JP2004012570A

JP2004012570A - Magnification observation apparatus

Info

Publication number: JP2004012570A
Application number: JP2002162566A
Authority: JP
Inventors: Kokichi Kenno; 研野　孝吉
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2004-01-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnification observation apparatus which provides a clear and bright observed image free of a rough feel and provides a wide exit pupil diameter without having a mechanism, such as a rotating mechanism. <P>SOLUTION: The magnification observation apparatus is provided with an objective optical system 10 for projecting an enlarged image of an object, a diffusion plate 4 arranged near the image projected by the objective optical system 10 and an eyepiece optical system 3 for projecting the exit pupil of the objective optical system 10 to an observer's eyeball E, wherein the diffusion angle of the diffusion plate 4 is ≥10° in full width at half maximum. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、拡大観察装置に関し、特に、顕微鏡において射出瞳径が大きく見やすい顕微鏡等の拡大観察装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、拡大観察装置として、米国特許第４，０１２，１０９号明細書、同第４，０９０，８３１号明細書のものがある。これらの拡大観察装置では、投影型顕微鏡の拡大像結像位置に反射型のレンチキュラーレンズからなる１次元方向の拡散板を配置し、その拡散板を回転することにより射出瞳を２次元的に拡大するようにしている。ところが、この構成では、拡散板の回転機構が必要であり、装置が大掛かりになる。また、回転により発生する振動や騒音が観察の邪魔になる。
【０００３】
また、特公平５−５３２９号公報のものは、固定のフィールドレンズの１面に射出瞳を拡大する微細構造を設ける方式である。しかしながら、この方式では、微細構造の拡散性が弱いため、観察者の瞳位置に光学系の射出瞳位置を合わせるためにミラーを回転調整する調整機構が必要であった。
【０００４】
ところで、主に回折作用を利用して光を散乱させるタイプの拡散板は、波長依存性を有する。そのため、このタイプの拡散板を用いると、拡散角の波長依存性が強く出て瞳周辺で色付きが起こる問題があり、好ましくない。
【０００５】
また、拡散材を拡散板内部に分布させるタイプの拡散板もあるが、拡散材の量が多いと拡散角が大きくなりすぎて非常に暗い像しか観察できない。また、拡散材の量を少なくしても、拡散されずに通り抜ける光線が非常に強くなる割には拡散角の大きい光がなくならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、回転機構等の機構を有さずにざらつき感のないクリアーで明るい観察像を得られ、かつ、広い射出瞳径がとれる拡大観察装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の拡大観察装置は、物体の拡大像を投影する対物光学系、前記対物光学系で投影された像近傍に配置された拡散板、前記対物光学系の射出瞳を観察者眼球に投影する接眼光学系を備えた拡大観察装置において、前記拡散板の拡散角が半値全幅で１０°以下であることを特徴とするものである。
【０００８】
以下、本発明において上記構成を採用する理由と作用について説明する。
【０００９】
まず、本発明の拡大観察装置の光学系を、図１の概念図を参照して説明する。
【００１０】
本発明の拡大観察装置は、物体Ｏを拡大結像する対物光学系１０と、その拡大された像Ｉの近傍に配置された接眼光学系３と、やはり対物光学系１０で投影された像近傍に配置された拡散板４とからなるものである。接眼光学系３は、対物光学系１０の射出瞳Ｐを全系の射出瞳５として観察者眼球位置Ｅに投影する役割を有している。また、拡散板４は接眼光学系３と一体で構成するのが望ましい。また、接眼光学系３は、通常の正レンズでもよいし、正パワーのフレネルレンズでも、反射鏡でも、フレネル反射鏡でもよい。これらのレンズ面、反射面は、回転対称面だけでなく、偏心したフレネルレンズ面、フレネル反射面、自由曲面、アナモルフィック面でも構成できる。そして、その一面に拡散板４の作用をする拡散面が設けられる。
【００１１】
対物光学系１０としては、図１における対物レンズ系１だけからなっていても、対物レンズ１と投影光学系２とからなるものであってもよく。また、対物レンズ系１は、無限遠結像タイプの対物レンズ系と結像レンズ系とからなるものであってもよい。
【００１２】
さらに、対物光学系１０としては、変倍光学系を含むものであってもよい。
【００１３】
また、立体視あるいは両眼視をする場合には、拡大観察装置は少なくとも２本の光路を有するのが好ましい。このとき、２本の光路の各々の光軸は内向角を持つものでも、平行光軸のものでもよい。
【００１４】
さらに、接眼光学系３は、反射面６ａを中心として回転するチルト機構を持たせることも可能である。
【００１５】
そして、上記構成において、拡散板４の拡散角が半値全幅で１０°以下となる拡散特性を有することが好ましい。この角度が１０°を越えると、拡散角が大きくなりすぎてしまう。この場合、観察視域（射出瞳５）は広がるが、観察像の明るさが暗くなり、観察物体Ｏを照明する照明装置が大掛かりになってしまう。
【００１６】
さらに、拡散面４は、拡散角が半値全幅で５°以下となる拡散特性を有することが好ましい。このような拡散特性を有することにより、両眼で観察することが可能となり、見やすい２次元像観察装置になる。
【００１７】
さらに、拡散面４は、拡散角が１０分の１全幅で３０°以下となる拡散特性を有することが好ましい。
【００１８】
拡散面４の拡散特性としては、半値全幅から急に拡散光強度が低下することが好ましい。上記条件を満足することでこれを実現できる。また、３０°よりも大きな角度で拡散する光線は観察者の眼に届かないので、上記条件を満足することにより、無駄な照明光が減り、照明光の利用効率が向上する。その結果、光源として小型で低出力のものを使うことが可能となる。
【００１９】
両眼視差のある立体像を観察する場合には、両眼で観察する映像が異なるために、拡散角が大きくクロストークを起こすと、立体像とは認識できず二重像として観察されてしまう。そのために、拡散角は５°以下の半値全幅を持つことが好ましい。
【００２０】
さらに好ましく、拡散角は、１０分の１全幅で２０°以下であることが好ましい。上記条件を満足することが照明の効率的利用につながる。
【００２１】
また、これも観察像の明るさに関係するが、半値全幅から急に拡散光強度が低下することが好ましい。
【００２２】
次に、上記のような拡散角を得るための拡散板４の表面粗さについて説明する。
【００２３】
図２は拡散板４が透過型の場合である。透過型拡散板４から４０ｃｍの距離でφ６３ｍｍの大きさに光線を拡大しようとすると、光線の拡散角は半値幅で４．５°の拡散角を持つことが必要になる。拡散板４表面の微細な凹凸で光線を屈折させる場合、その凹凸の形状をｓｉｎ波形状と仮定し、拡散面の屈折率を１．５とする。すると、図３に示すように、入射角をθ、屈折角をθ’とし、θ’−θ＝４．５°とスネルの式から、入射角θは約８．８６°の傾きを持つ必要があることが分かる。つまり、表面荒さの傾きの最大値は８．８６°であることが必要である。ここで、面の形状は滑らかなｓｉｎ波形状としていることから、その形状は、
ｙ＝ａ×ｓｉｎ（２πｘ／Ｔ）
で表される。ここで、ａは振幅、Ｔは周期である。そして、その傾きは、
（傾き）＝ｄｙ／ｄｘ＝ａ×ｃｏｓ（２πｘ／Ｔ）×２π／Ｔ
となる。傾きが最大になるのは、ｘ＝２πｍ（ｍは整数）のときであるから、
（傾きの最大値）＝ａ×２π／Ｔ
となり、これが８．８６°になるときのａ／Ｔを求めればよいことになる。
【００２４】
（傾きの最大値）＝ａ／Ｔ×２π＝８．８６／１８０×π＝０．１５４
これからａ／Ｔを求めると、
ａ／Ｔ＝０．０２４６
となる。ここで、ＪＩＳ　Ｂ０６０１による算術平均荒さＲａとａの関係は、形状が正弦波の場合は、
Ｒａ／√２＝ａ
となり、さらに凹凸の平均間隔Ｓｍと上記周期Ｔの関係は、
Ｓｍ＝Ｔ
となる。これより、表面粗さに関しては以下の結果を得る。
【００２５】
Ｓｍ＝２８．７Ｒａ
の場合、拡散面の最大傾斜は８．８３°となり、屈折率１．５の場合、光線の拡散半角４．５°、拡散全角で９°の拡散板が得られる。
【００２６】
次に、図４は拡散板４が反射型の場合である。反射型拡散板４から４０ｃｍの距離でφ６３ｍｍの大きさに光線を拡大しようとすると、光線の拡散角は半値幅で４．５°の拡散角を持つことが必要になる。拡散板４表面の微細な凹凸で光線を反射させる場合、その凹凸の形状をｓｉｎ波形状と仮定すると、図５に示すように、入射角、反射角をθとし、２θ＝４．５°から、入射角θは４．５°の半分の約２．２５°の傾きを持つ必要があることが分かる。つまり、表面荒さの傾きの最大値は２．２５°であることが必要である。ここで、面の形状は滑らかなｓｉｎ波形状としていることから、その形状は、
ｙ＝ａ×ｓｉｎ（２πｘ／Ｔ）
で表される。そして、その傾きは、
（傾き）＝ｄｙ／ｄｘ＝ａ×ｃｏｓ（２πｘ／Ｔ）×２π／Ｔ
となる。傾きが最大になるのは、ｘ＝２πｍ（ｍは整数）のときであるから、
（傾きの最大値）＝ａ×２π／Ｔ
となり、これが２．２５°になるときのａ／Ｔを求めればよいことになる。
【００２７】
（傾きの最大値）＝ａ／Ｔ×２π＝２．２５／１８０×π＝０．０３９２７これからａ／Ｔを求めると、
ａ／Ｔ＝０．００６２５
となる。ここで、ＪＩＳ　Ｂ０６０１による算術平均荒さＲａとａの関係は、形状が正弦波の場合は、
Ｒａ／√２＝ａ
となり、さらに凹凸の平均間隔Ｓｍと上記周期Ｔの関係は、
Ｓｍ＝Ｔ
となる。これより、表面粗さに関しては以下の結果を得る。
【００２８】
Ｓｍ＝１１３．１４Ｒａ
の場合、拡散面の最大傾斜は２．２５°となり、反射による拡散半角４．５°、拡散全角で９°の反射型拡散板４が得られる。
【００２９】
これを、２回透過型拡散板、裏面鏡型拡散板についても検討すると、Ｓｍ／Ｒａと拡散半角との関係は、拡散面の凹凸面をｓｉｎ波形状に近似できる場合は、図６に示すようになる。
【００３０】
以上のような知見から、さらに好ましくは、本発明の拡散板の拡散面は、以下条件を満足するようなランダムな凹凸形状にするのがよい。これにより、広い射出瞳径で、ざらつき感のないクリアーで明るい観察像を得ることができる。
【００３１】
２次元像（平面像）観察装置の場合：
１回透過型の拡散板では、
５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜７０　　　　　　・・・（１）
２回透過型の拡散板では、
１０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜８０　　　　　・・・（２）
表面反射型の拡散板では、
５０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２００　　　　・・・（３）
裏面反射型の拡散板では、
８０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２５０　　　　・・・（４）
立体像観察装置の場合：
１回透過型の拡散板では、
１５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜４００　　　　・・・（５）
２回透過型の拡散板では、
２５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜５００　　　　・・・（６）
表面反射型の拡散板では、
８０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜１０００　　　・・・（７）
裏面反射型の拡散板では、
１５０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２０００　　・・・（８）
なる条件を満足することが好ましい。ここで、ＳｍはＪＩＳ　Ｂ０６０１による表面の凹凸の平均間隔（μｍ）、Ｒａは表面の中心線平均粗さ（μｍ）、Ｅｐは拡散面から観察者の眼の位置までの距離（：アイポイント（ｍｍ））である。
【００３２】
上記条件式（１）〜（８）の下限を下回ると、拡散角が小さくなりすぎ、広い瞳径を得るとこが難しくなる。また、上限を上回ると、拡散しすぎてしまい観察像が暗くなってしまう。
【００３３】
なお、接眼光学系にフレネルレンズを用いる場合には、拡散面の凹凸形状をランダムな配置にすることがより好ましい。凹凸形状に周期性があると、フレネルレンズのピッチと拡散面との間でモアレ縞が発生して観察像に重畳し、見にくい像となってしまう。
【００３４】
上記条件式（１）〜（８）については、それぞれ以下のようにさらに限定することがより望ましい。
【００３５】
２次元像（平面像）観察装置の場合：
１回透過型の拡散板では、
１０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜４０　　　・・・（１−１）
２回透過型の拡散板では、
１５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜６０　　　・・・（２−１）
表面反射型の拡散板では、
７０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜１５０　　・・・（３−１）
裏面反射型の拡散板では、
１００＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２００　・・・（４−１）
立体像観察装置の場合：
１回透過型の拡散板では、
２０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜３００　　・・・（５−１）
２回透過型の拡散板では、
３０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜４００　　・・・（６−１）
表面反射型の拡散板では、
１００＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜７００　・・・（７−１）
裏面反射型の拡散板では、
２００＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜１０００・・・（８−１）
さらに好ましくは、拡散板の拡散面の表面の凹凸の平均間隔Ｓｍは、
Ｓｍ＜２００μｍ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（９）
なる条件を満足することが好ましい。この条件（９）は、観察画面のザラザラ感に関係している。拡散面の凹凸が２００μｍ以上だと、特に本発明のように対物光学系からの光束が細い（ＮＡが小さい）光線で拡散板近傍に投影像を形成する光学装置においては、このＳｍが映像のザラザラ感（シンチレーション）に大きく影響する。そのため、条件（１）〜（８）を満足しながら、本条件（９）を満足するような拡散面であることが重要である。この条件（９）を満足しないで、Ｓｍが２００μｍ以上になると、ひどいときは観察者の眼を移動した場合に画面全体が細かく瞬くように見えるシンチレーションが見えてしまう。また、そこまでひどくなくても、映像がすりガラスに投影された映像のように画像のクリア感がなくなり、鮮やかな映像を観察することができない。
【００３６】
さらに好ましくは、
Ｓｍ＜１００μｍ　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（９−１）
なる条件を満足することが好ましい。
【００３７】
さらに好ましくは、
Ｓｍ＜５０μｍ　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（９−２）
なる条件を満足することが望ましい。
【００３８】
さて、以上のような条件を満足する本発明の拡散板４としては、本出願人による特願２００１−３７０９５０の作製方法で作製した拡散板が使用可能である。その拡散板としては、以下のものがある。
（１）サンドブラスト法により粒径が制限された球形ビーズを吹き付けて形成されたランダム配置の凹面群あるいはその凹面群に相似的な凹面群、又は、これら凹面群に相補的な凸面群を有する拡散板。
（２）金属基板に球形ビーズを吹き付けて形成されたランダム配置の凹面群を型として透明基板に複製することにより作製された（１）の拡散板。
（３）金属基板上に形成した加工層に球形ビーズを吹き付けて形成されたランダム配置の凹面群を金属基板表面に相似的に転写して形成されたランダム配置の凹面群を型として透明基板に複製することにより作製された（１）の拡散板。
（４）前記球形ビーズの粒径が０．０１ｍｍから２ｍｍのガラスビーズからなる（１）から（３）の拡散板。
（５）前記球形ビーズを吹き付ける空気圧が０．５〜３．０ｋｇ／ｃｍ^２である（４）の拡散板。
（６）前記金属基板が真鍮からなる（２）、（４）、（５）の拡散板。
（７）前記金属基板が前記球形ビーズより硬度の高い金属からなる（３）、（４）、（５）の拡散板。
（８）前記金属基板の表面に形成された凹面群を射出成形あるいはプレス成形により透明基板に複製した（２）〜（７）の拡散板。
（９）基板上に樹脂の液滴を噴霧して付着させることにより形成されたランダム配置の凸面群を基板表面に相似的に転写して形成されたランダム配置の凸面群、又は、その凸面群に相補的な凹面群を有する拡散板。
【００３９】
さらに、特開平９−１２７３１２号公報に記載されている拡散板を使うことができる。この拡散板は、透明基体の片面又は両面を粗面化して作製したものである。透明基体の片面又は両面を粗面化する方法としては、例えば以下の（１）〜（４）の方法がある。（１）透明基体の片面又は両面をエッチング処理する方法、（２）樹脂にフィラーを、必要に応じて、水や有機溶剤と共に分散した塗料又はインクをコーティングや印刷を行うことにより、透明基体の片面若しくは両面上に単層又は多層に分けて設ける方法、（３）樹脂やフィラー単体又はこの混合物からなる粉体を静電粉体コーティングや粉体電着コーティングにより、透明基体の片面又は両面に設ける方法、（４）有機又は無機のフィラーを樹脂と共に、熱と圧力を加えることにより溶融し、この溶融物を押し出し成形や射出成形等によりフィルム化して成形する方法。この場合に、この拡散板のＨＡＺＥ値（ＪＩＳ　　Ｋ７１０５）が、１０〜４０の範囲にあることが好ましい。
【００４０】
また、特開２０００−１７１６１８で作製した拡散板を使うこともできる。この拡散板を作製する方法は、基体上に直接又は他の層を介して結着層を積層する工程と、フィラーを加圧媒体によって結着層に埋め込む工程と、その工程で得た積層体に付着した余剰フィラーを除去する工程とを具備している。
【００４１】
ところで、対物レンズ系１あるいは投影光学系２としては偏心光学系を使うことが望ましい。
【００４２】
その場合、さらに好ましくは、対物レンズ系１あるいは投影光学系２は回転非対称面を有することが望ましい。
【００４３】
また、接眼光学系３としては、前記したように、フレネルレンズやフレネル反射鏡のようにフレネル面により構成されていることが望ましい。
【００４４】
また、接眼光学系３は、反射型フレネル面で構成されていることが好ましい。
【００４５】
また、接眼光学系３は、偏心フレネル反射面で構成するすることが好ましい。
【００４６】
本発明の別の拡大観察装置は、物体の拡大像を投影する対物光学系、前記対物光学系で投影された像近傍に配置された拡散板、前記対物光学系の射出瞳を観察者眼球に投影する接眼光学系を備え、前記拡散板近傍でのみ結像し、少なくとも２つの光路を有する拡大観察装置であって、前記拡散板の拡散角が半値全幅で１０°以下であり、像反転作用と、前記少なくとも２つの光路を入れ替える光路入れ替え作用と、前記少なくとも２つの光路の間隔を広げる光路間隔拡大作用とを有する光学素子が前記対物光学系と前記接眼光学系の間に配置されていることを特徴とするものである。
【００４７】
本発明の別の拡大観察装置としては、双眼実体顕微鏡があり、これを例にして説明する。
【００４８】
以下に、図７の光路図を参照にして説明する。ただし、この図は、右眼用の光路のみを示してあり、左眼用の光路は一点鎖線で示した中心軸に対して対称に配置される。この光学系は、対物光学系１と、接眼光学系３と、拡散板４とからなる。対物光学系１は、物体Ｏの左右から見た像を同時に別々の光軸を経て拡大結像する。接眼光学系３は、拡大された像近傍に配置され、対物光学系１の射出瞳を観察者眼球位置に投影する。すなわち、対物光学系１の右眼用光路の射出瞳Ｐ_Ｒと図示しない左眼用の光路の射出瞳Ｐ_Ｌは同時に、全系の右眼用射出瞳５_Ｒと図示しない左眼用射出瞳５_Ｌとして観察者眼球位置に投影される。拡散板４は対物光学系１で投影された像近傍に固定配置されている。
【００４９】
このような配置において、結像は接眼光学系３に１回だけしか行われず、その結像位置においては、左右の像はそれぞれ反転されて観察されてしまう。そのため、対物光学系１と接眼光学系３の間の光路の途中に像を反転させる光学素子を配置する必要がある。
【００５０】
また、左右の光軸を入れ換えないと、立体像を見るとき、立体感が逆になってしまう。これは左右の光軸を入れ換えないと、右から見た画像を左眼で観察することになってしまい、逆に左から見た画像を右眼で観察することになってしまうからである。そこで、光路入れ換え作用を有する光学素子を光路中に配置する必要がある。
【００５１】
また、光学系で決まる内向角は物体Ｏを見込む左右２つの光軸の角度（物体側）である。この内向角を余り大きくとると、立体感が強くなりすぎ立体視できない。一方、観察者側の内向角は明視の距離と人間の標準眼幅から決まってしまう。そのため、この２つの内向角の間に大きな隔たりがあると、立体感に違和感を感じてしまう。よって、観察者側の内向角と光学系の内向角を一致させるのが好ましいが、装置を小型化する必要から、物体から接眼光学系３までの距離は大きくとることができない。そこで、装置内で光路間隔を一旦広げて、接眼光学系３側の内向角に合う光路間隔にする必要がある。本発明では、対物光学系１と接眼光学系３の間の光路の途中に、光路間隔拡大作用を有する光学素子を配置している。
【００５２】
また、像反転作用と光路入れ換え作用とを同時に有する光学素子として、リレーレンズがある。リレーレンズは対物光学系１による像を反転して接眼光学系３位置に結像するもので、左右の像の反転と左右の光路入れ換えを行う。あるいは、リレーレンズの代わりに、相互に直交する２つの平面ミラーからなる屋根プリズムあるいは屋根ミラーを用いてもよい。このような像反転作用と光路入れ換え作用とを同時に有する光学素子を光路中に配置することにより、反転しない正規の立体感が可能な双眼実体顕微鏡が構成できる。
【００５３】
さらに好ましくは、像反転作用と光路入れ換え作用を有する光学素子が光路間隔拡大作用を有するのがよい。このような光学素子を、対物光学系１と接眼光学系３の間の光路の途中に配置することにより、反転しない正規の立体感が可能な小型の双眼実体顕微鏡が構成可能になる。そのような光学素子７の例を図８に示す。図８（ａ）は光学素子７を構成する１つのプリズムＰＬの斜視図であり、図８（ｂ）はプリズムＰＬを上から見た平面図（図８（ａ）のＺ軸の＋から−方向を見た図）である。
【００５４】
プリズムＰＬは光を反射する順に４つの反射面ａ〜ｄを備えている。反射面ａ〜ｄを平面鏡で構成する場合（この条件は必ずしも必要ない。）、座標系を図８（ａ）のように定義する。反射面ａはＸＹ面をＸ軸の周りで左に４５°回転した面の形状をしており、反射面ｂはＸＺ面をＺ軸の周りで左に４５°回転した面の形状をしており、反射面ｃはＸＺ面をＺ軸の周りで右に４５°回転した面の形状をしており、反射面ｄはＸＹ面をＸ軸の周りで右に４５°回転した面の形状をしている。このようなプリズムＰＬの反射面ａに＋Ｚ軸方向に進む光路が入射すると、反射面ａで−Ｙ軸方向に進む光路に反射される。反射光は反射面ｂで＋Ｘ軸方向に進む光路に反射される。続いて反射光は反射面ｃで＋Ｙ軸方向に進む光路に反射され、さらに反射面ｄで再び＋Ｚ軸方向に進む光路に反射されてプリズム外に射出する。そのとき、像の反転が行われる。なお、このプリズムＰＬの重要な構成は、反射面ａとｄの間が離間していて空間が形成されていることである。
【００５５】
光学素子７はこのようなプリズムＰＬを２個（ＰＬ１とＰＬ２）使用する。図８（ｃ）に示すように、図８（ａ）と（ｂ）のＺ軸に平行な直線Ａ−Ａ’を中心として、２つのプリズムＰＬ１、ＰＬ２を１８０°回転対称な位置に配置する。すなわち、プリズムＰＬ１の反射面ａとｄの間（それぞれａ１、ｄ２とする。以下、同様）にプリズムＰＬ２の反射面ａ２が入り込むように、また、プリズムＰＬ２の反射面ａ２とｄ２の間にプリズムＰＬ１の反射面ａ１が入り込むように配置している。このようにすることで、光学素子７は、像反転作用と光路入れ換え作用と光路間隔拡大作用とを同時に有する。この光学素子７を図７に示すように光路中に配置すると、対物光学系１から射出する２つの光軸の一方がプリズムＰＬ１の反射面ａ１に入射し、他方の光軸がプリズムＰＬ２の反射面ａ２に入射する。光学素子７に入射するときの光路間隔がＬ１であるとすると、それぞれのプリズムＰＬ１、ＰＬ２の反射面ｄ１、ｄ２から射出するときの光路間隔は、図８（ｃ）に示すように、Ｌ２に拡大される。反射面ａ１とｄ１の間隔、反射面ａ２とｄ２の間隔を適当に設定することにより、所望の光路間隔Ｌ２が得られるようになる。
【００５６】
なお、図８では光学素子７をプリズムで構成するものとしたが、もちろんミラーの組み合わせで構成することも可能である。
【００５７】
また、図９に示す他の構成例でも同様にこのような像反転作用と光路入れ換え作用と光路間隔拡大作用とを同時に有する光学素子７が用いられる。この例では、対物光学系１として、無限遠結像タイプの対物レンズ系１１と結像光学系１３とでなるものと用い、その間の左右の光路それぞれに変倍光学系１２_Ｌ、１２_Ｒを配置して、変倍可能な対物光学系１としている。それ以外は、図７の場合と同様である。
【００５８】
本発明のさらに別の拡大観察装置は、物体の拡大像を空中に投影する対物光学系、前記空中に投影された投影像を異なる２つの光路に沿って投影する２つの投影光学系、前記投影光学系で投影された像近傍に配置された拡散板、前記対物光学系の射出瞳を観察者眼球に投影する接眼光学系を備えた拡大観察装置であって、前記２つの光路を入れ替える光路入れ替え作用と、前記２つの光路の間隔を広げる光路間隔拡大作用とを有する光学素子が前記対物光学系と前記接眼光学系の間に配置されていることを特徴とするものである。
【００５９】
この場合に、対物光学系としては物体の１つの拡大像を投影するものでも、別々の光路を経て物体の２つの拡大像を投影するものでもよい。対物光学系１が物体Ｏの左右の２つの拡大像を投影する場合の光路図を図１０、図１１に示す。ただし、これらの図は、右眼用の光路のみを示してあり、左眼用の光路は一点鎖線で示した中心軸に対して対称に配置される。
【００６０】
図１０の場合は、対物光学系１は、無限遠結像タイプの対物レンズ系１１とその像側に並列配置された２つの正屈折力の結像光学系１４_Ｒ、１４_Ｌとからなる。２つの正屈折力の結像光学系１４_Ｒ、１４_Ｌの後側焦点位置には、物体Ｏの左右から見た２つの拡大像が投影される。そして、その左右の拡大像をさらに投影する左右の投影光学系２_Ｌ、２_Ｒが配置される。接眼光学系３は、左右の射出瞳Ｐ_Ｌ、Ｐ_Ｒを観察者の眼球位置に投影する。この左右の射出瞳Ｐ_Ｌ、Ｐ_Ｒは、対物光学系１の射出瞳である。左右の投影光学系２_Ｌ、２_Ｒは、対物光学系１の左右の射出瞳Ｐ_Ｌ、Ｐ_Ｒを空中に投影している。また、対物光学系１の左右の射出瞳Ｐ_Ｌ、Ｐ_Ｒの瞳像は、全系の左右眼用射出瞳５_Ｌ、５_Ｒとして観察者眼球位置に投影される。その接眼光学系３近傍には、拡散板４が配置されている。この場合、左右の投影光学系２_Ｌ、２_Ｒで投影される物体Ｏの左右の拡大像は、略同じ位置に結像される。接眼光学系３と拡散板４は、この結像位置近傍に配置される。
【００６１】
このような配置において、接眼光学系３を介して観察すると、左右の物体Ｏの拡大像は左右が入れ替わる。そのため、対物光学系１から接眼光学系３の間の何れかの位置に、左右の光路を入れ替える光路入れ替え作用を持つ光学素子を配置する必要がある。また、光学系で決まる内向角は物体Ｏを見込む左右２つの光軸の角度（物体側）である。この内向角を余り大きくとると、立体感が強くなりすぎ立体視できない。一方、観察者側の内向角は明視の距離と人間の標準眼幅から決まってしまう。そのため、この２つの内向角の間に大きな隔たりがあると、立体感に違和感を感じてしまう。よって、観察者側の内向角と光学系の内向角を一致させるのが好ましいが、装置を小型化する必要から、物体から接眼光学系３までの距離は大きくとることができない。そこで、装置内で光路間隔を一旦広げて、接眼光学系３側の内向角に合う光路間隔にする必要がある。本発明では、対物光学系１と接眼光学系３の間の光路の途中に、光路間隔拡大作用を有する光学素子を配置している。
【００６２】
そこで、本発明では、この光路入れ替え作用と光路間隔拡大作用を同時に持つ光学素子８を対物光学系１と接眼光学系３の間に配置しげいる。図１０の構成では、対物光学系１と投影光学系２_Ｌ、２_Ｒの間に配置している。
【００６３】
図１１の構成では、光路入れ替え作用と光路間隔拡大作用を同時に持つ光学素子８を、投影光学系２_Ｌ、２_Ｒと接眼光学系３の間に配置している。
【００６４】
図１０、図１１何れの構成でもよい。
【００６５】
なお、光路入れ替え作用と光路間隔拡大作用を同時に持つ光学素子８としては、後記の実施例に示すように、片方の光路につき光路をＺ字状に屈曲させる２枚の平面鏡、左右光路でそれが対称に配置された４枚の平面鏡からなるもので構成することができる。
【００６６】
本発明のさらにもう１つの拡大観察装置は、物体の拡大像を空中に投影する対物光学系、前記空中に投影された投影像をさらに投影する１つの投影光学系、前記投影光学系で投影された像近傍に配置された拡散板、前記対物光学系の射出瞳を観察者眼球に投影する接眼光学系を備え、２つの光路を有する拡大観察装置において、前記２つの光路の間隔を広げる光路間隔拡大作用を有する光学素子が前記投影光学系と前記接眼光学系の間に配置されていることを特徴とするものである。
【００６７】
以下に、図１２の光路図を参照にして説明する。ただし、この図は、右眼用の光路のみを示してあり、左眼用の光路は一点鎖線で示した中心軸を通り紙面に垂直な面に対して対称に配置される。この光学系は、対物光学系１と、投影光学系２と、接眼光学系３と、拡散板４とからなる。対物光学系１は、左右別々の光軸を経て物体Ｏの拡大像を結像する。その拡大像を投影するのは、単一の投影光学系２である。接眼光学系３は左右の射出瞳Ｐ_Ｌ、Ｐ_Ｒの瞳像を観察者眼球位置に投影する。この左右の射出瞳Ｐ_Ｌ、Ｐ_Ｒは、対物光学系１の射出瞳である。投影光学系２は、対物光学系１の射出瞳を空中に投影している。また、対物光学系１の左右の射出瞳Ｐ_Ｌ、Ｐ_Ｒの瞳像は、全系の左右眼用射出瞳５_Ｌ、５_Ｒとして観察者眼球位置に投影される。その接眼光学系３近傍には拡散板４が配置されている。投影光学系２で投影される物体Ｏの拡大像の近傍には、接眼光学系３と拡散板４が位置するように配置される。
【００６８】
このような配置において、光学系で決まる内向角は物体Ｏを見込む左右２つの光軸の角度（物体側）である。この内向角を余り大きくとると、立体感が強くなりすぎ立体視できない。一方、観察者側の内向角は明視の距離と人間の標準眼幅から決まってしまう。そのため、この２つの内向角の間に大きな隔たりがあると、立体感に違和感を感じてしまう。よって、観察者側の内向角と光学系の内向角を一致させるのが好ましいが、装置を小型化する必要から、物体から接眼光学系３までの距離は大きくとることができない。そこで、装置内で光路間隔を一旦広げて、接眼光学系３側の内向角に合う光路間隔にする必要がある。本発明では、光路間隔拡大作用を持つ光学素子９が、投影光学系２と接眼光学系３の間に配置される。光路間隔拡大作用を持つ光学素子９は、後記の実施例に示すように、光学素子８と同様に、片方の光路につき光路をＺ字状に屈曲させる２枚の平面鏡、左右光路でそれが対称に配置された４枚の平面鏡からなるもので構成することができる。
【００６９】
なお、以上の本発明において、光学素子７、８、９を配置する位置に関して、対物光学系と接眼光学系の間、対物光学系と投影光学系の間、投影光学系と接眼光学系の間としている。これらの意味するところは、前後の対物光学系、投影光学系、接眼光学系の中に光学素子７、８、９あるいはその一部が入り込む場合も含むものである。
【００７０】
【発明の実施形態】
以下に、本発明の拡大観察装置の実施例について説明する。
【００７１】
本発明の拡大観察装置の光学系の概念図を概念図を図１に示す。本発明の拡大観察装置は、物体Ｏを拡大結像する対物光学系１０と、その拡大された像Ｉの近傍に配置され対物光学系１０の射出瞳Ｐを全系の射出瞳５として観察者眼球位置Ｅに投影する接眼光学系３と、やはり対物光学系１０で投影された像近傍に配置された拡散板４とからなるものであり、この例の場合は、接眼光学系３と拡散板４は一体で構成され、拡散作用を備えている。具体的には、接眼光学系３は、通常の正レンズでもよいし、正パワーのフレネルレンズでも、反射鏡でも、フレネル反射鏡でもよい。これらの面は、回転対称面だけでなく、偏心したフレネルレンズ面、フレネル反射面、自由曲面、アナモルフィック面でも構成できる。そして、その一面に拡散板４の作用をする拡散面が設けられる。
【００７２】
また、観察者が観察しやすい位置に接眼光学系３を配置できるように、ミラー（反射面）６ａ、６ｂが光路途中に配置されている。
【００７３】
対物光学系１０としては、対物レンズ系１だけからなっていても、図１のように、対物レンズ系１とそれによる中間像を拡大投影する投影光学系２とからなるものであってもよい（図１の場合は、この例）。また、対物レンズ系１は、無限遠結像タイプの対物レンズと結像光学系とからなるものであってもよい。
【００７４】
さらに、対物光学系１０としては、変倍光学系を含むものであってもよい。
【００７５】
また、立体視あるいは両眼視をする場合には、対物光学系１０は、少なくとも２本の光軸を有するように構成され、その光軸は内向角を持つものでも、平行光軸のものでもよい。
【００７６】
さらに、接眼光学系３は、反射面６ａを中心として回転するチルト機構を持たせることも可能である。
【００７７】
次に、具体的な数値実施例１〜５について説明する。それぞれの実施例の光路図を図１３、図１４、図１６、図１８、図２０（ａ）に示すが、図１３、図１６、図１８、図２０（ａ）は光軸を含む断面図、図１４は３面図である。実施例１〜５は、無限遠結像タイプの対物レンズ系の射出瞳Ｐ、Ｐ_Ｌ、Ｐ_Ｒ位置からの光線について設計されているものである。図示しない対物光学系から射出した光線は一旦平行光束になってから、結像光学系２１で像を結像する構成になっている。この無限遠結像タイプの対物レンズ系は、公知の任意の対物レンズ系や変倍光学系と組み合わせて構成することが可能であるので、後記する構成パラメータ中ではデータは示していない。
【００７８】
なお、この無限遠結像タイプの対物レンズ系の射出瞳Ｐ、Ｐ_Ｌ、Ｐ_Ｒの射出瞳径はφ８ｍｍ、画角は±５°としている。また、立体視の場合（実施例２〜５）の対物光学系の左右の射出瞳Ｐ_Ｌ、Ｐ_Ｒの間隔は２２ｍｍである。
【００７９】
実施例１〜５の構成パラメータは後記するが、その構成パラメータ中の面番号に対応する光学面は図１３〜図２０中でｒ_１、ｒ_２…で、面間隔はｄ_１、ｄ_２…で示してある。
【００８０】
なお、実施例２〜５の各面を定義する座標系は、対物光学系の射出瞳Ｐ_Ｌ、Ｐ_Ｒの位置（第１面）を基準に表されており、その射出瞳中心を通る光軸方向をＺ軸にとり、Ｚ軸に直交するようにＸ軸とＹ軸をとっている。
【００８１】
そして、偏心面については、対物レンズの射出瞳の中心を原点として、その面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸（非球面については、後記の（ａ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、面の中心軸とそのＸＹＺ直交座標系を、まずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させると共に１度回転した座標系もＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その２度回転した面の中心軸を新たな座標系の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。
【００８２】
また、非球面は、以下の定義式で与えられる回転対称非球面である。
【００８３】

ただし、Ｚを光の進行方向を正とした光軸（軸上主光線）とし、ｙを光軸と垂直な方向にとる。ここで、Ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、…はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。この定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。
【００８４】
また、各実施例の光学系を構成する光学作用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成する場合には面間隔が与えられており、その他、面の曲率半径、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。
【００８５】
なお、データの記載されていない非球面に関する項は０である。屈折率については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。
【００８６】
各実施例において、接眼光学系２３は正のフレネルレンズとして設計されており、拡散板に関するデータは含まれていない。
【００８７】
そして、各実施例においては、拡散面から観察者眼球まので距離は４００ｍｍであり、像面に拡散面を配置するようになっているが、例えば拡散面の後にフレネルレンズ面を配置するようにすることも可能である。
【００８８】
また、各実施例に示されている光線は瞳の結像を示している。
【００８９】
実施例１
本実施例は、単光路の拡大観察装置の例である。図１３において、図示しない対物レンズ系と結像光学系２１で対物光学系を構成している。対物光学系で結像した１次結像面を投影光学系２２で接眼光学系２３上に拡大投影する構成なので、像は正立像となる。この例で、結像光学系２１は物体側に凹の正メニスカスレンズと物体側に凹の負メニスカスレンズの接合レンズからなり、投影光学系２２は両凹負レンズと両凸正レンズの接合レンズと、両凸正レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズとからなり、接眼光学系２３は物体側の面が平面、観察側の面が正屈折力の非球面からなるフレネルレンズからなる。
【００９０】
この例の場合、拡散角を広めにとる（例えば１５　°）ことにより、両眼観察が可能となる。また、接眼光学系２３上にプリズムシート等を配置して同一像を左右２方向に分けることと、拡散角１０°程度の拡散板を併用することにより、左右方向に８の字型の射出瞳５（図１）を作ることも可能である。
【００９１】
なお、図１には、接眼光学系２３以降の光路は図示を省いてある。
【００９２】
実施例２
本実施例は、左右両光路を持つ立体視あるいは両眼視の拡大観察装置の例である。この実施例は図７に対応するもので、図１４に左眼用の光路のみを示してあり、右眼用の光路は一点鎖線で示した中心軸に対して１８０°の回転対称に配置される。この例においては、図示しない対物レンズ系と結像光学系２１で対物光学系を構成している。対物光学系で結像した投影像を図示しない接眼光学系上に拡大投影する構成なので、結像は接眼光学系上に１回のみ行われる。そのため、対物光学系と接眼光学系の間の光路の途中に、像反転作用と光路入れ換え作用と光路間隔拡大作用とを同時に有する光学素子７を配置している。この光学素子７は、図８で説明したのと略同様の反射面配置の反射鏡系からなるもので、片側光路中に４枚の平面鏡（第５〜第８面）が配置されて構成されている。そして、このような構成の光学素子７は、２群構成の結像光学系２１中に配置されている。
【００９３】
この例では、結像光学系２１は、光学素子７より物体側の前群が物体側に凹の正メニスカスレンズ２枚の接合レンズからなり、光学素子７より観察側の後群が両凹負レンズからなっている。また、接眼光学系は物体側の面が平面、観察側の面が正屈折力の非球面からなるフレネルレンズからなる。
【００９４】
この例の両眼の光路図は図１５のようになる。ただし、この場合も、対物光学系、接眼光学系、接眼光学系以降の光路は図示を省いてある。
【００９５】
実施例３
本実施例は、左右両光路を持つ立体視あるいは両眼視の拡大観察装置の例である。この実施例は図１０に対応するもので、図１６に左眼用の光路のみを示してあり、右眼用の光路は一点鎖線で示した中心軸を含み紙面に垂直な平面に対して面対称に配置される。この例においては、図示しない対物レンズ系と結像光学系２１で対物光学系を構成している。対物光学系で結像した１次結像面を投影光学系２２で図示しない接眼光学系上に拡大投影する構成なので、像は正立像となる。ただし、左右の物体の拡大像は左右が入れ替わるので、光路入れ替え作用と光路間隔拡大作用を持つ光学素子８を結像光学系２１と投影光学系２２の間に配置している。この光学素子８は、片側光路中に２枚の平面鏡（第５〜第６面）が配置された構成となっている。
【００９６】
この実施例では、結像光学系２１は両凸正レンズと物体側に凹の負メニスカスレンズの接合レンズからなる。また、投影光学系２２は両凹負レンズと両凸正レンズの接合レンズと、両凸正レンズと、両凸正レンズとからなる。また、接眼光学系は物体側の面が平面、観察側の面が正屈折力の非球面からなるフレネルレンズからなる。
【００９７】
この例の両眼の光路図は図１７のようになる。ただし、この場合も、対物光学系、接眼光学系、接眼光学系以降の光路は図示を省いてある。
【００９８】
この実施例の配置のメリットは、左右両光軸が常に共通の平面内にあり、組立、光軸調整が容易であることである。
【００９９】
実施例４
本実施例は、左右両光路を持つ立体視あるいは両眼視の拡大観察装置の例である。この実施例は図１１に対応するもので、図１８に右眼用の光路のみを示してあり、左眼用の光路は一点鎖線で示した中心軸を含み紙面に垂直な平面に対して面対称に配置される。この例においては、図示しない対物レンズ系と結像光学系２１で対物光学系を構成している。対物光学系で結像した１次結像面を投影光学系２２で図示しない接眼光学系上に拡大投影する構成なので、像は正立像となる。ただし、左右の物体の拡大像は左右が入れ替わるので、光路入れ替え作用と光路間隔拡大作用を持つ光学素子８を投影光学系２２と接眼光学系の間に配置している。この光学素子８は、片側光路中に２枚の平面鏡（第１２〜第１３面）が配置された構成となっている。
【０１００】
この例で、結像光学系２１は両凸正レンズと物体側に凹の負メニスカスレンズの接合レンズからなる。また、投影光学系２２は物体側に凸の負メニスカスレンズと両凸正レンズの接合レンズと、物体側に凸の正メニスカスレンズと、物体側に凸の負メニスカスレンズとからなる。また、接眼光学系は物体側の面が平面、観察側の面が正屈折力の非球面からなるフレネルレンズからなる。
【０１０１】
この例の両眼の光路図は図１９のようになる。ただし、この場合も、対物光学系、接眼光学系、接眼光学系以降の光路は図示を省いてある。
【０１０２】
この実施例の配置のメリットは、左右両光軸が常に共通の平面内にあり、組立、光軸調整が容易であることである。
【０１０３】
実施例５
本実施例は、左右両光路を持つ立体視あるいは両眼視の拡大観察装置の例である。この実施例は図１２に対応するもので、図２０（ａ）に左眼用の光路のみを示してあり、右眼用の光路は一点鎖線で示した中心軸を含み紙面に垂直な平面に対して面対称に配置される。この例においては、図示しない対物レンズ系と結像光学系２１で対物光学系を構成している。対物光学系で結像した１次結像面を投影光学系２２で図示しない接眼光学系上に拡大投影する構成である。この構成においては、光路間隔拡大作用を持つ光学素子９を投影光学系２と接眼光学系３の間に配置している。この光学素子９は、片側光路中に２枚の平面鏡（第１０〜第１１面）が配置された構成となっている。
【０１０４】
この例で、結像光学系２１は両凸正レンズと物体側に凹の負メニスカスレンズの接合レンズからなる。また、投影光学系２２は物体側に凸の負メニスカスレンズと両凸正レンズの接合レンズと、両凸正レンズとからなる。また、接眼光学系は物体側の面が平面、観察側の面が正屈折力の非球面からなるフレネルレンズからなる。
【０１０５】
この例の両眼の光路図は図２０（ｂ）のようになる。ただし、この場合も、対物光学系、接眼光学系、接眼光学系以降の光路は図示を省いてある。
【０１０６】
この実施例の配置のメリットは、左右両光軸が常に共通の平面内にあり、組立、光軸調整が容易であることである。
【０１０７】
以下に各実施例の数値データを示すが、以下の表中の“ＡＳＳ”は非球面、“ＲＥ”は反射面、“ＦＬ”はフレネルレンズ面をそれぞれ示す。
【０１０８】
実施例１

１３　　　ＡＳＳ▲１▼（ＦＬ）　　　　　　０．００
像　面　　　　∞
ＡＳＳ▲１▼
Ｒ　　−１２９．３２
Ｋ　　　　　　０．００００
Ａ　　　　　−１．７５９８ｅ−００６
Ｂ　　　　　６．６２９２ｅ−０１１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【０１０９】
実施例２

１２　　　ＡＳＳ▲１▼（ＦＬ）　　　　　　　　　　偏心（１１）
像　面　　　　∞　　　　　　　　　　　　　　偏心（１１）
ＡＳＳ▲１▼

【０１１０】
実施例３

１５　　　ＡＳＳ▲１▼（ＦＬ）　　　　　　　　　　偏心（１４）
像　面　　　　∞　　　　　　　　　　　　　　偏心（１４）
ＡＳＳ▲１▼
Ｒ　　−１２２．３８
Ｋ　　　　　　０．００００
Ａ　　　　　　６．３３４８ｅ−００８
Ｂ　　　　　８．７５０６ｅ−０１２

【０１１１】
実施例４

１５　　　ＡＳＳ▲１▼（ＦＬ）　　　　　　　　　偏心（１４）
像　面　　　　∞　　　　　　　　　　　　　偏心（１４）
ＡＳＳ▲１▼
Ｒ　　−１２２．３６
Ｋ　　　　　　０．００００
Ａ　　　　　　１．０２３９ｅ−００７
Ｂ　　　　　７．２１５５ｅ−０１２

【０１１２】
実施例５

１３　　　ＡＳＳ▲１▼（ＦＬ）　　　　　　　　　　偏心（１２）
像　面　　　　∞　　　　　　　　　　　　　　偏心（１２）
ＡＳＳ▲１▼

以上のような本発明の拡大観察装置は、例えば図２１に外観を、図２２に光学系を透視図として示すように構成することができる。この例の場合、拡大観察装置は図１０あるいは図１６、図１７のような光学系を備えた双眼実体顕微鏡３０である。双眼実体顕微鏡３０はステージ３１に鏡柱３２が立っており、その鏡柱３２に鏡筒ボックス３３が取り付けられている。鏡筒ボックス３３は焦点合わせ用ねじ３６によってステージ３１からの高さが調整可能になっている。鏡筒ボックス３３の下端には対物光学系鏡筒３４が、その上端には接眼光学系鏡筒３５が取り付けられている。そして、図２２から明らかなように、これらの対物光学系鏡筒３４、鏡筒ボックス３３、接眼光学系鏡筒３５内には、対物光学系１１、左右の結像光学系１４_Ｌ、１４_Ｒ、合計４枚の平面鏡からなる光路入れ替え作用と光路間隔拡大作用を持つ光学素子８、左右の投影光学系２_Ｌ、２_Ｒ、光軸を折り曲げるためのミラー６が配置されている。
【０１１３】
したがって、物体Ｏの右眼用の拡大像は、右眼用射出瞳５_Ｒを右眼のアイポイントとして観察される。また、物体Ｏの左眼用の拡大像は、左眼用射出瞳５_Ｌを左眼のアイポイントとして観察される。この結果、物体Ｏは観察者の両眼により実体像（立体像）として、拡大観察できるものである。
【０１１４】
ところで、ここで使用する拡散板は、特願２００１−３７０９５０の作製方法に基づき、以下のようにして作製した。まず、サンドブラスト法により粒径が制限された球形ビーズを、型となる金属板に吹き付けた。次に、この金属板に形成されたランダム配置の凹面群を透明樹脂板に転写し複製した。このようにして、透明樹脂板の１面にランダムな凹凸形状が形成された１回透過型拡散板を作製した。サンプルは１１個作製した。それぞれのサンプル番号を＃１〜＃１１としたとき、これら＃１〜＃１１の拡散板の拡散光の角度分布は図２３のようになった。＃１〜＃１１の拡散板のＳｍ／Ｒａの値、その拡散角の半値全幅、１０分の１全幅は次の通りである。この結果から、上記実施例の拡散板４としては、＃１１の拡散板を使用することが望ましい。
【０１１５】

【０１１６】
ところで、本発明の拡大観察装置の接眼光学系３としてフレネルレンズやフレネル反射鏡を用いるとき、ゴースト光に注意しなければならない。ゴースト光はフレネルレンズの輪帯状の屈折作用面間にある非作用面、あるいはフレネル反射鏡の輪帯状の反射作用間にある非作用面で周囲の光等が反射されることにより生じる。このゴースト光は射出瞳５_Ｌ、５_Ｒに入射して観察の邪魔になる。図２４に示すように、非作用面４３は、フレネルレンズ４１のフレネル面を構成する輪帯状の屈折作用面４２間に位置している。そこで、この非作用面４３に、例えばガラスビーズ５５をフレネルレンズ４１の中心方向から斜めに吹き付けて擦り面にする。このようにすることで、本来この面で反射されてゴースト光▲２▼となる光を拡散させることができる。このようにしてゴースト光を防止するようにすることが望ましい。さらには、この擦り面に黒色塗料等を塗布して光吸収性にするとより望ましい。なお、図２４中、▲１▼は正規の屈折光を示す。
【０１１７】
なお、図２４に示した例では、フレネルレンズ４１に直接ガラスビーズ５５等を吹き付けて非作用面を擦り面にする方法であったが、これ以外の方法もある。例えば、図２５に示すように、フレネルレンズ４１を作成する型５１において、非作用面４３に対応する面５３に、図２４と同様にガラスビーズ５５等を斜めに吹き付けて擦り面にする方法がある。そして、その擦り面をフレネルレンズ４１転写するようにしてもよい。図２５中、符号５２の面はフレネルレンズ４１の輪帯状の屈折作用面４２に対応する面である。
【０１１８】
接眼光学系３をフレネル反射鏡で構成する場合も上記と同様にすることが望ましい。
【０１１９】
以上の本発明の拡大観察装置は例えば次のように構成することができる。
【０１２０】
〔１〕　物体の拡大像を投影する対物光学系、前記対物光学系で投影された像近傍に配置された拡散板、前記対物光学系の射出瞳を観察者眼球に投影する接眼光学系を備えた拡大観察装置において、前記拡散板の拡散角が半値全幅で１０°以下であることを特徴とする拡大観察装置。
【０１２１】
〔１〕　物体の拡大像を投影する対物光学系、前記対物光学系で投影された像近傍に配置された拡散板、前記対物光学系の射出瞳を観察者眼球に投影する接眼光学系を備えた拡大観察装置であって、前記拡散板の拡散角が半値全幅で１０°以下であることを特徴とする拡大観察装置。
【０１２２】
〔２〕　前記拡大観察装置は観察者左右眼球に対する観察像が同一である２次元像観察装置であることを特徴とする上記１記載の拡大観察装置。
【０１２３】
〔３〕　前記拡散板の拡散角は１０分の１全幅で３０°以下であることを特徴とする上記２記載の拡大観察装置。
【０１２４】
〔４〕　前記拡大観察装置は観察者左右眼球に対する観察像が異なる立体像観察装置であり、前記拡散板の拡散角は半値全幅で５°以下であることを特徴とする上記１記載の拡大観察装置。
【０１２５】
〔５〕　前記拡散板の拡散角は１０分の１全幅で２０°以下であることを特徴とする上記４記載の拡大観察装置。
【０１２６】
〔６〕　以下の条件を満足することを特徴とする上記２又は３記載の拡大観察装置。
【０１２７】
１回透過型の拡散板では、
５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜７０　　　　　　・・・（１）
２回透過型の拡散板では、
１０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜８０　　　　　・・・（２）
表面反射型の拡散板では、
５０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２００　　　　・・・（３）
裏面反射型の拡散板では、
８０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２５０　　　　・・・（４）
ただし、ＳｍはＪＩＳ　Ｂ０６０１による表面の凹凸の平均間隔（μｍ）、Ｒａは表面の中心線平均粗さ（μｍ）、Ｅｐは拡散板の拡散面から観察者の眼の位置までの距離（ｍｍ）である。
【０１２８】
〔７〕　以下の条件を満足することを特徴とする上記４又は５記載の拡大観察装置。
【０１２９】
１回透過型の拡散板では、
１５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜４００　　　　・・・（５）
２回透過型の拡散板では、
２５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜５００　　　　・・・（６）
表面反射型の拡散板では、
８０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜１０００　　　・・・（７）
裏面反射型の拡散板では、
１５０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２０００　　・・・（８）
ただし、ＳｍはＪＩＳ　Ｂ０６０１による表面の凹凸の平均間隔（μｍ）、Ｒａは表面の中心線平均粗さ（μｍ）、Ｅｐは拡散板の拡散面から観察者の眼の位置までの距離（ｍｍ）である。
【０１３０】
〔８〕　以下の条件を満足することを特徴とする上記６又は７記載の拡大観察装置。
【０１３１】
Ｓｍ＜２００μｍ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（９）
〔９〕　物体の拡大像を投影する対物光学系、前記対物光学系で投影された像近傍に配置された拡散板、前記対物光学系の射出瞳を観察者眼球に投影する接眼光学系を備え、前記拡散板近傍でのみ結像し、少なくとも２つの光路を有する拡大観察装置であって、前記拡散板の拡散角が半値全幅で１０°以下であり、像反転作用と、前記少なくとも２つの光路を入れ替える光路入れ替え作用と、前記少なくとも２つの光路の間隔を広げる光路間隔拡大作用とを有する光学素子が前記対物光学系と前記接眼光学系の間に配置されていることを特徴とする拡大観察装置。
【０１３２】
〔１０〕　前記対物光学系が、前記少なくとも２つの光路それぞれで変倍可能に構成されていることを特徴とする上記９記載の拡大観察装置。
【０１３３】
〔１１〕　物体の拡大像を空中に投影する対物光学系、前記空中に投影された投影像を異なる２つの光路に沿って投影する２つの投影光学系、前記投影光学系で投影された像近傍に配置された拡散板、前記対物光学系の射出瞳を観察者眼球に投影する接眼光学系を備えた拡大観察装置であって、前記２つの光路を入れ替える光路入れ替え作用と、前記２つの光路の間隔を広げる光路間隔拡大作用とを有する光学素子が前記対物光学系と前記接眼光学系の間に配置されていることを特徴とする拡大観察装置。
【０１３４】
〔１２〕　前記２つの光路を入れ替える光路入れ替え作用と、前記少なくとも２つの光路の間隔を広げる光路間隔拡大作用とを有する光学素子が、前記対物光学系と前記投影光学系の間に配置されていることを特徴とする上記１１記載の拡大観察装置。
【０１３５】
〔１４〕　前記２つの光路を入れ替える光路入れ替え作用と、前記少なくとも２つの光路の間隔を広げる光路間隔拡大作用とを有する光学素子が、前記投影光学系と前記接眼光学系の間に配置されていることを特徴とする上記１１記載の拡大観察装置。
【０１３６】
〔１５〕　物体の拡大像を空中に投影する対物光学系、前記空中に投影された投影像をさらに投影する１つの投影光学系、前記投影光学系で投影された像近傍に配置された拡散板、前記対物光学系の射出瞳を観察者眼球に投影する接眼光学系を備え、２つの光路を有する拡大観察装置であって、前記２つの光路の間隔を広げる光路間隔拡大作用を有する光学素子が前記投影光学系と前記接眼光学系の間に配置されていることを特徴とする拡大観察装置。
【０１３７】
〔１６〕　前記接眼光学系はフレネルレンズ又はフレネル反射鏡からなり、フレネルレンズ又はフレネル反射鏡の隣接する輪帯状の屈折作用面又は反射作用を相互につなぐ非作用面が擦り面あるいは光吸収面からなることを特徴とする上記１から１５の何れか１項記載の拡大観察装置。
【０１３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、回転機構等の機構を有さずに、拡散板の拡散効果が少ない割には、ざらつき感のないクリアーで明るい観察像を得られ、かつ、広い射出瞳径がとれる拡大観察装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の拡大観察装置の光学系の概念図である。
【図２】本発明における透過型拡散板の算術平均荒さＲａと凹凸の平均間隔Ｓｍとの関係を求めるための図である。
【図３】透過型拡散板の拡散面での入射角と屈折角の関係を示す図である。
【図４】本発明における反射型拡散板の算術平均荒さＲａと凹凸の平均間隔Ｓｍとの関係を求めるための図である。
【図５】反射型拡散板の拡散面での入射角と反射角の関係を示す図である。
【図６】本発明における拡散板のＳｍ／Ｒａと拡散半角との関係を示す図である。
【図７】本発明の別の拡大観察装置の光学系の光路図である。
【図８】図７の構成に用いる像反転作用と光路入れ換え作用と光路間隔拡大作用とを同時に有する光学素子の１例を説明するための図である。
【図９】本発明の他の拡大観察装置の光学系の光路図である。
【図１０】本発明のさらに別の拡大観察装置の光学系の光路図である。
【図１１】本発明のさらに別の拡大観察装置の光学系の光路図である。
【図１２】本発明のさらにもう１つの拡大観察装置の光学系の光路図である。
【図１３】本発明の実施例１の光路図である。
【図１４】本発明の実施例２の片眼の光路図である。
【図１５】本発明の実施例２の両眼の光路図である。
【図１６】本発明の実施例３の片眼の光路図である。
【図１７】本発明の実施例３の両眼の光路図である。
【図１８】本発明の実施例４の片眼の光路図である。
【図１９】本発明の実施例４の両眼の光路図である。
【図２０】本発明の実施例５の光路図である。
【図２１】本発明の拡大観察装置の１例の外観を示す図である。
【図２２】図２１に光学系を加えた透視図である。
【図２３】本発明において使用可能ないくつかの例の１回透過型拡散板の拡散光の角度分布を示す図である。
【図２４】本発明において接眼光学系として使用するフレネルレンズのゴースト光を防止する構成の例を説明するための図である。
【図２５】図２４のようなフレネルレンズを成形するための型の作り方を説明するための図である。
【符号の説明】
Ｏ…物体
Ｉ…拡大像
Ｅ…観察者眼球位置
Ｐ、Ｐ_Ｒ、Ｐ_Ｌ…対物光学系の射出瞳
ＰＬ、ＰＬ１、ＰＬ２…プリズム
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２…反射面
１…対物光学系（対物レンズ系）
２、２_Ｌ、２_Ｒ…投影光学系
３…接眼光学系
４…拡散板
５、５_Ｒ、５_Ｌ…全系の射出瞳
６ａ、６ｂ…ミラー
７…像反転作用と光路入れ換え作用と光路間隔拡大作用と有する光学素子
８…光路入れ替え作用と光路間隔拡大作用を持つ光学素子
９…光路間隔拡大作用を持つ光学素子
１０…対物光学系
１１…無限遠結像タイプの対物光学系（対物レンズ系）
１２_Ｒ、１２_Ｌ…変倍光学系
１３、１４_Ｒ、１４_Ｌ…結像光学系
２１…結像光学系
２２…投影光学系
２３…接眼光学系
３０…双眼実体顕微鏡
３１…ステージ
３２…鏡柱
３３…鏡筒ボックス
３４…対物光学系鏡筒
３５…接眼光学系鏡筒
３６…焦点合わせ用ねじ
４１…フレネルレンズ
４２…屈折作用面
４３…非作用面
５１…フレネル面を成形するための型
５２…フレネルレンズの屈折作用面に対応する面
５３…フレネルレンズの非作用面に対応する面
５５…ガラスビーズ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnifying observation apparatus, and more particularly to a magnifying observation apparatus such as a microscope having a large exit pupil diameter and easy to see in a microscope.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as magnifying observation devices, there are U.S. Pat. Nos. 4,012,109 and 4,090,831. In these magnifying observation apparatuses, a one-dimensional diffusion plate composed of a reflective lenticular lens is arranged at an enlarged image forming position of a projection microscope, and the exit pupil is two-dimensionally enlarged by rotating the diffusion plate. I am trying to do it. However, in this configuration, a rotating mechanism of the diffusion plate is required, and the device becomes large. In addition, vibration and noise generated by the rotation obstruct observation.
[0003]
Japanese Patent Publication No. 5-5329 discloses a method in which a fine structure for enlarging an exit pupil is provided on one surface of a fixed field lens. However, in this method, since the diffusivity of the fine structure is weak, an adjusting mechanism for rotating and adjusting the mirror is required to adjust the exit pupil position of the optical system to the observer's pupil position.
[0004]
By the way, a type of diffusion plate that scatters light mainly by using a diffraction action has wavelength dependency. Therefore, if this type of diffusion plate is used, there is a problem that the wavelength of the diffusion angle is strongly dependent and coloring occurs around the pupil, which is not preferable.
[0005]
There is also a type of diffusion plate in which the diffusion material is distributed inside the diffusion plate. However, if the amount of the diffusion material is large, the diffusion angle becomes too large, and only a very dark image can be observed. Further, even if the amount of the diffusing material is reduced, light having a large diffusion angle is not lost even though light rays passing through without being diffused are extremely strong.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and has as its object to obtain a clear and bright observation image without a feeling of roughness without having a mechanism such as a rotation mechanism, and to obtain a wide emission image. An object of the present invention is to provide a magnifying observation apparatus capable of taking a pupil diameter.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a magnifying observation apparatus of the present invention observes an objective optical system for projecting an enlarged image of an object, a diffusion plate disposed near an image projected by the objective optical system, and an exit pupil of the objective optical system. In a magnifying observation apparatus provided with an eyepiece optical system for projecting an eyeball of a subject, a diffusion angle of the diffusion plate is 10 ° or less in full width at half maximum.
[0008]
Hereinafter, the reason why the above configuration is employed in the present invention and the operation thereof will be described.
[0009]
First, the optical system of the magnifying observation apparatus according to the present invention will be described with reference to the conceptual diagram of FIG.
[0010]
The magnifying observation apparatus according to the present invention includes an objective optical system 10 configured to form an image of an object O, an eyepiece optical system 3 disposed near the magnified image I, and a vicinity of an image also projected by the objective optical system 10. And the diffusing plate 4 arranged in the above. The eyepiece optical system 3 has a role of projecting the exit pupil P of the objective optical system 10 as the exit pupil 5 of the entire system onto the observer's eyeball position E. Further, it is desirable that the diffusion plate 4 is formed integrally with the eyepiece optical system 3. Further, the eyepiece optical system 3 may be a normal positive lens, a positive power Fresnel lens, a reflecting mirror, or a Fresnel reflecting mirror. These lens surfaces and reflection surfaces can be constituted not only by rotationally symmetric surfaces but also by decentered Fresnel lens surfaces, Fresnel reflection surfaces, free-form surfaces, and anamorphic surfaces. Then, a diffusion surface acting as the diffusion plate 4 is provided on one surface thereof.
[0011]
The objective optical system 10 may include only the objective lens system 1 in FIG. 1 or may include the objective lens 1 and the projection optical system 2. Further, the objective lens system 1 may include an objective lens system of an infinity imaging type and an imaging lens system.
[0012]
Further, the objective optical system 10 may include a variable power optical system.
[0013]
In addition, when performing stereoscopic viewing or binocular viewing, the magnifying observation device preferably has at least two optical paths. At this time, each optical axis of the two optical paths may have an inward angle or a parallel optical axis.
[0014]
Further, the eyepiece optical system 3 can have a tilt mechanism that rotates around the reflection surface 6a.
[0015]
And in the said structure, it is preferable to have the diffusion characteristic which the diffusion angle of the diffusion plate 4 becomes 10 degrees or less in full width at half maximum. If this angle exceeds 10 °, the diffusion angle becomes too large. In this case, the observation viewing area (exit pupil 5) is widened, but the brightness of the observation image becomes dark, and the illumination device for illuminating the observation object O becomes large.
[0016]
Further, it is preferable that the diffusion surface 4 has a diffusion characteristic in which the diffusion angle is 5 ° or less at full width at half maximum. By having such a diffusion characteristic, it becomes possible to observe with both eyes, and a two-dimensional image observation device which is easy to see is obtained.
[0017]
Furthermore, it is preferable that the diffusion surface 4 has a diffusion characteristic in which the diffusion angle is 30 ° or less in a 1/10 full width.
[0018]
As the diffusion characteristics of the diffusion surface 4, it is preferable that the intensity of the diffused light suddenly decreases from the full width at half maximum. This can be achieved by satisfying the above conditions. In addition, since light rays that are diffused at an angle larger than 30 ° do not reach the eyes of the observer, by satisfying the above conditions, useless illumination light is reduced, and the utilization efficiency of the illumination light is improved. As a result, it is possible to use a small light source with a low output.
[0019]
When observing a stereoscopic image with binocular parallax, the images observed with both eyes are different, so if the diffusion angle is large and crosstalk occurs, it will not be recognized as a stereoscopic image and will be observed as a double image . For this purpose, the diffusion angle preferably has a full width at half maximum of 5 ° or less.
[0020]
More preferably, the diffusion angle is equal to or less than 20 ° in one-tenth full width. Satisfying the above conditions leads to efficient use of lighting.
[0021]
Although this also relates to the brightness of the observed image, it is preferable that the diffused light intensity suddenly decreases from the full width at half maximum.
[0022]
Next, the surface roughness of the diffusion plate 4 for obtaining the above diffusion angle will be described.
[0023]
FIG. 2 shows a case where the diffusion plate 4 is of a transmission type. In order to expand a light beam to a size of φ63 mm at a distance of 40 cm from the transmission diffusion plate 4, the light beam needs to have a half-width diffusion angle of 4.5 °. When refracting a light beam with fine irregularities on the surface of the diffusion plate 4, the shape of the irregularities is assumed to be a sin wave shape, and the refractive index of the diffusion surface is set to 1.5. Then, as shown in FIG. 3, the incident angle is θ, the refraction angle is θ ′, and the incident angle θ needs to have a slope of about 8.86 ° from the Snell formula of θ′−θ = 4.5 °. It turns out that there is. That is, the maximum value of the inclination of the surface roughness needs to be 8.86 °. Here, since the shape of the surface is a smooth sin wave shape, the shape is
y = a × sin (2πx / T)
Is represented by Here, a is the amplitude, and T is the period. And the slope is
(Slope) = dy / dx = a × cos (2πx / T) × 2π / T
It becomes. Since the inclination becomes maximum when x = 2πm (m is an integer),
(Maximum slope value) = a × 2π / T
Thus, a / T at which this becomes 8.86 ° may be obtained.
[0024]
(Maximum value of inclination) = a / T × 2π = 8.86 / 180 × π = 0.154
When a / T is calculated from this,
a / T = 0.0246
It becomes. Here, the relationship between the arithmetic average roughness Ra and a according to JIS B0601 is as follows when the shape is a sine wave.
Ra / √2 = a
Further, the relationship between the average interval Sm of irregularities and the above-described period T is
Sm = T
It becomes. Thus, the following results are obtained for the surface roughness.
[0025]
Sm = 28.7Ra
In the case of (1), the maximum inclination of the diffusing surface is 8.83 °, and in the case of a refractive index of 1.5, a diffusing plate having a light diffusion half angle of 4.5 ° and a diffusion angle of 9 ° is obtained.
[0026]
Next, FIG. 4 shows a case where the diffusion plate 4 is a reflection type. In order to expand a light beam to a size of φ63 mm at a distance of 40 cm from the reflective diffusion plate 4, the light beam needs to have a half-width diffusion angle of 4.5 °. In the case where light is reflected by fine irregularities on the surface of the diffusion plate 4, assuming that the shape of the irregularities is a sin wave shape, as shown in FIG. 5, the incident angle and the reflection angle are θ, and 2θ = 4.5 °. It can be seen that the incident angle θ needs to have an inclination of about 2.25 °, which is half of 4.5 °. That is, the maximum value of the slope of the surface roughness needs to be 2.25 °. Here, since the shape of the surface is a smooth sin wave shape, the shape is
y = a × sin (2πx / T)
Is represented by And the slope is
(Slope) = dy / dx = a × cos (2πx / T) × 2π / T
It becomes. Since the inclination becomes maximum when x = 2πm (m is an integer),
(Maximum slope value) = a × 2π / T
Thus, it is sufficient to find a / T when this becomes 2.25 °.
[0027]
(Maximum value of slope) = a / T × 2π = 2.25 / 180 × π = 0.03927
a / T = 0.00625
It becomes. Here, the relationship between the arithmetic average roughness Ra and a according to JIS B0601 is as follows when the shape is a sine wave.
Ra / √2 = a
Further, the relationship between the average interval Sm of irregularities and the above-described period T is
Sm = T
It becomes. Thus, the following results are obtained for the surface roughness.
[0028]
Sm = 113.14Ra
In the case of (1), the maximum inclination of the diffusion surface is 2.25 °, and the reflection type diffusion plate 4 having a diffusion half angle of 4.5 ° due to reflection and a diffusion angle of 9 ° is obtained.
[0029]
If this is also examined for a two-time transmission type diffusion plate and a back mirror type diffusion plate, the relationship between Sm / Ra and the half angle of diffusion is shown in FIG. 6 when the uneven surface of the diffusion surface can be approximated to a sin wave shape. Become like
[0030]
From the above findings, it is more preferable that the diffusion surface of the diffusion plate of the present invention has a random uneven shape that satisfies the following conditions. This makes it possible to obtain a clear and bright observation image with a wide exit pupil diameter and no roughness.
[0031]
In the case of a two-dimensional image (planar image) observation device:
In a single transmission type diffusion plate,
5 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <70 (1)
In the case of a two-pass diffusion plate,
10 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <80 (2)
In the surface reflection type diffuser,
50 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <200 (3)
In the back reflection type diffusion plate,
80 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <250 (4)
For a stereoscopic image observation device:
In a single transmission type diffusion plate,
15 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <400 (5)
In the case of a two-pass diffusion plate,
25 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <500 (6)
In the surface reflection type diffuser,
80 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <1000 (7)
In the back reflection type diffusion plate,
150 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <2000 (8)
It is preferable to satisfy the following conditions. Here, Sm is the average interval (μm) of surface irregularities according to JIS B0601, Ra is the center line average roughness (μm) of the surface, Ep is the distance from the diffusing surface to the position of the observer's eye (: eye point ( mm)).
[0032]
If the lower limit of conditional expressions (1) to (8) is not reached, the diffusion angle becomes too small, and it becomes difficult to obtain a wide pupil diameter. If the upper limit is exceeded, too much diffusion will occur and the observed image will be dark.
[0033]
In the case where a Fresnel lens is used for the eyepiece optical system, it is more preferable that the irregularities on the diffusion surface are arranged at random. If the unevenness has a periodicity, moiré fringes occur between the pitch of the Fresnel lens and the diffusing surface and are superimposed on the observed image, making the image difficult to see.
[0034]
It is more desirable that the conditional expressions (1) to (8) be further limited as follows.
[0035]
In the case of a two-dimensional image (planar image) observation device:
In a single transmission type diffusion plate,
10 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <40 (1-1)
In the case of a two-pass diffusion plate,
15 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <60 (2-1)
In the surface reflection type diffuser,
70 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <150 (3-1)
In the back reflection type diffusion plate,
100 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <200 (4-1)
For a stereoscopic image observation device:
In a single transmission type diffusion plate,
20 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <300 (5-1)
In the case of a two-pass diffusion plate,
30 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <400 (6-1)
In the surface reflection type diffuser,
100 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <700 (7-1)
In the back reflection type diffusion plate,
200 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <1000 (8-1)
More preferably, the average interval Sm of the irregularities on the surface of the diffusion surface of the diffusion plate is:
Sm <200 μm (9)
It is preferable to satisfy the following conditions. This condition (9) relates to the roughness of the observation screen. If the unevenness of the diffusing surface is 200 μm or more, especially in an optical device that forms a projected image in the vicinity of the diffusing plate with a light beam with a small (small NA) light from the objective optical system as in the present invention, this Sm is an image. It has a large effect on the roughness (scintillation). Therefore, it is important that the diffusion surface satisfy the condition (9) while satisfying the conditions (1) to (8). If Sm is not less than 200 μm without satisfying this condition (9), scintillation that looks as if the entire screen is blinking finely when the observer's eyes are moved in severe cases will be seen. Further, even if it is not so bad, the sense of clearness of the image is lost as in the case of the image projected on the frosted glass, and a clear image cannot be observed.
[0036]
More preferably,
Sm <100 μm (9-1)
It is preferable to satisfy the following conditions.
[0037]
More preferably,
Sm <50 μm (9-2)
It is desirable to satisfy the following conditions.
[0038]
Now, as the diffusion plate 4 of the present invention satisfying the above conditions, a diffusion plate manufactured by the method of Japanese Patent Application No. 2001-370950 by the present applicant can be used. The diffusion plate includes the following.
(1) Diffusion having a randomly arranged concave group formed by spraying spherical beads having a particle diameter restricted by a sandblasting method, a concave group similar to the concave group, or a convex group complementary to these concave groups. Board.
(2) The diffusion plate according to (1), which is produced by replicating a group of randomly arranged concave surfaces formed by spraying spherical beads onto a metal substrate on a transparent substrate.
(3) A randomly arranged concave surface group formed by spraying spherical beads on a processing layer formed on a metal substrate is similarly transferred to the metal substrate surface, and the randomly arranged concave surface group formed on the transparent substrate is used as a mold. The diffusion plate of (1) produced by duplication.
(4) The diffusion plate according to (1) to (3), wherein the spherical beads are made of glass beads having a particle size of 0.01 mm to 2 mm.
(5) The air pressure for spraying the spherical beads is 0.5 to 3.0 kg / cm. ² (4).
(6) The diffusion plate according to (2), (4) or (5), wherein the metal substrate is made of brass.
(7) The diffusion plate according to (3), (4) or (5), wherein the metal substrate is made of a metal having higher hardness than the spherical beads.
(8) The diffusion plate according to (2) to (7), wherein the group of concave surfaces formed on the surface of the metal substrate is duplicated on a transparent substrate by injection molding or press molding.
(9) Randomly arranged convex groups formed by spraying resin droplets onto the substrate by spraying and attaching the same to the substrate surface, or randomly arranged convex groups formed by similar transfer to the substrate surface. Diffuser plate having a concave surface group complementary to.
[0039]
Further, a diffusion plate described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-12712 can be used. This diffusion plate is manufactured by roughening one or both surfaces of a transparent substrate. Methods for roughening one or both surfaces of the transparent substrate include, for example, the following methods (1) to (4). (1) A method of etching one or both surfaces of a transparent substrate, (2) A method of coating or printing a resin or a filler, if necessary, with a paint or ink dispersed together with water or an organic solvent, to form a transparent substrate. A method of providing a single layer or multiple layers on one or both sides, (3) applying a powder consisting of a resin or a filler alone or a mixture thereof to one or both sides of a transparent substrate by electrostatic powder coating or powder electrodeposition coating; (4) A method in which an organic or inorganic filler is melted by applying heat and pressure together with a resin, and the melt is formed into a film by extrusion molding, injection molding, or the like. In this case, the diffusion plate preferably has a HAZE value (JIS K7105) in the range of 10 to 40.
[0040]
Further, a diffusion plate manufactured in JP-A-2000-171618 can also be used. The method for producing this diffusion plate includes a step of laminating a binder layer directly or via another layer on a substrate, a step of embedding a filler in the binder layer by a pressurized medium, and a step of forming a laminate obtained in the step. Removing excess filler adhering to the substrate.
[0041]
Incidentally, it is desirable to use an eccentric optical system as the objective lens system 1 or the projection optical system 2.
[0042]
In that case, it is more preferable that the objective lens system 1 or the projection optical system 2 has a rotationally asymmetric surface.
[0043]
Further, as described above, it is desirable that the eyepiece optical system 3 be constituted by a Fresnel surface such as a Fresnel lens or a Fresnel reflector.
[0044]
Further, it is preferable that the eyepiece optical system 3 is constituted by a reflective Fresnel surface.
[0045]
Further, it is preferable that the eyepiece optical system 3 is constituted by an eccentric Fresnel reflection surface.
[0046]
Another magnifying observation apparatus of the present invention is an objective optical system that projects an enlarged image of an object, a diffusion plate arranged near an image projected by the objective optical system, and an exit pupil of the objective optical system on an observer's eyeball. An enlarged observation device comprising an eyepiece optical system for projecting, forming an image only in the vicinity of the diffusion plate, and having at least two optical paths, wherein the diffusion angle of the diffusion plate is 10 ° or less in full width at half maximum, and And an optical element having an optical path switching operation of exchanging the at least two optical paths and an optical path interval enlarging operation of expanding an interval between the at least two optical paths is disposed between the objective optical system and the eyepiece optical system. It is characterized by the following.
[0047]
As another magnifying observation apparatus of the present invention, there is a binocular stereo microscope, which will be described as an example.
[0048]
Hereinafter, description will be made with reference to the optical path diagram of FIG. However, this figure shows only the optical path for the right eye, and the optical path for the left eye is arranged symmetrically with respect to the center axis indicated by the dashed line. This optical system includes an objective optical system 1, an eyepiece optical system 3, and a diffusion plate 4. The objective optical system 1 magnifies and forms the images of the object O viewed from the left and right simultaneously through separate optical axes. The eyepiece optical system 3 is arranged near the enlarged image, and projects the exit pupil of the objective optical system 1 to the position of the observer's eyeball. That is, the exit pupil P of the optical path for the right eye of the objective optical system 1 _R And exit pupil P of the optical path for the left eye (not shown) _L Is the exit pupil 5 for the right eye of the whole system at the same time. _R And exit pupil 5 for left eye not shown _L Is projected on the observer's eyeball position. The diffusion plate 4 is fixedly arranged near the image projected by the objective optical system 1.
[0049]
In such an arrangement, the image is formed only once in the eyepiece optical system 3, and the left and right images are inverted and observed at the image forming position. Therefore, it is necessary to arrange an optical element for inverting an image in the optical path between the objective optical system 1 and the eyepiece optical system 3.
[0050]
In addition, if the left and right optical axes are not switched, the stereoscopic effect will be reversed when viewing a stereoscopic image. This is because if the left and right optical axes are not interchanged, an image viewed from the right will be observed with the left eye, and an image viewed from the left will be observed with the right eye. Therefore, it is necessary to arrange an optical element having an optical path switching function in the optical path.
[0051]
The inward angle determined by the optical system is the angle (the object side) between the two left and right optical axes looking at the object O. If this inward angle is too large, the stereoscopic effect becomes too strong and stereoscopic viewing is not possible. On the other hand, the inward angle on the observer side is determined by the distance of clear vision and the standard eye width of a human. Therefore, if there is a large gap between these two inward angles, the three-dimensional effect will feel strange. Therefore, it is preferable that the inward angle of the observer and the inward angle of the optical system match each other. However, the distance from the object to the eyepiece optical system 3 cannot be increased because the size of the apparatus needs to be reduced. Therefore, it is necessary to temporarily widen the optical path interval in the apparatus so that the optical path interval matches the inward angle on the eyepiece optical system 3 side. In the present invention, an optical element having an optical path interval enlarging action is arranged in the optical path between the objective optical system 1 and the eyepiece optical system 3.
[0052]
Further, there is a relay lens as an optical element having both an image reversing action and an optical path switching action. The relay lens reverses the image formed by the objective optical system 1 and forms an image at the position of the eyepiece optical system 3. The relay lens reverses the left and right images and switches the left and right optical paths. Alternatively, a roof prism or a roof mirror composed of two plane mirrors orthogonal to each other may be used instead of the relay lens. By arranging in the optical path an optical element having such an image inverting action and an optical path switching action at the same time, it is possible to configure a binocular stereomicroscope capable of realizing a normal stereoscopic effect without inversion.
[0053]
More preferably, an optical element having an image reversing function and a light path switching function has a light path interval expanding function. By arranging such an optical element in the middle of the optical path between the objective optical system 1 and the eyepiece optical system 3, a compact binocular stereo microscope capable of realizing a normal stereoscopic effect without inversion can be configured. FIG. 8 shows an example of such an optical element 7. FIG. 8A is a perspective view of one prism PL constituting the optical element 7, and FIG. 8B is a plan view of the prism PL as viewed from above (from + to − on the Z axis in FIG. 8A). FIG.
[0054]
The prism PL includes four reflecting surfaces a to d in the order of reflecting light. When the reflecting surfaces a to d are configured by plane mirrors (this condition is not always necessary), the coordinate system is defined as shown in FIG. The reflecting surface a has the shape of a surface obtained by rotating the XY surface by 45 ° to the left around the X axis, and the reflecting surface b has the shape of a surface obtained by rotating the XZ surface by 45 ° to the left around the Z axis. The reflecting surface c has the shape of the surface obtained by rotating the XZ surface by 45 ° to the right around the Z axis, and the reflecting surface d has the shape of the surface obtained by rotating the XY surface by 45 ° to the right around the X axis. are doing. When an optical path traveling in the + Z-axis direction enters the reflecting surface a of such a prism PL, it is reflected on the reflecting surface a into an optical path traveling in the -Y-axis direction. The reflected light is reflected on the reflecting surface b into an optical path traveling in the + X-axis direction. Subsequently, the reflected light is reflected by the reflecting surface c in the optical path traveling in the + Y-axis direction, and further reflected by the reflecting surface d in the optical path traveling in the + Z-axis direction, and exits the prism. At that time, the image is inverted. An important configuration of the prism PL is that the reflection surfaces a and d are separated from each other to form a space.
[0055]
The optical element 7 uses two such prisms PL (PL1 and PL2). As shown in FIG. 8C, the two prisms PL1 and PL2 are arranged at 180 ° rotationally symmetric positions about a straight line AA ′ parallel to the Z axis in FIGS. 8A and 8B. . That is, the prism PL2 is arranged so that the reflection surface a2 of the prism PL2 enters between the reflection surfaces a and d of the prism PL1 (hereinafter referred to as a1 and d2, respectively), and between the reflection surfaces a2 and d2 of the prism PL2. It is arranged so that the reflection surface a1 of PL1 enters. By doing so, the optical element 7 has an image inverting action, an optical path switching action, and an optical path interval enlarging action at the same time. When this optical element 7 is arranged in the optical path as shown in FIG. 7, one of the two optical axes emitted from the objective optical system 1 is incident on the reflecting surface a1 of the prism PL1, and the other optical axis is reflected by the prism PL2. The light enters the surface a2. Assuming that the optical path interval when entering the optical element 7 is L1, the optical path interval when exiting from the reflecting surfaces d1 and d2 of the respective prisms PL1 and PL2 is L2 as shown in FIG. It is enlarged. By appropriately setting the interval between the reflecting surfaces a1 and d1 and the interval between the reflecting surfaces a2 and d2, a desired optical path interval L2 can be obtained.
[0056]
In FIG. 8, the optical element 7 is configured by a prism. However, it is needless to say that the optical element 7 can be configured by a combination of mirrors.
[0057]
Further, in another configuration example shown in FIG. 9, similarly, the optical element 7 having such an image inverting action, an optical path switching action and an optical path interval enlarging action at the same time is used. In this example, the objective optical system 1 includes an objective lens system 11 of an infinity imaging type and an imaging optical system 13, and a variable power optical system 12 is provided on each of the left and right optical paths therebetween. _L , 12 _R Are arranged to provide a variable-magnification objective optical system 1. Otherwise, it is the same as FIG.
[0058]
Still another magnifying observation apparatus according to the present invention is an objective optical system that projects an enlarged image of an object into the air, two projection optical systems that project the projected image projected into the air along two different optical paths, What is claimed is: 1. A magnifying observation apparatus comprising: a diffusing plate arranged in the vicinity of an image projected by an optical system; and an eyepiece optical system for projecting an exit pupil of the objective optical system onto an observer's eyeball, wherein an optical path exchange for exchanging the two optical paths is performed. An optical element having an operation and an optical path interval enlarging operation for expanding an interval between the two optical paths is disposed between the objective optical system and the eyepiece optical system.
[0059]
In this case, the objective optical system may project one enlarged image of the object, or may project two enlarged images of the object via different optical paths. FIGS. 10 and 11 show optical path diagrams when the objective optical system 1 projects left and right enlarged images of the object O. FIG. However, these figures show only the optical path for the right eye, and the optical path for the left eye is arranged symmetrically with respect to the central axis indicated by the alternate long and short dash line.
[0060]
In the case of FIG. 10, the objective optical system 1 is composed of an objective lens system 11 of an infinity imaging type and two imaging optical systems 14 of positive refractive power arranged in parallel on the image side thereof. _R , 14 _L Consists of Two positive refracting

power imaging optics

14 _R , 14 _L Two enlarged images of the object O as viewed from the left and right are projected at the rear focal position. The left and right projection optical systems 2 further project the left and right enlarged images. _L , 2 _R Is arranged. The eyepiece optical system 3 includes left and right exit pupils P _L , P _R Is projected on the eyeball position of the observer. This left and right exit pupil P _L , P _R Denotes an exit pupil of the objective optical system 1. Left and right projection

optical system

2 _L , 2 _R Are the left and right exit pupils P of the objective optical system 1 _L , P _R Is projected in the air. Also, the left and right exit pupils P of the objective optical system 1 _L , P _R Is the exit pupil 5 for the left and right eyes of the entire system. _L , 5 _R Is projected on the observer's eyeball position. A diffusing plate 4 is disposed near the eyepiece optical system 3. In this case, the left and right projection

optical systems

2 _L , 2 _R Are enlarged at substantially the same position. The eyepiece optical system 3 and the diffusion plate 4 are arranged in the vicinity of the image forming position.
[0061]
In such an arrangement, when observing through the eyepiece optical system 3, the left and right enlarged images of the right and left objects O are switched. Therefore, it is necessary to dispose an optical element having an optical path switching action for switching the left and right optical paths at any position between the objective optical system 1 and the eyepiece optical system 3. The inward angle determined by the optical system is the angle (the object side) between the two left and right optical axes looking at the object O. If this inward angle is too large, the stereoscopic effect becomes too strong and stereoscopic viewing is not possible. On the other hand, the inward angle on the observer side is determined by the distance of clear vision and the standard eye width of a human. Therefore, if there is a large gap between these two inward angles, the three-dimensional effect will feel strange. Therefore, it is preferable that the inward angle of the observer and the inward angle of the optical system match each other. However, the distance from the object to the eyepiece optical system 3 cannot be increased because the size of the apparatus needs to be reduced. Therefore, it is necessary to temporarily widen the optical path interval in the apparatus so that the optical path interval matches the inward angle on the eyepiece optical system 3 side. In the present invention, an optical element having an optical path interval enlarging action is arranged in the optical path between the objective optical system 1 and the eyepiece optical system 3.
[0062]
Therefore, in the present invention, the optical element 8 having both the optical path switching operation and the optical path interval enlarging operation is disposed between the objective optical system 1 and the eyepiece optical system 3. In the configuration of FIG. 10, the objective optical system 1 and the projection

optical system

2 _L , 2 _R It is located between.
[0063]
In the configuration of FIG. 11, the optical element 8 having both the function of changing the optical path and the function of increasing the interval between the optical paths is connected to the _L , 2 _R And the eyepiece optical system 3.
[0064]
10 and 11 may be used.
[0065]
In addition, as the optical element 8 having both the function of replacing the optical path and the function of enlarging the optical path interval, as shown in an example described later, two plane mirrors that bend the optical path into a Z-shape for one optical path, and the left and right optical paths include It can be composed of four symmetrically arranged plane mirrors.
[0066]
Still another magnifying observation apparatus of the present invention is an objective optical system that projects an enlarged image of an object into the air, another projection optical system that further projects the projection image projected into the air, and an image projected by the projection optical system. A diffusing plate disposed in the vicinity of the image, an eyepiece optical system for projecting an exit pupil of the objective optical system onto an observer's eyeball, and in a magnifying observation apparatus having two optical paths, an optical path interval for increasing a distance between the two optical paths. An optical element having an enlarging function is arranged between the projection optical system and the eyepiece optical system.
[0067]
This will be described below with reference to the optical path diagram of FIG. However, this figure shows only the optical path for the right eye, and the optical path for the left eye is arranged symmetrically with respect to a plane passing through the central axis indicated by the alternate long and short dash line and perpendicular to the paper surface. This optical system includes an objective optical system 1, a projection optical system 2, an eyepiece optical system 3, and a diffusion plate 4. The objective optical system 1 forms an enlarged image of the object O via separate left and right optical axes. The single projection optical system 2 projects the enlarged image. The eyepiece optical system 3 has left and right exit pupils P _L , P _R Is projected on the observer's eyeball position. This left and right exit pupil P _L , P _R Denotes an exit pupil of the objective optical system 1. The projection optical system 2 projects the exit pupil of the objective optical system 1 into the air. Also, the left and right exit pupils P of the objective optical system 1 _L , P _R Is the exit pupil 5 for the left and right eyes of the entire system. _L , 5 _R Is projected on the observer's eyeball position. A diffusing plate 4 is arranged near the eyepiece optical system 3. The eyepiece optical system 3 and the diffusion plate 4 are arranged near the enlarged image of the object O projected by the projection optical system 2.
[0068]
In such an arrangement, the inward angle determined by the optical system is the angle between the two left and right optical axes (object side) looking into the object O. If this inward angle is too large, the stereoscopic effect becomes too strong and stereoscopic viewing is not possible. On the other hand, the inward angle on the observer side is determined by the distance of clear vision and the standard eye width of a human. Therefore, if there is a large gap between these two inward angles, the three-dimensional effect will feel strange. Therefore, it is preferable that the inward angle of the observer and the inward angle of the optical system match each other. However, the distance from the object to the eyepiece optical system 3 cannot be increased because the size of the apparatus needs to be reduced. Therefore, it is necessary to temporarily widen the optical path interval in the apparatus so that the optical path interval matches the inward angle on the eyepiece optical system 3 side. In the present invention, the optical element 9 having the function of enlarging the optical path interval is disposed between the projection optical system 2 and the eyepiece optical system 3. The optical element 9 having the optical path interval enlarging action is, as shown in an embodiment described later, similarly to the optical element 8, two plane mirrors that bend the optical path in one of the optical paths in a Z-shape. Can be constituted by four plane mirrors arranged at the same time.
[0069]
In the present invention described above, the positions at which the

optical elements

7, 8, 9 are arranged are between the objective optical system and the eyepiece optical system, between the objective optical system and the projection optical system, and between the projection optical system and the eyepiece optical system. And These meanings include a case where the

optical elements

7, 8, 9 or a part thereof enter the front and rear objective optical system, projection optical system, and eyepiece optical system.
[0070]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the magnifying observation apparatus of the present invention will be described.
[0071]
FIG. 1 shows a conceptual diagram of the optical system of the magnifying observation apparatus of the present invention. The magnifying observation apparatus according to the present invention includes an objective optical system 10 configured to magnify and image an object O, and an exit pupil P of the objective optical system 10 arranged near the magnified image I as an exit pupil 5 of the entire system. An eyepiece optical system 3 for projecting to an eyeball position E, and a diffusion plate 4 also arranged near an image projected by the objective optical system 10, and in this case, the eyepiece optical system 3 and the diffusion plate Numeral 4 is integrally formed and has a diffusion action. Specifically, the eyepiece optical system 3 may be a normal positive lens, a positive power Fresnel lens, a reflecting mirror, or a Fresnel reflecting mirror. These surfaces can be constituted not only by rotationally symmetric surfaces but also by decentered Fresnel lens surfaces, Fresnel reflecting surfaces, free-form surfaces, and anamorphic surfaces. Then, a diffusion surface acting as the diffusion plate 4 is provided on one surface thereof.
[0072]
Mirrors (reflection surfaces) 6a and 6b are arranged in the optical path so that the eyepiece optical system 3 can be arranged at a position where the observer can easily observe.
[0073]
The objective optical system 10 may be composed of only the objective lens system 1 or, as shown in FIG. 1, may be composed of the objective lens system 1 and the projection optical system 2 for enlarging and projecting an intermediate image thereby. (In the case of FIG. 1, this example). Further, the objective lens system 1 may be composed of an objective lens of an infinity imaging type and an imaging optical system.
[0074]
Further, the objective optical system 10 may include a variable power optical system.
[0075]
When performing stereoscopic or binocular viewing, the objective optical system 10 is configured to have at least two optical axes, and the optical axis may have an inward angle or a parallel optical axis. Good.
[0076]
Further, the eyepiece optical system 3 can have a tilt mechanism that rotates around the reflection surface 6a.
[0077]
Next, specific numerical examples 1 to 5 will be described. The optical path diagrams of the respective embodiments are shown in FIGS. 13, 14, 16, 18, and 20 (a). FIGS. 13, 16, 18, and 20 (a) are cross-sectional views including the optical axis. FIG. 14 is a three-sided view. In the first to fifth embodiments, the exit pupils P and P of the infinity-imaging type objective lens system are used. _L , P _R It is designed for light rays from a position. A light beam emitted from an objective optical system (not shown) is formed into a parallel light beam, and then an image is formed by the imaging optical system 21. Since this infinity imaging type objective lens system can be configured in combination with any known objective lens system or variable power optical system, data is not shown in the configuration parameters described later.
[0078]
Note that the exit pupils P, P of this infinity type objective lens system _L , P _R Has an exit pupil diameter of 8 mm and an angle of view of ± 5 °. Also, the left and right exit pupils P of the objective optical system in the case of stereoscopic vision (Examples 2 to 5) _L , P _R Is 22 mm.
[0079]
The configuration parameters of Examples 1 to 5 will be described later, and the optical surfaces corresponding to the surface numbers in the configuration parameters are denoted by r in FIGS. ₁ , R ₂ ... and the surface spacing is d ₁ , D ₂ Indicated by ...
[0080]
Note that the coordinate system defining each surface in Examples 2 to 5 is the exit pupil P of the objective optical system. _L , P _R (The first surface), the optical axis direction passing through the center of the exit pupil is taken as the Z-axis, and the X-axis and the Y-axis are taken perpendicular to the Z-axis.
[0081]
With respect to the eccentric surface, with the origin at the center of the exit pupil of the objective lens, the amount of eccentricity at the top of the surface (X, Y, and Z in the X, Y, and Z directions, respectively) The inclination angles (α, β, and γ (°), respectively) of the center axis of the surface (for an aspheric surface, the Z axis of the formula (a) described later) about the X axis, Y axis, and Z axis are given. Have been. In this case, the positive α and β mean counterclockwise with respect to the positive direction of each axis, and the positive γ means clockwise with respect to the positive direction of the Z axis. The rotation of the center axis of the surface α, β, and γ is performed by first rotating the center axis of the surface and its XYZ orthogonal coordinate system by α counterclockwise around the X axis, and then rotating the center axis. The center axis of the surface is rotated β counterclockwise around the Y axis of the new coordinate system, and the coordinate system rotated once is also rotated β counterclockwise around the Y axis, and then rotated twice. The center axis of the surface is rotated γ clockwise around the Z axis of the new coordinate system in the new coordinate system.
[0082]
The aspherical surface is a rotationally symmetric aspherical surface given by the following definition expression.
[0083]

Here, Z is an optical axis (on-axis principal ray) where the traveling direction of light is positive, and y is a direction perpendicular to the optical axis. Here, R is a paraxial radius of curvature, K is a conic constant, and A, B, C, D,... Are fourth-order, sixth-order, eighth-order, and tenth-order aspherical coefficients, respectively. The Z axis of this definition expression is the axis of the rotationally symmetric aspherical surface.
[0084]
In addition, among the optical action surfaces constituting the optical system of each embodiment, when a specific surface and a subsequent surface constitute a coaxial optical system, a surface interval is given, and in addition, a radius of curvature of the surface, The refractive index and Abbe number of the medium are given according to a conventional method.
[0085]
Note that a term relating to an aspheric surface for which no data is described is zero. The refractive index for d-line (wavelength 587.56 nm) is shown. The unit of the length is mm.
[0086]
In each embodiment, the eyepiece optical system 23 is designed as a positive Fresnel lens, and does not include data on the diffuser.
[0087]
In each embodiment, the distance from the diffusing surface to the observer's eyeball is 400 mm, and the diffusing surface is arranged on the image plane. For example, the Fresnel lens surface is arranged after the diffusing surface. It is also possible.
[0088]
Further, the light rays shown in the respective embodiments indicate the pupil image formation.
[0089]
Example 1
The present embodiment is an example of a single optical path magnifying observation apparatus. In FIG. 13, an objective optical system includes an objective lens system (not shown) and an imaging optical system 21. Since the primary image plane formed by the objective optical system is enlarged and projected on the eyepiece optical system 23 by the projection optical system 22, the image is an erect image. In this example, the imaging optical system 21 is composed of a cemented lens of a positive meniscus lens concave on the object side and a negative meniscus lens concave on the object side, and the projection optical system 22 is a cemented lens of a biconcave negative lens and a biconvex positive lens. , A biconvex positive lens, and a positive meniscus lens convex to the object side. The eyepiece optical system 23 is a Fresnel lens having a flat surface on the object side and an aspheric surface on the observation side having a positive refractive power.
[0090]
In the case of this example, binocular observation becomes possible by increasing the diffusion angle (for example, 15 °). Further, a prism sheet or the like is arranged on the eyepiece optical system 23 to divide the same image into two left and right directions, and a diffusion plate having a diffusion angle of about 10 ° is used in combination to form an 8-shaped exit pupil in the left and right direction. 5 (FIG. 1) is also possible.
[0091]
In FIG. 1, the optical paths after the eyepiece optical system 23 are not shown.
[0092]
Example 2
The present embodiment is an example of a stereoscopic or binocular magnifying observation apparatus having both left and right optical paths. This embodiment corresponds to FIG. 7, and FIG. 14 shows only the optical path for the left eye, and the optical path for the right eye is arranged 180 ° rotationally symmetric with respect to the central axis shown by the dashed line. You. In this example, an objective optical system is configured by an objective lens system (not shown) and the imaging optical system 21. Since the projection image formed by the objective optical system is enlarged and projected on an eyepiece optical system (not shown), the image is formed only once on the eyepiece optical system. Therefore, an optical element 7 having an image inverting action, an optical path switching action, and an optical path interval expanding action at the same time is arranged in the optical path between the objective optical system and the eyepiece optical system. This optical element 7 is composed of a reflecting mirror system having a reflecting surface arrangement substantially the same as that described with reference to FIG. 8, and has four plane mirrors (fifth to eighth surfaces) arranged in one optical path. ing. The optical element 7 having such a configuration is disposed in the imaging optical system 21 having a two-group configuration.
[0093]
In this example, the imaging optical system 21 includes a cemented lens of two positive meniscus lenses whose front side on the object side with respect to the optical element 7 is concave on the object side, and the rear group on the observation side with respect to the optical element 7 is a biconcave negative lens. Consists of lenses. The eyepiece optical system is composed of a Fresnel lens whose surface on the object side is flat and whose surface on the observation side is an aspheric surface having a positive refractive power.
[0094]
The optical path diagram of both eyes in this example is as shown in FIG. However, also in this case, the objective optical system, the eyepiece optical system, and the optical paths after the eyepiece optical system are not shown.
[0095]
Example 3
The present embodiment is an example of a stereoscopic or binocular magnifying observation apparatus having both left and right optical paths. This embodiment corresponds to FIG. 10, and FIG. 16 shows only the optical path for the left eye, and the optical path for the right eye is a plane that includes a central axis indicated by a dashed line and is perpendicular to the paper surface. They are arranged symmetrically. In this example, an objective optical system is configured by an objective lens system (not shown) and the imaging optical system 21. Since the primary image plane formed by the objective optical system is enlarged and projected by the projection optical system 22 onto an eyepiece optical system (not shown), the image is an erect image. However, since the right and left enlarged images of the right and left objects are switched, the optical element 8 having the optical path switching function and the optical path interval expanding function is disposed between the imaging optical system 21 and the projection optical system 22. The optical element 8 has a configuration in which two plane mirrors (fifth to sixth surfaces) are arranged in one optical path.
[0096]
In this embodiment, the imaging optical system 21 comprises a cemented lens of a biconvex positive lens and a negative meniscus lens concave on the object side. The projection optical system 22 includes a cemented lens of a biconcave negative lens and a biconvex positive lens, a biconvex positive lens, and a biconvex positive lens. The eyepiece optical system is composed of a Fresnel lens whose surface on the object side is flat and whose surface on the observation side is an aspheric surface having a positive refractive power.
[0097]
The optical path diagram for both eyes in this example is as shown in FIG. However, also in this case, the objective optical system, the eyepiece optical system, and the optical paths after the eyepiece optical system are not shown.
[0098]
An advantage of the arrangement of this embodiment is that the left and right optical axes are always in a common plane, and assembly and optical axis adjustment are easy.
[0099]
Example 4
The present embodiment is an example of a stereoscopic or binocular magnifying observation apparatus having both left and right optical paths. This embodiment corresponds to FIG. 11, and FIG. 18 shows only the optical path for the right eye, and the optical path for the left eye is a plane including a central axis indicated by a dashed line and perpendicular to the plane of the paper. They are arranged symmetrically. In this example, an objective optical system is configured by an objective lens system (not shown) and the imaging optical system 21. Since the primary image plane formed by the objective optical system is enlarged and projected by the projection optical system 22 onto an eyepiece optical system (not shown), the image is an erect image. However, since the right and left enlarged images of the right and left objects are switched, the optical element 8 having the optical path switching function and the optical path interval expanding function is disposed between the projection optical system 22 and the eyepiece optical system. This optical element 8 has a configuration in which two plane mirrors (twelfth and thirteenth surfaces) are arranged in one optical path.
[0100]
In this example, the imaging optical system 21 comprises a cemented lens of a biconvex positive lens and a negative meniscus lens concave on the object side. The projection optical system 22 includes a cemented lens of a negative meniscus lens convex to the object side and a biconvex positive lens, a positive meniscus lens convex to the object side, and a negative meniscus lens convex to the object side. The eyepiece optical system is composed of a Fresnel lens whose surface on the object side is flat and whose surface on the observation side is an aspheric surface having a positive refractive power.
[0101]
The optical path diagram of both eyes in this example is as shown in FIG. However, also in this case, the objective optical system, the eyepiece optical system, and the optical paths after the eyepiece optical system are not shown.
[0102]
An advantage of the arrangement of this embodiment is that the left and right optical axes are always in a common plane, and assembly and optical axis adjustment are easy.
[0103]
Example 5
The present embodiment is an example of a stereoscopic or binocular magnifying observation apparatus having both left and right optical paths. This embodiment corresponds to FIG. 12, and FIG. 20 (a) shows only the optical path for the left eye, and the optical path for the right eye is a plane including the central axis indicated by a dashed line and perpendicular to the paper surface. They are arranged symmetrically with respect to the plane. In this example, an objective optical system is configured by an objective lens system (not shown) and the imaging optical system 21. In this configuration, a primary image plane formed by the objective optical system is magnified and projected onto an eyepiece optical system (not shown) by the projection optical system 22. In this configuration, an optical element 9 having an optical path interval enlarging action is arranged between the projection optical system 2 and the eyepiece optical system 3. The optical element 9 has a configuration in which two plane mirrors (the tenth to eleventh surfaces) are arranged in one optical path.
[0104]
In this example, the imaging optical system 21 comprises a cemented lens of a biconvex positive lens and a negative meniscus lens concave on the object side. The projection optical system 22 includes a cemented lens of a negative meniscus lens convex to the object side and a biconvex positive lens, and a biconvex positive lens. The eyepiece optical system is composed of a Fresnel lens whose surface on the object side is flat and whose surface on the observation side is an aspheric surface having a positive refractive power.
[0105]
The optical path diagram for both eyes in this example is as shown in FIG. However, also in this case, the objective optical system, the eyepiece optical system, and the optical paths after the eyepiece optical system are not shown.
[0106]
An advantage of the arrangement of this embodiment is that the left and right optical axes are always in a common plane, and assembly and optical axis adjustment are easy.
[0107]
Numerical data of each example is shown below. In the following table, "ASS" indicates an aspherical surface, "RE" indicates a reflective surface, and "FL" indicates a Fresnel lens surface.
[0108]
Example 1

13 ASS 1 (FL) 0.00
Image plane ∞
ASS ▲ 1 ▼
R-129.32
K 0.0000
A-1.7598e-006
B 6.6292e-011.
[0109]
Example 2

12 ASS 1 (FL) Eccentricity (11)
Image plane 偏 Eccentricity (11)
ASS ▲ 1 ▼

[0110]
Example 3

15 ASS 1 (FL) Eccentricity (14)
Image plane ∞ Eccentricity (14)
ASS ▲ 1 ▼
R-122.38
K 0.0000
A 6.3348e-008
B8.7506e-012

[0111]
Example 4

15 ASS 1 (FL) Eccentricity (14)
Image plane ∞ Eccentricity (14)
ASS ▲ 1 ▼
R-122.36
K 0.0000
A 1.0239e-007
B 7.2155e-012

[0112]
Example 5

13 ASS 1 (FL) Eccentricity (12)
Image plane 偏 Eccentricity (12)
ASS ▲ 1 ▼

The above-described magnifying observation apparatus of the present invention can be configured so that, for example, the appearance is shown in FIG. 21 and the optical system is shown in a perspective view in FIG. In this example, the magnifying observation apparatus is a binocular stereo microscope 30 having an optical system as shown in FIG. 10 or FIGS. The binocular stereo microscope 30 has a lens column 32 standing on a stage 31, and a lens barrel box 33 is attached to the lens column 32. The height of the lens barrel box 33 from the stage 31 can be adjusted by a focusing screw 36. An objective optical system lens barrel 34 is attached to the lower end of the lens barrel box 33, and an eyepiece optical system lens barrel 35 is attached to the upper end thereof. As is apparent from FIG. 22, the objective optical system 11, the left and right imaging optical systems 14 are provided in the objective optical system barrel 34, the barrel box 33, and the eyepiece optical system barrel 35. _L , 14 _R An optical element 8 composed of a total of four plane mirrors and having an optical path switching action and an optical path interval expanding action, and the left and right projection

optical systems

2 _L , 2 _R And a mirror 6 for bending the optical axis.
[0113]
Therefore, the enlarged image for the right eye of the object O is the exit pupil 5 for the right eye. _R Is observed as the eye point of the right eye. The enlarged image for the left eye of the object O is the exit pupil 5 for the left eye. _L Is observed as the eye point of the left eye. As a result, the object O can be magnified and observed as a stereoscopic image (stereoscopic image) by both eyes of the observer.
[0114]
By the way, the diffusion plate used here was manufactured as follows based on the manufacturing method of Japanese Patent Application No. 2001-370950. First, spherical beads having a particle size restricted by a sandblast method were sprayed on a metal plate serving as a mold. Next, the randomly arranged concave surface groups formed on the metal plate were transferred and duplicated on a transparent resin plate. In this way, a one-time transmission type diffusion plate having random irregularities formed on one surface of the transparent resin plate was produced. Eleven samples were produced. Assuming that the sample numbers are # 1 to # 11, the angular distribution of the diffused light from the diffusers # 1 to # 11 is as shown in FIG. The values of Sm / Ra of the diffusion plates # 1 to # 11, the full width at half maximum of the diffusion angle, and the 1/10 full width are as follows. From these results, it is desirable to use the diffusion plate # 11 as the diffusion plate 4 of the above embodiment.
[0115]

[0116]
When a Fresnel lens or a Fresnel reflector is used as the eyepiece optical system 3 of the magnifying observation apparatus of the present invention, attention must be paid to ghost light. The ghost light is generated by reflection of ambient light or the like on a non-working surface between the ring-shaped refraction surfaces of the Fresnel lens or a non-working surface between the ring-shaped reflections of the Fresnel reflector. This ghost light is the

exit pupil

5 _L , 5 _R Incident on the screen and hinder observation. As shown in FIG. 24, the non-working surface 43 is located between the ring-shaped refraction working surfaces 42 constituting the Fresnel surface of the Fresnel lens 41. Therefore, for example, glass beads 55 are sprayed obliquely from the center of the Fresnel lens 41 to the non-working surface 43 to form a rubbing surface. By doing so, light that is originally reflected on this surface and becomes ghost light (2) can be diffused. It is desirable to prevent ghost light in this way. Further, it is more desirable to apply a black paint or the like to the rubbed surface to make it light-absorbing. In FIG. 24, (1) indicates regular refracted light.
[0117]
In the example shown in FIG. 24, the glass beads 55 or the like are directly sprayed on the Fresnel lens 41 to make the non-working surface a rubbing surface, but there are other methods. For example, as shown in FIG. 25, in a mold 51 for producing a Fresnel lens 41, a method of obliquely blowing glass beads 55 or the like onto a surface 53 corresponding to the non-working surface 43 as in FIG. is there. Then, the rubbed surface may be transferred to the Fresnel lens 41. In FIG. 25, a surface 52 is a surface corresponding to the ring-shaped refraction surface 42 of the Fresnel lens 41.
[0118]
When the eyepiece optical system 3 is configured by a Fresnel reflecting mirror, it is desirable to perform the same as above.
[0119]
The above-described magnifying observation apparatus of the present invention can be configured, for example, as follows.
[0120]
[1] An objective optical system for projecting an enlarged image of an object, a diffusion plate disposed near the image projected by the objective optical system, and an eyepiece optical system for projecting an exit pupil of the objective optical system to an observer's eyeball Wherein the diffusion angle of the diffusing plate is 10 ° or less in full width at half maximum.
[0121]
[1] An objective optical system for projecting an enlarged image of an object, a diffusion plate arranged near the image projected by the objective optical system, and an eyepiece optical system for projecting an exit pupil of the objective optical system to an observer's eyeball A diffusing angle of the diffusion plate is 10 ° or less in full width at half maximum.
[0122]
[2] The magnifying observation apparatus according to [1], wherein the magnifying observation apparatus is a two-dimensional image observing apparatus in which observation images for the left and right eyes of an observer are the same.
[0123]
[3] The magnifying observation apparatus according to [2], wherein the diffusion angle of the diffusion plate is 30 ° or less in a 1/10 full width.
[0124]
[4] The magnifying observation according to the above item 1, wherein the magnifying observation device is a stereoscopic image observing device having different observation images with respect to left and right eyes of an observer, and a diffusion angle of the diffusion plate is 5 ° or less in full width at half maximum. apparatus.
[0125]
[5] The magnifying observation apparatus according to the above [4], wherein the diffusion angle of the diffusion plate is 20 ° or less in one-tenth full width.
[0126]
[6] The magnifying observation device according to the

above item

2 or 3, wherein the following conditions are satisfied.
[0127]
In a single transmission type diffusion plate,
5 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <70 (1)
In the case of a two-pass diffusion plate,
10 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <80 (2)
In the surface reflection type diffuser,
50 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <200 (3)
In the back reflection type diffusion plate,
80 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <250 (4)
Here, Sm is the average distance (μm) between the surface irregularities according to JIS B0601, Ra is the center line average roughness (μm), Ep is the distance (mm) from the diffusion surface of the diffusion plate to the position of the observer's eye. It is.
[0128]
[7] The magnifying observation device according to the

above item

4 or 5, wherein the following conditions are satisfied.
[0129]
In a single transmission type diffusion plate,
15 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <400 (5)
In the case of a two-pass diffusion plate,
25 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <500 (6)
In the surface reflection type diffuser,
80 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <1000 (7)
In the back reflection type diffusion plate,
150 <(Sm / Ra) × (Ep / 400) <2000 (8)
Here, Sm is the average distance (μm) between the surface irregularities according to JIS B0601, Ra is the center line average roughness (μm), Ep is the distance (mm) from the diffusion surface of the diffusion plate to the position of the observer's eye. It is.
[0130]
[8] The magnifying observation apparatus according to the

above item

6 or 7, wherein the following conditions are satisfied.
[0131]
Sm <200 μm (9)
[9] An objective optical system for projecting an enlarged image of an object, a diffusion plate arranged near the image projected by the objective optical system, and an eyepiece optical system for projecting an exit pupil of the objective optical system to an observer's eyeball A magnifying observation device that forms an image only in the vicinity of the diffusion plate and has at least two optical paths, wherein the diffusion angle of the diffusion plate is 10 ° or less at full width at half maximum, and an image inversion function and the at least two optical paths An optical element having an optical path switching operation for replacing the optical path and an optical path interval enlarging operation for expanding an interval between the at least two optical paths is disposed between the objective optical system and the eyepiece optical system. .
[0132]
[10] The magnifying observation apparatus according to the above [9], wherein the objective optical system is configured to be variable in magnification in each of the at least two optical paths.
[0133]
[11] An objective optical system that projects an enlarged image of an object into the air, two projection optical systems that project the projected image that is projected into the air along two different optical paths, and an area near the image projected by the projection optical system A magnifying observation apparatus including an eyepiece optical system that projects an exit pupil of the objective optical system onto an observer's eyeball, wherein the optical path switching action for switching the two optical paths is provided. An enlargement observation apparatus, wherein an optical element having a function of enlarging an optical path interval for increasing an interval is disposed between the objective optical system and the eyepiece optical system.
[0134]
[12] An optical element having an optical path switching operation of exchanging the two optical paths and an optical path interval enlarging operation of expanding an interval between the at least two optical paths is disposed between the objective optical system and the projection optical system. 12. The magnifying observation apparatus according to the above item 11, wherein
[0135]
[14] An optical element having an optical path switching operation of exchanging the two optical paths and an optical path interval enlarging operation of expanding an interval between the at least two optical paths is disposed between the projection optical system and the eyepiece optical system. 12. The magnifying observation apparatus according to the above item 11, wherein
[0136]
[15] An objective optical system for projecting an enlarged image of an object into the air, one projection optical system for further projecting the projected image projected into the air, and a diffusing plate arranged near the image projected by the projection optical system An eyepiece optical system for projecting an exit pupil of the objective optical system onto an observer's eyeball, the magnifying observation device having two optical paths, and an optical element having an optical path interval enlarging action for expanding an interval between the two optical paths is provided. A magnifying observation apparatus, which is arranged between the projection optical system and the eyepiece optical system.
[0137]
[16] The eyepiece optical system is composed of a Fresnel lens or a Fresnel reflector, and a non-working surface connecting the adjacent orbicular refraction action surfaces or reflection actions of the Fresnel lens or the Fresnel reflection mirror is formed from a rubbing surface or a light absorbing surface. 16. The magnifying observation apparatus according to any one of the above items 1 to 15, wherein
[0138]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, without having a mechanism such as a rotation mechanism, a clear and bright observation image without a feeling of roughness can be obtained, despite the small diffusion effect of the diffusion plate, and Thus, it is possible to provide a magnifying observation apparatus capable of obtaining a wide exit pupil diameter.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram of an optical system of a magnifying observation apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for obtaining a relationship between an arithmetic average roughness Ra of a transmission type diffusion plate and an average interval Sm of irregularities in the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between an incident angle and a refraction angle on a diffusion surface of a transmission type diffusion plate.
FIG. 4 is a diagram for obtaining a relationship between an arithmetic average roughness Ra of a reflection type diffusion plate and an average interval Sm of irregularities in the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an incident angle and a reflection angle on a diffusion surface of a reflection type diffusion plate.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between Sm / Ra of a diffusion plate and a half angle of diffusion in the present invention.
FIG. 7 is an optical path diagram of an optical system of another magnifying observation apparatus according to the present invention.
8 is a diagram for explaining an example of an optical element having an image reversing action, an optical path switching action, and an optical path interval enlarging action used in the configuration of FIG.
FIG. 9 is an optical path diagram of an optical system of another magnifying observation apparatus according to the present invention.
FIG. 10 is an optical path diagram of an optical system of still another magnifying observation apparatus according to the present invention.
FIG. 11 is an optical path diagram of an optical system of still another magnifying observation apparatus according to the present invention.
FIG. 12 is an optical path diagram of an optical system of still another magnifying observation apparatus according to the present invention.
FIG. 13 is an optical path diagram according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 14 is an optical path diagram of one eye according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 15 is an optical path diagram of both eyes according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 16 is an optical path diagram of one eye according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 17 is an optical path diagram of both eyes according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 18 is an optical path diagram of one eye according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is an optical path diagram of both eyes according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is an optical path diagram according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a view showing the appearance of an example of the magnifying observation apparatus of the present invention.
FIG. 22 is a perspective view in which an optical system is added to FIG. 21;
FIG. 23 is a diagram showing an angular distribution of diffused light of some examples of a single transmission type diffusion plate that can be used in the present invention.
FIG. 24 is a diagram for explaining an example of a configuration for preventing ghost light of a Fresnel lens used as an eyepiece optical system in the present invention.
FIG. 25 is a view for explaining how to make a mold for forming a Fresnel lens as shown in FIG. 24;
[Explanation of symbols]
O… object
I ... Enlarged image
E: Eyeball position of observer
P, P _R , P _L … The exit pupil of the objective optical system
PL, PL1, PL2 ... Prism
a, b, c, d, a1, b1, c1, d1, a2, b2, c2, d2... reflective surface
1. Objective optical system (objective lens system)
Two, two _L , 2 _R … Projection optical system
3. Eyepiece optical system
4: Diffusion plate
5,5 _R , 5 _L ... the exit pupil of the whole system
6a, 6b ... mirror
7. An optical element having an image inverting action, an optical path switching action, and an optical path interval enlarging action
8. Optical element having an optical path switching action and an optical path interval enlarging action
9: Optical element having an optical path interval enlarging action
10 Objective optical system
11 ... Infinity imaging type objective optical system (objective lens system)
12 _R , 12 _L … Variable optical system
13, 14 _R , 14 _L … Imaging optics
21 ... Imaging optical system
22 Projection optical system
23 ... Eyepiece optical system
30 ... Binocular stereo microscope
31 ... Stage
32 ... mirror column
33 ... Barrel box
34 Objective optical system lens barrel
35 ... Eyepiece optical system lens barrel
36 ... Focusing screw
41 ... Fresnel lens
42 ... refractive surface
43 ... non-working surface
51: Mold for molding the Fresnel surface
52: Surface corresponding to the refraction action surface of the Fresnel lens
53: Surface corresponding to the non-working surface of the Fresnel lens
55… Glass beads

Claims

Magnification observation including an objective optical system for projecting an enlarged image of an object, a diffusion plate arranged near the image projected by the objective optical system, and an eyepiece optical system for projecting an exit pupil of the objective optical system to an observer's eyeball A magnifying observation apparatus, wherein the diffusion angle of the diffusion plate is 10 ° or less in full width at half maximum.

An objective optical system for projecting an enlarged image of the object, a diffusion plate disposed near the image projected by the objective optical system, an eyepiece optical system for projecting an exit pupil of the objective optical system to an observer's eyeball, An enlarged observation apparatus which forms an image only in the vicinity of a plate and has at least two optical paths, wherein a diffusion angle of the diffuser plate is 10 ° or less in full width at half maximum, and an image inversion function and an optical path for exchanging the at least two optical paths. An enlargement observation apparatus, wherein an optical element having a switching operation and an optical path interval enlarging operation for expanding an interval between the at least two optical paths is arranged between the objective optical system and the eyepiece optical system.

An objective optical system for projecting an enlarged image of an object in the air, two projection optical systems for projecting the projected image projected in the air along two different optical paths, and arranged near an image projected by the projection optical system A diffusing plate, an eyepiece optical system for projecting an exit pupil of the objective optical system to an observer's eyeball, and an optical path switching action for switching the two optical paths, and increasing a distance between the two optical paths. An enlargement observation apparatus, wherein an optical element having a function of enlarging an optical path interval is arranged between the objective optical system and the eyepiece optical system.

An objective optical system for projecting an enlarged image of an object into the air, one projection optical system for further projecting the projected image projected into the air, a diffusion plate disposed near an image projected by the projection optical system, An enlargement observation device having an eyepiece optical system for projecting an exit pupil of an optical system onto an observer's eyeball, the enlargement observation device having two optical paths, and an optical element having an optical path interval enlarging action for increasing an interval between the two optical paths is provided by the projection optical system A magnifying observation device, which is arranged between a system and the eyepiece optical system.