JP2017219742A - 観察光学系 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型軽量であり、かつ良好に収差補正された観察光学系を提供すること。
【解決手段】物体側から順に、対物系ＬＯと、対物系ＬＯで形成される倒立像を正立させる反転正立系ＰＲと、反転正立系ＰＲで形成される正立像が瞳で観察されるようにする接眼系ＬＥと、を備える実像式の観察光学系１０であって、対物系ＬＯは、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズＬ１と、正のパワーを有する第２レンズＬ２とから実質的になり、接眼系ＬＥは、物体側から順に、正のパワーを有する第３レンズＬ３と、負のパワーを有する第４レンズＬ４と、正のパワーを有する第５レンズＬ５と、正のパワーを有する第６レンズＬ６とから実質的になる。
【選択図】図１
【解決手段】物体側から順に、対物系ＬＯと、対物系ＬＯで形成される倒立像を正立させる反転正立系ＰＲと、反転正立系ＰＲで形成される正立像が瞳で観察されるようにする接眼系ＬＥと、を備える実像式の観察光学系１０であって、対物系ＬＯは、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズＬ１と、正のパワーを有する第２レンズＬ２とから実質的になり、接眼系ＬＥは、物体側から順に、正のパワーを有する第３レンズＬ３と、負のパワーを有する第４レンズＬ４と、正のパワーを有する第５レンズＬ５と、正のパワーを有する第６レンズＬ６とから実質的になる。
【選択図】図１
Description
本発明は、医療用、作業用等のルーペに用いられる観察光学系に関する。
医療用、作業用等のルーペとして、両手での作業が可能なように眼鏡のように用いる眼鏡型や頭に固定する頭部装着型のものが用いられている。このようなルーペは、装着負担を軽減するために小型軽量化を図り、かつ作業に支障がないようにルーペの中心から周辺まで諸収差が良好に補正されていることが求められる。
特許文献１では、双眼鏡等として用いる観察系であって全系の小型化を図りながら画角を広くできる接眼レンズを含むものが開示されている。しかしながら、特許文献１の光学系では、対物レンズが正負の構成となっており、装着型に適した小型軽量化を行うと、収差補正が不十分であり、良好な性能を確保できない。
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、小型軽量であり、かつ良好に収差補正された観察光学系を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る観察光学系は、物体側から順に、対物系と、当該対物系で形成される倒立像を正立させる反転正立系と、反転正立系で形成される正立像が瞳で観察されるようにする接眼系と、を備える実像式の観察光学系であって、対物系は、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズと、正のパワーを有する第２レンズとから実質的になり、接眼系は、物体側から順に、正のパワーを有する第３レンズと、負のパワーを有する第４レンズと、正のパワーを有する第５レンズと、正のパワーを有する第６レンズとから実質的になる。
上記観察光学系のように、対物系と反転正立系と接眼系とから実質的になる実像式の観察光学系は、虚像式の観察光学系と比較して、焦点距離が短くなり、対物系の径を小さくすることができる。また、対物系を物体側から負レンズと正レンズとの構成にすることにより、レンズの外周部分の厚みを抑えつつ対物系のパワーを強くすることができ、軽量化のための薄肉化を実施したうえで球面収差の発生を抑えることができる。また、接眼系において最も物体側の第３レンズを正レンズとすることで接眼系を小型化することができ、負のパワーをもつ第４レンズによって対物系や第３レンズで発生する球面収差を補正することができる。また、最も瞳側の２枚を正レンズとすることで、像面湾曲や非点収差を補正することができる。
本発明の具体的な側面では、上記観察光学系において、第４レンズは、物体側に凹面を有する。この場合、第３レンズで発生する歪曲収差を補正することができる。
本発明の別の側面では、第３レンズは、物体側に凹面を有する。この場合、対物系のパワーと接眼系のパワーとを強くすることに起因して発生しうる高次の収差発生を抑えることができる。
本発明のさらに別の側面では、対物系は、第１レンズと第２レンズとを接合した接合レンズである。この場合、倍率色収差を良好に補正することができる。
本発明のさらに別の側面では、接眼系は、少なくとも１面に非球面を使ったレンズを有する。この場合、軸上収差のみならず像面湾曲等の軸外収差を良好に補正することができる。
以下、図１（Ａ）を参照して、本発明の一実施形態である観察光学系１０について説明する。なお、図１（Ａ）で例示した観察光学系１０は、後述する実施例１の観察光学系１０Ａと同一の構成となっている。
図１（Ａ）に示すように、観察光学系１０は、実像式の単焦点光学系であって、物体側から順に、対物系ＬＯと、反転正立系ＰＲと、接眼系ＬＥとを備える。観察光学系１０は、不図示の鏡筒等に固定されており、医療用、作業用等のルーペに用いられる。このようなルーペは、両手での作業が可能なように眼鏡型や頭部装着型のものとして用いられる。
観察光学系１０のうち、対物系ＬＯは、光束を集光して実像をつくるものである。対物系ＬＯは、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズＬ１と、正のパワーを有する第２レンズＬ２とで構成される。対物系ＬＯにおいて、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とは接合されており、これらは接合レンズＣＳとなっている。これにより、倍率色収差を良好に補正することができる。接合レンズＣＳは、全体として正のパワーを有している。第１及び第２レンズＬ１，Ｌ２は、ガラスで形成されている。
反転正立系ＰＲは、対物系ＬＯで形成される倒立像を正立させるものである。反転正立系ＰＲとしては、例えばプリズム等が用いられる。図１（Ａ）の例では、反転正立系ＰＲは、２つのガラスプリズムで構成されている。なお、図示の例では、観察光学系１０の瞳ＥＰでの像が倒立しているように説明の便宜上記載しているが、実際には、反転正立系ＰＲの作用によって上下左右が反転し、瞳ＥＰでの像は正立して観察されるようになっている。
接眼系ＬＥは、反転正立系ＰＲで形成される正立像が瞳ＥＰによって人の眼に観察されるようにするものである。接眼系ＬＥは、物体側から順に、正のパワーを有する第３レンズＬ３と、負のパワーを有する第４レンズＬ４と、正のパワーを有する第５レンズＬ５と、正のパワーを有する第６レンズＬ６とで構成される。接眼系ＬＥは、全体として正のパワーを有している。接眼系ＬＥのうち、第３レンズＬ３は、物体側に凹面を有している。観察光学系１０の小型化に伴い、対物系ＬＯのパワーと接眼系ＬＥのパワーとを強くする必要があり、強い屈折作用により高次の収差が発生しやすくなる。そのため、第３レンズＬ３の物体側面を凹面とすることで、レンズ面周辺で光線の入射角が大きくなりすぎることを防止して高次の収差発生を抑えることができる。また、第４レンズＬ４は、物体側に凹面を有している。これにより、第３レンズＬ３で発生する歪曲収差を補正することができる。なお、接眼系ＬＥは、少なくとも１面に非球面を使ったレンズを有していてもよい。これにより、軸上収差のみならず像面湾曲等の軸外収差を良好に補正することができる。例えば、後述する実施例２及び３の観察光学系１０Ｂ，１０Ｃにおいて、瞳ＥＰ側に最も近い第６レンズＬ６の物体側及び瞳ＥＰ側のレンズ面が非球面となっている（図２（Ａ）及び３（Ａ）参照）。第３〜第６レンズＬ３〜Ｌ６は、ガラスで形成されている。
観察光学系１０において、接眼系ＬＥと瞳ＥＰとの間には、平行平板Ｆが設けられている。平行平板Ｆは、観察光学系１０が眼鏡型である場合、視度調整用のレンズとしてもよい。なお、観察光学系１０が波長選択を必要とする用途に用いられる場合、平行平板Ｆに波長選択用のコートが施されていてもよい。
以上説明した観察光学系１０は、対物系ＬＯと反転正立系ＰＲと接眼系ＬＥとから実質的になる。このような実像式の観察光学系１０は、虚像式の観察光学系１０と比較して、焦点距離が短くなり、対物系ＬＯの径を小さくすることができる。ここで、観察光学系１０の全長及び径方向のサイズを小型化するために、対物系ＬＯのパワーと接眼系ＬＥのパワーとを強くする必要がある。対物系ＬＯを物体側から負レンズと正レンズとの構成にすることにより、レンズの外周部分の厚みを抑えつつ対物系ＬＯのパワーを強くすることができ、軽量化のための薄肉化を実施したうえで球面収差の発生を抑えることができる。また、接眼系ＬＥにおいて最も物体側の第３レンズＬ３を正レンズとすることで接眼系ＬＥを小型化することができ、負のパワーをもつ第４レンズＬ４で対物系ＬＯや第３レンズＬ３で発生する球面収差を補正することができる。また、最も瞳ＥＰ側の２枚を正レンズとすることで、像面湾曲や非点収差を補正することができる。
〔実施例〕
〔実施例〕
以下、本発明に係る観察光学系の実施例を示す。各実施例に使用する記号は下記の通りである。
Ｒ：近軸曲率半径
Ｄ：軸上面間隔
ｎ：レンズ材料のｄ線に対する屈折率
ｖｄ：レンズ材料のアッベ数
Ｒ：近軸曲率半径
Ｄ：軸上面間隔
ｎ：レンズ材料のｄ線に対する屈折率
ｖｄ：レンズ材料のアッベ数
その他、記号Surf.Nは、面番号を意味し、記号INFは、無限大又は∞を意味し、記号EPは、瞳側を意味する。
各実施例において、各面番号の後に「＊」が記載されている面が非球面形状を有する面であり、非球面の形状は、面の頂点を原点とし、光軸方向にＺ軸をとり、光軸ＡＸと垂直方向の高さをｈとして以下の「数１」で表す。
ただし、
Ａｉ：ｉ次の非球面係数
Ｒ ：曲率半径
Ｋ ：円錐定数
Ａｉ：ｉ次の非球面係数
Ｒ ：曲率半径
Ｋ ：円錐定数
〔実施例１〕
実施例１の観察光学系の光学諸元値を以下に示す。ここで、視野範囲とは、観察光学系を瞳側から覗いたときの物体面上における観察可能な範囲である。
倍率：3.3（倍）
視度：-1.0（Dpt）
物体距離：402.2（mm）
視野範囲：φ85（mm）
実施例１の観察光学系の光学諸元値を以下に示す。ここで、視野範囲とは、観察光学系を瞳側から覗いたときの物体面上における観察可能な範囲である。
倍率：3.3（倍）
視度：-1.0（Dpt）
物体距離：402.2（mm）
視野範囲：φ85（mm）
実施例１の観察光学系のレンズ面等のデータを以下の表１に示す。
〔表１〕
Surf.N R(mm) D(mm) n vd
1 18.309 0.64 1.90366 31.32
2 11.109 3.34 1.65844 50.85
3 -311.772 3.9
4 INF 30.57 1.75520 27.53
5 INF 0.52
6 INF 16.18 1.75520 27.53
7 INF 5.1
8 -14.262 1.89 1.90366 31.32
9 -7.38 4.93
10 -6.123 0.5 1.76182 26.61
11 -393.742 1.39
12 -46.68 2.89 1.83481 42.72
13 -9.59 0.2
14 21.805 2.7 1.77250 49.62
15 -38.325 1.43
16 INF 2 1.51680 64.20
17 INF 11.5
18（EP） INF
〔表１〕
Surf.N R(mm) D(mm) n vd
1 18.309 0.64 1.90366 31.32
2 11.109 3.34 1.65844 50.85
3 -311.772 3.9
4 INF 30.57 1.75520 27.53
5 INF 0.52
6 INF 16.18 1.75520 27.53
7 INF 5.1
8 -14.262 1.89 1.90366 31.32
9 -7.38 4.93
10 -6.123 0.5 1.76182 26.61
11 -393.742 1.39
12 -46.68 2.89 1.83481 42.72
13 -9.59 0.2
14 21.805 2.7 1.77250 49.62
15 -38.325 1.43
16 INF 2 1.51680 64.20
17 INF 11.5
18（EP） INF
図１（Ａ）は、実施例１の観察光学系１０Ａの断面図である。観察光学系１０Ａは、対物系ＬＯと、反転正立系ＰＲと、接眼系ＬＥとを備える。対物系ＬＯは、負のパワーを有する第１レンズＬ１と、正のパワーを有する第２レンズＬ２とを有する。これらのレンズＬ１，Ｌ２は、互いに接合されている。接眼系ＬＥは、正のパワーを有し物体側に凹面を有する第３レンズＬ３と、負のパワーを有し物体側に凹面を有する第４レンズＬ４と、正のパワーを有する第５レンズＬ５と、正のパワーを有する第６レンズＬ６とを有する。これらにおいて、第１レンズＬ１が物体側であり、第６レンズＬ６が瞳ＥＰ側となっている。第１〜第６レンズＬ１〜Ｌ６は、ガラスで形成されている。なお、符号Ｆは、平行平板を示しているが、観察光学系１０Ａが眼鏡型である場合、視度調整用のレンズとしてもよい。また、符号ＥＰは、設計上の瞳位置を示す（以下の実施例も同様）。
図１（Ｂ）〜１（Ｄ）は、図１（Ａ）に示す実施例１の観察光学系の虚像に関する球面収差、非点収差、及び歪曲収差をそれぞれ示す。なお、球面収差図において、０Ｄｐｔを基準として表記しており、−１Ｄｐｔが目標値となっている。また、非点収差図及び歪曲収差図において、−１Ｄｐｔを基準としている（以下の実施例も同様）。
〔実施例２〕
実施例２の観察光学系の光学諸元値を以下に示す。
倍率：4.3（倍）
視度：-1.0（Dpt）
物体距離：395.6（mm）
視野範囲：φ75（mm）
実施例２の観察光学系の光学諸元値を以下に示す。
倍率：4.3（倍）
視度：-1.0（Dpt）
物体距離：395.6（mm）
視野範囲：φ75（mm）
実施例２の観察光学系のレンズ面等のデータを以下の表２に示す。
〔表２〕
Surf.N R(mm) D(mm) n vd
1 20.885 0.74 1.85026 32.27
2 12.256 3.3 1.65844 50.85
3 -1346.3 10.51
4 INF 30.57 1.75520 27.53
5 INF 0.52
6 INF 16.18 1.75520 27.53
7 INF 5.05
8 -21.339 2.25 1.90366 31.32
9 -7.759 2.75
10 -5.619 0.5 1.72825 28.32
11 30.267 0.94
12 86.2 3.9 1.77250 49.62
13 -9.824 0.23
14* 22.874 3.5 1.62263 58.164
15* -21.26 1.91
16 INF 2 1.51680 64.20
17 INF 11.5
18（EP） INF
〔表２〕
Surf.N R(mm) D(mm) n vd
1 20.885 0.74 1.85026 32.27
2 12.256 3.3 1.65844 50.85
3 -1346.3 10.51
4 INF 30.57 1.75520 27.53
5 INF 0.52
6 INF 16.18 1.75520 27.53
7 INF 5.05
8 -21.339 2.25 1.90366 31.32
9 -7.759 2.75
10 -5.619 0.5 1.72825 28.32
11 30.267 0.94
12 86.2 3.9 1.77250 49.62
13 -9.824 0.23
14* 22.874 3.5 1.62263 58.164
15* -21.26 1.91
16 INF 2 1.51680 64.20
17 INF 11.5
18（EP） INF
実施例２の観察光学系の非球面係数を以下の表３に示す。なお、これ以降（表のレンズデータを含む）において、１０のべき乗数（例えば２．５×１０−０２）をＥ（例えば２．５Ｅ−０２）を用いて表すものとする。
〔表３〕
第14面
K=-5.00, A4=-3.300E-05, A6=-6.887E-07, A8=4.256E-08,
A10=-2.862E-10
第15面
K=2.46, A4=-5.112E-05, A6=8.161E-07, A8=9.092E-09,
A10=5.489E-11
〔表３〕
第14面
K=-5.00, A4=-3.300E-05, A6=-6.887E-07, A8=4.256E-08,
A10=-2.862E-10
第15面
K=2.46, A4=-5.112E-05, A6=8.161E-07, A8=9.092E-09,
A10=5.489E-11
図２（Ａ）は、実施例２の観察光学系１０Ｂの断面図である。観察光学系１０Ｂは、対物系ＬＯと、反転正立系ＰＲと、接眼系ＬＥとを備える。対物系ＬＯは、負のパワーを有する第１レンズＬ１と、正のパワーを有する第２レンズＬ２とを有する。これらのレンズＬ１，Ｌ２は、互いに接合されている。接眼系ＬＥは、正のパワーを有し物体側に凹面を有する第３レンズＬ３と、負のパワーを有し物体側に凹面を有する第４レンズＬ４と、正のパワーを有する第５レンズＬ５と、正のパワーを有する第６レンズＬ６とを有する。これらにおいて、第１レンズＬ１が物体側であり、第６レンズＬ６が瞳ＥＰ側となっている。第１〜第６レンズＬ１〜Ｌ６は、ガラスで形成されている。第６レンズＬ６の物体側及び瞳ＥＰ側のレンズ面は非球面となっている。
図２（Ｂ）〜２（Ｄ）は、図２（Ａ）に示す実施例２の観察光学系１０Ｂの虚像に関する球面収差、非点収差、及び歪曲収差をそれぞれ示す。
〔実施例３〕
実施例３の観察光学系の光学諸元値を以下に示す。
倍率：5.3（倍）
視度：-1.0（Dpt）
物体距離：389.9（mm）
視野範囲：φ65（mm）
実施例３の観察光学系の光学諸元値を以下に示す。
倍率：5.3（倍）
視度：-1.0（Dpt）
物体距離：389.9（mm）
視野範囲：φ65（mm）
実施例３の観察光学系のレンズ面等のデータを以下の表４に示す。
〔表４〕
Surf.N R(mm) D(mm) n vd
1 23.679 0.78 1.85026 32.27
2 13.8393 3.7 1.65844 50.85
3 -1680 15.77
4 INF 30.57 1.75520 27.53
5 INF 0.52
6 INF 16.18 1.75520 27.53
7 INF 6.5
8 -27.706 2.45 1.90366 31.32
9 -7.882 1.97
10 -5.482 0.58 1.75211 25.05
11 47.096 0.96
12 405 4 1.80420 46.5
13 -10.019 0.2
14* 22.874 3.5 1.62263 58.164
15* -21.26 0.87
16 INF 2 1.51680 64.20
17 INF 11.5
18（EP） INF
〔表４〕
Surf.N R(mm) D(mm) n vd
1 23.679 0.78 1.85026 32.27
2 13.8393 3.7 1.65844 50.85
3 -1680 15.77
4 INF 30.57 1.75520 27.53
5 INF 0.52
6 INF 16.18 1.75520 27.53
7 INF 6.5
8 -27.706 2.45 1.90366 31.32
9 -7.882 1.97
10 -5.482 0.58 1.75211 25.05
11 47.096 0.96
12 405 4 1.80420 46.5
13 -10.019 0.2
14* 22.874 3.5 1.62263 58.164
15* -21.26 0.87
16 INF 2 1.51680 64.20
17 INF 11.5
18（EP） INF
実施例３の観察光学系の非球面係数を以下の表５に示す。
〔表５〕
第14面
K=-5.00, A4=-3.300E-05, A6=-6.887E-07, A8=4.256E-08,
A10=-2.862E-10
第15面
K=2.46, A4=-5.112E-05, A6=8.161E-07, A8=9.092E-09,
A10=5.489E-11
〔表５〕
第14面
K=-5.00, A4=-3.300E-05, A6=-6.887E-07, A8=4.256E-08,
A10=-2.862E-10
第15面
K=2.46, A4=-5.112E-05, A6=8.161E-07, A8=9.092E-09,
A10=5.489E-11
図３（Ａ）は、実施例３の観察光学系１０Ｃの断面図である。観察光学系１０Ｃは、対物系ＬＯと、反転正立系ＰＲと、接眼系ＬＥとを備える。対物系ＬＯは、負のパワーを有する第１レンズＬ１と、正のパワーを有する第２レンズＬ２とを有する。これらのレンズＬ１，Ｌ２は、互いに接合されている。接眼系ＬＥは、正のパワーを有し物体側に凹面を有する第３レンズＬ３と、負のパワーを有し物体側に凹面を有する第４レンズＬ４と、正のパワーを有する第５レンズＬ５と、正のパワーを有する第６レンズＬ６とを有する。これらにおいて、第１レンズＬ１が物体側であり、第６レンズＬ６が瞳ＥＰ側となっている。第１〜第６レンズＬ１〜Ｌ６は、ガラスで形成されている。第６レンズＬ６の物体側及び瞳ＥＰ側のレンズ面は非球面となっている。
図３（Ｂ）〜３（Ｄ）は、図３（Ａ）に示す実施例３の観察光学系１０Ｃの虚像に関する球面収差、非点収差、及び歪曲収差をそれぞれ示す。
以上、実施形態に係る観察光学系について説明したが、本発明に係る観察光学系は、上記例示のものには限られない。例えば、上記実施形態において、観察光学系１０の最も物体側のレンズ及び最も瞳ＥＰ側のレンズの外側には、耐傷、耐薬品等を考慮して光透過性を有するカバー部材を設けてもよい。
上記実施形態において、第１〜第６レンズＬ１〜Ｌ６をガラスで形成したが、最も物体側、及び最も像側以外のレンズは樹脂で形成してもよい。樹脂製のレンズを活用することで、軽量化及び低コスト化を図れる。
ＡＸ…光軸、 ＣＳ…接合レンズ、 ＥＰ…瞳、 Ｆ…平行平板、 ＬＥ…接眼系、 ＬＯ…対物系、 ＰＲ…反転正立系、 １０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…観察光学系
Claims (5)
- 物体側から順に、対物系と、前記対物系で形成される倒立像を正立させる反転正立系と、前記反転正立系で形成される正立像が瞳で観察されるようにする接眼系と、を備える実像式の観察光学系であって、
前記対物系は、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズと、正のパワーを有する第２レンズとから実質的になり、
前記接眼系は、物体側から順に、正のパワーを有する第３レンズと、負のパワーを有する第４レンズと、正のパワーを有する第５レンズと、正のパワーを有する第６レンズとから実質的になることを特徴とする観察光学系。 - 第４レンズは、物体側に凹面を有することを特徴とする請求項１に記載の観察光学系。
- 第３レンズは、物体側に凹面を有することを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載の観察光学系。
- 対物系は、第１レンズと第２レンズとを接合した接合レンズであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の観察光学系。
- 接眼系は、少なくとも１面に非球面を使ったレンズを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の観察光学系。
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- 2016-06-08 JP JP2016114830A patent/JP6666592B2/ja active Active
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2017
- 2017-06-08 US US15/617,664 patent/US10514536B2/en active Active
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