WO2019176134A1 - リレーシステム - Google Patents

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WO2019176134A1
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pair
lens
lens frame
relay
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Inventor
井上　貴博
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オリンパス株式会社
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    • 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
    • A61B1/002—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 having rod-lens arrangements
    • 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
    • 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
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses

Definitions

  • the present invention relates to a relay system.
  • the rigid mirror includes a built-in relay system that transmits an object image formed by the objective optical system (see, for example, Patent Document 1 to Patent Document 3).
  • the relay system includes a rigid and long tube and a plurality of lenses arranged along the longitudinal direction in the tube.
  • a relay system is generally assembled by inserting a lens into the tube. Therefore, a clearance between the outer peripheral surface of the lens and the inner peripheral surface of the tube is required.
  • JP 2007-133175 A Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-80819 Japanese Patent Laid-Open No. 7-8441
  • the presence of a clearance between the lens and the tube causes the lens in the tube to tilt.
  • the tilt of the lens in the vicinity of the pupil is a major cause of degrading the image quality of the object image transmitted by the relay system.
  • the tilt of the lens can be suppressed by reducing the clearance between the lens and the tube. It is technically difficult to precisely control the inner diameter of a long tube in the manufacturing process.
  • the present invention has been made in view of the circumstances described above, and is a relay system capable of transmitting a high-quality object image while suppressing the tilt of the lens.
  • One aspect of the present invention is a relay system that re-images an object image formed on the object surface on the incident side onto the image surface on the exit side at approximately the same magnification, and a relay optical system that transmits the object image;
  • a tubular first lens frame that houses at least a part of the relay optical system, and a second tube frame that is longer than the first lens frame and houses the relay optical system and the first lens frame.
  • the relay optical system includes a pair of lenses disposed on both sides of the pupil and adjacent to the pupil, and the optical surface on the pupil side of each of the pair of lenses has a curvature,
  • the first lens frame has a flange protruding radially inward from the inner surface between the pair of lenses, and accommodates the pair of lenses in a state where the optical surface on the pupil side abuts against the flange. Is a relay system.
  • the object image formed on the incident side of the second lens frame by the objective optical system or the like is transmitted to the emission side of the second lens frame by the relay optical system in the second lens frame.
  • the pair of lenses adjacent to the pupil are housed in a first lens frame having a flange.
  • each lens inserted in the first lens frame is abutted against the flange, thereby suppressing the inclination of each lens in the first lens frame.
  • the length of the first lens frame that accommodates the pair of lenses is larger than the edge thickness of each of the pair of lenses, the inclination of the pair of lenses in the second lens frame is further suppressed.
  • the tilt of the pair of lenses near the pupil can be suppressed by the first lens frame and the flange, and a high-quality object image can be transmitted.
  • the pair of lenses is housed in the same first lens frame.
  • the inclination angles of the pair of lenses caused by the inclination of the first lens frame in the second lens frame are the same.
  • the directions of axial coma generated by a pair of lenses sandwiching the pupil are opposite to each other. Accordingly, the axial coma aberration of the pair of lenses caused by the tilt of the first lens frame within the second lens frame cancels each other. As a result, it is possible to effectively suppress the on-axis coma caused by the tilt of the first lens frame in the second lens frame and further improve the image quality of the object image.
  • the pair of lenses satisfy the following conditional expression. 2R 1 > t 1 2R 2 > t 2
  • R 1 is the radius of curvature (mm) of the optical surface on the pupil side of one of the pair of lenses.
  • t 1 is the one of the edge thickness of the pair of lenses (mm).
  • R 2 is a radius of curvature (mm) of the optical surface on the other pupil side of the pair of lenses.
  • t 2 is the other of the edge thickness of the pair of lenses (mm).
  • FIG. FIG. 6 is a lens cross-sectional view illustrating an overall configuration of a relay optical system according to Example 2.
  • 6 is a lens cross-sectional view illustrating an overall configuration of a relay optical system according to Example 3.
  • 6 is a lens cross-sectional view illustrating an overall configuration of a relay optical system according to Example 4.
  • FIG. 6 is a chart showing on-axis coma aberration of the relay optical system in Example 1 to Example 4.
  • relay system 1 concerning one embodiment of the present invention is explained with reference to drawings.
  • the relay system 1 re-images an object image formed on the incident-side object plane on the exit-side image plane at approximately the same magnification.
  • the relay system 1 is built in a rigid mirror having an objective optical system at the distal end and an eyepiece optical system at the proximal end, and transmits an object image formed by the objective optical system to the eyepiece optical system.
  • the relay system 1 houses a plurality of relay optical systems 2, a plurality of first lens frames 3, a plurality of relay optical systems 2 and a plurality of first lens frames 3. 2 lens frames 4.
  • the left side is the incident side
  • the right side is the exit side.
  • FIG. 1 shows that the longitudinal axis of the second lens frame 4, which is the optical axis A of the relay system 1, the longitudinal axis B of the plurality of first lens frames 3, and the optical axes of the plurality of relay optical systems 2 are all coincident.
  • An ideal relay system 1 is shown.
  • Each relay optical system 2 includes a pair of lenses L1 and L2.
  • the pair of lenses L1 and L2 are disposed on both sides of the pupil P of the relay optical system 2 and are adjacent to the pupil P.
  • the lenses L1 and L2 are convex lenses, and the optical surfaces S1 and S2 on the pupil P side of the lenses L1 and L2 are convex surfaces having a curvature.
  • Each of the lenses L1 and L2 may be a single lens or a cemented lens including a plurality of lenses.
  • the relay optical system 2 transmits the object image by re-imaging the object image formed by the immediately preceding objective optical system or another relay optical system 2 at approximately the same magnification.
  • Each first lens frame 3 is a rigid tubular member, and includes a main body 3a that opens at both ends, and a flange 3b provided on the inner peripheral surface of the main body 3a.
  • Each first lens frame 3 accommodates a pair of lenses L1 and L2.
  • the length of the first lens frame 3 in the longitudinal axis B direction is larger than the edge thickness (thickness of the peripheral edge in the optical axis direction) t 1 and t 2 of each lens L1 and L2.
  • the flange 3b is an annular member that protrudes radially inward from the inner peripheral surface of the main body 3a.
  • the main body 3a and the flange 3b are integral and fixed to each other.
  • the flange 3b is located between the pair of lenses L1 and L2.
  • the lenses L1 and L2 are fixed to the first lens frame 3 with the optical surfaces S1 and S2 abutting against the flange 3b in the direction along the longitudinal axis B.
  • One unit U is formed from one first lens frame 3 and a pair of lenses L1 and L2 in the first lens frame 3.
  • Unit U is assembled as follows.
  • the lens L1 is inserted into the first lens frame 3 from the incident side, and the lens L2 is inserted into the first lens frame 3 from the emission side.
  • the optical surfaces S1 and S2 are abutted against the flange 3b by pressing the lenses L1 and L2 toward the flange 3b with a spring or the like.
  • an adhesive is poured between the inner peripheral surface of the main body 3a and the outer peripheral surfaces of the lenses L1 and L2 while the lenses L1 and L2 are pressed, and the adhesive is cured while the lenses L1 and L2 are pressed.
  • the second lens frame 4 is a hard circular tubular member and is open at both ends.
  • the length of the second lens frame 4 in the longitudinal axis A direction is larger than the sum of the lengths of the plurality of first lens frames 3, and the inner diameter of the second lens frame 4 is the outer diameter of the first lens frame 3. Bigger than.
  • the plurality of units U are arranged along the longitudinal direction.
  • the outer peripheral surfaces of the lenses L1 and L2 and the inner peripheral surface of the first lens frame 3 A clearance is secured between the two.
  • the outer peripheral surface of the first lens frame 3 A clearance is secured between the inner peripheral surface of the second lens frame 4. Due to the secured clearance, the optical axes of the individual lenses constituting the relay optical system 2 are inclined with respect to the optical axis A of the relay system 1 as shown in FIG.
  • the inclination of the lenses L1 and L2 near the pupil P greatly affects the image quality of the transmitted object image. Therefore, in order to achieve high image quality, it is important to suppress the inclination of the optical axes of the lenses L1 and L2 with respect to the optical axis A.
  • the inclinations of the optical axes of the lenses L1 and L2 with respect to the optical axis A are the inclinations of the optical axes of the lenses L1 and L2 with respect to the longitudinal axis B of the first lens frame 3 and the first with respect to the longitudinal axis A of the second lens frame 4. And the inclination of the longitudinal axis B of the lens frame 3.
  • FIG. 2 shows the lens L 1 on the incident side in the first lens frame 3.
  • FIG. 3 shows the inclination of the lens L1 on the incident side in the first lens frame 3 ′ having no flange 3b.
  • the maximum inclination angle of the optical axis of the lens L1 with respect to the longitudinal axis B is such that the two angles C and D of the lens L1 are the inner circumference of the first lens frame 3 ′. This is the angle when contacting the surface.
  • the lens L ⁇ b> 1 is added at the two positions E and F of the optical surface S ⁇ b> 1 in addition to the corner C or D.
  • the flange 3b By striking the flange 3b, further tilting of the lens L1 is prevented. Therefore, the inclination of the optical axis of the lens L1 with respect to the longitudinal axis B is suppressed as compared with the case where the flange 3b is not present.
  • the tilt angle ⁇ of the optical axis of the lens L1 with respect to the longitudinal axis B is expressed by the following equation.
  • ⁇ sin ⁇ 1 ( ⁇ / 2R 1 )
  • R 1 is the curvature of the optical surface S1 radius (mm)
  • delta is the clearance between the outer peripheral surface of the first inner peripheral surface and the lens of the lens frame 3 L1 (mm).
  • ⁇ ′ sin ⁇ 1 ( ⁇ / t 1 )
  • t 1 is the edge thickness of the lens L1 (mm).
  • the lens L1 in order to more reliably suppress the inclination of the lens L1 by the flange 3b, it is preferable that the lens L1 satisfies 2R 1 > t 1 .
  • the lens L2 in order to more reliably suppress the inclination of the lens L2 on the exit side by the flange 3b, the lens L2 preferably satisfies 2R 2 > t 2 .
  • R 2 is the curvature of the optical surface S2 radius (mm)
  • t 2 is the edge thickness of the lens L2 (mm).
  • the inclination of the pair of lenses L1 and L2 with respect to the optical axis A is suppressed by providing the flange 3b for abutting the optical surfaces S1 and S2 in the first lens frame 3. can do.
  • the inclination of the lenses L1 and L2 in the vicinity of the pupil P causes on-axis coma aberration of the object image.
  • the pair of lenses L ⁇ b> 1 and L ⁇ b> 2 that sandwich the pupil P are arranged in the same first lens frame 3. Therefore, the tilt angles of the lenses L1 and L2 due to the tilt of the first lens frame 3 in the second lens frame 4 are the same, and the on-axis coma generated by the pair of lenses L1 and L2 is generated. Aberrations are in opposite directions.
  • the axial coma aberration generated by the lens L1 and the axial coma aberration generated by the lens L2 cancel each other, and a pair of stems caused by the inclination of the first lens frame 3 in the second lens frame 4
  • the axial coma aberration of the entire lens L1, L2 is effectively suppressed. Accordingly, there is an advantage that the image quality of the object image can be further improved.
  • the inclination of the lens L1 with respect to the second lens frame 4 is expressed as ⁇ + ⁇ .
  • the axial coma aberration generated by the lens L1 due to the inclination ⁇ with respect to the second lens frame 4 is suppressed to a level that can be neglected by canceling the axial coma aberration generated by the lens L2 due to the inclination ⁇ . Therefore, the inclination of the lens L1 that affects the image quality is only ⁇ .
  • the inclination of the lens L1 that affects the image quality is ⁇ ′. Therefore, if the lens L1 satisfies the conditional expression 2R 1 > t 1 , ⁇ ⁇ ′, and the occurrence of axial coma can be suppressed, and the image quality of the object image can be improved.
  • the relay optical system 2 shown in FIG. 1 includes only a pair of lenses L1 and L2. However, as shown in FIG. 5, the relay optical system 2 includes other lenses L3 and L4 in addition to the pair of lenses L1 and L2. May be.
  • lenses L3 and L4 are rod lenses arranged on both sides of the pair of lenses L1 and L2.
  • the lenses L3 and L4 may be accommodated in the first lens frame 3 or may be disposed outside the first lens frame 3.
  • the relay system 1 may include other components in addition to the relay optical system 2, the first lens frame 3, and the second lens frame 4.
  • the other component is a spacing ring 5 disposed between two relay optical systems 2 in order to control the distance between two adjacent relay optical systems 2 to a predetermined distance. is there.
  • the other component may be any optical component.
  • the relay system 1 includes a plurality of relay optical systems 2 and a plurality of first lens frames 3 has been described, but the number of relay optical systems 2 and the number of first lens frames 3 are as follows. It can be increased or decreased according to required specifications such as a distance for transmitting an object image.
  • the relay system 1 may include a single relay optical system 2 and a single first lens frame 3.
  • the relay system of each embodiment may include a plurality of relay optical systems.
  • r is a radius of curvature (mm)
  • d is a surface interval (mm)
  • Ne is a refractive index with respect to e-line
  • ⁇ d is an Abbe number with respect to d-line
  • OBJ is an object plane
  • IMG is an image plane.
  • STO indicates an aperture stop (pupil P).
  • FIG. 10 shows axial coma of the pair of lenses L1 and L2 in each example.
  • the upper stage shows the on-axis coma aberration of the incident side lens L1 when the optical axis of the incident side lens L1 is inclined by 10 minutes with respect to the optical axis of the incident light.
  • the middle row shows the on-axis coma aberration of the exit-side lens L2 when the optical axis of the exit-side lens L2 is tilted by 10 minutes with respect to the optical axis of the incident light.
  • the lower row shows the axial coma aberration of the entire pair of lenses L1 and L2 when the longitudinal axis B of the unit U is tilted by 10 minutes with respect to the optical axis of the incident light.
  • FIG. 10 shows axial coma of the pair of lenses L1 and L2 in each example.
  • the absolute value represents the magnitude of the axial coma aberration
  • the sign (+, ⁇ ) represents the direction of the axial coma aberration.
  • the difference in longitudinal aberration at the aperture ratios +1 and ⁇ 1 at the maximum image height was calculated as the axial coma.
  • the relay optical system 2 of the relay system according to the first embodiment of the present invention includes a pair of lenses L ⁇ b> 1 and L ⁇ b> 2 arranged on both sides of the pupil P and adjacent to the pupil P.
  • the lens data of the relay optical system 2 of this embodiment is as follows.
  • the pair of lenses L1 and L2 are symmetric with respect to the pupil P.
  • the axial coma aberration of the pair of lenses L1 and L2 is the same size and opposite to each other. Completely offset each other.
  • the relay optical system 2 of the relay system according to the second embodiment of the present invention includes a pair of lenses L ⁇ b> 1 and L ⁇ b> 2 that are disposed on both sides of the pupil P and are adjacent to the pupil P.
  • the lens data of the relay optical system 2 is as follows.
  • the pair of lenses L1 and L2 are symmetric with respect to the pupil P.
  • the axial coma aberration of the pair of lenses L1 and L2 is the same size and opposite to each other. Completely offset each other.
  • the relay optical system 2 of the relay system according to the third embodiment of the present invention includes a pair of lenses L ⁇ b> 1 and L ⁇ b> 2 that are arranged on both sides of the pupil P and are adjacent to the pupil P.
  • the lens data of the relay optical system 2 is as follows.
  • the pair of lenses L1 and L2 are asymmetric with respect to the pupil P.
  • the axial coma aberration of the pair of lenses L1 and L2 is opposite to each other and cancels each other. Accordingly, the axial coma of the entire pair of lenses L1 and L2 is significantly smaller than the axial coma of the individual lenses L1 and L2.
  • the relay optical system 2 of the relay system according to the fourth embodiment of the present invention includes a pair of lenses L1 and L2 that are disposed on both sides of the pupil P and adjacent to the pupil P, and a pair of lenses L1 and L1.
  • a pair of rod lenses L3 and L4 are provided on both sides of L2.
  • the lens data of the relay optical system 2 is as follows.
  • the pair of lenses L1 and L2 are symmetric with respect to the pupil P.
  • the axial coma aberration of the pair of lenses L1 and L2 is the same size and opposite to each other. Completely offset each other.

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Abstract

レンズの傾きを抑制し高画質な物体像を伝送するために、リレーシステム（１）は、物体像を伝送するリレー光学系（２）と、リレー光学系（２）の少なくとも一部を収容する管状の第１の鏡枠（３）と、第１の鏡枠（３）よりも長い管状であり、リレー光学系（２）および第１の鏡枠（３）を収容する第２の鏡枠（４）とを備え、リレー光学系（２）が、瞳（Ｐ）の両側に配置され瞳（Ｐ）に隣接する一対のレンズ（Ｌ１，Ｌ２）を含み、レンズ（Ｌ１，Ｌ２）の瞳（Ｐ）側の光学面（Ｓ１，Ｓ２）が曲率を有し、第１の鏡枠（３）が、内面から径方向内方に突出するフランジ（３ｂ）を一対のレンズ（Ｌ１，Ｌ２）の間に有し、一対のレンズ（Ｌ１，Ｌ２）を光学面（Ｓ１，Ｓ２）がフランジ（３ｂ）に突き当たった状態で収容している。

Description

リレーシステム
　本発明は、リレーシステムに関するものである。
　硬性鏡には、対物光学系によって結像された物体像を伝送するリレーシステムが内蔵されている（例えば、特許文献１から特許文献３参照。）。リレーシステムは、硬性で長尺のチューブと、チューブ内で長手方向に沿って配列する複数のレンズとを備えている。リレーシステムは、一般に、チューブ内にレンズを挿入することによって組み立てられる。したがって、レンズの外周面とチューブの内周面との間のクリアランスが必要となる。
特開２００７－１３３１７５号公報 特開２０１６－８０８１９号公報 特開平７－８４４１号公報
　レンズとチューブとの間にクリアランスが存在することによって、チューブ内のレンズに傾きが生じる。特に瞳近傍のレンズの傾きは、リレーシステムによって伝送される物体像の画質を劣化させる大きな原因となる。
　レンズの傾きは、レンズとチューブとの間のクリアランスを小さくすることによって抑制することができる。製造工程において長いチューブの内径を精密に制御することは技術的に困難である。
　本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、レンズの傾きを抑制し高画質な物体像を伝送することができるリレーシステムである。
　本発明の一態様は、入射側の物体面に結像された物体像を略等倍で射出側の像面に再結像させるリレーシステムであって、前記物体像を伝送するリレー光学系と、該リレー光学系の少なくとも一部を収容する管状の第１の鏡枠と、該第１の鏡枠よりも長い管状であり、前記リレー光学系および前記第１の鏡枠を収容する第２の鏡枠とを備え、前記リレー光学系が、瞳の両側に配置され該瞳に隣接する一対のレンズを含み、該一対のレンズの各々の前記瞳側の光学面が曲率を有し、前記第１の鏡枠が、内面から径方向内方に突出するフランジを前記一対のレンズの間に有し、前記一対のレンズを前記瞳側の光学面が前記フランジに突き当たった状態で収容しているリレーシステムである。
　本態様によれば、対物光学系等によって第２の鏡枠の入射側に結像された物体像を、第２の鏡枠内のリレー光学系によって第２の鏡枠の射出側に伝送することができる。
　この場合に、瞳に隣接する一対のレンズは、フランジを有する第１の鏡枠内に収容される。リレーシステムの組立工程において、第１の鏡枠内に挿入された各レンズをフランジに突き当てることによって、第１の鏡枠内での各レンズの傾きが抑制される。さらに、一対のレンズを収容する第１の鏡枠の長さは一対のレンズの各々のコバ厚さよりも大きいので、第２の鏡枠内での一対のレンズの傾きがさらに抑制される。このように、第１の鏡枠およびフランジによって瞳近傍の一対のレンズの傾きを抑制し、高画質な物体像を伝送することができる。
　上記態様においては、前記一対のレンズが、同一の前記第１の鏡枠内に収容されていることが好ましい。
　この構成によって、第２の鏡枠内での第１の鏡枠の傾きに起因する一対のレンズの傾きの角度が相互に同一となる。瞳を挟む一対のレンズが発生させる軸上コマ収差の方向は相互に反対である。したがって、第２の鏡枠内での第１の鏡枠の傾きに起因する一対のレンズの軸上コマ収差は相互に相殺する。これにより、第２の鏡枠内での第１の鏡枠の傾きに起因する軸上コマ収差の発生を効果的に抑制し、物体像の画質をさらに向上することができる。
　上記態様においては、前記一対のレンズが下記条件式を満たしていることが好ましい。
　２Ｒ１＞ｔ１
　２Ｒ２＞ｔ２
　ここで、Ｒ１は、前記一対のレンズの一方の前記瞳側の光学面の曲率半径（ｍｍ）である。ｔ１は、前記一対のレンズの一方のコバ厚さ（ｍｍ）である。Ｒ２は、前記一対のレンズの他方の前記瞳側の光学面の曲率半径（ｍｍ）である。ｔ２は、前記一対のレンズの他方のコバ厚さ（ｍｍ）である。上記条件式を満たすことによって、第１の鏡枠内での一対のレンズの傾きをフランジによってより確実に抑制することができる。
　本発明によれば、レンズの傾きを抑制し高画質な物体像を伝送することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係るリレーシステムの全体構成図である。 フランジを有する第１の鏡枠内のレンズの傾きを説明する図である。 フランジを有しない第１の鏡枠内のレンズの傾きを説明する図である。 図１のリレーシステムにおいて、第２の鏡枠内の一対のレンズの傾きを説明する図である。 図１のリレーシステムの変形例の全体構成図である。 実施例１のリレー光学系の全体構成を示すレンズ断面図である。 実施例２のリレー光学系の全体構成を示すレンズ断面図である。 実施例３のリレー光学系の全体構成を示すレンズ断面図である。 実施例４のリレー光学系の全体構成を示すレンズ断面図である。 実施例１から実施例４におけるリレー光学系の軸上コマ収差を示す図表である。
　以下に、本発明の一実施形態に係るリレーシステム１について図面を参照して説明する。
　本実施形態に係るリレーシステム１は、入射側の物体面に結像された物体像を略等倍で射出側の像面に再結像させる。例えば、リレーシステム１は、先端に対物光学系を有し基端に接眼光学系を有する硬性鏡に内蔵され、対物光学系によって結像された物体像を接眼光学系へ伝送する。
　リレーシステム１は、図１に示されるように、複数のリレー光学系２と、複数の第１の鏡枠３と、複数のリレー光学系２および複数の第１の鏡枠３を収容する第２の鏡枠４とを備えている。図１において、左側が入射側であり、右側が射出側である。図１は、リレーシステム１の光軸Ａである第２の鏡枠４の長手軸、複数の第１の鏡枠３の長手軸Ｂ、および複数のリレー光学系２の光軸が全て一致している理想的なリレーシステム１を示している。
　各リレー光学系２は、一対のレンズＬ１，Ｌ２を備えている。一対のレンズＬ１，Ｌ２は、リレー光学系２の瞳Ｐの両側に配置され、瞳Ｐと隣接している。各レンズＬ１，Ｌ２は、凸レンズであり、各レンズＬ１，Ｌ２の瞳Ｐ側の光学面Ｓ１，Ｓ２は、曲率を有する凸面である。各レンズＬ１，Ｌ２は、単一のレンズであってもよく、複数のレンズからなる接合レンズであってもよい。リレー光学系２は、直前の対物光学系または他のリレー光学系２によって結像された物体像を略等倍で再結像することによって物体像を伝送する。
　各第１の鏡枠３は、硬性の円管状の部材であり両端において開口する本体３ａと、本体３ａの内周面に設けられたフランジ３ｂとを備えている。各第１の鏡枠３は、一対のレンズＬ１，Ｌ２を収容している。第１の鏡枠３の長手軸Ｂ方向の長さは、個々のレンズＬ１，Ｌ２のコバ厚さ（周縁の光軸方向の厚さ）ｔ１，ｔ２よりも大きい。
　フランジ３ｂは、本体３ａの内周面から径方向内方に突出する円環状の部材である。本体３ａおよびフランジ３ｂは、一体であり、相互に固定されている。フランジ３ｂは、一対のレンズＬ１，Ｌ２の間に位置している。各レンズＬ１，Ｌ２は、光学面Ｓ１，Ｓ２がフランジ３ｂに長手軸Ｂに沿う方向に突き当たった状態で、第１の鏡枠３に固定されている。１個の第１の鏡枠３と、該第１の鏡枠３内の一対のレンズＬ１，Ｌ２とから、１つのユニットＵが形成されている。
　ユニットＵは、次のようにして組み立てられる。第１の鏡枠３内に入射側からレンズＬ１を挿入し、第１の鏡枠３内に射出側からレンズＬ２を挿入する。次に、ばね等で各レンズＬ１，Ｌ２をフランジ３ｂに向かって押圧することによって光学面Ｓ１，Ｓ２をフランジ３ｂに突き当てる。次に、レンズＬ１，Ｌ２を押圧した状態のまま本体３ａの内周面とレンズＬ１，Ｌ２の外周面との間に接着剤を流し込み、レンズＬ１，Ｌ２を押圧した状態のまま接着剤を硬化させる。これにより、光学面Ｓ１，Ｓ２がフランジ３ｂに突き当たった状態でレンズＬ１，Ｌ２が第１の鏡枠３に固定される。
　第２の鏡枠４は、硬性の円管状の部材であり、両端において開口している。第２の鏡枠４の長手軸Ａ方向の長さは複数の第１の鏡枠３の長さの和よりも大きく、第２の鏡枠４の内径は第１の鏡枠３の外径よりも大きい。第２の鏡枠４内において、複数のユニットＵは長手方向に沿って配列されている。
　ここで、ユニットＵの組立工程において第１の鏡枠３内へのレンズＬ１，Ｌ２の挿入を可能とするために、レンズＬ１，Ｌ２の外周面と第１の鏡枠３の内周面との間にはクリアランスが確保される。また、第２の鏡枠４と複数のユニットＵとの組立工程において第２の鏡枠４内への複数のユニットＵの挿入を可能とするために、第１の鏡枠３の外周面と第２の鏡枠４の内周面との間にはクリアランスが確保される。確保されたクリアランスが原因となり、図４に示されるように、リレー光学系２を構成する個々のレンズの光軸がリレーシステム１の光軸Ａに対して傾く。
　リレーシステム１において、瞳Ｐ近傍のレンズＬ１，Ｌ２の傾きが、伝送される物体像の画質に大きく影響する。したがって、高画質を達成するためには、光軸Ａに対するレンズＬ１，Ｌ２の光軸の傾きを抑制することが重要である。光軸Ａに対するレンズＬ１，Ｌ２の光軸の傾きは、第１の鏡枠３の長手軸Ｂに対するレンズＬ１，Ｌ２の光軸の傾きと、第２の鏡枠４の長手軸Ａに対する第１の鏡枠３の長手軸Ｂの傾きとの和となる。
　図２は、第１の鏡枠３内の入射側のレンズＬ１を示している。図３は、フランジ３ｂを有しない第１の鏡枠３’内の入射側のレンズＬ１の傾きを示している。
　図３に示されるように、フランジ３ｂが存在しない場合、長手軸Ｂに対するレンズＬ１の光軸の最大傾き角度は、レンズＬ１の２つの角Ｃ，Ｄが第１の鏡枠３’の内周面に接触するときの角度となる。
　一方、図２に示されるように、第１の鏡枠３内のフランジ３ｂに光学面Ｓ１を突き当てる場合、レンズＬ１が、角ＣまたはＤに加えて光学面Ｓ１の２箇所Ｅ，Ｆでフランジ３ｂに突き当たることによって、レンズＬ１のそれ以上の傾きが阻止される。したがって、フランジ３ｂが存在しない場合と比べて、長手軸Ｂに対するレンズＬ１の光軸の傾きが抑制される。
　具体的には、図２において、長手軸Ｂに対するレンズＬ１の光軸の傾き角度θは、下式で表される。
　θ＝ｓｉｎ－１（Δ／２Ｒ１）
　ここで、Ｒ１は、光学面Ｓ１の曲率半径（ｍｍ）であり、Δは、第１の鏡枠３の内周面とレンズＬ１の外周面との間のクリアランス（ｍｍ）である。
　一方、図３において、長手軸Ｂに対する入射側のレンズＬ１の光軸の傾き角度θ’は、下式で表される。
　θ’＝ｓｉｎ－１（Δ／ｔ１）
　ここで、ｔ１は、レンズＬ１のコバ厚さ（ｍｍ）である。
　したがって、レンズＬ１の傾きをフランジ３ｂによってより確実に抑制するために、レンズＬ１は、２Ｒ１＞ｔ１を満たすことが好ましい。
　同様に、射出側のレンズＬ２の傾きをフランジ３ｂによってより確実に抑制するために、レンズＬ２は、２Ｒ２＞ｔ２を満たすことが好ましい。Ｒ２は、光学面Ｓ２の曲率半径（ｍｍ）であり、ｔ２は、レンズＬ２のコバ厚さ（ｍｍ）である。
　このように、本実施形態によれば、光学面Ｓ１，Ｓ２を突き当てるためのフランジ３ｂを第１の鏡枠３内に設けることによって、光軸Ａに対する一対のレンズＬ１，Ｌ２の傾きを抑制することができる。これにより、リレーシステム１によって伝送される物体像の画質を向上することができるという利点がある。
　瞳Ｐの近傍のレンズＬ１，Ｌ２の傾きは、物体像の軸上コマ収差の原因となる。本実施形態によれば、瞳Ｐを挟む一対のレンズＬ１，Ｌ２が、同一の第１の鏡枠３内に配置されている。したがって、第２の鏡枠４内での第１の鏡枠３の傾きに起因するレンズＬ１，Ｌ２の傾き角度は相互に同一であり、かつ、一対のレンズＬ１，Ｌ２が発生させる軸上コマ収差は相互に逆方向である。すなわち、レンズＬ１が発生させる軸上コマ収差とレンズＬ２が発生させる軸上コマ収差とが相互に相殺し、第２の鏡枠４内での第１の鏡枠３の傾きに起因する一対のレンズＬ１，Ｌ２全体の軸上コマ収差が効果的に抑制される。これにより、物体像の画質をさらに向上することができるという利点がある。
　より具体的には、図４に示されるように、第２の鏡枠４に対する第１の鏡枠３の傾きをαとするとレンズＬ１の第２の鏡枠４に対する傾きはα＋θと表される。一方、第２の鏡枠４に対する傾きαに因りレンズＬ１が発生させる軸上コマ収差は、レンズＬ２が傾きαに因り発生させる軸上コマ収差と相殺して無視できるレベルまで抑制される。したがって、画質に影響を与えるレンズＬ１の傾きはθのみとなる。図３に示されるように、第１の鏡枠３を有しない構成においては、画質に影響を与えるレンズＬ１の傾きはθ’である。よって、レンズＬ１が条件式２Ｒ１＞ｔ１を満たしていれば、θ＜θ’となり、軸上コマ収差の発生が抑えられ、物体像の画質を向上することができる。
　図１に示されるリレー光学系２は、一対のレンズＬ１，Ｌ２のみを備えているが、図５に示されるように、一対のレンズＬ１，Ｌ２に加えて他のレンズＬ３，Ｌ４を備えていてもよい。図５において、レンズＬ３，Ｌ４は、一対のレンズＬ１，Ｌ２の両側に配置されたロッドレンズである。レンズＬ３，Ｌ４は、第１の鏡枠３内に収容されていてもよく、第１の鏡枠３の外に配置されていてもよい。
　リレーシステム１は、リレー光学系２、第１の鏡枠３および第２の鏡枠４に加えて、他の部品を備えていてもよい。他の部品は、例えば、図５に示されるように、隣接する２つのリレー光学系２間の距離を所定距離に制御するために２つのリレー光学系２の間に配置される間隔環５である。他の部品は、任意の光学部品であってもよい。
　本実施形態においては、リレーシステム１が複数のリレー光学系２と複数の第１の鏡枠３とを備える場合について説明したが、リレー光学系２の数および第１の鏡枠３の数は、物体像を伝送する距離等の要求される仕様に応じて増減することができる。例えば、リレーシステム１が、単一のリレー光学系２と、単一の第１の鏡枠３とを備えていてもよい。
　次に、本実施形態に係るリレーシステム１の実施例について説明する。
　参照する図面には単一のリレー光学系２のみが示されているが、各実施例のリレーシステムは、複数のリレー光学系を備えていてもよい。
　各実施例のレンズデータにおいて、ｒは曲率半径（ｍｍ）、ｄは面間隔（ｍｍ）、Ｎｅはｅ線に対する屈折率、νｄはｄ線に対するアッべ数、ＯＢＪは物体面、ＩＭＧは像面、ＳＴＯは開口絞り（瞳Ｐ）を示している。
　図１０は、各実施例における一対のレンズＬ１，Ｌ２の軸上コマ収差を示している。図１０において、上段は、入射光の光軸に対して入射側のレンズＬ１の光軸が１０分傾いているときの入射側のレンズＬ１の軸上コマ収差を示している。中段は、入射光の光軸に対して射出側のレンズＬ２の光軸が１０分傾いているときの射出側のレンズＬ２の軸上コマ収差を示している。下段は、入射光の光軸に対してユニットＵの長手軸Ｂが１０分傾いているときの一対のレンズＬ１，Ｌ２全体の軸上コマ収差を示している。図１０において、絶対値が軸上コマ収差の大きさを表し、符号（＋、－）が軸上コマ収差の方向を表している。最大像高における開口比＋１，－１での縦収差の差分を、軸上コマ収差として算出した。
（実施例１）
　本発明の実施例１に係るリレーシステムのリレー光学系２は、図６に示されるように、瞳Ｐの両側に配置され瞳Ｐと隣接する一対のレンズＬ１，Ｌ２を備えている。本実施例のリレー光学系２のレンズデ－タは以下の通りである。
　一対のレンズＬ１，Ｌ２は、瞳Ｐに対して対称である。図１０に示されるように、一対のレンズＬ１，Ｌ２が同一角度で傾いているときに、一対のレンズＬ１，Ｌ２の軸上コマ収差は、相互に同一の大きさかつ相互に逆方向であり、相互に完全に相殺する。
レンズデ－タ
面番号　　　　　ｒ　　　　　ｄ　　　　　　Ｎｅ　　　　　νｄ
ＯＢＪ　　　　　∞　　　０．００　　１．０００００
　１　　　　　　∞　　２７．６９　　１．０００００
　２　　１９．２９４　　５．６０　　１．４３９８６　　９４．６６
　３　－１０．６１３　　２．００　　１．７５８４４　　５２．３２
　４　－１８．６３２　　２．５０　　１．０００００
　５（ＳＴＯ）　∞　　　２．５０　　１．０００００
　６　　１８．６３２　　２．００　　１．７５８４４　　５２．３２
　７　　１０．６１３　　５．６０　　１．４３９８６　　９４．６６
　８　－１９．２９４　２７．６９　　１．０００００
ＩＭＧ　　　　　∞　　　０．００　　１．０００００
（実施例２）
　本発明の実施例２に係るリレーシステムのリレー光学系２は、図７に示されるように、瞳Ｐの両側に配置され瞳Ｐと隣接する一対のレンズＬ１，Ｌ２を備えている。リレー光学系２のレンズデ－タは以下の通りである。
　一対のレンズＬ１，Ｌ２は、瞳Ｐに対して対称である。図１０に示されるように、一対のレンズＬ１，Ｌ２が同一角度で傾いているときに、一対のレンズＬ１，Ｌ２の軸上コマ収差は、相互に同一の大きさかつ相互に逆方向であり、相互に完全に相殺する。
レンズデ－タ
面番号　　　　　ｒ　　　　　　ｄ　　　　　　Ｎｅ　　　　　νｄ
ＯＢＪ　　　　　∞　　　　０．００　　１．０００００
　１　　　　　　∞　　　　２８．４１　１．０００００
　２　　　１８．８９２　　３．２０　　１．４３９８６　　９４．６６
　３　　　－９．７５４　　４．１１　　１．７５８４４　　５２．３２
　４　　－１８．９０４　　２．０５　　１．０００００
　５（ＳＴＯ）　∞　　　　２．０５　　１．０００００
　６　　　１８．９０４　　４．１１　　１．７５８４４　　５２．３２
　７　　　　９．７５４　　３．２０　　１．４３９８６　　９４．６６
　８　　－１８．８９２　　２８．４１　１．０００００
ＩＭＧ　　　　　∞　　　　０．００　　１．０００００
（実施例３）
　本発明の実施例３に係るリレーシステムのリレー光学系２は、図８に示されるように、瞳Ｐの両側に配置され瞳Ｐと隣接する一対のレンズＬ１，Ｌ２を備えている。リレー光学系２のレンズデ－タは以下の通りである。
　一対のレンズＬ１，Ｌ２は、瞳Ｐに対して非対称である。図１０に示されるように、一対のレンズＬ１，Ｌ２が同一角度で傾いているときに、一対のレンズＬ１，Ｌ２の軸上コマ収差は、相互に逆方向であり、相互に相殺する。したがって、一対のレンズＬ１，Ｌ２全体の軸上コマ収差は、個々のレンズＬ１，Ｌ２の軸上コマ収差に比べて大幅に小さくなる。
レンズデ－タ
面番号　　　　　ｒ　　　　　　　ｄ　　　　　　Ｎｅ　　　　　　νｄ
ＯＢＪ　　　　　∞　　　　０．００００　　１．０００００
　１　　　　　　∞　　　　２４．９５７９　１．０００００
　２　　　１２．５７６４　５．４３８０　　１．４３９８６　９４．６６
　３　　　－７．１６１４　０．９０７２　　１．７５８４４　５２．３２
　４　　－１６．２９０８　４．１７４３　　１．０００００
　５（ＳＴＯ）　∞　　　　４．１７４３　　１．０００００
　６　　　１１．１８５０　０．９７０４　　１．７５８４４　５２．３２
　７　　　７．１９１４　　３．０５７４　　１．４３９８６　９４．６６
　８　　－２８．４１７６　２４．３０３０　１．０００００
ＩＭＧ　　　　　∞　　　　０．００００　　１．０００００
（実施例４）
　本発明の実施例４に係るリレーシステムのリレー光学系２は、図９に示されるように、瞳Ｐの両側に配置され瞳Ｐと隣接する一対のレンズＬ１，Ｌ２と、一対のレンズＬ１，Ｌ２の両側に配置される一対のロッドレンズＬ３，Ｌ４とを備えている。リレー光学系２のレンズデ－タは以下の通りである。
　一対のレンズＬ１，Ｌ２は、瞳Ｐに対して対称である。図１０に示されるように、一対のレンズＬ１，Ｌ２が同一角度で傾いているときに、一対のレンズＬ１，Ｌ２の軸上コマ収差は、相互に同一の大きさかつ相互に逆方向であり、相互に完全に相殺する。
レンズデ－タ
面番号　　　　ｒ　　　　　　ｄ　　　　　　Ｎｅ　　　　　νｄ
ＯＢＪ　　　　∞　　　　０．００　　１．０００００
　１　　　　　∞　　　　５．１８　　１．０００００
　２　　１８．０１０　　３２．６２　１．５９１４３　　６１．１４
　３　　　　　∞　　　　０．９５　　１．０００００
　４　　１９．２９４　　５．６０　　１．４３９８６　　９４．６６
　５　　－１０．６１３　２．００　　１．７５８４４　　５２．３２
　６　　－１８．６３２　２．５０　　１．０００００
ＳＴＯ　　　　∞　　　　２．５０　　１．０００００
　８　　１８．６３２　　２．００　　１．７５８４４　　５２．３２
　９　　１０．６１３　　５．６０　　１．４３９８６　　９４．６６
１０　　－１９．２９４　０．９５　　１．０００００
１１　　　　　∞　　　　３２．６２　１．５９１４３　　６１．１４
１２　　－１８．０１　　５．１８　　１．０００００
ＩＭＧ　　　　∞　　　　０．００　　１．０００００
　１　リレーシステム
　２　リレー光学系
　３　第１の鏡枠
　３ｂ　フランジ
　４　第２の鏡枠
　Ｌ１，Ｌ２　一対のレンズ
　Ｓ１，Ｓ２　光学面
　Ｐ　瞳

Claims (3)

  1. 　入射側の物体面に結像された物体像を略等倍で射出側の像面に再結像させるリレーシステムであって、
    　前記物体像を伝送するリレー光学系と、
    　該リレー光学系の少なくとも一部を収容する管状の第１の鏡枠と、
    　該第１の鏡枠よりも長い管状であり、前記リレー光学系および前記第１の鏡枠を収容する第２の鏡枠とを備え、
    　前記リレー光学系が、瞳の両側に配置され該瞳に隣接する一対のレンズを含み、該一対のレンズの各々の前記瞳側の光学面が曲率を有し、
    　前記第１の鏡枠が、内面から径方向内方に突出するフランジを前記一対のレンズの間に有し、前記一対のレンズを前記瞳側の光学面が前記フランジに突き当たった状態で収容しているリレーシステム。
  2. 　前記一対のレンズが、同一の前記第１の鏡枠内に収容されている請求項１に記載のリレーシステム。
  3. 　前記一対のレンズが下記条件式を満たす請求項１または請求項２に記載のリレーシステム。
    　２Ｒ１＞ｔ１
    　２Ｒ２＞ｔ２
    　ここで、
    　Ｒ１は、前記一対のレンズの一方の前記瞳側の光学面の曲率半径（ｍｍ）、
    　ｔ１は、前記一対のレンズの一方のコバ厚さ（ｍｍ）、
    　Ｒ２は、前記一対のレンズの他方の前記瞳側の光学面の曲率半径（ｍｍ）、
    　ｔ２は、前記一対のレンズの他方のコバ厚さ（ｍｍ）
    である。
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