JP5525790B2

JP5525790B2 - 光学系

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Publication number: JP5525790B2
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Inventors: 聖幸水澤
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Description

本発明は、前方の物体及び略側方の物体の同時観察を行うことができる光学系に関する。

従来から、前方の物体の観察と略側方の物体の観察とを同時に行うことのできる光学系が知られている。そのような光学系の中には、略側方の物体側からの光を、内部で２回反射した後に、像側へ出射する構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。なお、略側方とは、光学系自体の側方だけではなく、光学系の斜め前方や斜め後方も含むものとする。

特開２００８−３０９８５９号公報

しかし、特許文献１に記載の光学系は、近接観察するための機能を備えていないため、前方の物体又は略側方の物体に対する近接観察をした場合には、焦点を合わせることができず、対象物の細部を詳細に観察することができないという問題があった。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、前方の物体及び略側方の物体の遠方観察と、前方の物体及び略側方の物体の近接観察とを行うことのできる光学系を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明の光学系は、前方の物体と略側方の物体とを観察するための光学系において、前方の物体側から順に、反射屈折光学素子を有し負の屈折力を持つ前群、開口絞り、光軸に沿う方向に移動する移動レンズ群を有し正の屈折力を持つ後群が配置されており、前記反射屈折光学素子は、光軸を中心に形成された第一透過面と該第一透過面の周囲に環状に形成され像側を向いた第一反射面とを有し前方の物体側に形成された第一面と、光軸を中心に形成された第二透過面と該第二透過面の周囲に環状に形成され前方の物体側を向いた第二反射面とを有し像側に形成された第二面と、前記第一面と前記第二面との間に透過面として形成された第三面と、を有しており、前記移動レンズ群が、正の屈折力を持ち、且つ、物体側から像側に順に、凸レンズ、凹レンズ、凸レンズの３枚のレンズからなり、前記後群のうち、最も物体側のレンズ群が、前記移動レンズ群とは異なり、前記前群及び前記後群の屈折力が相対的に殆ど変化しない程度に前記移動レンズ群を移動させることにより、観察領域内で前方の物体の像が形成される領域を殆ど変化させずに、焦点合わせを行い、次の条件式を満足することを特徴とする。
１．４＜ｆ _m ／（（ｆ _r _c ＋ｆ _r _w ）／２）＜２．３
ただし、ｆ _m は前記移動レンズ群の焦点距離、ｆ _r _w は前方の物体及び略側方の物体を遠方観察する際の後群の焦点距離、ｆ _r _c は前方の物体及び略側方の物体を近接観察する際の後群の焦点距離である。

また、本発明の光学系は、前記前群は、負の屈折力を持つ第一レンズ群と、第二レンズ群とからなり、前記後群は、正の屈折力を持つ第三レンズ群からなり、前記第一レンズ群と、前記第二レンズ群と、前記開口絞りと、前記第三レンズ群とにより、前方の物体を観察するための第一光学系が構成され、前記第二レンズ群と、前記開口絞りと、前記第三レンズ群とにより、略側方の物体を観察するための第二光学系が構成されていることが好ましい。

また、本発明の光学系は、前方の物体側からの光は、前記第一透過面に入射した後に、前記第二透過面から像側へ出射され、略側方の物体側からの光は、前記第三面に入射した後に、前記第二反射面と前記第一反射面とで順に反射され、前記第二透過面から像側へ出射されることが好ましい。

また、本発明の光学系は、前記移動レンズ群は、物体側から像側に順に、両凸レンズ、両凹レンズ、両凸レンズの３枚のレンズからなることが好ましい。

また、本発明の光学系は、前記移動レンズ群は、物体側から像側に順に、前記両凸レンズと前記両凹レンズからなる接合レンズと、単レンズからなる前記両凸レンズの３枚のレンズからなることが好ましい。

また、本発明の光学系は、前記移動レンズ群中の前記３枚のレンズはそれぞれが単レンズからなることが好ましい。

本発明によれば、前方の物体及び略側方の物体の遠方観察と、前方の物体及び略側方の物体の近接観察とを行うことのできる光学系を提供することができる。

反射屈折光学素子に対し、略側方の物体側から入射する光に関する画角を示す模式図である。実施例１に係る光学系の構成を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は前方の物体及び略側方の物体の遠方観察を行う場合、（ｂ）は前方の物体の近接観察を行う場合を、それぞれ示している。実施例１に係る光学系の構成と光路を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は前方の物体及び略側方の物体の遠方観察を行う場合、（ｂ）は前方の物体の近接観察を行う場合を、それぞれ示している。実施例１に係る光学系の有する反射屈折光学素子の拡大図である。実施例１に係る光学系の、前方の物体及び略側方の物体の遠方観察時における、前方の物体側から撮像面へ向かう光線を追跡した場合の収差曲線図であり、（ａ）はメリジオナル面に関するコマ収差、（ｂ）はサジタル面に関するコマ収差を示している。また、各図は、上から順に、半画角が６０°，４５°，３０°，１５°，０°の場合の収差を示している。実施例１に係る光学系の、前方の物体及び略側方の物体の遠方観察時における、略側方の物体側から撮像面へ向かう光線を追跡した場合の収差曲線図であり、（ａ）はメリジオナル面に関するコマ収差、（ｂ）はサジタル面に関するコマ収差を示している。また、各図は、上から順に、半画角が１１５°，１０５°，９５°，８５°，７５°の場合の収差を示している。実施例１に係る光学系の、前方の物体の近接観察時における、前方の物体側から撮像面へ向かう光線を追跡した場合の収差曲線図であり、（ａ）はメリジオナル面に関するコマ収差、（ｂ）はサジタル面に関するコマ収差を示している。また、各図は、上から順に、半画角が６０°，４５°，３０°，１５°，０°の場合の収差を示している。実施例１に係る光学系の、前方の物体の近接観察時における、略側方の物体側から撮像面へ向かう光線を追跡した場合の収差曲線図であり、（ａ）はメリジオナル面に関するコマ収差、（ｂ）はサジタル面に関するコマ収差を示している。また、各図は、上から順に、半画角が１１５°，１０５°，９５°，８５°，７５°の場合の収差を示している。実施例２に係る光学系の構成を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は前方の物体及び略側方の物体の遠方観察を行う場合、（ｂ）は前方の物体の近接観察を行う場合を、それぞれ示している。実施例２に係る光学系の構成と光路を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は前方の物体及び略側方の物体の遠方観察を行う場合、（ｂ）は前方の物体の近接観察を行う場合を、それぞれ示している。実施例２に係る光学系の、前方の物体及び略側方の物体の遠方観察時における、前方の物体側から撮像面へ向かう光線を追跡した場合の収差曲線図であり、（ａ）はメリジオナル面に関するコマ収差、（ｂ）はサジタル面に関するコマ収差を示している。また、各図は、上から順に、半画角が６０°，４５°，３０°，１５°，０°の場合の収差を示している。実施例２に係る光学系の、前方の物体及び略側方の物体の遠方観察時における、略側方の物体側から撮像面へ向かう光線を追跡した場合の収差曲線図であり、（ａ）はメリジオナル面に関するコマ収差、（ｂ）はサジタル面に関するコマ収差を示している。また、各図は、上から順に、半画角が１１５°，１０５°，９５°，８５°，７５°の場合の収差を示している。実施例２に係る光学系の、前方の物体の近接観察時における、前方の物体側から撮像面へ向かう光線を追跡した場合の収差曲線図であり、（ａ）はメリジオナル面に関するコマ収差、（ｂ）はサジタル面に関するコマ収差を示している。また、各図は、上から順に、半画角が６０°，４５°，３０°，１５°，０°の場合の収差を示している。実施例２に係る光学系の、前方の物体の近接観察時における、略側方の物体側から撮像面へ向かう光線を追跡した場合の収差曲線図であり、（ａ）はメリジオナル面に関するコマ収差、（ｂ）はサジタル面に関するコマ収差を示している。また、各図は、上から順に、半画角が１１５°，１０５°，９５°，８５°，７５°の場合の収差を示している。

本発明の光学系の実施例の説明に先立ち、本実施例の構成による作用効果を説明する。

本実施例の光学系は、光軸を中心に形成された第一透過面と該第一透過面の周囲に環状に形成され像側を向いた第一反射面とを有し前方の物体側に形成された第一面と、光軸を中心に形成された第二透過面と該第二透過面の周囲に環状に形成され前方の物体側を向いた第二反射面とを有し像側に形成された第二面と、第一面と第二面との間に透過面として形成された第三面と、を有した反射屈折光学素子を備えている。

このように、本実施例の光学系は、反射屈折光学素子を備えているため、前方の物体と略側方の物体の同時観察をすることができる。従って、本実施例の光学系を内視鏡装置に採用した場合には、複雑に屈曲した内腔部やヒダ裏部分等の通常内視鏡では観察し難い領域の観察が容易になる。なお、反射屈折光学素子とは、光の反射作用と屈折作用とを利用する部材を意味する。

また、本実施例の光学系は、前方の物体と略側方の物体とを観察するための光学系において、前方の物体側から順に、反射屈折光学素子を有し負の屈折力を持つ前群、開口絞り、光軸に沿う方向に移動する移動レンズ群を有し正の屈折力を持つ後群が配置されており、前群及び後群の屈折力が相対的に殆ど変化しない程度に移動レンズ群を移動させることにより、観察領域内で前方の物体の像が形成される領域を殆ど変化させずに、焦点合わせを行うようにしたことを特徴としている。

本実施例の光学系は、このように、物体側から入射する光に対してレトロフォーカスタイプの光学系となるように構成されている。

一般に、いわゆるレトロフォーカスタイプの光学系では、前群の負の屈折力と後群の正の屈折力が変化しなければ、物体面から撮像面までの距離を変化させても観察画角はあまり変化しない。

そのため、物体側から入射する光に対してレトロフォーカスタイプの光学系として構成されている本実施例の光学系は、前群及び後群の屈折力を相対的に殆ど変化させない程度に、後群中に設けた移動レンズ群を光軸に沿って移動する。これにより、観察領域内で前方の物体の像が形成される領域を殆ど拡大したり又は縮小したりすることなく、焦点合わせをすることができる。その結果、本実施例の光学系は、前方の物体及び略側方の物体の遠方観察と、前方の物体及び略側方の物体の近接観察とをすることができるようになっている。ここで、近接観察とは、合焦可能な範囲内で最も光学系に近い位置にある物体を観察することである。また、遠方観察とは、合焦可能な範囲内で最も光学系から遠い位置にある物体を観察することである。

つまり、本実施例の光学系は、前方の物体と略側方の物体の同時観察ができる一つの光学系によって、近接観察をすることができる。すなわち、近接観察が可能で前方の物体の観察を行うための光学系と、近接観察が可能で略側方の物体の観察を行うための光学系と、を２つ使用した場合に比べて、小型化することができる。従って、本実施例の光学系は、内視鏡装置等に好適に用いることができる。また、本実施例の光学系は近接観察をすることができるため、本実施例の光学系を内視鏡装置に採用した場合には、病変部を発見した後に、さらに、その病変部の悪性度や浸潤度等の評価をすることもできる。

また、本実施例の光学系は、移動レンズ群が、正の屈折力を持ち、且つ、物体側から像側に順に、凸レンズ、凹レンズ、凸レンズの３枚のレンズからなることが好ましい。

もし、第三レンズ群に含まれる移動レンズが負の屈折力を持つように構成すると、第三レンズ群が正の屈折力を有するレンズ群であるためには、少なくとも移動レンズ群以外に正の屈折力を有するレンズ群を有しなければならず、第三レンズ群のレンズ枚数が増加する要因になる。そして、この様な構成とすることで、移動レンズ群の正屈折力を高めながらも移動レンズ群の移動による収差の変動の低減を行いやすい構成となり、テレセントリック性を維持しながら少ない移動量にて遠方から至近への焦点合わせを行うことに有利である。

また、本実施例の光学系は、後群のうち、最も物体側のレンズ群が、上記移動レンズ群とは異なることが好ましい。

このように、後群のうち、最も物体側のレンズ群を移動レンズ群としないようにすれば、前群と後群との屈折力に影響を与えにくくなる。

また、本実施例の光学系は、次の条件式を満足することが好ましい。
１．４＜ｆ_m／（（ｆ_r _c＋ｆ_r _w）／２）＜２．３
ただし、ｆ_mは前記移動レンズ群の焦点距離、ｆ_r _wは前方の物体及び略側方の物体を遠方観察する際の後群の焦点距離、ｆ _rcは前方の物体及び略側方の物体を近接観察する際の後群の焦点距離である。

移動レンズ群の移動によって、屈折力、特に第三レンズ群の屈折力に過度に影響を与えないようにするためには、移動レンズ群の焦点距離は第三レンズの焦点距離より十分大きいことが好ましい。そこで、本実施例の光学系においては、この条件式「１．４＜ｆ_m／（（ｆ_r _c＋ｆ_r _w）／２）＜２．３」を満足するように構成することが好ましい。

この条件式「１．４＜ｆ_m／（（ｆ_r _c＋ｆ_r _w）／２）＜２．３」の下限を下回ると、第三レンズ群の焦点距離に対して、移動レンズ群の焦点距離が小さくなり過ぎてしまい、移動レンズ群の移動によって第三レンズ群の焦点距離が大きく変化する、すなわち、観察領域が大きく変化してしまう。一方、上限を上回ると、第三レンズ群の焦点距離に対して、移動レンズ群の焦点距離が大きくなり過ぎてしまい、ピントがあまり変化しなくなる、すなわち、合焦機能が低下してしまう。

以下に、実施例１及び実施例２に係る光学系ついて図面を参照して説明する。

なお、光学系断面図のｒ₁，ｒ₂，・・・及びｄ₁，ｄ₂，・・・において下付き文字として示した数字は、数値データにおける面番号１，２，・・・に対応している。

また、数値データにおいては、ｓは面番号、ｒは各面の曲率半径、ｄは面間隔、ｎｄはｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）における屈折率、νｄはｄ線におけるアッベ数、Ｋは円錐係数、Ａ₄，Ａ₆，Ａ₈，Ａ₁₀は非球面係数をそれぞれ示している。

また、数値データの非球面係数においては、Ｅは１０のべき乗を表している。例えば、「Ｅ−１０」は、１０のマイナス１乗を表している。また、各非球面形状は、数値データに記載した各非球面係数を用いて以下の式で表される。ただし、光軸に沿う方向の座標をＺ、光軸と垂直な方向の座標をＹとする。
Ｚ＝（Ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）・（Ｙ／ｒ）²｝^1/2］
＋Ａ₄Ｙ⁴＋Ａ₆Ｙ⁶＋Ａ₈Ｙ⁸＋Ａ₁₀Ｙ¹⁰＋・・・

また、収差図において、メリジオナル面とは、光学系の光軸と主光線とを含む面（紙面に平行な面）、サジタル面とは、光軸を含みメリジオナル面に垂直な面（紙面に垂直な面）を意味する。本実施例の光学系は、メリジオナル面に対して対称であるため、サジタル面についての収差量は、横軸について、負の値を省略している。コマ収差を示す図における、縦軸は収差量（単位ｍｍ）、横軸は開口比（−１〜１）をそれぞれ表している。各線に対応する波長は、図中の右端に記載されている。

また、ここで、図１を用いて、本実施例の光学系の反射屈折光学素子に対し、略側方の物体側から入射する光の画角の定義について説明をしておく。図１は、本実施例の反射屈折光学素子に対し、略側方の物体側から入射する光に関する画角を示す模式図である。

反射屈折光学素子ＲＬの第三面ＲＬｃに、略側方の物体側から入射する光の主光線Ｌ_sと光軸ＬＣとが、前方の物体側でなす角度が、反射屈折光学素子ＲＬの略側方の物体側に対する半画角となる。

また、このような反射屈折光学素子ＲＬの場合、第三面ＲＬｃを介して、前方の物体、すなわち、光軸ＬＣ上に存在する物体を観察することはできない。そのため、画角には、最小画角θ_Minと最大画角θ_Maxが存在することになる。このとき、最小画角θ_Minとは、第三面ＲＬｃを介して観察できる範囲のうち、最も前方の物体側の光の主光線と光軸とがなす角度θ_Minのことである。一方、最大画角θ_Maxとは、第三面ＲＬｃを介して観察できる範囲のうち、最も像側の光の主光線と光軸とがなす角度θ_Maxのことである。

以下に、図２〜図８を用いて実施例１に係る光学系について詳細に説明する。

まず、図２及び図３を用いて、本実施例の光学系の構成を説明する。

本実施例の光学系は、前方の物体側からの光の光軸ＬＣ上に、前方の物体側から順に、全体として負の屈折力を持つ前群Ｇｆと、開口絞りＳと、全体として正の屈折力を持つ後群Ｇｒと、が配置されている。前群Ｇｆは、前方の物体側から順に、第一レンズ群Ｇ₁と第二レンズ群Ｇ₂とからなる。後群Ｇｒは、第三レンズ群Ｇ₃からなる。

第一レンズ群Ｇ₁は、像側に凹面を向けた平凹レンズであるレンズＬ₁により構成されている。

第二レンズ群Ｇ₂は、前方の物体側から順に、前方の物体側の面が非球面の反射屈折光学素子であるレンズＬ₂₁と、像側に凸面を向けた負のメニスカスレンズであるレンズＬ₂₂とにより構成されている。

開口絞りＳは、レンズＬ₂₂の像側の面に配置されている。

第三レンズ群Ｇ₃は、前方の物体側から順に、物体側の面が非球面であって像側に凸面を向けた正のメニスカスレンズであるレンズＬ₃₁と、両凸レンズであるレンズＬ₃₂と、両凹レンズであるレンズＬ₃₃と、像側の面が非球面の両凸レンズであるレンズＬ₃₄と、平板レンズであるレンズＬ₃₅とにより構成されている。なお、レンズＬ₃₂の像側の面と、レンズＬ₃₃の物体側の面とは接合されている。また、レンズＬ₃₂と、レンズＬ₃₃と、レンズＬ３４は、移動レンズ群Ｇ_mを構成しており、一体的に光軸上を移動することができるようになっている。

なお、これらのレンズの形状は、前方の物体側からの光の光軸近傍における形状である。

本実施例の光学系は、移動レンズ群であるレンズＬ₃₂と、レンズＬ₃₃と、レンズＬ₃₄を、一体的に、前群Ｇ_fと後群Ｇ_rの屈折力に過度に影響を与えない程度に、光軸上を移動させることにより、近接した位置にある前方の物体及び略側方の物体に対して、焦点合わせをするように構成されている。

ここで、図４を用いて前方の物体と略側方の物体の観察を同時に行うための反射屈折光学素子であるレンズＬ₂₁について詳細に説明する。

反射屈折光学素子であるレンズＬ₂₁は、前方の物体側に形成された第一面Ｌ₂₁ａと、像側に形成された第二面Ｌ₂₁ｂと、第一面Ｌ₂₁ａと第二面Ｌ₂₁ｂとの間で全周面に形成された第三面Ｌ₂₁ｃとを有する。

第一面Ｌ₂₁ａは、光軸を中心に形成されている第一透過面Ｌ₂₁ａ₁と、像側を向いていて第一透過面Ｌ₂₁ａ₁の周囲に環状に形成されている第一反射面Ｌ₂₁ａ₂とを有している。第二面Ｌ₂₁ｂは、光軸を中心に形成されている第二透過面Ｌ₂₁ｂ₁と、前方の物体側を向いていて第二透過面Ｌ₂₁ｂ₁の周囲に環状に形成されている第二反射面Ｌ₂₁ｂ₂とを有している。第三面Ｌ₂₁ｃは全面が透過面として形成されている。

なお、第一反射面Ｌ₂₁ａ₂や第二反射面Ｌ₂₁ｂ₂は、蒸着法により形成されている。具体的には、例えば、第一透過面Ｌ₂₁ａ₁に、第一透過面Ｌ₂₁ａ₁と同形状のマスクをした上で、第一面Ｌ₂₁ａ全体に対してミラーコーティングを施し、その後該マスクを剥がす。このような方法を用いれば、マスクされた部分はミラーコーティングされないため、第一反射面Ｌ₂₁ｂ₂を形成した後でも、第一透過面Ｌ₂₁ａ₁を透過面として用いることができる。

次に、図２、図３及び図４を用いて、本実施例の光学系に入射した光の辿る経路を説明する。

本実施例の光学系に前方の物体側から入射する光Ｌ_fは、まず、レンズＬ₁を通過する。そして、レンズＬ₁を通過した光Ｌ_fは、レンズＬ₂₁の第一透過面Ｌ₂₁ａ₁に入射する。その後、第一透過面Ｌ₂₁ａ₁に入射した光Ｌ_fは、レンズＬ₂₁の第二透過面Ｌ₂₁ｂ₁から出射する。第二透過面Ｌ₂₁ｂ₁から出射した光Ｌ_fは、レンズＬ₂₂、レンズＬ₂₃、開口絞りＳ、レンズＬ₃₁〜レンズＬ₃₅を順に通過し、結像面において、観察領域の中央部に前方の物体の像を形成する。

他方、本実施例の光学系に略側方の物体側から入射する光Ｌ_sは、まず、レンズＬ₂₁の第三面Ｌ₂₁ｃに入射する。そして、第三面Ｌ₂₁ｃに入射した光Ｌ_sは、レンズＬ₂₁の第二反射面Ｌ₂₁ｂ₂で反射される。次に、第二反射面Ｌ₂₁ｂ₂で反射された光Ｌ_sは、レンズＬ₂₁の第一反射面Ｌ₂₁ａ₂で反射される。その後、第一反射面Ｌ₂₁ａ₂で反射された光Ｌ_sは、レンズＬ₂₁の第二透過面Ｌ₂₁ｂ₁から出射される。第二透過面Ｌ₂₁ｂ₁から出射した光Ｌ_sは、レンズＬ₂₂、レンズＬ₂₃、開口絞りＳ、レンズＬ₃₁〜レンズＬ₃₅を順に通過し、結像面において、観察領域の中央部に形成された前方の物体の像の周囲に、環状に、略側方の物体の像を形成する。

次に、本実施例に係る光学系を構成するレンズの数値データを示す。

数値データ１
単位ｍｍ
面データ
面番号曲率半径面間隔屈折率アッベ数
ｓｒｄｎｄ νｄ
0 （物体面）Ｄ０
1 ∞ 0.7 1.5163 64.1
2 1.843 1
3 （非球面） 14.680 0.85 1.5163 64.1
4 2 1.773
5 3 3
6 -1.675 0.6 1.5163 64.1
7 -3.105 0
8 （開口絞り） ∞ 1.198
9 （非球面） -11.089 1.55 1.7550 52.3
10 -2.471 Ｄ１０
11 2.952 1.65 1.7292 54.7
12 -3.404 0.4 1.8467 23.8
13 3.701 0.250
14 12.627 1 1.5163 64.1
15 （非球面） -3.101 Ｄ１５
16 ∞ 2 1.5163 64.1
17 ∞ 0
18 （結像面）
なお、面番号５に係る曲率半径は、反射屈折光学素子であるレンズＬ₂₁の第三面Ｌ₂₁ｃ、すなわち、光軸を中心とした筒状の面の曲率半径であり、また、面番号５に係る面間隔は、光軸から面番号５の面までの距離である。

非球面データ
面番号曲率半径円錐係数非球面係数
ｓｒｋＡ₄ Ａ₆ Ａ₈ Ａ₁₀
3 14.67997 0 1.71E-02 -1.89E-03 7.17E-05 7.35E-06
9 -11.0886 0 -2.23E-02 4.45E-02 -3.91E-02 1.22E-02
15 -3.10081 0 3.48E-03 1.52E-02 9.57E-03 -4.26E-03

各種データ
Ｆナンバー：５．０
レンズ全長：１３．７ｍｍ
バックフォーカス：０ｍｍ
像高：１．３ｍｍ

面間隔
遠方観察近接観察
Ｄ０ 11.423 0.634
Ｄ１０ 0.279 0.1
Ｄ１５ 0.452 0.631
移動レンズ群Ｇ_mの移動距離：０．３５１ｍｍ

半画角
前方の物体側に対する半画角
遠方観察時、近接観察時共通：６１°
略側方の物体側に対する半画角（最小画角〜最大画角）
遠方観察時、近接観察時共通：７１°〜１１８°

焦点距離
前方の物体側に対する全系焦点距離
遠方観察時：０．７６７ｍｍ
近接観察時：０．７５８ｍｍ
第一レンズ群Ｇ₁の焦点距離
遠方観察時、近接観察時共通：−３．５５５ｍｍ
第二レンズ群Ｇ₂の前方の物体側に対する焦点距離
遠方観察時、近接観察時共通：−２．６９１ｍｍ
第一レンズ群Ｇ₁と第二レンズ群Ｇ₂の合成焦点距離
遠方観察時、近接観察時共通：−１．１５５ｍｍ
第三レンズ群Ｇ₃の焦点距離
遠方観察時（ｆ_r _w）：２．４３９ｍｍ
近接観察時（ｆ_r _c）：２．３８７ｍｍ
移動レンズ群Ｇ_mの焦点距離（ｆ_m）
遠方観察時、近接観察時共通：５．２０６ｍｍ

条件式に係るデータ
ｆ_r _c／ｆ_r _w＝０．９７９
ｆ_m／（ｆ_r _c＋ｆ_r _w）／２＝２．１５７

次に、図９〜図１４を用いて実施例２に係る光学系について詳細に説明する。なお、本実施例の光学系における反射屈折光学素子の形状、光学系に入射した光の辿る光路は、実施例１の光学系とほぼ同じであるため、ほぼ同じ構成を有する部材には、同一の符号を付すとともに、それらについての詳細な説明は省略する。

まず、図９及び図１０を用いて、本実施例の光学系の構成を説明する。

本実施例の光学系は、前方の物体側からの光の光軸ＬＣ上に、前方の物体側から順に、第一レンズ群Ｇ₁と第二レンズ群Ｇ₂とからなり全体として負の屈折力を持つ前群Ｇ_fと、開口絞りＳと、第三レンズ群Ｇ₃からなり全体として正の屈折力を持つ後群Ｇ_rと、が配置されている。

第三レンズ群Ｇ₃は、前方の物体側から順に、両凸レンズであるレンズＬ₃₁と、両凸レンズであるレンズＬ₃₂と、両凹レンズであるレンズＬ₃₃と、像側の面が非球面の両凸レンズであるレンズＬ₃₄と、平板レンズであるレンズＬ₃₅とにより構成されている。なお、レンズＬ₃₂と、レンズＬ₃₃と、レンズＬ₃₄は、移動レンズ群Ｇ_mを構成しており、一体的に光軸上を移動することができるようになっている。

数値データ２
単位ｍｍ
面データ
面番号曲率半径面間隔屈折率アッベ数
ｓｒｄｎｄ νｄ
0 （物体面）Ｄ０
1 ∞ 0.7 1.5163 64.1
2 1.848 1
3 （非球面） 15.320 0.85 1.5163 64.1
4 2 1.714
5 3 3
6 -1.379 0.6 1.5163 64.1
7 -3.289 0
8 （開口絞り） ∞ 0.689
9 22.380 1.55 1.7550 52.3
10 -3.407 Ｄ１０
11 3.950 1.55 1.7292 54.7
12 -3.792 0.1
13 -4.100 0.4 1.8467 23.8
14 4.205 0.1
15 3.176 1.2 1.5163 64.1
16 （非球面） -2.775 Ｄ１６
17 ∞ 2.05 1.5163 64.1
18 ∞ 0
19 （結像面）
なお、面番号５に係る曲率半径は、反射屈折光学素子であるレンズＬ₂₁の第三面Ｌ₂₁ｃ、すなわち、光軸を中心とした筒状の面の曲率半径であり、また、面番号５に係る面間隔は、光軸から面番号５の面までの距離である。

非球面データ
面番号曲率半径円錐係数非球面係数
ｓｒｋＡ₄ Ａ₆ Ａ₈ Ａ₁₀
3 15.32004 0 1.79E-02 -2.01E-03 9.23E-05 6.00E-06
16 -2.77454 0 3.49E-02 -3.43E-03 9.95E-03 -2.83E-03

各種データ
Ｆナンバー：５．３
レンズ全長：１３．７７１ｍｍ
バックフォーカス：０ｍｍ
像高：１．３ｍｍ

面間隔
遠方観察近接観察
Ｄ０ 10.935 0.343
Ｄ１０ 0.450 0.264
Ｄ１６ 0.718 0.904
移動レンズ群Ｇ_mの移動距離：０．１８６ｍｍ

焦点距離
前方の物体側に対する全系焦点距離
遠方観察時：０．７５５ｍｍ
近接観察時：０．７５１ｍｍ
第一レンズ群Ｇ₁の焦点距離
遠方観察時、近接観察時共通：−３．５６６ｍｍ
第二レンズ群Ｇ₂の前方の物体側に対する焦点距離
遠方観察時、近接観察時共通：−２．１１８ｍｍ
第一レンズ群Ｇ₁と第二レンズ群Ｇ₂の合成焦点距離
遠方観察時、近接観察時共通：−０．９５８ｍｍ
第三レンズ群Ｇ₃の焦点距離
遠方観察時（ｆ_r _w）：２．５３９ｍｍ
近接観察時（ｆ_r _c）：２．４６２ｍｍ
移動レンズ群Ｇ_mの焦点距離（ｆ_m）
遠方観察時、近接観察時共通：３．７２５ｍｍ

条件式に係るデータ
ｆ_r _c／ｆ_r _w＝０．９７０
ｆ_m／（ｆ_r _c＋ｆ_r _w）／２＝１．４９０

また、上記各実施例においては上記各実施例における移動レンズ群以外の移動レンズ群を備え、それを移動させることにより、前方の物体の像を変倍するようにしても良い。また、略側方の物体に対して焦点合わせをする場合には、他の移動レンズ群を用いて、略側方の物体の像を変倍するようにしても良い。

また、本発明の光学系のレンズ群を構成するレンズは、上記各実施例により示された形状や枚数に限定されるものではなく、反射屈折光学素子を含む種々の光学系も含まれる。

また、上記各実施例においては配置されていないが、光学系の像側に撮像素子を配置したり、光学系とその撮像素子との間にＩＲカットコートを施したローパスフィルターやＣＣＤカバーガラス等を配置したりしても良い。

また、上記各実施例においては、光学系は、３つのレンズ群により構成されているが、本発明の光学系は、これらの例に限定されるものではなく、２つのレンズ群又は４つ以上のレンズ群により構成しても良い。

また、上記各実施例においては、反射屈折光学素子の第三面は、前方の物体側の径と像側の径とが、略一致するような形状になっているが、前方の物体側の径よりも像側の径が大きい形状のものや、前方の物体側の径よりも像側の径が小さい形状のものを用いても良い。なお、前方の物体側の径とは、第三面における最も前方の物体側の位置での、光軸に垂直な面内における径をいい、像側の径とは、第三面における最も像側の位置での、光軸に垂直な面内における径をいう。さらに、上記各実施例において、反射屈折光学素子の第三面は、第一面と第二面との間において全周面にわたって形成されているが、必ずしも、全周面にわたって形成されている必要はなく、周面の一部のみを透過面として形成しても良い。

また、上記各実施例においては、反射屈折光学素子を１つのレンズで構成しているが、本発明の光学系の反射屈折光学素子は、接合レンズで構成しても良い。

さらに、上記各実施例においては、第一反射面や第二反射面を、蒸着法により形成しているが、その形成方法は、上記の方法に限定されるものではない。

Ｇ_f 前群
Ｇ_r 後群
Ｇ₁ 第一レンズ群
Ｇ₂ 第二レンズ群
Ｇ₃ 第三レンズ
Ｇ_m 移動レンズ群
ＬＣ光軸
Ｌ_f 反射屈折光学素子に前方の物体側から入射する光
Ｌ_s 反射屈折光学素子に略側方の物体側から入射する光
Ｌ₁，Ｌ₂₁，Ｌ₂₂，Ｌ₃₁，Ｌ₃₂，Ｌ₃₃，Ｌ₃₄，Ｌ₃₅ レンズ
Ｌ₂₁ａ第一面
Ｌ₂₁ａ₁ 第一透過面
Ｌ₂₁ａ₂ 第一反射面
Ｌ₂₁ｂ，ＲＬｂ第二面
Ｌ₂₁ｂ₁ 第二透過面
Ｌ₂₁ｂ₂ 第二反射面
Ｌ₂₁ｃ，ＲＬｃ第三面
ＲＬ反射屈折光学素子
Ｓ開口絞り

Claims

前方の物体と略側方の物体とを観察するための光学系において、
前方の物体側から順に、反射屈折光学素子を有し負の屈折力を持つ前群、開口絞り、光軸に沿う方向に移動する移動レンズ群を有し正の屈折力を持つ後群が配置されており、
前記反射屈折光学素子は、光軸を中心に形成された第一透過面と該第一透過面の周囲に環状に形成され像側を向いた第一反射面とを有し前方の物体側に形成された第一面と、光軸を中心に形成された第二透過面と該第二透過面の周囲に環状に形成され前方の物体側を向いた第二反射面とを有し像側に形成された第二面と、前記第一面と前記第二面との間に透過面として形成された第三面と、を有しており、
前記移動レンズ群が、正の屈折力を持ち、且つ、物体側から像側に順に、凸レンズ、凹レンズ、凸レンズの３枚のレンズからなり、
前記後群のうち、最も物体側のレンズ群が、前記移動レンズ群とは異なり、
前記前群及び前記後群の屈折力が相対的に殆ど変化しない程度に前記移動レンズ群を移動させることにより、観察領域内で前方の物体の像が形成される領域を殆ど変化させずに、焦点合わせを行い、
次の条件式を満足することを特徴とする光学系。
１．４＜ｆ _m ／（（ｆ _r _c ＋ｆ _r _w ）／２）＜２．３
ただし、ｆ _m は前記移動レンズ群の焦点距離、ｆ _r _w は前方の物体及び略側方の物体を遠方観察する際の後群の焦点距離、ｆ _r _c は前方の物体及び略側方の物体を近接観察する際の後群の焦点距離である。
前記前群は、負の屈折力を持つ第一レンズ群と、第二レンズ群とからなり、
前記後群は、正の屈折力を持つ第三レンズ群からなり、
前記第一レンズ群と、前記第二レンズ群と、前記開口絞りと、前記第三レンズ群とにより、前方の物体を観察するための第一光学系が構成され、
前記第二レンズ群と、前記開口絞りと、前記第三レンズ群とにより、略側方の物体を観察するための第二光学系が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
前方の物体側からの光は、前記第一透過面に入射した後に、前記第二透過面から像側へ出射され、
略側方の物体側からの光は、前記第三面に入射した後に、前記第二反射面と前記第一反射面とで順に反射され、前記第二透過面から像側へ出射されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
前記移動レンズ群は、物体側から像側に順に、両凸レンズ、両凹レンズ、両凸レンズの３枚のレンズからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学系。
前記移動レンズ群は、物体側から像側に順に、前記両凸レンズと前記両凹レンズからなる接合レンズと、単レンズからなる前記両凸レンズの３枚のレンズからなることを特徴とする請求項４に記載の光学系。
前記移動レンズ群中の前記３枚のレンズはそれぞれが単レンズからなることを特徴とする請求項４に記載の光学系。