JPH05215974A - 非球面接眼レンズ - Google Patents

非球面接眼レンズ

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JPH05215974A
JPH05215974A JP4045981A JP4598192A JPH05215974A JP H05215974 A JPH05215974 A JP H05215974A JP 4045981 A JP4045981 A JP 4045981A JP 4598192 A JP4598192 A JP 4598192A JP H05215974 A JPH05215974 A JP H05215974A
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JP
Japan
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aspherical
correction plate
eyepiece
lens
lens group
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JP4045981A
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Masanobu Kaneko
雅信 金子
Yasunori Ueno
保典 上野
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B25/00Eyepieces; Magnifying glasses
    • G02B25/001Eyepieces
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/34Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having four components only
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/16Housings; Caps; Mountings; Supports, e.g. with counterweight
    • G02B23/18Housings; Caps; Mountings; Supports, e.g. with counterweight for binocular arrangements

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 非球面形状の光学部材を含んだ少ない枚数の
光学部材で構成し、且つ広い画角で歪曲収差を良好に補
正する。 【構成】 正レンズ群Le と、この正レンズ群の入射光
側に配置された非球面形状を持つ補正板Lc とを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば双眼鏡等の望遠
鏡又は顕微鏡その他に利用される非球面形状の光学部材
を有する接眼レンズに関する。
【0002】
【従来の技術】例えば双眼鏡等の望遠鏡又は顕微鏡その
他においては、対物レンズにより形成された実像を更に
拡大して観察するための接眼レンズが使用されている。
近時は、光学系を構成するレンズの枚数を減らすため
に、非球面レンズが導入されるようになってきており、
接眼レンズについても構成レンズの一部に非球面レンズ
を使用したものが提案されている。このように、内部に
非球面レンズ又は非球面形状の部材を有する接眼レンズ
を以下では非球面接眼レンズと呼ぶ。
【0003】従来から提案されている非球面接眼レンズ
は、何れも球面レンズの一部を非球面にして、主に接眼
レンズによる瞳の収差を補正しているものである。この
瞳の収差は接眼レンズを覗いたとき、歪曲収差となって
現れるものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術は接眼レンズを構成する一部のレンズを非球面レン
ズとしているため、接眼レンズ本来の収差補正と瞳の収
差補正とを同時に行わなければならない。従って、これ
らの補正を十分に行おうとすると著しいレンズ枚数の増
加を招くか、又は接眼レンズの画角を狭く制限するしか
ない不都合があった。そのため、例えば双眼鏡に用いる
画角が50°程度の広角の接眼レンズについては、非球
面レンズを用いてもレンズ枚数が少ない構成では歪曲収
差を小さくすることができなかった。
【0005】本発明は斯かる点に鑑み、非球面形状の光
学部材を含んだ少ない枚数の光学部材で構成され、且つ
広い画角で歪曲収差が良好に補正された接眼レンズを提
供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明による第1の非球
面接眼レンズは、例えば図1に示す如く、正レンズ群L
e と、この正レンズ群の入射光側に配置された非球面形
状を持つ補正板Lc とを有するものである。また、本発
明による第2の非球面接眼レンズは、その第1の非球面
接眼レンズにおいて、その補正板Lc を、その正レンズ
群Le とその正レンズ群の前側焦点面Fとの間に配置し
たものである。
【0007】また、本発明による第3の非球面接眼レン
ズは、その第2の非球面接眼レンズにおいて、yを光軸
からの高さ、xを非球面の頂点の接平面からその非球面
上の高さyの点までの距離、cを非球面頂点における曲
率、κを円錐定数、C2i(iは2以上の整数)を非球面
係数として、その補正板Lc の非球面形状を次式で表
す。
【数3】
【0008】そして、その非球面係数C4 について次の
条件を課す。 1×10-5 <|C4 |< 1×10-3 且つ、例えば図1又は図5に示すように、その補正板L
c の縁に向かって縁厚が増す形状としたものである。
【0009】また、本発明による第4の非球面接眼レン
ズは、その第1の非球面接眼レンズにおいて、例えば図
2に示すように、その補正板Lc ′をその正レンズ群L
e ′の前側焦点面Fより前側に配置したものである。
【0010】また、本発明による第5の非球面接眼レン
ズは、その第4の非球面接眼レンズにおいて、yを光軸
からの高さ、xを非球面の頂点の接平面からその非球面
上の高さyの点までの距離、cを非球面頂点における曲
率、κを円錐定数、C2i(iは2以上の整数)を非球面
係数として、その補正板Lc の非球面形状を次式で表
す。
【数4】
【0011】そして、その非球面係数C4 について次の
条件を課す。 1×10-5 <|C4 |< 1×10-3 且つ、その補正板Lc の縁に向かって縁厚が減少する形
状としたものである。
【0012】
【作用】斯かる本発明の第1の非球面接眼レンズにおい
ては、所謂シュミットカメラの原理を接眼レンズに応用
して、正レンズ群と非球面形状を有する補正板とを有す
る形式で接眼レンズを構成する。この場合、本発明にお
ける正レンズ群Le (Le ′)は単独でも接眼レンズと
して機能しうるものである。従って、本発明は、正レン
ズ群よりなる接眼レンズの歪曲収差を非球面形状を持つ
補正板Lc (Lc′)により補正したものであるともみ
なすことができる。ただし、補正板を接眼レンズを構成
する非球面レンズであるとみなすこともできる。また、
第2の非球面接眼レンズ又は第4の非球面接眼レンズで
示しているように、補正板は正レンズ群の前側焦点面F
の前後の何れにも配置することができる。
【0013】また、本発明の第3の非球面レンズ及び第
5の非球面レンズでは非球面形状について数式的に規定
しているが、その数式の根拠につき図6及び図7を参照
して説明する。この場合、補正板の形状が図6に示され
るように、kを常数として次の式で表されたとする。
【数5】x=ky4
【0014】接線の角度θは(数5)を微分して得られ
る。3次収差の領域で考えると、角度θは次のようにな
る。 θ=4ky3 また、補正板の屈折率をnとして、非球面を通過した後
の光線Rの角度をθ′とし、非球面による光線の偏角を
δとすれば、δは次の式で表される。
【数6】 δ=θ′−θ=(n−1)θ=4(n−1)ky3
【0015】一方、接眼レンズによる瞳の収差ΔS′は
Aを常数として3次収差の領域において次のように表さ
れる。
【数7】ΔS′=Ay2 ただし、yは接眼レンズに入射する光線の高さである。
今、接眼レンズの瞳の結像における倍率をβとすると、
次式が成立する。
【数8】ΔS′=β2 ΔS
【0016】そして、入射瞳までの距離Sは接眼レンズ
の焦点距離に比べ十分に大きいとすると、ΔSとδは次
の式で関係づけられる。
【数9】ΔS=S2・δ/y=4(n−1)kS22 (数9)を(数8)に代入して次式を得る。
【数10】ΔS′=4(n−1)β2kS22
【0017】(数10)と(数7)とを比較することに
より
【数11】A=4(n−1)β2kS2 とすれば両式が一致することが分かる。従って、(数
7)により表される瞳の収差を打ち消すように(数5)
のkを与えれば、全体として歪曲収差のない接眼レンズ
を得ることが出来る。
【0018】また、(数5)を書き換えれば、次式が得
られる。
【数12】 x=ky4 ={A/4(n−1)β22}y4 また、β=S′/Sであるから上式は次のように書き換
えられる。
【数13】x=A/{4(n−1)S′2}y4
【0019】上述のkは非球面を表す一般の式である上
述の(数3)及び(数4)におけるy4 の非球面係数C
4 と同じものである。また、(数13)において、S′
は接眼のアイレリーフであるから、S′は10〜30程
度と考えて良い。
【0020】(数7)の係数Aは接眼レンズの構成、入
射瞳位置、焦点距離等により異なるが、非球面係数C4
の値が 1×10-5<|C4|<1×10-3 の範囲にあるようにすれば、一般的な接眼レンズのAに
対し良好な瞳収差(即ち歪曲収差)の補正を行うことが
できる。しかし、もし|C4 |がこの下限を越えるな
ら、瞳収差(歪曲収差)は補正不足となり、逆に上限を
越えると、補正過剰となる。
【0021】図7(a)及び(b)は本発明の光線の通
り方を示す図である。図7(a)において、接眼レンズ
に入射する光線Rは補正板Lc がない場合には接眼レン
ズLe を通過後、光線R1 となり光軸上の点P1 を通
る。もし接眼レンズLe に瞳収差がないとすると光線R
は接眼レンズLe を通過後、破線で示された光線R2
なり、光軸上の点P2 を通過する。
【0022】接眼レンズの瞳収差により、通常点P1
点P2より接眼レンズ側になる。従って光線R1 及びR2
がそれぞれ光軸となす角θ1 及びθ2 はθ1 >θ2
なり、接眼レンズを覗いた時、この瞳収差は正の(糸巻
き型)の歪曲収差として現れる。この収差が上述の補正
板で補正されるということは、見方を変えれば図7
(a)で示されるように、補正板Lc により入射光線R
があたかも歪曲収差を打ち消す像高h′から射出するた
めであると考えることも出来る。従って補正板Lc が接
眼レンズLe とその前側焦点面Fの間とにある場合は補
正板Lc に光線の傾きδが上向きとなるような形状、即
ち補正板の縁に向かって縁厚が増す形状を補正板に与え
れば歪曲収差が補正されることになる。
【0023】瞳の収差が補正されれば瞳収差の分だけア
イレリーフは長くなるが、更にこの場合には接眼レンズ
e に入射する光線Rが補正板Lc がないとした場合の
高さより、Δhだけ上方に入射するため、接眼レンズL
e を射出した光線R3 は光軸上でこの値に対応した値Δ
lだけ、即ち瞳収差のない場合の光線R2 が光軸と交わ
る点P2 より更に遠方の点P3 で光軸と交わることにな
る。従ってアイレリーフの短い接眼レンズにこの補正板
c を採用すれば瞳収差の補正分にさらにΔlを合わせ
た分だけアイレリーフの長い接眼レンズを得ることが出
来る。
【0024】また、図7(b)で示されるように補正板
c ′を接眼レンズLe ′の前側焦点面Fより前側に配
置した場合、歪曲収差がなくなるように光線が焦点面上
でh″の高さを通るようにするには補正板Lc ′に光線
の傾きδ′が下向きとなるような形状、即ち補正板L
c ′の縁に向かって縁厚が減ずる形状を補正板Lc ′に
与えれば良い。しかし前述の場合とは逆に接眼レンズL
e ′に入射する光線の高さはΔh′だけ低くなり、それ
に対応してΔl′だけアイレリーフは短くなる。従って
アイレリーフが長すぎる接眼レンズに対しては、この補
正板Lc ′を用いることにより後述の第2実施例の如く
歪曲収差がなくアイレリーフの長さが適切な接眼レンズ
を得ることが出来る。
【0025】次に、本発明と後述の各実施例との対応関
係につき説明しておく。先ず、第1実施例及び第2実施
例は、補正板Lc (Lc ′)の非球面形状を上記の(数
3)又は(数4)におけるy4 の項のみで表したもので
ある。また、第3実施例は、補正板Lc の非球面形状を
4 の項の他に、更に高次の項を付加した形状としたも
のである。即ち、3次収差の領域においては前述のとお
りy4 の項のみで完全に瞳収差が補正されるが、接眼レ
ンズの画角を広げるほど、3次収差の領域から外れるた
め、y4 の項のみで表せた上述の非球面形状の補正板で
は瞳収差を完全には補正できなくなる。その場合は補正
板Lc の非球面形状において前述のy4 の項の他に更に
高次の補正項を付加してやれば良い。しかし基本はあく
までy4 の項でありその非球面係数C4 の値が前述の範
囲内にあることが前提となる。
【0026】次に、第4実施例は、正レンズ群Le に第
3実施例と異なるタイプを採用したものである。また、
補正板Lc の非球面ではない側の面を平面でなく曲率を
もった面とすればさらに設計の自由度が広がるのは言う
までもない。また、第5実施例は、補正板Lc の非球面
頂点における曲率(中心曲率)cが0でない場合、即ち
2 の項の係数が0でない場合の例である。これについ
て詳細に説明するに、非球面形状が次式で表されるもの
とする。
【数14】x=my2 +ky4
【0027】前の扱いと同様にして、図6の接線の角度
θ、偏角δ、入射瞳までの距離S、瞳の収差ΔS′等は
次のようになる。
【数15】θ=2my+4ky3
【数16】 δ=(n−1)θ=(n−1)(2my+4ky3
【数17】 ΔS=S2 ・δ/y=(n−1)(2my+4ky3 )S2
【0028】従って、次式が得られる。
【数18】 ΔS′=4(n−1)β2 kS22 +2(n−1)β2 mS2 この(数18)における第1項は、中心曲率cが0でな
い場合のものと同一である。第2項はy2 の項を含まな
い定数項、即ち中心曲率cの面による像点の移動を表す
項であり、瞳収差の補正には関係がないものである。
【0029】従って、第5実施例の如く、補正板の形状
にy2 の項に相当する2次曲面が入っている場合でも、
瞳収差の補正にはy4 の項のみが影響しているため、y
4 の項の非球面係数C4 の値を、本発明による第3の非
球面接眼レンズ又は第5の非球面接眼レンズのように制
限することによって、瞳収差は良好に補正される。
【0030】
【実施例】以下、本発明の数値実施例につき図面を参照
して説明する。以下の数値実施例においては、対物レン
ズに近い面から順に面番号を第i面(i=1,2,3)
として、光学系を表すパラーメータを次のように定義す
る。 fe :接眼レンズ自体の全系の焦点距離 Ri :第i面の曲率半径(非球面の場合には非球面の頂
点における曲率半径) di :第i面と第(i+1)面との光軸上の面間隔 ni :第i面と第(i+1)面との間の媒質のd線の屈
折率(ただし、空気の屈折率ni は空欄とする) νdi:第i面と第(i+1)面との間の媒質のアッベ数
(ただし、空気のアッベ数νdiは空欄とする)
【0031】また、以下の実施例においては、非球面形
状を次の関数で表す。 x=cy2/{1+(1−κc221/2} +C44+C66+C88+C1010 この場合、各パラメータは次のように定義されている。 y:光軸からの高さ x:非球面の頂点の接平面からその非球面上の高さyの
点までの距離 c:非球面頂点における曲率 κ:円錐定数 C4 〜C10:非球面係数
【0032】[第1実施例]図1(a)はこの第1実施
例のレンズ構成図、図1(b)及び(c)はこの第1実
施例の収差図である。その図1(a)において、E.
P.はアイポイントを示し、図示省略された対物レンズ
からそのアイポイントE.P.の方向に順に、補正板L
c と球面レンズよりなる正レンズ群Le とを配置する。
正レンズ群Leは、補正板Lc の側から順に、両凹レン
ズと両凸レンズとの貼り合わせレンズ及び両凸レンズを
配置して構成する。補正板Lc は正レンズ群Le の前側
(対物レンズ側)の焦点面Fとその正レンズ群Le との
間に配置されており、補正板LcのアイポイントE.
P.側の面が非球面形状になっている。第1実施例の光
学系の構成及び補正板Lc の非球面形状を表すパラメー
タの値を次の表1に示す。
【0033】
【表1】
【0034】[第2実施例]図2(a)はこの第2実施
例のレンズ構成図、図2(b)及び(c)はこの第2実
施例の収差図である。その図2(a)において、図示省
略された対物レンズからアイポイントE.P.の方向に
順に、補正板Lc ′と球面レンズよりなる正レンズ群L
e ′とを配置する。正レンズ群Le ′は、補正板Lc
の側から順に、両凹レンズと両凸レンズとの貼り合わせ
レンズ及び対物レンズ側に凸面を向けた正メニスカスレ
ンズを配置して構成する。補正板Lc ′は正レンズ群L
e ′の前側(対物レンズ側)の焦点面Fよりも前側(対
物レンズ側)に配置されており、補正板Lc ′のアイポ
イントE.P.側の面が非球面形状になっている。第2
実施例の光学系の構成及び補正板Lc ′の非球面形状を
表すパラメータの値を次の表2に示す。
【0035】
【表2】
【0036】[第3実施例]図3(a)はこの第3実施
例のレンズ構成図、図3(b)及び(c)はこの第3実
施例の収差図である。その図3(a)において、図示省
略された対物レンズからそのアイポイントE.P.の方
向に順に、補正板Lc と球面レンズよりなる正レンズ群
e とを配置する。正レンズ群Le は、補正板Lc の側
から順に、両凹レンズと両凸レンズとの貼り合わせレン
ズ及び両凸レンズを配置して構成する。補正板Lc は正
レンズ群Le の前側(対物レンズ側)の焦点面Fとその
正レンズ群Le との間に配置されており、補正板Lc
アイポイントE.P.側の面が非球面形状になってい
る。第3実施例の光学系の構成及び補正板Lc の非球面
形状を表すパラメータの値を次の表3に示す。
【0037】
【表3】 κ=0、C4 = 6.0325×10-46 =-4.5649×10-68 =-6.5600×10-910=-1.4809×10-11
【0038】[第4実施例]図4(a)はこの第4実施
例のレンズ構成図、図4(b)及び(c)はこの第4実
施例の収差図である。その図4(a)において、図示省
略された対物レンズからそのアイポイントE.P.の方
向に順に、補正板Lc と球面レンズよりなる正レンズ群
e とを配置する。正レンズ群Le は、補正板Lc の側
から順に、両凸レンズと、両凸レンズと負メニスカスレ
ンズとの貼り合わせレンズとを配置して構成する。補正
板Lc は正レンズ群Le の前側(対物レンズ側)の焦点
面Fとその正レンズ群Le との間に配置されており、補
正板Lc のアイポイントE.P.側の面が非球面形状に
なっている。第4実施例の光学系の構成及び補正板Lc
の非球面形状を表すパラメータの値を次の表4に示す。
【0039】
【表4】 κ=0、C4 = 2.9903×10-46 =-7.5214×10-78 = 1.6650×10-810= 3.4727×10-10
【0040】[第5実施例]図5(a)はこの第5実施
例のレンズ構成図、図5(b)及び(c)はこの第5実
施例の収差図である。その図5(a)において、図示省
略された対物レンズからそのアイポイントE.P.の方
向に順に、補正板Lc と球面レンズよりなる正レンズ群
e とを配置する。正レンズ群Le は、補正板Lc の側
から順に、両凹レンズと両凸レンズとの貼り合わせレン
ズ及び対物レンズ側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
を配置して構成する。補正板Lc は正レンズ群Le の前
側(対物レンズ側)の焦点面Fとその正レンズ群Le
の間に配置されており、補正板Lc のアイポイントE.
P.側の面が非球面形状になっている。第5実施例の光
学系の構成及び補正板Lc の非球面形状を表すパラメー
タの値を次の表5に示す。
【0041】
【表5】 κ=0、C4 =2.15×10-4、C6 =C8 =C10=0
【0042】上述の第1実施例の収差図である図1
(b),(c)及び第2実施例の収差図である図2
(b),(c)から分かるように、補正板Lc (L
c ′)がy4 の項のみで表される非球面形状をもつ例で
は、画角50゜に亘り1%以下の歪曲収差を達成するこ
とができる。また、第3実施例の収差図である図3
(b),(c)及び第4実施例の収差図である図4
(b),(c)から分かるように、補正板Lc の非球面
形状が、y4の項に、更に高次の項を付け加えて表され
る場合には、歪曲収差をほぼ完全に0とすることができ
る。更にアイレリーフも第3実施例では14.0とな
り、接眼レンズの焦点距離である12.0に比して1.
17倍と大幅に伸びている。
【0043】なお、上述実施例における正レンズ群Le
(Le ′)は単独でも接眼レンズとして使用できるもの
である。因に、図8は、非球面形状を有する補正板Lc
を持たない場合の第1実施例の正レンズ群Le と同じ構
成を持つ従来の接眼レンズによる収差図である。この図
8から明かなように、球面レンズのみで構成された接眼
レンズでは50°の画角で8.8%の比較的大きな歪曲
収差が存在している。なお、本発明は上述実施例に限定
されず本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得ることは勿論である。例えば、正レンズ群Le の前
側焦点より前方に正又は負のレンズ群を持つ2群から成
る構成の接眼レンズに対しても、本発明は応用可能であ
る。
【0044】
【発明の効果】本発明によれば、正レンズ群の瞳の収差
を補正板で補正することにより、より広い画角にわたり
歪曲収差がなく、最適なアイレリーフを持つ接眼レンズ
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の第1実施例のレンズ構成図、
(b)及び(c)は第1実施例の収差図である。
【図2】(a)は第2実施例のレンズ構成図、(b)及
び(c)は第2実施例の収差図である。
【図3】(a)は第3実施例のレンズ構成図、(b)及
び(c)は第3実施例の収差図である。
【図4】(a)は第4実施例のレンズ構成図、(b)及
び(c)は第4実施例の収差図である。
【図5】(a)は第5実施例のレンズ構成図、(b)及
び(c)は第5実施例の収差図である。
【図6】本発明の原理の説明に供する線図である。
【図7】本発明の原理の説明に供する線図である。
【図8】本発明の第1実施例の正レンズ群と同じ構成を
持つ従来の接眼レンズによる収差図である。
【符号の説明】
c 補正板 Le 正レンズ群 F 正レンズ群の前側焦点面 E.P. アイポイント

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正レンズ群と、該正レンズ群の入射光側
    に配置された非球面形状を持つ補正板とを有することを
    特徴とする非球面接眼レンズ。
  2. 【請求項2】 前記補正板は、前記正レンズ群と前記正
    レンズ群の前側焦点面との間に配置されたことを特徴と
    する請求項1記載の非球面接眼レンズ。
  3. 【請求項3】 yを光軸からの高さ、xを非球面の頂点
    の接平面から前記非球面上の高さyの点までの距離、c
    を非球面頂点における曲率、κを円錐定数、C2i(iは
    2以上の整数)を非球面係数として、前記補正板の非球
    面形状を次式で表した場合、 【数1】 前記非球面係数C4 について次の条件を課し、 1×10-5 <|C4 |< 1×10-3 且つ、前記補正板の縁に向かって縁厚が増す形状とした
    ことを特徴とする請求項2記載の非球面接眼レンズ。
  4. 【請求項4】 前記補正板は、前記正レンズ群の前側焦
    点面より前側に配置されたことを特徴とする請求項1記
    載の非球面接眼レンズ。
  5. 【請求項5】 yを光軸からの高さ、xを非球面の頂点
    の接平面から前記非球面上の高さyの点までの距離、c
    を非球面頂点における曲率、κを円錐定数、C2i(iは
    2以上の整数)を非球面係数として、前記補正板の非球
    面形状を次式で表した場合、 【数2】 前記非球面係数C4 について次の条件を課し、 1×10-5 <|C4 |< 1×10-3 且つ、前記補正板の縁に向かって縁厚が減少する形状と
    したことを特徴とする請求項4記載の非球面接眼レン
    ズ。
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