JP5519133B2 - 対物レンズ構造 - Google Patents

Description

本発明は対物レンズに係り、特に鏡胴内で精度よくレンズ群を固定するための構造に関する。

顕微鏡の対物レンズ等のように高精度のレンズ配置を要する光学系では、個々のレンズ群を中枠と呼ばれる鏡枠に固着させ、この中枠たちを鏡胴内のそれぞれの所定の位置に固定することによって全体の光学系を構成する。

そして、組み立て時の対物レンズの調整は、レンズ群を固着している中枠の位置を鏡胴内で微調整することによって行う。つまり、レンズ群を精度よく中枠に固着することが、鏡胴内で精度よくレンズ群を固定するための基礎となっている。

レンズ群を中枠に固定するには、レンズ群に含まれるレンズの偏心状態を観察しながら固着する。このとき、そのレンズ群が接合レンズである場合には、まず一枚のレンズを中枠に固着して、その後に残りのレンズを中枠に固着されたレンズに接合していくという手順をとっている。

一般にこの方法では、最初に中枠に固着するレンズは最も像側のレンズであるかあるいは最も物体側のレンズが選択される。つまり、中枠を最下層として積み上げるようにレンズを接合していく。その理由は、組み立てや測定などの作業中に、中枠はレンズ群を支える足となるからである。
特開平１０−１２３３８６号公報

一方で、最初の一枚目のレンズを精度よく固着しなければその誤差が二枚目以降のレンズの位置精度にも影響してしまうので、接合レンズを中枠に固着するには、最初の一枚目のレンズを精度よく固着しなければいけないという要因もある。そのためには、偏心状態が測定しやすいレンズを中枠に固着することが好ましい。

本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、中枠に固着されたレンズ群の偏心を少なくし、精度よく調節可能な対物レンズ構造を提供する。

本発明の上記課題は、１つ以上の接合レンズ群を含む複数のレンズ群と、前記各レンズ群をそれぞれ固着して保持する複数の中枠と、前記レンズ群が固着されている複数の中枠を内部に積層して保持する鏡胴とを備え、前記接合レンズ群のうち、少なくとも１つの接合レンズ群は、２枚のレンズからなり、レンズの偏心状態を計測しながら中枠に固着されるものであって、先ず、接合レンズ群のうちの１枚目のレンズを中枠に固着して、その後に、２枚目のレンズを前記中枠に固着された前記１枚目のレンズに接合することで形成され、前記中枠に固着された１枚目のレンズ以外のレンズは中枠に固着されていない接合レンズ群であって、前記中枠への固着は中枠に固着する前記１枚目のレンズの接合面の前記２枚目のレンズと接合する部分の延長である面或いは延長である面と連続する平面に、中枠の当接突起を当て付けて固着することによって解決される。

本発明によれば、中枠に固着されたレンズ群の偏心を少なくし、精度よく調節可能な対物レンズ構造を提供できる。

まず始めに、本発明の技術的特徴について説明する。
本発明の一つの特徴は、接合レンズ群を含む複数のレンズ群と、そのレンズ群の外周部を固着して保持する複数の中枠と、それら中枠を内部に積層して保持する鏡胴とを備える対物レンズにおいて、接合レンズ群における接合面の延長である面の外周部と中枠の当接突起とが当て付けられて固着することである。

一般に、接合レンズを中枠に固着する際には、最も像側（あるいは物体側）のレンズを像側（あるいは物体側）から当て付けて位置決めする。図１はこのときの中枠とレンズ群の固着の様子を断面図を使って示している。

図１に示される方法では、中枠１はレンズ２を当接突起３によって位置決めしている。このとき、中枠同士の当接面４はレンズ２よりも（図における）下方に張り出した構造を持っている。しかも、当接突起３はレンズ２を（図における）下方から支える構造となっている（当接突起３は接合面側ではない光学面に当て付く）。その理由は当接面４を基準として、レンズ２の偏心を測定するからである。

レンズ２の偏心の状態を計測する方法としては球心と呼ばれる位置を測定する。レンズ２において、第一の光学面５の球心は球心位置６であり、第二の光学面７の球心は球心位置８である。この二つの球心位置６、８を測定し、当接面４を基準とした光軸９との離れている度合いをもって、レンズ２の偏心の状態を判断する。

レンズ２の偏心の状態を計測した結果から、レンズ２の偏心を補正し、その後にレンズ１１とレンズ１２を同様に偏心状態を計測しながら接合していく。
図１に示される例から読み取れるように、レンズ２がメニスカスレンズである場合は球心位置６、８が近い位置になる傾向をもつ。その場合、レンズ２は当接突起３によって保持されているので、レンズ２を中枠の中で微動させても、球心位置８は球心位置６を中心にしか移動しない。その結果、球心位置６、８が近いメニスカスレンズの場合に偏心状態を調節することは難しくなってしまう。

本発明の実施に係る中枠とレンズ群の固着方法では、敢えて接合面（正確には接合面の延長である面）を中枠に固着することによって、偏心が調節しやすいレンズから固着する。図２は、図１で示された接合レンズと同じものを、本発明の実施に係る構成で中枠に固着したものの断面図である。

図２に示されるように、本発明の実施に係る中枠１３はレンズ１４の接合面を当接突起１５によって位置決めする。このとき、当接突起１５は（図における）上方からレンズ１４を支えるような形状となっているので、偏心状態を計測する基準は中枠同士の当接面１６である。ところが、当接面１６はレンズ１４よりも（図における）下方にあるので、不図示の冶具によって、レンズ１４と測定器が干渉しないようにする。

図２から読み取れるように、レンズ１４の第一の光学面１７の球心位置１８と、第二の光学面１９の球心位置２０は大きく離れている。よって、この球心位置１８、２０と当接面１６によって定まる光軸２１との差が解り易いという利点がある。さらに、偏心の補正をするためにレンズ１４を中枠１３の中で微動させたときに、球心位置２０が球心位置１８と離れているので、球心位置２０は比較的大きく動く。そのために、レンズ１４の偏心を補正することが容易となる。

以下では、本発明の一つの特徴である、接合レンズ群における接合面の延長である面の外周部を中枠の当接突起で当て付けて固着する構成に対して、より好ましい状況に関して説明する。

まず、中枠の当接突起が当て付けられる接合面の延長である面は凸面であることが好ましい。
一般に、凹面で当て付ける場合には、当接突起が特別な形状をしなければいけない。そのためには加工に手間がかかり好ましくない。また、接合面が凹面である場合は、その延長である面が存在せずに平面となっていることが多い。

さらに、中枠の当接突起が当て付けられる接合面の延長である面は凸レンズの光学面であることが好ましい。
一般に、凸レンズは２つの光学面の球心位置が離れている。そのことによって偏心の計測が正確に行える。よって、当接突起が当て付けられる面だけではなく、その反対の光学面も凸面である方がより好ましい。

さらに、中枠の当接突起が当て付けられる接合面の延長である面は３枚接合レンズの中央のレンズの光学面であることが好ましい。
３枚接合レンズを中枠に固定する場合に、最も像側（あるいは物体側）から順に接合していく場合には、偏心の誤差が累積してしまうという問題がある。本発明のように、３枚接合レンズの中央のレンズを最初に中枠に固着する構成では、偏心の誤差が積み重なるようなことはないので好ましい。

さらに、中枠の当接突起が当て付けられる接合面の延長である面は、３枚接合レンズにある２つの接合面のうち、光線高が低い方の接合面であることが好ましい。
３枚接合レンズには接合面が２つある。このときには、光線高が低い方の接合面である方が、接合面の延長である領域が大きく利用できる。

また、中枠の当接突起が当て付けられる接合面は、レンズ外径が１割以上異なるレンズ同士の接合面であることが好ましい。
接合面の延長部分に中枠を固着する場合は、接合するレンズ同士の外径に差がある方が、当接突起部を当て付く領域が大きく取れる。

また、中枠の当接突起が当て付けられる接合面をもつ接合レンズ群は、入射端の光線高と出射端の光線高が１割以上異なる接合レンズ群であることが好ましい。
一般に、レンズ外径は光線高によって決まってくる。つまり、レンズ外径に差が出来る接合レンズは、入射端の光線高と出射端の光線高が異なっている場合である。

また、中枠の当接突起が当て付けられる接合面をもつ接合レンズ群は、互いに凹面を向かい合わせた２つのレンズ群の一方であることが好ましい。
顕微鏡をはじめとして、多くの光学系では凹面を向かい合わせた光学面で光線高を絞る構成をとる。その目的は像面湾曲などの収差を補正するためである。そして、この凹面を向かい合わせた構成の前後は、光線高が大きく変化するので、中枠の当接突起が当て付けるための領域を確保しやすい。

また、中枠の当接突起が当て付けられる接合面を持つ接合レンズ群は、移動群であることが好ましい。
移動群の近傍には、移動を適切に制御するためにカムやバネなどの部品が配置される。そのために、移動群の近傍では中枠の配置も限定されてしまう。この様な状況にも、接合面で中枠の当接突起と当て付けて固着する構成によって、中枠の大きさを小さく抑えることが可能である。

以下、本発明の実施例を説明する。

図３は本発明の実施による顕微鏡の対物レンズの断面を示したものである。同図に示されるように、本実施例の対物レンズのレンズ群２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆは、各レンズ群の外周部を中枠２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆによって固着し、さらに中枠２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆが鏡胴２４の内部に積層して保持されている。このとき、中枠２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆは鏡胴２４の中に確実に固定されるために、押さえ環２５によって対物レンズの胴付き側からトルクを掛けられ固定している。

本実施例において、レンズ群２２ｅは接合面の延長である面の外周部と、中枠２３ｅの当接突起２６とが当てつけられて固着されている。このとき、レンズ群２２ｅは３枚接合の接合レンズであり、中枠２３ｅの当接突起２６に当て付けられている面は中央の凸レンズである。

このレンズ群２２ｅはレンズ群２２ｆと合わせて、いわゆるガウスタイプのレンズ構成をしている。すなわち、レンズ群２２ｅとレンズ群２２ｆは互いに凹面を向かい合わせて、この部分で光線高が低く絞られている。つまり、レンズ群２２ｅは入射端の光線高と出射端の光線高が大きく変化することが解る。このことは、レンズ群２２ｅにおいて入射側のレンズ外径と出射側のレンズ外径が大きく異なることからも読み取ることができる。

さらに、レンズ群２２ｅにおいて、中枠２３ｅの当接突起２６が当て付けられて固着する接合レンズ群における接合面は、３枚接合レンズにある２つの接合面のうち、光線高が低い方の接合面である。

図４は２枚接合レンズ群と中枠との固着に関する実施例を示している。
図４（ａ）は凸レンズ２７ａと凹レンズ２７ｂの２枚接合レンズを中枠２８ａに固着した例を示している。中枠２８ａの当接突起は、凸レンズ２７ａと凹レンズ２７ｂの接合面の延長である凸面（凸レンズ２７ａ）に当て付いている。

図４（ｂ）はメニスカスレンズ２７ｃとメニスカスレンズ２７ｄの２枚接合レンズを中枠２８ｂに固着した例を示している。中枠２８ｂの当接突起は、メニスカスレンズ２７ｃとメニスカスレンズ２７ｄの接合面の延長である凹面（メニスカスレンズ２７ｃ）に当て付いている。

図４（ｃ）はメニスカスレンズ２７ｅと凸レンズ２７ｆの２枚接合レンズを中枠２８ｃに固着した例を示している。中枠２８ｃの当接突起は、メニスカスレンズ２７ｅと凸レンズ２７ｆの接合面の延長である平面（メニスカスレンズ２７ｅ）に当て付いている。

図５は３枚接合レンズ群と中枠との固着に関する実施例を示している。
図５（ａ）は凸レンズ２９ａと凹レンズ２９ｂと凸レンズ２９ｃの３枚接合レンズを中枠３０ａに固着した例を示している。中枠３０ａの当接突起は、凸レンズ２９ａと凹レンズ２９ｂの接合面の延長である平面（凸レンズ２９ｂ）に当て付いている。

図５（ｂ）はメニスカスレンズ２９ｄと凸レンズ２９ｅと凹レンズ２９ｆの３枚接合レンズを中枠３０ｂに固着した例を示している。中枠３０ｂの当接突起は、凸レンズ２９ｅと凹レンズ２９ｆの接合面の延長である凸面（凸レンズ２９ｅ）に当て付いている。

図６は移動群と中枠との固着に関する実施例を示している。
図６（ａ）はメニスカスレンズ３１ａと凸レンズ３１ｂと凹レンズ３１ｃの３枚接合レンズを中枠３２ａに固着した例を示している。中枠３２ａは、カムピン３３ａを備え、不図示のカムに咬み合わされ、カムの回転によって移動群を動かす。中枠３２ａの当接突起は、メニスカスレンズ３１ａと凸レンズ３１ｂの接合面の延長である平面（メニスカスレンズ３１ａ）に当て付いている。

図６（ｂ）は凹レンズ３１ｄと凸レンズ３１ｅの２枚接合レンズを中枠３２ｂに固着した例を示している。中枠３２ｂは、カムピン３３ｂを備え、不図示のカムに咬み合わされ、カムの回転によって移動群を動かす。中枠３２ｂの当接突起は、凹レンズ３１ｄと凸レンズ３１ｅの接合面の延長である凸面（凸レンズ３１ｅ）に当て付いている。

従来の接合レンズの中枠への固着の仕方を示す断面図。 本発明の接合レンズの中枠への固着の仕方を示す断面図。 本発明の実施による顕微鏡の対物レンズの断面図。 ２枚接合レンズにおける実施例 ３枚接合レンズにおける実施例 移動群レンズにおける実施例

符号の説明

１・・・中枠
２・・・レンズ
３・・・当接突起
４・・・当接面
５・・・第一の光学面
６・・・球心位置
７・・・第二の光学面
８・・・球心位置
９・・・光軸
１１・・・レンズ
１２・・・レンズ
１３・・・中枠
１４・・・レンズ
１５・・・当接突起
１６・・・当接面
１７・・・第一の光学面
１８・・・球心位置
１９・・・第二の光学面
２０・・・球心位置
２１・・・光軸
２２・・・レンズ群
２３・・・中枠
２４・・・鏡胴
２５・・・押さえ環
２６・・・当接突起
２７・・・レンズ
２８・・・中枠
２９・・・レンズ
３０・・・中枠
３１・・・レンズ
３２・・・中枠
３３・・・カムピン

Claims (8)

1. １つ以上の接合レンズ群を含む複数のレンズ群と、
   前記各レンズ群をそれぞれ固着して保持する複数の中枠と、
   前記レンズ群が固着されている複数の中枠を内部に積層して保持する鏡胴とを備え、
   前記接合レンズ群のうち、少なくとも１つの接合レンズ群は、２枚のレンズからなり、レンズの偏心状態を計測しながら中枠に固着されるものであって、先ず、接合レンズ群のうちの１枚目のレンズを中枠に固着して、その後に、２枚目のレンズを前記中枠に固着された前記１枚目のレンズに接合することで形成され、前記中枠に固着された１枚目のレンズ以外のレンズは中枠に固着されていない接合レンズ群であって、
   前記中枠への固着は中枠に固着する前記１枚目のレンズの接合面の前記２枚目のレンズと接合する部分の延長である面或いは延長である面と連続する平面に、中枠の当接突起を当て付けて固着することを特徴とする顕微鏡の対物レンズ構造。
2. 前記接合レンズ群における前記接合面の延長である面は凸面であることを特徴とする請求項１に記載の対物レンズ構造。
3. 前記接合レンズ群における前記接合面の延長である面は凸レンズの光学面であることを特徴とする請求項２に記載の対物レンズ構造。
4. 前記接合レンズ群における前記接合面は、レンズ外径が１割以上異なるレンズ同士の接合面であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の対物レンズ構造。
5. 前記接合レンズ群は、入射端の光線高と出射端の光線高が１割以上異なる接合レンズ群であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の対物レンズ構造。
6. 前記接合レンズ群は、互いに凹面を向かい合わせた２つのレンズ群の一方であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の対物レンズ構造。
7. 前記接合レンズ群は、移動群であることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の対物レンズ構造。
8. 前記接合レンズ群のレンズは、前記中枠に偏心調整可能に配置され固着されることを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の対物レンズ構造。

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