JP6588660B2

JP6588660B2 - 硬性鏡

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Publication number: JP6588660B2
Application number: JP2018552903A
Authority: JP
Inventors: 加藤　貴之; 貴之加藤; 井上　貴博; 貴博井上
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2017-04-07
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2019-10-09
Anticipated expiration: 2038-03-08
Also published as: JPWO2018186100A1; CN110476099A; US11314076B2; WO2018186100A1; US20200033583A1; CN110476099B

Description

本発明は、硬性鏡に関する。

従来、硬性鏡においては、対物レンズを含む光学系を対物レンズの先端に位置する負のパワーを有するレンズを光軸に直交する方向に移動させることで、像面倒れを小さくするように画質調整を行っていた（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１１−１４２７２９号公報

しかしながら、硬性鏡の光学系は一般に、高解像を得るには高ＮＡに構成されている必要があるため、特許文献１の方法では、対物レンズの先端のレンズを偏心させると、画像中心の性能が設計値から大きく劣化してしまうという不都合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、中心画質の性能劣化を低く抑えながら、像面倒れを小さくするように画質調整することができる硬性鏡を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群と、正のパワーを有するレンズを含む第２レンズ群と、２以上のレンズを含む第３レンズ群とから構成された対物レンズと、該対物レンズの像側に配置されたリレーレンズと、前記対物レンズの少なくとも前記第１レンズ群および前記第２レンズ群を含む前群を固定する第１レンズ枠と、前記対物レンズを構成する残りの１以上のレンズおよび前記リレーレンズの少なくとも一部を含む後群を固定する第２レンズ枠と、を備え、前記第１レンズ枠が前記第２レンズ枠に光軸方向に突き当てられ、かつ、前記第１レンズ枠と前記第２レンズ枠とが前記第１レンズ枠と前記第２レンズ枠との間の光軸に直交する方向の隙間の範囲内で相対移動されて像面倒れが補正された状態で、前記第１レンズ枠と前記第２レンズ枠とが相互に固定されている硬性鏡を提供する。

本態様によれば、被写体からの光は負のパワーを有する第１レンズ群によって広い視野範囲内から集められ、正のパワーを有する第２レンズ群により集光され、第３レンズ群を通過した後に、リレーレンズによってリレーされて撮像素子により撮影される。硬性鏡を構成する際には、第１レンズ群および第２レンズ群を含む前群を第１レンズ枠に固定し、残りの後群を第２レンズ枠に固定する。

後群を支持する第２レンズ枠に対して、前群を支持する第１レンズ枠を光軸方向に突き当てることにより、前群および後群を光軸方向に位置決めすることができる。さらに、この状態で、第２レンズ枠に対して第１レンズ枠を両者間の隙間の範囲内で、光軸に直交する方向に移動させることにより、像面倒れを小さくするように画質調整を行うことができる。

この場合において、大きな負のパワーを有する第１レンズ群と、大きな正のパワーを有する第２レンズ群とを予め第１レンズ枠に固定することで、偏心コマ収差の大きな発生源となる第１レンズ群と第２レンズ群との偏心を予め小さく抑えることができる。したがって、後群に対して前群を偏心させて、像面倒れを補正しても全体の偏心コマ収差の発生を低く抑えることができる。

上記態様においては、前記第２レンズ群が、ロッド形状を有する正のパワーを有するレンズを含んでいてもよい。
このようにすることで、直視型の硬性鏡において、全体の偏心コマ収差の発生を低く抑えつつ、像面倒れ補正を行うことができる。

上記態様においては、前記第２レンズ群が、視野方向変換プリズムに接合された正のパワーを有するレンズを含んでいてもよい。
このようにすることで、斜視型あるいは側視型の硬性鏡において、全体の偏心コマ収差の発生を低く抑えつつ、像面倒れ補正を行うことができる。

上記態様においては、前記第１レンズ枠および前記第２レンズ枠が円筒状に形成され、前記第２レンズ枠が、前記第１レンズ枠の外径より大きな内径を有し、前記第１レンズ枠および前記第２レンズ枠に、前記光軸方向に相互に突き当たって位置決めする突き当て部が設けられていてもよい。
このようにすることで、第１レンズ枠および第２レンズ枠に設けられた突き当て部を突き当てて両者を相互に光軸方向に位置決めし、第１レンズ枠の外径と第２レンズ枠の内径との差分の範囲内で第２レンズ枠に対して第１レンズ枠を光軸に直交する方向に移動させて、全体の偏心コマ収差の発生を低く抑えつつ、像面倒れ補正を行うことができる。

上記態様においては、前記突き当て部が、前記第１レンズ枠の先端近傍に径方向外方に張り出した突起と、該突起に前記光軸方向に突き当たる前記第２レンズ枠の先端面とにより構成されていてもよい。
このようにすることで、第１レンズ枠の突起と第２レンズ枠の先端面とを突き当てて、前群と後群とを光軸方向に簡易に位置決めすることができ、第２レンズ枠の外径を最小限に抑えることができる。

上記態様においては、前記突き当て部が、前記第２レンズ枠の内面から径方向内方に突出する突起と、該突起に光軸方向に突き当たる前記第１レンズ枠の基端面とにより構成されていてもよい。
このようにすることで、第２レンズ枠の突起と第１レンズ枠の基端面とを突き当てて、前群と後群とを光軸方向に簡易に位置決めすることができる。

上記態様においては、前記突起が、前記第２レンズ枠内の前記後群の先端に突き当たる位置に挿入されたスペーサであってもよい。
このようにすることで、第２レンズ枠内の後群の先端に突き当たる位置に挿入されたスペーサに第１レンズ枠の基端面を突き当てて、前群と後群とを光軸方向に簡易に位置決めすることができる。

上記態様においては、前記第１レンズ枠を前記第２レンズ枠に対して、前記光軸に直交する軸線回りに傾斜させることにより、前記光軸方向の少なくとも一端を前記光軸に直交する方向に移動可能であってもよい。
このようにすることで、第１レンズ枠を第２レンズ枠に対して隙間の範囲内で傾斜させて第１レンズ枠の光軸方向の一端を光軸に直交する方向に移動させることができる。

本発明によれば、中心画質の性能劣化を低く抑えながら、像面倒れを小さくするように画質調整することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る硬性鏡を示す部分的な縦断面図である。図１の硬性鏡の第１の変形例を示す部分的な縦断面図である。図１の硬性鏡の第２の変形例を示す部分的な縦断面図である。図１の硬性鏡の第３の変形例を示す部分的な縦断面図である。図１の硬性鏡の第４の変形例を示す部分的な縦断面図である。図１の硬性鏡の第５の変形例を示す部分的な縦断面図である。図１の硬性鏡の第６の変形例を示す部分的な縦断面図である。図１の硬性鏡の第７の変形例を示す部分的な縦断面図である。図１の硬性鏡の第８の変形例を示す部分的な縦断面図である。図１の硬性鏡の第９の変形例を示す部分的な縦断面図である。図１の硬性鏡の第１０の変形例を示す部分的な縦断面図である。

本発明の一実施形態に係る硬性鏡１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る硬性鏡１は、図１に示されるように、物体側から順に、対物レンズ２とリレーレンズ３とを備えている。

対物レンズ２は、物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群４と、正のパワーを有するレンズを含む第２レンズ群５と、２以上のレンズ７，８，９，１０を含む第３レンズ群６とから構成されている。
図１に示す例では、第１レンズ群４は、負のパワーを有し、物体側に凸の単レンズからなるメニスカスレンズである。第２レンズ群５は、正のパワーを有するロッド形状の単レンズである。第３レンズ群６は、物体側から順に、メニスカスレンズ（レンズ）７と両凸レンズ（レンズ）８との接合レンズ６ａと、両凹レンズ（レンズ）９と両凸レンズ（レンズ）１０との接合レンズ（レンズ）６ｂとを備えている。

本実施形態においては、硬性鏡１は、第１レンズ群４、第２レンズ群５および第３レンズ群６の物体側の接合レンズ６ａを含む第１群レンズ（前群）１１を固定する第１レンズ枠１３と、残りのレンズ９，１０、すなわち、第３レンズ群６の像側の接合レンズ６ｂとリレーレンズ３とを含む第２群レンズ（後群）１２を固定する第２レンズ枠１４とを備えている。

第２レンズ枠１４は、長尺の円筒状に形成され、内面に第２群レンズ１２が固定されている。
第１レンズ枠１３は、第２レンズ枠１４の内径より小さい外径寸法を有する円筒状の小径部分１５と、該小径部分１５の先端近傍において、径方向外方に突出する鍔状の大径部分（突起）１６とを備えている。

また、第１レンズ枠１３の内面には、長さ方向の途中位置において径方向内方に突出する突起１７が設けられている。第１レンズ枠１３の先端側から第２レンズ群５を構成するロッド形状のレンズを挿入すると該レンズの端面が第１レンズ枠１３の内面の突起１７に突き当たって光軸方向に位置決めされるようになっている。また、第１レンズ枠１３の基端側から第３レンズ群６の物体側の接合レンズ６ａを挿入すると、該接合レンズ６ａの端面が突起１７に突き当たって光軸方向に位置決めされるようになっている。

大径部分１６の外径寸法は、第２レンズ枠１４の内径寸法より大きく設定されている。第１レンズ枠１３の大径部分１６と第２レンズ枠１４の先端面１４ａとにより、突き当て部が構成されている。

このように構成された本実施形態に係る硬性鏡１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る硬性鏡１を製造するには、第１レンズ枠１３の内面に第１群レンズ１１を挿入して、径方向および光軸方向に位置決めして固定した第１ユニットを予め製造しておく。また、第２レンズ枠１４にも内面に第２群レンズ１２を挿入して径方向および光軸方向に位置決めして固定した第２ユニットを予め製造しておく。

そして、第２レンズ枠１４の先端開口から第１レンズ枠１３を用いて製造した第１ユニットの小径部分１５を挿入し、大径部分１６を第２レンズ枠１４の先端面１４ａに突き当てることにより、第２群レンズ１２に対して第１群レンズ１１を光軸方向に位置決めする。この位置で、第１レンズ枠１３の小径部分１５の外面と第２レンズ枠１４の内面との間には両者を光軸に直交する方向に移動可能にする隙間が形成されている。

次いで、第２レンズ枠１４の内径と第１レンズ枠１３の小径部分１５の外径との差分により、第１レンズ枠１３と第２レンズ枠１４との間に形成されている径方向の隙間の範囲内で、第２ユニットに対して第１ユニットを光軸に直交する方向にシフトさせて像面倒れが小さくなるように画質調整を行う。

この場合において、本実施形態に係る硬性鏡１によれば、大きな負のパワーを有する第１レンズ群４と、大きな正のパワーを有する第２レンズ群５とを予め第１レンズ枠１３に固定しているので、偏心コマ収差の大きな発生源となる第１レンズ群４と第２レンズ群５との偏心を小さく抑えておくことができる。その上で、第１群レンズ１１を第２群レンズ１２に対して偏心させて、像面倒れを補正することができる。したがって、全体の偏心コマ収差の発生を低く抑えつつ、像面倒れを補正することができるという利点がある。

第１ユニットと第２ユニットとが光軸方向に位置決めされかつ像面倒れが補正された状態で両者を接着剤等により固定することによって、本実施形態に係る硬性鏡１が構成される。

また、本実施形態に係る硬性鏡１によれば、第１レンズ枠１３の鍔状の大径部分１６と第２レンズ枠１４の先端面１４ａとを突き当てることにより第１ユニットと第２ユニットとを光軸方向に位置決めしているので、第１レンズ枠１３と第２レンズ枠１４との間の径方向の隙間を確保しつつ第２レンズ枠１４の外径寸法を最小限に抑えることができ、細径の硬性鏡１を構成することができるという利点がある。また、第１レンズ枠１３の外面に大径部分１６を構成する加工は簡易に行うことができる。

なお、本実施形態においては、第１レンズ枠１３の大径部分１６と第２レンズ枠１４の先端面１４ａとにより突き当て部を構成したが、これに代えて、図２に示されるように、第１レンズ枠１３の基端側を基端方向に延ばして、第２レンズ枠１４内に固定されている第３レンズ群６の像側の接合レンズ６ｂの先端面に突き当てることにしてもよい。これにより、同様に、第１ユニットと第２ユニットとを簡易に光軸方向に位置決めすることができ、また、第２レンズ枠１４の外径寸法を最小限に抑えることができる。

また、図２において、第１レンズ枠１３を基端側に延ばした部分を別部材として、図３に示されるように、リング状のスペーサ（突起、突き当て部）１８を配置し、第２レンズ枠１４内に固定された接合レンズ６ｂの先端面に突き当てたスペーサ１８の先端面に、第１レンズ枠１３の基端面（突き当て部）を突き当てることにしてもよい。これによっても、同様に、第１ユニットと第２ユニットとを光軸方向に位置決めすることができ、また、第２レンズ枠１４の外径寸法を最小限に抑えることができる。

また、上記スペーサ１８を第１レンズ枠１３および第２レンズ枠１４とは別部材により構成したが、これに代えて、図４に示されるように、第２レンズ枠１４の内面に径方向内方に突出する突起（突き当て部）１９を構成してもよい。第１レンズ枠１３の基端面（突き当て部）を突起１９の先端側に突き当てることにより、同様に、第１ユニットと第２ユニットとを光軸方向に位置決めすることができ、また、第２レンズ枠１４の外径寸法を最小限に抑えることができる。

また、本実施形態においては、第１レンズ枠１３と第２レンズ枠１４との間の隙間の範囲内において、第２レンズ枠１４に対して第１レンズ枠１３全体を光軸に直交する方向に並進移動させることにより、像面倒れ補正を行うこととしたが、これに代えて、図５に示されるように、第１レンズ枠１３が先端に向かって先細になるテーパ状の外面を有していてもよい。

このようにすることで、図２と同様に、第１レンズ枠１３の基端面を第２レンズ枠１４内に固定した接合レンズ６ｂの先端面に突き当てて光軸方向に位置決めした状態で、第１レンズ枠１３の先端を光軸に直交する軸線回りに倒すように移動させることにより、第１ユニットの特に先端近傍を大きく光軸に直交する方向（図中、矢印方向）に移動させることができる。これによっても同様に、全体の偏心コマ収差の発生を低く抑えつつ、像面倒れを補正することができる。

また、これに代えて、図６に示されるように、第１レンズ枠１３として、基端に向かって先細になるテーパ状の外面を有するものを採用してもよい。この場合には、先端に設けた鍔状の大径部分１６を第２レンズ枠１４の先端面１４ａに突き当てて第１ユニットと第２ユニットとを光軸方向に位置決めした状態で、第１レンズ枠１３の基端を光軸に直交する軸線回りに倒すように移動させることにより、第１ユニットの特に基端近傍を大きく光軸に直交する方向（図中、矢印方向）に移動させることができる。これによっても同様に、全体の偏心コマ収差の発生を低く抑えつつ、像面倒れを補正することができる。

また、第１レンズ枠１３としてテーパ状の外面を有するものに代えて、図７および図８に示されるように、小径部分１５の長手方向のいずれかの端部に、小径部分１５より大きくかつ第２レンズ枠１４内に挿入可能な外径寸法を有する凸部（突き当て部）２０を設けることにしてもよい。これによっても、凸部２０を支点として、第１レンズ枠１３を第２レンズ枠１４に対して光軸に直交する軸線回りに倒すように傾斜させることができ、上記と同様の効果を奏する。

また、本実施形態においては、第２レンズ群５としてロッド形状を有する正のパワーの単レンズを例示したが、これに代えて、図９および図１０に示されるように、視野方向変換プリズム２２に接合された正のパワーを有するレンズ２１を含んでいてもよい。このようにすることで、斜視型の硬性鏡１においても、全体の偏心コマ収差の発生を低く抑えつつ、像面倒れを補正することができるという利点がある。

また、本実施形態においては、第１レンズ群４および第２レンズ群５を単レンズにより構成したが、これに代えて、複数のレンズを含んでいてもよい。
また、第１レンズ群４、第２レンズ群５および第３レンズ群６の接合レンズ６ａからなる第１群レンズ１１を第１レンズ枠１３に固定したが、これに代えて、第１レンズ群４および第２レンズ群５のみを第１群レンズ１１として第１レンズ枠１３に固定してもよい。

また、第３レンズ群６を２つの接合レンズ６ａ，６ｂにより構成し、一方の接合レンズ６ａを第１レンズ枠１３に固定したが、３以上の単レンズまたは接合レンズにより構成し、その内の２以上の単レンズまたは接合レンズである第３レンズ群６の一部を第１レンズ枠１３に固定してもよい。

また、本実施形態においては、第２レンズ枠１４として、単体の筒部材からなるものを例示したが、これに代えて、図１１に示されるように、第１レンズ枠１３の外径よりも大きい内径寸法を有する外筒２３と、該外筒２３内の内径寸法より若干小さい外径寸法と第１レンズ枠１３の外径よりも小さい内径寸法とを有する内筒（突き当て部）２４とからなるものを採用してもよい。

この場合、第２レンズ枠１４の外筒２３にはリレーレンズ３が固定され、第２レンズ枠１４の内筒２４には接合レンズ６ｂが固定されている。外筒２３に先端側から内筒２４を挿入すると、内筒２４の基端がリレーレンズ３に突き当たり、第２レンズ枠１４が構成される。この状態で、第１レンズ枠１３を第２レンズ枠１４の外筒２３に挿入すると第１レンズ枠１３の基端が第２レンズ枠１４の内筒２４の先端に突き当たるようになっている。

１硬性鏡
２対物レンズ
３リレーレンズ
４第１レンズ群
５第２レンズ群
６第３レンズ群
７メニスカスレンズ（レンズ）
８両凸レンズ（レンズ）
９両凹レンズ（レンズ）
１０両凸レンズ（レンズ）
１１第１群レンズ（前群）
１２第２群レンズ（後群）
１３第１レンズ枠
１４第２レンズ枠
１４ａ先端面（突き当て部）
１６大径部分（突起、突き当て部）
１８スペーサ（突起、突き当て部）
１９突起（突き当て部）
２０凸部（突き当て部）
２１レンズ
２２視野方向変換プリズム
２４内筒（突き当て部）

Claims

物体側から順に、負のパワーを有する第１レンズ群と、正のパワーを有するレンズを含む第２レンズ群と、２以上のレンズを含む第３レンズ群とから構成された対物レンズと、
該対物レンズの像側に配置されたリレーレンズと、
前記対物レンズの少なくとも前記第１レンズ群および前記第２レンズ群を含む前群を固定する第１レンズ枠と、
前記対物レンズを構成する残りの１以上のレンズおよび前記リレーレンズの少なくとも一部を含む後群を固定する第２レンズ枠と、を備え、
前記第１レンズ枠が前記第２レンズ枠に光軸方向に突き当てられ、かつ、前記第１レンズ枠と前記第２レンズ枠とが前記第１レンズ枠と前記第２レンズ枠と間の光軸に直交する方向の隙間の範囲内で相対移動されて像面倒れが補正された状態で、前記第１レンズ枠と前記第２レンズ枠とが相互に固定されている硬性鏡。
前記第２レンズ群が、ロッド形状を有する正のパワーを有するレンズを含む請求項１に記載の硬性鏡。
前記第２レンズ群が、視野方向変換プリズムに接合された正のパワーを有するレンズを含む請求項１に記載の硬性鏡。
前記第１レンズ枠および前記第２レンズ枠が円筒状に形成され、
前記第２レンズ枠が、前記第１レンズ枠の外径より大きな内径を有し、
前記第１レンズ枠および前記第２レンズ枠に、前記光軸方向に相互に突き当たって位置決めする突き当て部が設けられている請求項１に記載の硬性鏡。
前記突き当て部が、前記第１レンズ枠の先端近傍に径方向外方に張り出した突起と、該突起に前記光軸方向に突き当たる前記第２レンズ枠の先端面とにより構成されている請求項４に記載の硬性鏡。
前記突き当て部が、前記第２レンズ枠の内面から径方向内方に突出する突起と、該突起に光軸方向に突き当たる前記第１レンズ枠の基端面とにより構成されている請求項４に記載の硬性鏡。
前記突起が、前記第２レンズ枠内の前記後群の先端に突き当たる位置に挿入されたスペーサである請求項６に記載の硬性鏡。
前記第１レンズ枠を前記第２レンズ枠に対して、前記光軸に直交する軸線回りに傾斜させることにより、前記光軸方向の少なくとも一端を前記光軸に直交する方向に移動可能である請求項１に記載の硬性鏡。