(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発する光束をコリメートする、正の屈折力を持つ両凸形状の単レンズであって、前記光源側から順に第１面が球面、第２面が非球面で構成され、当該単レンズの焦点距離を１ｍｍに規格化したときにおいて、以下の条件式を満足することを特徴とする非球面コリメートレンズ。
｜Ｒ２｜＜ｆ＜｜Ｒ１｜
１．５＜ｆ／ｄ＜２．５
ＮＡ＞０．４５
２．４８＜ｎＦ／｜Ｒ２｜＜２．５２
但し、
Ｒ１：第１面の曲率半径（但し符号は光源側に凸の形状を正とする）
Ｒ２：第２面の頂点曲率半径（但し符号は光源側に凸の形状を正とする）
ｆ  ：本発明にかかる非球面コリメートレンズのＦ線（波長４８６ｎｍの光線）
における焦点距離
ｄ  ：本発明にかかる非球面コリメートレンズの中心厚
ＮＡ：本発明にかかる非球面コリメートレンズの光源側の開口数
ｎＦ：本発明にかかる非球面コリメートレンズのＦ線（波長４８６ｎｍの光線）
における屈折率
【請求項２】
構成材料が硝子であって、かつ以下の条件を満足することを特徴とする、請求項１に記載の非球面コリメートレンズ。
ｎＦ＞１．５５
νｄ＞５５
但し、
νｄ：本発明にかかる非球面コリメートレンズを構成する硝子のアッベ数
【請求項３】
以下の条件式を満足することを特徴とする、請求項２に記載の非球面コリメートレンズ。
Ｔ１＞０．８
Ｔ２＞０．９５
但し、
Ｔ１：前記構成材料の厚みが１０ｍｍのときの、波長３４０ｎｍの光線に対する内部透過率
Ｔ２：前記構成材料の厚みが１０ｍｍのときの、波長４００ｎｍの光線に対する内部透過率
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡用照明系に使用されるコリメートレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
顕微鏡の照明光学系に用いられるコリメートレンズのうち、特に落射蛍光装置に用いられるレンズにおいては、紫外光の透過率が高いことが必須条件である。
紫外光の使用波長は標本の種類と励起波長にもよるが、３４０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲である。このためこの種のコリメートレンズを構成する材料としては、石英ガラスや蛍石に代表される、紫外域で透過率の高い数種類のものが使用される。
【０００３】
そして、従来のコリメートレンズは、図２に示すような、すべてのレンズが球面で構成され、複数のレンズ枚数を必要とするものであった。
また、コリメートレンズとしての用途ではないが、非球面単レンズとしては、光ディスク用に開発されたものとして特開平８−２９６８１などがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の技術において、図２のようにすべてのレンズが球面で構成されている場合、球面収差を十分に補正するためには複数のレンズ枚数が必要になる。このような場合、表面反射の原因となるレンズ面が多くなるため、特に紫外線の透過率が低下する。また、レンズ枚数の増加はコストアップの要因となる。
【０００５】
さらに、複数枚数のレンズでコリメートレンズを構成すると、そのレンズ総厚が厚くなり、もっとも光源側に位置するレンズと光源との距離が接近するため、レンズ枠とランプ電極とが接近して漏電する危険があり、また、熱によってレンズ自体が割れたり変形したりするという問題があった。
そして特開平８−２９６８１に開示されているような非球面レンズでは、開口数を十分に大きくすることができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みて為されたものであり、加工コストが安く、しかも収差が良好に補正された、紫外線の透過率が良好なコリメートレンズを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、光源から発する光束をコリメートする、正の屈折力を持つ両凸形状の単レンズであって、前記光源側から順に第１面が球面、第２面が非球面で構成され、当該単レンズの焦点距離を１ｍｍに規格化したときにおいて、以下の条件式（１）乃至（４）を満足することを特徴とする非球面コリメートレンズを構成することにより、課題の解決を図るものである。
（１）｜Ｒ２｜＜ｆ＜｜Ｒ１｜
（２）１．５＜ｆ／ｄ＜２．５
（３）ＮＡ＞０．４５
（４）２．４８＜ｎＦ／｜Ｒ２｜＜２．５２
但し、
Ｒ１：第１面の曲率半径（但し符号は光源側に凸の形状を正とする）
Ｒ２：第２面の頂点曲率半径（但し符号は光源側に凸の形状を正とする）
ｆ  ：本発明にかかる非球面コリメートレンズのＦ線（波長４８６ｎｍの光線）における焦点距離
ｄ  ：本発明に係る非球面コリメートレンズの中心厚
ＮＡ：本発明にかかる非球面コリメートレンズの光源側の開口数
ｎＦ：本発明にかかる非球面コリメートレンズのＦ線（波長４８６ｎｍの光線）における屈折率
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明においては、前記条件式（１）乃至（４）を同時に満足する必要がある。
ここで、前記条件式（１）は、球面収差を良好に補正するための、第１面と第２面の屈折力の配分を表すための条件式である。この条件を外れた場合、第１面の屈折力が相対的に大きくなり過ぎ、非球面の効果が小さくなるため球面収差の補正が困難になる。
【０００９】
前記条件式（２）は、本発明にかかるコリメートレンズの適切な透過率と加工性の確保を両立するための、焦点距離と中心厚の関係を示した条件式である。条件式（２）の値が下限値を下回ると、中心厚が厚くなりすぎるため、有効な透過率が確保できない。さらに、プレス成形によってレンズを加工する場合、冷却の過程でレンズ自体に歪みが生じやすくなる。また、上限値を上回ると、レンズの縁厚が小さくなりすぎるため、加工が甚だしく困難になる。
【００１０】
前記条件式（３）は、光源から発した光線を、照明に有効に利用するために必要な、コリメートレンズに要求される最低限の開口数を規定した条件式である。条件式（３）の値が下限値を下回ると、標本の照明に十分な光量が得られない。
前記条件式（４）は、球面収差と正弦条件の補正を両立させるための条件式である。条件式（４）の値が上限値を上回っても下限値を下回っても、球面収差とコマ収差の補正を両立させることが困難になり、画角を大きく取ることが困難になり、大きさを持った光源に対応することが難しくなる。
【００１１】
次に本発明では、熱に対する耐性を高めるために、構成材料を硝子とし、さらにその硝子の特性が、以下の条件式（５）及び（６）を満足することが望ましい。
（５）ｎＦ＞１．５
（６）νｄ＞５５
但し、
νｄ：本発明にかかる非球面コリメートレンズを構成する硝子のアッベ数
ここで、条件式（５）及び（６）は、本発明に使用される硝子の特性に関する条件を示している。もし、条件式（５）の値が下限値を下回った場合には、非球面形状に変曲点を設けることが必要になり、製造上不都合を生じるので好ましくない。また、条件式（６）の値が下限値を下回った場合には、波長による屈折率の差が大きくなりすぎるため、照明波長を変化させるたびに焦点合わせをしなおす必要が生じ、好ましくない。
【００１２】
次に、本発明を構成する材料は、落射蛍光用照明装置として必要な紫外線の光量を十分に確保するために、以下の条件式（７）及び（８）を満足することが望ましい。
（７）Ｔ１＞０．８
（８）Ｔ２＞０．９５
但し、
Ｔ１：前記構成材料の厚みが１０ｍｍのときの、波長３４０ｎｍの光線に対する内部透過率
Ｔ２：前記構成材料の厚みが１０ｍｍのときの、波長４００ｎｍの光線に対する内部透過率
もし、条件式（７）及び（８）の値が下限値を下回ると、本発明は落射蛍光装置用として必要な紫外線の光量を確保することが困難になる。
【００１３】
【実施例】
図１は本発明の実施例の構成を示す断面図である。ここで、ｄ０は本発明の非球面コリメートレンズＬと、光源Ｓとの距離を表す。以下に各数値実施例のレンズデータを示す。本発明は、光源側から数えて第２面が非球面であり、その形状は、光軸上の頂点を原点とし、ｋを円錐定数、ｘ軸を光軸。ｙ軸を光軸に垂直な直線としたとき、
ｘ  ＝  Ｃ・ｙ＊＊２／（１−ｋ・Ｃ＊＊２・ｙ＊＊２）＊＊０．５＋Ｃ２・ｙ＊＊２＋Ｃ４・ｙ＊＊４＋Ｃ６・ｙ＊＊６＋Ｃ８・ｙ＊＊８＋Ｃ１０・ｙ＊＊１０
Ｃ＝１／Ｒ２
（式中及び以下全て、ａ＊＊ｂの表記は、ａのｂ乗を表すものとする）で表される。また、本発明の焦点距離は、光源として使用する水銀ランプの大きさや使用する装置全体の大きさを考慮し、１８〜２５ｍｍ程度が望ましい。ただし、各実施例の諸元は全て焦点距離を１ｍｍに規格化したときの値である。
[実施例１の諸元]
ｆ＝１．０mm
ＮＡ＝０．５７
ｎＦ＝１．５９６０２
νｄ＝６９
Ｒ１＝６．１６３７
ｄ＝０．５２５
Ｒ２＝−０．６３８８
ｋ＝０
Ｃ２＝０
Ｃ４＝−１．７６７２３×１０＊＊−１
Ｃ６＝−４．３９５０８×１０＊＊−３
Ｃ８＝１．２６９５９×１０＊＊−１
Ｃ１０＝５．９０５１５×１０＊＊−２
Ｔ３４０＝０．８８
Ｔ４００＝０．９９
ｆ／ｄ＝１．９０５
ｎＦ／｜Ｒ２｜＝２．４９８
[実施例２の諸元]
ｆ＝１．０mm
ＮＡ＝０．５７
ｎＦ＝１．５７４６４
νｄ＝７１．２
Ｒ１＝４．６３８７
ｄ＝０．５５０
Ｒ２＝−０．６２７５
ｋ＝０
Ｃ２＝０
Ｃ４＝−１．７８２９７×１０＊＊−１
Ｃ６＝−４．４２３１８×１０＊＊−３
Ｃ８＝１．８７７３１×１０＊＊−１
Ｃ１０＝５．０６１３５×１０＊＊−２
Ｔ３４０＝０．８８
Ｔ４００＝０．９９
ｆ／ｄ＝１．８１８
ｎＦ／｜Ｒ２｜＝２．５０９
[実施例３の諸元]
ｆ＝１．０mm
ＮＡ＝０．５７
ｎＦ＝１．５８９９５
νｄ＝５９．５
Ｒ１＝５．８２２７
ｄ＝０．５２５
Ｒ２＝−０．６３４５
ｋ＝０
Ｃ２＝０
Ｃ４＝−１．７８６１９×１０＊＊−１
Ｃ６＝−７．５７５３４×１０＊＊−３
Ｃ８＝１．５３２１７５×１０＊＊−１
Ｃ１０＝４．０６９００×１０＊＊−２
Ｔ３４０＝０．８４
Ｔ４００＝０．９９
ｆ／ｄ＝１．９０５
ｎＦ／｜Ｒ２｜＝２．５０６
さらに、図３乃至図５に、実施例１乃至実施例３の収差図を示す。これらの収差図は、本発明の実施例の性能を明確に示すために、第２面側から平行光線を入射し、光源側に結像させた時の収差を示している。また、各図において、非点収差図におけるｍはメリディオナル像面、ｓはサジタル像面を表す。さらに、球面収差図において、Ｈは軸上に入射する平行光束の最大高さを、ＦＮはＦナンバーを表し、コマ収差図において、Ａは画角を、Ｙは光源側の像高を表す。
【００１４】
これらの収差図によれば、いずれの実施例においても良好に収差が補正されていることがわかる。
【００１５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、紫外線領域においても良好な透過率を持ち、各収差が良好に補正された、落射蛍光顕微鏡に最適なコリメートレンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の構成図。
【図２】従来技術の構成図。
【図３】実施例１の収差図。
【図４】実施例２の収差図。
【図５】実施例３の収差図。
【符号の説明】
Ｓ  ：光源
Ｌ  ：コリメートレンズ
【図１】
0004374650.tif 000002
【図２】
0004374650.tif 000003
【図３】
0004374650.tif 000004
【図４】
0004374650.tif 000005
【図５】
0004374650.tif 000006