JP2006030894A - 光学レンズとレンズシステム - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ組み立てでの調芯精度を向上させ、散乱光の影響も改善される光学レンズを提供すること。
【解決手段】第一レンズと第二レンズを有するレンズシステムを提供する。第一レンズには第一外側ループおよび第一レンズの第一外側ループ上に配置された少なくとも一つの突起がある。加えて、第一レンズに第二レンズが当接している。第二レンズには第二外側ループおよび第二レンズの第二外側ループ上に配置された少なくとも一つの凹みがある。第一外側ループは第二外側ループに当接しており、突起は凹みに嵌っている。よって、第一レンズと第二レンズは優れた調芯精度を有している。
【選択図】図３Ａ

Description

概略的にいえば本発明はレンズに関するものである。さらに言えば、本発明は光学レンズとレンズシステムに関するものである。

望遠鏡、カメラ、顕微鏡、光学的投影システムのような種々の装置においては、光学システムが重要な構成要素である。前述した光学システムでは一般的に、画像品質はそのレンズに大きく依存する。以下において、従来のレンズについて詳細に述べる。

図１は従来のレンズを概略的に示す断面図である。図1において、従来のレンズ１００には、鏡胴１１０、第一レンズ１２０、バッフル（隔壁）１３０、第二レンズ１４０、マウント１５０、フィルター１６０、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）センサー１７０がある。鏡胴１１０には、受光するための受光開口部１１０ａと収容スペース１１０ｂがあり、そして収容スペース１１０ｂには第一レンズ１２０、バッフル１３０、第二レンズ１４０、マウント１５０が順次配置されている。バッフル１３０は第一レンズ１２０と第二レンズ１４０の間に配置されている。加えて、第一レンズ１２０の一部は受光開口部１１０ａにより露出しいる。マウント１５０には光が出て行く放光開口部１５０ａがあり、第二レンズ１４０の一部は放光開口部１５０ａにより露出している。さらに、ＣＣＤセンサー１７０がマウント１５０の後方の光路に配置されており、フィルター１６０がマウント１５０とＣＣＤセンサー１７０の間の光路に配置されている。

よって、従来のレンズ１００の画像品質は、第一レンズ１２０と第二レンズ１４０の調芯精度で決まる。第一レンズ１２０の光軸と第二レンズ１４０の光軸が一致しているのが好ましい。しかしながら、実際は第一レンズ１２０の光軸と第二レンズ１４０の光軸が一致せず、よって従来のレンズ１００の光学特性は調芯誤差によって決まることになる。図１で示す拡大図において、従来のレンズ１００では、第一レンズ１２０と第二レンズ１４０の調芯度は、第一レンズ１２０および第二レンズ１４０と鏡胴１１０の内壁との組み立てにより決まる。よって、第一レンズ１２０と第二レンズ１４０の調芯精度は、鏡胴１１０の内壁の加工精度の影響を受ける。最近では、鏡胴１１０の加工は、コンピューター数値制御（ＣＮＣ）旋盤またはＣＮＣ中繰り盤を使って行われる。しかしながら一般的に、鏡胴１１０内壁の最高加工精度は約１０μｍまでである。よって、第一レンズ１２０と第二レンズ１４０の調芯誤差は５μｍ以上であり、調芯に鏡胴１１０を使用する従来のレンズ１００では限界がある。とくに、調芯のために鏡胴１１０を使用する従来のレンズ１００は、高精度を要求する光学機器には適していない。さらに、従来のレンズ１００の光学特性を、以下に記述する光学シミュレーション解析を使って解析する。

図２は、従来のレンズにおいて光学シミュレーション解析した概略図である。図２において光１８０は、鏡胴１１０の受光開口部１１０ａ、第一レンズ１２０、バッフル１３０の開口部１３０ａ、第二レンズ１４０、マウント１５０の放光開口部１５０ａ、フィルター１６０を通ってＣＣＤ１７０に投射される。光１８０の一部が画像光源１８０ａに、光１８０の別の一部は不要な散乱光１８０ｂとなり、画像品質は散乱光１８０ｂの影響を受ける。注意すべきことは、光１８０が、フィルター１６０で、および第一レンズ１２０と第二レンズ１４０の界面で、反射することより、散乱光１８０ｂの一部が出来ることである。加えて、散乱光１８０ｂの別の一部は、ＣＣＤセンサー１７０で、およびマウント１５０の表面で、光１８０が反射することで出来る。第一レンズ１２０と第二レンズ１４０の間に配置されたバッフル１３０を、散乱光を吸収するために黒い色の低反射率材料で構成しているにも拘らず、バッフル１３０の改良効果は明らかではない。

よって本発明の課題は、レンズ組み立てでの調芯精度を向上させ、散乱光の影響も改善される光学レンズを提供することである。

加えて本発明の課題は、レンズ組み立てにおける調芯誤差を改善するレンズシステムを提供することである。

本発明の実施例の一つにより提供される光学レンズは、例であり制限されるものではないが、鏡胴、第一レンズ、第二レンズで構成する。例であり制限されるものではないが、鏡胴には受光開口部と収容スペースがあり、収容スペースと受光開口部は繋がっている。第一レンズは収容スペース内に配置されており、例であり制限されるものではないが、第一レンズには第一外側ループおよび第一外側ループ上に配置した少なくとも一つの突起があり、第一レンズの一部は受光開口部により露出している。さらに、第二レンズが収容スペースに配置されており、第一レンズに嵌っている。例であり制限されるものではないが、第二レンズには第二外側ループおよび第二外側ループ上に配置した少なくとも一つの凹みがあり、第一外側ループが第二外側ループに当接しており、そして突起は凹みに嵌っている。

本発明の実施例の一つによれば、突起は例えば半球状突起で構成しており、凹みは例えば半球状凹みで構成しており、半球状突起が半球状凹みに嵌っている。本発明の別の実施例によれば、突起には例えば環状突起が含まれ、凹みには例えば環状凹みが含まれ、環状突起が環状凹みに嵌っている。

本発明の実施例によれば、例であり制限されるものではないが、光学レンズは更に第一レンズと第二レンズ間に配置したバッフルを有する。

本発明の実施例によれば、例であり制限されるものではないが、光学レンズは更に収容スペース内に配置され第二レンズに嵌ったマウントを有し、第二レンズの一部がマウントの放光開口部により露出している。

本発明の実施例によれば、例であり制限されるものではないが、光学レンズは更にマウント後方の光路上に配置した撮像要素を有する。

本発明の実施例によれば、例であり制限されるものではないが、光学レンズは更にマウントと撮像要素間の光路上に配置されたフィルターを有する。

本発明の別の実施例によれば、例であり制限されるものではないが、提供されるレンズシステムには第一レンズと第二レンズが配設される。例であり制限されるものではないが、第一レンズには第一外側ループおよび第一外側ループ上に配置した少なくとも一つの突起がある。加えて、第二レンズは第一レンズに嵌っている。第二レンズには第二外側ループおよび第二外側ループ上に配置した少なく一つの凹みがある。第一外側ループは第二外側ループに当接しており、突起は凹みに嵌っている。

本発明の実施例によれば、突起には例えば半球状突起が含まれ、凹みには半球状凹みが含まれ、半球状突起が半球状凹みに嵌っている。

本発明の実施例によれば、突起は例えば環状突起で構成しており、凹みは環状凹みで構成しており、環状突起は環状凹みに嵌っている。

よって、本発明によるレンズシステムにおいては、突起と凹みを嵌めることにより第一レンズと第二レンズを組み立てる。よって、本発明によるレンズシステムの調芯精度と組み立て精度が改善される。加えて、本発明による光学レンズでは、突起と凹みを嵌めることによりレンズを組み立てるので、レンズの調芯誤差が減少する。よって、本発明による光学レンズは卓越した光学特性を有する。

本発明の特徴やメリットの一つまたは一部または全ては、本発明の好ましい実施例を示し記述している以下の説明により、本発明を実施するために最適の形態の一つを簡単に図示することにより、当該技術に精通した者には明らかであろう。本発明を具体化するに当接して異なった実施例も可能であり、本発明から離れることなく種々の観点で細かい修正も可能である。よって、図や説明は本質的に例示として見なされるものであり、制限するものではない。

本発明の好ましい実施例を図示している添付図面を参照して、以下に本発明について説明する。しかしながら、本発明を異なった多くの形態で実施することもでき、以下の実施例に制限して解釈されるべきものではない。むしろ、この公開が周到で完全になり、当該技術で精通した者に本発明の範囲が伝わるように、これらの実施例を提供している。添付図面全体に亘って、同様な要素に同様な番号を参照している。

図３Ａは、本発明の実施例の一つによるレンズシステムを図示する概略断面図である。図３Ａにおいて、例であり制限されるものではないが、レンズシステム２００にはレンズ２１０およびレンズ２２０がある。レンズ２１０には例えば外側ループ２１０ａと少なくとも一つの突起２１２があり、突起２１２は外側ループ２１０ａ上に配置されている。加えて、レンズ２２０はレンズ２１０に嵌っている。レンズ２２０には例えば外側ループ２２０ａおよび少なくとも一つの凹み２２２があり、凹み２２２は外側ループ２２０ａ上に配置されている。外側ループ２１０ａは外側ループ２２０ａに当接しており、突起２１２は（図３Ａの拡大図で示すように）凹み２２２に嵌っている。

図３Ｂは、本発明の実施例の一つによるレンズを図示する正面図である。図３Ａと図３Ｂにおいて、レンズ２１０とレンズ２２０の材料は例えば透明ガラス、透明プラスチック、あるいは別の透明材料で構成してもよい。加えて、第一レンズ２１０の突起２１２は例えば半球状突起で構成し、突起２１２を第一外側ループ２１０ａ上に配置している。突起２１２は図３Ｂで示すように配置してもよい。第二レンズ２２０の凹み２２２は例えば半球状凹みで構成する。注意すべきことは、各半球状突起が対応する半球状凹みに嵌ることである。さらに、第一レンズ２１０と第二レンズ２２０の加工は、例えばダイアモンド研磨機を使って行ってもよい。よって、レンズ２１０の突起２１２およびレンズ２２０の凹み２２２の形状精度は、約０．２μｍ以下である。

図３Ｂに関して、レンズ２１０の突起２１２とレンズ２２０の凹み２２２の形状精度が約０．２μｍ以下であるので、レンズ２１０とレンズ２２０を組み立てる調芯誤差は極端に小さい。よって、本発明によるレンズシステム２００では光軸の偏芯量が、従来のレンズシステムと較べて効果的に改善される。さらに、鏡胴により組み立てる従来のレンズと較べて、本発明によるレンズシステム２００では、偏芯誤差、傾斜誤差のような光学誤差が小さく、光軸とレンズの直角度が優れている。よって、レンズシステム２００は、レーザー装置、顕微鏡、望遠鏡、暗視眼鏡のように高精度を要求される種々の光学機器に適用できる。

図３Ｃは本発明の実施例の一つによる別の突起配置図である。図３Ｃにおいて、レンズシステム２００には三つの突起２１２がある。よって、図３Ｂと較べて図３Ｃでは、レンズ２１０とレンズ２２０の組み立て精度が向上する。注意すべきことは、本発明によるレンズシステム２００の突起２１２の位置と配分は、本発明の図３Ｂと図３Ｃの実施例および図面に制限されないことである。本発明において、レンズ２１０とレンズ２２０の組み立ての精度および利便性を向上するために、色々な数の突起２１２を種々に配分することがある。

図４Ａは、本発明の実施例の一つによる第一レンズを図示する正面図である。注目すべきことは、図３Ａにおいては突起２１２を半球状突起で構成し、凹み２２２を図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃで示すように半球状凹みで構成していることである。しかし図４Ａにおいては、突起２１２を環状突起で構成し、凹み２２２を環状凹みで構成していることである。

図４Ｂは、本発明の実施例の一つによる突起配置図である。注目すべきことは、図４Ａにおいては突起２１２を単一の環状突起で構成しているのに対し、図４Ｂでは突起２１２を複数の環状突起で構成している。本発明においては、環状突起はいずれの配分密度、幅、突起数であってもよい。

よって、本発明によるレンズシステム２００では、レンズを嵌めるにあたって、半球状突起と半球状凹みを使用する、または環状突起と環状凹みを使用する方法に制限されない。むしろ本発明の範囲には、レンズシステム２００のレンズ２２０にレンズ２１０を嵌めるいかなる方法も含まれる。加えて、本発明によるレンズシステム２００は、レンズ２１０とレンズ２２０の組み立てに制限されない。むしろ本発明の範囲には、いかなる数のレンズの組み立ても含まれる。さらに、本発明によるレンズシステム２００は、光学機器の画像品質を向上するために各種の光学機器に適用できる。さらに、本発明によるレンズシステム２００を光学レンズに適用することについて以下に記述するが、記述は本発明によるレンズシステム２００の適用範囲を制限するために使用するものではない。

図５Ａは、本発明の実施例の一つによる光学レンズを図示する分解断面図である。図５Ｂは、本発明の実施例の一つによる光学レンズを図示する組合せ断面図である。図５Ａと図５Ｂにおいて、例であり制限されるものではないが、光学レンズ３００は、鏡胴３１０、レンズ２１０、レンズ２２０、バッフル３２０、マウント３３０、フィルター３４０、撮像要素３５０で構成している。鏡胴３１０は例えば、受光開口部３１０ａおよび収容スペース３１０ｂで構成し、収容スペース３１０ｂは受光開口部３１０ａと繋がっている。加えて、レンズ２１０は収容スペース３１０ｂ内に配置されており、レンズ２１０の一部は図５Ｂで示すように受光開口部３１０ａにより露出している。さらに、レンズ２２０は収容スペース３１０ｂ内に配置されて第一レンズ２１０に当接しており、第二レンズ２２０の凹み２２２は図５Ｂで拡大して示すように第一レンズ２１０の突起２１２に嵌っている。注意すべきことは、図５Ａと図５Ｂにおける突起２１２と凹み２２２の形状、配分、量は、図３Ｂ、図３Ｃ、図４Ａ、図４Ｂに示す突起２１２と凹み２２２と類似でもよいことである。しかし、図５Ａと図５Ｂにおける突起２１２と凹み２２２の形状、配分、量は、本発明による実施例により制限されるものではない。

図５Ｂにおいて、バッフル３２０はレンズ２１０とレンズ２２０の間に配置されている。加えて、マウント３３０が収容スペース３１０ｂ内に配置され、第二レンズ２２０に当接している。マウント３３０は例えば、レンズ２２０の一部を露出するための放光開口部を有している。さらに撮像要素３５０がマウント３３０の後方の光路上に配置されている。さらに、フィルター３４０がマウント３３０と撮像要素３５０の間の光路上に配置されている。バッフル３２０、マウント３３０、フィルター３４０、撮像要素３５０はオプションであることに注意すべきである。

さらに、例であり制限されるものではないが、バッフル３２０の材料は低反射性材料で構成する。例であり制限されるものではないが、反射散乱光の影響を減らすために、低反射性材料は黒色ポリマーで構成する。加えて、例であり制限されるものではないが、フィルター３４０は赤外線フィルター（ＩＲフィルター）または別のフィルターで構成する。さらに、例であり制限されるものではないが、撮像要素は電荷結合デバイス（ＣＣＤ）センサー、相補型金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）イメージセンサー、または別の撮像要素で構成する。光学レンズ３００の組み立ての利便性を向上するために、例であり制限されるものではないが、鏡胴３１０はさらに鏡胴３１０の外面に配置したねじ３１２を有していることもある。しかし、鏡胴３１０のねじ３１２もオプションである。さらに、本発明による光学レンズ３００の光学的特性を、それについての光学的シミュレーション解析により説明する。

図６は、本発明の実施例の一つによる光学レンズの光学シミュレーション解析概略図である。図６において、光３６０は、鏡胴３１０の受光開口部３１０ａ、第一レンズ２１０、バッフル３２０、第二レンズ２２０、マウント３３０の放光開口部３３０ａ、フィルター３４０を通って、撮像要素３５０上に投射する。光３６０の一部は画像光源３６０ａとなるが、光３６０の別の一部が不要な散乱光３６０ｂとなる。注意すべきことは、光３６０の一部がフィルター３４０の表面で反射して第一レンズ２１０と第二レンズ２２０の界面に入射すると、突起２１２と凹み２２２のカーブ構造により反射光３６０の一部を散乱させ、散乱光３６０ｂを減少する。図２で示す従来のレンズと違って、図６に示す本発明による光学レンズ３００の突起２１２および凹み２２２の構造により、反射光３６０の一部が散乱されることである。よって、散乱光３６０ｂの量が効率的に減少し画像品質が向上する。本発明において、突起２１２を第一レンズ２１０に配置する必要がなく、凹み２２２を第二レンズ２２０に配置する必要はないことにも注意すべきである。代わりに、凹み２２２を第一レンズ（図示していない）に配置することもあり、突起を第二レンズ（図示していない）に配置することがあり、それにより第一レンズ２１０と第二レンズ２２０の組み立ての調芯精度を高められる。

まとめると、本発明において、第一レンズ２１０と第二レンズ２２０の組み立ての調芯精度が突起２１２と凹み２２２により高まるだけでなく、光学レンズ３００の散乱光の影響が減少する。よって画像品質が更に向上する。加えて、突起２１２と凹み２２２の配分、位置、数と曲率を、光学シミュレーション解析により最適化することができる。よって、レンズ２１０とレンズ２２０の組み立ての調芯精度が向上し、光学レンズ３００の画像品質が改善される。

よって、本発明による光学レンズとレンズシステムには少なくとも次のような利点がある。第一に、従来の光学システムでは、レンズの組み立ては鏡胴を使って行い、鏡胴内壁の加工精度は約１０μｍである。しかし、本発明による光学レンズとレンズシステムでは、レンズの組み立てを突起２１２と凹み２２２の嵌め合わせで行い、そのときの突起２１２と凹み２２２の加工精度は約０．２μｍである。よって、本発明による光学レンズとレンズシステムの調芯精度が改善され、調芯誤差は約０．２μｍである。レンズ２１０とレンズ２２０の加工精度が改善されるので、レンズ２１０とレンズ２２０の調芯精度も改善される。

さらに、本発明によるレンズシステムでは、レンズ２１０とレンズ２２０の組み立てを嵌め合わせにより行う。注意すべきことは、二つの本発明によるレンズを嵌め合わせにより組み立てられるだけでなく、多数のレンズも嵌め合わせにより組み立てられることである。よって、レンズ組み立てでの調芯精度を改善することができる。

加えて、従来技術と違って、本発明による光学レンズは突起と凹みを嵌め合わせることにより組み立てられる。よって、光学特性だけでなく組み立ての効率も改善される。

本発明による好ましい実施例についての前述の記述は、図示と説明のために記載されている。それは全てを網羅しているものでもなく、本発明を公開した精密な形態または説明的な実施例に制限するものでもない。よって、前記の記述は限定的なものではなく、むしろ例示的であるとみるべきである。多くの修正案や変形案が当該技術において精通した者には明らかであることは明白である。本発明の原理と最良形態の実際例をうまく説明し、それにより当該技術に精通したものが種々の実施例のためにそして意図する特定の使用または実施に適合しているような種々の修正案のある本発明を理解するために、実施例を選んで説明している。本発明の適用範囲は添付の請求項および同等のもので定義され、そこでは特に述べない限り全ての条件が理に適って最も広い意味で解釈されるものとする。請求項で定義している本発明の適用範囲から離れることなく、当該技術に精通したものが記述の実施例において、変形体が作られることと考えるべきである。さらに、ここでの公開においていずれの要素もいずれの部品も、要素または部品が請求項で明白に挙げているかどうかに拘らず、一般に供用されることを意図していない。

添付の図面は本発明をより理解するために提供するののであり、この明細書に組み入れられ一部を構成する。図面は本発明の実施例を図示しており、記述と一緒で本発明の原理を説明する役割をしている。

従来のレンズを図示する概略断面図。 従来のレンズでの光学シミュレーション解析の概略図。 本発明の実施例の一つによるレンズシステムを図示する概略断面図。 本発明の実施例の一つによるレンズを図示する正面図。 本発明の実施例の一つによる突起配置図。 本発明の実施例の一つによる第一レンズを図示する正面図。 本発明の実施例一つによる突起配置図。 本発明の実施例の一つによる光学レンズを図示する分解断面図。 本発明の実施例の一つによる光学レンズを図示する組合せ断面図。 本発明の実施例の一つによる光学レンズについて光学シミュレーション解析の概略図。

符号の説明

１００ 従来のレンズ
１２０ 第一レンズ
１４０ 第二レンズ
１５０ マウント
１６０ フィルター
１７０ ＣＣＤセンサー
１８０ 光
１８０ｂ 散乱光
２００ レンズシステム
２１０ 第一レンズ
２１０ａ 外側ループ
２１２ 突起
２２０ 第二レンズ
２２０ａ 外側ループ
２２２ 凹み
３００ 光学レンズ
３１０ 鏡胴
３１０ａ 受光開口部
３１０ｂ 収容スペース
３１２ ねじ
３２０ バッフル
３３０ マウント
３３０ａ 放光開口部
３４０ フィルター
３５０ 撮像要素
３６０ 光
３６０ａ 画像光源
３６０ｂ 散乱光

Claims (10)

1. 受光開口部と収容スペースを有する鏡胴であって、前記収容スペースが前記受光開口部に結合されている鏡胴と、
   収容スペース内に配置された第一レンズであって、前記第一レンズは第一外側ループと少なくとも一つの突起を有し、前記突起は前記第一外側ループ上に配置され、第一レンズの一部が受光開口部により露出している第一レンズと、
   収容スペース内に配置され第一レンズに嵌合した第二レンズであって、前記第二レンズには第二外側ループと少なくとも一つの凹みがあり、前記凹みは前記第二外側ループ上に配置され、前記第一外側ループは前記第二外側ループに当接し、前記突起が前記凹みに嵌っている第二レンズとを有する光学レンズ。
2. 突起を半球状突起で構成し、凹みを半球状凹みで構成し、半球状突起が半球状凹みに嵌っていることを特徴とする請求項１に記載の光学レンズ。
3. 突起を環状突起で構成し、凹みを環状凹みで構成し、環状突起が環状凹みに嵌っていることを特徴とする請求項１に記載の光学レンズ。
4. 第一レンズと第二レンズの間に配置されたバッフルを有することを特徴とする請求項１に記載の光学レンズ。
5. 収容スペース内に配置され第二レンズに当るマウントを有しており、そのときマウントには第二レンズの一部を露出するための放光開口部があることを特徴とする請求項１に記載の光学レンズ。
6. マウント後方の光路上に配置された撮像要素を有することを特徴とする請求項５に記載の光学レンズ。
7. マウントと撮像要素間の光路上に配置されたフィルターを有していることを特徴とする請求項６に記載の光学レンズ。
8. 第一外側ループと少なくとも一つの突起を有する第一レンズであって、前記突起が前記第一外側ループ上に配置された第一レンズと、
   第一レンズに嵌合した第二レンズであって、前記第二レンズは第二外側ループと少なくとも一つの凹みを有し、前記凹みは前記第二外側ループ上に配置され、前記第一外側ループは第二外側ループに当接し、前記突起が前記凹みに嵌っている第二レンズとを有するレンズシステム。
9. 突起を半球状突起で構成し、凹みを半球状凹みで構成し、半球状突起が半球状凹みに嵌っていることを特徴とする請求項８に記載のレンズシステム。
10. 突起を環状突起で構成し、凹みを環状凹みで構成し、環状突起が環状凹みに嵌っていることを特徴とする請求項８に記載のレンズシステム。

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