非球面接合透镜制造技术

目的在于提供一种设计及制造容易、使用树脂材料等低廉材料、像差少的非球面接合透镜。解决手段在于，至少具有3个界面；从出射面侧排序3个界面依次设为第3界面、第2界面及第1界面；在第1界面和第2界面对色差补正；第3界面是双曲面或接近双曲面的面；光对第1界面平行于光轴入射时，使从第3界面的出射光基本收敛于一点。为作色差补正，第1界面及第2界面为曲面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非球面接合透镜
本专利技术涉及有3个以上实质界面的非球面接合透镜。
技术介绍
以往，将2个非球面玻璃透镜接合而构成的消色差透镜(achromaticlens)已被知晓(参见非专利文献1)。该消色差透镜譬如是这样设计的：入射面和出射面均为非球面，倍率色差补正良好，适于荧光显微镜或低S/N成像应用、生物技术应用等。然而，由于需要将玻璃透镜加工研磨成形状复杂的非球面，所以加工难；而且，由于使用高折射率且带有高分散特性的高价格玻璃，所以价格非常高。已有技术文献非专利文献非专利文献1:爱特蒙特光学日本株式会社主页(http://www.edmundoptics.jp/optics/optical-lenses/aspheric-lenses/precision-aspherized-achromatic-lenses/3405/)
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题本专利技术目的在于提供一种设计及制造容易、使用树脂材料等低廉材料、像差(aberration)少的非球面接合透镜。解决技术问题的手段为实现上述目的，根据本专利技术的非球面接合透镜特征在于，至少具有3个界面；从出射面侧排序3个界面依次设为第3界面、第2界面及第1界面；上述第1界面及上述第2界面为曲面；设上述第3界面的主要部分(对光束收敛贡献最大的部分)以双曲线近似时该双曲线的曲率半径为r3，该双曲线的圆锥系数为k3，上述第2界面与上述第3界面之间区域的折射率为n3，上述第3界面之后(像侧)区域的折射率为n4，补正系数为A；则上述第3界面的有效区域(光线通过区域)的65％以上的部分包含于下述双曲线之间：以曲率半径r3、圆锥系数k3’＝k3·(1+A)表示的双曲线…(1)以曲率半径r3、圆锥系数k3”＝k3·(1-A)表示的双曲线…(2)其中，A＝0.325·(n4/n3-1)2+0.0035。另外也可采用如是结构：光线对上述第1界面平行于光轴入射时，在上述第1界面和上述第2界面对色差(chromaticaberration)补正，在上述第3界面使光线收敛，所使用波长范围的MTF，在空间频率为10线对/mm下达60％以上。也可采用如是结构：上述第1界面和上述第2界面是仅以曲率半径及圆锥系数表示的不带高次非球面系数的非球面。也可采用如是结构：上述第1界面与上述第2界面之间区域由聚碳酸酯(PC)形成，上述第2界面与上述第3界面之间区域由丙烯酸(PMMA)形成。具有同一结构的上述任何非球面接合透镜也可对称配置。另外，也可用将带同一第1结构的上述任何非球面接合透镜对称配置而成的物镜、和将带与上述第1结构不同的同一第2结构的上述任何非球面接合透镜对称配置而成的目镜构成显微镜或望远镜。专利技术的效果由于至少作为出射面的第3界面为非球面，所以能很好地补正球面像差等诸像差；而且，由于第3界面仅以曲率半径r3和圆锥系数k3定义，没有复杂的高次非球面系数，所以设计容易；还由于非球面形状简单，所以加工容易。另外，若是在第1界面和第2界面对色差补正，在第3界面使光线收敛，则无需使用高价格材料即能制造色差得到良好补正的消色差透镜。附图说明图1是根据本专利技术的非球面接合透镜的设计方法示意图。图2是根据本专利技术的非球面接合透镜的设计方法示意图。图3是表示无像差透镜的波动光学MTF之图。图4是根据市售的可见光消色差透镜中数据有公开的约600种透镜的数据描绘之点列图。图5是表示图4所用变量之关系的图。图6是使根据本专利技术的非球面接合透镜的第3界面的圆锥系数k3改变、将像差增量标注于点列图图5表示之图。图7是表示改变第2界面与第3界面之间区域的折射率n3和第3界面之后(像侧)区域的折射率n4之比n3/n4时可允许的圆锥系数k3的比率变化之图。图8(a)是表示根据本专利技术的非球面接合透镜的基本结构之图，图8(b)和(c)表示市售的消色差透镜和精密非球面消色差透镜的结构之图。图9是图8所示各透镜集光情形的点列图(SpotDiagrams)和像面强度曲线图。图10(a)是2个根据本专利技术的非球面接合透镜对称配置而成中继透镜的结构示意图，图10(b)是市售的消色差中继透镜的结构示意图。图11(a)是表示2个根据本专利技术的非球面接合透镜对称配置而成中继透镜的MTF的角度依赖性之图，图11(b)是表示市售的消色差中继透镜的MTF的角度依赖性之图。图12是表示2个根据本专利技术的非球面接合透镜是最外面以外为球面的透镜之情形的图。图13是表示图12所示2个透镜的MTF的角度依赖性之图。图14是表示2个根据本专利技术的非球面接合透镜之间的区域为BK7时之图。图15是表示图14所示2个透镜的MTF的角度依赖性之图。图16是显微镜的物镜和目镜均通过将2个根据本专利技术的非球面接合透镜对称配置而成之结构示意图。图17是表示图16所示显微镜的MTF的角度依赖性之图。图18是表示显微镜的物镜和目镜均用2个根据本专利技术的非球面接合透镜对称配置且最外面以外为球面的透镜构成时MTF的角度依赖性之图。图19是作为参考例给出的特开2013-92658号日本专利公开公报记载的显微镜的结构示意图。图20是表示图19所示参考例的MTF的角度依赖性之图。具体实施方式首先描述根据本专利技术的非球面接合透镜的设计方法。人们知道，让与光轴平行的光束收敛于一点时，可采用将出射面设为非球面的平凸透镜。此时，理论上讲，光束完全收敛于一点，出射面为双曲面，离心率e等于透镜的折射率n。因圆锥系数k与离心率e之间存在k＝-e2之关系，故知为k＝-n2圆锥曲线(在此表示以圆锥曲线中心轴为中心旋转而成之面。包括抛物面、双曲面、旋转椭球面。)。本专利技术人注意到一般存在如下关系。参见图1，若假设第1区域的折射率为n1，第2区域的折射率为n2，处在其之间的第1界面为以曲率半径r1和圆锥系数k1表示的圆锥曲线，则让在第1区域沿光轴平行行进的光束在第1界面折射而使其收敛于第2区域中自界面的距离为Lz1之点时，r1＝Lz1·(n2-n1)/n2k1＝-(n1/n2)2第2区域为空气时，n2≒1，故变成k1≒-n12，可导出上述公式。反之，若使来自点光源的光束与光轴平行，设L1为从点光源到第1界面的距离，则变成r1＝L1·(n2-n1)/n1k1＝-(n2/n1)2须指出，Lz1或L1为负数时也成立，Lz1为负时可成虚像，L1为负时收敛于超过了第1界面之点的光束入射于第1界面。本专利技术基本结构就是利用了这些个关系，有多个界面排列时，每隔一个就让于区域中行进的光束平行，据此，能使光束收敛于一点。参见图2，考察下区域有4个、界面有3个的情形。若在第1区域行进的光束与光轴平行，则只要使在第3区域行进的光束与光轴平行就能使光束收敛于一点。第1区域和第4区域为空气时，透镜本身是由折射率不同的2种玻璃形成的接合透镜。则如上所述，让在第1区域与光轴平行地行进的光束在第1界面折射而收敛于自第1界面的距离为Lz1之点的条件为r1＝Lz1·(n2-n1)/n2k1＝-(n1/n2)2在第1界面折射而进入第2区域的光束，能视为光源处在第1界面的像位置的光束，故使其在第2界面折射而使得行进于第3区域的光束与光轴平行之条件为r2＝(L2-Lz1)·(n3-n2)/n2k2＝-(n3/n2)2使在第3区域再度变成与光轴平行的光束收敛于自第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非球面接合透镜，其特征在于，至少具有3个界面；从出射面侧排序3个界面依次设为第3界面、第2界面及第1界面；上述第1界面及上述第2界面为曲面；设上述第3界面的主要部分以双曲线近似时该双曲线的曲率半径为r3，该双曲线的圆锥系数为k3，上述第2界面与上述第3界面之间区域的折射率为n3，上述第3界面之后(像侧)区域的折射率为n4，补正系数为A；则上述第3界面的有效区域(光线通过区域)的65％以上的部分包含于下述双曲线之间：以曲率半径r3、圆锥系数k3’＝k3·(1+A)表示的双曲线…(1)以曲率半径r3、圆锥系数k3”＝k3·(1‑A)表示的双曲线…(2)其中，A＝0.325·(n4/n3‑1)2+0.0035。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.09 JP 2016-0456361.一种非球面接合透镜，其特征在于，至少具有3个界面；从出射面侧排序3个界面依次设为第3界面、第2界面及第1界面；上述第1界面及上述第2界面为曲面；设上述第3界面的主要部分以双曲线近似时该双曲线的曲率半径为r3，该双曲线的圆锥系数为k3，上述第2界面与上述第3界面之间区域的折射率为n3，上述第3界面之后(像侧)区域的折射率为n4，补正系数为A；则上述第3界面的有效区域(光线通过区域)的65％以上的部分包含于下述双曲线之间：以曲率半径r3、圆锥系数k3’＝k3·(1+A)表示的双曲线…(1)以曲率半径r3、圆锥系数k3”＝k3·(1-A)表示的双曲线…(2)其中，A＝0.325·(n4/n3-1)2+0.0035。2.按权利要求1所述的非球面接合透镜，其特征在于，光线对上述第1界面平行于光轴入射时，在上述第1界面和上述第2界面对色差补正，在上述第3界面使光线收敛，所使用波长范围的MTF在空间...

【专利技术属性】
技术研发人员：市原淳，
申请(专利权)人：市原淳，
类型：发明
国别省市：日本,JP