JP4928146B2

JP4928146B2 - レンズユニット

Info

Publication number: JP4928146B2
Application number: JP2006102888A
Authority: JP
Inventors: 宏治四宮; 淳一郎原沢
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2006-04-04
Filing date: 2006-04-04
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2026-04-04
Also published as: JP2007279196A

Description

本発明は、光学顕微鏡又はその他の光学機器のためのレンズに係り、より詳細には、光学機器に用いられるレンズユニット又は複合レンズに係る。

光学顕微鏡、内視鏡、カメラ等の光学機器の各部には、筒状のレンズ枠にレンズ要素が嵌入されたレンズユニット又は複数枚のレンズが光軸方向に沿って並んで成る複合レンズユニット（必ずしもレンズ要素同士が接着されていなくてもよい。）が用いられている。典型的なレンズユニットに於いては、例えば、図３（Ａ）に示されている如く、筒状のレンズ枠１内にて、間隔枠２、３がレンズ要素４、５、６の間に介装され、該レンズ要素が、各々、光軸Ｚに沿った所定の位置に位置決めされる。そして、レンズ枠１の両端若しくは片方の端には、固定枠７が装着され、かくして、レンズ要素４−６と間隔枠２、３がレンズ枠内１にて保持されることとなる。このようなレンズユニットは、例えば、特許文献１に示されている。同文献に於いては、レンズ要素と間隔枠を適正な位置に保持するべく、レンズ要素と間隔枠に押圧力を与える機構が固定枠に設けられている。

かかるレンズユニットに於いて、図から理解される如く、間隔枠（２、３）又はレンズ要素の外周は、レンズ枠の内周に当接して嵌合するよう形成され、間隔枠又はレンズ要素が、レンズ枠内に装着されると、各レンズ要素の光軸が図中横方向にずれないよう設計されている（レンズユニットに要求される精度に応じて、間隔枠又はレンズ要素の外周とレンズ枠の内周にあそびが設けられていてよい。）。
特開２０００−８９０７６

上記の如きレンズユニットを組み立てる際に、レンズ要素と間隔枠は、一つずつ又はまとめて（例えば、予め積層された状態で）、レンズ枠内に挿入されるところ、かかる挿入時に、レンズ要素又は間隔枠が傾くと、レンズ枠の内壁に引っかかり、所定の位置に固定できないことがある（図３（Ｂ）参照。なお、図では、間隔枠が傾いた例が示されているが、レンズ要素についても同様に傾いてしまうことがある。）このようなレンズ要素又は間隔枠の傾きによるレンズ枠の内壁への引っかかりが生ずると、組み立てのやり直しが必要となったり、或いは、引っかかったレンズ要素又は間隔枠の除去ができない時には、レンズユニットを廃棄せざるをえない場合もある。また、レンズ要素又は間隔枠が所定位置の近傍で引っかかった場合など、所定位置にて適正に組み付けられているのか否かがレンズユニットの外から判断できないことがあり、光学性能の粗悪な製品となってしまう恐れがある。更に、レンズ要素又は間隔枠が傾いているにもかかわらず、固定枠を組み付けて締め込むと、レンズに不自然な歪などが発生し、光学性能を劣化される恐れがある。

本発明によれば、所謂、レンズユニット、即ち、筒状のレンズ枠と、該レンズ枠内に装着される少なくとも一つのレンズ要素と、レンズ要素をレンズ枠内の所定の位置に位置決めするための間隔枠と、レンズ枠の端部に装着されレンズ要素を所定の位置にて保持する固定枠とを含む組立体に於いて、レンズ要素又は間隔枠の傾きによる引っかかりがなく、これにより、組み立て作業が容易で且つ組み立てミスが発生せず、意図通りの光学性能を実現できるレンズユニットが提供される。

本発明のレンズユニットの一つの態様に於いては、レンズ要素又は間隔枠の外周面がその外向きに凸の球面形状部分を含むよう構成される。図３に例示されているレンズユニットに於いては、レンズ要素又は間隔枠の外周は、それらの光軸方向又は中心軸線方向について寸法が実質的に同一の円柱又は円筒状であり、従って、レンズ要素又は間隔枠がレンズ枠に挿入される際に傾いてしまうと、その傾斜方向について、レンズ要素又は間隔枠の、レンズ枠の中心軸線から放射方向に最も外側の部位までの距離（図３Ｂの間隔枠３参照）がレンズ枠の内径より大きくなって、レンズ要素又は間隔枠がレンズ枠の内壁に引っかかってしまうことがあった。しかしながら、本発明の上記の態様によれば、レンズ要素又は間隔枠の外周面の少なくとも一部を、外向きに凸の球面形状に形成することにより、レンズ要素又は間隔枠が傾いても、その外径の大きさが増大せず、かくして、レンズ要素又は間隔枠がレンズ枠の内壁に引っかかることが回避できることとなる。なお、好ましくは、レンズ要素又は間隔枠の外周面が光軸又は中心軸線に沿って全体に球面形状に形成されるが、レンズ要素又は間隔枠の加工上の制約により又はレンズ要素又は間隔枠の機械的な強度を維持するために、レンズ要素又は間隔枠の外周面全体が球面状でなくてもよい。その場合、レンズ要素又は間隔枠のレンズ枠内壁に引っかかる確率は、レンズ枠内への挿入時の傾きが大きくなると、高くなるが、従前のレンズ要素又は間隔枠の外周面全体が円筒面状に形成されるよりは低減されることは理解されるべきである。重要なことは、球面形状部分がレンズ要素又は間隔枠の中心軸線から放射方向に最も外側になるよう外周面が形成されることである。また、レンズ枠内にレンズ要素又は間隔枠を挿入後の中心軸線に垂直方向のずれを抑えるべく、レンズ枠の内径とレンズ要素又は間隔枠の外周面の球面形状部分の外径とは、嵌合が可能なように、実質的に同一であってよい。

本発明のもう一つの態様に於いては、レンズ要素又は間隔枠の外周面がその外向きに凸の円錐台面形状部分を含むよう形成されてよい。円錐台面形状は、レンズ要素又は間隔枠の中心軸に沿って一方の端面から他方の端面に向かって外径が単調に増大又は低減するように構成されてもよいが、両方の端から中央に向かって外径が増大するよう形成されてもよい。重要なことは、レンズ要素又は間隔枠の中心軸線を含む面に平行な側面又は断面に於いて外周面の円錐台面形状の部分が、中心軸線から放射方向に、即ち、外向きに、凸になるよう形成されていることである。かくして、かかる円錐台面形状部分の最外部がレンズ枠内に引っかからずに挿入されれば、前記の態様と同様に、レンズ要素又は間隔枠がレンズ枠内で移動する間に傾いても、レンズ要素又は間隔枠の、レンズ枠の中心軸線から放射方向の大きさが増大することはなく、レンズ要素又は間隔枠がレンズ枠の内壁に引っかかることを回避できることとなる。また、前記の態様と同様の理由で、レンズ要素又は間隔枠の外周面が、各々、光軸又は中心軸線に沿って全体に円錐台面形状に形成されていなくてもよいことは理解されるべきである。

上記の本発明の構成の作用効果に於ける特徴は、要すれば、レンズ枠内に於いて、レンズ要素又は間隔枠が傾いた際にレンズ枠の中心軸線からレンズ要素又は間隔枠の外周面までの最大距離が増大しないことである。かかる作用は、レンズ要素又は間隔枠の外周にリング状部材を装着することなどによっても達成され、そのような構成も本発明の範囲に属すると理解されるべきである。いずれの構成に於いても、レンズ枠内にレンズ要素又は間隔枠を挿入後の中心軸線に垂直方向のずれを抑えるべく、好適には、レンズ枠の内径とレンズ要素又は前記間隔枠の外周面の最大の外径とが実質的に同一となるよう形成される。また、表現上、間隔枠は、レンズ枠と別体に記載しているが、レンズ枠の内壁に一体的に成形されていてもよく（その場合、レンズ要素の外周面が球面状、円錐台状等に形成された部分を含むこととなる。）、そのような場合も本発明の範囲に属すると理解されるべきである。

上記の本発明に於いて、重要なことは、レンズユニットの組立又は組み付けが非常に容易になる点である。従前のレンズユニットでは、レンズ要素又は間隔枠を、それらがレンズ枠内で傾かないように、巧く嵌合させるための高度に熟練した技術が必要であった。しかしながら、本発明によれば、レンズ要素又は間隔枠が挿入時に少々傾いても、レンズ枠内にてその内壁に殆ど引っかからずに所定の位置まで移動される。そして、レンズ要素又は間隔枠がレンズ枠内に組み付けられた後、レンズ要素又は間隔枠の、所定位置における若干の傾きは、固定枠を装着することにより容易に修正されることとなる。また、このことに関連して、従来のレンズユニットの場合、レンズ要素又は間隔枠がレンズ枠内壁に引っかからないように、レンズ要素又は間隔枠の外周とレンズ枠との間に若干のあそび又は隙間を設ける必要があり、これにより、組み付け後のレンズ要素の、レンズ枠の光軸又は中心軸から放射方向のずれが生じ易くなっていた。しかしながら、本発明に於いては、（熟練した技術がなくても）レンズ要素又は間隔枠がレンズ枠内壁に引っかかる可能性が低減されるので、レンズ要素又は間隔枠の外周（の最も外側に位置する部分）とレンズ枠との間のあそびが従前に比して短くてよくなり、また、レンズ要素又は間隔枠を適正な位置に密着固定でき、従って、レンズの光学性能も向上することができることとなる。

かくして、本発明によれば、レンズ要素又は間隔枠の組み付け操作が、従前に比して格段に容易となり、作業効率が改善される。また、組み付けを失敗する可能性が低減されるため、レンズユニットの歩留まりが改善されて、製造コストを従前に比して抑えることができ有利である。本発明の構成は、例えば、光学顕微鏡の対物レンズ、接眼レンズ、コレクタレンズ、カメラ用リレーレンズ、内視鏡用のレンズ、小型カメラ等の比較的レンズユニットが小さく、レンズ枠内のレンズが適正に組み付けられているか否かが、製造者による目視で判断しにくいものに好適に採用されるが、それに限定されるものではなく、上記以外の任意の光学機器のレンズユニットに用いられてよい。本発明のその他の目的及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の説明により明らかになるであろう。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施形態について詳細に説明する。図中、同一の符号は、同一の部位を示す。

第一の実施形態
図１（Ａ）は、本発明の好ましい第一の実施形態であるレンズユニット１０の断面図を示している。同図を参照して、レンズユニット１０に於いては、図３に示された従前のレンズユニットと同様に、略円筒状のレンズ枠１１内にて、レンズ要素１４、１５、１６が、レンズユニットの光軸Ｚに沿って間隔環（又は間隔枠）１２、１３により所定の間隔にて間を置くよう嵌入される（同図に於いては、間隔環１３がレンズ枠１１に嵌入され、レンズ要素１６が、これからレンズ枠１１へ嵌入されるところが示されている。）。レンズ枠１１の下端には、光軸Ｚに直交する方向に突出した突起部１１ａが突出し、これにより、レンズ要素１４が支持される。また、レンズ枠１１の上端に於いては、レンズ要素１６がレンズ枠１１に装着された後、外周１７ａが螺刻された固定環（又は固定枠）１７が、レンズ枠１１の上端の螺刻された内面１１ｂに螺着され、これにより、レンズ要素１４−１６と間隔枠１２−１３とが、固定環１７と突起部１１ａとの間にて固定的に保持されることとなる。

上記の構成に於いて、間隔環１２、１３の光軸Ｚ方向の長さは、それぞれ、レンズ要素１４と１５との間、及び１５と１６との間が、レンズ要素１４−１６と間隔枠１２−１３が固定された状態で、所定の間隔となるような長さに設定されるところ、本発明に於いては、更に、間隔環１２、１３は、外周面が球面形状を成す部分１２ａ、１３ａを有するよう形成される。外周面の部分１２ａ、１３ａの球面は、好ましくは、レンズ枠の内径と適正に嵌合するような外径を有する球面であり、かかる球面の中心は、間隔環１２、１３がレンズ枠に挿入されると、光軸Ｚ上に位置することとなるので、間隔環１２、１３は、図中の矢印に示されている如く、レンズ枠１１の光軸Ｚを横切る方向に回転可能な状態となる（なお、間隔環１２、１３の球面形状部分１２ａ、１３ａの外周面とレンズ枠１１の内壁の間には、若干のあそびが設けられていてもよい。）。かくして、図１（Ａ）の如く、レンズ要素１４−１６を外周面に球面形状を有する間隔環１２、１３を挟んでレンズ枠１１内へ組み付ける場合に於いて、間隔環１２、１３が途中で傾いてしまったとしても、レンズ枠１１の内壁に引っかかることなく、レンズ要素１４−１６にて挟持されることにより、間隔環１２、１３は、その中心軸が光軸Ｚに一致するよう回転し、間隔環の全周がレンズ要素上に均等に当接した状態で、レンズ要素１４−１６を所定の間隔に維持できることとなる。

ところで、間隔環の外周面は、好ましくは、その外周面の全面に球面が形成されるが、レンズ要素又は間隔枠の加工上の制約により又はレンズ要素又は間隔枠の機械的な強度を維持する目的で、必ずしも外周面の全域が球面状に形成されていなくてもよい。例えば、図１（Ａ）から理解される如く、中心軸線方向の長さが比較的短い間隔環１３の外周面は、その全面が球面形状に形成されてよいが、中心軸線方向の長さが比較的長い間隔環１２では、仮に上端又は下端まで球面状に形成されたとすると、上端又は下端の環の厚みが薄くなり、そこに当接するレンズ要素を安定的に保持することができなくなるおそれがある。そこで、図示の如く、間隔環１２は、その両端部１２ｂが断面でみて平坦状、即ち、円筒状に形成されてよい（円筒面は、図１（Ｂ）の如く、間隔環の一方の端にのみ形成されていてもよい。）。間隔環１２の如く、外周面の全域が球面形状に形成されていない場合に間隔環１２が大きく傾くと、端部１２ｂがレンズ枠１１の内壁にひっかかる可能性があるが、その引っかかった端部１２ｂの（光軸Ｚを挟んだ）向かい側の外周面は、球面形状となっているので、容易に端部１２ｂの引っかかりは解放される。また、逆に、平坦な端部１２ｂが存在することにより、間隔環１２の傾きのストッパーとなり、間隔環１２が大きく傾いてしまうことを阻止することもできる。

かくして、上記の本発明の構成によれば、間隔環１２、１３とレンズ要素１４−１６の組み付けの際に、間隔環１２、１３の傾きを殆ど気にする必要がなくなり、設計通りの光学性能を実現するレンズユニットの組立作業が容易になる。

なお、図１（Ａ）の例では、間隔環の外周面のみに球面形状が形成されているが、図１（Ｂ）に示されている如く、レンズ要素１４−１６の外周面１４ａ、１５ａ又は１６ａも、間隔環の場合と同様に、球面形状に形成されていてよい。その場合には、間隔環１２、１３だけでなく、レンズ要素１４−１６の傾きも殆ど気にすることなく、レンズユニットの組み付けが行えることとなる。また、図１（Ｃ）に示されている如く、例えば、レンズ要素（１４、１５）がレンズ環枠（１８、１９）に嵌めこまれた状態で、レンズ枠１１に挿入される場合には、レンズ環枠の外周面１８ａ、１９ａに球面形状が形成されていてもよい。また、更に、図１（Ｄ）に示されている如く、レンズ環枠（１８、１９）に嵌め込まれたレンズ要素（１４、１５）が採用される場合に、レンズ環枠１８、１９に嵌め込まれるレンズ要素の外周面１４ａ、１５ａが球面形状を有していてもよい。重要なことは、図１（Ａ）−（Ｄ）のいずれの場合も、言わば、球体をその最大径部分を含むように切り出した形状の構成要素（レンズ要素、間隔枠又はレンズ環枠）を円筒内（レンズ枠１１内）にて積層させる構造となるので、積層された構成要素を上下から把持することにより、各々の要素がレンズ枠内にて自動的に光軸Ｚに沿って整合し、かくして、レンズユニットの組立が非常に容易になるということである。

第二の実施形態
上記の第一の実施形態に於いては、レンズ枠１１に挿入される構成要素（レンズ要素、間隔枠、レンズ環枠）の外周面に球面形状が形成されることにより、各構成要素の中心軸がレンズ枠１１の光軸Ｚから傾いても、構成要素の最も外側の部位の光軸Ｚからの距離が変化せず、構成要素がレンズ枠１１の内壁に引っかからずに所定位置まで移動できることとなった。このような作用効果は、構成要素がレンズ枠１１内に挿入され適正な向きにて配置された際に、構成要素の外周面がレンズ枠の内壁と周方向に線接触した状態にて係合し、構成要素の中心軸が光軸Ｚから傾いた際に、構成要素の（傾斜方向の）外周面の光軸Ｚからの距離が短くなるような構成によっても達成できる。

図２（Ａ）は、そのような構成を有する実施形態の断面図を示している。同図を参照して、本実施形態の間隔環２２、２３の外周面は、断面でみて、その中心軸方向の両端から中央に向けて外向きに凸となるような円錐台面形状に形成される（二つの円錐台面の大径側を互いに貼り合せた状態）。かかる構成によれば、端部領域の外径がレンズ枠１１の内径より短いので、間隔環２２、２３のレンズ枠１１への挿入時に、間隔環２２、２３が傾いたとしても、レンズ枠１１の内壁に引っかかる可能性が低減され、かくして、間隔環２２、２３は、レンズ枠１１内の所定の位置まで容易に到達されることとなる。また、間隔環２２、２３は、所定の位置にて傾いていたとしても、第一の実施形態の場合と同様に、レンズ要素１４−１６により挟持され、固定環１７がレンズ枠１１に装着されることにより、傾きが修正され、間隔環の全周がレンズ要素上に均等に当接した状態で、レンズ要素１４−１６を所定の間隔に維持できることとなる。なお、図示していないが、レンズ要素１４−１６の外周面、又はレンズ要素が嵌め込まれるレンズ環枠の外周面が外向きに凸となるような円錐台面形状に形成されていてもよい。更に、図２（Ａ）の例では、間隔枠に於いて、図でみて、上下両端から間隔枠の中央へ向けて外径が増大するように、外周面が外向きに凸となっているが、一方の端部から他方の端部へ外径が漸増するよう形成されていても、上記と同様の作用効果が得られ、そのような場合も本発明の範囲に属する。また、図２（Ｂ）の如く、間隔環（３２、３３）として、その外径が、レンズ枠１１の内径よりも小さいが、その外周にリング状部材３５を巻装した円環部材を採用しても、上記と同様の作用効果が得られる。

第一の実施形態の場合には、構成要素の外周面は、球面であるので、機械的に破損しにくく、また、構成要素の外周面がレンズ枠内壁に当接した状態になるので、構成要素がレンズ枠へ挿入中に大きく傾く可能性が低減されるという利点を有する一方、第二の実施形態は、外周面の加工が容易であるという利点を有する。また、いずれの場合にも、構成要素が傾いてもレンズ枠内壁に引っかかって移動できなくなる可能性が低いので、構成要素の外周面とレンズ枠内壁とのあそびを、より短くすることが可能であり、また、レンズ要素又は間隔枠を適正な位置に密着固定でき、従って、レンズユニットの光軸Ｚから放射方向のレンズ要素の位置の精度が向上され、レンズユニットの光学性能を改善することが可能となる。

以上の説明は、本発明の実施の形態に関連してなされているが、当業者にとつて多くの修正及び変更が容易に可能であり、本発明は、上記に例示された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の概念から逸脱することなく種々の装置に適用されることは明らかであろう。

図１は、本発明のレンズユニットの第一の実施形態の側方断面図である。（Ａ）は、間隔環の外周面に、（Ｂ）は、間隔環とレンズ要素の外周面に、（Ｃ）は、レンズ環枠の外周面に、（Ｄ）は、レンズ環枠に嵌め込まれるレンズ要素の外周面に、それぞれ、球面形状が形成されている例を示している。なお、球面形状部分の曲面は、明瞭に記載する目的で、やや誇張して示している。図２（Ａ）は、間隔環の外周面がレンズ枠の光軸Ｚから見て外向きに凸の円錐台面形状に形成されている実施形態を示す。図２（Ｂ）は、間隔環の外周にリング部材が巻装されている実施形態を示す。図３（Ａ）は、組み立てられた状態の従来のレンズユニットの側方断面図であり、図３（Ｂ）は、その組み立て中の側方断面図である。

符号の説明

１…レンズ枠
２、３…間隔環（間隔枠）
４、５、６…レンズ要素
７…固定環（固定枠）
１１…レンズ枠
１２、１３、２２、２３、３２、３３…間隔環（間隔枠）
１４、１５、１６…レンズ要素
１７…固定環（固定枠）
１８、１９…レンズ環枠
３５…リング部材

Claims

レンズユニットであって、筒状のレンズ枠と、該レンズ枠内に装着される少なくとも一つのレンズ要素と、該レンズ要素を前記レンズ枠内の所定の位置に位置決めするための間隔枠と、前記レンズ枠の端部に装着され前記レンズ要素を所定の位置にて保持する固定枠とを含み、前記レンズ要素又は前記間隔枠の外周面がその外向きに凸の球面形状部分を含み、前記レンズ枠の内径と前記レンズ要素又は前記間隔枠の外周面の球面形状部分の外径とが実質的に同一であり、前記レンズ枠内で前記レンズ要素又は前記間隔枠が傾いた際に前記レンズ枠の中心軸線から前記レンズ要素又は前記間隔枠の外周面までの最大距離が増大しないことを特徴とするレンズユニット。
レンズユニットであって、筒状のレンズ枠と、該レンズ枠内に装着される少なくとも一つのレンズ要素と、該レンズ要素を前記レンズ枠内の所定の位置に位置決めするための間隔枠と、前記レンズ枠の端部に装着され前記レンズ要素を所定の位置にて保持する固定枠とを含み、前記レンズ要素又は前記間隔枠の外周面がその外向きに凸の円錐台面形状部分を含み、前記レンズ枠の内径と前記レンズ要素又は前記間隔枠の外周面の最大の外径とが実質的に同一であり、前記レンズ枠内で前記レンズ要素又は前記間隔枠が傾いた際に前記レンズ枠の中心軸線から前記レンズ要素又は前記間隔枠の外周面までの最大距離が増大しないことを特徴とするレンズユニット。
レンズユニットであって、筒状のレンズ枠と、該レンズ枠内に装着される少なくとも一つのレンズ要素と、該レンズ要素を前記レンズ枠内の所定の位置に位置決めするための間隔枠と、前記レンズ枠の端部に装着され前記レンズ要素を所定の位置にて保持する固定枠とを含み、前記レンズ要素又は前記間隔枠の外周にリング状部材が装着され、前記レンズ枠の内径と前記レンズ要素又は前記間隔枠の前記リング状部材の最大の外径とが実質的に同一であり、前記レンズ枠内で前記レンズ要素又は前記間隔枠が傾いた際に前記レンズ枠の中心軸線から前記レンズ要素又は前記間隔枠の前記リング状部材の最大外径までの距離が増大しないことを特徴とするレンズユニット。