WO2020183622A1 - 光学系及びそれを備えた光学装置 - Google Patents

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WO2020183622A1
WO2020183622A1 PCT/JP2019/010087 JP2019010087W WO2020183622A1 WO 2020183622 A1 WO2020183622 A1 WO 2020183622A1 JP 2019010087 W JP2019010087 W JP 2019010087W WO 2020183622 A1 WO2020183622 A1 WO 2020183622A1
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optical system
reduction
conjugate point
meniscus lens
lens
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PCT/JP2019/010087
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研野孝吉
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オリンパス株式会社
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    • G02B9/64—Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having more than six components
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    • G02B25/001—Eyepieces
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    • G02B27/18—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical projection, e.g. combination of mirror and condenser and objective

Definitions

  • the present invention relates to an optical system and an optical device including the optical system.
  • the numerical aperture is used as an index showing the brightness of the optical system and the resolution of the optical system. The larger the numerical aperture value, the brighter the brightness and the higher the resolution.
  • the F number is also used as an index showing the brightness of the optical system and the resolution of the optical system. The smaller the F-number value, the brighter the brightness and the higher the resolution.
  • Patent Document 1 discloses an objective lens having a numerical aperture larger than 1.
  • This objective lens comprises a solid immersion lens having a hyperhemispherical shape or a hemispherical shape.
  • Patent Document 2 discloses an immersion objective lens having a numerical aperture of 1.3.
  • Patent Document 3 discloses an immersion microscope objective lens having a numerical aperture of 1.5.
  • the object when the object is a light emitting body, the light emitted toward the optical system and the light away from the optical system are emitted from the object.
  • the brightness and resolution of the optical system are determined by the amount of light incident on the optical system. The more light that can be incident on the optical system, the brighter the optical system and the higher the resolution.
  • the only light that can be incident on the objective lens is the light that comes toward the objective lens. That is, the light moving away from the objective lens cannot be incident on the objective lens.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and provides a bright optical system having high resolution and an optical device including the optical system.
  • the optical system according to at least some embodiments of the present invention is used.
  • An optical system in which an expanding side conjugate point located on the enlargement side and a reduction side conjugate point located on the reduction side are conjugated.
  • the distance from the optical system to the expanding side conjugate point is longer than the distance from the optical system to the reduction side conjugate point.
  • the optics have a hyperhemispheric meniscus lens,
  • the hyperhemispheric meniscus lens has a reduction side surface located on the reduction side and an enlargement side surface located on the enlargement side.
  • the reduced side surface is a curved surface that is concave on the reduced side.
  • the enlarged side surface is a curved surface having a positive refractive power convex on the enlarged side.
  • the curved surface of the enlarged side surface is a curved surface that exceeds the hemisphere.
  • the intersection of the reduced side surface and the optical axis of the optical system is located on the enlarged side of the reduced side conjugate point.
  • the reduction side intersection is characterized in that it is located on the reduction side from the reduction side conjugate point.
  • the reduction side intersection is the intersection of the reduction side virtual surface and the optical axis of the optical system.
  • the reduction side virtual surface is a surface that includes the intersection of the outer ray and the reduction side surface and is orthogonal to the optical axis of the optical system.
  • the outer ray is a ray that passes through the position farthest from the center of the reduced side surface among the rays that contribute to imaging. Is.
  • Optical devices according to at least some embodiments of the present invention With the above optical system It is characterized by having an imaging device arranged at a conjugate point on the reduction side.
  • Another optical device is with the above optical system It is characterized by having a light source unit arranged at a conjugate point on the reduction side.
  • Another optical device is with the above optical system It is characterized by having a holding mechanism for locating an object at a conjugate point on the reduction side.
  • Another optical device is with the above optical system It is characterized by having a display device arranged at a conjugate point on the expansion side.
  • an optical system having a bright and high resolution and an optical device provided with the optical system.
  • FIG. 1 shows the 1st example of the optical system of this embodiment. It is a figure which shows the 2nd example of the optical system of this embodiment. It is a figure which shows the outer ray in the optical system of 1st example. It is a figure which shows the outside ray in the optical system of 2nd example.
  • FIG. It is a partial cross-sectional view of the optical system of Example 2.
  • FIG. It is a partial sectional view of the optical system of Example 4.
  • FIG. It is a lens sectional view of the optical system of Example 5.
  • FIG. It is a partial cross-sectional view of the optical system of Example 5.
  • FIG. It is an aberration diagram of the optical system of Example 3.
  • FIG. It is an aberration diagram of the optical system of Example 4.
  • It is a figure which shows the 2nd example of the optical apparatus of this embodiment.
  • the optical system of the present embodiment is an optical system in which the expansion side conjugate point located on the expansion side and the reduction side conjugate point located on the reduction side are conjugated, and the distance from the optical system to the expansion side conjugate point. Is longer than the distance from the optical system to the reduced side conjugate point, the optical system has a superhemispheric meniscus lens, and the superhemispheric meniscus lens has a reduced side surface located on the reduced side and an enlarged side surface located on the enlarged side.
  • the reduced side surface is a concave curved surface on the reduced side
  • the enlarged side surface is a curved surface having a convex positive refractive power on the enlarged side
  • the curved surface of the enlarged side surface is a curved surface exceeding a hemisphere and is reduced.
  • the intersection of the side surface and the optical axis of the optical system is located on the expansion side of the reduction side conjugate point
  • the reduction side intersection is located on the reduction side of the reduction side conjugate point.
  • the reduction side intersection is the intersection of the reduction side virtual surface and the optical axis of the optical system.
  • the reduction side virtual surface is a surface that includes the intersection of the outer ray and the reduction side surface and is orthogonal to the optical axis of the optical system.
  • the outer ray is a ray that passes through the position farthest from the center of the reduced side surface among the rays that contribute to imaging. Is.
  • FIG. 1 is a diagram showing a first example of the optical system of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a second example of the optical system of the present embodiment.
  • the optical system has one meniscus lens.
  • the optical system has three meniscus lenses.
  • the optical system of this embodiment is an optical system in which the expanding side conjugate point Po and the contraction side conjugate point Pi are conjugated.
  • the expansion side conjugate point Po and the reduction side conjugate point Pi are located on the optical axis AX of the optical system.
  • the expansion side conjugate point Po is located on the expansion side, and the reduction side conjugate point Pi is located on the reduction side.
  • the distance from the optical system to the expanding side conjugate point Po is longer than the distance from the optical system to the reduction side conjugate point Pi.
  • the object can be positioned at the expanding side conjugate point Po.
  • an optical image of the object is formed at the conjugate point Pi on the reduction side. Therefore, the optical system of this embodiment can be used, for example, as a photographing lens of a camera.
  • the object does not have to be located at the expanding side conjugate point Po.
  • the object may be located at infinity.
  • the object can be positioned at the reduced side conjugate point Pi.
  • an optical image of the object is formed at the expanding side conjugate point Po. Therefore, the optical system of this embodiment can be used, for example, as an objective lens of a microscope, an eyepiece optical system of VR goggles, or a projection lens of a projector.
  • the optical image does not have to be formed at the expanding side conjugate point Po.
  • the optical image may be formed at infinity.
  • the lens surface is represented by an arc in the lens cross section.
  • the length of the arc can represent the range of the lens surface.
  • the length of the arc can be expressed by an angle formed by both ends of the arc and the center of the circle (hereinafter, referred to as "angle of the arc").
  • a curved surface whose arc angle is larger than 180 ° is called a curved surface exceeding a hemisphere.
  • a meniscus lens having a curved surface exceeding the hemisphere is called a super hemispherical meniscus lens.
  • the optical system of the first example has a meniscus lens LE.
  • the meniscus lens LE has a reduction side surface R1 located on the reduction side and an enlargement side surface R2 located on the enlargement side.
  • the reduced side surface R1 is a curved surface that is concave on the reduced side.
  • the enlarged side surface R2 is a curved surface having a positive refractive power convex on the enlarged side.
  • the enlarged side surface R2 is a curved surface that exceeds the hemisphere. Therefore, the meniscus lens LE is a hyperhemispheric meniscus lens.
  • the optical system of the second example has a meniscus lens LE1, a meniscus lens LE2, and a meniscus lens LE3.
  • the meniscus lens LE1 has a reduction side surface R11 located on the reduction side and an enlargement side surface R12 located on the enlargement side.
  • the reduced side surface R11 is a curved surface that is concave on the reduced side.
  • the enlarged side surface R12 is a curved surface having a positive refractive power convex on the enlarged side.
  • the enlarged side surface R12 is a curved surface that exceeds the hemisphere. Therefore, the meniscus lens LE1 is a hyperhemispheric meniscus lens.
  • the meniscus lens LE2 has a reduction side surface R21 located on the reduction side and an enlargement side surface R22 located on the enlargement side.
  • the reduced side surface R21 is a curved surface that is concave on the reduced side.
  • the enlarged side surface R22 is a curved surface having a positive refractive power convex on the enlarged side.
  • the enlarged side surface R22 is a curved surface exceeding a hemisphere. Therefore, the meniscus lens LE2 is a hyperhemispheric meniscus lens.
  • the meniscus lens LE3 has a reduction side surface R31 located on the reduction side and an enlargement side surface R32 located on the enlargement side.
  • the reduced side surface R31 is a curved surface that is concave on the reduced side.
  • the enlarged side surface R32 is a curved surface having a positive refractive power convex on the enlarged side.
  • the meniscus lens LE3 is a hyperhemispheric meniscus lens.
  • the expanding side conjugate point Po and the contraction side conjugate point Pi are conjugated.
  • the illuminant is placed at the expanding side conjugate point Po, the light is incident on the expanding side surface and then emitted from the reduction side surface. The light emitted from the reduced side reaches the reduced side conjugate point Pi.
  • the illuminant when the illuminant is placed at the conjugate point Pi on the reduction side, the light is incident on the reduction side surface and then emitted from the enlargement side surface. The light emitted from the enlarged side reaches the enlarged side conjugate point Po.
  • the illuminant is arranged at the reduced side conjugate point Pi.
  • FIG. 3 is a diagram showing outside light rays in the optical system of the first example.
  • the illuminant is arranged at the reduction side conjugate point Pi, the light toward the meniscus lens LE and the light away from the meniscus lens LE are emitted from the reduction side conjugate point Pi.
  • the light that comes toward the meniscus lens LE is the light that travels toward the enlargement side, and the light that moves away from the meniscus lens LE is the light that travels toward the reduction side.
  • the intersection Pc1 between the reduced side surface R1 and the optical axis AX is located on the enlarged side of the reduced side conjugate point Pi.
  • a part of the reduced side surface R1 is located in the traveling direction of the light coming toward the meniscus lens LE. Therefore, in the optical system of the first example, the light coming toward the meniscus lens LE can contribute to the image formation.
  • the reduction side intersection P1 is the intersection of the reduction side virtual surface IP1 and the optical axis AX.
  • the reduction side virtual surface IP1 is a surface that includes the intersection PR1 of the outer ray LBm and the reduction side surface R1 and is orthogonal to the optical axis AX.
  • the outer ray LBm is a ray that passes through the position farthest from the center of the reduced side surface R1 among the rays that contribute to the image formation. In this way, the reduction side intersection P1 is determined by the outer ray LBm.
  • the center of the reduced side surface R1 is the intersection Pc1.
  • the outer ray LBm comes toward the meniscus lens LE.
  • the outer ray LBm moves away from the meniscus lens LE.
  • the position of the reduction side intersection P1 and the position of the reduction side conjugate point Pi are related to the direction of the outer ray LBm.
  • the angle ⁇ is the angle formed by the reduction side conjugate surface PLi and the outer ray LBm. As the angle ⁇ increases, the proportion of light rays reaching the reduced side surface of the meniscus lens LE increases. As a result, the amount of light increases.
  • the reduction side intersection point P1 is located on the reduction side with respect to the reduction side conjugate point Pi. Therefore, the outer ray LBm becomes a ray away from the meniscus lens LE. Since the outer light beam LBm reaches the reduction side surface R1, the light ray moving away from the meniscus lens LE reaches the reduction side surface R1. Since the outer ray LBm is a ray that contributes to the image formation, in the optical system of the first example, a ray that is separated from the meniscus lens LE can contribute to the image formation.
  • the optical system of the first example not only the light coming toward the optical system but also the light moving away from the optical system can contribute to the image formation. Therefore, it is possible to realize an optical system that is bright and has high resolution.
  • FIG. 4 is a diagram showing an outside ray in the optical system of the second example.
  • the illuminant is arranged at the reduction side conjugate point Pi, the light toward the meniscus lens LE1 and the light away from the meniscus lens LE1 are emitted from the reduction side conjugate point Pi. If not only the light coming toward the meniscus lens LE1 but also the light moving away from the meniscus lens LE1 can contribute to the imaging, it is possible to realize an optical system that is bright and has high resolution.
  • the meniscus lens LE1 will be explained.
  • the intersection of the reduced side surface of the meniscus lens LE1 and the optical axis is located on the enlarged side of the reduced side conjugate point Pi.
  • a part of the reduced side surface of the meniscus lens LE1 is located in the traveling direction of the light coming toward the meniscus lens LE1. Therefore, in the optical system of the second example, the light coming toward the meniscus lens LE1 can contribute to the image formation.
  • the reduction side intersection of the meniscus lens LE1 is the intersection of the reduction side virtual surface of the meniscus lens LE1 and the optical axis.
  • the reduction-side virtual surface of the meniscus lens LE1 is a surface including the intersection of the outer light beam LBm1 and the reduction side surface of the meniscus lens LE1 and orthogonal to the optical axis.
  • the outer ray LBm1 is a ray that passes through the position farthest from the center of the reduced side surface of the meniscus lens LE1 among the rays that contribute to image formation.
  • the reduction side intersection of the meniscus lens LE1 is determined by the outer ray LBm1.
  • the outer ray LBm1 comes toward the meniscus lens LE1.
  • the outer ray LBm1 moves away from the meniscus lens LE1.
  • the position of the reduction side intersection point and the position of the reduction side conjugate point Pi are related to the direction of the outer ray LBm1.
  • the angle ⁇ 1 increases as the reduction side intersection moves away from the reduction side conjugate point Pi toward the reduction side.
  • the angle ⁇ 1 is an angle formed by the reduced side conjugate surface and the outer ray LBm1.
  • the proportion of light rays reaching the reduced side surface of the meniscus lens LE1 increases. As a result, the amount of light increases.
  • the reduction side intersection is located on the reduction side of the reduction side conjugate point Pi. Therefore, the outer ray LBm1 becomes a ray away from the meniscus lens LE1. Since the outer light beam LBm1 reaches the reduced side surface of the meniscus lens LE1, the light ray moving away from the meniscus lens LE1 reaches the reduced side surface of the meniscus lens LE1. Since the outer ray LBm1 is a ray that contributes to image formation, in the optical system of the second example, a ray that is separated from the meniscus lens LE1 can contribute to image formation.
  • the reduction side intersection of the meniscus lens LE2 is the intersection of the reduction side virtual surface of the meniscus lens LE2 and the optical axis.
  • the reduced side virtual surface of the meniscus lens LE2 is a surface including the intersection of the outer light beam LBm2 and the reduced side surface of the meniscus lens LE2 and orthogonal to the optical axis.
  • the outer ray LBm2 is a ray that passes through the position farthest from the center of the reduced side surface of the meniscus lens LE2 among the rays that contribute to image formation.
  • the reduction side intersection of the meniscus lens LE2 is determined by the outer ray LBm2.
  • the reduced side surface of the meniscus lens LE2 is not located closest to the reduced side conjugate point Pi. Therefore, in the meniscus lens LE2, the position of the reduction side intersection point and the position of the reduction side conjugate point Pi are related to the direction of the outer ray LBm2.
  • the reduction side intersection is located on the reduction side of the reduction side conjugate point Pi. Therefore, the change in the direction of the outer ray LBm2 with respect to the direction of the outer ray LBm1 can be reduced as compared with the case where the reduction side intersection is located on the expansion side of the reduction side conjugate point Pi.
  • the direction of the outer ray LBm1 may be changed so that the angle ⁇ 1 is reduced.
  • the proportion of light rays reaching the reduced side surface of the meniscus lens LE1 is reduced. As a result, the amount of light is reduced.
  • the change in the direction of the outer ray LBm2 with respect to the direction of the outer ray LBm1 can be reduced without reducing the angle ⁇ 1. Therefore, it is possible to suppress the decrease in the amount of light and the occurrence of the aberration.
  • the reduction side intersection of the meniscus lens LE3 is the intersection of the reduction side virtual surface of the meniscus lens LE3 and the optical axis.
  • the reduction-side virtual surface of the meniscus lens LE3 is a surface that includes the intersection of the outer light beam LBm3 and the reduction side surface of the meniscus lens LE3 and is orthogonal to the optical axis.
  • the outer ray LBm3 is a ray that passes through the position farthest from the center of the reduced side surface of the meniscus lens LE3 among the rays that contribute to image formation.
  • the reduction side intersection of the meniscus lens LE3 is determined by the outer ray LBm3.
  • the reduced side surface of the meniscus lens LE3 is not located closest to the reduced side conjugate point Pi. Therefore, in the meniscus lens LE3, the position of the reduction side intersection and the position of the reduction side conjugate point Pi are related to the direction of the outer ray LBm3.
  • the reduction side intersection is located on the reduction side of the reduction side conjugate point Pi. Therefore, the change in the direction of the outer ray LBm3 with respect to the direction of the outer ray LBm2 can be reduced as compared with the case where the reduction side intersection is located on the expansion side of the reduction side conjugate point Pi.
  • the direction of the outer ray LBm1 may be changed so that the angle ⁇ 1 is reduced.
  • the proportion of light rays reaching the reduced side surface of the meniscus lens LE1 is reduced. As a result, the amount of light is reduced.
  • the change in the direction of the outer ray LBm3 with respect to the direction of the outer ray LBm2 can be reduced without reducing the angle ⁇ 1. Therefore, it is possible to suppress the decrease in the amount of light and the occurrence of the aberration.
  • the optical system of the second example not only the light coming toward the optical system but also the light moving away from the optical system can contribute to the image formation. Therefore, it is possible to realize an optical system that is bright and has high resolution. Further, it is possible to realize an optical system in which the occurrence of aberration is suppressed.
  • the reduced side conjugate point is located in the sphere on the reduced side surface.
  • the sphere missing surface is a surface on which a part of the spherical surface is cut off.
  • the cross section of the reduced side surface R1 is represented by an arc connecting the intersection Pc1, the intersection PR1, and the tip TP, as shown in FIG.
  • this arc is rotated around the optical axis AX, a surface on which a part of the spherical surface is cut off is formed. Therefore, the reduced side surface R1 can be said to be a ball-missing surface.
  • the reduced side conjugate point Pi is located on the enlarged side with respect to the tip TP.
  • the enlarged side of the tip TP is the inside of the ball missing surface. Therefore, it can be said that the reduced side conjugate point Pi is located in the sphere missing surface.
  • the intersection point Pc1 is located on the expansion side of the reduction side conjugate point Pi, and the reduction side intersection point P1 is located on the reduction side of the reduction side conjugate point Pi. ..
  • the light coming toward the optical system but also the light moving away from the optical system can contribute to the imaging. Therefore, it is possible to realize an optical system that is bright and has high resolution.
  • the reduced side surface R1 can be aspherical.
  • the sphere missing surface will be represented based on the sphere represented by the paraxial radius of curvature.
  • the expansion side intersection is preferably located on the reduction side of the reduction side conjugate point.
  • the expansion side intersection is the intersection of the expansion side virtual surface and the optical axis of the optical system.
  • the magnifying side virtual plane is a plane that includes the intersection of a predetermined outer ray and the magnifying side surface and is orthogonal to the optical axis of the optical system.
  • a given outer ray is a ray after the outer ray has passed through the shrinking side, Is.
  • the expansion side intersection P2 is the intersection of the expansion side virtual surface IP2 and the optical axis AX.
  • the expansion side virtual surface IP2 is a surface that includes the intersection PR2 of the outer light beam LBm'and the expansion side surface R2 and is orthogonal to the optical axis AX.
  • the expansion side intersection P2 is determined by the outer ray LBm'.
  • the outer ray LBm' is a ray after the outer ray LBm has passed through the reduced side surface R1.
  • the outer ray LBm is a ray that passes through the position farthest from the center of the reduced side surface among the rays that contribute to image formation. Therefore, the outer ray LBm'can be said to be a ray that passes through the position farthest from the center of the enlarged side surface among the rays that contribute to the image formation.
  • the enlarged side surface R2 is not located closest to the reduced side conjugate point Pi. Therefore, the position of the expansion side intersection P2 and the position of the reduction side conjugate point Pi are related to the direction of the outer ray LBm'.
  • the enlargement side intersection P2 is located on the reduction side of the reduction side conjugate point Pi. Therefore, the change in the direction of the outer ray LBm'with respect to the direction of the outer ray LBm can be reduced as compared with the case where the expansion side intersection P2 is located on the expansion side of the reduction side conjugate point Pi.
  • the change in the direction of the outer ray LBm'with respect to the direction of the outer ray LBm is large, a large aberration occurs.
  • the direction of the outer light beam LBm may be changed so that the angle ⁇ is small.
  • the proportion of light rays reaching the reduced side surface R1 is reduced. As a result, the amount of light is reduced.
  • the change in the direction of the outer ray LBm'with respect to the direction of the outer ray LBm can be reduced without reducing the angle ⁇ . Therefore, it is possible to suppress the decrease in the amount of light and the occurrence of the aberration.
  • the optical system of the first example not only the light coming toward the optical system but also the light moving away from the optical system can contribute to the image formation. Therefore, it is possible to realize an optical system that is bright and has high resolution.
  • the enlarged side surface R2 is not located closest to the reduced side conjugate point Pi, like the reduced side surface of the meniscus lens LE1, the reduced side surface of the meniscus lens LE2, and the reduced side surface of the meniscus lens LE3. Therefore, the enlarged side surface R2 has the same effect as those of the reduced side surface.
  • the optical system of the second example will be described. However, detailed description will be omitted. Further, the meniscus lens LE1 will be described, and the description of the meniscus lens LE2 and the meniscus lens LE3 will be omitted.
  • the expansion side intersection is the intersection of the expansion side virtual surface and the optical axis AX.
  • the magnifying side virtual plane is a plane that includes an intersection of a predetermined outer light ray and the magnifying side surface and is orthogonal to the optical axis AX. In this way, the expansion side intersection is determined by a predetermined outer ray.
  • the predetermined outer ray is a ray after the outer ray LBm1 has passed through the reduced side surface.
  • the outer ray LBm1 is a ray that contributes to imaging. Since the predetermined outer ray is a ray after the outer ray LBm1 has passed through the reduced side surface, the predetermined outer ray is a ray that contributes to the image formation. Further, the outer ray LBm1 is a ray that passes through the position farthest from the center of the reduced side surface. Therefore, the predetermined outer light beam passes through the position farthest from the center of the enlarged side surface.
  • the enlarged side surface of the meniscus lens LE1 is not located closest to the reduced side conjugate point Pi. Therefore, the position of the expansion side intersection point and the position of the reduction side conjugate point Pi are related to the direction of the predetermined outer light beam.
  • the expansion side intersection is located on the reduction side of the reduction side conjugate point. Therefore, the change in the direction of the predetermined outer ray with respect to the direction of the outer ray LBm1 can be reduced as compared with the case where the expansion side intersection is located on the expansion side of the reduction side conjugate point.
  • the direction of the outer ray LBm1 may be changed so that the angle ⁇ 1 is reduced.
  • the proportion of light rays reaching the reduced side is reduced. As a result, the amount of light is reduced.
  • the change in the direction of the outer ray LBm'with respect to the direction of the outer ray LBm can be reduced without reducing the angle ⁇ . Therefore, it is possible to suppress the decrease in the amount of light and the occurrence of the aberration.
  • the enlarged side surface of the meniscus lens LE1 is not located closest to the reduced side conjugate point Pi, like the reduced side surface of the meniscus lens LE1, the reduced side surface of the meniscus lens LE2, and the reduced side surface of the meniscus lens LE3. Therefore, on the enlarged side surface of the meniscus lens LE1, the same action and effect as those on the reduced side surface occur.
  • the enlarged side surface of the meniscus lens LE2 and the enlarged side surface of the meniscus lens LE3 are also not located closest to the reduction side conjugate point Pi. Therefore, the magnifying side of the meniscus lens LE2 and the magnifying side of the meniscus lens LE3 have the same effects as those of the magnifying side of the meniscus lens LE1.
  • the optical system of the second example not only the light coming toward the optical system but also the light moving away from the optical system can contribute to the image formation. Therefore, it is possible to realize an optical system that is bright and has high resolution.
  • the optical system of the present embodiment preferably satisfies the following conditional expression (1). 0 (mm) ⁇ D1sag (1) here, D1sag is the distance between the reduced side conjugate point and the reduced side intersection, Is.
  • Conditional expression (1) is a conditional expression regarding the amount of protrusion of the reduced side surface to the reduced side.
  • the amount of protrusion is the distance between the reduction side conjugate point Pi and the reduction side intersection, and is determined with reference to the reduction side conjugate point Pi. When the reduction side intersection is located on the reduction side with respect to the reduction side conjugate point Pi, the protrusion amount becomes a positive value.
  • the light moving away from the optical system can contribute to the imaging. Therefore, it is possible to realize an optical system that is bright and has high resolution.
  • FIG. 3 shows the amount of protrusion of the reduced side surface in the optical system of the first example.
  • the protrusion amount D1 sag is the distance between the reduced side conjugate point Pi and the reduced side intersection point P1. Since the reduction side intersection point P1 is located on the reduction side with respect to the reduction side conjugate point Pi, the protrusion amount D1 sag becomes a positive value.
  • FIG. 4 shows the amount of protrusion of the reduced side surface in the optical system of the second example.
  • the protrusion amount D1 sag in the meniscus lens LE1 is the distance between the reduction side conjugate point Pi and the reduction side intersection of the meniscus lens LE1. In the meniscus lens LE1, the reduction side intersection is located on the reduction side with respect to the reduction side conjugate point Pi. Therefore, the protrusion amount D1 sag becomes a positive value.
  • the protrusion amount D1 sag in the meniscus lens LE2 is the distance between the reduction side conjugate point Pi and the reduction side intersection of the meniscus lens LE2. In the meniscus lens LE2, the reduction side intersection is located on the reduction side with respect to the reduction side conjugate point Pi. Therefore, the protrusion amount D1 sag becomes a positive value.
  • the protrusion amount D1 sag in the meniscus lens LE3 is the distance between the reduction side conjugate point Pi and the reduction side intersection of the meniscus lens LE3. In the meniscus lens LE3, the reduction side intersection is located on the reduction side with respect to the reduction side conjugate point Pi. Therefore, the protrusion amount D1 sag becomes a positive value.
  • the optical system of this embodiment preferably satisfies the following conditional expression (2). 0 (mm) ⁇ D2sag (2) here, D2sag is the distance between the expanding side conjugate point and the expanding side intersection, Is.
  • Conditional expression (2) is a conditional expression regarding the amount of protrusion of the enlarged side surface to the reduced side.
  • the amount of protrusion is the distance between the reduction side conjugate point Pi and the expansion side intersection, and is determined with reference to the reduction side conjugate point Pi. When the expansion side intersection is located on the reduction side of the reduction side conjugate point Pi, the protrusion amount becomes a positive value.
  • the conditional expression (2) When the conditional expression (2) is satisfied, the light moving away from the optical system can contribute to the imaging. Therefore, it is possible to realize an optical system that is bright and has high resolution.
  • FIG. 3 shows the amount of protrusion of the enlarged side surface in the optical system of the first example.
  • the protrusion amount D2sag is the distance between the contraction side conjugate point Pi and the expansion side intersection point P2. Since the expansion side intersection P2 is located on the reduction side with respect to the reduction side conjugate point Pi, the protrusion amount D2sag has a positive value.
  • FIG. 4 shows the amount of protrusion of the enlarged side surface in the optical system of the second example.
  • the protrusion amount D2sag in the meniscus lens LE1 is the distance between the reduction side conjugate point Pi and the enlargement side intersection of the meniscus lens LE1. In the meniscus lens LE1, the enlargement side intersection is located on the reduction side of the reduction side conjugate point Pi. Therefore, the protrusion amount D2sag becomes a positive value.
  • the protrusion amount D2sag in the meniscus lens LE2 is the distance between the reduction side conjugate point Pi and the enlargement side intersection of the meniscus lens LE2. In the meniscus lens LE2, the enlargement side intersection is located on the reduction side of the reduction side conjugate point Pi. Therefore, the protrusion amount D2sag becomes a positive value.
  • the protrusion amount D2sag in the meniscus lens LE3 is the distance between the reduction side conjugate point Pi and the enlargement side intersection of the meniscus lens LE3. In the meniscus lens LE3, the enlargement side intersection is located on the reduction side of the reduction side conjugate point Pi. Therefore, the protrusion amount D2sag becomes a positive value.
  • conditional expression (1) and the technical significance of the conditional expression (2) are based on the premise that the illuminant is arranged at the conjugate point Pi on the reduction side. As described above, the illuminant can also be arranged at the expanding side conjugate point Po. In this case, the light reaches the conjugate point Pi on the contraction side from the enlargement side. Therefore, "light moving away from the optical system” is "light reaching the optical system from a position on the reduction side of the reduced side conjugate point Pi".
  • the optical system of the present embodiment has at least one hyperhemispheric meniscus lens that satisfies both the conditional expression (1) and the conditional expression (2).
  • conditional expression (1) The technical significance of the conditional expression (1) and the technical significance of the conditional expression (2) are as described above.
  • the optical system If at least two hyperhemispheric meniscus lenses are arranged in the optical system, light can be refracted using at least four refracting surfaces. In this case, since the light can be bent little by little, the occurrence of spherical aberration can be suppressed. Further, as the glass material of each hyperhemispheric meniscus lens, glass materials having different optical characteristics can be used. Therefore, chromatic aberration can be satisfactorily corrected.
  • the predetermined lens is a superhemispheric meniscus lens located closest to the reducing side conjugate point, and preferably satisfies the following conditional expression (3). 0 ⁇ R1 / F ⁇ 0.6 (3) here, R1 is the radius of curvature of the reduced side surface of a predetermined lens. F is the focal length of the optical system, Is.
  • Conditional expression (3) is a conditional expression regarding the radius of curvature of the reduced side surface. Light moving away from the optical system reaches the reduced side surface. Therefore, the conditional expression (3) can be said to be a conditional expression for allowing the light away from the optical system to reach the reduced side surface.
  • the reduced side surface becomes a convex curved surface on the reduced side.
  • the reduced side surface must be a curved surface concave on the reduced side. Therefore, it does not fall below the lower limit of the conditional expression (3).
  • the radius of curvature of the reduced side surface becomes too large. In this case, even if the reduction side intersection is located on the reduction side of the reduction side conjugate point, the distance between the reduction side intersection and the reduction side conjugate point cannot be widened. Therefore, among the light that moves away from the optical system, the amount of light that can reach the reduced side surface is reduced.
  • the predetermined lens is a superhemispheric meniscus lens located closest to the reduced side conjugate point, and preferably satisfies the following conditional expression (4). 0 ⁇ R2 / F ⁇ 0.6 (4) here, R2 is the radius of curvature of the magnifying side of a given lens. F is the focal length of the optical system, Is.
  • Conditional expression (4) is a conditional expression regarding the radius of curvature of the enlarged side surface. The light that reaches the reduced side goes to the enlarged side.
  • the conditional expression (4) is a conditional expression for allowing light to reach the enlarged side surface from the reduced side surface.
  • the enlarged side surface becomes a concave curved surface on the enlarged side.
  • the enlarged side surface must be a curved surface convex to the enlarged side. Therefore, it does not fall below the lower limit of the conditional expression (4).
  • the radius of curvature of the enlarged side surface becomes too large.
  • the enlarged side surface is a curved surface that exceeds the hemisphere. Therefore, if the radius of curvature of the enlarged side surface becomes too large, the portion exceeding the hemisphere decreases.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the lens of the optical system of the first embodiment.
  • the left side of the paper is the enlargement side, and the right side is the reduction side.
  • FIG. 15 is an aberration diagram of spherical aberration of the optical system of the first embodiment.
  • the optical system of Example 1 is an imaging optical system.
  • the object is located on the enlarged side. Therefore, the optical image I of the object is formed at the conjugate point on the reduction side.
  • FIG. 5 shows how light from an object located at infinity is focused on the conjugate point on the reduction side.
  • the imaging optical system includes a negative meniscus lens L1 having a convex surface facing the magnifying side, a negative meniscus lens L2 having a convex surface facing the magnifying side, and a negative meniscus lens L3 having a convex surface facing the magnifying side in order from the magnifying side. It has a negative meniscus lens L4 with a convex surface directed to the side.
  • the aperture diaphragm S is located on the reduction side of the surface top of the enlargement side surface of the negative meniscus lens L1.
  • the enlarged side surface of the negative meniscus lens L2, the enlarged side surface of the negative meniscus lens L3, and the enlarged side surface of the negative meniscus lens L4 are curved surfaces exceeding a hemisphere. Therefore, the negative meniscus lens L2, the negative meniscus lens L3, and the negative meniscus lens L4 are hyperhemispheric meniscus lenses. In the optical system of Example 1, three hyperhemispheric meniscus lenses are arranged on the reduction side.
  • the aspherical surface is provided on the enlarged side surface of the negative meniscus lens L1.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the lens of the optical system of the second embodiment. Further, a partial cross-sectional view of the optical system of the second embodiment is shown in FIG. FIG. 7 shows a lens located in the vicinity of the reduced side conjugate point Pi.
  • the left side of the paper is the enlargement side
  • the right side is the reduction side.
  • the optical system of Example 2 is an illumination optical system.
  • the object is located on the reduction side, for example, the reduction side conjugate point Pi. Therefore, an optical image of the object is formed on the enlarged side.
  • FIG. 6 shows how light from an object, for example, light emitted from a light source, becomes parallel light on the enlarged side.
  • the optical image I in the optical system of Example 1 is shown.
  • the object is arranged at the position of the optical image I.
  • the illumination optical system includes a negative meniscus lens L1 having a convex surface facing the magnifying side, a negative meniscus lens L2 having a convex surface facing the magnifying side, and a negative meniscus lens L3 having a convex surface facing the magnifying side in order from the magnifying side. It has a negative meniscus lens L4 with a convex surface directed to the side.
  • the aperture stop S is located at the top of the enlarged side surface of the negative meniscus lens L1.
  • the enlarged side surface of the negative meniscus lens L3 and the enlarged side surface of the negative meniscus lens L4 are curved surfaces exceeding a hemisphere. Therefore, the negative meniscus lens L3 and the negative meniscus lens L4 are hyperhemispheric meniscus lenses. In the optical system of the second embodiment, two hyperhemispheric meniscus lenses are arranged on the reduction side.
  • the aspherical surface is provided on the enlarged side surface of the negative meniscus lens L1.
  • FIG. 7 shows the amount of protrusion of the negative meniscus lens L3 and the amount of protrusion of the negative meniscus lens L4.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the lens of the optical system of the third embodiment. Further, a partial cross-sectional view of the optical system of Example 3 is shown in FIG. FIG. 9 shows a lens located in the vicinity of the reduction side conjugate point Pi.
  • FIGS. 8 and 9 the left side of the paper is the reduction side, and the right side is the enlargement side.
  • FIG. 16 is an aberration diagram of spherical aberration of the optical system of Example 3.
  • the optical system of Example 3 is a dry type microscope objective lens.
  • the object is located on the reduction side, for example, the reduction side conjugate point Pi. Therefore, an optical image of the object is formed on the enlarged side.
  • the optical system of the third embodiment is an infinity correction objective lens.
  • FIG. 8 shows that the light from the object is parallel light on the enlarged side.
  • the microscope objective lenses include a negative meniscus lens L1 having a convex surface facing the magnifying side, a negative meniscus lens L2 having a convex surface facing the magnifying side, a biconvex positive lens L3, and a biconvex positive lens L4 in order from the reduction side.
  • the microscope objective lens further includes a biconvex positive lens L5, a biconcave negative lens L6, a biconvex positive lens L7, a biconvex positive lens L8, a negative meniscus lens L9 with a convex surface facing the enlargement side, and a reduction side. It has a negative meniscus lens L10 having a convex surface facing the lens and a positive meniscus lens L11 having a convex surface facing the reduction side.
  • the biconvex positive lens L5, the biconcave negative lens L6, and the biconvex positive lens L7 are joined.
  • the biconvex positive lens L8 and the negative meniscus lens L9 are joined.
  • the negative meniscus lens L10 and the positive meniscus lens L11 are joined.
  • the microscope objective lens further includes a negative meniscus lens L12 with a convex surface facing the reduction side, a biconcave negative lens L13, a negative meniscus lens L14 with a convex surface facing the enlargement side, a biconcave negative lens L15, and a biconvex positive lens. It has a lens L16, a biconcave negative lens L17, and a biconvex positive lens L18.
  • the negative meniscus lens L12, the biconcave negative lens L13, and the negative meniscus lens L14 are joined.
  • the biconcave negative lens L15 and the biconvex positive lens L16 are joined.
  • the biconcave negative lens L17 and the biconvex positive lens L18 are joined.
  • the enlarged side surface of the negative meniscus lens L1 is a curved surface exceeding a hemisphere. Therefore, the negative meniscus lens L1 is a hyperhemispheric meniscus lens. In the optical system of Example 3, one hyperhemispheric meniscus lens is arranged on the reduction side.
  • the aperture angle exceeds 90 °, so the resolution ⁇ is obtained using the pupil diameter.
  • the larger the pupil diameter the smaller the resolution ⁇ .
  • the resolution ⁇ may be obtained by using the pupil diameter on the enlarged side.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the lens of the optical system of the fourth embodiment. Further, a partial cross-sectional view of the optical system of Example 4 is shown in FIG. FIG. 11 shows a lens located in the vicinity of the reduced side conjugate point Pi.
  • FIGS. 10 and 11 the left side of the paper is the reduction side, and the right side is the enlargement side.
  • FIG. 17 is an aberration diagram of spherical aberration of the optical system of Example 4.
  • the optical system of Example 4 is a water immersion type microscope objective lens.
  • the object is located on the reduction side, for example, the reduction side conjugate point Pi. Therefore, an optical image of the object is formed on the enlarged side.
  • the optical system of the fourth embodiment is an infinity correction objective lens.
  • FIG. 10 shows how the light from the object is parallel light on the enlarged side.
  • the microscope objective lens has, in order from the reduction side, a negative meniscus lens L1 having a convex surface facing the enlargement side, a negative meniscus lens L2 having a convex surface facing the enlargement side, and a biconvex positive lens L3.
  • the microscope objective lens further includes a negative meniscus lens L4 with a convex surface facing the reduction side, a biconvex positive lens L5, a biconcave negative lens L6, a biconvex positive lens L7, and a negative meniscus with a convex surface facing the reduction side. It has a lens L8 and a biconvex positive lens L9.
  • the negative meniscus lens L4 and the biconvex positive lens L5 are joined.
  • the biconcave negative lens L6 and the biconvex positive lens L7 are joined.
  • the negative meniscus lens L8 and the biconvex positive lens L9 are joined.
  • the microscope objective lens further includes a positive meniscus lens L10 with a convex surface facing the magnifying side, a biconcave negative lens L11, a biconcave negative lens L12, a biconvex positive lens L13, and a negative meniscus with a convex surface facing the magnifying side. It has a lens L14 and a positive meniscus lens L15 with a convex surface facing the magnifying side.
  • the positive meniscus lens L10 and the biconcave negative lens L11 are joined.
  • the biconcave negative lens L12 and the biconvex positive lens L13 are joined.
  • the negative meniscus lens L14 and the positive meniscus lens L15 are joined.
  • the enlarged side surface of the negative meniscus lens L1 is a curved surface exceeding a hemisphere. Therefore, the negative meniscus lens L1 is a hyperhemispheric meniscus lens. In the optical system of Example 4, one hyperhemispheric meniscus lens is arranged on the reduction side.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the lens of the optical system of the fifth embodiment. Further, a partial cross-sectional view of the optical system of Example 5 is shown in FIG. FIG. 13 shows a lens located in the vicinity of the reduced side conjugate point Pi.
  • FIGS. 12 and 13 the left side of the paper is the reduction side, and the right side is the enlargement side.
  • FIG. 18 is an aberration diagram of spherical aberration of the optical system of Example 5.
  • the optical system of Example 5 is a water immersion type microscope objective lens.
  • the object is located on the reduction side, for example, the reduction side conjugate point Pi. Therefore, an optical image of the object is formed on the enlarged side.
  • the optical system of the fifth embodiment is an infinity correction objective lens.
  • FIG. 12 shows that the light from the object is parallel light on the enlarged side.
  • the microscope objective lenses are, in order from the reduction side, a negative meniscus lens L1 having a convex surface facing the magnifying side, a biconvex positive lens L2, a negative meniscus lens L3 having a convex surface facing the magnifying side, and a convex surface facing the magnifying side. It has a positive meniscus lens L4.
  • the biconvex positive lens L2 and the negative meniscus lens L3 are joined.
  • the microscope objective lenses are a negative meniscus lens L5 with a convex surface facing the reduction side, a biconvex positive lens L6, a positive meniscus lens L7 with a convex surface facing the enlargement side, and a negative meniscus lens L7 with a convex surface facing the enlargement side. It has L8, a negative meniscus lens L9 with a convex surface facing the reduction side, and a biconvex positive lens L10.
  • the negative meniscus lens L5 and the biconvex positive lens L6 are joined.
  • the positive meniscus lens L7 and the negative meniscus lens L8 are joined.
  • the negative meniscus lens L9 and the biconvex positive lens L10 are joined.
  • the microscope objective lenses further include a biconvex positive lens L11, a negative meniscus lens L12 with a convex surface facing the enlargement side, a biconcave negative lens L13, a positive meniscus lens L14 with a convex surface facing the reduction side, and a reduction side. It has a negative meniscus lens L15 with a convex surface and a positive meniscus lens L16 with a convex surface facing the reduction side.
  • the biconvex positive lens L11 and the negative meniscus lens L12 are joined. Both concave negative lenses L13 and positive meniscus lens L14 are joined. The negative meniscus lens L15 and the positive meniscus lens L16 are joined.
  • the enlarged side surface of the negative meniscus lens L1 is a curved surface exceeding a hemisphere. Therefore, the negative meniscus lens L1 is a hyperhemispheric meniscus lens. In the optical system of Example 4, one hyperhemispheric meniscus lens is arranged on the reduction side.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of the lens of the optical system of the sixth embodiment.
  • the left side of the paper is the reduction side
  • the right side is the enlargement side.
  • the optical system of Example 6 is an eyepiece optical system.
  • the object is located at the expanding side conjugate point Po. Therefore, an optical image of the object is formed on the reduced side.
  • FIG. 14 shows how light from an object located at the expansion side conjugate point Po, for example, light from a display element, reaches the reduction side conjugate point Pi.
  • the eyepiece optical system has a negative meniscus lens L1 having a convex surface facing the enlargement side and a biconvex positive lens L2 in order from the reduction side.
  • the aperture stop S is located on the reduction side of the negative meniscus lens L1.
  • the enlarged side surface of the negative meniscus lens L1 is a curved surface that exceeds the hemisphere. Therefore, the negative meniscus lens L1 is a hyperhemispheric meniscus lens. In the optical system of Example 6, one hyperhemispheric meniscus lens is arranged on the reduction side.
  • r is the radius of curvature of each lens surface
  • d is the distance between each lens surface
  • ne is the refractive index of the e-line of each lens
  • ⁇ d is the Abbe number of each lens
  • * mark is an aspherical surface.
  • f is the focal length of the optical system
  • FNO F number
  • ⁇ is half angle of view
  • EPD is pupil diameter
  • ⁇ out is exit half angle
  • ⁇ EXP exit pupil diameter
  • ⁇ NA aperture angle
  • OBH object height
  • ⁇ max maximum angle of view
  • ⁇ eye is binocular angle of view
  • IH Is the image height.
  • the pupil diameter is the diameter
  • the unit of length is mm
  • the unit of angle of view is °.
  • the aspherical shape has the following equation when the optical axis direction is z, the direction orthogonal to the optical axis is y, the conical coefficient is k, and the aspherical coefficient is A4, A6, A8, A10, A12, and so on. expressed.
  • z (y 2 / r) / [1 + ⁇ 1- (1 + k) (y / r) 2 ⁇ 1/2 ] +A4y 4 +A6y 6 +A8y 8 +A10y 10 +A12y 12 +...
  • "en” (n is an integer) indicates "10- n ".
  • the symbols of these specification values are also common to the numerical data of the examples described later.
  • the optical system of Numerical Example 3, the optical system of Numerical Example 4, and Numerical Example 5 are infinity correction objective lenses.
  • the infinity correction objective lens is used together with the imaging optical system.
  • Numerical examples of the imaging optical system are shown below.
  • Surface data Surface number r d ne ⁇ d 1 68.754 7.732 1.4875 70.2 2-37.568 3.474 1.8061 40.9 3 -102.848 0.697 4 84.310 6.024 1.8340 37.1 5 -50.710 3.030 1.6445 40.8 6 40.662 150.000 Image plane ⁇
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 (1) D1sag 1.264 1.420 0.127 4.775 8.137 1.744 (2) D2sag 1.748 2.137 0.134 4.849 8.397 0.420 (3) R1 / F -0.083 -0.074 -0.104 (4) R2 / F -0.150 -0.215 -0.172
  • Example 4 Example 5
  • Example 6 (1) D1sag 0.091 0.241 5.123 (2) D2sag 0.105 0.249 5.027 (3) R1 / F -0.119 -0.188 -0.533 (4) R2 / F -0.175 -0.236 -0.573
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 R1 -2.138 -1.500 -0.441
  • Example 4 Example 5
  • Example 6 R1 -0.500 -0.81 -15.631
  • the optical device of the present embodiment is characterized by having the above-mentioned optical system and an image pickup device arranged at a conjugate point on the reduction side.
  • FIG. 19 is a diagram showing a first example of the optical device of the present embodiment.
  • the optical device of the first example is an imaging device.
  • FIG. 19A is a diagram showing a first example of an imaging device.
  • FIG. 19B is a diagram showing a second example of the imaging device.
  • the image pickup device 1 includes an image pickup optical system 2 and an image pickup element 3.
  • the imaging optical system 2 has a lens 4.
  • the image sensor 3 is held by the holding member 5.
  • the reduction side surface 4a is a concave curved surface on the reduction side
  • the enlargement side surface 4b is a convex curved surface on the enlargement side.
  • the enlarged side surface 4b is a curved surface exceeding a hemisphere. Therefore, the lens 4 is a hyperhemispheric meniscus lens.
  • one hyperhemispheric meniscus lens is arranged on the reduction side.
  • the intersection of the reduced side surface 4a and the optical axis of the imaging optical system 2 is located on the enlarged side of the reduced side conjugate point Pi.
  • the reduction side intersection is located on the reduction side from the reduction side conjugate point Pi. Therefore, the light beam LBm away from the lens 4 can contribute to the image formation.
  • the ray LBm represents a ray moving away from the lens 4.
  • the object is located on the enlarged side. In this case, the light travels from the enlargement side to the reduction side. Therefore, in the image pickup apparatus 1, the light ray LBm becomes a light ray that comes toward the lens 4.
  • the light beam LBm reaches the reduction side conjugate point Pi from the position on the reduction side of the reduction side conjugate point Pi.
  • such light rays can also contribute to the image formation.
  • the image pickup device 10 includes an image pickup optical system 2 and an image pickup element 11.
  • the imaging optical system 2 has a lens 4.
  • the image sensor 11 is held by the holding member 12 and the holding member 13.
  • the holding member 13 is held by the holding member 12.
  • the tip of the holding member 13 projects from the holding member 12.
  • the image sensor 11 is arranged at the tip of the holding member 13.
  • the tip of the holding member 13 is made of a material that transmits light. Therefore, the light ray LBm shown in FIG. 19A can reach the image sensor 11. At the tip of the holding member 13, a through hole may be provided at a place where the light ray LBm passes.
  • the imaging optical system 2 is also used in the imaging device 10. Therefore, although detailed description is omitted, the light beam LBm can also contribute to the imaging even in the imaging device 10.
  • the optical device of the present embodiment is characterized by having the above-mentioned optical system and a light source unit arranged at a conjugate point on the reduction side.
  • FIG. 20 is a diagram showing a second example of the optical device of the present embodiment.
  • the optical device of the second example is a microscope.
  • FIG. 20A is a diagram showing a part of the illumination optical system.
  • FIG. 20B is a diagram showing a microscope.
  • the illumination optical system 30 includes a lens 31, a lens 32, and a lens 33.
  • the illumination optical system 30 further has a plurality of lenses. These lenses are not shown in FIG. 20 (a).
  • a light source unit 34 is arranged at the reduced side conjugate point of the illumination optical system 30.
  • a light emitting body or a light emitting surface can be arranged at the position of the light source unit 34.
  • the light emitting body for example, a halogen lamp or an LED can be used.
  • the injection surface for example, the injection surface of the optical fiber bundle can be used.
  • the reduced side surface is a concave curved surface on the reduced side
  • the enlarged side surface is a convex curved surface on the enlarged side.
  • the enlarged side surface is a curved surface that exceeds the hemisphere. Therefore, the lens 31 and the lens 32 are hyperhemispheric meniscus lenses.
  • two hyperhemispheric meniscus lenses are arranged on the reduction side.
  • the intersection of the reduction side surface and the optical axis of the illumination optical system 30 is located on the enlargement side of the reduction side conjugate point.
  • the reduction side intersection is located on the reduction side from the reduction side conjugate point. Therefore, the light beam moving away from the lens 31 can be used as the illumination light. As a result, bright lighting can be realized.
  • the microscope 40 has an epi-illumination device 41 and a transmission illumination device 42.
  • An illumination optical system 30 is used for each of the epi-illumination device 41 and the transmission illumination device 42.
  • the optical device of the present embodiment is characterized by having the above-mentioned optical system and a holding mechanism for locating an object at a conjugate point on the reduction side.
  • FIG. 21 is a diagram showing a third example of the optical system of the present embodiment.
  • the optical device of the third example is a microscope.
  • FIG. 21A is a diagram showing a part of the microscope objective lens.
  • FIG. 21B is a diagram showing a microscope.
  • the microscope objective lens 50 includes a lens 51 and a lens 52.
  • the microscope objective lens 50 further has a plurality of lenses. These lenses are not shown in FIG. 21 (a).
  • Specimen 53 is located at the reduced conjugate point Pi.
  • the reduction side surface 51a is a concave curved surface on the reduction side
  • the enlargement side surface 51b is a convex curved surface on the enlargement side.
  • the enlarged side surface 51b is a curved surface that exceeds a hemisphere. Therefore, the lens 51 is a hyperhemispheric meniscus lens.
  • one hyperhemispheric meniscus lens is arranged on the reduction side.
  • the intersection of the reduction side surface 51a and the optical axis of the microscope objective lens 50 is located on the enlargement side of the reduction side conjugate point Pi.
  • the reduction side intersection is located on the reduction side from the reduction side conjugate point Pi. Therefore, the light rays moving away from the lens 51 can contribute to the image formation.
  • the microscope 60 has a microscope objective lens 61 and a stage 62.
  • the microscope objective lens 61 is arranged below the stage 62.
  • the stage 62 is a holding mechanism that positions the object at the contraction side conjugate point.
  • a specimen 63 is placed on the stage 62. The specimen 63 is held by a holding member.
  • FIG. 22 is a diagram showing a holding member.
  • FIG. 22A is a diagram showing a first example of the holding member.
  • FIG. 22B is a diagram showing a second example of the holding member.
  • the holding member of the first example will be described.
  • the holding member 70 has a plate-shaped portion 71 and a recess 72.
  • the plate-shaped portion 71 is made of a material that transmits light.
  • the specimen 74 is held together with the liquid 73.
  • the above-mentioned microscope objective lens 50 is used as the microscope objective lens 61. Therefore, the lens 51 is located below the recess 72. Both the front surface 72a and the back surface 72b of the recess 72 are spherical surfaces. The radius of curvature of the back surface 72b is the same as the radius of curvature of the reduced side surface 51a. Therefore, the lens 51 can be brought close to the back surface 72b.
  • the microscope objective lens 50 When the specimen 74 is a thick specimen, one surface is located on the back surface 72b side and the other surface is located on the liquid 73 side.
  • the microscope objective lens 50 light rays moving away from the lens 51 can contribute to imaging.
  • the light beam moving away from the lens 51 can be regarded as the light from the other surface. Therefore, the microscope 60 can form an optical image of the other surface.
  • the holding member 70 In the holding member 70, a specimen is held in each of the recesses 72 arranged two-dimensionally. Therefore, in the observation using the holding member 70, it is necessary to move the microscope objective lens 50 and the holding member 70 relative to each other in the direction orthogonal to the optical axis.
  • the microscope objective lens 50 and the holding member 70 cannot be relatively moved in a direction orthogonal to the optical axis in a close state.
  • the microscope objective lens 50 when observing the adjacent recess 72, the microscope objective lens 50 and the holding member 70 are relatively moved in the optical axis direction.
  • the microscope objective lens 50 can be moved away from the holding member 70 by the relative movement in the optical axis direction. Therefore, the microscope objective lens 50 can be moved below the recess 72 to be observed next.
  • the specimen 74 is held together with the liquid 73 in the recess 72. Therefore, if the holding member 70 is moved, the sample 74 may move. In addition, the liquid 73 may come out of the recess 72. Therefore, it is better that the holding member 70 is fixed.
  • FIG. 22A shows a state in which the lens 51 is moved with the holding member 70 fixed. As shown in FIG. 22A, the lens 51 moves in the direction perpendicular to the optical axis and in the direction orthogonal to the optical axis.
  • the microscope objective lens 61 is fixed to the revolver. Therefore, the microscope 60 may be provided with a mechanism for moving the revolver.
  • the holding member 70 can be moved.
  • the moving mechanism may be provided on the stage 62.
  • the holding member 80 has a plate-shaped portion 81, a recess 82, and a spherical portion 83.
  • the plate-shaped portion 81 and the spherical portion 83 are formed of a material that transmits light.
  • the spherical portion 83 has the same shape as the lens 51. Therefore, the holding member 80 has a lens function.
  • the optical device of the present embodiment is characterized by having the above-mentioned optical system and a display device arranged at a conjugate point on the expansion side.
  • FIG. 23 is a diagram showing a fourth example of the optical system of the present embodiment.
  • the optical device of the fourth example is VR goggles.
  • the VR goggles 90 include an eyepiece optical system 91 and a display element 92.
  • the eyepiece optical system 91 includes a lens 93 and a lens 94.
  • the optical system of Example 6 is used for the eyepiece optical system 91.
  • the straight line 96 is a straight line passing through the reduced side conjugate point.
  • the reduced side surface is a concave curved surface on the reduced side
  • the enlarged side surface is a convex curved surface on the enlarged side.
  • the enlarged side surface is a curved surface that exceeds the hemisphere. Therefore, the lens 94 is a hyperhemispheric meniscus lens.
  • one hyperhemispheric meniscus lens is arranged on the reduction side.
  • the intersection of the reduced side surface and the optical axis of the eyepiece optical system 91 is located on the enlarged side of the reduced side conjugate point.
  • the reduction side intersection is located on the reduction side from the reduction side conjugate point. Therefore, the light rays moving away from the lens 51 can contribute to the image formation.
  • the display element 92 is located on the enlarged side. Therefore, as in the imaging device 1, the light reaches the reduced side conjugate point from the position on the reduced side from the reduced side conjugate point. In the VR goggles 90, such light rays can also contribute to the imaging.
  • the display element 92 is arranged at the enlarged side conjugate point of the eyepiece optical system 91.
  • the VR goggles 90 are attached to the user's head 95, the eyes of the user's eyes are located on the straight line 96. As a result, the user can see the image displayed on the display element 92.
  • Two lenses are used in the eyepiece optical system 91. Therefore, it is difficult to sufficiently correct chromatic aberration and distortion. In this case, it is advisable to process the image to be displayed on the display element 92.
  • the processed image is processed so that the user cannot recognize chromatic aberration and distortion when viewing the image. By looking at the processed image, the user can see a clear image without distortion.
  • the invention according to the present invention is suitable for an optical system having a bright and high resolution and an optical device provided with the optical system.

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Abstract

明るく、高い分解能を有する光学系及びそれを備えた光学装置を提供する。　光学系は、拡大側に位置する拡大側共役点Ｐｏと縮小側に位置する縮小側共役点Ｐｉとが共役になっている光学系であって、光学系から拡大側共役点Ｐｏまでの距離は、光学系から縮小側共役点Ｐｉまでの距離よりも長く、光学系は、超半球メニスカスレンズＬＥを有し、超半球メニスカスレンズＬＥは、縮小側に位置する縮小側面Ｒ１と、拡大側に位置する拡大側面Ｒ２と、有し、縮小側面Ｒ１は、縮小側に凹の曲面であり、拡大側面Ｒ２は、拡大側に凸の正屈折力を有する曲面であり、拡大側面Ｒ２の曲面は、半球を超える曲面であり、縮小側面Ｒ１と光学系の光軸ＡＸとの交点Ｐｃ１は、縮小側共役点Ｐｉよりも拡大側に位置し、縮小側交点Ｐ１は、縮小側共役点Ｐｉより縮小側に位置する。

Description

光学系及びそれを備えた光学装置
　本発明は、光学系及びそれを備えた光学装置に関する。
　開口数は、光学系の明るさと光学系の分解能を表す指標として用いられる。開口数の値が大きくなるほど、明るさは明るく、分解能は高くなる。また、Ｆナンバーも、光学系の明るさと光学系の分解能を表す指標として用いられる。Ｆナンバーの値が小さくなるほど、明るさは明るく、分解能は高くなる。
　特許文献１には、開口数が１よりも大きい対物レンズが開示されている。この対物レンズは、超半球形状又は半球形状を有するソリッドイマージョンレンズを備える。
　特許文献２には、開口数が１．３の液浸対物レンズが開示されている。特許文献３には、開口数が１．５の液浸顕微鏡対物レンズが開示されている。
特開２０１２－４８７７４号公報 特開２０１７－２０７７７２号公報 特開２０１８－６６９１３号公報
　例えば、物体が発光体の場合、物体からは、光学系に向かってくる光と、光学系から離れていく光が射出される。光学系の明るさや分解能は、光学系に入射する光の多さで決まる。光学系に入射させることができる光が多いほど、光学系の明るさは明るくなり、また、分解能は高くなる。
　特許文献１に開示されている対物レンズでは、対物レンズに入射させることができる光は、対物レンズに向かってくる光だけである。すなわち、対物レンズから離れていく光は、対物レンズに入射させることができない。
　特許文献２に開示されている液浸顕微鏡対物レンズと特許文献３に開示されている液浸顕微鏡対物レンズでも、対物レンズから離れていく光は、対物レンズに入射させることができない。
　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、明るく、高い分解能を有する光学系及びそれを備えた光学装置を提供する。
　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光学系は、
　拡大側に位置する拡大側共役点と縮小側に位置する縮小側共役点とが共役になっている光学系であって、
　光学系から拡大側共役点までの距離は、光学系から縮小側共役点までの距離よりも長く、
　光学系は、超半球メニスカスレンズを有し、
　超半球メニスカスレンズは、縮小側に位置する縮小側面と、拡大側に位置する拡大側面と、有し、
　縮小側面は、縮小側に凹の曲面であり、
　拡大側面は、拡大側に凸の正屈折力を有する曲面であり、
　拡大側面の曲面は、半球を超える曲面であり、
　縮小側面と光学系の光軸との交点は、縮小側共役点よりも拡大側に位置し、
　縮小側交点は、縮小側共役点より縮小側に位置することを特徴とする。
　ここで、
　縮小側交点は、縮小側仮想面と光学系の光軸との交点、
　縮小側仮想面は、外側光線と縮小側面との交点を含み、且つ、光学系の光軸と直交する面、
　外側光線は、結像に寄与する光線のなかで、縮小側面の中心から最も離れた位置を通過する光線、
である。
　本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る光学装置は、
　上述の光学系と、
　縮小側共役点に配置された撮像装置と、を有す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別の光学装置は、
　上述の光学系と、
　縮小側共役点に配置された光源部と、を有す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別の光学装置は、
　上述の光学系と、
　縮小側共役点に物体を位置させる保持機構と、を有す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別の光学装置は、
　上述の光学系と、
　拡大側共役点に配置された表示装置と、を有することを特徴とする。
　本発明によれば、明るく、高い分解能を有する光学系及びそれを備えた光学装置を提供することができる。
本実施形態の光学系の第１例を示す図である。 本実施形態の光学系の第２例を示す図である。 第１例の光学系における外側光線を示す図である。 第２例の光学系における外側光線を示す図である。 実施例１の光学系のレンズ断面図である。 実施例２の光学系のレンズ断面図である。 実施例２の光学系の部分断面図である。 実施例３の光学系のレンズ断面図である。 実施例３の光学系の部分断面図である。 実施例４の光学系のレンズ断面図である。 実施例４の光学系の部分断面図である。 実施例５の光学系のレンズ断面図である。 実施例５の光学系の部分断面図である。 実施例６の光学系のレンズ断面図である。 実施例１の光学系の収差図である。 実施例３の光学系の収差図である。 実施例４の光学系の収差図である。 実施例５の光学系の収差図である。 本実施形態の光学装置の第１例を示す図である。 本実施形態の光学装置の第２例を示す図である。 本実施形態の光学装置の第３例を示す図である。 保持部材を示す図である。 本実施形態の光学装置の第４例を示す図である。
　実施例の説明に先立ち、本発明のある態様にかかる実施形態の作用効果を説明する。なお、本実施形態の作用効果を具体的に説明するに際しては、具体的な例を示して説明することになる。しかし、後述する実施例の場合と同様に、それらの例示される態様はあくまでも本発明に含まれる態様のうちの一部に過ぎず、その態様には数多くのバリエーションが存在する。したがって、本発明は例示される態様に限定されるものではない。
　本実施形態の光学系は、拡大側に位置する拡大側共役点と縮小側に位置する縮小側共役点とが共役になっている光学系であって、光学系から拡大側共役点までの距離は、光学系から縮小側共役点までの距離よりも長く、光学系は、超半球メニスカスレンズを有し、超半球メニスカスレンズは、縮小側に位置する縮小側面と、拡大側に位置する拡大側面と、有し、縮小側面は、縮小側に凹の曲面であり、拡大側面は、拡大側に凸の正屈折力を有する曲面であり、拡大側面の曲面は、半球を超える曲面であり、縮小側面と光学系の光軸との交点は、縮小側共役点よりも拡大側に位置し、縮小側交点は、縮小側共役点より縮小側に位置することを特徴とする。
　ここで、
　縮小側交点は、縮小側仮想面と光学系の光軸との交点、
　縮小側仮想面は、外側光線と縮小側面との交点を含み、且つ、光学系の光軸と直交する面、
　外側光線は、結像に寄与する光線のなかで、縮小側面の中心から最も離れた位置を通過する光線、
である。
　図１は、本実施形態の光学系の第１例を示す図である。図２は、本実施形態の光学系の第２例を示す図である。第１例では、光学系は１つのメニスカスレンズを有する。第２例では、光学系は３つのメニスカスレンズを有する。
　本実施形態の光学系は、拡大側共役点Ｐｏと縮小側共役点Ｐｉとが共役になっている光学系である。拡大側共役点Ｐｏと縮小側共役点Ｐｉは、光学系の光軸ＡＸ上に位置している。
　拡大側共役点Ｐｏは拡大側に位置し、縮小側共役点Ｐｉは縮小側に位置している。光学系から拡大側共役点Ｐｏまでの距離は、光学系から縮小側共役点Ｐｉまでの距離よりも長い。
　本実施形態の光学系では、拡大側共役点Ｐｏに物体を位置させることができる。この場合、縮小側共役点Ｐｉに物体の光学像が形成される。よって、本実施形態の光学系は、例えば、カメラの撮影レンズとして用いることができる。物体は、拡大側共役点Ｐｏに位置していなくても良い。例えば、物体は、無限遠に位置していても良い。
　また、本実施形態の光学系では、縮小側共役点Ｐｉに物体を位置させることができる。この場合、拡大側共役点Ｐｏに物体の光学像が形成される。よって、本実施形態の光学系は、例えば、顕微鏡の対物レンズ、ＶＲゴーグルの接眼光学系、又はプロジェクターの投影レンズとして用いることができる。光学像は、拡大側共役点Ｐｏに形成されていなくても良い。例えば、光学像は、無限遠に形成されていても良い。
　レンズ面に球面が用いられている場合、レンズ断面では、レンズ面は円弧で表される。円弧の長さで、レンズ面の範囲を表すことができる。円弧の長さは、円弧の両端と円の中心とで形成される角度（以下、「円弧の角度」という）で表すことができる。
　ここでは、円弧の角度が１８０°よりも大きい曲面を、半球を超える曲面という。また、半球を超える曲面を有するメニスカスレンズを、超半球メニスカスレンズという。
　図１に示すように、第１例の光学系は、メニスカスレンズＬＥを有する。メニスカスレンズＬＥは、縮小側に位置する縮小側面Ｒ１と、拡大側に位置する拡大側面Ｒ２と、を有する。縮小側面Ｒ１は、縮小側に凹の曲面である。拡大側面Ｒ２は、拡大側に凸の正屈折力を有する曲面である。
　メニスカスレンズＬＥでは、拡大側面Ｒ２は、半球を超える曲面である。よって、メニスカスレンズＬＥは、超半球メニスカスレンズである。
　図２に示すように、第２例の光学系は、メニスカスレンズＬＥ１と、メニスカスレンズＬＥ２と、メニスカスレンズＬＥ３と、を有する。
　メニスカスレンズＬＥ１は、縮小側に位置する縮小側面Ｒ１１と、拡大側に位置する拡大側面Ｒ１２と、を有する。縮小側面Ｒ１１は、縮小側に凹の曲面である。拡大側面Ｒ１２は、拡大側に凸の正屈折力を有する曲面である。
　メニスカスレンズＬＥ１では、拡大側面Ｒ１２は、半球を超える曲面である。よって、メニスカスレンズＬＥ１は、超半球メニスカスレンズである。
　メニスカスレンズＬＥ２は、縮小側に位置する縮小側面Ｒ２１と、拡大側に位置する拡大側面Ｒ２２と、を有する。縮小側面Ｒ２１は、縮小側に凹の曲面である。拡大側面Ｒ２２は、拡大側に凸の正屈折力を有する曲面である。
　メニスカスレンズＬＥ２では、拡大側面Ｒ２２は、半球を超える曲面である。よって、メニスカスレンズＬＥ２は、超半球メニスカスレンズである。
　メニスカスレンズＬＥ３は、縮小側に位置する縮小側面Ｒ３１と、拡大側に位置する拡大側面Ｒ３２と、を有する。縮小側面Ｒ３１は、縮小側に凹の曲面である。拡大側面Ｒ３２は、拡大側に凸の正屈折力を有する曲面である。
　メニスカスレンズＬＥ３では、拡大側面Ｒ３２は、半球を超える曲面である。よって、メニスカスレンズＬＥ３は、超半球メニスカスレンズである。
　上述のように、拡大側共役点Ｐｏと縮小側共役点Ｐｉは共役である。拡大側共役点Ｐｏに発光体を配置すると、光は拡大側面に入射した後、縮小側面から射出する。縮小側面から射出した光は、縮小側共役点Ｐｉに到達する。
　一方、縮小側共役点Ｐｉに発光体を配置すると、光は縮小側面に入射した後、拡大側面から射出する。拡大側面から射出した光は、拡大側共役点Ｐｏに到達する。以下、縮小側共役点Ｐｉに発光体が配置されているものとして説明する。
　図３は、第１例の光学系における外側光線を示す図である。縮小側共役点Ｐｉに発光体を配置すると、縮小側共役点Ｐｉからは、メニスカスレンズＬＥに向かってくる光と、メニスカスレンズＬＥから離れていく光が射出される。メニスカスレンズＬＥに向かってくる光は、拡大側に向かって進む光で、メニスカスレンズＬＥから離れていく光は、縮小側に向かって進む光である。
　メニスカスレンズＬＥに向かってくる光だけでなく、メニスカスレンズＬＥから離れていく光も結像に寄与させることができると、明るく、高い分解能を有する光学系を実現することができる。
　図３に示すように、縮小側面Ｒ１と光軸ＡＸとの交点Ｐｃ１は、縮小側共役点Ｐｉよりも拡大側に位置している。この場合、メニスカスレンズＬＥに向かってくる光の進行方向に、縮小側面Ｒ１の一部が位置する。そのため、第１例の光学系では、メニスカスレンズＬＥに向かってくる光を、結像に寄与させることができる。
　縮小側交点Ｐ１は、縮小側仮想面ＩＰ１と光軸ＡＸとの交点である。縮小側仮想面ＩＰ１は、外側光線ＬＢｍと縮小側面Ｒ１との交点ＰＲ１を含み、且つ、光軸ＡＸと直交する面である。外側光線ＬＢｍは、結像に寄与する光線のなかで、縮小側面Ｒ１の中心から最も離れた位置を通過する光線である。このように、縮小側交点Ｐ１は、外側光線ＬＢｍによって決まる。縮小側面Ｒ１の中心は、交点Ｐｃ１である。
　縮小側交点Ｐ１が縮小側共役点Ｐｉよりも拡大側に位置している場合、外側光線ＬＢｍはメニスカスレンズＬＥに向かってくる。縮小側交点Ｐ１が縮小側共役点Ｐｉよりも縮小側に位置している場合、外側光線ＬＢｍはメニスカスレンズＬＥから離れていく。このように、縮小側交点Ｐ１の位置と縮小側共役点Ｐｉの位置は、外側光線ＬＢｍの向きに関係する。
　縮小側交点Ｐ１が縮小側共役点Ｐｉから縮小側に離れていくと、角度θが大きくなる。角度θは、縮小側共役面ＰＬｉと外側光線ＬＢｍとのなす角度である。角度θが大きくなると、メニスカスレンズＬＥの縮小側面に到達する光線の割合が多くなる。その結果、光量が増加する。
　第１例の光学系では、縮小側交点Ｐ１が、縮小側共役点Ｐｉよりも縮小側に位置している。よって、外側光線ＬＢｍは、メニスカスレンズＬＥから離れていく光線になる。外側光線ＬＢｍは縮小側面Ｒ１に到達するので、縮小側面Ｒ１には、メニスカスレンズＬＥから離れていく光線が到達することになる。外側光線ＬＢｍは結像に寄与する光線なので、第１例の光学系では、メニスカスレンズＬＥから離れていく光線を結像に寄与させることができる。
　このように、第１例の光学系では、光学系に向かってくる光だけでなく、光学系から離れていく光も結像に寄与させることができる。よって、明るく、高い分解能を有する光学系を実現することができる。
　図４は、第２例の光学系における外側光線を示す図である。縮小側共役点Ｐｉに発光体を配置すると、縮小側共役点Ｐｉからは、メニスカスレンズＬＥ１に向かってくる光と、メニスカスレンズＬＥ１から離れていく光が射出される。メニスカスレンズＬＥ１に向かってくる光だけでなく、メニスカスレンズＬＥ１から離れていく光も結像に寄与させることができると、明るく、高い分解能を有する光学系を実現することができる。
　メニスカスレンズＬＥ１について説明する。メニスカスレンズＬＥ１の縮小側面と光軸との交点は、縮小側共役点Ｐｉよりも拡大側に位置している。この場合、メニスカスレンズＬＥ１に向かってくる光の進行方向に、メニスカスレンズＬＥ１の縮小側面の一部が位置する。そのため、第２例の光学系では、メニスカスレンズＬＥ１に向かってくる光を、結像に寄与させることができる。
　メニスカスレンズＬＥ１の縮小側交点は、メニスカスレンズＬＥ１の縮小側仮想面と光軸との交点である。メニスカスレンズＬＥ１の縮小側仮想面は、外側光線ＬＢｍ１とメニスカスレンズＬＥ１の縮小側面との交点を含み、且つ、光軸と直交する面である。外側光線ＬＢｍ１は、結像に寄与する光線のなかで、メニスカスレンズＬＥ１の縮小側面の中心から最も離れた位置を通過する光線である。メニスカスレンズＬＥ１の縮小側交点は、外側光線ＬＢｍ１によって決まる。
　縮小側交点が縮小側共役点Ｐｉよりも拡大側に位置している場合、外側光線ＬＢｍ１はメニスカスレンズＬＥ１に向かってくる。縮小側交点が縮小側共役点Ｐｉよりも縮小側に位置している場合、外側光線ＬＢｍ１はメニスカスレンズＬＥ１から離れていく。このように、縮小側交点の位置と縮小側共役点Ｐｉの位置は、外側光線ＬＢｍ１の向きに関係する。
　縮小側交点が縮小側共役点Ｐｉから縮小側に離れていくと、角度θ１が大きくなる。角度θ１は、縮小側共役面と外側光線ＬＢｍ１とのなす角度である。角度θ１が大きくなると、メニスカスレンズＬＥ１の縮小側面に到達する光線の割合が多くなる。その結果、光量が増加する。
　メニスカスレンズＬＥ１では、縮小側交点が、縮小側共役点Ｐｉよりも縮小側に位置している。よって、外側光線ＬＢｍ１は、メニスカスレンズＬＥ１から離れていく光線になる。外側光線ＬＢｍ１はメニスカスレンズＬＥ１の縮小側面に到達するので、メニスカスレンズＬＥ１の縮小側面には、メニスカスレンズＬＥ１から離れていく光線が到達することになる。外側光線ＬＢｍ１は結像に寄与する光線なので、第２例の光学系では、メニスカスレンズＬＥ１から離れていく光線を結像に寄与させることができる。
　メニスカスレンズＬＥ２について説明する。メニスカスレンズＬＥ２の縮小側交点は、メニスカスレンズＬＥ２の縮小側仮想面と光軸との交点である。メニスカスレンズＬＥ２の縮小側仮想面は、外側光線ＬＢｍ２とメニスカスレンズＬＥ２の縮小側面との交点を含み、且つ、光軸と直交する面である。外側光線ＬＢｍ２は、結像に寄与する光線のなかで、メニスカスレンズＬＥ２の縮小側面の中心から最も離れた位置を通過する光線である。メニスカスレンズＬＥ２の縮小側交点は、外側光線ＬＢｍ２によって決まる。
　メニスカスレンズＬＥ２の縮小側面は、縮小側共役点Ｐｉに対して最も近くに位置していない。よって、メニスカスレンズＬＥ２では、縮小側交点の位置と縮小側共役点Ｐｉの位置は、外側光線ＬＢｍ２の向きに関係する。
　メニスカスレンズＬＥ２では、縮小側交点が、縮小側共役点Ｐｉよりも縮小側に位置している。そのため、縮小側交点が縮小側共役点Ｐｉよりも拡大側に位置している場合に比べて、外側光線ＬＢｍ１の向きに対する外側光線ＬＢｍ２の向きの変化を小さくすることができる。
　外側光線ＬＢｍ１の向きに対する外側光線ＬＢｍ２の向きの変化が大きいと、大きな収差が発生する。向きの変化を小さくするためには、例えば、角度θ１を小さくなるように、外側光線ＬＢｍ１の向きを変えれば良い。しかしながら、この場合、メニスカスレンズＬＥ１の縮小側面に到達する光線の割合が少なくなる。その結果、光量が減少する。
　メニスカスレンズＬＥ２では、角度θ１を小さくすることなく、外側光線ＬＢｍ１の向きに対する外側光線ＬＢｍ２の向きの変化を小さくすることができる。よって、光量減少の抑制と収差の発生の抑制を行うことができる。
　メニスカスレンズＬＥ３について説明する。メニスカスレンズＬＥ３の縮小側交点は、メニスカスレンズＬＥ３の縮小側仮想面と光軸との交点である。メニスカスレンズＬＥ３の縮小側仮想面は、外側光線ＬＢｍ３とメニスカスレンズＬＥ３の縮小側面との交点を含み、且つ、光軸と直交する面である。外側光線ＬＢｍ３は、結像に寄与する光線のなかで、メニスカスレンズＬＥ３の縮小側面の中心から最も離れた位置を通過する光線である。メニスカスレンズＬＥ３の縮小側交点は、外側光線ＬＢｍ３によって決まる。
　メニスカスレンズＬＥ３の縮小側面は、縮小側共役点Ｐｉに対して最も近くに位置していない。よって、メニスカスレンズＬＥ３では、縮小側交点の位置と縮小側共役点Ｐｉの位置は、外側光線ＬＢｍ３の向きに関係する。
　メニスカスレンズＬＥ３では、縮小側交点が、縮小側共役点Ｐｉよりも縮小側に位置している。そのため、縮小側交点が縮小側共役点Ｐｉよりも拡大側に位置している場合に比べて、外側光線ＬＢｍ２の向きに対する外側光線ＬＢｍ３の向きの変化を小さくすることができる。
　外側光線ＬＢｍ２の向きに対する外側光線ＬＢｍ３の向きの変化が大きいと、大きな収差が発生する。向きの変化を小さくするためには、例えば、角度θ１を小さくなるように、外側光線ＬＢｍ１の向きを変えれば良い。しかしながら、この場合、メニスカスレンズＬＥ１の縮小側面に到達する光線の割合が少なくなる。その結果、光量が減少する。
　メニスカスレンズＬＥ３では、角度θ１を小さくすることなく、外側光線ＬＢｍ２の向きに対する外側光線ＬＢｍ３の向きの変化を小さくすることができる。よって、光量減少の抑制と収差の発生の抑制を行うことができる。
　このように、第２例の光学系では、光学系に向かってくる光だけでなく、光学系から離れていく光も結像に寄与させることができる。よって、明るく、高い分解能を有する光学系を実現することができる。更に、収差の発生が抑制された光学系を実現することができる。
　本実施形態の光学系では、縮小側面の球欠内に縮小側共役点が位置することが好ましい。
　球欠面は、球面の一部が切り取られた面である。第１例の光学系では、縮小側面Ｒ１の断面は、図３に示すように、交点Ｐｃ１、交点ＰＲ１、及び先端ＴＰを結んだ円弧で表される。この円弧を光軸ＡＸの周りに回転させると、球面の一部が切り取られた面が形成される。よって、縮小側面Ｒ１は、球欠面ということができる。
　第１例の光学系では、縮小側共役点Ｐｉは、先端ＴＰよりも拡大側に位置している。先端ＴＰよりも拡大側は、球欠面の内部である。よって、縮小側共役点Ｐｉは、球欠面内に位置しているということができる。
　縮小側共役点Ｐｉが球欠面内に位置している場合、交点Ｐｃ１は縮小側共役点Ｐｉよりも拡大側に位置し、縮小側交点Ｐ１は縮小側共役点Ｐｉよりも縮小側に位置する。この場合、光学系に向かってくる光だけでなく、光学系から離れていく光も結像に寄与させることができる。よって、明るく、高い分解能を有する光学系を実現することができる。
　縮小側面Ｒ１は、非球面にすることができる。この場合、球欠面は、近軸曲率半径で表される球に基づいて表されることになる。
　本実施形態の光学系では、拡大側交点が、縮小側共役点より縮小側に位置することが好ましい。
　ここで、
　拡大側交点は、拡大側仮想面と光学系の光軸との交点、
　拡大側仮想面は、所定の外側光線と拡大側面との交点を含み、且つ、光学系の光軸と直交する面、
　所定の外側光線は、外側光線が縮小側面を通過した後の光線、
である。
　第１例の光学系について説明する。図３に示すように、拡大側交点Ｐ２は、拡大側仮想面ＩＰ２と光軸ＡＸとの交点である。拡大側仮想面ＩＰ２は、外側光線ＬＢｍ’と拡大側面Ｒ２との交点ＰＲ２を含み、且つ、光軸ＡＸと直交する面である。このように、拡大側交点Ｐ２は、外側光線ＬＢｍ’によって決まる。外側光線ＬＢｍ’は、外側光線ＬＢｍが縮小側面Ｒ１を通過した後の光線である。
　上述のように、外側光線ＬＢｍは、結像に寄与する光線のなかで、縮小側面の中心から最も離れた位置を通過する光線である。よって、外側光線ＬＢｍ’は、結像に寄与する光線のなかで、拡大側面の中心から最も離れた位置を通過する光線ということができる。
　拡大側面Ｒ２は、縮小側共役点Ｐｉに対して最も近くに位置していない。よって、拡大側交点Ｐ２の位置と縮小側共役点Ｐｉの位置は、外側光線ＬＢｍ’の向きに関係する。
　メニスカスレンズＬＥでは、拡大側交点Ｐ２が縮小側共役点Ｐｉよりも縮小側に位置している。そのため、拡大側交点Ｐ２が縮小側共役点Ｐｉよりも拡大側に位置している場合に比べて、外側光線ＬＢｍの向きに対する外側光線ＬＢｍ’の向きの変化を小さくすることができる。
　外側光線ＬＢｍの向きに対する外側光線ＬＢｍ’の向きの変化が大きいと、大きな収差が発生する。向きの変化を小さくするためには、例えば、角度θを小さくなるように、外側光線ＬＢｍの向きを変えれば良い。しかしながら、この場合、縮小側面Ｒ１に到達する光線の割合が少なくなる。その結果、光量が減少する。
　メニスカスレンズＬＥでは、角度θを小さくすることなく、外側光線ＬＢｍの向きに対する外側光線ＬＢｍ’の向きの変化を小さくすることができる。よって、光量減少の抑制と収差の発生の抑制を行うことができる。
　このように、第１例の光学系では、光学系に向かってくる光だけでなく、光学系から離れていく光も結像に寄与させることができる。よって、明るく、高い分解能を有する光学系を実現することができる。
　拡大側面Ｒ２は、メニスカスレンズＬＥ１の縮小側面、メニスカスレンズＬＥ２の縮小側面、及びメニスカスレンズＬＥ３の縮小側面と同じように、縮小側共役点Ｐｉに対して最も近くに位置していない。よって、拡大側面Ｒ２では、これらの縮小面と同じような作用効果が生じる。
　第２例の光学系について説明する。ただし、詳細な説明は省略する。また、メニスカスレンズＬＥ１について説明を行い、メニスカスレンズＬＥ２とメニスカスレンズＬＥ３については、説明を省略する。
　メニスカスレンズＬＥ１では、拡大側交点は、拡大側仮想面と光軸ＡＸとの交点である。拡大側仮想面は、所定の外側光線と拡大側面との交点を含み、且つ、光軸ＡＸと直交する面である。このように、拡大側交点は、所定の外側光線によって決まる。所定の外側光線は、外側光線ＬＢｍ１が縮小側面を通過した後の光線である。
　上述のように、外側光線ＬＢｍ１は、結像に寄与する光線である。所定の外側光線は外側光線ＬＢｍ１が縮小側面を通過した後の光線なので、所定の外側光線は、結像に寄与する光線である。また、外側光線ＬＢｍ１は、縮小側面の中心から最も離れた位置を通過する光線である。よって、所定の外側光線は、拡大側面の中心から最も離れた位置を通過する。
　メニスカスレンズＬＥ１の拡大側面は、縮小側共役点Ｐｉに対して最も近くに位置していない。よって、拡大側交点の位置と縮小側共役点Ｐｉの位置は、所定の外側光線の向きに関係する。
　メニスカスレンズＬＥ１では、拡大側交点が縮小側共役点よりも縮小側に位置している。そのため、拡大側交点が縮小側共役点よりも拡大側に位置している場合に比べて、外側光線ＬＢｍ１の向きに対する所定の外側光線の向きの変化を小さくすることができる。
　外側光線ＬＢｍ１の向きに対する所定の外側光線の向きの変化が大きいと、大きな収差が発生する。向きの変化を小さくするためには、例えば、角度θ１を小さくなるように、外側光線ＬＢｍ１の向きを変えすれば良い。しかしながら、この場合、縮小側面に到達する光線の割合が少なくなる。その結果、光量が減少する。
　メニスカスレンズＬＥでは、角度θを小さくすることなく、外側光線ＬＢｍの向きに対する外側光線ＬＢｍ’の向きの変化を小さくすることができる。よって、光量減少の抑制と収差の発生の抑制を行うことができる。
　メニスカスレンズＬＥ１の拡大側面は、メニスカスレンズＬＥ１の縮小側面、メニスカスレンズＬＥ２の縮小側面、及びメニスカスレンズＬＥ３の縮小側面と同じように、縮小側共役点Ｐｉに対して最も近くに位置していない。よって、メニスカスレンズＬＥ１の拡大側面では、これらの縮小面と同じような作用効果が生じる。
　メニスカスレンズＬＥ２の拡大側面とメニスカスレンズＬＥ３の拡大側面も、縮小側共役点Ｐｉに対して最も近くに位置していない。よって、メニスカスレンズＬＥ２の拡大側面とメニスカスレンズＬＥ３の拡大側面では、メニスカスレンズＬＥ１の拡大側面と同じような作用効果が生じる。
　このように、第２例の光学系では、光学系に向かってくる光だけでなく、光学系から離れていく光も結像に寄与させることができる。よって、明るく、高い分解能を有する光学系を実現することができる。
　本実施形態の光学系は、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
　０（ｍｍ）＜Ｄ１sag　　　（１）
　ここで、
　Ｄ１sagは、縮小側共役点と縮小側交点との間隔、
である。
　条件式（１）は、縮小側面の縮小側への突出量に関する条件式である。突出量は、縮小側共役点Ｐｉと縮小側交点との間隔であって、縮小側共役点Ｐｉを基準にして決まる。縮小側交点が縮小側共役点Ｐｉよりも縮小側に位置している場合、突出量は正の値になる。
　条件式（１）を満足する場合、光学系から離れていく光を結像に寄与させることができる。よって、明るく、高い分解能を有する光学系を実現することができる。
　図３には、第１例の光学系における縮小側面の突出量が示されている。突出量Ｄ１sagは、縮小側共役点Ｐｉと縮小側交点Ｐ１との間隔である。縮小側交点Ｐ１が縮小側共役点Ｐｉよりも縮小側に位置しているので、突出量Ｄ１sagは正の値になる。
　図４には、第２例の光学系における縮小側面の突出量が示されている。メニスカスレンズＬＥ１における突出量Ｄ１sagは、縮小側共役点ＰｉとメニスカスレンズＬＥ１の縮小側交点との間隔である。メニスカスレンズＬＥ１では、縮小側交点が縮小側共役点Ｐｉよりも縮小側に位置している。よって、突出量Ｄ１sagは正の値になる。
　メニスカスレンズＬＥ２における突出量Ｄ１sagは、縮小側共役点ＰｉとメニスカスレンズＬＥ２の縮小側交点との間隔である。メニスカスレンズＬＥ２では、縮小側交点が縮小側共役点Ｐｉよりも縮小側に位置している。よって、突出量Ｄ１sagは正の値になる。
　メニスカスレンズＬＥ３における突出量Ｄ１sagは、縮小側共役点ＰｉとメニスカスレンズＬＥ３の縮小側交点との間隔である。メニスカスレンズＬＥ３では、縮小側交点が縮小側共役点Ｐｉよりも縮小側に位置している。よって、突出量Ｄ１sagは正の値になる。
　本実施形態の光学系は、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
　０（ｍｍ）＜Ｄ２sag　　　（２）
　ここで、
　Ｄ２sagは、拡大側共役点と拡大側交点との間隔、
である。
　条件式（２）は、拡大側面の縮小側への突出量に関する条件式である。突出量は、縮小側共役点Ｐｉと拡大側交点との間隔であって、縮小側共役点Ｐｉを基準にして決まる。拡大側交点が縮小側共役点Ｐｉよりも縮小側に位置している場合、突出量は正の値になる。
　条件式（２）を満足する場合、光学系から離れていく光を結像に寄与させることができる。よって、明るく、高い分解能を有する光学系を実現することができる。
　図３には、第１例の光学系における拡大側面の突出量が示されている。突出量Ｄ２sagは、縮小側共役点Ｐｉと拡大側交点Ｐ２との間隔である。拡大側交点Ｐ２が縮小側共役点Ｐｉよりも縮小側に位置しているので、突出量Ｄ２sagは正の値になる。
　図４には、第２例の光学系における拡大側面の突出量が示されている。メニスカスレンズＬＥ１における突出量Ｄ２sagは、縮小側共役点ＰｉとメニスカスレンズＬＥ１の拡大側交点との間隔である。メニスカスレンズＬＥ１では、拡大側交点が縮小側共役点Ｐｉよりも縮小側に位置している。よって、突出量Ｄ２sagは正の値になる。
　メニスカスレンズＬＥ２における突出量Ｄ２sagは、縮小側共役点ＰｉとメニスカスレンズＬＥ２の拡大側交点との間隔である。メニスカスレンズＬＥ２では、拡大側交点が縮小側共役点Ｐｉよりも縮小側に位置している。よって、突出量Ｄ２sagは正の値になる。
　メニスカスレンズＬＥ３における突出量Ｄ２sagは、縮小側共役点ＰｉとメニスカスレンズＬＥ３の拡大側交点との間隔である。メニスカスレンズＬＥ３では、拡大側交点が縮小側共役点Ｐｉよりも縮小側に位置している。よって、突出量Ｄ２sagは正の値になる。
　条件式（１）の技術的意義と条件式（２）の技術的意義は、縮小側共役点Ｐｉに発光体が配置されていることを前提としている。上述のように、拡大側共役点Ｐｏに、発光体を配置することもできる。この場合、拡大側から縮小側共役点Ｐｉに光が到達する。よって、「光学系から離れていく光」は、「縮小側共役点Ｐｉより縮小側の位置から、光学系に到達する光」ということになる。
　本実施形態の光学系は、条件式（１）と条件式（２）を共に満足する超半球メニスカスレンズを少なくとも１つ有することが好ましい。
　条件式（１）の技術的意義と条件式（２）の技術的意義については、上述の通りである。
　光学系に超半球メニスカスレンズを少なくとも２つ配置すると、少なくとも４つの屈折面を使って光を屈折させることができる。この場合、少しずつ光を屈曲させることができるので、球面収差の発生を抑制することができる。また、各々の超半球メニスカスレンズの硝材に、光学特性の異なる硝材を用いることができる。そのため、色収差を良好に補正することができる。
　本実施形態の光学系では、所定のレンズは、縮小側共役点に対して最も近くに位置する超半球メニスカスレンズであって、以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
　０＜Ｒ１／Ｆ＜０．６　　　（３）
　ここで、
　Ｒ１は、所定のレンズの縮小側面の曲率半径、
　Ｆは、光学系の焦点距離、
である。
　条件式（３）は、縮小側面の曲率半径に関する条件式である。縮小側面には、光学系から離れていく光が到達する。よって、条件式（３）は、光学系から離れていく光を、縮小側面に到達させるための条件式ということができる。
　値が条件式（３）の下限値を下回る場合、縮小側面が縮小側に凸の曲面になってしまう。本実施形態の光学系では、縮小側面は縮小側に凹の曲面でなくてはならない。よって、条件式（３）の下限値を下回ることはない。
　値が条件式（３）の上限値を上回る場合、縮小側面の曲率半径が大きくなり過ぎる。この場合、縮小側交点が縮小側共役点より縮小側に位置していても、縮小側交点と縮小側共役点との間隔を広くすることができない。そのため、光学系から離れていく光のうち、縮小側面に到達させることができる光線が少なくなる。
　本実施形態の光学系では、所定のレンズは、縮小側共役点に対して最も近くに位置する超半球メニスカスレンズであって、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
　０＜Ｒ２／Ｆ<０．６　　　（４）
　ここで、
　Ｒ２は、所定のレンズの拡大側面の曲率半径、
　Ｆは、光学系の焦点距離、
である。
　条件式（４）は、拡大側面の曲率半径に関する条件式である。縮小側面に到達した光は、拡大側面に向かう。条件式（４）は、縮小側面から拡大側面に光を到達させるための条件式である。
　値が条件式（４）の下限値を下回る場合、拡大側面が拡大側に凹の曲面になってしまう。本実施形態の光学系では、拡大側面は拡大側に凸の曲面でなくてはならない。よって、条件式（４）の下限値を下回ることはない。
　値が条件式（４）の上限値を上回る場合、拡大側面の曲率半径が大きくなり過ぎる。上述のように、拡大側面は半球を超える曲面である。そのため、拡大側面の曲率半径が大きくなり過ぎると、半球を超える部分が少なくなる。
　拡大側から、縮小側共役点に光を進行させた場合、半球を超える部分が少ないと、拡大側面に到達した光を、拡大側面で大きく屈折させることが困難になる。そのため、縮小側面で全反射が発生する。その結果、縮小側面から縮小側共役点に向かって光を進行させることができない。
　以下に、光学系の実施例を、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。
　実施例１の光学系を図５に示す。図５は、実施例１の光学系のレンズ断面図である。図５では、紙面内の左側が拡大側で、右側が縮小側である。図１５は、実施例１の光学系の球面収差の収差図である。
　実施例１の光学系は、撮像光学系である。実施例１の光学系では、物体は、拡大側に位置している。よって、縮小側共役点に、物体の光学像Ｉが形成される。図５では、無限遠に位置する物体からの光が、縮小側共役点に集光されている様子が示されている。
　撮像光学系は、拡大側から順に、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４と、を有する。開口絞りＳは、負メニスカスレンズＬ１の拡大側面の面頂よりも縮小側に位置している。
　負メニスカスレンズＬ２の拡大側面、負メニスカスレンズＬ３の拡大側面、及び負メニスカスレンズＬ４の拡大側面は、半球を超える曲面である。よって、負メニスカスレンズＬ２、負メニスカスレンズＬ３、及び負メニスカスレンズＬ４は、超半球メニスカスレンズである。実施例１の光学系では、３つの超半球メニスカスレンズが縮小側に配置されている。
　非球面は、負メニスカスレンズＬ１の拡大側面に設けられている。
　実施例２の光学系を図６に示す。図６は、実施例２の光学系のレンズ断面図である。また、実施例２の光学系の部分断面図を図７に示す。図７には、縮小側共役点Ｐｉの近傍に位置しているレンズが示されている。図６と図７では、紙面内の左側が拡大側で、右側が縮小側である。
　実施例２の光学系は、照明光学系である。実施例２の光学系では、物体は縮小側、例えば、縮小側共役点Ｐｉに位置している。よって、拡大側に、物体の光学像が形成される。図６では、物体からの光、例えば光源から射出した光が、拡大側で平行光になっている様子が示されている。また、実施例１の光学系における光学像Ｉが示されている。実施例２の光学系では、光学像Ｉの位置に物体が配置される。
　照明光学系は、拡大側から順に、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ４と、を有する。開口絞りＳは、負メニスカスレンズＬ１の拡大側面の面頂に位置している。
　負メニスカスレンズＬ３の拡大側面と負メニスカスレンズＬ４の拡大側面は、半球を超える曲面である。よって、負メニスカスレンズＬ３と負メニスカスレンズＬ４は、超半球メニスカスレンズである。実施例２の光学系では、２つの超半球メニスカスレンズが縮小側に配置されている。
　非球面は、負メニスカスレンズＬ１の拡大側面に設けられている。
　図７には、負メニスカスレンズＬ３における突出量と、負メニスカスレンズＬ４における突出量が示されている。
　実施例３の光学系を図８に示す。図８は、実施例３の光学系のレンズ断面図である。また、実施例３の光学系の部分断面図を図９に示す。図９には、縮小側共役点Ｐｉの近傍に位置しているレンズが示されている。図８と図９では、紙面内の左側が縮小側で、右側が拡大側である。図１６は、実施例３の光学系の球面収差の収差図である。
　実施例３の光学系は、乾燥タイプの顕微鏡対物レンズである。実施例３の光学系では、物体は縮小側、例えば、縮小側共役点Ｐｉに位置している。よって、拡大側に、物体の光学像が形成される。実施例３の光学系は、無限遠補正対物レンズである。図８では、物体からの光が、拡大側で平行光になっている様子が示されている。
　顕微鏡対物レンズは、縮小側から順に、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、両凸正レンズＬ３と、両凸正レンズＬ４と、を有する。
　顕微鏡対物レンズは、更に、両凸正レンズＬ５と、両凹負レンズＬ６と、両凸正レンズＬ７と、両凸正レンズＬ８と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ９と、縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１１と、を有する。
　両凸正レンズＬ５、両凹負レンズＬ６、及び両凸正レンズＬ７が、接合されている。両凸正レンズＬ８と負メニスカスレンズＬ９とが、接合されている。負メニスカスレンズＬ１０と正メニスカスレンズＬ１１とが、接合されている。
　顕微鏡対物レンズは、更に、縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と、両凹負レンズＬ１３と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１４と、両凹負レンズＬ１５と、両凸正レンズＬ１６と、両凹負レンズＬ１７と、両凸正レンズＬ１８と、を有する。
　負メニスカスレンズＬ１２、両凹負レンズＬ１３、及び負メニスカスレンズＬ１４が、接合されている。両凹負レンズＬ１５と両凸正レンズＬ１６とが、接合されている。両凹負レンズＬ１７と両凸正レンズＬ１８とが、接合されている。
　図９に示すように、負メニスカスレンズＬ１の拡大側面は、半球を超える曲面である。よって、負メニスカスレンズＬ１は、超半球メニスカスレンズである。実施例３の光学系では、１つの超半球メニスカスレンズが縮小側に配置されている。
　光学系の分解能を求める方法には、開口数を用いて求める方法と、瞳径を用いて求める方法がある。いずれの方法も、近似による方法である。
　開口数を用いて求める方法では、分解能δは以下の式（Ａ）で表わされる。
　δ＝（０．６１×λ）／ＮＡ　　　（Ａ）
　ここで、
　λは波長、
　ＮＡは開口数、
である。
　瞳径を用いて求める方法では、分解能δは以下の式（Ｂ）で表わされる。
　δ＝１．２２λ／Ｄ　　　（Ｂ）
　ここで、
　λは波長、
　Ｄは瞳径、
である。
　実施例３の光学系では開口角が９０°を超えるので、瞳径を用いて分解能δを求めることになる。瞳径は大きいほど、分解能δは小さくなる。実施例３の光学系では、拡大側の瞳径を用いて分解能δを求めれば良い。
　実施例４の光学系を図１０に示す。図１０は、実施例４の光学系のレンズ断面図である。また、実施例４の光学系の部分断面図を図１１に示す。図１１には、縮小側共役点Ｐｉの近傍に位置しているレンズが示されている。図１０と図１１では、紙面内の左側が縮小側で、右側が拡大側である。図１７は、実施例４の光学系の球面収差の収差図である。
　実施例４の光学系は、水浸タイプの顕微鏡対物レンズである。実施例４の光学系では、物体は縮小側、例えば、縮小側共役点Ｐｉに位置している。よって、拡大側に、物体の光学像が形成される。実施例４の光学系は、無限遠補正対物レンズである。図１０では、物体からの光が、拡大側で平行光になっている様子が示されている。
　顕微鏡対物レンズは、縮小側から順に、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、両凸正レンズＬ３と、を有する。
　顕微鏡対物レンズは、更に、縮小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、両凹負レンズＬ６と、両凸正レンズＬ７と、縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８と、両凸正レンズＬ９と、を有する。
　負メニスカスレンズＬ４と両凸正レンズＬ５とが、接合されている。両凹負レンズＬ６と両凸正レンズＬ７とが、接合されている。負メニスカスレンズＬ８と両凸正レンズＬ９とが、接合されている。
　顕微鏡対物レンズは、更に、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１０と、両凹負レンズＬ１１と、両凹負レンズＬ１２と、両凸正レンズＬ１３と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１４と、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１５と、を有する。
　正メニスカスレンズＬ１０と両凹負レンズＬ１１とが、接合されている。両凹負レンズＬ１２と両凸正レンズＬ１３とが、接合されている。負メニスカスレンズＬ１４と正メニスカスレンズＬ１５とが、接合されている。
　図１１に示すように、負メニスカスレンズＬ１の拡大側面は、半球を超える曲面である。よって、負メニスカスレンズＬ１は、超半球メニスカスレンズである。実施例４の光学系では、１つの超半球メニスカスレンズが縮小側に配置されている。
　実施例５の光学系を図１２に示す。図１３は、実施例５の光学系のレンズ断面図である。また、実施例５の光学系の部分断面図を図１３に示す。図１３には、縮小側共役点Ｐｉの近傍に位置しているレンズが示されている。図１２と図１３では、紙面内の左側が縮小側で、右側が拡大側である。図１８は、実施例５の光学系の球面収差の収差図である。
　実施例５の光学系は、水浸タイプの顕微鏡対物レンズである。実施例５の光学系では、物体は縮小側、例えば、縮小側共役点Ｐｉに位置している。よって、拡大側に、物体の光学像が形成される。実施例５の光学系は、無限遠補正対物レンズである。図１２では、物体からの光が、拡大側で平行光になっている様子が示されている。
　顕微鏡対物レンズは、縮小側から順に、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、両凸正レンズＬ２と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ３と、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、を有する。両凸正レンズＬ２と負メニスカスレンズＬ３とが、接合されている。
　顕微鏡対物レンズは、更に、縮小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、拡大側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８と、縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ９と、両凸正レンズＬ１０と、を有する。
　負メニスカスレンズＬ５と両凸正レンズＬ６とが、接合されている。正メニスカスレンズＬ７と負メニスカスレンズＬ８とが、接合されている。負メニスカスレンズＬ９と両凸正レンズＬ１０とが、接合されている。
　顕微鏡対物レンズは、更に、両凸正レンズＬ１１と、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１２と、両凹負レンズＬ１３と、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１４と、縮小側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１５と、縮小側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１６と、を有する。
　両凸正レンズＬ１１と負メニスカスレンズＬ１２とが、接合されている。両凹負レンズＬ１３と正メニスカスレンズＬ１４とが、接合されている。負メニスカスレンズＬ１５と正メニスカスレンズＬ１６とが、接合されている。
　図１３に示すように、負メニスカスレンズＬ１の拡大側面は、半球を超える曲面である。よって、負メニスカスレンズＬ１は、超半球メニスカスレンズである。実施例４の光学系では、１つの超半球メニスカスレンズが縮小側に配置されている。
　実施例６の光学系を図１４に示す。図１４は、実施例６の光学系のレンズ断面図である。図１４では、紙面内の左側が縮小側で、右側が拡大側である。
　実施例６の光学系は、接眼光学系である。実施例６の光学系では、物体は、拡大側共役点Ｐｏに位置している。よって、縮小側に、物体の光学像が形成される。図１４では、拡大側共役点Ｐｏに位置する物体からの光、例えば表示素子からの光が、縮小側共役点Ｐｉに到達する様子が示されている。
　接眼光学系は、縮小側から順に、拡大側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１と、両凸正レンズＬ２と、を有する。開口絞りＳは、負メニスカスレンズＬ１の縮小側に位置している。
　負メニスカスレンズＬ１の拡大側面は、半球を超える曲面である。よって、負メニスカスレンズＬ１は、超半球メニスカスレンズである。実施例６の光学系では、１つの超半球メニスカスレンズが縮小側に配置されている。
　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、ｎｅは各レンズのｅ線の屈折率、νｄは各レンズのアッベ数、＊印は非球面である。
　また、各種データにおいて、ｆは光学系の焦点距離、ＦＮＯ．はＦナンバー、ωは半画角、ＥＰＤは瞳径、θoutは射出半角、φEXPは射出瞳径、θNAは開口角、ＯＢＨは物体高、ωmaxは最大画角、ωeyeは両眼画角、ＩＨは像高である。瞳径は直径、長さの単位はｍｍ、画角の単位は°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。なお、これら諸元値の記号は後述の実施例の数値データにおいても共通である。
数値実施例１
単位ｍｍ
 
面データ
面番号       r            d          ne      νd
物体面       ∞           ∞
   1(絞り)   ∞        -36.000
   2*      46.733       24.117     1.8830    40.7
   3       67.843        1.000
   4       30.711       17.649     1.8830    40.7
   5       27.274        1.198
   6       13.709        9.313     1.8830    40.7
   7       11.550        1.000
   8        3.889        3.076     1.8830    40.7
   9        2.138        2.000
像面         ∞
 
非球面データ
第２面
k=-1.4700e-001
 
各種データ
ｆ        25.88
Ｆｎｏ     0.261
ω       ±0.1
ＥＰＤ    99.0
θout    125
数値実施例２
単位ｍｍ
 
面データ
面番号       r            d          ne      νd
物体面       ∞           ∞
   1(絞り)   ∞          0.000
   2*     328.349        8.265     1.4879    70.4
   3      759.429        1.000
   4       40.598       20.949     2.0033    28.3
   5       43.306        1.000
   6       19.983       17.480     2.0033    28.3
   7       14.189        1.000
   8        4.391        5.287     2.0033    28.3
   9        1.500        0.905
像  面       ∞
 
非球面データ
第２面
k=0.0
A4=7.0674e-007,A6=-9.6354e-012
 
各種データ
ｆ        20.39
Ｆｎｏ     0.206
ω       ±0.1
ＥＰＤ    99.0
θout    150
数値実施例３
単位ｍｍ
 
面データ
面番号       r            d          ne      νd
物体面       ∞          0.198
   1       -0.441        0.920     1.5163    64.1
   2       -0.728        0.013
   3       -2.583        1.265     1.8830    40.7
   4       -2.953        0.100
   5       24.297        1.370     1.5831    59.4
   6      -69.936        0.100
   7       12.754        2.102     1.5174    52.4
   8      -43.793        0.100
   9        8.748        4.889     1.4387    94.9
  10       -8.452        0.767     1.6377    42.4
  11        9.685        3.798     1.4387    94.9
  12      -11.646        0.239
  13       10.154        4.480     1.4387    94.9
  14       -6.874        0.700     1.6377    42.4
  15      -32.003        0.284
  16       11.532        0.859     1.6541    39.7
  17        4.848        3.818     1.4387    94.9
  18       13.502        1.551
  19       24.553        0.731     1.7582    34.8
  20        3.575        6.900     1.7412    32.2
  21       -3.421        0.700     1.7437    32.4
  22      -11.348        1.816
  23      -13.678        0.700     1.7638    42.9
  24        7.897        1.688     1.5286    47.7
  25      -21.077        1.316
  26       -4.261        1.778     1.6150    44.0
  27        4.784        4.817     1.6205    46.8
  28       -7.743       -3.000
  29         ∞
 
各種データ
ｆ         4.236
φEXP      8.45
θNA     106.64
ＯＢＨ     0.01
数値実施例４
単位ｍｍ
 
面データ
面番号       r            d          ne      νd
物体面       ∞          0.055     1.3330    55.7
   1       -0.500        1.095     1.5163    64.1
   2       -0.740        0.014
   3       -3.598        1.793     1.8830    40.7
   4       -3.676        0.100
   5      171.081        1.725     1.6385    55.4
   6      -14.814        0.100
   7       17.417        0.700     1.6377    42.4
   8        8.469        5.921     1.4387    94.9
   9       -7.089        0.100
  10     -285.010        0.701     1.6377    42.4
  11        5.896        4.919     1.4387    94.9
  12      -18.905        0.105
  13       12.207        4.692     1.6377    42.4
  14        6.717        6.334     1.4387    94.9
  15       -7.611        2.454
  16       -8.993        3.041     1.5481    45.8
  17       -3.527        0.700     1.5638    60.6
  18       11.532        1.190
  19      -47.136        0.703     1.6223    53.1
  20        3.958        5.260     1.5827    46.4
  21       -6.000        1.007
  22       -4.547        1.444     1.7859    44.2
  23      -13.421        3.851     1.4387    94.9
  24       -6.174       -3.000
  25         ∞
 
各種データ
ｆ         4.218
φEXP     11.19
θNA     104.5
ＯＢＨ     0.01
数値実施例５
単位ｍｍ
 
面データ
面番号       r            d          ne      νd
物体面       ∞          0.241     1.3330    55.7
   1       -0.810        1.086     1.8830    40.7
   2       -1.015        0.120
   3       71.412        3.194     1.4387    94.9
   4       -6.117        1.070     1.5578    53.8
   5      -13.831        0.346
   6      -14.879        3.698     1.4387    94.9
   7       -7.506        1.179 
   8       27.083        1.000     1.7205    34.7
   9       13.411       10.351     1.4387    94.9
  10      -11.859        4.913
  11      -27.342       10.000     1.4387    94.9
  12       -9.748        1.000     1.6377    42.4
  13      -28.985        4.331
  14       16.809        1.000     1.7205    34.7
  15       11.884       11.410     1.4387    94.9
  16      -21.149        0.100
  17       55.604        7.156     1.8340    37.1
  18      -11.014        1.000     1.7995    42.2
  19     -365.106        2.803
  20      -15.025        1.000     1.8830    40.7
  21        6.250        3.934     1.7847    25.7
  22       15.779        1.296
  23       17.255        1.000     1.8929    20.4
  24        8.567        4.772     2.0033    28.3
  25       82.326       -3.000
  26         ∞
 
各種データ
ｆ         4.307
φEXP     14.36
θNA     108.00
ＯＢＨ     0.01
　数値実施例３の光学系、数値実施例４の光学系、及び数値実施例５は、無限遠補正対物レンズである。無限遠補正対物レンズは、結像光学系と共に用いられる。結像光学系の数値実施例を、以下に示す。
 
面データ
面番号       r            d          ne      νd
   1       68.754        7.732     1.4875    70.2
   2      -37.568        3.474     1.8061    40.9
   3     -102.848        0.697
   4       84.310        6.024     1.8340    37.1
   5      -50.710        3.030     1.6445    40.8
   6       40.662      150.000
像面         ∞
数値実施例６
単位ｍｍ
 
面データ
面番号       r            d          ne      νd
物体面       ∞           ∞
   1(絞り)   ∞          5.083
   2      -15.631       12.725     1.9590    17.5
   3      -16.793        1.000
   4      221.773       26.090     1.9590    17.5
   5     -111.714       34.663
像面         ∞
 
各種データ
ｆ        29.30
φEXP      5.00
ωmax    100.00
ωeye    200.00
ＩＨ      53.74
　各実施例における条件式の値を以下に掲げる。
            実施例１     実施例２     実施例３
(1)D1sag     1.264        1.420        0.127
             4.775        8.137
             1.744
(2)D2sag     1.748        2.137        0.134
             4.849        8.397
             0.420
(3)R1/F     -0.083       -0.074       -0.104
(4)R2/F     -0.150       -0.215       -0.172
 
            実施例４     実施例５     実施例６
(1)D1sag     0.091        0.241        5.123
(2)D2sag     0.105        0.249        5.027
(3)R1/F     -0.119       -0.188       -0.533
(4)R2/F     -0.175       -0.236       -0.573
　各実施例におけるパラメータの値を以下に掲げる。
 
            実施例１     実施例２     実施例３
R1          -2.138       -1.500       -0.441
R2          -3.889       -4.391       -0.728
F           25.881       20.390        4.236
 
            実施例４     実施例５     実施例６
R1          -0.500       -0.81       -15.631
R2          -0.740       -1.015      -16.793
F            4.218       4.307        29.303
　本実施形態の光学装置は、上述の光学系と、縮小側共役点に配置された撮像素子と、を有することを特徴とする。
　図１９は、本実施形態の光学装置の第１例を示す図である。第１例の光学装置は、撮像装置である。図１９（ａ）は、撮像装置の第１例を示す図である。図１９（ｂ）は、撮像装置の第２例を示す図である。
　第１例の撮像装置について説明する。撮像装置１は、撮像光学系２と、撮像素子３と、を有する。撮像光学系２は、レンズ４を有する。撮像素子３としては、例えば、薄膜型撮像素子を用いることができる。撮像素子３は、保持部材５で保持されている。
　レンズ４では、縮小側面４ａは縮小側に凹の曲面で、拡大側面４ｂは拡大側に凸の曲面である。拡大側面４ｂは、半球を超える曲面である。よって、レンズ４は、超半球メニスカスレンズである。撮像光学系２では、１つの超半球メニスカスレンズが縮小側に配置されている。
　レンズ４では、縮小側面４ａと撮像光学系２の光軸との交点は、縮小側共役点Ｐｉよりも拡大側に位置している。縮小側交点は、縮小側共役点Ｐｉより縮小側に位置している。よって、レンズ４から離れていく光線ＬＢｍを結像に寄与させることができる。
　縮小側共役点Ｐｉに物体が位置している場合、光線ＬＢｍはレンズ４から離れていく光線を表している。しかしながら、撮像装置１では、物体は拡大側に位置している。この場合、拡大側から縮小側に光が進行する。よって、撮像装置１では、光線ＬＢｍはレンズ４に向かってくる光線になる。
　図１９（ａ）に示すように、光線ＬＢｍは、縮小側共役点Ｐｉより縮小側の位置から、縮小側共役点Ｐｉに到達している。撮像装置１では、このような光線も、結像に寄与させることができる。
　第２例の撮像装置について説明する。撮像装置１０は、撮像光学系２と、撮像素子１１と、を有する。撮像光学系２は、レンズ４を有する。撮像素子１１としては、例えば、背面照射型の撮像素子を用いることができる。撮像素子１１は、保持部材１２と保持部材１３とで保持されている。
　保持部材１３は、保持部材１２で保持されている。保持部材１３の先端部は、保持部材１２から突出している。保持部材１３の先端部に、撮像素子１１が配置されている。
　保持部材１３の先端部は、光を透過する材料で形成されている。よって、図１９（ａ）に示す光線ＬＢｍを、撮像素子１１に到達させることができる。保持部材１３の先端部では、光線ＬＢｍが通過する場所に、貫通孔を設けても良い。
　撮像装置１０でも、撮像光学系２が用いられている。よって、詳細な説明は省略するが、撮像装置１０でも、光線ＬＢｍを結像に寄与させることができる。
　本実施形態の光学装置は、上述の光学系と、縮小側共役点に配置された光源部と、を有することを特徴とする。
　図２０は、本実施形態の光学装置の第２例を示す図である。第２例の光学装置は、顕微鏡である。図２０（ａ）は、照明光学系の一部を示す図である。図２０（ｂ）は、顕微鏡を示す図である。
　照明光学系３０は、レンズ３１と、レンズ３２と、レンズ３３と、を有する。照明光学系３０は、更に複数のレンズを有する。これらのレンズは図２０（ａ）には図示されていない。照明光学系３０の縮小側共役点には、光源部３４が配置されている。
　光源部３４の位置には、発光体、又は光射出面を配置することができる。発光体としては、例えば、ハロゲンランプ、又はＬＥＤを用いることができる。射出面としては、例えば、光ファイババンドルの射出面を用いることができる。
　レンズ３１とレンズ３２では、縮小側面は縮小側に凹の曲面で、拡大側面は拡大側に凸の曲面である。拡大側面は、半球を超える曲面である。よって、レンズ３１とレンズ３２は、超半球メニスカスレンズである。照明光学系３０では、２つの超半球メニスカスレンズが縮小側に配置されている。
　レンズ３１とレンズ３２では、縮小側面と照明光学系３０の光軸との交点は、縮小側共役点よりも拡大側に位置している。縮小側交点は、縮小側共役点より縮小側に位置している。よって、レンズ３１から離れていく光線を、照明光として用いることができる。その結果、明るい照明を実現することができる。
　顕微鏡４０は、落射照明装置４１と、透過照明装置４２と、を有する。落射照明装置４１と透過照明装置４２のそれぞれに、照明光学系３０が用いられている。
　本実施形態の光学装置は、上述の光学系と、縮小側共役点に物体を位置させる保持機構と、を有することを特徴とする。
　図２１は、本実施形態の光学系の第３例を示す図である。第３例の光学装置は、顕微鏡である。図２１（ａ）は、顕微鏡対物レンズの一部を示す図である。図２１（ｂ）は、顕微鏡を示す図である。
　顕微鏡対物レンズ５０は、レンズ５１と、レンズ５２と、を有する。顕微鏡対物レンズ５０は、更に複数のレンズを有する。これらのレンズは図２１（ａ）には図示されていない。縮小側共役点Ｐｉに標本５３が位置している。
　レンズ５１では、縮小側面５１ａは縮小側に凹の曲面で、拡大側面５１ｂは拡大側に凸の曲面である。拡大側面５１ｂは、半球を超える曲面である。よって、レンズ５１は、超半球メニスカスレンズである。顕微鏡対物レンズ５０では、１つの超半球メニスカスレンズが縮小側に配置されている。
　レンズ５１では、縮小側面５１ａと顕微鏡対物レンズ５０の光軸との交点は、縮小側共役点Ｐｉよりも拡大側に位置している。縮小側交点は、縮小側共役点Ｐｉより縮小側に位置している。よって、レンズ５１から離れていく光線を結像に寄与させることができる。
　顕微鏡６０は、顕微鏡対物レンズ６１と、ステージ６２と、を有する。顕微鏡対物レンズ６１は、ステージ６２の下に配置されている。ステージ６２は、縮小側共役点に物体を位置させる保持機構である。ステージ６２には、標本６３が載置されている。標本６３は、保持部材で保持されている。
　図２２は、保持部材を示す図である。図２２（ａ）は、保持部材の第１例を示す図である。図２２（ｂ）は、保持部材の第２例を示す図である。
　第１例の保持部材について説明する。保持部材７０は、板状部７１と、凹部７２と、を有する。板状部７１は、光を透過する材料で形成されている。凹部７２では、液体７３と共に標本７４が保持されている。
　顕微鏡６０では、顕微鏡対物レンズ６１として、上述の顕微鏡対物レンズ５０が用いられている。よって、凹部７２の下に、レンズ５１が位置する。凹部７２の表面７２ａと裏面７２ｂは、共に球面である。裏面７２ｂの曲率半径は、縮小側面５１ａの曲率半径と同じである。よって、裏面７２ｂにレンズ５１を近接させることができる。
　標本７４が厚い標本の場合、一方の面は裏面７２ｂ側に位置し、他方の面は液体７３側に位置している。顕微鏡対物レンズ５０では、レンズ５１から離れていく光線を結像に寄与させることができる。レンズ５１から離れていく光線は、他方の面からの光と見なすことができる。よって、顕微鏡６０では、他方の面の光学像を形成することができる。
　保持部材７０では、２次元に配置された凹部７２の各々に、標本が保持されている。よって、保持部材７０を用いた観察では、顕微鏡対物レンズ５０と保持部材７０とを、光軸と直交する方向に相対移動させる必要がある。
　凹部７２の観察時、縮小側面５１ａは、裏面７２ｂに近接している。そのため、近接した状態で、顕微鏡対物レンズ５０と保持部材７０とを光軸と直交する方向に相対移動させることはできない。
　顕微鏡対物レンズ５０を用いた観察では、隣の凹部７２を観察する場合、顕微鏡対物レンズ５０と保持部材７０とを、光軸方向に相対移動させる。光軸方向への相対移動によって、保持部材７０から顕微鏡対物レンズ５０を遠ざけることができる。よって、顕微鏡対物レンズ５０を、次に観察する凹部７２の下方に移動させることができる。
　凹部７２には、標本７４が液体７３と共に保持されている。そのため、保持部材７０を移動させると、標本７４が移動する可能性がある。また、液体７３が凹部７２から出てしまう可能性がある。よって、保持部材７０は固定されていた方が良い。
　図２２（ａ）には、保持部材７０を固定した状態でレンズ５１を移動させている様子が示されている。図２２（ａ）に示すように、レンズ５１は、光軸方向と、光軸と直交する方向に移動している。
　顕微鏡６０では、顕微鏡対物レンズ６１は、レボルバーに固定されている。よって、顕微鏡６０に、レボルバーを移動させる機構を設ければ良い。
　凹部７２を液体で満たす必要が無い場合、保持部材７０を移動させることができる。この場合、ステージ６２に移動機構を設ければ良い。
　第２例の保持部材について説明する。保持部材８０は、板状部８１と、凹部８２と、球状部８３と、を有する。板状部８１と球状部８３は、光を透過する材料で形成されている。球状部８３は、レンズ５１と同じ形状を有する。よって、保持部材８０は、レンズ作用を有する。
　本実施形態の光学装置は、上述の光学系と、拡大側共役点に配置された表示装置と、を有することを特徴とする。
　図２３は、本実施形態の光学系の第４例を示す図である。第４例の光学装置は、ＶＲゴーグルである。ＶＲゴーグル９０は、接眼光学系９１と、表示素子９２と、を有する。接眼光学系９１は、レンズ９３と、レンズ９４と、を有する。接眼光学系９１には、実施例６の光学系が用いられている。直線９６は、縮小側共役点を通る直線である。
　レンズ９４では、縮小側面は縮小側に凹の曲面で、拡大側面は拡大側に凸の曲面である。拡大側面は、半球を超える曲面である。よって、レンズ９４は、超半球メニスカスレンズである。接眼光学系９１では、１つの超半球メニスカスレンズが縮小側に配置されている。
　レンズ９４では、縮小側面と接眼光学系９１の光軸との交点は、縮小側共役点よりも拡大側に位置している。縮小側交点は、縮小側共役点より縮小側に位置している。よって、レンズ５１から離れていく光線を結像に寄与させることができる。
　ＶＲゴーグル９０では、拡大側に表示素子９２が位置している。よって、撮像装置１と同じように、縮小側共役点より縮小側の位置から、縮小側共役点に光が到達する。ＶＲゴーグル９０では、このような光線も、結像に寄与させることができる。
　表示素子９２は、接眼光学系９１の拡大側共役点に配置されている。使用者の頭部９５にＶＲゴーグル９０が装着されると、直線９６上に使用者の目の瞳が位置する。これにより、使用者は、表示素子９２に表示された画像を見ることができる。
　接眼光学系９１では、２つのレンズが用いられている。そのため、色収差と歪曲収差が十分に補正することが難しい。この場合、表示素子９２に表示する画像を加工しておくと良い。加工された画像では、使用者が画像を見たときに色収差と歪曲収差を認識できないように加工されている。加工された画像を見ることで、使用者は、歪みが無く、鮮明な画像を見ることができる。
以上のように、本発明に係る発明は、明るく、高い分解能を有する光学系及びそれを備えた光学装置に適している。
　Ｐｏ　拡大側共役点
　Ｐｉ　縮小側共役点
　ＡＸ　光軸
　ＬＥ、ＬＥ１、ＬＥ２、ＬＥ３　メニスカスレンズ
　ＬＢｍ、ＬＢｍ’、ＬＢｍ１、ＬＢｍ２、ＬＢｍ３　光線
　ＩＰ１　縮小側仮想面
　ＩＰ２　拡大側仮想面
　ＰＬｉ　縮小側共役面
　１　撮像装置
　２　撮像光学系
　３　撮像素子
　４　レンズ
　４ａ　縮小側面
　４ｂ　拡大側面
　５　保持部材
　１０　撮像装置
　１１　撮像素子
　１２、１３　保持部
　３０　照明光学系
　３１、３２、３３　レンズ
　３４　光源部
　４０、６０　顕微鏡
　４１　落射照明装置
　４２　透過照明装置
　５０、６１　顕微鏡対物レンズ
　５１、５２　レンズ
　５１ａ　縮小側面
　５１ｂ　拡大側面
　５３、６３　標本
　６２　ステージ
　７０、８０　保持部材
　７１、８１　板状部
　７２、８２　凹部
　７３　液体
　７４　標本
　７２ａ　表面
　７２ｂ　裏面
　８３　球状部
　９０　ＶＲゴーグル
　９１　接眼光学系
　９２　表示素子
　９３、９４　レンズ
　９５　使用者の頭部
　９６　直線

Claims (12)

  1. 　拡大側に位置する拡大側共役点と縮小側に位置する縮小側共役点とが共役になっている光学系であって、
    　前記光学系から前記拡大側共役点までの距離は、前記光学系から前記縮小側共役点までの距離よりも長く、
    　前記光学系は、超半球メニスカスレンズを有し、
    　前記超半球メニスカスレンズは、縮小側に位置する縮小側面と、拡大側に位置する拡大側面と、有し、
    　前記縮小側面は、縮小側に凹の曲面であり、
    　前記拡大側面は、拡大側に凸の正屈折力を有する曲面であり、
    　前記拡大側面の曲面は、半球を超える曲面であり、
    　前記縮小側面と前記光学系の光軸との交点は、前記縮小側共役点よりも拡大側に位置し、
    　縮小側交点は、前記縮小側共役点より縮小側に位置することを特徴とする光学系。
    　ここで、
    　前記縮小側交点は、縮小側仮想面と前記光学系の光軸との交点、
    　前記縮小側仮想面は、外側光線と前記縮小側面との交点を含み、且つ、前記光学系の光軸と直交する面、
    　前記外側光線は、結像に寄与する光線のなかで、前記縮小側面の中心から最も離れた位置を通過する光線、
    である。
  2. 　拡大側交点が、前記縮小側共役点より縮小側に位置することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
    　ここで、
    　前記拡大側交点は、拡大側仮想面と前記光学系の光軸との交点、
    　前記拡大側仮想面は、所定の外側光線と前記拡大側面との交点を含み、且つ、前記光学系の光軸と直交する面、
    　前記所定の外側光線は、前記外側光線が前記縮小側面を通過した後の光線、
    である。
  3. 　以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
    　０（ｍｍ）＜Ｄ１sag　　　（１）
    　ここで、
    　Ｄ１sagは、前記縮小側共役点と前記縮小側交点との間隔、
    である。
  4. 　以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項２に記載の光学系。
    　０（ｍｍ）＜Ｄ２sag　　　（２）
    　ここで、
    　Ｄ２sagは、前記拡大側共役点と前記拡大側交点との間隔、
    である。
  5. 　以下の条件式（１）と条件式（２）を共に満足する超半球メニスカスレンズを少なくとも１つ有することを特徴とする請求項２に記載の光学系。
    　０（ｍｍ）＜Ｄ１sag　　　（１）
    　０（ｍｍ）＜Ｄ２sag　　　（２）
    　ここで、
    　Ｄ１sagは、前記縮小側共役点と前記縮小側交点との間隔、
    　Ｄ２sagは、前記拡大側共役点と前記拡大側交点との間隔、
    である。
  6. 　所定のレンズは、前記縮小側共役点に対して最も近くに位置する前記超半球メニスカスレンズであって、
    　以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
    　０＜Ｒ１／Ｆ＜０．６　　　（３）
    　ここで、
    　Ｒ１は、前記所定のレンズの前記縮小側面の曲率半径、
    　Ｆは、前記光学系の焦点距離、
    である。
  7. 　所定のレンズは、前記縮小側共役点に対して最も近くに位置する前記超半球メニスカスレンズであって、
    　以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
    　０＜Ｒ２／Ｆ<０．６　　　（４）
    　ここで、
    　Ｒ２は、前記所定のレンズの前記拡大側面の曲率半径、
    　Ｆは、前記光学系の焦点距離、
    である。
  8. 　請求項１に記載の光学系と、
    　前記縮小側共役点に配置された撮像素子と、を有することを特徴とする光学装置。
  9. 　請求項１に記載の光学系と、
    　前記縮小側共役点に配置された光源部と、を有することを特徴とする光学装置。
  10. 　請求項１に記載の光学系と、
    　前記縮小側共役点に物体を位置させる保持機構と、を有することを特徴とする光学装置。
  11. 　請求項１に記載の光学系と、
    　前記拡大側共役点に配置された表示装置と、を有することを特徴とする光学装置。
  12. 　拡大側に位置する拡大側共役点と縮小側に位置する縮小側共役点とが共役になっている光学系であって、
    　前記光学系から前記拡大側共役点までの距離は、前記光学系から前記縮小側共役点までの距離よりも長く、
    　前記光学系は、超半球メニスカスレンズを有し、
    　前記超半球メニスカスレンズは、縮小側に位置する縮小側面と、拡大側に位置する拡大側面と、有し、
    　前記縮小側面は、縮小側に凹の曲面であり、
    　前記拡大側面は、拡大側に凸の正屈折力を有する曲面であり、
    　前記拡大側面の曲面は、半球を超える曲面であり、
    　前記縮小側面の球欠内に前記縮小側共役点が位置することを特徴とする光学系。
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