JP6666593B2 - 観察光学系 - Google Patents

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Description

本発明は、変倍機能を有する観察光学系に関するものであり、例えば医療用ルーペ、作業用ルーペ、双眼鏡、望遠鏡等に使用可能な変倍型の観察光学系に関するものである。
従来よりケプラー式と呼ばれる観察光学系、すなわち対物光学系と反転光学系とを介して物体像を正立像として１次結像させ、その像を接眼系にて観察可能にするものが、一般的に実用化されている。例えば、特開平１０−１０４４０号公報（特許文献１）のファインダー光学系は、観察像の１次結像面と、その瞳側に配置されるレンズとの距離を適切に設定することを主な特徴としている。また、特開２００１−１７４７１６号公報（特許文献２）のファインダー光学系は、観察像の結像位置からこれに対向する物体側の光学部品までの距離と瞳側の光学部品までの距離とを所定の距離以上確保することを主な特徴としている。何れの光学系においても、その意図するところは、結像位置近傍のレンズ又は光学部品にゴミが付着した場合やキズ等ある場合であっても、光学面上のゴミ等に焦点が合わないようにすることで観察者にこれらが認識されにくくすることである。
しかしながら、光学面に付着したゴミ等を認識されないようにするには、特許文献１、２のように所定の視度範囲外に光学面を配置することで焦点が合わないようにするだけでは不十分な場合がある。例えば、光学面の表面に付着したゴミの大きさが光線径に占める割合が大きくなると、光束がケラレることにより観察像に影がでたりコントラストが低下したりするおそれがある。このような状態も観察者に認識される場合があり製品品質として適切とはいえない。
特開平１０−１０４４０号公報 特開２００１−１７４７１６号公報
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、ズーム移動群の移動スペースを確保しつつ、コントラストの低下を含むレンズ表面のゴミ、キズ等の問題を解決した良好な光学性能を有する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、倒立像を正立像に反転させる反転光学系を含む対物系と、当該対物系により形成された正立像を観察するために配置され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、正のパワーの第１群と、正のパワーの第２群と、負のパワーの第３群とから実質的になり、接眼系は、物体側から順に、正のパワーの第４群と、正のパワーの第５群とから実質的になり、反転光学系は、第１群と第２群との間に位置し、第３群と第４群とが光軸に沿って互いに離間する方向に移動することで低倍率から高倍率への変倍を行うとともに、以下の条件式を満足する。
０．２８＜Ｈ×Ｌ／ｆ≦０．５５ … （１）
ここで、値Ｈは低倍率時の瞳径であり、値Ｌは低倍率時において実像面と対向するそれぞれの光学面との光軸上の距離であり、値ｆは低倍率時の接眼系の焦点距離である。これらの値Ｈ，Ｌ，ｆの単位はｍｍである。以上において、実像面とは、反転光学系により正立像として結像する中間結像点に対応する。
上記観察光学系によれば、上記条件式（１）を満足するので、ゴミ等によるコントラスト低下を防止しつつ全長の短縮を図る観点で、低倍率時における第３群と実像面との間隔並びに実像面と第４群との間隔を適切に設定することが可能となる。なお、中間結像点に相当する実像面からその物体側の光学面までの光軸上の距離をＬａとし、実像面からその瞳側の光学面までの光軸上の距離をＬｂとすると、両距離Ｌａ，Ｌｂともに条件式（１）を満足する必要がある。条件式（１）の下限を上回ることにより、実像面と第３群又は第４群との間隔が過度に短くなることを防止でき、レンズ表面についたゴミやキズが光線径に対して占める割合が大きくなることによって観察像の一部に影が現れたりコントラストが低下したりする現象を抑制できる。一方で、条件式（１）の上限を下回ることにより、実像面と各群との距離が過度に長くなることを防止でき、光学系の全長短縮を図るうえで有利となる。
本発明の具体的な側面では、上記観察光学系において、以下の条件式を満足する。
Ｌ／ｆ２×１０００＞４ … （２）
上記条件式（２）は、レンズ表面に付いたゴミ、キズ等を目立ちにくくするための追加の設計要件であり、第３群の最瞳側又は最像側レンズと実像面との距離、並びに実像面と第４群の最物体側又は最像側レンズとの距離を接眼系の焦点距離も考慮して規定する。条件式（２）の下限を上回ることにより、実像面に向かい合うレンズ表面についたゴミ等に観察者のピントが合う可能性が低減され、製造時や使用開始後の品質確保の観点で好ましい光学系とできる。
本発明の別の側面では、第５群の最物体側に配置された負メニスカスレンズが以下の条件式を満足する。
４．４＜（Ｒ１ｂ＋Ｒ１ａ）／（Ｒ１ｂ−Ｒ１ａ）＜６．０ … （３）
ここで、値Ｒ１ａは第５群最物体側レンズの物体側曲率半径であり、値Ｒ１ｂは第５群最物体側レンズの瞳側曲率半径である。
上記条件式（３）は、第５群の最物体側レンズの形状を規定するものである。条件式（３）の下限を上回ることにより、第５群の最物体側レンズのパワーが過度に強くなることを防止でき、高倍率時のメリジオナル像面が悪化し非点収差や色コマの補正が困難となる現象を抑制できる。一方で、条件式（３）の上限を下回ることにより、第５群の最物体側レンズのパワーが弱くなって第５群全体のレンズ径が大きくなることを抑制でき、小型化・軽量化の達成が容易となる。また、条件式（３）の上限を下回ることにより、当該レンズのＺ値が小さくなり偏心精度を良好に保って加工することが困難になることを回避でき、視野周辺における像質悪化を防止できる。
本発明のさらに別の側面では、低変倍時と高変倍時との視度差を補正するために、第１群を単独で、或いは反転光学系及び第２群を一体で光軸上に沿って移動させる。
変倍が可能な観察光学系においては、各種の製造誤差により低倍率時と高倍率時とで視度差が発生する場合がある。すなわち、変倍式の光学系においては低倍率にて観察していた観察者が高倍率側に又はその逆に切り替えを行った際のピントずれが許容範囲を超えることが考えられる。このような場合に視度差を補正するための手段として第１群を単独で、或いは第２群と反転光学系とを一体で光軸上で移動させることで、較差補正を行うことができる。なお、第１群を単独で物体側へ移動させつつ、反転光学系と第２群とを一体で瞳側に移動させることで、第１群の繰り出し量を抑えて全長変化を少なくすることも可能である。同様に、第１群を瞳側に繰り込む場合も、反転光学系等を物体側へ移動させることで第１群の繰り込み量を抑えることができる。
本発明のさらに別の側面では、第３群及び第４群は、それぞれ１枚のレンズで構成される。
第３群及び第４群をそれぞれ１枚のレンズで構成することで、保持形態や移動機構の構造等を簡素化でき、重量軽減に有効である。また、光軸方向のスペースを必要以上に使用することがないため、光学全長の短縮を図ることが可能になる。
本発明に係る一実施形態の観察光学系を説明する断面図である。 （Ａ）は、低倍時における実施例１の観察光学系を示す断面図であり、（Ｂ）は、高倍時における実施例１の観察光学系を示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、図２（Ａ）に示す低倍時の観察光学系の収差図であり、（Ｄ）〜（Ｆ）は、図２（Ｂ）に示す高倍時の観察光学系の収差図である。 （Ａ）は、低倍時における実施例２の観察光学系を示す断面図であり、（Ｂ）は、高倍時における実施例２の観察光学系を示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、図４（Ａ）の観察光学系の収差図であり、（Ｄ）〜（Ｆ）は、図４（Ｂ）の観察光学系の収差図である。 （Ａ）は、低倍時における実施例３の観察光学系を示す断面図であり、（Ｂ）は、高倍時における実施例３の観察光学系を示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、図６（Ａ）の観察光学系の収差図であり、（Ｄ）〜（Ｆ）は、図６（Ｂ）の観察光学系の収差図である。 （Ａ）は、低倍時における実施例４の観察光学系を示す断面図であり、（Ｂ）は、高倍時における実施例４の観察光学系を示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、図８（Ａ）の観察光学系の収差図であり、（Ｄ）〜（Ｆ）は、図８（Ｂ）の観察光学系の収差図である。
以下、図１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に示すように、観察光学系１０は、実像式で変倍型の光学系であって、物体側から順に、対物系ＬＯ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、医療用ルーペ、作業用ルーペ、双眼鏡、望遠鏡等に用いられる。観察光学系１０がルーペに応用される場合、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することができる。
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、正のパワーを有する第１群Ｇｒ１と、正のパワーを有する第２群Ｇｒ２と、負のパワーを有する第３群Ｇｒ３とで構成されている。対物系ＬＯは、第１群Ｇｒ１と第２群Ｇｒ２との間に反転光学系ＰＲを備える。反転光学系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。対物系ＬＯは、全体として正のパワーを有している。
第１群Ｇｒ１は、正のパワーを有する第１レンズＬ１１と、負のパワーを有する第２レンズＬ１２とで構成される。第１及び第２レンズＬ１１，Ｌ１２は、互いに接合されている。第１及び第２レンズＬ１，Ｌ２は、球面レンズでありガラスで形成されている。
反転光学系ＰＲとしては、例えばプリズムが用いられる。図１の例では、反転光学系ＰＲが２つのガラスプリズムＰ１，Ｐ２で構成されている。
第２群Ｇｒ２は、１枚の正レンズで構成され、反転光学系ＰＲの射出面に近接して配置されている。第２群Ｇｒ２のレンズは、球面レンズでありガラスで形成されている。
第３群Ｇｒ３は、１枚の負レンズで構成されている。第３群Ｇｒ３は、変倍時に光軸ＡＸに沿って移動するズーム移動群であり、特に観察光学系１０を低倍率から高倍率に変化させる際に、物体側に移動する。第３群Ｇｒ３のレンズは、球面レンズでありガラスで形成されている。なお、第３群Ｇｒ３を１枚のレンズで構成することで、保持形態や移動機構の構造等を簡素化でき、重量軽減に有効である。また、光軸ＡＸ方向のスペースを必要以上に使用することがないため、光学全長の短縮を図ることが可能になる。
接眼系ＬＥは、反転光学系ＰＲを経て実像面ＩＭに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４群Ｇｒ４と、正のパワーを有する第５群Ｇｒ５とで構成されている。接眼系ＬＥは、全体として正のパワーを有している。
第４群Ｇｒ４は、１枚の正レンズで構成されている。第４群Ｇｒ４は、変倍時に光軸ＡＸに沿って移動するズーム移動群であり、特に観察光学系１０を低倍率から高倍率に変化させる際に、瞳ＥＰのある側（瞳側）に移動する。第４群Ｇｒ４のレンズは、球面レンズでありガラスで形成されている。なお、第４群Ｇｒ４を１枚のレンズで構成することで、保持形態や移動機構の構造等を簡素化でき、重量軽減に有効である。また、光軸ＡＸ方向のスペースを必要以上に使用することがないため、光学全長の短縮を図ることが可能になる。
第５群Ｇｒ５は、複数枚の正レンズ、負レンズ等で構成されているが、全体として正のパワーを有している。第５群Ｇｒ５は、図示の例では、負のパワーを有する第１レンズＬ５１と、負のパワーを有する第２レンズＬ５２と、正のパワーを有する第３レンズＬ５３とで構成される。特に、第１レンズＬ５１は、物体側面が物体側に凹となっている負メニスカスレンズである。第１〜第３レンズＬ５１〜Ｌ５３は、球面レンズでありガラスで形成されている。
観察光学系１０は、変倍に際して第３群Ｇｒ３と第４群Ｇｒ４とを連動させるため、カム機構その他のリンク機構１１を有する。これにより、低倍率から高倍率への変化に際して、第３群Ｇｒ３が物体側すなわち第２群Ｇｒ２側に移動するとともに、これに合わせて４群Ｇｒ４が瞳側すなわち第５群Ｇｒ５側に移動し、両群Ｇｒ３，Ｇｒ４は互いに離れる。また、高倍率から低倍率への変化に際して、第３群Ｇｒ３が瞳側すなわち第４群Ｇｒ４側に移動するとともに、これに合わせて第４群Ｇｒ４が物体側すなわち第３群Ｇｒ３側に移動し、両群Ｇｒ３，Ｇｒ４は互いに近づく。
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。
観察光学系１０は、以下の条件式を満足する。
０．２８＜Ｈ×Ｌ／ｆ≦０．５５ … （１）
ここで、値Ｈは低倍率時の瞳径（目に入射する光線径）であり、値Ｌは低倍率時において中間結像点に対応する実像面ＩＭと対向するそれぞれの光学面Ｓ１，Ｓ２との光軸ＡＸ上の距離であり、値ｆは低倍率時の接眼系ＬＥの焦点距離である。これらの値Ｈ，Ｌ，ｆの単位はｍｍである。


上記条件式（１）を満足することにより、低倍率時における第３群Ｇｒ３と実像面ＩＭとの間隔並びに実像面ＩＭと第４群Ｇｒ４との間隔を、瞳径等も考慮して適切に設定することが可能となる。なお、中間結像点に相当する実像面ＩＭからその物体側の光学面Ｓ１までの光軸ＡＸ上の距離をＬａとし、実像面ＩＭからその瞳側の光学面Ｓ２までの光軸ＡＸ上の距離をＬｂとすると、両距離Ｌａ，Ｌｂともに条件式（１）を満足する必要がある。条件式（１）の値Ｈ×Ｌ／ｆが下限を上回ることにより、実像面ＩＭと第３群Ｇｒ３又は第４群Ｇｒ４との間隔が過度に短くなることを防止でき、レンズ表面である光学面Ｓ１，Ｓ２についたゴミやキズが光線径に対して占める割合が大きくなることによって観察像の一部に影が現れたりコントラストが低下したりする現象を抑制できる。一方で、条件式（１）の上限を下回ることにより、実像面ＩＭと各群との距離が過度に長くなることを防止でき、光学系の全長短縮を図るうえで有利となる。なお、条件式（１）の値Ｈ×Ｌ／ｆは、光学面Ｓ１，Ｓ２上での光束径に対応する値であり、正立像の形成又は観察に寄与する光束が光学面Ｓ１，Ｓ２上のゴミ等によって遮られても或る程度高いコントラストを維持する観点で、かかる光束が確保すべきサイズが重要となってくる。つまり、値Ｈ×Ｌ／ｆが過度に小さいとゴミ等によるコントラストの低下が顕著となり、値Ｈ×Ｌ／ｆが大きくなるほどコントラストの低下を抑え得ると言える。ここで、ゴミ径が０．０５ｍｍ程度であることを前提としている。
観察光学系１０は、以下の条件式を満足する。
Ｌ／ｆ２×１０００＞４ … （２）
上記条件式（２）は、レンズ表面である光学面Ｓ１，Ｓ２に付いたゴミやキズを目立ちにくくするための追加の設計要件であり、第３群Ｇｒ３の最瞳側レンズ（本実施形態では第３群Ｇｒ３が一枚のレンズで構成され、このレンズが最瞳側レンズとなる）と実像面ＩＭとの距離、並びに実像面ＩＭと第４群の最物体側レンズ（本実施形態では第４群Ｇｒ４が一枚のレンズで構成され、このレンズが最物体側レンズとなる）との距離を接眼系ＬＥの焦点距離も考慮して規定する。条件式（２）の値Ｌ／ｆ２×１０００が下限を上回ることにより、実像面ＩＭに向かい合うレンズ表面である光学面Ｓ１，Ｓ２についたゴミ等に観察者のピントが合う可能性が低減され、製造時や使用開始後の品質確保の観点で好ましい光学系とできる。
本発明の別の側面では、第５群Ｇｒ５の最物体側に配置された負メニスカスレンズ（つまり第１レンズＬ５１）が以下の条件式を満足する。
４．４＜（Ｒ１ｂ＋Ｒ１ａ）／（Ｒ１ｂ−Ｒ１ａ）＜６．０ … （３）
ここで、値Ｒ１ａは第５群Ｇｒ５の最物体側レンズつまり第１レンズＬ５１の物体側曲率半径であり、値Ｒ１ｂは第５群Ｇｒ５の最物体側の第１レンズＬ５１の瞳側曲率半径である。
上記条件式（３）は、第５群Ｇｒ５の最物体側の第１レンズＬ５１の形状を規定するものである。条件式（３）の値（Ｒ１ｂ＋Ｒ１ａ）／（Ｒ１ｂ−Ｒ１ａ）が下限を上回ることにより、第５群Ｇｒ５の最物体側の第１レンズＬ５１のパワーが過度に強くなることを防止でき、高倍率時のメリジオナル像面が悪化し非点収差や色コマの補正が困難となる現象を抑制できる。一方で、条件式（３）の上限を下回ることにより、第５群Ｇｒ５の最物体側の第１レンズＬ５１のパワーが弱くなって第５群Ｇｒ５全体のレンズ径が大きくなることを抑制でき、小型化・軽量化の達成が容易となる。また、条件式（３）の上限を下回ることにより、第５レンズＬ５１のＺ値が小さくなり偏心精度を良好に保って加工することが困難になることを回避でき、視野周辺における像質悪化を防止できる。
変倍が可能な観察光学系１０においては、各種の製造誤差により低倍率時と高倍率時とで視度差が発生する場合がある。すなわち、低倍率にて観察していた観察者が高倍率側に切り替えを行い、或いはその逆に切り替えを行った際のピントずれが許容範囲を超えることが考えられる。このような場合に視度差を補正するための手段として、第１群Ｇｒ１を単独で光軸ＡＸ上に沿って移動させる調整を行うことで、低変倍時と高変倍時とでピントズレが生じることを抑制できる。或いは、反転光学系ＰＲ及び第２群Ｇｒ２を一体で光軸ＡＸ上に沿って移動させる調整を行うことによっても、低変倍時と高変倍時とでピントズレが生じることを抑制できる。なお、第１群Ｇｒ１を単独で物体側へ、また反転光学系と第２群とを一体で瞳側に移動させることで、第１群Ｇｒ１等の繰り出し量を抑え全長変化を少なくすることも可能である。
〔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
Ｎｄ：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「IM」は、中間の実像面を意味し、記号「EPは」、瞳を意味する。
〔実施例１〕
実施例１の観察光学系の光学諸元値を以下の表１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。
［表１］
低倍率 高倍率
倍率 2.5 3.4
視度(dpt) -1.0 -1.0
物体距離(mm) 387.9 387.9
視野範囲(mm) φ90 φ80
瞳径Ｈ(mm) 5.4 4.1
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２に示す。
［表２］
Surf.N R(mm) D(mm) Nd vd
1 25.372 3.80 1.58913 61.25
2 -20.630 0.70 1.80610 33.27
3 -63.832 2.53
4 INF 32.471 1.72825 28.32
5 INF 0.50
6 INF 16.83 1.72825 28.32
7 INF 0.14
8 11.904 1.70 1.80610 40.73
9 46.038 d9 (variable）
10 -14.495 0.42 1.51680 64.2
11 12.205 d11(variable）
12 (IM） INF d12(variable）
13 -104.098 3.50 1.84666 23.78
14 -8.528 d14(variable）
15 -6.122 0.45 1.80518 25.46
16 -8.673 3.74
17 22.675 0.65 1.69895 30.05
18 12.911 1.98
19 26.126 4.00 1.77250 49.62
20 -14.190 1.00
21 INF 2.00 1.51680 64.2
22 INF 12.00
23 (EP)
以下の表３は、表２の可変の面間隔ｄ９，ｄ１１，ｄ１２，ｄ１４の具体例を示しており、観察光学系の低倍率時及び高倍率時における第３群及び第４群の位置を示している。
［表３］
低倍率 高倍率
d9 4.617 2.511
d11 0.800 3.840
d12 1.300 1.820
d14 3.820 2.364
図２（Ａ）は、実施例１の観察光学系１０Ａの低倍率時の断面図であり、図２（Ｂ）は、観察光学系１０Ａの高倍率時の断面図である。実施例１の観察光学系１０Ａは、対物系ＬＯと、接眼系ＬＥとを備える。対物系ＬＯは、物体側から順に、正のパワーを有する第１群Ｇｒ１と、反転光学系ＰＲと、正のパワーを有する第２群Ｇｒ２と、負のパワーを有する第３群Ｇｒ３とで構成されている。接眼系ＬＥは、物体側から順に、正のパワーを有する第４群Ｇｒ４と、３枚のレンズからなり正のパワーを有する第５群Ｇｒ５とで構成されている。第１〜第５群Ｇｒ１〜Ｇｒ５を構成するレンズは、ガラスで形成されている。第３群Ｇｒ３と第４群Ｇｒ４とが光軸ＡＸに沿って互いに離間する方向に移動することで、低倍率から高倍率への変倍が達成される。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で示す線は、設計上の瞳位置を示すものとなっている（以下の実施例も同様）。
図３（Ａ）〜３（Ｃ）は、図２（Ａ）に示す低倍率時の観察光学系１０Ａによって観察される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、球面収差図及び非点収差図において横軸は視度を表しており、−１（diopter）を基準視度としている。また、球面収差図において縦軸は入射瞳径を表し、非点収差図及び歪曲収差図において縦軸は視野を表す（以下の高倍率時又は実施例２以降も同様）。
図３（Ｄ）〜３（Ｆ）は、図２（Ｂ）に示す高倍率時の観察光学系１０Ａによって観察される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２〕
実施例２の観察光学系の光学諸元値を以下の表４に示す。
［表４］
低倍率 高倍率
倍率 2.5 3.4
視度(dpt) -1.0 -1.0
物体距離(mm) 387.9 387.9
視野範囲(mm) φ90 φ80
瞳径Ｈ(mm) 5.3 4.0
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５に示す。
［表５］
Surf.N R(mm) D(mm) Nd vd
1 30.404 3.46 1.58913 61.25
2 -18.746 0.67 1.80610 33.27
3 -46.010 3.90
4 INF 32.591 1.72825 28.32
5 INF 0.50
6 INF 16.83 1.72825 28.32
7 INF 0.10
8 13.175 1.70 1.90366 31.32
9 80.252 d9 (variable）
10 -25.299 0.42 1.77250 49.62
11 15.776 d11(variable）
12 (IM） INF d12(variable）
13 -34.742 3.50 1.84666 23.78
14 -7.819 d14(variable）
15 -6.192 0.85 1.80610 33.27
16 -9.093 3.74
17 30.271 0.65 1.83400 37.34
18 13.969 1.61
19 25.162 3.40 1.80420 46.50
20 -14.255 0.86
21 INF 2.00 1.5168 64.2
22 INF 12.00
23 (EP)
以下の表６は、表５の可変の面間隔ｄ９，ｄ１１，ｄ１２，ｄ１４の具体例を示しており、観察光学系の低倍率時及び高倍率時における第３群及び第４群の位置を示している。
［表６］
低倍率 高倍率
d9 4.307 2.171
d11 0.740 3.800
d12 1.260 1.769
d14 3.967 2.533
図４（Ａ）は、実施例２の観察光学系１０Ｂの低倍率時の断面図であり、図４（Ｂ）は、観察光学系１０Ｂの高倍率時の断面図である。実施例２の観察光学系１０Ｂは、対物系ＬＯと、接眼系ＬＥとを備える。対物系ＬＯは、物体側から順に、正のパワーを有する第１群Ｇｒ１と、反転光学系ＰＲと、正のパワーを有する第２群Ｇｒ２と、負のパワーを有する第３群Ｇｒ３とで構成されている。接眼系ＬＥは、物体側から順に、正のパワーを有する第４群Ｇｒ４と、３枚のレンズからなり正のパワーを有する第５群Ｇｒ５とで構成されている。第１〜第５群Ｇｒ１〜Ｇｒ５を構成するレンズは、ガラスで形成されている。第３群Ｇｒ３と第４群Ｇｒ４とが光軸ＡＸに沿って互いに離間する方向に移動することで、低倍率から高倍率への変倍が達成される。
図５（Ａ）〜５（Ｃ）は、図４（Ａ）に示す低倍率時の観察光学系１０Ｂによって観察される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。図５（Ｄ）〜５（Ｆ）は、図４（Ｂ）に示す高倍率時の観察光学系１０Ｂによって観察される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の表７に示す。
［表７］
低倍率 高倍率
倍率 2.5 3.4
視度(dpt) -1.0 -1.0
物体距離(mm) 387.9 387.9
視野範囲(mm) φ90 φ80
瞳径Ｈ(mm) 5.3 4.0
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８に示す。
［表８］
Surf.N R(mm) D(mm) Nd vd
1 31.454 3.22 1.58913 61.25
2 -17.413 0.64 1.80610 33.27
3 -40.687 3.93
4 INF 32.471 1.72825 28.32
5 INF 0.50
6 INF 16.83 1.72825 28.32
7 INF 0.10
8 14.103 1.70 1.90366 31.32
9 3585.921 d9 (variable）
10 -16.777 0.42 1.77250 49.62
11 14.301 d11(variable）
12 (IM） INF d12(variable）
13 -30.000 3.50 1.84666 23.78
14 -7.259 d14(variable）
15 -6.173 0.85 1.71736 29.50
16 -9.711 3.72
17 23.201 0.65 1.59270 35.44
18 13.108 2.22
19 30.271 3.80 1.77250 49.62
20 -14.448 1.34
21 INF 2.00 1.5168 64.2
22 INF 12.00
23 (EP)
以下の表９は、表８の可変の面間隔ｄ９，ｄ１１，ｄ１２，ｄ１４の具体例を示しており、観察光学系の低倍率時及び高倍率時における第３群及び第４群の位置を示している。
［表９］
低倍率 高倍率
d9 3.676 2.041
d11 0.745 3.334
d12 1.255 1.653
d14 3.416 2.155
図６（Ａ）は、実施例３の観察光学系１０Ｃの低倍率時の断面図であり、図６（Ｂ）は、観察光学系１０Ｃの高倍率時の断面図である。実施例３の観察光学系１０Ｃは、対物系ＬＯと、接眼系ＬＥとを備える。対物系ＬＯは、物体側から順に、正のパワーを有する第１群Ｇｒ１と、反転光学系ＰＲと、正のパワーを有する第２群Ｇｒ２と、負のパワーを有する第３群Ｇｒ３とで構成されている。接眼系ＬＥは、物体側から順に、正のパワーを有する第４群Ｇｒ４と、３枚のレンズからなり正のパワーを有する第５群Ｇｒ５とで構成されている。第１〜第５群Ｇｒ１〜Ｇｒ５を構成するレンズは、ガラスで形成されている。第３群Ｇｒ３と第４群Ｇｒ４とが光軸ＡＸに沿って互いに離間する方向に移動することで、低倍率から高倍率への変倍が達成される。
図７（Ａ）〜７（Ｃ）は、図６（Ａ）に示す低倍率時の観察光学系１０Ｃによって観察される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。図７（Ｄ）〜７（Ｆ）は、図６（Ｂ）に示す高倍率時の観察光学系１０Ｃによって観察される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４〕
実施例４の観察光学系の光学諸元値を以下の表１０に示す。
［表１０］
低倍率 高倍率
倍率 2.5 3.4
視度(dpt) -1.0 -1.0
物体距離(mm) 387.9 387.9
視野範囲(mm) φ90 φ80
瞳径Ｈ(mm) 5.4 4.0
実施例４の観察光学系のレンズ面等のデータを以下の表１１に示す。
［表１１］
Surf.N R(mm) D(mm) Nd vd
1 27.636 3.38 1.58913 61.25
2 -19.989 0.67 1.80610 33.27
3 -58.081 3.50
4 INF 32.471 1.72825 28.32
5 INF 0.50
6 INF 16.83 1.72825 28.32
7 INF 0.10
8 12.873 1.34 1.80610 40.73
9 221.848 d9 (variable）
10 -11.513 0.42 1.51680 64.2
11 8.936 d11(variable）
12 (IM） INF d12(variable）
13 -438.331 3.50 1.84666 23.78
14 -8.102 d14(variable）
15 -6.400 0.85 1.80518 25.46
16 -9.368 3.74
17 22.263 0.60 1.69895 30.05
18 13.046 2.10
19 25.413 3.72 1.77250 49.62
20 -15.119 0.50
21 INF 2.00 1.5168 64.2
22 INF 12.00
23 (EP)
以下の表１２は、表１１の可変の面間隔ｄ９，ｄ１１，ｄ１２，ｄ１４の具体例を示しており、観察光学系の低倍率時及び高倍率時における第３群及び第４群の位置を示している。
［表１２］
低倍率 高倍率
d9 5.253 3.604
d11 0.720 1.330
d12 1.330 3.581
d14 3.534 2.322
図８（Ａ）は、実施例４の観察光学系１０Ｄの低倍率時の断面図であり、図８（Ｂ）は、観察光学系１０Ｄの高倍率時の断面図である。実施例４の観察光学系１０Ｄは、対物系ＬＯと、接眼系ＬＥとを備える。対物系ＬＯは、物体側から順に、正のパワーを有する第１群Ｇｒ１と、反転光学系ＰＲと、正のパワーを有する第２群Ｇｒ２と、負のパワーを有する第３群Ｇｒ３とで構成されている。接眼系ＬＥは、物体側から順に、正のパワーを有する第４群Ｇｒ４と、３枚のレンズからなり正のパワーを有する第５群Ｇｒ５とで構成されている。第１〜第５群Ｇｒ１〜Ｇｒ５を構成するレンズは、ガラスで形成されている。第３群Ｇｒ３と第４群Ｇｒ４とが光軸ＡＸに沿って互いに離間する方向に移動することで、低倍率から高倍率への変倍が達成される。
図９（Ａ）〜９（Ｃ）は、図８（Ａ）に示す低倍率時の観察光学系１０Ｄによって観察される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。図９（Ｄ）〜９（Ｆ）は、図８（Ｂ）に示す高倍率時の観察光学系１０Ｄよって観察される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。
以下の表１３は、参考のため、各条件式（１）〜（３）に対応する各実施例１〜４の値をまとめたものである。
［表１３］
Figure 0006666593
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。
対物系ＬＯにおいて、第１群Ｇｒ１、第２群Ｇｒ２、及び第３群Ｇｒ３に追加して、実質的にパワーを有しないレンズ等を配置することができる。また、接眼系ＬＥにおいて、第４群Ｇｒ４及び第５群Ｇｒ５に追加して、実質的にパワーを有しないレンズ等を配置することができる。
第１〜第５群Ｇｒ１〜Ｇｒ５を構成する各レンズは非球面レンズとすることができ、例えば最も物体側及び瞳側のレンズを除いたレンズは樹脂製としてもよい。
１０…観察光学系、 １０Ａ〜１０Ｄ…観察光学系、 ＬＥ…接眼系、 ＬＯ…対物系、 Ｇｒ１-Ｇｒ５…第１〜第５群、 ＩＭ…実像面、 Ｌ１１，Ｌ１２…レンズ、 Ｌ５１-Ｌ５３…レンズ、 ＰＲ…反転光学系、 Ｓ１，Ｓ２…光学面、 ＥＰ…瞳、 Ｆ…平行平板、ＡＸ…光軸

Claims (5)

  1. 倒立像を正立像に反転させる反転光学系を含む対物系と、当該対物系により形成された前記正立像を観察するために配置され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、正のパワーの第１群と、正のパワーの第２群と、負のパワーの第３群とから実質的になり、
    前記接眼系は、物体側から順に、正のパワーの第４群と、正のパワーの第５群とから実質的になり、
    前記反転光学系は、前記第１群と前記第２群との間に位置し、
    前記第３群と前記第４群とが光軸に沿って互いに離間する方向に移動することで低倍率から高倍率への変倍を行うとともに、
    以下の条件式を満足することを特徴とする観察光学系。
    ０．２８＜Ｈ×Ｌ／ｆ≦０．５５ … （１）
    ここで、
    Ｈ：低倍率時の瞳径
    Ｌ：低倍率時において実像面と対向するそれぞれの光学面との光軸上の距離
    ｆ：低倍率時の前記接眼系の焦点距離
  2. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の観察光学系。
    Ｌ／ｆ２×１０００＞４ … （２）
  3. 前記第５群の最物体側に配置された負メニスカスレンズが以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１及び２のいずれか一項に記載の観察光学系。
    ４．４＜（Ｒ１ｂ＋Ｒ１ａ）／（Ｒ１ｂ−Ｒ１ａ）＜６．０ … （３）
    ここで、
    Ｒ１ａ：第５群最物体側レンズの物体側曲率半径
    Ｒ１ｂ：第５群最物体側レンズの瞳側曲率半径
  4. 低変倍時と高変倍時との視度差を補正するために、前記第１群を単独で、或いは前記反転光学系及び前記第２群を一体で光軸上に沿って移動させ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。
  5. 前記第３群及び前記第４群は、それぞれ１枚のレンズで構成され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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