JP2007094170A - 正立変倍アフォーカル光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】径時変化による光学性能の劣化の少ない可変焦点距離素子を用い、簡便な構成かつ平易な可動機構の正立変倍アフォーカル光学系を提供すること。
【解決手段】可変焦点距離素子Ｌ１Ｖを有する第１レンズ群Ｇ１と、固定焦点距離素子Ｌ２を有する第２レンズ群Ｇ２からなり、前記可変焦点距離素子Ｌ１Ｖは、第１液体材料と、該第１液体材料と屈折率が異なり混合しない第２液体材料とを容器内に封入し、前記第１液体材料及び前記第２液体材料へ加える物理量を変化させることによって、前記第１液体材料と前記第２液体材料の境界面形状を変化させて焦点距離を変化させる正立変倍アフォーカル光学系。
【選択図】図２

Description

本発明は、カメラ用ファインダ、カメラ用コンバータレンズ、または望遠鏡などに用いられる正立変倍アフォーカル光学系に関する。

従来、可変焦点距離素子を用いた光学系が数多く提案され、その中で、光学系からの射出光線がほぼアフォーカルである光学系もいくつか提案されてきた。例えば、可変焦点距離素子にシリコンゴムを材料にした弾性体レンズを用い、簡便な可動機構のみで変倍を可能にした変倍光学系が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開昭６１−８７１１６号公報

しかしながら、特許文献１に開示の変倍光学系では、弾性レンズを形成するシリコンゴムが紫外線等による劣化のために経時変化し、光学性能が悪化すると言う問題がある。また、径時変化による黄変やひび割れなどの耐久性に問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みて行われたものであり、径時変化による光学性能の劣化の少ない可変焦点距離素子を用い、簡便な構成かつ平易な可動機構の正立変倍アフォーカル光学系を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、可変焦点距離素子を有する第１レンズ群と、固定焦点距離素子を有する第２レンズ群から構成され、前記可変焦点距離素子は、第１液体材料と、該第１液体材料と屈折率が異なり混合しない第２液体材料とを容器内に封入し、前記第１液体材料及び前記第２液体材料へ加える物理量を変化させることによって、前記第１液体材料と前記第２液体材料の境界面形状を変化させて焦点距離を変化させることを特徴とする正立変倍アフォーカル光学系を提供する。

本発明によれば、径時変化による光学性能の劣化の少ない可変焦点距離素子を用い、簡便な構成かつ平易な可動機構の正立変倍アフォーカル光学系を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態にかかる正立変倍アフォーカル光学系に関し説明する。

本発明の実施の形態にかかる正立変倍アフォーカル光学系は、可変焦点距離素子を有する第１レンズ群と、固定焦点距離素子を有する第２レンズ群から構成され、可変焦点距離素子は、第１液体材料と、該第１液体材料と屈折率が異なり混合しない第２液体材料とを容器内に封入し、第１液体材料及び第２液体材料へ加える物理量を変化させることによって、第１液体材料と第２液体材料の境界面形状を変化させて光学系の焦点距離を変化させる構成である。

ここで、第１液体材料及び第２液体材料へ加える物理量は、電圧が望ましい。電圧は制御が容易であり、加える電圧を変化させることによって第１液体材料と第２液体材料との境界面形状を種々制御することが可能になる。なお、電圧の代わりに、圧力または熱等の物理量を変化させて境界面形状を変化させ光学系の焦点距離を変化させるようにすることも可能である。

光学系からの射出光線がほぼアフォーカルな光学系を構成するためには、少なくとも２つのレンズ群が必要である。２つのレンズ群で構成された光学系について、物体側のレンズ群（対物レンズ群）の焦点距離をｆｏ[ｍｍ]、瞳側のレンズ群（接眼レンズ群）の焦点距離をｆｅ[ｍｍ]とすると、ほぼアフォーカルな光学系を構成するためには、対物レンズ群と接眼レンズ群の主点間隔をｄ[ｍｍ]としたとき、以下の式（１）をほぼ満たす必要がある。
（１） ｄ＝ｆｏ＋ｆｅ
また、このアフォーカル光学系における倍率ｍは、以下の式（２）で与えられる。
（２） ｍ＝−ｆｏ／ｆｅ
ここで、式（２）から分かる通り、アフォーカル光学系を変倍させるためには、少なくとも対物レンズ群の焦点距離ｆｏか接眼レンズ群の焦点距離ｆｅのいずれかを変化させることが必要である。

そこで本発明では、可変焦点距離素子を有する第１レンズ群と、固定焦点距離素子を有する第２レンズ群から構成し、第１レンズ群の焦点距離を可変焦点距離素子により可変することで変倍アフォーカル光学系を実現している。

次に、可変焦点距離素子について述べる。可変焦点距離素子は様々な手段を用いたものが提案されているが、その中で電子毛管現象あるいはエレクトロウェッティング現象と呼ばれる現象を用いた素子が提案され、例えば特表２００１−５１９５３９公報や特開２００１−２４９２８２公報などに開示されている。すなわち、第１液体材料と、該第１液体材料と屈折率が異なり混合しない第２液体材料とを容器内に封入し、第１液体材料及び第２液体材料へ加える電圧を変化させることによって、第１液体材料と第２液体材料の境界面形状を変化させ焦点距離を可変することを可能にしている。

また、特表２００１−５１９５３９公報や特開２００１−２４９２８２公報には、第１液体材料として塩を加えた水などの導電性液体と、第２液体材料として油などの絶縁性液体の２種類の液体が用いられている。

本発明の実施の形態にかかる正立変倍アフォーカル光学系では、上述のような２つの液体を用いることで経時変化がない可変焦点距離素子が実現できる。なお、第１液体材料には、塩化ナトリウム等の塩類の水溶液、または有機体等に導電性成分あるいはイオン成分を添加して導電性を付与した液体材料等を用いることができる。また第２液体材料には、シリコンオイル等の油類、ａｌｃａｎｅ、ａｌｃａｎｅの混合物、ハロゲン化物、または疎水性の液体材料等の第１液体材料と混合しない絶縁液体を用いることができる。

また、本発明の実施の形態にかかる正立変倍アフォーカル光学系では、第１レンズ群の焦点距離と第２レンズ群の焦点距離は、互いに符号が逆であることが望ましい。

このように第１レンズ群と第２レンズ群の焦点距離の符号を互いに逆にすることで簡単な構成で正立変倍アフォーカル光学系を構成することができる。

一方、第１レンズ群と第２レンズ群の焦点距離が共に正の場合、アフォーカル光学系はいわゆるケプラー式と呼ばれ、射出光線は倒立像となり、本発明の目的である正立変倍アフォーカル光学系を実現するためには像反転機構が必要となる。像反転機構としては、プリズムやミラーなどの反射光学系か２次結像光学系を光学系の光路中に挿入する必要があり、複雑な構成となってしまう。また、第１レンズ群と第２レンズ群の焦点距離が共に負の場合、前述の式（１）に代入すると第１レンズ群と第２レンズ群の主点間隔ｄが負になって、射出光線をほぼアフォーカルとすることができなくなってしまう。

また、本発明の実施の形態に係る正立変倍アフォーカル光学系では、第１液体材料は第２液体材料よりｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）における屈折率ｎｄが低いことが望ましい。

第１液体材料の屈折率ｎｄを第２液体材料の屈折率より低くすることによって最適なパワー配置を得ることができる。

また、本発明の実施の形態にかかる正立変倍アフォーカル光学系は、前記第１レンズ群は、少なくとも１枚の固定焦点距離素子を有することが望ましい。

本発明の実施の形態にかかる正立変倍アフォーカル光学系では、可変焦点距離素子の焦点距離可変範囲は特定の有限範囲でのみ焦点距離が可変である。従って、任意の焦点距離可変範囲を得るために、可変焦点距離素子を有する第１レンズ群は少なくとも１枚の固定焦点距離素子を有することで、可変焦点距離範囲をシフトさせ、最適なパワー配置を得ることが可能となって、簡便な構成の正立変倍アフォーカル光学系を実現できる。

また、本発明の実施の形態にかかる正立変倍アフォーカル光学系では、第１レンズ群は負屈折力を有し、少なくとも１枚の固定焦点距離素子は負レンズであることが望ましい。

本発明の実施の形態にかかる正立変倍アフォーカル光学系の可変焦点距離素子の焦点距離可変範囲は、先述の特表2001-519539公報や特開2001-249282公報にもあるように、主に正屈折力を持つ。従って、可変焦点距離素子を有する第１レンズ群が負屈折力であるパワー配置の場合、第１レンズ群に少なくとも１枚の固定焦点距離素子である負レンズを配置することで、第１レンズ群に負屈折力を持たせることが可能となり、簡便な構成の正立変倍アフォーカル光学系を実現できる。

また、本発明の実施の形態にかかる正立変倍アフォーカル光学系は、第１レンズ群の焦点距離変化に伴って、第１レンズ群のみを光軸に沿って移動させることで、光学系全体の倍率を変化させることが望ましい。

変倍の為に第１レンズ群の焦点距離を変化させると、それに伴って第１レンズ群の後側焦点位置が変化するが、丁度第２レンズ群の前側焦点位置と第１レンズ群の後側焦点位置を一致させるように第１レンズ群を移動させることで、射出光線をほぼアフォーカルとしながら変倍することが可能となる。

また、従来、変倍を実現するためには少なくとも２つのレンズ群を同時に移動させる必要があり、可動機構の構成が複雑であったが、本発明においては第１レンズ群のみを移動させることで、変倍しながら平易な可動機構で正立変倍アフォーカル光学系を達成することができる。

また、本発明の実施の形態にかかる正立変倍アフォーカル光学系は、第１レンズ群の焦点距離変化に伴って、第２レンズ群のみを光軸に沿って移動させることで、光学系全体の倍率を変化させることが望ましい。

変倍の為に第１レンズ群の焦点距離を変化させると、それに伴って第１レンズ群の後側焦点位置が変化するが、丁度第２レンズ群の前側焦点位置と第１レンズ群の後側焦点位置を一致させるように第２レンズ群を移動させることで、射出光線をほぼアフォーカルとしながら変倍することが可能となる。

また、従来、変倍を実現するためには少なくとも２つのレンズ群を同時に移動させる必要があり、可動機構の構成が複雑であったが、本発明においては第２レンズ群のみを移動させることで、変倍しながら平易な可動機構で正立変倍アフォーカル光学系を達成することができる。

なお、可変焦点距離素子を有する第１レンズ群を対物レンズ群、固定焦点距離素子を有する第２レンズ群を接眼レンズ群とすることも、可変焦点距離素子を有する第１レンズ群を接眼レンズ群、固定焦点距離素子を有する第２レンズ群を対物レンズ群とすることも可能であり、どちらの構成でも正立変倍アフォーカル光学系を実現できることは明白である。

〔実施例〕
以下、本発明にかかる正立変倍アフォーカル光学系の各実施例に関し図面を参照しつつ説明する。

［第１実施例］
図１は、本発明の第１実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系の屈折力配置を示す図である。図２は、本第１実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図である。両図において、Ｌは低倍率端状態、Ｍは中間倍率状態、Ｈは高倍率端状態でのそれぞれの屈折力配置、およびレンズ配置を表している。

図１、図２において、本第１実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系は、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２とから構成されている。第１レンズ群Ｇ１が対物レンズ群、第２レンズ群Ｇ２が接眼レンズ群の役割を持っている。

第１レンズ群Ｇ１は可変焦点距離素子Ｌ１Ｖと負レンズＬ１１で構成され、可変焦点距離素子Ｌ１Ｖは、第１液体材料と、該第１液体材料と屈折率が異なり混合しない第２液体材料とを容器内に封入し、第１液体材料及び第２液体材料へ加える電圧を変化させることによって、第１液体材料と第２液体材料の境界面形状を変化させ焦点距離可変にした素子であり、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を負の範囲で変化させることができる。

第２レンズ群Ｇ２は、固定焦点距離素子の正レンズＬ２が位置固定されて構成されている。

第１液体材料は塩化リチウム水溶液（ｎｄ＝１．３５）、第２液体材料はシリコンオイル（ｎｄ＝１．５１）であり、経時変化に対する耐久性を確保しており、以下の他の実施例も同様である。なお、第１液体材料には、塩化ナトリウム等の塩類の水溶液、または有機体等に導電性成分あるいはイオン成分を添加して導電性を付与した液体材料等を用いることができる。また第２液体材料には、シリコンオイル等の油類、ａｌｃａｎｅ、ａｌｃａｎｅの混合物、ハロゲン化物、または疎水性の液体材料等の第１液体材料と混合しない絶縁液体を用いることができる。

第１レンズ群Ｇ１の焦点距離の変化に伴って、第１レンズ群Ｇ１のみを第２レンズ群Ｇ２に対して移動させることで、簡便な可動機構で構成可能な正立変倍アフォーカル光学系を実現している。

なお、本第１実施例の正立変倍アフォーカル光学系では、主点間隔ｄを微小変化させる、あるいは第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を微小変化することで、光学系からの射出光線をアフォーカルから僅かにずらす所謂視度調整を行うことも可能である。

以下の表１に本発明における第１実施例の正立変倍アフォーカル光学系の屈折力配置の値を掲げる。表中のｆ１は第１レンズ群Ｇ１の全系での焦点距離（ｍｍ）、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離（ｍｍ）、ｄは第１レンズ群Ｇ１の全系での主点と第２レンズ群Ｇ２の主点との間隔（ｍｍ）、ｍは倍率（無次元）を表す。

なお、以下の全ての諸元値において、掲載されている焦点距離ｆ、主点間隔ｄ、その他の長さ等は、特記の無い場合一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、これに限られるものではない。また、単位は「ｍｍ」に限定されること無く他の適当な単位を用いることもできる。さらに、これらの記号の説明は、以降の他の実施例においても同様とする。

なお、図１、図２には、正立ファインダを想定して目が描かれているが、本実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系はファインダに限ったものではなく、例えば対物光学系の物体側に配置され光学系全体の焦点距離を拡大または縮小するためのフロントコンバータや、ガリレオ式望遠鏡や双眼鏡などにも適用できることはいうまでもない。さらに、以降の他の実施例においても同様とする。

（表１）
［屈折力配置］
低倍率端状態 中間倍率状態 高倍率端状態
ｆ１ −２．０ −５．０ −８．０
ｆ２ １０．０ １０．０ １０．０
ｄ ８．０ ５．０ ２．０
ｍ ０．２０ ０．５０ ０．８０

［第２実施例］
図３は、本発明の第２実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系の屈折力配置を示す図である。図４は、本第２実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図である。両図において、Ｌは低倍率端状態、Ｍは中間倍率状態、Ｈは高倍率端状態でのそれぞれの屈折力配置およびレンズ配置を表している。

図３、図４において、本第２実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系は、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２とから構成されている。第１レンズ群Ｇ１が対物レンズ群、第２レンズ群Ｇ２が接眼レンズ群の役割を持っている。

本第２実施例は、第１実施例とレンズ群の焦点距離変化及び可変焦点距離素子構成は全く同じで、作用、効果も同様でありその説明を省略する。

本第２実施例が、第１実施例と異なるのは、第１レンズ群Ｇ１を位置固定とし、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離の変化に伴って、第２レンズ群Ｇ２のみを移動させることで、簡便な可動機構で構成可能な正立変倍アフォーカル光学系を実現している点である。

なお、屈折力配置は第１実施例と同じであるため、表１を参照し、その説明は省略する。

また、本第２実施例の主点間隔ｄを微小変化させる、あるいは第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を微小変化ことで、光学系からの射出光線をアフォーカルから僅かにずらす所謂視度調整を行うことも可能である。

［第３実施例］
図５は、本発明の第３実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系の屈折力配置を示す図である。図６は、本第３実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図である。両図において、Ｌは低倍率端状態、Ｍは中間倍率状態、Ｈは高倍率端状態でのそれぞれの屈折力配置、およびレンズ配置を表している。

図５、図６において、本第３実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系は、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２とから構成されている。第１レンズ群Ｇ１が対物レンズ群、第２レンズ群Ｇ２が接眼レンズ群の役割を持っている。

第１レンズ群Ｇ１は可変焦点距離素子Ｌ１Ｖと正レンズＬ１１で構成され、可変焦点距離素子Ｌ１Ｖは、第１液体材料と、該第１液体材料と屈折率が異なり混合しない第２液体材料とを容器内に封入し、第１液体材料及び第２液体材料へ加える電圧を変化させることによって、第１液体材料と第２液体材料の境界面形状を変化させ焦点距離可変にした素子であり、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を正の範囲で変化させることができる。

第２レンズ群Ｇ２は、固定焦点距離素子の負レンズＬ２が位置固定されて構成されている。

第１液体材料は塩化リチウム水溶液、第２液体材料はシリコンオイルであり、経時変化に対する耐久性を確保している。なお、第１液体材料には、塩化ナトリウム等の塩類の水溶液、または有機体等に導電性成分あるいはイオン成分を添加して導電性を付与した液体材料等を用いることができる。また第２液体材料には、シリコンオイル等の油類、ａｌｃａｎｅ、ａｌｃａｎｅの混合物、ハロゲン化物、または疎水性の液体材料等の第１液体材料と混合しない絶縁液体を用いることができる。

第１レンズ群Ｇ１の焦点距離の変化に伴って、第１レンズ群Ｇ１のみを第２レンズ群Ｇ２に対して移動させることで、簡便な可動機構で構成可能な正立変倍アフォーカル光学系を実現している。

また、本実施例の主点間隔ｄを微小変化させる、あるいは第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を微小変化ことで、光学系からの射出光線をアフォーカルから僅かにずらす所謂視度調整を行うことも可能である。

以下の表２に本発明の第３実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系の屈折力配置の値を掲げる。

（表２）
［屈折力配置］
低倍率端状態 中間倍率状態 高倍率端状態
ｆ１ １２．０ １６．０ ２０．０
ｆ２ −１０．０ −１０．０ −１０．０
ｄ ２．０ ６．０ １０．０
ｍ １．２０ １．６０ ２．００

［第４実施例］
図７は、本発明の第４実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系の屈折力配置を示す図である。図８は、本第４実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図である。両図において、Ｌは低倍率端状態、Ｍは中間倍率状態、Ｈは高倍率端状態でのそれぞれの屈折力配置、およびレンズ配置を表している。

図７、図８において、本第４実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系は、物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２とから構成されている。第１レンズ群Ｇ１が対物レンズ群、第２レンズ群Ｇ２が接眼レンズ群の役割を持っている。

本第４実施例は、第３実施例とレンズ群の焦点距離変化及び可変焦点距離素子構成は全く同じで、作用、効果も同様でありその説明は省略する。

本第４実施例が第３実施例と異なるのは、第１レンズ群Ｇ１を位置固定とし、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離変化に伴って第２レンズ群Ｇ２のみを移動させることで、簡便な可動機構で構成可能な正立変倍アフォーカル光学系を実現している点である。

なお、屈折力配置は第３実施例と同じであるため、表２を参照しその説明は省略する。

また、本実施例の主点間隔ｄを微小変化させる、あるいは第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を微小変化ことで、光学系からの射出光線をアフォーカルから僅かにずらす所謂視度調整を行うことも可能である。

［第５実施例］
図９は、本発明の第５実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系の屈折力配置を示す図である。図１０は、本第５実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図である。両図において、Ｌは低倍率端状態、Ｍは中間倍率状態、Ｈは高倍率端状態でのそれぞれの屈折力配置、およびレンズ配置を表している。

図９、図１０において、本第５実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系は、物体側から順に、第２レンズ群Ｇ２と、第１レンズ群Ｇ１とから構成されている。第２レンズ群Ｇ２が対物レンズ群、第１レンズ群Ｇ１が接眼レンズ群の役割を持っている。

第１レンズ群Ｇ１は可変焦点距離素子Ｌ１Ｖと正レンズＬ１１で構成され、可変焦点距離素子Ｌ１Ｖは、第１液体材料と、該第１液体材料と屈折率が異なり混合しない第２液体材料とを容器内に封入し、第１液体材料及び第２液体材料へ加える電圧を変化させることによって、第１液体材料と第２液体材料の境界面形状を変化させ焦点距離可変にした素子であり、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を正の範囲で変化させることができる。

第２レンズ群Ｇ２は、固定焦点距離素子である負レンズＬ２で構成されている。

第１液体材料は塩化リチウム水溶液、第２液体材料はシリコンオイルであり、経時変化に対する耐久性を確保している。なお、第１液体材料には、塩化ナトリウム等の塩類の水溶液、または有機体等に導電性成分あるいはイオン成分を添加して導電性を付与した液体材料等を用いることができる。また第２液体材料には、シリコンオイル等の油類、ａｌｃａｎｅ、ａｌｃａｎｅの混合物、ハロゲン化物、または疎水性の液体材料等の第１液体材料と混合しない絶縁液体を用いることができる。

第１レンズ群Ｇ１の焦点距離の変化に伴って、第１レンズ群Ｇ１を位置固定とし、第２レンズ群Ｇ２のみを移動させることで、簡便な可動機構で構成可能な正立変倍アフォーカル光学系を実現している。

また、本実施例の主点間隔ｄを微小変化させる、あるいは第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を微小変化ことで、光学系からの射出光線をアフォーカルから僅かにずらす所謂視度調整を行うことも可能である。

以下の表３に本発明の第５実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系の屈折力配置の値を掲げる。

（表３）
［屈折力配置］
低倍率端状態 中間倍率状態 高倍率端状態
ｆ２ −５．０ −５．０ −５．０
ｆ１ ２０．０ １２．０ ６．０
ｄ １５．０ ７．０ １．０
ｍ ０．２５ ０．４２ ０．８３

［第６実施例］
図１１は、本発明の第６実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系の屈折力配置を示す図である。図１２は、本第６実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図である。両図において、Ｌは低倍率端状態、Ｍは中間倍率状態、Ｈは高倍率端状態でのそれぞれの屈折力配置、およびレンズ配置を表している。

図１１、図１２において、本第６実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系は、物体側から順に、第２レンズ群Ｇ２と、第１レンズ群Ｇ１とから構成されている。第２レンズ群Ｇ２が対物レンズ群、第１レンズ群Ｇ１が接眼レンズ群の役割を持っている。

本第６実施例は、第５実施例とレンズ群の焦点距離変化及び可変焦点距離素子構成は全く同じで、作用、効果も同様でありその説明は省略する。

本第６実施例が第５実施例と異なるのは、第２レンズ群Ｇ２を位置固定とし、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離変化に伴って第１レンズ群のみを移動させることで、簡便な可動機構で構成可能な正立変倍アフォーカル光学系を実現している点である。

なお、屈折力配置は第５実施例と同じであるため、表３を参照し、その説明は省略する。

また、本実施例の主点間隔ｄを微小変化させる、あるいは第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を微小変化ことで、光学系からの射出光線をアフォーカルから僅かにずらす所謂視度調整を行うことも可能である。

［第７実施例］
図１３は、本発明の第７実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系の屈折力配置を示す図である。図１４は、本第７実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図である。両図において、Ｌは低倍率端状態、Ｍは中間倍率状態、Ｈは高倍率端状態でのそれぞれの屈折力配置、およびレンズ配置を表している。

図１３、図１４において、本第７実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系は、物体側から順に、第２レンズ群Ｇ２と、第１レンズ群Ｇ１とから構成されている。第２レンズ群Ｇ２が対物レンズ群、第１レンズ群Ｇ１が接眼レンズ群の役割を持っている。

第１レンズ群Ｇ１は可変焦点距離素子Ｌ１Ｖと負レンズＬ１１で構成され、可変焦点距離素子Ｌ１Ｖは、第１液体材料と、該第１液体材料と屈折率が異なり混合しない第２液体材料とを容器内に封入し、前記第１液体材料及び前記第２液体材料へ加える電圧を変化させることによって、前記第１液体材料と前記第２液体材料の境界面形状を変化させ焦点距離可変にした素子であり、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を負の範囲で変化させることができる。

第２レンズ群Ｇ２は、固定焦点距離素子である負レンズＬ２で構成されている。

第１液体材料は塩化リチウム水溶液、第２液体材料はシリコンオイルであり、経時変化に対する耐久性を確保している。なお、第１液体材料には、塩化ナトリウム等の塩類の水溶液、または有機体等に導電性成分あるいはイオン成分を添加して導電性を付与した液体材料等を用いることができる。また第２液体材料には、シリコンオイル等の油類、ａｌｃａｎｅ、ａｌｃａｎｅの混合物、ハロゲン化物、または疎水性の液体材料等の第１液体材料と混合しない絶縁液体を用いることができる。

第１レンズ群Ｇ１の焦点距離の変化に伴って、第１レンズ群Ｇ１を位置固定とし、第２レンズ群Ｇ２のみを移動させることで、簡便な可動機構で構成可能な正立変倍アフォーカル光学系を実現している。

また、本実施例の主点間隔ｄを微小変化させる、あるいは第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を微小変化ことで、光学系からの射出光線をアフォーカルから僅かにずらす所謂視度調整を行うことも可能である。

以下の表４に本発明の第７実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系の屈折力配置の値を掲げる。

（表４）
［屈折力配置］
低倍率端状態 中間倍率状態 高倍率端状態
ｆ２ ２０．０ ２０．０ ２０．０
ｆ１ −１６．０ −１２．０ −８．０
ｄ ４．０ ８．０ １２．０
ｍ １．２５ １．６７ ２．５０

［第８実施例］
図１５は、本発明の第８実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系の屈折力配置を示す図である。図１６は、本第８実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図である。両図において、Ｌは低倍率端状態、Ｍは中間倍率状態、Ｈは高倍率端状態でのそれぞれの屈折力配置、およびレンズ配置を表している。

図１５、図１６において、本第８実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系は、物体側から順に、第２レンズ群Ｇ２と、第１レンズ群Ｇ１とから構成されている。第２レンズ群Ｇ２が対物レンズ群、第１レンズ群Ｇ１が接眼レンズ群の役割を持っている。

本第８実施例は、第７実施例とレンズ群の焦点距離変化及び可変焦点距離素子構成は全く同じで、作用、構成も同様でありその説明は省略する。

本第８実施例が第７実施例と異なるのは、第２レンズ群Ｇ２を位置固定とし、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離の変化に伴って第１レンズ群のみを移動させることで、簡便な可動機構で構成可能な正立変倍アフォーカル光学系を実現している点である。

なお、屈折力配置は第７実施例と同じであるため、表４を参照し、その説明は省略する。

また、本実施例の主点間隔ｄを微小変化させる、あるいは第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を微小変化ことで、光学系からの射出光線をアフォーカルから僅かにずらす所謂視度調整を行うことも可能である。

以上述べたように、本発明によれば、光学系からの射出光線がほぼアフォーカルであり、簡便な構成で、かつ平易な可動機構が可能で、経時変化に対する耐久性がある可変焦点距離素子を用いた正立変倍アフォーカル光学系を提供することができる。

なお、本発明の実施例として、２群構成のレンズ系を示したが、該２群を含む３群およびそれ以上の群構成のレンズ系も本発明の効果を内在した同等のレンズ系であることは言うまでもない。また、各レンズ群内の構成においても、実施例の構成に付加レンズを加えただけのレンズ群も本発明の効果を内在した同等のレンズ群であることは言うまでもない。また、上述の実施の形態および実施例は、例に過ぎず上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。

本発明の第１実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系の屈折力配置図。 本発明の第１実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図である。 本発明の第２実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系の屈折力配置図。 本発明の第２実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図である。 本発明の第３実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系の屈折力配置図。 本発明の第３実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図である。 本発明の第４実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系の屈折力配置図。 本発明の第４実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図である。 本発明の第５実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系の屈折力配置図。 本発明の第５実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図である。 本発明の第６実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系の屈折力配置図。 本発明の第６実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図である。 本発明の第７実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系の屈折力配置図。 本発明の第７実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図である。 本発明の第８実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系の屈折力配置図。 本発明の第８実施例にかかる正立変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図である。

符号の説明

Ｌ ・・・ 低倍率端状態
Ｍ ・・・ 中間倍率状態
Ｈ ・・・ 高倍率端状態
Ｇ１ ・・・ 第１レンズ群
Ｇ２ ・・・ 第２レンズ群
Ｌ１Ｖ ・・・ 可変焦点距離素子
Ｌ１１ ・・・ 第１レンズ群中のレンズ
Ｌ２ ・・・ 固定焦点距離素子

Claims (8)

1. 可変焦点距離素子を有する第１レンズ群と、固定焦点距離素子を有する第２レンズ群から構成され、
   前記可変焦点距離素子は、第１液体材料と、該第１液体材料と屈折率が異なり混合しない第２液体材料とを容器内に封入し、前記第１液体材料及び前記第２液体材料へ加える物理量を変化させることによって、前記第１液体材料と前記第２液体材料の境界面形状を変化させて焦点距離を変化することを特徴とする正立変倍アフォーカル光学系。
2. 前記物理量は電圧であることを特徴とする請求項１に記載の正立変倍アフォーカル光学系。
3. 前記第１レンズ群の焦点距離と、前記第２レンズ群の焦点距離は、互いに符号が逆であることを特徴とする請求項１または２に記載の正立変倍アフォーカル光学系。
4. 前記第１液体材料は前記第２液体材料より屈折率が低いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の正立変倍アフォーカル光学系。
5. 前記第１レンズ群は、少なくとも１枚の固定焦点距離素子を有することを特徴とする請求項１または４のいずれか１項に記載の正立変倍アフォーカル光学系。
6. 前記第１レンズ群は負屈折力を有し、前記少なくとも１枚の固定焦点距離素子は負レンズであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の正立変倍アフォーカル光学系。
7. 前記第１レンズ群の焦点距離変化に伴って、前記第１レンズ群のみを光軸に沿って移動させることで、光学系全体の倍率を変化させることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の正立変倍アフォーカル光学系。
8. 前記第１レンズ群の焦点距離変化に伴って、前記第２レンズ群のみを光軸に沿って移動させることで、光学系全体の倍率を変化させることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の正立変倍アフォーカル光学系。

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