JPH10115788A

JPH10115788A - 硬性鏡光学系

Info

Publication number: JPH10115788A
Application number: JP8285869A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Igarashi; 勉五十嵐
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1996-10-09
Filing date: 1996-10-09
Publication date: 1998-05-06

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、ＨＤＴＶカメラに対応し得る画
質を有する硬性鏡光学系を提供するものである。【構成】本発明の硬性鏡光学系は、観察光学系のう
ちの挿入部内に配置される部分が、物体側より順に、対
物レンズとリレーレンズを含み、リレー光学系のうちの
少なくとも一つの部分リレー光学系が挿入部内に位置
し、対物レンズの最大レンズ径、全長および部分リレー
光学系の外径、全長を所定の範囲内に定めて発明の目的
を達成し得るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は硬性鏡の観察光学系
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】硬性鏡は、通常図１２に示すような構成
であって、生体内等の空洞内に挿入するための細長い硬
性の挿入部１と、使用時に空洞外に位置していて術者の
手や硬性鏡保持具で支えられる把持部２とからなってい
る。又空洞内の物体の像を観察、撮影するための観察光
学系は、挿入部内から把持部内にかけて配置されてい
る。この観察光学系のうち、挿入部内に配置されている
部分は、その先端側に配置されていて物体の実像を形成
する対物光学系３と、この対物光学系３により形成され
た像を把持部内に伝送するためのリレー光学系４とより
なっている。これら対物光学系３およびリレー光学系４
は挿入部１内にある光学系保持チューブ５内に同軸に配
置されている。又観察光学系のうち把持部２内に配置さ
れている部分は、リレー光学系４により伝送された物体
像を眼視可能にする接眼光学系６よりなっている。

【０００３】内視鏡下外科手術において硬性鏡を用いる
場合には、ビデオ観察が必要になるために、把持部２の
接眼マウントに硬性鏡用テレビカメラを取り付けてテレ
ビモニターでの観察が行なわれ、特に、腹腔鏡分野にお
いては、テレビ観察は必須になっている。そのために図
１２に示すように、撮像光学系７と固体撮像素子８を備
えた硬性鏡用テレビカメラ９が取付けられる。尚図中１
０はカメラコントロールユニット、１１はテレビモニタ
ーである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、内視鏡下外科手
術に用いるテレビカメラの画質の向上がめざましく、
Ｒ、Ｇ、Ｂの各色毎に４０万画素程度の３枚のＣＣＤ
（電荷結合素子）を用いて一つのカラー画像を撮像する
３板テレビカメラや、４０万画素以上の単板テレビカメ
ラが普及しつつある。これらのテレビシステムは、４０
０〜７００ＴＶ本の水平解像度を有している。更にＨＤ
ＴＶ（高精細テレビ）の技術にもとづく１０００ＴＶ本
を超える解像力のテレビカメラが医療現場でも用いられ
るようになって来ている。それは、例えば内視鏡下外科
手術においては、手術の手技の拡張や普及手技の安全性
を高めるためにＨＤＴＶの技術が有用だからである。又
当然内視鏡や硬性鏡を含めた観察システムは画質向上が
必要であり、この性能の面から硬性鏡用ＨＤＴＶカメラ
が将来普及することは確実である。尚このＨＤＴＶにＣ
ＣＤ等の固体撮像素子を用いる場合、２００万程度の画
素数が必要である。

【０００５】硬性鏡は、挿入部の外径が太いもの程画質
が良くなる傾向にあり、硬性腹腔鏡では、挿入部の外径
が１０mmの太いものが主流である。しかし、現状の硬性
腹腔鏡の解像力は、外径が１０mmの太いものを用いても
４０万画素程度の３板テレビカメラに対応するのが限界
である。そのため、それ以上の解像力を有するＨＤＴＶ
カメラと硬性鏡の組み合わせの場合、硬性鏡の解像力が
ＨＤＴＶカメラの能力に及ばないために、ＨＤＴＶカメ
ラの能力を発揮できない。

【０００６】硬性鏡光学系とテレビカメラの解像力との
相関について述べている従来例として特開平７−５３７
７号公報が知られている。この公報においては変倍光学
系を有する硬性鏡光学系におけるレイリーの分解能によ
る限界解像力の解折が行なわれている。しかし、この従
来例の硬性鏡光学系の実施例は、ＨＤＴＶ用としては解
像力が不足しており、ＨＤＴＶの有する画質を生かすこ
とが出来ない。

【０００７】上記実施例を含めて、固体撮像素子の画素
数で２００万画素程度のＨＤＴＶカメラと硬性鏡との組
合わせに関する検討は行なわれておらず、どのような構
成の光学系にすれば、ＨＤＴＶカメラの情報量を十分に
生かすことの出来る硬性鏡光学系が得られるかについて
は明らかでない。

【０００８】本発明の目的は、ＨＤＴＶカメラに対応し
得る画質を有する硬性鏡光学系を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の硬性鏡光学系
は、観察光学系のうちの挿入部内に配置された部分が物
体側より順に、対物光学系とリレー光学系とを含むもの
で、リレー光学系中の挿入部内に位置するものが少なく
とも一つの部分リレー光学系を有し、対物光学系および
挿入部内の部分リレー光学系が下記条件（１）、（２）
を満足することを特徴とするものである。

【００１０】（１）０．４mm≦Ｄ_r ²／Ｌ_r ≦０．８mm （２）Ｄ_o ²／Ｌ_o ≧Ｄ_r ²／Ｌ_r ただし、Ｄ_o は対物光学系の最大レンズ外径、Ｌ_o は対
物光学系の全長、Ｄ_r は部分リレー光学系の最大レンズ
外径、Ｌ_r は部分リレー光学系の全長である。

【００１１】以下、前記基本構成を有し、条件（１）、
（２）を満足する本発明の硬性鏡光学系について述べ
る。

【００１２】まず、収差を含まない理想状態の硬性鏡光
学系の情報量について述べる。

【００１３】よく知られているレイリーの分解能εは、
下記の式（ａ）にて表わされる。

【００１４】 ε＝０．６１λ／ＮＡ’ （ａ）ただし、λは波長、ＮＡ’は像側開口数である。

【００１５】この式（ａ）において、εはエアリーディ
スクの半径に相当し、εだけ離れた２点による像の強度
分布は、最大値を１とした時に、中心の極小値が０．７
４になる時に２点を分離して判別出来、通常はこのεの
逆数を限界解像力として定義している。しかし、硬性鏡
のような画像観察光学系の解像力の上限値として前記ε
の逆数を用いるとコントラストが低すぎて問題である。
つまり硬性鏡のような画像観察光学系の場合、２点を分
離できるだけでは十分ではなく、この光学系に組合わせ
るテレビカメラのサンプリングによる解像限界において
も十分なコントラストが得られることが要求される。

【００１６】このために、硬性鏡の実用限界解像力を算
出するために用いる分解能ε_r は、下記式（ｂ）にて定
義する必要がある。

【００１７】 ε_r ＝２ε＝１．２２λ／ＮＡ’ （ｂ）このε_r は、エアリーディスクの直径に相当し、ε_r だ
け離れた２点による像の強度分布は、極大値を１とした
時中心の極小値は０になり、２点を分離できるだけでな
く、コントラストの劣化がほとんどない。

【００１８】このため、本発明においては、硬性鏡光学
系の実用限界解像力としてε_r の逆数を用いる。

【００１９】硬性鏡観察光学系の実用限界解像力は、リ
レー光学系に依存する部分が大きい。このリレー光学系
の実用限界解像力は、リレー光学系の開口数（ＮＡ_r ）
により決まる。また、実用限界解像力に像の大きさを掛
けあわせたものを一次元情報量Ｑと定義すると、リレー
光学系の一次元情報量Ｑは、下記の式（ｃ）にて表わさ
れる。

【００２０】Ｑ＝０．８２ＮＡ_r ・Ｉ_r ／λ （ｃ）ここでＩ_r はリレー光学系の像の直径で、Ｑの単位は本
である。

【００２１】上記の式で計算例としてＮＡ_r ＝０．０
５、Ｉ_r ＝２mm、λ＝０．６５μｍとするとＱ＝１２６
（本）である。

【００２２】この場合、リレー光学系の視野いっぱいに
１２６本以下の黒白格子を投影すれば、十分なコントラ
ストをもって解像できる。しかし、それ以上の本数の黒
白格子では十分なコントラストが得られない。尚波長λ
は分解能の悪い長波長側を用いている。

【００２３】ＨＤＴＶカメラは、２００万画素程度の固
体撮像素子を用いる場合には、通常水平方向で約２００
０画素を有する。

【００２４】又、画素毎にカラーフイルターを有する単
板カラーＣＣＤは、通常３画素で黒白１ペアーの格子を
解像できる。そのためＨＤＴＶカメラの一次元情報量は
水平方向で６６７本程度である。

【００２５】前述の計算例のリレー光学系の視野を、上
記のＨＤＴＶカメラの視野枠いっぱいに投影しても、Ｈ
ＤＴＶカメラの解像限界未満の周波数で、硬性鏡のコン
トラストの低下が生じ、ＨＤＴＶカメラの画質を十分生
かせない。

【００２６】したがってＨＤＴＶカメラと組合わせる硬
性鏡のリレー光学系は、次の条件を満足する必要があ
る。

【００２７】Ｑ＝０．８２ＮＡ_r ・Ｉ_r ／λ≧６６７（ｄ）ここで、λ＝０．６５nmとすると、上記（ｄ）式は、下
記のようになる。

【００２８】ＮＡ_r ・Ｉ_r ≧０．５２９mm （ｅ）前記従来例の特開平７−５３７７号公報に記載されてい
る硬性鏡光学系の場合、Ｆナンバーが６．４８３で、像
の大きさが６．０８mm（像高３．０４mm）である。これ
らの値はリレー光学系ではないが、光学系の開口数と像
の大きさの積は、光学系中で保存される。したがって、
上記値をもとに前記従来例の実施例のＮＡ_r ・Ｉ_r の値
をもとめると下記の通りである。

【００２９】ＮＡ_r ・Ｉ_r ＝６．０８mm／（２×６．４８３）＝０．４６９mm このように、前記実施例は、条件（ｅ）を満足せず、Ｈ
ＤＴＶカメラの解像限界付近ではコントラストが劣化す
る。

【００３０】本発明の硬性鏡のリレー光学系は、単数又
は複数の部分リレー光学系よりなる。ここで部分リレー
光学系は、挿入部内のリレー光学系で、１回だけ像伝送
を行なう光学系をいう。

【００３１】この部分リレー光学系による像の大きさＩ
_r は、下記式（ｆ）、又開口数ＮＡ_r は下記式（ｇ）に
て夫々近似される。

【００３２】Ｉ_r ＝０．７５Ｄ_r ／Ｌ_r （ｆ）ＮＡ_r ＝１．７５Ｄ_r ／Ｌ_r （ｇ）ただし、Ｄ_r は部分リレー光学系の最大レンズ外径（m
m）、Ｌ_r は部分リレー光学系の全長（像から像までの
距離）（mm）である。

【００３３】前記式（ｆ）から、部分リレー光学系にて
得られる像の大きさＩ_r は、レンズの外径Ｄ_r に比例す
ることがわかる。ここで０．７５という比例定数は、部
分リレー光学系の視野周辺での口径蝕を避けつつできる
だけ大きな像が出来るように設定した。

【００３４】又、式（ｇ）におけるＤ_r ／Ｌ_r は、開口
数の定義から容易に導かれる。また１．７５という比例
定数は、部分リレー光学系の平均的な屈折率にもとづい
て設定したものである。

【００３５】部分リレー光学系は、通常そのほとんどの
空間がガラスにて占められており、空気で満たす場合に
比べて開口数が屈折率の比例分だけ増大する。そのた
め、前記の比例定数を掛け合わせた。

【００３６】式（ｅ）に式（ｆ），（ｇ）を代入すると
下記式（ｈ）が求まる。

【００３７】Ｄ_r ²／Ｌ_r ≧０．４mm （ｈ）この式（ｈ）のＤ_r ²／Ｌ_r が、部分リレー光学系で伝達
し得る一次元情報量を反映するパラメーターである。こ
のパラメーターＤ_r ²／Ｌ_r の値が全ての部分リレー光学
系において式（ｈ）に示す範囲内であれば、リレー光学
系としてＨＤＴＶに対応可能な十分な一次元情報量を得
ることが出来る。しかしこのパラメーターＤ_r ²／Ｌ_r の
値が必要以上に大になるとリレー光学系の開口数もしく
は像が大きくなりすぎてレンズ設計時の収差補正が難し
くなる。そのためＤ_r ²／Ｌ_r は下記の範囲内であること
が好ましい。

【００３８】Ｄ_r ²／Ｌ_r ≦０．８mm 以上の理由から、本発明の硬性鏡光学系では、リレー光
学系を構成する部分リレー光学系を下記条件（１）を満
足するようにした。

【００３９】（１）０．４mm≦Ｄ_r ²／Ｌ_r ≦０．８mm この条件（１）の下限値の０．４mmを超えるとＨＤＴＶ
等に対応し得るに十分な解像度、コントラストが得られ
ない。又上限値の０．８mmは、下限値の２倍の値に相当
するが、このようにＤ_r ²／Ｌ_r の値が下限値の２倍を超
える値になり部分リレー光学系の開口数と像の大きさの
積が２倍になると収差が悪化し好ましくない。つまり、
３次収差で考えると開口数が２倍になると球面収差の横
収差は８倍になり、又像の大きさが２倍になると非点収
差の縦収差が４倍になる。そして部分リレー光学系での
これら収差は、レンズ枚数を増やしても又非球面を採用
しても良好に補正できなくなる。

【００４０】以上、本発明の硬性鏡光学系を構成するリ
レー光学系について述べたが本発明の光学系を構成する
対物光学系についても十分な一次元情報量をもたない
と、リレー光学系の一次元情報量を生かすことができな
い。そのため対物光学系も、リレー光学系と同等の又は
それ以上の一次情報量を持たせる必要がある。

【００４１】対物光学系の最大外径をＤ_o （mm）、対物
光学系の全長をＬ_o （mm）とすると、Ｄ_o ²／Ｌ_o が対物
光学系の一次元情報量を表わすパラメーターである。

【００４２】本発明の対物光学系において、前記一次元
情報量を表わすパラメーターが、すべての部分リレー光
学系に対し（すべての部分リレー光学系の一次元情報量
を表わすパラメーターに対して）下記条件（２）にて示
す関係を満足するようにすることが望ましい。

【００４３】（２）Ｄ_o ²／Ｌ_o ≧Ｄ_r ²／Ｌ_r 上記条件（２）を満足しないと、対物光学系のもつ一次
元情報量がリレー光学系のもつ一次元情報量よりも小に
なり、リレー光学系の持つ一次元情報量が無駄になり、
ＨＤＴＶ等に対応出来る解像度、コントラストを有する
光学系になし得なくなる。

【００４４】以上述べたように、本発明の硬性鏡光学系
は、前述のような構成の観察光学系を有するもので、観
察光学系のうちの対物光学系およびすべての部分リレー
光学系が前記条件（１）、（２）を満足することを特徴
とするものである。

【００４５】このような本発明の硬性鏡光学系におい
て、リレー光学系全体の収差の発生量を少なくするため
には、挿入部内に配置する部分リレー光学系が二つ以下
であることが好ましい。

【００４６】硬性鏡光学系の収差は、そのほとんどが挿
入部内の狭い空間に配置する対物光学系とリレー光学系
に依存する。この挿入部内の狭い空間的制約の中で中間
像を多数形成するように構成した光学系では、収差補正
が容易ではない。これに対して空間的制約の少ない把持
部内に配置する光学系では、収差補正が比較的容易であ
る。

【００４７】対物光学系とリレー光学系とを比較した場
合、通常複数回の像伝送を行なうリレー光学系の方が、
光学系全体の収差に対する影響が大きい。更に、前述の
ようにＨＤＴＶの仕様を満足する情報量を有するリレー
光学系は、収差補正に対して厳しい仕様の光学系であ
る。

【００４８】このリレー光学系の収差は、部分リレー光
学系の収差と、部分リレー光学系の個数とに依存する。
そして前述のように空間的制約の大きい挿入部内の部分
リレー光学系の収差を完全に補正することは不可能であ
り、特に像面湾曲の補正が困難である。又この像面湾曲
は、部分リレー光学系の個数でほとんど決まってしま
う。

【００４９】以上の理由から、リレー光学系の残存収
差、特に像面湾曲を少しでも減らすためには、部分リレ
ー光学系の個数が少ないことが望ましい。そのために挿
入部内の部分リレー光学系が二つ以下であることが望ま
しい。

【００５０】もし、部分リレー光学系の個数が３以上で
あると、リレー光学系の収差、特に像面湾曲が大になり
すぎて視野周辺での画質が劣化し、ＨＤＴＶカメラの画
質が生かせず好ましくない。

【００５１】本発明の硬性鏡光学系の他の構成は、前記
の基本構成において、更に接眼光学系を付加して正立像
での観察を行なうもので、更に収差補正を容易にするた
めとレンズ枚数削減のためにリレー光学系の部分リレー
光学系を一つに限定したものである。即ち、挿入部と把
持部とよりなる硬性鏡の光学系で、図９に示すように観
察光学系が、対物光学系３とリレー光学系４と接眼光学
系６よりなり、又リレー光学系が一つの部分リレー光学
系よりなり、挿入部１内には対物光学系３と一つの部分
リレー光学系が配置され、把持部内には少なくとも接眼
光学系が配置されていて、前記条件（１）、（２）を満
足することを特徴とする。

【００５２】又、上記構成の硬性鏡光学系において、前
記挿入部に配置される部分リレー光学系が条件（１）の
代りに下記条件（１−１）を満足すれば一層望ましい。

【００５３】（１−１）０．４mm≦Ｄ_r ²／Ｌ_r ≦０．６mm この条件（１−１）は、条件（１）において上限値を
０．８mmの代りに０．６mmとしたものである。挿入部内
の外径が定まっている場合はＤ_r の自由度がないため、
部分リレー光学系が一つの場合、Ｄ_r ²／Ｌ_r を大にする
ためにはＬ_r を小にしなければならない。しかしＬ_r を
小さくして条件（１−１）の上限値の０．６mmを超える
と内視鏡下外科手術に必要な挿入部の有効長を確保でき
なくなる。

【００５４】本発明の硬性鏡光学系の更に他の構成は、
図１０に示すように前記基本構成の観察光学系を接眼光
学系を付加した構成にし、より明るい光学系にするため
にリレー光学系４の部分リレー光学系（４−１、４−
２）の個数を２とすると共に、リレー光学系４と接眼光
学系６との間に像反転リレー光学系１２を配置して、明
るい正立像観察を可能にしたものである。又挿入部１内
には、対物光学系とリレー光学系（二つの部分リレー光
学系）を配置し、把持部内には接眼光学系と像反転リレ
ー光学系を配置している。

【００５５】ＨＤＴＶカメラの明るさは様々であり、使
用するテレビカメラによっては、明るさが問題になるこ
とがある。そのため、リレー光学系を一つの部分光学系
のみにて構成した場合、十分良好な画質が得られても明
るさの点で不十分なことがあり、リレー回数を増やす必
要性が生ずる。しかし、挿入部内に三つの部分リレー光
学系を配置して正立像を形成させると共に明るくしよう
とすると、収差を良好に補正することが困難になる。

【００５６】そのために、挿入部内に配置する部分リレ
ー光学系を二つにし、把持部内で一回像伝送を行なって
正立像にするために、把持部内に像反転リレー光学系を
配置して明るい正立像にて観察し得るようにした。この
ように像反転リレー光学系を把持部内に配置したことに
より収差補正が比較的容易になり、ほぼ無収差に設計す
ることが可能になる。

【００５７】前記の像を反転させるための手段として像
反転リレー光学系の代りにポロプリズム等のプリズムを
用いた光学系を配置することも考えられる。この場合、
リレー光学系と接眼光学系の間にプリズムを配置する必
要があり、ポロプリズム等のプリズムは、硝路が長いた
めに接眼光学系の前側焦点距離を非常に長くする必要が
あり、接眼光学系の設計が事実上困難になる。そのた
め、像反転光学系としてプリズム光学系を用いることは
現実的には好ましくない。

【００５８】前記の像反転リレー光学系を配置した構成
の本発明硬性鏡光学系も、条件（１）、（２）を満足す
る必要があるが、条件（１）に代えて下記条件（１−
２）を満足すればより好ましい。

【００５９】（１−２）０．５mm≦Ｄ_r ²／Ｌ_r ≦０．７mm この条件（１−２）は、条件（１）の上限値、下限値を
変更してその範囲を狭くしたものである。

【００６０】上記構成の硬性鏡光学系は、光学系の明る
さを明るくしたものであるが、条件（１−２）の下限値
の０．５mmを下回ると臨床の条件によっては、明るさが
不十分になる。また上限値の０．７mmを上回ると収差補
正が難しくなり、歪曲収差以外の収差を良好に補正する
ためには、リレー光学系もしくは対物光学系に非球面を
用いる等の特別な工夫が必要になる。

【００６１】次に、本発明の硬性鏡光学系において、リ
レー光学系の部分リレー光学系を、物体側より順に第
１、第２、第３の三つのレンズ成分にて構成し、第１レ
ンズ成分を外径よりも中心肉厚が大である両凸形状で、
このレンズ成分の最も中肉厚の大であるレンズの屈折率
を１．６５以上とし、第２レンズ成分を両凸形状とし、
第３レンズ成分を第１レンズ成分と同一形状とし、これ
らレンズ成分にて構成された部分リレー光学系全体で対
称な配置にすることが望ましい。

【００６２】部分リレー光学系を前記のような構成にす
ることにより、開口数を大にしつつ収差を小さく抑え、
更に空気に接する面の数を比較的少なく出来る。

【００６３】本発明の光学系の仕様を満たすために必要
な収差補正を行なうためには、例えば後に示す実施例１
（図１）のように部分リレー光学系が正のパワーを有
し、空気に接する面が少なくとも６面なければならな
い。この６面のうち、２面は部分リレー光学系の両側の
像位置近傍にあり瞳の伝送に寄与する面である。又残り
の４面は、部分リレー光学系の中間部で像の伝送に寄与
する面である。この中間部で像の伝送に寄与する正のパ
ワーの空気に接する面が４面以上ないと、球面収差が収
差図上で湾曲し、視野中心でも十分なコントラストが得
られなくなる。一方、レンズの表面反射によるフレアー
の発生を低減するためには、空気に接する面の数は、出
来る限り少ない方が好ましい。

【００６４】以上の理由から、本発明の光学系の部分リ
レー光学系は、前記の第１、第２、第３レンズ成分より
なる三つのレンズ成分にて構成することが望ましい。こ
のような構成であれば、球面収差を補正する上で必要な
６面の空気に接する面以外に空気に接する面が存在せ
ず、収差を良好に保ちしかもリレー光学系内での表面反
射によるフレアー光の増大を防ぐことができる。

【００６５】更に、コマ収差と倍率の色収差の補正を考
慮すると、部分リレー光学系は、等倍でかつ左右対称な
構成にすることが望ましい。部分リレー光学系を左右対
称にすれば、像側に位置する二つのレンズユニットは、
同一形状で向きが異なることになる。

【００６６】又像側に位置する第１レンズ成分および第
３レンズ成分は、開口数を大にするために中肉厚が大で
あり、かつ高屈折率の媒質にて構成することが好まし
い。そのためこれら像側にある第１、第３レンズ成分
は、外径よりも中肉厚が大である棒状にし、更にレンズ
成分を構成するレンズのうちの最も中肉の厚いレンズの
屈折率を前記のように１．６５以上にすれば必要な開口
数が得られる。この最も中肉厚の厚いレンズの屈折率が
１．６５未満になると必要とする開口数が得られなくな
る。

【００６７】次に、本発明の硬性鏡光学系において、そ
の対物光学系の先端部に視野方向変換プリズムを配置す
ることにより、斜視用等の光学系の光軸方向とは異なる
方向を観察、撮像するための光学系になし得る。

【００６８】例えば図１１に示すように、対物光学系の
物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群と、
視野方向変換プリズムと、正のパワーを有する第２レン
ズ群とよりなる構成である。そしてこの構成の対物光学
系において、下記条件（３）を満足することが望まし
い。

【００６９】（３）０．２≦Ｔ_p ／Ｌ_o ≦０．４内視鏡下外科手術に用いる硬性鏡は、各種視野方向を有
し、前記のような視野方向変換プリズムを備えていて各
種視野方向の観察、撮影可能な光学系が要求される。特
に２５°から４５°の視野方向を有する硬性鏡の要望が
強い。

【００７０】前記基本構成を有する本発明の光学系は、
開口数と像の大きさの積が非常に大であるため、対物光
学系内の瞳が非常に大になる。そのため斜視用硬性鏡に
用いる視野方向変換プリズムは、大きな径の光束を通す
ことのできるものが必要である。前記の２５°から４５
°の視野方向変換角を持ち、大きな径の光束を通過させ
得る視野方向変換プリズムは、非常に長い硝路を必要と
する。このような視野方向変換プリズムを配置する空間
を確保するためには、対物光学系を前記のような構成つ
まり、物体側から順に、負の第１レンズ群と、視野方向
変換プリズムと、正の第２レンズ群とにて構成すること
が望ましい。更に視野方向変換プリズムは、その硝路Ｔ
_p の対物光学系の全長に対する比率を大きくしなければ
ならない。そのため前記条件（３）を満足することが望
ましい。

【００７１】前記条件（３）において、Ｔ_p ／Ｌ_o が下
限値の０．２を超えるとプリズムの硝路が不足し、非常
に大きな径の光束を通すことの出来る視野方向変換プリ
ズムを構成し得なくなる。又Ｔ_p ／Ｌ_o が上限値の０．
４を超えると、第１レンズ群からの距離が離れすぎて第
２レンズ群中での光束の径が大きくなり、第２レンズ群
で有効光束がけられる。

【００７２】以上述べたように、本発明の光学系の基本
構成として、硬性鏡の挿入部内に対物光学系と一つ又は
複数の部分リレー光学系よりなるリレー光学系とにて構
成するもので、条件（１）、（２）を満足することを特
徴とするものである。

【００７３】この本発明において、リレー光学系が複数
の部分リレー光学系よりなる場合、部分リレー光学系の
一部を把持部内に配置することが考えられる。この場
合、把持部内の部分リレー光学系も前記条件（１）、
（２）を満足することが望ましい。

【００７４】

【発明の実施の形態】次に本発明の硬性鏡光学系の実施
の形態を各実施例の光学系をもとに説明する。

【００７５】本発明の光学系の各実施例は、下記のデー
ターを有する。実施例１物体距離＝60.0000 ，像高＝3.500 ，焦点距離＝4.368 ，Ｆナンバー＝3.766 全長（第１面〜最終面）＝353.800 ，画角＝80°，射出瞳位置＝∞ ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.7000 ｎ₁ ＝1.76820 ν₁ ＝71.79 ｒ₂ ＝∞ ｄ₂ ＝0.3500 ｒ₃ ＝∞ ｄ₃ ＝0.5000 ｎ₂ ＝1.78472 ν₂ ＝25.76 ｒ₄ ＝3.2719（非球面）ｄ₄ ＝1.6000 ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝19.2388 ｎ₃ ＝1.88300 ν₃ ＝40.78 ｒ₆ ＝∞（絞り）ｄ₆ ＝2.3312 ｎ₄ ＝1.88300 ν₄ ＝40.78 ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝2.0000 ｎ₅ ＝1.48749 ν₅ ＝70.21 ｒ₈ ＝10.4840 ｄ₈ ＝1.2900 ｒ₉ ＝21.0720 ｄ₉ ＝5.9300 ｎ₆ ＝1.80440 ν₆ ＝39.58 ｒ₁₀＝-23.7790 ｄ₁₀＝0.5000 ｒ₁₁＝28.9610 ｄ₁₁＝7.4500 ｎ₇ ＝1.72916 ν₇ ＝54.68 ｒ₁₂＝-22.5740 ｄ₁₂＝0.5000 ｒ₁₃＝16.9530 ｄ₁₃＝4.2300 ｎ₈ ＝1.77250 ν₈ ＝49.60 ｒ₁₄＝79.4570 ｄ₁₄＝1.5000 ｎ₉ ＝1.84666 ν₉ ＝23.78 ｒ₁₅＝8.1920 ｄ₁₅＝4.3100 ｒ₁₆＝11.0310 ｄ₁₆＝2.9100 ｎ₁₀＝1.77250 ν₁₀＝49.60 ｒ₁₇＝79.4570 ｄ₁₇＝1.5000 ｎ₁₁＝1.84666 ν₁₁＝23.78 ｒ₁₈＝6.4000 ｄ₁₈＝1.9900 ｒ₁₉＝12.3610 ｄ₁₉＝8.5200 ｎ₁₂＝1.81600 ν₁₂＝46.62 ｒ₂₀＝-5.2300 ｄ₂₀＝1.5000 ｎ₁₃＝1.84666 ν₁₃＝23.78 ｒ₂₁＝-24.0550 ｄ₂₁＝4.9900 ｒ₂₂＝∞（像）ｄ₂₂＝5.0300 ｒ₂₃＝27.9810 ｄ₂₃＝3.9600 ｎ₁₄＝1.69680 ν₁₄＝55.53 ｒ₂₄＝∞ ｄ₂₄＝42.0400 ｎ₁₅＝1.72916 ν₁₅＝54.68 ｒ₂₅＝∞ ｄ₂₅＝6.6600 ｎ₁₆＝1.58313 ν₁₆＝59.38 ｒ₂₆＝-10.5000 ｄ₂₆＝1.5000 ｎ₁₇＝1.88300 ν₁₇＝40.78 ｒ₂₇＝-25.5920 ｄ₂₇＝0.8000 ｒ₂₈＝27.6560 ｄ₂₈＝10.0000 ｎ₁₈＝1.51742 ν₁₈＝52.42 ｒ₂₉＝∞ ｄ₂₉＝10.0000 ｎ₁₉＝1.51742 ν₁₉＝52.42 ｒ₃₀＝-27.6560 ｄ₃₀＝0.8000 ｒ₃₁＝25.5920 ｄ₃₁＝1.5000 ｎ₂₀＝1.88300 ν₂₀＝40.78 ｒ₃₂＝10.5000 ｄ₃₂＝6.6600 ｎ₂₁＝1.58313 ν₂₁＝59.38 ｒ₃₃＝∞ ｄ₃₃＝42.0400 ｎ₂₂＝1.72916 ν₂₂＝54.68 ｒ₃₄＝∞ ｄ₃₄＝3.9600 ｎ₂₃＝1.69680 ν₂₃＝55.53 ｒ₃₅＝-27.9810 ｄ₃₅＝5.0300 ｒ₃₆＝∞（像）ｄ₃₆＝5.0300 ｒ₃₇＝27.9810 ｄ₃₇＝3.9600 ｎ₂₄＝1.69680 ν₂₄＝55.53 ｒ₃₈＝∞ ｄ₃₈＝42.0400 ｎ₂₅＝1.72916 ν₂₅＝54.68 ｒ₃₉＝∞ ｄ₃₉＝6.6600 ｎ₂₆＝1.58313 ν₂₆＝59.38 ｒ₄₀＝-10.5000 ｄ₄₀＝1.5000 ｎ₂₇＝1.88300 ν₂₇＝40.78 ｒ₄₁＝-25.5920 ｄ₄₁＝0.8000 ｒ₄₂＝27.6560 ｄ₄₂＝10.0000 ｎ₂₈＝1.51742 ν₂₈＝52.42 ｒ₄₃＝∞ ｄ₄₃＝10.0000 ｎ₂₉＝1.51742 ν₂₉＝52.42 ｒ₄₄＝-27.6560 ｄ₄₄＝0.8000 ｒ₄₅＝25.5920 ｄ₄₅＝1.5000 ｎ₃₀＝1.88300 ν₃₀＝40.78 ｒ₄₆＝10.5000 ｄ₄₆＝6.6600 ｎ₃₁＝1.58313 ν₃₁＝59.38 ｒ₄₇＝∞ ｄ₄₇＝42.0400 ｎ₃₂＝1.72916 ν₃₂＝54.68 ｒ₄₈＝∞ ｄ₄₈＝3.9600 ｎ₃₃＝1.69680 ν₃₃＝55.53 ｒ₄₉＝-27.9810 ｄ₄₉＝5.0300 ｒ₅₀＝∞（像）非球面係数Ｋ＝-1.0677 ，Ｅ＝2.4683×10^-4，Ｆ＝-6.3235 ×10^-5，Ｇ＝3.2907×10^-6 （対物光学系）Ｌ_o ＝73.84 mm，Ｄ_o ＝9.5mm ，Ｄ_o ²／Ｌ_o ＝1.22mm，Ｔ_p ＝21.57mm Ｔ_p ／Ｌ_o ＝0.292 第１レンズ群の焦点距離ｆ₁ ＝-4.170mm 第２レンズ群の焦点距離ｆ₂ ＝18.056mm （リレー光学系）第１の部分リレー光学系Ｌ_r ＝139.98mm，Ｄ_r ＝9.5mm ，Ｄ_r ²／Ｌ_r ＝0.65mm 第２の部分リレー光学系Ｌ_r ＝139.98mm，Ｄ_r ＝9.5mm ，Ｄ_r ²／Ｌ_r ＝0.65mm

【００７６】実施例２物体距離＝70.0000 ，像高＝3.500 ，焦点距離＝6.022 ，Ｆナンバー＝4.163 全長（第１面〜最終面）＝353.800 ，画角＝70°，射出瞳位置＝∞ ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.7000 ｎ₁ ＝1.76820 ν₁ ＝71.70 ｒ₂ ＝∞ ｄ₂ ＝0.3500 ｒ₃ ＝∞ ｄ₃ ＝0.5000 ｎ₂ ＝1.88300 ν₂ ＝40.78 ｒ₄ ＝5.1680 ｄ₄ ＝1.6000 ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝20.6621 ｎ₃ ＝1.88300 ν₃ ＝40.78 ｒ₆ ＝∞ ｄ₆ ＝0.9079 ｎ₄ ＝1.88300 ν₄ ＝40.78 ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝2.0000 ｎ₅ ＝1.84666 ν₅ ＝23.78 ｒ₈ ＝13.4680 ｄ₈ ＝2.3000 ｒ₉ ＝-21.0720 ｄ₉ ＝2.0000 ｎ₆ ＝1.59270 ν₆ ＝35.30 ｒ₁₀＝26.2580 ｄ₁₀＝3.0000 ｎ₇ ＝1.77250 ν₇ ＝49.60 ｒ₁₁＝-13.4990 ｄ₁₁＝0.3000 ｒ₁₂＝61.8010 ｄ₁₂＝4.0000 ｎ₈ ＝1.81600 ν₈ ＝46.62 ｒ₁₃＝-21.4790 ｄ₁₃＝0.3000 ｒ₁₄＝11.8860 ｄ₁₄＝4.9000 ｎ₉ ＝1.81600 ν₉ ＝46.62 ｒ₁₅＝-143.9420 ｄ₁₅＝2.3300 ｒ₁₆＝-22.7570 ｄ₁₆＝2.0000 ｎ₁₀＝1.84666 ν₁₀＝23.78 ｒ₁₇＝5.4960 ｄ₁₇＝3.1500 ｒ₁₈＝-58.6910 ｄ₁₈＝3.5000 ｎ₁₁＝1.88300 ν₁₁＝40.78 ｒ₁₉＝-5.4520 ｄ₁₉＝2.0000 ｎ₁₂＝1.54814 ν₁₂＝45.78 ｒ₂₀＝13.1870 ｄ₂₀＝4.3800 ｒ₂₁＝31.7660 ｄ₂₁＝5.9700 ｎ₁₃＝1.88300 ν₁₃＝40.78 ｒ₂₂＝-5.6040 ｄ₂₂＝2.0000 ｎ₁₄＝1.84666 ν₁₄＝23.78 ｒ₂₃＝-49.9910 ｄ₂₃＝4.9900 ｒ₂₄＝∞（像）ｄ₂₄＝5.0300 ｒ₂₅＝27.9810 ｄ₂₅＝3.9600 ｎ₁₅＝1.69680 ν₁₅＝55.53 ｒ₂₆＝∞ ｄ₂₆＝42.0400 ｎ₁₆＝1.72916 ν₁₆＝54.68 ｒ₂₇＝∞ ｄ₂₇＝6.6600 ｎ₁₇＝1.58313 ν₁₇＝59.38 ｒ₂₈＝-10.5000 ｄ₂₈＝1.5000 ｎ₁₈＝1.88300 ν₁₈＝40.78 ｒ₂₉＝-25.5920 ｄ₂₉＝0.8000 ｒ₃₀＝27.6560 ｄ₃₀＝10.0000 ｎ₁₉＝1.51742 ν₁₉＝52.42 ｒ₃₁＝∞ ｄ₃₁＝10.0000 ｎ₂₀＝1.51742 ν₂₀＝52.42 ｒ₃₂＝-27.6560 ｄ₃₂＝0.8000 ｒ₃₃＝25.5920 ｄ₃₃＝1.5000 ｎ₂₁＝1.88300 ν₂₁＝40.78 ｒ₃₄＝10.5000 ｄ₃₄＝6.6600 ｎ₂₂＝1.58313 ν₂₂＝59.38 ｒ₃₅＝∞ ｄ₃₅＝42.0400 ｎ₂₃＝1.72916 ν₂₃＝54.68 ｒ₃₆＝∞ ｄ₃₆＝3.9600 ｎ₂₄＝1.69680 ν₂₄＝55.53 ｒ₃₇＝-27.9810 ｄ₃₇＝5.0300 ｒ₃₈＝∞（像）ｄ₃₈＝5.0300 ｒ₃₉＝27.9810 ｄ₃₉＝3.9600 ｎ₂₅＝1.69680 ν₂₅＝55.53 ｒ₄₀＝∞ ｄ₄₀＝42.0400 ｎ₂₆＝1.72916 ν₂₆＝54.68 ｒ₄₁＝∞ ｄ₄₁＝6.6600 ｎ₂₇＝1.58313 ν₂₇＝59.38 ｒ₄₂＝-10.5000 ｄ₄₂＝1.5000 ｎ₂₈＝1.88300 ν₂₈＝40.78 ｒ₄₃＝-25.5920 ｄ₄₃＝0.8000 ｒ₄₄＝27.6560 ｄ₄₄＝10.0000 ｎ₂₉＝1.51742 ν₂₉＝52.42 ｒ₄₅＝∞ ｄ₄₅＝10.0000 ｎ₃₀＝1.51742 ν₃₀＝52.42 ｒ₄₆＝-27.6560 ｄ₄₆＝0.8000 ｒ₄₇＝25.5920 ｄ₄₇＝1.5000 ｎ₃₁＝1.88300 ν₃₁＝40.78 ｒ₄₈＝10.5000 ｄ₄₈＝6.6600 ｎ₃₂＝1.58313 ν₃₂＝59.38 ｒ₄₉＝∞ ｄ₄₉＝42.0400 ｎ₃₃＝1.72916 ν₃₃＝54.68 ｒ₅₀＝∞ ｄ₅₀＝3.9600 ｎ₃₄＝1.69680 ν₃₄＝55.53 ｒ₅₁＝-27.9810 ｄ₅₁＝5.0300 ｒ₅₂＝∞（像）（対物光学系）Ｌ_o ＝73.84 mm，Ｄ_o ＝9.5mm ，Ｄ_o ²／Ｌ_o ＝1.22mm，Ｔ_p ＝21.57mm Ｔ_p ／Ｌ_o ＝0.292 第１レンズ群の焦点距離ｆ₁ ＝-5.853mm 第２レンズ群の焦点距離ｆ₂ ＝18.784mm （リレー光学系）第１の部分リレー光学系Ｌ_r ＝139.98mm，Ｄ_r ＝9.5mm ，Ｄ_r ²／Ｌ_r ＝0.65mm 第２の部分リレー光学系Ｌ_r ＝139.98mm，Ｄ_r ＝9.5mm ，Ｄ_r ²／Ｌ_r ＝0.65mm

【００７７】実施例３物体距離＝60.0000 ，像高＝3.500 ，焦点距離＝-4.357，Ｆナンバー＝5.657 全長（第１面〜最終面）＝282.774 ，画角＝80°，射出瞳位置＝∞ ｒ₁ ＝∞ ｄ₁ ＝0.7000 ｎ₁ ＝1.76820 ν₁ ＝71.79 ｒ₂ ＝∞ ｄ₂ ＝0.3500 ｒ₃ ＝∞ ｄ₃ ＝0.5000 ｎ₂ ＝1.78472 ν₂ ＝25.76 ｒ₄ ＝3.2000（非球面）ｄ₄ ＝1.6000 ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝20.5700 ｎ₃ ＝1.88300 ν₃ ＝40.78 ｒ₆ ＝∞ ｄ₆ ＝1.0000 ｎ₄ ＝1.88300 ν₄ ＝40.78 ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝4.0000 ｎ₅ ＝1.69895 ν₅ ＝30.12 ｒ₈ ＝-19.4047 ｄ₈ ＝0.5000 ｒ₉ ＝7.9827 ｄ₉ ＝5.5000 ｎ₆ ＝1.58913 ν₆ ＝61.18 ｒ₁₀＝-6.5645 ｄ₁₀＝2.0000 ｎ₇ ＝1.80610 ν₇ ＝40.95 ｒ₁₁＝-33.2181 ｄ₁₁＝0.5000 ｒ₁₂＝11.8166 ｄ₁₂＝2.5000 ｎ₈ ＝1.72916 ν₈ ＝54.68 ｒ₁₃＝5.5779 ｄ₁₃＝3.0538 ｒ₁₄＝22.5895 ｄ₁₄＝5.0000 ｎ₉ ＝1.51633 ν₉ ＝64.15 ｒ₁₅＝-5.2217 ｄ₁₅＝1.5000 ｎ₁₀＝1.84666 ν₁₀＝23.78 ｒ₁₆＝-15.8267 ｄ₁₆＝1.0000 ｒ₁₇＝17.0907 ｄ₁₇＝6.0000 ｎ₁₁＝1.77250 ν₁₁＝49.60 ｒ₁₈＝-5.3000 ｄ₁₈＝1.5000 ｎ₁₂＝1.78472 ν₁₂＝25.68 ｒ₁₉＝-50.0000 ｄ₁₉＝5.0000 ｒ₂₀＝∞（像）ｄ₂₀＝5.0000 ｒ₂₁＝33.6801 ｄ₂₁＝4.0000 ｎ₁₃＝1.51633 ν₁₃＝64.15 ｒ₂₂＝∞ ｄ₂₂＝74.8419 ｎ₁₄＝1.77250 ν₁₄＝49.60 ｒ₂₃＝∞ ｄ₂₃＝5.0000 ｎ₁₅＝1.51633 ν₁₅＝64.15 ｒ₂₄＝-16.7975 ｄ₂₄＝1.5000 ｎ₁₆＝1.88300 ν₁₆＝40.78 ｒ₂₅＝-32.6303 ｄ₂₅＝1.0000 ｒ₂₆＝44.2288 ｄ₂₆＝37.3163 ｎ₁₇＝1.53172 ν₁₇＝48.91 ｒ₂₇＝-44.2288 ｄ₂₇＝1.0000 ｒ₂₈＝32.6303 ｄ₂₈＝1.5000 ｎ₁₈＝1.88300 ν₁₈＝40.78 ｒ₂₉＝16.7975 ｄ₂₉＝5.0000 ｎ₁₉＝1.51633 ν₁₉＝64.15 ｒ₃₀＝∞ ｄ₃₀＝74.8419 ｎ₂₀＝1.77250 ν₂₀＝49.60 ｒ₃₁＝∞ ｄ₃₁＝4.0000 ｎ₂₁＝1.51633 ν₂₁＝64.15 ｒ₃₂＝-33.6801 ｄ₃₂＝5.0000 ｒ₃₃＝∞（像）非球面係数Ｋ＝-1.1736 ，Ｅ＝0 ，Ｆ＝0 ，Ｇ＝0 （対物光学系）Ｌ_o ＝62.77 mm，Ｄ_o ＝9.5mm ，Ｄ_o ²／Ｌ_o ＝1.44mm，Ｔ_p ＝21.57mm Ｔ_p ／Ｌ_o ＝0.344 第１レンズ群の焦点距離ｆ₁ ＝-4.078mm 第２レンズ群の焦点距離ｆ₂ ＝17.301mm （リレー光学系）部分リレー光学系Ｌ_r ＝220.00mm，Ｄ_r ＝9.5mm ，Ｄ_r ²／Ｌ_r ＝0.41mm

【００７８】実施例４物体距離＝0 ，物体高＝3.500 ，焦点距離＝28.478，物体側ＮＡ＝-0.1405 全長（第１面〜最終面）＝44.790，入射瞳位置＝∞ ｒ₁ ＝∞（像）ｄ₁ ＝8.4000 ｒ₂ ＝∞ ｄ₂ ＝4.0000 ｎ₁ ＝1.72916 ν₁ ＝54.68 ｒ₃ ＝-21.2750 ｄ₃ ＝0.3000 ｒ₄ ＝20.5810 ｄ₄ ＝4.7100 ｎ₂ ＝1.72916 ν₂ ＝54.68 ｒ₅ ＝∞ ｄ₅ ＝2.5000 ｎ₃ ＝1.51633 ν₃ ＝64.15 ｒ₆ ＝11.8670 ｄ₆ ＝3.8800 ｒ₇ ＝-7.0240 ｄ₇ ＝2.5000 ｎ₄ ＝1.76182 ν₄ ＝26.52 ｒ₈ ＝∞ ｄ₈ ＝5.7000 ｎ₅ ＝1.72916 ν₅ ＝54.68 ｒ₉ ＝-11.8860 ｄ₉ ＝0.3000 ｒ₁₀＝∞ ｄ₁₀＝3.5000 ｎ₆ ＝1.77250 ν₆ ＝49.60 ｒ₁₁＝-28.7500 ｄ₁₁＝6.0000 ｒ₁₂＝∞ ｄ₁₂＝3.0000 ｎ₇ ＝1.76820 ν₇ ＝71.70 ｒ₁₃＝∞

【００７９】実施例５物体距離＝0.0000，像高＝3.500 ，焦点距離＝92.152，Ｆナンバー＝3.539 物体側ＮＡ＝0.1413，像側ＮＡ＝-0.1413 全長（第１面〜最終面）＝70.000，入射瞳位置＝∞，射出瞳位置＝∞ ｒ₁ ＝∞（像）ｄ₁ ＝5.0000 ｒ₂ ＝55.6570 ｄ₂ ＝4.5000 ｎ₁ ＝1.83481 ν₁ ＝42.72 ｒ₃ ＝-16.5080 ｄ₃ ＝3.1800 ｒ₄ ＝18.9300 ｄ₄ ＝3.0000 ｎ₂ ＝1.58144 ν₂ ＝40.77 ｒ₅ ＝7.2040 ｄ₅ ＝7.8300 ｒ₆ ＝-7.2040 ｄ₆ ＝2.5000 ｎ₃ ＝1.72825 ν₃ ＝28.46 ｒ₇ ＝∞ ｄ₇ ＝4.7900 ｎ₄ ＝1.72916 ν₄ ＝54.68 ｒ₈ ＝-11.9640 ｄ₈ ＝0.5000 ｒ₉ ＝∞ ｄ₉ ＝3.2000 ｎ₅ ＝1.72916 ν₅ ＝54.68 ｒ₁₀＝-22.7570 ｄ₁₀＝0.5000 ｒ₁₁＝∞（絞り）ｄ₁₁＝0.5000 ｒ₁₂＝22.7570 ｄ₁₂＝3.2000 ｎ₆ ＝1.72916 ν₆ ＝54.68 ｒ₁₃＝∞ ｄ₁₃＝0.5000 ｒ₁₄＝11.9640 ｄ₁₄＝4.7900 ｎ₇ ＝1.72916 ν₇ ＝54.68 ｒ₁₅＝∞ ｄ₁₅＝2.5000 ｎ₈ ＝1.72825 ν₈ ＝28.46 ｒ₁₆＝7.2040 ｄ₁₆＝7.8300 ｒ₁₇＝-7.2040 ｄ₁₇＝3.0000 ｎ₉ ＝1.58144 ν₉ ＝40.77 ｒ₁₈＝-18.9300 ｄ₁₈＝3.1800 ｒ₁₉＝16.5080 ｄ₁₉＝4.5000 ｎ₁₀＝1.83481 ν₁₀＝42.72 ｒ₂₀＝-55.6570 ｄ₂₀＝5.0000 ｒ₂₁＝∞（像）ただしｒ₁ ，ｒ₂ ，・・・はレンズ各面の曲率半径、ｄ
₁ ，ｄ₂ ，・・・は各レンズの肉厚およびレンズ間隔、ｎ
₁ ，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。

【００８０】実施例１は、図１に示す通りの構成で、
（Ａ）が対物光学系、（Ｂ）がリレー光学系の部分リレ
ー光学系である。

【００８１】データー中のｒ₁ 〜ｒ₂₂が対物光学系でｒ
₁ 〜ｒ₄ が第１レンズ群ｒ₇ 〜ｒ₂₂が第２レンズ群、ｒ
₂₂〜ｒ₅₀がリレー光学系で、このリレー光学系のうちの
ｒ₂₂〜ｒ₃₆が第１の部分リレー光学系、ｒ₃₆〜ｒ₅₀が第
２の部分リレー光学系であり、ｒ₂₂，ｒ₃₆，ｒ₅₀が像位
置であり、リレー光学系の最終像は倒立像である。

【００８２】又、ｒ₆ は仮想絞り位置を示し、したがっ
てｒ₅ 〜ｒ₇ はブロック状の光学要素で、ｎ₃ ，ν₃ お
よびｎ₄ ，ν₄ はこの一つの光学要素の材質を示し、デ
ーターの記載上二つに分けて示してある。

【００８３】尚図１の（Ｂ）には第１の部分光学系のみ
が描かれているが、第２の部分光学系も第１の部分光学
系と同様の構成である。

【００８４】この実施例１の光学系は条件（１）、
（２）を満足する。又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（ｒ₃ 〜ｒ₄ ）を設けている。
又第５面ｒ₅ から第７面ｒ₇ までの間隔は大であって、
ここの厚いブロック状部分を視野方向変換プリズムにし
て斜視用硬性鏡を構成することもできる。

【００８５】又リレー光学系は、部分リレー光学系が中
心肉厚の大きい両凸形状の第１レンズ成分と、両凸形状
の第２レンズ成分と、第１レンズ成分と同じ構成の第３
レンズ成分とからなっており、全体が対称に配置されて
いる。

【００８６】この実施例の収差状況は、図６に示す通り
である。

【００８７】実施例２は、対物光学系が図２に示す通り
であり、又、リレー光学系は実施例１と同じ光学系が用
いられている。つまりデーターにおいてｒ₁ 〜ｒ₂₄が対
物光学系でｒ₁ 〜ｒ₄ が第１レンズ群、ｒ₇ 〜ｒ₂₄が第
２レンズ群であり、ｒ₂₄〜ｒ₅₂がリレー光学系でｒ₂₄〜
ｒ₃₈が第１の部分リレー光学系、ｒ₃₈〜ｒ₅₂が第２の部
分リレー光学系であり、実施例１のリレー光学系と同じ
である。又ｒ₂₄、ｒ₃₈、ｒ₅₂が像位置であり、最終像は
倒立像である。

【００８８】又、ｒ₆ は仮想絞り位置を示し、したがっ
てｒ₅ 〜ｒ₇ はブロック状の光学要素で、ｎ₃ ，ν₃ お
よびｎ₄ ，ν₄ はこの一つの光学要素の材質を示し、デ
ーターの記載上二つに分けて示してある。

【００８９】この実施例２の光学系も条件（１），
（２）満足する。又対物光学系は球面レンズのみからな
り、第５面ｒ₅ から第７面ｒ₇ の間隔は大であって、視
野方向変換プリズムにすることも出来、斜視用硬性鏡と
することが出来る。

【００９０】この実施例２の収差状況は、図７に示す通
りである。

【００９１】実施例３は、図３に示す通りで、図におい
て（Ａ）が対物光学系、（Ｂ）がリレー光学系の部分リ
レー光学系であり、一つの部分リレー光学系よりなる。

【００９２】この実施例のリレー光学系の最終像は正立
像である。又、ｒ_６は仮想絞り位置を示し、したがって
ｒ_５〜ｒ_７はブロック状の光学要素で、ｎ_３，ν_３およ
びｎ_４，ν_４はこの一つの光学要素の材質を示し、デー
ターの記載上二つに分けて示してある。

【００９３】この実施例の光学系は、条件（１）、
（２）を満足する。対物光学系は、歪曲収差補正のため
平凹非球面レンズを用いている。リレー光学系（部分リ
レー光学系）は、中心肉厚が大である両凸形状の第１レ
ンズ成分と、両凸形状の第２レンズ成分と第１レンズ成
分と同じ第３レンズ成分からなり全体で対称に配置され
ている。又第５面ｒ₅〜第７面ｒ₇の間隔が大であり、視
野方向変換プリズムとすることができる。

【００９４】この実施例３の収差状況は、図７に示す通
りである。

【００９５】実施例１、３の非球面の形状は光軸方向を
Ｚと光軸に直角な方向をＹとする時下記の式にて表わさ
れる。

【００９６】ただし、Ｒは基準球面の曲率半径、Ｋ，
Ｅ，Ｆ，Ｇ，・・・は非球面係数である。

【００９７】実施例４は、実施例１〜３の光学系と組合
わせて用いることを想定した接眼光学系で、図４に示す
通りの構成である。この接眼光学系は図９に示すように
リレー光学系の後に配置され、硬性鏡光学系は、全体と
して物体側から順に、対物光学系、リレー光学系、接眼
光学系が配置されている。

【００９８】図４に示す接眼光学系を、実施例１又は実
施例２と組合わせて使用する場合は、倒立像を観察する
ことになり、又実施例３と組合わせ使用する場合は、正
立像を観察することになる。

【００９９】本発明の硬性鏡光学系中に用いられる接眼
光学系は、その仕様が高度であり厳しい収差補正が要求
される。しかし、接眼光学系は、把持部内に配置される
ので、空間的な自由度が高く良好な光学性能を有する光
学系の設計が可能である。

【０１００】この実施例４の接眼光学系は、硬性鏡の接
眼光学系としては高級なガウスタイプの光学系である。

【０１０１】尚データー中ｒ₁ はリレー光学系の最終像
面であり、ｒ₁₂〜ｒ₁₃の平行平面板はカバーラスであ
る。

【０１０２】図５に示す実施例５は、本発明の硬性鏡光
学系で用いる像反転リレー光学系であって、実施例１又
は実施例２と組合わせて使用することを想定して設計し
たものである。この実施例の像反転リレー光学系を実施
例１又は２と組合わせ使用する場合、図１０に示すよう
に、物体側から対物光学系３、リレー光学系４、像反転
光学系１２、接眼光学系１６の順に配置される。これに
よりリレー光学系による倒立像を像反転光学系にて正立
像となり、この正立像が接眼光学系により観察される。

【０１０３】この像反転光学系も、本発明の硬性鏡光学
系中に用いる場合、その仕様が高度であり厳しい収差補
正が要求される。通常のリレー光学系では残存しやすい
像面湾曲を良好に補正する必要がある。しかし、この像
反転リレー光学系は、把持部内に配置し得るので、空間
的な制約が小さく自由度が高いので、良好な収差補正が
可能である。

【０１０４】この実施例５の像反転リレー光学系は、変
形ガウスタイプの光学系を二つ対称に並べ配置した構成
になっているので、像面湾曲を含む全ての収差が良好に
補正されている。この像反転リレー光学系において、そ
の中央部の瞳位置にフレアー軽減の役割を含めて明るさ
絞りを配置することが望ましい。

【０１０５】尚接眼光学系としては、実施例４のものが
利用できる。

【０１０６】図１１は本発明の硬性鏡光学系に用いる視
野方向変換プリズムを示すもので、（Ａ）は断面図で、
（Ｂ）は斜視図である。これは、本発明の実施例１、
２、３の光学系に使用可能である。これら実施例１、
２、３の対物光学系中の第３面〜第７面のブロック状部
分に代えて、図１１に示す視野方向変換プリズムを用い
て斜視用の対物光学系を構成し得る。この図に示す視野
方向変換プリズムを用いることにより、視野方向をリレ
ー光学系の光軸に対して３５°傾けることが出来る。

【０１０７】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反射面Ｒ₂ と、第１反射面Ｒ₂ に対
して視野方向変換角（３５°）の半分の角（１７．５
°）だけ傾いている第２反射面Ｒ₃ とリレー光学系に垂
直な出射面Ｒ₄ とよりなっている。第１反射面Ｒ₂ と第
２反射面Ｒ₃ は、共に全反射を利用している。又臨界角
の余裕を確保するためプリズムには屈折率は高屈折率
（１．８８３）の材料を用いることが望ましい。視野方
向変換プリズムの入射面Ｒ₁ と出射面Ｒ₄ との間の硝路
長Ｔ_p は、２１．５７mmであり、実施例１、２、３の対
物光学系に適用した場合、いずれも条件（３）を満足す
るように構成されている。

【０１０８】本発明において、特許請求の範囲に記載す
る光学系のほか、次に示す構成の光学系も本発明の目的
を達成し得る。

【０１０９】（１）特許請求の範囲の請求項１、２、３
又は４に記載する硬性鏡光学系で、部分リレー光学系が
物体側より順に、第１レンズ成分、第２レンズ成分、第
３レンズ成分よりなり、第１レンズ成分は外径よりも中
心肉厚が大である両凸形状であり、第２レンズ成分は両
凸形状であり、第３レンズ成分は第１レンズ成分と同一
形状であり、部分リレー光学系全体が対称な構成である
ことを特徴とする硬性鏡光学系。

【０１１０】（２）特許請求の範囲の請求項１、３又は
４に記載する硬性鏡光学系で、対物光学系が、物体側か
ら順に、負のパワーを有する第１レンズ群と、視野方向
変換プリズムと、正のパワーを有する第２レンズ群とよ
りなり、下記条件（３）を満足する硬性鏡光学系。（３）０．２≦Ｔ_p ／Ｌ_o ≦０．４

【０１１１】（３）特許請求の範囲の請求項３あるいは
前記の（１）又は（２）の項に記載する硬性鏡光学系
で、条件（１）の代りに下記条件（１−１）を満足する
ことを特徴とする硬性鏡光学系。（１−１）０．４mm≦Ｄ_r ²／Ｌ_r ≦０．６mm

【０１１２】（４）特許請求の範囲の請求項４あるいは
前記の（１）又は（２）の項に記載する硬性鏡光学系
で、条件（１）の代りに下記条件（１−２）を満足する
ことを特徴とする硬性鏡光学系。（１−２）０．５mm≦Ｄ_r ²／Ｌ_r ≦０．７mm

【０１１３】

【発明の効果】本発明によれば、解像力がＨＤＴＶと同
等以上で、又ＨＤＴＶカメラに対応し得る情報量を有す
る硬性鏡光学系を実現し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の硬性鏡光学系の実施例１の構成を示す
図

【図２】本発明の硬性鏡光学系の実施例２の対物光学系
の構成を示す図

【図３】本発明の硬性鏡光学系の実施例３の構成を示す
図

【図４】本発明の硬性鏡光学系の接眼光学系の構成を示
す図

【図５】本発明の硬性鏡光学系の像反転リレー光学系の
構成を示す図

【図６】本発明の実施例１の収差曲線図

【図７】本発明の実施例２の収差曲線図

【図８】本発明の実施例３の収差曲線図

【図９】本発明の硬性鏡光学系の全体構成の一例を示す
概略図

【図１０】本発明の硬性鏡光学系の全体構成の他の例を
示す概略図

【図１１】本発明の硬性鏡光学系で用いる視野方向変換
プリズムの構成を示す図

【図１２】硬性鏡システムの観察光学系の構成を示す図

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】挿入部内に配置される観察光学系が、先端
部より順に、対物光学系とリレー光学系とを有し、挿入
部内に位置するリレー光学系が単数又は複数の部分リレ
ー光学系を有し、前記対物光学系およびすべての部分リ
レー光学系が下記条件（１）、（２）を満足することを
特徴とする硬性鏡光学系。（１）０．４mm≦Ｄ_r ²／Ｌ_r ≦０．８mm （２）Ｄ_o ²／Ｌ_o ≧Ｄ_r ²／Ｌ_r ただし、Ｄ_o は対物光学系の最大レンズ径（mm）、Ｌ_o
は対物光学系の全長（mm）、Ｄ_r は部分リレー光学系の
最大レンズ外径（mm）、Ｌ_r は部分リレー光学系の（m
m）全長である。
【請求項２】前記挿入部内に位置する部分リレー光学系
の個数が２以下であることを特徴とする請求項１の硬性
鏡光学系。
【請求項３】挿入部と把持部とを有する硬性鏡で、前記
挿入部内の観察光学系が先端より順に、対物光学系、リ
レー光学系からなり、前記把持部内の観察光学系が接眼
光学系からなる硬性鏡光学系において、前記挿入部内に
位置するリレー光学系が一つの部分リレー光学系よりな
り、前記対物光学系と前記部分リレー光学系が下記条件
を満足することを特徴とする硬性鏡光学系。（１）０．４mm≦Ｄ_r ²／Ｌ_r ≦０．８mm （２）Ｄ_o ²／Ｌ_o ≧Ｄ_r ²／Ｌ_r ただし、Ｄ_o は対物光学系の最大レンズ径（mm）、Ｌ_o
は対物光学系の全長（mm）、Ｄ_r は部分リレー光学系の
最大レンズ径（mm）、Ｌ_r は部分リレー光学系の全長で
ある。
【請求項４】挿入部と把持部とを有する硬性鏡で、挿入
部内の観察光学系が先端側から順に、対物光学系と、リ
レー光学系とよりなり、把持部内の観察光学系が像反転
リレー光学系と接眼光学系とよりなる硬性鏡光学系にお
いて、前記挿入部内に位置するリレー光学系が二つの部
分リレー光学系からなり、前記対物光学系および前記部
分リレー光学系のすべてが下記条件を満足することを特
徴とする硬性鏡光学系。（１）０．４mm≦Ｄ_r ²／Ｌ_r ≦０．８mm （２）Ｄ_o ²／Ｌ_o ≧Ｄ_r ²／Ｌ_r ただし、Ｄ_o は対物光学系の最大レンズ径（mm）、Ｌ_o
は対物光学系の全長（mm）、Ｄ_r は部分リレー光学系の
最大レンズ外径（mm）、Ｌ_r は部分リレー光学系の（m
m）全長である。