JP2000098226A

JP2000098226A - リレー光学系

Info

Publication number: JP2000098226A
Application number: JP10263857A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Sasamoto; 勉笹本
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1998-09-18
Filing date: 1998-09-18
Publication date: 2000-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】物点から像点での距離が短く、像の全面にわ
たって両側テレセントリック性を備えた、ショートリレ
ー光学として使用可能なリレー光学系を提供する。【解決手段】リレー光学系を、物体側から順に、物体
側に曲率半径の絶対値の小さい方の面を向け、レンズの
厚みが外径の２倍以下の正の単レンズからなる第１レン
ズ群と、少なくとも一つのレンズを有する第２レンズ群
と、像面側に曲率半径の絶対値の小さい方の面を向け、
レンズの厚みが外径の２倍以下の正の単レンズから成る
第３レンズ群とで構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光軸に平行に入射
した光線が光軸に平行に射出するリレー光学系に関する
もので、特に像を複数回伝送する像伝送光学系にも使用
可能なリレー光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】物体の像を複数回伝達して観察する硬性
鏡は、図１２に示すように、挿入部１と把持部２とから
構成されている。ここで、挿入部１は、生体内等の空洞
内に挿入するための細長い棒状の外形を有しており、全
長にわたって硬い材質が用いられている。また、把持部
２は、硬性鏡の使用時に空洞外に位置していて術者の手
や硬性鏡保持具にて保持される。このような硬性鏡は、
生体内の観察部位までの距離によって、いろいろな長さ
の挿入部を有するものが用意されている。

【０００３】空洞内の観察部位の像を観察する観察光学
系は、挿入部１から把持部２までの内部に配置されてい
る。挿入部１の内部に配置されている観察光学系は、挿
入部１の先端側に配置された対物光学系Ｏと、この対物
光学系Ｏにより形成された観察部位の像を把持部２まで
伝送する像伝送光学系Ｒとからなっている。この例で
は、像伝送光学系Ｒは三つのリレー光学系（Ｒ１，Ｒ
２，Ｒ３）で構成されている。

【０００４】この対物光学系Ｏと像伝送光学系Ｒは、挿
入部１内にある光学系保持チューブ内に同軸に配置され
ている。把持部２内には、像伝送光学系Ｒで伝送された
観察部位の像を眼視観察できるようにする接眼光学系Ｅ
を備えている。

【０００５】また、外科手術に硬性鏡を用いる場合に
は、ビデオ観察が必須になるため、把持部に設けられた
接眼マウントに硬性鏡用ビデオカメラを取付けてテレビ
モニターでの観察を行い得るようにしている。

【０００６】硬性鏡等で用いられている像伝送光学系の
従来例としては、特開昭４９−５９９３に記載されたも
の等がある。これら従来の像伝送光学系の多くは、同一
のリレー光学系を光軸方向に複数個配列して構成されて
おり、このような構成によって複数回の像の伝送を行な
っている。図１３は、従来の一般的な像伝送光学系のレ
ンズの形状を示す断面図である。この像伝送光学系で
は、レンズ系の外径に対して光軸方向の長さが何十倍も
あるロッドレンズ４とレンズ３を接合した接合ロッドレ
ンズ５を２つ用いてリレー光学系を構成していることが
特徴である。

【０００７】また、複数のレンズとロッドレンズでリレ
ー光学系を構成した光学系としてUSP5,188,092に開示さ
れた光学系がある。また、リレー光学系として使用する
ことができ、なお且つロッドレンズを用いないで構成さ
れた光学系として、特開平９―８０３０６に見られるよ
うな変形ガウスタイプの光学系がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】硬性鏡では、観察部位
に応じて、観察部位までの距離に合った長さの挿入部を
持つ硬性鏡を使用したいという要求がある。そこで、こ
のような要求を実現する方法として、像伝送光学系での
リレー回数を調整する方法がとられる。ただし、硬性鏡
は観察光学系と像伝送光学系を使って物体を観察したと
きに正立像を得るために、像伝送光学系は２ｎ−１回
（ｎ＝１、２、３・・・・・・）という奇数回のリレー
で像を接眼光学系に像を伝送している。そのため、像伝
送光学系を短くし、正立像を得るためには偶数個（２ｎ
個：ｎ＝１、２、３・・・・・・）のリレー光学系を増
減しなければならない。

【０００９】しかしながら、図１２や図１３に示すリレ
ー光学系や、USP5,188,092に示された従来のリレー光学
系では、外径に対して長さが何十倍もあるロッド状のレ
ンズを使用しているため、リレー光学系の全長が長い。
よって、例えば２回のリレー光学系を削除した場合と、
４回リレー光学系を削除した場合とでは、挿入部の長さ
に大きな違いが生じることになる。その結果、被観察物
体までの距離によっては、最適の長さとはいえない挿入
部を持つ硬性鏡を使わざるを得ないという問題があっ
た。

【００１０】一方、特開平９―８０３０６のテレセント
リック光学系は、ロッド状のレンズを使用していないた
め、全長が短いリレー光学系を実現できる。しかしなが
ら、以下のような問題がある。

【００１１】硬性鏡に用いられるリレー光学系に必要と
される光学性能の一つとして、物体側及び像側にテレセ
ントリック（以下両側テレセントリック）になっている
ことがある。これは、硬性鏡の像伝送光学系では同じリ
レー光学系を何回も使用するため、両側テレセントリッ
クという性質（以下、両側テレセントリック性）が悪い
と軸外物点からの光束が像伝送光学系の途中でケラレて
しまい、周辺部での光量損失が大きくなるからである。

【００１２】ここで、両側テレセントリックな光学系と
は、光学系に対して光軸に平行に入射した光線が平行に
射出する光学系のことで、光学系の物体と像に関する収
差はもちろん、瞳の球面収差（以下、単に瞳収差とい
う）についても良好に補正された光学系のことである。
（なお、図１３に示すように、リレー光学系で伝達され
る前の像Ｉと伝送された像Ｉ' を区別するために、便宜
上、伝送される前の像Ｉを物点、伝送された像Ｉ' を像
点と称し、伝送される前の像Ｉの側を物体側、伝送され
た像Ｉ' の側を像側とする。）ところが、特開平９―８０３０６のテレセントリック光
学系は硬性鏡の像伝送光学系のように繰り返して用いら
れことを想定した光学系ではないため、物点と像点の結
像に関する収差に対してのみ重点的な補正がなされてい
るが、瞳を伝送するためのフィールドレンズとして見た
場合、瞳収差の補正は十分行われていなった。

【００１３】そのため、特開平９―８０３０６のテレセ
ントリック光学系を複数個配列して像伝送光学系を構成
したとしても、この光学系がそもそも瞳収差を最小にす
る構成になっていないために瞳収差が大きく発生してし
まい、軸外物点からの光束が像伝送光学系の途中でケラ
レを生じ、周辺部での光量損失が大きくなる問題があっ
た。

【００１４】また、図１２や図１３及びUSP5,188,092の
光学系においてロッド状のレンズを単純に短くしたとし
ても、物点と像点の結像に関する収差を補正することが
非常に困難であるため、ロッド状のレンズを短くするこ
と自体に無理がある。

【００１５】この他に、瞳収差を小さくする構成とし
て、物点及び像点の近くの面に凹パワーをもった面を配
置することが考えられるが、物点及び像点の近くの凹パ
ワーをもった面において光線のケラレが大きくなってし
まう。したがって、この構成では、像伝送という本来の
目的と両側テレセントリック性を守るということを両立
することは難しい。

【００１６】本発明は、以上の問題点を鑑みてなされた
もので、物点から像点までの距離が短く、なお且つ像の
全面にわたって両側テレセントリック性を備えたリレー
光学系を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のリレー光学系は、物体側から順に、物体
側に曲率半径の絶対値の小さい方の面を向け、レンズの
厚みが外径の２倍以下の正の単レンズからなる第１レン
ズ群と、少なくとも１枚のレンズを有する第２レンズ群
と、像面側に曲率半径の絶対値の小さい方の面を向け、
レンズの厚みが外径の２倍以下の正の単レンズからなる
第３レンズ群とを備えていることを特徴とする。

【００１８】また、本発明のリレー光学系は、前記第２
レンズ群は負の単レンズと、該負の単レンズの前後に配
置された正の単レンズから成り、前記第２レンズ群は瞳
近傍に配置されたことを特徴とする

【００１９】

【発明の実施の形態】全長が長いリレー光学系では、物
点及び像点から瞳までの距離が遠くなり、物点から光軸
に平行に出射しレンズに入射する軸外の主光線は、各レ
ンズ面において小さな傾角で曲げられる。そのため、全
長が長いリレー光学系では、瞳収差の発生量が少なく、
両側テレセントリック性を保つ面で有利である。したが
って、従来の長いロッドレンズを使った像伝送光学系で
は、リレー光学系が長いことから、瞳収差に関して注意
を払わずとも必然的に瞳収差が良好になる結果となって
いた。

【００２０】一方、全長が短いリレー光学系（ショート
リレー光学系）では、物点及び像点から瞳までの距離が
近くなる。そのため、先に述べた長いロッドレンズを使
用したリレー光学系とは異なり、各レンズ面では各像高
の主光線が大きな傾角で曲げられることになる。このよ
うに光線が大きく曲げられると収差も多く発生するた
め、全長が長いリレー光学系に比べて瞳収差の発生量も
大きくなり両側テレセントリック性が悪くなる傾向にあ
る。

【００２１】しかしながら、本実施の形態のリレー光学
系では、物体側から順に、物体側に曲率半径の絶対値の
小さい方の面を向け、レンズの厚みが外径の２倍以下の
正の単レンズからなる第１レンズ群と、少なくとも１枚
のレンズを有する第２レンズ群と、像面側に曲率半径の
絶対値の小さい方の面を向け、レンズの厚みが外径の２
倍以下の正の単レンズからなる第３レンズ群とを備えて
いるため、瞳収差の発生を最小限に押さえることができ
る。

【００２２】すなわち、本実施の形態のリレー光学系で
は、像の良好なリレーのみならず瞳のリレーも良好に行
うことを考慮してレンズの形状及びレンズの配置が選定
されている。すなわち、第１レンズ群と第３レンズ群で
は、このレンズ群で発生する瞳収差を最小にするよう
に、第１レンズ群の面形状を物体側に曲率半径の絶対値
の小さい方の面を向けるようにし、第３レンズ群の面形
状を像側に曲率半径の絶対値の小さい方の面を向けるよ
うになっている。

【００２３】このように、本実施の形態のリレー光学系
では、第１レンズ群と第３レンズ群のレンズで発生する
瞳収差を、上記のように構成することによって最小にす
ることができる。よって、本発明のリレー光学系をリレ
ー光学ユニットとして用いることにより、リレー光学系
の全長に関係なく瞳収差の十分小さいリレー光学系を提
供することができる。当然、本実施の形態のリレー光学
系では、物体面と像面の間の距離に関係なく全像高にわ
たって出射主光線が光軸とほぼ平行になっている。よっ
て、本実施の形態のリレー光学系は、硬性鏡の像伝送光
学系を構成するリレー光学系の用途として十分使用でき
る性能を有している。

【００２４】本実施の形態のリレー光学系では、第２レ
ンズ群は１枚のレンズ、もしくは１枚以上のレンズで構
成されいる。また、第１レンズ群及び第３レンズ群は、
レンズの厚みが外径の２倍以下のレンズであって、いわ
ゆる従来のロッドレンズよりもレンズ厚の薄いレンズで
ある。よって、本実施の形態のリレー光学系は、長いロ
ッドレンズを使わずに光学系が構成されているので、リ
レー光学系の全長が短かくなる。

【００２５】したがって、本実施の形態のリレー光学系
を硬性鏡の像伝送光学系に用いた場合、リレー光学系の
全長を従来のリレー光学系に比べて短く構成できるの
で、リレー回数の異なる硬性鏡において、挿入部の長さ
の違いが少ない硬性鏡を提供することができる。

【００２６】また、本実施の形態のリレー光学系は、全
長を短く保ちつつ全長をある程度自由に決めることがで
きるので、長さの異なるリレー光学系を組み合わせるこ
とによって最適な長さの挿入部を持つ硬性鏡を実現する
こともできる。

【００２７】また、本実施の形態のリレー光学系は、第
２レンズ群を正の単レンズと、負の単レンズと、正の単
レンズとで構成することができる。この構成にすれば、
第１レンズ群と第３レンズ群の面形状によって瞳収差が
最小に押さえられている状態に加えて、リレー光学系全
体が瞳位置に関して対称なパワー配置になっているの
で、物点と像点に関するコマ収差、倍率色収差、歪曲収
差に関しても良好に補正することができる。すなわち、
瞳の良好な伝達に必要な瞳収差の補正と、像の良好な伝
達に必要なコマ収差、倍率色収差、歪曲収差のが十分に
補正されている。なお、第２群の負の単レンズを瞳上に
配置し、前記第２レンズ群が瞳近傍に配置されるように
構成すると、収差を良好に補正するうえで好ましい。

【００２８】また、上記のようにリレー光学系を５枚の
レンズで構成し、第２レンズ群の負レンズを両側に凹面
を有するレンズにすることにより、さらに球面収差、軸
上色収差、像面湾曲を良好に補正することができる。

【００２９】本実施の形態のリレー光学系は、瞳収差の
発生を少なくするという観点から以下の条件（１）、
（２）を満足していることが望ましい。０．５＜Ｄ１／Ｆ１＜１（１）０．５＜Ｄ３／Ｆ３＜１（２）ここで、Ｄ１は前記第１レンズの物体側面から瞳面まで
の空気換算長、Ｄ３は前記第３レンズ群の像側面から瞳
面までの空気換算長、Ｆ１は前記第１レンズ群の焦点距
離、Ｆ３は前記第３レンズ群の焦点距離である。

【００３０】条件（１）、（２）は、リレー光学系から
出射する最大像高の主光線の傾角を、小さくするための
条件である。これは、リレー光学ユニットの全長が短く
なればなるほど、全像高に対して瞳収差を完全に０にす
ることは難しくなる。しかしながら、第１レンズ群と第
３レンズ群を最大像高における瞳収差量（瞳の球面収差
量）だけ瞳に近づくように移動させれば、出射する主光
線の出射角を全像高にわたってある程度小さくして、最
大像高における出射角がほぼ０°となるようにすること
ができる。この移動量を、前記の条件（１）、（２）を
満足する範囲内にしておけば、リレー光学系が短くなっ
ても出射主光線の角度を全像高に対して小さくできる。

【００３１】さらに、下記の条件（１）' 、（２）' を
満足することが好ましい。０．７＜Ｄ１／Ｆ１＜１（１）' ０．７＜Ｄ３／Ｆ３＜１（２）' さらに、下記の条件（１）" 、（２）" を満足すること
がより好ましい。

【００３２】０．８＜Ｄ１／Ｆ１＜１（１）" ０．８＜Ｄ３／Ｆ３＜１（２）" 条件（１）' 、（２）' あるいは（１）" 、（２）" を
満足するような構成をとれば、瞳収差の発生がより抑え
られることになる。

【００３３】なお、上記の条件（１）、（２）あるいは
（１）' 、（２）' あるいは（１）" 、（２）" を満足
しない構成であった場合、たとえ第１レンズ群と第３レ
ンズ群の面形状を瞳の球面収差を最小にする形にしたと
しても、瞳収差の発生を十分に抑えることは難しい。

【００３４】また、本実施の形態のリレー光学系におい
て、第１レンズ群と第３レンズ群は以下の条件（３）、
（４）を満足していることが望ましい。Ｎ１＞１．５（３）Ｎ３＞１．５（４）ここで、Ｎ１は第１レンズ群の正の単レンズの硝材の屈
折率、Ｎ３は前記第３レンズ群の正の単レンズの硝材の
屈折率である。

【００３５】瞳収差をより一層良好に補正するために
は、第１レンズ群と第３レンズ群に高屈折硝材を用いる
ことが望ましい。（３）、（４）はそのための条件で、
この条件を満足すれば、ペッツバール和の増大も押さえ
ることができる。よって、像面湾曲が小さく保たれ、な
お且つ瞳収差が最小に抑えられたリレー光学系が実現で
きる。

【００３６】また、本実施の形態のリレー光学系におい
て、第１レンズ群と第３レンズ群に以下の式で表わされ
る非球面を導入すれば、瞳収差をコントロールする自由
度が増え、瞳収差の発生を更に除去し得る。

【００３７】x ＝Cy²／（１＋（１−PC^2y2）^1/2）＋
By²＋Ey⁴＋Fy⁶＋Gy⁸＋……… ここで、ｘは光軸をｘ軸とした時の座標値であって、像
の方向を正としている。ｙは光軸と直交する方向をｙ軸
とした時の座標値であって、面と光軸との交点を原点と
している。また、Ｃは光軸近傍でこの非球面と接する円
の曲率半径の逆数、Ｐは非球面の形状を表すパラメータ
−、Ｂ，Ｅ，Ｆ，Ｇ・・・・はそれぞれ、２次、４次、６
次、８次・・・・の非球面係数である。Ｐ＝１でＢ，Ｅ，
Ｆ，Ｇ・・・・がすべて０の場合は、上記式は球面を表す。

【００３８】以下に、リレー光学系の実施例を示す。第１実施例本実施例のリレー光学系は、物体側から順に、物体側の
曲率半径の絶対値が小さい両凸レンズの第１レンズ群
と、物体側に凸の平凸レンズ、両凹レンズ、像側に凸の
平凸レンズから成る第２レンズ群、像側の曲率半径の絶
対値が小さい両凸レンズの第３レンズ群で構成されてい
る。

【００３９】本実施例のリレー光学系のレンズ断面図を
図１に、収差図を図２に示す。ここで、瞳の位置（瞳
面）は矢印で示してあるように、第２レンズ群の両凹レ
ンズの中心にある。

【００４０】本実施例のリレー光学系のレンズデータを
以下に示す。ｒ₁ =4.6101 ｄ₁ =1.4000 ｎ₁ =1.72916 ν₁ =54.68 ｒ₂ =-28.4294 ｄ₂ =2.9000 ｒ₃ =2.6431 ｄ₃ =1.3000 ｎ₂ =1.75512 ν₂ =45.6 ｒ₄ =∞ ｄ₄ =0.2400 ｒ₅ =-2.9173 ｄ₅ =0.7000 ｎ₃ =1.84666 ν₃ =23.83 ｒ₆ =2.9173 ｄ₆ =0.2400 ｒ₇ =∞ ｄ₇ =1.3000 ｎ₄ =1.75512 ν₄ =45.6 ｒ₈ =-2.6431 ｄ₈ =2.9000 ｒ₉ =28.4294 ｄ₉ =1.4000 ｎ₅ =1.72916 ν₅ =54.68 ｒ₁₀=-4.6101 近軸倍率 −１倍、ＮＡ０．１、像高１．２２mm、物点距離３．７８mm、像点距離３．７８mm、全長１９．９４mm 入射瞳 ∞、射出瞳 ∞ Ｄ１＝4.8799mm、Ｆ１＝5.5393mm、Ｄ１／Ｆ１＝0.8810 Ｄ３＝4.8799mm、Ｆ３＝5.5393mm、Ｄ３／Ｆ３＝0.8810 本実施例のリレー光学系は、両側テレセントリック光学
系であって、上記の条件（１）、（２）、（３）、
（４）を満足している。よって、硬性鏡のリレー光学ユ
ニットとして用いても問題なく十分な性能を発揮する。

【００４１】図１１は、本実施例の瞳収差と、特開平９
−８０３０６の瞳収差とを比較した図で、実線が本実施
例の瞳収差を示し、一点鎖線が特開平９−８０３０６の
瞳収差を示している。なお、第１１図では、特開平９−
８０３０６と実施例１の全長を、長さ約２０ｍｍで規格
化して比較している。

【００４２】図１１からわかるように、本実施例のリレ
ー光学系の瞳収差（リレー光学系から射出する主光線の
傾き）は像高比０で０°、像高比０．６の付近で約−
０．３７°となっており、最大値と最小値の差（幅）は
０．３７°である。これに対して、特開平９−８０３０
６のリレー光学系の瞳収差は、像高比０．５の付近で約
−０．３°、像高比１で約０．５°になっており、最大
値と最小値の差（幅）は０．８°である。このように、
本実施例のリレー光学の方が、特開平９−８０３０６の
リレー光学系に比べて主光線が小さな傾角で射出される
ことになり、テレセントリック性が保たれていることが
わかる。

【００４３】特開平９−８０３０６との瞳収差の比較に
おいて、一見、本実施例の瞳収差と特開平９−８０３０
６の瞳収差の差は小さいと思われるかもしれない。しか
しながら、硬性鏡の像伝送光学系ように同じリレー光学
系を複数回用いるような光学系では、リレー回数が増え
るにつれて瞳収差もリレー回数分積算されることにな
る。よって、僅かな収差であっても、最終的に発生する
瞳収差は非常に大きくなる。そのため、たとえ数値的に
みて僅かな改善であったとしても、リレー光学系の瞳収
差を小さくすることは硬性鏡の像伝送光学系においては
非常に重要である。

【００４４】なお、特開平９−８０３０６のリレー光学
系のレンズ枚数が８枚であるのに対して、本実施例では
レンズ枚数が５枚とレンズ枚数が減っているが、それに
も関わらず瞳収差は良好に補正されている。これは、第
１レンズ群を物体側に曲率半径の絶対値の小さい方の面
を向けた正の単レンズにして、第３レンズを像面側に曲
率半径の絶対値の小さい方の面を向けた正の単レンズに
するという構成による効果である。

【００４５】また、本実施例のリレー光学系は瞳に対し
て対称にレンズ面が配置されているため、倍率色収差、
歪曲収差、コマ収差が十分に補正されている。そして、
球面収差、軸上色収差も瞳面上にある第２レンズ群の凹
レンズにより十分に補正されている。

【００４６】また、本実施例のリレー光学系では、トリ
プレットタイプの第２レンズ群において、中央の凹レン
ズの両側に配置されている凸レンズの凹レンズ側の面
は、面取りが施された平面になっており、中央の凹レン
ズも両側面取りが施されている。これら３枚のレンズの
面取りは、硬性鏡の光学系保持チューブ内への挿入性を
考えて施されたもので、硬性鏡の光学系保持チューブに
挿入する前に面取り部分に接着剤を溜めてレンズを接合
することにより、組立て時において第２レンズ群を洗浄
するようなことがあっても、レンズ間の空気間隔に洗浄
液が入ることを防ぐことができる。

【００４７】また、本実施例では、第２レンズの３枚の
レンズのうち、平凸レンズにＶＣ８１（商品名：住田ガ
ラス）、凹レンズにＦＤＳ９（商品名：ＨＯＹＡ）とい
う転移点が５００°前後というような点移転の温度が低
い硝材を使っている。そのため、通常のような研磨によ
ってレンズを製造する方法以外に、金型でのプレスによ
ってレンズを成形する方法を用いることができる。

【００４８】なお、本実施例のリレー光学系では像面湾
曲収差が多少残存しており、その残存傾向は補正不足の
傾向になっている。そのため、同じリレー光学系を使う
硬性鏡では像の伝送回数だけ大きな補正不足傾向の像面
湾曲となるが、これは補正過剰傾向の対物光学系と組み
合わせることにより、対物光学系及びリレー光学系の全
体で像収差補正できる。

【００４９】このように、本実施例のリレー光学系は、
瞳収差が良好に補正されているので、硬性鏡のリレー光
学系として使用しても周辺減光が大きく発生せず良好な
観察ができる。また、長いロッドレンズを使用せず全長
の短いリレー光学系になっているので、リレー回数が異
なっていても硬性鏡の挿入部の長さに大きな違いが生じ
ることはない。そのため、被観察物体までの観察距離に
応じて最適の長さの挿入部を持つ硬性鏡を提供すること
ができる。

【００５０】第２実施例本実施例のリレー光学系は、物体側から順に、物体側の
曲率半径の絶対値が小さい両凸レンズの第１レンズ群
と、物体側の曲率半径の絶対値が小さく物体側に凸の正
メニスカスレンズ、両凹レンズ、像側の曲率半径の絶対
値が小さく像側に凸の正メニスカスレンズから成る第２
レンズ群、像側の曲率半径の絶対値が小さい両凸レンズ
の第３レンズ群で構成されている。

【００５１】本実施例のリレー光学系のレンズ断面図を
図３に、収差図を図４に示す。ここで、瞳の位置は矢印
で示してあるように、第２レンズ群の両凹レンズの中心
にある。

【００５２】本実施例のリレー光学系のレンズデータを
以下に示す。ｒ₁ =11.5681 ｄ₁ =1.4000 ｎ₁ =1.72916 ν₁ =54.68 ｒ₂ =-328.9061 ｄ₂ =10.2100 ｒ₃ =5.1510 ｄ₃ =1.3300 ｎ₂ =1.77250 ν₂ =49.60 ｒ₄ =22.1639 ｄ₄ =1.7800 ｒ₅ =-5.8361 ｄ₅ =0.7622 ｎ₃ =1.80518 ν₃ =25.42 ｒ₆ =5.8361 ｄ₆ =1.7800 ｒ₇ =-22.1639 ｄ₇ =1.3300 ｎ₄ =1.77250 ν₄ =49.60 ｒ₈ =-5.1510 ｄ₈ =10.2100 ｒ₉ =328.9061 ｄ₉ =1.4000 ｎ₅ =1.72916 ν₅ =54.68 ｒ₁₀=-11.5681 近軸倍率 −１倍、ＮＡ０．０９６、像高１．２２mm、物点距離１１．２５mm、像点距離１１．２５mm、全長５２．７mm 、入射瞳 ∞、射出瞳 ∞ Ｄ１＝13.7611mm 、Ｆ１＝15.3526mm 、Ｄ１／Ｆ１＝0.896 Ｄ３＝13.7611mm 、Ｆ３＝15.3526mm 、Ｄ３／Ｆ３＝0.896 本実施例のリレー光学系も、両側テレセントリック光学
系であって、第１実施例のリレー光学系と同様な構成で
明るさも同じような構成の光学系ではあるが、リレー光
学系の全長が第１実施例の約２．５倍になったものであ
る。このように、本発明のリレー光学系は、全体として
全長が短いリレー光学系において、収差を悪化させるこ
と無くリレーの全長をある程度変化させることができ
る。

【００５３】また、図１１には本実施例の瞳収差を示し
ており、瞳収差は像高比０．５で最大−０．０１８°で
あり、全像高（像高比０から１まで）の範囲で瞳収差が
ほぼ０°とみなせる状態になっている。よって、本実施
例のリレー光学系では主光線がほぼ平行に射出されるこ
とになる。本実施例のリレー光学系も、瞳収差が良好に
補正され、また長いロッドレンズを含んでいないため、
第１実施例と同様の作用効果を奏する。

【００５４】また、色々な全長のリレー光学系を組み合
わせて（例えば第１実施例のリレー光学系と組み合わせ
ることによって）、観察部位までの距離に応じた最適な
長さの挿入部を持つ硬性鏡を提供することができる。

【００５５】第３実施例本実施例のリレー光学系は、物体側から順に、物体側の
曲率半径の絶対値が小さく非球面である両凸レンズの第
１レンズ群と、物体側に凸の平凸レンズ、両凹レンズ、
像側に凸の平凸レンズから成る第２レンズ群、像側の曲
率半径の絶対値が小さく非球面である両凸レンズの第３
レンズ群で構成されている。

【００５６】本実施例のリレー光学系のレンズ断面図を
図５に、収差図を図６に示す。ここで、瞳の位置は矢印
で示してあるように、第２レンズ群の両凹レンズの中心
にある。

【００５７】本実施例のリレー光学系のレンズデータを
以下に示す。ｒ₁ =4.3407（非球面）ｄ₁ =1.4000 ｎ₁ = 1.72916 ν₁ =54.68 ｒ₂ =-42.1101 ｄ₂ =3.0100 ｒ₃ =2.7040 ｄ₃ =1.3000 ｎ₂ = 1.77250 ν₂ =49.60 ｒ₄ =∞ ｄ₄ =0.2500 ｒ₅ =-2.9080 ｄ₅ =0.7000 ｎ₃ = 1.84666 ν₃ =23.78 ｒ₆ =2.9080 ｄ₆ =0.2500 ｒ₇ =∞ ｄ₇ =1.3000 ｎ₄ = 1.77250 ν₄ =49.60 ｒ₈ =-2.7040 ｄ₈ =3.0100 ｒ₉ =42.1101 ｄ₉ =1.4000 ｎ₅ = 1.72916 ν₅ =54.68 ｒ₁₀=-4.3407（非球面）近軸倍率 −１倍、ＮＡ０．１、像高１．２２mm、物点距離３．７８mm、像点距離３．７８mm、全長２０．１８mm、入射瞳 ∞、射出瞳 ∞ Ｄ１＝4.9926mm、Ｆ１＝5.4663mm、Ｄ１／Ｆ１＝0.913 Ｄ３＝4.9926mm、Ｆ３＝5.4663mm、Ｄ３／Ｆ３＝0.913 非球面係数：Ｐ= −１．１、Ｂ＝Ｅ＝Ｆ＝Ｇ＝０本実施例のリレー光学系も、両側テレセントリック光学
系であって、図１１に示すように、非球面を導入するこ
とにより実施例１のリレー光学系とほぼ同じ全長であり
ながら、実施例１のリレー光学系に比べて更に瞳収差が
改善されている。図１１は本実施例の瞳収差を示してお
り、瞳収差は像高比０．５で最大−０．０４２°であ
り、実施例１のリレー光学系に比べて全像高（像高比０
から１まで）で瞳収差が良好に補正されている。よっ
て、本実施例のリレー光学系でも主光線がほぼ平行に射
出されることになる。

【００５８】本実施例のリレー光学系では、第１実施例
のリレー光学系や第２実施例のリレー光学系とは異なり
像面湾曲収差が補正過剰の傾向であるが、対物光学系と
の組み合わせによって補正することができる。また第１
実施例や第２実施例のリレー光学系と併用して補正する
ことができる。また、本実施例のリレー光学系も、瞳収
差が良好に補正され、また長いロッドレンズを含んでい
ないため、第１実施例と同様の作用効果を奏する。

【００５９】第４実施例本実施例のリレー光学系は、物体側から順に、物体側の
曲率半径の絶対値が小さく物体側に凸の正メニスカスレ
ンズの第１レンズ群と、物体側に凸の平凸レンズ、両凹
レンズ、像側に凸の平凸レンズから成る第２レンズ群、
像側の曲率半径の絶対値が小さく像側に凸の正メニスカ
スレンズの第３レンズ群で構成されている。

【００６０】本実施例のリレー光学系のレンズ断面図を
図７に、収差図を図８に示す。ここで、瞳の位置は矢印
で示してあるように、第２レンズ群の両凹レンズの中心
にある。

【００６１】本実施例のリレー光学系のレンズデータを
以下に示す。ｒ₁ =5.1190 ｄ₁ =6.9000 ｎ₁ =1.72916 ν₁ =54.68 ｒ₂ =33.7600 ｄ₂ =1.0700 ｒ₃ =2.7040 ｄ₃ =1.3000 ｎ₂ =1.77250 ν₂ =49.6 ｒ₄ =∞ ｄ₄ =0.3800 ｒ₅ =-2.8720 ｄ₅ =0.7000 ｎ₃ =1.84666 ν₃ =23.78 ｒ₆ =2.8720 ｄ₆ =0.3800 ｒ₇ =∞ ｄ₇ =1.3000 ｎ₄ =1.77250 ν₄ =49.6 ｒ₈ =-2.7040 ｄ₈ =1.0700 ｒ₉ =-33.7600 ｄ₉ =6.9000 ｎ₅ =1.72916 ν₅ =54.68 ｒ₁₀=-5.1190 近軸倍率 −１倍、ＮＡ０．１、像高１．２２mm、物点距離５mm、像点距離５mm、全長３０mm 入射瞳 ∞、射出瞳 ∞ Ｄ１＝6.363mm 、Ｆ１＝7.5121mm、Ｄ１／Ｆ１＝0.847 Ｄ３＝6.363mm 、Ｆ３＝7.5121mm、Ｄ３／Ｆ３＝0.847 本実施例のリレー光学系も、両側テレセントリック光学
系であって、図１１に示すように、瞳収差は像高比０．
６で最大−０．１２°であり、全像高（像高比０から１
まで）で瞳収差が良好に補正されている。よって、本実
施例のリレー光学系でも主光線がほぼ平行に射出される
ことになる。

【００６２】なお、本実施例のリレー光学系の第１レン
ズ群と第３レンズ群の正レンズは、レンズの厚みが外径
の２倍になっている。第５実施例本実施例のリレー光学系は、物体側から順に、物体側の
曲率半径の絶対値が小さい両凸レンズの第１レンズ群
と、物体側に凸の平凸レンズ、両凹レンズ、像側に凸の
平凸レンズから成る第２レンズ群、像側の曲率半径の絶
対値が小さく像側に凸の正メニスカスレンズの第３レン
ズ群で構成されている。本実施例のリレー光学系のレン
ズ断面図を図９に、収差図を図１０に示す。

【００６３】本実施例のリレー光学系のレンズデータを
以下に示す。ｒ₁ =4.6750 ｄ₁ =1.4000 ｎ₁ =1.72916 ν₁ =54.68 ｒ₂ =-25.9400 ｄ₂ =2.9000 ｒ₃ =2.7040 ｄ₃ =1.3000 ｎ₂ =1.77520 ν₂ =49.6 ｒ₄ =∞ ｄ₄ =0.2500 ｒ₅ =-2.9080 ｄ₅ =0.7000 ｎ₃ =1.84666 ν₃ =23.78 ｒ₆ =2.9080 ｄ₆ =0.2500 ｒ₇ =∞ ｄ₇ =1.3000 ｎ₄ =1.77520 ν₄ =49.6 ｒ₈ =-2.7040 ｄ₈ =2.3800 ｒ₉ =-13.8010 ｄ₉ =1.4000 ｎ₅ =1.72916 ν₅ =54.68 ｒ₁₀=-3.8190 近軸倍率 −１．１４５倍、ＮＡ０．１、像高１．４１mm、物点距離３．７８mm、像点距離４．８２２mm、全長２０．４８mm 入射瞳 ∞、射出瞳 −２２．４６４mm 本実施例のリレー光学系は、第１実施例のタイプのリレ
ー光学系において第３レンズを変形した変倍リレー光学
系である。本実施例のリレー光学系は、接眼光学系Ｅで
観察する像を形成するために、像伝送光学系Ｒと接眼光
学系Ｅの間に設けられる光学系に使用するものである。
そのため、本実施例のリレー光学系は両側テレセントリ
ック光学系になっていない。

【００６４】前述のように、硬性鏡では対物光学系Ｏに
よる観察部位の像を像伝送光学系Ｒにより像を伝送し
て、接眼光学系Ｅによって観察部位を眼視観察するよう
になっている。ここで、眼視観察では接眼光学系Ｅの射
出瞳位置によって、観察の難易が変化する。そこで、硬
性鏡では像伝送光学系の最後に変倍リレー光学系を配置
し、接眼光学系に対する射出瞳位置を調整を行ってい
る。

【００６５】また、硬性鏡の挿入部が細い場合はリレー
される像が小さいので、この変倍リレー光学系によって
像伝送光学系Ｒで伝送された像を一度拡大しておき、そ
の拡大像を接眼光学系Ｅで観察するようにすれば、観察
部位をできるだけ大きく観察したいという要望に応える
ことができる。

【００６６】本実施例のリレー光学系は、第１レンズ群
と第２レンズ群は第１実施例のそれと全く同じレンズで
構成にすれば、部品の共通化が図られるので、コスト低
減の面で非常に有効である。

【００６７】以上、本発明のリレー光学系について説明
したが、上記の各実施例において、第２レンズ群の正レ
ンズの形状は、平凸やメニスカスに限定されるものでは
なく、その他の形状であっても良い。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のリレー光
学系は瞳収差が十分補正されているので、従来と比べて
リレー光学系の長さが短くなっているにも関わらず、全
像高にわたってリレー光学系を出射する主光線の傾きが
光軸とほぼ平行になっており、両側テレセントリック性
が保たれている。よって、周辺減光が少なく、リレー回
数が異なっていても硬性鏡の挿入部の長さに大きな違い
のない硬性鏡を提供できる。

【００６９】また、リレー光学系の全長を短く抑えた範
囲内で、収差を良好にたもったまま全長を変化させるこ
とができる。そこで、色々な全長のリレー光学系を組み
合わせて、観察部位までの距離に応じた硬性鏡の挿入部
を構成することができる。

【００７０】また、一部のレンズを変えるだけで、変倍
リレー光学系を構成することができるので、レンズの共
通化によるコスト削減が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のリレー光学系の構成を
示す図

【図２】本発明の第１の実施例のリレー光学系の収差を
示す図

【図３】本発明の第２の実施例のリレー光学系の構成を
示す図

【図４】本発明の第２の実施例のリレー光学系の収差を
示す図

【図５】本発明の第３の実施例のリレー光学系の構成を
示す図

【図６】本発明の第３の実施例のリレー光学系の収差を
示す図

【図７】本発明の第４の実施例のリレー光学系の構成を
示す図

【図８】本発明の第４の実施例のリレー光学系の収差を
示す図

【図９】本発明の第５の実施例のリレー光学系の構成を
示す図

【図１０】本発明の第５の実施例のリレー光学系の収差
を示す図

【図１１】本発明の各実施例と特開平９−８０３０６に
おける瞳収差を示す図

【図１２】従来の硬性観察光学系を示す図

【図１３】従来のリレー光学系の構成を示す図。

【符号の説明】

１挿入部２把持部３レンズ４ロッドレンズ５接合ロッドレンズＤ１第１レンズの物体側面からリレー光学系の瞳面
までの空気換算長Ｄ３第３レンズ群の像側面からリレー光学系瞳面ま
での空気換算長Ｅ接眼光学系Ｏ対物光学系Ｐ瞳面（瞳位置）Ｒリレー光学系Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３リレー光学ユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側から順に、物体側に曲率半径の絶対
値の小さい方の面を向け、レンズの厚みが外径の２倍以
下の正の単レンズからなる第１レンズ群と、少なくとも
一つのレンズを有する第２レンズ群と、像面側に曲率半
径の絶対値の小さい方の面を向け、レンズの厚みが外径
の２倍以下の正の単レンズから成る第３レンズ群とを備
えていることを特徴とするリレー光学系。
【請求項２】前記第２レンズ群は負の単レンズと、該負
の単レンズの両側に配置された正の単レンズから成り、
前記第２レンズ群は前記リレー光学系の瞳近傍に配置さ
れたことを特徴とする請求項１に記載のリレー光学系。
【請求項３】以下の条件（１）、（２）を満足すること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載のリレー光
学系。０．５＜Ｄ１／Ｆ１＜１（１）０．５＜Ｄ３／Ｆ３＜１（２）ここで、Ｄ１は前記第１レンズ群の物体側面から前記リ
レー光学系の瞳面までの空気換算長、Ｄ３は前記第３レ
ンズ群の像側面から前記リレー光学系の瞳面までの空気
換算長、Ｆ１は前記第１レンズ群の焦点距離、Ｆ３は前
記第３レンズ群の焦点距離である。
【請求項４】以下の条件（３）、（４）を満足すること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載のリレー光
学系。Ｎ１＞１．５（３）Ｎ３＞１．５（４）ここで、Ｎ１は前記第１レンズ群の正の単レンズの硝材
の屈折率、Ｎ３は前記第３レンズ群の正の単レンズの硝
材の屈折率である。
【請求項５】物体から像までの距離を２０ｍｍに規格化
したとき、全像高における主光線と光軸とがなす角度の
最大値と最小値の差が、０．４°以下であることを特徴
とするリレー光学系。