(57)【要約】【課題】視野の確定が可能で、レンズ径が小型化可能な、簡便な構成かつ平易な可動機構の実像式変倍アフォーカル光学系を提供すること。【解決手段】可変焦点距離素子Ｌ１Ｖを有する正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２を有し、変倍に際して、前記第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を変化させ、前記第１レンズ群Ｇ１と前記第２レンズ群Ｇ２との間の光路中に結像面Ｓを有する実像式変倍アフォーカル光学系。【選択図】図２
2008203651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変焦点距離素子を有する正屈折力の第１レンズ群と、正屈折力の第２レンズ群を有し、
変倍に際して、前記第１レンズ群の焦点距離を変化させ、
前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の光路中に結像面を有することを特徴とする実像式変倍アフォーカル光学系。
【請求項２】
前記可変焦点距離素子の焦点距離を変化させることで変倍することを特徴とする請求項１に記載の実像式変倍アフォーカル光学系。
【請求項３】
前記第１レンズ群を光軸に沿って移動させることで変倍することを特徴とする請求項１又は２に記載の実像式変倍アフォーカル光学系。
【請求項４】
前記第１レンズ群の焦点距離が長くなると共に、前記第１レンズ群のみを光軸に沿って前記第２レンズ群から遠ざかるように移動させることで、前記実像式変倍アフォーカル光学系全体の倍率を高くすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の実像式変倍アフォーカル光学系。
【請求項５】
前記結像面の近傍に正屈折力のフィールドレンズ群を有し、
光軸に沿って、物体側から射出瞳側に向かう方向を正としたとき、前記結像面から高倍率端状態での前記フィールドレンズ群の最も前記結像面に近いレンズ面までの距離をｄｉｆ、第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、
以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の実像式変倍アフォーカル光学系。
−０．４０ ＜ ｄｉｆ／ｆ２ ＜ ０．４０
【請求項６】
前記フィールドレンズ群は１つ以上の固定焦点距離素子を有することを特徴とする請求項５に記載の実像式変倍アフォーカル光学系。
【請求項７】
前記フィールドレンズ群は可変焦点距離素子を有し、
前記フィールドレンズ群中の前記可変焦点距離素子は、前記第１レンズ群の焦点距離変化に伴って焦点距離を変化させることを特徴とする請求項５に記載の実像式変倍アフォーカル光学系。
【請求項８】
前記フィールドレンズ群中の前記可変焦点距離素子は、光軸に沿って前記結像面よりも前記第１レンズ群側に配置されることを特徴とする請求項７に記載の実像式変倍アフォーカル光学系。
【請求項９】
低倍率端状態における前記第１レンズ群の主点位置と前記フィールドレンズ群中の前記可変焦点距離素子の主点位置との空気換算距離をｄ１Ｌ、高倍率端状態における前記第１レンズ群の主点位置と前記フィールドレンズ群中の前記可変焦点距離素子の主点位置との空気換算距離をｄ１Ｈ、低倍率端状態における前記フィールドレンズ群中の前記可変焦点距離素子の焦点距離をｆＦＶＬ、高倍率端状態における前記フィールドレンズ群中の前記可変焦点距離素子の焦点距離をｆＦＶＨとするとき、
以下の条件を満たすことを特徴とする請求項７又は８に記載の実像式変倍アフォーカル光学系。
−０．５０ ＜ （ｄ１Ｈ／ｆＦＶＨ）−（ｄ１Ｌ／ｆＦＶＬ） ＜ ０．５０
【請求項１０】
前記可変焦点距離素子は、第１液体材料と、該第１液体材料と屈折率が異なり混合しない第２液体材料とを容器内に封入し、前記第１液体材料及び前記第２液体材料へ加える物理量を変化させることによって、前記第１液体材料と前記第２液体材料の境界面形状を変化させて焦点距離を変えることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の実像式変倍アフォーカル光学系。
【請求項１１】
前記物理量は電圧であることを特徴とする請求項１０に記載の実像式変倍アフォーカル光学系。
【請求項１２】
前記第２レンズ群は、１つ以上の固定焦点距離素子のみで構成されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の実像式変倍アフォーカル光学系。
【請求項１３】
前記第１レンズ群は1つ以上の固定焦点距離素子を有することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の実像式変倍アフォーカル光学系。
【請求項１４】
光軸に沿って、前記第１レンズ群は前記第２レンズ群より物体側に配置され、
前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）、無限遠観察時の低倍率端状態で前記結像面から前記第２レンズ群の主点位置までの光軸に沿った空気換算距離をｄ２Ｌ（単位：ｍｍ）、無限遠観察時の高倍率端状態で前記結像面から前記第２レンズ群の主点位置までの光軸に沿った空気換算距離をｄ２Ｈ（単位：ｍｍ）とするとき、
以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の実像式変倍アフォーカル光学系。
−１５ ＜ １０００×（ｄ２Ｌ−ｆ２）／（ｆ２）２ ＜ １０    （単位：１／ｍ）
−１５ ＜ １０００×（ｄ２Ｈ−ｆ２）／（ｆ２）２ ＜ １０    （単位：１／ｍ）
【請求項１５】
前記結像面の近傍に視野枠を有することを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の実像式変倍アフォーカル光学系。
【請求項１６】
光軸に沿って、前記第１レンズ群は前記第２レンズ群より物体側に配置され、
前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）、前記視野枠配置面と光軸との交点から前記第２レンズ群の主点位置までの光軸に沿った空気換算距離をｄｆ（単位：ｍｍ）とするとき、
以下の条件を満足することを特徴とする請求項１５に記載の実像式変倍アフォーカル光学系。
−１５ ＜ １０００×（ｄｆ−ｆ２）／（ｆ２）２ ＜ １０    （単位：１／ｍ）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファインダや望遠鏡、カメラ用コンバータレンズなどに用いられる実像式変倍アフォーカル光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、可変焦点距離素子を用いた光学系が数多く提案され、その中で、光学系からの射出光線がほぼアフォーカルである光学系もいくつか提案されてきた。例えば、可変焦点距離素子にシリコンゴムを材料にした弾性体レンズを用い、簡便な可動機構のみで変倍を可能にした変倍光学系が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭６１−８７１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の変倍光学系では、虚像式アフォーカル光学系であったために視野を確定することができない問題があった。また、虚像式であるがため、レンズ径が大型化する、特に接眼レンズから物体側に遠いレンズの径が大きくなる問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明は、可変焦点距離素子を有する正屈折力の第１レンズ群と、正屈折力の第２レンズ群を有し、変倍に際して、前記第１レンズ群の焦点距離を変化させ、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間の光路中に結像面を有することを特徴とする実像式変倍アフォーカル光学系を提供する。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、視野が確定し、レンズ径が小型化可能であり、簡便な構成かつ平易な可動機構の実像式変倍アフォーカル光学系を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の一実施の形態にかかる実像式変倍アフォーカル光学系に関し説明する。
【０００７】
光学系からの射出光線がほぼアフォーカルな実像式の光学系を構成するためには、少なくとも２つのレンズ群が必要である。２つのレンズ群で構成された光学系について、物体側のレンズ群（対物レンズ群）の焦点距離をｆｏ[ｍｍ]、瞳側のレンズ群（接眼レンズ群）の焦点距離をｆｅ[ｍｍ]とすると、ほぼアフォーカルなレンズ群を構成するためには、対物レンズ群と接眼レンズ群の空気換算主点距離をｄ[ｍｍ]としたとき、ｆｏ及びｆｅは共に正であり、以下の条件式（１）をほぼ満たす必要がある。
（１）  ｄ＝ｆｏ＋ｆｅ
また、このアフォーカル光学系における倍率ｍは、以下の式（２）で与えられる。
（２）  ｍ＝−ｆｏ／ｆｅ
ここで、式（２）から分かる通り、アフォーカル光学系を変倍させるためには、少なくとも対物レンズ群の焦点距離ｆｏか接眼レンズ群の焦点距離ｆｅのいずれかを変化させることが必要である。
【０００８】
そこで、実施の形態にかかる実像式変倍アフォーカル光学系は、可変焦点距離素子を有する正屈折力の第１レンズ群と、正屈折力の第２レンズ群を有し、変倍に際して、第１レンズ群の焦点距離を変化させ、第１レンズ群と第２レンズ群との間の光路中に結像面を有する構成とする。実施の形態では、対物レンズ群の焦点距離ｆｏか接眼レンズ群の焦点距離ｆｅに相当する第１レンズ群の焦点距離を変化させることで、倍率の変更が可能になる。
【０００９】
また、実施の形態にかかる実像式変倍アフォーカル光学系では、可変焦点距離素子の焦点距離を変化させることで変倍することが望ましい。
【００１０】
実施の形態にかかる実像式変倍アフォーカル光学系では、第１レンズ群中の可変焦点距離素子の焦点距離を変化させることで、第１レンズ群の焦点距離を可動部無しに変化させることができ簡便な構成の実像式変倍アフォーカル光学系を実現できる。
【００１１】
また、実施の形態にかかる実像式変倍アフォーカル光学系では、第１レンズ群を光軸に沿って移動させることで変倍することが望ましい。
【００１２】
第１レンズ群を対物レンズ群とみなすと、式（２）より対物レンズ群ｆｏ、即ち第１レンズ群の焦点距離を変化させることで、実像式変倍アフォーカル光学系全体の倍率を変化させることができる。その際、接眼レンズ群からの射出光線はアフォーカルから外れてしまうため、それを回避するために第１レンズ群の焦点距離変化に伴って、第１レンズ群を光軸に沿って移動させることで、式（１）をほぼ満たすことが可能になり、実像式変倍アフォーカル光学系の変倍を実現できる。なお、第１レンズ群を接眼レンズ群とみなしても同様である。
【００１３】
また、実施の形態にかかる実像式変倍アフォーカル光学系では、第１レンズ群の焦点距離が長くなると共に、第１レンズ群のみを光軸に沿って第２レンズ群から遠ざかるように移動させることで、実像式変倍アフォーカル光学系全体の倍率を高くすることが望ましい。
【００１４】
第１レンズ群を対物レンズ群としてみなすと、式（２）より対物レンズ群ｆｏ、即ち第１レンズ群の焦点距離を長くすることで、実像式変倍アフォーカル光学系全体の倍率を負に大きく、即ち高倍率にすることができる。その際、接眼レンズ群からの射出光線はアフォーカルから外れてしまうため、それを回避するために第１レンズ群の焦点距離増加に伴って、第１レンズ群のみを光軸に沿って第２レンズ群から遠ざかるように移動させることで、式（１）をほぼ満たすことが可能になり、実像式変倍アフォーカル光学系の変倍を実現できる。
【００１５】
また、従来は、変倍を実現するためには少なくとも２つのレンズ群を同時に移動させる必要があり可動機構の構成が複雑であったが、実施の形態では第１レンズ群のみを移動させることで変倍でき、平易な可動機構で実像式変倍アフォーカル光学系を達成することができる。
【００１６】
また、実施の形態にかかる実像式変倍アフォーカル光学系では、結像面の近傍に正屈折力のフィールドレンズ群を有し、光軸に沿って、物体側から射出瞳側に向かう方向を正としたとき、結像面から高倍率端状態でのフィールドレンズ群の最も結像面に近いレンズ面までの距離をｄｉｆ、第２レンズ群の焦点距離をｆ２とするとき、以下の条件式（３）を満たすことが望ましい。
（３）  −０．４０ ＜ ｄｉｆ／ｆ２ ＜ ０．４０
ここで、第１レンズ群及び第２レンズ群はそれぞれ対物レンズ群の一部、接眼レンズ群の一部になるものとして説明する。
【００１７】
画角を持った実像式アフォーカル光学系では、対物レンズ群から射出する実像面の最大像高に到達する光線をそのまま接眼レンズ群へ導こうとすると、接眼レンズ群の径が大きくなってしまう。あるいは、接眼レンズ群の径を小さくしようとすると、対物レンズ群の径が大きくなってしまう。実施の形態にかかる実像式変倍アフォーカル光学系では、結像面の近傍に正屈折力のフィールドレンズ群を配置し、対物レンズ群から射出する実像面最大像高に到達する光線を光軸方向に曲げることで、接眼レンズ群の径を小さくすることが可能になる。あるいは、接眼レンズ群の径が小さい場合に大きくなってしまう対物レンズ群の径を小さくすることが可能になる。
【００１８】
条件式（３）は、最適なフィールドレンズ群の配置を示す条件式である。
【００１９】
条件式（３）が負の値を取るとき、フィールドレンズ群の主点位置は結像面より物体側になるため、第１レンズ群とフィールドレンズ群が対物レンズ群を構成することになる。一方、条件式（３）が正の値を取るとき、フィールドレンズ群の主点位置は結像面より射出瞳側になるため、第２レンズ群とフィールドレンズ群は接眼レンズ群を構成することになる。
【００２０】
条件式（３）の下限値を下回ると、第１レンズ群とフィールドレンズ群との空気換算距離が相対的に近くなる。すると、最大像高に向かう第１レンズ群からの射出光線が光軸から十分に離れないうちにフィールドレンズ群に入射するため、フィールドレンズ群によって効率良く光線を光軸方向に曲げることができず、接眼レンズ群の径が大きくなる。
【００２１】
条件式（３）の上限値を上回ると、第２レンズ群とフィールドレンズ群との空気換算距離が相対的に近くなる。すると、最大像高に向かう第１レンズ群からの射出光線が光軸から大きく離れてフィールドレンズ群に入射するため、フィールドレンズ群の径が大きくなる。
【００２２】
なお、実施の形態の効果を確実にするために、条件式（３）の下限値を−０．２５にすることが好ましい。また、実施の形態の効果を更に確実にするために、条件式（３）の下限値を−０．２０にすることが更に好ましい。また、実施の形態の効果を確実にするために、条件式（３）の上限値を０．２５にすることが好ましい。また、実施の形態の効果を更に確実にするために、条件式（３）の上限値を０．２０にすることが更に好ましい。
【００２３】
また、実施の形態にかかる実像式変倍アフォーカル光学系では、フィールドレンズ群は１つ以上の固定焦点距離素子を有することが望ましい。
【００２４】
フィールドレンズ群を１つ以上の固定焦点距離素子から構成することで、簡便な構成の実像式変倍アフォーカル光学系を得ることができる。
【００２５】
また、実施の形態にかかる実像式変倍アフォーカル光学系では、フィールドレンズ群は可変焦点距離素子を有し、フィールドレンズ群中の可変焦点距離素子は第１レンズ群の焦点距離変化に伴って焦点距離を変化させることが望ましい。
【００２６】
ここで、第１レンズ群及び第２レンズ群はそれぞれ対物レンズ群の一部、接眼レンズ群の一部になるものとして説明する。
【００２７】
実施の形態にかかる実像式アフォーカル光学系が変倍する際に、第１レンズ群の焦点距離が変化すると、それに伴って実像式アフォーカル光学系の射出瞳位置が変化してしまい、その分接眼レンズ群の径を大きくする必要がでてきてしまう。特に変倍率が大きくなるとこの現象は顕著になる。そこで、フィールドレンズ群は可変焦点距離素子を有し、フィールドレンズ群中の可変焦点距離素子は第１レンズ群の焦点距離変化に伴って焦点距離を変化させることで、実像式アフォーカル光学系の射出瞳位置変化を補正することが可能になり、したがって接眼レンズ群の径を効率よく小さくすることが可能になる。
【００２８】
また、実施の形態にかかる実像式変倍アフォーカル光学系では、フィールドレンズ群中の可変焦点距離素子は、光軸に沿って結像面よりも第１レンズ群側に配置されることが望ましい。
【００２９】
仮にフィールドレンズ群中の可変焦点距離素子を第２レンズ群側に配置すると、フィールドレンズ群の焦点距離変化にともなって、結像面の視度が変化してしまい、視野を確定しやすくすることができなくなってしまうため、フィールドレンズ群中の可変焦点距離素子は光軸に沿って結像面よりも第１レンズ群側に配置されることが好ましいと言える。
【００３０】
また、実施の形態にかかる実像式変倍アフォーカル光学系では、低倍率端状態における第１レンズ群の主点位置とフィールドレンズ群中の可変焦点距離素子の主点位置との空気換算間隔をｄ１Ｌ、高倍率端状態における第１レンズ群の主点位置とフィールドレンズ群中の可変焦点距離素子の主点位置との空気換算間隔をｄ１Ｈ、低倍率端状態におけるフィールドレンズ群中の可変焦点距離素子の焦点距離をｆＦＶＬ、高倍率端状態におけるフィールドレンズ群中の可変焦点距離素子の焦点距離をｆＦＶＨとするとき、以下の条件式（４）を満たすことが望ましい。
（４）  −０．５０ ＜ （ｄ１Ｈ／ｆＦＶＨ）−（ｄ１Ｌ／ｆＦＶＬ） ＜ ０．５０  
【００３１】
条件式（４）は、低倍率端状態から高倍率端状態への変倍において、実像式アフォーカル光学系からの射出瞳位置の変動を抑え、第１レンズ群の射出光線を効率よく接眼レンズ群へ導くことによって接眼レンズ群の径を小さくするためのフィールドレンズ群の焦点距離変化と配置を規定する条件式である。
【００３２】
条件式（４）の下限値を下回ると、低倍率端状態から高倍率端状態への変倍においてフィールドレンズ群は実像式アフォーカル光学系からの射出瞳位置の変動を過剰に抑えるため、高倍率端状態において第１レンズ群の射出光線を効率よく接眼レンズ群へ導くことが難しくなり接眼レンズ群の径を小さくすることが困難となる。
【００３３】
条件式（４）の上限値を上回ると、低倍率端状態から高倍率端状態への変倍においてフィールドレンズ群は実像式アフォーカル光学系からの射出瞳位置の変動が補正不足となるため、低倍率端状態において第１レンズ群の射出光線を効率よく接眼レンズ群へ導くことが難しくなり接眼レンズ群の径を小さくすることが困難となる。
【００３４】
なお、実施の形態の効果を確実にするために、条件式（４）の下限値を−０．３０にすることが好ましい。また、実施の形態の効果を確実にするために、条件式（４）の上限値を０．３５にすることが好ましい。
【００３５】
また、実施の形態にかかる実像式変倍アフォーカル光学系では、可変焦点距離素子は、第１液体材料と、第１液体材料と屈折率が異なり混合しない第２液体材料とを容器内に封入し、第１液体材料及び第２液体材料へ加える物理量を変化させることによって、第１液体材料と第２液体材料の境界面形状を変化させて焦点距離を変えることが望ましい。
【００３６】
また、実施の形態にかかる実像式変倍アフォーカル光学系では、前記物理量は電圧であることが望ましい。
【００３７】
可変焦点距離素子は様々な手段を用いたものが提案されているが、その中で電子毛管現象あるいはエレクトロウェッティング現象と呼ばれる現象を用いた素子が提案され、例えば特表２００１−５１９５３９公報や特開２００１−２４９２８２公報などに開示されている。すなわち、第１液体材料と、該第１液体材料と屈折率が異なり混合しない第２液体材料とを容器内に封入し、第１液体材料及び第２液体材料へ加える物理量である電圧を変化させることによって、第１液体材料と第２液体材料の境界面形状を変化させ焦点距離を可変にしている。
【００３８】
また、特表２００１−５１９５３９公報や特開２００１−２４９２８２公報には、第１液体材料として塩を加えた水などの導電性液体と、第２液体材料として油などの絶縁性液体との２種類の液体が用いられている。
【００３９】
実施の形態では、上述のような２つの液体を用いることで、可変焦点距離素子の経時変化による光学性能の劣化が少ない実像式変倍アフォーカル光学系を実現することができる。なお、第１液体材料には、塩化ナトリウム等の塩類の水溶液、導電性成分あるいはイオン成分を添加して導電性を付与した液体材料等の有極性液体を用いることができる。また第２液体材料には、シリコンオイル等の油類、液体炭化水素、液体炭化水素混合物、無極性ハロゲン化物、または第１液体材料と混合しない絶縁性の液体材料等の無極性液体を用いることができる。
【００４０】
また、実施の形態にかかる実像式変倍アフォーカル光学系では、第２レンズ群は、１つ以上の固定焦点距離素子のみで構成されることが望ましい。
【００４１】
実施の形態にかかる実像式変倍アフォーカル光学系では、第２レンズ群を１つ以上の固定焦点距離素子のみで構成することで、レンズ群内の構成を簡単にすることができるため、簡便な構成の実像式変倍アフォーカル光学系を実現できる。
【００４２】
また、実施の形態にかかる実像式変倍アフォーカル光学系では、第１レンズ群は１つ以上の固定焦点距離素子を有することが望ましい。
【００４３】
実施の形態にかかる実像式変倍アフォーカル光学系では、可変焦点距離素子は特定の有限範囲でのみ焦点距離可変である。一方、実像式変倍アフォーカル光学系を実現するためには各レンズ群の最適な屈折力配置が必要となる。すなわち、第１レンズ群の焦点距離可変範囲を最適にする必要がある。そこで、第１レンズ群は１つ以上の固定焦点距離素子を有することで、第１レンズ群の焦点距離可変範囲を可変焦点距離素子の焦点距離可変範囲からシフトさせることができ、最適な屈折力配置が可能となって、簡便な構成の実像式変倍アフォーカル光学系を実現できる。
【００４４】
また、実施の形態にかかる実像式変倍アフォーカル光学系では、光軸に沿って、第１レンズ群は第２レンズ群より物体側に配置され、第２レンズ群の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）、無限遠観察時の低倍率端状態で結像面から第２レンズ群の主点位置までの光軸に沿った空気換算距離をｄ２Ｌ（単位：ｍｍ）、無限遠観察時の高倍率端状態で結像面から第２レンズ群の主点位置までの光軸に沿った空気換算距離をｄ２Ｈ（単位：ｍｍ）とするとき、以下の条件式（５）、（６）を満足することが望ましい。
（５）  −１５ ＜ １０００×（ｄ２Ｌ−ｆ２）／（ｆ２）２ ＜ １０
（６）  −１５ ＜ １０００×（ｄ２Ｈ−ｆ２）／（ｆ２）２ ＜ １０
【００４５】
条件式（５）は、無限遠観察時の低倍率端状態で光学系からの射出光線のアフォーカル度を表し観察光学系では無限遠観察時の視度［１／ｍ］に相当する次元を持つ、実像式アフォーカル光学系を実現するための条件式である。
【００４６】
条件式（５）の下限値を超えると、低倍率端状態において射出光線はほぼアフォーカルでなくなってしまい、実像式変倍アフォーカル光学系を得ることができなくなってしまう。
【００４７】
条件式（５）の上限値を超えると、低倍率端状態において射出光線はほぼアフォーカルでなくなってしまい、実像式変倍アフォーカル光学系を得ることができなくなってしまう。
【００４８】
なお、実施の形態の効果を確実にするために、条件式（５）の下限値を−７にすることが好ましい。また、実施の形態の効果を確実にするために、条件式（５）の上限値を５にすることが好ましい。
【００４９】
条件式（６）は、無限遠観察時の高倍率端状態で、光学系からの射出光線のアフォーカル度を表し観察光学系では無限遠観察時の視度［１／ｍ］に相当する次元を持つ、実像式アフォーカル光学系を実現するための条件式である。
【００５０】
条件式（６）の下限値を超えると、高倍率端状態において射出光線はほぼアフォーカルでなくなってしまい、実像式変倍アフォーカル光学系を得ることができなくなってしまう。
【００５１】
条件式（６）の上限値を超えると、高倍率端状態において射出光線はほぼアフォーカルでなくなってしまい、実像式変倍アフォーカル光学系を得ることができなくなってしまう。
【００５２】
なお、実施の形態の効果を確実にするために、条件式（６）の下限値を−７にすることが好ましい。また、実施の形態の効果を確実にするために、条件式（６）の上限値を５にすることが好ましい。
【００５３】
また、実施の形態にかかる実像式変倍アフォーカル光学系では、結像面の近傍に視野枠を有することが望ましい。
【００５４】
結像面近傍に視野枠を配置することで、第１レンズ群、あるいは第２レンズ群から入射する光線を制限することが可能になり、したがって視野の確定を行うことができる。
【００５５】
また、実施の形態にかかる実像式変倍アフォーカル光学系では、光軸に沿って、第１レンズ群は第２レンズ群より物体側に配置され、第２レンズ群の焦点距離をｆ２（単位：ｍｍ）、視野枠配置面と光軸との交点から第２レンズ群の主点位置までの光軸に沿った空気換算距離をｄｆ（単位：ｍｍ）とするとき、以下の条件式（７）を満足することが望ましい。
（７）  −１５ ＜ １０００×（ｄｆ−ｆ２）／（ｆ２）２ ＜ １０
【００５６】
条件式（７）は、視野枠像の射出光線のアフォーカル度を表し観察光学系では無限遠観察時の視度［１／ｍ］に相当する次元を持つ、実像式アフォーカル光学系を実現するための条件式である。
【００５７】
条件式（７）の下限値を超えると、視野枠像の射出光線はほぼアフォーカルでなくなってしまい、視野を確定できなくなる。
【００５８】
条件式（７）の上限値を超えると、視野枠像の射出光線はほぼアフォーカルでなくなってしまい、視野を確定できなくなる。
【００５９】
なお、実施の形態の効果を確実にするために、条件式（７）の下限値を−７にすることが好ましい。また、実施の形態の効果を確実にするために、条件式（７）の上限値を５にすることが好ましい。
【００６０】
なお、実施の形態では可変焦点距離素子を有する第１レンズ群を対物レンズ群、１つ以上の固定焦点距離素子からなる第２レンズ群を接眼レンズ群とする例を挙げたが、可変焦点距離素子を有する第１レンズ群を接眼レンズ群、１つ以上の固定焦点距離素子からなる第２レンズ群を対物レンズ群とすることも可能であり、どちらの構成でも実像式変倍アフォーカル光学系を実現できることは明白である。
【００６１】
また、実施の形態にかかる実像式変倍アフォーカル光学系は、観察光学系に限られるものではなく、撮影光学系のアフォーカルフロントコンバータやリレー光学系などにも適用できることは言うまでもない。
【００６２】
〔実施例〕
以下、本発明にかかる実像式変倍アフォーカル光学系の各実施例に関し図面を参照しつつ説明する。
【００６３】
［第１実施例］
図１は、第１実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系の屈折力配置を示す図である。図２は、第１実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図である。両図において、Ｌは低倍率端状態、Ｍは中間倍率状態、Ｈは高倍率端状態でのそれぞれの屈折力配置、及びレンズ配置を表している。
【００６４】
図１、図２において、第１実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系は、物体側から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、正屈折力のフィールドレンズ群ＧＦと、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２とから構成され、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間の光路中に結像面Ｓを有している。第１レンズ群Ｇ１が対物レンズ群、第２レンズ群Ｇ２が接眼レンズ群の役割を持っており、フィールドレンズ群ＧＦは結像面Ｓよりも第２レンズ群Ｇ２側に配置されている。また、低倍率端状態Ｌから高倍率端状態Ｈへの変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離が長くなると共に、第１レンズ群Ｇ１のみを光軸に沿って第２レンズ群Ｇ２から遠ざかるように移動させることで、簡便な可動機構で構成可能な実像式変倍アフォーカル光学系を実現している。
【００６５】
第１レンズ群Ｇ１は固定焦点距離素子である両凸形状の正レンズＬ１Ｓと可変焦点距離素子Ｌ１Ｖで構成され、可変焦点距離素子Ｌ１Ｖは、第１液体材料ＬＱ１と、第１液体材料ＬＱ１と屈折率が異なり混合しない第２液体材料ＬＱ２とを容器内に封入し、第１液体材料ＬＱ１及び第２液体材料ＬＱ２へ加える物理量である電圧を変化させることによって、第１液体材料ＬＱ１と第２液体材料ＬＱ２の境界面形状を変化させ焦点距離可変にした素子であり、第１レンズ群Ｇ１は正屈折力の範囲で焦点距離を変化させることができる。
【００６６】
可変焦点距離素子Ｌ１Ｖは、図２に示されるように、物体側から順に、容器の一部である平行平板ガラスＬ１１と、第１液体材料ＬＱ１からなるレンズ部Ｌ１２と、第２液体材料ＬＱ２からなるレンズ部Ｌ１３と、容器の一部である平行平板ガラスＬ１４とで構成されている。
【００６７】
第１液体材料ＬＱ１はエチレングリコールを溶かした塩化ナトリウム水溶液（ｎｄ＝１．３７０８０８；ｎｄはｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）における屈折率を表す。以下も同様である。）、第２液体材料ＬＱ２はシリコンオイル（ｎｄ＝１．５１６９００）であり、経時変化に対する耐久性を確保するとともに、可変焦点距離素子Ｌ１Ｖに物理量である印加電圧を変化させることで、第１液体材料ＬＱ１と第２液体材料ＬＱ２との境界面形状を変化させて焦点距離可変にしている。第１液体材料ＬＱ１と第２液体材料ＬＱ２との境界面形状は、低倍率端状態Ｌで物体側に強い凸面形状を向けて強い正屈折力を持ち、中間倍率状態Ｍで物体側に凸面形状を向けて正屈折力を持ち、高倍率端状態Ｈで物体側に弱い凸面形状を向けて弱い正屈折力を持っている。
【００６８】
結像面Ｓと光軸との交点は図１、図２中に×印で示され、結像面Ｓと同一面には視野枠ＳＴが配置され、第１実施例の実像式変倍アフォーカル光学系の視野を確定している。
【００６９】
フィールドレンズ群ＧＦは、固定焦点距離素子である物体側に凸面を向けた平凸形状の正レンズＬＦＳで構成され、結像面Ｓ及び視野枠ＳＴの瞳側に位置固定で配置されている。
【００７０】
第２レンズ群Ｇ２は、固定焦点距離素子である両凸形状の正レンズＬ２Ｓが位置固定されて構成されている。
【００７１】
以下の表１に第１実施例の実像式変倍アフォーカル光学系の屈折力配置の値を掲げる。表中のｆ１は第１レンズ群Ｇ１の全系での焦点距離、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離、ｆＦはフィールドレンズ群ＧＦの焦点距離、ｄ１Ｓは光軸に沿って第１レンズ群Ｇ１主点から結像面Ｓまでの空気換算距離、ｄＳＳＴは光軸に沿って結像面Ｓから視野枠ＳＴ配置面までの空気換算距離、ｄＳＴＦは光軸に沿って視野枠ＳＴ配置面からフィールドレンズ群ＧＦ主点までの空気換算距離、ｄＦ２は光軸に沿ってフィールドレンズ群ＧＦ主点から第２レンズ群Ｇ２主点までの空気換算距離、ｍは倍率（無次元）を表す。
【００７２】
なお、以下の全ての諸元値において、掲載されている焦点距離、主点間隔、その他の長さ等の単位には、特記の無い場合一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、「ｍｍ」に限定されること無く他の適当な単位を用いることもできる。以降の他の実施例においても同様とする。
【００７３】
（表１）
［屈折力配置］
低倍率端状態Ｌ    中間倍率状態Ｍ    高倍率端状態Ｈ
ｆ１            １５．０          ２２．０          ３０．０
ｆＦ          １００．０        １００．０        １００．０
ｆ２            １０．１          １０．１          １０．１
ｄ１Ｓ          １５．０          ２２．０          ３０．０
ｄＳＳＴ          ０．０            ０．０            ０．０
ｄＳＴＦ          １．０            １．０            １．０
ｄＦ２            ９．０            ９．０            ９．０
ｍ              −１．５０        −２．２０        −３．００
［条件式対応値］
（３）  ｄｉｆ／ｆ２ ＝ ０．１０
（５）  １０００×（ｄ２Ｌ−ｆ２）／（ｆ２）２ ＝ −１．０９
（６）  １０００×（ｄ２Ｈ−ｆ２）／（ｆ２）２ ＝ −１．０９
（７）  １０００×（ｄｆ−ｆ２）／（ｆ２）２   ＝ −１．０９
【００７４】
［第２実施例］
図３は、第２実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系の屈折力配置を示す図である。図４は、第２実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図である。両図において、Ｌは低倍率端状態、Ｍは中間倍率状態、Ｈは高倍率端状態でのそれぞれの屈折力配置、及びレンズ配置を表している。
【００７５】
図３、図４において、第２実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系は、物体側から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、正屈折力のフィールドレンズ群ＧＦと、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２とから構成され、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間の光路中に結像面Ｓを有している。第１レンズ群Ｇ１が対物レンズ群、第２レンズ群Ｇ２が接眼レンズ群の役割を持っており、フィールドレンズ群ＧＦは結像面Ｓよりも第１レンズ群Ｇ１側に配置されている。また、低倍率端状態Ｌから高倍率端状態Ｈへの変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離が長くなると共に、第１レンズ群Ｇ１のみを光軸に沿って第２レンズ群Ｇ２から遠ざかるように移動させることで、簡便な可動機構で構成可能な実像式変倍アフォーカル光学系を実現している。
【００７６】
第１レンズ群Ｇ１は固定焦点距離素子である両凸形状の正レンズＬ１Ｓと可変焦点距離素子Ｌ１Ｖで構成され、可変焦点距離素子Ｌ１Ｖは、第１液体材料ＬＱ１と、第１液体材料ＬＱ１と屈折率が異なり混合しない第２液体材料ＬＱ２とを容器内に封入し、第１液体材料ＬＱ１及び第２液体材料ＬＱ２へ加える物理量である電圧を変化させることによって、第１液体材料ＬＱ１と第２液体材料ＬＱ２の境界面形状を変化させ焦点距離可変にした素子であり、第１レンズ群Ｇ１は正屈折力の範囲で焦点距離を変化させることができる。
【００７７】
可変焦点距離素子Ｌ１Ｖは、図４に示されるように、物体側から順に、容器の一部である平行平板ガラスＬ１１と、第１液体材料ＬＱ１からなるレンズ部Ｌ１２と、第２液体材料ＬＱ２からなるレンズ部Ｌ１３と、容器の一部である平行平板ガラスＬ１４とで構成されている。
【００７８】
第１液体材料ＬＱ１はエチレングリコールを溶かした塩化ナトリウム水溶液（ｎｄ＝１．３７０８０８）、第２液体材料ＬＱ２はシリコンオイル（ｎｄ＝１．５１６９００）であり、経時変化に対する耐久性を確保するとともに、可変焦点距離素子Ｌ１Ｖに物理量である印加電圧を変化させることで、第１液体材料ＬＱ１と第２液体材料ＬＱ２との境界面形状を変化させて焦点距離可変にしている。第１液体材料ＬＱ１と第２液体材料ＬＱ２との境界面形状は、低倍率端状態Ｌで物体側に強い凸面形状を向けて強い正屈折力を持ち、中間倍率状態Ｍで物体側に凸面形状を向けて正屈折力を持ち、高倍率端状態Ｈでは平面となり屈折力はなくなる。
【００７９】
フィールドレンズ群ＧＦは可変焦点距離素子ＬＦＶで構成され、結像面Ｓよりも第１レンズ群側に位置固定で配置されている。可変焦点距離素子ＬＦＶは、第３液体材料ＬＱ３と、第３液体材料ＬＱ３と屈折率が異なり混合しない第４液体材料ＬＱ４とを容器内に封入し、第３液体材料ＬＱ３及び第４液体材料ＬＱ４へ加える物理量である電圧を変化させることによって、第３液体材料ＬＱ３と第４液体材料ＬＱ４の境界面形状を変化させ焦点距離可変にした素子であり、フィールドレンズ群ＧＦは正屈折力の範囲で焦点距離を変化させることができる。
【００８０】
可変焦点距離素子ＬＦＶは、図４に示されるように、物体側から順に、容器の一部である平凸レンズＬＦ１と、第３液体材料ＬＱ３からなるレンズ部ＬＦ２と、第４液体材料ＬＱ４からなるレンズ部ＬＦ３と、容器の一部である平行平板ガラスＬＦ４とで構成されている。
【００８１】
第３液体材料ＬＱ３はエチレングリコールを溶かした塩化ナトリウム水溶液（ｎｄ＝１．３７０８０８）、第４液体材料ＬＱ４はシリコンオイル（ｎｄ＝１．５１６９００）であり、経時変化に対する耐久性を確保するとともに、可変焦点距離素子ＬＦＶに物理量である印加電圧を変化させることで、第３液体材料ＬＱ３と第４液体材料ＬＱ４との境界面形状を変化させて焦点距離可変にしている。可変焦点距離素子ＬＦＶの物体側の入射面は物体側に凸形状をしており、第３液体材料ＬＱ３と第４液体材料ＬＱ４との境界面形状は、低倍率端状態Ｌで物体側に強い凸面形状を向けて強い正屈折力を持ち、中間倍率状態Ｍで物体側に弱い凸面形状を向けて正屈折力を持ち、高倍率端状態Ｈで物体側に凹面形状を向けて境界面は負屈折力を持っているが、可変焦点距離素子ＬＦＶとして、高倍率端状態Ｈで弱い正屈折力を持っている。
【００８２】
結像面Ｓと光軸との交点は図３、図４中に×印で示され、結像面Ｓと同一面には視野枠ＳＴが配置され、第２実施例の実像式変倍アフォーカル光学系の視野を確定している。
【００８３】
第２レンズ群Ｇ２は、固定焦点距離素子である両凸形状の正レンズＬ２Ｓが位置固定されて構成されている。
【００８４】
以下の表２に第２実施例の実像式変倍アフォーカル光学系の屈折力配置の値を掲げる。表中のｆ１は第１レンズ群Ｇ１の全系での焦点距離、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離、ｆＦはフィールドレンズ群ＧＦの焦点距離、ｄ１Ｆは光軸に沿って第１レンズ群Ｇ１主点からフィールドレンズ群ＧＦ主点までの空気換算距離、ｄＦＳは光軸に沿ってフィールドレンズ群ＧＦ主点から結像面Ｓまでの空気換算距離、ｄＳＳＴは光軸に沿って結像面Ｓから視野枠ＳＴ配置面までの空気換算距離、ｄＳＴ２は光軸に沿って視野枠ＳＴ配置面から第２レンズ群Ｇ２主点までの空気換算距離、ｍは倍率（無次元）を表す。
【００８５】
（表２）
［屈折力配置］
低倍率端状態Ｌ    中間倍率状態Ｍ    高倍率端状態Ｈ
ｆ１              ５．０            ７．５          １０．０
ｆＦ            ２０．０          ６０．０        １００．０
ｆ２            １０．０          １０．０          １０．０
ｄ１Ｆ            ３．５０          ６．０７          ８．５８
ｄＦＳ            １．４０          １．４０          １．４０
ｄＳＳＴ          ０．００          ０．００          ０．００
ｄＳＴ２          ９．４０          ９．４０          ９．４０
ｍ              −０．４７        −０．７３        −０．９９
［条件式対応値］
（３）  ｄｉｆ／ｆ２ ＝ −０．１４
（４）  （ｄ１Ｈ／ｆＦＶＨ）−（ｄ１Ｌ／ｆＦＶＬ）  ＝ −０．０９
（５）  １０００×（ｄ２Ｌ−ｆ２）／（ｆ２）２      ＝ −６．００
（６）  １０００×（ｄ２Ｈ−ｆ２）／（ｆ２）２      ＝ −６．００
（７）  １０００×（ｄｆ−ｆ２）／（ｆ２）２        ＝ −６．００
【００８６】
［第３実施例］
図５は、第３実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系の屈折力配置を示す図である。図６は、第３実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図である。両図において、Ｌは低倍率端状態、Ｍは中間倍率状態、Ｈは高倍率端状態でのそれぞれの屈折力配置、及びレンズ配置を表している。
【００８７】
図５、図６において、第３実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系は、物体側から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、正屈折力のフィールドレンズ群ＧＦと、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２とから構成され、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間の光路中に結像面Ｓを有している。第１レンズ群Ｇ１が対物レンズ群、第２レンズ群Ｇ２が接眼レンズ群の役割を持っており、フィールドレンズ群ＧＦは結像面Ｓよりも第１レンズ群Ｇ１側に配置されている。また、低倍率端状態Ｌから高倍率端状態Ｈへの変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離が長くなると共に、第１レンズ群Ｇ１のみを光軸に沿って第２レンズ群Ｇ２から遠ざかるように移動させることで、簡便な可動機構で構成可能な実像式変倍アフォーカル光学系を実現している。
【００８８】
第１レンズ群Ｇ１は固定焦点距離素子である両凸形状の正レンズＬ１Ｓと可変焦点距離素子Ｌ１Ｖで構成され、可変焦点距離素子Ｌ１Ｖは、第１液体材料ＬＱ１と、第１液体材料ＬＱ１と屈折率が異なり混合しない第２液体材料ＬＱ２とを容器内に封入し、第１液体材料ＬＱ１及び第２液体材料ＬＱ２へ加える物理量である電圧を変化させることによって、第１液体材料ＬＱ１と第２液体材料ＬＱ２の境界面形状を変化させ焦点距離可変にした素子であり、第１レンズ群Ｇ１は正屈折力の範囲で焦点距離を変化させることができる。
【００８９】
可変焦点距離素子Ｌ１Ｖは、図６に示されるように、物体側から順に、容器の一部である平行平板ガラスＬ１１と、第１液体材料ＬＱ１からなるレンズ部Ｌ１２と、第２液体材料ＬＱ２からなるレンズ部Ｌ１３と、容器の一部である平行平板ガラスＬ１４とで構成されている。
【００９０】
第１液体材料ＬＱ１はエチレングリコールを溶かした塩化ナトリウム水溶液（ｎｄ＝１．３７０８０８）、第２液体材料ＬＱ２はシリコンオイル（ｎｄ＝１．５１６９００）であり、経時変化に対する耐久性を確保するとともに、可変焦点距離素子Ｌ１Ｖに物理量である印加電圧を変化させることで、第１液体材料ＬＱ１と第２液体材料ＬＱ２との境界面形状を変化させて焦点距離可変にしている。第１液体材料ＬＱ１と第２液体材料ＬＱ２との境界面形状は、低倍率端状態Ｌで物体側に強い凸面形状を向けて強い正屈折力を持ち、中間倍率状態Ｍで物体側に弱い凸面形状を向けて弱い正屈折力を持ち、高倍率端状態Ｈで物体側に凹面形状を向けて負屈折力を持っている。なお、第１レンズ群Ｇ１全体として、高倍率端状態Ｈで正屈折力を持っている。
【００９１】
フィールドレンズ群ＧＦは可変焦点距離素子ＬＦＶと固定焦点距離素子である両凸形状の正レンズＬＦＳで構成され、ともに結像面Ｓよりも第１レンズ群側に位置固定で配置されている。可変焦点距離素子ＬＦＶは、第３液体材料ＬＱ３と、第３液体材料ＬＱ３と屈折率が異なり混合しない第４液体材料ＬＱ４とを容器内に封入し、第３液体材料ＬＱ３及び第４液体材料ＬＱ４へ加える物理量である電圧を変化させることによって、第３液体材料ＬＱ３と第４液体材料ＬＱ４の境界面形状を変化させ焦点距離可変にした素子であり、フィールドレンズ群ＧＦは正屈折力の範囲で焦点距離を変化させることができる。
【００９２】
可変焦点距離素子ＬＦＶは、図６に示されるように、物体側から順に、容器の一部である平行平板ガラスＬＦ１と、第３液体材料ＬＱ３からなるレンズ部ＬＦ２と、第４液体材料ＬＱ４からなるレンズ部ＬＦ３と、容器の一部である平行平板ガラスＬＦ４とで構成されている。
【００９３】
第３液体材料ＬＱ３はエチレングリコールを溶かした塩化ナトリウム水溶液（ｎｄ＝１．３７０８０８）、第４液体材料ＬＱ４はシリコンオイル（ｎｄ＝１．５１６９００）であり、経時変化に対する耐久性を確保するとともに、可変焦点距離素子ＬＦＶに物理量である印加電圧を変化させることで、第３液体材料ＬＱ３と第４液体材料ＬＱ４との境界面形状を変化させて焦点距離可変にしている。第３液体材料ＬＱ３と第４液体材料ＬＱ４との境界面形状は、低倍率端状態Ｌで物体側に強い凸面形状を向けて強い正屈折力を持ち、中間倍率状態Ｍで物体側に弱い凸面形状を向けて正屈折力を持ち、高倍率端状態Ｈで物体側に凹面形状を向けて弱い負屈折力を持っているが、フィールドレンズ群ＧＦとして、高倍率端状態Ｈで弱い正屈折力を持っている。
【００９４】
結像面Ｓと光軸との交点は図５、図６中に×印で示され、結像面Ｓの第２レンズ群Ｇ２側には視野枠ＳＴが配置され、第３実施例の実像式変倍アフォーカル光学系の視野を確定している。
【００９５】
第２レンズ群Ｇ２は、固定焦点距離素子である両凸形状の正レンズＬ２Ｓが位置固定されて構成されている。
【００９６】
以下の表３に第３実施例の実像式変倍アフォーカル光学系の屈折力配置の値を掲げる。表中のｆ１は第１レンズ群Ｇ１の全系での焦点距離、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離、ｆＦはフィールドレンズ群ＧＦの焦点距離、ｄ１Ｆは光軸に沿って第１レンズ群Ｇ１主点からフィールドレンズ群ＧＦ主点までの空気換算距離、ｄＦＳは光軸に沿ってフィールドレンズ群ＧＦ主点から結像面Ｓまでの空気換算距離、ｄＳＳＴは光軸に沿って結像面Ｓから視野枠ＳＴ配置面までの空気換算距離、ｄＳＴ２は光軸に沿って視野枠ＳＴ配置面から第２レンズ群Ｇ２主点までの空気換算距離、ｍは倍率（無次元）を表す。
【００９７】
（表３）
［屈折力配置］
低倍率端状態Ｌ    中間倍率状態Ｍ    高倍率端状態Ｈ
ｆ１              ５．０          １０．０          １５．０
ｆＦ              ５．０          １０．０          １５．０
ｆ２            １０．０          １０．０          １０．０
ｄ１Ｆ            ４．５０          ９．５２        １４．５３
ｄＦＳ            ０．４６          ０．４６          ０．４６
ｄＳＳＴ          ０．４０          ０．４０          ０．４０
ｄＳＴ２        １０．０          １０．０          １０．０
ｍ              −０．４５        −０．９５        −１．４５
［条件式対応値］
（３）  ｄｉｆ／ｆ２ ＝ −０．０５
（４）  （ｄ１Ｈ／ｆＦＶＨ）−（ｄ１Ｌ／ｆＦＶＬ）  ＝ ０．０７
（５）  １０００×（ｄ２Ｌ−ｆ２）／（ｆ２）２      ＝ ４．００
（６）  １０００×（ｄ２Ｈ−ｆ２）／（ｆ２）２      ＝ ４．００
（７）  １０００×（ｄｆ−ｆ２）／（ｆ２）２        ＝ ０．００
【００９８】
［第４実施例］
図７は、第４実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系の屈折力配置を示す図である。図８は、第４実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図である。両図において、Ｌは低倍率端状態、Ｍは中間倍率状態、Ｈは高倍率端状態でのそれぞれの屈折力配置、及びレンズ配置を表している。
【００９９】
図７、図８において、第４実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系は、物体側から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、正屈折力のフィールドレンズ群ＧＦと、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２とから構成され、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間の光路中に結像面Ｓを有している。第１レンズ群Ｇ１が対物レンズ群、第２レンズ群Ｇ２が接眼レンズ群の役割を持っており、フィールドレンズ群ＧＦは結像面Ｓよりも第１レンズ群Ｇ１側に配置される可変焦点距離素子ＬＦＶと第２レンズ群Ｇ２側に配置される正レンズＬＦＳで構成され、全体としてフィールドレンズ群ＧＦを形成している。また、低倍率端状態Ｌから高倍率端状態Ｈへの変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離が長くなると共に、第１レンズ群Ｇ１のみを光軸に沿って第２レンズ群Ｇ２から遠ざかるように移動させることで、簡便な可動機構で構成可能な実像式変倍アフォーカル光学系を実現している。
【０１００】
第１レンズ群Ｇ１は固定焦点距離素子である両凸形状の正レンズＬ１Ｓと可変焦点距離素子Ｌ１Ｖで構成され、可変焦点距離素子Ｌ１Ｖは、第１液体材料ＬＱ１と、第１液体材料ＬＱ１と屈折率が異なり混合しない第２液体材料ＬＱ２とを容器内に封入し、第１液体材料ＬＱ１及び第２液体材料ＬＱ２へ加える物理量である電圧を変化させることによって、第１液体材料ＬＱ１と第２液体材料ＬＱ２の境界面形状を変化させ焦点距離可変にした素子であり、第１レンズ群Ｇ１は正屈折力の範囲で焦点距離を変化させることができる。
【０１０１】
可変焦点距離素子Ｌ１Ｖは、図８に示されるように、物体側から順に、容器の一部である平行平板ガラスＬ１１と、第１液体材料ＬＱ１からなるレンズ部Ｌ１２と、第２液体材料ＬＱ２からなるレンズ部Ｌ１３と、容器の一部である平行平板ガラスＬ１４とで構成されている。
【０１０２】
第１液体材料ＬＱ１はエチレングリコールを溶かした塩化ナトリウム水溶液（ｎｄ＝１．３７０８０８）、第２液体材料ＬＱ２はシリコンオイル（ｎｄ＝１．５７５０００）であり、経時変化に対する耐久性を確保するとともに、可変焦点距離素子Ｌ１Ｖに物理量である印加電圧を変化させることで、第１液体材料ＬＱ１と第２液体材料ＬＱ２との境界面形状を変化させて焦点距離可変にしている。第１液体材料ＬＱ１と第２液体材料ＬＱ２との境界面形状は、低倍率端状態Ｌで物体側に強い凸面形状を向けて強い正屈折力を持ち、中間倍率状態Ｍで物体側に弱い凸面形状を向けて弱い正屈折力を持ち、高倍率端状態Ｈで物体側に凹面形状を向けて負屈折力を持っている。なお、第１レンズ群Ｇ１全体として、高倍率端状態Ｈで正屈折力を持っている。
【０１０３】
フィールドレンズ群ＧＦは先述の通り可変焦点距離素子ＬＦＶと物体側に凸面を向けた平凸形状の正レンズＬＦＳで構成され、可変焦点距離素子ＬＦＶは結像面Ｓよりも第１レンズ群側に位置固定で配置され、正レンズＬＦＳは結像面Ｓよりも第２レンズ群側に位置固定で配置されている。可変焦点距離素子ＬＦＶは、第３液体材料ＬＱ３と、第３液体材料ＬＱ３と屈折率が異なり混合しない第４液体材料ＬＱ４とを容器内に封入し、第３液体材料ＬＱ３及び第４液体材料ＬＱ４へ加える物理量である電圧を変化させることによって、第３液体材料ＬＱ３と第４液体材料ＬＱ４の境界面形状を変化させ焦点距離可変にした素子であり、フィールドレンズ群ＧＦは正屈折力の範囲で焦点距離を変化させることができる。
【０１０４】
可変焦点距離素子ＬＦＶは、図８に示されるように、物体側から順に、容器の一部である平凸レンズＬＦ１と、第３液体材料ＬＱ３からなるレンズ部ＬＦ２と、第４液体材料ＬＱ４からなるレンズ部ＬＦ３と、容器の一部である平行平板ガラスＬＦ４とで構成されている。
【０１０５】
第３液体材料ＬＱ３はエチレングリコールを溶かした塩化ナトリウム水溶液（ｎｄ＝１．３７０８０８）、第４液体材料ＬＱ４はシリコンオイル（ｎｄ＝１．５７５０００）であり、経時変化に対する耐久性を確保するとともに、可変焦点距離素子ＬＦＶに物理量である印加電圧を変化させることで、第３液体材料ＬＱ３と第４液体材料ＬＱ４との境界面形状を変化させて焦点距離可変にしている。可変焦点距離素子ＬＦＶの物体側の入射面は物体側に凸形状をしており、第３液体材料ＬＱ３と第４液体材料ＬＱ４との境界面形状は、低倍率端状態Ｌで物体側に強い凸面形状を向けて強い正屈折力を持ち、中間倍率状態Ｍで物体側に弱い凸面形状を向けて正屈折力を持ち、高倍率端状態Ｈで物体側に凹面形状を向けて境界面は負屈折力を持っているが、可変焦点距離素子ＬＦＶとして、高倍率端状態Ｈで弱い正屈折力を持っている。
【０１０６】
結像面Ｓと光軸との交点は図７、図８中に×印で示され、結像面Ｓの第１レンズ群Ｇ１側には視野枠ＳＴが配置され、第４実施例の実像式変倍アフォーカル光学系の視野を確定している。
【０１０７】
第２レンズ群Ｇ２は、固定焦点距離素子である両凸形状の正レンズＬ２Ｓが位置固定されて構成されている。
【０１０８】
以下の表４に第４実施例の実像式変倍アフォーカル光学系の屈折力配置の値を掲げる。表中のｆ１は第１レンズ群Ｇ１の全系での焦点距離、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離、ｆＦＶはフィールドレンズ群ＧＦ中の可変焦点距離素子ＬＦＶの焦点距離、ｆＦＳはフィールドレンズ群ＧＦ中の正レンズＬＦＳの焦点距離、ｄ１ＦＶは光軸に沿って第１レンズ群Ｇ１主点からフィールドレンズ群ＧＦ中の可変焦点距離素子ＬＦＶの主点までの空気換算距離、ｄＦＶＳＴは光軸に沿ってフィールドレンズ群ＧＦ中の可変焦点距離素子ＬＦＶの主点から視野枠ＳＴまでの空気換算距離、ｄＳＴＳは光軸に沿って視野枠ＳＴ配置面から結像面Ｓまでの空気換算距離、ｄＳＦＳは結像面Ｓからフィールドレンズ群ＧＦ中の正レンズＬＦＳの主点までの空気換算距離、ｄＦＳ２は光軸に沿ってフィールドレンズ群ＧＦ中の正レンズＬＦＳの主点から第２レンズ群Ｇ２主点までの空気換算距離、ｍは倍率（無次元）を表す。
【０１０９】
（表４）
［屈折力配置］
低倍率端状態Ｌ    中間倍率状態Ｍ    高倍率端状態Ｈ
ｆ１              ５．０          １０．０          ２０．０
ｆＦＶ          ２０．０          ２８．０          ４０．０
ｆＦＳ          ４０．０          ４０．０          ４０．０
ｆ２            １０．１          １０．１          １０．１
ｄ１ＦＶ          ４．４９          ９．４９        １９．４９
ｄＦＶＳＴ        ０．３０          ０．３０          ０．３０
ｄＳＴＳ          ０．２０          ０．２０          ０．２０
ｄＳＦＳ          ０．３０          ０．３０          ０．３０
ｄＦＳ２          ９．８０          ９．８０          ９．８０
ｍ              −０．４９        −０．９８        −１．９７
［条件式対応値］
（３）  ｄｉｆ／ｆ２ ＝ −０．０１
（４）  （ｄ１Ｈ／ｆＦＶＨ）−（ｄ１Ｌ／ｆＦＶＬ）  ＝ ０．２６
（５）  １０００×（ｄ２Ｌ−ｆ２）／（ｆ２）２      ＝ ０．３３
（６）  １０００×（ｄ２Ｈ−ｆ２）／（ｆ２）２      ＝ ０．３３
（７）  １０００×（ｄｆ−ｆ２）／（ｆ２）２        ＝ ２．３０
【０１１０】
［第５実施例］
図９は、第５実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系の屈折力配置を示す図である。図１０は、第５実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図である。両図において、Ｌは低倍率端状態、Ｍは中間倍率状態、Ｈは高倍率端状態でのそれぞれの屈折力配置、及びレンズ配置を表している。
【０１１１】
図９、図１０において、第５実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系は、物体側から順に、正屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、正屈折力の第２レンズ群Ｇ２とから構成され、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間の光路中に結像面Ｓを有している。第１レンズ群Ｇ１が対物レンズ群、第２レンズ群Ｇ２が接眼レンズ群の役割を持っている。また、低倍率端状態Ｌから高倍率端状態Ｈへの変倍に際し、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離が長くなると共に、第１レンズ群Ｇ１のみを光軸に沿って第２レンズ群Ｇ２から遠ざかるように移動させることで、簡便な可動機構で構成可能な実像式変倍アフォーカル光学系を実現している。
【０１１２】
第１レンズ群Ｇ１は固定焦点距離素子である両凸形状の正レンズＬ１Ｓと可変焦点距離素子Ｌ１Ｖで構成され、可変焦点距離素子Ｌ１Ｖは、第１液体材料ＬＱ１と、第１液体材料ＬＱ１と屈折率が異なり混合しない第２液体材料ＬＱ２とを容器内に封入し、第１液体材料ＬＱ１及び第２液体材料ＬＱ２へ加える物理量である電圧を変化させることによって、第１液体材料ＬＱ１と第２液体材料ＬＱ２の境界面形状を変化させ焦点距離可変にした素子であり、第１レンズ群Ｇ１は正屈折力の範囲で焦点距離を変化させることができる。
【０１１３】
可変焦点距離素子Ｌ１Ｖは、図１０に示されるように、物体側から順に、容器の一部である平行平板ガラスＬ１１と、第１液体材料ＬＱ１からなるレンズ部Ｌ１２と、第２液体材料ＬＱ２からなるレンズ部Ｌ１３と、容器の一部である平行平板ガラスＬ１４とで構成されている。
【０１１４】
第１液体材料ＬＱ１はエチレングリコールを溶かした塩化ナトリウム水溶液（ｎｄ＝１．３７０８０８）、第２液体材料ＬＱ２はシリコンオイル（ｎｄ＝１．５１６９００）であり、経時変化に対する耐久性を確保するとともに、可変焦点距離素子Ｌ１Ｖに物理量である印加電圧を変化させることで、第１液体材料ＬＱ１と第２液体材料ＬＱ２との境界面形状を変化させて焦点距離可変にしている。第１液体材料ＬＱ１と第２液体材料ＬＱ２との境界面形状は、低倍率端状態Ｌで物体側に強い凸面形状を向けて強い正屈折力を持ち、中間倍率状態Ｍで物体側に凸面形状を向けて正屈折力を持ち、高倍率端状態Ｈで物体側に弱い凸面形状を向けて弱い正屈折力を持っている。
【０１１５】
結像面Ｓと光軸との交点は図９、図１０中に×印で示され、結像面Ｓの第２レンズ群Ｇ２側には視野枠ＳＴが配置され、第５実施例の実像式変倍アフォーカル光学系の視野を確定している。
【０１１６】
第２レンズ群Ｇ２は、固定焦点距離素子である両凸形状の正レンズＬ２Ｓが位置固定されて構成されている。
【０１１７】
以下の表５に第５実施例の実像式変倍アフォーカル光学系の屈折力配置の値を掲げる。表中のｆ１は第１レンズ群Ｇ１の全系での焦点距離、ｆ２は第２レンズ群Ｇ２の焦点距離、ｄ１Ｓは光軸に沿って第１レンズ群Ｇ１主点から結像面Ｓまでの空気換算距離、ｄＳＳＴは光軸に沿って結像面Ｓから視野枠ＳＴ配置面までの空気換算距離、ｄＳＴ２は光軸に沿って視野枠ＳＴ配置面から第２レンズ群Ｇ２主点までの空気換算距離、ｍは倍率（無次元）を表す。
【０１１８】
（表５）
［屈折力配置］
低倍率端状態Ｌ    中間倍率状態Ｍ    高倍率端状態Ｈ
ｆ１              ５．０            １０．０          １２．５
ｆ２            １０．０            １０．０          １０．０
ｄ１Ｓ            ５．０            １０．０          １２．５
ｄＳＳＴ          ０．１              ０．１            ０．１
ｄＳＴ２        １０．０            １０．０          １０．０
ｍ              −０．５０          −１．００        −１．２５
［条件式対応値］
（５）  １０００×（ｄ２Ｌ−ｆ２）／（ｆ２）２ ＝ １．００
（６）  １０００×（ｄ２Ｈ−ｆ２）／（ｆ２）２ ＝ １．００
（７）  １０００×（ｄｆ−ｆ２）／（ｆ２）２   ＝ ０．００
【０１１９】
なお、各図には、観察光学系を想定して目が描かれているが、各実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系はファインダや望遠鏡などの観察光学系に限ったものではなく、例えば対物光学系の物体側に配置され光学系全体の焦点距離を拡大または縮小するためのフロントコンバータなどにも適用できることは言うまでもない。
【０１２０】
また、各実施例の実像式変倍アフォーカル光学系では、第１レンズ群主点と第２レンズ群主点との間隔を微小変化させる、あるいは第１レンズ群Ｇ１の焦点距離を微小変化させることで、光学系からの射出光線をアフォーカルからずらす所謂視度調整を行うことも可能である。
【０１２１】
また、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間の光路中に４つの反射面をプリズム又はミラーなどで構成して挿入することにより、像の上下左右を反転して、正立実像式変倍ファインダや、正立変倍双眼鏡、望遠鏡などを実現することも可能である。例えば、第１レンズ群Ｇ１と結像面との間の光路中にミラー２面を挿入し、結像面と第２レンズ群Ｇ２との間の光路中に２面の全反射面を有するプリズム１個を挿入してもよい。
【０１２２】
以上述べたように、各実施例によれば、光学系からの射出光線がほぼアフォーカルであり、簡便な構成で、かつ平易な可動機構が可能で、経時変化に対する耐久性がある可変焦点距離素子を用いた実像式変倍アフォーカル光学系を提供することができる。
【０１２３】
なお、各実施例として、２群構成のレンズ系を示したが、該２群を含む３群及びそれ以上の群構成の光学系も同等の効果を有するレンズ系であることは言うまでもない。また、各レンズ群内の構成においても、実施例の構成にレンズを付加しただけのレンズ群は同等の効果を有するレンズ群であることは言うまでもない。また、視野枠よりも前のレンズ群の一部もしくは全部を、光軸に垂直な方向に偏心させることで手ブレ等による像ブレを補償する防振レンズとして使用することが可能である。また、上述の実施の形態及び実施例は例に過ぎず、上述の構成や形状、液体材料に限定されるものではなく、また変倍範囲の拡大や縮小、移動など、本願の範囲内において適宜修正、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】第１実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系の屈折力配置図。
【図２】第１実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図。
【図３】第２実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系の屈折力配置図。
【図４】第２実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図。
【図５】第３実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系の屈折力配置図。
【図６】第３実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図。
【図７】第４実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系の屈折力配置図。
【図８】第４実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図。
【図９】第５実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系の屈折力配置図。
【図１０】第５実施例にかかる実像式変倍アフォーカル光学系のレンズ構成図。
【符号の説明】
【０１２５】
Ｌ      ・・・  低倍率端状態
Ｍ      ・・・  中間倍率状態
Ｈ      ・・・  高倍率端状態
Ｇ１    ・・・  第１レンズ群
Ｇ２    ・・・  第２レンズ群
ＧＦ    ・・・  フィールドレンズ群
Ｓ      ・・・  結像面
ＳＴ    ・・・  視野枠
Ｌ１Ｖ  ・・・  第１レンズ群中の可変焦点距離素子
Ｌ１Ｓ  ・・・  第１レンズ群中の正レンズ
Ｌ２Ｓ  ・・・  第２レンズ群中の正レンズ
ＬＦＶ  ・・・  フィールドレンズ群中の可変焦点距離素子
ＬＦＳ  ・・・  フィールドレンズ群中の正レンズ
ＬＱ１  ・・・  可変焦点距離素子中の第１液体材料
ＬＱ２  ・・・  可変焦点距離素子中の第２液体材料
【図１】
2008203651.tif 000003
【図２】
2008203651.tif 000004
【図３】
2008203651.tif 000005
【図４】
2008203651.tif 000006
【図５】
2008203651.tif 000007
【図６】
2008203651.tif 000008
【図７】
2008203651.tif 000009
【図８】
2008203651.tif 000010
【図９】
2008203651.tif 000011
【図１０】
2008203651.tif 000012