WO2017203926A1

WO2017203926A1 - 硬性鏡用光学系

Info

Publication number: WO2017203926A1
Application number: PCT/JP2017/016539
Authority: WO
Inventors: 井上　貴博
Original assignee: オリンパス株式会社
Priority date: 2016-05-25
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2017-11-30

Abstract

塵埃や気泡の画像への写り込みを回避しながら、光学素子を衝撃から保護する。硬性鏡内に備えられる２つのガラス製の光学素子（２，３）と、光学素子（２，３）の間に少なくとも一部を接触する状態で挟まれた弾性材料からなる透明部材（４）とから構成された１つ以上の複合部材（５）を備え、先端から後端に、像を略等倍で伝送し、以下の条件式（１）を満足する硬性鏡用光学系１を提供する。　ｌ'＞３０ｂ・ｌ／ｄ　（１）　ここで、ｌ'は、透明部材（４）と光学素子（２，３）との２つの界面の内、像に近い側の界面と該像の距離、ｄは、瞳の半径、ｌは、像から瞳までの距離、ｂは、複合部材５に存在する気泡の最大半径である。

Description

硬性鏡用光学系

　本発明は、硬性鏡用光学系に関する。

　従来、硬性鏡用のレンズの破損防止のために、弾性係数の高い間隔保持部材を光学素子の間に介在させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平６－１６０７３２号公報

　しかしながら、弾性係数の高い素材は柔らかいために、加工時に発生するバリ等の塵埃が光学素子の表面に付着して画像に写り込む可能性が高い。また、弾性係数の高い、黒色の樹脂等の間隔保持部材は、黒処理された金属製の部材よりも反射率が高く、フレアの原因となる問題がある。

　本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、塵埃の画像への写り込みを回避しながら、光学素子を衝撃から保護することができる硬性鏡用光学系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、硬性鏡内に備えられる２つのガラス製の光学素子と、該光学素子の間に少なくとも一部を接触する状態で挟まれた弾性材料からなる透明部材とから構成された１つ以上の複合部材を備え、先端から後端に、像を略等倍で伝送し、以下の条件式（１）を満足する硬性鏡用光学系を提供する。
　ｌ′＞３０ｂ・ｌ／ｄ　　　　　　（１）
　ここで、ｌ′は、前記透明部材と前記光学素子との２つの界面の内、前記像に近い側の界面と該像の距離、ｄは、瞳の半径、ｌは、前記像から前記瞳までの距離、ｂは、前記複合部材に存在する気泡の最大半径である。

　本態様によれば、弾性材料からなる透明部材が挟まれることで、落下時や高温滅菌時に発生する軸方向の応力によるガラス製の光学素子の破損を防止することができる。また、透明部材が２つのガラス製の光学素子間に密着することで、弾性材料からなる光学素子由来の塵埃の発生を防止し、塵埃が画像に写り込むことを防止できる。

　この場合において、弾性材料からなる透明部材を２つのガラス製の光学要素の間に挟み込む複合部材の製造過程において、光学要素と透明部材との間に気泡が入り易い。像から射出される光束の径が最も大きくなる位置である瞳の位置の近くに配置され、かつ、条件式（１）を満たすことにより、気泡による光束の遮蔽割合が、（１／３０）２＝０．１１％より小さくなり、この気泡の画像への写り込みを無視することができる。

　上記態様においては、以下の条件式（２）を満足していてもよい。
　（ｔｇ／（Ｅｇｒｇ２））・（（Ｅｐｒｐ２）／ｔｐ）＜１　　　　（２）
　ここで、Ｅｇは、前記透明部材を除く全ての前記光学素子の平均ヤング率、ｔｇは、前記透明部材を除く全ての前記光学素子の光軸方向の厚さ寸法の和、ｒｇは、前記透明部材を除く全ての前記光学素子の半径の平均値、Ｅｐは、全ての前記透明部材の平均ヤング率、ｔｐは、全ての前記透明部材の光軸方向の厚さ寸法の和、ｒｐは、全ての前記透明部材の半径の平均値である。

　このようにすることで、硬性鏡になんらかの応力や衝撃が加わった際に、全てのガラス製の光学素子の体積変化量よりも弾性材料からなる透明部材の体積変化量を大きくすることができ、ガラス製の光学素子に作用する応力を軽減して破損を防止することができる。

　本発明によれば、塵埃や気泡の画像への写り込みを回避しながら、光学素子を衝撃から保護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の第１実施例に係る硬性鏡用光学系を示す縦断面図である。図１の硬性鏡用光学系の複合部材を示す縦断面図である。図２の複合部材の第１の変形例を示す縦断面図である。図２の複合部材の第２の変形例を示す縦断面図である。図２の複合部材の第３の変形例を示す縦断面図である。図２の複合部材を瞳よりも後端側に配置した第２実施例に係る硬性鏡用光学系を示す縦断面図である。図２の複合部材を瞳を挟んで物体側および像側にそれぞれ配置した第３実施例に係る硬性鏡用光学系を示す縦断面図である。図３の複合部材を備える第４実施例に係る硬性鏡用光学系を示す縦断面図である。図３の複合部材を、瞳を挟んだ物体側および像側の両側に備える第５実施例に係る硬性鏡用光学系を示す縦断面図である。図４の複合部材を備える第６実施例に係る硬性鏡用光学系を示す縦断面図である。図５の複合部材を備える第７実施例に係る硬性鏡用光学系を示す縦断面図である。

　本発明の一実施形態に係る硬性鏡用光学系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用光学系１は、硬性鏡の挿入部内に配置される光学系であって、図１および図２に示されるように、２枚の平行平板状のガラス製の光学素子２，３と、２枚の該光学素子２，３の間に、これらの光学素子２，３に密着状態に挟まれた状態に配置された弾性材料からなる透明部材４とから構成された複合部材５を備えている。また、硬性鏡用光学系１は、先端側から後端側に、像を略等倍で伝送するように構成されている。

　透明部材４は、ヤング率が１０ＧＰａ以下の樹脂材料、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）等により構成されている。

　そして、複合部材５は、図１に示されるように、一対の正レンズ（光学素子）６，７および集光レンズ（光学素子）８によってリレーされる対物の瞳と光学的に共役な位置近傍に配置されている。
　そして、弾性材料からなる透明部材４と光学素子２，３とのいずれかの界面に形成された気泡が以下の条件式（１）を満足する最大半径寸法を有する場合に、気泡の画像への写り込みを無視し得るほど小さくすることができる。すなわち、条件式（１）を満足する位置に複合部材５が配置されていることにより、条件式（１）に示される最大半径の気泡の画像への写り込みを抑制することができる。

　ｌ′＞３０ｂ・ｌ／ｄ　　　　　　（１）
　ここで、ｌ′は、一対の正レンズ６，７および集光レンズ８によってリレーされる、先端側または後端側のいずれかの物体像と、透明部材４と光学素子２，３との２つの界面の内、物体像に近い側の界面との距離、ｄは、瞳の半径、ｌは、物体像から瞳までの距離、ｂは、複合部材５に存在する気泡の最大半径である。

　また、本実施形態に係る硬性鏡用光学系１は、以下の条件式（２）を満足している。
　（ｔｇ／（Ｅｇｒｇ２））・（（Ｅｐｒｐ２）／ｔｐ）＜１　　　　（２）
　ここで、Ｅｇは、透明部材４を除く全ての光学素子２，３，６，７，８の平均ヤング率、ｔｇは、透明部材４を除く全ての光学素子２，３，６，７，８の光軸方向の厚さ寸法の和、ｒｇは、透明部材４を除く全ての光学素子２，３，６，７，８の半径の平均値、Ｅｐは、全ての透明部材４の平均ヤング率、ｔｐは、全ての透明部材４の光軸方向の厚さ寸法の和、ｒｐは、全ての透明部材４の半径の平均値である。

　このように構成された本実施形態に係る硬性鏡用光学系１によれば、弾性材料からなる透明部材４が挟まれることで、硬性鏡を落下させたときや滅菌に際して高温に加熱したときに発生する軸方向の応力によるガラス製の光学素子２，３，６，７，８の破損を防止することができる。また、透明部材４が２つのガラス製の光学素子２，３間に密着することで、弾性材料からなる光学素子由来の塵埃の発生を防止し、塵埃が画像に写り込むことを防止できる。

　この場合において、弾性材料からなる透明部材４を２つのガラス製の光学要素（光学素子）２，３の間に挟み込む複合部材５の製造過程において、光学要素２，３と透明部材４との間に気泡が入り易い。物体像から射出される光束の径が最も大きくなる位置である瞳の位置の近くに配置され、かつ、条件式（１）を満たすことにより、気泡による光束の遮蔽割合が、（１／３０）２＝０．１１％より小さくなり、この気泡の画像への写り込みを無視することができるという利点がある。

　また、条件式（２）を満たすことにより、硬性鏡になんらかの応力や衝撃が加わった際に、全てのガラス製の光学素子２，３，６，７，８の体積変化量よりも弾性材料からなる透明部材４の体積変化量を大きくすることができ、ガラス製の光学素子２，３，６，７，８に作用する応力を軽減して破損を防止することができるという利点がある。

　また、透明部材４のヤング率が１０ＧＰａ以下に設定されているので、ガラス製の光学素子２，３に加わる衝撃や応力を、透明部材４が変形することで効率よく吸収することができ、ガラス製の光学素子２，３の損傷を軽減することができるという利点がある。

　なお、本実施形態においては、ガラス製の光学素子２，３として平行平板からなるものを例示したが、これに代えて、図３に示されるように、２枚の光学素子２，３がいずれも、一面または両面に曲率を有していてもよい。また、図４に示されるように、一方の光学素子２のみが曲率を有し、透明部材４との間に空洞部を有していてもよい。

　また、図５に示されるように、３枚の光学素子９，１０，１１と、隣接する２枚の光学素子９，１０，１１の間に配置される弾性材料からなる２つの透明部材１２，１３とから構成された複合部材１４を備えていてもよい。
　また、４枚以上の光学素子２，３とそれらの間に配置される透明部材４とから構成された複合部材５を採用してもよい。

　また、本実施形態においては、図１に示されるように、一対の正レンズ６，７および集光レンズ８によってリレーされる瞳よりも先端側に、本実施形態に係る複合部材５を配置したが、これに代えて、図６に示されるように、瞳よりも後端側に配置してもよい。
　また、図７に示されるように、瞳を挟んで物体側および像側にそれぞれ配置してもよい。

　また、図３に示される複合部材５を採用する場合には、図８に示されるように、瞳位置に配置されている集光レンズ８に代えて、複合部材５を配置することができ、光学素子２，３と透明部材４との界面を、瞳位置により近づけることができる。

　さらに、図９に示されるように、図３に示される複合部材５を、瞳を挟んだ物体側および像側の両側に配置してもよい。
　また、図１０に示されるように、図４に示される複合部材５を配置してもよいし、図１１に示されるように、図５に示される複合部材１４を配置してもよい。

　図２および図６から図１１にそれぞれ示される本実施形態に係る硬性鏡用光学系１の第１から第７実施例について、透明部材４，１２，１３および光学素子２，３，９，１０，１１の材料、および各寸法並びに条件式（１）、（２）の値を、表１および表２に示す。

　これによれば、表１および表２に示されるように、第１から第７実施例の硬性鏡用光学系１は、条件式（１）および条件式（２）を満足している。

　１　硬性鏡用光学系
　２，３，９，１０，１１　光学素子
　４，１２，１３　透明部材
　５，１４　複合部材

Claims

　硬性鏡内に備えられる２つのガラス製の光学素子と、
　該光学素子の間に少なくとも一部を接触する状態で挟まれた弾性材料からなる透明部材とから構成された１つ以上の複合部材を備え、
　先端から後端に、像を略等倍で伝送し、
　以下の条件式（１）を満足する硬性鏡用光学系。
　ｌ′＞３０ｂ・ｌ／ｄ　　　　　　（１）
　ここで、
　ｌ′は、前記透明部材と前記光学素子との２つの界面の内、前記像に近い側の界面と該像の距離、
　ｄは、瞳の半径、
　ｌは、前記像から前記瞳までの距離、
　ｂは、前記複合部材に存在する気泡の最大半径である。
　以下の条件式（２）を満足する請求項１に記載の硬性鏡用光学系。
　（ｔｇ／（Ｅｇｒｇ２））・（（Ｅｐｒｐ２）／ｔｐ）＜１　　　　（２）
　ここで、
　Ｅｇは、前記透明部材を除く全ての前記光学素子の平均ヤング率、
　ｔｇは、前記透明部材を除く全ての前記光学素子の光軸方向の厚さ寸法の和、
　ｒｇは、前記透明部材を除く全ての前記光学素子の半径の平均値、
　Ｅｐは、全ての前記透明部材の平均ヤング率、
　ｔｐは、全ての前記透明部材の光軸方向の厚さ寸法の和、
　ｒｐは、全ての前記透明部材の半径の平均値
である。