CN110036330B

CN110036330B - 观察光学系统

Info

Publication number: CN110036330B
Application number: CN201780075022.6A
Authority: CN
Inventors: 广濑直树
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2017-12-07
Publication date: 2021-10-29
Anticipated expiration: 2037-12-07
Also published as: WO2018105710A1; JP6898601B2; US10890754B2; US20190331909A1; JPWO2018105710A1; CN110036330A

Abstract

观察光学系统10包括：物镜光学系统LO；反转光学系统PR，设置于物镜光学系统LO的内部以及紧靠物镜光学系统LO的后侧中任一方而使倒立像反转为正立像；以及目镜光学系统LE，配置于最靠近瞳孔EP侧并用于观察正立像，满足以下的条件式1.6＜f×N/L＜2.5…(1)、以及|D/H|＜3…(2)。其中，值f是物镜光学系统LO的焦距，值N是反转光学系统PR的d线处的折射率，值L是反转光学系统PR的光程长，值D是入射光线在反转光学系统PR的物体侧距光轴AX的最大高度，值H是射出瞳孔半径。

Description

观察光学系统

技术领域

本发明涉及能够用于例如医疗用放大镜、作业用放大镜等的观察光学系统。

背景技术

通常，以往被称为开普勒式的观察光学系统，即经由物镜光学系统和反转光学系统而使物体图像作为正立像而1次成像，并能够利用目镜光学系统观察该图像的系统实用化(例如，参照专利文献1)。

然而，专利文献1的观察光学系统透镜数比较少，但为了扩大外观的视野而牺牲了小型化、轻型化。

先行技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开平9-218358号公报

发明内容

本发明是鉴于上述背景技术而完成的，目的在于提供小型且轻型的观察光学系统。

为了实现上述目的中的至少一个，反映了本发明的一方面的观察光学系统包括：物镜光学系统；反转光学系统，设置于物镜光学系统的内部以及紧靠物镜光学系统的后侧中的任一方，其使倒立像反转为正立像；以及目镜光学系统，配置于最靠近瞳孔侧，其用于观察正立像，该观察光学系统满足以下的条件式，

1.6＜f×N/L＜2.5…(1)

|D/H|＜3…(2)

其中，值f是物镜光学系统的焦距，值N是反转光学系统的d线上的折射率，值L是反转光学系统的光程长，值D是入射光线在反转光学系统的物体侧距光轴的最大高度，值H是射出瞳孔半径。上述值f、L、D、H的单位是mm。

附图说明

图1的图1A是对本发明所涉及的一实施方式以及实施例1的观察光学系统等进行说明的剖视图，图1B～1D是实施例1的观察光学系统的像差图。

图2的图2A是表示实施例2的观察光学系统等的剖视图，图2B～2D是实施例2的观察光学系统的像差图。

图3的图3A是表示实施例3的观察光学系统等的剖视图，图3B～3D是实施例3的观察光学系统的像差图。

图4的图4A是表示实施例4的观察光学系统等的剖视图，图4B～4D是实施例4的观察光学系统的像差图。

具体实施方式

以下，参照图1A，对作为本发明的一实施方式的观察光学系统10进行说明。此外，图1A中例示的观察光学系统10成为与后述的实施例1的观察光学系统10A相同的结构。

如图1A所示，观察光学系统10是实像式的单焦点光学系统，且从物体侧依次包括物镜光学系统LO、反转光学系统PR、以及目镜光学系统LE。观察光学系统10固定于未图示的镜筒等，用于医疗用放大镜、作业用放大镜等。在观察光学系统10应用于放大镜的情况下，能够成为可用双手操作的眼镜型、头部安装型的装置。

观察光学系统10中的物镜光学系统LO将光束聚光而生成实像。在图1A的例子中，物镜光学系统LO从物体侧依次由具有负光焦度的第1A透镜L1A和具有正光焦度的第2A透镜L2A构成。在物镜光学系统LO中，第1A透镜L1A和第2A透镜L2A被接合，它们成为接合透镜CS。由此，能够良好地修正倍率色像差。接合透镜CS作为整体而具有正光焦度(power)。第1A以及第2A透镜L1A、L2A是球面透镜，例如由玻璃形成。

反转光学系统PR使由物镜光学系统LO形成的倒立图像正立。作为反转光学系统PR，例如使用棱镜等。在图1A的例子中，反转光学系统PR由2个玻璃棱镜构成，并以展开的状态示出。反转光学系统PR配置于紧靠物镜光学系统LO的后侧、即接合透镜CS的瞳孔EP侧。

此外，物镜光学系统LO也可以由3个以上透镜构成(参照图2(A)等)。在物镜光学系统LO由3个以上透镜构成的情况下，反转光学系统PR也可以在物镜光学系统LO的内部、即构成物镜光学系统LO的透镜间配置。

目镜光学系统LE是通过瞳孔EP令人眼观察由反转光学系统PR形成的正立像的系统。从物体侧观察，目镜光学系统LE配置于中间像以后。目镜光学系统LE构成为从瞳孔EP侧依次包括正透镜、正透镜以及负透镜。在图1A的例子中，目镜光学系统LE由4个透镜构成，具体而言，从瞳孔EP侧依次由具有正光焦度的第1B透镜L1B、具有正光焦度的第2B透镜L2B、具有负光焦度的第3B透镜L3B、以及具有正光焦度的第4B透镜L4B构成。根据这样的透镜结构，通过物体侧的负透镜(具体而言，第3B透镜L3B)的扩散作用具有提高目镜光学系统LE内部的光线高而确保较长的眼睛间隙的作用，通过瞳孔EP侧的2个正透镜(具体而言，第1B透镜L1B以及第2B透镜L2B)能够良好地修正像面弯曲和彗形像差。此外，在目镜光学系统LE中，优选最靠近瞳孔EP侧的透镜(具体而言，第1B透镜L1B)具有非球面。由此，能够良好地修正像面弯曲至视野范围的周边。因此，能够缩小中心屈光度与周边屈光度之差，且能够难以受到伴随着高倍率化而产生的景深降低的影响。第1B～第4B透镜L1B～L4B例如由玻璃形成。此外，如图2A等所示，也可以是目镜光学系统LE由3个透镜构成，具体而言从瞳孔EP侧依次由具有正光焦度的第1B透镜L1B、具有正光焦度的第2B透镜L2B、以及具有负光焦度的第3B透镜L3B构成。

观察光学系统10满足以下的条件式(1)以及(2)。

1.6＜f×N/L＜2.5…(1)

|D/H|＜3…(2)

此处，值f是物镜光学系统LO的焦距，值N是反转光学系统PR的d线的折射率，值L是反转光学系统PR的光程长，值D是反转光学系统PR的物体侧的入射光线中的距光轴AX的最大高度，值H是射出瞳孔半径。上述值f、L、D、H的单位是mm。

条件式(1)表示最靠近物体侧的透镜(具体而言，物镜光学系统LO的第1A透镜L1A)的焦距(近似而言，从最靠近物体侧的透镜至大致中间像为止的距离)、与反转光学系统PR的空气换算光程长之比。通过超过条件式(1)的值f×N/L的下限，从而能够不会使反转光学系统PR的光程长过度延长而使最靠近物体侧的透镜与反转光学系统PR之间的空气间隔适度变大，不会使反转光学系统PR的入射光线高变得过高而使反转光学系统PR比较小。另外，物镜光学系统LO的焦距不会变得过短而不需要为了得到所希望的倍率而使目镜光学系统LE的焦距也变短，由较少的透镜数量构成的目镜光学系统LE中的像差修正变容易。另一方面，通过低于条件式(1)的值f×N/L的上限，不会使物镜光学系统LO的焦距变得过大，能够实现观察光学系统10整体的小型化以及轻型化。条件式(2)对反转光学系统PR相对于实用的瞳孔径的入射光线高进行规定。通过满足条件式(2)的值|D/H|，反转光学系统PR不会变大，能够实现观察光学系统10整体的小型化以及轻型化。

另外，优选观察光学系统10追加于上述条件式(1)以及(2)而满足以下的条件式(3)以及(4)。

1.64＜Nd＜1.85…(3)

20＜νd＜34…(4)

此处，值Nd是反转光学系统PR所使用的玻璃材料的相对于d线的折射率，值νd是反转光学系统PR的阿贝值。

在反转光学系统PR(例如棱镜)中，利用从折射率高的介质向低的介质入射的光线未透过边界面而全部反射的全反射。但是，若欲实现反转光学系统PR的小型化则周边光线向边界面的入射角变小，因此需要以满足全反射条件的方式适当地设定折射率范围。另外，为了使全反射角变小而需要使折射率变大，但为了反转光学系统PR的轻型化选择比重小的玻璃材料较为重要。若满足条件式(3)以及(4)则能够实现这2个条件。

另外，观察光学系统10追加于上述条件式(1)以及(2)或者(1)～(4)而满足以下的条件式(5)。

4＜f/f_R＜7.5…(5)

此处，值f是物镜光学系统LO的焦距，值f_R是目镜光学系统LE的焦距。

在医疗用放大镜、作业用放大镜中，小型以及轻型较为重要，因此通过将物镜光学系统LO和目镜光学系统LE的比率设定为条件式(5)那样能够确保较高的倍率并且实现小型化。通过超过条件式(5)的值f/f_R的下限，从而能够适度地确保放大镜倍率，并且实现小型化以及轻型化。另一方面，通过低于条件(5)的值f/f_R的上限，能够可靠地实现小型化以及轻型化。

在以上说明的观察光学系统10中，从小型化以及轻型化的观点出发，占整个观察光学系统10的约一半的反转光学系统PR的大小成为要点。因此，需要将从物体侧向反转光学系统PR入射的光线的高度抑制得较低。在本观察光学系统10中，通过比较大地确保物镜光学系统LO的最靠近物体侧的透镜(具体而言，物镜光学系统LO的第1A透镜L1A)和反转光学系统PR之间的空气间隔而降低入射光线高。此外，若空气间隔过大则中间像的位置与反转光学系统PR的射出面之间的距离变近，导致观察者看见附着于反转光学系统PR的表面的垃圾等，从而不优选。本观察光学系统10在需要长时间的安装、保持的放大镜等中较为有效。

〔实施例〕

以下，示出本发明所涉及的观察光学系统的实施例。各实施例所使用的符号如下述那样。

R：近轴曲率半径

T：轴上面间隔

Nd：透镜材料的相对于d线的折射率

νd：透镜材料的阿贝值

此外，符号“Surf.N”是指面编号，符号“INF”是指无限大或者∞，符号“EP”是指瞳孔。另外，在各实施例中，在各面编号后记载有“＊”的面是具有非球面形状的面，非球面的形状通过以面的顶点为原点、光轴方向为X轴、以与光轴垂直方向的高度作为h由以下的“数1”表示。

[数1]

其中，

Ai：i次的非球面系数

R：基准曲率半径

K：圆锥常数

〔实施例1〕

实施例1的观察光学系统的光学参数值如以下的表1所示。

[表1]

屈光度(dpt)-1.0

物体距离(mm)390

瞳孔半径H(mm)1.75

实施例1的观察光学系统的透镜面等的数据如以下的表2所示。

[表2]

实施例1的观察光学系统的透镜面的非球面系数如以下的表3所示。此外，在此处以下(包含表的透镜数据)，使用E(例如2.5E-02)来表示10的幂(例如2.5×10^-02)。

[表3]

图1A是实施例1的观察光学系统10A等的剖视图。实施例1的观察光学系统10A包括物镜光学系统LO、反转光学系统PR、以及目镜光学系统LE。反转光学系统PR设置于紧靠物镜光学系统LO的后侧、即物镜光学系统LO的瞳孔EP侧。物镜光学系统LO从物体侧依次由具有负光焦度的第1A透镜L1A和具有正光焦度的第2A透镜L2A构成。第1A以及第2A透镜L1A、L2A成为接合透镜CS。目镜光学系统LE从瞳孔EP侧依次，由具有正光焦度的第1B透镜L1B、具有正光焦度的第2B透镜L2B、具有负光焦度的第3B透镜L3B、以及具有正光焦度的第4B透镜L4B构成。此外，附图标记EP所示的线表示设计上的瞳孔位置(以下的实施例也相同)。

图1B～图1D分别示出与通过图1A所示的观察光学系统10A观察的虚像相关的球面像差、像散以及畸变像差。此外，在球面像差图以及像散图中，横轴表示屈光度，以-1(diopter)作为基准屈光度。另外，在球面像差图中纵轴表示入射瞳孔径，在像散图以及畸变像差图中，纵轴表示视野。在球面像差图中，针对C线、e线、以及g线示出像差特性(针对像差的表示方法，实施例2以下也相同)。

〔实施例2〕

实施例2的观察光学系统的光学参数值如以下的表4所示。

[表4]

屈光度(dpt)-1.0

物体距离(mm)390

瞳孔半径H(mm)1.75

实施例2的观察光学系统的透镜面等的数据如以下的表5所示。

[表5]

实施例2的观察光学系统的透镜面的非球面系数如以下的表6所示。

[表6]

图2A是实施例2的观察光学系统10B等的剖视图。实施例2的观察光学系统10B包括物镜光学系统LO、反转光学系统PR、以及目镜光学系统LE。物镜光学系统LO从物体侧依次，由具有负光焦度的第1A透镜L1A、具有正光焦度的第2A透镜L2A、以及具有正光焦度的第3A透镜L3A构成。第1A以及第2A透镜L1A、L2A成为接合透镜CS。反转光学系统PR设置于物镜光学系统LO的内部，具体而言第2A透镜L2A与第3A透镜L3A之间。目镜光学系统LE从瞳孔EP侧依次，由具有正光焦度的第1B透镜L1B、具有正光焦度的第2B透镜L2B、以及具有负光焦度的第3B透镜L3B构成。

图2B～图2D分别示出与通过图2A所示的观察光学系统10B观察的虚像相关的球面像差、像散以及畸变像差。

〔实施例3〕

实施例3的观察光学系统的光学参数值如以下的表7所示。

[表7]

屈光度(dpt)-1.0

物体距离(mm)390

瞳孔半径H(mm)2.0

实施例3的观察光学系统的透镜面等的数据如以下的表8所示。

[表8]

实施例3的观察光学系统的透镜面的非球面系数如以下的表9所示。

[表9]

图3A是实施例3的观察光学系统10C等的剖视图。实施例3的观察光学系统10C具备物镜光学系统LO、反转光学系统PR以及目镜光学系统LE。物镜光学系统LO从物体侧依次，由具有负光焦度的第1A透镜L1A、具有正光焦度的第2A透镜L2A、以及具有正光焦度的第3A透镜L3A构成。第1A以及第2A透镜L1A、L2A成为接合透镜CS。反转光学系统PR设置于物镜光学系统LO的内部，具体而言第2A透镜L2A与第3A透镜L3A之间。目镜光学系统LE从瞳孔EP侧依次，由具有正光焦度的第1B透镜L1B、具有正光焦度的第2B透镜L2B、以及具有负光焦度的第3B透镜L3B构成。

图3B～图3D分别示出与通过图3A所示的观察光学系统10C观察的虚像相关的球面像差、像散以及畸变像差。

〔实施例4〕

实施例4的观察光学系统的光学参数值如以下的表10所示。

[表10]

屈光度(dpt)-1.0

物体距离(mm)390

瞳孔半径H(mm)2.0

实施例4的观察光学系统的透镜面等的数据如以下的表11所示。

[表11]

实施例4的观察光学系统的透镜面的非球面系数如以下的表12所示。

[表12]

图4A是实施例4的观察光学系统10D等的剖视图。实施例4的观察光学系统10D包括物镜光学系统LO、反转光学系统PR以及目镜光学系统LE。物镜光学系统LO从物体侧依次，由具有正光焦度的第1A透镜L1A、具有负光焦度的第2A透镜L2A、以及具有正光焦度的第3A透镜L3A构成。第1A以及第2A透镜L1A、L2A成为接合透镜CS。反转光学系统PR设置于物镜光学系统LO的内部，具体而言第2A透镜L2A与第3A透镜L3A之间。目镜光学系统LE从瞳孔EP侧依次，由具有正光焦度的第1B透镜L1B、具有正光焦度的第2B透镜L2B、以及具有负光焦度的第3B透镜L3B构成。

图4B～图4D分别示出与通过图4A所示的观察光学系统10D观察的虚像相关的球面像差、像散以及畸变像差。

以下的表13是为了参考而总结与各条件式(1)～(5)对应的各实施例1～4的值的表。

[表13]

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					条件式(1)	1.65	2.17	2.39	1.97
条件式(2)	2.85	2.83	2.77	2.91
					条件式(3)	1.72825	1.69895	1.75520	1.64769
条件式(4)	28.32	30.05	27.53	33.84
					条件式(5)	4.0	6.1	7.1	5.7

以上，对实施方式所涉及的观察光学系统进行了说明，但本发明所涉及的观察光学系统不局限于上述例示。例如，在上述实施方式中，考虑耐伤、耐化学性等，也可以在观察光学系统10的最靠近物体侧的透镜以及最靠近瞳孔EP侧的透镜的外侧设置具有透光性的罩部件。

另外，在上述实施方式中，在物镜光学系统LO、目镜光学系统LE中，能够配置实质不具有光焦度的透镜等。

另外，在上述实施方式中，除去最靠近物体侧以及瞳孔EP侧的透镜之外的透镜不局限于玻璃制，也可以是树脂制。

另外，在上述实施方式中，也可以在目镜光学系统LE与瞳孔EP之间设置平行平板F。平行平板F也可以在观察光学系统10为眼镜型的情况下成为屈光度调整用的透镜。此外，在观察光学系统10用于需要波长选择的用途的情况下，也可以在平行平板F实施波长选择用的涂层。

Claims

1.一种观察光学系统，其中，包括：

物镜光学系统；

反转光学系统，设置于所述物镜光学系统的内部以及紧靠所述物镜光学系统的后侧中的任一方，所述反转光学系统使倒立像反转为正立像；以及

目镜光学系统，配置于最靠近瞳孔侧，所述目镜光学系统用于观察所述正立像，

所述观察光学系统满足以下的条件式，

1.6＜f×N/L＜2.5…(1)

|D/H|＜3…(2)

其中，

f：所述物镜光学系统的焦距、

N：所述反转光学系统的d线处的折射率、

L：所述反转光学系统中的各棱镜的厚度的总和、

D：入射光线在所述反转光学系统的物体侧距光轴的最大高度、

H：射出瞳孔半径。

2.根据权利要求1所述的观察光学系统，其中，

目镜光学系统从所述瞳孔侧依次包括正透镜、正透镜以及负透镜。

3.根据权利要求1所述的观察光学系统，其中，

所述观察光学系统满足以下的条件式，

1.64＜Nd＜1.85…(3)

20＜νd＜34…(4)

其中，

Nd：所述反转光学系统使用的玻璃材料的相对于d线的折射率、

νd：所述反转光学系统的阿贝值。

4.根据权利要求2所述的观察光学系统，其中，

所述观察光学系统满足以下的条件式，

1.64＜Nd＜1.85…(3)

20＜νd＜34…(4)

其中，

Nd：所述反转光学系统使用的玻璃材料的相对于d线的折射率、νd：所述反转光学系统的阿贝值。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的观察光学系统，其中，在所述目镜光学系统中，最靠近瞳孔侧的透镜具有非球面。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的观察光学系统，其中，所述观察光学系统满足以下的条件式，

4＜f/f_R＜7.5…(5)

其中，

f：所述物镜光学系统的焦距、

f_R：所述目镜光学系统的焦距。

7.根据权利要求5所述的观察光学系统，其中，

所述观察光学系统满足以下的条件式，

4＜f/f_R＜7.5…(5)

其中，

f：所述物镜光学系统的焦距、

f_R：所述目镜光学系统的焦距。