(57)【要約】【課題】ペン型顕微鏡等の小型化を図れるレンズ光学系を提供する。【解決手段】鏡筒４１０内において、正の屈折力を有する両凸形状の第１レンズ４２１、所定の口径をなす開口絞り４３０、負の屈折力を有する両凹形状の第２レンズ４２２、正の屈折力を有する両凸形状の第３レンズ４２３が、物体側から像面側に向けて順に配列されている。これによれば、３枚のレンズ構成において、第１レンズと第２レンズの間に開口絞りを配置したため、第１レンズ及び第２レンズの外径を小径にでき、全体として小径で小型の鏡筒に収まる観察用レンズを得ることができる。それ故に、ペン型顕微鏡ユニットに搭載された場合に、そのユニットの小型化等が達成される。【選択図】図２
2006251412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から像面側に向けて順に配列された、正の屈折力を有する両凸形状の第１レンズと、所定の口径をなす開口絞りと、負の屈折力を有する両凹形状の第２レンズと、正の屈折力を有する両凸形状の第３レンズと、からなる、
ことを特徴とする観察用レンズ。
【請求項２】
前記第１レンズの外径をφ１、前記第２レンズの外径をφ２、前記第３レンズの外径をφ３とするとき、
φ１＝φ２＜φ３
を満足することを特徴とする請求項１記載の観察用レンズ。
【請求項３】
前記第２レンズの物体側の面の曲率半径をＲ４及び像面側の面の曲率半径をＲ５とするとき、
Ｒ４＝−Ｒ５
を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の観察用レンズ。
【請求項４】
前記第３レンズよりも像面側には、鏡筒内にて反射した迷光が像面側に到達するのを規制する迷光規制板が配置されている、
ことを特徴とする請求項４記載の観察用レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体を拡大して観察する小型の顕微鏡ユニットに適用される観察用レンズに関し、特に、物体を照射する光源を内蔵した低倍率のペン型顕微鏡ユニット等に適用される観察用レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
屋外で小さな昆虫等を拡大して観察あるいは布地の生産工場で布地表面の仕上がり等を検査する場合に適用し得るものとして、物体を照射する光源を内蔵した小型のペン型顕微鏡ユニットが知られている。この種の顕微鏡ユニットは、光源として、ハロゲンランプとガラスファイバーを組み合わせたもの、あるいは、発光ダイオードを環状に配列したものを採用している。
【０００３】
この顕微鏡ユニットは、手で掴んで使用することを前提にしているため、できるだけ軽量でかつ小型であることが要求される。一方、発光ダイオード等の光源を含む照明部品を内蔵するためのスペースは確保する必要があるため、これら照明部品を除いた観察用レンズを小型化、軽量化することが考えられる。
【０００４】
顕微鏡ユニットに適用される観察用レンズとしては、小型でかつ比較的低倍率で使用されることから、第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズからなる３枚構成のトリプレットレンズが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
特許文献１に開示のレンズは、第２レンズと第３レンズの間に開口絞りを配置した標準的なものでる。しかしながら、この配置構成を採用したレンズでは、第１レンズ〜開口絞りの距離が長くなるため、必要な視野と周辺光量を確保するには、第１レンズの外径（直径）を他の二つのレンズに比べて大きくする必要がある。その結果、鏡筒の先端が大径化し、小型化に反することになる。
【０００５】
特許文献２に開示のレンズは、第３レンズの後方（像面側寄り）に開口絞りを配置したものであり、安価なカメラに適用されている。しかしながら、この配置構成を採用したレンズでは、第１レンズ〜開口絞りの距離が一層長くなるため、第１レンズの外径がさらに大きくなり、不適当である。
【０００６】
特許文献３に開示のレンズは、第１レンズの前方（物体側寄り）に開口絞りを配置したもので、射出瞳を像面から離してテレセントリック性を向上させたものである。しかしながら、この配置構成を採用したレンズでは、開口絞り〜第１レンズあるいは第２レンズまでの距離は短くなるためこれらのレンズの外径は小さくできるものの、第３レンズの外径が大きくなり、又、開口絞りと第１レンズとの間に隙間が生じ、この隙間に埃等が溜まるという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−３２５２５１号公報
【特許文献２】特開平７−１６８０９５号公報
【特許文献３】特開平５−１８８２８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、３枚のレンズ構成で、レンズの外径をできるだけ小径化でき、又、組付けが容易で、誤組付け等も防止でき、さらに鏡筒内での反射による迷光を規制して高画質の撮影画像を得ることができる、特にペン型顕微鏡ユニットに適した軽量で小型の観察用レンズを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の観察用レンズは、物体側から像面側に向けて順に配列された、正の屈折力を有する両凸形状の第１レンズと、所定の口径をなす開口絞りと、負の屈折力を有する両凹形状の第２レンズと、正の屈折力を有する両凸形状の第３レンズと、からなる、ことを特徴としている。
この構成によれば、第１レンズ、第２レンズ、及び第３レンズからなる３枚のレンズ構成において、第１レンズと第２レンズの間に開口絞りが配置されているため、第１レンズ及び第２レンズの外径（直径）を小径にすることができ、全体として小径で小型の鏡筒に収まる観察用レンズを得ることができる。それ故に、ペン型顕微鏡ユニットに搭載された場合に、そのユニットの小型化等が達成される。また、開口絞りが第１レンズよりも像面側に配置されているため、第１レンズの前方に隙間が形成されることもなく、埃等が溜まるのを防止できる。
【００１０】
上記構成において、第１レンズの外径をφ１、第２レンズの外径をφ２、第３レンズの外径をφ３とするとき、
φ１＝φ２＜φ３
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、第１レンズ及び第２レンズを第３レンズの外径よりも小さい同一の外径にすることで、鏡筒も二段構成の円筒形状を採用することができる。それ故に、鏡筒の先端側（物体側）の近傍に発光ダイオード等の光源が配置される顕微鏡ユニットにこの観察用レンズを搭載した場合、部品の集約化が図れ、全体をより一層小型化することができる。また、鏡筒は物体側が細くて像面側が太い二段構成の円筒形状となるため、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズを鏡筒に組付ける際に、像面側から順に組み込むことができ、円滑な組付けが可能になる。
【００１１】
上記構成において、第２レンズの物体側の面の曲率半径をＲ４及び像面側の面の曲率半径をＲ５とするとき、
Ｒ４＝−Ｒ５
を満足する、構成を採用することができる。
この構成によれば、第２レンズが表裏の無い対称なレンズとして形成されるため、組付けの際に表裏を間違えることがなく、組付け作業を効率良く行うことができ、安定した品質を得ることができる。
【００１２】
上記構成において、第３レンズよりも像面側には、鏡筒内にて反射した迷光が像面側に到達するのを規制する迷光規制板が配置されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズが鏡筒に組み込んで保持された状態で、第１レンズ側から光線が進入して、開口絞り、第２レンズ、第３レンズを経て、ＣＣＤ等の撮像素子（受光素子）に進入する場合に、鏡筒の内周面にて反射した光線（迷光）は迷光規制板によりその進行が規制されて、迷光が撮像素子に到達するのが防止される。これにより、撮像素子の画像において、コントラストの低下や画質の低下を防止でき、高画質の撮影画像を得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上の構成をなす観察用レンズによれば、３枚のレンズ構成においてレンズの外径をできるだけ小径化でき、又、組付けが容易で、誤組付け等も防止でき、さらに鏡筒内での反射による迷光を規制して高画質の撮影画像を得ることができ、特にペン型顕微鏡ユニットに適した軽量で小型の観察用レンズが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１ないし図３は、本発明に係る観察用レンズの一実施形態を示すものであり、図１は観察用レンズを搭載した顕微鏡ユニットを示す概略構成図、図２は観察用レンズを鏡筒に取り付けたレンズ鏡筒の断面図、図３は観察用レンズの構成図である。
【００１５】
この顕微鏡ユニットは、図１に示すように、略Ｌ字状に屈曲したケース１０、ケース１０内に配置された複数の光源２０、複数の光源２０の中心を通る領域に傾斜して設けられた反射鏡３０、反射鏡３０の後方に配置されたレンズ鏡筒４０、レンズ鏡筒４０の後方に配置されたＣＣＤ等の結像面Ｐをもつ撮像素子５０、ケース１０に設けられたＬＣＤモニター６０等を備えている。そして、この顕微鏡ユニットでは、撮像素子５０で撮影された画像が、画像処理回路（不図示）等により適宜処理されて、拡大撮影された画像がＬＣＤモニター６０に表示されるようになっている。
すなわち、この顕微鏡ユニットを物体に近接させて観察すると、光源２０から射出された照明光は物体にて反射し被写体光として、反射鏡３０に進入する。そして、反射鏡３０にて屈曲して反射された反射光は、レンズ鏡筒４０を通過して、撮像素子５０に到達し撮像される。そして、撮影された画像は、ＬＣＤモニター６０に表示される。
【００１６】
ケース１０は、図１に示すように、屈曲した先端部に観察窓１０ａを有し、水平方向に伸びる中間部を操作者が手で握れるように形成されている。
光源２０は、物体を接写状態で観察する際に、物体を照射するものであり、観察窓１０ａの内部近傍において、光軸Ｌ１を中心として環状に複数配列されている。光源２０としては、例えば発光ダイオード、ハロゲンランプ等を適用することができる。
反射鏡３０は、観察窓１０ａから進入してきた光軸Ｌ１を中心とする光線を直角に屈折させて、光軸Ｌ２を中心とする反射光線としてレンズ鏡筒４０に導くものである。したがって、反射鏡３０に替わってプリズムを採用してもよい。
【００１７】
レンズ鏡筒４０は、図２に示すように、鏡筒４１０、第１レンズ４２１、第２レンズ４２２、第３レンズ４２３、所定の口径をなす開口絞り４３０、スペーサ４４１，４４２、レンズ押え４４３、迷光規制板４５０等を備えている。
そして、鏡筒４１０には、物体側から像面側に向けて順に、第１レンズ４２１、開口絞り４３０、第２レンズ４２２、第３レンズ４２３が配列され、第３レンズ４２３の後方（像面側寄り）に迷光規制板４５０が配置されている。
【００１８】
鏡筒４１０は、図２に示すように、小径部４１１と大径部４１２との二段構成をなす円筒状に形成されている。そして、小径部４１１には、第１レンズ４２１の前面外周部を当接する当接部４１３、第１レンズ４２１及び第２レンズ４２２を嵌合して保持する内周面４１４が形成されている。小径部４１１から大径部４１２への遷移部には、内周面４１４より大径で第３レンズ４２３を嵌合して保持する内周面４１５が形成されている。大径部４１２には、順次に内径が大きくなるように、雌ネジ部４１６、内周面４１７、内周面４１８が形成されている。
【００１９】
第１レンズ４２１は、物体側に凸面（球面）及び像面側に凸面（球面）を向けた正の屈折力を有する両凸形状のレンズである。
第２レンズ４２２は、物体側に凹面（球面）及び像面側に凹面（球面）を向けた負の屈折力を有する両凹形状のレンズである。
第３レンズ４２３は、物体側に凸面（球面）及び像面側に凸面（球面）を向けた正の屈折力を有する両凸形状のレンズである。
【００２０】
ここでは、第１レンズ４２１、開口絞り板４３０、第２レンズ４２２、第３レンズ４２３、像面Ｐが光軸Ｌ２に沿って物体側から像面側に向けて順に配列される構成において、図３に示すように、それぞれの面をＳｉ（ｉ＝１〜７）、それぞれの面Ｓｉの曲率半径をＲｉ（ｉ＝１〜７）、ｄ線に対する屈折率をＮｉ及びアッベ数をνｉ（ｉ＝１〜３）、第１レンズ４２１〜像面Ｐまでのそれぞれの光軸Ｌ２上における間隔（厚さ、空気間隔）をＤｉ（ｉ＝１〜７）で表し、第１レンズ４２１の外径（直径）をφ１、第２レンズ４２２の外径（直径）をφ２、第３レンズ４２３の外径（直径）をφ３で表す。
【００２１】
上記のように、第１レンズ４２１、第２レンズ４２２、及び第３レンズ４２３からなる３枚のレンズ構成において、第１レンズ４２１と第２レンズ４２２の間に開口絞り４３０が配置されているため、第１レンズ４２１の外径φ１及び第２レンズ４２２の外径φ２を小径にすることができ、全体として小径で小型の鏡筒に収まる観察用レンズを得ることができる。それ故に、ペン型の顕微鏡ユニットに搭載された場合に、そのユニットの小型化等が達成される。
【００２２】
また、開口絞り４３０が第１レンズ４２１よりも像面側に配置されているため、第１レンズ４２１の前方に隙間が形成されることもなく、埃等が溜まるのを防止できる。
ここで、第１レンズ４２１の外径φ１、第２レンズ４２２の外径φ２、第３レンズ４２３の外径φ３が、
φ１＝φ２＜φ３
を満足するように形成してもよい。
これによれば、第１レンズ４２１及び第２レンズ４２２を第３レンズ４２３の外径よりも小さい同一の外径にすることで、鏡筒４１０も二段構成の円筒形状を採用することができる。それ故に、図１に示すように、鏡筒４１０の先端側（物体側）の近傍に発光ダイオード等の光源２０が配置される顕微鏡ユニットにおいて、部品の集約化を達成でき、全体をより一層小型化することができる。
【００２３】
また、第２レンズ４２２の物体側の面Ｓ４の曲率半径Ｒ４及び像面側の面Ｓ５の曲率半径Ｒ５が、
Ｒ４＝−Ｒ５
を満足するように形成してもよい。
これによれば、第２レンズ４２２が表裏の無い対称な両凹レンズとして形成されるため、組付けの際に表裏を間違えることがなく、組付け作業を効率良く行うことができ、安定した品質を得ることができる。
【００２４】
さらに、第３レンズ４２３よりも像面側に位置する大径部４１２の内周面４１８には、図２に示すように、迷光規制板４５０が配置されている。迷光規制板４５０は、安価な薄板状の金属板により円環状に形成されている。
したがって、第１レンズ４２１側から進入した光線は、開口絞り４３０、第２レンズ４２２、第３レンズ４２３を経て、ＣＣＤ等の撮像素子（受光素子）５０に進入する。この際、鏡筒４１０内を進んできた光線が、図２に示すように、内周面４１７にて反射し、迷光として像面側に進行しようとしても、迷光規制板４５０により反射されて像面側すなわち撮像素子５０に到達するのが規制される。これにより、撮像素子５０の画像において、コントラストの低下や画質の低下を防止でき、高画質の撮影画像を得ることができる。
【００２５】
次に、レンズ鏡筒４０の組付けについて説明すると、先ず、鏡筒４１０の像面側（後方）から順に、第１レンズ４２１を挿入して当接部４１３に当接させ位置決めする。続いて、スペーサ４４１、開口絞り４３０、第２レンズ４２２を挿入する。そして、スペーサ４４２を挿入し、第３レンズ４２３を挿入した後、レンズ押え４４３を雌ネジ部４１６に螺合して、全てのレンズを固定する。その後、迷光規制板４５０を挿入して接着剤等で固定する。
この組付け作業において、鏡筒４１０は物体側が細くて像面側が太い二段構成の円筒形状となるため、第１レンズ４２１、第２レンズ４２２、第３レンズ４２３を鏡筒４１０に組付ける際に、容易に芯出しを行いつつ、円滑に組み込むことができる。
【００２６】
次に、上記観察用レンズの具体的な数値による実施例を、実施例１、実施例２として以下に示す。
【実施例１】
【００２７】
実施例１における第１レンズ４２１〜第３レンズ４２３の主な仕様諸元、種々の数値データ（設定値）は以下の通りである。
＜仕様緒元＞
主波長＝５８７ｎｍ、焦点距離（λｄ）＝１３．３９ｍｍ、視野寸法＝φ１０ｍｍ、
第１レンズの外径φ１＝５．４ｍｍ、第２レンズの外径φ２＝５．４ｍｍ、
第３レンズの外径φ３＝６．２ｍｍ、開口絞りの口径φ＝３．０ｍｍ、Ｆ値＝３．１、
共役長（物体〜像面）＝６０ｍｍ、撮影倍率＝０．４８
＜曲率半径＞
Ｒ１＝４．７６７８ｍｍ、Ｒ２＝−１２．６９８０ｍｍ、Ｒ３＝∞、
Ｒ４＝−５．２４５６ｍｍ、Ｒ５＝４．６６４０ｍｍ、Ｒ６＝１３．２１０ｍｍ、
Ｒ７＝−６．２５０４ｍｍ
＜面間隔＞
Ｄ１＝２．４３ｍｍ、Ｄ２＝０．７０ｍｍ、Ｄ３＝０．２７ｍｍ、Ｄ４＝１．０４ｍｍ、
Ｄ５＝１．５３ｍｍ、Ｄ６＝２．００ｍｍ、Ｄ７＝１５．０６ｍｍ（保護ガラス０．４ｍｍ含む）
＜屈折率（Ｎｄ）＞
Ｎ１＝１．５６８８３、Ｎ２＝１．６７２７０、Ｎ３＝１．６２０４１
＜アッベ数（νｄ）＞
ν１＝５６．３、ν２＝３２．１、ν３＝６０．３
【００２８】
この実施例１における球面収差、非点収差、歪曲収差に関する収差線図は図４に示すような結果となる。尚、図４において、Ｓはサジタル平面での収差、Ｍはメリジオナル平面での収差を示す。
この実施例１によるレンズ仕様によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差が良好に補正された光学性能の高い撮像レンズを得ることができる。
【実施例２】
【００２９】
実施例２における第１レンズ４２１〜第３レンズ４２３の主な仕様諸元、種々の数値データ（設定値）は以下の通りである。
＜仕様緒元＞
主波長＝５８７ｎｍ、焦点距離（λｄ）＝１３．３７ｍｍ、視野寸法＝φ１０ｍｍ、
第１レンズの外径φ１＝５．４ｍｍ、第２レンズの外径φ２＝５．４ｍｍ、
第３レンズの外径φ３＝６．２ｍｍ、開口絞りの口径φ＝３．２ｍｍ、Ｆ値＝３．１、
共役長（物体〜像面）＝６０ｍｍ、撮影倍率＝０．４８
＜曲率半径＞
Ｒ１＝５．００３４ｍｍ、Ｒ２＝−１２．１３８ｍｍ、Ｒ３＝∞、
Ｒ４＝−５．１７１０ｍｍ、Ｒ５＝５．１７１０ｍｍ、Ｒ６＝１６．５７３ｍｍ、
Ｒ７＝−５．９７７４ｍｍ
＜面間隔＞
Ｄ１＝２．１０ｍｍ、Ｄ２＝０．６５ｍｍ、Ｄ３＝０．４５ｍｍ、Ｄ４＝１．００ｍｍ、
Ｄ５＝１．３８ｍｍ、Ｄ６＝２．２０ｍｍ、Ｄ７＝１５．３４ｍｍ（保護ガラス０．４ｍｍ含む）
＜屈折率（Ｎｄ）＞
Ｎ１＝１．５６８８３、Ｎ２＝１．６７２７０、Ｎ３＝１．６２０４１
＜アッベ数（νｄ）＞
ν１＝５６．３、ν２＝３２．１、ν３＝６０．３
【００３０】
この実施例２における球面収差、非点収差、歪曲収差に関する収差線図は図５に示すような結果となる。尚、図５において、Ｓはサジタル平面での収差、Ｍはメリジオナル平面での収差を示す。
この実施例２によるレンズ仕様によれば、球面収差、非点収差、歪曲収差が良好に補正された光学性能の高い撮像レンズを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上述べたように、本発明の観察用レンズは、３枚のレンズ構成で、レンズの外径をできるだけ小径化でき、又、組付けが容易で、誤組付け等も防止でき、さらに鏡筒内での反射による迷光を規制して高画質の撮影画像を得ることができるため、照明用の光源を内蔵したペン型顕微鏡ユニットの観察用レンズとして適用できるのは勿論のこと、類似の視野、倍率、共役長をもつ用途であれば、その他の観察あるいは監視用のレンズ光学系としても有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る観察用レンズを備えた顕微鏡ユニットを示す断面図である。
【図２】本発明に係る観察用レンズの一実施形態を示すレンズ鏡筒の断面図である。
【図３】本発明に係る観察用レンズのレンズ構成を示す構成図である。
【図４】実施例１における、球面収差、非点収差、歪曲収差を示す収差図である。
【図５】実施例２における、球面収差、非点収差、歪曲収差を示す収差図である。
【符号の説明】
【００３３】
Ｌ１，Ｌ２  光軸
Ｐ  像面
１０  ケース
１０ａ  観察窓
２０  光源
３０  反射鏡
４０  レンズ鏡筒
５０  撮像素子
６０  ＬＣＤモニター
４１０  鏡筒
４１１  小径部
４１２  大径部
４１４，４１５，４１６，４１７，４１８  内周面
４２１  第１レンズ
４２２  第２レンズ
４２３  第３レンズ
４３０  開口絞り
４４１，４４２  スペーサ
４４３  レンズ押え
φ１  第１レンズの外径
φ２  第２レンズの外径
φ３  第３レンズの外径
Ｒ４  第２レンズの物体側の面の曲率半径
Ｒ５  第２レンズの像面側の面の曲率半径
【図１】
2006251412.tif 000003
【図２】
2006251412.tif 000004
【図３】
2006251412.tif 000005
【図４】
2006251412.tif 000006
【図５】
2006251412.tif 000007