特許 7025908 レンズ保持機構及び発光ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-16

(45)【発行日】2022-02-25

(54)【発明の名称】レンズ保持機構及び発光ユニット

(51)【国際特許分類】

   G02B 7/02 20210101AFI20220217BHJP

   G03B 15/02 20210101ALI20220217BHJP

   G03B 15/05 20210101ALI20220217BHJP

   G02B 3/04 20060101ALI20220217BHJP

【ＦＩ】

G02B7/02 A

G02B7/02 B

G03B15/02 F

G03B15/02 S

G03B15/05

G02B3/04

G02B7/02 Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2017231848

(22)【出願日】2017-12-01

(65)【公開番号】P2019101217

(43)【公開日】2019-06-24

【審査請求日】2020-11-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】110001612

【氏名又は名称】きさらぎ国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】福本 泰

【審査官】藏田 敦之

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００５／０１６２１２７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】実開昭６４－０３２５０８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００２－２５０８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０８４３９０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ７／０２ － ７／１６

Ｇ０３Ｂ １５／０２ －１５／０５

Ｇ０２Ｂ ３／００ － ３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光軸方向に離間する入射面及び出射面、並びに、前記入射面側から前記出射面側にかけて拡径し、前記出射面から出射される光の一部をコリメートするテーパ面を備えるレンズと、
前記レンズを収容する鏡筒と、
前記鏡筒に収容されたレンズに前記出射面側から当接し、前記レンズとの当接部が前記鏡筒の基準軸と垂直な平面に沿って形成されている第１当接部材と、
前記鏡筒に収容されたレンズの前記テーパ面に当接し、前記レンズとの当接部が前記鏡筒の基準軸上に中心点を有する円に沿って形成され、前記第１当接部材と共に前記レンズを挟持する第２当接部材と
を備え、
前記第１当接部材及び前記第２当接部材によって前記レンズを挟持する際、前記第２当接部材によって前記レンズのテーパ面が押圧され、これによって、前記レンズの光軸と前記鏡筒の基準軸とが位置決めされる方向に、前記レンズが前記当接部に対し前記平面に沿って摺動する
レンズユニット。

【請求項2】

前記第１当接部材は前記鏡筒の一部であり、
前記第２当接部材は、前記鏡筒の内周面と同軸状態で嵌合する外周面を有する
ことを特徴とする請求項１記載のレンズユニット。

【請求項3】

前記第２当接部材は前記鏡筒の一部であり、
前記第１当接部材は、前記鏡筒の内周面と同軸状態で嵌合する外周面を有する
ことを特徴とする請求項１記載のレンズユニット。

【請求項4】

ベース部材と、
前記ベース部材に取り付けられた発光装置と、
前記ベース部材の嵌合面と同軸状態で嵌合する請求項１～３のいずれか１項に記載のレンズユニットと
を備えることを特徴とする発光ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レンズ保持機構及び発光ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

発光装置と、この発光装置の発光面側に配置されたコリメータレンズと、を備える発光ユニットが知られている。近年、この様な発光ユニットにおいて、発光装置としてレンズ付きＬＥＤ装置を、コリメータレンズとしていわゆるＬＥＤレンズを使用する場合がある（特許文献１）。ＬＥＤレンズは、例えば射出成形等によって大量生産可能であり、通常の集光レンズよりも安価である。また、レンズ付きＬＥＤ装置に直接取り付け可能であるため、効果的なコリメートが可能である。

【0003】

ＬＥＤレンズとしては、様々な態様のものが使用されているが、例えば、光軸方向に離間する入射面及び出射面、入射面側から出射面側にかけて拡径するテーパ面、並びに、テーパ面及び出射面の間に設けられた外周面を備えるものがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】米国特許第８０７５１６５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

例えば、上述の様なＬＥＤレンズを備える発光ユニットを光学顕微鏡や画像測定装置等の照明に用いる場合、測定の都合上、ＬＥＤレンズを好適に心出しして、発光装置の光軸とＬＥＤレンズの光軸と合わせることが望ましい。このためには、例えば、ＬＥＤレンズの外周面を基準として心出しすることが考えられる。しかしながら、射出成形等によって生産されたＬＥＤレンズの外周面にはゲート跡等が残っている場合があり、心出しの基準として使用することが難しい場合がある。

【0006】

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、レンズを好適に心出しすることが可能なレンズ保持機構及び照明ユニットを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

かかる課題を解決すべく、本発明の一の実施形態に係るレンズ保持機構は、光軸方向に離間する入射面及び出射面、並びに、入射面側から出射面側にかけて拡径するテーパ面を備えるレンズを収容する鏡筒と、鏡筒に収容されたレンズに出射面側から当接し、レンズとの当接部が鏡筒の基準軸と垂直な平面に沿って形成されている第１当接部材と、鏡筒に収容されたレンズのテーパ面に当接し、レンズとの当接部が鏡筒の基準軸上に中心点を有する円に沿って形成され、第１当接部材と共にレンズを挟持する第２当接部材と、を備える。

【0008】

例えば、上記第１当接部材は、鏡筒の一部とすることが出来る。この場合、上記第２当接部材には、鏡筒の内周面と同軸状態で嵌合する外周面を設けることが出来る。

【0009】

また、例えば上記第２当接部材は、鏡筒の一部とすることが出来る。この場合、上記第１当接部材は、鏡筒の内周面と同軸状態で嵌合する外周面を設けることが出来る。

【0010】

本発明の一の実施形態に係る照明ユニットは、ベース部材と、このベース部材に取り付けられた発光装置と、この発光装置の発光面と対向する入射面、この入射面と光軸方向に離間する出射面、及び、入射面側から出射面側にかけて拡径するテーパ面を備えるレンズと、このレンズを保持し、ベース部材の嵌合面と同軸状態で嵌合する上述のレンズ保持機構と、を備える。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、レンズを好適に心出しすることが可能なレンズ保持機構及び発光ユニットを提供する事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る発光ユニットの断面図である。

【図2】一の態様に係るレンズ３００について説明するための斜視図である。

【図3】他の態様に係るレンズ３１０について説明するための断面図である。

【図4】他の態様に係るレンズ３２０について説明するための断面図である。

【図5】他の態様に係るレンズ３３０について説明するための断面図である。

【図6】他の態様に係るレンズ３４０について説明するための断面図である。

【図7】他の態様に係るレンズ３５０について説明するための断面図である。

【図8】本発明の第２の実施形態に係る発光ユニットの断面図である。

【図9】本発明の第３の実施形態に係る発光ユニットの断面図である。

【図10】本発明の第４の実施形態に係る発光ユニットの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

［第１の実施形態］
次に、図１及び図２を参照して、本発明の第１の実施形態に係る発光ユニットについて説明する。本実施形態に係る発光ユニットは、例えば光学顕微鏡や画像測定装置等の光学測定装置に搭載可能であり、落射照明や透過照明等に使用可能である。発光ユニットは、ベース部材１００と、ベース部材１００に取り付けられた発光装置２００と、発光装置２００の発光面側に配置されたレンズ３００と、レンズ３００を保持し、ベース部材１００に取り付け可能なレンズ保持機構４００と、を備える。

【0014】

ベース部材１００は、略円盤状のベース部１０１と、ベース部１０１から基準軸ａ１方向に沿ってレンズ３００側に突出する略環状の突出部１０２と、を備える。突出部１０２の外周面には、円筒面に沿って形成された嵌合面１０３が設けられている。嵌合面１０３は、レンズ保持機構４００の鏡筒５００と同軸状態で嵌合する。尚、嵌合面１０３は、例えば突出部１０２の内周面に設けることも出来る。

【0015】

発光装置２００は、いわゆるレンズ付きＬＥＤ装置であり、基板２０１と、基板２０１上に設けられた発光素子２０２と、発光素子２０２の発光面側に設けられたレンズ２０３と、を備える。レンズ２０３の光軸は発光装置２００の光軸であり、レンズ２０３の出射面は発光装置２００の発光面である。発光装置２００は、発光装置２００の光軸がベース部材１００の嵌合面１０３の中心軸と合う様に心出しされており、この状態で雄ねじ２０４によってベース部材１００に固定されている。

【0016】

レンズ３００は、図２に例示する通り、例えば略円錐台形のＬＥＤレンズであり、発光装置２００の発光面と対向する凸面状の入射面３０１と、入射面３０１と光軸方向に離間する平面状の出射面３０２と、入射面３０１側から出射面３０２側にかけて拡径する円錐面状のテーパ面３０３と、テーパ面３０３及び出射面３０２の間に設けられた円筒面状の外周面３０４と、を備える。発光装置２００から照射された光のうち、光軸の近傍に照射された光は入射面３０１によってコリメートされ、光軸から離れた部分に照射された光はテーパ面３０３によってコリメートされる。

【0017】

レンズ保持機構４００は、図１に例示する通り、レンズ３００を収容する鏡筒５００と、レンズ３００の出射面３０２に出射面３０２側から当接する第１当接部材６００と、レンズ３００のテーパ面３０３に入射面３０１側から当接する第２当接部材７００と、を備える。これら第１当接部材６００及び第２当接部材７００は、レンズ３００を基準軸ａ１方向に挟持する。

【0018】

鏡筒５００は、基準軸ａ１と同軸の略円筒状に形成されている。鏡筒５００の内周面には、一端側から他端側にかけて、第１当接部材６００と、雌ねじ５０１と、第１嵌合面５０２と、第２嵌合面５０３と、が設けられる。雌ねじ５０１は、第２当接部材７００の雄ねじ７０３と螺合する雌ねじであり、レンズ３００の外径よりも大きい内径を有する。第１嵌合面５０２は、第２当接部材７００の嵌合面７０４と同軸状態で嵌合する面であり、雌ねじ５０１の内径よりも大きい内径を有し、基準軸ａ１と同軸の円筒面に沿って形成されている。第２嵌合面５０３は、ベース部材１００の嵌合面１０３と同軸状態で嵌合する面であり、第１嵌合面５０２の内径と同じか、これよりも大きい内径を有し、基準軸ａ１と同軸の円筒面に沿って形成されている。尚、第２嵌合面５０３は、鏡筒５００の外周面に設けられていても良い。

【0019】

第１当接部材６００は、鏡筒５００の一部として形成されている。第１当接部材６００は、基準軸ａ１と同軸の略環状に形成され、中心部に開口６０１が設けられている。開口６０１の内径は、レンズ３００の外径よりも小さい。また、開口６０１には、拡散板６０２が嵌合されている。また、第１当接部材６００は、レンズ３００の出射面３０２に出射面３０２側から当接する当接面６０３を備える。当接面６０３は、基準軸ａ１と垂直な平面に沿って形成され、この平面に沿ってレンズ３００が摺動可能な面である。当接面６０３は、例えば平面とすることが出来る。ただし、当接面６０３は必ずしも平面である必要は無く、レンズ３００が摺動可能な範囲で平面に沿って形成されていれば良い。例えば、当接面６０３には、孔や溝等が設けられていても良い。尚、当接面６０３の直径は、レンズ３００の外径よりも大きい。

【0020】

第２当接部材７００は、鏡筒５００とは別部材として形成されている。第２当接部材７００は、略環状に形成され、中心部に開口７０１が設けられている。開口７０１の内径は、レンズ３００の外径よりも小さい。また、第２当接部材７００の第１当接部材６００との対向面と開口７０１の内周面との間には、レンズ３００のテーパ面３０３に当接する当接部７０２が設けられている。当接部７０２は、図２に例示する通り、円に沿って形成されている。図１に例示する通り、この円は基準軸ａ１と垂直であり、基準軸ａ１上に中心点Ｐを有する。当接部７０２は、例えば連続的な円とすることが出来る。ただし、当接部７０２は必ずしも連続的な円である必要は無く、レンズ３００の心出しが可能な範囲で上述の様な円に沿って形成されていれば良い。例えば、当接部７０２は、上述の様な円に沿って設けられた離散的な点の集合とすることも出来る。また、当接部７０２にＲ加工等を行って当接部７０２を曲面とすることも出来るし、当接部７０２に面取り加工等を行って当接部７０２を斜面（円錐面、テーパ面）とすることも出来る。また、第２当接部材７００の外周面には、一端側から他端側にかけて、雄ねじ７０３と、嵌合面７０４と、が設けられている。雄ねじ７０３は、鏡筒５００の雌ねじ５０１と螺合する雄ねじである。嵌合面７０４は、鏡筒５００の第１嵌合面５０２と同軸状態で嵌合する面であり、雄ねじ７０３よりも大きい外径を有する円筒面に沿って形成されている。

【0021】

次に、本実施形態に係る発光ユニットの組み立て方法について説明する。例えばまず、レンズ３００の出射面３０２が第１当接部材６００の当接面６０３と対向するように、鏡筒５００の内部にレンズ３００を収容する。次に、レンズ３００のテーパ面３０３が当接部７０２と対向するように、鏡筒５００の第１嵌合面５０２と第２当接部材７００の嵌合面７０４とを嵌合する。次に、鏡筒５００の雌ねじ５０１と第２当接部材７００の雄ねじ７０３とを螺合し、第１当接部材６００及び第２当接部材７００によってレンズ３００を挟持する。この際、第２当接部材７００は、レンズ３００の光軸が基準軸ａ１と合う方向にレンズ３００のテーパ面３０３を押圧し、レンズ３００は第１当接部材６００の当接面６０３と摺動する。その結果、第２当接部材７００の螺合が終了すると共にレンズ３００の光軸が基準軸ａ１と合う。次に、発光装置２００が取り付けられたベース部材１００を鏡筒５００に嵌合する。これによって発光装置２００の光軸も基準軸ａ１と合う。

【0022】

この様に構成されたレンズ保持機構４００においては、レンズ３００の外周面３０４でなく、レンズ３００の出射面３０２及びテーパ面３０３を基準としてレンズ３００を心出しする。ここで、出射面３０２及びテーパ面３０３は、外周面３０４と異なり、レンズ３００の光学的特性に直接寄与する部分であるため、ゲート跡等が残されることは考え難い。従って、この様な部分を基準とすることにより、レンズ３００を好適に心出しすることが可能である。

【0023】

また、この様に構成されたレンズ保持機構４００においては、円筒面に沿って形成された嵌合面によって各構成が同軸状態で嵌合する。この様な構成は、例えば、旋盤加工によって高精度に製造することが可能である。従って、この様な構成を使用することにより、レンズ３００の高精度な心出しを行うことが可能である。

【0024】

尚、本実施形態に係る発光ユニットは、様々な態様のレンズを用いることが出来る。例えば、図１に例示したレンズ３００の出射面３０２は平面であったが、図３に例示する様に、出射面３１２に拡散等のための凹凸が設けられたレンズ３１０を用いることも出来るし、図４に例示するような、出射面３２１の中心部分が凹んだレンズ３２０を用いることも出来る。この様な場合、第１当接部材６００の当接面６０３は、出射面３１２の突出部分や、出射面３２１の外縁部分等に当接する。また、図１に例示したレンズ３００のテーパ面３０３は断面が直線状に形成されていたが、図５に例示するような、断面が曲線状に形成されたテーパ面３３３を有するレンズ３３０を用いることも出来る。また、図１に例示したレンズ３００の外周面３０４は光軸と同軸の円周面であったが、図６に例示するような、外周面３４４に突起が設けられたレンズ３４０を用いることも出来るし、図７に例示するような、外周面３５４の一部が欠けたレンズ３５０を用いることも出来る。また、例えば、円錐台形では無く、四角錐等の多角錐形のレンズを用いることも出来る。

【0025】

［第２の実施形態］
次に、図８を参照して、本発明の第２の実施形態に係る発光ユニットについて説明する。尚、以下の説明において、第１の実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

【0026】

本実施形態に係る発光ユニットは、基本的には第１の実施形態に係る発光ユニットと同様に構成されている。ただし、第１の実施形態に係るレンズ保持機構４００においては、第１当接部材６００が鏡筒５００の一部として形成され、第２当接部材７００は鏡筒５００とは別部材として形成されていた。これに対し、本実施形態に係るレンズ保持機構４１０においては、第２当接部材７１０が鏡筒５１０の一部として形成され、第１当接部材６１０が鏡筒５１０とは別部材として形成されている。

【0027】

鏡筒５１０は、第１の実施形態に係る鏡筒５００と同様に、基準軸ａ１と同軸の略円筒状に形成されている。また、鏡筒５１０の内周面には、一端側から他端側にかけて、第３嵌合面５１１と、雌ねじ５１２と、第２当接部材７１０と、第２嵌合面５０３と、が設けられる。第３嵌合面５１１は、第１当接部材６１０の嵌合面６１４と同軸状態で嵌合する面であり、雌ねじ５１２の内径よりも大きい内径を有し、基準軸ａ１と同軸の円筒面に沿って形成されている。雌ねじ５１２は、第１当接部材６１０の雄ねじ６１３と螺合する雌ねじであり、レンズ３００の外径よりも大きい内径を有する。

【0028】

第１当接部材６１０は、第１の実施形態に係る第１当接部材６００と同様に、略環状に形成され、中心部には開口６０１が設けられ、レンズ３００の出射面３０２に出射面３０２側から当接する当接面６０３を備える。また、第１当接部材６１０の外周面には、一端側から他端側にかけて、嵌合面６１４と、雄ねじ６１３と、が設けられる。嵌合面６１４は、鏡筒５１０の第３嵌合面５１１と同軸状態で嵌合する面であり、雄ねじ６１３よりも大きい外径を有する円筒面に沿って形成されている。雄ねじ６１３は、鏡筒５１０の雌ねじ５１２と螺合する雄ねじである。

【0029】

第２当接部材７１０は、基準軸ａ１と同軸の略環状に形成されている。また、第１の実施形態に係る第２当接部材７００と同様に、中心部には開口７０１が設けられ、第１当接部材６１０との対向面と開口７０１の内周面との間には当接部７０２が設けられている。

【0030】

この様に構成されたレンズ保持機構４１０によっても、第１の実施形態に係るレンズ保持機構４００と同様の効果を奏することが可能である。

【0031】

［第３の実施形態］
次に、図９を参照して、本発明の第３の実施形態に係る発光ユニットについて説明する。尚、以下の説明において、第１及び第２の実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

【0032】

本実施形態に係る発光ユニットは、基本的には第１及び第２の実施形態に係る発光ユニットと同様に構成されている。ただし、第１及び第２の実施形態に係るレンズ保持機構４００，４１０においては、第１当接部材及び第２当接部材のうちの一方（６００，７１０）が鏡筒５００，５１０の一部として形成され、他方（６１０，７００）が鏡筒５００，５１０とは別部材として形成されていた。これに対し、本実施形態に係るレンズ保持機構４２０においては、第１当接部材６１０及び第２当接部材７００の双方が鏡筒５２０とは別部材として形成されている。

【0033】

鏡筒５２０は、第１及び第２の実施形態に係る鏡筒５００，５１０と同様に、基準軸ａ１と同軸の略円筒状に形成されている。また、鏡筒５１０の内周面には、一端側から他端側にかけて、第３嵌合面５１１と、雌ねじ５１２と、雌ねじ５０１と、第１嵌合面５０２と、第２嵌合面５０３と、が設けられる。

【0034】

この様に構成されたレンズ保持機構４２０によっても、第１及び第２の実施形態に係るレンズ保持機構４００と同様の効果を奏することが可能である。また、この様に構成されたレンズ保持機構４２０によれば、第１当接部材６１０及び第２当接部材７００の双方が鏡筒５２０と別部材として構成されているため、これらの基準軸ａ１方向の位置を調整することによって発光装置２００とレンズ３００との距離を調整することも可能である。

【0035】

［第４の実施形態］
次に、図１０を参照して、本発明の第４の実施形態に係る発光ユニットについて説明する。尚、以下の説明において、第１の実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

【0036】

本実施形態に係る発光ユニットは、基本的には第１の実施形態に係る発光ユニットと同様に構成されている。ただし、第１の実施形態に係るレンズ保持機構４００においては、第２当接部材７００の外周面に設けられた嵌合面７０４の外径が雄ねじ７０３の外径よりも大きかった。これに対し、本実施形態に係るレンズ保持機構４３０においては、第２当接部材７３０の外周面に設けられた嵌合面７３４の外径が雄ねじ７３３の外径よりも小さい。

【0037】

鏡筒５３０は、第１の実施形態に係る鏡筒５００と同様に、基準軸ａ１と同軸の略円筒状に形成されている。また、鏡筒５１０の内周面には、一端側から他端側にかけて、第１当接部材６００と、第１嵌合面５３２と、雌ねじ５３１と、第２嵌合面５０３と、が設けられる。第１嵌合面５３２は、第２当接部材７３０の嵌合面７３４と同軸状態で嵌合する面であり、レンズ３００の外径よりも大きい内径を有し、基準軸ａ１と同軸の円筒面に沿って形成されている。雌ねじ５３１は、第２当接部材７３０の雄ねじ７３３と螺合する雌ねじであり、第１嵌合面５３２よりも大きい内径を有する。

【0038】

第２当接部材７３０は、第１の実施形態に係る第２当接部材７００と同様に、略環状に形成され、中心部には開口７０１が設けられ、第１当接部材６１０との対向面と開口７０１の内周面との間には当接部７０２が設けられている。また、第２当接部材７３０の外周面には、一端側から他端側にかけて、嵌合面７３４と、雄ねじ７３３と、が設けられる。嵌合面７３４は、鏡筒５３０の第１嵌合面５３２と同軸状態で嵌合する面である。雄ねじ７３３は、鏡筒５３０の雌ねじ５３１と螺合する雄ねじである。

【0039】

この様に構成されたレンズ保持機構４３０によっても、第１の実施形態に係るレンズ保持機構４００と同様の効果を奏することが可能である。

【0040】

尚、本実施形態に係るレンズ保持機構４３０においては、第１の実施形態と同様に、第１当接部材６００が鏡筒５３０の一部として形成され、第２当接部材７３０が鏡筒５３０とは別部材として形成されている。しかしながら、例えば、第２の実施形態や第３の実施形態と同様に、第１当接部材を鏡筒と別部材として形成することも出来る。この場合、第２当接部材の外周面に設けられる嵌合面を、雄ねじの外径より小さくすることも出来る。

【0041】

［その他の実施形態］
以上、本発明の第１～第４の実施形態に係るレンズ保持機構について説明した。しかしながら、第１～第４の実施形態は例示にすぎず、各構成の態様等は適宜変更可能である。例えば、第１～第４の実施形態には、コリメータレンズとしていわゆるＬＥＤレンズを用いる例を説明した。しかしながら、例えば、少なくとも一方の面が平面又は凹面である略円盤状のレンズを用いることも出来る。この場合には、平面状又は凹面状に形成された一方の面に第１当接部材を、他方の面に第２当接部材を当接させて、これら第１当接部材及び第２当接部材によってレンズを挟持することにより、レンズの心出しを行うことが出来る。更に、第２当接部材の当接部が曲面又は斜面である場合には、上記他方の面の外縁部分を利用してレンズの心出しを行うことも出来る。

【符号の説明】

【0042】

１００…ベース部材、２００…発光装置、３００…レンズ、３０１…入射面、３０２…出射面、３０３…テーパ面、４００…レンズ保持機構、５００…鏡筒、６００…第１当接部材、６０３…当接部、７００…第２当接部材、７０２…当接部、ａ１…基準軸。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】