(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】光軸に沿って物体側から順に、第１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、第２可変焦点距離素子Ｌ２Ｖを有する正屈折力の第２レンズ群Ｇ２を有し、変倍に際して、前記第１レンズ群Ｇ１と前記第２レンズ群Ｇ２の少なくとも一方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
2008203652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸に沿って物体側から順に、第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、第２可変焦点距離素子を有する正屈折力の第２レンズ群を有し、
変倍に際して、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の少なくとも一方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】
前記第１可変焦点距離素子と前記第２可変焦点距離素子の少なくとも一方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レンズ群と前記第２レンズ群の間隔は固定であり、
無限遠観察時の低倍率端状態における前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１Ｌ、無限遠観察時の低倍率端状態における前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２Ｌ、無限遠観察時の高倍率端状態における前記第１レンズ群の焦点距離をｆ１Ｈ、無限遠観察時の高倍率端状態における前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２Ｈ、前記第１レンズ群の主点位置と前記第２レンズ群の主点位置との光軸に沿った空気換算距離をｄ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又は２に記載の実像式変倍アフォーカル光学系。
−０．１０ ＜ （ｆ１Ｈ＋ｆ２Ｈ）／ｄ−（ｆ１Ｌ＋ｆ２Ｌ）／ｄ ＜ ０．１０
【請求項４】
前記第１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】
前記第２可変焦点距離素子は、第３液体材料と、該第３液体材料と屈折率が異なり混合しない第４液体材料とを容器内に封入し、前記第３液体材料及び前記第４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３液体材料と前記第４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６】
前記第１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、
前記第２可変焦点距離素子は、第３液体材料と、該第３液体材料と屈折率が異なり混合しない第４液体材料とを容器内に封入し、前記第３液体材料及び前記第４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３液体材料と前記第４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７】
前記物理量は電圧であることを特徴とする請求項４から６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８】
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７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９】
前記第２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８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１０】
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】
変倍に際し、前記視野枠の開口寸法は前記第２レンズ群の合成焦点距離の変化に応じて変化す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】
前記視野枠の開口寸法の前記変化は前記第２レンズ群の合成焦点距離の変化に略比例することを特徴とする請求項１１に記載の実像式変倍アフォーカル光学系。
【請求項１３】
低倍率端状態から高倍率端状態への変倍に際し、前記視野枠は前記結像面の移動とともに物体側から射出瞳側へ移動することを特徴とする請求項１０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】
無限遠観察時の低倍率端状態での前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２Ｌ（単位：ｍｍ）、無限遠観察時の高倍率端状態での前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２Ｈ（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−ｆ２Ｌ）／（ｆ２Ｌ）２＜ １０    （単位：１／ｍ）
−１５ ＜ １０００×（ｄ２Ｈ−ｆ２Ｈ）／（ｆ２Ｈ）２＜ １０    （単位：１／ｍ）
【請求項１５】
無限遠観察時の低倍率端状態での前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２Ｌ（単位：ｍｍ）、無限遠観察時の高倍率端状態での前記第２レンズ群の焦点距離をｆ２Ｈ（単位：ｍｍ）、低倍率端状態で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ｄｆＬ（単位：ｍｍ）、高倍率端状態で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ｄｆＨ（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１０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×（ｄｆＬ−ｆ２Ｌ）／（ｆ２Ｌ）２＜ １０    （単位：１／ｍ）
−１５ ＜ １０００×（ｄｆＨ−ｆ２Ｈ）／（ｆ２Ｈ）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、光軸に沿って物体側から順に、第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、第２可変焦点距離素子を有する正屈折力の第２レンズ群を有し、変倍に際して、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の少なくとも一方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、光軸に沿って物体側から順に、第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、第２可変焦点距離素子を有する正屈折力の第２レンズ群を有し、変倍に際して、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群の少なくとも一方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。
【０００９】
実施の形態では、第１レンズ群が対物レンズ群、第２レンズ群が接眼レンズ群としての機能を有し、また第１レンズ群及び第２レンズ群の少なくとも一方の焦点距離を変化させて実像式変倍アフォーカル光学系を実現している。また、第１レンズ群と第２レンズ群の間の光路中に結像面を有する実像式とすることで、広画角入射光線に対するレンズ径を小さくすることが可能となる。
【００１０】
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可変焦点距離素子と第２可変焦点距離素子の少なくとも一方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。
【００１１】
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レンズ群と第２レンズ群の少なくとも一方の焦点距離を変化させるが、変化させる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、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。
【００１２】
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レンズ群と第２レンズ群の間隔は固定であり、無限遠観察時の低倍率端状態における第１レンズ群の焦点距離をｆ１Ｌ、無限遠観察時の低倍率端状態における第２レンズ群の焦点距離をｆ２Ｌ、無限遠観察時の高倍率端状態における第１レンズ群の焦点距離をｆ１Ｈ、無限遠観察時の高倍率端状態における第２レンズ群の焦点距離をｆ２Ｈ、第１レンズ群の主点位置と第２レンズ群の主点位置との光軸に沿った空気換算距離をｄとするとき、以下の条件式（３）を満たすことが望ましい。
（３）  −０．１０ ＜ （ｆ１Ｈ＋ｆ２Ｈ）／ｄ−（ｆ１Ｌ＋ｆ２Ｌ）／ｄ ＜ ０．１０
第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が固定であり、第１レンズ群及び第２レンズ群を空間的に移動させずに変倍を行うことで、レンズ群を移動するための駆動機構が不要となり、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。
【００１３】
条件式（３）は、光学系からの射出光線をほぼアフォーカルに保ちつつ、低倍率端状態から高倍率端状態への変倍を実現するための条件式である。
【００１４】
条件式（３）の下限値を超えると、低倍率端状態と高倍率端状態で射出光線のアフォーカル度が過度に変化してしまい、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。
【００１５】
条件式（３）の上限値を超えると、低倍率端状態と高倍率端状態で射出光線のアフォーカル度が過度に変化してしまい、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。
【００１６】
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−０．０６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（３）の上限値を０．０６にすることが好ましい。
【００１７】
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、第２可変焦点距離素子は、第３液体材料と、第３液体材料と屈折率が異なり混合しない第４液体材料とを容器内に封入し、第３液体材料及び第４液体材料へ加える物理量を変化させることによって、第３液体材料と第４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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、塩化リチ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。
【００２２】
なお、第３液体材料、第４液体材料の場合も同様である。また、第１可変焦点距離素子の構成液体材料と第２可変焦点距離素子の構成液体材料は、同じ物質であっても、異なっていてもよい。
【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、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。
【００２４】
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焦点距離可変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。
【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、第２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。
【００２６】
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２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２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２レンズ群の焦点距離可変範囲を焦点距離可変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。
【００２７】
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。
【００２８】
結像面近傍に視野枠を配置することで、第１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。
【００２９】
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、変倍に際し、視野枠の開口寸法は第２レンズ群の合成焦点距離の変化に応じて変化することが望ましい。
【００３０】
実施の形態において、低倍率端状態から高倍率端状態への変倍に際し、接眼レンズ群に相当する第２レンズ群の合成焦点距離が短くなる方向に変化すると、第２レンズ群のルーペ倍率は高い方向に変化する。したがって、ルーペ倍率が変化した時に視野を一定に保つために、視野枠の開口寸法を小さくすることが必要である。なお、視野枠の開口寸法とは、開口が円のときは円の直径、開口が矩形のときは矩形の外接円の直径を意味するものとする。
【００３１】
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、視野枠の開口寸法の前記変化は第２レンズ群の合成焦点距離の変化に略比例することが望ましい。
【００３２】
視野枠の開口寸法を第２レンズ群の合成焦点距離に略比例して小さくすることで、射出光線の見かけ視界を確定しながら一定に保つことが可能になる。
【００３３】
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、低倍率端状態から高倍率端状態への変倍に際し、視野枠は結像面の移動とともに物体側から射出瞳側へ移動することが望ましい。
【００３４】
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、低倍率端状態から高倍率端状態への変倍に際し、結像面は物体側から射出瞳側へ移動する。そこで、視野枠を結像面の移動とともに物体側から射出瞳側へ移動させることで、視野枠像の射出光線のアフォーカル性をほぼ保つことが可能になり、視野の確定を行うことができる。
【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、無限遠観察時の低倍率端状態での第２レンズ群の焦点距離をｆ２Ｌ（単位：ｍｍ）、無限遠観察時の高倍率端状態での第２レンズ群の焦点距離をｆ２Ｈ（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（４）、（５）を満足することが望ましい。
（４）  −１５ ＜ １０００×（ｄ２Ｌ−ｆ２Ｌ）／（ｆ２Ｌ）２＜ １０
（５）  −１５ ＜ １０００×（ｄ２Ｈ−ｆ２Ｈ）／（ｆ２Ｈ）２＜ １０
【００３６】
条件式（４）は、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。
【００３７】
条件式（４）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。
【００３８】
条件式（４）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。
【００３９】
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−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（４）の上限値を５にすることが好ましい。
【００４０】
条件式（５）は、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。
【００４１】
条件式（５）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。
条件式（５）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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、無限遠観察時の低倍率端状態での第２レンズ群の焦点距離をｆ２Ｌ（単位：ｍｍ）、無限遠観察時の高倍率端状態での第２レンズ群の焦点距離をｆ２Ｈ（単位：ｍｍ）、低倍率端状態で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ｄｆＬ（単位：ｍｍ）、高倍率端状態で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ｄｆＨ（単位：ｍｍ）とするとき、以下の条件式（６）、（７）を満足することが望ましい。
（６）  −１５ ＜ １０００×（ｄｆＬ−ｆ２Ｌ）／（ｆ２Ｌ）２＜ １０
（７）  −１５ ＜ １０００×（ｄｆＨ−ｆ２Ｈ）／（ｆ２Ｈ）２＜ １０
【００４４】
条件式（６）は、低倍率端状態における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。
【００４５】
条件式（６）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ってしまう。
【００４６】
条件式（６）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ってしまう。
【００４７】
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。
【００４８】
条件式（７）は、高倍率端状態における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。
【００４９】
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ってしまう。
【００５０】
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ってしまう。
【００５１】
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。
【００５２】
さらに、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。
【００５３】
〔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。
【００５４】
［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。
【００５５】
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、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２とから構成され、第１レンズ群と第２レンズ群の光路中に結像面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。
【００５６】
第１レンズ群Ｇ１は両凸形状の正レンズＬ１Ｓと第１可変焦点距離素子Ｌ１Ｖで構成され、第１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。
【００５７】
第１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。
【００５８】
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している。
【００５９】
第２レンズ群Ｇ２は、第２可変焦点距離素子Ｌ２Ｖと両凸形状の正レンズＬ２Ｓとで構成され、第２可変焦点距離素子Ｌ２Ｖ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、第２レンズ群Ｇ２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。
【００６０】
第２可変焦点距離素子Ｌ２Ｖ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Ｌ２１と、第３液体材料ＬＱ３からなるレンズ部Ｌ２２と、第４液体材料ＬＱ４からなるレンズ部Ｌ２３と、容器の一部である平行平板ガラスＬ２４とで構成されている。
【００６１】
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している。
【００６２】
低倍率端状態から高倍率端状態への変倍に際し、第１可変焦点距離素子Ｌ１Ｖの第１液体材料ＬＱ１と第２液体材料ＬＱ２との境界面を、物体側に強い凸面形状の状態から平面にすることで、第１可変焦点距離素子Ｌ１Ｖを強い正屈折力から無屈折力にして、第１レンズ群Ｇ１全体の焦点距離を長くすると共に、第２可変焦点距離素子Ｌ２Ｖの第３液体材料ＬＱ３と第４液体材料ＬＱ４との境界面を、平面から物体側に強い凸面形状の状態にすることで、第２可変焦点距離素子Ｌ２Ｖを無屈折力から強い正屈折力にして、第２レンズ群Ｇ２全体の焦点距離を短くしている。さらに、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離が長くなるのに伴って、結像面Ｓ近傍の視野枠ＳＴのみを第２レンズ群Ｇ２方向に移動させ、かつ視野枠の開口寸法を小さく変化させ、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔は固定のままで実像式変倍アフォーカル光学系を実現している。第１実施例では、第１レンズ群Ｇ１の結像面Ｓと光軸との交点が図１、図２中に×印で示され、結像面Ｓは視野枠ＳＴのある平面と一致している。
【００６３】
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、ｄは第１レンズ群Ｇ１主点と第２レンズ群Ｇ２主点との空気換算距離、ｄ２は光軸に沿って結像面Ｓから第２レンズ群Ｇ２主点までの空気換算距離、ｄｆ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、ＹＳは絞りＳの最大像高、ｍは倍率（無次元）を表す。
【００６４】
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。
【００６５】
（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            ２０．００        ２４．００        ２８．００
ｆ２            ２０．００        １６．００        １２．００
ｄ              ４０．００        ４０．００        ４０．００
ｄ２            １９．９０        １５．９０        １１．９０
ｄｆ            １９．９０        １５．９０        １１．９０
ＹＳ              ５．００          ４．００          ３．００
ｍ              −１．００        −１．５０        −２．３３
［条件式対応値］
（３）  （ｆ１Ｈ＋ｆ２Ｈ）／ｄ−（ｆ１Ｌ＋ｆ２Ｌ）／ｄ  ＝   ０．０００
（４）  １０００×（ｄ２Ｌ−ｆ２Ｌ）／（ｆ２Ｌ）２      ＝ −０．２５
（５）  １０００×（ｄ２Ｈ−ｆ２Ｈ）／（ｆ２Ｈ）２      ＝ −０．６９
（６）  １０００×（ｄｆＬ−ｆ２Ｌ）／（ｆ２Ｌ）２      ＝ −０．２５
（７）  １０００×（ｄｆＨ−ｆ２Ｈ）／（ｆ２Ｈ）２      ＝ −０．６９
【００６６】
［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。
【００６７】
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、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２とから構成され、第１レンズ群と第２レンズ群の光路中に結像面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。
【００６８】
第１レンズ群Ｇ１は物体側が強い屈折力を持つ両凸形状の正レンズＬ１Ｓと第１可変焦点距離素子Ｌ１Ｖで構成され、第１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。
【００６９】
第１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。
【００７０】
第１液体材料ＬＱ１はエチレングリコールを溶かした塩化リチウム水溶液（ｎｄ＝１．３９２００）、第２液体材料ＬＱ２はシリコンオイル（ｎｄ＝１．５７５００）であり、経時変化に対する耐久性を確保している。
【００７１】
第２レンズ群Ｇ２は第２可変焦点距離素子Ｌ２Ｖと両凸形状の正レンズＬ２Ｓとで構成され、第２可変焦点距離素子Ｌ２Ｖ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、第２レンズ群Ｇ２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。
【００７２】
第２可変焦点距離素子Ｌ２Ｖ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Ｌ２１と、第３液体材料ＬＱ３からなるレンズ部Ｌ２２と、第４液体材料ＬＱ４からなるレンズ部Ｌ２３と、容器の一部である平行平板ガラスＬ２４とで構成されている。
【００７３】
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している。
【００７４】
低倍率端状態から高倍率端状態への変倍に際し、第１可変焦点距離素子Ｌ１Ｖの第１液体材料ＬＱ１と第２液体材料ＬＱ２との境界面を、物体側に強い凸面形状の状態から平面にすることで、第１可変焦点距離素子Ｌ１Ｖを強い正屈折力から無屈折力にして、第１レンズ群Ｇ１全体の焦点距離を長くすると共に、第２可変焦点距離素子Ｌ２Ｖの第３液体材料ＬＱ３と第４液体材料ＬＱ４との境界面を、平面から物体側に強い凸面形状の状態にすることで、第２可変焦点距離素子Ｌ２Ｖを無屈折力から強い正屈折力にして、第２レンズ群Ｇ２全体の焦点距離を短くしている。さらに、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離が長くなるのに伴って、結像面Ｓ近傍の視野枠ＳＴのみを第２レンズ群Ｇ２方向に移動させ、かつ視野枠の開口寸法を小さく変化させ、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔は固定のままで実像式変倍アフォーカル光学系を実現している。第２実施例では、第１レンズ群Ｇ１の結像面Ｓと光軸との交点が図３、図４中に×印で示され、結像面Ｓは視野枠ＳＴより物体側にある。
【００７５】
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              ６．００          ９．００        １２．００
ｆ２            ２０．００        １７．１０        １４．４０
ｄ              ２７．００        ２７．００        ２７．００
ｄ２            ２１．２０        １８．２０        １５．２０
ｄｆ            ２１．００        １８．００        １５．００
ＹＳ              ４．００          ３．４２          ２．８８
ｍ              −０．３０        −０．５３        −０．８３
［条件式対応値］
（３）  （ｆ１Ｈ＋ｆ２Ｈ）／ｄ−（ｆ１Ｌ＋ｆ２Ｌ）／ｄ  ＝ ０．０１５
（４）  １０００×（ｄ２Ｌ−ｆ２Ｌ）／（ｆ２Ｌ）２      ＝ ３．００
（５）  １０００×（ｄ２Ｈ−ｆ２Ｈ）／（ｆ２Ｈ）２      ＝ ３．８６
（６）  １０００×（ｄｆＬ−ｆ２Ｌ）／（ｆ２Ｌ）２      ＝ ２．５０
（７）  １０００×（ｄｆＨ−ｆ２Ｈ）／（ｆ２Ｈ）２      ＝ ２．８９
【００７６】
［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。
【００７７】
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、第１レンズ群Ｇ１と、第２レンズ群Ｇ２とから構成され、第１レンズ群と第２レンズ群の光路中に結像面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。
【００７８】
第１レンズ群Ｇ１は両凸形状の正レンズＬ１Ｓと第１可変焦点距離素子Ｌ１Ｖで構成され、第１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。
【００７９】
第１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。
【００８０】
第１液体材料ＬＱ１はエチレングリコールを溶かした塩化リチウム水溶液（ｎｄ＝１．３９２００）、第２液体材料ＬＱ２はシリコンオイル（ｎｄ＝１．５７５００）であり、経時変化に対する耐久性を確保している。
【００８１】
第２レンズ群Ｇ２は第２可変焦点距離素子Ｌ２Ｖと両凸形状の正レンズＬ２Ｓとで構成され、第２可変焦点距離素子Ｌ２Ｖ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、第２レンズ群Ｇ２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。
【００８２】
第２可変焦点距離素子Ｌ２Ｖ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Ｌ２１と、第３液体材料ＬＱ３からなるレンズ部Ｌ２２と、第４液体材料ＬＱ４からなるレンズ部Ｌ２３と、容器の一部である平行平板ガラスＬ２４とで構成されている。
【００８３】
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している。
【００８４】
低倍率端状態から高倍率端状態への変倍に際し、第１可変焦点距離素子Ｌ１Ｖの第１液体材料ＬＱ１と第２液体材料ＬＱ２との境界面を、物体側に強い凸面形状の状態から平面にすることで、第１可変焦点距離素子Ｌ１Ｖを強い正屈折力から無屈折力にして、第１レンズ群Ｇ１全体の焦点距離を長くすると共に、第２可変焦点距離素子Ｌ２Ｖの第３液体材料ＬＱ３と第４液体材料ＬＱ４との境界面を、平面から物体側に強い凸面形状の状態にすることで、第２可変焦点距離素子Ｌ２Ｖを無屈折力から強い正屈折力にして、第２レンズ群Ｇ２全体の焦点距離を短くしている。さらに、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離が長くなるのに伴って、結像面Ｓ近傍の視野枠ＳＴのみを第２レンズ群Ｇ２方向に移動させ、かつ視野枠の開口寸法を小さく変化させ、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔は固定のままで実像式変倍アフォーカル光学系を実現している。第３実施例では、第１レンズ群Ｇ１の結像面Ｓと光軸との交点が図５、図６中に×印で示され、結像面Ｓは視野枠ＳＴより射出瞳側にある。
【００８５】
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            １０．００        １５．００        ２０．００
ｆ２            ２０．３０        １５．００          ９．７０
ｄ              ２９．５０        ２９．５０        ２９．５０
ｄ２            １９．３０        １４．３０          ９．３０
ｄｆ            １９．５０        １４．５０          ９．５０
ＹＳ              ５．００          ３．６９          ２．３９
ｍ              −０．４９        −１．００        −２．０６
［条件式対応値］
（３）  （ｆ１Ｈ＋ｆ２Ｈ）／ｄ−（ｆ１Ｌ＋ｆ２Ｌ）／ｄ  ＝ −０．０２０
（４）  １０００×（ｄ２Ｌ−ｆ２Ｌ）／（ｆ２Ｌ）２      ＝ −２．４３
（５）  １０００×（ｄ２Ｈ−ｆ２Ｈ）／（ｆ２Ｈ）２      ＝ −４．２５
（６）  １０００×（ｄｆＬ−ｆ２Ｌ）／（ｆ２Ｌ）２      ＝ −１．９４
（７）  １０００×（ｄｆＨ−ｆ２Ｈ）／（ｆ２Ｈ）２      ＝ −２．１３
【００８６】
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。
【００８７】
また、各実施例では第２レンズ群Ｇ２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のアフォーカル度を変化させる所謂視度調整を行うことも可能である。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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】
【００９１】
【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。
【符号の説明】
【００９２】
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
Ｓ      ・・・  結像面
ＳＴ    ・・・  視野枠
Ｌ１Ｖ  ・・・  第１可変焦点距離素子
Ｌ１Ｓ  ・・・  第１レンズ群中の正レンズ
Ｌ２Ｖ  ・・・  第２可変焦点距離素子
Ｌ２Ｓ  ・・・  第２レンズ群中の正レンズ
ＬＱ１  ・・・  第１可変焦点距離素子中の第１液体材料
ＬＱ２  ・・・  第１可変焦点距離素子中の第２液体材料
ＬＱ３  ・・・  第２可変焦点距離素子中の第３液体材料
ＬＱ４  ・・・  第２可変焦点距離素子中の第４液体材料
【図１】
2008203652.tif 000003
【図２】
2008203652.tif 000004
【図３】
2008203652.tif 000005
【図４】
2008203652.tif 000006
【図５】
2008203652.tif 000007
【図６】
2008203652.tif 000008