JP2521959B2 - 結像レンズ - Google Patents

結像レンズ

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は無限遠設計の対物レンズによる像を結像する
ための結像レンズに関するものである。
〔従来の技術〕
結像レンズは無限遠設計の対物レンズによる像を結像
する機能を持っている。そして、この種のレンズにおい
て対物レンズと結像レンズとの光路間は平行光束となっ
ている為に、プリズムやフイルター等を配置して、多機
能を持たせることが可能となる特徴を持っている。
第7図は従来の結像レンズの入射瞳と射出瞳との位置
関係を示している。対物レンズO1の射出瞳をP1、結像レ
ンズの入射瞳と射出瞳をそれぞれP2、P3とし、対物レン
ズO1の射出瞳をP1、結像レンズの入射瞳P2とが一致する
ように構成されている。しかし、結像レンズの射出瞳P3
が結像レンズより物体側に遠くなる為、光束の幅が大き
くなる。したがって、その大きくなった光束を結像する
ためにはプリズム等結像レンズ以後の光学系の径が大き
くなってしまうという問題や、射出瞳が左側に遠いため
に画面周辺に達する光線について非対称なコマ収差が生
じる等の問題がある。
このような問題を解決するために、特公昭61−61650
号公報により、第6図に示す如く、物体側から順に、正
の屈折力を持つ前群GFと負の屈折力を持つ後群GRとの2
群構成で、対物レンズO1による像を結像する結像レンズ
O2が提案されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが、特公昭61−61650号公報では射出瞳を結像
レンズに近づけるために上側の光線束を切っているの
で、コマ収差の補正が容易になり、射出瞳O3を結像レン
ズに近づけることが可能であるが、これでは、周辺光量
が低下するので不十分である。また、無限遠設計の対物
レンズと結像レンズの距離をd0とすると、d0の変化に伴
って結像レンズの入射瞳位置が移動するため、非点収
差、倍率色収差、歪曲収差、非対称コマ収差を生じ、狭
い範囲内でしかd0を動かすことが出来ないという不都合
も生じる。しかも、d0の変化に伴い結像レンズの射出瞳
が大幅にずれるという問題もあった。更に、無限遠設計
の対物レンズと結像レンズの距離を十分確保することが
できないので、プリズムやフイルターを挿入するには設
計上かなりの制約が強いられる。
したがって、本発明はこの様な従来の問題点に鑑みて
なされたもので無限遠系対物レンズの長所を最大限に発
揮するために、d0を大幅に変えることができ、その際、
非点収差、倍率色収差、歪曲収差、非対称なコマ収差を
最低限に押さえ、なおかつ結像レンズの射出瞳を常にレ
ンズに近付けておき、しかも光線束のけられが無いコン
パクトな結像レンズを提供することを目的としている。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は無限遠設計の顕微鏡対物レンズにより形成さ
れる像を所定の位置に結像するための結像レンズであっ
て、物体側から順に、正レンズと負レンズの接合レンズ
からなる前群GFと、正の単レンズと負の単レンズからな
る後群GR又は正レンズと負レンズの接合レンズからなる
後群GRとの2群から成り、全体で正の屈折力を持つ構成
を基本としている。そして、前群GFの焦点距離をfF、全
系の焦点距離をf、後群GRの最も物体側に位置するレン
ズの物体側の曲率半径をr4、後群GRの最も像側に位置す
るレンズの像側の曲率半径をr6、前群GFと後群GRとの間
のレンズ間隔をd3、前群GFの最も物体側に位置するレン
ズの物体側の曲率半径をr1、前群GFの貼合わせ面の曲率
半径をr2とし、本発明は以下の諸条件を満足することで
上記の問題を解決しようとするものである。
(1) 0.2<f/fF<2.2 (2) 1.58≦r4/r6<1.9 (3) 0≦d3/fF<0.05 (4) 0.4<r1/|r2|≦1.22 〔作 用〕 本発明の結像レンズは、無限遠設計の対物レンズによ
る光線を受け、有限距離に像を結ぶものである。第3図
は対物レンズと本発明の結像レンズとの瞳の位置関係を
模式的に示している図である。そして、対物レンズO1
射出瞳をP1、結像レンズO2の入射瞳と射出瞳をそれぞれ
P2、P3とし、対物レンズO1の射出瞳をP1、結像レンズO2
の入射瞳P2とが一致するように構成されている。そし
て、結像レンズO2の前群GFの正レンズ成分は対物レンズ
O1の射出瞳P1から出た主光線を正の屈折力によって収斂
の方向に屈折させて、結像レンズO2の射出瞳P3の位置を
大幅に物体側に動かす作用を持っている。それを後群GR
の負レンズによる逆の作用で結像レンズO2の射出瞳P3
像方向に戻している。したがって、本発明はこれらの作
用をバランス良くとることにより、けられの無い、コン
パクトな結像レンズを実現することが可能となる。
また、結像レンズと接眼レンズの光路間にプリズムを
入れると、後側焦点距離が長くなるので、結像レンズを
望遠タイプにして全長を小さくし、鏡筒長に合わせるこ
とが必要になる。しかし、本発明では、後群GRの負レン
ズによって後側主点が物体側に動く為、基本的には望遠
タイプのレンズとなり、焦点距離に比べ全長を短くする
ことが可能で、容易に鏡筒長に合わせることができる。
更に、前群GFと後群GRの間隔は光線が平行でないた
め、ここにフィルターやプリズム等を挿入することは不
可能であるから、構造上は前群GFと後群GRの間隔を短く
して、レンズ全体の厚みを小さくすることが望ましい。
しかし、その間隔を短くし過ぎて、レンズをコンパクト
にすると各々のレンズの屈折力が強くなり、諸収差を悪
化させる原因となる。
このように、前群GF及び後群GRが各々正レンズと負レ
ンズとの構成によって、各々の群の球面収差を補正する
ことができる。特に、空気間隔が小さいと倍率色収差の
補正が困難になるが、本発明においては後群GRに正と負
の接合レンズの接合面、或いは分離された正レンズの像
側の面と負レンズ物体側の面とによって倍率色収差を補
正することが可能となっている。更に、本発明では後群
GRの物体側の面に正の屈折力を持たせ、斜光の上側光線
を収斂気味にしてあるので、外方性のコマ収差、特にd0
を大きくした時の上側光線のコマ収差の発生が小さくな
る。故に、光をけって周辺光のコマ収差の影響を除く必
要がなく、明るいレンズ系となっている。しかも、本発
明は対物レンズと結像レンズとの間隔を変化した際の収
差の変動が小さいため、第3図に示すようにこの移動距
離を大きくすることが可能となり、プリズム或いはフイ
ルター等をその間に配置して多機能を持たせることがで
きる。
以上の様な理由から本発明の結像レンズは第1図及び
第2図に示すような構成を持ち、更に(1)〜(3)の
諸条件を満足するような構成にすることで実現できる。
以下、(1)〜(3)の条件について説明する。
条件(1)は全系の焦点距離に対する前群の割合を示
すと同時に前群GFの屈折力を規定するものである。下限
を越えると前群GFの屈折力が弱くなり望遠比が大きくな
る為、所定の長さの鏡筒にこの結像レンズを含む光学系
を収納することが不可能となり、しかも顕微鏡の大型化
を招く恐れがある。上限を越えると前群GFの屈折力が強
くなり球面収差の補正が困難となり好ましくない。
条件(2)は後群GRの最も物体側の面の曲率半径と最
も像側の面の曲率半径の割合を示すものである。下限を
越えると物体側の面の屈折力が強くなり、非対称なコマ
収差が発生する。また、像側の面の屈折力が弱くなり瞳
位置を所定の範囲に納めることが出来なくなる。上限を
越えると像側の面の屈折力が強くなり歪曲収差が補正困
難となる為、不都合が生ずる。
条件(3)は前群GFと後群GRのレンズ間の距離を規制
するものである。上限を越えると非対称なコマ収差が発
生し、また結像レンズの大型化を招き好ましくない。
更に、本発明は条件(4)を満たす構成にすることが
望ましい。したがって、条件(4)について説明する
と、条件(4)は前群GFの最も物体側に位置するレンズ
における物体側の面と、像側の面(つまり前群GFの貼合
わせ面)の曲率半径の割合を示す。上限を越えると貼合
わせ面の屈折力が強くなり過ぎて球面収差が補正過剰と
なる。下限を越えると物体側の面の屈折力が強くなり貼
合わせ面での球面収差の補正が困難となりる為、球面収
差は補正不足となる。
以下、本発明の各実施例について説明する。
〔実施例1〕 本発明の実施例1は第1図に示す如く、物体側から順
に、正レンズとそれに接合され物体側により強い曲率の
面を向けた負レンズから成る前群GFと、正レンズとそれ
に接合された負レンズから成る後群GRとによる2群構成
となっている。物体位置が無限遠で、d0(対物レンズと
結像レンズ間の長さ)が30mmにおける結像レンズの射出
瞳位置−120.39mm(結像レンズにより形成された像から
射出瞳までの長さ)である。また、物体位置が無限遠
で、d0が60mmにおける結像レンズの射出瞳位置は−188.
37mmである。この結像レンズによる像位置は82.77mm
(結像レンズの最も像面側のレンズから像までの長さ)
である。そして、d0=30mm及び60mmにおける諸収差図は
第4図で示している。
以下に、焦点距離f=100mmに規格化した時の実施例
1の諸元を示す。r1,r2,…,r5は各面の曲率半径、d1,
d2,…,d5は各レンズの厚さ及び空間間隔、n1,n2,…,n4
は各レンズの屈折率、ν12,…,νは各レンズのア
ッベ数とし、屈折率及びアッベ数はd線が基準波長とな
っている。
(実施例1) f=100 r1=23.600 d1=3.80 n1=1.51823、ν=58.96 r2=−35.600 d2=1.60 n2=1.74077、ν=27.64 r3=−260.000 d3=1.20 r4=26.632 d4=2.00 n4=1.64831、ν=33.77 r5=−83.000 d5=1.20 n5=1.61266、ν=44.40 r6=16.280 物体位置 ∞ 射出瞳位置 −120.39(d0=30) −188.37(d0=60) 像位置 82.77 〔実施例2〕 また、本発明の実施例2は第2図に示す如く、物体側
から順に、正レンズL1とそれに接合され物体側に強い曲
率の面を向けた負レンズL2から成る前群GFと、物体側に
強い曲率の面を向けた正レンズL3と像側により強い曲率
の面を向けた負レンズL4とから成る後群GRとによる2群
構成となっている。物体位置が無限遠で、d0=30mmにお
ける結像レンズの射出瞳位置−124.58mmである。物体位
置が無限遠で、d0=60mmにおける結像レンズの射出瞳位
置は−205.42mmである。この結像レンズによる像位置は
82、54mmである。そして、d0=30mm及び60mmにおける諸
収差図は第5図で示している。以下に、焦点距離f=10
0mmに規格化した時の実施例2の諸元を示す。
(実施例2) f=100 r1=36.500 d1=3.53 n1=1.62280、ν=57.03 r2=−29.975 d2=0.88 n2=1.74950、ν=35.19 r3=73.955 d3=2.85 r4=24.525 d4=3.40 n4=1.72342、ν=37.95 r41=150.000 d41=1.25 r5=37.940 d5=1.00 n5=1.55200、ν=49.61 r6=15.521 物体位置 ∞ 射出瞳位置 −124.58(d0=30) −205.42(d0=60) 像位置 82.54 なお、以下において、上記の実施例1及び実施例2の
条件対応値を示す。
(実施例1の条件対応値) f/fF=1.87、r4/r6=1.64、d3/fF=0.02、 r1/|r2|=0.66 (実施例2の条件対応値) f/fF=0.33、r4/r6=1.58、d3/fF0.01、 r1/|r2|=1.22 〔発明の効果〕 以上の様に本発明によれば結像レンズの入射瞳位置を
従来の約3倍の0.3fだけ移動させても非点収差、倍率色
収差、歪曲収差が生じず、極めて良好な像を得ることが
出来る。その為、前群GFと後群GR間での移動距離が0.3f
と大きいため無限遠設計の対物レンズと結像レンズの間
にフィルター、プリズム等を挿入することが可能とな
り、多機能を持たせることができる。また、入射瞳位置
が0.3f移動しても結像レンズの射出瞳が常に結像レンズ
に近いところにあるため全くけられがない。しかも、結
像レンズ以後の光学系の径を大きくする必要がない為
に、更にコンパクトな結像レンズを実現することができ
るので有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による実施例1の構成断面図、第2図は
本発明による実施例2の構成断面図、第3図は対物レン
ズと本発明の結像レンズの間隔をd0=30、60mmとした時
の対物レンズと本発明の結像レンズとの入射瞳、射出瞳
の関係を模式的に示す図、第4図は実施例1における対
物レンズと本発明の結像レンズとの間隔をd0=30、60mm
とした時の諸収差図、第5図は実施例2における対物レ
ンズと本発明の結像レンズとの間隔をd0=30、60mmとし
た時の諸収差図、第6図は特公昭61−61650号公報の実
施例1を示す構成断面図、第7図は対物レンズと従来の
結像レンズとの入射瞳、射出瞳の関係を模式的に示す図
である。 [主要部分の符号の説明] GF……前群 GR……後群

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】無限遠設計の顕微鏡対物レンズにより形成
    される像を所定の位置に結像するための結像レンズであ
    って、物体側から順に、正レンズと負レンズの接合レン
    ズからなる前群GFと、正の単レンズと負の単レンズから
    なる後群GR又は正レンズと負レンズの接合レンズからな
    る後群GRとから構成され、全体で正の屈折力を持ち、前
    群GFの焦点距離をfF、全系の焦点距離をf、後群GRの最
    も物体側に位置するレンズの物体側の曲率半径をr4、後
    群GRの最も像側に位置するレンズの像側の曲率半径を
    r6、前群GFと後群GRとの間のレンズ間隔をd3、前群GF
    最も物体側に位置するレンズの物体側の曲率半径をr1
    前群GFの貼合わせ面の曲率半径をr2とし、以下の諸条件
    を満足することを特徴とする結像レンズ。 (1) 0.2<f/fF<2.2 (2) 1.58≦r4/r6<1.9 (3) 0≦d3/fF<0.05 (4) 0.4<r1/|r2|≦1.22
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