接眼レンズ
【課題】アイレリーフが長く、広視野にわたり良好な特性を持ち、尚且つ入射瞳径が大きい小型軽量な暗視装置に好適な接眼レンズを提供する。
【解決手段】接眼レンズ１を、瞳側から順に第１レンズ１１、第２レンズ１２および第３レンズ１３を配置して３群３枚構成とし、第１レンズ１１を、ガラス製の凸レンズであり、且つ全系の焦点距離をｆ、第１レンズ１１の焦点距離をｆ１、第１レンズ１１のガラスの屈折率をｎ１としたとき、０．３＜ｆ／ｆ１＜１を満足する屈折力を有し、ｎ１＞１．７５を満足するものとし、第１〜第３レンズ１１〜１３の第１〜第６面２１〜２６のうち少なくとも３つ以上の面を非球面とするとするとともに、第２および第３レンズ１２、１３の第３〜第６面２３〜２６のうち少なくとも１つの面を回折光学面とする。
【解決手段】接眼レンズ１を、瞳側から順に第１レンズ１１、第２レンズ１２および第３レンズ１３を配置して３群３枚構成とし、第１レンズ１１を、ガラス製の凸レンズであり、且つ全系の焦点距離をｆ、第１レンズ１１の焦点距離をｆ１、第１レンズ１１のガラスの屈折率をｎ１としたとき、０．３＜ｆ／ｆ１＜１を満足する屈折力を有し、ｎ１＞１．７５を満足するものとし、第１〜第３レンズ１１〜１３の第１〜第６面２１〜２６のうち少なくとも３つ以上の面を非球面とするとするとともに、第２および第３レンズ１２、１３の第３〜第６面２３〜２６のうち少なくとも１つの面を回折光学面とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、暗視装置の液晶表示などの画像を拡大するための表示画像観察装置に好適な接眼レンズに係り、特に、暗視光学装置において対物レンズで集光した微弱な光をイメージ増倍管で増倍し、その表示面に形成された像を拡大観察するための光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
広視野で長いアイレリーフを有する接眼レンズとして、ガラス接合レンズを含む５枚レンズ構成により、視野角：５１．２°、アイレリーフ：１．１８ｆ（ｆは焦点距離）という広視野で長いアイレリーフを可能にした発明が知られている（特許文献１）。
【０００３】
また、瞳が入射瞳位置からずれても広い画角にわたって虚像が見えるようにした接眼レンズとして、２群４枚レンズ構成で非球面の樹脂レンズ面を効果的に使用した発明が提案されている（特許文献２）。この発明では、視野角：４０．８°、アイレリーフ：４０ｍｍを達成している。
【０００４】
暗視光学装置の表示を観察するための接眼レンズとしては、４群６枚もしくは５群６枚レンズ構成などにより、アイレリーフ：２５ｍｍ（ｆ＝２０ｍｍの場合、１８．５ｍｍ）、入射瞳径：φ１５ｍｍ（ｆ＝２０ｍｍの場合、入射瞳径：φ１１．１ｍｍ）を達成する発明が提案されている（特許文献３）。同じく、暗視光学装置の表示を観察するための接眼レンズとして、ＤＯＥ（Diffractive Optical Element：回折光学素子）面を活用することで、４枚レンズ構成としてコンパクト化を図った発明も提案されている（特許文献４）。
【０００５】
さらに、色収差を補正し、小型化および軽量化を図った双接眼レンズシステムとして、３群３枚レンズ構成とし、そのうち１面をＤＯＥ面とした発明なども提案されている（特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４０５４３７０号明細書
【特許文献２】特開平１１−１３３３１６号公報
【特許文献３】特開２０００−１０５３４４号公報
【特許文献４】特開２００１−６６５２２号公報
【特許文献５】特開平５−２１００５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の発明では、Ｆ値がｆ／５．３であるため、ｆ＝２０ｍｍの場合には入射瞳径がφ３．８ｍｍとなり、暗所での用途には小さ過ぎて明るい像を観察できない。また、ガラス重量が６０ｇ程度になり、装置が重量化する。また、特許文献２の発明では、アイレリーフは４０ｍｍと長いが、ｆ＝７０ｍｍとなり、装置が大型化する。ｆ＝２０ｍｍとした場合には、アイレリーフは１１．４ｍｍと短くなり、入射瞳径も最大でφ２ｍｍ（ｆ／１０）と小さい。さらに、樹脂レンズにより非球面を効果的に使用しているが、接合レンズを用いているためにレンズ厚が大きく、レンズの総厚（最も瞳に近いレンズ面から最も物体（像）に近いレンズ面までの距離）が長くなる。一方、特許文献３の発明では、視野角が３８°と狭く、レンズの構成枚数も多い。特許文献４の発明においても、視野角は３８°と狭い。さらに、特許文献５の発明では、双眼で観察するタイプであるため、レンズ径が大きくなる。また、焦点距離ｆが大きくなるため、観察倍率が小さくなり、視野角に制限が生じる。加えて、光学系の全長（最も瞳側に配置されたレンズの瞳側の面から物体（像）側の結像面までの距離）が１．８５〜２ｆ程度と大きい。
【０００８】
一般に、接眼レンズに対して広い視野角と十分長いアイレリーフとの両立を図ろうとすると、両要素間でトレードオフになる傾向があるために困難を伴う。これは、入射瞳から接眼レンズ前面（最も瞳に近いレンズ面の頂点）までの距離すなわちアイレリーフを長くとるほど、軸外光束の入射高が増大し、接眼レンズの径を拡大する必要が生じるためである。そして、レンズ径は視野角に比例して大きくなる。また、アイレリーフを長くとると、軸外収差の増大を招き、視野周辺の画質の低下を招きかねない。特に、暗視装置などで使用する接眼レンズの場合、暗所では人間の瞳孔がφ７〜８ｍｍと大きく開くため、大口径入射瞳(すなわちＦ値の小さい光学系)に設計する必要があり、性能の確保が一層困難になる。さらに、頭部装着用では、目の位置がずれたときにも周辺まで観察できるようにマージンを加えてより大きな入射瞳径に設定する必要があり、ロングアイレリーフであることも相まって一層設計を困難なものにしている。
【０００９】
一方、観察者が両眼で観測することを目的にした双接眼レンズ光学システムにおいては、長いアイリリーフと大口径入射瞳径を確保するためにレンズの構成枚数が増加することなどにより、必然的にレンズ構成が複雑になり、光学系の全長（第１レンズの第１面から結像面）が１．８５〜２．０ｆ程度と大きくなるだけでなく、両眼の眼幅に合わせるために焦点距離が長くなることで、接眼レンズの倍率も低下してしまう。
【００１０】
本発明は、このような問題点を解消するべく案出されたものであり、頭部に装着する小型軽量な接眼レンズに必要とされる単眼式接眼レンズもしくは同一の接眼レンズを２式配置した両眼式接眼レンズに適し、アイレリーフが長く、広視野にわたり良好な特性を持ち、尚且つ入射瞳径が大きい小型軽量な接眼レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の一側面によれば、瞳側から順に第１、第２および第３レンズ（１１、１２および１３）を配置してなる３群３枚構成の接眼レンズ（１）であって、前記第１レンズ（１１）は、ガラスを素材とする凸レンズであり、且つ全系の焦点距離をｆ、前記第１レンズの焦点距離をｆ１としたとき、０．３＜ｆ／ｆ１＜１を満足する屈折力を有するとともに、前記第１レンズのガラスの屈折率をｎ１としたとき、ｎ１＞１．７５を満足し、前記第１〜第３レンズの面（２１〜２６）のうち少なくとも３つ以上の面が非球面であり、前記第２および第３レンズの面（２３〜２６）のうち少なくとも１つの面が回折光学面である構成とする。
【００１２】
この構成によれば、０．３＜ｆ／ｆ１＜１を満足する多大な屈折力を第１レンズに持たせるとともに、接眼レンズを３群３枚構成としたことにより、入射瞳から出射される広視野の軸外光束を効果的に偏向させ、結像面へと導き入れることができるため、長いアイレリーフと広視野とを実現できるとともに、構成の簡素化およびレンズの総厚の短縮を実現できる。一方、第１レンズの大きな屈折力を与えたことにより大きな収差の発生が予想されるが、第１レンズのガラスの屈折率をｎ１＞１．７５としたことにより、第１レンズによる収差を最小に抑えることができる。また、薄型且つ少ない構成枚数で性能を確保するためには、球面レンズのみの構成では収差の補正が困難である。そこで、上記構成のように第１〜第３レンズに非球面を効果的（３面以上の複数面）に採用したことにより、収差、特に軸外の像面湾曲、コマ収差などを良好に補正できる。他方、色収差を補正するためには、異なる分散のガラス材料のレンズを接合した接合が効果的であるが、接合レンズを使用するとレンズの総厚および重量の増加を招くことになる。そこで、上記のように第２または第３レンズの少なくとも１つの面を回折光学面とすることにより、接合レンズを採用せずに単レンズのみの構成で色収差を良好に補正したうえで接眼レンズの軽量化を図り、尚且つ各レンズの中心厚が薄くなることでレンズの総厚を短くできる。
【００１３】
また、本発明の一側面によれば、前記第２レンズ（１２）は、瞳側に向けた凸面（２３）を有するメニスカス凸レンズまたはメニスカス凹レンズである構成とすることができる。
【００１４】
この構成によれば、第２レンズの瞳側に位置する面を凸面とすることで、軸外の光束に対して像面湾曲とコマ収差の発生を最小限に抑えることができる。また、接眼レンズの主点が前方（瞳側）に移動するため、光学系の全長を短縮することができる。
【００１５】
また、本発明の一側面によれば、入射瞳径をφ、アイレリーフをＲとしたとき、０．５＜φ×Ｒ／ｆ２＜０．８を満足する構成とすることができる。
【００１６】
φ×Ｒ／ｆ２の値が大きいほど、入射瞳径が大きくアイレリーフが長く、尚且つ広視野な接眼レンズであることを意味する。従って、この値が下限値を下回ると、入射瞳径が確保できないかもしくはアイレリーフの長さが不十分な接眼レンズであるということである。一方、上限値を超えると、入射瞳径およびアイレリーフ長さは確保しやすいが、広視野な接眼レンズを得るためにレンズ外径が大きくなる。このように、０．５＜φ×Ｒ／ｆ２＜０．８を満足する構成とすることにより、入射瞳径が大きくアイレリーフが長く、尚且つ小型の広視野接眼レンズを提供できる。
【００１７】
また、本発明の一側面によれば、前記第１〜第３レンズの総厚をΣｄ、アイレリーフをＲとしたとき、０．８＜Σｄ／Ｒ＜１を満足する構成とすることによりレンズの小型化を図ることができる。
【００１８】
長いアイレリーフを確保しつつ小型の接眼レンズを実現するためには、構成レンズ枚数を極力少なくし、尚且つ各レンズの中心厚およびレンズ間の間隔を短縮することが必要である。下限値を下回ると、長いアイレリーフを確保するのには有利な面があるが、レンズ総厚を短縮することになり、３枚の構成が実質的に困難となる。一方、レンズ総厚が大きくなると、レンズ全長ＴＬ（第１レンズの第１面から結像面）が増大し大型化するとともに、作動距離が短くなりアイレリーフの空間を侵食することになり、その結果長いアイレリーフの確保が困難になる。
【００１９】
上記の条件を満足するように設定することにより、前記第１レンズにおける瞳側に位置する第１面（２１）から物体側の結像面（２）までの距離をＴＬとしたとき、１．４＜ＴＬ／ｆ＜１．８を満足する小型の構成とすることができる。これにより、長いアイレリーフを確保しつつ小型の接眼レンズを実現することができる。
【００２０】
また、本発明の一側面によれば、前記回折光学面は、キノフォーム形状を呈する同心円状の輪帯を複数有し、前記輪帯の最小ピッチをｐとしたとき、２×１０−３＜ｐ＜３０×１０−３を満足する構成とすることができる。
【００２１】
回折光学面が同心円状に配置されたキノフォーム状の輪帯で構成されると、最小ピッチが小さくなるほど色消し効果は強くなるが、製造の困難度は増加する。逆に、最小ピッチが大きくなるほど製造は容易になるが、色消しの効果は弱くなる。この構成によれば、最小ピッチが３μｍ程度で済むため、精密機械加工などにより製造が容易であり、且つ色消しを効果的に行うことができる。なお、接眼レンズとしては可視色消しとなっていることが望ましいが、Ｐ２０など、暗視装置の蛍光面の発光特性によっては、可視域全域の色消しが必要でないこともある。その場合には、最小ピッチが比較的大きくても色消し効果があり、製造がより容易になる。
【００２２】
また、本発明の一側面によれば、前記第２および第３レンズが樹脂を素材とする構成とすることができる。
【００２３】
この構成によれば、機械加工により精密金型を製作しておき、これらを使用して第２および第３レンズを成形加工することで、生産性を向上できるとともに、接眼レンズの軽量化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
このように本発明によれば、アイレリーフが長く、広視野にわたり良好な特性を持ち、尚且つ入射瞳径が大きい小型軽量な暗視装置に好適な接眼レンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例１に係る接眼レンズの構成図
【図２】実施例２に係る接眼レンズの構成図
【図３】実施例３に係る接眼レンズの構成図
【図４】実施例４に係る接眼レンズの構成図
【図５】実施例５に係る接眼レンズの構成図
【図６】実施例１に係る接眼レンズの諸収差図
【図７】実施例２に係る接眼レンズの諸収差図
【図８】実施例３に係る接眼レンズの諸収差図
【図９】実施例４に係る接眼レンズの諸収差図
【図１０】実施例５に係る接眼レンズの諸収差図
【図１１】実施形態に係る接眼レンズと従来例との比較表
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１に示すように、本発明に係る接眼レンズ１は、画像表示面２（物体側の結像面）に形成された像を拡大観察するために暗視光学装置に装着されるものであり、瞳（入射瞳位置）側から順に第１レンズ１１、第２レンズ１２および第３レンズ１３が配置されてなる３群３枚構成の接眼光学系である。画像表示面２には、暗視光学装置の対物レンズで集光された微弱な光がイメージ増倍管で増倍されて表示される。以下、第１〜第３レンズ１１〜１３の６つの面を、瞳側から順に第１面２１〜第６面２６と称するものとする。
【００２８】
第１レンズ１１は、ガラスを素材とする凸レンズであり、瞳側に向く第１面２１が凸面となっている。接眼レンズ１の全系の焦点距離をｆ、第１レンズ１１の焦点距離をｆ１、第１レンズ１１のガラスの屈折率をｎ１としたとき、第１レンズ１１は、０．３＜ｆ／ｆ１＜１を満足する屈折力を有するとともに、ｎ１＞１．７５を満足する構成となっている。第２レンズ１２は、樹脂を素材とし、瞳側に向けた第３面２３が凸面をなすとともに、画像表示面２に向けた第４面２４が凹面をなすメニスカスレンズである。第３レンズ１３は樹脂を素材とする凸レンズである。第１〜第３レンズ１１〜１３の６つの面（第１面２１〜第６面２６）のうち少なくとも３つ以上の面が非球面とされている。
【００２９】
非球面形状を表す式は、下式（１）と表される。
【数１】
ただし、
ｃ：球面の頂点の曲率（曲率半径ｒの逆数） ｃ＝１／ｒ
ｙ：光軸からの高さ
ｋ：円錐定数
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ：４次、６次、８次、１０次の非球面係数
である。
【００３０】
また、第２および第３レンズ１２、１３の４つの面（第３面２３〜第６面２６）のうち少なくとも１つの面が、キノフォーム形状を呈する輪帯を同心円上に複数配置した回折光学面とされている。
【００３１】
回折光学面の位相関数は、下式（２）と表される。
φ（ｙ）＝Ｐ２ｙ２＋Ｐ４ｙ４＋Ｐ６ｙ６＋・・ （２）
ただし、
ｙ：光軸からの高さ
Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６, ……：２次、４次、６次、……の非球面係数
である。
【００３２】
接眼レンズ１の入射瞳径をφ、アイレリーフをＲ、第１〜第３レンズ１１〜１３の総厚をΣｄとしたとき、接眼レンズ１は、０．５＜φ×Ｒ／ｆ２＜０．８を満足し、０．８＜Σｄ／Ｒ＜１を満足する。また、光学系の全長、すなわち第１レンズ１１における瞳側に位置する第１面２１から画像表示面２までの距離をＴＬとしたとき、接眼レンズ１は、１．４＜ＴＬ／ｆ＜１．８を満足する。さらに、回折光学面は、輪帯の最小ピッチをｐとしたとき、２×１０−３＜ｐ＜３０×１０−３を満足する。
【００３３】
以下、図１に示す構成を実施例１とし、他の実施例２〜５を加えた５つの実施例について、図２〜図５の構成図および図１１の比較表を参照しながら順次説明する。
【実施例１】
【００３４】
実施例１のレンズデータを表１〜表３に示す。
【表１】
【表２】
【表３】
【００３５】
本実施例では、図１および表１〜３に示すように、第１レンズ１１は凸レンズであり、その両面（第１面２１および第２面２２）が非球面とされている。第２レンズ１２はメニスカス凹レンズであり、その両面（第３面２３および第４面２４）が非球面とされている。第３レンズ１３は、その両面（第５面２５および第６面２６）が非球面とされるとともに、瞳側に位置する第５面２５が回折光学面とされている。
【００３６】
図１１に示すように、本実施例に係る接眼レンズ１は、全系の焦点距離ｆが１９．９３ｍｍであり、第１レンズ１１の焦点距離ｆ１が２５．９３８ｍｍである。したがって、ｆ／ｆ１＝０．７６８となり、０．３＜ｆ／ｆ１＜１を満足する。第１レンズ１１のガラスの屈折率ｎ１は、１．８５０６０であり、接眼レンズ１はｎ１＞１．７５を満足する。また、接眼レンズ１の入射瞳径φは１０ｍｍ（ｆ／１．９９）となり、アイレリーフＲは２５ｍｍ（１．２５４ｆ）となる。したがって、φ×Ｒ／ｆ２＝０．６２９となり、接眼レンズ１は０．５＜φ×Ｒ／ｆ２＜０．８を満足する。第１〜第３レンズ１１〜１３の総厚Σｄは２２．１６７であり、Σｄ／Ｒ＝０．８８７となり、接眼レンズ１は０．８＜Σｄ／Ｒ＜１を満足する。また、ＴＬ／ｆ＝１．５３８であり、接眼レンズ１は１．４＜ＴＬ／ｆ＜１．８を満足する。第３レンズ１３（第５面２５）に形成された回折光学面の輪帯の最小ピッチｐは０．００５８６７ｍｍである。したがって、接眼レンズ１は２×１０−３＜ｐ＜３０×１０−３を満足する。また、接眼レンズ１の視野角２ωは５１°であり、Ｆ値は１．９９である。諸収差は図６に示す通りである。
【実施例２】
【００３７】
実施例２のレンズデータを表４〜表６に示す。
【表４】
【表５】
【表６】
【００３８】
本実施例では、図２および表４〜６に示すように、第１レンズ１１はメニスカス凸レンズである。第２レンズ１２はメニスカス凸レンズであり、その両面（第３面２３および第４面２４）が非球面とされている。第３レンズ１３は、その両面（第５面２５および第６面２６）が非球面とされた凸レンズであり、瞳側の第５面２５が回折光学面とされている。
【００３９】
図１１に示すように、本実施例に係る接眼レンズ１は、全系の焦点距離ｆが１９．８７ｍｍであり、第１レンズ１１の焦点距離ｆ１が３９．８９９ｍｍである。したがって、ｆ／ｆ１＝０．４９８となり、０．３＜ｆ／ｆ１＜１を満足する。第１レンズ１１のガラスの屈折率ｎ１は、２．００３３００であり、接眼レンズ１はｎ１＞１．７５を満足する。また、接眼レンズ１の入射瞳径φは１２ｍｍ（ｆ／１．６６）となり、アイレリーフＲは２５ｍｍ（１．２５８ｆ）となる。したがって、φ×Ｒ／ｆ２＝０．７６０となり、接眼レンズ１は０．５＜φ×Ｒ／ｆ２＜０．８を満足する。第１〜第３レンズ１１〜１３の総厚Σｄは２３．５９６であり、Σｄ／Ｒ＝０．９４４となり、接眼レンズ１は０．８＜Σｄ／Ｒ＜１を満足する。また、ＴＬ／ｆ＝１．５１４であり、接眼レンズ１は１．４＜ＴＬ／ｆ＜１．８を満足する。第３レンズ１３（第５面２５）に形成された回折光学面の輪帯の最小ピッチｐは０．００３５９９ｍｍである。したがって、接眼レンズ１は２×１０−３＜ｐ＜３０×１０−３を満足する。また、接眼レンズ１の視野角２ωは５２°であり、Ｆ値は１．６６である。諸収差は図７に示す通りである。
【実施例３】
【００４０】
実施例３のレンズデータを表７〜表９に示す。
【表７】
【表８】
【表９】
【００４１】
本実施例では、図３および表７〜９に示すように、第１レンズ１１はメニスカス凸レンズである。第２レンズ１２はその両面（第３面２３および第４面２４）が非球面とされたメニスカス凸レンズであり、画像表示面２側の第４面２４が回折光学面とされている。第３レンズ１３は、その両面（第５面２５および第６面２６）が非球面とされている。
【００４２】
図１１に示すように、本実施例に係る接眼レンズ１は、全系の焦点距離ｆが２０．８ｍｍであり、第１レンズ１１の焦点距離ｆ１が４２．８５ｍｍである。したがって、ｆ／ｆ１＝０．４８５となり、０．３＜ｆ／ｆ１＜１を満足する。第１レンズ１１のガラスの屈折率ｎ１は、１．８８３００であり、接眼レンズ１はｎ１＞１．７５を満足する。また、接眼レンズ１の入射瞳径φは１０ｍｍ（ｆ／２．０８）となり、アイレリーフＲは２５ｍｍ（１．２０２ｆ）となる。したがって、φ×Ｒ／ｆ２＝０．５７８となり、接眼レンズ１は０．５＜φ×Ｒ／ｆ２＜０．８を満足する。第１〜第３レンズ１１〜１３の総厚Σｄは２２．３００であり、Σｄ／Ｒ＝０．８９２となり、接眼レンズ１は０．８＜Σｄ／Ｒ＜１を満足する。また、ＴＬ／ｆ＝１．４３５であり、接眼レンズ１は１．４＜ＴＬ／ｆ＜１．８を満足する。第２レンズ１２（第４面２４）に形成された回折光学面の輪帯の最小ピッチｐは０．００７７３２ｍｍである。したがって、接眼レンズ１は２×１０−３＜ｐ＜３０×１０−３を満足する。また、接眼レンズ１の視野角２ωは５１°であり、Ｆ値は２．０８である。諸収差は図８に示す通りである。
【実施例４】
【００４３】
実施例４のレンズデータを表１０〜表１２に示す。
【表１０】
【表１１】
【表１２】
【００４４】
本実施例では、図４および表１０〜１２に示すように、第１レンズ１１はメニスカス凸レンズである。第２レンズ１２はメニスカス凸レンズであり、その両面（第３面２３および第４面２４）が非球面とされている。第３レンズ１３は、その両面（第５面２５および第６面２６）が非球面とされた凸レンズであり、画像表示面２側の第６面２６が回折光学面とされている。
【００４５】
図１１に示すように、本実施例に係る接眼レンズ１は、全系の焦点距離ｆが１９．８ｍｍであり、第１レンズ１１の焦点距離ｆ１が３９．８９９ｍｍである。したがって、ｆ／ｆ１＝０．４９６となり、０．３＜ｆ／ｆ１＜１を満足する。第１レンズ１１のガラスの屈折率ｎ１は、２．００３３０であり、接眼レンズ１はｎ１＞１．７５を満足する。また、接眼レンズ１の入射瞳径φは１０ｍｍ（ｆ／１．９８）となり、アイレリーフＲは２６．５ｍｍ（１．３３８ｆ）となる。したがって、φ×Ｒ／ｆ２＝０．６７６となり、接眼レンズ１は０．５＜φ×Ｒ／ｆ２＜０．８を満足する。第１〜第３レンズ１１〜１３の総厚Σｄは２３．９１４であり、Σｄ／Ｒ＝０．９０２となり、接眼レンズ１は０．８＜Σｄ／Ｒ＜１を満足する。また、ＴＬ／ｆ＝１．５２４であり、接眼レンズ１は１．４＜ＴＬ／ｆ＜１．８を満足する。第３レンズ１３（第６面２６）に形成された回折光学面の輪帯の最小ピッチｐは０．００３６３４ｍｍである。したがって、接眼レンズ１は２×１０−３＜ｐ＜３０×１０−３を満足する。また、接眼レンズ１の視野角２ωは５０°であり、Ｆ値は１．９８である。諸収差は図９に示す通りである。
【実施例５】
【００４６】
実施例５のレンズデータを表１３〜表１５に示す。
【表１３】
【表１４】
【表１５】
【００４７】
本実施例では、図５および表１３〜１５に示すように、第１レンズ１１はその両面（第１面２１および第２面２２）が非球面とされた凸レンズである。第２レンズ１２はメニスカス凹レンズであり、その両面（第３面２３および第４面２４）が非球面とされている。第３レンズ１３は、その両面（第５面２５および第６面２６）が非球面とされるとともに、瞳側の第５面２５が回折光学面とされている。
【００４８】
図１１に示すように、本実施例に係る接眼レンズ１は、全系の焦点距離ｆが１９．８８ｍｍであり、第１レンズ１１の焦点距離ｆ１が２２．４４９ｍｍである。したがって、ｆ／ｆ１＝０．８８６となり、０．３＜ｆ／ｆ１＜１を満足する。第１レンズ１１のガラスの屈折率ｎ１は、１．８１４８２であり、接眼レンズ１はｎ１＞１．７５を満足する。また、接眼レンズ１の入射瞳径φは１０ｍｍ（ｆ／１．９９）となり、アイレリーフＲは２５ｍｍ（１．２５８ｆ）となる。したがって、φ×Ｒ／ｆ２＝０．６３３となり、接眼レンズ１は０．５＜φ×Ｒ／ｆ２＜０．８を満足する。第１〜第３レンズ１１〜１３の総厚Σｄは２１．０４８であり、Σｄ／Ｒ＝０．８４２となり、接眼レンズ１は０．８＜Σｄ／Ｒ＜１を満足する。また、ＴＬ／ｆ＝１．４８８であり、接眼レンズ１は１．４＜ＴＬ／ｆ＜１．８を満足する。第３レンズ１３（第５面２５）に形成された回折光学面の輪帯の最小ピッチｐは０．００６４２２ｍｍである。したがって、接眼レンズ１は２×１０−３＜ｐ＜３０×１０−３を満足する。また、接眼レンズ１の視野角２ωは５１°であり、Ｆ値は１．９９である。諸収差は図１０に示す通りである。
【００４９】
このようにいずれの実施例においても、０．３＜ｆ／ｆ１＜１を満足する多大な屈折力を第１レンズ１１に持たせるとともに、接眼レンズ１を３群３枚構成としたことにより、入射瞳から出射される広視野の軸外光束を効果的に偏向させ、画像表示面２へと導き入れることができるため、長いアイレリーフＲと広視野とを実現できるとともに、構成の簡素化およびレンズの総厚Σｄの短縮を実現できる。一方、第１レンズ１１に大きな屈折力を与えると大きな収差の発生が予想されるが、第１レンズ１１のガラスの屈折率ｎ１をｎ１＞１．７５としたことにより、第１レンズ１１による収差を最小に抑えることができる。また、薄型且つ少ない構成枚数で性能を確保するためには、球面レンズのみの構成では収差の補正が困難になるが、第１〜第３レンズ１１〜１３に非球面を効果的（３面以上）に採用したことにより、収差、特に軸外の像面湾曲、コマ収差などを良好に補正できる。他方、色収差を補正するために、第２または第３レンズ１２、１３の少なくとも１つの面を回折光学面としたことにより、接合レンズを採用せずに単レンズのみの構成で色収差を良好に補正したうえで接眼レンズ１の軽量化を図り、尚且つ各レンズの中心厚が薄くなることでレンズの総厚Σｄを短くできる。
【００５０】
また、第２レンズ１２の瞳側に位置する第３面２３が凸面とされたことにより、軸外の光束に対して像面湾曲とコマ収差の発生が最小限に抑えられる。また、接眼レンズ１の主点が前方（瞳側）に移動するため、光学系の全長（ＴＬ）の短縮が可能となる。なお、本願発明者は、第２レンズ１２の向きのみを逆にして各レンズを配置した場合について確認したところ、第１〜第５実施例においてＴＬの値がそれぞれ２．１３ｍｍ、２．８５ｍｍ、２．８１ｍｍ、２．４６ｍｍおよび１．６９ｍｍ大きくなった。つまり、第２レンズ１２の向きが光学系の全長の短縮に寄与することが確認された。
【００５１】
また、０．５＜φ×Ｒ／ｆ２＜０．８を満足することで、入射瞳径φが大きくアイレリーフＲが長く、尚且つ小型で広視野な接眼レンズ１を提供できる。また、接眼レンズ１が０．８＜Σｄ／Ｒ＜１或いは１．４＜ＴＬ／ｆ＜１．８を満足することにより、各レンズの中心厚およびレンズ間の間隔が短縮され、レンズの総厚Σｄの短縮が可能となる。また、接眼レンズ１が２×１０−３＜ｐ＜３０×１０−３を満足することにより、輪帯の最小ピッチｐは精密機械加工などにより製造が容易であり、且つ色消しを効果的に行うことができる。また、第２および第３レンズ１２、１３が樹脂を素材とすることにより、機械加工により精密金型を製作しておき、これらを使用して第２および第３レンズ１２、１３を成形加工できるため、生産性を向上できるとともに、接眼レンズ１の軽量化が可能である。
【００５２】
一方、図１１に比較例として示す従来技術では、特許文献１（米国特許第４０５４３７０号明細書）の構成の場合、視野角２ωは５１．２°と広角であるが、Ｆ値が５．３と大きく、入射瞳径φが５ｍｍとなり、大口径入射瞳径を実現できない。また、φ×Ｒ／ｆ２が０．２１４と極端に小さく、ＴＬ／ｆも１．３６９であり、１．４未満とならない。また、特許文献２（特開平１１−１３３３１６号公報）の構成では、視野角２ωが４０．８°と狭いうえ、φ×Ｒ／ｆ２も０．０３２と小さ過ぎる。特許文献３（特開２０００−１０５３４４号公報）および特許文献４の構成でも、視野角２ωがそれぞれ４１．８°および３８．８°と小さく、レンズ重量も大きくなる。特許文献５（特開平５−２１００５４号公報）の構成では、具体的なデータが開示されていないため、シミュレーションができず正確な数値を算出することはできないが、推定値での比較では、やはり視野角２ωが４０°と狭く、ＴＬ／ｆも１．８５０と大きい。なお、特許文献５の推定値は、同明細書中の「先行技術では焦点距離の約２倍を有するのに対して、全長を１５％短縮できた」との記載より、ＴＬ／ｆを１．８５０とし、両眼で観察する双接眼レンズであることから、平均的な眼幅６０〜７０ｍｍを指標として、図より各長さ（アイレリーフＲ、Σｄ、入射瞳径φ）を推定し、視野角２ωついては図の光路をもとに推定した。
【００５３】
特許文献５の技術には、３群３枚構成の双接眼レンズが開示されており、一見すると本発明の構成に近いように見えるが、この発明は、Ｆ値＜１となるような大口径レンズを達成するために全長が大きくなり、球面収差や色収差の補正には有利な構成となっているが、像面湾曲やコマ収差の補正には不利な構成であり、本発明のような５０°を超える程度の広視野を達成することもできない。つまり、特許文献５の構成は、単眼式接眼レンズや両眼式接眼レンズと比較して、同じ映像を両眼で観察できるメリットがある反面、小型化や広視野化に不利となっている。
【００５４】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、本発明に係る接眼レンズ１を暗視光学装置に適用しているが、他の装置に適用することも可能である。また、接眼レンズ１を構成する各部材の具体的形状や配置などは、上記実施例に限ることなく本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 接眼レンズ
２ 画像表示面（物体側の結像面）
１１ 第１レンズ
１２ 第２レンズ
１３ 第３レンズ
２１ 第１面（第１レンズ１１の瞳側の面）
２３ 第３面（第２レンズ１２の瞳側の面）
２４ 第４面（第２レンズ１２の画像表示面１２側の面）
２５ 第５面（第３レンズ１３の瞳側の面）
２６ 第６面（第３レンズ１３の画像表示面１２側の面）
Ｒ アイレリーフ
ｆ 焦点距離
ｆ１ 第１レンズ１１の焦点距離
ｎ１ 第１レンズ１１の屈折率
ｐ 輪帯の最小ピッチ
Σｄ レンズの総厚
【技術分野】
【０００１】
本発明は、暗視装置の液晶表示などの画像を拡大するための表示画像観察装置に好適な接眼レンズに係り、特に、暗視光学装置において対物レンズで集光した微弱な光をイメージ増倍管で増倍し、その表示面に形成された像を拡大観察するための光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
広視野で長いアイレリーフを有する接眼レンズとして、ガラス接合レンズを含む５枚レンズ構成により、視野角：５１．２°、アイレリーフ：１．１８ｆ（ｆは焦点距離）という広視野で長いアイレリーフを可能にした発明が知られている（特許文献１）。
【０００３】
また、瞳が入射瞳位置からずれても広い画角にわたって虚像が見えるようにした接眼レンズとして、２群４枚レンズ構成で非球面の樹脂レンズ面を効果的に使用した発明が提案されている（特許文献２）。この発明では、視野角：４０．８°、アイレリーフ：４０ｍｍを達成している。
【０００４】
暗視光学装置の表示を観察するための接眼レンズとしては、４群６枚もしくは５群６枚レンズ構成などにより、アイレリーフ：２５ｍｍ（ｆ＝２０ｍｍの場合、１８．５ｍｍ）、入射瞳径：φ１５ｍｍ（ｆ＝２０ｍｍの場合、入射瞳径：φ１１．１ｍｍ）を達成する発明が提案されている（特許文献３）。同じく、暗視光学装置の表示を観察するための接眼レンズとして、ＤＯＥ（Diffractive Optical Element：回折光学素子）面を活用することで、４枚レンズ構成としてコンパクト化を図った発明も提案されている（特許文献４）。
【０００５】
さらに、色収差を補正し、小型化および軽量化を図った双接眼レンズシステムとして、３群３枚レンズ構成とし、そのうち１面をＤＯＥ面とした発明なども提案されている（特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４０５４３７０号明細書
【特許文献２】特開平１１−１３３３１６号公報
【特許文献３】特開２０００−１０５３４４号公報
【特許文献４】特開２００１−６６５２２号公報
【特許文献５】特開平５−２１００５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の発明では、Ｆ値がｆ／５．３であるため、ｆ＝２０ｍｍの場合には入射瞳径がφ３．８ｍｍとなり、暗所での用途には小さ過ぎて明るい像を観察できない。また、ガラス重量が６０ｇ程度になり、装置が重量化する。また、特許文献２の発明では、アイレリーフは４０ｍｍと長いが、ｆ＝７０ｍｍとなり、装置が大型化する。ｆ＝２０ｍｍとした場合には、アイレリーフは１１．４ｍｍと短くなり、入射瞳径も最大でφ２ｍｍ（ｆ／１０）と小さい。さらに、樹脂レンズにより非球面を効果的に使用しているが、接合レンズを用いているためにレンズ厚が大きく、レンズの総厚（最も瞳に近いレンズ面から最も物体（像）に近いレンズ面までの距離）が長くなる。一方、特許文献３の発明では、視野角が３８°と狭く、レンズの構成枚数も多い。特許文献４の発明においても、視野角は３８°と狭い。さらに、特許文献５の発明では、双眼で観察するタイプであるため、レンズ径が大きくなる。また、焦点距離ｆが大きくなるため、観察倍率が小さくなり、視野角に制限が生じる。加えて、光学系の全長（最も瞳側に配置されたレンズの瞳側の面から物体（像）側の結像面までの距離）が１．８５〜２ｆ程度と大きい。
【０００８】
一般に、接眼レンズに対して広い視野角と十分長いアイレリーフとの両立を図ろうとすると、両要素間でトレードオフになる傾向があるために困難を伴う。これは、入射瞳から接眼レンズ前面（最も瞳に近いレンズ面の頂点）までの距離すなわちアイレリーフを長くとるほど、軸外光束の入射高が増大し、接眼レンズの径を拡大する必要が生じるためである。そして、レンズ径は視野角に比例して大きくなる。また、アイレリーフを長くとると、軸外収差の増大を招き、視野周辺の画質の低下を招きかねない。特に、暗視装置などで使用する接眼レンズの場合、暗所では人間の瞳孔がφ７〜８ｍｍと大きく開くため、大口径入射瞳(すなわちＦ値の小さい光学系)に設計する必要があり、性能の確保が一層困難になる。さらに、頭部装着用では、目の位置がずれたときにも周辺まで観察できるようにマージンを加えてより大きな入射瞳径に設定する必要があり、ロングアイレリーフであることも相まって一層設計を困難なものにしている。
【０００９】
一方、観察者が両眼で観測することを目的にした双接眼レンズ光学システムにおいては、長いアイリリーフと大口径入射瞳径を確保するためにレンズの構成枚数が増加することなどにより、必然的にレンズ構成が複雑になり、光学系の全長（第１レンズの第１面から結像面）が１．８５〜２．０ｆ程度と大きくなるだけでなく、両眼の眼幅に合わせるために焦点距離が長くなることで、接眼レンズの倍率も低下してしまう。
【００１０】
本発明は、このような問題点を解消するべく案出されたものであり、頭部に装着する小型軽量な接眼レンズに必要とされる単眼式接眼レンズもしくは同一の接眼レンズを２式配置した両眼式接眼レンズに適し、アイレリーフが長く、広視野にわたり良好な特性を持ち、尚且つ入射瞳径が大きい小型軽量な接眼レンズを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の一側面によれば、瞳側から順に第１、第２および第３レンズ（１１、１２および１３）を配置してなる３群３枚構成の接眼レンズ（１）であって、前記第１レンズ（１１）は、ガラスを素材とする凸レンズであり、且つ全系の焦点距離をｆ、前記第１レンズの焦点距離をｆ１としたとき、０．３＜ｆ／ｆ１＜１を満足する屈折力を有するとともに、前記第１レンズのガラスの屈折率をｎ１としたとき、ｎ１＞１．７５を満足し、前記第１〜第３レンズの面（２１〜２６）のうち少なくとも３つ以上の面が非球面であり、前記第２および第３レンズの面（２３〜２６）のうち少なくとも１つの面が回折光学面である構成とする。
【００１２】
この構成によれば、０．３＜ｆ／ｆ１＜１を満足する多大な屈折力を第１レンズに持たせるとともに、接眼レンズを３群３枚構成としたことにより、入射瞳から出射される広視野の軸外光束を効果的に偏向させ、結像面へと導き入れることができるため、長いアイレリーフと広視野とを実現できるとともに、構成の簡素化およびレンズの総厚の短縮を実現できる。一方、第１レンズの大きな屈折力を与えたことにより大きな収差の発生が予想されるが、第１レンズのガラスの屈折率をｎ１＞１．７５としたことにより、第１レンズによる収差を最小に抑えることができる。また、薄型且つ少ない構成枚数で性能を確保するためには、球面レンズのみの構成では収差の補正が困難である。そこで、上記構成のように第１〜第３レンズに非球面を効果的（３面以上の複数面）に採用したことにより、収差、特に軸外の像面湾曲、コマ収差などを良好に補正できる。他方、色収差を補正するためには、異なる分散のガラス材料のレンズを接合した接合が効果的であるが、接合レンズを使用するとレンズの総厚および重量の増加を招くことになる。そこで、上記のように第２または第３レンズの少なくとも１つの面を回折光学面とすることにより、接合レンズを採用せずに単レンズのみの構成で色収差を良好に補正したうえで接眼レンズの軽量化を図り、尚且つ各レンズの中心厚が薄くなることでレンズの総厚を短くできる。
【００１３】
また、本発明の一側面によれば、前記第２レンズ（１２）は、瞳側に向けた凸面（２３）を有するメニスカス凸レンズまたはメニスカス凹レンズである構成とすることができる。
【００１４】
この構成によれば、第２レンズの瞳側に位置する面を凸面とすることで、軸外の光束に対して像面湾曲とコマ収差の発生を最小限に抑えることができる。また、接眼レンズの主点が前方（瞳側）に移動するため、光学系の全長を短縮することができる。
【００１５】
また、本発明の一側面によれば、入射瞳径をφ、アイレリーフをＲとしたとき、０．５＜φ×Ｒ／ｆ２＜０．８を満足する構成とすることができる。
【００１６】
φ×Ｒ／ｆ２の値が大きいほど、入射瞳径が大きくアイレリーフが長く、尚且つ広視野な接眼レンズであることを意味する。従って、この値が下限値を下回ると、入射瞳径が確保できないかもしくはアイレリーフの長さが不十分な接眼レンズであるということである。一方、上限値を超えると、入射瞳径およびアイレリーフ長さは確保しやすいが、広視野な接眼レンズを得るためにレンズ外径が大きくなる。このように、０．５＜φ×Ｒ／ｆ２＜０．８を満足する構成とすることにより、入射瞳径が大きくアイレリーフが長く、尚且つ小型の広視野接眼レンズを提供できる。
【００１７】
また、本発明の一側面によれば、前記第１〜第３レンズの総厚をΣｄ、アイレリーフをＲとしたとき、０．８＜Σｄ／Ｒ＜１を満足する構成とすることによりレンズの小型化を図ることができる。
【００１８】
長いアイレリーフを確保しつつ小型の接眼レンズを実現するためには、構成レンズ枚数を極力少なくし、尚且つ各レンズの中心厚およびレンズ間の間隔を短縮することが必要である。下限値を下回ると、長いアイレリーフを確保するのには有利な面があるが、レンズ総厚を短縮することになり、３枚の構成が実質的に困難となる。一方、レンズ総厚が大きくなると、レンズ全長ＴＬ（第１レンズの第１面から結像面）が増大し大型化するとともに、作動距離が短くなりアイレリーフの空間を侵食することになり、その結果長いアイレリーフの確保が困難になる。
【００１９】
上記の条件を満足するように設定することにより、前記第１レンズにおける瞳側に位置する第１面（２１）から物体側の結像面（２）までの距離をＴＬとしたとき、１．４＜ＴＬ／ｆ＜１．８を満足する小型の構成とすることができる。これにより、長いアイレリーフを確保しつつ小型の接眼レンズを実現することができる。
【００２０】
また、本発明の一側面によれば、前記回折光学面は、キノフォーム形状を呈する同心円状の輪帯を複数有し、前記輪帯の最小ピッチをｐとしたとき、２×１０−３＜ｐ＜３０×１０−３を満足する構成とすることができる。
【００２１】
回折光学面が同心円状に配置されたキノフォーム状の輪帯で構成されると、最小ピッチが小さくなるほど色消し効果は強くなるが、製造の困難度は増加する。逆に、最小ピッチが大きくなるほど製造は容易になるが、色消しの効果は弱くなる。この構成によれば、最小ピッチが３μｍ程度で済むため、精密機械加工などにより製造が容易であり、且つ色消しを効果的に行うことができる。なお、接眼レンズとしては可視色消しとなっていることが望ましいが、Ｐ２０など、暗視装置の蛍光面の発光特性によっては、可視域全域の色消しが必要でないこともある。その場合には、最小ピッチが比較的大きくても色消し効果があり、製造がより容易になる。
【００２２】
また、本発明の一側面によれば、前記第２および第３レンズが樹脂を素材とする構成とすることができる。
【００２３】
この構成によれば、機械加工により精密金型を製作しておき、これらを使用して第２および第３レンズを成形加工することで、生産性を向上できるとともに、接眼レンズの軽量化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
このように本発明によれば、アイレリーフが長く、広視野にわたり良好な特性を持ち、尚且つ入射瞳径が大きい小型軽量な暗視装置に好適な接眼レンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例１に係る接眼レンズの構成図
【図２】実施例２に係る接眼レンズの構成図
【図３】実施例３に係る接眼レンズの構成図
【図４】実施例４に係る接眼レンズの構成図
【図５】実施例５に係る接眼レンズの構成図
【図６】実施例１に係る接眼レンズの諸収差図
【図７】実施例２に係る接眼レンズの諸収差図
【図８】実施例３に係る接眼レンズの諸収差図
【図９】実施例４に係る接眼レンズの諸収差図
【図１０】実施例５に係る接眼レンズの諸収差図
【図１１】実施形態に係る接眼レンズと従来例との比較表
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１に示すように、本発明に係る接眼レンズ１は、画像表示面２（物体側の結像面）に形成された像を拡大観察するために暗視光学装置に装着されるものであり、瞳（入射瞳位置）側から順に第１レンズ１１、第２レンズ１２および第３レンズ１３が配置されてなる３群３枚構成の接眼光学系である。画像表示面２には、暗視光学装置の対物レンズで集光された微弱な光がイメージ増倍管で増倍されて表示される。以下、第１〜第３レンズ１１〜１３の６つの面を、瞳側から順に第１面２１〜第６面２６と称するものとする。
【００２８】
第１レンズ１１は、ガラスを素材とする凸レンズであり、瞳側に向く第１面２１が凸面となっている。接眼レンズ１の全系の焦点距離をｆ、第１レンズ１１の焦点距離をｆ１、第１レンズ１１のガラスの屈折率をｎ１としたとき、第１レンズ１１は、０．３＜ｆ／ｆ１＜１を満足する屈折力を有するとともに、ｎ１＞１．７５を満足する構成となっている。第２レンズ１２は、樹脂を素材とし、瞳側に向けた第３面２３が凸面をなすとともに、画像表示面２に向けた第４面２４が凹面をなすメニスカスレンズである。第３レンズ１３は樹脂を素材とする凸レンズである。第１〜第３レンズ１１〜１３の６つの面（第１面２１〜第６面２６）のうち少なくとも３つ以上の面が非球面とされている。
【００２９】
非球面形状を表す式は、下式（１）と表される。
【数１】
ただし、
ｃ：球面の頂点の曲率（曲率半径ｒの逆数） ｃ＝１／ｒ
ｙ：光軸からの高さ
ｋ：円錐定数
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ：４次、６次、８次、１０次の非球面係数
である。
【００３０】
また、第２および第３レンズ１２、１３の４つの面（第３面２３〜第６面２６）のうち少なくとも１つの面が、キノフォーム形状を呈する輪帯を同心円上に複数配置した回折光学面とされている。
【００３１】
回折光学面の位相関数は、下式（２）と表される。
φ（ｙ）＝Ｐ２ｙ２＋Ｐ４ｙ４＋Ｐ６ｙ６＋・・ （２）
ただし、
ｙ：光軸からの高さ
Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６, ……：２次、４次、６次、……の非球面係数
である。
【００３２】
接眼レンズ１の入射瞳径をφ、アイレリーフをＲ、第１〜第３レンズ１１〜１３の総厚をΣｄとしたとき、接眼レンズ１は、０．５＜φ×Ｒ／ｆ２＜０．８を満足し、０．８＜Σｄ／Ｒ＜１を満足する。また、光学系の全長、すなわち第１レンズ１１における瞳側に位置する第１面２１から画像表示面２までの距離をＴＬとしたとき、接眼レンズ１は、１．４＜ＴＬ／ｆ＜１．８を満足する。さらに、回折光学面は、輪帯の最小ピッチをｐとしたとき、２×１０−３＜ｐ＜３０×１０−３を満足する。
【００３３】
以下、図１に示す構成を実施例１とし、他の実施例２〜５を加えた５つの実施例について、図２〜図５の構成図および図１１の比較表を参照しながら順次説明する。
【実施例１】
【００３４】
実施例１のレンズデータを表１〜表３に示す。
【表１】
【表２】
【表３】
【００３５】
本実施例では、図１および表１〜３に示すように、第１レンズ１１は凸レンズであり、その両面（第１面２１および第２面２２）が非球面とされている。第２レンズ１２はメニスカス凹レンズであり、その両面（第３面２３および第４面２４）が非球面とされている。第３レンズ１３は、その両面（第５面２５および第６面２６）が非球面とされるとともに、瞳側に位置する第５面２５が回折光学面とされている。
【００３６】
図１１に示すように、本実施例に係る接眼レンズ１は、全系の焦点距離ｆが１９．９３ｍｍであり、第１レンズ１１の焦点距離ｆ１が２５．９３８ｍｍである。したがって、ｆ／ｆ１＝０．７６８となり、０．３＜ｆ／ｆ１＜１を満足する。第１レンズ１１のガラスの屈折率ｎ１は、１．８５０６０であり、接眼レンズ１はｎ１＞１．７５を満足する。また、接眼レンズ１の入射瞳径φは１０ｍｍ（ｆ／１．９９）となり、アイレリーフＲは２５ｍｍ（１．２５４ｆ）となる。したがって、φ×Ｒ／ｆ２＝０．６２９となり、接眼レンズ１は０．５＜φ×Ｒ／ｆ２＜０．８を満足する。第１〜第３レンズ１１〜１３の総厚Σｄは２２．１６７であり、Σｄ／Ｒ＝０．８８７となり、接眼レンズ１は０．８＜Σｄ／Ｒ＜１を満足する。また、ＴＬ／ｆ＝１．５３８であり、接眼レンズ１は１．４＜ＴＬ／ｆ＜１．８を満足する。第３レンズ１３（第５面２５）に形成された回折光学面の輪帯の最小ピッチｐは０．００５８６７ｍｍである。したがって、接眼レンズ１は２×１０−３＜ｐ＜３０×１０−３を満足する。また、接眼レンズ１の視野角２ωは５１°であり、Ｆ値は１．９９である。諸収差は図６に示す通りである。
【実施例２】
【００３７】
実施例２のレンズデータを表４〜表６に示す。
【表４】
【表５】
【表６】
【００３８】
本実施例では、図２および表４〜６に示すように、第１レンズ１１はメニスカス凸レンズである。第２レンズ１２はメニスカス凸レンズであり、その両面（第３面２３および第４面２４）が非球面とされている。第３レンズ１３は、その両面（第５面２５および第６面２６）が非球面とされた凸レンズであり、瞳側の第５面２５が回折光学面とされている。
【００３９】
図１１に示すように、本実施例に係る接眼レンズ１は、全系の焦点距離ｆが１９．８７ｍｍであり、第１レンズ１１の焦点距離ｆ１が３９．８９９ｍｍである。したがって、ｆ／ｆ１＝０．４９８となり、０．３＜ｆ／ｆ１＜１を満足する。第１レンズ１１のガラスの屈折率ｎ１は、２．００３３００であり、接眼レンズ１はｎ１＞１．７５を満足する。また、接眼レンズ１の入射瞳径φは１２ｍｍ（ｆ／１．６６）となり、アイレリーフＲは２５ｍｍ（１．２５８ｆ）となる。したがって、φ×Ｒ／ｆ２＝０．７６０となり、接眼レンズ１は０．５＜φ×Ｒ／ｆ２＜０．８を満足する。第１〜第３レンズ１１〜１３の総厚Σｄは２３．５９６であり、Σｄ／Ｒ＝０．９４４となり、接眼レンズ１は０．８＜Σｄ／Ｒ＜１を満足する。また、ＴＬ／ｆ＝１．５１４であり、接眼レンズ１は１．４＜ＴＬ／ｆ＜１．８を満足する。第３レンズ１３（第５面２５）に形成された回折光学面の輪帯の最小ピッチｐは０．００３５９９ｍｍである。したがって、接眼レンズ１は２×１０−３＜ｐ＜３０×１０−３を満足する。また、接眼レンズ１の視野角２ωは５２°であり、Ｆ値は１．６６である。諸収差は図７に示す通りである。
【実施例３】
【００４０】
実施例３のレンズデータを表７〜表９に示す。
【表７】
【表８】
【表９】
【００４１】
本実施例では、図３および表７〜９に示すように、第１レンズ１１はメニスカス凸レンズである。第２レンズ１２はその両面（第３面２３および第４面２４）が非球面とされたメニスカス凸レンズであり、画像表示面２側の第４面２４が回折光学面とされている。第３レンズ１３は、その両面（第５面２５および第６面２６）が非球面とされている。
【００４２】
図１１に示すように、本実施例に係る接眼レンズ１は、全系の焦点距離ｆが２０．８ｍｍであり、第１レンズ１１の焦点距離ｆ１が４２．８５ｍｍである。したがって、ｆ／ｆ１＝０．４８５となり、０．３＜ｆ／ｆ１＜１を満足する。第１レンズ１１のガラスの屈折率ｎ１は、１．８８３００であり、接眼レンズ１はｎ１＞１．７５を満足する。また、接眼レンズ１の入射瞳径φは１０ｍｍ（ｆ／２．０８）となり、アイレリーフＲは２５ｍｍ（１．２０２ｆ）となる。したがって、φ×Ｒ／ｆ２＝０．５７８となり、接眼レンズ１は０．５＜φ×Ｒ／ｆ２＜０．８を満足する。第１〜第３レンズ１１〜１３の総厚Σｄは２２．３００であり、Σｄ／Ｒ＝０．８９２となり、接眼レンズ１は０．８＜Σｄ／Ｒ＜１を満足する。また、ＴＬ／ｆ＝１．４３５であり、接眼レンズ１は１．４＜ＴＬ／ｆ＜１．８を満足する。第２レンズ１２（第４面２４）に形成された回折光学面の輪帯の最小ピッチｐは０．００７７３２ｍｍである。したがって、接眼レンズ１は２×１０−３＜ｐ＜３０×１０−３を満足する。また、接眼レンズ１の視野角２ωは５１°であり、Ｆ値は２．０８である。諸収差は図８に示す通りである。
【実施例４】
【００４３】
実施例４のレンズデータを表１０〜表１２に示す。
【表１０】
【表１１】
【表１２】
【００４４】
本実施例では、図４および表１０〜１２に示すように、第１レンズ１１はメニスカス凸レンズである。第２レンズ１２はメニスカス凸レンズであり、その両面（第３面２３および第４面２４）が非球面とされている。第３レンズ１３は、その両面（第５面２５および第６面２６）が非球面とされた凸レンズであり、画像表示面２側の第６面２６が回折光学面とされている。
【００４５】
図１１に示すように、本実施例に係る接眼レンズ１は、全系の焦点距離ｆが１９．８ｍｍであり、第１レンズ１１の焦点距離ｆ１が３９．８９９ｍｍである。したがって、ｆ／ｆ１＝０．４９６となり、０．３＜ｆ／ｆ１＜１を満足する。第１レンズ１１のガラスの屈折率ｎ１は、２．００３３０であり、接眼レンズ１はｎ１＞１．７５を満足する。また、接眼レンズ１の入射瞳径φは１０ｍｍ（ｆ／１．９８）となり、アイレリーフＲは２６．５ｍｍ（１．３３８ｆ）となる。したがって、φ×Ｒ／ｆ２＝０．６７６となり、接眼レンズ１は０．５＜φ×Ｒ／ｆ２＜０．８を満足する。第１〜第３レンズ１１〜１３の総厚Σｄは２３．９１４であり、Σｄ／Ｒ＝０．９０２となり、接眼レンズ１は０．８＜Σｄ／Ｒ＜１を満足する。また、ＴＬ／ｆ＝１．５２４であり、接眼レンズ１は１．４＜ＴＬ／ｆ＜１．８を満足する。第３レンズ１３（第６面２６）に形成された回折光学面の輪帯の最小ピッチｐは０．００３６３４ｍｍである。したがって、接眼レンズ１は２×１０−３＜ｐ＜３０×１０−３を満足する。また、接眼レンズ１の視野角２ωは５０°であり、Ｆ値は１．９８である。諸収差は図９に示す通りである。
【実施例５】
【００４６】
実施例５のレンズデータを表１３〜表１５に示す。
【表１３】
【表１４】
【表１５】
【００４７】
本実施例では、図５および表１３〜１５に示すように、第１レンズ１１はその両面（第１面２１および第２面２２）が非球面とされた凸レンズである。第２レンズ１２はメニスカス凹レンズであり、その両面（第３面２３および第４面２４）が非球面とされている。第３レンズ１３は、その両面（第５面２５および第６面２６）が非球面とされるとともに、瞳側の第５面２５が回折光学面とされている。
【００４８】
図１１に示すように、本実施例に係る接眼レンズ１は、全系の焦点距離ｆが１９．８８ｍｍであり、第１レンズ１１の焦点距離ｆ１が２２．４４９ｍｍである。したがって、ｆ／ｆ１＝０．８８６となり、０．３＜ｆ／ｆ１＜１を満足する。第１レンズ１１のガラスの屈折率ｎ１は、１．８１４８２であり、接眼レンズ１はｎ１＞１．７５を満足する。また、接眼レンズ１の入射瞳径φは１０ｍｍ（ｆ／１．９９）となり、アイレリーフＲは２５ｍｍ（１．２５８ｆ）となる。したがって、φ×Ｒ／ｆ２＝０．６３３となり、接眼レンズ１は０．５＜φ×Ｒ／ｆ２＜０．８を満足する。第１〜第３レンズ１１〜１３の総厚Σｄは２１．０４８であり、Σｄ／Ｒ＝０．８４２となり、接眼レンズ１は０．８＜Σｄ／Ｒ＜１を満足する。また、ＴＬ／ｆ＝１．４８８であり、接眼レンズ１は１．４＜ＴＬ／ｆ＜１．８を満足する。第３レンズ１３（第５面２５）に形成された回折光学面の輪帯の最小ピッチｐは０．００６４２２ｍｍである。したがって、接眼レンズ１は２×１０−３＜ｐ＜３０×１０−３を満足する。また、接眼レンズ１の視野角２ωは５１°であり、Ｆ値は１．９９である。諸収差は図１０に示す通りである。
【００４９】
このようにいずれの実施例においても、０．３＜ｆ／ｆ１＜１を満足する多大な屈折力を第１レンズ１１に持たせるとともに、接眼レンズ１を３群３枚構成としたことにより、入射瞳から出射される広視野の軸外光束を効果的に偏向させ、画像表示面２へと導き入れることができるため、長いアイレリーフＲと広視野とを実現できるとともに、構成の簡素化およびレンズの総厚Σｄの短縮を実現できる。一方、第１レンズ１１に大きな屈折力を与えると大きな収差の発生が予想されるが、第１レンズ１１のガラスの屈折率ｎ１をｎ１＞１．７５としたことにより、第１レンズ１１による収差を最小に抑えることができる。また、薄型且つ少ない構成枚数で性能を確保するためには、球面レンズのみの構成では収差の補正が困難になるが、第１〜第３レンズ１１〜１３に非球面を効果的（３面以上）に採用したことにより、収差、特に軸外の像面湾曲、コマ収差などを良好に補正できる。他方、色収差を補正するために、第２または第３レンズ１２、１３の少なくとも１つの面を回折光学面としたことにより、接合レンズを採用せずに単レンズのみの構成で色収差を良好に補正したうえで接眼レンズ１の軽量化を図り、尚且つ各レンズの中心厚が薄くなることでレンズの総厚Σｄを短くできる。
【００５０】
また、第２レンズ１２の瞳側に位置する第３面２３が凸面とされたことにより、軸外の光束に対して像面湾曲とコマ収差の発生が最小限に抑えられる。また、接眼レンズ１の主点が前方（瞳側）に移動するため、光学系の全長（ＴＬ）の短縮が可能となる。なお、本願発明者は、第２レンズ１２の向きのみを逆にして各レンズを配置した場合について確認したところ、第１〜第５実施例においてＴＬの値がそれぞれ２．１３ｍｍ、２．８５ｍｍ、２．８１ｍｍ、２．４６ｍｍおよび１．６９ｍｍ大きくなった。つまり、第２レンズ１２の向きが光学系の全長の短縮に寄与することが確認された。
【００５１】
また、０．５＜φ×Ｒ／ｆ２＜０．８を満足することで、入射瞳径φが大きくアイレリーフＲが長く、尚且つ小型で広視野な接眼レンズ１を提供できる。また、接眼レンズ１が０．８＜Σｄ／Ｒ＜１或いは１．４＜ＴＬ／ｆ＜１．８を満足することにより、各レンズの中心厚およびレンズ間の間隔が短縮され、レンズの総厚Σｄの短縮が可能となる。また、接眼レンズ１が２×１０−３＜ｐ＜３０×１０−３を満足することにより、輪帯の最小ピッチｐは精密機械加工などにより製造が容易であり、且つ色消しを効果的に行うことができる。また、第２および第３レンズ１２、１３が樹脂を素材とすることにより、機械加工により精密金型を製作しておき、これらを使用して第２および第３レンズ１２、１３を成形加工できるため、生産性を向上できるとともに、接眼レンズ１の軽量化が可能である。
【００５２】
一方、図１１に比較例として示す従来技術では、特許文献１（米国特許第４０５４３７０号明細書）の構成の場合、視野角２ωは５１．２°と広角であるが、Ｆ値が５．３と大きく、入射瞳径φが５ｍｍとなり、大口径入射瞳径を実現できない。また、φ×Ｒ／ｆ２が０．２１４と極端に小さく、ＴＬ／ｆも１．３６９であり、１．４未満とならない。また、特許文献２（特開平１１−１３３３１６号公報）の構成では、視野角２ωが４０．８°と狭いうえ、φ×Ｒ／ｆ２も０．０３２と小さ過ぎる。特許文献３（特開２０００−１０５３４４号公報）および特許文献４の構成でも、視野角２ωがそれぞれ４１．８°および３８．８°と小さく、レンズ重量も大きくなる。特許文献５（特開平５−２１００５４号公報）の構成では、具体的なデータが開示されていないため、シミュレーションができず正確な数値を算出することはできないが、推定値での比較では、やはり視野角２ωが４０°と狭く、ＴＬ／ｆも１．８５０と大きい。なお、特許文献５の推定値は、同明細書中の「先行技術では焦点距離の約２倍を有するのに対して、全長を１５％短縮できた」との記載より、ＴＬ／ｆを１．８５０とし、両眼で観察する双接眼レンズであることから、平均的な眼幅６０〜７０ｍｍを指標として、図より各長さ（アイレリーフＲ、Σｄ、入射瞳径φ）を推定し、視野角２ωついては図の光路をもとに推定した。
【００５３】
特許文献５の技術には、３群３枚構成の双接眼レンズが開示されており、一見すると本発明の構成に近いように見えるが、この発明は、Ｆ値＜１となるような大口径レンズを達成するために全長が大きくなり、球面収差や色収差の補正には有利な構成となっているが、像面湾曲やコマ収差の補正には不利な構成であり、本発明のような５０°を超える程度の広視野を達成することもできない。つまり、特許文献５の構成は、単眼式接眼レンズや両眼式接眼レンズと比較して、同じ映像を両眼で観察できるメリットがある反面、小型化や広視野化に不利となっている。
【００５４】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、本発明に係る接眼レンズ１を暗視光学装置に適用しているが、他の装置に適用することも可能である。また、接眼レンズ１を構成する各部材の具体的形状や配置などは、上記実施例に限ることなく本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 接眼レンズ
２ 画像表示面（物体側の結像面）
１１ 第１レンズ
１２ 第２レンズ
１３ 第３レンズ
２１ 第１面（第１レンズ１１の瞳側の面）
２３ 第３面（第２レンズ１２の瞳側の面）
２４ 第４面（第２レンズ１２の画像表示面１２側の面）
２５ 第５面（第３レンズ１３の瞳側の面）
２６ 第６面（第３レンズ１３の画像表示面１２側の面）
Ｒ アイレリーフ
ｆ 焦点距離
ｆ１ 第１レンズ１１の焦点距離
ｎ１ 第１レンズ１１の屈折率
ｐ 輪帯の最小ピッチ
Σｄ レンズの総厚
【特許請求の範囲】
【請求項１】
瞳側から順に、第１、第２および第３レンズを配置してなる３群３枚構成の接眼レンズであって、
前記第１レンズは、ガラスを素材とする凸レンズであり、且つ全系の焦点距離をｆ、前記第１レンズの焦点距離をｆ１としたとき、０．３＜ｆ／ｆ１＜１を満足する屈折力を有するとともに、前記第１レンズのガラスの屈折率をｎ１としたとき、ｎ１＞１．７５を満足し、
前記第１〜第３レンズの面のうち少なくとも３つ以上の面が非球面であり、
前記第２および第３レンズの面のうち少なくとも１つの面が回折光学面であることを特徴とする接眼レンズ。
【請求項２】
前記第２レンズは、瞳側に向けた凸面を有するメニスカス凸レンズまたはメニスカス凹レンズであることを特徴とする請求項１に記載の接眼レンズ。
【請求項３】
入射瞳径をφ、アイレリーフをＲとしたとき、０．５＜φ×Ｒ／ｆ２＜０．８を満足することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の接眼レンズ。
【請求項４】
前記第１〜第３レンズの総厚をΣｄ、アイレリーフをＲとしたとき、０．８＜Σｄ／Ｒ＜１を満足することを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の接眼レンズ。
【請求項５】
前記回折光学面は、キノフォーム形状を呈する同心円状の輪帯を複数有し、前記輪帯の最小ピッチをｐとしたとき、２×１０−３＜ｐ＜３０×１０−３を満足することを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の接眼レンズ。
【請求項６】
前記第２および第３レンズが樹脂を素材とすることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の接眼レンズ。
【請求項１】
瞳側から順に、第１、第２および第３レンズを配置してなる３群３枚構成の接眼レンズであって、
前記第１レンズは、ガラスを素材とする凸レンズであり、且つ全系の焦点距離をｆ、前記第１レンズの焦点距離をｆ１としたとき、０．３＜ｆ／ｆ１＜１を満足する屈折力を有するとともに、前記第１レンズのガラスの屈折率をｎ１としたとき、ｎ１＞１．７５を満足し、
前記第１〜第３レンズの面のうち少なくとも３つ以上の面が非球面であり、
前記第２および第３レンズの面のうち少なくとも１つの面が回折光学面であることを特徴とする接眼レンズ。
【請求項２】
前記第２レンズは、瞳側に向けた凸面を有するメニスカス凸レンズまたはメニスカス凹レンズであることを特徴とする請求項１に記載の接眼レンズ。
【請求項３】
入射瞳径をφ、アイレリーフをＲとしたとき、０．５＜φ×Ｒ／ｆ２＜０．８を満足することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の接眼レンズ。
【請求項４】
前記第１〜第３レンズの総厚をΣｄ、アイレリーフをＲとしたとき、０．８＜Σｄ／Ｒ＜１を満足することを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の接眼レンズ。
【請求項５】
前記回折光学面は、キノフォーム形状を呈する同心円状の輪帯を複数有し、前記輪帯の最小ピッチをｐとしたとき、２×１０−３＜ｐ＜３０×１０−３を満足することを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の接眼レンズ。
【請求項６】
前記第２および第３レンズが樹脂を素材とすることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の接眼レンズ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−１０９０５０（Ｐ２０１３−１０９０５０Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５２２８２（Ｐ２０１１−２５２２８２）
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（５９２１６３７３４）昭和オプトロニクス株式会社 (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（５９２１６３７３４）昭和オプトロニクス株式会社 (14)
【Ｆターム（参考）】
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