JPWO2017217291A1

JPWO2017217291A1 - リレー光学系及びそれを用いた硬性鏡用光学系、硬性鏡

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Publication number: JPWO2017217291A1
Application number: JP2018523684A
Authority: JP
Inventors: 天内　隆裕; 隆裕天内
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2016-06-17
Filing date: 2017-06-07
Publication date: 2019-04-04
Also published as: US11079588B2; WO2017216970A1; WO2017217291A1; US20190121116A1

Abstract

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。リレー光学系は、正屈折力の第１のレンズと、正屈折力の第２のレンズと、負屈折力の第３のレンズと、が接合された接合レンズを有し、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、第１のレンズは、第３のレンズに隣接したメニスカスレンズであり、分散と部分分散比が、第１のレンズと第３のレンズとで異なり、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（１）及び条件式（２）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、以下の条件式（３）を満足する。０．６７≦βＬＡ（１）νｄＬＡ＜５０（２）−１．４＜ｍｇ＜−０．６（３）

Description

本発明は、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、リレー光学系が開示されている。リレー光学系は、２つのロッドレンズと、アクロマートとを有する。アクロマートは、２つのロッドレンズの間に配置されている。特許文献１のリレー光学系では、アクロマートにＥＤガラスを使用することで、色収差の発生を抑制している。

特表２０１５-５０８５１１号公報

硬性鏡用光学系には、リレー光学系が複数配置されている。この場合、硬性鏡用光学系の大部分は、リレー光学系によって占められることになる。そのため、リレー光学系の結像性能は、硬性鏡用光学系の結像性能に対して非常に大きな影響を及ぼす。

このようなことから、リレー光学系では、諸収差が良好に補正されていることが重要になる。高解像度での物体の観察や、高画質での物体の画像の取得を実現するためには、色収差が良好に補正されていることが好ましい。

特許文献１のリレー光学系では、アクロマートにＥＤガラスを使用することで、色収差の発生を抑制している。しかしながら、色収差の発生が十分に抑制されているとは言い難い。そのため、特許文献１のリレー光学系を複数用いて像のリレーを行った場合、より高解像度で物体を観察することや、より高画質で物体の画像を取得することは難しい。

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、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、
正の屈折力を有する第１のレンズと、正の屈折力を有する第２のレンズと、負の屈折力を有する第３のレンズと、が接合された接合レンズを有し、
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、
第１のレンズは、第３のレンズに隣接したメニスカスレンズであり、
分散と部分分散比が、第１のレンズと第３のレンズとで異なり、
横軸をνｄ_ＬＡ、及び縦軸をθｇＦ_ＬＡとする直交座標系において、
θｇＦ_ＬＡ＝α×νｄ_ＬＡ＋β_ＬＡ（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（１）及び条件式（２）で定まる領域に、第１のレンズの媒質のθｇＦ_ＬＡ及びνｄ_ＬＡが含まれ、
以下の条件式（３）を満足することを特徴とする。
０．６７≦β_ＬＡ（１）
νｄ_ＬＡ＜５０（２）
−１．４＜ｍｇ＜−０．６（３）
ここで、
θｇＦ_ＬＡは、第１のレンズの媒質の部分分散比（ｎｇ_ＬＡ−ｎＦ_ＬＡ）／（ｎＦ_ＬＡ−ｎＣ_ＬＡ）、
νｄ_ＬＡは、第１のレンズの媒質のアッベ数（ｎｄ_ＬＡ−１）／（ｎＦ_ＬＡ−ｎＣ_ＬＡ）、
ｎｄ_ＬＡ、ｎＣ_ＬＡ、ｎＦ_ＬＡ、ｎｇ_ＬＡ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、
ｍｇは、リレー光学系の倍率、
物体側光路は、リレー光学系の中央よりも物体側に位置する光路、
像側光路は、リレー光学系の中央よりも像側に位置する光路、
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、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７のリレー光学系のレンズ断面図である。実施例７のリレー光学系の収差図である。実施例８のリレー光学系のレンズ断面図である。実施例８のリレー光学系の収差図である。実施例９のリレー光学系のレンズ断面図である。実施例９のリレー光学系の収差図である。硬性鏡用光学系の実施例のレンズ断面図である。硬性鏡用光学系の実施例の収差図である。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、正の屈折力を有する第１のレンズと、正の屈折力を有する第２のレンズと、負の屈折力を有する第３のレンズと、が接合された接合レンズを有し、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、第１のレンズは、第３のレンズに隣接したメニスカスレンズであり、分散と部分分散比が、第１のレンズと第３のレンズとで異なり、横軸をνｄ_ＬＡ、及び縦軸をθｇＦ_ＬＡとする直交座標系において、θｇＦ_ＬＡ＝α×νｄ_ＬＡ＋β_ＬＡ（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（１）及び条件式（２）で定まる領域に、第１のレンズの媒質のθｇＦ_ＬＡ及びνｄ_ＬＡが含まれ、以下の条件式（３）を満足することを特徴とする。
０．６７≦β_ＬＡ（１）
νｄ_ＬＡ＜５０（２）
−１．４＜ｍｇ＜−０．６（３）
ここで、
θｇＦ_ＬＡは、第１のレンズの媒質の部分分散比（ｎｇ_ＬＡ−ｎＦ_ＬＡ）／（ｎＦ_ＬＡ−ｎＣ_ＬＡ）、
νｄ_ＬＡは、第１のレンズの媒質のアッベ数（ｎｄ_ＬＡ−１）／（ｎＦ_ＬＡ−ｎＣ_ＬＡ）、
ｎｄ_ＬＡ、ｎＣ_ＬＡ、ｎＦ_ＬＡ、ｎｇ_ＬＡ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、
ｍｇは、リレー光学系の倍率、
物体側光路は、リレー光学系の中央よりも物体側に位置する光路、
像側光路は、リレー光学系の中央よりも像側に位置する光路、
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。これらの収差のなかで、特に、色収差を良好に補正することが好ましい。

軸上色収差は、各色での焦点距離の違い（焦点のズレ）を表したものである。軸上色収差は軸上の収差であるが、軸外の結像性能にも影響を及ぼす。軸上色収差が大きく発生していると、軸上から最大像高までの各像高において、結像性能が劣化する。

上述のように、本実施形態のリレー光学系は、第１のレンズと、第２のレンズと、第３のレンズと、が接合された接合レンズを有する。接合レンズは、リレー光学系の光路上に配置されている。

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。接合レンズは、各々、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。

第１のレンズは、第３のレンズと隣接するメニスカスレンズである。また、分散と部分分散比は、各々、第１のレンズと第３のレンズとで異なる。このように、第３のレンズの媒質は、第１のレンズの媒質と異なる分散と部分分散比を有する。よって、第１のレンズと第３のレンズとで、色収差を良好に補正することができる。

本実施形態のリレー光学系では、条件式（１）及び条件式（２）で定まる領域に、第１のレンズの媒質のθｇＦ_ＬＡ及びνｄ_ＬＡ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（以下、「異常分散性を有するレンズ」という）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（１）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（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一次の色収差を適切に補正することができる。

また、異常分散性を有するレンズを用いることで、高次の色収差や倍率色収差を良好に補正できる。高次の色収差としては、例えば、球面収差における波長間隔差や、コマ収差における波長間隔差がある。ここで言う波長間隔差とは、２つの波長における収差量の差を指す。波長が複数の場合、波長間隔差は、任意の２つの波長における収差量の差になる。

光学系に入射する前の光線が同一の光線であっても、光学系を通過した後では、分散によって光線は波長ごとに分離する。そのため、複数の光線が像面に到達する。光線と像面との交点の座標は、各波長で異なる。ある波長の光線の座標を基準にすると、基準となる座標と他の波長の光線の交点の座標との間にズレが生じる。波長間隔差は、そのズレ量に相当する。

高次の色収差や倍率色収差は、光学系の対称性を良くすることで、より良好に補正できる。よって、異常分散性を有するレンズを用いる場合は、光学系の対称性を良くすることが好ましい。光学系の対称性を良くするには、例えば、光学系の中央に仮想面を設定したときに、レンズの配列、レンズの形状或いは屈折力等が、物体側と像側とで対称になっていれば良い。

また、効率的に像のリレーを行うためには、物体側の開口数と像側の開口数を近い値にすることが望ましい。

条件式（３）の上限値を上回らないようにすることで、結像倍率が大きくなりすぎないようにすることができる。その結果、軸上色収差の発生、コマ収差の発生及び倍率の色収差の発生を抑制することができる。光学系の対称性を良くすることができる場合は、特に、コマ収差の発生や倍率の色収差の発生を、より抑制することができる。

条件式（３）の下限値を下回らないようにすることで、物体側の開口数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、コマ収差の発生や倍率の色収差の発生を抑制することができる。光学系の対称性を良くすることができる場合は、特に、コマ収差の発生や倍率の色収差の発生を、より抑制することができる。

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。
０．７１≦β_ＬＡ＜０．９（１’）
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。
３＜νｄ_ＬＡ＜５０（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。
−１．２＜ｍｇ＜−０．８（３’）

条件式（１’）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（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３のレンズの媒質として、異常分散性を有していない媒質を用いても良い。

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。一方、第３のレンズの媒質は、第１のレンズと異なる分散と部分分散比を有する。そこで、例えば、第３のレンズの媒質として、異常分散性を有していない媒質、すなわち、通常分散の媒質を用いる。

通常分散の媒質とは、例えば、横軸をνｄ_Ｌ、及び縦軸をθｇＦ_Ｌとする直交座標系において、θｇＦ_Ｌ＝α×νｄ_Ｌ＋β_Ｌ（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（Ａ）で定まる領域にレンズの媒質のθｇＦ_Ｌが含まれないような媒質である。
０．６７≦β_Ｌ（Ａ）
ここで、
νｄ_Ｌは、レンズの媒質のアッベ数（ｎｄ_Ｌ−１）／（ｎＦ_Ｌ−ｎＣ_Ｌ）、
ｎｄ_Ｌ、ｎＣ_Ｌ、ｎＦ_Ｌは、各々、ｄ線、Ｃ線、Ｆ線におけるレンズの媒質の屈折率、
である。

この場合、第３のレンズを第１のレンズと隣接させると、異常分散性を有する媒質と通常分散の媒質とが組み合わさった１つのレンズ（以下、「複合レンズ」という）が形成される。複合レンズは２つの媒質を有する。２つの媒質を１つの媒質と見なすと、複合レンズの媒質は、仮想的には異常分散性を有している。よって、複合レンズと第２のレンズとで、色収差を良好に補正することができる。

また、色収差を良好に補正するためには、２つのレンズの媒質におけるアッベ数の差を大きくすると共に、部分分散比の差を小さくすれば良い。複合レンズにすると、好ましいアッベ数差や、好ましい部分分散比を実現するための自由度が増える。そのため、軸上色収差における一次の色収差の低減と、軸上色収差における二次スペクトルの低減を理想的に行うことができる。

このように、本実施形態のリレー光学系では、異常分散性を有する第１のレンズと、第１のレンズとは異なる分散と部分分散比を有する第３のレンズと、で複合レンズを構成すると共に、複合レンズと第２のレンズとを組み合わせることで、色収差を良好に補正している。

光学系の組み立てでは、レンズを保持枠に格納していく。一般的に、設計では光学系の色収差が良好に補正されていても、製造誤差によりレンズが偏心すると、光学系を最初に組み上げた状態では、色収差が良好に補正された状態にならないことがある。特に、高次の色収差や倍率色収差は、レンズの偏心によって大きくなる。

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ので、第２のレンズや第３のレンズと組み合わせることで、色収差を良好に補正することができる。このとき、第１のレンズ、第２のレンズ及び第３のレンズの各々が離れて配置されていると、これらのレンズ間で偏心が生じやすい。

これを防ぐため、製造プロセスの中で偏心調整等を行い、収差補正状態が適正に保たれるようにしている。第１のレンズと第２のレンズが離れて配置されていると、偏心調整等における調整作業が煩雑になる。第１のレンズと第３のレンズが離れて配置されている場合や、第２のレンズと第３のレンズが離れて配置されている場合も同様である。

これに対して、第１のレンズ、第２のレンズ及び第３のレンズを接合することで、これらのレンズ間で偏心が生じにくくなる。その結果、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、高次の色収差の補正や倍率色収差の補正を良好に行うことができる。

特に、第２のレンズの部分分散比や第３のレンズの部分分散比を、第１のレンズの部分分散比と異ならせることが好ましい。このようにすることで、高次の色収差の補正や倍率色収差の補正を、より良好に行うことができる。

ただし、これらのレンズ間で偏心が生じると、良好な補正効果を得ることが困難になる。第１のレンズ、第２のレンズ及び第３のレンズを接合することで、これらのレンズ間での偏心を小さくすることができる。その結果、高次の色収差の補正や倍率色収差の補正を、より良好に行うことができる。

接合では、接合材でレンズを固定する方法、接合材を使わずにレンズを直接接触させて固定する方法（オプティカルコンタクト）、或いは、樹脂を硬化させてレンズを固定する方法を用いれば良い。樹脂を硬化させて２つのレンズを固定する方法については後述する。

接合するレンズの組み合わせは、ガラスレンズのみ、ガラスレンズと樹脂レンズ、樹脂レンズのみ、のいずれでも良い。

接合するレンズの一方が、厚みが薄い樹脂レンズの場合がある。この場合、後述の樹脂を硬化させる方法を用いて、薄い樹脂レンズともう一方のレンズを固定することができる。この方法では、２つのレンズの間に接合剤を介在させなくても良い。２つのレンズの間に接合剤を介在させて、薄い樹脂レンズともう一方のレンズを固定するようにしても良い。

本実施形態のリレー光学系では、第２のレンズと第３のレンズとの間に、第１のレンズが位置していることが好ましい。また、本実施形態のリレー光学系では、第２のレンズと第１のレンズとの間に、第３のレンズが位置していることが好ましい。

リレー光学系では、各レンズ面において、光線の屈折角が大きく変化する。すなわち、リレー光学系内では、光の進行方向が大きく変化する。そのため、収差が発生しやすい。収差の発生を抑えるには、リレー光学系内で、光線の屈折が徐々に行われるようにすることが望ましい。

第３のレンズは負の屈折力を有する。この場合、第３のレンズでは発散作用が生じるので、光線の屈折角が大きく変化しやすい。そこで、第３のレンズがリレー光学系の中央に位置するように、接合レンズを構成する。このようにすることで、接合レンズを通過する光線が、徐々に屈折される。その結果、接合レンズでの収差の発生を抑制することができる。

具体的には、接合レンズを、物体側から順に、第２のレンズと、第１のレンズと、第３のレンズと、で構成するか、又は、第２のレンズと、第３のレンズと、第１のレンズと、で構成する。このようにすることで、接合レンズを通過する光線が徐々に屈折される。その結果、接合レンズでの収差の発生を抑制することができる。

このとき、第２のレンズを両凸形状のレンズとし、第１のレンズを物体側に凹面を向けたメニスカスレンズとし、第３のレンズを物体側に凹面を向けたメニスカスレンズにすることができる。

接合レンズを、物体側光路と像側光路に、それぞれ配置する場合、物体側光路の接合レンズが、上述の構成になるようにする。

本実施形態のリレー光学系では、第１のレンズは、樹脂レンズであることが好ましい。

このようにすることで、２つのレンズ間で生じる偏心を小さくすることができる。また、更に、レンズを薄くすることができる。

第１のレンズが樹脂レンズの場合、樹脂を硬化させて２つのレンズを固定する方法を用いることができる。この方法では、第１のレンズは、別のレンズの表面に密着硬化される。以下では、第１のレンズと第２のレンズを用いて説明する。

密着硬化では、紫外線硬化型樹脂のような液状の樹脂を用いれば良い。第１のレンズのレンズ材料としては、例えば、紫外線硬化型樹脂がある。この紫外線硬化型樹脂を、第２のレンズの屈折面に所望量吐出する。これにより、紫外線硬化型樹脂が第２のレンズの屈折面と接触した状態になる。紫外線硬化型樹脂の表面のうち、第２のレンズの屈折面と接触している面が、第１のレンズの一方の屈折面になる。

紫外線硬化型樹脂を挟んで第２のレンズと対向する位置に、金型を配置する。この金型を、紫外線硬化型樹脂に押し付ける。紫外線硬化型樹脂は、金型と第２のレンズとで挟まれた状態になる。この状態で、第２のレンズ側から紫外線を照射する。これにより、紫外線硬化型樹脂が硬化する。

金型は成形面を有する。成形面は、紫外線硬化型樹脂と接触する面である。成形面の形状は、第１のレンズの他方の屈折面の形状と同じである。紫外線硬化型樹脂の表面のうち、成形面と接触している面が、第１のレンズの他方の屈折面になる。

このように、密着硬化では、第２のレンズの屈折面によって第１のレンズの一方の屈折面が形成され、金型の成形面によって第１のレンズの他方の屈折面が形成される。

第１のレンズの材料は、紫外線硬化型樹脂に限られない。硬化の方法も、紫外線の照射に限られない。

このように密着硬化を行うことで、面形状誤差および偏心誤差を少なくすることができる。更に、レンズを薄くすることができる。

本実施形態のリレー光学系は、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
０＜｜（Ｒ1−Ｒ2）／（Ｒ1＋Ｒ2）｜＜３（４）
ここで、
Ｒ1は、第１のレンズの物体側の曲率半径、
Ｒ2は、第１のレンズの像側の曲率半径、
である。

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、短波長の光に対する屈折力を適切にすることで、軸上色収差を良好に補正することができる。そのためには、第１のレンズにおける曲率半径を最適にすることが重要である。

条件式（４）の上限値を上回らないようにすることで、第１のレンズの屈折力が大きくなりすぎないようにすることができる。その結果、短波長側における色収差が補正過剰にならないようにすることができる。

条件式（４）の下限値を下回らないようにすることで、第１のレンズの屈折力を適切に確保することができる。その結果、短波長側における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（４）に代えて、以下の条件式（４’）を満足することが好ましい。
０＜｜（Ｒ1−Ｒ2）／（Ｒ1＋Ｒ2）｜＜２（４’）
条件式（４）に代えて、以下の条件式（４”）を満足することが、より好ましい。
０＜｜（Ｒ1−Ｒ2）／（Ｒ1＋Ｒ2）｜＜０．６（４”）

本実施形態のリレー光学系は、以下の条件式（５）、（６）を満足することが好ましい。
１．４＜ｎｄ_ＬＢ＜１．６（５）
５０＜νｄ_ＬＢ＜１００（６）
ここで、
ｎｄ_ＬＢは、ｄ線における第２のレンズの媒質の屈折率、
νｄ_ＬＢは、第２のレンズの媒質のアッベ数（ｎｄ_ＬＢ−１）／（ｎＦ_ＬＢ−ｎＣ_ＬＢ）、
ｎｄ_ＬＢ、ｎＣ_ＬＢ、ｎＦ_ＬＢ、ｎｇ_ＬＢは、各々、ｄ線、Ｃ線、Ｆ線、ｇ線における第２のレンズの媒質の屈折率、
である。

このようにすることで、第２のレンズ自体で発生する色収差を抑えることができる。そのため、第１のレンズや第３のレンズとの組み合わせによって、より良好に色収差の補正を行うことができる。

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。
１．４＜ｎｄ_ＬＢ＜１．５５（５’）

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。
６０＜νｄ_ＬＢ＜１００（６’）

本実施形態のリレー光学系では、物体側光路と像側光路の少なくとも一方に、接合レンズ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、リレー光学系の光路上に、接合レンズが、少なくとも１つ配置される。上述のように、接合レンズを用いることで、色収差を良好に補正することができる。よって、色収差が少ないリレー光学系を実現できる。

本実施形態のリレー光学系では、物体側光路と像側光路の各々に、接合レンズ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、リレー光学系の光路上に、接合レンズが、複数配置される。上述のように、接合レンズを用いることで、色収差を良好に補正することができる。よって、色収差が更に少ないリレー光学系を実現できる。

また、接合レンズの数が１つの場合、必要な屈折力を３つのレンズで負担することになる。これに対して、接合レンズの数が複数の場合、必要な屈折力を６つ以上のレンズに分散できる。

必要な屈折力を６つ以上のレンズに分散できると、各レンズにおける収差の発生を更に抑制できる。その結果、リレー光学系における色収差の発生量を更に低減させることができる。

また、所定の偏心量に対する収差の発生量を小さくできる。製造誤差によって偏心が生じても、偏心調整等における調整作業が容易にできる。よって、製造プロセスを簡略化しつつ、結像性能の劣化を抑制できる。

接合レンズは、物体側光路と像側光路の両方に配置されている。よって、接合レンズを、物体側光路と像側光路とで対称となるように配置することができる。このようにすることで、色収差に加えて、コマ収差及び歪曲収差が良好に補正されたリレー光学系を実現できる。

物体側光路に配置される接合レンズの数は１つに限られない。像側光路についても同様である。また、接合レンズ数は、物体側光路と像側光路とで同じでも、異なっていても良い。

例えば、硬性鏡用光学系では、リレー光学系が複数用いられる。硬性鏡の全長、すなわち、硬性鏡用光学系の全長は、使用対象や使用方法に適した長さに設定されている。硬性鏡用光学系の全長は、リレー光学系の数とリレー光学系の全長とで、ほぼ決まる。リレー光学系の数を調整して所望の全長を実現する場合、リレー光学系の全長が短い方が、全長を細かく調整できる。よって、リレー光学系の全長は短い方が好ましい。

このようなことから、本実施形態のリレー光学系では、リレー光学系の光路に配置する接合レンズの数は、１つ、又は、２つであることが好ましい。

このようにすることで、全長が短く、色収差が良好に補正されたリレー光学系を実現することができる。その結果、所望の全長を持つ硬性鏡用光学系を、容易に実現できる。

本実施形態のリレー光学系は、非球面を少なくとも１つ含むことが好ましい。

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。

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。

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。

本実施形態のリレー光学系は、物体側光路に配置された物体側レンズと、像側光路に配置された像側レンズと、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、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ていることが好ましい。

上述のように、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。そのためには、リレー像の周辺における光量損失を抑制することが重要になる。また、リレー光学系での収差の発生を抑制することが重要になる。

本実施形態のリレー光学系は、物体側光路に配置された物体側レンズと、像側光路に配置された像側レンズと、を有する。そして、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ている。そのため、物体側レンズは最も物体側に位置し、像側レンズは最も像側に位置する。

ここで、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ている。そのため、リレー光学系を、物体側にテレセントリックな光学系にすることができる。また、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ている。そのため、リレー光学系を、像側にテレセントリックな光学系にすることができる。

このように、本実施形態のリレー光学系では、物体側と像側の両側で、テレセントリック性を良好に保つことができる。そのため、リレー像の周辺における光量損失を抑制することができる。その結果、１次像を劣化させることなくリレーすることができる。

また、このような構成を備えることで、物体側レンズと像側レンズとの間に配置された接合レンズを、主に色収差を補正するために使用することができる。その結果、色収差の補正より良好に行うことができる。

上述のように、本実施形態のリレー光学系では、物体側と像側の両側で、テレセントリックな光学系になっているので、物体側と像側の両側で、主光線が光軸と平行になる。この状態で、接合レンズを通過する光線が光軸に平行な状態から大きく逸脱することなく徐々に屈折されるようにレンズの面形状、厚さ等を定めることにより、接合レンズでの収差の発生を抑制することができ、リレー光学系での収差の発生を抑制することができる。その結果、１次像を劣化させることなくリレーすることができる。

本実施形態のリレー光学系では、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。

リレー光学系では、リレー光学系の中央近傍で光線高が高くなる。そのため、１次像位置から離れた位置に配置されたレンズや、リレー像位置から離れた位置に配置されたレンズでは、球面収差やコマ収差が発生しやすくなる。そこで、上述のようにすると、レンズの中央において、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では、接合レンズは、リレー光学系の中央付近に対称に配置されることが好ましい。

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。

物体側光路において最も像側に位置するレンズと、像側光路において最も物体側に位置するレンズは、第１のレンズであることが好ましい。或いは、第１のレンズに代えて、第３のレンズを位置させても良い。

本実施形態のリレー光学系は、接合レンズを有し、接合レンズは、第１のレンズを少なくとも含み、以下の条件式（７）を満足することが好ましい。
０．２＜（ＯＢＨ＋ＩＨ）／Φce＜１．８（７）
ここで、
Φceは、接合レンズ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。その結果、リレー光学系の中央に位置するレンズ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第１のレンズ、すなわち、異常分散性を有するレンズが配置されている。異常分散性を有するレンズへの入射角が大きくなると、像高が高くなるにつれて、光軸方向の色収差の補正を十分に行うことが困難になる。

そこで、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、接合レンズ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、像高の高いリレー光学系にしても、光軸方向の色収差が補正不足にならないようにできる。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）／Φce＜１．５（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）／Φce＜１．２（７”）

本実施形態のリレー光学系は、以下の条件式（８）、（９）を満足することが好ましい。
０．０５＜ＮＡ＜０．３（８）
５０ｍｍ＜｜ＦＬ｜（９）
ここで、
ＮＡは、リレー光学系の開口数、
ＦＬは、リレー光学系の焦点距離、
である。

条件式（８）、（９）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た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が好ましい。

このようにすることで、色収差が良好に補正された光学像を観察することができる。

本実施形態の硬性鏡は、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、色収差の少な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が好ましい。

このようにすることで、色収差の少ない光学像の観察や、色収差の少ない画像の取得を行うことができる。

以下に、リレー光学系、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、図１３、図１５及び図１７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、図１４、図１６及び図１８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、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。第３のレンズは、負メニスカスレンズＬ４と負メニスカスレンズＬ５である。

実施例１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、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２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。

実施例２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２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。

実施例３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、正の屈折力を有する接合レンズＣＬ２と、両凸正レンズ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負メニスカスレンズＬ３と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、からなる。

接合レンズＣＬ２は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ５と、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。

第１のレンズは、正メニスカスレンズＬ４と正メニスカスレンズＬ５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。第３のレンズは、負メニスカスレンズＬ３と負メニスカスレンズＬ６である。

実施例３のリレー光学系では、開口絞りＳに対して、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、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３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Ｌ４の像側面と、正メニスカスレンズＬ５の物体側面と、の合計２面に設けられている。

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。

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４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。

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、平凸正レンズＬ５と、からなる。開口絞りＳは、接合レンズＣＬ１の内部に位置している。ただし、物理的に光束を制限する部材が配置されているわけではない。

第１のレンズは、正メニスカスレンズＬ３である。第２のレンズは、両凸正レンズＬ２である。第３のレンズは、負メニスカスレンズＬ４である。

非球面は、正メニスカスレンズＬ３の像側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、両凸正レンズ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、両凸正レンズ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。

実施例６のリレー光学系では、開口絞りＳに対して、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、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６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。

実施例７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Ｌ７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ＣＬ２は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５と、両凸正レンズＬ６と、からなる。

実施例８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。

実施例８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８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。

実施例９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。

実施例９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９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。

硬性鏡用光学系の実施例について説明する。図１９は硬性鏡用光学系の実施例のレンズ断面図である。図２０は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。３つのリレー光学系には、実施例１のリレー光学系が用いられている。よって、リレー光学系の説明は省略する。

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、ＬＡは第１のレンズ、ＬＢは第２のレンズ、ＬＣは第３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、θｇＦ_ＬＡは部分分散比、ＯＢＨは最大物体高、ＩＨは最大像高、Φceは光線有効径である。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。

数値実施例１
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 (LC)
6 -16.392 3.69
7(絞り) ∞ 3.69
8 16.392 4.73 1.80625 40.91 （LC）
9* 8.671 0.80 1.63387 23.38 （LA）
10 8.888 3.38 1.43875 94.93 （LB）
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
θｇＦ_ＬＡ 0.668
ＯＢＨ 2.955
ＩＨ 2.955
Φce 7.5

数値実施例２
単位ｍｍ

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 (LC)
6 -19.780 2.81
7(絞り) ∞ 2.81
8 19.780 4.60 1.80625 40.91 （LC）
9* 9.136 0.50 1.63387 23.38 （LA）
10 9.683 2.87 1.49700 81.54 （LB）
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
θｇＦ_ＬＡ 0.668
ＯＢＨ 2.955
ＩＨ 2.955
Φce 7.5

数値実施例３
単位ｍｍ

面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 5.00
1 24.434 34.48 1.69895 30.13
2 -1100.269 3.29
3 28.333 4.67 1.49700 81.54 (LB)
4 -7.710 6.00 1.64850 53.02 (LC)
5 -24.085 0.80 1.63387 23.38 (LA)
6* -21.220 2.52
7(絞り) ∞ 2.52
8* 21.220 0.80 1.63387 23.38 （LA）
9 24.085 6.00 1.64850 53.02 （LC）
10 7.710 4.67 1.49700 81.54 （LB）
11 -28.333 3.29
12 1100.269 34.48 1.69895 30.13
13 -24.434 5.00
像面 ∞

非球面データ
第６面
k=0.000
A4=-6.32197e-06,A6=-1.03462e-07,A8=-1.28546e-09
第８面
k=0.000
A4=6.32197e-06,A6=1.03462e-07,A8=1.28546e-09

各種データ
ｆ 4279.87
ＮＡ 0.12
θｇＦ_ＬＡ 0.668
ＯＢＨ 2.955
ＩＨ 2.955
Φce 7.5

数値実施例４
単位ｍｍ

面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 5.00
1 17.449 33.69 1.58913 61.14
2 ∞ 2.38
3 19.258 2.23 1.51633 64.14 (LB)
4 -10.902 0.50 1.63387 23.38 (LA)
5* -8.243 3.03 1.90270 31.00 (LC)
6 -19.416 2.02
7(絞り) ∞ 2.02
8 19.416 3.03 1.90270 31.00 （LC）
9* 8.243 0.50 1.63387 23.38 （LA）
10 10.902 2.23 1.51633 64.14 （LB）
11 -19.258 2.38
12 ∞ 33.69 1.58913 61.14
13 -17.449 5.00
像面 ∞

非球面データ
第５面
k=0.000
A4=2.05320e-05,A6=1.31245e-06,A8=-2.73124e-08
第９面
k=0.000
A4=-2.05320e-05,A6=-1.31245e-06,A8=2.73124e-08

各種データ
ｆ 2912.93
ＮＡ 0.09
θｇＦ_ＬＡ 0.668
ＯＢＨ 2.955
ＩＨ 2.955
Φce 5.669854

数値実施例５
単位ｍｍ

面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 5.00
1 18.172 24.09 1.58913 61.14
2 ∞ 11.53
3 8.215 11.03 1.43875 94.93 (LB)
4(絞り) ∞ 0.00 1.43875 94.93
5 -5.097 0.50 1.63387 23.38 (LA)
6* -4.713 4.93 1.80625 40.91 (LC)
7 -11.130 11.53
8 ∞ 24.09 1.58913 61.14
9 -18.172 5.00
像面 ∞

非球面データ
第６面
k=0.000
A4=-1.85896e-04,A6=2.18965e-05,A8=1.25570e-06

各種データ
ｆ -144.82
ＮＡ 0.08
θｇＦ_ＬＡ 0.668
ＯＢＨ 2.955
ＩＨ 2.955
Φce 6.6423

数値実施例６
単位ｍｍ

面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 5.00
1 20.297 33.84 1.69895 30.13
2 -54.889 0.65
3 21.275 3.82 1.49700 81.54 (LB)
4 -11.733 0.80 1.63387 23.38 (LA)
5 -10.985 2.70 1.88300 40.76 (LC)
6 -25.624 2.05
7(絞り) ∞ 2.05
8 25.624 2.70 1.88300 40.76 （LC）
9 10.985 0.80 1.63387 23.38 （LA）
10 11.733 3.82 1.49700 81.54 （LB）
11 -21.275 0.65
12 54.889 33.84 1.69895 30.13
13 -20.297 5.00
像面 ∞

各種データ
ｆ 3183.08
ＮＡ 0.10
θｇＦ_ＬＡ 0.668
ＯＢＨ 2.955
ＩＨ 2.955
Φce 5.94823

数値実施例７
単位ｍｍ

面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 4.00
1 20.911 17.27 1.58913 61.14
2 ∞ 13.30
3 20.798 7.26 1.43875 94.93 (LB)
4 -9.808 0.80 1.63387 23.38 (LA)
5* -8.934 4.90 1.80625 40.91 (LC)
6 -18.011 1.73
7(絞り) ∞ 1.73
8 18.011 4.90 1.80625 40.91
9 9.808 7.26 1.43875 94.93
10 -20.798 13.30
11 ∞ 17.27 1.58913 61.14
12 -20.911 4.00
像面 ∞

非球面データ
第５面
k=0.000
A4=-5.29386e-05,A6=2.57264e-07,A8=4.07438e-08

各種データ
ｆ -5183.95
ＮＡ 0.10
θｇＦ_ＬＡ 0.668
ＯＢＨ 2.955
ＩＨ 2.955
Φce 6.75044

数値実施例８
単位ｍｍ

面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 5.33
1 18.247 27.82 1.58913 61.14
2 ∞ 3.23
3 21.047 3.30 1.43875 94.93 (LB)
4 -9.083 0.80 1.62060 25.97 (LA)
5* -8.632 4.46 1.80625 40.91 (LC)
6 -16.312 3.91
7(絞り) ∞ 3.91
8 16.312 4.46 1.80625 40.91 （LC）
9* 8.632 0.80 1.62060 25.97 （LA）
10 9.083 3.30 1.43875 94.93 （LB）
11 -21.047 3.23
12 ∞ 27.82 1.58913 61.14
13 -18.247 5.33
像面 ∞

非球面データ
第５面
k=0.000
A4=-3.54882e-05,A6=4.06157e-07,A8=2.27961e-09
第９面
k=0.000
A4=3.54882e-05,A6=-4.06157e-07,A8=-2.27961e-09

各種データ
ｆ 3306.71
ＮＡ 0.14
θｇＦ_ＬＡ 0.628
ＯＢＨ 2.955
ＩＨ 2.955
Φce 7.5

数値実施例９
単位ｍｍ

面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 6.40
1 18.250 25.30 1.58913 61.14
2 ∞ 3.33
3 25.494 3.08 1.43875 94.93 (LB)
4 -8.681 0.80 1.63598 23.46 (LA)
5* -8.828 4.43 1.80625 40.91 (LC)
6 -15.460 5.51
7(絞り) ∞ 5.51
8 15.460 4.43 1.80625 40.91 （LC）
9* 8.828 0.80 1.63598 23.46 （LA）
10 8.681 3.08 1.43875 94.93 （LB）
11 -25.494 3.33
12 ∞ 25.30 1.58913 61.14
13 -18.250 6.40
像面 ∞

非球面データ
第５面
k=0.000
A4=-3.54739e-05,A6=-2.01973e-07,A8=3.74445e-08
第９面
k=0.000
A4=3.54739e-05,A6=2.01973e-07,A8=-3.74445e-08

各種データ
ｆ 3470.24
ＮＡ 0.11
θｇＦ_ＬＡ 0.8
ＯＢＨ 2.955
ＩＨ 2.955
Φce 7.34

数値実施例１０
単位ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
物体面 ∞ 50.00
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 ∞ 6.03
16 17.749 27.45 1.58913 61.14
17 ∞ 2.78
18 21.527 3.38 1.43875 94.93
19 -8.888 0.80 1.63387 23.38
20* -8.671 4.73 1.80625 40.91
21 -16.392 3.69
22 ∞ 3.69
23 16.392 4.73 1.80625 40.91
24* 8.671 0.80 1.63387 23.38
25 8.888 3.38 1.43875 94.93
26 -21.527 2.78
27 ∞ 27.45 1.58913 61.14
28 -17.749 6.03
29 ∞ 6.03
30 17.749 27.45 1.58913 61.14
31 ∞ 2.78
32 21.527 3.38 1.43875 94.93
33 -8.888 0.80 1.63387 23.38
34* -8.671 4.73 1.80625 40.91
35 -16.392 3.69
36 ∞ 3.69
37 16.392 4.73 1.80625 40.91
38* 8.671 0.80 1.63387 23.38
39 8.888 3.38 1.43875 94.93
40 -21.527 2.78
41 ∞ 27.45 1.58913 61.14
42 -17.749 6.03
43 ∞ 6.03
44 17.749 27.45 1.58913 61.14
45 ∞ 2.78
46 21.527 3.38 1.43875 94.93
47 -8.888 0.80 1.63387 23.38
48* -8.671 4.73 1.80625 40.91
49 -16.392 3.69
50 ∞ 3.69
51 16.392 4.73 1.80625 40.91
52* 8.671 0.80 1.63387 23.38
53 8.888 3.38 1.43875 94.93
54 -21.527 2.78
55 ∞ 27.45 1.58913 61.14
56 -17.749 6.03
57 ∞ 16.18
58 33.647 4.14 1.43875 94.93
59 -23.882 2.17
60 224.243 1.49 1.83400 37.16
61 13.762 8.87 1.58913 61.14
62 -19.905 5.36
63 ∞ 3.00 1.76819 71.70
64 ∞ 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=-0.770
A4=-6.47508e-03,A6=-7.26821e-03
第８面
k=-0.710
A4=2.04648e-04,A6=-5.61088e-07
第２０面
k=0.000
A4=-3.32464e-05,A6=5.77541e-07,A8=-1.73224e-09
第２４面
k=0.000
A4=3.32464e-05,A6=-5.77541e-07,A8=1.73224e-09
第３４面
k=0.000
A4=-3.32464e-05,A6=5.77541e-07,A8=-1.73224e-09
第３８面
k=0.000
A4=3.32464e-05,A6=-5.77541e-07,A8=1.73224e-09
第４８面
k=0.000
A4=-3.32464e-05,A6=5.77541e-07,A8=-1.73224e-09
第５２面
k=0.000
A4=3.32464e-05,A6=-5.77541e-07,A8=1.73224e-09

各種データ
ｆ 3.13
ＮＡ 0.12
２ω 87.19
ｆOB 3.07
ｆRL 1044.04
ｆOC 23.30

各実施例における条件式（１）〜（７）の値を以下に掲げる。
実施例１実施例２実施例３実施例４
(1)β_LA 0.71 0.71 0.71 0.71
(2)νd_LA 23.38 23.38 23.38 23.38
(3)mg 1.0 1.0 1.0 1.0
(4)|(R1-R2)/(R1+R2)| 0.01 0.03 0.06 0.14
(5)nd_LB 1.43875 1.497 1.497 1.51633
(6)νd_LB 94.93 81.54 81.54 64.14
(7)(OBH+IH)/Φce 0.79 0.79 0.79 1.04

実施例５実施例６実施例７実施例８
(1)β_LA 0.71 0.71 0.71 0.67
(2)νd_LA 23.38 23.38 23.38 25.97
(3)mg 1.0 1.0 1.0 1.0
(4)|(R1-R2)/(R1+R2)| 0.04 0.03 0.05 0.03
(5)nd_LB 1.43875 1.497 1.43875 1.43875
(6)νd_LB 94.93 81.54 94.93 94.93
(7)(OBH+IH)/Φce 0.89 0.99 0.88 0.79

実施例９
(1)β_LA 0.84
(2)νd_LA 23.468
(3)mg 1.0
(4)|(R1-R2)/(R1+R2)| 0.01
(5)nd_LB 1.43875
(6)νd_LB 94.93
(7)(OBH+IH)/Φce 0.81

硬性鏡の実施例について説明する。図２１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Ｓａ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Ｓａ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２２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Ｓａ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Ｓａの画像を取得することができる。

以上のように、本発明は、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、硬性鏡に適している。

ＣＬ１、ＣＬ２接合レンズ
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８レンズ
Ｉｏ１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
Ｓａ観察対象物

Claims

正の屈折力を有する第１のレンズと、正の屈折力を有する第２のレンズと、負の屈折力を有する第３のレンズと、が接合された接合レンズを有し、
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、
前記第１のレンズは、前記第３のレンズに隣接したメニスカスレンズであり、
分散と部分分散比が、前記第１のレンズと前記第３のレンズとで異なり、
横軸をνｄ_ＬＡ、及び縦軸をθｇＦ_ＬＡとする直交座標系において、
θｇＦ_ＬＡ＝α×νｄ_ＬＡ＋β_ＬＡ（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（１）及び条件式（２）で定まる領域に、前記第１のレンズの媒質のθｇＦ_ＬＡ及びνｄ_ＬＡが含まれ、
以下の条件式（３）を満足することを特徴とするリレー光学系。
０．６７≦β_ＬＡ（１）
νｄ_ＬＡ＜５０（２）
−１．４＜ｍｇ＜−０．６（３）
ここで、
θｇＦ_ＬＡは、前記第１のレンズの媒質の部分分散比（ｎｇ_ＬＡ−ｎＦ_ＬＡ）／（ｎＦ_ＬＡ−ｎＣ_ＬＡ）、
νｄ_ＬＡは、前記第１のレンズの媒質のアッベ数（ｎｄ_ＬＡ−１）／（ｎＦ_ＬＡ−ｎＣ_ＬＡ）、
ｎｄ_ＬＡ、ｎＣ_ＬＡ、ｎＦ_ＬＡ、ｎｇ_ＬＡ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、
ｍｇは、前記リレー光学系の倍率、
前記物体側光路は、前記リレー光学系の中央よりも物体側に位置する光路、
前記像側光路は、前記リレー光学系の中央よりも像側に位置する光路、
である。
前記第２のレンズと前記第３のレンズとの間に、前記第１のレンズが位置していることを特徴とする請求項１に記載のリレー光学系。
前記第２のレンズと前記第１のレンズとの間に、前記第３のレンズが位置していることを特徴とする請求項１に記載のリレー光学系。
前記第１のレンズは、樹脂レンズであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のリレー光学系。
以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のリレー光学系。
０＜｜（Ｒ1−Ｒ2）／（Ｒ1＋Ｒ2）｜＜３（４）
ここで、
Ｒ1は、前記第１のレンズの物体側の曲率半径、
Ｒ2は、前記第１のレンズの像側の曲率半径、
である。
以下の条件式（５）、（６）を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のリレー光学系。
１．４＜ｎｄ_ＬＢ＜１．６（５）
５０＜νｄ_ＬＢ＜１００（６）
ここで、
ｎｄ_ＬＢは、ｄ線における前記第２のレンズの媒質の屈折率、
νｄ_ＬＢは、前記第２のレンズの媒質のアッベ数（ｎｄ_ＬＢ−１）／（ｎＦ_ＬＢ−ｎＣ_ＬＢ）、
ｎｄ_ＬＢ、ｎＣ_ＬＢ、ｎＦ_ＬＢ、ｎｇ_ＬＢは、各々、ｄ線、Ｃ線、Ｆ線、ｇ線における前記第２のレンズの媒質の屈折率、
である。
前記物体側光路と前記像側光路の少なくとも一方に、前記接合レンズが配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のリレー光学系。
前記物体側光路と前記像側光路の各々に、前記接合レンズが配置されていることを特徴とする請求項７に記載のリレー光学系。
非球面を少なくとも１つ含む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。
前記物体側光路に配置された物体側レンズと、
前記像側光路に配置された像側レンズと、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、
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てい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。
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１０のいずれか一項に記載のリレー光学系。
以下の条件式（７）を満足することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のリレー光学系。
０．２＜（ＯＢＨ＋ＩＨ）／Φce＜１．８（７）
ここで、
Φceは、前記接合レンズ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。
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１２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。
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、
前記像リレーユニットが、請求項１３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。
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１４に記載の硬性鏡用光学系。
請求項１４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。
請求項１５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。
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１６に記載の硬性鏡。