JPH1123972A5 - - Google Patents

Description

【００１８】
次に、回転非対称な非点収差について説明する。前記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡Ｍでは軸上光線に対しても、図１７に示すような非点収差が発生する。この非点収差の補正は、前記説明と同様に、回転非対称面のＸ軸方向の曲率とＹ軸方向の曲率を適切に変えることによって可能となる。

【００１９】
さらに、回転非対称なコマ収差について説明する。前記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡Ｍでは、軸上光線に対しても図１８に示すようなコマ収差が発生する。このコマ収差の補正は、回転非対称面のＸ軸の原点から離れるに従って面の傾きを変えると共に、Ｙ軸の正負によって面の傾きを適切に変えることによって可能となる。

【００２１】
また、その反射面は、臨界角を越えて光線が入射するように、光線に対して傾いて配置された全反射面で構成することにより、高い反射率にすることが可能となり、また、反射作用と透過作用とを併せ持たすことが可能となる。また、反射面を構成する面はアルミニウム又は銀等の金属薄膜を表面に形成した反射面、又は、誘電体多層膜で形成された反射面又は半透過反射面で構成することが好ましい。金属薄膜で反射作用を有する場合は、手軽に高反射率を得ることが可能となる。また、誘電体反射膜は、波長選択性や吸収の少ない反射膜を形成する場合に有利となる。

【００２３】
本発明の対物光学系において、偏心した回転非対称面形状を有する反射作用面の少なくとも１面には、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面を使用することが望ましい。ここで、本発明で使用する自由曲面とは、以下の式で定義されるものである。

【００４１】
この先端部には照明窓に隣接して形成された観察窓に対物レンズ１８が取り付けてあり、この対物レンズ１８により照明された被写体の像を結ぶ。この像を、対物レンズ１８の光軸と一致するようにその光軸上に沿って挿入部１１内に配置された像伝送光学系となるリレーレンズ系１９によってリレーするようにして後方側に像を結ぶようにして伝送し、最終的な像を接眼部１３付近に形成する。

【００４２】
接眼レンズ（接眼光学系）２０を介して肉眼で、この像を観察することができる観察光学系が形成されている。この接眼部１３にテレビカメラ６が装着された場合には、リレーレンズ系１９によって伝送された像を、接眼レンズ２０、テレビカメラ６内に配置した光学的ローパスフィルタの機能を有する片面多面レンズ２、結像レンズ（撮像レンズ）２１を介して、モザイクフィルタ等の色分離フィルタを有する固体撮像素子８に像を結ぶようにして撮像できるようにしている。

【００４８】
図１３に示すように、繰り返しの周期で明暗の物体を片面多面レンズ２及び結像レンズ２１により（固体撮像素子８の撮像面に）結像すると、ａ部を通って結像された第１像とｂ部を通って結像された第２像とが形成され、第１像と第２像との分離距離を周期の１／２に設定すると、２つの像の強度分布を重ねると、一方の山が他方の谷を埋めるため、一様な強度となり、縞模様の存在が分からなくなる。つまり、２重像を形成すると、像の分離距離の２倍の繰り返し周期を持つ周波数成分がなくなる。したがって、サンプリングのための絵素（画素）の間隔（繰り返し周期）と像分離距離との関係を適切に設定すると、モアレを除去することができる。

【００５１】
図１４（ｂ）の構成では、プリズムの傾斜面により屈折された光束は光軸の反対側に像を結ぶことになるが（例えば、図１４（ｂ）では光軸の上側の光が像面において光軸の下側に像を結んでいる）、光軸の上側からの光束と下側からの光束とが交差するため、光軸近傍の比較的狭い領域に光が集まる状態が存在する。このため、デフォーカスに伴い像の分離が行われない（あるいは不十分となる）ことがあり、ローパスフィルタとしての機能がなくなってしまう（あるいは十分でなくなる）ことがある。つまり、図１４（ｂ）では、フォーカス位置から後方にずれたデフォーカス位置では２重像となるが、前側にずれたデフォーカス位置では分離しない状態になり、ローパスフィルタとしての機能がなくなる（あるいは十分でなくなる）。換言すると、点像の形がデフォーカスにより変わっていくので、ＭＴＦが変化してしまう。

【００９９】
この先端部には照明窓に隣接して形成された観察窓に対物レンズ４８が取り付けてあり、この対物レンズ４８により照明された被写体の像を結ぶ。この結像位置にはファイバを束ねたファイババンドルで形成された像伝送機能を有するイメージガイド４９の先端面が配置され、挿入部４１内を挿通されたこのイメージガイド４９により後方側の後端面に像を伝送する。この後端面に伝送された像を、接眼部４３の接眼窓に設けた接眼レンズ５０を介して肉眼で観察することができる観察光学系が形成されている。

【０１００】
この接眼部４３に撮像レンズアダプタ３３を介してテレビカメラ３４が装着された場合には、像伝送光学系としてのイメージガイド４９によって伝送された像は、接眼レンズ５０、撮像レンズアダプタ３３内のアイリス５２、第２の両面多面レンズ５１、撮像レンズ５３、テレビカメラ３４内に配置した第１の両面多面レンズ１を介して、モザイクフィルタ等の色分離フィルタを有する固体撮像素子８に像を結び、ここに撮像手段（あるいは撮像装置）が形成されている。上記固体撮像素子８で光電変換された撮像信号はＣＣＵ３６によって標準的な映像信号に変換され、カラー表示手段となるカラーモニタ３７にカラーの映像を表示する。

【０１２８】
このように光学的ローパスフィルタ機能とレンズ機能の両方の機能を持たせることにより、新たにレンズを設ける必要がなくなると共に、別々の光学部品を組み立てたり、それらの調整をする手間を省くこともできるので、結果的に大幅なコストダウンを可能にする。また、製品間のバラツキを少なくできるし、よりコンパクト化できる。この光学素子６２は、例えば接眼レンズ５０あるいは撮像レンズ５３等に用いることができる。多面レンズ６５の分割面の数は４つであるが、３つ、５つ等いくらでもよい。

【０１４２】
中間像のファイババンドル像のファイバ間隔をPf′で表わすと、式（１２），（２２），（２３）に代って、
0 ＜Ｒ( Ux′，Uy′) ＜0.5 ・・・（３０）
√( Ux′・Ux′＋Uy′・Uy′) ＝1/( Pf′sin 60°) ・・・（３１）
を満たすようにＴz(X,Y)を選べば、ファイバスコープと組み合わせたモアレを５０％以下に減少することができるのである。なお、式（３１）の左辺における√は平方根を表す。

Claims (14)

1. 対物光学系と、前記対物光学系によって形成される物体像面に配置された電子撮像素子とを有する結像光学装置において、
   前記対物光学系は、物体中心を射出して瞳中心を通り物体像中心に到達する光線を軸上主光線とするとき、前記軸上主光線に対して面全体が傾くように偏心配置された少なくとも１つの反射作用面を有し、
   前記反射作用面は、偏心により発生する回転非対称な偏心収差を補正する回転非対称面形状を備え、かつ、
   前記電子撮像素子に導かれる光束中の物体像に関する高周波成分をカットする作用を持ったローパス部材を、前記反射作用面より物体側の瞳面近傍に配置したことを特徴とする結像光学装置。
2. 請求項１において、前記対物光学系は、屈折率（ｎ）が１よりも大きい（ｎ＞１）媒質により形成されたプリズム部材を有し、
   前記プリズム部材は、最も物体側に配置され光束をプリズム内部に入射させる作用を持った第１面と、プリズム内部に入射した光束を反射する前記の回転非対称面形状を備えた反射作用面たる第３面と、光束をプリズム外部へ射出させる作用を持った第２面との少なくとも３つの光学作用面を有することを特徴とする結像光学装置。
3. 請求項２において、前記プリズム部材は、物体からの光束を前記第１面から入射させ、入射光束をまず前記第２面で反射させ、次に前記第３面で反射させ、前記第２面から射出させるように形成されていることを特徴とする結像光学装置。
4. 請求項２または請求項３において、前記第２面は、前記第１面からの入射光束を全反射作用によって反射させることにより、反射作用と透過作用とを併せ持つように構成されていることを特徴とする結像光学装置。
5. 請求項２乃至請求項４のいずれか１項において、前記第２面は、ハーフミラーコーティングされた半透過反射面であることを特徴とする結像光学装置。
6. 請求項２乃至請求項５のいずれか１項において、前記第３面は、ミラーコーティングされた反射鏡面であることを特徴とする結像光学装置。
7. 請求項２乃至請求項６のいずれか１項において、前記ローパス部材は、前記プリズム部材の前記第１面上に形成されていることを特徴とする結像光学装置。
8. 請求項２乃至請求項６のいずれか１項において、前記ローパス部材は、前記プリズム部材の前記第１面よりも物体側に、間隔をおいて配置されていることを特徴とする結像光学装置。
9. 請求項７または請求項８において、前記ローパス部材の少なくとも１つの面が複数の面からなり、
   該複数の面からなる１つの面は、空間周波数ローパスフィルタ機能を持ち、
   該複数の面の各々の略中心に立てた法線のうち、少なくとも２つの法線が光軸とねじれの関係となるように、前記複数の面が構成され、かつ、
   前記複数の面の境界線が、光学系の光軸に対して偏心していることを特徴とする結像光学装置。
10. 請求項７または請求項８において、前記ローパス部材の少なくとも１つの面が複数の面からなり、
    該複数の面からなる１つの面は、空間周波数ローパスフィルタ機能を持ち、
    該複数の面の各々の略中心に立てた法線のうち、少なくとも２つの法線が光軸とねじれの関係となるように、前記複数の面が構成され、かつ、
    前記複数の面の境界線付近が、光を通さない物質で覆われていることを特徴とする結像光学装置。
11. 請求項７または請求項８において、前記ローパス部材の少なくとも１つの面が複数の面からなり、
    該複数の面からなる１つの面は、空間周波数ローパスフィルタ機能を持ち、
    該複数の面の各々の略中心に立てた法線のうち、少なくとも２つの法線が光軸とねじれ の関係となるように、前記複数の面が構成され、かつ、
    前記複数の面における各々の境界線付近には、面形状不良部分が存在し、
    以下の式（１５）を満たすことを特徴とする結像光学装置。
    S α /Sm ＜ 0.3 ・・・（１５）
    ここで、Ｓ m は前記複数の面からなる１つの面におけるマージナル光線の占める面積、Ｓαは前記面形状不良部分が占める面積である。
12. 請求項８において、前記ローパス部材は、片面が通常のレンズ面で構成され、他方の面が光軸に対し分割された２つ以上の傾斜面で構成され、
    該２つ以上の傾斜面は、ねじれの関係になっていることを特徴とする結像光学装置。
13. 請求項９乃至請求項１２のいずれか１項において、前記複数の面の少なくとも１つが球面又は非球面であることを特徴とする結像光学装置。
14. 請求項１乃至請求項１３のいずれか１項の結像光学装置を備えた撮像装置。