JPWO2018123583A1 - リレーレンズおよびリレーレンズの製造方法 - Google Patents

リレーレンズおよびリレーレンズの製造方法 Download PDF

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Abstract

瞳近傍のレンズの傾きを抑制して軸上コマ収差の発生を抑制する。長尺で硬性のチューブ６内に長手方向に沿って配列され像を再結像する複数のリレー光学系２を備え、各リレー光学系２が、長手方向に間隔をあけて配置された一対のロッドレンズ３１，３２と、該一対のロッドレンズ３１，３２の間に長手方向に沿って配置された筒４と、該筒４の内側に固定され正の屈折力を有する正レンズ５とを備え、筒４の長手方向における長さが、正レンズ５の周縁の長手方向における肉厚よりも大きいリレーレンズを提供する。

Description

本発明は、リレーレンズおよびリレーレンズの製造方法に関するものである。
従来、硬性鏡において、挿入部の先端の対物光学系から挿入部の基端側の接眼光学系まで物体像をリレーするリレーレンズが使用されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。リレーレンズは、長尺で細径のチューブ内に配列された複数のレンズから構成されている。
一方、近年、カメラの高解像度化に伴い、硬性鏡の解像力の向上が要求されている。硬性鏡の解像力は、開口数の増大によって向上することができる。
特開平７−５３７７号公報 特開平８−１２２６６７号公報 特開２００７−１３３１７５号公報
リレーレンズを収容するチューブは、挿入部の略全長に相当する長さを有するため、全長にわたって内径が均一になるように製造することが技術的に難しく、チューブの内径には寸法公差の範囲内のばらつきが生じる。そのため、チューブ内のレンズには、レンズの周縁とチューブの内周面との間に生じた隙間によって傾きが生じ得る。特に瞳の近傍に配置されるレンズの傾きは軸上コマ収差の主な原因となり、開口数が増大する程、レンズの傾きに因る軸上コマ収差が増大する。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、瞳近傍のレンズの傾きを抑制して軸上コマ収差の発生を抑制することができるリレーレンズおよびリレーレンズの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様は、長尺で硬性のチューブ内に長手方向に沿って配列され像を再結像する複数のリレー光学系を備え、各前記リレー光学系が、前記長手方向に間隔をあけて配置された一対のロッドレンズと、該一対のロッドレンズの間に前記長手方向に沿って配置された筒と、該筒の内側に固定され正の屈折力を有する正レンズとを備え、前記筒の前記長手方向における長さが、前記正レンズの周縁の前記長手方向における肉厚よりも大きいリレーレンズである。
本態様によれば、対物光学系等によってチューブの一側に形成された物体像を、チューブ内に配列された複数のリレー光学系によって、チューブの他側までリレーすることができる。
この場合に、一対のロッドレンズ間に位置する瞳近傍に配置される正レンズは筒内に固定されている。筒は、正レンズの周縁の肉厚よりも大きな長さを有するので、チューブ内での筒の傾きは、筒を設けずに正レンズをチューブの内周面に直接固定する場合の正レンズの傾きに比べて抑制され、その結果、筒内の正レンズの傾きも抑制される。これにより、軸上コマ収差の発生を抑制することができる。
上記第１の態様においては、前記筒の外径が、前記ロッドレンズの外径と等しくてもよい。
このようにすることで、同一のチューブ内での筒およびロッドレンズの組み立てを容易にすることができる。
上記第１の態様においては、前記筒の前記長さが、前記正レンズの前記長手方向における最大肉厚よりも大きくてもよい。
このようにすることで、チューブ内での筒および正レンズの傾きをさらに抑制し、軸上コマ収差の発生をさらに抑制することができる。また、筒の端面が正レンズのレンズ面よりも光軸方向に突出するので、筒を、正レンズとロッドレンズとの間の間隔を確保するためのスペーサとしても利用することができる。
本発明の第２の態様は、長尺で硬性のチューブ内に長手方向に沿って配列され像を再結像する複数のリレー光学系を備え、各前記リレー光学系が、前記長手方向に間隔をあけて配置された一対のロッドレンズと、該一対のロッドレンズの間に前記長手方向に沿って配置された筒と、該筒の内側に固定され正の屈折力を有する正レンズとを備えるリレーレンズの製造方法であって、前記筒の内側に前記正レンズを固定する工程と、前記正レンズが内側に固定された前記筒の端面を前記正レンズの光軸に垂直になるように加工する工程とを含むリレーレンズの製造方法である。
本態様によれば、正レンズを筒内に固定した後に、筒の端面が正レンズの光軸と垂直になるように加工される。これにより、チューブ内へロッドレンズおよび正レンズを組み込む際に、筒の端面を隣接するロッドレンズの平面に突き当てるだけで、正レンズの光軸がチューブの長手方向と平行になるように、チューブ内での筒の姿勢決めを行うことができ、軸上コマ収差の発生が抑制されたリレーレンズを製造することができる。
本発明の第３の態様は、長尺で硬性のチューブ内に長手方向に沿って配列され像を再結像する複数のリレー光学系を備え、各前記リレー光学系が、前記長手方向に間隔をあけて配置された一対のロッドレンズと、該一対のロッドレンズの間に前記長手方向に沿って配置された筒と、該筒の内側に固定され正の屈折力を有する正レンズとを備えるリレーレンズの製造方法であって、前記筒の内側に前記正レンズを固定する工程と、前記正レンズが内側に固定された前記筒の外周面を該外周面の中心軸が前記正レンズの光軸と一致するように加工する工程とを含むリレーレンズの製造方法である。
本態様によれば、正レンズを筒内に固定した後に、筒の外周面が正レンズの光軸と同軸となるように加工される。これにより、チューブ内へロッドレンズおよび正レンズを組み込む際に、筒をチューブ内へ長手方向に嵌め込むだけで、正レンズの光軸がチューブの長手方向と平行になるように、チューブ内での筒の姿勢決めを行うことができ、軸上コマ収差の発生が抑制されたリレーレンズを製造することができる。
本発明によれば、瞳近傍のレンズの傾きを抑制して軸上コマ収差の発生を抑制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リレーレンズの全体構成図である。 図１のリレーレンズにおけるリレー光学系の構成図である。 筒と該筒内に固定された正レンズとからなるユニットを示す図である。 図２のリレー光学系の変形例の構成図である。 図２のリレー光学系の他の変形例の構成図である。 本発明の一実施形態に係るリレーレンズの製造方法において、リレー光学系の筒の端面を研削する工程を説明する図である。 本発明の一実施形態に係るリレーレンズの製造方法において、リレー光学系の筒の外周面を研削する工程を説明する図である。
以下に、本発明の一実施形態に係るリレーレンズ１について図面を参照して説明する。
本実施形態に係るリレーレンズ１は、硬性鏡が有する細長い挿入部に搭載され、図１に示されるように、挿入部の先端の対物光学系１０によって形成された物体像Ｉ１を挿入部の基端側に設けられた接眼光学系２０までリレーするものである。
リレーレンズ１は、長尺で円筒状であり硬性のチューブ６内に該チューブ６の長手方向に沿って配列された複数のリレー光学系２を備えている。
各リレー光学系２は、図２に示されるように、チューブ６の長手方向に間隔を空けて配置された一対のロッドレンズ３１，３２と、該一対のロッドレンズ３１，３２の間に配置された筒４と、該筒４内に固定され正の屈折力を有する正レンズ５とを備える。各リレー光学系２は、直前の対物光学系１０または他のリレー光学系２によって形成された光学像Ｉｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ−１）を、ロッドレンズ３１，３２および正レンズ５によって等倍で再結像して光学像Ｉｉ＋１を形成する。符号Ｉｎは、リレーレンズ１によってリレーされた最終像を示し、符号Ｐは、各リレー光学系２の瞳の位置を示している。
各ロッドレンズ３１，３２は、瞳Ｐ側の一端に長軸に垂直な平面を有し、瞳Ｐとは反対側の他端に凸面を有する円柱状のレンズであり、チューブ６の内径と略等しい外径を有している。一対のロッドレンズ３１，３２は、該一対のロッドレンズ３１，３２の間に位置する瞳Ｐに対して長手方向に対称に配置されている。
筒４は、チューブ６内に長手方向に沿って配置され、両端において開口している。筒４は、ロッドレンズ３１，３２の外径と等しい外径と、正レンズ５の外径と略等しい内径とを有している。筒４の２つの端面４ａ，４ｂの内、少なくとも、ロッドレンズ３１，３２の平面と隣接する端面４ａは、正レンズ５の光軸に垂直に形成されている。
正レンズ５は、互いに接合された複数枚のレンズからなり色収差の補正に好適な接合レンズである。正レンズ５は、周縁において筒４の内周面に固定されている。図２に示されるように複数の正レンズ５が一対のロッドレンズ３１，３２間に設けられている場合、正レンズ５と同じ数の筒４が設けられ、各正レンズ５が別々の筒４内に固定される。あるいは、複数の正レンズ５が単一の筒４内に固定されていてもよい。
筒４の長手方向の長さＬは、図３に示されるように、正レンズ５の光軸方向における最大肉厚Ｔｍａｘよりも大きくなっており、正レンズ５の全体が筒４内に配置されて、正レンズ５の両レンズ面よりも筒４の両端が突出している。これにより、筒４は、２つの正レンズ５の間および正レンズ５とロッドレンズ３１または３２との間に間隔を確保するためのスペーサとしても機能するようになっている。
図２には、接合レンズからなる２つの正レンズ５が示されているが、ロッドレンズ３１，３２間に配置される正レンズの種類および数は適宜変更することができる。例えば、図４および図５に示されるように、３枚または２枚のレンズからなる単一の接合レンズ５１，５２を採用してもよく、単レンズからなる正レンズを採用してもよい。
次に、リレーレンズ１の製造方法について説明する。
本実施形態に係るリレーレンズ１の製造方法は、筒４の内側に正レンズ５を固定して筒４と正レンズ５とからなるユニット４５を形成する第１の工程と、該第１の工程によって正レンズ５が固定された筒４の両端面４ａ，４ｂの内、少なくともロッドレンズ３１，３２の平面に隣接する側の端面４ａを加工する第２の工程と、ロッドレンズ３１，３２およびユニット４５をチューブ６内に組み込む第３の工程とを含む。
第１の工程において、筒４の中心軸に対して正レンズ５の光軸が平行になるように、正レンズ５の周縁を筒４の内周面に固定してユニット４５を形成する。
次に、第２の工程において、図６に示されるように、研削砥石３０の研削面３０ａに垂直な回転軸３０ｂに正レンズ５の光軸を一致させ、この状態でユニット４５を回転軸３０ｂ回りに回転させることで、筒４の端面４ａを研削面３０ａで研削する。これにより、正レンズ５の光軸に対して端面４ａが垂直になるように、該端面４ａを加工することができる。回転軸３０ｂに対する正レンズ５の光軸の位置合わせは、回転する正レンズ５へ光源４０から光を照射し、正レンズ５からの反射光の位置を検出器５０によって検出し、反射光の位置が一定となるようにユニット４５の位置および傾きを調整することで、行うことができる。
次に、第３の工程において、第１および第２の工程によって製造されたユニット４５が一対のロッドレンズ３１，３２の間に挟まれるように、ロッドレンズ３１，３２およびユニット４５をチューブ６内に挿入する。そして、筒４の端面４ａを隣接するロッドレンズ３１または３２の平面に突き当てることで、チューブ６内での筒４の位置決めおよび姿勢決めを行う。
ここで、チューブ６は、硬性鏡の挿入部の略全長に相当する長さを有するため、全長にわたって均一な内径を有するように製造することが困難であり、チューブ６の内径には公差の範囲内での製造ばらつきが生じる。仮に正レンズ５の周縁がチューブ６の内周面に直接接するように正レンズ５を単体でチューブ６内に挿入した場合、正レンズ５の周縁とチューブ６の内周面との間に生じる隙間によってチューブ６内での正レンズ５の傾きが生じ易い。瞳Ｐの近傍に位置する正レンズ５の傾きは、リレーレンズ１によってリレーされる光に生じる軸上コマ収差の主な原因となる。したがって、リレーレンズ１の光学性能を向上するためには、チューブ６内での正レンズ５の傾きを抑制し、チューブ６の長手方向に対して正レンズ５の光軸が平行となるように正レンズ５を配置することが重要である。
本実施形態によれば、筒４は、チューブ６の長手方向に正レンズ５の最大肉厚Ｔｍａｘよりも大きな長さＬを有するので、チューブ６の内径のばらつきに起因するチューブ６内での筒４の傾きが抑制され、その結果、筒４内に固定されている正レンズ５の傾きを抑制することができる。これにより、リレーレンズ１を開口数の大きな対物光学系１０と組み合わせた場合にも、軸上コマ収差の発生を抑制することができる。
さらに、チューブ６の長手方向に長軸を有するロッドレンズ３１，３２は、チューブ６内での傾きが生じ難く、チューブ６の長手方向に平行に配置される。このようなロッドレンズ３１，３２の平面に、正レンズ５の光軸に垂直に加工された筒４の端面４ａを突き当てることで、正レンズ５の光軸がチューブ６の長手方向に平行となるようにチューブ６に対する筒４および正レンズ５の姿勢を決めることができ、正レンズ５の傾きをさらに高度に抑制することができる。
本実施形態においては、筒４の長さＬが正レンズ５の最大肉厚Ｔｍａｘよりも大きいこととしたが、筒４を設けることによる正レンズ５の傾きの抑制効果を得るためには、筒４の長さＬは、正レンズ５の周縁の光軸方向における肉厚Ｔ（図３参照。）よりも大きければよい。
また、筒４の長さＬは、下式（１）を満足することが好ましい。Ｄは、筒４の外径である。
Ｄ≦Ｌ≦３Ｄ・・・（１）
筒４の長さＬが大きい程、筒４の内径および外径の寸法公差が大きくなり、筒４の内径および外径の製造誤差も大きくなる。条件式（１）を満足するように外径Ｄに対する長さＬを制限することによって、筒４の内径および外径Ｄの寸法公差および製造誤差を小さくすることがき、正レンズ５の傾きを抑制する効果をより高めることができる。
本実施形態においては、正レンズ５と同様に、ロッドレンズ３１，３２も筒４とは別体の筒内に収容されていてもよい。
本実施形態に係るリレーレンズ１の製造方法は、第３の工程の前に、第２の工程に代えて、または第２の工程に加えて、第１の工程によって正レンズ５が固定された筒４の外周面４ｃを加工する第４の工程を含んでいてもよい。
第４の工程において、図７に示されるように、研削砥石３０の研削面３０ａに平行な回転軸３０ｃに正レンズ５の光軸を一致させ、この状態でユニット４５を回転軸３０ｃ回りに回転させることで、筒４の外周面４ｃを研削面３０ａで研削する。これにより、正レンズ５の光軸に外周面４ｃの中心軸が一致するように、外周面４ｃを加工することできる。回転軸３０ｃに対する正レンズ５の光軸の位置合わせは、回転する正レンズ５へ光源４０から光を照射し、正レンズ５からの反射光の位置を検出器５０によって検出し、反射光の位置が一定となるようにユニット４５の位置および傾きを調整することで、行うことができる。
このように、筒４の外周面４ｃを正レンズ５の光軸と同軸に形成することで、ユニット４５をチューブ６内に挿入するだけで正レンズ５の光軸がチューブ６の長手方向に平行になるようにユニット４５をチューブ６内に配置することができ、正レンズ５の傾きを抑制することができる。
１ リレーレンズ
２ リレー光学系
３１，３２ ロッドレンズ
４ 筒
４ａ，４ｂ 端面
４ｃ 外周面
５，５１，５２ 正レンズ
６ チューブ
１０ 対物光学系
２０ 接眼光学系
３０ 研削砥石
３０ａ 研削面
３０ｂ，３０ｃ 回転軸
４０ 光源
５０ 検出器
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様は、長尺で硬性のチューブ内に長手方向に沿って配列され像を再結像する複数のリレー光学系を備え、各前記リレー光学系が、前記長手方向に間隔をあけて配置された一対のロッドレンズと、該一対のロッドレンズの間に前記長手方向に沿って配置された筒と、該筒の内側に固定され正の屈折力を有する接合レンズとを備え、前記筒の前記長手方向における長さが、前記接合レンズの周縁の前記長手方向における肉厚よりも大きいリレーレンズである。
本態様によれば、対物光学系等によってチューブの一側に形成された物体像を、チューブ内に配列された複数のリレー光学系によって、チューブの他側までリレーすることができる。
この場合に、一対のロッドレンズ間に位置する瞳近傍に配置される接合レンズは筒内に固定されている。筒は、接合レンズの周縁の肉厚よりも大きな長さを有するので、チューブ内での筒の傾きは、筒を設けずに接合レンズをチューブの内周面に直接固定する場合の接合レンズの傾きに比べて抑制され、その結果、筒内の接合レンズの傾きも抑制される。これにより、軸上コマ収差の発生を抑制することができる。
上記第１の態様においては、前記筒の前記長さが、前記接合レンズの前記長手方向における最大肉厚よりも大きくてもよい。
このようにすることで、チューブ内での筒および接合レンズの傾きをさらに抑制し、軸上コマ収差の発生をさらに抑制することができる。また、筒の端面が接合レンズのレンズ面よりも光軸方向に突出するので、筒を、接合レンズとロッドレンズとの間の間隔を確保するためのスペーサとしても利用することができる。
上記第１の態様においては、前記筒の内側に複数の前記接合レンズが固定されていてもよい。

Claims (5)

  1. 長尺で硬性のチューブ内に長手方向に沿って配列され像を再結像する複数のリレー光学系を備え、
    各前記リレー光学系が、
    前記長手方向に間隔をあけて配置された一対のロッドレンズと、
    該一対のロッドレンズの間に前記長手方向に沿って配置された筒と、
    該筒の内側に固定され正の屈折力を有する正レンズとを備え、
    前記筒の前記長手方向における長さが、前記正レンズの周縁の前記長手方向における肉厚よりも大きいリレーレンズ。
  2. 前記筒の外径が、前記ロッドレンズの外径と等しい請求項１に記載のリレーレンズ。
  3. 前記筒の前記長さが、前記正レンズの前記長手方向における最大肉厚よりも大きい請求項１または請求項２に記載のリレーレンズ。
  4. 長尺で硬性のチューブ内に長手方向に沿って配列され像を再結像する複数のリレー光学系を備え、各前記リレー光学系が、前記長手方向に間隔をあけて配置された一対のロッドレンズと、該一対のロッドレンズの間に前記長手方向に沿って配置された筒と、該筒の内側に固定され正の屈折力を有する正レンズとを備えるリレーレンズの製造方法であって、
    前記筒の内側に前記正レンズを固定する工程と、
    前記正レンズが内側に固定された前記筒の端面を前記正レンズの光軸に垂直になるように加工する工程とを含むリレーレンズの製造方法。
  5. 長尺で硬性のチューブ内に長手方向に沿って配列され像を再結像する複数のリレー光学系を備え、各前記リレー光学系が、前記長手方向に間隔をあけて配置された一対のロッドレンズと、該一対のロッドレンズの間に前記長手方向に沿って配置された筒と、該筒の内側に固定され正の屈折力を有する正レンズとを備えるリレーレンズの製造方法であって、
    前記筒の内側に前記正レンズを固定する工程と、
    前記正レンズが内側に固定された前記筒の外周面を該外周面の中心軸が前記正レンズの光軸と一致するように加工する工程とを含むリレーレンズの製造方法。
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