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特許7410701アダプタ光学系および焦点距離可変光学系
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  • 特許-アダプタ光学系および焦点距離可変光学系 図1
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(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】2023-12-26
(45)【発行日】2024-01-10
(54)【発明の名称】アダプタ光学系および焦点距離可変光学系
(51)【国際特許分類】
   G02B 13/00 20060101AFI20231227BHJP
   G02B 3/14 20060101ALI20231227BHJP
   G02B 13/22 20060101ALI20231227BHJP
   G02B 21/00 20060101ALI20231227BHJP
【FI】
G02B13/00
G02B3/14
G02B13/22
G02B21/00
【請求項の数】 3
(21)【出願番号】P 2019222024
(22)【出願日】2019-12-09
(65)【公開番号】P2021092618
(43)【公開日】2021-06-17
【審査請求日】2022-11-16
(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】110000637
【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】長濱 龍也
(72)【発明者】
【氏名】宍戸 裕子
【審査官】岡田 弘
(56)【参考文献】
【文献】特開平05-011191(JP,A)
【文献】特開2008-064933(JP,A)
【文献】特開平10-189427(JP,A)
【文献】特開2019-074722(JP,A)
【文献】特開2019-113554(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G02B 9/00-17/08
G02B 21/02-21/04
G02B 25/00-25/04
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
対象物で反射されて結像レンズを通過した反射光を所定の光学部品にまで導くアダプタ光学系であって、
前記結像レンズを通過した前記反射光が入射する位置に着脱可能に配置され、像側テレセントリック光学系を構成する第1レンズユニットと、
前記結像レンズまたは前記第1レンズユニットを通過した前記反射光が入射する位置に配置され、前記光学部品と共に有限遠補正光学系または無限遠補正光学系を構成する第2レンズユニットと、を備え
前記第1レンズユニットは、前記第1レンズユニットの像側と前記第2レンズユニットとの間の領域において像側テレセントリック光学系を構成する
ことを特徴とするアダプタ光学系。
【請求項2】
請求項1に記載のアダプタ光学系であって、
前記第2レンズユニットは、物体側テレセントリック光学系を構成する
ことを特徴とするアダプタ光学系。
【請求項3】
対象物で反射されて結像レンズを通過した反射光が入射する焦点距離可変光学系であって、
液体共振式の焦点距離可変レンズと、
前記結像レンズを通過した前記反射光が入射する位置に着脱可能に配置され、像側テレセントリック光学系を構成する第1レンズユニットと、
前記結像レンズまたは前記第1レンズユニットを通過した前記反射光が入射する位置に配置され、前記焦点距離可変レンズと共に有限遠補正光学系または無限遠補正光学系を構成する第2レンズユニットと、を備え
前記第1レンズユニットは、前記第1レンズユニットの像側と前記第2レンズユニットとの間の領域において像側テレセントリック光学系を構成する
ことを特徴とする焦点距離可変光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アダプタ光学系および焦点距離可変光学系に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、液体共振式の焦点距離可変レンズ(以下、液体共振式レンズ)を用いた焦点距離可変光学系が知られている(例えば特許文献1参照)。この焦点距離可変光学系では、入力される駆動信号に応じて液体共振式レンズの屈折率が周期的に変化することで、対象物に対する合焦位置が周期的に変化する。
【0003】
前述したような焦点距離可変光学系が顕微鏡システムに構築される場合、安定的な観察像を形成するための光学系が設計される。
例えば、図3は、顕微鏡システムに構築される焦点距離可変光学系の従来例を示している。図3に示す焦点距離可変光学系100は、対象物Sからの光を平行光束にする結像レンズ91と、結像レンズ91からの平行光束を結像させて中間像を形成する結像レンズ92と、中間像をリレーして液体共振式レンズ93へ入射させる第1リレーレンズ94と、液体共振式レンズ93を経た光を撮像素子96に結像させる第2リレーレンズ95とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開2019-074722号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、顕微鏡システムなどに適用される焦点距離可変光学系を構築する現場では、現場に既存の結像レンズを液体共振式レンズに組み合わせて利用したいという要望がある。
しかし、結像レンズには様々な種類が存在しており、図3に例示する焦点距離可変光学系を構築することに対して、現場に既存の結像レンズが適しているとは限られない。具体的には、図3に例示する焦点距離可変光学系100において、結像レンズ91は像側テレセントリックレンズであるが、一般的な顕微鏡システムの結像レンズは、物体側テレセントリックレンズであり、一般的なカメラの結像レンズは、両側とも非テレセントリックである。
【0006】
このため、焦点距離可変光学系を構築する現場では、現場に既存の結像レンズを利用するために、当該結像レンズから液体共振式レンズまでを繋ぐためのリレー光学系を都度設計する必要があり、手間がかかる。
また、液体共振式レンズを供給する供給元は、様々な種類の結像レンズに対して液体共振式レンズを組み合わせ可能にするために、リレー光学系を構成するための様々な種類のアダプタ用レンズを準備する必要があり、部品管理が煩雑になる。
【0007】
このような課題は、液体共振式レンズに限られず、リレー光学系を必要とする他の光学部品(例えばプリズムなど)を利用する場合においても共通する。
【0008】
本発明の目的は、様々な結像レンズに対して光学部品を容易に組み合わせることができるアダプタ光学系、および、当該アダプタ光学系を用いた焦点距離可変光学系を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、対象物で反射されて結像レンズを通過した反射光を所定の光学部品にまで導くアダプタ光学系であって、前記結像レンズを通過した前記反射光が入射する位置に着脱可能に配置され、像側テレセントリック光学系を構成する第1レンズユニットと、前記結像レンズまたは前記第1レンズユニットを通過した前記反射光が入射する位置に配置され、前記光学部品と共に有限遠補正光学系または無限遠補正光学系を構成する第2レンズユニットと、を備えることを特徴とする。
【0010】
本発明のアダプタ光学系では、結像レンズを通過した反射光の主光線を光軸に沿うように変換する1以上のレンズを、第1レンズユニットとしてユニット化している。これにより、結像レンズの種類(レンズ出射側の主光線が光軸に沿っているか否か)に応じて、アダプタ光学系における第1レンズユニットの着脱を選択することができる。結像レンズのレンズ出射側の主光線が光軸に沿っていない場合には、当該結像レンズに合わせて光学設計された第1レンズユニットを用いる。また、結像レンズのレンズ出射側の主光線が光軸に沿っている場合には、第1レンズユニットは不要である。
また、本発明のアダプタ光学系では、光学部品と共に有限遠補正光学系または無限遠補正光学系を構成する1以上のレンズを、第2レンズユニットとしてユニット化している。この第2レンズユニットは、第1レンズユニットの存在により、対物レンズの種類に関わらず、光学部品に応じた光学設計が選択される。
【0011】
よって、本発明によれば、現場に既存の結像レンズを利用して焦点距離可変光学系を構築する場合、当該結像レンズに合わせた第1レンズユニットの種類や着脱状態を選択すればよく、光学設計の手間が削減される。
また、様々な種類の結像レンズに対して光学部品を組み合わせ可能に準備する場合、第2レンズユニットを共通化できるため、各種結像レンズに合わせて設計された各種第1レンズユニットと、共通の第2レンズユニットとを準備すればよく、部品管理が容易になる。
しがたって、本発明のアダプタ光学系を利用することにより、様々な結像レンズに対して所定の光学部品を容易に組み合わせることができる。
【0012】
なお、本発明の「所定の光学部品」とは、結像レンズと組み合わせて利用される光学部品であって、当該光学部品に応じたリレー光学系が必要となる光学部品であり、例えば、液体共振式レンズまたはプリズムなどが挙げられる。
【0013】
本発明のアダプタ光学系において、前記第2レンズユニットは、物体側テレセントリック光学系を構成することが好ましい。
これにより、結像レンズまたは第1レンズユニットから出射される反射光の主光線は、光軸に沿った状態のまま、第2レンズユニットに入射するため、第2レンズユニットおよび光学部品を経由した後の反射光を好適に結像させることができる。
【0014】
本発明の焦点距離可変光学系は、対象物で反射されて結像レンズを通過した反射光が入射する焦点距離可変光学系であって、液体共振式の焦点距離可変レンズと、前記結像レンズを通過した前記反射光が入射する位置に着脱可能に配置され、像側テレセントリック光学系を構成する第1レンズユニットと、前記結像レンズまたは前記第1レンズユニットを通過した前記反射光が入射する位置に配置され、物体側テレセントリック光学系を構成し、かつ、前記焦点距離可変レンズと共に有限遠補正光学系または無限遠補正光学系を構成する第2レンズユニットと、を備えることを特徴とする。
本発明の焦点距離可変光学系は、前述した本発明のアダプタ光学系の効果と同様の理由により、様々な種類の結像レンズに対して容易に取り付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
図1】本発明の一実施形態のアダプタ光学系の使用例を示す模式図。
図2】本発明の一実施形態のアダプタ光学系の他の使用例を示す模式図。
図3】従来の焦点距離可変光学系を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【0016】
図1または図2に示すように、本実施形態のアダプタ光学系1A,1Bは、結像レンズ2A,2Bに対して、液体共振式レンズ3(液体共振式の焦点距離可変レンズ)を組み合わせるために利用される光学系である。
本実施形態のアダプタ光学系1A,1Bは、第2レンズユニット12を共に有しており、結像レンズ2A,2Bの種類に応じて、第2レンズユニット12に対する第1レンズユニット11の追加有無が選択される。
以下、アダプタ光学系1A,1Bの使用例として、焦点距離可変光学系10A,10Bについて説明する。
【0017】
〔焦点距離可変光学系10A〕
図1に示すように、焦点距離可変光学系10Aは、アダプタ光学系1Aと、液体共振式レンズ3とを備えており、結像レンズ2Aに取り付けられることにより、対象物Sの画像を検出する画像検出装置などに適用される。
【0018】
結像レンズ2Aは、1以上のレンズを含んで構成されており、物体側テレセントリックレンズまたは非テレセントリックレンズである。すなわち、結像レンズ2Aの像側の主光線は、光軸Aに平行ではない。非テレセントリックレンズは、例えばカメラレンズ、マクロレンズ、またはCCTVレンズなどが挙げられる。
【0019】
液体共振式レンズ3は、シリコーンなどの液体が充填された円筒形のケースと、圧電材料で形成された円筒状の振動部材とを有している。この振動部材は、ケース内の液体に浸漬された状態で外部のレンズ制御装置(図示省略)に信号線を介して接続されており、当該レンズ制御装置から入力される駆動信号(例えば正弦波状の交流信号)に応じて振動する。駆動信号の周波数が共振周波数に調整されると、液体共振式レンズ3の内部の液体に定在波が生じ、当該液体の屈折率が周期的に変化する。
焦点距離可変光学系10Aを通過する光の合焦位置Pfは、結像レンズ2Aの焦点距離を基本としつつ、液体共振式レンズ3の屈折率の変化と共に周期的に変化する。
【0020】
アダプタ光学系1Aは、結像レンズ2Aに対して液体共振式レンズ3を組み合わせるための光学系である。このアダプタ光学系1Aは、光軸A上において結像レンズ2Aと液体共振式レンズ3との間に配置され、第1レンズユニット11と、第2レンズユニット12とを有する。
【0021】
第1レンズユニット11は、1以上のレンズ(本実施形態ではレンズ11a)を含んで構成されており、結像レンズ2Aと第2レンズユニット12との間に着脱可能に配置される。第1レンズユニット11は、像側テレセントリック光学系を構成しており、結像レンズ2Aから入射される光の主光線を光軸Aに沿った方向に、具体的には光軸Aに平行になるように変換する。
第1レンズユニット11の光学設計は、結像レンズ2Aの光学設計によって定まる。すなわち、第1レンズユニット11の光学設計は、結像レンズ2Aを通過した光の主光線を光軸Aに沿った方向に変換できるように、結像レンズ2Aに応じて選択される。また、第1レンズユニット11は、光軸Aに沿った方向の位置を調整可能であってもよい。
【0022】
第2レンズユニット12は、1以上のレンズ(本実施形態ではレンズ12a~12d)を含んで構成されており、液体共振式レンズ3の物体側に配置される。この第2レンズユニット12は、物体側テレセントリック光学系を構成しており、第1レンズユニット11との間にテレセントリックな区間を形成する。
また、第2レンズユニット12は、液体共振式レンズ3と共に有限遠補正光学系を構成しており、第1レンズユニット11側から入射する光を液体共振式レンズ3を通過した位置で結像させる。なお、結像位置には、画像検出装置が有するカメラの撮像素子4が配置される。
第2レンズユニット12の光学設計は、結像レンズ2Aの種類に関わらず、液体共振式レンズ3に応じて選択される。
【0023】
以上の光学系において、対象物Sに照明光が照射された場合、対象物Sで反射された反射光は、結像レンズ2Aを通過した後、アダプタ光学系1Aに入射する。この反射光の主光線は、第1レンズユニット11によって光軸Aに平行になり、第2レンズユニット12および液体共振式レンズ3によって結像する。
なお、図1では、アダプタ光学系1Aを通過する結像光束IBおよび結像光線IRを例示している。
【0024】
〔焦点距離可変光学系10B〕
図2に示すように、焦点距離可変光学系10Bは、アダプタ光学系1Bと、液体共振式レンズ3とを備えており、前述の結像レンズ2Aとは異なる種類の結像レンズ2Bに取り付けられる。
【0025】
結像レンズ2Bは、両側テレセントリックレンズまたは像側テレセントリックレンズである。すなわち、結像レンズ2Bの像側の主光線は、光軸Aに平行である。
【0026】
アダプタ光学系1Bは、前述のアダプタ光学系1Aから第1レンズユニット11を取り外した構成を有する。すなわち、アダプタ光学系1Bは、前述のアダプタ光学系1Aと同様、液体共振式レンズ3の物体側に配置される第2レンズユニット12を有する。
このアダプタ光学系1Bにおいても、第2レンズユニット12は、結像レンズ2Bの種類に関わらず、液体共振式レンズ3に応じた光学設計が選択される。
【0027】
以上の光学系において、対象物Sに照射光が照射された場合、対象物Sで反射された反射光の主光線は、結像レンズ2Bによって光軸Aに平行になり、第2レンズユニット12および液体共振式レンズ3によって結像する。
なお、図2では、アダプタ光学系1Bを通過する結像光束IBおよび結像光線IRを例示している。
【0028】
〔効果〕
前述したアダプタ光学系1Aでは、結像レンズ2Aを通過した反射光の主光線を光軸Aに平行になるように変換するレンズ11aを、第1レンズユニット11としてユニット化しており、アダプタ光学系1Aから第1レンズユニット11を取り外すことで、アダプタ光学系1Bを構成することができる。これにより、結像レンズ2A,2Bの種類(レンズ出射側の主光線が光軸Aに沿っているか否か)に応じて、第1レンズユニット11の着脱を選択することができる。レンズ出射側の主光線が光軸に沿っていない結像レンズ2Aを用いる場合、当該結像レンズ2Aに合わせて光学設計された第1レンズユニット11を用いる。また、レンズ出射側の主光線が光軸に沿っている結像レンズ2Bを用いる場合、第1レンズユニット11は不要である。
また、前述したアダプタ光学系1A,1Bでは、液体共振式レンズ3と共に有限遠補正光学系を構成するレンズ12a~12dを、第2レンズユニット12としてユニット化している。この第2レンズユニット12は、第1レンズユニット11の存在により、結像レンズ2A,2Bの種類に関わらず、液体共振式レンズ3に応じた光学設計が選択される。
【0029】
よって、本実施形態では、現場に既存の結像レンズ2A,2Bを利用して焦点距離可変光学系10A,10Bを構築する場合、当該結像レンズ2A,2Bに合わせた第1レンズユニット11の種類や着脱状態を選択すればよく、光学設計の手間が削減される。
また、様々な種類の結像レンズ2A,2Bに対して液体共振式レンズ3を組み合わせ可能に準備する場合、第2レンズユニット12を共通化できるため、各種結像レンズ2Aに合わせて設計された各種第1レンズユニット11と、共通の第2レンズユニット12とを準備すればよく、部品管理が容易になる。
しがたって、実施形態のアダプタ光学系1A,1Bを利用することにより、様々な結像レンズ2A,2Bに対して液体共振式レンズ3を容易に組み合わせることができる。
【0030】
また、本実施形態のアダプタ光学系1A,1Bにおいて、第2レンズユニット12は、液体共振式レンズ3と共に有限遠補正光学系を構成するため、他の結像レンズを必要とせず、焦点距離可変光学系10A,10Bのレイアウトを小型化することができる。
【0031】
また、本実施形態のアダプタ光学系1A,1Bにおいて、第2レンズユニット12は、物体側テレセントリック光学系を構成している。このため、結像レンズ2Bまたは第1レンズユニット11から出射される反射光の主光線は、光軸Aに沿った状態のまま、第2レンズユニット12に入射するため、第2レンズユニット12および液体共振式レンズ3を経由した後の反射光を好適に結像させることができる。
【0032】
〔変形例〕
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
【0033】
前記実施形態では、第2レンズユニット12は、液体共振式レンズ3と共に有限遠補正光学系を構成するが、本発明はこれに限られない。すなわち、第2レンズユニット12は、液体共振式レンズ3と共に無限遠補正光学系を構成してもよい。この場合、液体共振式レンズ3の像側には、結像レンズが第3のレンズユニットとして配置されてもよい。
【0034】
前記実施形態では、本発明の光学部品として液体共振式レンズ3を用いているが、本発明はこれに限られず、例えばプリズムなどの他の光学部品を利用できる。
【符号の説明】
【0035】
100…焦点距離可変光学系、10A,10B…焦点距離可変光学系、1A,1B…アダプタ光学系、11…第1レンズユニット、12…第2レンズユニット、2A,2B…結像レンズ、3…液体共振式レンズ、4…撮像素子、A…光軸、IB…結像光束、IR…結像光線、S…対象物。
図1
図2
図3