JPH10333058A - 接眼レンズ及びそれを用いた観察光学系 - Google Patents

接眼レンズ及びそれを用いた観察光学系

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JPH10333058A
JPH10333058A JP9157586A JP15758697A JPH10333058A JP H10333058 A JPH10333058 A JP H10333058A JP 9157586 A JP9157586 A JP 9157586A JP 15758697 A JP15758697 A JP 15758697A JP H10333058 A JPH10333058 A JP H10333058A
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lens
group
focal length
eyepiece
object side
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JP9157586A
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Shuichi Kobayashi
秀一 小林
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で、アイレリーフが十分確保され、且つ
見掛け視界60°以上の広視界でありながら、像面湾曲
等の諸収差が良好に補正された接眼レンズ及びそれを用
いた観察光学系を得ること。 【解決手段】 物体側から順に物体側に強い負の屈折面
を向けた負のE1レンズより成る第1群、物体側に凹面
を向けた正のE2レンズより成る第2群と中間像を介し
て、物体側に凹面を向けた接合レンズと最も観察側にあ
るレンズ面が観察側に凸面を向けた正レンズとを有し、
全体として正の屈折力の第3群とから成っていること。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は接眼レンズ及びそれ
を用いた観察光学系に関し、例えば望遠鏡や双眼鏡そし
て顕微鏡等の観察系に使用されたり、又は対物レンズ
(撮影レンズ)で形成された物体像(空中像)を視野角
60度以上の広視野で、しかも焦点距離より長いアイレ
リーフ(接眼レンズの最終レンズ面から観察者の瞳孔位
置までの距離)でもって観察するのに好適な接眼レンズ
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】望遠鏡、双眼鏡等の観察系では、対物レ
ンズにより形成された実像(物体像)を拡大して観察す
るために接眼レンズが用いられている。観察者が観察す
るとき、対物レンズと接眼レンズの焦点距離の比によっ
て決定される倍率(観察倍率)により接眼レンズ側の視
界は拡大される。したがって、接眼レンズは広い視角
(視野角)に渡って諸収差、特に像面湾曲、倍率色収
差、コマ収差などが補正されていることが必要である。
【0003】また、眼鏡を使用した観察者でも眼鏡をか
けたまま観察ができるように、十分な長さのアイレリー
フを確保することが望まれている。
【0004】望遠鏡、双眼鏡等の観察系において光学全
長を短縮するとともに、所定の倍率を得る方法として対
物レンズと接眼レンズの焦点距離を短くする方法があ
る。一般に接眼レンズの焦点距離を短縮すると、正の屈
折力が強くなり、この結果ペッツバール和が大きくな
り、像面湾曲等の諸収差が悪化してくる。また、一般的
な接眼レンズでは、アイレリーフが焦点距離の80%程
度、長くとも焦点距離と同程度となっており、焦点距離
を短縮した上で十分な長さのアイレリーフを確保するこ
とが大変難しい。
【0005】アイレリーフが十分確保され、かつ諸収差
が比較的良好に補正された接眼レンズが例えば特開平6
−148534号公報、特開平8−76033号公報等
で開示されている。
【0006】このうち、特開平6−148534号公報
で開示されている接眼レンズは、主として顕微鏡用のも
のであり、接眼レンズの焦点距離が長く、また光学全長
も長くなっている。
【0007】また、特開平8−76033号公報で開示
されている接眼レンズは、焦点距離に対しアイレリーフ
も十分長いが、視界が50°程度であり視野角が必ずし
も十分ではなかった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】一般に望遠鏡や双眼鏡
等の観察系に用いられる接眼レンズや対物レンズで形成
した物体像を観察する為の接眼レンズにおいて見掛け上
の視界(視野角)を60度程度と大きくし、かつアイレ
リーフを大きくしつつ、コンパクトなレンズ構成にしよ
うとすると軸外主光線に対して収斂性の屈折レンズ面を
多くしなければならず、この結果諸収差を良好に補正
し、高い光学性能を得るのが大変難しくなってくる。
【0009】本発明はレンズ構成を適切に設定すること
により、十分なアイレリーフを確保しつつ、見掛け上の
視野角が60度程度と広視野でありながら観察視野全体
にわたり歪曲収差や像面弯曲等の諸収差を良好に補正
し、高い画質の観察像が得られる接眼レンズ及びそれを
用いた観察光学系の提供を目的とする。
【0010】
【課題を解決する為の手段】本発明の接眼レンズは (1−1) 物体側から順に物体側に強い負の屈折面を
向けた負のE1レンズより成る第1群と、物体側に凹面
を向けた正のE2レンズより成る第2群と、中間像を介
して、物体側に凹面を向けた接合レンズと最も観察側に
あるレンズ面が観察側に凸面を向けた正レンズとを有
し、全体として正の屈折力の第3群とからなる。
【0011】本発明の観察光学系は (2−1) 物体側より順に、正の屈折力を有する対物
レンズ系と、対物レンズ系により形成される物体像を正
立させるための像反転手段、そして該正立した物体像を
観察する接眼レンズとを有する観察光学系において、該
接眼レンズは負の屈折力の第1群、正の屈折力の第2
群、そして正の屈折力の第3群とを有し、前記正立した
物体像は該第2群と第3群との間に中間像として形成さ
れる。
【0012】特に (2−1−1) 前記接眼レンズの第1群は、物体側に
強い負の屈折面を向けた負のE1レンズ、第2群は物体
側に凹面を向けた正のE2レンズ、第3群は最も物体側
のレンズ面が物体側に凹面を向けており、又最も観察側
のレンズ面が観察側に凸面を向けている。
【0013】
【発明の実施の形態】図1〜図4は本発明の接眼レンズ
の数値実施例1〜4のレンズ断面図、図5〜図8は本発
明の接眼レンズの数値実施例1〜4の諸収差図である。
【0014】図9は本発明の観察光学系の実施形態1の
要部概略図である。
【0015】図1〜図4において、ELは接眼レンズで
ある。接眼レンズELは図面、左側の物体側(光入射
側、被観察側)から順に図面右側の観察側に比べ物体側
に強い負の屈折面(凹面)を向けた負のE1レンズより
成る第1群G1、物体側に凹面を向けたメニスカス形状
の正のE2レンズより成る第2群G2、物体側に凹面を
向けた両レンズ面が凹面の負レンズと両レンズ面が凸面
の正レンズとを貼り合わせた接合レンズE31と最も像
面側のレンズ面が像面側に凸面を向けた正レンズ(図1
〜図3では正レンズE32、図4では正レンズE33)
とを有する正の屈折力の第3群G3とから成っている。
P1はファインダー視野を規制する為の絞り、IPは中
間像であり、絞りP1近傍の位置Iaに形成されてい
る。
【0016】そして、該第2群G2と第3群G3との間
の位置Iaに形成された物体像(中間像)IPを第3群
G3を介して瞳孔(アイポイント)E.Pより観察して
いる。
【0017】図1〜図3の数値実施例1〜3では第3群
を接合レンズE31と両レンズ面が凸面の正レンズE3
2とから構成し、図4の数値実施例4では第3群を接合
レンズE31と両レンズ面が凸面の2つの正レンズE3
2、E33から構成している。
【0018】ここで第3群G3の最終レンズ面からアイ
ポイントE.Pまでの長さがアイレリーフである。
【0019】本発明の接眼レンズELのレンズ構成にお
いて、物体側(光の入射側)から中間像IPの形成され
ている位置Iaまでの間に負の屈折力の第1群G1と正
の屈折力の第2群G2を配置して、中間像の位置Iaに
おける光線の高さを高くし、アイレリーフを長くすると
ともに、中間像の位置Iaより観察側の第3群で発生す
る収差を補正している中間像IPの位置Iaで、軸外の
主光線の上光線と下光線が入れ替わるため、これによ
り、軸外収差を良好に補正している。
【0020】さらに中間像IPより観察側に物体側に凹
面を向けた接合レンズE31を配置し、かつ最も観察側
のレンズ面を観察側に凸面を向けるようにして第3群の
主点位置を観察側に位置するようにし、アイレリーフを
長くとっている。また、最も観察側のレンズ面を観察側
に凸面とすることで、観察系への光線を収束させ接眼レ
ンズの外径を小さくしている。
【0021】また第1群G1の物体側のレンズ面の屈折
力を強くして、軸外光の光線高が低いところで大きく屈
折させ像面湾曲を補正するとともに、光線の角度を変え
てアイレリーフを長くとっている。
【0022】第2群の観察側のレンズ面の正の屈折力を
強くして第1群により角度を変えられた光線の角度を緩
くし第3群G3に入射させて、瞳の収差を緩和してい
る。
【0023】図9の観察光学系では図面、左側の物体側
より順に、正の屈折力を有する対物レンズ系OLと、対
物レンズ系OLにより形成される物体像を正立させるた
めのポロプリズム等から成る像反転手段(図では光路長
を展開したガラスブロックで示している)P、そして該
正立した物体像を観察する接眼レンズELより成ってい
る。
【0024】図9における接眼レンズELは図1〜図4
のうちの1つのレンズ構成より成っている。
【0025】対物レンズ系OLによる倒立の物体像を像
反転手段Pと接眼レンズELの一部(G1,G2)を介
して位置Iaに正立像を形成し、該正立像を接眼レンズ
ELの一部(G3)を介してアイポイントE.Pより観
察している。
【0026】本実施形態の観察光学系において視度調整
を行う方法としては対物レンズを移動する方法、接眼レ
ンズ全体を移動する方法、接眼レンズ中の第3群G3の
みを移動する方法等が適用可能である。接眼レンズ全体
を移動して、視度調整を行う方法は、接眼レンズ全系の
焦点距離の方が、接眼レンズ中の第3群G3よりも焦点
距離が短いためその移動量を小さくすることができ結果
として、観察光学系全体を小さくすることができる。
【0027】本実施形態では、第1、第2、第3群を一
体的に移動させて視度調節又は焦点調節を行なってい
る。
【0028】本実施形態では、対物レンズ系として、一
般的な張り合わせレンズの1群よりなる場合を示した
が、これに限定するものでなく複数のレンズを有する対
物レンズ系でも同様の効果が得られる。
【0029】また、本実施形態では、像反転手段Pを展
開した形(ガラスブロック)で示しているが、像反転手
段の種類等については、どのような形状であっても良
い。
【0030】本発明の目的とする接眼レンズEL及びそ
れを用いた観察光学系は以上のレンズ構成をとることに
より得られるが、更にアイレリーフを十分長く確保しつ
つ、良好なる物体像の観察を容易にするには接眼レンズ
及び観察光学系において各々次の諸条件のうちの少なく
とも1つを満足させるのが良い。
【0031】(A−1)前記第2群と第3群との空気間
隔をD23、全系の焦点距離をfとしたとき D23/f<1.0……(1) である。
【0032】条件式(1)の範囲を超えると、接眼レン
ズの全長(第1レンズ面から最終レンズ面)が長くなっ
てしまい小型化を達成することが難しくなる。本実施形
態において、更にアイレリーフを十分長く確保するため
には、第2レンズ群より射出した光線が第3群に入射す
る軸外光の高さを稼ぐことが良い。この為、条件式
(1)は更に 0.8<D23/f<1.0……(1a) とするのが良い。
【0033】(A−2)前記第i群の焦点距離をfiと
したとき 1<−f2/f1<1.5……(2) である。
【0034】条件式(2)は、第1群と第2群の焦点距
離の比を規定したものであり、下限値を超えると第1群
の屈折力が弱くなり、アイレリーフが短くなるとともに
像面湾曲が補正不足となってしまう。また、上限値を越
えるとコマ収差が大きく発生してしまうので良くない。
【0035】(A−3)前記第i群の焦点距離をfi、
全系の焦点距離をfとしたとき 0<f/f3<0.8……(3) である。
【0036】条件式(3)は、接眼レンズ全体の焦点距
離と第3群の焦点距離の比を示したものである。条件式
(3)を満足するように接眼レンズの全体の焦点距離を
短くして、これにより双眼鏡等の観察系において高い倍
率が容易に得られるようにしている。また、視度調節時
等に接眼レンズ全体を一体的に動かすようにすること
で、その移動量を減らして、結果として光学系全体を小
型にしている。
【0037】(A−4)前記第1群と第2群の合成焦点
距離をf12、全系の焦点距離をfとしたとき 0<f/f12<0.1……(4) である。
【0038】条件式(4)は、接眼レンズ全系の焦点距
離と第1群と第2群の合成焦点距離の比を規定したもの
である。条件式(4)の上限値0.1を超えると、接眼
レンズ全系の焦点距離に対して、第1群と第2群の合成
焦点距離が短くなり、第2群を射出した光線の傾きが小
さくなりすぎ、第3群に入射する光線の高さが低くなり
アイレリーフを十分長く確保することが難しくなる。ま
た、第3群の光入射面の凹面の曲率をその分強くするこ
とが考えられるが、その屈折力が強くなりすぎ、倍率色
収差等の収差が大きくなるので望ましくない。
【0039】また下限値の0を下回ると、第2群より射
出する光線の角度が大きくなり、第3群の正の屈折力が
強く必要となるため、像面湾曲等の収差が悪化するので
好ましくない。
【0040】(A−5)第i群の第j番目のレンズ面の
曲率半径をRij(但しi,j=1又は2)とし、
【0041】
【数2】 としたとき 0.4<SF1<0.8……(5) −2 <SF2< −4……(6) である。
【0042】条件式(5)、(6)は、第1群のE1レ
ンズと、第2群のE2レンズの形状を限定したものであ
る。条件式(5)の下限値を超える領域では、第1群の
屈折力が弱くなりすぎアイレリーフが短くなるとともに
像面湾曲が補正不足となるので好ましくない。また上限
値を超える範囲ではコマ収差が発生するので好ましくな
い。
【0043】条件式(6)の下限値を超える範囲では、
アイレリーフが短くなり、又上限値を超える範囲では非
点収差等が大きくなるので好ましくない。本実施形態で
は上述の2式により、第1群のE1レンズと第2群のE
2レンズの形状を適切に設定し諸収差をバランス良く補
正している。
【0044】第1群の射出面及び第2群の入射面におい
て大きく光線を曲げるため、レンズの位置精度が要求さ
れる。したがってこの面をマージナルコンタクトにして
も良く、これによれば精度も良好に保つことができるた
め望ましい。
【0045】(A−6)第3群中の正レンズと負レンズ
の材質のアッベ数の平均値を各々ν3P、ν3Nとした
時 30<|ν3N−ν3P|……(7) なる条件を満足することである。
【0046】また本発明においては、第1群、第2群、
そして第3群をあわせて接眼レンズとして収差補正を行
っている。条件式(7)は、中間像の形成される位置I
a付近に、観察者の視野を規制するための絞りP1を設
け、このときその絞りP1に対する着色を抑えるための
ものであり、条件式(7)を外れるとこのときの着色を
良好に補正するのが難しくなってくる。
【0047】本実施形態において、絞りP1の位置は、
位置Iaに対して光軸方向に若干ずらして配置してい
る。これは、本実施形態の接眼レンズでは、軸外物点の
メリジオナル断面における中間像の位置が位置Iaに対
して物体側に湾曲しているため、絞りP1の位置を位置
Iaに対して物体側に若干ずらした方が、観察者にとっ
て良好な視野で観察できるからである。
【0048】(A−7)前記接眼レンズの第1群は、物
体側に強い負の屈折面(凹面)を向けた負のE1レン
ズ、第2群は物体側に凹面を向けたメニスカス形状の正
のE2レンズ、第3群は最も物体側のレンズ面が物体側
に凹面を向けており、又最も観察側のレンズ面が観察側
に凸面を向けているようにしている。
【0049】これにより、広視野にわたり良好なる物体
像の観察を容易にしている。
【0050】次に本発明の数値実施例を示す。数値実施
例においてRiは物体側より順に第i番目のレンズ面の
曲率半径、Diは物体側より第i番目のレンズ厚及び空
気間隔、Niとνiは各々物体側より順に第i番目のレ
ンズのガラスの屈折率とアッベ数である。
【0051】また、前述の各条件式と数値実施例におけ
る諸数値との関係を<表−1>に示す。
【0052】 〈数値実施例1〉 f= 12.26 瞳径φ2.9 2 ω= 60°(見掛け視界) R 1= -10.27 D 1= 1.90 N 1=1.51742 ν 1= 52.4 R 2= 60.95 D 2= 1.78 R 3= -23.59 D 3= 3.90 N 2=1.83400 ν 2= 37.2 R 4= -11.31 D 4= 11.39 R 5= -93.03 D 5= 1.00 N 3=1.84666 ν 3= 23.8 R 6= 24.57 D 6= 7.90 N 4=1.60311 ν 4= 60.6 R 7= -17.32 D 7= 0.20 R 8= 25.46 D 8= 6.30 N 5=1.60311 ν 5= 60.6 R 9= -39.72 D 9= 14.50 (アイレリーフ) R10=(瞳位置) 〈数値実施例2〉 f= 12.22 瞳径φ2.9 2 ω= 60° R 1= -10.10 D 1= 1.60 N 1=1.51633 ν 1= 64.1 R 2= 47.63 D 2= 1.85 R 3= -26.40 D 3= 4.15 N 2=1.83400 ν 2= 37.2 R 4= -11.28 D 4= 11.38 R 5= -88.22 D 5= 1.20 N 3=1.84666 ν 3= 23.8 R 6= 24.83 D 6= 8.00 N 4=1.60311 ν 4= 60.6 R 7= -17.62 D 7= 0.20 R 8= 27.79 D 8= 5.95 N 5=1.65844 ν 5= 50.9 R 9= -42.44 D 9= 14.50 R10=(瞳位置) 〈数値実施例3〉 f= 12.27 瞳径φ2.9 2 ω= 60° R 1= -9.68 D 1= 1.90 N 1=1.48749 ν 1= 70.2 R 2= 48.84 D 2= 1.86 R 3= -24.41 D 3= 4.10 N 2=1.83400 ν 2= 37.2 R 4= -11.16 D 4= 10.92 R 5=-104.33 D 5= 1.00 N 3=1.84666 ν 3= 23.8 R 6= 19.97 D 6= 8.00 N 4=1.60311 ν 4= 60.6 R 7= -18.12 D 7= 0.20 R 8= 29.50 D 8= 6.50 N 5=1.60311 ν 5= 60.6 R 9= -29.50 D 9= 14.50 (アイレリーフ) R10=(瞳位置) 〈数値実施例4〉 f= 10.29 瞳径φ2.4 2 ω= 68° R 1= -10.30 D 1= 2.20 N 1=1.51633 ν 1= 64.1 R 2= 29.80 D 2= 2.65 R 3= -20.89 D 3= 4.10 N 2=1.84666 ν 2= 23.8 R 4= -10.65 D 4= 10.00 R 5= -46.97 D 5= 1.30 N 3=1.84666 ν 3= 23.8 R 6= 32.08 D 6= 8.00 N 4=1.62299 ν 4= 58.2 R 7= -17.48 D 7= 0.20 R 8= 44.50 D 8= 3.25 N 5=1.60311 ν 5= 60.6 R 9=-148.07 D 9= 0.20 R10= 33.39 D10= 3.90 N 6=1.62299 ν 6= 58.2 R11= -64.14 D11= 13.50 (アイレリーフ) R12=(瞳位置)
【0053】
【表1】
【0054】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、レンズ構
成を適切に設定することにより、十分なアイレリーフを
確保しつつ、見掛け上の視野角が60度程度と広視野で
ありながら観察視野全体にわたり歪曲収差や像面弯曲等
の諸収差を良好に補正し、高い画質の観察像が得られる
接眼レンズ及びそれを用いた観察光学系を達成すること
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の数値実施例1のレンズ断面図
【図2】 本発明の数値実施例2のレンズ断面図
【図3】 本発明の数値実施例3のレンズ断面図
【図4】 本発明の数値実施例4のレンズ断面図
【図5】 本発明の数値実施例1の収差図
【図6】 本発明の数値実施例2の収差図
【図7】 本発明の数値実施例3の収差図
【図8】 本発明の数値実施例4の収差図
【図9】 本発明の観察光学系の要部概略図
【符号の説明】
OL 対物レンズ系 P 像反転手段 EL 接眼レンズ E.P 瞳位置 G1 第1群 G2 第2群 G3 第3群 d d線 g g線 c c線 f f線 S サジタル像面 M メリディオナル像面 IP 中間像

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 物体側から順に物体側に強い負の屈折面
    を向けた負のE1レンズより成る第1群と、物体側に凹
    面を向けた正のE2レンズより成る第2群と、中間像を
    介して、物体側に凹面を向けた接合レンズと最も観察側
    にあるレンズ面が観察側に凸面を向けた正レンズとを有
    し、全体として正の屈折力の第3群とからなることを特
    徴とする接眼レンズ。
  2. 【請求項2】 前記第2群と第3群との空気間隔をD2
    3、全系の焦点距離をfとしたとき D23/f<1.0 なる条件を満足することを特徴とする請求項1の接眼レ
    ンズ。
  3. 【請求項3】 前記第i群の焦点距離をfiとしたとき 1<−f2/f1<1.5 なる条件を満足することを特徴とする請求項2の接眼レ
    ンズ。
  4. 【請求項4】 前記第i群の焦点距離をfi、全系の焦
    点距離をfとしたとき 0<f/f3<0.8 なる条件を満足することを特徴とする請求項3の接眼レ
    ンズ。
  5. 【請求項5】 前記第1群と第2群の合成焦点距離をf
    12、全系の焦点距離をfとしたとき 0<f/f12<0.1 なる条件を満足することを特徴とする請求項4の接眼レ
    ンズ。
  6. 【請求項6】 第i群の第j番目のレンズ面の曲率半径
    をRij(但しi,j=1又は2)とし、 【数1】 としたとき 0.4<SF1<0.8 −2 <SF2< −4 なる条件を満足することを特徴とする請求項5の接眼レ
    ンズ。
  7. 【請求項7】 物体側より順に、正の屈折力を有する対
    物レンズ系と、対物レンズ系により形成される物体像を
    正立させるための像反転手段、そして該正立した物体像
    を観察する接眼レンズとを有する観察光学系において、
    該接眼レンズは負の屈折力の第1群、正の屈折力の第2
    群、そして正の屈折力の第3群とを有し、前記正立した
    物体像は該第2群と第3群との間に中間像として形成さ
    れていることを特徴とする観察光学系。
  8. 【請求項8】 前記接眼レンズの第1群は、物体側に強
    い負の屈折面を向けた負のE1レンズ、第2群は物体側
    に凹面を向けた正のE2レンズ、第3群は最も物体側の
    レンズ面が物体側に凹面を向けており、又最も観察側の
    レンズ面が観察側に凸面を向けていることを特徴とする
    請求項7の観察光学系。
  9. 【請求項9】 前記第2群と第3群との空気間隔をD2
    3、接眼レンズ全系の焦点距離をf、としたとき D23/f<1.0 なる条件を満足することを特徴とする請求項8の観察光
    学系。
  10. 【請求項10】 前記第i群の焦点距離をfiとしたと
    き 1<−f2/f1<1.5 なる条件を満足することを特徴とする請求項8又は9の
    観察光学系。
  11. 【請求項11】 前記第i群の焦点距離をfi、全系の
    焦点距離をfとしたとき 0<f/f3<0.8 なる条件を満足することを特徴とする請求項10の観察
    光学系。
  12. 【請求項12】 前記第1群と第2群の合成焦点距離を
    f12、全系の焦点距離をfとしたとき 0<f/f12<0.1 なる条件を満足することを特徴とする請求項11の観察
    光学系。
  13. 【請求項13】 前記第1、第2、第3群を移動させて
    焦点調節又は視度調節を行っていることを特徴とする請
    求項12の観察光学系。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109001899A (zh) * 2018-09-26 2018-12-14 埃卫达智能电子科技(苏州)有限公司 一种20x工业显微镜的光学系统

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