JPH11281887A

JPH11281887A - 硬性鏡光学系

Info

Publication number: JPH11281887A
Application number: JP10096983A
Authority: JP
Inventors: Masaru Ibe; 大井辺
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1998-03-26
Publication date: 1999-10-15
Also published as: US6049422A

Abstract

(57)【要約】【課題】リレー回数が１回のリレー光学系を用いレン
ズ枚数を少なくしかも広角化を可能にし又斜視硬性鏡に
することを可能にする。【解決手段】照明光学系と観察光学系とを有し、観
察光学系が対物光学系と１回リレー光学系を有し、下記
条件（１）、（２）を満足する。（１）Ｌ／Ｄ１＜２０（２）０．７＜Ｄ２／Ｄ３＜０．９

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は硬性鏡光学系に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】硬性鏡は、例えば図７に示すような構成
で、生体内等の空洞内に挿入するための細長い挿入部１
１と、使用時空洞外に位置していて術者の手や硬性鏡保
持具により支持されている把持部１２とからなってい
る。又、物体を照明するための照明光学系１３と物体の
像を観察、撮像するための観察光学系１４とが、挿入部
と把持部にわたって配置されている。

【０００３】この観察光学系１４のうちの挿入部内に配
置されている部分は、物体の実像を形成するための対物
光学系１と、対物光学系１により形成された物体像を把
持部１２内に伝送するためのリレー光学系２とよりな
る。このリレー光学系２は、通常３回像を伝送する。又
観察光学系１４のうちの把持部１２内に配置されている
部分は、リレー光学系２により伝送された物体像を眼視
可能にする接眼光学系３である。

【０００４】内視鏡下外科手術において硬性鏡を用いる
場合、テレビ観察が必要になるために把持部の接眼マウ
ントに硬性鏡用テレビカメラを取付けてテレビモニター
での観察が行なわれ、特に消化器外科分野においては、
テレビカメラが必須である。そのために、図７に示すよ
うに、撮像光学系１５と固体撮像素子１６を備えた硬性
鏡用テレビカメラ１７が取付けられる。尚図において１
８はカメラコントロールユニット、１９はテレビモニタ
ーである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来の硬性鏡光
学系は、リレー光学系により３回程度の複数回リレーを
行なって像を伝送することにより光学系の明るさを確保
するようにしている。内視鏡下外科手術に用いる硬性鏡
は、通常、挿入部の外径が１０mm以下で、挿入部の長さ
が３００mm程度以上である。そのために、このような挿
入部内の光学系で必要な明るさを確保して像を伝送する
ためには、リレー回数を増やしてリレー光学系のＮＡを
大にしなければならない。このような手段により明るさ
を確保すると、リレー光学系で発生する収差量が大にな
り画質が悪化する。又、リレー回数が増えるとリレー光
学系のレンズの枚数が多くなり光学系のコストが高くな
ると共に、製造誤差により画質が悪化する。

【０００６】この欠点を解消するためにリレー回数を１
回にした光学系として特開平７−３２５２４９号公報に
記載された光学系がある。この硬性鏡光学系は、広角
化、斜視硬性鏡が実現できない。

【０００７】一般にリレー光学系は、複数回リレーする
ことにより像を伝送する構成のものであっても、１回の
リレーを行なうリレー光学系の収差が十分良好に補正さ
れていれば、リレー光学系全体でリレーされた像の収差
の悪化は少ない。しかし、１回のリレー光学系の収差を
良好に補正するためには、リレー光学系を構成するレン
ズの枚数を増やす必要がある。このようにレンズの枚数
を増やすとレンズ面の数が増え、そのために各面での光
の反射、散乱等が増え、それにより像の明るさやコント
ラストを低下させる。又、レンズ枚数が増加すると、光
学系のコストが高くなると共に製造誤差により画質が悪
化する等の光学系製造にあたっての好ましくない要員が
増加する。そのために、１回のリレー光学系は、できる
限り簡単な構成にしてレンズ枚数を削減する必要があ
る。しかし１回のリレー光学系のレンズ枚数を削減する
とリレー光学系の収差を良好に補正することができな
い。このように、リレー光学系により像の伝送を複数回
行なうことは、相反する欠点が生ずるため、簡単な構成
の低コストであってしかも収差が良好に補正された光学
系を形成することが困難である。

【０００８】又、リレー光学系のリレー回数が増える
と、リレー光学系全体としてはリレー回数分だけ収差が
積算される。更にリレー光学系により像を伝達する距離
が一定である場合、リレー回数が増えるほど１回当りの
リレー長が短くなり、リレー光学系の各面のパワーを強
くせざるを得ず、そのために１回リレー当りの収差の発
生量が大になる。したがってリレー光学系のリレー回数
が整数倍になると、リレー光学系全体の収差は、整数倍
以上に発生する。

【０００９】硬性鏡光学系は、このリレー光学系で発生
する収差を、対物光学系等のリレー光学系以外の光学系
にて補正し、硬性鏡光学系全体での収差が良好になるよ
うにしている。しかし、限られたレンズ枚数や、限られ
た外径等の条件下においては、リレー光学系で発生する
収差を十分良好に補正し得ず、リレー光学系の収差をで
きる限り小さくすることが好ましい。

【００１０】又、リレー光学系において、リレー回数が
増えるとレンズ枚数が増えそれによりレンズ面の数が増
えるために明るさやコントラストが低下し、又コストの
高騰や製造誤差による画質の悪化等が生ずる。この欠点
を除去するためにはリレー回数を１回にすることが望ま
しい。

【００１１】リレー光学系のリレー回数を１回にする際
の技術的課題は、明るさの確保である。リレー光学系に
より像を伝送する距離が一定であれば、リレー回数を少
なくするとＮＡが小になり明るさが減少する。

【００１２】この問題を解決した従来例として特開平７
−３２５２４９号公報に記載された光学系が知られてい
る。この従来例は、リレー回数を１回にすると共に対物
光学系を長くしリレー光学系を短くして観察光学系のＮ
Ａを大にし実用に耐え得る明るさを確保している。

【００１３】しかし、この従来例は対物光学系の全長が
長いために広角化できず又実用に耐え得る斜視硬性鏡に
することができない欠点を有している。

【００１４】硬性鏡光学系の対物光学系は、外径が小
で、広角であることが要求されるために、レトロフォー
カスタイプであることが多い。レトロフォーカスタイプ
の対物光学系を、外径を一定に保ったまま全長を長くす
ると、瞳位置での視野周辺からの光線の光軸に対する角
度が小さくなり、同じ視野を確保するためには、前群発
散レンズの焦点距離を一層短くしなければならない。し
かし、前群発散レンズの焦点距離を短くしすぎると、こ
の発散レンズで発生する大きな収差を、観察光学系の他
の部分で補正するためには、非常に複雑なレンズ構成に
する必要がある。観察光学系は、実用上複雑な構成にす
ることができず、そのため収差を良好に補正することが
出来ない。また、前群発散レンズ群の焦点距離に収差補
正上の制限を設けた場合、大きな視野角を有する光学系
を実現できない。前記従来例の硬性鏡光学系は、７０°
より大きな視野角にすることが出来ず、更に収差を十分
良好に補正することを考えると、視野角が６０°以下で
あることが好ましい。

【００１５】内視鏡下外科手術にて用いる硬性鏡の場
合、７０°より大きな視野角が要求されることが多く、
前記従来例の光学系は、このような用途に用いることは
出来ない。

【００１６】この従来例は、前述のように必要とする視
野角を確保することが困難である。

【００１７】また、この従来例の光学系は、前述のよう
に必要な視野角を確保することが困難であり、対物光学
系の瞳位置での視野周辺からの光線の光軸に対する角度
ができるだけ大きくなるようにするため瞳を対物レンズ
の中心付近に配置している。このように従来の対物光学
系は、全長が長く又瞳が対物光学系の中心付近に位置す
るために、対物光学系の先端と対物光学系の瞳との間隔
が硬性鏡光学系に比べて大きくなっている。そのため斜
視硬性鏡を構成しようとすると対物光学系の先端側に配
置する視野方向変換プリズムでの光線高が高くなり、光
線のけられが生じ、像が暗くなると共にこのけられが瞳
から離れた位置で発生するため像の明るさが不均一にな
り好ましくない。

【００１８】以上述べたように、従来の１回リレーの硬
性鏡光学系は、広角化と斜視硬性鏡とを両立させ得ない
欠点を有している。

【００１９】本発明は、リレー回数が１回のリレー光学
系を用いたもので、高画質でレンズ枚数が少なく、かつ
広角化と実用に耐え得る斜視硬性鏡を両立できる硬性鏡
を提供するものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の硬性鏡光学系
は、照明光学系と観察光学系とを有し、挿入部内に配置
される観察光学系が、先端部より順に、対物光学系と１
回のリレー光学系とを少なくとも有していて下記条件
（１）、（２）を満足することを特徴とするものであ
る。（１）Ｌ／Ｄ１＜２０（２）０．７＜Ｄ２／Ｄ３＜０．９ただし、Ｌは対物光学系の先端から像面までの距離、Ｄ
１は対物光学系中の外径の最も大きいレンズの外径、Ｄ
２はリレー光学系中の外径の最も大きいレンズの外径、
Ｄ３は挿入部の外径である。

【００２１】本発明の硬性鏡光学系は、例えば図１に示
す通りの構成で、生体内等の空洞に挿入するための細長
い硬性鏡挿入部１１を有している。この挿入部１１に
は、空洞内の物体を照明するための照明光学系１３と、
空洞内の物体を観察するための観察光学系１４が配置さ
れている。この観察光学系１４は、先端部より順に、物
体の実像を形成する対物レンズ１と、この対物レンズ１
により形成された像を挿入部外に伝送するためのリレー
光学系２を少なくとも有している。このリレー光学系２
は像を１回リレーするものである。

【００２２】硬性鏡光学系において、広角化を実現する
ためには、対物光学系の前群発散レンズ群の焦点距離に
収差補正上の制限があるため、対物光学系の瞳位置での
視野周辺からの光線の光軸に対する角度を大きくする必
要がある。そのためには、対物光学系の全長を短くした
り、対物光学系の瞳が対物光学系の中心付近に位置する
ようにする必要がある。

【００２３】また、実用上耐え得る斜視硬性鏡を実現す
るためには、対物光学系の先端付近に配置する視野方向
変換プリズムの光線高を低くする必要がある。そのため
には、対物光学系の瞳は、対物光学系の先端付近に位置
するようにする必要がある。

【００２４】このように、広角化と実用に耐え得る斜視
硬性鏡を実現するためには、対物光学系の瞳位置に関し
て相反する要求がある。この相反する要求を両立させる
ためには、対物光学系の全長を短くし、対物光学系の瞳
を対物光学系の先端付近に位置するようにすることが不
可欠である。

【００２５】このように、対物光学系の全長を短くする
ことにより、広角化が実現でき又対物光学系の瞳位置を
対物光学系の先端付近に位置せしめたことにより実用に
耐え得る斜視硬性鏡光学系を実現し得るようにした。

【００２６】前記条件（１）は、本発明の光学系におい
て広角化と実用に耐え得る斜視硬性鏡光学系を両立させ
るために必要な条件である。

【００２７】この条件（１）は、対物光学系の全長と外
径との比を規定したもので、この比Ｌ／Ｄ１が上限の２
０を超えて大になると対物光学系の瞳位置が対物光学系
の先端付近に位置するようにして対物光学系の瞳位置で
の視野周辺からの光線の光軸に対する角度を大きくする
ことができなくなる。したがって、光学系の広角化と、
実用に耐え得る斜視硬性鏡を構成することとの両立がで
きなくなる。

【００２８】このように、本発明の硬性鏡光学系は、前
述の構成で条件（１）を満足するようにして、広角化と
実用に耐え得る斜視硬性鏡の実現とを両立し得るように
した。

【００２９】しかし、条件（１）を満足するようにした
場合、同一の外径の従来の硬性鏡光学系と比較して観察
光学系のＮＡが小さくなるため明るさが減少する。

【００３０】この明るさの減少を解消するために本発明
は、条件（２）を満足するようにした。

【００３１】照明光学系と観察光学系を有する硬性鏡光
学系の明るさは、照明光学系の明るさと観察光学系の明
るさとの積に比例する。観察光学系の明るさは、ＮＡの
２乗と像高の２乗との積に比例し、ＮＡおよび像高は、
観察光学系の外径に比例する。したがって観察光学系の
明るさは、観察光学系の外径の４乗に比例する。

【００３２】また照明光学系の明るさは、照明光学系へ
の入射照度が均一である場合、照明光学系の外径の２乗
に比例する。

【００３３】以上の点から、通常、硬性鏡光学系の明る
さを最大にするには、挿入部内の照明光学系と観察光学
系の外径を最適化して決定する。

【００３４】しかし、照明光学系の外径が大になると上
記外径の最適化を行なうことができなくなる。

【００３５】照明光学系は、物体を照明するために光源
から発する光を集光し、その集光位置付近もしくはそれ
と等価な位置に硬性鏡光学系の照明光学系の入射端面が
位置するように配置している。しかし、集光したスポッ
トの大きさに比べて、硬性鏡光学系の照明光学系の外径
が大になると、照明光学系への入射照度が不均一にな
り、照明光学系の明るさが、その外径の２乗に比例しな
くなる。

【００３６】このような場合、照明光学系の外径を大き
くするよりも、観察光学系の外径を大きくした方が硬性
鏡光学系を明るくすることができる。

【００３７】以上の点を考慮して、挿入部内の照明光学
系と、観察光学系の外径を最適化するための条件が条件
（２）である。

【００３８】条件（２）は、リレー光学系と挿入部の外
径の比Ｄ２／Ｄ３を規定したもので、条件（２）の上限
の０．９を超えて比Ｄ２／Ｄ３が大になるとリレー光学
系の外径が大になり観察光学系のＮＡが大になり観察光
学系は明るくなる。しかし、挿入部内に配置し得る照明
光学系が非常に小さくなり照明光学系が非常に暗くな
る。その結果、硬性鏡光学系全体が暗くなり好ましくな
い。

【００３９】条件（２）の下限の０．７を超えて比Ｄ２
／Ｄ３が小さくなると挿入部内に配置し得る照明光学系
が多くなり照明光学系が明るくなる。しかしこれ以上照
明光学系の割合を増やしても照明光学系は、その外径の
２乗に比例するほどは明るくならない。更にリレー光学
系の外径が小さくなるため観察光学系の外径が小さくな
るため観察光学系のＮＡが小さくなり観察光学系は暗く
なる。その結果、硬性鏡光学系全体としては暗くなる。

【００４０】本発明の硬性鏡光学系において、更に大き
な視野角を確保するためには、条件（１）の代りに下記
条件（１−１）を満足することが望ましい。（１−１）Ｌ／Ｄ１＜１２

【００４１】条件（１−１）は、条件（１）の上限を変
更してその範囲を狭くしたものである。条件（１−１）
の上限の１２を超えると硬性鏡光学系に要求される仕様
によっては広角化とけられのない斜視硬性鏡と光学系の
収差を十分良好に補正することとのすべての要求を満た
すことが出来ないことがある。

【００４２】本発明の硬性鏡光学系において十分な明る
さを確保するためには下記条件（３）を満足することが
一層望ましい。（３）７mm＜Ｄ３＜１５mm

【００４３】条件（３）は、挿入部外径を規定するもの
である。挿入部外径Ｄ３が下限の７mmを超え小さくなる
と硬性鏡光学系としての明るさを確保し得ないことがあ
る。又Ｄ３が上限の１５mmを超えて挿入部の外径が大に
なると明るさは確保し得るが内視鏡外科手術における細
径化による低侵襲の要求に十分こたえ得ないことにな
る。

【００４４】又本発明の硬性鏡光学系において、十分な
明るさを確保するためには、下記条件（４）を満足する
ことが望ましい。（４）２００mm＜Ｌ１２＜４５０mm ただし、Ｌ１２は対物光学系の先端からリレー光学系に
より伝送される像の位置までの距離である。

【００４５】条件（４）において、距離Ｌ１２の値が上
限の４５０mmを超えてＬ１２が大になりすぎると観察光
学系のＮＡが小さくなりすぎて明るさの確保がむずかし
くなる。又Ｌ１２の値が下限の２００mmを超えるとＬ１
２の値が小になりすぎて空洞内の観察すべき物体に十分
近づけることができないことがおこり得る。

【００４６】

【発明の実施の形態】次に本発明の硬性鏡光学系の実施
の形態を図示する実施例にもとづき説明する。実施例１物体距離＝-65mm 、像高＝3.7mm 、像側ＮＡ＝0.076 、画角＝80.0° 外径＝9mm(S1〜2)，8.5mm(S3〜4)，9.5mm(S5〜30) ，12.6mm(S32〜34) ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.7 ｎ₁ ＝1.7682 ν₁ ＝71.7 ｒ₂ ＝∞ ｄ₂ ＝0.35 ｒ₃ ＝∞ ｄ₃ ＝0.5 ｎ₂ ＝1.78472 ν₂ ＝25.76 ｒ₄ ＝3.7911（非球面）ｄ₄ ＝1.45 ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝21.57 ｎ₃ ＝1.883 ν₃ ＝40.76 ｒ₆ ＝∞ ｄ₆＝12.86 ｎ₄ ＝1.48749 ν₄ ＝70.23 ｒ₇ ＝-15.26 ｄ₇ ＝1 ｒ₈ ＝19.566 ｄ₈ ＝9.46 ｎ₅ ＝1.48749 ν₅ ＝70.23 ｒ₉ ＝-14.611 ｄ₉＝1.5 ｎ₆ ＝1.84666 ν₆ ＝23.78 ｒ₁₀ ＝-24.4690 ｄ₁₀＝2 ｒ₁₁ ＝∞ ｄ₁₁＝27.65 ｎ₇ ＝1.72916 ν₇ ＝54.68 ｒ₁₂ ＝-9.205 ｄ₁₂＝1.5 ｎ₈ ＝1.834 ν₈ ＝37.16 ｒ₁₃ ＝-33.158 ｄ₁₃＝1 ｒ₁₄ ＝9.813 ｄ₁₄＝3.5 ｎ₉＝1.48749 ν₉ ＝70.23 ｒ₁₅ ＝-9.813 ｄ₁₅＝1.5 ｎ₁₀＝1.84666 ν₁₀＝23.78 ｒ₁₆ ＝9.813 ｄ₁₆＝8.65 ｎ₁₁＝1.72916 ν₁₁＝54.68 ｒ₁₇ ＝∞（像）ｄ₁₇＝8.65 ｎ₁₂＝1.72916 ν₁₂＝54.68 ｒ₁₈ ＝∞ ｄ₁₈＝2 ｒ₁₉ ＝38.839 ｄ₁₉＝45 ｎ₁₃＝1.6228 ν₁₃＝57.05 ｒ₂₀ ＝∞ ｄ₂₀＝2 ｒ₂₁ ＝∞ ｄ₂₁＝40.5 ｎ₁₄＝1.6228 ν₁₄＝57.05 ｒ₂₂ ＝-13.342 ｄ₂₂＝2 ｎ₁₅＝1.883 ν₁₅＝40.76 ｒ₂₃ ＝-51.606 ｄ₂₃＝1.5 ｒ₂₄ ＝35.607 ｄ₂₄＝16 ｎ₁₆＝1.5927 ν₁₆＝35.31 ｒ₂₅ ＝-35.607 ｄ₂₅＝1.5 ｒ₂₆ ＝51.606 ｄ₂₆＝2 ｎ₁₇＝1.883 ν₁₇＝40.76 ｒ₂₇ ＝13.342 ｄ₂₇＝40.5 ｎ₁₈＝1.6228 ν₁₈＝57.05 ｒ₂₈ ＝∞ ｄ₂₈＝2 ｒ₂₉ ＝∞ ｄ₂₉＝45 ｎ₁₉＝1.6228 ν₁₉＝57.05 ｒ₃₀ ＝-38.839 ｄ₃₀＝7.0004 ｒ₃₁ ＝∞（像）ｄ₃₁＝27.77 ｒ₃₂ ＝34.013 ｄ₃₂＝2 ｎ₂₀＝1.84666 ν₂₀＝23.78 ｒ₃₃ ＝11.838 ｄ₃₃＝5 ｎ₂₁＝1.762 ν₂₁＝40.1 ｒ₃₄ ＝-46.993 非球面係数Ｋ＝-1.0128 ，Ｆ＝-5.0000 ×10^-6，Ｇ＝-5.0000 ×10^-7 Ｌ＝95.19mm ，Ｌ２＝310.8404mm，Ｄ１＝9.5mm ，Ｄ２＝9.5mm Ｄ３＝12mm，Ｌ／Ｄ１＝10.02 ，Ｄ２／Ｄ３＝0.79

【００４７】実施例２物体距離＝-30mm 、像高＝3.15mm、像側ＮＡ＝0.045 、画角＝80.0° 外形＝8.2mm(S1〜28) ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.7 ｎ₁ ＝1.769 ν₁ ＝64.15 ｒ₂ ＝∞ ｄ₂ ＝1.1 ｒ₃ ＝∞ ｄ₃ ＝1.6 ｎ₂ ＝1.78472 ν₂ ＝25.76 ｒ₄ ＝3.8489 ｄ₄ ＝1.1086 ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝12.9 ｎ₃ ＝1.8061 ν₃ ＝40.92 ｒ₆ ＝-7.1565 ｄ₆ ＝0.5 ｒ₇ ＝18.0015 ｄ₇ ＝5.8 ｎ₄ ＝1.58313 ν₄ ＝59.38 ｒ₈ ＝-5.3 ｄ₈ ＝1.1 ｎ₅ ＝1.84666 ν₅ ＝23.78 ｒ₉ ＝∞ ｄ₉＝1.1457 ｒ₁₀＝7.1293 ｄ₁₀＝4.53 ｎ₆ ＝1.51633 ν₆ ＝64.14 ｒ₁₁＝-7.1293 ｄ₁₁＝2.5 ｎ₇ ＝1.71999 ν₇ ＝50.25 ｒ₁₂＝-36.4579 ｄ₁₂＝5.1711 ｒ₁₃＝∞（像）ｄ₁₃＝7 ｒ₁₄＝43.0763 ｄ₁₄＝34.0161 ｎ₈ ＝1.48749 ν₈ ＝70.23 ｒ₁₅＝∞ ｄ₁₅＝2 ｒ₁₆＝∞ ｄ₁₆＝50 ｎ₉＝1.72916 ν₉ ＝54.68 ｒ₁₇＝∞ ｄ₁₇＝2 ｒ₁₈＝∞ ｄ₁₈＝50 ｎ₁₀＝1.72916 ν₁₀＝54.68 ｒ₁₉＝∞ ｄ₁₉＝1.0372 ｒ₂₀＝45.1888 ｄ₂₀＝5.74 ｎ₁₁＝1.58913 ν₁₁＝61.14 ｒ₂₁＝-18.7595 ｄ₂₁＝2 ｎ₁₂＝1.8044 ν₁₂＝39.59 ｒ₂₂＝-40.7567 ｄ₂₂＝1.1907 ｒ₂₃＝∞ ｄ₂₃＝50 ｎ₁₃＝1.72916 ν₁₃＝54.68 ｒ₂₄＝∞ ｄ₂₄＝2 ｒ₂₅＝∞ ｄ₂₅＝50 ｎ₁₄＝1.72916 ν₁₄＝54.68 ｒ₂₆＝∞ ｄ₂₆＝2 ｒ₂₇＝∞ ｄ₂₇＝34.0161 ｎ₁₅＝1.48749 ν₁₅＝70.23 ｒ₂₈＝-43.0763 ｄ₂₈＝6.9999 ｒ₂₉＝∞（像）Ｌ＝37.1554mm ，Ｌ２＝337.1554mm，Ｄ１＝8.2mm ，Ｄ２＝8.2mm Ｄ３＝10mm，Ｌ／Ｄ１＝4.53，Ｄ２／Ｄ３＝0.82 ただしｒ₁ ，ｒ₂ ，・・・はレンズ各面の曲率半径、ｄ₁ ，ｄ₂ ，・・・は各レンズの肉厚および空気間隔、ｎ₁ ，ｎ₂ ，・・・は各レンズの屈折率、ν₁ ，ν₂ ，・・・は各レンズのアッベ数である。

【００４８】実施例１は、図２に示す通りの構成で、図
中、１が対物光学系（ｒ₁ 〜ｒ₁₈）、２がリレー光学系
（ｒ₁₉〜ｒ₃₀）、３が接眼光学系（ｒ₃₂〜ｒ₃₄）であ
る。これら光学系のうち、対物光学系１とリレー光学系
２とは、挿入部内に配置されており、又接眼光学系３
は、挿入部外に配置されている。

【００４９】この実施例において、ｒ₁₇，ｒ₃₁は像位置
を示し、このうち像（ｒ₃₁）は正立像である。又、面ｒ
₅から像側へ硝路長２０．９４０９ｍｍの位置に仮想絞
りがある。

【００５０】図３は、実施例１の硬性鏡光学系の先端部
の構成を示し、図中（Ａ）は正面図、（Ｂ）は断面図で
ある。

【００５１】対物レンズの物体側の平行平面板Ｐと平凹
レンズＬ１とを除く各レンズ（ｒ₅〜ｒ₁₈）とリレー光
学系の各レンズ（ｒ₁₉〜ｒ₃₀）は、外径が９．５mmであ
る。これらは、内径が９．５mmのパイプ４内にレンズ間
の間隔を定める間隔管を挟んで配置されている。対物光
学系の先端側の平行平面板Ｐは、パイプ４の外側に配置
されるパイプ５内に接合されており、平凹レンズＬ１
は、調整後に平凸レンズユニットＬ２に接合されてい
る。又照明光学系は、パイプ５と外径１２mmのパイプ６
との間の三日月状の空間７内に配置されている。

【００５２】この実施例１の光学系は、条件（１）、
（２）を満足する。対物光学系は、歪曲収差を補正する
ために、平凹非球面レンズを設けている。

【００５３】この実施例１で用いる前記非球面（ｒ）の
形状は、光軸方向をｚ、光軸に垂直な方向をｙとする
と、下記の式にて表わされる。ｚ＝（ｙ² ／ｒ）／［１＋｛１−（ｋ＋１）（ｙ／ｒ）
² ｝^1/2 ］＋Ｆｙ⁶ ＋Ｇｙ⁸

【００５４】又、リレー光学系は、実際に使用する際に
ロッドレンズが折れるのを防止するためロッドレンズの
長さを短くするため間に空気間隔（ｄ ₂₀，ｄ₂₈）を設け
ている。これらロッドレンズは、光学性能上は空気換算
長を同じにしたまま各ロッドレンズの前後をガラスで埋
めて一体にするか、空気換算長を同じにしたまま各ロッ
ドレンズの前後の肉厚を変えて接合させて一体にしても
よい。

【００５５】また、実施例１の光学系において対物レン
ズ１のロッドレンズ（ｒ₅〜ｒ₆）を視野方向変換プリズ
ムにして斜視硬性鏡とすることができる。図４は実施例
１の視野方向変換プリズムの構成を示すもので、（Ａ）
はその斜視図、（Ｂ）は斜視硬性鏡の正面図、（Ｃ）は
斜視硬性鏡の断面図である。

【００５６】この視野方向変換プリズムを用いることに
よって、リレー光学系の光軸を３５°傾けることができ
る。この視野方向変換プリズムは、物体側から順に、物
体側光軸に垂直な入射面Ｒ１とリレー光学系の光軸に平
行な第１の反射面Ｒ２と、第１の反射面に対して視野方
向変換角３５°の半分の角度１７．５°だけ傾いた第２
反射面Ｒ３とリレー光学系の光軸に垂直な出射面Ｒ４と
より構成されている。また、第１反射面Ｒ２と第２反射
面Ｒ３とは、共に全反射を利用している。また、これら
全反射面の臨界角に余裕を持たせるためにプリズムには
高屈折率の材料を用いることが望ましい。

【００５７】この実施例１の視野方向変換プリズムは、
入射面Ｒ１から射出面Ｒ４との間の硝路長を２１．５７
mmにすることにより視野内光束の各面でのけられをなく
し、その結果けられのない斜視硬性鏡になし得た。

【００５８】実施例１の硬性鏡光学系の先端部に視野方
向変換プリズムを用いた斜視硬性鏡においても、前述の
ように観察光学系のレンズは、内径が９．５mmのパイプ
４内にレンズ間隔を決定する間隔環を挟んで配置されて
いる。又対物光学系の先端側の平行平板Ｐはパイプ４の
外側に配置されるパイプ５に接合され、又平凹レンズＬ
１は、調整後視野方向変換ユニットＬ２に接合される。

【００５９】又照明光学系は、パイプ５と外径１２mmの
パイプ６の間の三日月状の空間７内に配置されて視野方
向を照明する。そのためには照明光学系１３は、図４の
（Ｃ）に示すように配置される。

【００６０】実施例２は、図５に示す通りの構成で、観
察光学系のうちの挿入部内に配置される部分の光学系で
ある対物光学系１（ｒ₁〜ｒ₁₂）とリレー光学系２（ｒ
₁₄〜ｒ₂₈）とを示す。ｒ₁₃とｒ₂₉は像位置を示し、その
うちリレー光学系２による像ｒ₂₉は正立像である。又面
ｒ₅から像側へ硝路長３．７１９２ｍｍの位置に仮想絞
りがある。

【００６１】この実施例２は、条件（１）、（２）を満
足する。又、リレー光学系中の空気間隔（ｄ₁₅，ｄ₁₇，
ｄ₂₄，ｄ₂₆）は、実施例１と同様に折れ防止のためにロ
ッドレンズの長さを短くするために設けたものである。

【００６２】実施例１にて述べたと同様に、空気換算長
を変えることなしにロッドレンズの前後をガラスにて埋
めるか、ロッドレンズの肉厚を変えて接合することによ
り一体化してもよい。

【００６３】又、この実施例２で用いる視野方向変換プ
リズムは、図６に示す通りであって、この視野方向変換
プリズムにより視野方向をリレー光学系の光軸に対して
３０°傾けることができる。

【００６４】この視野方向変換プリズムは、物体側から
順に、物体側光軸に垂直な入射面Ｒ１と、リレー光学系
の光軸に対して３０°傾いている第１反射面Ｒ２と、リ
レー光学系の光軸に対して４５°傾いている第２反射面
Ｒ３と、リレー光学系の光軸に対し垂直な面の出射面Ｒ
４とよりなっている。これら面のうち反射面Ｒ２、Ｒ３
は、共に金属膜による反射を利用している。

【００６５】特許請求の範囲に示す硬性鏡光学系のほ
か、次に示す光学系も本発明の目的を達成し得る。

【００６６】（１）特許請求の範囲の請求項１、２又は
３に記載する光学系で、下記条件（４）を満足すること
を特徴とする硬性鏡光学系。（４）２００mm＜Ｌ１２＜４５０mm

【００６７】

【発明の効果】本発明によれば、リレー回数を１回にす
ることによりレンズ枚数を少なくし、しかも高画質でか
つ広角化と実用に耐え得る斜視硬性鏡を両立し得る硬性
鏡光学系を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学系を用いた硬性鏡の基本構成を示
す図

【図２】本発明の光学系の実施例１の断面図

【図３】前記実施例１の光学系を備えた硬性鏡先端部を
示す図

【図４】前記実施例１の光学系を備えた斜視硬性鏡先端
部を示す図

【図５】本発明の光学系の実施例２の断面図

【図６】前記実施例２の斜視硬性鏡先端部の光学系の断
面図

【図７】従来の硬性鏡の構成を示す図

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光学系と観察光学系とを有し、挿入部
内に配置されている前記観察光学系が先端部より順に対
物光学系と１回のリレー光学系とを少なくとも有してい
て、下記条件（１）、（２）を満足することを特徴とす
る硬性鏡光学系。（１）Ｌ／Ｄ１＜２０（２）０．７＜Ｄ２／Ｄ３＜０．９ただしＬは対物光学系の先端から対物光学系による像ま
での距離、Ｄ１は対物光学系中の最も外径の大きなレン
ズの外径、Ｄ２はリレー光学系中の最も外径の大きなレ
ンズの外径、Ｄ３は挿入部の外径である。
【請求項２】条件（１）の代りに下記条件（１−１）を
満足する請求項１の硬性鏡光学系。（１−１）Ｌ／Ｄ１＜１２
【請求項３】下記条件（３）を満足する請求項１又は２
の硬性鏡光学系。（３）７mm＜Ｄ３＜１５mm