JP5289987B2

JP5289987B2 - 光学素子及びそれを用いた光学ユニット

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Publication number: JP5289987B2
Application number: JP2009010695A
Authority: JP
Inventors: 聖幸水澤
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2029-01-21
Also published as: JP2010169792A

Description

本発明は、前方の物体の観察と同時に、略側方の物体の観察を行うことが可能な光学素子と、その光学素子を用いた光学ユニットに関する。

従来から、前方の物体と略側方の物体の観察を同時に行うことのできる光学系と、その光学系を保持する鏡筒と、を備えた光学ユニットが知られている。ここで、略側方とは、光学系自体の側方だけではなく、光学系の斜め前方や斜め後方も含むものとする。

そのような光学ユニットに用いられる光学系の中には、略側方の物体側からの光を、内部で２回反射した後に、像側へ出射し、ＣＣＤ（ Charge Coupled Device ）やＣＭＯＳ（ Complementary Metal-Oxide Semiconductor ）等の撮像素子に導く構成のものが知られている。（例えば、特許文献１参照。）。

国際公開第２００３／０４２７４３号

しかし、特許文献１に記載されている光学系は、略側方の物体側からの光を、２つの部材によって反射した後に、像側へ出射しているため、それらの部材と、それらの部材を保持する鏡筒との累積公差が大きくなった場合には、組立時に、一方の部材に対して他方の部材が偏心した状態となりやすく、結像性能が劣化しやすいという問題があった。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、結像性能の劣化を抑えることができる光学素子及び光学ユニットを提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明の光学素子は、前方の物体と略側方の物体とを観察する光学系と、前記光学系を保持する鏡筒とを備えた光学ユニットにおいて、前記光学系は、第一レンズ群と、第二レンズ群と、を備え、前記第二レンズ群は、光学素子を含んでおり、前記光学素子は、前方の物体側に形成されていて前方の物体側からの光が入射する第一面と、像側に形成された第二面と、前記第一面と前記第二面との間に形成されていて略側方の物体側からの光が入射する第三面とを有していて、前記第一面は、光軸を中心に形成されている第一透過面と、像側を向いていて前記第一透過面の周囲に環状に形成されている第一反射面と、前記第一反射面の周囲に形成されている第一取付部と、を有し、前記第二面は、光軸を中心に形成されている第二透過面と、前方の物体側を向いていて前記第二透過面の周囲に環状に形成されている第二反射面と、前記第二反射面の周囲に形成されている第二取付部と、を有し、前記鏡筒は、第一鏡筒と、第二鏡筒と、を有し、前記第一鏡筒が、第一保持部を有し、前記第二鏡筒が、第二保持部を有し、前記第一保持部が、前記第一取付部を保持し、前記第二保持部が、前記第二取付部を保持し、前記第一取付部及び前記第一保持部の少なくとも一方が、階段状に形成され、前記第一鏡筒が、当該第一鏡筒の内壁で前記第一レンズ群を保持することを特徴とする。

また、本発明の光学素子は、前方の物体側からの光は、前記第一透過面に入射した後に、前記第二透過面から像側へ出射され、略側方の物体側からの光は、前記第三面に入射した後に、前記第二反射面と前記第一反射面とで順に反射され、前記第二透過面から像側へ出射されることが好ましい。

また、本発明の光学ユニットは、前記光学系が、第一光学系及び第二光学系からなり、前記第一光学系が、前方の物体側から順に、負の屈折力を有する第一レンズ群と、前記光学素子を含む第二レンズ群と、第三レンズ群と、を有し、前記第二光学系が、略側方の物体側から順に、前記第二レンズ群と、前記第三レンズ群と、を有することが好ましい。

また、本発明の光学ユニットは、前記第一取付部及び前記第二取付部の少なくとも一方が、階段状に形成されていることが好ましい。

また、本発明の光学ユニットは、前記第一保持部及び前記第二保持部の少なくとも一方が、階段状に形成されていることが好ましい。

また、本発明の光学ユニットは、前記第一取付部及び前記第二取付部が、光軸に対して、回転対称に形成されていることが好ましい。

また、本発明の光学ユニットは、前記第一保持部及び前記第二保持部が、光軸に対して、回転対称に形成されていることが好ましい。

また、本発明の光学ユニットは、前記光学素子、前記第一鏡筒及び前記第二鏡筒のいずれもが、光軸に対して、回転対称に配置されていることが好ましい。
また、本発明の光学ユニットは、前記第一取付部が、階段状に形成されていることが好ましい。

本発明によれば、結像性能の劣化を抑えることができる光学素子及び光学ユニットを提供することができる。

本発明の実施例に係る光学ユニットを示す模式図である。図１に示された光学ユニットが備える光学系に含まれている光学素子を示す模式図である。本発明の実施例に係る光学ユニットの変形例を示す模式図である。本発明の実施例に係る光学ユニットの変形例を示す模式図である。本発明の実施例に係る光学ユニットの変形例を示す模式図である。本発明の実施例に係る光学ユニットの変形例を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

まず、図１を用いて、本実施例の光学ユニットの構成を説明する。本実施例の光学ユニットは、３つのレンズ群からなり前方の物体と略側方の物体の観察を同時に行うことのできる光学系と、その光学系を保持する２つの鏡筒とを備えている。なお、本実施例では図示されていないが、光学系の後方（像側）には、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子が配置されている。また、光学系とその撮像素子との間には、ＩＲカットコートを施したローパスフィルターや、ＣＣＤカバーガラスなどが配置されている。

本実施例における前方の物体と略側方の物体の観察を同時に行うことのできる光学系は、前方の物体側から順に、前方の物体側からの光が入射する第一レンズ群Ｇ₁と、略側方の物体側からの光が入射する第二レンズ群Ｇ₂と、第三レンズ群Ｇ₃とを有する。

第一レンズ群Ｇ₁は、像側に凹面を向けた平凹レンズであるレンズＬ₁により構成されている。第二レンズ群Ｇ₂は、前方の物体側から順に、前方の物体と略側方の物体の観察を同時に行うための光学素子である特殊形状のレンズＬ₂₁と、像側に明るさ絞りが一体的に取り付けられている平レンズＬ₂₂とにより構成されている。第三レンズ群Ｇ₃は、前方の物体側から順に、像側に凸面を向けた平凸レンズＬ₃₁と、両凸レンズＬ₃₂と両凹レンズＬ₃₃とからなる接合レンズと、像側の面が非球面である両凸レンズＬ₃₄と、平レンズＬ₃₅とにより構成されている。なお、レンズＬ₂₁以外のレンズの形状は、上記の形状に限定されるものではない。

ここで、図２を用いて前方の物体と略側方の物体の観察を同時に行うための光学素子である特殊形状のレンズＬ₂₁について詳細に説明する。レンズＬ₂₁は、前方の物体側に形成されていて前方の物体側からの光が入射する第一面Ｌ₂₁ａと、像側に形成された第二面Ｌ₂₁ｂと、第一面と第二面との間で全周面に形成されていて略側方の物体側からの光が入射する第三面Ｌ₂₁ｃとを有している。また、第一面Ｌ₂₁ａと第三面Ｌ₂₁ｃとの間には第一取付部Ｌ₂₁ｄが形成されており、第二面Ｌ₂₁ｂと第三面Ｌ₂₁ｃとの間には第二取付部Ｌ₂₁ｅが形成されている。

レンズＬ₂₁の第一面Ｌ₂₁ａは、光軸を中心に形成されている第一透過面Ｌ₂₁ａ₁と、像側に向いていて第一透過面Ｌ₂₁ａ₁の周囲に環状に形成されている第一反射面Ｌ₂₁ａ₂とを有する。第二面Ｌ₂₁ｂは、光軸を中心に形成されている第二透過面Ｌ₂₁ｂ₁と、前方の物体側を向いていて第二透過面Ｌ₂₁ｂ₁の周囲に環状に形成されている第二反射面Ｌ₂₁ｂ₂とを有する。なお、本実施例において、第三面Ｌ₂₁ｃは、前方の物体側の径よりも像側の径を大きく形成されているが、前方の物体側の径よりも像側の径を小さく形成してもよい。ここで、前方の物体側の径とは、第三面Ｌ₂₁ｃにおける最も前方の物体側の位置での、光軸に垂直な面内における径をいう。また、像側の径とは、第三面Ｌ₂₁ｃにおける最も像側の位置での、光軸に垂直な面内における径をいう。

なお、この第一反射面Ｌ₂₁ａ₂や第二反射面Ｌ₂₁ｂ₂は、蒸着法により形成されている。具体的には、例えば、第一透過面Ｌ₂₁ａ₁に、第一透過面Ｌ₂₁ａ₁と同形状のマスクをした上で、第一面Ｌ₂₁ａ全体に対してミラーコーティングを施し、その後該マスクを剥がすようにする。このような方法を用いれば、マスクされた部分はミラーコーティングされないため、第一反射面Ｌ₂₁ａ₂を形成した後でも、第一透過面Ｌ₂₁ａ₁を透過面として用いることができる。なお、第一反射面Ｌ₂₁ａ₂や第二反射面Ｌ₂₁ｂ₂の形成方法は、上記の方法に限定されるものではない。

また、レンズＬ₂₁の第一面Ｌ₂₁ａの第一反射面Ｌ₂₁ａ₂の周囲には、第一取付部Ｌ₂₁ｄが形成されている。第一取付部Ｌ₂₁ｄは、図１に示すように第一鏡筒Ｔ₁に取り付けられる。なお、この第一取付部Ｌ₂₁ｄは、光軸を中心とした筒状の面Ｌ₂₁ｄ₁と、光軸と略垂直な環状の面Ｌ₂₁ｄ₂とにより環状であって階段状に形成されている。一方、レンズＬ₂₁の第二面Ｌ₂₁ｂの第二反射面Ｌ₂₁ｂ₂の周囲には、第二レンズ群Ｇ₂を保持する第二鏡筒Ｔ₂が図１に示すように取り付けられる第二取付部Ｌ₂₁ｅが形成されている。このように、本実施例の光学ユニットは、前方の物体と略側方の物体の観察を同時に行うための光学系であるレンズＬ₂₁に、鏡筒を取り付けるための取付部が形成されているため、従来の光学ユニットのように光学系のレンズの径よりも大きな保持部材を設ける必要はない。ここで、第一鏡筒Ｔ₁、レンズＬ₂₁、第二鏡筒Ｔ₂は、いずれもが、光軸に対して、回転対称に配置されている。また、第一取付部Ｌ₂₁ｄも、光軸に対して、回転対称となるように形成されている。

次に、図１及び図２を用いて本実施例の光学ユニットの光学系に入射した光の辿る経路を説明する。本実施例の光学ユニットの光学系に前方の物体側から入射する光ＬＣ₁は、まず、レンズＬ₁を通過する。そして、レンズＬ₁を通過した光ＬＣ₁は、レンズＬ₂₁の第一面Ｌ₂₁ａの第一透過面Ｌ₂₁ａ₁に入射する。その後、第一透過面Ｌ₂₁ａ₁に入射した光ＬＣ₁は、レンズＬ₁₂の第二面Ｌ₂₁ｂの第二透過面Ｌ₂₁ｂ₁から出射される。第二透過面Ｌ₂₁ｂ₁から出射した光ＬＣ₁は、レンズＬ₂₂，レンズＬ₃₁，レンズＬ₃₂，レンズＬ₃₃，レンズＬ₃₄，レンズＬ₃₅を順に通過し、撮像素子に入射する。それによって、前方の物体の像が撮像素子に結像する。

他方、本実施例の光学ユニットの光学系に略側方の物体側から入射する光ＬＣ₂は、まず、レンズＬ₂₁の第三面Ｌ₂₁ｃに入射する。そして、第三面Ｌ₂₁ｃに入射した光ＬＣ₂は、レンズＬ₂₁の第二面Ｌ₂₁ｂの第二反射面Ｌ₂₁ｂ₂で物体側に反射される。その後、第二反射面Ｌ₂₁ｂ₂で反射された光ＬＣ₂は、レンズＬ₂₁の第一面Ｌ₂₁ａの第一反射面Ｌ₂₁ａ₂で像側に反射される。さらに、その後、第二反射面Ｌ₂₁ａ₂で反射された光ＬＣ₂は、レンズＬ₁₂の第二面Ｌ₂₁ｂの第二透過面Ｌ₂₁ｂ₁から出射される。第二透過面Ｌ₂₁ｂ₁から出射した光ＬＣ₂は、レンズＬ₂₂，レンズＬ₃₁，レンズＬ₃₂，レンズＬ₃₃，レンズＬ₃₄，レンズＬ₃₅を順に通過し、撮像素子に入射する。それによって、略側方の物体の像が撮像素子に結像する。

本実施例の光学ユニットを構成する光学系の第二レンズ群Ｇ₂には、レンズＬ₂₁が含まれている。そして、このレンズＬ₂₁は、第一反射面Ｌ₂₁ａ₂と第二反射面Ｌ₂₁ｂ₂を有する光学素子である。そのため、レンズＬ₂₁を十分な精度で作製すれば、２つの反射面の配置関係も十分な精度を持つものとなり、光学ユニットの組立時に、第一反射面Ｌ₂₁ａ₂が第二反射面Ｌ₂₁ｂ₂に対して偏心することを防止できる。その結果、本実施例のレンズＬ₂₁のような光学素子を用いた光学ユニットは、従来のように、一方の部材（第一反射面Ｌ₂₁ａ₂）に対して、他方の部材（第二反射面Ｌ₂₁ｂ₂）が偏心した状態になりにくく、結像性能の劣化を防止することができる。

また、第一鏡筒Ｔ₁、レンズＬ₂₁、第二鏡筒Ｔ₂は、いずれもが、光軸に対して、回転対称となるように配置されている。このため、光学ユニットの組立時に、第一鏡筒Ｔ₁に保持される第一レンズ群Ｇ₁、レンズＬ₂₁を含む第二レンズ群Ｇ₂、第二鏡筒Ｔ₂に保持される第二レンズ群Ｇ₂の、それぞれの光軸を容易に一致させることができる。このため、複数のレンズが偏心するのを防止することができ、結像性能の劣化を防止できる。

また、第一取付部Ｌ₂₁ｄも、光軸に対して、回転対称となるように形成されている。このため、光学ユニットの組立時に、光軸を中心に、第一鏡筒Ｔ₁とレンズＬ₂₁とを回転させながら、偏心調整を行いやすい。このため、本実施例の光学ユニットは、第一鏡筒Ｔ₁とレンズＬ₂₁とが偏心した状態になりにくく、偏心による結像性能の劣化を防止することができる。

なお、上記実施例においては、２つの鏡筒を、それぞれ光学素子に形成した取付部に取り付けているが、取付部を形成せず、２つの反射面の裏側の反射しない面に直接取り付けてもよい。

また、上記実施例においては、第一取付部Ｌ₂₁ｄを階段状に形成しているが、必ずしもそのような形状にする必要は無く、例えば、図３に示す本発明に係る光学ユニットの参考例における第一取付部Ｌ₂₁ｄ’のように、階段状に形成しなくてもよい。

また、上記実施例においては、光学素子の前方の物体側に階段状の第一取付部Ｌ₂₁ｄを形成しているが、このような取付部は、必ずしも光学素子の前方の物体側に形成する必要はなく、図４に示す本発明に係る光学ユニットの参考例のように、光学素子を第二レンズ群Ｇ₂に含まれるレンズＬ₂₁とレンズＬ₂₂とにより構成し、その光学素子の像側に階段状の第二取付部Ｌ_21-22ｅを形成してもよい。

なお、この参考例においては、第二取付部Ｌ_21-22ｅが、光軸に対して、回転対称となるように形成されているため、第二鏡筒Ｔ₂と光学素子とを容易に当て付けて組み立てることができる。このため、本参考例の光学ユニットは、両者が偏心した状態になりにくく、偏心による結像性能の劣化を防止することができる。

また、この参考例においては、光学素子を２つのレンズで構成することによって、その光学素子の像側に階段状の第二取付部Ｌ_21-22ｅを形成している。しかし、上記実施例の第一取付部Ｌ₂₁ｄの形成方法と同様の手法を用いて、一つのレンズ、たとえば、レンズＬ₂₁のみに階段状の第二取付部を形成してもよい。

また、上記実施例や変形例においては、光学素子の物体側又は像側のいずれか一方にのみ階段状の取付部を形成しているが、図５に示す本発明に係る光学ユニットの変形例における第一取付部Ｌ₂₁ｄ及び第二取付部Ｌ_21-22ｅのように、両面に形成してもよい。

なお、この変形例においては、第一取付部Ｌ₂₁ｄ及び第二取付部Ｌ_21-22ｅのいずれもが、光軸に対して、回転対称となるように形成されているため、光学素子の第一取付部Ｌ₂₁ｄ及び第二取付部Ｌ_21-22ｅに、第一鏡筒Ｔ₁及び第二鏡筒Ｔ₂を容易に当て付けて組み立てることができる。このため、本変形例の光学ユニットは、光学素子と第一鏡筒Ｔ₁及び第二鏡筒Ｔ₂とが偏心した状態になりにくく、偏心による結像性能の劣化を防止することができる。

また、上記実施例や変形例においては、光学素子に取付部を形成していたが、これに代えて、第一鏡筒の光学素子の第一面に取り付けられる面及び第二鏡筒の光学素子の第二面に取り付けられる面のいずれか一方又は両方に、保持部を形成してもよい。例えば、図６に示す本発明に係る光学ユニットの変形例のように、第一鏡筒Ｔ₁のレンズＬ₂₁側の端部に第一保持部Ｔ₁ａを形成し、第二鏡筒Ｔ₂の前方の物体側の端部に第二保持部Ｔ₂ａを形成してもよい。

なお、この変形例においては、第一保持部Ｔ₁ａ及び第二保持部Ｔ₂ａを、階段状に形成するとともに、光軸に対して、回転対称となるように形成しているため、光学素子と、第一保持部Ｔ₁及び第二保持部Ｔ₂とを容易に当て付けて組み立てることができる。このため、本変形例の光学ユニットは、光学素子と第一鏡筒Ｔ₁及び第二鏡筒Ｔ₂とが偏心した状態になりにくく、偏心による結像性能の劣化を防止することができる。

なお、本発明は、これらの例に限られず、上記実施例及び変形例の種々の組み合わせも、本発明に含まれるものである。

Ｇ₁ 第一レンズ群
Ｇ₂ 第二レンズ群
Ｇ₃ 第三レンズ群
Ｌ₁，Ｌ₂₁，Ｌ₂₂，Ｌ₂₃，Ｌ₃₁，Ｌ₃₂，Ｌ₃₃，Ｌ₃₄，Ｌ₃₅ レンズ
ＬＣ₁，ＬＣ₂ 光
Ｌ₂₁ａ第一面
Ｌ₂₁ａ₁ 第一透過面
Ｌ₂₁ａ₂ 第一反射面
Ｌ₂₁ｂ第二面
Ｌ₂₁ｂ₁ 第二透過面
Ｌ₂₁ｂ₂ 第二反射面
Ｌ₂₁ｅ，Ｌ_21-22ｅ第二取付部
Ｌ₂₁ｃ第三面
Ｔ₁ 第一鏡筒
Ｔ₁ａ第一保持部
Ｔ₂ 第二鏡筒
Ｔ₂ａ第二保持部

Claims

前方の物体と略側方の物体とを観察する光学系と、前記光学系を保持する鏡筒とを備えた光学ユニットにおいて、
前記光学系は、第一レンズ群と、第二レンズ群と、を備え、前記第二レンズ群は、光学素子を含んでおり、
前記光学素子は、前方の物体側に形成されていて前方の物体側からの光が入射する第一面と、像側に形成された第二面と、前記第一面と前記第二面との間に形成されていて略側方の物体側からの光が入射する第三面とを有していて、
前記第一面は、光軸を中心に形成されている第一透過面と、像側を向いていて前記第一透過面の周囲に環状に形成されている第一反射面と、前記第一反射面の周囲に形成されている第一取付部と、を有し、
前記第二面は、光軸を中心に形成されている第二透過面と、前方の物体側を向いていて前記第二透過面の周囲に環状に形成されている第二反射面と、前記第二反射面の周囲に形成されている第二取付部と、を有し、
前記鏡筒は、第一鏡筒と、第二鏡筒と、を有し、
前記第一鏡筒が、第一保持部を有し、前記第二鏡筒が、第二保持部を有し、
前記第一保持部が、前記第一取付部を保持し、前記第二保持部が、前記第二取付部を保持し、
前記第一取付部及び前記第一保持部の少なくとも一方が、階段状に形成され、
前記第一鏡筒が、当該第一鏡筒の内壁で前記第一レンズ群を保持することを特徴とする光学ユニット。
前方の物体側からの光は、前記第一透過面に入射した後に、前記第二透過面から像側へ出射され、
略側方の物体側からの光は、前記第三面に入射した後に、前記第二反射面と前記第一反射面とで順に反射され、前記第二透過面から像側へ出射されることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
前記光学系が、第一光学系及び第二光学系からなり、
前記第一光学系が、前方の物体側から順に、負の屈折力を有する第一レンズ群と、前記光学素子を含む第二レンズ群と、第三レンズ群と、を有し、
前記第二光学系が、略側方の物体側から順に、前記第二レンズ群と、前記第三レンズ群と、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学ユニット。
前記第一取付部及び前記第二取付部の少なくとも一方が、階段状に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光学ユニット。
前記第一保持部及び前記第二保持部の少なくとも一方が、階段状に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学ユニット。
前記第一取付部及び前記第二取付部が、光軸に対して、回転対称に形成されている請求項１から５のいずれか１項に記載の光学ユニット。
前記第一保持部及び前記第二保持部が、光軸に対して、回転対称に形成されている請求項１から６のいずれか１項に記載の光学ユニット。
前記光学素子、前記第一鏡筒及び前記第二鏡筒のいずれもが、光軸に対して、回転対称に配置されている請求項１から７のいずれか１項に記載の光学ユニット。
前記第一取付部が、階段状に形成されている請求項１から８のいずれか１項に記載の光学ユニット。