JPWO2017216969A1 - 明るいリレー光学系及びそれを用いた硬性鏡用光学系、硬性鏡 - Google Patents

明るいリレー光学系及びそれを用いた硬性鏡用光学系、硬性鏡 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2017216969A1
JPWO2017216969A1 JP2018523156A JP2018523156A JPWO2017216969A1 JP WO2017216969 A1 JPWO2017216969 A1 JP WO2017216969A1 JP 2018523156 A JP2018523156 A JP 2018523156A JP 2018523156 A JP2018523156 A JP 2018523156A JP WO2017216969 A1 JPWO2017216969 A1 JP WO2017216969A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical system
lens
image
relay
relay optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2018523156A
Other languages
English (en)
Inventor
天内　隆裕
隆裕 天内
鵜澤　勉
勉 鵜澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Publication of JPWO2017216969A1 publication Critical patent/JPWO2017216969A1/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/2407—Optical details
    • G02B23/2423—Optical details of the distal end
    • G02B23/243—Objectives for endoscopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A61B1/055—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances having rod-lens arrangements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/06—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements
    • A61B1/0661—Endoscope light sources
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/06—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements
    • A61B1/07—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements using light-conductive means, e.g. optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/0095—Relay lenses or rod lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/2407—Optical details
    • G02B23/2446—Optical details of the image relay
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/2407—Optical details
    • G02B23/2461—Illumination
    • G02B23/2469—Illumination using optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/24—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes
    • G02B23/26—Instruments or systems for viewing the inside of hollow bodies, e.g. fibrescopes using light guides
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
    • G02B27/005—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration for correction of secondary colour or higher-order chromatic aberrations
    • G02B27/0056—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration for correction of secondary colour or higher-order chromatic aberrations by using a diffractive optical element

Abstract

開口数が大きく、色収差が良好に補正された明るいリレー光学系及びそれを用いた硬性鏡用光学系、硬性鏡を提供する。リレー光学系は、最も物体側に配置された物体側レンズと、最も像側に配置された像側レンズと、正の屈折力を有する接合レンズと、を有し、物体側レンズは正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けて配置され、像側レンズは正の屈折力を有し、像側に凸面を向けて配置され、複数の接合レンズは、物体側レンズと像側レンズとの間に配置され、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。０．０４＜Ｇce／Ｄrel＜０．４ （１）ここで、Ｇceは、隣り合う接合レンズの間隔のうちで、最小となる間隔、Ｄrelは、リレー光学系の物体面から像面までの距離、である。

Description

本発明は、明るいリレー光学系及びそれを用いた硬性鏡用光学系、硬性鏡に関する。
近年、硬性鏡を用いた診断では、診断精度の向上が望まれている。この要求に応えるために、硬性鏡には、高解像度で物体（対象物）を観察できることや、高画質で物体の画像を取得できることが望まれている。
物体の観察や物体の画像の取得は、硬性鏡内に配置された硬性鏡用光学系を介して行われる。物体の画像の取得では、例えば、硬性鏡用光学系にカメラヘッドが接続される。カメラヘッドには、撮像素子として、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）やＣ−ＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）が用いられる。
硬性鏡用光学系は、対物レンズと、接眼レンズと、複数のリレー光学系と、を有する。複数のリレー光学系は、対物レンズと接眼レンズの間に配置されている。
対物レンズによって、物体の像（以下、「１次像」という）が形成される。１次像は倒立像、すなわち、物体を上下方向に倒置した像になる。リレー光学系では、１次像のリレーが行われる。リレー光学系で形成される像も倒立像である。１次像が倒立像で、リレーされた像も倒立像である。よって、リレーが１回行われた後の像は、正立像になる。硬性鏡では、通常、正立像を観察又は撮像する。１次像が倒立像なので、リレー光学系の数は奇数となる。
特許文献１には、前群、中群及び後群で構成されたリレー光学系が開示されている。このリレー光学系では、中群に回折光学素子が配置されている。
特許文献２には、第１レンズ群と第２レンズ群とで構成されたリレー光学系が開示されている。このリレー光学系では、第１レンズ群と第２レンズ群の両方に回折光学素子が配置されている。
特許第５３０７９５２号公報 特許第４４７０１４２号公報
特許文献１のリレー光学系や特許文献２のリレー光学系は、開口数が大きい光学系とは言い難い。そのため、明るい光学像を得ることが難しい。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、開口数が大きく、色収差が良好に補正された明るいリレー光学系及びそれを用いた硬性鏡用光学系、硬性鏡を提供することを目的とするものである。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係るリレー光学系は、
最も物体側に配置された物体側レンズと、
最も像側に配置された像側レンズと、
正の屈折力を有する接合レンズと、を有し、
物体側レンズは正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けて配置され、
像側レンズは正の屈折力を有し、像側に凸面を向けて配置され、
複数の接合レンズは、物体側レンズと像側レンズとの間に配置され、
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
０．０４＜Ｇce／Ｄrel＜０．４ （１）
ここで、
Ｇceは、隣り合う接合レンズの間隔のうちで、最小となる間隔、
Ｄrelは、リレー光学系の物体面から像面までの距離、
である。
本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る像リレーユニットは、
複数のリレー光学系を有し、
複数のリレー光学系の少なくとも１つが、上述のリレー光学系であることを特徴とする。
本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る像リレーユニットは、
所定のリレー光学系と、
レンズからなるリレー光学系と、を有し、
レンズからなるリレー光学系の数は、所定のリレー光学系の数よりも多く、
所定のリレー光学系が、上述のリレー光学系であり、
以下の条件式（１０）を満足することを特徴とする。
０．０５＜ＮＡI×ＦＬdoe／Ｄreall＜１．５ （１０）
ここで、
ＮＡIは、リレー光学系の像側開口数、
ＦＬdoeは、回折光学素子の焦点距離、
Ｄreallは、像リレーユニットの物体面から像面までの距離、
である。
本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る硬性鏡用光学系は、
対物光学系と、
対物光学系の像側に配置された像リレーユニットと、を有し、
像リレーユニットが、上述の像リレーユニットであることを特徴とする。
本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る硬性鏡は、
上述の硬性鏡用光学系と、
像リレーユニットにより形成された像を撮像する撮像素子と、を備えることを特徴とする。
本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る硬性鏡は、
上述の硬性鏡用光学系と、
観察対象物を照明するための照明装置と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、開口数が大きく、色収差が良好に補正された明るいリレー光学系及びそれを用いた硬性鏡用光学系、硬性鏡を提供することができる。
実施例１のリレー光学系のレンズ断面図である。 実施例１のリレー光学系の収差図である。 実施例２のリレー光学系のレンズ断面図である。 実施例２のリレー光学系の収差図である。 実施例３のリレー光学系のレンズ断面図である。 実施例３のリレー光学系の収差図である。 実施例４のリレー光学系のレンズ断面図である。 実施例４のリレー光学系の収差図である。 実施例５のリレー光学系のレンズ断面図である。 実施例５のリレー光学系の収差図である。 実施例６のリレー光学系のレンズ断面図である。 実施例６のリレー光学系の収差図である。 実施例１の像リレーユニットのレンズ断面図である。 実施例１の像リレーユニットの収差図である。 実施例２の像リレーユニットのレンズ断面図である。 実施例２の像リレーユニットの収差図である。 実施例１の硬性鏡用光学系のレンズ断面図である。 実施例１の硬性鏡用光学系の収差図である。 実施例２の硬性鏡用光学系のレンズ断面図である。 実施例２の硬性鏡用光学系の収差図である。 実施例３の硬性鏡用光学系のレンズ断面図である。 実施例３の硬性鏡用光学系の収差図である。 硬性鏡の概略構成図である。 撮像装置の概略構成図である。
以下、本実施形態に係るリレー光学系について、図面を用いて、このような構成をとった理由と作用を説明する。なお、以下の実施形態に係るリレー光学系により、この発明が限定されるものではない。像リレーユニット、硬性鏡用光学系及び硬性鏡についても同様である。
リレー光学系は、像をリレーするために用いられる。リレー光学系でリレーされる像は、例えば、対物光学系によって形成される。対物光学系は、物体とリレー光学系との間に配置される。対物光学系によって物体に１次像が形成される。リレー光学系は、この１次像をリレーして、像（以下「リレー像」という）を形成する。以下の説明における物体側は、１次像側を意味し、像側はリレー像側を意味している。また、物体面は、１次像の位置における面を意味し、像面は、リレー像の位置における面を意味している。
本実施形態のリレー光学系は、最も物体側に配置された物体側レンズと、最も像側に配置された像側レンズと、正の屈折力を有する接合レンズと、を有し、物体側レンズは正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けて配置され、像側レンズは正の屈折力を有し、像側に凸面を向けて配置され、複数の接合レンズは、物体側レンズと像側レンズとの間に配置され、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
０．０４＜Ｇce／Ｄrel＜０．４ （１）
ここで、
Ｇceは、隣り合う接合レンズの間隔のうちで、最小となる間隔、
Ｄrelは、リレー光学系の物体面から像面までの距離、
である。
例えば、リレー光学系が、物体側から順に、４つの正レンズ、例えば、レンズＡ、レンズＢ、レンズＣ及びレンズＤで構成されているとする。また、リレー光学系の外径は変えないものする。
このような構成においてリレー光学系の開口数を大きくするためには、大きな屈折力を持つレンズ面を、物体面の近くや像面の近くに位置させることが好ましい。上述の構成では、レンズＡが最も物体側に位置し、レンズＤが最も像側に位置する。そこで、レンズＡについては、物体側に凸面を向けて配置し、レンズＤについては、像側に凸面を向けて配置することが好ましい。このようにすることで、リレー光学系の開口数を大きくすることができる。
また、リレー光学系の開口数を大きくするためには、各レンズの屈折力を大きくしても良く、また、２つのレンズの合成屈折力を大きくしても良い。２つのレンズの合成屈折力を大きくする場合、レンズＡとレンズＢとの合成屈折力や、レンズＣとレンズＤとの合成屈折力を大きくすれば良い。
レンズＡとレンズＢとの合成屈折力について説明する。レンズＡの屈折力をφＡ、レンズＢの屈折力をφＢ及びレンズＡとレンズＢとの間隔をＤＡＢとすると、レンズＡとレンズＢとの合成屈折力φＡＢ、は、以下の式で表される。
φＡＢ＝φＡ＋φＢ−ＤＡＢφＡφＢ
この式から分かるように、間隔ＤＡＢを小さくすることで、合成屈折力φＡＢを大きくすることができる。これは、合成屈折力φＡＢを大きくするためには、例えば、レンズＡに対してレンズＢを近づければ良いことを示している。
レンズＣとレンズＤについても、同様である。例えば、レンズＤに対してレンズＣを近づけることで、レンズＣとレンズＤとの合成屈折力を大きくすることができる。
レンズＢがレンズＡに近づき、レンズＣがレンズＤに近づくと、レンズＢとレンズＣとの間隔は広がる。よって、レンズＢとレンズＣとの間隔を広げることで、レンズＡとレンズＢとの合成屈折力や、レンズＣとレンズＤとの合成屈折力を大きくすることができる。
レンズＣの屈折力をφＣ、レンズＢとレンズＣとの間隔をＤＢＣとすると、レンズＢとレンズＣとの合成屈折力φＢＣ、は、以下の式で表される。
φＢＣ＝φＢ＋φＣ−ＤＢＣφＢφＣ
仮に、合成屈折力φＢＣを一定にした場合、間隔ＤＢＣを広げることで、レンズＢの屈折力φＢとレンズＣの屈折力φＣが大きくなる。間隔ＤＢＣが広がるということは、レンズＡに対してレンズＢが近づくことである。これは、合成屈折力φＡＢの式において間隔ＤＡＢが小さくなることを意味する。そうすると、合成屈折力φＡＢでは、φＢが大きくなり、ＤＡＢが小さくなる。このように、間隔ＤＢＣを広げることで、合成屈折力φＡＢを大きくすることができる。
レンズＢとレンズＣは光学系の中央付近に位置することになるため、球面収差やコマ収差への影響が考えられる。レンズＢとレンズＣの間隔を適切な間隔にすることで、これらの収差の発生を抑制できる。
レンズＢとレンズＣは、各々、接合レンズであっても良い。この場合、隣り合う接合レンズの間隔を適切な間隔にすることで、収差を良好に補正しながらリレー光学系の開口数を大きくすることができる。
条件式（１）の上限値を上回らないようにすることで、隣り合う接合レンズの間隔が大きくなりすぎることを抑制できる。これにより、接合レンズの屈折力が大きくなりすぎることを抑制できる。その結果、球面収差の増大やコマ収差の増大を抑制することができる。
条件式（１）の下限値を下回らないようにすることで、隣り合う接合レンズの間隔が小さくなりすぎることを抑制できる。これにより、接合レンズの屈折力が小さくなりすぎることを抑制できる。その結果、リレー光学系の開口数が小さくなりすぎないようにできる。
Ｄrelの値やＧceの値の算出では、空気換算を行わないものとする。
条件式（１）に代えて、以下の条件式（１’）を満足することが好ましい。
０．０４＜Ｇce／Ｄrel＜０．２ （１’）
条件式（１）に代えて、以下の条件式（１”）を満足することが好ましい。
０．０４＜Ｇce／Ｄrel＜０．１５ （１’）
本実施形態のリレー光学系では、複数の接合レンズのうちの少なくとも１つの接合レンズは、３つのレンズを含み、３つのレンズの媒質は、各々異なり、３つのレンズのうちの１つは、第１のレンズであって、横軸をνｄＬＡ、及び縦軸をθｇＦＬＡとする直交座標系において、θｇＦＬＡ＝α×νｄＬＡ＋βＬＡ（但し、α＝−０．００１６３）で表される直線を設定したときに、以下の条件式（２）及び条件式（３）で定まる領域に、第１のレンズの媒質のθｇＦＬＡ及びνｄＬＡが含まれることが好ましい。
０．６４＜βＬＡ （２）
νｄＬＡ＜５０ （３）
ここで、
θｇＦＬＡは、第１のレンズの媒質の部分分散比（ｎｇＬＡ−ｎＦＬＡ）／（ｎＦＬＡ−ｎＣＬＡ）、
νｄＬＡは、第１のレンズの媒質のアッベ数（ｎｄＬＡ−１）／（ｎＦＬＡ−ｎＣＬＡ）、
ｎｄＬＡ、ｎＣＬＡ、ｎＦＬＡ、ｎｇＬＡは、各々、ｄ線、Ｃ線、Ｆ線、ｇ線における第１のレンズの媒質の屈折率、
である。
リレー光学系では、１次像を劣化させることなくリレーする必要がある。すなわち、リレー像は、１次像に対してほとんど劣化が生じていない像にする必要がある。そのためには、可能な限り、リレー光学系で収差を発生させないことが重要になる。
リレー光学系で発生しやすい収差としては、色収差、球面収差及び像面湾曲がある。上述のように、隣り合う接合レンズの間隔を大きくすると、接合レンズの屈折力が強くなる。そのため、これらの収差が発生しやすくなる。これらの収差のなかで、特に、軸上色収差を良好に補正することが好ましい。
本実施形態のリレー光学系では、複数の接合レンズのうちの少なくとも１つの接合レンズは、３つのレンズからなる。そして、３つのレンズの媒質は、各々異なる。そのため、アッベ数差を利用した色収差補正ができる。その結果、より良好に色収差の補正を行うことができる。
本実施形態のリレー光学系では、条件式（２）及び条件式（３）で定まる領域に、第１のレンズの媒質のθｇＦＬＡ及びνｄＬＡが含まれている。
このようにすることで、第１のレンズの媒質は、異常分散性を有する媒質になる。異常分散性は、通常のガラスレンズとは異なる分散性である。異常分散性を有する媒質を用いたレンズでは、短波長の光に対して大きな屈折力を発生することができる。そこで、第１のレンズにおいて、短波長の光に対する屈折力を適切にすることで、効果的に軸上色収差を補正することができる。
条件式（２）の下限値を下回らないようにすることで、軸上色収差における二次スペクトル、すなわち、Ｆ線とＣ線とで色消しをしたときに残存するｇ線の収差を適切に補正することができる。条件式（３）の上限値を上回らないようにすることで、軸上色収差における一次の色収差を適切に補正することができる。
条件式（２）に代えて、以下の条件式（２’）を満足することが好ましい。
０．６６＜βＬＡ＜０．９ （２’）
条件式（３）に代えて、以下の条件式（３’）を満足することが好ましい。
３＜νｄＬＡ＜５０ （３’）
条件式（２’）の上限値を上回らないようにすることで、軸上色収差における二次スペクトルの補正が過剰にならないようにすることができる。条件式（３’）の下限値を下回らないようにすることで、軸上色収差における一次の色収差の補正が過剰にならないようにすることができる。
本実施形態のリレー光学系では、第１のレンズを含む接合レンズは、第２のレンズと、非球面と、を有し、以下の条件式（４）、（５）を満足することが好ましい。
１．４≦ｎｄＬＢ≦１．６ （４）
７０≦νｄＬＢ≦１００ （５）
ここで、
ｎｄＬＢ、ｎＣＬＢ、ｎＦＬＢは、各々、ｄ線、Ｃ線、Ｆ線における第２のレンズの媒質の屈折率、
νｄＬＢは、第２のレンズの媒質のアッベ数（ｎｄＬＢ−１）／（ｎＦＬＢ−ｎＣＬＢ）、
である。
本実施形態のリレー光学系では、複数の接合レンズのうちの少なくとも１つの接合レンズは、２つのレンズを含み、２つのレンズの媒質は、各々異なり、２つのレンズのうちの１つは、第２のレンズであって、第２レンズを含む接合レンズは、非球面を有し、以下の条件式（４）、（５）を満足することが好ましい。
１．４≦ｎｄＬＢ≦１．６ （４）
７０≦νｄＬＢ≦１００ （５）
ここで、
ｎｄＬＢ、ｎＣＬＢ、ｎＦＬＢは、各々、ｄ線、Ｃ線、Ｆ線における第２のレンズの媒質の屈折率、
νｄＬＢは、第２のレンズの媒質のアッベ数（ｎｄＬＢ−１）／（ｎＦＬＢ−ｎＣＬＢ）、
である。
複数の接合レンズのうちの少なくとも１つの接合レンズは、第２のレンズと、非球面と、を含むことが好ましい。この接合レンズには、第１のレンズが含まれていても、含まれていなくても良い。
上述のように、隣り合う接合レンズの間隔を大きくすると、接合レンズの屈折力が大きくなる。そのため、球面収差、コマ収差及び軸上色収差が発生しやすくなる。
光学系の開口数を大きくすると、マージナル領域において光軸から離れた位置を通る光線ほど、色収差が補正過剰になってしまう。そこで、非球面を少なくとも１つ含むようにする。このようにすることで、マージナル領域の全域で屈折力を適切にすることができる。その結果、開口数が大きいリレー光学系であっても、マージナル領域での色収差の補正を良好に行うことができる。
このとき、第２のレンズには、低分散の媒質が用いられている。そのため、非球面との組み合わせによって、マージナル領域での色収差を良好に補正できる。
接合レンズに第１のレンズが含まれている場合、第２のレンズの媒質のアッベ数を、第１のレンズの媒質のアッベ数と大きく異ならせることができる。すなわち、２つのレンズの媒質におけるアッベ数差を大きくできる。この場合、第１のレンズと第２のレンズとで、アッベ数差を利用した色収差補正ができる。そのため、より良好に色収差の補正を行うことができる。
上述のように、第１のレンズの媒質は異常分散性を有する。よって、第１のレンズを用いることで、軸上色収差を良好に補正することができる。ただし、第１のレンズでは、光学系の開口数の大きさに合わせて、短波長の光に対する屈折力を適切にすることが好ましい。
短波長の光に対する屈折力は、非球面を用いることで適切にすることができる。よって、第１のレンズに非球面を設けることが好ましい。このようにすることで、開口数が大きいリレー光学系であっても、マージナル領域での色収差の補正を、より良好に行うことができる。
接合レンズに第１のレンズが含まれている場合、非球面は第１のレンズに設けることが好ましい。接合レンズに第１のレンズが含まれていない場合、非球面は第２のレンズに設けることが好ましい。
条件式（４）の下限値を下回ると、接合レンズに必要な屈折力を確保するためには、レンズ面の曲率半径を小さくしなくてはならない。そのため、球面収差が悪化する。条件式（４）の上限値を上回ると、レンズに使用できる硝材が存在しない。
条件式（５）の下限値を下回ると、色収差の補正が不足になる。条件式（５）の上限値を上回ると、レンズに使用できる硝材が存在しない。
非球面は、レンズの片側の面に設けても、両側の面に設けても良い。また、非球面を設けるレンズの数は、１つに限られない。
条件式（４）に代えて、以下の条件式（４’）を満足することが好ましい。
１．４＜ｎｄＬＢ＜１．５５ （４’）
条件式（５）に代えて、以下の条件式（５’）を満足することが好ましい。
６０＜νｄＬＢ＜１００ （５’）
本実施形態のリレー光学系では、物体側レンズと像側レンズとの間に、回折光学素子が配置されていることが好ましい。
上述のように、隣り合う接合レンズの間隔を大きくすると、接合レンズの屈折力が大きくなる。そのため、球面収差、コマ収差及び軸上色収差が発生しやすくなる。これらの収差のなかで、特に、軸上色収差を良好に補正することが好ましい。
回折光学素子の可視域でのアッベ数は、−３．４５３である。このように、回折光学素子は、非常に大きな負の分散特性を持つ。一方、通常の硝材のアッベ数は、約２０〜９５である。よって、通常の硝材と逆の非常に大きな分散特性を、回折光学素子が持っていることがわかる。また、同様の計算により、回折光学素子は異常分散性を持つことがわかる。
本実施形態のリレー光学系では、物体側レンズと像側レンズとの間に、回折光学素子が配置されている。回折光学素子を用いることで、硝材とは逆の分散特性を利用した収差補正ができる。すなわち、接合レンズで発生した軸上色収差を、回折光学素子でキャンセルすることができる。
ただし、通常の硝子や樹脂では、分散が波長に対して非線形である。これに対して、回折光学素子では、分散は波長に対して線形である。そのため、光学系を構成するレンズ枚数が少ない場合、単に回折光学素子を利用するだけでは、白色光の波長域において色収差を十分に補正しきれない。
本実施形態のリレー光学系では、屈折光学系として、物体側レンズ、複数の接合レンズ及び像側レンズを有する。このように屈折光学系に複数のレンズを用いることで、屈折光学系全体での分散を線形に近づけることができる。その結果、回折光学素子による色収差の補正を効果的に行うことができる。
加えて、回折光学素子を物体側レンズと像側レンズとの間に配置することで、回折光学素子に入射する光線をほぼ垂直にすることができる。その結果、回折効率を高めることができる。
本実施形態のリレー光学系は、以下の条件式（６）を満足することが好ましい。
０．０５＜Ｄcd／Ｄrel＜０．３０ （６）
ここで、
Ｄcdは、接合面から回折光学素子の回折面までの距離、
Ｄrelは、リレー光学系の物体面から像面までの距離、
接合面は、前記回折光学素子の最も近くに位置する接合レンズの接合面、
である。
色収差の補正では、回折光学素子が持つ負の分散と、接合レンズが持つ正の分散と、をバランスさせることが好ましい。接合面から回折光学素子の回折までの距離が適切で無いと、２つの分散のバランスが崩れる。そのため、適切な軸上色の補正ができない。
条件式（６）の上限値を上回らないようにすることで、接合面と回折光学素子との距離を適度に保つことができる。そのため、接合面の屈折力が大きくなり過ぎないようにすることができる。その結果、軸上色収差が補正不足にならないようにすることができる。
条件式（６）の下限値を下回らないようにすることで、接合面の屈折力が小さくなり過ぎないようにすることができる。その結果、軸上色収差が補正過剰にならないようにすることができる。
Ｄcdの値やＤrelの値の算出では、空気換算を行わないものとする。
条件式（６）に代えて、以下の条件式（６’）を満足することが好ましい。
０．０６＜Ｄcd／Ｄrel＜０．２０ （６’）
条件式（６）に代えて、以下の条件式（６”）を満足することが好ましい。
０．０７＜Ｄcd／Ｄrel＜０．１８ （６”）
本実施形態のリレー光学系は、以下の条件式（７）を満足することが好ましい。
０．２＜（ＯＢＨ＋ＩＨ）／Φdoe＜１．２ （７）
ここで、
Φdoeは、回折光学素子における光線有効径、
ＯＢＨは、最大物体高、
ＩＨは、最大像高、
である。
リレー光学系には、１次像の像高が高いリレー光学系、リレー像の像高が高いリレー光学系、及び１次像の像高とリレー像の像高が共に高いリレー光学系がある。このような像高が高いリレー光学系では、リレー光学系を通過する光線高も高くなる。光軸と直交する仮想面がリレー光学系の中央に位置しているとすると、この仮想面への入射角が大きくなる傾向がある。
本実施形態のリレー光学系では、リレー光学系の中央付近に回折光学素子が配置されている。回折光学素子への入射角が大きくなると、像高が高くなるにつれて、回折効率が低下する。この場合、像の周辺における明るさは、像の中心における明るさに対して低下する。
そこで、接合レンズと回折光学素子を用い、条件式（７）を満足することで、光軸方向の色収差を良好に補正することができる。光線有効径は、回折光学素子を通過する光線の光線高のうちで、最も高い光線高を２倍したものである。
条件式（７）の上限値を上回らないようにすることで、光線高が高い位置における回折光学素子の回折効率の低下を抑制することができる。その結果、物体高や像高が高い場合であっても、像の周辺における明るさの低下を防止することができる。
条件式（７）の下限値を下回らないようにすることで、１次像の像高やリレー像の像高を高く保ちつつ、リレー光学系の径方向の大型化を抑制することができる。
条件式（７）に代えて、以下の条件式（７’）を満足することが好ましい。
０．４＜（ＯＢＨ＋ＩＨ）／Φdoe＜１．１ （７’）
条件式（７）に代えて、以下の条件式（７”）を満足することが好ましい。
０．６＜（ＯＢＨ＋ＩＨ）／Φdoe＜１．０ （７”）
本実施形態のリレー光学系は、以下の条件式（８）を満足することが好ましい。
０．３＜ＦＬdoe／（Φdoe×１００）＜１５ （８）
ここで、
ＦＬdoeは、回折光学素子の焦点距離、
Φdoeは、回折光学素子における光線有効径、
である。
本実施形態のリレー光学系では、回折光学素子の負の分散特性による効果を利用して、屈折光学系で残存する色収差を、回折光学素子で発生する色収差で相殺している。これにより、良好な結像性能を得ている。
光学系の組み立てでは、レンズや回折光学素子を保持枠に格納していく。偏心などの製造誤差が発生した場合、光学系を最初に組み上げた状態では、色収差が相殺できずに残ってしまう。この場合、結像性能の劣化が生じる。これを防ぐため、製造プロセスの中で偏心調整等を行い、色収差が相殺されるようにしている。
回折光学素子の焦点距離が大きくなり過ぎるか、又は、光線有効径が小さくなり過ぎる場合、回折格子の輪帯数が少なくなる。例えば、１つの輪帯に製造誤差が生じた場合、輪帯数が少ないと製造誤差の影響が大きくなる。この場合、偏心調整等における調整作業が煩雑になる。一方、輪帯数が多いと、製造誤差の影響は小さい。この場合、偏心調整等における調整作業は容易になる。
このように、回折格子の輪帯数が少なくなると、回折面における回折作用の冗長性が低下する。回折作用の冗長性が低下すると、例えば、色収差の相殺を行う場合、偏心調整等における調整作業が煩雑になる。
リレー光学系が回折光学素子を複数有する場合、複数の回折光学素子のうちの１つが、条件式（８）を満足すれば良い。
条件式（８）の上限値を上回らないようにすることで、回折光学素子の輪帯数が少なくなり過ぎないようにすることができる。条件式（８）の下限値を下回らないようにすることで、偏心調整等の必要性が軽減され、製造プロセスを簡略化しつつ、結像性能の低下を軽減できる。
条件式（８）に代えて、以下の条件式（８’）を満足することが好ましい。
０．５＜ＦＬdoe／（Φdoe×１００）＜１０ （８’）
条件式（８）に代えて、以下の条件式（８”）を満足することが好ましい。
１．８＜ＦＬdoe／（Φdoe×１００）＜８ （８”）
本実施形態のリレー光学系では、複数の接合レンズは、物体側光路と像側光路とで形成されるリレー光学系の光路上に配置され、物体側光路において最も像側に位置するレンズ面は、像側に凸の面であり、像側光路において最も物体側に位置するレンズ面は、物体側に凸の面であることが好ましい。
リレー光学系の開口数を大きくすると、球面収差の発生量やコマ収差の発生量が大きくなる。上述のようにすることで、球面収差の発生量の増大やコマ収差の発生量の増大を抑制することができる。
リレー光学系の光路は、例えば、リレー光学系の中央を境にして、物体側光路と像側光路に分けることができる。複数の接合レンズは、物体側光路と像側光路の少なくとも一方に配置されるか、又は両方の光路にまたがって配置される。
物体側光路と像側光路の各々に、接合レンズが配置されることで、諸収差を良好に補正できる。ここで、物体側光路において最も像側に位置する接合レンズは、像側のレンズ面が像側に凸となるように配置する。また、像側光路において最も物体側に位置する接合レンズは、物体側のレンズ面が物体側に凸となるように配置する。このようにすると、リレー光学系の中央において、２つの凸面が向かい合う状態になる。その結果、球面収差の発生やコマ収差の発生を抑制することができる。
本実施形態のリレー光学系は、以下の条件式（９）を満足することが好ましい。
１＜ＦＬce／Ｇce＜２０ （９）
ここで、
ＦＬceは、隣り合う接合レンズの焦点距離の平均値、
Ｇceは、隣り合う接合レンズの間隔のうちで、最小となる間隔、
である。
リレー光学系では、外径を小さくしつつ、開口数を大きくすることが好ましい。そのためには、隣り合う２つの接合レンズの間隔を広くしつつ、２つの接合レンズの焦点距離を小さくすることが重要である。接合レンズの焦点距離を小さくする際は、収差を悪化させないようにすることが好ましい。
条件式（９）の上限値を上回らないようにすることで、リレー光学系の開口数が小さくならないようにすることができる。条件式（９）の下限を下回らないようにすることで、接合レンズの焦点距離が小さくなりすぎないようにすることができる。その結果、球面収差の悪化やコマ収差の悪化を抑制することができる。
条件式（９）に代えて、以下の条件式（９’）を満足することが好ましい。
２＜ＦＬce／Ｇce＜１５ （９’）
条件式（９）に代えて、以下の条件式（９”）を満足することが好ましい。
３＜ＦＬce／Ｇce＜１０ （９”）
本実施形態のリレー光学系は、以下の条件式（Ａ）、（Ｂ）を満足することが好ましい。
０．０９＜ＮＡ＜０．３ （Ａ）
５０＜｜ＦＬrel｜ （Ｂ）
ここで、
ＮＡは、リレー光学系の開口数、
ＦＬrelは、リレー光学系の焦点距離、
である。
条件式（Ａ）、（Ｂ）を満足することで、全長が短く、解像度の高いリレー像を形成できるリレー光学系を実現することができる。
本実施形態のリレー光学系では、２つの接合レンズの間に回折光学素子が配置されていることが好ましい。
このようにすることで、回折光学素子に入射する光線を、回折光学素子の入射面に対してほぼ垂直にすることができる。その結果、回折効率を高めることができる。回折光学素子は、物体側光路において最も像側に位置する接合レンズと、像側光路において最も物体側に位置する接合レンズと、の間に配置されていることが、より好ましい。
本実施形態のリレー光学系では、回折光学素子は、第１の光学部材と第２の光学部材で構成され、
以下の条件式（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）を満足することが好ましい。
１．５０≦nｄ1≦１．７０ （Ｃ）
１５≦νｄ1≦３５ （Ｄ）
１．６０≦nｄ2≦１．８０ （Ｅ）
３５≦νｄ2≦６０ （Ｆ）
ここで、
ｎｄ1、ｎＣ1、ｎＦ1は、各々、ｄ線、Ｃ線、Ｆ線における第１の光学部材の材質の屈折率、
νｄ1は、第１の光学部材の材質のアッベ数（ｎｄ1−１）／（ｎＦ1−ｎＣ1）、
ｎｄ2、ｎＣ2、ｎＦ2は、各々、ｄ線、Ｃ線、Ｆ線における第２の光学部材の材質の屈折率、
νｄ2は、第２の光学部材の材質のアッベ数（ｎｄ2−１）／（ｎＦ2−ｎＣ2）、
である。
回折光学素子の焦点距離が長い場合は、回折面のブレーズ角が小さくなりがちになる。この場合、回折面の加工を容易に行うことが難しい。条件式（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）を満足することで、２つの光学部材における屈折率差を適度に小さくすることができる。この場合、回折面の形状を、加工可能な形状にすることができる。その結果、回折面の加工を容易に行うことができる。
本実施形態の像リレーユニットは、複数のリレー光学系を有し、複数のリレー光学系の少なくとも１つが、本実施形態のリレー光学系であることを特徴とする。
上述のように、本実施形態のリレー光学系は、色収差が良好に補正されている。そのため、像リレーユニットに、本実施形態のリレー光学系を少なくとも１つ用いることで、色収差の少ない像リレーユニットを実現することができる。本実施形態のリレー光学系を複数用いることで、色収差が更に少ない像リレーユニットを実現することができる。
解像度の高いリレー像を形成するためには、リレー光学系の開口数を大きくすることが望ましい。ただし、リレー光学系の開口数を大きくすると、色収差が発生しやすくなる。
また、像リレーユニットは、硬性鏡の硬性鏡用光学系に用いることができる。上述のように、リレー光学系の数を調整して硬性鏡用光学系の全長を適正な長さにする場合、リレー光学系の全長が短い方が好ましい。リレー光学系の全長を短くすると、開口数が大きくなる。この場合も、色収差が発生しやすくなる。
本実施形態のリレー光学系では、色収差が良好に補正されている。そのため、開口数を大きくしても、色収差の増大を抑制することができる。よって、本実施形態のリレー光学系を像リレーユニットに用いることで、開口数が大きく、色収差が良好に補正された像リレーユニットを実現することができる。
本実施形態の像リレーユニットは、所定のリレー光学系と、レンズからなるリレー光学系と、を有し、レンズからなるリレー光学系の数は、所定のリレー光学系の数よりも多く、所定のリレー光学系が、本実施形態のリレー光学系であり、以下の条件式（１０）を満足することを特徴とする。
０．０５＜ＮＡI×ＦＬdoe／Ｄreall＜１．５ （１０）
ここで、
ＮＡIは、リレー光学系の像側開口数、
ＦＬdoeは、回折光学素子の焦点距離、
Ｄreallは、像リレーユニットの物体面から像面までの距離、
である。
像リレーユニットは、複数のリレー光学系を有する。よって、リレー像が複数形成される。像リレーユニットの物体面は、上述のように、１次像面の位置における面になる。像リレーユニットの像面は、複数のリレー像のうち、最後に形成されたリレー像の位置における面である。
回折光学素子は、色収差に対する補正能力が高い。よって、所定のリレー光学系が回折光学素子を備えることで、所定のリレー光学系単体での色収差を良好に補正することができる。硬性鏡では、リレー光学系を複数備えた像リレーユニットが用いられる。この場合、像リレーユニットを、所定のリレー光学系のみで構成しても良いが、所定のリレー光学系とレンズからなるリレー光学系とで構成しても良い。
後者の場合、レンズからなるリレー光学系では、色収差の発生をある程度許容することができる。上述のように、回折光学素子は、色収差に対する補正能力が高い。よって、レンズからなるリレー光学系で発生した色収差を、所定のリレー光学系で補正することができる。レンズからなるリレー光学系の数は、所定のリレー光学系の数よりも多くても良い。このような場合であっても、像リレーユニット全体における色収差を良好に補正できる。
ただし、回折光学素子で補正すべき色収差量を大きくすると、所定のリレー光学系の焦点距離が小さくなる。この場合、偏心などの製造誤差が発生すると、光学系を最初に組み上げた状態では、レンズからなるリレー光学系で発生した色収差を、所定のリレー光学系で相殺できなくなる。そのため、偏心調整等を行わないと、像リレーユニットの結像性能が劣化する。開口数が大きい場合、結像性能の劣化は顕著に現れる。
条件式（１０）の上限値を上回らないようにすることで、回折光学素子における輪帯数が少なくなり過ぎないようにすることができる。この場合、回折面における回折作用の冗長性を高くできるので、必要量の色収差を発生させることができる。よって、色収差の相殺を行う場合、偏心調整等における調整作業が容易に行える。必要量の色収差とは、レンズからなるリレー光学系で発生した色収差を相殺するために必要な色収差の量である。
条件式（１０）の下限値を下回らないようにすることで、偏心調整等の必要性が軽減され、製造プロセスを簡略化しつつ、結像性能の低下を軽減できる。
条件式（１０）に代えて、以下の条件式（１０’）を満足することが好ましい。
０．１５＜ＮＡI×ＦＬdoe／Ｄreall＜１．０ （１０’）
条件式（１０）に代えて、以下の条件式（１０”）を満足することが好ましい。
０．２０＜ＮＡI×ＦＬdoe／Ｄreall＜０．７ （１０”）
本実施形態の硬性鏡用光学系は、対物光学系と、対物光学系の像側に配置された像リレーユニットと、を有し、像リレーユニットが、本実施形態の像リレーユニットであることを特徴とする。
本実施形態の像リレーユニットを用いることで、色収差が良好に補正され、且つ開口数が大きい硬性鏡用光学系を実現できる。
本実施形態の硬性鏡用光学系は、像リレーユニットの像側に配置された接眼光学系を有することを特徴とする。
このようにすることで、色収差が良好に補正された明るい光学像を観察することができる。
本実施形態の硬性鏡は、本実施形態の硬性鏡用光学系と、像リレーユニットにより形成された像を撮像する撮像素子と、を備えることを特徴とする。
本実施形態の硬性鏡用光学系を用いると、本実施形態の像リレーユニットによって、光学像が形成される。この光学像は明るく、この光学像では色収差が良好に補正されている。よって、この光学像を撮像素子で撮像することで、色収差が少なく、明るい画像を取得することができる。
本実施形態の硬性鏡は、観察対象物を照明するための照明装置を有することを特徴とする。
このようにすることで、色収差が少なく明るい光学像の観察や、色収差が少なく明るい画像の取得を行うことができる。
以下に、リレー光学系、像リレーユニット、硬性鏡用光学系及び硬性鏡の実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
リレー光学系の実施例について説明する。図１、図３、図５、図７、図９、図１１は、各実施例のリレー光学系のレンズ断面図である。
図２、図４、図６、図８、図１０、図１２は、各実施例のリレー光学系の収差図である。各実施例の収差図において、（ａ）は球面収差（ＳＡ）、（ｂ）は非点収差（ＡＳ）、（ｃ）は歪曲収差（ＤＴ）、（ｄ）は倍率色収差（ＣＣ）を示している。
各実施例では、リレー光学系中に開口絞りＳが配置されている。ただし、開口絞りＳを用いなくても光束径を決めることができるのであれば、リレー光学系中に開口絞りＳが配置されていなくても良い。
実施例１のリレー光学系は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、正の屈折力を有する接合レンズＣＬ１と、回折光学素子ＤＯＥと、正の屈折力を有する接合レンズＣＬ２と、回折光学素子と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ８と、からなる。
接合レンズＣＬ１は、両凸正レンズＬ２と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３と、からなる。
回折光学素子ＤＯＥは、第１の平行平板Ｌ４と、第２の平行平板Ｌ５と、からなる。平行平板Ｌ４と平行平板Ｌ５は接合され、接合面に回折面が形成されている。
接合レンズＣＬ２は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、両凸正レンズＬ７と、からなる。
実施例１のリレー光学系では、正メニスカスレンズＬ１と正メニスカスレンズＬ８とが対称になっている。また、接合レンズＣＬ１と接合レンズＣＬ２とが対称になっている。実施例１のリレー光学系では、回折光学素子ＤＯＥの接合面に対称面が存在している。
実施例２のリレー光学系は、物体側から順に、両凸正レンズＬ１と、正の屈折力を有する接合レンズＣＬ１と、回折光学素子ＤＯＥと、正の屈折力を有する接合レンズＣＬ２と、回折光学素子と、両凸正レンズＬ８と、からなる。
接合レンズＣＬ１は、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３と、からなる。
回折光学素子ＤＯＥは、第１の平行平板Ｌ４と、第２の平行平板Ｌ５と、からなる。平行平板Ｌ４と平行平板Ｌ５は接合され、接合面に回折面が形成されている。
接合レンズＣＬ２は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７と、からなる。
実施例２のリレー光学系では、両凸正レンズＬ１と両凸正レンズＬ８とが対称になっている。また、接合レンズＣＬ１と接合レンズＣＬ２とが対称になっている。実施例２のリレー光学系では、回折光学素子ＤＯＥの接合面に対称面が存在している。
実施例３のリレー光学系は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、正の屈折力を有する接合レンズＣＬ１と、回折光学素子ＤＯＥと、正の屈折力を有する接合レンズＣＬ２と、回折光学素子と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ８と、からなる。
接合レンズＣＬ１は、両凸正レンズＬ２と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３と、からなる。
回折光学素子ＤＯＥは、第１の平行平板Ｌ４と、第２の平行平板Ｌ５と、からなる。平行平板Ｌ４と平行平板Ｌ５は接合され、接合面に回折面が形成されている。
接合レンズＣＬ２は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、両凸正レンズＬ７と、からなる。
実施例３のリレー光学系では、正メニスカスレンズＬ１と正メニスカスレンズＬ８とが対称になっている。また、接合レンズＣＬ１と接合レンズＣＬ２とが対称になっている。実施例３のリレー光学系では、回折光学素子ＤＯＥの接合面に対称面が存在している。
実施例４のリレー光学系は、物体側から順に、凸平正レンズＬ１と、正の屈折力を有する接合レンズＣＬ１と、正の屈折力を有する接合レンズＣＬ２と、平凸正レンズＬ６と、からなる。開口絞りＳは、接合レンズＣＬ１と接合レンズＣＬ２との間に配置されている。
接合レンズＣＬ１は、両凸正レンズＬ２と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、からなる。
接合レンズＣＬ２は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４と、両凸正レンズＬ５と、からなる。
第２のレンズは、両凸正レンズＬ２と両凸正レンズＬ５である。
実施例４のリレー光学系では、開口絞りＳに対して、凸平正レンズＬ１と平凸正レンズＬ８とが対称になっている。また、開口絞りＳに対して、接合レンズＣＬ１と接合レンズＣＬ２とが対称になっている。実施例１のリレー光学系では、開口絞りＳの位置に対称面が存在している。
非球面は、両凸正レンズＬ２の物体側面と、両凸正レンズＬ５の像側面と、の合計２面に設けられている。
実施例５のリレー光学系は、物体側から順に、凸平正レンズＬ１と、正の屈折力を有する接合レンズＣＬ１と、正の屈折力を有する接合レンズＣＬ２と、平凸正レンズＬ８と、からなる。開口絞りＳは、接合レンズＣＬ１と接合レンズＣＬ２との間に配置されている。
接合レンズＣＬ１は、両凸正レンズＬ２と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４と、からなる。
接合レンズＣＬ２は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６と、両凸正レンズＬ７と、からなる。
第１のレンズは、正メニスカスレンズＬ３と正メニスカスレンズＬ６である。第２のレンズは、両凸正レンズＬ２と両凸正レンズＬ７である。
実施例５のリレー光学系では、開口絞りＳに対して、凸平正レンズＬ１と平凸正レンズＬ８とが対称になっている。また、開口絞りＳに対して、接合レンズＣＬ１と接合レンズＣＬ２とが対称になっている。実施例５のリレー光学系では、開口絞りＳの位置に対称面が存在している。
非球面は、正メニスカスレンズＬ３の像側面と、正メニスカスレンズＬ６の物体側面と、の合計２面に設けられている。
実施例６のリレー光学系は、物体側から順に、凸平正レンズＬ１と、正の屈折力を有する接合レンズＣＬ１と、正の屈折力を有する接合レンズＣＬ２と、平凸正レンズＬ８と、からなる。開口絞りＳは、接合レンズＣＬ１と接合レンズＣＬ２との間に配置されている。
接合レンズＣＬ１は、両凸正レンズＬ２と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４と、からなる。
接合レンズＣＬ２は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６と、両凸正レンズＬ７と、からなる。
第１のレンズは、正メニスカスレンズＬ３と正メニスカスレンズＬ６である。第２のレンズは、両凸正レンズＬ２と両凸正レンズＬ７である。
実施例５のリレー光学系では、開口絞りＳに対して、凸平正レンズＬ１と平凸正レンズＬ８とが対称になっている。また、開口絞りＳに対して、接合レンズＣＬ１と接合レンズＣＬ２とが対称になっている。実施例５のリレー光学系では、開口絞りＳの位置に対称面が存在している。
非球面は、正メニスカスレンズＬ３の像側面と、正メニスカスレンズＬ６の物体側面と、の合計２面に設けられている。
像リレーユニットの実施例について説明する。図１３と図１５は、各実施例の像リレーユニットのレンズ断面図である。
図１４と図１６は、各実施例の硬性鏡用光学系の実施例の収差図である。収差図において、（ａ）は球面収差（ＳＡ）、（ｂ）は非点収差（ＡＳ）、（ｃ）は歪曲収差（ＤＴ）、（ｄ）は倍率色収差（ＣＣ）を示している。
実施例１の像リレーユニットは、第１のリレー光学系ＲＬ１と、第２のリレー光学系ＲＬ２と、第３のリレー光学系ＲＬ３と、を有する。第１のリレー光学系ＲＬ１は、回折光学素子を含む。第２のリレー光学系ＲＬ２と第３のリレー光学系ＲＬ３は、共に、レンズからなる。よって、第２のリレー光学系ＲＬ２と第３のリレー光学系ＲＬ３には、回折光学素子は配置されていない。
１次像（不図示）は、第１のリレー光学系ＲＬ１でリレーされる。これにより、第１のリレー像（不図示）が形成される。第１のリレー像は、第２のリレー光学系ＲＬ２でリレーされる。これにより、第２のリレー像（不図示）が形成される。第２のリレー像は、第３のリレー光学系ＲＬ３でリレーされる。これにより、第３のリレー像Ｉが形成される。
実施例２の像リレーユニットは、第１のリレー光学系ＲＬ１と、第２のリレー光学系ＲＬ２と、第３のリレー光学系ＲＬ３と、を有する。第１のリレー光学系ＲＬ１は、回折光学素子を含む。第２のリレー光学系ＲＬ２と第３のリレー光学系ＲＬ３は、共に、レンズからなる。よって、第２のリレー光学系ＲＬ２と第３のリレー光学系ＲＬ３には、回折光学素子は配置されていない。
１次像（不図示）は、第１のリレー光学系ＲＬ１でリレーされる。これにより、第１のリレー像（不図示）が形成される。第１のリレー像は、第２のリレー光学系ＲＬ２でリレーされる。これにより、第２のリレー像（不図示）が形成される。第２のリレー像は、第３のリレー光学系ＲＬ３でリレーされる。これにより、第３のリレー像Ｉが形成される。
硬性鏡用光学系の実施例について説明する。図１７、図１９及び図２１は、各実施例の像リレーユニットのレンズ断面図である。
図１８、図２０及び図２２は、各実施例の硬性鏡用光学系の実施例の収差図である。収差図において、（ａ）は球面収差（ＳＡ）、（ｂ）は非点収差（ＡＳ）、（ｃ）は歪曲収差（ＤＴ）、（ｄ）は倍率色収差（ＣＣ）を示している。収差は、接眼光学系から出射した光を、無収差レンズで結像したときの収差を示している。無収差レンズの光学的な仕様は、接眼光学系の光学的な仕様と同じである。
実施例１の硬性鏡用光学系は、対物光学系ＯＢＪと、像リレーユニットと、接眼光学系ＯＣと、を有する。像リレーユニットは、第１のリレー光学系ＲＬ１と、第２のリレー光学系ＲＬ２と、第３のリレー光学系ＲＬ３と、を有する。
対物光学系ＯＢＪと接眼光学系ＯＣは、共に、レンズからなる。よって、対物光学系ＯＢＪと接眼光学系ＯＣには、回折光学素子は配置されていない。
第１のリレー光学系ＲＬ１は、回折光学素子を含む。第２のリレー光学系ＲＬ２と第３のリレー光学系ＲＬ３は、共に、レンズからなる。よって、第２のリレー光学系ＲＬ２と第３のリレー光学系ＲＬ３には、回折光学素子は配置されていない。
対物光学系ＯＢＪによって、１次像Ｉｏが形成される。１次像Ｉｏは、第１のリレー光学系ＲＬ１でリレーされる。これにより、第１のリレー像Ｉ１が形成される。第１のリレー像Ｉ１は、第２のリレー光学系ＲＬ２でリレーされる。これにより、第２のリレー像Ｉ２が形成される。第２のリレー像Ｉ２は、第３のリレー光学系ＲＬ３でリレーされる。これにより、第３のリレー像Ｉ３が形成される。第３のリレー像Ｉ３は、接眼光学系ＯＣによって観察することができる。
実施例２の硬性鏡用光学系は、対物光学系ＯＢＪと、像リレーユニットと、接眼光学系ＯＣと、を有する。像リレーユニットは、第１のリレー光学系ＲＬ１と、第２のリレー光学系ＲＬ２と、第３のリレー光学系ＲＬ３と、を有する。
対物光学系ＯＢＪと接眼光学系ＯＣは、共に、レンズからなる。よって、対物光学系ＯＢＪと接眼光学系ＯＣには、回折光学素子は配置されていない。
第１のリレー光学系ＲＬ１は、回折光学素子を含む。第２のリレー光学系ＲＬ２と第３のリレー光学系ＲＬ３は、共に、レンズからなる。よって、第２のリレー光学系ＲＬ２と第３のリレー光学系ＲＬ３には、回折光学素子は配置されていない。
対物光学系ＯＢＪによって、１次像Ｉｏが形成される。１次像Ｉｏは、第１のリレー光学系ＲＬ１でリレーされる。これにより、第１のリレー像Ｉ１が形成される。第１のリレー像Ｉ１は、第２のリレー光学系ＲＬ２でリレーされる。これにより、第２のリレー像Ｉ２が形成される。第２のリレー像Ｉ２は、第３のリレー光学系ＲＬ３でリレーされる。これにより、第３のリレー像Ｉ３が形成される。第３のリレー像Ｉ３は、接眼光学系ＯＣによって観察することができる。
実施例３の硬性鏡用光学系は、対物光学系ＯＢＪと、像リレーユニットと、接眼光学系ＯＣと、を有する。像リレーユニットは、第１のリレー光学系ＲＬ１と、第２のリレー光学系ＲＬ２と、第３のリレー光学系ＲＬ３と、を有する。
対物光学系ＯＢＪは、レンズからなる。よって、対物光学系ＯＢＪには、回折光学素子は配置されていない。接眼光学系ＯＣは、回折光学素子を含む。
第１のリレー光学系ＲＬ１は、回折光学素子を含む。第２のリレー光学系ＲＬ２と第３のリレー光学系ＲＬ３は、共に、レンズからなる。よって、第２のリレー光学系ＲＬ２と第３のリレー光学系ＲＬ３には、回折光学素子は配置されていない。
対物光学系ＯＢＪによって、１次像Ｉｏが形成される。１次像Ｉｏは、第１のリレー光学系ＲＬ１でリレーされる。これにより、第１のリレー像Ｉ１が形成される。第１のリレー像Ｉ１は、第２のリレー光学系ＲＬ２でリレーされる。これにより、第２のリレー像Ｉ２が形成される。第２のリレー像Ｉ２は、第３のリレー光学系ＲＬ３でリレーされる。これにより、第３のリレー像Ｉ３が形成される。第３のリレー像Ｉ３は、接眼光学系ＯＣによって観察することができる。
以下に、上記各実施例の数値データを示す。面データにおいて、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズ面間の間隔、ｎｄは各レンズのｄ線の屈折率、νｄは各レンズのアッベ数、＊印は非球面、＃は回折面を示す。ＬＡは第１のレンズ、ＬＢは第２のレンズである。
また、各種データにおいて、ＮＡは開口数である。リレー光学系の実施例では、ｆはリレー光学系の焦点距離、θｇＦＬＡは部分分散比、ＯＢＨは最大物体高、ＩＨは最大像高、Φdoeは光線有効径である。像リレーユニットの実施例では、ｆは像リレーユニットの焦点距離である。硬性鏡用光学系の実施例では、ｆは硬性鏡用光学系の焦点距離、ω半画角、ｆOBは対物光学系の焦点距離、ｆRLはリレー光学系の焦点距離、ｆOCは接眼光学系の焦点距離である。
また、非球面形状は、光軸方向をｚ、光軸に直交する方向をｙにとり、円錐係数をｋ、非球面係数をＡ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２…としたとき、次の式で表される。
ｚ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｙ／ｒ）2｝1/2］
＋Ａ４ｙ4＋Ａ６ｙ6＋Ａ８ｙ8＋Ａ１０ｙ10＋Ａ１２ｙ12＋…
また、非球面係数において、「ｅ−ｎ」（ｎは整数）は、「１０−ｎ」を示している。
また、回折面は、高屈折率法に基づき、等価のウルトラ−ハイ インデックス レンズ（屈折率が極めて大きい屈折型レンズ）の非球面形状として表記される。回折面に形成された回折格子のピッチｄとウルトラ−ハイ インデックス レンズの非球面形状との間には、次式の関係が成立する。
ｄ＝ｍλ／[（ｎ−１）{ｃｈ／（１−ｃ２（１＋ｋ）ｈ２）１／２
＋２Ａ２ｈ＋４Ａ４ｈ３＋６Ａ６ｈ５＋８Ａ８ｈ７＋１０Ａ１０ｈ９＋・・・}]
数値実施例１
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 7.00
1 24.495 21.18 1.69895 30.13
2 282.066 0.57
3 30.752 15.82 1.49700 81.54
4 -8.230 9.38 1.78590 44.20
5 -17.490 1.79
6 ∞ 1.00 1.63387 23.37
7# 3444935.194 0.00 1001.00000 -3.45
8 ∞ 1.00 1.69534 36.44
9 ∞ 1.79
10 17.490 9.38 1.78590 44.20
11 8.230 15.82 1.49700 81.54
12 -30.752 0.57
13 -282.066 21.18 1.69895 30.13
14 -24.495 7.00
像面 ∞

回折面データ
第７面
k=0.000
A4=-7.79204e-10,A6=3.08304e-11

各種データ
ｆ 6218.78
ＮＡ 0.12
ＯＢＨ 3.0
ＩＨ 3.0
φdoe 7.4
数値実施例２
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 7.00
1 29.342 21.37 1.95906 17.47
2 -91.638 0.93
3 -81.086 13.86 1.49700 81.54
4 -7.089 10.83 1.67270 32.10
5 -16.373 1.76
6 ∞ 1.00 1.63387 23.37
7# 4138344.045 0.00 1001.00000 -3.45
8 ∞ 1.00 1.69534 36.44
9 ∞ 1.76
10 16.373 10.83 1.67270 32.10
11 7.089 13.86 1.49700 81.54
12 81.086 0.93
13 91.638 21.37 1.95906 17.47
14 -29.342 7.00
像面 ∞

回折面データ
第７面
k=0.000
A4=-1.70043e-09,A6=3.20830e-11

各種データ
ｆ 7324.68
ＮＡ 0.12
ＯＢＨ 3.0
ＩＨ 3.0
φdoe 7.4
数値実施例３
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 6.00
1 18.735 12.28 1.69895 30.13
2 43.745 6.27
3 19.755 12.12 1.49700 81.54
4 -7.194 9.50 1.78590 44.20
5 -16.546 1.67
6 ∞ 1.00 1.63387 23.37
7# 2819387.954 0.00 1001.00000 -3.45
8 ∞ 1.00 1.69534 36.44
9 ∞ 1.67
10 16.546 9.50 1.78590 44.20
11 7.194 12.12 1.49700 81.54
12 -19.755 6.27
13 -43.745 12.28 1.69895 30.13
14 -18.735 6.00
像面 ∞

回折面データ
第７面
k=0.000
A4=-2.16611e-09,A6=7.23326e-11

各種データ
ｆ 4731.10
ＮＡ 0.13
ＯＢＨ 3.0
ＩＨ 3.0
φdoe 7.4
数値実施例４
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 5.98
1 16.971 27.02 1.58913 61.14
2 ∞ 0.50
3* 22.220 6.02 1.43875 94.93 (LB)
4 -9.172 7.29 1.83400 37.16
5 -16.838 2.03
6(絞り) ∞ 2.03
7 16.838 7.29 1.83400 37.16
8 9.172 6.02 1.43875 94.93
9* -22.220 0.50
10 ∞ 27.02 1.58913 61.14
11 -16.971 5.98
像面 ∞

非球面データ
第３面
k=0.000
A4=-4.49167e-05,A6=6.92624e-07,A8=-2.78252e-08
第９面
k=0.000
A4=4.49167e-05,A6=-6.92624e-07,A8=2.78252e-08

各種データ
ｆ 2743.06
ＮＡ 0.14
ＯＢＨ 3.0
ＩＨ 3.0
数値実施例５
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 6.03
1 17.749 27.45 1.58913 61.14
2 ∞ 2.78
3 21.527 3.38 1.43875 94.93 (LB)
4 -8.888 0.80 1.63387 23.38 (LA)
5* -8.671 4.73 1.80625 40.91
6 -16.392 3.69
7(絞り) ∞ 3.69
8 16.392 4.73 1.80625 40.91
9* 8.671 0.80 1.63387 23.38
10 8.888 3.38 1.43875 94.93
11 -21.527 2.78
12 ∞ 27.45 1.58913 61.14
13 -17.749 6.03
像面 ∞

非球面データ
第５面
k=0.000
A4=-3.32464e-05,A6=5.77541e-07,A8=-1.73224e-09
第９面
k=0.000
A4=3.32464e-05,A6=-5.77541e-07,A8=1.73224e-09

各種データ
ｆ 3132.12
ＮＡ 0.14
θｇＦＬＡ 0.668
ＯＢＨ 3.0
ＩＨ 3.0
数値実施例６
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 5.00
1 17.933 30.13 1.58913 61.14
2 ∞ 2.94
3 21.755 2.87 1.49700 81.54 (LB)
4 -9.683 0.50 1.63387 23.38 (LA)
5* -9.136 4.60 1.80625 40.91
6 -19.780 2.81
7(絞り) ∞ 2.81
8 19.780 4.60 1.80625 40.91
9* 9.136 0.50 1.63387 23.38
10 9.683 2.87 1.49700 81.54
11 -21.755 2.94
12 ∞ 30.13 1.58913 61.14
13 -17.933 5.00
像面 ∞

非球面データ
第５面
k=0.000
A4=-3.16714e-05,A6=3.81781e-07,A8=7.19077e-09
第９面
k=0.000
A4=3.16714e-05,A6=-3.81781e-07,A8=-7.19077e-09

各種データ
ｆ 3204.50
ＮＡ 0.14
θｇＦＬＡ 0.668
ＯＢＨ 3.0
ＩＨ 3.0
数値実施例７
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 4.00
1 19.916 23.04 1.58913 61.14
2 ∞ 9.26
3 23.475 4.76 1.51633 64.14
4 -9.623 5.00 1.80610 40.92
5 -21.196 1.80
6 ∞ 1.00 1.63387 23.37
7# 502868.621 0.00 1001.00000 -3.45
8 ∞ 1.00 1.69534 36.44
9 ∞ 1.80
10 21.196 5.00 1.80610 40.92
11 9.623 4.76 1.51633 64.14
12 -23.475 9.26
13 ∞ 23.04 1.58913 61.14
14 -19.916 4.00
15 ∞ 4.00
16 19.916 23.04 1.58913 61.14
17 ∞ 9.26
18 23.475 4.76 1.51633 64.14
19 -9.623 5.00 1.80610 40.92
20 -21.196 2.80
21 ∞ 2.80
22 21.196 5.00 1.80610 40.92
23 9.623 4.76 1.51633 64.14
24 -23.475 9.26
25 ∞ 23.04 1.58913 61.14
26 -19.916 4.00
27 ∞ 4.00
28 19.916 23.04 1.58913 61.14
29 ∞ 9.26
30 23.475 4.76 1.51633 64.14
31 -9.623 5.00 1.80610 40.92
32 -21.196 2.80
33 ∞ 2.80
34 21.196 5.00 1.80610 40.92
35 9.623 4.76 1.51633 64.14
36 -23.475 9.26
37 ∞ 23.04 1.58913 61.14
38 -19.916 4.00
像面 ∞

回折面データ
第７面
k=0.000
A4=-1.29818e-08,A6=2.86207e-10

各種データ
ｆ 905.00
ＮＡ 0.13
数値実施例８
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 4.00
1 19.941 23.29 1.58913 61.14
2 ∞ 9.11
3 22.475 4.68 1.49700 81.54
4 -9.312 5.00 1.77250 49.60
5 -20.520 1.77
6 ∞ 1.00 1.63387 23.37
7# 1274101.227 0.00 1001.00000 -3.45
8 ∞ 1.00 1.69534 36.44
9 ∞ 1.77
10 20.520 5.00 1.77250 49.60
11 9.312 4.68 1.49700 81.54
12 -22.475 9.11
13 ∞ 23.29 1.58913 61.14
14 -19.941 4.00
15 ∞ 4.00
16 19.941 23.29 1.58913 61.14
17 ∞ 9.11
18 22.475 4.68 1.49700 81.54
19 -9.312 5.00 1.77250 49.60
20 -20.520 2.77
21 ∞ 2.77
22 20.520 5.00 1.77250 49.60
23 9.312 4.68 1.49700 81.54
24 -22.475 9.11
25 ∞ 23.29 1.58913 61.14
26 -19.941 4.00
27 ∞ 4.00
28 19.941 23.29 1.58913 61.14
29 ∞ 9.11
30 22.475 4.68 1.49700 81.54
31 -9.312 5.00 1.77250 49.60
32 -20.520 2.77
33 ∞ 2.77
34 20.520 5.00 1.77250 49.60
35 9.312 4.68 1.49700 81.54
36 -22.475 9.11
37 ∞ 23.29 1.58913 61.14
38 -19.941 4.00
像面 ∞

回折面データ
第７面
k=0.000
A4=-1.30591e-08,A6=3.29578e-10

各種データ
ｆ 910.33
ＮＡ 0.13
数値実施例９
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.70 1.76900 64.15
2 ∞ 0.20
3* 4.434 0.93 1.80610 40.92
4* 1.026 1.47
5 ∞ 5.25 1.80610 40.95
6 ∞ 0.00 1.80610 40.92
7 ∞ 11.08 1.80610 40.92
8* -6.675 0.97
9 ∞ 1.82 1.49700 81.54
10 -6.450 0.68 1.85026 32.27
11 -11.281 3.36
12 44.277 2.75 1.85478 24.80
13 6.371 10.97 1.49700 81.54
14 -12.247 6.84
15 ∞ 4.49
16 19.018 26.45 1.58913 61.14
17 ∞ 7.40
18 23.893 2.67 1.51633 64.14
19 -10.169 3.84 1.88300 40.76
20 -20.508 2.57
21 ∞ 1.00 1.63387 23.38
22# 516476.236 0.00 1001.00000 -3.45
23 ∞ 1.00 1.69534 36.44
24 ∞ 2.57
25 20.508 3.84 1.88300 40.76
26 10.169 2.67 1.51633 64.14
27 -23.893 7.40
28 ∞ 26.45 1.58913 61.14
29 -19.018 4.49
30 ∞ 5.24
31 19.018 26.45 1.58913 61.14
32 ∞ 7.40
33 23.893 2.67 1.51633 64.14
34 -10.169 3.84 1.88300 40.76
35 -20.508 3.57
36 ∞ 3.57
37 20.508 3.84 1.88300 40.76
38 10.169 2.67 1.51633 64.14
39 -23.893 7.40
40 ∞ 26.45 1.58913 61.14
41 -19.018 5.24
42 ∞ 5.24
43 19.018 26.45 1.58913 61.14
44 ∞ 7.40
45 23.893 2.67 1.51633 64.14
46 -10.169 3.84 1.88300 40.76
47 -20.508 3.57
48 ∞ 3.57
49 20.508 3.84 1.88300 40.76
50 10.169 2.67 1.51633 64.14
51 -23.893 7.40
52 ∞ 26.45 1.58913 61.14
53 -19.018 5.24
54 ∞ 16.00
55 49.886 2.47 1.43875 94.93
56 -21.219 4.26
57 177.760 1.48 2.00330 28.27
58 17.667 8.61 1.67003 47.23
59 -21.624 4.77
60 ∞ 3.00 1.76819 71.70
61 ∞ 10.50
瞳面 ∞

非球面データ
第３面
k=-0.028
A4=-5.63258e-03,A6=7.47645e-06
第４面
k=-1.180
A4=5.05621e-02,A6=-3.15431e-03
第８面
k=-0.313
A4=1.53854e-04

回折面データ
第２２面
k=0.000
A4=-1.28409e-08,A6=3.13452e-10,A8=-2.58403e-12

各種データ
ｆ 3.06
ＮＡ 0.13
２ω 89.80
ｆOB 3.01
ｆRL 696.82
ｆOC 23.27
数値実施例１０
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.70 1.76900 64.15
2 ∞ 0.20
3* 4.245 0.93 1.80610 40.92
4* 1.011 1.46
5 ∞ 5.25 1.80610 40.95
6 ∞ 0.00 1.80610 40.92
7 ∞ 10.01 1.80610 40.92
8* -6.225 0.96
9 -20.942 1.34 1.83400 37.16
10 15.378 3.00 1.49700 81.54
11 -7.897 5.82
12 22.118 2.66 1.84666 23.78
13 6.545 9.64 1.49700 81.54
14 -14.451 6.68
15 ∞ 4.51
16 19.983 24.47 1.58913 61.14
17 ∞ 8.78
18 29.777 2.56 1.65160 58.55
19 -10.574 3.34 1.88300 40.76
20 -28.548 3.79
21 ∞ 1.00 1.63387 23.38
22# 498691.247 0.00 1001.00000 -3.45
23 ∞ 1.00 1.69534 36.44
24 ∞ 3.79
25 28.548 3.34 1.88300 40.76
26 10.574 2.56 1.65160 58.55
27 -29.777 8.78
28 ∞ 24.47 1.58913 61.14
29 -19.983 4.51
30 ∞ 5.24
31 19.983 24.47 1.58913 61.14
32 ∞ 8.78
33 29.777 2.56 1.65160 58.55
34 -10.574 3.34 1.88300 40.76
35 -28.548 4.79
36 ∞ 4.79
37 28.548 3.34 1.88300 40.76
38 10.574 2.56 1.65160 58.55
39 -29.777 8.78
40 ∞ 24.47 1.58913 61.14
41 -19.983 5.24
42 ∞ 5.24
43 19.983 24.47 1.58913 61.14
44 ∞ 8.78
45 29.777 2.56 1.65160 58.55
46 -10.574 3.34 1.88300 40.76
47 -28.548 4.79
48 ∞ 4.79
49 28.548 3.34 1.88300 40.76
50 10.574 2.56 1.65160 58.55
51 -29.777 8.78
52 ∞ 24.47 1.58913 61.14
53 -19.983 5.24
54 ∞ 16.18
55 33.647 4.14 1.43875 94.93
56 -23.882 2.17
57 224.243 1.49 1.83400 37.16
58 13.762 8.87 1.58913 61.14
59 -19.905 5.36
60 ∞ 3.00 1.76819 71.70
61 ∞ 10.50
瞳面 ∞

非球面データ
第３面
k=0.114
A4=-8.32004e-03,A6=1.91171e-04
第４面
k=-0.752
A4=-6.47508e-03,A6=-7.26821e-03
第８面
k=-0.698
A4=2.04648e-04,A6=-5.61088e-07

回折面データ
第２２面
k=0.000
A4=-1.22834e-08,A6=2.35471e-10

各種データ
ｆ 3.12
ＮＡ 0.12
２ω 88.00
ｆOB 3.07
ｆRL 711.85
ｆOC 23.30
数値実施例１１
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.70 1.76900 64.15
2 ∞ 0.20
3* 4.245 0.93 1.80610 40.92
4* 1.011 1.46
5 ∞ 5.25 1.80610 40.95
6 ∞ 0.00 1.80610 40.92
7 ∞ 10.01 1.80610 40.92
8* -6.225 0.96
9 -20.942 1.34 1.83400 37.16
10 15.378 3.00 1.49700 81.54
11 -7.897 5.82
12 22.118 2.66 1.84666 23.78
13 6.545 9.64 1.49700 81.54
14 -14.451 6.68
15 ∞ 4.51
16 19.983 24.47 1.58913 61.14
17 ∞ 8.78
18 29.777 2.56 1.65160 58.55
19 -10.574 3.34 1.88300 40.76
20 -28.548 3.79
21 ∞ 1.00 1.63387 23.38
22# 498691.247 0.00 1001.00000 -3.45
23 ∞ 1.00 1.69534 36.44
24 ∞ 3.79
25 28.548 3.34 1.88300 40.76
26 10.574 2.56 1.65160 58.55
27 -29.777 8.78
28 ∞ 24.47 1.58913 61.14
29 -19.983 4.51
30 ∞ 5.24
31 19.983 24.47 1.58913 61.14
32 ∞ 8.78
33 29.777 2.56 1.65160 58.55
34 -10.574 3.34 1.88300 40.76
35 -28.548 4.79
36 ∞ 4.79
37 28.548 3.34 1.88300 40.76
38 10.574 2.56 1.65160 58.55
39 -29.777 8.78
40 ∞ 24.47 1.58913 61.14
41 -19.983 5.24
42 ∞ 5.24
43 19.983 24.47 1.58913 61.14
44 ∞ 8.78
45 29.777 2.56 1.65160 58.55
46 -10.574 3.34 1.88300 40.76
47 -28.548 4.79
48 ∞ 4.79
49 28.548 3.34 1.88300 40.76
50 10.574 2.56 1.65160 58.55
51 -29.777 8.78
52 ∞ 24.47 1.58913 61.14
53 -19.983 5.24
54 ∞ 21.30
55 36.247 1.20 1.80000 29.84
56 14.700 3.82 1.58913 61.14
57 -17.353 0.84
58 ∞ 1.00 1.69534 36.44
59 ∞ 0.00 1001.00000 -3.45
60# -1853495.237 1.00 1.63387 23.38
61 ∞ 8.33
62 ∞ 3.00 1.76819 71.70
63 ∞ 10.50
瞳面 ∞

非球面データ
第３面
k=0.114
A4=-8.32004e-03,A6=1.91171e-04
第４面
k=-0.752
A4=-6.47508e-03,A6=-7.26821e-03
第８面
k=-0.698
A4=2.04648e-04,A6=-5.61088e-07

回折面データ
第２２面
k=0.000
A4=-1.22834e-08,A6=2.35471e-10
第６０面
k=0.000
A4=7.62271e-09,A6=-4.36666e-11

各種データ
ｆ 3.12
ＮＡ 0.12
２ω 87.98
ｆOB 3.07
ｆRL 711.85
ｆOC 23.39
各実施例における条件式（１）〜（９）の値を以下に掲げる。-（ハイフン）は該当する構成がないことを示す。
実施例１ 実施例２ 実施例３
(1)Gce/Drel 0.049 0.049 0.055
(2)βLA - - -
(3)νdLA - - -
(4)ndLB - - -
(5)νdLB - - -
(6)Dcd/Drel 0.107 0.120 0.125
(7)(OBH+IH)/Φdoe 0.804 0.804 0.804
(8)FLdoe/(Φdoe×100) 5.047 6.062 4.130
(9)FLce/Gce 6.542 9.210 5.710

実施例４ 実施例５ 実施例６
(1)Gce/Drel 0.042 0.075 0.057
(2)βLA - 0.71 0.71
(3)νdLA - 23.38 23.38
(4)ndLB - 1.43875 1.49700
(5)νdLB - 94.93 81.54
(6)Dcd/Drel 0.095 0.086 0.076
(7)(OBH+IH)/Φdoe - - -
(8)FLdoe/(Φdoe×100) - - -
(9)FLce/Gce 8.335 4.537 5.721
各実施例における要素値を以下に掲げる。
実施例１ 実施例２ 実施例３
Ｄrel 113.5 113.5 97.7
Ｄcd 12.2 13.6 12.2
ＦＬdoe 3709.2 4455.8 3035.7
ＦＬce 36.5 50.9 30.5
Ｇce 9.6 5.5 5.3

実施例４ 実施例５ 実施例６
Ｄrel 97.7 97.7 97.7
Ｄcd 9.3 8.4 7.4
ＦＬdoe - - -
ＦＬce 33.8 33.4 32.1
Ｇce 4.1 7.4 5.6
硬性鏡の実施例について説明する。図２３は、硬性鏡の概略構成図である。硬性鏡１は、対物光学系２と、像リレーユニット３と、接眼光学系４と、を有する。更に、硬性鏡１は、ライトガイド５と、照明装置光源６と、を有する。
像リレーユニット３は、第１のリレー光学系３ａと、第２のリレー光学系３ｂと、第３のリレー光学系３ｃと、を有する。３つのリレー光学系には、例えば、実施例１のリレー光学系が用いられている。
照明装置光源６からは、照明光が出射する。照明光は、ライトガイドを通過して、硬性鏡の先端から出射する。これにより、観察対象物Ｓに照明光が照射される。
対物光学系１によって、観察対象物Ｓの１次像Ｉｏが形成される。１次像Ｉｏは、第１のリレー光学系３ａでリレーされる。これにより、第１のリレー像Ｉ１が形成される。第１のリレー像Ｉ１は、第２のリレー光学系３ｂでリレーされる。これにより、第２のリレー像Ｉ２が形成される。第２のリレー像Ｉ２は、第３のリレー光学系３ｃでリレーされる。これにより、第３のリレー像Ｉ３が形成される。第３のリレー像Ｉ３は、接眼光学系ＯＣによって観察することができる。
第３のリレー像Ｉ３は、撮像素子で撮像することができる。図２４は、撮像装置の概略構成図であって、（ａ）は接眼光学系を介して撮像を行う構成を示し、（ｂ）は接眼光学系を介さずに撮像を行う構成を示している。
接眼光学系を介して撮像を行う構成では、撮像装置７は、結像レンズ８と、撮像素子９と、を有する。接眼光学系４と結像レンズ８とによって、撮像素子９の撮像面上に、第３のリレー像Ｉ３の像が形成される。この像を撮像素子９で撮像することで、観察対象物Ｓの画像を取得することができる。
接眼光学系を介さずに撮像を行う構成では、撮像装置７は、撮像素子９を有する。撮像素子９の撮像面上に、第３のリレー像Ｉ３が形成される。この像を撮像素子９で撮像することで、観察対象物Ｓの画像を取得することができる。
以上のように、本発明は、開口数が大きく、色収差が良好に補正されたリレー光学系及びそれを用いた硬性鏡用光学系、硬性鏡を提供するに適している。
ＣＬ１、ＣＬ２ 接合レンズ
ＤＯＥ 回折光学素子
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８ レンズ
Ｉｏ １次像
Ｉ１ 第１のリレー像
Ｉ２ 第２のリレー像
Ｉ３ 第３のリレー像
Ｓ 開口絞り
ＯＢＪ 対物光学系
ＯＣ 接眼光学系
ＲＬ１ 第１のリレー光学系
ＲＬ２ 第２のリレー光学系
ＲＬ３ 第３のリレー光学系
１ 硬性鏡
２ 対物光学系
３ 像リレーユニット
３ａ 第１のリレー光学系
３ｂ 第２のリレー光学系
３ｃ 第３のリレー光学系
４ 接眼光学系
５ ライトガイド
６ 照明装置光源
７ 撮像装置
８ 結像レンズ
９ 撮像素子

Claims (17)

  1. 最も物体側に配置された物体側レンズと、
    最も像側に配置された像側レンズと、
    正の屈折力を有する接合レンズと、を有し、
    前記物体側レンズは正の屈折力を有し、物体側に凸面を向けて配置され、
    前記像側レンズは正の屈折力を有し、像側に凸面を向けて配置され、
    複数の前記接合レンズは、前記物体側レンズと前記像側レンズとの間に配置され、
    以下の条件式（１）を満足することを特徴とするリレー光学系。
    ０．０４＜Ｇce／Ｄrel＜０．４ （１）
    ここで、
    Ｇceは、隣り合う前記接合レンズの間隔のうちで、最小となる間隔、
    Ｄrelは、前記リレー光学系の物体面から像面までの距離、
    である。
  2. 複数の前記接合レンズのうちの少なくとも１つの接合レンズは、３つのレンズを含み、
    前記３つのレンズの媒質は、各々異なり、
    前記３つのレンズのうちの１つは、第１のレンズであって、
    横軸をνｄＬＡ、及び縦軸をθｇＦＬＡとする直交座標系において、
    θｇＦＬＡ＝α×νｄＬＡ＋βＬＡ（但し、α＝−０．００１６３）で表される直線を設定したときに、
    以下の条件式（２）及び条件式（３）で定まる領域に、前記第１のレンズの媒質のθｇＦＬＡ及びνｄＬＡが含まれることを特徴とする請求項１に記載のリレー光学系。
    ０．６４＜βＬＡ （２）
    νｄＬＡ＜５０ （３）
    ここで、
    θｇＦＬＡは、前記第１のレンズの媒質の部分分散比（ｎｇＬＡ−ｎＦＬＡ）／（ｎＦＬＡ−ｎＣＬＡ）、
    νｄＬＡは、前記第１のレンズの媒質のアッベ数（ｎｄＬＡ−１）／（ｎＦＬＡ−ｎＣＬＡ）、
    ｎｄＬＡ、ｎＣＬＡ、ｎＦＬＡ、ｎｇＬＡは、各々、ｄ線、Ｃ線、Ｆ線、ｇ線における前記第１のレンズの媒質の屈折率、
    である。
  3. 前記第１のレンズを含む接合レンズは、第２のレンズと、非球面と、を有し、
    以下の条件式（４）、（５）を満足することを特徴とする請求項２に記載のリレー光学系。
    １．４≦ｎｄＬＢ≦１．６ （４）
    ７０≦νｄＬＢ≦１００ （５）
    ここで、
    ｎｄＬＢ、ｎＣＬＢ、ｎＦＬＢは、各々、ｄ線、Ｃ線、Ｆ線における前記第２のレンズの媒質の屈折率、
    νｄＬＢは、前記第２のレンズの媒質のアッベ数（ｎｄＬＢ−１）／（ｎＦＬＢ−ｎＣＬＢ）、
    である。
  4. 複数の前記接合レンズのうちの少なくとも１つの接合レンズは、２つのレンズを含み、
    前記２つのレンズの媒質は、各々異なり、
    前記２つのレンズのうちの１つは、第２のレンズであって、
    前記第２レンズを含む接合レンズは、非球面を有し、
    以下の条件式（４）、（５）を満足することを特徴とする請求項１に記載のリレー光学系。
    １．４≦ｎｄＬＢ≦１．６ （４）
    ７０≦νｄＬＢ≦１００ （５）
    ここで、
    ｎｄＬＢ、ｎＣＬＢ、ｎＦＬＢは、各々、ｄ線、Ｃ線、Ｆ線における前記第２のレンズの媒質の屈折率、
    νｄＬＢは、前記第２のレンズの媒質のアッベ数（ｎｄＬＢ−１）／（ｎＦＬＢ−ｎＣＬＢ）、
    である。
  5. 前記物体側レンズと前記像側レンズとの間に、回折光学素子が配置されていることを特徴とする請求項１に記載リレー光学系。
  6. 以下の条件式（６）を満足することを特徴とする請求項５に記載のリレー光学系。
    ０．０５＜Ｄcd／Ｄrel＜０．３０ （６）
    ここで、
    Ｄcdは、接合面から前記回折光学素子の回折面までの距離、
    Ｄrelは、前記リレー光学系の物体面から像面までの距離、
    前記接合面は、前記回折光学素子の最も近くに位置する前記接合レンズの接合面、
    である。
  7. 以下の条件式（７）を満足することを特徴とする請求項５又は６に記載のリレー光学系。
    ０．２＜（ＯＢＨ＋ＩＨ）／Φdoe＜１．２ （７）
    ここで、
    Φdoeは、前記回折光学素子における光線有効径、
    ＯＢＨは、最大物体高、
    ＩＨは、最大像高、
    である。
  8. 以下の条件式（８）を満足することを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載のリレー光学系。
    ０．３＜ＦＬdoe／（Φdoe×１００）＜１５ （８）
    ここで、
    ＦＬdoeは、前記回折光学素子の焦点距離、
    Φdoeは、前記回折光学素子における光線有効径、
    である。
  9. 複数の前記接合レンズは、物体側光路と像側光路とで形成されるリレー光学系の光路上に配置され、
    前記物体側光路において最も像側に位置するレンズ面は、像側に凸の面であり、
    前記像側光路において最も物体側に位置するレンズ面は、物体側に凸の面であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のリレー光学系。
  10. 以下の条件式（９）を満足することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のリレー光学系。
    １＜ＦＬce／Ｇce＜２０ （９）
    ここで、
    ＦＬceは、隣り合う前記接合レンズの焦点距離の平均値、
    Ｇceは、隣り合う前記接合レンズの間隔のうちで、最小となる間隔、
    である。
  11. 複数のリレー光学系を有し、
    前記複数のリレー光学系の少なくとも１つが、請求項１から１０のいずれか一項に記載のリレー光学系であることを特徴とする像リレーユニット。
  12. 所定のリレー光学系と、
    レンズからなるリレー光学系と、を有し、
    前記レンズからなるリレー光学系の数は、前記所定のリレー光学系の数よりも多く、
    前記所定のリレー光学系が、請求項５から８のいずれか一項に記載のリレー光学系であり、
    以下の条件式（１０）を満足することを特徴とする像リレーユニット。
    ０．０５＜ＮＡI×ＦＬdoe／Ｄreall＜１．５ （１０）
    ここで、
    ＮＡIは、前記リレー光学系の像側開口数、
    ＦＬdoeは、前記回折光学素子の焦点距離、
    Ｄreallは、前記像リレーユニットの物体面から像面までの距離、
    である。
  13. 対物光学系と、
    前記対物光学系の像側に配置された像リレーユニットと、を有し、
    前記像リレーユニットが、請求項１１又は１２に記載の像リレーユニットであることを特徴とする硬性鏡用光学系。
  14. 前記像リレーユニットの像側に配置された接眼光学系を有することを特徴とする請求項１３に記載の硬性鏡用光学系。
  15. 請求項１３に記載の硬性鏡用光学系と、
    前記像リレーユニットにより形成された像を撮像する撮像素子と、を備えることを特徴とする硬性鏡。
  16. 請求項１４に記載の硬性鏡用光学系と、
    観察対象物を照明するための照明装置と、を有することを特徴とする硬性鏡。
  17. 観察対象物を照明するための照明装置を有することを特徴とする請求項１５に記載の硬性鏡。
JP2018523156A 2016-06-17 2016-06-17 明るいリレー光学系及びそれを用いた硬性鏡用光学系、硬性鏡 Pending JPWO2017216969A1 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2016/068167 WO2017216969A1 (ja) 2016-06-17 2016-06-17 明るいリレー光学系及びそれを用いた硬性鏡用光学系、硬性鏡

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPWO2017216969A1 true JPWO2017216969A1 (ja) 2019-04-04

Family

ID=60664271

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018523156A Pending JPWO2017216969A1 (ja) 2016-06-17 2016-06-17 明るいリレー光学系及びそれを用いた硬性鏡用光学系、硬性鏡

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11067788B2 (ja)
JP (1) JPWO2017216969A1 (ja)
WO (1) WO2017216969A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110850580A (zh) * 2019-11-29 2020-02-28 重庆西山科技股份有限公司 内窥镜光学系统

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016115738A1 (de) * 2016-08-24 2018-03-01 Karl Storz Gmbh & Co. Kg Endoskop und Relaislinsensystem zur Übertragung eines Bilds
WO2019127245A1 (zh) * 2017-12-28 2019-07-04 北京凡星光电医疗设备股份有限公司 一种内窥镜系统及内窥镜摄像机光学系统一体化设计方法
CN112334811A (zh) 2018-06-15 2021-02-05 奥林巴斯株式会社 物镜光学系统及使用了该物镜光学系统的硬性镜用光学系统、硬性镜

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0762736B2 (ja) * 1984-09-25 1995-07-05 オリンパス光学工業株式会社 像伝達光学系
US5142410A (en) * 1989-04-14 1992-08-25 Olympus Optical Co., Ltd. Image relaying optical system
US5093719A (en) * 1989-10-23 1992-03-03 Manx Optical Corporation Endoscopic gradient index optical systems
JPH075377A (ja) * 1993-06-17 1995-01-10 Olympus Optical Co Ltd 変倍光学系およびこれを持った内視鏡システム
US5684629A (en) * 1993-10-05 1997-11-04 Monadnock Optics, Inc. Optical system for endoscope
US5554100A (en) * 1994-03-24 1996-09-10 United States Surgical Corporation Arthroscope with shim for angularly orienting illumination fibers
US5861987A (en) 1994-08-30 1999-01-19 Olympus Optical Co., Ltd. Stereoscopic-vision endoscope offering a large angle of introversion and a necessary and sufficient sense of three-dimensionality
JPH08122666A (ja) * 1994-08-30 1996-05-17 Olympus Optical Co Ltd 立体視内視鏡
DE19910050C2 (de) * 1999-03-08 2003-08-14 Storz Karl Gmbh & Co Kg Bildübertragungssystem für Endoskope und dgl. Sehrohre sowie Verfahren zur Herstellung eines Bildübertragungssystems
US6490085B1 (en) * 2001-02-21 2002-12-03 Richard Wolf Gmbh Symmetric anastigmatic endoscope relay system
JP4470142B2 (ja) 2003-02-25 2010-06-02 株式会社ニコン リレー光学系
JP2007522507A (ja) * 2004-02-13 2007-08-09 オリンパス ビンテル ウント イーベーエー ゲーエムベーハー 内視鏡リレーレンズ
JP5307952B2 (ja) 2011-08-08 2013-10-02 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 硬性鏡用光学系および硬性内視鏡

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110850580A (zh) * 2019-11-29 2020-02-28 重庆西山科技股份有限公司 内窥镜光学系统
CN110850580B (zh) * 2019-11-29 2021-07-06 重庆西山科技股份有限公司 内窥镜光学系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20190121117A1 (en) 2019-04-25
US11067788B2 (en) 2021-07-20
WO2017216969A1 (ja) 2017-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6994668B2 (en) Four-group endoscope objective lens
US7253972B2 (en) Telephoto lens system
JP6197147B1 (ja) 対物光学系
JPWO2014088104A1 (ja) 対物レンズ及びそれを備えた観察装置
US11079588B2 (en) Relay optical system, and optical system for rigid endoscope and rigid endoscope using the same
US8582217B2 (en) Optical system for endoscope
JP2017068164A (ja) 広角光学系及びそれを備えた撮像装置
WO2016067838A1 (ja) 内視鏡用対物光学系
US9939627B2 (en) Objective optical system for endoscope
US11067788B2 (en) Bright relay optical system, and optical system for rigid endoscope and rigid endoscope using the same
US11751754B2 (en) Objective optical system, image pickup apparatus, endoscope and endoscope system
JPWO2014103200A1 (ja) 撮像レンズおよびこれを備えた撮像装置
WO2013118470A1 (ja) 撮像レンズおよびこれを用いた撮像装置
US20210096324A1 (en) Objective optical system, image pickup apparatus, endoscope and endoscope system
JP5624909B2 (ja) 顕微鏡用対物レンズ及びそれを備えた顕微鏡装置
JP2009251432A (ja) 内視鏡用対物光学系
US9069182B2 (en) Tube lens, imaging optical system and microscope
JP6230518B2 (ja) 内視鏡対物光学系
JP2007304312A (ja) 色消しレンズ系
JPWO2009093582A1 (ja) 望遠鏡光学系
US8717672B2 (en) Variable-focus optical system
WO2017221334A1 (ja) 顕微鏡用結像光学系およびライトフィールド顕微鏡装置
WO2016114082A1 (ja) 対物レンズ及びそれを備えた撮像装置
US11520135B2 (en) Objective optical system, and optical system for rigid endoscope and rigid endoscope using the same
JP2005010197A (ja) 画像読取用レンズおよび画像読取装置