JP2000314840A - 非球面コリメートレンズ - Google Patents

非球面コリメートレンズ

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JP2000314840A
JP2000314840A JP11125711A JP12571199A JP2000314840A JP 2000314840 A JP2000314840 A JP 2000314840A JP 11125711 A JP11125711 A JP 11125711A JP 12571199 A JP12571199 A JP 12571199A JP 2000314840 A JP2000314840 A JP 2000314840A
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Tatsuro Otaki
達朗 大瀧
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Abstract

(57)【要約】 【課題】加工コストが安く、しかも収差が良好に補正さ
れた、紫外線の透過率が良好なコリメートレンズを提供
することを目的とする。 【解決手段】光源から発する光束をコリメートする、正
の屈折力を持つ両凸形状の単レンズであって、前記光源
側から順に第1面が球面、第2面が非球面で構成され、
所定の条件式を満足することを特徴とする非球面コリメ
ートレンズを構成することにより、課題の解決を図るも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、顕微鏡用照明系に
使用されるコリメートレンズに関する。
【0002】
【従来の技術】顕微鏡の照明光学系に用いられるコリメ
ートレンズのうち、特に落射蛍光装置に用いられるレン
ズにおいては、紫外光の透過率が高いことが必須条件で
ある。紫外光の使用波長は標本の種類と励起波長にもよ
るが、340nm〜400nmの範囲である。このため
この種のコリメートレンズを構成する材料としては、石
英ガラスや蛍石に代表される、紫外域で透過率の高い数
種類のものが使用される。
【0003】そして、従来のコリメートレンズは、図2
に示すような、すべてのレンズが球面で構成され、複数
のレンズ枚数を必要とするものであった。また、コリメ
ートレンズとしての用途ではないが、非球面単レンズと
しては、光ディスク用に開発されたものとして特開平8
−29681などがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の技
術において、図2のようにすべてのレンズが球面で構成
されている場合、球面収差を十分に補正するためには複
数のレンズ枚数が必要になる。このような場合、表面反
射の原因となるレンズ面が多くなるため、特に紫外線の
透過率が低下する。また、レンズ枚数の増加はコストア
ップの要因となる。
【0005】さらに、複数枚数のレンズでコリメートレ
ンズを構成すると、そのレンズ総厚が厚くなり、もっと
も光源側に位置するレンズと光源との距離が接近するた
め、レンズ枠とランプ電極とが接近して漏電する危険が
あり、また、熱によってレンズ自体が割れたり変形した
りするという問題があった。そして特開平8−2968
1に開示されているような非球面レンズでは、開口数を
十分に大きくすることができないという問題があった。
【0006】本発明は、上記のような課題に鑑みて為さ
れたものであり、加工コストが安く、しかも収差が良好
に補正された、紫外線の透過率が良好なコリメートレン
ズを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明では、光源から発
する光束をコリメートする、正の屈折力を持つ両凸形状
の単レンズであって、前記光源側から順に第1面が球
面、第2面が非球面で構成され、以下の条件式(1)乃
至(4)を満足することを特徴とする非球面コリメート
レンズを構成することにより、課題の解決を図るもので
ある。 (1) |R2|<f<|R1| (2) 1.5<f/d<2.5 (3) NA>0.45 (4) 2.48<nF/|R2|<2.52 但し、 R1:第1面の曲率半径(但し符号は光源側に凸の形状
を正とする) R2:第2面の頂点曲率半径(但し符号は光源側に凸の
形状を正とする) f :本発明にかかる非球面コリメートレンズのF線
(波長486nmの光線)における焦点距離 d :本発明にかかる非球面コリメートレンズの中心厚 NA:本発明にかかる非球面コリメートレンズの光源側
の開口数 nF:本発明にかかる非球面コリメートレンズのF線
(波長486nmの光線)における屈折率
【0008】
【発明の実施の形態】本発明においては、前記条件式
(1)乃至(4)を同時に満足する必要がある。ここ
で、前記条件式(1)は、球面収差を良好に補正するた
めの、第1面と第2面の屈折力の配分を表すための条件
式である。この条件を外れた場合、第1面の屈折力が相
対的に大きくなり過ぎ、非球面の効果が小さくなるため
球面収差の補正が困難になる。
【0009】前記条件式(2)は、本発明にかかるコリ
メートレンズの適切な透過率と加工性の確保を両立する
ための、焦点距離と中心厚の関係を示した条件式であ
る。条件式(2)の値が下限値を下回ると、中心厚が厚
くなりすぎるため、有効な透過率が確保できない。さら
に、プレス成形によってレンズを加工する場合、冷却の
過程でレンズ自体に歪みが生じやすくなる。また、上限
値を上回ると、レンズの縁厚が小さくなりすぎるため、
加工が甚だしく困難になる。
【0010】前記条件式(3)は、光源から発した光線
を、照明に有効に利用するために必要な、コリメートレ
ンズに要求される最低限の開口数を規定した条件式であ
る。条件式(3)の値が下限値を下回ると、標本の照明
に十分な光量が得られない。前記条件式(4)は、球面
収差と正弦条件の補正を両立させるための条件式であ
る。条件式(4)の値が上限値を上回っても下限値を下
回っても、球面収差とコマ収差の補正を両立させること
が困難になり、画角を大きく取ることが困難になり、大
きさを持った光源に対応することが難しくなる。
【0011】次に本発明では、熱に対する耐性を高める
ために、構成材料を硝子とし、さらにその硝子の特性
が、以下の条件式(5)及び(6)を満足することが望
ましい。 (5)nF>1.5 (6)νd>55 但し、 νd:本発明にかかる非球面コリメートレンズを構成す
る硝子のアッベ数ここで、条件式(5)及び(6)は、
本発明に使用される硝子の特性に関する条件を示してい
る。もし、条件式(5)の値が下限値を下回った場合に
は、非球面形状に変曲点を設けることが必要になり、製
造上不都合を生じるので好ましくない。また、条件式
(6)の値が下限値を下回った場合には、波長による屈
折率の差が大きくなりすぎるため、照明波長を変化させ
るたびに焦点合わせをしなおす必要が生じ、好ましくな
い。
【0012】次に、本発明を構成する材料は、落射蛍光
用照明装置として必要な紫外線の光量を十分に確保する
ために、以下の条件式(7)及び(8)を満足すること
が望ましい。 (7)T1>0.8 (8)T2>0.95 但し、 T1:前記構成材料の厚みが10mmのときの、波長3
40nmの光線に対する内部透過率 T1:前記構成材料の厚みが10mmのときの、波長4
00nmの光線に対する内部透過率 もし、条件式(7)及び(8)の値が下限値を下回る
と、本発明は落射蛍光装置用として必要な紫外線の光量
を確保することが困難になる。
【0013】
【実施例】図1は本発明の実施例の構成を示す断面図で
ある。ここで、d0は本発明の非球面コリメートレンズ
Lと、光源Sとの距離を表す。以下に各数値実施例のレ
ンズデータを示す。本発明は、光源側から数えて第2面
が非球面であり、その形状は、光軸上の頂点を原点と
し、kを円錐定数、x軸を光軸、y軸を光軸に垂直な直
線としたとき、 x = C・y**2/(1−k・C**2・y**2)**0.5+
C2・y**2+C4・y**4+C6・y**6+C8・y**6+
C10・y**10 C=1/R2 (式中及び以下全て、a**bの表記は、aのb乗を表すも
のとする)で表される。また、本発明の焦点距離は、光
源として使用する水銀ランプの大きさや使用する装置全
体の大きさを考慮し、18〜25mm程度が望ましい。た
だし、各実施例の諸元は全て焦点距離を1mmに規格化
したときの値である。 [実施例1の諸元] f=1.0mm NA=0.57 nF=1.59602 νd=69 R1=6.1637 d=0.525 R2=−0.6388 k=0 C2=0 C4=−1.76723×10**-1 C6=−4.39508×10**-3 C8= 1.26959×10**-1 C10= 5.90515×10**-2 T340=0.88 T400=0.99 f/d=1.905 nF/|R2|=2.498 [実施例2の諸元] f=1.0mm NA=0.57 nF=1.57464 νd=71.2 R1=4.6387 d=0.550 R2=−0.6275 k=0 C2=0 C4=−1.78297×10**-1 C6=−4.42318×10**-3 C8= 1.87731×10**-1 C10= 5.06135×10**-2 T340=0.88 T400=0.99 f/d=1.818 nF/|R2|=2.509 [実施例3の諸元] f=1.0mm NA=0.57 nF=1.58995 νd=59.5 R1=5.8227 d=0.525 R2=−0.6345 k=0 C2=0 C4=−1.78619×10**-1 C6=−7.57534×10**-3 C8= 1.532175×0**-1 C10= 4.06900×10**-2 T340=0.84 T400=0.99 f/d=1.905 nF/|R2|=2.506 さらに、図3乃至図5に、実施例1乃至実施例3の収差
図を示す。これらの収差図は、本発明の実施例の性能を
明確に示すために、第2面側から平行光線を入射し、光
源側に結像させた時の収差を示している。また、各図に
おいて、非点収差図におけるmはメリディオナル像面
を、sはサジタル像面を表す。さらに、球面収差図にお
いて、Hは軸上に入射する平行光束の最大高さを、FN
はFナンバーを表し、コマ収差図において、Aは画角
を、Yは光源側の像高を表す。
【0014】これらの収差図によれば、いずれの実施例
においても良好に収差が補正されていることがわかる。
【0015】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、紫外線領
域においても良好な透過率を持ち、各収差が良好に補正
された、落射蛍光顕微鏡に最適なコリメートレンズを提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の構成図。
【図2】従来技術の構成図。
【図3】実施例1の収差図。
【図4】実施例2の収差図。
【図5】実施例3の収差図。
【符号の説明】
S :光源 L :コリメートレンズ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源から発する光束をコリメートする、正
    の屈折力を持つ両凸形状の単レンズであって、前記光源
    側から順に第1面が球面、第2面が非球面で構成され、
    以下の条件式を満足することを特徴とする非球面コリメ
    ートレンズ。 |R2|<f<|R1| 1.5<f/d<2.5 NA>0.45 2.48<nF/|R2|<2.52 但し、 R1:第1面の曲率半径(但し符号は光源側に凸の形状
    を正とする) R2:第2面の頂点曲率半径(但し符号は光源側に凸の
    形状を正とする) f :本発明にかかる非球面コリメートレンズのF線
    (波長486nmの光線)における焦点距離 d :本発明にかかる非球面コリメートレンズの中心厚 NA:本発明にかかる非球面コリメートレンズの光源側
    の開口数 nF:本発明にかかる非球面コリメートレンズのF線
    (波長486nmの光線)における屈折率
  2. 【請求項2】構成材料が硝子であって、かつ以下の条件
    を満足することを特徴とする、請求項1に記載の非球面
    コリメートレンズ。 nF>1.55 νd>55 但し、 νd:本発明にかかる非球面コリメートレンズを構成す
    る硝子のアッベ数
  3. 【請求項3】以下の条件式を満足することを特徴とす
    る、請求項2に記載の非球面コリメートレンズ。 T1>0.8 T2>0.95 但し、 T1:前記構成材料の厚みが10mmのときの、波長3
    40nmの光線に対する内部透過率 T1:前記構成材料の厚みが10mmのときの、波長4
    00nmの光線に対する内部透過率
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JP2013246255A (ja) * 2012-05-24 2013-12-09 Olympus Corp コリメートレンズ、照明装置、及び、顕微鏡
JP2014178464A (ja) * 2013-03-14 2014-09-25 Ricoh Co Ltd 光源ユニット並びに照明装置及び画像投射装置

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US9268150B2 (en) 2012-05-24 2016-02-23 Olympus Corporation Double convex collimator lens, illumination device, and microscope
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