(57)【要約】【課題】  リレーレンズの段数が増加しても良好な光学性能を得ることが可能な内視鏡用光学系及び内視鏡を提供すること。【解決手段】  対物レンズ２とリレーレンズ部３とを含む内視鏡用光学系において、対物レンズ２よりも後方の光路中にリレーレンズ部３で発生する像面湾曲を補正する像面湾曲補正光学系４を配置する。像面湾曲補正光学系は、非球面を有する凹面鏡４２、または、非球面レンズ６２と凹面鏡６３とを含む。【選択図】  図２
2014126801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズとリレーレンズ部とを含む内視鏡用光学系において、
前記対物レンズよりも後方の光路中に前記リレーレンズ部で発生する像面湾曲を補正する像面湾曲補正光学系を有し、
前記像面湾曲補正光学系は、非球面を有する凹面鏡を含むことを特徴とする内視鏡用光学系。
【請求項２】
前記像面湾曲補正光学系は、ビームスプリッタを有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光学系。
【請求項３】
前記像面湾曲補正光学系は、非球面を有する第１の凹面鏡と非球面を有する第２の凹面鏡と、第１のビームスプリッタと第２のビームスプリッタとを有し、
前記第１の凹面鏡で反射された光が前記第１のビームスプリッタで反射され、前記第１のビームスプリッタで反射された光が前記第２の凹面鏡で反射され、前記第２の凹面鏡で反射された光が前記第２のビームスプリッタで反射され、前記第２のビームスプリッタで反射された光が結像し、
前記第１の凹面鏡と前記第２の凹面鏡との間に瞳位置があることを特徴とする請求項２に記載の内視鏡用光学系。
【請求項４】
前記瞳位置は、前記第１の凹面鏡と前記第２の凹面鏡との中間にあることを特徴とする請求項３に記載の内視鏡用光学系。
【請求項５】
対物レンズとリレーレンズ部とを含む内視鏡用光学系において、
前記対物レンズよりも後方の光路中に前記リレーレンズ部で発生する像面湾曲を補正する像面湾曲補正光学系を有し、
前記像面湾曲補正光学系は、非球面レンズと凹面鏡とを含むことを特徴とする内視鏡用光学系。
【請求項６】
前記像面湾曲補正光学系は、ビームスプリッタを有することを特徴とする請求項５に記載の内視鏡用光学系。
【請求項７】
前記像面湾曲補正光学系内の１つの結像光学系に属する凹面鏡の数をｋｋ、各ビームスプリッタの厚みの平均をｄｄ、各ビームスプリッタの屈折率の絶対値の平均をｎｎ、各凹面鏡の曲率半径の絶対値の平均をＲＲとし、Ｔ＝ｎｎ・ＲＲ／（ｋｋ・ｄｄ）としたとき、
Ｔ  ＞  １．１
を満たすことを特徴とする請求項２〜４、６のいずれか１項に記載の内視鏡用光学系。
【請求項８】
前記リレーレンズ部を構成する各屈折面の屈折力をφｉ、前記屈折面の前後の媒質の屈折率をそれぞれＮｉ、Ｎｉ’としたとき、前記リレーレンズ部におけるφｉ／（Ｎｉ・Ｎｉ’）の値の総和をＬとし、前記像面湾曲補正光学系を構成する各面の屈折力をφｊ、前記面の前後の媒質の屈折率をそれぞれＮｊ、Ｎｊ’としたとき、前記像面湾曲補正光学系におけるφｊ／（Ｎｊ・Ｎｊ’）の値の総和をＭとし、Ｓ＝Ｍ／Ｌとしたとき、
Ｓ  ＜  −０．５０
を満足することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の内視鏡用光学系。
【請求項９】
前記凹面鏡は、中心部から周辺部にいくにしたがって局所的な曲率が緩くなる非球面形状を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の内視鏡用光学系。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の内視鏡用光学系と撮像素子とを有することを特徴とする内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内視鏡用の光学系で、特にリレーレンズを用いる方式の光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
リレーレンズを用いる方式の硬性内視鏡は、対物レンズと、対物レンズの像を後方に伝達するためのリレーレンズとを含んでいる。リレーレンズから射出した光束を接眼レンズを通して覗くことにより、被検体を直接、人の目で観察することができる。または、リレーレンズから射出した光束を結像レンズによって撮像素子上に再結像させて、得られた画像を表示装置に表示して観察する方式もある。
【０００３】
リレーレンズは、ホプキンスが提案したロッドレンズを用いたタイプが広く用いられている。このホプキンスタイプのリレーレンズは、明るく、色収差が補正されており、非対称収差も補正されているといった利点を有する。しかしながら、像面湾曲が残存するため、リレーの段数を多くしたり、開口数を上げたりすると、像面湾曲の影響が増大して性能が低下してしまうという問題がある。そこで、非特許文献１は、ホプキンスタイプを変形したレンズタイプにより、像面湾曲を低減することを開示している。
【０００４】
また、リレーレンズのもつ像面湾曲を改善することを目的として、特許文献１は、正負正の屈折力のレンズからなるトリプレットタイプを２つ合わせた光学系をリレーレンズの１つの段として使用するものを開示している。これは、トリプレットの負レンズの作用により像面湾曲を改善している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００７−５２２５０７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｒｏｎｇｇｕａｎｇ  Ｌｉａｎｇ著：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｆｏｒ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ（第８章）、ＳＰＩＥ  ＰＲＥＳＳ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１が開示するリレーレンズは、トリプレット構成を用いることにより、その負レンズで像面湾曲を補正している。この負レンズにより、トリプレット自身の像面湾曲だけでなく、従来型のリレーレンズを用いた他の段で発生する像面湾曲をも補正可能であるとしている。しかしながら、特許文献１は、トリプレットの外観しか開示しておらず、数値実施例や収差の開示がない。そのため、リレーレンズの他の段で発生する像面湾曲を補正する効果をどの程度もつのかが定かでない。トリプレット内の像面湾曲を補正するためだけでも負レンズの屈折力を大きくしなければならないが、それに加えて他の段のリレーレンズで発生する像面湾曲をも補正するためには、負レンズの屈折力を更に上げなければならない。負レンズの屈折力の更なる増加は、球面収差、非点収差、軸上色収差の発生を増大させるため、像性能の低下につながる。また、偏心にも敏感になり、製造コストの増大にもつながる。そのため、他段で用いる従来型リレーレンズ段数の更なる増加は難しい。
【０００８】
そこで、本発明は、リレーレンズの段数が増加しても良好な光学性能を得ることが可能な内視鏡用光学系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】
【０００９】
本発明の内視鏡用光学系は、対物レンズとリレーレンズ部とを含み、前記対物レンズよりも後方の光路中に前記リレーレンズ部で発生する像面湾曲を補正する像面湾曲補正光学系を有し、前記像面湾曲補正光学系は、非球面を有する凹面鏡を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の内視鏡用光学系は、対物レンズとリレーレンズ部とを含み、前記対物レンズよりも後方の光路中に前記リレーレンズ部で発生する像面湾曲を補正する像面湾曲補正光学系を有し、前記像面湾曲補正光学系は、非球面レンズと凹面鏡とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、内視鏡光学系のリレーレンズで発生する像面湾曲を十分に低減することが可能になり、像性能の優れた内視鏡光学系及び内視鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の内視鏡用光学系の要部概略図である。
【図２】実施例１の内視鏡用光学系のリレーレンズと像面湾曲補正光学系を示す図である。
【図３】実施例１の内視鏡用光学系のリレーレンズのみの縦収差を示す図である。
【図４】実施例１の内視鏡用光学系のリレーレンズのみのスポットダイアグラムを示す図である。
【図５】実施例１の内視鏡用光学系のリレーレンズと像面湾曲補正光学系とを合わせた光学系の縦収差を示す図である。
【図６】実施例１の内視鏡用光学系のリレーレンズと像面湾曲補正光学系とを合わせた光学系のスポットダイアグラムを示す図である。
【図７】実施例２の内視鏡用光学系のリレーレンズと像面湾曲補正光学系を示す図である。
【図８】実施例２の内視鏡用光学系のリレーレンズと像面湾曲補正光学系とを合わせた光学系の縦収差を示す図である。
【図９】実施例２の内視鏡用光学系のリレーレンズと像面湾曲補正光学系とを合わせた光学系のスポットダイアグラムを示す図である。
【図１０】実施例３の内視鏡用光学系の像面湾曲補正光学系を示す図である。
【図１１】実施例３の内視鏡用光学系のリレーレンズと像面湾曲補正光学系とを合わせた光学系の縦収差を示す図である。
【図１２】実施例３の内視鏡光学系のリレーレンズと像面湾曲補正光学系とを合わせた光学系のスポットダイアグラムを示す図である。
【図１３】実施例４の内視鏡用光学系の像面湾曲補正光学系を示す図である。
【図１４】実施例４の内視鏡用光学系のリレーレンズと像面湾曲補正光学系とを合わせた光学系の縦収差を示す図である。
【図１５】実施例４の内視鏡用光学系のリレーレンズと像面湾曲補正光学系とを合わせた光学系のスポットダイアグラムを示す図である。
【図１６】実施例５の内視鏡用光学系のリレーレンズと像面湾曲補正光学系とを合わせた光学系の縦収差を示す図である。
【図１７】実施例５の内視鏡用光学系のリレーレンズと像面湾曲補正光学系とを合わせた光学系のスポットダイアグラムを示す図である。
【図１８】実施例６の内視鏡用光学系のリレーレンズと像面湾曲補正光学系とを合わせた光学系の縦収差を示す図である。
【図１９】実施例６の内視鏡用光学系のリレーレンズと像面湾曲補正光学系とを合わせた光学系のスポットダイアグラムを示す図である。
【図２０】パラメータＳが適正範囲を超えた場合の縦収差を示す図である。
【図２１】パラメータＳが適正範囲を超えた場合のスポットダイアグラムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の内視鏡用光学系は、対物レンズとリレーレンズ部と、対物レンズよりも後方の光路中にリレーレンズ部で発生する像面湾曲を補正する像面湾曲補正光学系とを有している。そして、像面湾曲補正光学系は、非球面を有する凹面鏡を含む、または、非球面レンズと凹面鏡とを含んで構成されている。
【００１４】
リレーレンズ部はアンダーの像面湾曲を発生させ、像面湾曲補正光学系に含まれる凹面鏡はそれと逆方向のオーバーの像面湾曲を発生させる。その結果、リレーレンズ部で発生する像面湾曲を像面湾曲補正光学系に含まれる凹面鏡で発生する像面湾曲で打ち消している。一方、非球面形状とすることにより、主として非点収差を補正している。そのため、非点収差と像面湾曲の両方が補正できる。
【００１５】
また、さらに少なくとも１つのビームスプリッタを有することが好ましい。この場合、結像性能の劣化を小さく抑えて、凹面鏡への入射光と凹面鏡からの反射光を分離することができる。
【００１６】
また、リレーレンズ部を構成する各屈折面の屈折力をφｉ、屈折面の前後の媒質の屈折率をそれぞれＮｉ、Ｎｉ’としたとき、φｉ／（Ｎｉ・Ｎｉ’）の値のリレーレンズ部についての総和をＬとする。そして、像面湾曲補正光学系を構成する各面の屈折力をφｊ、各面の前後の媒質の屈折率をそれぞれＮｊ、Ｎｊ’としたとき、φｊ／（Ｎｊ・Ｎｊ’）の値の前記像面湾曲補正光学系部についての総和をＭとする。そして、Ｓ＝Ｍ／Ｌとしたとき、Ｓ＜−０．５０を満足することが好ましい。このパラメータＳの範囲を逸脱すると、像面湾曲補正光学系の凹面鏡の曲率が緩くなりすぎて像面湾曲を補正する効果が少なくなってしまう。尚、ここでの屈折率は光線の進行方向によって符号が変わる符号付きの屈折率である。
【００１７】
また、像面湾曲補正光学系の非球面形状が、中心部から周辺部にいくにしたがって、局所的な曲率が緩くなることが好ましい。このような形状とすることで、非点収差をより良好に補正することができる。
【００１８】
また、像面湾曲補正光学系内の１つの結像光学系に属する凹面鏡の数をｋｋ、各ビームスプリッタの厚みの平均をｄｄ、各ビームスプリッタの屈折率の絶対値の平均をｎｎ、各凹面鏡の曲率半径の絶対値の平均をＲＲとする。そして、Ｔ＝ｎｎ・ＲＲ／（ｋｋ・ｄｄ）としたとき、Ｔ＞１．１を満たすことが好ましい。このパラメータＴの範囲を逸脱すると、像面湾曲補正光学系の像面がビームスプリッタの内部に入ってしまう可能性が高くなる。この場合には、像面湾曲補正光学系の像面に直接センサーを配置することができないため、ビームスプリッタの後方で再び結像させる必要がある。そうすると、ビームスプリッタの後方の光路中に更に結像レンズ等の光学系を配置しなければならず、装置が大型化してしまい好ましくない。
【００１９】
（実施例１）
図１〜６を用いて本実施例の説明をする。図１は本実施例の内視鏡用光学系の要部概略図である。図１において、１は被検体、２は対物レンズ、３はリレーレンズ、４は像面湾曲補正光学系、５は結像レンズ、６は撮像素子である。図１において、不図示の照明光学系により照明された被検体１は、被検体１近傍の対物レンズ２により一旦結像される。その像は、リレーレンズ３により光学的に伝達され、像面湾曲補正光学系４を通過した後、結像レンズ５により撮像素子６上に再結像される。撮像素子６で撮像された被検体１の像は不図示の電気回路を経て、不図示の表示装置に表示される。
【００２０】
図２は、リレーレンズ３と像面湾曲補正光学系４を示した断面図である。図２において、（ａ）はリレーレンズ３と像面湾曲補正光学系４の全体を示す断面図、（ｂ）は像面湾曲補正光学系４の付近を拡大して光路も示した断面図である。図２（ａ）において、リレーレンズ３はロッドレンズ３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂを含んで構成されている。各ロッドレンズは肉厚の厚い凸レンズと肉厚の薄い凹レンズを接合した構成である。ロッドレンズ３１ａと３１ｂ、ロッドレンズ３２ａと３２ｂ、ロッドレンズ３３ａと３３ｂとは、それぞれ組合せて配置される。各組合せがホプキンス型リレーレンズ１段分に相当し、倍率が−１倍の結像をしている。本実施例では、これを３段つないでいる。リレーレンズ３の前方のｏｂｊは、リレーレンズ３の物体面であり、対物レンズ２の像面でもある。リレーレンズ３の後方（図では右側）には、像面湾曲補正光学系４が配置されている。
【００２１】
図２（ｂ）において、像面湾曲補正光学系４は、ビームスプリッタ４１、凹面鏡４２から構成される。リレーレンズ３の物体面ｏｂｊから射出した光束は、リレーレンズ３を構成するロッドレンズを順に通過して、ロッドレンズ３３ｂを通過した後に結像する。その後、ビームスプリッタ４１に４１ａ面から入射し、４１ｈ面を通過し、４１ｂ面から射出する。次に、凹面鏡４２で反射され、ビームスプリッタ４１に４１ｂ面から入射し、４１ｈ面で反射されて方向を変え、４１ｃ面から射出する。射出した光束は、像面湾曲補正光学系４の像面ｉｍｇに空中像を結像する。この像面ｉｍｇに結像した像は、それに続く結像レンズ５によって撮像素子６上に再結像される。
【００２２】
数値実施例１において、面番号の第１面〜第２３面はリレーレンズ３に対応し、第２５面〜第３０面は像面湾曲補正光学系４に対応する。第２９面はビームスプリッタの反射面に対応し、４５度の傾きを持っている。第２７面は非球面形状を有する。像面湾曲補正光学系４に凹面鏡４２を用いて、その曲率半径を適切に選択することにより、リレーレンズ３で発生する像面湾曲を低減している。また、凹面鏡４２を非球面化して、その非球面係数を適切に設定することにより、リレーレンズ３と凹面鏡４２自身で発生する非点収差とを低減している。
【００２３】
本実施例においては、Ｌ＝０．４８４、Ｍ＝−０．４８４、Ｓ＝−１．０００であり、Ｓ＜−０．５０を満たしている。また、非球面形状を有する第２７面は、曲率半径ｒの符号と４次の非球面係数の符号が逆符号であり、６次以上の非球面係数はゼロであることから、中心部から周辺部にいくにしたがって、局所的な曲率が緩くなるような形状である。
【００２４】
また、本実施例において、凹面鏡の数は１、各ビームスプリッタの厚みの平均は４．００ｍｍ、各ビームスプリッタの屈折率の絶対値の平均は１．５１６３３、各凹面鏡の曲率半径の絶対値の平均は４．１３ｍｍである。したがって、Ｔ＝１．５６６であり、Ｔ＞１．１を満たしている。
【００２５】
図３、図４は、本実施例の光学系におけるリレーレンズ３のみの光学性能を表す図である。図３は縦収差を表す図で、左側から順に、球面収差と色収差、非点収差と像面湾曲、歪曲を示す図である。図３より、リレーレンズ３のみでは、球面収差や色収差は良好であるが、像面湾曲や非点収差が大きく発生していることがわかる。図４は、スポットダイアグラムを表す図で、物体高が０ｍｍから１．０ｍｍまでの４点に関して、リレーレンズ３の像面におけるスポットダイアグラムを示している。図の右下位置には０．１ｍｍのスケールを記入している。この図より、軸上の性能は良いが、軸外ではスポット径が大きく広がって性能が劣化していることが分る。このようにホプキンス型のリレーレンズのみでは像面湾曲が残存する。
【００２６】
図５、図６は、本実施例の光学系におけるリレーレンズ３と像面湾曲補正光学系４とを合わせた光学系の光学性能を表す図である。図５は縦収差を表す図、図６はスポットダイアグラムを表す図である。リレーレンズ３に像面湾曲補正光学系４を組み合わせることにより、図５から、像面湾曲と非点収差が大幅に低減されていることがわかる。また、図６から、軸外のスポット径が大幅に改善されていることがわかる。
【００２７】
（実施例２）
図７〜９を用いて本実施例の説明をする。像面湾曲補正光学系以外の部分は、実施例１と同様である。
【００２８】
図７は、リレーレンズ３と像面湾曲補正光学系５０を示した断面図である。図７において、（ａ）はリレーレンズ３と像面湾曲補正光学系５０の全体を示す断面図、（ｂ）は像面湾曲補正光学系５０の付近を拡大して光路も示した断面図である。リレーレンズ３は、実施例１で用いたものと同様である。図７（ａ）において、リレーレンズ３の前方のｏｂｊは、リレーレンズ３の物体面であり、対物レンズ２の像面でもある。リレーレンズ３の後方（図では右側）には像面湾曲補正光学系５０が配置されている。図７（ｂ）において、像面湾曲補正光学系５０は、第１のビームスプリッタであるビームスプリッタ５１、第１の凹面鏡である凹面鏡５２、第２のビームスプリッタであるビームスプリッタ５３、第２の凹面鏡である凹面鏡５４から構成される。
【００２９】
リレーレンズ３の物体面ｏｂｊから射出した光束は、リレーレンズ３を構成するロッドレンズを順に通過して、ロッドレンズ３３ｂを通過した後に結像する。その後、ビームスプリッタ５１に５１ａ面から入射し、５１ｈ面を通過し、５１ｂ面から射出する。次に、凹面鏡５２で反射され、ビームスプリッタ５１に５１ｂ面から入射し、５１ｈ面で反射されて方向を変え、５１ｃ面から射出する。射出した光束は、ビームスプリッタ５３に５３ａ面から入射し、５３ｈ面を通過し、５３ｂ面から射出する。次に、凹面鏡５４で反射され、ビームスプリッタ５３に５３ｂ面から入射し、５３ｈ面で反射されて方向を変え、５３ｃ面から射出する。そして、像面湾曲補正光学系５０の像面ｉｍｇに空中像を結像する。この像面ｉｍｇに結像した像は、それに続く結像レンズ５によって撮像素子６上に再結像される。
【００３０】
そして、瞳位置が凹面鏡５２と凹面鏡５４の間の位置（図７（ｂ）ではビームスプリッタ５１の５１ｃ面とビームスプリッタ５３の５３ａ面の中間位置）にあるようにしている。こうすることで、像面湾曲補正光学系５０において、コマ収差や歪曲収差や倍率色収差といった非対称収差の発生を低減することができる。これは瞳に関して対称な面で発生する非対称収差は互いにキャンセルされるという原理に基づく。また、像面湾曲補正光学系５０の物体側、像側を共にテレセントリックにすることができ、内視鏡の径の小型化を図ることができる。絞りは、５１ｃ面と５３ａ面の間に配置してもよいし、リレーレンズ３内の、ロッドレンズ３１ａと３１ｂの間、ロッドレンズ３２ａと３２ｂの間、ロッドレンズ３３ａと３３ｂの間に配置してもよい。ここではビームスプリッタ５１とビームスプリッタ５３とが分離しているが、これらが一体となっていて絞りが配置できない場合は、ロッドレンズの間に絞りを配置すればよい。ビームスプリッタ５１とビームスプリッタ５３とが一体の場合は、５１ｈ面を第１のビームスプリッタとし、５３ｈを第２のビームスプリッタとする。
【００３１】
数値実施例２において、面番号の第１面〜第２３面はリレーレンズ３に対応し、第２５面〜第３７面は像面湾曲補正光学系５０に対応する。第２９面と第３６面はビームスプリッタの反射面に対応し、４５度の傾きを持っている。第２７面と第３４面は非球面形状を有する。
【００３２】
像面湾曲補正光学系５０に凹面鏡５２、５４を用いて、これらの曲率半径を適切に選択することにより、リレーレンズ３で発生する像面湾曲を低減している。また、凹面鏡５２、５４を非球面化して、その非球面係数を適切に設定することにより、リレーレンズ３と凹面鏡５２、５４自身で発生する非点収差とを低減している。
【００３３】
本実施例においては、Ｌ＝０．４８４、Ｍ＝−０．４８５、Ｓ＝−１．００２であり、Ｓ＜−０．５０を満たしている。また、非球面形状を有する第２７面と第３４面は、曲率半径ｒの符号と４次の非球面係数の符号が逆符号であり、６次以上の非球面係数はゼロであることから、中心部から周辺部にいくにしたがって、局所的な曲率が緩くなるような形状である。また、本実施例においては、２つの凹面鏡の曲率半径を同一にしているが、これは非対称収差を低減する上で好ましい。
【００３４】
また、本実施例において、凹面鏡の数は２、各ビームスプリッタの厚みの平均は４．００ｍｍ、各ビームスプリッタの屈折率の絶対値の平均は１．５１６３３、各凹面鏡の曲率半径の絶対値の平均は８．２５ｍｍである。したがって、Ｔ＝１．５６４であり、Ｔ＞１．１を満たしている。
【００３５】
図８、図９は、本実施例の光学系におけるリレーレンズ３と像面湾曲補正光学系５０とを合わせた光学系の光学性能を表す図である。図８は縦収差を表す図、図９はスポットダイアグラムを表す図である。リレーレンズ３に像面湾曲補正光学系５０を組み合わせることにより、図８から、像面湾曲と非点収差が大幅に低減されていることがわかる。また、図９から、軸外のスポット径が大幅に改善されていることがわかる。本実施例は、実施例１に比べてコマ収差や歪曲収差が改善されている。また、像側テレセントリックになっている。
【００３６】
（実施例３）
図１０〜１２を用いて本実施例の説明をする。像面湾曲補正光学系以外の部分は、実施例１と同様である。
【００３７】
図１０は、像面湾曲補正光学系６０の付近を拡大して光路も示した断面図である。図１０において、像面湾曲補正光学系６０は、ビームスプリッタ６１、非球面レンズ６２、凹面鏡６３から構成される。光束は、リレーレンズを構成するロッドレンズを順に通過して、ロッドレンズ３３ｂを通過したあと結像する。その後、ビームスプリッタ６１に６１ａ面から入射し、６１ｈ面を通過し、６１ｂ面から射出する。次いで、非球面レンズ６２を通過し、凹面鏡６３に入射する。光束は、凹面鏡６３で反射され、非球面レンズ６２を再度通過し、ビームスプリッタ６１に６１ｂ面から入射し、６１ｈ面で反射されて方向を変え、６１ｃ面から射出する。そして、像面湾曲補正光学系６０の像面ｉｍｇに空中像を結像する。この像面ｉｍｇに結像した像は、それに続く結像レンズ５により撮像素子６上に再結像される。
【００３８】
数値実施例３において、面番号の第２５面〜第３４面が像面湾曲補正光学系６０に対応する。第２３面以前の面はリレーレンズであり、実施例１と同じである。第３３面はビームスプリッタの反射面に対応し、４５度の傾きを持っている。第２８面（第３０面）は非球面形状を有する。第２８面と第３０面は物理的には同一面である。
【００３９】
像面湾曲補正光学系６０に凹面鏡６３を用いて、これらの曲率半径を適切に選択することにより、リレーレンズ３で発生する像面湾曲を低減している。また、非球面レンズ６２の非球面係数を適切に設定することにより、リレーレンズ３と凹面鏡６３自身で発生する非点収差とを低減している。
【００４０】
本実施例においては、Ｌ＝０．４８４、Ｍ＝−０．３５５、Ｓ＝−０．７３３であり、Ｓ＜−０．５０を満たしている。また、非球面形状を有する第２８面（第３０面）は、曲率半径ｒの符号と４次の非球面係数の符号が逆符号であり、６次以上の非球面係数はゼロであることから、中心部から周辺部にいくにしたがって、局所的な曲率が緩くなるような形状である。
【００４１】
また、本実施例において、凹面鏡の数は１、各ビームスプリッタの厚みの平均は４．００ｍｍ、各ビームスプリッタの屈折率の絶対値の平均は１．５１６３３、各凹面鏡の曲率半径の絶対値の平均は５．００ｍｍである。したがって、Ｔ＝１．８９５であり、Ｔ＞１．１を満たしている。
【００４２】
図１１、図１２は、本実施例の光学系におけるリレーレンズ３と像面湾曲補正光学系６０とを合わせた光学系の光学性能を表す図である。図１１は縦収差を表す図、図１２はスポットダイアグラムを表す図である。リレーレンズ３に像面湾曲補正光学系６０を組み合わせることにより、図１１から、像面湾曲と非点収差が大幅に低減されていることがわかる。また、図１２から、軸外のスポット径が大幅に改善されていることがわかる。
【００４３】
（実施例４）
図１３〜１５を用いて本実施例の説明をする。像面湾曲補正光学系以外の部分は、実施例１と同様である。
【００４４】
図１３は、像面湾曲補正光学系７０の付近を拡大して光路も示した断面図である。図１３において、像面湾曲補正光学系７０は、ビームスプリッタ７１、マンジャンミラー７２から構成される。ここでは、マンジャンミラー７２が非球面を有する凹面鏡に相当する。光束は、リレーレンズを構成するロッドレンズを順に通過して、ロッドレンズ３３ｂを通過した後に結像する。その後、ビームスプリッタ７１に７１ａ面から入射し、７１ｈ面を通過し、７１ｂ面から射出する。次いで、マンジャンミラー７２の屈折面７２ａ面に入射し屈折され、裏面の反射面７２ｂで反射される。その後、光束は、マンジャンミラー７２の屈折面７２ａ面から射出し、ビームスプリッタ７１に７１ｂ面から入射し、７１ｈ面で反射されて方向を変え、７１ｃ面から射出する。そして、像面湾曲補正光学系７０の像面ｉｍｇに空中像を結像する。この像面ｉｍｇに結像した像は、それに続く結像レンズ５によって撮像素子６上に再結像される。
【００４５】
数値実施例４において、面番号の第２５面〜第３２面は像面湾曲補正光学系７０に対応する。第２３面以前の面はリレーレンズであり実施例１と同じである。第３１面はビームスプリッタの反射面に対応し、４５度の傾きを持っている。第２８面は非球面形状を有する。
【００４６】
像面湾曲補正光学系７０にマンジャンミラー７２を用いて、この曲率半径を適切に選択することにより、リレーレンズ３で発生する像面湾曲を低減している。また、マンジャンミラーの反射面７２ｂを非球面形状とし、その非球面係数を適切に設定することにより、リレーレンズ３とマンジャンミラー７２自身で発生する非点収差とを低減している。
【００４７】
本実施例においては、Ｌ＝０．４８４、Ｍ＝−０．３７７、Ｓ＝−０．７８０であり、Ｓ＜−０．５０を満たしている。また、非球面２８面は、曲率半径ｒの符号と４次の非球面係数の符号が逆符号であり、６次以上の非球面係数はゼロであることから、中心部から周辺部にいくにしたがって、局所的な曲率が緩くなるような形状である。
【００４８】
また、本実施例において、凹面鏡の数は１、各ビームスプリッタの厚みの平均は４．００ｍｍ、各ビームスプリッタの屈折率の絶対値の平均は１．５１６３３、各凹面鏡の曲率半径の絶対値の平均は５．００ｍｍである。したがって、Ｔ＝１．８９５であり、Ｔ＞１．１を満たしている。
【００４９】
図１４、図１５は、本実施例の光学系におけるリレーレンズ３と像面湾曲補正光学系７０とを合わせた光学系の光学性能を表す図である。図１４は縦収差を表す図、図１５はスポットダイアグラムを表す図である。リレーレンズ３に像面湾曲補正光学系７０を組み合わせることにより、図１４から、像面湾曲と非点収差が大幅に低減されていることがわかる。また、図１５から、軸外のスポット径が大幅に改善されていることがわかる。
【００５０】
（実施例５）
図１６、１７を用いて本実施例の説明をする。基本構成は実施例２と同じであるため、断面図とその説明は省略する。実施例２との違いは、凹面鏡５４の曲率をより強くし、そのままでは像がビームスプリッタ５３の内部に形成されるため、面間隔を変えて像がビームスプリッタ５３の外側に形成されるようにしたことである。
【００５１】
本実施例においては、Ｌ＝０．４８４、Ｍ＝−０．６０６、Ｓ＝−１．２５２であり、Ｓ＜−０．５０を満たしている。また、非球面形状を有する第２７面と第３４面は、曲率半径ｒの符号と４次の非球面係数の符号が逆符号であり、６次以上の非球面係数はゼロであることから、中心部から周辺部にいくにしたがって、局所的な曲率が緩くなるような形状である。
【００５２】
また、本実施例において、凹面鏡の数は２、各ビームスプリッタの厚みの平均は４．００ｍｍ、各ビームスプリッタの屈折率の絶対値の平均は１．５１６３３、各凹面鏡の曲率半径の絶対値の平均は６．６０ｍｍである。したがって、Ｔ＝１．２５１であり、Ｔ＞１．１を満たしている。
【００５３】
図１６、図１７は、本実施例の光学系におけるリレーレンズ３と像面湾曲補正光学系５０とを合わせた光学系の光学性能を表す図である。図１６は縦収差を表す図、図１７はスポットダイアグラムを表す図である。リレーレンズ３に像面湾曲補正光学系５０を組み合わせることにより、図１６から、像面湾曲と非点収差が低減されていることがわかる。また、図１７から、軸外のスポット径が改善されていることがわかる。
【００５４】
（実施例６）
図１８、１９を用いて本実施例の説明をする。基本構成は、実施例３と同じであるため、断面図とその説明は省略する。実施例３との違いは、凹面鏡６３の曲率をより弱くしたことである。
【００５５】
本実施例においては、Ｌ＝０．４８４、Ｍ＝−０．２７５、Ｓ＝−０．５６８であり、Ｓ＜−０．５０を満たしている。また、非球面形状を有する第２８面（第３０面）は、曲率半径ｒの符号と４次の非球面係数の符号が逆符号であり、６次以上の非球面係数はゼロであることから、中心部から周辺部にいくにしたがって、局所的な曲率が緩くなるような形状である。
【００５６】
また、本実施例において、凹面鏡の数は１、各ビームスプリッタの厚みの平均は４．００ｍｍ、各ビームスプリッタの屈折率の絶対値の平均は１．５１６３３、各凹面鏡の曲率半径の絶対値の平均は６．２５ｍｍである。したがって、Ｔ＝２．３６９であり、Ｔ＞１．１を満たしている。
【００５７】
図１８、図１９は、本実施例の光学系におけるリレーレンズ３と像面湾曲補正光学系６０とを合わせた光学系の光学性能を表す図である。図１８は縦収差を表す図、図１９はスポットダイアグラムを表す図である。リレーレンズ３に像面湾曲補正光学系６０を組み合わせることにより、図１８から、像面湾曲と非点収差が低減されていることがわかる。また、図１９から、軸外のスポット径が改善されていることがわかる。
【００５８】
次に、パラメータＳの適切な範囲について述べる。比較例として実施例６において、凹面鏡６３の曲率を更に弱くして、具体的には第２９面の曲率半径を−７．２とした例について示す。パラメータはＬ＝０．４８４、Ｍ＝−０．２３３、Ｓ＝−０．４８１である。図２０は縦収差を表す図、図２１はスポットダイアグラムを表す図である。最大物高でのスポット直径は、０．１０２ｍｍであり、０．１ｍｍを上回る。これは、画面直径の１／２０を超える量であり、解像度の劣化が目立つようになり好ましくない。また、像面湾曲補正光学系を用いないリレーレンズのみでのスポット直径０．１８６ｍｍからの改善度も５０％を下回るため、像面湾曲補正光学系の付加によってそれほど大きな効果は得られていない。そのため、Ｓ＜−０．５０とするのが好ましい。
【００５９】
各数値実施例において、面番号はリレーレンズの物体面から像面湾曲補正光学系の像面まで数えた光が通過する順の光学面である。ｒは第ｉ番目の光学面の曲率半径である。ｄは第ｉ番目と第ｉ＋１番目の間隔である。ｎｄ、νｄは波長５８７．６ｎｍ（ｄ線）に対する材料の屈折率とアッベ数をそれぞれ示している。屈折率は、反射面の前後では符号が反転する表記としている。全て数値実施例において、リレーレンズの開口数（ＮＡ）を０．１、リレーレンズの物体高を１．０ｍｍとしている。
【００６０】
また、各数値実施例において、非球面の形状は、以下の式に示す一般的な非球面の式で表される。以下の式において、Ｚは光軸方向の座標、ｃは曲率（曲率半径ｒの逆数）、ｈは光軸からの高さ、ｋは円錐係数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊ・・・は各々、４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次、１６次、１８次、２０次、・・・の非球面係数である。
【００６１】
【数１】
2014126801.tif 000003
【００６２】
各数値実施例において、１２次の係数Ｅ以降は０であるため表示を省略している。
【００６３】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形、及び、変更が可能である。
【００６４】
各数値実施例では非球面係数として４次の項のみを使用したが、更に高次の項を使用してもよい。または、円錐係数のみを使用して２次曲面のミラーとしてもよい。実施例では像面湾曲補正光学系の部材の外側に実像が形成されているが、部材の内部に像が形成されていてもよい。また、以上の実施例では、ビームスプリッタ（ハーフミラー）の使用により光の利用効率の低下と分岐した不要光によるノイズの発生の可能性があるが、それを改善するために偏光と偏光板を利用してもよい。また、ビームスプリッタとしては実施例に示した立方体型だけでなく平行平面板のタイプを用いてもよい。また、ビームスプリッタを用いずに、瞳の中央が遮蔽されるタイプの凹面鏡、または軸外のみを使用する凹面鏡を使う構成としてもよい。また、実施例では像面湾曲補正光学系を、リレーレンズの後方に配置したが、それに限らず、対物レンズより後方であれば任意の場所に配置することが可能である。像面湾曲補正光学系に使用する凹面鏡の数を実施例では１個または２個としているが、リレーレンズで発生する像面湾曲の程度に応じて、３個以上用いても良い。また、結像レンズで撮像素子上に結像する方式以外に適用してもよく、例えば、接眼レンズで観察するタイプに適用してもよい。
【００６５】
（数値実施例１）
単位ｍｍ
面データ
面番号            ｒ              ｄ             ｎｄ           νｄ
物体              平面           3.307         1.00000
1                 8.000          20.000         1.51633          64.1
2                -4.338           1.000         1.62004          36.3 
3                -8.000           1.596         1.00000
4 （絞り）        平面           1.596         1.00000
5                 8.000           1.000         1.62004          36.3
6                 4.338          20.000         1.51633          64.1
7                -8.000           3.307         1.00000
8（像面）         平面           3.307         1.00000
9                8.000          20.000         1.51633          64.1
10              -4.338           1.000         1.62004          36.3
11              -8.000           1.596         1.00000
12 （絞り）      平面           1.596         1.00000
13              8.000           1.000         1.62004          36.3
14              4.338          20.000         1.51633          64.1
15             -8.000           3.307         1.00000
16 （像面）     平面           3.307         1.00000
17              8.000          20.000         1.51633          64.1
18             -4.338           1.000         1.62004          36.3
19             -8.000           1.596         1.00000
20 （絞り）     平面           1.596         1.00000
21              8.000          1.000         1.62004          36.3
22              4.338          20.000         1.51633          64.1
23             -8.000           3.307         1.00000
24（像面）      平面           0.492         1.00000
25              平面           4.000         1.51633          64.1
26              平面           1.000         1.00000
27（非球面）   -4.130         -1.000        -1.00000                   反射
28              平面          -2.000        -1.51633          64.1
29              平面           2.000         1.51633          64.1     反射
30              平面           0.492         1.00000
非球面データ
面番号        ｒ          ｋ          Ａ          Ｂ          Ｃ          Ｄ
27          -4.130         0      1.839E-03        0           0           0
【００６６】
（数値実施例２）
単位ｍｍ
面データ
面番号            ｒ              ｄ             ｎｄ           νｄ
物体                平面           3.307         1.00000
1                 8.000          20.000         1.51633          64.1
2                -4.338           1.000         1.62004          36.3
3                -8.000           1.596         1.00000
4 （絞り）        平面           1.596         1.00000
5                 8.000           1.000         1.62004          36.3
6                 4.338          20.000         1.51633          64.1
7                -8.000           3.307         1.00000
8（像面）          平面           3.307         1.00000
9                 8.000          20.000         1.51633          64.1
10               -4.338           1.000         1.62004          36.3
11               -8.000           1.596         1.00000
12（絞り）         平面           1.596         1.00000
13                8.000           1.000         1.62004          36.3
14                4.338          20.000         1.51633          64.1
15               -8.000           3.307         1.00000
16（像面）         平面           3.307         1.00000
17                8.000          20.000         1.51633          64.1
18               -4.338           1.000         1.62004          36.3
19               -8.000           1.596         1.00000
20（絞り）         平面           1.596         1.00000
21                8.000           1.000         1.62004          36.3
22                4.338          20.000         1.51633          64.1
23               -8.000           3.307         1.00000
24（像面）         平面           0.487         1.00000
25                 平面           4.000         1.51633          64.1
26                 平面           1.000         1.00000
27（非球面）     -8.250          -1.000        -1.00000                   反射
28                 平面          -2.000        -1.51633          64.1
29                 平面           2.000         1.51633          64.1     反射
30                 平面           0.487         1.00000
31                 平面           0.487         1.00000
32                 平面           4.000         1.51633          64.1
33                 平面           1.000         1.00000
34（非球面）     -8.250          -1.000        -1.00000                    反射
35                 平面          -2.000        -1.51633          64.1
36                 平面           2.000         1.51633          64.1      反射
37                 平面           0.487         1.00000
非球面データ
面番号        ｒ          ｋ          Ａ          Ｂ          Ｃ          Ｄ
27          -8.250         0      9.300E-04        0           0           0
34          -8.250         0      9.300E-04        0           0           0
【００６７】
（数値実施例３）
単位ｍｍ
面データ
面番号            ｒ              ｄ             ｎｄ           νｄ
物体                平面           3.307         1.00000
1                 8.000          20.000         1.51633          64.1
2                -4.338           1.000         1.62004          36.3 
3                -8.000           1.596         1.00000
4 （絞り）        平面           1.596         1.00000
5                 8.000           1.000         1.62004          36.3
6                 4.338          20.000         1.51633          64.1
7                -8.000           3.307         1.00000
8（像面）          平面           3.307         1.00000
9                 8.000          20.000         1.51633          64.1
10               -4.338           1.000         1.62004          36.3
11               -8.000           1.596         1.00000
12（絞り）         平面           1.596         1.00000
13                8.000           1.000         1.62004          36.3
14                4.338          20.000         1.51633          64.1
15               -8.000           3.307         1.00000
16（像面）         平面           3.307         1.00000
17                8.000          20.000         1.51633          64.1
18               -4.338           1.000         1.62004          36.3
19               -8.000           1.596         1.00000
20（絞り）         平面           1.596         1.00000
21                8.000           1.000         1.62004          36.3
22                4.338          20.000         1.51633          64.1
23               -8.000           3.307         1.00000
24（像面）         平面           1.000         1.00000
25                 平面           4.000         1.51633          64.1
26                 平面           0.200         1.00000
27                 平面           0.500         1.51633          64.1
28（非球面）    -15.119           0.800         1.00000
29               -5.000          -0.800        -1.00000                        反射
30（非球面）    -15.119          -0.500        -1.51633          64.1
31                 平面          -0.200        -1.00000
32                 平面          -2.000        -1.51633          64.1
33                 平面           2.000         1.51633          64.1    反射
34                 平面           0.100         1.00000
非球面データ
面番号        ｒ          ｋ          Ａ          Ｂ          Ｃ          Ｄ
28,30        -15.119        0       4.646E-03       0           0           0
【００６８】
（数値実施例４）
単位ｍｍ
面データ
面番号            ｒ              ｄ             ｎｄ           νｄ
物体               平面           3.307         1.00000
1                 8.000          20.000         1.51633          64.1
2                -4.338           1.000         1.62004          36.3 
3                -8.000           1.596         1.00000
4 （絞り）         平面           1.596         1.00000
5                 8.000           1.000         1.62004          36.3
6                 4.338          20.000         1.51633          64.1
7                -8.000           3.307         1.00000
8（像面）          平面           3.307         1.00000
9                 8.000          20.000         1.51633          64.1
10               -4.338           1.000         1.62004          36.3
11               -8.000           1.596         1.00000
12（絞り）         平面           1.596         1.00000
13                8.000           1.000         1.62004          36.3
14                4.338          20.000         1.51633          64.1
15               -8.000           3.307         1.00000
16（像面）         平面           3.307         1.00000
17                8.000          20.000         1.51633          64.1
18               -4.338           1.000         1.62004          36.3
19               -8.000           1.596         1.00000
20（絞り）         平面           1.596         1.00000
21                8.000           1.000         1.62004          36.3
22                4.338          20.000         1.51633          64.1
23               -8.000           3.307         1.00000
24（像面）         平面           1.000         1.00000
25                 平面           4.000         1.51633          64.1
26                 平面           0.500         1.00000
27               -5.993           0.800         1.51633          64.1
28（非球面）     -5.000          -0.800        -1.51633          64.1     反射
29               -5.993          -0.500        -1.00000
30                 平面          -2.000        -1.51633          64.1
31                 平面           2.000         1.51633          64.1     反射
32                 平面           0.097         1.00000
非球面データ
面番号        ｒ          ｋ          Ａ          Ｂ          Ｃ          Ｄ
28          -5.000         0       6.352E-04       0           0           0
【００６９】
（数値実施例５）
単位ｍｍ
面データ
面番号            ｒ              ｄ             ｎｄ           νｄ
物体               平面           3.307         1.00000
1                 8.000          20.000         1.51633          64.1
2                -4.338           1.000         1.62004          36.3
3                -8.000           1.596         1.00000
4 （絞り）         平面           1.596         1.00000
5                 8.000           1.000         1.62004          36.3
6                 4.338          20.000         1.51633          64.1
7                -8.000           3.307         1.00000
8（像面）          平面           3.307         1.00000
9                 8.000          20.000         1.51633          64.1
10               -4.338           1.000         1.62004          36.3
11               -8.000           1.596         1.00000
12（絞り）         平面           1.596         1.00000
13                8.000           1.000         1.62004          36.3
14                4.338          20.000         1.51633          64.1
15               -8.000           3.307         1.00000
16（像面）         平面           3.307         1.00000
17                8.000          20.000         1.51633          64.1
18               -4.338           1.000         1.62004          36.3
19               -8.000           1.596         1.00000
20（絞り）         平面           1.596         1.00000
21                8.000           1.000         1.62004          36.3
22                4.338          20.000         1.51633          64.1
23               -8.000           3.307         1.00000
24（像面）         平面           0.200         1.00000
25                 平面           4.000         1.51633          64.1
26                 平面           0.500         1.00000
27（非球面）     -6.600          -0.500        -1.00000                 反射
28                 平面          -2.000        -1.51633          64.1
29                 平面           2.000         1.51633          64.1   反射
30                 平面           0.100         1.00000
31                 平面           0.100         1.00000
32                 平面           4.000         1.51633          64.1
33                 平面           0.500         1.00000
34（非球面）     -6.600          -0.500        -1.00000                 反射
35                 平面          -2.000        -1.51633          64.1
36                 平面           2.000         1.51633          64.1   反射
37                 平面           0.124         1.00000
非球面データ
面番号        ｒ          ｋ          Ａ          Ｂ          Ｃ          Ｄ
27          -6.600         0      1.415E-03        0           0           0
34          -6.600         0      1.415E-03        0           0           0
【００７０】
（数値実施例６）
単位ｍｍ
面データ
面番号            ｒ              ｄ             ｎｄ           νｄ
物体               平面           3.307         1.00000
1                 8.000          20.000         1.51633          64.1
2                -4.338           1.000         1.62004          36.3 
3                -8.000           1.596         1.00000
4 （絞り）         平面           1.596         1.00000
5                 8.000           1.000         1.62004          36.3
6                 4.338          20.000         1.51633          64.1
7                -8.000           3.307         1.00000
8（像面）          平面           3.307         1.00000
9                 8.000          20.000         1.51633          64.1
10               -4.338           1.000         1.62004          36.3
11               -8.000           1.596         1.00000
12（絞り）         平面           1.596         1.00000
13                8.000           1.000         1.62004          36.3
14                4.338          20.000         1.51633          64.1
15               -8.000           3.307         1.00000
16（像面）         平面           3.307         1.00000
17                8.000          20.000         1.51633          64.1
18               -4.338           1.000         1.62004          36.3
19               -8.000           1.596         1.00000
20（絞り）         平面           1.596         1.00000
21                8.000           1.000         1.62004          36.3
22                4.338          20.000         1.51633          64.1
23               -8.000           3.307         1.00000
24（像面）         平面           1.000         1.00000
25                 平面           4.000         1.51633          64.1
26                 平面           0.200         1.00000
27                 平面           0.500         1.51633          64.1
28（非球面）    -15.119           0.800         1.00000
29               -6.250          -0.800        -1.00000                        反射
30（非球面）    -15.119          -0.500        -1.51633          64.1
31                 平面          -0.200        -1.00000
32                 平面          -2.000        -1.51633          64.1
33                 平面           2.000         1.51633          64.1    反射
34                 平面           1.934         1.00000
非球面データ
面番号        ｒ          ｋ          Ａ          Ｂ          Ｃ          Ｄ
28,30        -15.119       0       4.646E-03       0           0           0
【符号の説明】
【００７１】
２  対物レンズ
３  リレーレンズ
４、５０、６０、７０  像面湾曲補正光学系
４２、５２、５４、６３  凹面鏡
６２  非球面レンズ
７２  マンジャンミラー
【図２】
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【図３】
2014126801.tif 000005
【図５】
2014126801.tif 000006
【図７】
2014126801.tif 000007
【図８】
2014126801.tif 000008
【図１０】
2014126801.tif 000009
【図１１】
2014126801.tif 000010
【図１３】
2014126801.tif 000011
【図１４】
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【図１６】
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【図１８】
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【図２０】
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【図１】
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【図４】
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【図６】
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【図９】
2014126801.tif 000019
【図１２】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１９】
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【図２１】
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