JP2019032507A - Self-centering lens structure for permeable deflection optical unit - Google Patents
Self-centering lens structure for permeable deflection optical unit Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019032507A JP2019032507A JP2018102488A JP2018102488A JP2019032507A JP 2019032507 A JP2019032507 A JP 2019032507A JP 2018102488 A JP2018102488 A JP 2018102488A JP 2018102488 A JP2018102488 A JP 2018102488A JP 2019032507 A JP2019032507 A JP 2019032507A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens
- lenses
- case
- lens structure
- contact
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
- G02B7/021—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses for more than one lens
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
- G02B7/028—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lens Barrels (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
【課題】共通の光軸に対して高い精度でレンズを配列することを容易にし、この処理では、温度が変化する場合に損傷の影響を受けにくいレンズ構造を提供する。【解決手段】光学ユニット用のレンズ構造(1)は、少なくとも2つのレンズ(11〜14)と、少なくとも2つのレンズ(11〜14)が連続して配置された共通ケース(15)とを備える。レンズ(11〜14)は、軸方向に、傾斜角度で並べられる。レンズは、互いに向き合う当接面(2)を形成し、隣接レンズ(11〜14)は、当接面を介して互いに当接する。一連の残りのレンズ(12〜14)が、各隣接レンズ(11〜14)の互いに向き合う当接面(2)によって互いに対して並べられ、その結果、一連のすべてのレンズ(11〜14)が、共通の光軸(16)に対して、半径方向に、軸方向に、且つ傾斜角度で並べられる。【選択図】図1It is easy to arrange lenses with high accuracy with respect to a common optical axis, and this process provides a lens structure that is less susceptible to damage when temperature changes. A lens structure (1) for an optical unit includes at least two lenses (11-14) and a common case (15) in which at least two lenses (11-14) are continuously arranged. . The lenses (11 to 14) are arranged at an inclination angle in the axial direction. The lenses form contact surfaces (2) that face each other, and the adjacent lenses (11 to 14) contact each other through the contact surfaces. A series of remaining lenses (12-14) are aligned with each other by the facing abutment surfaces (2) of each adjacent lens (11-14) so that all the series of lenses (11-14) are aligned. , With respect to the common optical axis (16), arranged in the radial direction, in the axial direction and at an inclination angle. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、所定のスペクトル範囲において透過性で屈折するように動作する光学ユニットのためのレンズ構造に関し、本レンズ構造は、
−それぞれが所定のスペクトル範囲で透過する材料からなる少なくとも2つのレンズと、
−少なくとも2つのレンズが連続して配置された共通ケースと、を備え、
レンズは、共通の光軸に対して、少なくとも実質的に半径方向、軸方向、及び傾斜角度で整列している。
The present invention relates to a lens structure for an optical unit that operates to be transparent and refracted in a predetermined spectral range, the lens structure comprising:
-At least two lenses each made of a material that is transparent in a predetermined spectral range;
A common case in which at least two lenses are arranged in series,
The lenses are aligned at least substantially radially, axially, and at a tilt angle with respect to a common optical axis.
このようなレンズ構造は、特許文献1(米国特許第2016/0282593A1号明細書)により開示されている。 Such a lens structure is disclosed in Patent Document 1 (US 2016/0282593 A1).
透過性の屈折光学ユニットは、物体の光学画像を構築するのに役目を果たす。光(例えば、可視光又は赤外光)は、光学ユニットのレンズを介して伝搬し、その過程で、レンズ材料の屈折率と各レンズの周囲の屈折率との差に基づいてレンズの界面で屈折する。光の偏光は、界面の形状及び界面における屈折率の差によって決定される。光が光学撮像のために屈折する界面は、光学的有効面とも呼ぶことができる。 The transmissive refractive optical unit serves to construct an optical image of the object. Light (eg, visible light or infrared light) propagates through the lens of the optical unit and in the process, at the lens interface based on the difference between the refractive index of the lens material and the refractive index around each lens. Refract. The polarization of light is determined by the interface shape and the difference in refractive index at the interface. The interface through which light is refracted for optical imaging can also be referred to as an optically effective surface.
最も単純な場合、透過性の屈折光学ユニットは、単一のレンズのみを備えることができるが、その特性を併せ持つためには、通常、複数のレンズが連続して配置される。可視光の範囲内で適用する場合、複数のレンズの屈折力が、特に顕著な拡大又は縮小のためにしばしば組み合わされる。 In the simplest case, a transmissive refractive optical unit can comprise only a single lens, but in order to combine the characteristics, a plurality of lenses are usually arranged in succession. When applied within the visible light range, the refractive powers of multiple lenses are often combined for particularly significant magnification or reduction.
複数のレンズを光伝播方向に連続的に組み合わせるには、十分に正確な半径方向及び軸方向の位置合わせ、及びレンズ構造の共通光軸に対するこれらのレンズ又はその光軸の傾斜に対する十分に正確な位置合わせが必要である。 To continuously combine multiple lenses in the direction of light propagation, sufficiently accurate radial and axial alignment and sufficiently accurate for these lenses or their tilt relative to the common optical axis of the lens structure Alignment is necessary.
これを確実にするために、光学要素(レンズ)の経時的に異なる位置調整及び固定変形が開発された。これらの概要は、非特許文献1(Carl Hanser Verlag,Munich,7th edition,2014に掲載されたH.Naumannらによる、Handbuch Bauelemente der Optik[Optical component handbook])で提供されている。 In order to ensure this, different positioning and fixed deformations of the optical element (lens) over time have been developed. A summary of these is provided in Non-Patent Document 1 (Carl Hanser Verlag, Munich, 7th edition, 2014, by H. Naumann et al.
特許文献1(米国特許出願公開第2016/0282593A1号明細書)でも実現されている1つの変形例では、光学要素が共通ケース内で軸方向に支持される。共通ケース内のさらなる他のすべての光学要素は、スペーサを介してそれぞれの先行する光学要素で支持され、留め具は最後の光学要素の後ろに軸方向に係合する。各光学要素は、共通ケースによって半径方向に個別に整列される。この設計では、起こり得るエラー(例えば、スペーサ及び光学要素のエッジ厚が異なる)が、光学アセンブリ内で加算されて伝搬する可能性があり、最終光学要素の光軸の位置が比較的顕著に傾斜位置となる可能性がある。 In one variant, which is also realized in US Pat. No. 6,022,593 A1, the optical element is supported axially within a common case. All other optical elements in the common case are supported by their respective preceding optical elements via spacers, and the fasteners engage axially behind the last optical element. Each optical element is individually aligned in the radial direction by a common case. In this design, possible errors (eg, different spacer and optical element edge thicknesses) can propagate additively in the optical assembly, and the position of the optical axis of the final optical element is relatively significantly tilted. May be a position.
各光学要素が共通ケース内の専用の停止面と専用固定部を有する場合、エラーの伝播は回避される。しかしながら、この設計では、組み立て性を確保するために、光学要素間の直径を大きくする必要がある。 If each optical element has a dedicated stop surface and a dedicated fixed part in the common case, error propagation is avoided. However, this design requires a larger diameter between the optical elements to ensure assembly.
両方の設計において、光学要素の半径方向の整列は、共通ケースの内壁によって、それぞれの光学要素の半径方向エッジ(側面)に対してもたらされる。半径方向エッジと光学要素の光軸との間の局所距離は、製造公差に支配され、その結果、光学要素の光軸のずれが共通光軸に対して現れる。 In both designs, radial alignment of the optical elements is provided by the common case inner wall to the radial edges (sides) of the respective optical elements. The local distance between the radial edge and the optical axis of the optical element is subject to manufacturing tolerances, so that a deviation of the optical axis of the optical element appears with respect to the common optical axis.
さらに、光学要素のエッジ(側面)と共通ケースの内壁との間に顕著な半径方向のギャップが残っており、このギャップは、同様に共通光軸に対する光学要素のずれを容易にし、その結果、光学収差を一般にもたらす。このギャップは、構造要素の製造公差を補償し、また、光学要素の半径方向クランプと、共通ケースに対して光学要素の相対的な半径方向熱膨張が生じる場合の光学要素における張力の対応する蓄積とを防止するために必要であり、これがなければ、光学要素に歪みをもたらし、撮像特性に悪影響を及ぼす。半径方向ギャップが小さすぎると、特に、保管、輸送、及び通常使用の場合に起こり得る温度変化を考慮すると、光学要素が破壊される可能性さえある。逆に、半径方向のギャップが非常に大きい場合に偏心、ひいては光学収差も増加する。 In addition, there remains a significant radial gap between the edge (side) of the optical element and the inner wall of the common case, which also facilitates the displacement of the optical element with respect to the common optical axis, Generally results in optical aberrations. This gap compensates for manufacturing tolerances of the structural element and also a corresponding accumulation of tension in the optical element when radial clamping of the optical element and relative thermal expansion of the optical element relative to the common case occurs. If this is not necessary, the optical element is distorted and the imaging characteristics are adversely affected. If the radial gap is too small, the optical element can even be destroyed, especially considering temperature changes that can occur during storage, transportation, and normal use. On the contrary, when the gap in the radial direction is very large, decentering and thus optical aberration also increases.
特許文献2(独国特許出願公開第10 2004 048 064 A1号明細書)又は特許文献3(独国特許出願公開第10 2005 023 972 A1号明細書)は、各レンズがそれぞれマウント(ホルダ)に配置され、それぞれのマウントによって共通ケース内に半径方向に設置された顕微鏡対物レンズを開示している。 In Patent Document 2 (German Patent Application Publication No. 10 2004 048 064 A1 Specification) or Patent Document 3 (German Patent Application Publication No. 10 2005 023 972 A1 Specification), each lens is mounted on a mount (holder). Disclosed is a microscope objective arranged and mounted radially in a common case by respective mounts.
個々の各レンズは、いわゆる旋盤センタリングの範囲内で専用マウントに固定され、その外部輪郭は特殊なアライメント旋盤で後処理される。この処理中に光学要素の光軸が測定される。マウントの後処理は、後処理されたマウント上の配向判定輪郭が光学要素の光軸に対してより正確に配置されるように実行される。いわゆるアライメント接着結合の場合には、同様に光学要素の光軸が測定され、光学要素がそのマウント内で接着され、前記光学要素がマウント内に正確に配置される。この結果として、光学要素の光軸の半径方向位置における、マウントに対する、又はマウントのエッジに対する、許容誤差を最小限にすることが可能であり、これは、共通ケース内での配列を決定づける。 Each individual lens is fixed to a dedicated mount within the so-called lathe centering, and its external contour is post-processed on a special alignment lathe. During this process, the optical axis of the optical element is measured. Post-processing of the mount is performed such that the orientation determination contour on the post-processed mount is more accurately placed with respect to the optical axis of the optical element. In the case of so-called alignment adhesive bonding, the optical axis of the optical element is likewise measured, the optical element is glued in its mount, and the optical element is accurately placed in the mount. As a result of this, it is possible to minimize tolerances at the radial position of the optical axis of the optical element, relative to the mount or to the edge of the mount, which determines the arrangement within the common case.
旋盤センタリング及びアライメント接着結合は、特に、共通ケース内の半径方向整列に関連するマウントの側面から光学要素の光軸の半径方向距離の公差を最小限に抑えることによって、光学系の光学収差を低減するための選択肢である。しかしながら、光学要素及びマウント、又はマウント及び共通ケースの異なる(半径方向の)熱膨張は、これらの設計において問題を残している。さらに、旋盤センタリング及びアライメント接着接合は複雑で高価である。 Lathe centering and alignment adhesive bonding reduce optical aberrations of the optical system, especially by minimizing the tolerance of the radial distance of the optical axis of the optical element from the side of the mount related to radial alignment in the common case It is an option to do. However, the different (radial) thermal expansion of the optical element and mount, or mount and common case, remains a problem in these designs. Furthermore, lathe centering and alignment adhesive bonding are complex and expensive.
本発明は、単純で費用対効果の高い方法で、共通の光軸に対して良好な精度でのレンズの位置調整を容易にし、この処理では、温度が変化する場合にエラー及び損傷の影響を受けにくいレンズ構造を提供することを目的とする。 The present invention facilitates lens positioning with good accuracy with respect to a common optical axis in a simple and cost-effective manner, and this process eliminates the effects of errors and damage as the temperature changes. The object is to provide a lens structure that is difficult to receive.
この目的は、上記したタイプのレンズ構造を用いて簡単で効果的に達成され、各場合において、シーケンス内で互いに隣接するレンズは、それらの間の相対的移動を可能にするように取り付けられ、前記レンズは、その透過性材料で互いに向き合う当接面を形成し、隣接レンズは前記当接面により互いに当接し、
一連のレンズが軸方向にプレテンションされる弾性張力付与手段が設けられ、
一連のレンズ内のただ1つのみが共通ケースを介して軸方向に配置され、一連のレンズの一部のみが共通ケースを介して半径方向に並べられ、
一連のレンズの残りは、それぞれ隣接するレンズの互いに向き合う当接面によって互いに対して配置され、その結果、一連のすべてのレンズが、共通の光軸に対して、半径方向、軸方向、且つ傾斜角度で配置されることを特徴とする。
This object is achieved simply and effectively using a lens structure of the type described above, in which case the lenses adjacent to each other in the sequence are mounted so as to allow relative movement between them, The lenses form contact surfaces that face each other with the transparent material, and adjacent lenses contact each other by the contact surfaces,
An elastic tension applying means for pretensioning a series of lenses in the axial direction is provided,
Only one of the series of lenses is arranged axially through the common case, and only a part of the series of lenses is arranged radially through the common case,
The rest of the series of lenses is arranged with respect to each other by the abutting surfaces of each adjacent lens so that all the series of lenses are radially, axially and inclined with respect to a common optical axis. It is arranged at an angle.
本発明は、共通ケース内に配置され、張力付与手段によって(共通の光軸に沿って)軸方向に弾性的にプリテンションされた、レンズのルーズスタックを形成することを提案する。ケースによって軸方向に整列されたレンズ(好ましくは直接的に、又は間接的だが別のレンズによるものではなく、ケース上に軸方向に支承される)は、スタックの基部を形成する。 The present invention proposes to form a loose stack of lenses that are arranged in a common case and elastically pretensioned (along a common optical axis) in the axial direction by means of tensioning means. A lens axially aligned by the case (preferably directly or indirectly but not by another lens but axially supported on the case) forms the base of the stack.
異なる熱膨張係数及び温度変化の結果として、共通ケースとレンズスタックとの間の軸方向の膨張に差がある場合、張力付与手段は、圧縮応力が高すぎる結果としてレンズが損傷することなく、膨張の際にこれらの差を補償することができる。ここで、軸方向の膨張の差は、この場合の軸方向の熱膨張に直接的に起因する可能性があり、そうでなければ、例えば、互いに向き合い、くさび状又はじょうご状の形態で作用する、隣接レンズの当接面の場合、レンズ同士の軸方向の変位を引き起こすレンズの半径方向の熱膨張に起因する可能性がある。 If there is a difference in the axial expansion between the common case and the lens stack as a result of different thermal expansion coefficients and temperature changes, the tensioning means will expand without damaging the lens as a result of the compressive stress being too high. These differences can be compensated for. Here, the difference in the axial expansion can be directly attributable to the axial thermal expansion in this case, otherwise it faces each other and acts in a wedge-like or funnel-like form, for example. In the case of an abutting surface of an adjacent lens, there is a possibility that it is caused by thermal expansion in the radial direction of the lens causing axial displacement between the lenses.
レンズの一部、典型的には、1つ又は2つのレンズが、共通ケースによって半径方向に整列され、すなわち、ケースの内壁のために半径方向の移動に関して制限される。レンズのこの部分又はその透過性材料に対して、(例えば、ケース材料に対して最大で25%の差がある)透過性材料の熱膨張係数にほぼ等しい熱膨張係数を有するケース材料を選択することができる。この場合、予想される温度変化の場合(保管中、搬送中、又は通常動作中)、共通ケース内の各レンズの半径方向クランプを防止するには、比較的小さい半径方向のギャップで十分であり、典型的な半径方向のギャップの幅(所期の温度Tsollの場合、例えば20℃)は、通常15μm以下、又はレンズ直径の1000分の1以下である。レンズの光軸の起こり得るずれは、それに応じて小さくなり、したがって、光学収差を小さく保つことができる。 A part of the lens, typically one or two lenses, is radially aligned by the common case, i.e. limited in terms of radial movement due to the inner wall of the case. For this part of the lens or its permeable material, select a case material having a coefficient of thermal expansion approximately equal to the coefficient of thermal expansion of the permeable material (eg, up to 25% difference from the case material). be able to. In this case, in the case of an expected temperature change (during storage, transport or normal operation), a relatively small radial gap is sufficient to prevent radial clamping of each lens in the common case. The typical radial gap width (for example 20 ° C. for the desired temperature Tsoll) is usually 15 μm or less, or 1/1000 of the lens diameter. The possible deviation of the optical axis of the lens will be reduced accordingly and thus the optical aberration can be kept small.
レンズの残りの(残余)部分(通常は2つ以上のレンズ)は、共通ケースによって半径方向に整列しておらず、これらレンズの半径方向の配列を損なうことなく、各レンズと共通ケースとの間に実質的に任意の大きさの半径方向のギャップを設けることができる。特に、予測される温度変化の場合(例えば、保管又は輸送中の、使用操作のために所期の温度間隔から外れている場合でも)には確実に相互の半径方向の接触がないほど大きくなるように共通ケースへの半径方向のギャップを実現することができる。共通ケースへの典型的な半径方向のギャップは、レンズの残りの部分に対して150μm以上である。この残りの部分のレンズの半径方向の整列は、隣接するレンズに対する当接面を介してのみもたらされる。例えば、くさび形又はじょうご状で作用する当接面によって、互いに向き合う隣接するレンズの当接面を適切に設計することにより、レンズの異なる半径方向の熱膨張が半径方向の張力にならず、互いに関連したレンズの軸方向の変位になることを保証することが可能であり、これは損傷の危険なしに弾性張力付与手段に対して可能である。 The remaining (residual) portions of the lens (usually two or more lenses) are not radially aligned by the common case, and without compromising the radial arrangement of these lenses, There can be a substantially arbitrary radial gap in between. In particular, in the case of anticipated temperature changes (eg even during storage or transport, even if they are out of the intended temperature interval for the intended operation), they will definitely be so large that there is no radial contact with each other. Thus, a radial gap to the common case can be realized. A typical radial gap to the common case is 150 μm or more for the rest of the lens. This radial alignment of the remaining part of the lens is only effected via the abutment surface against the adjacent lens. For example, by properly designing the abutment surfaces of adjacent lenses facing each other with abutment surfaces that act like wedges or funnels, the different radial thermal expansions of the lenses do not become radial tensions, It can be ensured that there is an axial displacement of the associated lens, which is possible for the elastic tensioning means without risk of damage.
本発明の範囲内では、個々のレンズ用のマウント(ホルダ)は不要である。共通ケース内のアセンブリの場合、レンズは、一般的に、共通ケース内の一方の側で連続して、又はルーズスタックとして開放された実質的に円柱状の空洞に簡単に挿入され得、及び(典型的には、例えば、ねじを締めることによって、張力付与要素を閉じ且つ/又は締めることにより)実質的に固定され得る。 Within the scope of the present invention, individual lens mounts (holders) are not required. In the case of an assembly in a common case, the lens can generally be easily inserted into a substantially cylindrical cavity open on one side in the common case or as a loose stack, and ( Typically, it can be substantially fixed (eg, by closing and / or tightening the tensioning element by tightening screws).
半径方向に整列するとは、それに垂直な(所望の)共通光軸に対する変位に対するレンズ(レンズの光軸)の(正しい)位置決めを意味する。軸方向に整列するとは、共通光軸に沿った所望の位置に対する共通光軸に沿った変位に対するレンズの(正しい)位置決めを意味する。傾斜角度で位置決めするとは、(所望の)共通光軸に対するレンズの光軸の(正しい)傾きを意味する。 By radial alignment is meant the (correct) positioning of the lens (lens optical axis) relative to the displacement relative to the (desired) common optical axis perpendicular to it. Axial alignment means (correct) positioning of the lens with respect to displacement along the common optical axis relative to a desired position along the common optical axis. Positioning at an inclination angle means the (correct) inclination of the optical axis of the lens with respect to the (desired) common optical axis.
用途の多くの場合、1つのレンズのみがケースを介して半径方向に位置合わせされる。しばしば、このレンズはケースによって軸方向にも整列される。ケースによって軸方向に整列されたレンズは、典型的には、ケースによって傾斜角度でも整列され、及び/又は共通ケース内の共通光軸の向きを設定することに留意されたい。 In many applications, only one lens is aligned radially through the case. Often this lens is also axially aligned by the case. Note that lenses that are axially aligned by the case are typically also aligned by the case at a tilt angle and / or set the orientation of the common optical axis within the common case.
本発明の好適な実施態様
本発明に係るレンズ構造の好適な実施態様では、所定のスペクトル範囲は赤外線にあり、特に、所定のスペクトル範囲の全体又は一部が2μm〜13μmの波長範囲を含む。特に、本発明は、赤外線顕微鏡対物レンズに使用するのに適している。さらに、旋盤処理後に残っている表面粗さは、一般的に、長波長のために赤外スペクトル領域において重要ではない傾向があるので、赤外スペクトル範囲内の適切なレンズは、旋盤方法、特にダイヤモンド旋盤で容易に製造することができる。赤外光を用いて試料に関する分光情報を得ることができ、この情報は、例えば、試料の化学組成を判定する際に使用することができる。このために、試料は、特に、赤外線顕微鏡で検査することができる。試料の表面上に自身を向けるためには、通常、小倍率で試料を観察することができることも望まれる。可視及び赤外線スペクトル範囲で使用可能な顕微鏡用途のミラー対物レンズは、中央オブスキュレーションが大きいために小倍率には適していない。赤外線透過性レンズの材料は、通常、広いスペクトル範囲にわたって屈折率の強い波長依存性を有する。その結果、単一レンズが、強い色収差をもたらす。これらを補償するために、本発明に係るレンズ構造において、異なる透過性材料で作られたレンズを組み合わせることが可能である(これに関しては以下も参照)。したがって、本発明に係るレンズベースの対物レンズ又はレンズ構造をIR顕微鏡に使用することは、本発明の範囲内で可能である。
Preferred embodiments of the invention In a preferred embodiment of the lens structure according to the invention, the predetermined spectral range is in the infrared, in particular the whole or part of the predetermined spectral range comprises a wavelength range of 2 μm to 13 μm. In particular, the present invention is suitable for use with an infrared microscope objective. Furthermore, since the surface roughness remaining after lathe processing generally tends to be insignificant in the infrared spectral region due to long wavelengths, suitable lenses in the infrared spectral range are suitable for lathe methods, especially It can be easily manufactured with a diamond lathe. Spectroscopic information about the sample can be obtained using infrared light, and this information can be used, for example, in determining the chemical composition of the sample. For this purpose, the sample can in particular be examined with an infrared microscope. In order to orient itself on the surface of the sample, it is usually desirable that the sample can be observed at a small magnification. Mirror objectives for microscope applications that can be used in the visible and infrared spectral ranges are not suitable for small magnifications due to their large central obscuration. Infrared transparent lens materials usually have a wavelength dependence with a strong refractive index over a wide spectral range. As a result, a single lens results in strong chromatic aberration. In order to compensate for these, it is possible to combine lenses made of different transmissive materials in the lens structure according to the invention (see also in this regard). It is therefore possible within the scope of the invention to use the lens-based objective lens or lens structure according to the invention in an IR microscope.
一実施態様では、所定のスペクトル範囲が可視光の範囲内にあるように、特に、所定のスペクトル範囲の全部又は一部が390nm〜780nmの波長範囲を含むようにすることも同様に可能である。 In one embodiment, it is equally possible for the predetermined spectral range to be in the visible range, in particular so that all or part of the predetermined spectral range includes a wavelength range of 390 nm to 780 nm. .
有利な実施態様は、少なくとも2つのレンズの少なくとも一部が、所定のスペクトル範囲で透過する異なる材料からなるよう提供される。屈折率は、多くの光学材料、特に赤外線スペクトル範囲において、波長依存性が強い。その場合、すべてのレンズが同じ光学材料から製造される個々のレンズ又は光学系の場合には、顕著な色収差を受け入れなければならない。これとは対照的に、この実施態様の範囲内で、異なる波長依存性の屈折挙動を有する異なる透過性材料が適切な方法で組み合わされる場合、全体的に(個々のレンズと比較して)色収差が低減された波長依存性の相互(少なくとも部分的な)補償によってレンズ構造をもたらすことが可能である。さらに、異なる透過性材料は、通常、異なる熱膨張係数を有する。これにより、透過性材料(レンズ材料)の1つによく適合する熱膨張係数を有するケース材料を容易に見つけ出すか又は選択することができ、その場合、このレンズ材料は、共通ケースによって半径方向に導かれるレンズ又は複数のレンズに使用することができることが示される。 An advantageous embodiment is provided that at least a part of the at least two lenses are made of different materials that transmit in a predetermined spectral range. The refractive index is highly wavelength dependent in many optical materials, particularly in the infrared spectral range. In that case, significant chromatic aberration must be accepted in the case of individual lenses or optical systems in which all lenses are made from the same optical material. In contrast, within this embodiment, if different transmissive materials with different wavelength-dependent refractive behaviors are combined in an appropriate way, overall (compared to individual lenses) chromatic aberration It is possible to provide a lens structure with reduced (wavelength dependent) mutual (at least partial) compensation. In addition, different permeable materials typically have different coefficients of thermal expansion. This makes it easy to find or select a case material having a coefficient of thermal expansion that fits well with one of the permeable materials (lens materials), in which case the lens material is radially aligned by the common case. It is shown that it can be used for guided lenses or multiple lenses.
光学的有効面が隣接するレンズの半径方向内側領域に形成され、隣接するレンズが互いに向き合う当接面のみで互いに当接するが、光学的有効面ではない、レンズの半径方向外側領域に形成されるべき隣接するレンズの互いに向き合う当接面を提供する実施態様もまた好ましい。この設計は実際にその価値が証明されている。光学的有効面及び当接面は、空間的にも機能的にも互いに分離されており、したがって、互いに独立して幾何学的に設計することができる。 An optically effective surface is formed in the radially inner region of the adjacent lens, and the adjacent lenses are in contact with each other only at the contact surfaces facing each other, but are not in the optically effective surface, but are formed in the radially outer region of the lens. Embodiments that provide opposing abutment surfaces for adjacent lenses to be powered are also preferred. This design has proven its value in practice. The optically effective surface and the abutment surface are separated from each other both spatially and functionally and can therefore be designed geometrically independently of each other.
互いに向き合っている第1の当接面を形成するために、各場合での一連の互いに隣接しているレンズを提供する実施態様も有利であり、互いに向き合っている第1の当接面の少なくとも1つは、各場合においてそれぞれのレンズの光軸に対してほぼ平坦でほぼ垂直であるように実現され、
特に、第1の当接面の最大局部傾斜角度αが絶対値15°を超えず、局部傾斜角度αが、レンズの光軸に垂直に延びる基準面及びレンズの光軸を含む断面において測定され、
特に、第1の当接面が、それぞれのレンズの光軸に対して回転対称的に実現される。レンズは、第1の当接面を介して、隣接するレンズに対して軸方向に、及び傾斜角度で整列させることができる。実質的に平坦な(特に段差のない)及びほぼ垂直な実施態様のために、第1の当接面について軸方向オフセットがない(又は、傾斜角度が最大でも15°の場合に軸方向オフセットがわずかである)、互いに対する半径方向の摺動が可能である。典型的には、互いに向き合う2つの第1の当接面は、レンズのそれぞれの光軸に対してほぼ平坦でほぼ垂直に構造されている。第1の当接面は、互いからずれているか、又は互いに離れている部分的な面を有していてもよいことに留意すべきである。回転対称の当接面は、特に製造が容易であり、レンズ間の位置ずれを回避する。
Embodiments providing a series of adjacent lenses in each case to form first abutting surfaces facing each other are also advantageous, at least of the first abutting surfaces facing each other. One is realized in each case to be substantially flat and substantially perpendicular to the optical axis of the respective lens,
In particular, the maximum local inclination angle α of the first abutment surface does not exceed an absolute value of 15 °, and the local inclination angle α is measured in a cross section including a reference plane extending perpendicular to the optical axis of the lens and the optical axis of the lens. ,
In particular, the first contact surface is realized rotationally symmetrically with respect to the optical axis of each lens. The lenses can be aligned axially and at an angle of inclination with respect to adjacent lenses via the first abutment surface. Due to the substantially flat (especially no step) and substantially vertical embodiments, there is no axial offset for the first abutment surface (or no axial offset when the tilt angle is at most 15 °). A slight sliding) is possible with respect to each other in the radial direction. Typically, the two first contact surfaces facing each other are structured to be substantially flat and substantially perpendicular to the optical axis of each lens. It should be noted that the first abutment surfaces may have partial surfaces that are offset from each other or spaced from each other. A rotationally symmetric contact surface is particularly easy to manufacture and avoids misalignment between lenses.
好ましい構造では、各場合に互いに向き合う第1の当接面の少なくとも1つは、それぞれのレンズの光軸に対して垂直に延びており、特に、第1の当接面は、リング状の平面として形成されている。(正確に)垂直な第1の当接面の場合、隣接するレンズの各半径方向変位位置において、軸方向オフセットのない平面(面)相互当接を達成することができ、その結果、局所的な圧力負荷が低く保たれる。この構造は、レンズ、特にソフトレンズ材料の場合には、IRスペクトル範囲での使用でしばしば見られるような変形を避けるのを助け、その結果、良好な撮像特性を得ることができる。リング状の平面は製造が容易であり、レンズの全周にわたって均一な圧力分布を可能にする。 In a preferred construction, at least one of the first abutment surfaces facing each other in each case extends perpendicular to the optical axis of the respective lens, in particular the first abutment surface is a ring-shaped plane. It is formed as. In the case of a (precisely) vertical first abutment surface, a planar (surface) abutment without axial offset can be achieved at each radial displacement position of the adjacent lens, resulting in local Pressure load is kept low. This structure helps to avoid deformations often found in use in the IR spectral range, in the case of lenses, especially soft lens materials, so that good imaging properties can be obtained. The ring-shaped plane is easy to manufacture and allows a uniform pressure distribution over the entire circumference of the lens.
一連のそれぞれ隣接するレンズが互いに向き合う第2の当接面を形成する一実施態様も同様に有利であり、第2の当接面の一方が他方のレンズに向かって広がる開口部を形成し、及び/又は第2の面のうちの一方が他方のレンズに向かって先細になる突起を形成する。第2の当接面は、「センタリング」又は「傾斜」当接面と呼ぶこともできる。典型的には、互いに向き合う第2の当接面の1つは、開口部で実現され、他の1つは、突起で実現される。第2の当接面は、互いに分離されているか、又は互いからずらされている部分面を有することもできるが、第2の当接面は、典型的には、それぞれのレンズの光軸に対して回転対称的に実現されることに留意すべきである。第2の当接面は、隣接するレンズに対して半径方向にそれぞれのレンズを整列させる働きをする。特に、互いに関連する半径方向の動きは、レンズ又は第2の当接面の相互係合によって制限される。ここでは、特に、隣接するレンズの相対的な半径方向膨張が、相互誘導によって軸方向摺動に変換され得る、拡開開口部及び/又は先細突出部を使用してくさび状又はじょうご状の相互誘導をもたらすことができる。 An embodiment in which a series of adjacent lenses form a second abutment surface facing each other is equally advantageous, wherein one of the second abutment surfaces forms an opening that extends toward the other lens, And / or forming a protrusion in which one of the second surfaces tapers toward the other lens. The second abutment surface can also be referred to as a “centering” or “inclined” abutment surface. Typically, one of the second abutment surfaces facing each other is realized with an opening and the other is realized with a protrusion. The second abutment surface may have partial surfaces that are separated from each other or offset from each other, but the second abutment surface is typically on the optical axis of the respective lens. It should be noted that this is realized rotationally symmetrically. The second abutment surface serves to align each lens in the radial direction with respect to the adjacent lens. In particular, the radial movement relative to each other is limited by the interengagement of the lens or the second abutment surface. Here, in particular, the relative radial expansion of adjacent lenses can be converted into axial sliding by mutual induction, using a widened opening and / or a tapered protrusion, and a wedge-like or funnel-like mutual. Can lead to induction.
この実施態様の好ましい構造では、第2の当接面の少なくとも1つの局所傾斜角度αが25°と65°との間、好ましくは30°と60°との間の絶対値を有するようにし、局部傾斜角度αは、レンズの光軸に垂直に延びる基準面及びレンズの光軸を含む断面において測定される。ここで、隣接するレンズの相互当接が可能な領域における局部傾斜角度αを考慮するだけでよい。原則として、レンズの軸方向オフセット又は良好な相互摺動への半径方向拡張の良好な偏向機能は、指定された傾斜角度範囲で達成することができ、ラジアルプレイは同時に低く維持することができる。傾斜角度がより急に(より大きく)なると、ラジアルプレイが減少し、傾斜角度がより平坦に(より小さく)なると、互いに対する隣接レンズの摺動が改善され(摺動性は材料に依存する摩擦係数にも依存する)、どちらの態様も、特定の傾斜角度範囲内で互いと結合することができる。特に、第2の当接面として、傾斜角度α=45°の錐台側面を設定することが可能である。 In a preferred construction of this embodiment, at least one local inclination angle α of the second abutment surface has an absolute value between 25 ° and 65 °, preferably between 30 ° and 60 °, The local tilt angle α is measured in a cross section including a reference plane extending perpendicular to the optical axis of the lens and the optical axis of the lens. Here, it is only necessary to consider the local inclination angle α in the region where the adjacent lenses can contact each other. In principle, a good deflection function of the axial offset of the lens or a radial extension to good mutual sliding can be achieved in a specified tilt angle range and the radial play can be kept low at the same time. When the tilt angle is steeper (larger), radial play is reduced, and when the tilt angle is flatter (smaller), sliding of adjacent lenses with respect to each other is improved (slidability is a material-dependent friction) Both aspects can be combined with each other within a certain tilt angle range (depending on the factor). In particular, a frustum side surface with an inclination angle α = 45 ° can be set as the second contact surface.
好ましい構造において、第2の当接面の1つ以上は、円錐台及び/又は球面セグメント及び/又は円環セグメントの側面に少なくとも実質的に従って形成される。これらの形態は実際に価値があると証明されており、製造が容易である。 In a preferred structure, one or more of the second abutment surfaces are formed at least substantially in accordance with the frustum and / or the side surface of the spherical segment and / or the annular segment. These forms have proven to be valuable in practice and are easy to manufacture.
互いに向き合う第2の当接面の一方が、他方のレンズに向かって広がって少なくとも実質的に円錐台の側面に対応する開口部を形成し、互いに向き合う第2の当接面の他方が、他方のレンズに向けて先細りであって冠状ディスクの側面に少なくとも実質的に対応する突起を形成する構造が、特に好ましい。「持ち上げ」の場合、この設計は、簡単な方法で、信頼性の高い、2つのレンズ間の円周方向のライン状の(及び、点のみではない)接触の設定を可能にし、前記接触は、当接面が点状に互いに対して配置された結果として生じるであろうように、張力ピークの回避を助け、したがって、当接面での応力を軽減するのを助ける。 One of the second contact surfaces facing each other spreads toward the other lens to form an opening corresponding at least substantially to the side surface of the truncated cone, and the other of the second contact surfaces facing each other is the other Particularly preferred is a structure that is tapered toward the lens and that forms a protrusion at least substantially corresponding to the side of the coronal disc. In the case of “lifting”, this design allows the setting of a circumferential, linear (and not just point) contact between the two lenses in a simple manner, which is reliable. Helps to avoid tension peaks, as would occur as a result of the abutment surfaces being arranged in a punctiform fashion relative to each other, thus helping to reduce stress at the abutment surfaces.
第1及び第2の当接面を有する実施態様の有利な構造では、レンズ構造は、所期の温度Tsollで、隣接するレンズの互いに向き合う第1の当接面は、一連に互いに当接しており、特に、平面的に互いに当接しており、隣り合うレンズの互いに向き合う第2の当接面の間に遊びが残るように実現され、特に、所期の温度Tsollが20℃である。第2の当接面の間の遊び(公称ギャップ)の結果として、ある量の遊びがレンズのセンタリング(半径方向配列)に残る。通常、小さなセンタリング誤差は多くの用途で許容される。それに応じて、遊びは、レンズ構造の所望の撮像特性に対して許容されるセンタリング誤差を超えないように、所期の温度Tsoll(又は所期の温度間隔、例えば、15〜40℃)で非常に小さくなければならない。次いで、レンズの透過性材料の熱膨張係数が異なる場合の所期の温度(又は所期の温度間隔)からの小さな温度偏差について、ギャップは、第2の当接面の(通常は非面的な)接触に起因するレンズの持ち上げ(すなわち、第1の当接面の互いからの持ち上げ)を回避し、その結果、レンズ上の局所的な圧力の上昇が回避される。軸方向の整列及び傾斜角度での整列は、第1の当接面を介して、隣接、特に、平面(面)隣接の場合に、非常に正確に維持される。しかしながら、レンズの持ち上げは、ある程度まで正当化することができることに留意すべきである。持ち上げられた状態では、半径方向整列は正確に維持されるが、軸方向整列は変更され、レンズは互いに対して傾けることができるが、これは特定の境界内で許可される。さらに、所期の温度Tsoll(又は、所期の温度間隔)は、所望の用途に依存することに留意すべきである。所期の温度Tsollでの典型的な遊び(中心位置の場合の公称ギャップ幅)は、通常15μm以下である。 In an advantageous construction of the embodiment with the first and second abutment surfaces, the lens structure has the desired temperature Tsoll, and the first abutment surfaces facing each other in adjacent lenses abut against each other in series. In particular, it is realized such that play is left between the second contact surfaces of the adjacent lenses that are in contact with each other in plan and that are adjacent to each other. In particular, the intended temperature Tsoll is 20 ° C. As a result of play (nominal gap) between the second abutment surfaces, a certain amount of play remains in the lens centering (radial array). Usually, small centering errors are acceptable in many applications. Correspondingly, the play is greatly reduced at the desired temperature Tsoll (or the desired temperature interval, eg 15-40 ° C.) so that the centering error allowed for the desired imaging characteristics of the lens structure is not exceeded. Must be small. Then, for small temperature deviations from the desired temperature (or desired temperature interval) when the coefficients of thermal expansion of the transmissive materials of the lenses are different, the gap is the second abutment surface (usually non-surface). The lens lift due to contact (i.e., lifting of the first abutment surfaces from each other) is avoided, and as a result, local pressure buildup on the lens is avoided. The axial alignment and the alignment at the tilt angle are maintained very precisely via the first abutment surface, in the case of adjacency, in particular in the case of plane (plane) adjacency. However, it should be noted that the lifting of the lens can be justified to some extent. In the lifted state, the radial alignment is accurately maintained, but the axial alignment is changed and the lenses can be tilted with respect to each other, but this is allowed within certain boundaries. Furthermore, it should be noted that the intended temperature Tsoll (or the desired temperature interval) depends on the desired application. Typical play (nominal gap width in the case of the center position) at the desired temperature Tsoll is usually 15 μm or less.
共通ケースによって半径方向に整列されたレンズ部分の全レンズの透過性材料が熱膨張係数を有し、ケースの材料の熱膨張係数との差が、共通ケースによって半径方向に整列されていないレンズ部分の全レンズの透過性材料の対応する差よりも小さい、実施態様もまた有利である。言い換えれば、共通ケースによって半径方向に整列されたレンズの1つ又は複数の透過性材料の熱膨張係数は、ケース材料の熱膨張係数に最も近くなる。この結果、レンズ及びケースの様々な半径方向の熱膨張に対する補償空間として設定されなければならない半径方向ギャップを最小化することが可能になる。したがって、本発明に係るレンズ構造の光学収差は、全体として最小限に抑えられる。 The transmissive material of all the lenses of the lens portion radially aligned by the common case has a thermal expansion coefficient, and the difference between the thermal expansion coefficient of the case material and the lens portion is not radially aligned by the common case. Embodiments that are smaller than the corresponding differences in the transmissive material of all lenses are also advantageous. In other words, the coefficient of thermal expansion of one or more transparent materials of the lenses radially aligned by the common case is closest to the coefficient of thermal expansion of the case material. As a result, it is possible to minimize the radial gap that must be set as a compensation space for various radial thermal expansions of the lens and case. Therefore, the optical aberration of the lens structure according to the present invention is minimized as a whole.
好適な実施態様では、ケースによって軸方向に整列されたレンズが一連のレンズの第1の端部に配置され、弾性張力付与手段が関連するレンズが、第1の端部の反対側に位置する一連のレンズの第2の端部に配置される。この設計は実際に価値があることが証明されており、典型的には弾性要素が配列の第2の端に当接する。 In a preferred embodiment, a lens axially aligned by the case is arranged at the first end of the series of lenses, and the lens to which the elastic tensioning means is associated is located opposite the first end. Located at the second end of the series of lenses. This design has proven to be valuable in practice and typically the elastic element bears against the second end of the array.
一般に適用されることは、弾性張力付与手段が異なる構造を有し得ることであり、典型的には、それらは、少なくとも1つの弾性要素(例えば、ばね又はエラストマー製の本体)及びケースにおいて軸方向に調整可能な張力付与要素を備え、一連のレンズ(レンズスタック)及び弾性要素が、調整可能な張力付与要素とケースの(静止した)対向軸受けとの間に軸方向に整列される。張力付与手段は、好ましくは、そこから生じるレンズの局所的な張力のピーク及び変形を防止するために、できるだけ均一な(特に、周縁にわたって均一な、及び/又は接触面にわたって均一な)レンズスタックに接触圧を加える。張力付与手段が、
−一連のレンズの一端のレンズ(特に、このレンズの光軸に対して垂直に延びる平面当接リング面を備えるレンズ)に対して当接する当接リングと、
−ねじ、特に雄ねじを介してケースの逆ねじにねじ込まれる張力付与リングと、
−少なくとも3つのばね要素、特に、当接リングと張力付与リングとを相互接続する板ばね要素と、
を備える実施態様が好ましい。ばね要素は、典型的には、当接リング及び張力付与リングの円周の周りに一様な分布で配置される。通常、ばね定数が同じ正確に3つのばね要素が用意される。ばね要素は、通常、斜めに、及び/又は当接リングと張力付与リングとの間のある円周方向角度範囲にわたって、好ましくは、およそ、当接リングと張力付与リングとの間の、例えば、おおよそ、当接リング又は張力付与リングの半径を有する螺旋経路による、仮想円筒側面上で、伸びる。
Commonly applied is that the elastic tensioning means may have different structures, typically they are axial in the at least one elastic element (eg spring or elastomeric body) and the case. And a series of lenses (lens stack) and elastic elements are axially aligned between the adjustable tensioning element and the (stationary) opposing bearing of the case. The tensioning means is preferably in the lens stack as uniform as possible (especially uniform over the periphery and / or uniform over the contact surface) in order to prevent local tension peaks and deformations of the lens arising therefrom. Apply contact pressure. The tension applying means is
A contact ring that abuts against a lens at one end of the series of lenses, in particular a lens with a planar abutment ring surface extending perpendicular to the optical axis of the lens;
A tensioning ring that is screwed into the reverse screw of the case via a screw, in particular a male screw;
At least three spring elements, in particular leaf spring elements interconnecting the abutment ring and the tensioning ring;
An embodiment comprising is preferred. The spring elements are typically arranged in a uniform distribution around the circumference of the abutment ring and the tensioning ring. Usually, exactly three spring elements with the same spring constant are provided. The spring element is usually at an angle and / or over a range of circumferential angles between the abutment ring and the tensioning ring, preferably approximately between the abutment ring and the tensioning ring, e.g. Approximately extends on the side of the virtual cylinder, with a spiral path having the radius of the abutment or tensioning ring.
すべての光学的有効面及び当接面がレンズの片側の製造中に同じクランプ動作で生成される実施態様が特に好ましい。これにより、光学的有効面の特に高い位置合わせ精度が得られる。再クランプによる製造公差の導入が回避される。また、共通ケース内の半径方向整列に関連するレンズのエッジ(外側の円筒状の面)も、同じクランプ動作で同様に生成されることが好ましい。 An embodiment in which all optically effective surfaces and abutment surfaces are generated with the same clamping action during the manufacture of one side of the lens is particularly preferred. Thereby, a particularly high alignment accuracy of the optically effective surface can be obtained. The introduction of manufacturing tolerances due to re-clamping is avoided. It is also preferred that the lens edges (outer cylindrical surface) associated with radial alignment within the common case are similarly generated with the same clamping action.
さらに、レンズが少なくとも部分的に、好ましくは完全に、旋盤によって、特にダイヤモンド旋盤によって製造される実施態様が好ましい。旋盤はコスト効率がよく、本発明の範囲内で光学的有効面及び当接面の両方として非常に適した回転対称面を比較的正確に製造することを可能にする。赤外線における所定のスペクトル範囲の場合、旋盤後に残った粗さは撮像特性にもそれほど影響を及ぼさない。可視光の範囲内の所定のスペクトル範囲の場合には、例えば、軽度の後研磨によって、表面粗さを低減するための後処理をすることができる。 Furthermore, an embodiment is preferred in which the lens is produced at least partially, preferably completely, by a lathe, in particular by a diamond lathe. The lathe is cost-effective and allows for relatively accurate production of rotationally symmetric surfaces that are very suitable as both optically effective surfaces and abutment surfaces within the scope of the present invention. For a given spectral range in the infrared, the roughness left after the lathe does not significantly affect the imaging characteristics. In the case of a predetermined spectral range within the range of visible light, a post-treatment can be performed to reduce the surface roughness, for example by a mild post-polishing.
一実施態様では、金型プレスによって少なくとも部分的に、好ましくは完全に、レンズを製造することも同様に可能である。プレス工具は、光学的有効面と当接面の両方をあらかじめ判定し、その結果、これらは互いに良好な精度で位置合わせすることができる。プレスは、特に、レンズの初期材料を軟化及び/又は均質化するために、熱の印加下で行うことができる。 In one embodiment, it is likewise possible to produce the lens at least partly, preferably completely, by means of a mold press. The press tool predetermines both the optically effective surface and the abutment surface so that they can be aligned with each other with good accuracy. The pressing can be performed in particular under the application of heat in order to soften and / or homogenize the initial lens material.
同様に、干渉計により調整された製造方法によってレンズが少なくとも部分的に、好ましくは完全に製造される実施態様が好ましい。その結果、工具送り中に特に高い精度を達成することができる。 Likewise preferred is an embodiment in which the lens is at least partly, preferably completely manufactured, by a manufacturing method adjusted by an interferometer. As a result, particularly high accuracy can be achieved during tool feeding.
本発明のさらなる利点は、説明及び図面から明らかになる。同様に、上述した特徴及び以下でさらに説明する特徴は、本発明によれば、それぞれ単独で、又は任意の組み合わせで一緒に使用することができる。図示され記載される実施態様は、包括的なリストであると理解されるべきではなく、本発明を説明する例示的な特徴を有すると理解されるべきである。 Further advantages of the present invention will become apparent from the description and the drawings. Similarly, the features described above and further described below can be used individually or together in any combination according to the invention. The embodiments shown and described are not to be understood as a comprehensive list, but as exemplary features describing the invention.
本発明は、図面に示され、例示的な実施の形態に基づいてより詳細に説明される。 The invention is illustrated in the drawings and will be explained in more detail on the basis of exemplary embodiments.
すべての図は、それぞれ縮尺通りではない模式的な図を示す。特に、より明確に識別するために、ギャップを誇張して図示している。 All figures show schematic diagrams that are not to scale. In particular, the gap is exaggerated for the sake of clarity.
図1及び図2は、第1の実施の形態における、本発明に係るレンズ構造1を示しており、この場合、共通ケース15内に配置された4つのレンズ11,12,13,14を備えている。レンズ11,12,13,14は、共通の光軸16に沿って連続して配置されている。レンズ11〜14は、光(この場合、赤外光)がレンズ構造1を介して実質的に共通の光軸16に沿って(図1の右から左へ)伝搬する光学撮像を設定するよう働く。この光学撮像のために、レンズ11〜14は、半径方向(すなわち、光軸16に対して直角)に、及び軸方向(すなわち、光軸16の横方向)に、及び傾斜角度(すなわち、共通の光軸16に対して各レンズ11〜14の光軸の傾斜角度)で、共通の光軸16に対して整列される。ここでは、光の屈折がレンズ表面で生じる。 1 and 2 show a lens structure 1 according to the present invention in the first embodiment, and in this case, four lenses 11, 12, 13, and 14 arranged in a common case 15 are provided. ing. The lenses 11, 12, 13, and 14 are continuously arranged along a common optical axis 16. The lenses 11-14 set optical imaging in which light (in this case infrared light) propagates along the substantially common optical axis 16 (from right to left in FIG. 1) through the lens structure 1. work. For this optical imaging, the lenses 11-14 are arranged in a radial direction (i.e. perpendicular to the optical axis 16) and in an axial direction (i.e. transverse to the optical axis 16) and at a tilt angle (i.e. common Are aligned with respect to the common optical axis 16 at an inclination angle of the optical axes of the lenses 11 to 14). Here, light refraction occurs at the lens surface.
レンズのうちのただ1つ、すなわち、レンズ11〜14の第1の端部3のレンズ11のみが、図示の実施の形態で共通ケース15によって軸方向に配置される。この目的のために、レンズ11は、この場合は左側の、円周方向の接触面18を有する共通ケース15の円周方向肩部17に当接している。この軸方向の当接により、同時に、レンズ11を傾斜角度に対して設定する(すなわち、レンズ11の光軸の傾斜角度が、共通の光軸16に対して設定される)。さらに、レンズのうちの1つだけ、この場合はレンズ11が、共通ケース15によって半径方向に配置され、すなわち、このレンズ11の所望の半径方向の位置決めがケース15によって直接行われるよう、共通ケース15によって半径方向にしっかりと保持される。 Only one of the lenses, i.e. the lens 11 at the first end 3 of the lenses 11-14, is arranged axially by the common case 15 in the illustrated embodiment. For this purpose, the lens 11 is in contact with the circumferential shoulder 17 of the common case 15 which in this case has a circumferential contact surface 18 on the left side. By this axial contact, the lens 11 is simultaneously set with respect to the tilt angle (that is, the tilt angle of the optical axis of the lens 11 is set with respect to the common optical axis 16). Furthermore, only one of the lenses, in this case the lens 11, is arranged radially by the common case 15, ie the common case so that the desired radial positioning of this lens 11 is performed directly by the case 15. 15 is firmly held in the radial direction.
一連の次のレンズ12は、レンズ11によって保持され、それによって、半径方向に、軸方向に、及び傾斜角度に関して設定される。このために、レンズ11,12は、互いに向き合う当接面2を形成する。同様に、レンズ13はレンズ12によって保持され、レンズ14はレンズ13によって保持される。特に、レンズ12,13,及び14は、ケース15によって半径方向又は軸方向に保持されていない(この点に関しては、図3も参照)。 A series of subsequent lenses 12 are held by the lens 11 and are thereby set in a radial direction, an axial direction and a tilt angle. For this purpose, the lenses 11 and 12 form contact surfaces 2 that face each other. Similarly, the lens 13 is held by the lens 12, and the lens 14 is held by the lens 13. In particular, the lenses 12, 13, and 14 are not held radially or axially by the case 15 (see also FIG. 3 in this regard).
互いに当接するレンズ11〜14は、レンズスタック20とも呼ばれ、張力付与手段21によって軸方向に張力がかけられる。このために、張力付与装置22は、レンズスタック20の第2の右側端部4において、レンズ14で、いくらかの力で、右側から押圧する。ここでは、張力付与手段21又は張力付与装置22は、平面当接リング面23aを有するレンズ14の接触面24上に配置される当接リング23を備える。当接リング23は、複数のばね要素25、この場合には3つの板ばね状ばね要素25を介して張力付与リング26に連結される。張力付与リング26は、ケース15の軸方向に調整可能な張力付与要素の役目を果たす。このために、張力付与リング26は、ねじ27(この場合、雄ねじ)を備え、それにより、ケース15で、対応するカウンタねじ28(この場合、雌ねじ)にねじ込むことができる。当接リング23がレンズ14を押圧する力は、張力付与リング26のねじ込み深さによって設定することができる。ネジ留め位置は、接着スポット(これ以上詳細には示さず)によって固定することができる。 The lenses 11 to 14 that are in contact with each other are also referred to as a lens stack 20, and are tensioned in the axial direction by the tension applying means 21. For this purpose, the tension applying device 22 presses the lens 14 from the right side with some force at the second right end 4 of the lens stack 20. Here, the tension applying means 21 or the tension applying device 22 includes a contact ring 23 disposed on the contact surface 24 of the lens 14 having a flat contact ring surface 23a. The abutment ring 23 is connected to the tensioning ring 26 via a plurality of spring elements 25, in this case three leaf spring-like spring elements 25. The tension applying ring 26 serves as a tension applying element adjustable in the axial direction of the case 15. For this purpose, the tensioning ring 26 comprises a screw 27 (in this case a male screw), so that it can be screwed in the case 15 into a corresponding counter screw 28 (in this case a female screw). The force with which the contact ring 23 presses the lens 14 can be set by the screwing depth of the tension applying ring 26. The screwing position can be fixed by an adhesive spot (not shown in more detail).
図示の実施の形態では、ケース15は、さらに、光学構造に取り付けるための端部側接続ねじ(この場合、雄ねじ)29を備える。 In the illustrated embodiment, the case 15 further includes an end-side connection screw (in this case, a male screw) 29 for attaching to the optical structure.
共通ケース15内のレンズ11〜14の配列は、図3においてより詳細に説明される。 The arrangement of the lenses 11 to 14 in the common case 15 is described in more detail in FIG.
ケース15によって半径方向及び軸方向に直接配置されたレンズ11は、第1に、平面状のリング状接触面18を有するケース15の平面状のリング状肩部17に当接される。第2に、レンズ11は、その半径方向エッジ(外側の円筒側面)30を有するケース15の内壁31にほぼ当接し、実際には、(ケース15内のレンズ11の中心位置を仮定して)半径方向に約10μmの最小ギャップ32が残っており、特に、レンズ11をケース15内の肩部17に導くことができるようにする(レンズを挿入する)。さらに、この最小ギャップ32は、ケース15の内壁31の内径及びレンズ11の外径に対する製造ばらつき、並びにレンズ11とケース15と間の半径方向の(まずは、通常動作中だが、さらに搬送及び保管中の、予想される温度変動の場合の)起こり得る熱膨張差を、レンズ11を内壁31で半径方向にクランプすることなく、補償するのに十分である。ケース15とレンズ11の材料は、熱膨張の(線形)係数ができるだけ類似するように、互いに適合されることが好ましく、レンズの材料の熱膨張係数が、ケース15の材料の熱膨張係数から最大で25%ずれていることが好ましい。残りのレンズ12〜14は、典型的には異なる任意の材料からなり、レンズ11〜14すべての材料が、レンズ構造に設けられたスペクトル範囲で透過(通過)する仕様を有する。赤外線の場合のレンズの典型的な材料には、ゲルマニウム(例えば、レンズ12の場合、熱膨張計数α=5.5×10−6 1/K)、セレン化亜鉛(例えば、レンズ13の場合、熱膨張計数α=7.6×10−6 1/K)、及びGASIR(登録商標)1(例えば、レンズ11及び14の場合、熱膨張係数α=17×10−6 1/K)を含む。次に、真鍮は、α=18.5×10−6 1/Kの熱膨張係数を有するケース材料に適しており、GASIR(登録商標)1と真鍮との材料の組み合わせの場合、熱膨張係数の差は、ケース材料に対してわずか約8.1%である。 The lens 11 directly arranged in the radial direction and the axial direction by the case 15 is first brought into contact with the planar ring-shaped shoulder 17 of the case 15 having the planar ring-shaped contact surface 18. Second, the lens 11 substantially abuts the inner wall 31 of the case 15 with its radial edge (outer cylindrical side) 30 and in practice (assuming the center position of the lens 11 in the case 15). A minimum gap 32 of about 10 μm remains in the radial direction, and in particular enables the lens 11 to be guided to the shoulder 17 in the case 15 (inserting the lens). Further, the minimum gap 32 is caused by manufacturing variations with respect to the inner diameter of the inner wall 31 of the case 15 and the outer diameter of the lens 11, and the radial direction between the lens 11 and the case 15 (initially during normal operation, but also during transport and storage This is sufficient to compensate for possible thermal expansion differences (in the case of expected temperature fluctuations) without the lens 11 being radially clamped by the inner wall 31. The materials of the case 15 and the lens 11 are preferably matched to each other so that the (linear) coefficients of thermal expansion are as similar as possible, so that the thermal expansion coefficient of the lens material is maximized from the thermal expansion coefficient of the material of the case 15. It is preferable that the difference is 25%. The remaining lenses 12-14 are typically made of any different material and have specifications that allow all of the lenses 11-14 to transmit (pass) in the spectral range provided in the lens structure. Typical materials for lenses in the case of infrared include germanium (eg, for lens 12, thermal expansion coefficient α = 5.5 × 10 −6 1 / K), zinc selenide (eg, for lens 13, Thermal expansion coefficient α = 7.6 × 10 −6 1 / K), and GASIR® 1 (for example, in the case of lenses 11 and 14, the coefficient of thermal expansion α = 17 × 10 −6 1 / K). . Next, brass is suitable for a case material having a thermal expansion coefficient of α = 18.5 × 10 −6 1 / K. In the case of a combination of materials of GASIR (registered trademark) 1 and brass, the thermal expansion coefficient. The difference is only about 8.1% with respect to the case material.
レンズ11の半径方向外側領域には、隣接レンズ12の第1の当接面41と第2の当接面42とが設けられている。ここで、第1の当接面41は、レンズ11の光軸71(ここでは、共通の光軸16と一致する)に垂直である平坦なリング面41aとして実現されている。第2の当接面42は、ここでは、レンズ12に向かって先細になる突起42aとして実現されており、この場合、突起は、円環部分の側面に対応する。さらに、レンズ11は、半径方向の内側領域に光学的有効面43を備え、光学的有効面は、レンズ12に面しているが、レンズ12には接触していない。 A first contact surface 41 and a second contact surface 42 of the adjacent lens 12 are provided in the radially outer region of the lens 11. Here, the first contact surface 41 is realized as a flat ring surface 41a that is perpendicular to the optical axis 71 of the lens 11 (here, coincides with the common optical axis 16). Here, the second contact surface 42 is realized as a protrusion 42 a that tapers toward the lens 12, and in this case, the protrusion corresponds to the side surface of the annular portion. Further, the lens 11 includes an optically effective surface 43 in the radially inner region, and the optically effective surface faces the lens 12 but does not contact the lens 12.
レンズは、均一な材料から製造され、その中に当接面2、41,42及び光学的有効面43の両方が加工されている。一般的に、すべての当接面2,41,42、光学的有効面43,53、任意選択的にケース(シリンダの側面)30、及び任意選択的にケース15又は張力付与手段21への接触面18,24による半径方向整列に関連するエッジは、たった1回のクランプ動作のみ又はレンズ側(前側、後側)ごとに1回のみのクランプ動作で製造され、製造公差を最小化し、ここでは、典型的な製造方法は、旋盤、特に、ダイヤモンド旋盤を含む。 The lens is manufactured from a uniform material, in which both the abutment surfaces 2, 41, 42 and the optically effective surface 43 are machined. In general, all contact surfaces 2, 41, 42, optically effective surfaces 43, 53, optionally case (cylinder side) 30, and optionally contact to case 15 or tensioning means 21 The edges associated with the radial alignment by the surfaces 18, 24 are produced with only one clamping action or with only one clamping action per lens side (front side, rear side), minimizing manufacturing tolerances, where Typical manufacturing methods include lathes, especially diamond lathes.
隣接レンズ11の第1の当接面51及び第2の当接面52が、レンズ12上に、半径方向外側領域に再び形成される。同様に、第1の当接面51は、レンズ12の光軸72(共通の光軸16と一致する)に垂直である平坦なリング面51aとして実現されている。ここで、第2の当接面52は、ここでは円錐台の側面の形でレンズ11に向かって広がる開口部52aとして実現されている。レンズ11に面して、レンズ12は、半径方向内側領域に位置する光学的有効面53を形成する。 The first contact surface 51 and the second contact surface 52 of the adjacent lens 11 are formed again on the lens 12 in the radially outer region. Similarly, the first contact surface 51 is realized as a flat ring surface 51a that is perpendicular to the optical axis 72 of the lens 12 (coincident with the common optical axis 16). Here, the second contact surface 52 is realized here as an opening 52a that expands toward the lens 11 in the form of a side surface of a truncated cone. Facing the lens 11, the lens 12 forms an optically effective surface 53 located in the radially inner region.
通常、室温(20℃)にあるが、用途に応じてそれから逸脱して選択することもできる、所期の温度の場合、第1の当接面41,51が互いに当接し、突起42aが開口部52aに係合する。ここで、向き合う第2の当接面42,52の間には小ギャップ61が残る。小ギャップ61は、通常、中心位置を仮定して約10〜15μmの幅BRを有する(すなわち、ギャップ61が図3に誇張されて描かれている)。したがって、第1の当接面41、51が互いに当接している場合、第1の当接面41,51によってレンズ11,12が半径方向に互いに摺動することができる小さい半径方向の遊びのみが残る。これにより、たとえレンズ12がケース15によって直接設定されていなくても、共通の光軸16上でのレンズ12の半径方向整列が保証される。特に、レンズ12の半径方向エッジ62は、それと向き合う内壁63から大ギャップ64によって分離され、大ギャップ64は、典型的には、レンズ12がケース15内で締め付けられず、製造公差のために締め付けられず、レンズ12がレンズ11に対して半径方向に摺動しても締め付けられず、熱膨張の影響によっても締め付けられないように150μm以上の半径方向ギャップ幅を有する。 Usually, it is at room temperature (20 ° C.), but can be selected depending on the application. In the case of an intended temperature, the first contact surfaces 41 and 51 are in contact with each other, and the protrusion 42a is open. Engage with the portion 52a. Here, a small gap 61 remains between the second contact surfaces 42 and 52 facing each other. The small gap 61 typically has a width BR of about 10-15 μm assuming the center position (ie, the gap 61 is exaggerated in FIG. 3). Therefore, when the first contact surfaces 41 and 51 are in contact with each other, only a small radial play that allows the lenses 11 and 12 to slide in the radial direction by the first contact surfaces 41 and 51 only. Remains. This ensures radial alignment of the lenses 12 on the common optical axis 16 even if the lenses 12 are not directly set by the case 15. In particular, the radial edge 62 of the lens 12 is separated from the facing inner wall 63 by a large gap 64, which typically does not clamp the lens 12 within the case 15 and tightens due to manufacturing tolerances. In other words, the lens 12 has a radial gap width of 150 μm or more so that the lens 12 is not clamped even if it slides in the radial direction with respect to the lens 11 and is not clamped by the influence of thermal expansion.
第1の当接面41,51を介したレンズ11の平面的な当接によって、軸方向整列及びレンズ12の傾斜角度の整列が保証される。 Due to the planar contact of the lens 11 via the first contact surfaces 41 and 51, alignment in the axial direction and alignment of the inclination angle of the lens 12 is ensured.
同様に、レンズ13は、対応する第1及び第2の当接面を介してレンズ12に対して配置され、レンズ14は、適切な第1及び第2の当接面を介してレンズ13に対して配置される。レンズ14上の軸方向に押圧される当接リング23は、レンズスタック20のレンズ11〜14が軸方向の遊びなしに互いに向き合うことを保証する。結果的に、すべてのレンズ11〜14は、共通ケース15内、特に、共通の光軸16に沿って、半径方向、軸方向、及び傾斜角度に対して、整列され、これは、ケース15によるさらなる寄与を必要としない(自己センタリング)。 Similarly, the lens 13 is arranged with respect to the lens 12 via corresponding first and second abutment surfaces, and the lens 14 is attached to the lens 13 via appropriate first and second abutment surfaces. Placed against. The abutting ring 23 pressed in the axial direction on the lens 14 ensures that the lenses 11-14 of the lens stack 20 face each other without any axial play. As a result, all the lenses 11 to 14 are aligned in the common case 15, in particular along the common optical axis 16, with respect to the radial direction, the axial direction and the tilt angle, which depends on the case 15. No further contribution is required (self-centering).
相対的に強い温度変化の場合に、及びレンズ11〜14の材料が異なる場合に起こる可能性があることは、突起42aを形成するレンズ11が、関連する開口部52aを形成するレンズ12よりも半径方向に相対的に強く膨張する(又は、それほど強く縮小しない)ことである。その結果、最終的に第2の当接面42,52が互いに接触するまで、第2の当接面42,52の間のギャップ61が減少する。 What can happen in the case of relatively strong temperature changes, and when the materials of the lenses 11-14 are different, is that the lens 11 forming the protrusion 42a is more than the lens 12 forming the associated opening 52a. It expands relatively strongly in the radial direction (or does not shrink so strongly). As a result, the gap 61 between the second contact surfaces 42 and 52 decreases until the second contact surfaces 42 and 52 finally contact each other.
第2の当接面42,52の間で接触している状態では、レンズ12に対するレンズ11のさらなる相対的な半径方向拡張により、レンズ12が突起42aから軸方向に離れるように変位し、図4(簡略化するために、レンズ11,12のみを示す)を参照すると、第1の当接面41,51の(面)接触が失われている(持ち上げられている)。したがって、レンズ11,12は、第2の当接面42,52で互いに摺動する。 In the state of contact between the second contact surfaces 42 and 52, the lens 12 is displaced away from the protrusion 42a in the axial direction due to further relative radial expansion of the lens 11 with respect to the lens 12. 4 (only the lenses 11 and 12 are shown for simplicity), the (surface) contact of the first contact surfaces 41 and 51 is lost (raised). Accordingly, the lenses 11 and 12 slide on each other at the second contact surfaces 42 and 52.
ここで、レンズ11,12に損傷を与えることなく、張力付与手段の力に抗するレンズ12の軸方向変位が容易に可能である。第2の当接面42,52の傾斜角度α(及び、十分に小さい摩擦)のために、レンズ11,12もまた、動かなくなることは無く、ここで再度、傾斜角度に関して図3を参照されたい。第2の当接面42,52の典型的な傾斜角度αは、30°〜60°、好ましくは、約45°である。この場合、錐台側面形状の開口部52aは、一様な傾斜角度α=45°を有し、環状ディスク側面形状の突起42aは、35°と50°の間の局部傾斜角度αを形成する。局部傾斜角度αは、各当接面42,52、この場合、第2の当接面で、各レンズ11,12の光軸71,72に垂直に伸びる基準面BEに対して(例えば、接線によって)測定され、レンズ11,12の光軸を含む断面SE(この場合、図の平面)で決定される。 Here, the axial displacement of the lens 12 against the force of the tension applying means can be easily performed without damaging the lenses 11 and 12. Due to the tilt angle α (and sufficiently small friction) of the second abutment surfaces 42 and 52, the lenses 11 and 12 will also not move, and again referring to FIG. I want. A typical inclination angle α of the second contact surfaces 42 and 52 is 30 ° to 60 °, preferably about 45 °. In this case, the frustum side surface opening 52a has a uniform inclination angle α = 45 °, and the annular disk side surface protrusion 42a forms a local inclination angle α between 35 ° and 50 °. . The local inclination angle α is determined with respect to the reference surface BE extending perpendicularly to the optical axes 71 and 72 of the lenses 11 and 12 at each of the contact surfaces 42 and 52, in this case, the second contact surface (for example, tangential line). ) And determined by a cross-section SE (in this case the plane of the figure) containing the optical axes of the lenses 11, 12.
図3のレンズ12〜14の熱膨張は、他のレンズ11〜14に対してだけでなく、これらのレンズが半径方向に誘導されないのでケース15に対しても、重要ではないことに留意されたい。 It should be noted that the thermal expansion of the lenses 12-14 of FIG. 3 is not important not only for the other lenses 11-14, but also for the case 15 because these lenses are not guided radially. .
持ち上げの結果、すなわち、第2の当接面42,52によるレンズ11,12間の当接接触の利用により、レンズ11,12が互いに対して傾いている可能性があり、レンズ11の光軸71が、レンズ12の光軸72に対して顕著に傾いている。これに関して、図5を参照されたい(簡略化のため、ここで再度レンズ11,12のみを示しており、傾きを誇張して示している)。しかし、ここでは、第1の当接面41,51によって傾きが制限されるが、その理由は、最終的に、第1の当接面41,51が、この場合、下側領域において、点状に相互当接するためである。結果的に、個々の場合において、「持ち上げ」にもかかわらず、レンズ構造のための所定の仕様を依然として維持し得ることが可能である。 As a result of the lifting, that is, due to the use of the contact contact between the lenses 11 and 12 by the second contact surfaces 42 and 52, the lenses 11 and 12 may be inclined with respect to each other. 71 is significantly inclined with respect to the optical axis 72 of the lens 12. In this regard, please refer to FIG. 5 (for the sake of simplicity, only the lenses 11 and 12 are shown here again, and the tilt is exaggerated). However, here, the inclination is limited by the first contact surfaces 41 and 51, because the first contact surfaces 41 and 51 finally have points in the lower region in this case. This is for mutual contact with each other. As a result, in the individual case, it is possible to still maintain the predetermined specifications for the lens structure despite “lifting”.
図6は、本発明に係るレンズ構造の第2の実施の形態を示しており、これは、レンズスタック20の領域における図1〜図3のレンズ構造にほぼ対応している。したがって、本質的な相違点のみを説明することを意図している。 FIG. 6 shows a second embodiment of the lens structure according to the present invention, which substantially corresponds to the lens structure of FIGS. 1 to 3 in the region of the lens stack 20. Therefore, it is intended to explain only the essential differences.
この場合も、4つのレンズ11,12,13,114が共通ケース15内に配置される。レンズ11は、レンズのみとしてケース15によって直接軸方向に配置される。この実施の形態では、2つのレンズ、すなわち、レンズ11及び114が、ケース15によって直接半径方向に並べられる。残りのレンズ12,13は、レンズ11及び114によって半径方向に並べられる。レンズスタック20の半径方向の整列は、ケース15による2つのレンズ11,114の半径方向の整列の結果として、全体的にさらに正確であり得る。しかし、この実施の形態では、両方のレンズ11,114に対するケース15内の半径方向のクランプの結果として、特に、ケース15に合致する材料選択によって、半径方向の張力が存在しないことを保証することが必要である。その結果、この実施の形態ではレンズ11,12,13,114の材料選択は全体的にわずかに制限されている。さらに、ケース15の内壁31,81の様々な部分は、互いに対して高い精度で製造されなければならない。 Also in this case, the four lenses 11, 12, 13, 114 are arranged in the common case 15. The lens 11 is disposed directly in the axial direction by the case 15 as a lens only. In this embodiment, two lenses, namely lenses 11 and 114, are arranged directly in the radial direction by case 15. The remaining lenses 12 and 13 are arranged in the radial direction by the lenses 11 and 114. The radial alignment of the lens stack 20 can be more accurate overall as a result of the radial alignment of the two lenses 11, 114 by the case 15. However, in this embodiment, as a result of the radial clamp in the case 15 for both lenses 11, 114, it is ensured that there is no radial tension, in particular by the choice of material that matches the case 15. is necessary. As a result, in this embodiment, the material selection of the lenses 11, 12, 13, and 114 is slightly limited as a whole. Furthermore, the various parts of the inner walls 31, 81 of the case 15 must be manufactured with high accuracy relative to each other.
図7は、本発明に係るレンズ構造の第3の実施の形態におけるレンズスタック20の領域を示す。図6との本質的な相違点のみを説明する。 FIG. 7 shows a region of the lens stack 20 in the third embodiment of the lens structure according to the present invention. Only the essential differences from FIG. 6 will be described.
ここで、レンズ11,12は、第1の当接面41,51によって互いに当接している。ここで、レンズ11の第1の当接面41は、(この場合、共通の光軸16と一致する)レンズ11の光軸71に垂直である、基準面BEに対して測定される、この場合、約7°の非常に小さな傾斜角度αを有する円錐大の側面として実現される。傾斜角度αが測定される断面SE(この場合、図の平面)は、レンズ11の光軸71を含む。ここで、レンズ12の第1の当接面51は、円環セグメントの側面として実現されている。第1の当接面41の小さな傾斜角度αは、レンズ11,12の半径方向の遊び(第2の当接面42,52の間の小さなギャップ61を参照)にわたってレンズ11,12が比較的小さく傾くことを可能にするのみである。しかしながら、この起こり得る傾きは、傾斜角度αが十分小さい場合には通常許容される。 Here, the lenses 11 and 12 are in contact with each other by the first contact surfaces 41 and 51. Here, the first abutment surface 41 of the lens 11 is measured relative to a reference plane BE, which is perpendicular to the optical axis 71 of the lens 11 (in this case coincident with the common optical axis 16). In this case, it is realized as a conical side with a very small inclination angle α of about 7 °. The cross section SE (in this case, the plane in the figure) where the tilt angle α is measured includes the optical axis 71 of the lens 11. Here, the first contact surface 51 of the lens 12 is realized as a side surface of an annular segment. The small tilt angle α of the first abutment surface 41 is such that the lenses 11, 12 are relatively over the radial play of the lenses 11, 12 (see the small gap 61 between the second abutment surfaces 42, 52). It only allows a small tilt. However, this possible tilt is usually allowed if the tilt angle α is sufficiently small.
1 レンズ
2 当接面
3 第1の端部
4 第2の端部
11 レンズ(ケースによって半径方向及び軸方向に整列)
12〜14 レンズ
15 共通ケース
16 共通の光軸
17 肩部
18 接触面
20 レンズスタック
21 張力付与手段
22 張力付与装置
23 当接リング
23a 当接リング面
24 接触面
25 ばね要素
26 張力付与リング
27 ねじ
28 カウンタねじ
29 接続ねじ
30 半径方向エッジ
31 内壁
32 ギャップ(レンズ11における内壁/半径方向エッジ)
41 第1の当接面
41a 平坦なリング面
42 第2の当接面
42a 突起
43 光学的有効面
51 第1の当接面
51a 平坦なリング面
52 第2の当接面
52a 開口部
53 光学的有効面
61 ギャップ(第2の当接面)
62 半径方向エッジ
63 内壁
64 ギャップ(レンズ12における半径方向エッジ/内壁)
71 光軸(レンズ11)
72 光軸(レンズ12)
81 内壁
114 レンズ(ケースによって半径方向に整列)
α 傾斜角度
BE 基準面
BR 幅(ギャップ61)
SE 断面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lens 2 Contact surface 3 1st edge part 4 2nd edge part 11 Lens (aligned in radial direction and axial direction with a case)
12-14 lens 15 common case 16 common optical axis 17 shoulder 18 contact surface 20 lens stack 21 tension applying means 22 tension applying device 23 contact ring 23a contact ring surface 24 contact surface 25 spring element 26 tension applying ring 27 screw 28 Counter screw 29 Connection screw 30 Radial edge 31 Inner wall 32 Gap (Inner wall / radial edge in lens 11)
41 First contact surface 41a Flat ring surface 42 Second contact surface 42a Projection 43 Optically effective surface 51 First contact surface 51a Flat ring surface 52 Second contact surface 52a Opening 53 Optical Effective surface 61 gap (second contact surface)
62 Radial edge 63 Inner wall 64 Gap (radial edge / inner wall in lens 12)
71 Optical axis (lens 11)
72 Optical axis (lens 12)
81 Inner wall 114 lens (radially aligned by case)
α Inclination angle BE Reference plane BR width (gap 61)
SE cross section
Claims (14)
それぞれが前記所定のスペクトル範囲内を透過する材料からなる少なくとも2つのレンズ(11〜14,114)と、
前記少なくとも2つのレンズ(11〜14,114)が連続して配置された共通ケース(15)と、
を備え、
前記レンズ(11〜14,114)は、共通の光軸(16)に対して少なくとも実質的に半径方向に、軸方向に、且つ傾斜角度で並べられ、
各場合において、一連の互いに隣接するレンズ(11〜14,114)は、それらの間の相対的な動きを可能にするよう取り付けられ、前記レンズは、その透過性材料で互いに向き合う当接面(2)を形成し、前記隣接レンズ(11〜14,114)は、前記当接面を介して互いに当接し、
弾性張力付与手段(21)が、一連のレンズ(11〜14,114)が前記軸方向にプレテンションされるように設けられ、
一連の前記レンズのただ1つ(11)のみが、前記共通ケース(15)を介して軸方向に配置され、一連の前記レンズの一部のみ(11,114)が前記共通ケース(15)を介して半径方向に並べられ、
一連の前記残りのレンズ(12〜14,114)が、前記各隣接レンズ(11〜14,114)の互いに向き合う前記当接面(2)によって互いに対して並べられ、その結果、一連のすべてのレンズ(11〜14,114)が、前記共通の光軸(16)に対して、半径方向に、軸方向に、且つ前記傾斜角度で並べられるレンズ構造(1)。 A lens structure (1) for an optical unit that operates to refract transparently within a predetermined spectral range,
At least two lenses (11-14, 114) each made of a material that transmits within the predetermined spectral range;
A common case (15) in which the at least two lenses (11-14, 114) are arranged in succession;
With
The lenses (11-14, 114) are arranged at least substantially radially, axially and at an angle of inclination with respect to a common optical axis (16),
In each case, a series of adjacent lenses (11-14, 114) are mounted to allow relative movement between them, said lenses facing each other with their permeable material ( 2), and the adjacent lenses (11 to 14, 114) are in contact with each other via the contact surface,
Elastic tension applying means (21) is provided so that a series of lenses (11-14, 114) is pretensioned in the axial direction,
Only one of the series of lenses (11) is arranged axially through the common case (15), and only a part of the series of lenses (11, 114) passes the common case (15). Arranged in a radial direction through
A series of the remaining lenses (12-14, 114) are aligned with each other by the abutting surfaces (2) facing each other of the adjacent lenses (11-14, 114), so that all of the series A lens structure (1) in which lenses (11 to 14, 114) are arranged in a radial direction, an axial direction, and at the inclination angle with respect to the common optical axis (16).
特に、前記第1の当接面(41,51)の最大局部傾斜角度αが絶対値15°を超えず、前記局部傾斜角度αが、前記レンズ(11〜14,114)の前記光軸(71,72)に垂直に延びる基準面(BE)及び前記レンズ(11〜14,114)の前記光軸(71,72)を含む断面(SE)において測定され、
特に、前記第1の当接面(41,51)が、前記それぞれのレンズ(11〜14,114)の前記光軸(71,72)に対して回転対称的に実現される請求項1から4のいずれか1項に記載のレンズ構造(1)。 A series of adjacent lenses (11-14, 114) in each case form a first contact surface (41, 51) facing each other, the first contact surfaces facing each other At least one of (41, 51) is realized in each case to be substantially flat and substantially perpendicular to the optical axis (71, 72) of the respective lens (11-14, 114);
In particular, the maximum local inclination angle α of the first abutment surface (41, 51) does not exceed an absolute value of 15 °, and the local inclination angle α is determined by the optical axis of the lens (11-14, 114). 71, 72) measured in a cross section (SE) including a reference plane (BE) extending perpendicularly to the optical axis (71, 72) of the lens (11-14, 114),
In particular, the first contact surface (41, 51) is realized rotationally symmetrically with respect to the optical axis (71, 72) of the respective lens (11-14, 114). 5. The lens structure (1) according to any one of 4 above.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102017209391.9A DE102017209391B4 (en) | 2017-06-02 | 2017-06-02 | Self-centering lens arrangement for transmissive, refractive optics |
| DE102017209391.9 | 2017-06-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019032507A true JP2019032507A (en) | 2019-02-28 |
Family
ID=64279277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018102488A Pending JP2019032507A (en) | 2017-06-02 | 2018-05-29 | Self-centering lens structure for permeable deflection optical unit |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2019032507A (en) |
| CN (1) | CN108983389A (en) |
| DE (1) | DE102017209391B4 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021009385A (en) * | 2019-06-30 | 2021-01-28 | エーエーシー オプティックス ソリューションズ ピーティーイー リミテッド | Lens module and electronic equipment |
| CN114236793A (en) * | 2021-12-14 | 2022-03-25 | 安徽光智科技有限公司 | F22.5-45MM double-view-field infrared focusing lens |
| JP2025062387A (en) * | 2023-10-02 | 2025-04-14 | キヤノン株式会社 | Lens unit, optical device equipped with lens unit, and imaging device |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102019112981B3 (en) * | 2019-05-16 | 2020-08-13 | Schölly Fiberoptic GmbH | Lens assembly and method of manufacturing a lens assembly |
| CN112882176B (en) * | 2019-11-29 | 2023-05-16 | 宁波舜宇车载光学技术有限公司 | Optical lens |
| DE102020125369A1 (en) * | 2020-09-29 | 2022-03-31 | Sick Ag | lens module |
| EP4567489A1 (en) * | 2023-12-04 | 2025-06-11 | ZKW Group GmbH | Lens system |
| DE102024118220A1 (en) * | 2024-06-27 | 2025-12-31 | TRUMPF Lasersystems for Semiconductor Manufacturing SE | Mounting bracket for a positionally stable storage of an optical element, corresponding optical module and laser system |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61132901A (en) * | 1984-11-30 | 1986-06-20 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | Achromatic optical system |
| JP2005062432A (en) * | 2003-08-11 | 2005-03-10 | Sony Corp | Lens device |
| JP2009080463A (en) * | 2007-09-07 | 2009-04-16 | Sharp Corp | Combination lens, lens unit, imaging device and optical apparatus |
| JP2009104100A (en) * | 2007-09-27 | 2009-05-14 | Enplas Corp | Optical unit |
| JP2012071556A (en) * | 2010-09-29 | 2012-04-12 | Fujifilm Corp | Lens molding mold and lens manufacturing method |
| KR20160000179A (en) * | 2014-06-24 | 2016-01-04 | 삼성전기주식회사 | Lens Module |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004048064B4 (en) | 2004-09-30 | 2017-11-30 | Leica Microsystems Cms Gmbh | Microscope lens with a holder for a lens |
| US7088530B1 (en) * | 2005-01-28 | 2006-08-08 | Eastman Kodak Company | Passively aligned optical elements |
| DE102005023972B4 (en) | 2005-05-20 | 2008-12-04 | Leica Microsystems Cms Gmbh | Microscope lens and microscope |
| CN100582837C (en) * | 2005-08-05 | 2010-01-20 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | Lens module of digital camera |
| TWI403775B (en) * | 2007-07-13 | 2013-08-01 | Asia Optical Co Inc | A lens group with a chimeric structure and a lens module |
| US7738196B2 (en) * | 2007-09-27 | 2010-06-15 | Enplas Corporation | Optical unit |
| JP2009163120A (en) * | 2008-01-09 | 2009-07-23 | Tamron Co Ltd | Connection method for lens for imaging device, lens unit using connection method, and imaging device with built in lens unit |
| CN101587219A (en) * | 2008-05-21 | 2009-11-25 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | Lens module |
| CN101609188B (en) * | 2008-06-16 | 2012-01-25 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | Lens module |
| DE102009055083B4 (en) * | 2009-12-21 | 2013-12-05 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Optical layer stack and method for its production |
| KR101444526B1 (en) * | 2012-07-27 | 2014-09-24 | 삼성전기주식회사 | Lens module |
| WO2014127023A1 (en) * | 2013-02-13 | 2014-08-21 | Zygo Corporation | Monolithic optical components with integrated flexures |
| JP2014202906A (en) * | 2013-04-04 | 2014-10-27 | オリンパス株式会社 | Lens unit structure of mold lens and molding die of mold lens |
| KR20160034766A (en) * | 2014-09-22 | 2016-03-30 | 삼성전기주식회사 | Lens module |
| CN106154532B (en) | 2015-03-27 | 2018-08-28 | 闫娟 | Mobile phone biological microscope and remote biometric assay method |
| CN106353869B (en) * | 2016-10-27 | 2019-01-18 | 苏州菲镭泰克激光技术有限公司 | A kind of dynamic shaft mirror holder |
-
2017
- 2017-06-02 DE DE102017209391.9A patent/DE102017209391B4/en active Active
-
2018
- 2018-05-29 JP JP2018102488A patent/JP2019032507A/en active Pending
- 2018-06-01 CN CN201810554095.XA patent/CN108983389A/en active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61132901A (en) * | 1984-11-30 | 1986-06-20 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | Achromatic optical system |
| JP2005062432A (en) * | 2003-08-11 | 2005-03-10 | Sony Corp | Lens device |
| JP2009080463A (en) * | 2007-09-07 | 2009-04-16 | Sharp Corp | Combination lens, lens unit, imaging device and optical apparatus |
| JP2009104100A (en) * | 2007-09-27 | 2009-05-14 | Enplas Corp | Optical unit |
| JP2012071556A (en) * | 2010-09-29 | 2012-04-12 | Fujifilm Corp | Lens molding mold and lens manufacturing method |
| KR20160000179A (en) * | 2014-06-24 | 2016-01-04 | 삼성전기주식회사 | Lens Module |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021009385A (en) * | 2019-06-30 | 2021-01-28 | エーエーシー オプティックス ソリューションズ ピーティーイー リミテッド | Lens module and electronic equipment |
| JP6990275B2 (en) | 2019-06-30 | 2022-01-12 | エーエーシー オプティックス ソリューションズ ピーティーイー リミテッド | Lens modules and electronic devices |
| US11347021B2 (en) | 2019-06-30 | 2022-05-31 | Aac Optics Solutions Pte. Ltd. | Lens module and electronic device |
| CN114236793A (en) * | 2021-12-14 | 2022-03-25 | 安徽光智科技有限公司 | F22.5-45MM double-view-field infrared focusing lens |
| CN114236793B (en) * | 2021-12-14 | 2023-04-21 | 安徽光智科技有限公司 | F22.5-45MM double-view-field infrared focusing lens |
| JP2025062387A (en) * | 2023-10-02 | 2025-04-14 | キヤノン株式会社 | Lens unit, optical device equipped with lens unit, and imaging device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102017209391A1 (en) | 2018-12-06 |
| DE102017209391B4 (en) | 2021-07-15 |
| CN108983389A (en) | 2018-12-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2019032507A (en) | Self-centering lens structure for permeable deflection optical unit | |
| US10379312B2 (en) | Self-centering lens arrangement for a transmitting, refractive optical unit | |
| US9939604B2 (en) | Optical assembly with translatable centered sleeve | |
| CA2961799C (en) | Mounting of an optical element in a barrel using a flexible ring | |
| US9470870B2 (en) | Optical assemblies with tilt-controlled mounting of an optical element in a barrel | |
| US20150131175A1 (en) | Auto-centering of an optical element within a barrel | |
| JP5602627B2 (en) | Optical plug connector for optical waveguide | |
| KR101955130B1 (en) | Precision optical mount for optical devices | |
| JP6192560B2 (en) | Lens barrel and optical apparatus having the same | |
| US11320623B2 (en) | Centering of an optical element using edge contact mounting | |
| US11934032B2 (en) | Mounting of optical elements in a barrel using a resilient spacer | |
| US8139298B2 (en) | Optically measurable mounting structure | |
| Cho et al. | Mechanical Design of Optical Barrel for DUV NA 0.8 Microscope Objective Lens for Wafer Inspection | |
| JP2021140044A (en) | Lens unit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180912 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190925 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20191015 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20200114 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200312 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20200901 |