JP2007298533A

JP2007298533A - レンズシステム組立方法および間隔設定冶具

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Publication number: JP2007298533A
Application number: JP2006123778A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Ayame; 大輔綾目; Hiroshi Fujita; 寛藤田
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2026-04-27
Also published as: ATE543114T1; JP4823755B2; EP1850161B1; US7471472B2; US20070253077A1; EP1850161A1

Abstract

【課題】レンズシステム組立方法において、製作コストの増大を抑えて、互に対向する２つのレンズ間の間隔をより正確に定める
【解決手段】間隔設定冶具５０の第１受面５１上に第１レンズ１０の対向側レンズ面１２を密接させるとともに間隔設定冶具５０の第２受面５２上にレンズ保持部材６０のレンズ受面６１を密接させた状態で、第１レンズ１０をレンズ保持部材６０で保持し、間隔設定冶具５０を、第１レンズ１０およびレンズ保持部材６０から取り外し、第２レンズ２０の対向側レンズ面２１をレンズ保持部材６０のレンズ受面６１上に密接させるように第２レンズ２０をレンズ受面６１に当接させて、互に対向する第１レンズ１０と第２レンズ２０の間隔を所定間隔ｈとする。
【選択図】図４

Description

本発明は、互に対向する２つのレンズの間隔を所定間隔とするように上記２つのレンズの互いの位置関係を固定してレンズシステムを組み立てるレンズシステム組立方法およびレンズシステム組立方法に使用する間隔設定冶具に関するものである。

内視鏡装置や顕微鏡装置等に搭載されている対物レンズは、レンズ鏡筒内に複数のレンズを配置して構成されており、これらのレンズ間の間隔（空気間隔ともいう）を円筒形状をなす間隔環によって設定する方式が知られている（特許文献１および２参照）。また、２つのレンズの間に間隔環を配置して上記間隔環の端面角部へ上記２つのレンズそれぞれを当接させることにより、レンズ間の間隔の設定誤差を±０．０１〜０．０２ｍｍの範囲内に抑えることができることも知られている。例えば２つの凸レンズ面の間に間隔環を配置した場合には、円筒形状をなす間隔環の端面の内径側角部にレンズ面が接触する。また、２つの凹レンズ面の間に間隔環を配置した場合には、間隔環の端面の外径側角部にレンズ面が接触する。したがって、レンズ間の間隔の設定誤差は、主に間隔環の円筒軸方向長さの寸法精度と内径あるいは外径の寸法精度とによって決まる。
特開２００３−２６２７７４号公報特開２００５−６４０号公報

ところで、上記複数のレンズを配置してなる対物レンズの性能を向上させるために、この対物レンズにおいて互に対向するレンズ間の間隔をより高い精度で定めたいという要請がある。一方、上記間隔環は、対物レンズに組み込まれて使用される部品であり、加工コストの低減が求められるという製作上の都合により寸法精度の向上には限界がある。特に内径の寸法精度を高めることが難しい。また、レンズ面の曲率半径Ｒに対する、このレンズの光軸方向と直交する方向におけるレンズの半径Ｄ/２（ここで、Ｄはレンズの直径）の比率の値、すなわちＤ/（２×Ｒ）の値（以後、ＤＲ値という）が１に近づくほど(半球に近づくほど)上記間隔環の内径や外径の寸法誤差に起因するレンズ間の間隔の設定誤差が増大するという問題もある。

なお、上記課題は、対物レンズに限らず、一般のレンズシステムを構成する互に対向する２つのレンズの間隔を間隔環を用いて定める場合に共通する課題である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、製作コストの増大を抑えて互に対向する２つのレンズ間の間隔をより正確に定めることができるレンズシステム組立方法およびレンズシステム組立方法に使用する間隔設定冶具を提供することを目的とするものである。

本発明のレンズシステム組立方法は、互に対向する２つのレンズの間隔を所定間隔とするように前記２つのレンズの互いの位置を固定してレンズシステムを組み立てるレンズシステム組立方法において、２つのレンズのうちの一方である第１レンズの対向側レンズ面とは凹凸が逆で形状が一致する第１受面および前記２つのレンズのうちの他方である第２レンズの対向側レンズ面とは凹凸および形状が一致する第２受面が前記所定間隔だけ離れて同一方向を向くように形成された間隔設定冶具と、前記第２レンズの対向側レンズ面とは凹凸が逆で形状が一致するレンズ受面が形成された第２レンズを通る光を遮断しないようにこの第２レンズを保持するためのレンズ保持部材を用意し、間隔設定冶具の第１受面上に第１レンズの対向側レンズ面を密接させるとともにこの間隔設定冶具の第２受面上に前記レンズ保持部材のレンズ受面を密接させた状態で、第１レンズをレンズ保持部材で保持し、間隔設定冶具を、第１レンズおよびこの第１レンズを保持したレンズ保持部材から取り外し、第２レンズの対向側レンズ面がレンズ保持部材のレンズ受面に密接するように前記第２レンズを前記レンズ受面に当接させることを特徴とするものである。

本発明のレンズシステム組立方法に使用する間隔設定冶具は、互に対向する２つのレンズの間隔を所定間隔とするように前記２つのレンズの互いの位置を固定してレンズシステムを組み立てるレンズシステム組立方法に使用するレンズ間隔設定冶具であって、２つのレンズのうちの一方である第１レンズの対向側レンズ面とは凹凸が逆で形状が一致する第１受面と、前記２つのレンズのうちの他方である第２レンズの対向側レンズ面とは凹凸および形状が一致する第２受面とが前記所定間隔だけ離れて同一方向を向くように形成されていることを特徴とするものである。

なお、第１レンズの対向側レンズ面は、第１レンズのレンズ面のうちの第２レンズの側に配されるレンズ面である。また、第２レンズの対向側レンズ面は、第２レンズのレンズ面のうちの第１レンズの側に配されるレンズ面である。

なお、前記形状が一致するとは、全ての形状が互に一致する場合であってもよいし、一部分の形状が互に一致する場合であってもよい。

前記レンズ面は、球面、平面、非球面、あるいは自由曲面を含むものを意味するものである。

前記レンズシステム組立方法は、さらに、互に対向する２つのレンズとは異なる他の互に対向する２つのレンズの間隔を設定するための間隔環を用意し、この間隔環が、互に対向する２つのレンズそれぞれの対向側レンズ面のうちの少なくとも１つの対向側レンズ面の形状と一致する形状に形成された端面を有するものであり、前記１つの対向側レンズ面と該対向側レンズ面の形状と一致する形状を持つ前記端面とを密接させるように間隔環の一方の端面に前記２つのレンズのうちの一方のレンズを当接させ、間隔環の他方の端面に前記２つのレンズのうちの他方のレンズを当接させて前記２つのレンズの間隔を設定するものとすることができる。

前記レンズシステム組立方法に使用する間隔環は、互に対向する２つのレンズの間隔を所定間隔とするように前記２つのレンズの互いの位置を固定してレンズシステムを組み立てるレンズシステム組立方法に使用する間隔環であって、互に対向する２つのレンズそれぞれの対向側レンズ面のうちの少なくとも１つの対向側レンズ面の形状と一致する形状に形成された端面を有するものである。

本発明のレンズシステム組立方法およびレンズシステム組立方法に使用する間隔設定冶具によれば、間隔設定冶具の第１受面上に第１レンズの対向側レンズ面を密接させるとともに間隔設定冶具の第２受面上にレンズ保持部材のレンズ受面を密接させた状態で、第１レンズをレンズ保持部材で保持し、間隔設定冶具を、第１レンズおよびこの第１レンズを保持したレンズ保持部材から取り外し、第２レンズの対向側レンズ面がレンズ保持部材のレンズ受面に密接するように第２レンズをレンズ受面に当接させるようにしたので、製造コストの増大を抑えて互に対向する２つのレンズの間隔をより正確に所定間隔に設定することができる。ここで、第１レンズの光軸と第２レンズの光軸とを一致させるように上記レンズシステムを組み立てればこのレンズシステムの性能をより高めることができる。

すなわち、間隔環はレンズシステムを組立てたときにそのレンズシステムに組み込まれて使用されるので、他のレンズシステムの組立に共通に使用することがでず安価に製作することが求められる。一方、上記間隔設定冶具は、レンズシステムに組み込まれて使用されるこはなく１つの間隔設定冶具をレンズシステムの組立てに共通に使用でき、安価に製作することは求められないので容易に高精度化することができる。

また、上記間隔設定冶具を用いた２つのレンズ間の間隔の設定精度は上記ＤＲ値によって変化することがないので、すなわち、例えば、半球に近い形状を有するレンズであっても平面に近い形状を有するレンズであっても同様の精度で上記間隔を定めることができる。したがって、上記レンズシステム組立方法および間隔設定冶具によれば、従来の方式に比して、製造コストの増大を抑えて互に対向する２つのレンズ間の間隔をより正確に設定することができる。

なお、上記レンズ保持部材はレンズシステムに組み込まれるが、上記間隔の設定精度は主に上記間隔設定冶具の寸法精度で決まり上記レンズ保持部材の寸法精度は上記間隔の設定精度には直接影響しない。したがって、上記レンズ保持部材に対しては加工公差を大きく設定することができ安価に製作することができるので、上記製造コストを増大させる要因とはならない。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明のレンズシステム組立方法を用いて組み立てたレンズシステムの概略構成を示す断面図、図２はレンズシステム組立方法に使用する間隔設定冶具の断面を示す断面図、図３はレンズ保持部材の断面を示す断面図である。

図示の内視鏡の先端部に搭載される対物レンズであるレンズシステム１００は、本発明のレンズシステム組立方法を用いて組み立てられたものであり、互に対向する２つのレンズである第１レンズ１０と第２レンズ２０の間隔を所定間隔ｈとするように上記２つのレンズの互いの位置を固定するものである。

上記レンズシステム組立方法では、第１レンズ１０の対向側レンズ面１２とは凹凸が逆で形状が一致する第１受面５１および第２レンズ２０の対向側レンズ面２１とは凹凸および形状が一致する第２受面５２が上記所定間隔ｈだけ離れて同一方向を向くように形成された間隔設定冶具５０と、第２レンズ２０を通る光を遮断しないようにこの第２レンズ２０を保持するための上記第２レンズ２０の対向側レンズ面２１とは凹凸が逆で形状が一致するレンズ受面６１が形成されたレンズ保持部材６０とを用いる。

なお、第１レンズ１０の対向側レンズ面１２は、第１レンズ１０のレンズ面のうちの第２レンズ２０の側に配されるレンズ面である。また、第２レンズ２０の対向側レンズ面２１は、第２レンズ２０のレンズ面のうちの第１レンズ１０の側に配されるレンズ面である。

なお、第１レンズ１０の中心軸をＣ１、第２レンズ２０の中心軸をＣ２とする。なお、上記中心軸は各レンズの光軸と一致するものであり、レンズを構成する各レンズ面が球面である場合には上記中心軸Ｃ１は第１レンズ１０の各レンズ面の球心点を通る。また、上記中心軸Ｃ２は第２レンズ２０の各レンズ面の球心点を通る。

また、間隔設定冶具５０の中心軸をＪ１とする。上記中心軸Ｊ１は第１受面５１および第２受面５２がレンズ面である場合の光軸に相当するものであり、第１受面５１および第２受面５２が球面である場合には上記中心軸Ｊ１は第１受面５１の球心点および第２受面５２の球心点を通る。

さらに、後述する鏡筒７０の回転軸線７０Ｃと直交する面となる周縁受け面６２を有するレンズ保持部材６０の中心軸をＪ２とする。上記中心軸Ｊ２はレンズ受面６１および周縁受け面６２がレンズ面であった場合の光軸に相当するものであり、レンズ受面６１が球面であり周縁受け面６２が平面である場合には、上記中心軸Ｊ２は周縁受け面６２と直交しレンズ受面６１の球心点を通る。

なお、上記回転軸線７０Ｃは、レンズシステム１００を通る光束の光軸１００Ｃと一致している。

上記レンズシステム組立方法を使用したレンズシステム１００の組み立ては以下のようにより実行する。図４（ａ）は間隔設定冶具と第１レンズとを示す断面図、図４（ｂ）は間隔設定冶具の第１受面上に第１レンズの対向側レンズ面を密接させた状態示す断面図、図４（ｃ）は第１受面上に対向側レンズ面を密接させた状態で第１レンズをレンズ保持部材で保持した様子を示す断面図、図４（ｄ）は第１レンズをレンズ保持部材で保持した状態で間隔設定冶具を取り外した様子を示す断面図、図４（ｅ）は第１レンズを保持したレンズ保持部材を反転させた状態を示す断面図、図４（ｆ）は第２レンズと第１レンズを保持したレンズ保持部材とを示す断面図、図４（ｇ）は第２レンズの対向側レンズ面をレンズ保持部材のレンズ受面に密接させた状態を示す断面図である。

はじめに、間隔設定冶具５０の第１受面５１上に第１レンズ１０の対向側レンズ面１２を密接させる（図４（ａ）、図４（ｂ）参照）。

次に、間隔設定冶具５０の第２受面５２上にレンズ保持部材６０のレンズ受面６１を密接させる（図４（ｃ）参照）。

上記状態で、すなわち第１受面５１上に対向側レンズ面１２を密接させるとともに、第２受面５２上にレンズ受面６１を密接させた状態で、第１レンズ１０をレンズ保持部材６０で保持する。ここでは、第１レンズ１０とレンズ保持部材６０とを接着して一体化する。なお、上記一体化する際に各部材の中心軸Ｃ１，Ｊ１，Ｊ２を一致させるように、各部材の当付け面や嵌合面については加工誤差を小さくするように高精度に製作しておく。

次に、間隔設定冶具５０を、第１レンズ１０およびこの第１レンズ１０を保持したレンズ保持部材６０から取り外す。そして、上記一体化された第１レンズ１０とレンズ保持部材６０とを上下方向（図中矢印Ｚ方向）について反転させる（図４（ｄ）、図４（ｅ）参照）。

次に、第２レンズ２０の対向側レンズ面２１をレンズ保持部材６０のレンズ受面６１に密接させるように上記第２レンズ２０を上記レンズ受面６１に当接させる（図４（ｆ）、図４（ｇ）参照）。

これにより、第１レンズ１０と第２レンズ２０との間隔を所定間隔ｈに定めることができる。そして、上記間隔を所定間隔ｈに定めた状態でレンズ保持部材６０と第２レンズ２０とを固定する。ここでは、レンズ保持部材６０と第２レンズ２０とを接着する。これにより、第１レンズ１０と第２レンズ２０とレンズ保持部材６０とが一体化される。

なお、上記一体化する際に各部材の中心軸Ｃ１，Ｃ２，Ｊ２を一致させるように、各部材の当て付け面や嵌合面ついては高精度に製作しておく。

その後、上記一体化された第１レンズ１０、第２レンズ２０、およびレンズ保持部材６０を鏡筒７０の先端に固定する。より詳しくは、鏡筒７０の回転中心軸７０Ｃに直交する面であるこの鏡筒７０の端面７０Ａにレンズ保持部材６０の周縁受け面６２を当接させた状態で両者を互に接着固定する（図５（ａ）参照）。なお、上記周縁受け面６２を当接させた状態では、上記中心軸Ｃ１，Ｃ２，Ｊ２と鏡筒７０の回転軸船７０Ｃとを一致させる。

ここで、第１レンズ１０の側が、観察対象物からの光の入射側となる。すなわち、レンズシステム１００を構成するレンズのうちの、観察対象物からの光が最初に入射するレンズが第１レンズ１０であり、上記光が最初に入射するレンズ面が、第１レンズ１０の第１レンズ面１１となる。

次に、上記第１レンズ１０と第２レンズの組み立て後の他のレンズの組み立てについて説明する。図５（ａ）は第１レンズと第２レンズの２つのレンズを組み立てた様子を示す断面図、図５（ｂ）は５つのレンズを組み立てた様子を示す断面図、図５（ｃ）は８つのレンズを組み立てた様子を示すの断面図、図５（ｄ）は９つ全てのレンズを組み立てた様子を示す断面図である。

第２レンズ２０の対向側レンズ面２１とは反対側のレンズ面である第２レンズ面２２には間隔環７１の一端の端面が当接され、さらに間隔環７１の他端の端面には傾き測定用平面板６５が当接される。

そして、オートコリメータ９０により、上記傾き測定用平面板６５の一方の面である平面６５Ｈを基準平面とし、その基準平面の傾きを示す測定値を０する。

なお、間隔環の両端面は互に平行であり、かつ、この間隔環の回転軸線に対して直交する平面である。また、上記間隔環の端面と接触する上記測定用平面板６５の他方の面は上記一方の面である平面６５Ｈと平行である。

次に、測定用平面板６５を取り外して、レンズ８１、間隔環７２、レンズ８２、間隔環７３、レンズ８３をこの順に積層する。

そして、オートコリメータ９０により、レンズ８３の１面である平面８３Ｈの傾きを測定する。ここで、上記平面８３Ｈの傾きを示す測定値（以後、傾き値という）が所定値以上である場合には、上記積層した各部材の寸法精度をチェックし修正して、上記傾き値を所定値以下にする。

上記各部材を積層したときの平面８３Ｈの傾き値が所定値未満となったときに、レンズ８３を鏡筒７０に固定する。

ここで、間隔環７２によるレンズ８１とレンズ８２との間の隔間設定について説明する。

上記間隔環７２は、互に対向するレンズ８１の対向側レンズ面８１Ｂおよびレンズ８２の対向側レンズ面８２Ａのうちの少なくとも１つの対向側レンズ面を、この対向側レンズ面の形状と一致する形状に形成された端面で支持する。

ここでは、間隔環７２の対向側レンズ面８１Ｂ側の端面７２Ａが、この対向側レンズ面８１Ｂの形状と一致する受け面として形成されており、かつ、間隔環７２の対向側レンズ面８２Ａ側の端面７２Ｂが、この対向側レンズ面８２Ａの形状と一致する受け面として形成されている。そして、間隔環７２の端面７２Ａに対向側レンズ面８１Ｂを密接させ、上記間隔環７２の端面７２Ｂに対向側レンズ面８２Ａを密接させるように間隔環７２の端面７２Ａ，７２Ｂにレンズ８１、８２をそれぞれ当接させる。

このようにして互に対向する２つのレンズの間隔を設定することにより、従来の間隔環で生じていた間隔環の内径あるいは外形の寸法誤差によって生じる上記間隔の設定誤差を抑制することができる。

次に、レンズ８３上に、レンズ８４、間隔環７４、レンズ８５、レンズ８６、測定用平面板６６をこの順に積層する。

そして、オートコリメータ９０により、測定用平面板６６の１面である平面６６Ｈの傾き値を測定する。ここで、上記平面６６Ｈの傾き値が所定値以上である場合には、上記積層した各部材の寸法精度をチェックし修正して、上記傾き値を所定値以下にする。

上記各部材を積層したときの平面６６Ｈの傾き値が所定値未満となったら、測定用平面板６６を取り外してレンズ８６を鏡筒７０に固定する。

その後、レンズ８７を保持した保持部８７Ｊをレンズ８６上に当接させ、保持部８７Ｊを鏡筒７０に固定してレンズシステム１００の組立を終了する。

上記のように、本発明のレンズシステム組立方法および間隔設定冶具によれば、従来の方式に比して、製造コストの増大を抑えて互に対向する２つのレンズ間の間隔をより正確に設定することができる。

本発明のレンズシステム組立方法を用いて組み立てたレンズシステムの概略構成を示す断面図レンズシステム組立方法に使用する間隔設定冶具の断面を示す断面図レンズ保持部材の断面を示す断面図図４（ａ）は間隔設定冶具と第１レンズとを示す断面図、図４（ｂ）は間隔設定冶具の第１受面上に第１レンズの対向側レンズ面を密接させた状態示す断面図、図４（ｃ）は第１受面上に対向側レンズ面を密接させた状態で第１レンズをレンズ保持部材で保持した様子を示す断面図、図４（ｄ）は第１レンズをレンズ保持部材で保持した状態で間隔設定冶具を取り外した様子を示す断面図、図４（ｅ）は第１レンズを保持したレンズ保持部材を反転させた状態を示す断面図、図４（ｆ）は第２レンズと第１レンズを保持したレンズ保持部材とを示す断面図、図４（ｇ）は第２レンズの対向側レンズ面をレンズ保持部材のレンズ受面に密接させた状態を示す断面図図５（ａ）は第１レンズと第２レンズの２つのレンズを組み立てた様子を示す断面図、図５（ｂ）は５つのレンズを組み立てた様子を示す断面図、図５（ｃ）は８つのレンズを組み立てた様子を示すの断面図、図５（ｄ）は９つ全てのレンズを組み立てた様子を示す断面図

符号の説明

１０第１レンズ
１２対向側レンズ面
２０第２レンズ
２１対向側レンズ面
５０間隔設定冶具
５１第１受面
５２第２受面
６０レンズ保持部材
６１レンズ受面
１００レンズシステム
ｈ所定間隔

Claims

互に対向する２つのレンズの間隔を所定間隔とするように前記２つのレンズの互いの位置を固定してレンズシステムを組み立てるレンズシステム組立方法において、
前記２つのレンズのうちの一方である第１レンズの対向側レンズ面とは凹凸が逆で形状が一致する第１受面および前記２つのレンズのうちの他方である第２レンズの対向側レンズ面とは凹凸および形状が一致する第２受面が前記所定間隔だけ離れて同一方向を向くように形成された間隔設定冶具と、前記第２レンズの対向側レンズ面とは凹凸が逆で形状が一致するレンズ受面が形成された前記第２レンズを通る光を遮断しないように該第２レンズを保持するためのレンズ保持部材を用意し、
前記間隔設定冶具の第１受面上に前記第１レンズの対向側レンズ面を密接させるとともに前記間隔設定冶具の第２受面上に前記レンズ保持部材のレンズ受面を密接させた状態で、前記第１レンズを前記レンズ保持部材で保持し、
前記間隔設定冶具を、前記第１レンズおよび該第１レンズを保持した前記レンズ保持部材から取り外し、
前記第２レンズの対向側レンズ面が前記レンズ保持部材のレンズ受面に密接するように前記第２レンズを前記レンズ受面に当接させることを特徴とするレンズシステム組立方法。
互に対向する２つのレンズの間隔を所定間隔とするように前記２つのレンズの互いの位置を固定してレンズシステムを組み立てるレンズシステム組立方法に使用するレンズ間隔設定冶具であって、
前記２つのレンズのうちの一方である第１レンズの対向側レンズ面とは凹凸が逆で形状が一致する第１受面と、前記２つのレンズのうちの他方である第２レンズの対向側レンズ面とは凹凸および形状が一致する第２受面とが前記所定間隔だけ離れて同一方向を向くように形成されていることを特徴とするレンズシステム組立方法に使用する間隔設定冶具。