DE102023129805A1

DE102023129805A1 - Optische vorrichtung

Info

Publication number: DE102023129805A1
Application number: DE102023129805.4A
Authority: DE
Inventors: Keiji Murata
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2022-10-28
Filing date: 2023-10-27
Publication date: 2024-05-08
Also published as: CN117950142A; US20240142762A1; JP2024064312A

Abstract

Eine optische Vorrichtung (100) umfasst: eine Bilderzeugungslinse (40), die in einem Strahlengang zwischen einer Objektivlinse (10) und einer Bildgebungsvorrichtung (50) angeordnet ist, wobei die Bilderzeugungslinse (40) ein Bild des über die Objektivlinse (10) einfallenden Lichts auf einer Bildgebungsfläche der Bildgebungsvorrichtung (50) erzeugt; einen Strahlteiler (30), der in einem Strahlengang zwischen der Objektivlinse (10) und der Bilderzeugungslinse (40) angeordnet ist; eine erste Linsengruppe (20), die in einem Strahlengang zwischen der Objektivlinse (10) und dem Strahlteiler (30) angeordnet ist und eine positive Brechkraft aufweist; und ein koaxiales optisches Auflichtbeleuchtungssystem (EP), das so konfiguriert ist, dass es ein Bildgebungsziel (120) über den Strahlteiler (30), die erste Linsengruppe (20) und die Objektivlinse (10) beleuchten kann, wobei das koaxiale optische Auflichtbeleuchtungssystem (EP) in einem Strahlengang angeordnet ist, der sich von dem Strahlengang unterscheidet, in dem die Bilderzeugungslinse (40) angeordnet ist.

Description

HINTERGRUND
Gebiet
Die hier beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf eine optische Vorrichtung, die für ein Mikroskop, eine Bildmessvorrichtung, eine Bildmesssonde und dergleichen verwendet wird.
Beschreibung des Standes der Technik
Es ist eine optische Vorrichtung bekannt, die enthält: eine Bilderzeugungslinse, die in einem Strahlengang zwischen einer Objektivlinse und einer Bildgebungsvorrichtung angeordnet ist; einen Strahlteiler, der in einem Strahlengang zwischen der Objektivlinse und der Bilderzeugungslinse angeordnet ist; und ein koaxiales optisches Auflichtbeleuchtungssystem, das ein Bildgebungsziel über den Strahlteiler und die Objektivlinse beleuchtet (z. B. Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2020-86298 , Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2015-127776 und Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2000-186999 ). Weil eine derartige optische Vorrichtung in einigen Fällen zum Zweck z. B. des Prüfens und Messens von maschinell bearbeiteten Komponenten außer der Bearbeitungsvorrichtung mitgeführt oder verwendet wird, indem sie an einer Bearbeitungsvorrichtung angebracht oder von ihr abgenommen und an ihr aufgehängt wird, ist eine Verringerung der Größe und des Gewichts der optischen Vorrichtung erwünscht. Wenn jedoch eine Austrittspupille innerhalb der Objektivlinse angeordnet ist, wird ein Hauptstrahl von einer Position, die einer großen Objekthöhe entspricht, d. h., ein Hauptstrahl von einer Position entfernt von einer optischen Achse, von der optischen Achse getrennt, wenn er sich weiter von der Objektivlinse wegbewegt. In Anbetracht dessen nimmt die Größe des Strahlteilers zu, wobei schließlich sowohl ein optisches System zwischen dem Strahlteiler und der Bildgebungsvorrichtung als auch das koaxiale optische Auflichtbeleuchtungssystem an Größe und Gewicht zunehmen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Querschnittsansicht einer optischen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische graphische Darstellung der optischen Vorrichtung;
3 ist eine Seitenansicht eines Strahlteilers der optischen Vorrichtung;
4 ist eine Seitenansicht eines vergrößerten Abschnitts des Strahlteilers der optischen Vorrichtung;
5 ist eine von der Seite der Bildgebungsvorrichtung gesehene schematische graphische Darstellung der optischen Vorrichtung;
6 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren beispielhaften Konfiguration der optischen Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
7 ist eine schematische graphische Darstellung einer optischen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine schematische graphische Darstellung einer optischen Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine schematische graphische Darstellung einer optischen Vorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
10 ist eine schematische graphische Darstellung einer optischen Vorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Eine optische Vorrichtung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Bilderzeugungslinse, die in einem Strahlengang zwischen einer Objektivlinse und einer Bildgebungsvorrichtung angeordnet ist, wobei die Bilderzeugungslinse ein Bild des Lichts erzeugt, das über die Objektivlinse auf eine Bildgebungsfläche der Bildgebungsvorrichtung einfällt; einen Strahlteiler, der in einem Strahlengang zwischen der Objektivlinse und der Bilderzeugungslinse angeordnet ist; eine erste Linsengruppe, die in einem Strahlengang zwischen der Objektivlinse und dem Strahlteiler angeordnet ist und eine positive Brechkraft aufweist; und ein koaxiales optisches Auflichtbeleuchtungssystem, das so konfiguriert ist, dass es ein Bildgebungsziel über den Strahlteiler, die erste Linsengruppe und die Objektivlinse beleuchten kann, wobei das koaxiale optische Auflichtbeleuchtungssystem in einem Strahlengang angeordnet ist, der sich von dem Strahlengang unterscheidet, in dem die Bilderzeugungslinse angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung kann eine Abnahme der Größe und des Gewichts der optischen Vorrichtung erreichen.
Im Folgenden werden optische Vorrichtungen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Sofern es nicht anders angegeben ist, kann der in der Patentschrift beschriebene Begriff „Linse“ eine Linse oder eine Kombination aus mehreren Linsen bedeuten. Zusätzlich kann, wenn der Begriff „Linse“ eine Kombination aus mehreren Linsen bedeutet, wenigstens ein Teil der mehreren Linsen eine gekittete Linse bilden oder voneinander beabstandet sein. Eine „Objektivlinse“ und eine „Bilderzeugungslinse“ können z. B. eine Linse oder eine Kombination aus mehreren Linsen bedeuten. Die „Linse“ bedeutet jedoch eine Linse für jene, deren gekrümmte Flächen definiert sind, wie z. B. eine Bikonvexlinse, eine Plankonvexlinse, eine Plankonkavlinse und eine Meniskuslinse.
Der in der Patentschrift beschriebene Begriff „Linsengruppe“ kann eine Kombination aus mehreren Linsen bedeuten. Wenigstens ein Teil der mehreren Linsen kann eine gekittete Linse bilden oder kann voneinander beabstandet sein.
[Erste Ausführungsform]
Als Nächstes wird die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezüglich 1 bis 5 beschrieben. Es ist zu beachten, dass die folgenden Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht zum Zweck des Einschränkens der vorliegenden Erfindung beschrieben sind. Die folgenden Zeichnungen sind schematisch, wobei für die Zweckmäßigkeit der Erklärung in einigen Fällen ein Teil einer Konfiguration oder dergleichen weggelassen wird. Den Teilen, die mehreren Ausführungsformen gemeinsam sind, sind die gleichen Bezugszeichen beigefügt, wobei ihre Beschreibungen weggelassen werden können.
Wie in 1 veranschaulicht ist, ist eine optische Vorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform so konfiguriert, dass sie an einer Objektivlinse 10 befestigt und von ihr abgenommen werden kann. Die optische Vorrichtung 100 enthält eine erste Linsengruppe 20, einen Strahlteiler 30, eine zweite Linsengruppe 40 und eine Bildgebungsvorrichtung 50, die von einer Seite nah bei der Objektivlinse 10 entlang einer optischen Achse A1 der Objektivlinse 10 der Reihe nach angeordnet sind. Die erste Linsengruppe 20 ist z. B. aus einer gekitteten Linse 21 ausgebildet. Die gekittete Linse 21 besteht z. B. aus einer ersten Linse 211, die aus einer Bikonvexlinse ausgebildet ist, und einer zweiten Linse 212, die aus einer Meniskuskonkavlinse ausgebildet ist.
Die optische Vorrichtung 100 enthält ferner ein koaxiales optisches Auflichtbeleuchtungssystem EP. Eine optische Achse A2 des koaxialen optischen Auflichtbeleuchtungssystems EP ist zur optischen Achse A1 senkrecht. Die optische Achse A1 schneidet die optische Achse A2 auf einer reflektierenden Oberfläche des Strahlteilers 30. Das koaxiale optische Auflichtbeleuchtungssystem EP enthält eine Lichtquelle 60 und eine Beleuchtungslinsengruppe 70, die von einer Seite fern vom Strahlteiler 30 entlang der optischen Achse A2 der Reihe nach angeordnet sind. Die Beleuchtungslinsengruppe 70 besteht z. B. aus einer Kondensorlinse 71 und einer Plankonvexlinse 72. Das koaxiale optische Auflichtbeleuchtungssystem EP ist so konfiguriert, dass es ein Bildgebungsziel über den Strahlteiler 30, die erste Linsengruppe 20 und die Objektivlinse 10 beleuchten kann. Ein optischer Dämpfer 80 ist an einer Position auf einer gegenüberliegenden Seite der Lichtquelle 60 und der Beleuchtungslinsengruppe 70 bezüglich des Strahlteilers 30 entlang der optischen Achse A2 des koaxialen optischen Auflichtbeleuchtungssystems EP (der optischen Achse A2 der Beleuchtungslinsengruppe 70) angeordnet.
Die Objektivlinse 10, die erste Linsengruppe 20, der Strahlteiler 30 und die zweite Linsengruppe 40 sind in einem zylindrisch geformten Gehäuse 91 installiert. Um zu ermöglichen, dass die Objektivlinse 10 zweckmäßig durch eine mit einer anderen Vergrößerung ersetzt werden kann, ist die Objektivlinse 10 an einem unteren Ende des Gehäuses 91 anbringbar und abnehmbar installiert. Ein Befestigungselement 92 zum Befestigen der Bildgebungsvorrichtung 50 am Gehäuse 91 ist an einem oberen Ende des Gehäuses 91 angebracht. Obwohl dies nicht veranschaulicht ist, können ein Tiefpassfilter, ein Farbkorrekturfilter (wie z. B. ein ND-Filter und ein IR-Sperrfilter), ein Polarisationsfilter, wie z. B. eine Wellenlängenplatte und ein Analysator, und eine parallele flache Platte, wie z. B. ein Deckglas zum Schützen einer Sensoroberfläche der Bildgebungsvorrichtung 50, in einem optischen System enthalten sein.
Die Lichtquelle 60 und die Beleuchtungslinsengruppe 70 sind durch ein Befestigungselement 93 an einer Seitenfläche des Gehäuses 91 befestigt. Der optische Dämpfer 80 ist durch ein Befestigungselement 94 an der anderen Seitenfläche des Gehäuses 91 befestigt. Ein Ringlicht 110 ist am unteren Ende des Gehäuses 91 so angebracht, dass es die Objektivlinse 10 umgibt. Das Ringlicht 110 ist kreisförmig angeordnet, so dass es ein unteres Ende der Objektivlinse 10 umgibt, und enthält mehrere Lichtquellen 111 und eine Abdeckung 112. Die mehreren Lichtquellen 111 enthalten LEDs und dergleichen, die das Beleuchtungslicht in Richtung einer unteren Innenseite anwenden. Die Abdeckung 112 trägt diese Lichtquellen 111 und deckt eine Oberseite der Lichtquellen 111 ab.
2 ist eine graphische Darstellung, die eine schematische Konfiguration veranschaulicht, die die Lichtstrahlen der optischen Vorrichtung 100 nach 1 enthält. Im Folgenden wird jeder Abschnitt beschrieben, indem eine Seite des Bildgebungsziels 120 als eine vordere Stufe und eine Seite der Bildgebungsvorrichtung 50 als eine hintere Stufe für die Objektivlinse 10, die erste Linsengruppe 20, den Strahlteiler 30 und die zweite Linsengruppe 40 betrachtet werden und eine Seite der Lichtquelle 60 als eine vordere Stufe und die Seite des Bildgebungsziels 120 als eine hintere Stufe für das koaxiale optische Auflichtbeleuchtungssystem EP betrachtet werden.
Die Objektivlinse 10 weist z. B. eine Austrittspupille im Inneren auf. Ein Hauptstrahl in jeder Objekthöhe, der von einem hinteren Ende der Objektivlinse 10 emittiert wird, wird von der optischen Achse A1 getrennt, wenn er sich von der Objektivlinse 10 weiter wegbewegt.
Die erste Linsengruppe 20 ist in einer hinteren Stufe der Objektivlinse 10 angeordnet. Die erste Linsengruppe 20 weist die gekittete Linse 21 mit einer positiven Brechkraft als Ganzes auf. Die gekittete Linse 21 besteht z. B. aus einer Kombination aus der ersten Linse 211 mit einer positiven Brechkraft und der zweiten Linse 212 mit einer negativen Brechkraft.
Der Strahlteiler 30 ist in einer hinteren Stufe der ersten Linsengruppe 20 angeordnet. Gemäß der Ausführungsform enthält der Strahlteiler 30 z. B. ein Filmbasismaterial 31 aus einem Harzfilm oder einem Dünnglas, wie in 3 veranschaulicht ist. Die Beschichtungsfilme 32 und 33 können auf einer Seite oder auf beiden Seiten des Filmbasismaterials 31 angeordnet sein.
Die zweite Linsengruppe 40 (2) ist in einer hinteren Stufe des Strahlteilers 30 angeordnet. Die zweite Linsengruppe 40 fungiert als eine Bilderzeugungslinse, die ein Bild des über die Objektivlinse 10, die erste Linsengruppe 20 und den Strahlteiler 30 einfallenden Lichts in einer gewünschten Größe auf einer Bildgebungsfläche der Bildgebungsvorrichtung 50 erzeugt. Die zweite Linsengruppe 40 kann eine Linse mit einer negativen Brechkraft und eine Linse mit einer positiven Brechkraft enthalten. Ferner kann die zweite Linsengruppe 40 eine Tubuslinse zum Vergrößern oder Verkleinern eines auf der Bildgebungsfläche der Bildgebungsvorrichtung 50 erzeugten Bildes enthalten.
Die Bildgebungsvorrichtung 50 ist in einer hinteren Stufe der zweiten Linsengruppe 40 angeordnet. Die Bildgebungsvorrichtung 50 ist z. B. ein Bildgebungselement, wie z. B. ein CMOS und eine CCD, mit einer vorgegebenen Pixelanzahl. Als die Bildgebungsvorrichtung 50 kann z. B. ein PYTHON 1300 (Pixelgröße 4,8 µm) (hergestellt von ON Semiconductor Corporation) oder dergleichen verwendet werden.
Die Lichtquelle 60 weist gemäß der Ausführungsform eine kleine Lichtquelle, wie z. B. eine Chip-LED, auf. Die Beleuchtungslinsengruppe 70 weist z. B. die Kondensorlinse 71 (Plankonvexlinse), die ein Fourier-Transformations-Bild der Lichtquelle 60 erzeugt, und die Plankonvexlinse 72, die das Fourier-Transformations-Bild überträgt, auf.
Der optische Dämpfer 80 weist eine Dämpferoberfläche 81 auf. Ein Teil des überflüssigen Lichts, das vom koaxialen optischen Auflichtbeleuchtungssystem EP durch den Strahlteiler 30 durchgelassen wird, wird auf der Dämpferoberfläche 81 des optischen Dämpfers 80 absorbiert. Ein Teil derartigen überflüssigen Lichts, der nicht auf der Dämpferoberfläche 81 absorbiert werden kann, wird auf der Dämpferoberfläche 81 in eine Richtung, die weder in die erste Linsengruppe 20 noch in die zweite Linsengruppe 40 eintritt, (wie z. B. eine Richtung senkrecht zur optischen Achse A1) gestreut.
[Wirkungsweisen und Wirkungen]
Als Nächstes werden die Wirkungsweisen und Wirkungen der optischen Vorrichtung 100 beschrieben. Wenn eine Austrittspupille innerhalb der Objektivlinse 10 angeordnet ist, wird ein Hauptstrahl von einer Position, die einer großen Objekthöhe entspricht, d. h., ein außeraxialer Hauptstrahl von einer Position fern von der optischen Achse A1, von der optischen Achse A1 getrennt, wenn er sich von der Objektivlinse 10 weiter wegbewegt. Wie in der japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2020-86298 , der japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2015-127776 und der japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2000-186999 offenbart ist, nimmt ein Lichtflussdurchmesser des in den Strahlteiler 30 eintretenden Lichts zu, wenn der außeraxiale Hauptstrahl von der Objektivlinse 10 direkt in den Strahlteiler 30 eintritt. Dementsprechend werden ein notwendiger Durchmesser und ein Greifmechanismus (ein Mechanismus, der den Strahlteiler 30 ergreift. Siehe einen Mechanismus, der einen Polarisationsstrahlteiler 28 in 4 der oben beschriebenen japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2015-127776 , ergreift) größer, was ein Faktor einer Zunahme der Größe eines gesamten optischen Systems geworden ist. Wenn eine Strahlteilerfläche (eine reflektierende Fläche des Strahlteilers 30) eine Neigung von 45° bezüglich der optischen Achse A1 aufweist, bedeutet ein großer notwendiger Durchmesser gleichzeitig ebenfalls eine Verlängerung des optischen Systems in der Richtung der optischen Achse A1, wobei sogar in diesem Sinne das optische System groß gewesen ist. Weil gemäß der Ausführungsform jedoch die erste Linsengruppe 20 mit einer positiven Brechkraft in der hinteren Stufe der Objektivlinse 10 angeordnet ist, wird der Hauptstrahl in eine Richtung, die sich der optischen Achse nähert, gebrochen, wobei er in den Strahlteiler 30 eintritt. In Anbetracht dessen nimmt der Lichtflussdurchmesser des in den Strahlteiler 30 eintretenden Lichts ab, wobei ein für den Strahlteiler 30 erforderlicher Bereich mehr als der in einem Fall verkleinert werden kann, in dem die erste Linsengruppe 20 nicht angeordnet ist. Dies kann die Größe des Strahlteilers 30 verringern. Wenn die Strahlteilerfläche eine Neigung von 45° bezüglich der optischen Achse A1 aufweist, ist ein kleiner Durchmesser des Strahlteilers 30 ebenso gleichbedeutend mit einer Verkürzung des optischen Systems in Richtung der optischen Achse A1, wobei sogar in diesem Sinn eine signifikante Wirkung auf eine Verringerung der Größe des gesamten optischen Systems ausgeübt wird.
Aus einem ähnlichen Grund ist es nicht notwendig, den notwendigen Durchmesser der zweiten Linsengruppe 40 zu vergrößern, in die das durch den Strahlteiler 30 durchgelassene Licht eintritt, wobei eine Verringerung der Größe und des Gewichts ausgeführt werden kann.
Aus einer Perspektive der Aberrationskorrektur ist eine geringere Anzahl von Linsen erforderlich, die die zweite Linsengruppe 40 bilden, was zu einer Abnahme der Größe und des Gewichts beiträgt. Wenn ein Bild auf der Bildgebungsfläche der Bildgebungsvorrichtung 50 erzeugt wird, wird das Licht durch die zweite Linsengruppe 40 im hohen Maße gebrochen, was von dem Auftreten einer großen Aberration begleitet wird. Bei einer Zunahme sowohl einer Variation der Bildhöhe als auch einer Variation des Hauptstrahlwinkels ist im Allgemeinen eine Brechung im hohen Maße erforderlich, wobei die Aberration entsprechend zunimmt. Je kleiner die Bildgebungsvorrichtung 50 ist, desto auffallender ist dieses Phänomen.
Wie in der japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2020-86298 , der japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2015-127776 und der japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2000-186999 offenbart ist, wird ein Lichtfluss von der optischen Achse A1 getrennt, wobei er ein größeres Bild erzeugt (einschließlich eines Falls, in dem ein Bild im Unendlichen erzeugt wird), wenn sich der Hauptstrahl von der Objektivlinse 10 weiter wegbewegt, wenn der außeraxiale Hauptstrahl von der Objektivlinse 10 ohne das Einfügen der ersten Linsengruppe 20 in den Strahlteiler 30 eintritt. Wenn die Bildgebungsvorrichtung 50 klein ist, nimmt deshalb nicht nur der Durchmesser der zweiten Linsengruppe 40 zu, sondern sie muss außerdem die Bildhöhe signifikant variieren, wenn ein Bild auf der Bildgebungsfläche erzeugt wird, und den Winkel des Hauptstrahls signifikant variieren. Weil dies eine große Aberration verursacht, ist eine größere Anzahl von Linsen zum Korrigieren der Aberration erforderlich, was zu einer weiteren Zunahme der Größe der zweiten Linsengruppe 40 führt. Insbesondere ist es schwierig, die außeraxiale Aberration, wie z. B. Verzeichnung, Komaaberration, Astigmatismus und chromatische Aberration der Vergrößerung, zu verhindern. Deshalb ist eine große Anzahl von Linsen für die Aberrationskorrektur erforderlich, wobei eine Verringerung der Größe und des Gewichts einschließlich der Bildgebungsvorrichtung 50 schwierig ist.
Weil die Hauptstrahlrichtung in der Richtung, die sich der optischen Achse nähert, an der ersten Linsengruppe 20 gebrochen wird und ein Bild mit einer kleinen Bildhöhe erzeugt wird, nehmen andererseits gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung die Variation der Bildhöhe und die Variation des Hauptstrahlwinkels ab, selbst wenn eine kleine Bildgebungsvorrichtung 50 verwendet wird. Das heißt, weil die Lichtstrahlen an der zweiten Linsengruppe 40 nicht im hohen Maße gebrochen werden müssen, nimmt das Auftreten einer Aberration ab, wodurch eine Verringerung der Anzahl der für die Aberrationskorrektur erforderlichen Linsen ermöglicht wird. Schließlich kann die zweite Linsengruppe 40 verkleinert werden, was eine Abnahme der Größe und des Gewichts des optischen Systems einschließlich der Bildgebungsvorrichtung 50 erreicht.
Weil der Lichtfluss durch die erste Linsengruppe 20 fokussiert wird, kann weiterhin eine Abnahme der Größe und des Gewichts des koaxialen optischen Auflichtbeleuchtungssystems EP erreicht werden. Normalerweise wird bei der koaxialen Auflichtbeleuchtung eine gleichmäßige Beleuchtung erreicht, indem ein Lichtquellenbild oder ein Fourier-Transformations-Bild einer Lichtquelle zu einer Oberfläche eines photographischen Objekts weitergeleitet wird. Wie in der japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2020-86298 , der japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2015-127776 und der japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2000-186999 offenbart ist, ist jedoch eines mit einer großen Bildhöhe für das Lichtquellenbild erforderlich, das weitergeleitet werden sollte, wenn die Objektivlinse 10, der Strahlteiler 30 und das koaxiale optische Auflichtbeleuchtungssystem EP ohne das Einfügen der ersten Linsengruppe 20 angeordnet sind. Deshalb muss eine große Lichtquelle verwendet werden oder muss das koaxiale optische Auflichtbeleuchtungssystem EP das Lichtquellenbild signifikant vergrößern. In beiden Fällen vergrößert sich der Durchmesser des koaxialen optischen Auflichtbeleuchtungssystems EP.
Andererseits kann gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung das koaxiale optische Auflichtbeleuchtungssystem EP verkleinert werden, weil das Lichtquellenbild, das weitergeleitet werden sollte, durch die erste Linsengruppe 20 verkleinert wird.
Wenn eine Austrittspupille innerhalb der Objektivlinse 10 angeordnet ist, divergiert ein Hauptlichtfluss, der von der Objektivlinse 10 in Richtung des Strahlteilers 30 emittiert wird. Deshalb wird in Betracht gezogen, dass die von der Objektivlinse 10 emittierten Lichtstrahlen unter verschiedenen Einfallswinkeln gemäß den Objekthöhen in den Strahlteiler 30 eintreten. Hier unterscheiden sich die optischen Eigenschaften (wie z. B. der Transmissionsgrad, der Reflexionsgrad oder andere optische Eigenschaften) des Strahlteilers 30 abhängig von den Einfallswinkeln der Lichtstrahlen. Deshalb variieren die optischen Eigenschaften des Strahlteilers 30 in einigen Fällen abhängig von den Objekthöhen.
Wie durch die fettgedruckten Pfeile in 2 veranschaulicht ist, werden hier gemäß der Ausführungsform beim Fokussieren auf die Hauptstrahlen der jeweiligen Objekthöhen die Hauptstrahlen, nachdem sie einmal in der hinteren Stufe der Objektivlinse 10 divergieren, durch die erste Linsengruppe 20 veranlasst, sich einem Zustand parallel zur optischen Achse A1 zu nähern. Dementsprechend können die Einfallswinkel der Hauptstrahlen der jeweiligen Objekthöhen bezüglich des Strahlteilers 30 etwa konstant gemacht werden. Dies kann eine Variation der optischen Eigenschaften des Strahlteilers 30 abhängig von den Objekthöhen verhindern.
Wenn die Objektivlinse 10 vom Gehäuse 91 abgenommen ist, treten Staub und dergleichen leicht in das Innere des Gehäuses 91 ein. Wenn insbesondere ein dünner Strahlteiler 30 verwendet wird, ist es schwierig, den Staub und dergleichen zu entfernen, ohne den Strahlteiler 30 zu beschädigen. Gemäß der Ausführungsform ist die erste Linsengruppe 20 jedoch in der vorderen Stufe des Strahlteilers 30 angeordnet. Dementsprechend kann die erste Linsengruppe 20 das Eindringen von Staub und dergleichen in das Innere des Gehäuses 91 unterdrücken, selbst wenn die Objektivlinse 10 vom Gehäuse 91 abgenommen ist. Weiterhin wird eine Wirkung zum Erleichtern des Entfernens von Staub geschaffen.
Als Nächstes wird jeder Abschnitt ausführlicher beschrieben.
[Erste Linsengruppe 20]
Die erste Linsengruppe 20 lässt zusätzlich zu dem von der Objektivlinse 10 emittierten Licht das von dem koaxialen optischen Auflichtbeleuchtungssystem EP emittierte Licht durch. Im Folgenden werden die Einflüsse der chromatischen Aberration und der Reflexion der ersten Linsengruppe 20 durch das Bestrahlen der ersten Linsengruppe 20 mit dem Beleuchtungslicht von dem koaxialen optischen Auflichtbeleuchtungssystem EP untersucht.
Die erste Linsengruppe 20 benötigt eine relativ große hintere Schnittweite, um Platz zum Anordnen des Strahlteilers 30 zu ermöglichen. Im Hinblick darauf sollte die Brennweite der ersten Linsengruppe 20 in gewissem Maße verlängert werden. In diesem Fall tritt eine chromatische Aberration mit einer Größe auf, die zur Brennweite proportional ist. Dies verursacht leicht Fehler wie folgt. Die koaxiale Auflichtbeleuchtung wird z. B. eine farblich unscharfe Beleuchtung. Ferner variieren die Farben an jeder Position, selbst wenn eine ebene Fläche beleuchtet wird, oder es tritt das auf, was als Farbungleichmäßigkeit bezeichnet wird. Deshalb besteht die erste Linsengruppe 20 vorzugsweise aus einer gekitteten Linse, die eine Bikonvexlinse aus einem Glasmaterial mit geringer Dispersion und eine Meniskuskonkavlinse aus einem Glasmaterial mit hoher Dispersion enthält, um die Fehler zu verringern.
Nach der allgemeinen Regel der chromatischen Aberration (z. B. https://en.wikipedia.org/wiki/Achromatic_lens) wird die Bikonvexlinse vorzugsweise aus Kronglas ausgewählt und wird die Meniskuskonkavlinse vorzugsweise aus Flintglas ausgewählt. Die Bikonvexlinse und die Meniskuskonkavlinse werden vorzugsweise so ausgewählt, dass als eine Bedingung der Abbe-Zahl eine Abbe-Zahl v (bei der Fraunhoferschen d-Linie, die im Folgenden nicht ausführlich angegeben wird) für die Bikonvexlinse v ≥ 50 erfüllt und die Abbe-Zahl v für die Meniskuskonkavlinse v ≤ 50 erfüllt.
Überdies ist gemäß der Ausführungsform die erste Linsengruppe 20 zwischen der Objektivlinse 10 und dem Strahlteiler 30 angeordnet. Dementsprechend ist es bevorzugt, Streulicht zu verhindern, das durch die Reflexion des Beleuchtungslichts vom koaxialen optischen Auflichtbeleuchtungssystem EP an der ersten Linsengruppe 20 verursacht wird. Zu diesem Zweck ist es wirksam, eine Antireflexionsbeschichtung auf die Oberflächen der gekitteten Linse 21 aufzubringen, um die Fresnel-Reflexion einer gekitteten Oberfläche der ersten Linse 211 und der zweiten Linse 212 zu verringern.
Im Allgemeinen wird ein Reflexionsgrad R der Fresnel-Reflexion, der an einer Grenze von Linsen mit unterschiedlichen Brechungsindizes erzeugt wird, durch die folgende Math. 1 ausgedrückt, wobei n₁ der Brechungsindex für die erste Linse 211 ist und n₂ der Brechungsindex für die zweite Linse 212 ist. $R = {(\frac{n_{1} - n_{2}}{n_{1} + n_{2}})}^{2}$
Hier kann der Reflexionsgrad R bei einer gewöhnlichen Antireflexionsbeschichtung auf etwa 0,25 % verringert werden. Um den Reflexionsgrad R auf dieses Niveau der Größenordnung zu steuern, sind n₁ und n₂ vorzugsweise so konfiguriert, dass sie eine Bedingung erfüllen, die durch die folgende Math. 2 ausgedrückt wird. ${(\frac{n_{1} - n_{2}}{n_{1} + n_{2}})}^{2} \leq 0,0025$
Aus Math. 2 wird die Bedingung „n₁ - n₂ ist gleich oder kleiner als 0,1 × (der Durchschnitt von n₁ und n₂)“ erhalten.
Gemäß der Ausführungsform kann z. B. die erste Linse 211 eine Bikonvexlinse aus einem Glas mit einem Brechungsindex von 1,516 und einer Abbe-Zahl von 64,1 sein, während die zweite Linse 212 eine Meniskuskonkavlinse aus einem Glas mit einem Brechungsindex von 1,593 und einer Abbe-Zahl von 35,3 sein kann. Weil in diesem Fall die Abbe-Zahl v für die Bikonvexlinse v ≥ 50 erfüllt und die Abbe-Zahl v für die Meniskuskonkavlinse v ≤ 50 erfüllt, ist die Bedingung für die chromatische Aberration erfüllt. Weil zusätzlich eine Differenz der Brechungsindizes zwischen der ersten Linse 211 und der zweiten Linse 212 (n₁ - n₂) 0,077 ist und das 0,1-Fache des Mittelwerts 0,155 ist, ist die oben beschriebene Bedingung für den Reflexionsgrad erfüllt.
[Strahlteiler 30]
Gemäß der Ausführungsform wird das Filmbasismaterial 31 als der Strahlteiler 30 verwendet, wie in 3 veranschaulicht ist. Durch die Verwendung des Filmbasismaterials 31 als der Strahlteiler 30 kann eine Abnahme des Gewichts und der Größe besser erreicht werden als in den Fällen, in denen ein Plattentyp und ein Würfeltyp verwendet werden. Wenn das Filmbasismaterials 31 verwendet wird, kann jedoch ein Nebenbild durch die Reflexion sowohl der Stirnfläche als auch der Rückfläche erzeugt werden. Das heißt, ein in den Strahlteiler 30 eintretender Lichtstrahl tritt an einem Punkt A ein, wird am Filmbasismaterial 31 gebrochen und wird von einem Punkt B emittiert, wie in 4 veranschaulicht ist. Zusätzlich wird ein Teil des am Punkt B reflektierten Lichts an einem Punkt C reflektiert und von einem Punkt D emittiert. Der vom Punkt B emittierte Lichtstrahl erzeugt ein reelles Bild, während der vom Punkt D emittierte Lichtstrahl ein Nebenbild erzeugt. Ein Abstand QD zwischen dem Lichtstrahl des reellen Bildes, der vom Punkt B emittiert wird, und dem Lichtstrahl des Nebenbildes, der vom Punkt D emittiert wird, wird durch die folgende Formel ausgedrückt, wobei t die Dicke des Filmbasismaterials 31 ist, n der Brechungsindex ist, der Einfallswinkel auf das Filmbasismaterial 31 45° beträgt und θ der Brechungswinkel ist. ^-1 $\begin{matrix} n \times sin θ = 1 \times {sin 45}^{\circ} = \frac{1}{\sqrt{2}} \\ θ = {sin}^{- 1} \frac{1}{\sqrt{2} n} \\ Q D = \sqrt{2} t tan ({sin}^{- 1} \frac{1}{\sqrt{2} n}) \end{matrix}$
Hier wird eine Interpolation an einem Signal, das von jedem Pixel der Bildgebungsvorrichtung 50 erhalten wird, in Einheiten von mehreren Pixeln verarbeitet, um die Wirkungen des Rauschens zu entfernen und die Erzeugung von Treppeneffekten zu vermeiden. Bei Betrachtung der bikubischen Interpolation wird z. B. für ein monochromes Bild die Interpolation aus den umgebenden 3 × 3 Pixeln verarbeitet, während für ein Bayer-Farbmuster die Interpolation aus den umgebenden 4 × 4 Pixeln verarbeitet wird. Für einen Farb-CMOS-Sensor mit einem Pixelabstand p = 4,8 µm ist z. B. ein Bereich der Interpolationsverarbeitung (4 × 4,8) × (4 × 4,8) = 19,2 µm × 19,2 µm. Wenn der Abstand QD zwischen dem reellen Bild und dem Nebenbild in den Bereich der Interpolationsverarbeitung fällt, werden deshalb das reelle Bild und das Nebenbild gemittelt, wobei im Wesentlichen kein Doppelbild mehr erzeugt wird. Deshalb werden, wenn p der Pixelabstand der Bildgebungsvorrichtung 50 ist und N × N die Einheitspixelanzahl für die Interpolationsverarbeitung eines Pixelwerts ist, die Dicke t und der Brechungsindex n des Filmbasismaterials 31 vorzugsweise so festgelegt, dass sie eine Bedingung der folgenden Math. 4 erfüllen. $\sqrt{2} t tan ({sin}^{- 1} \frac{1}{\sqrt{2} n}) < N p$
Weil z. B. durch die Verwendung eines Glasbandes (hergestellt von Nippon Electric Glass Co., Ltd.) mit einem Brechungsindex n = 1,51 und einer Dicke t = 20 µm 0,74951 × 20 µm = 14,99 µm ist, ist gemäß der Ausführungsform die Bedingung von Math. 4 erfüllt, was die Unterdrückung der Erzeugung eines Nebenbildes ermöglicht.
Als das Filmbasismaterial 31 des Strahlteilers 30 kann ein Harzfilm, wie z. B. Acryl, Polystyrol, Cellophan, Nitrocellulose, Polypropylen und Polyester, oder eine dünne Glasplatte aus einem Glasband (hergestellt von Nippon Electric Glass Co., Ltd.) mit einer Dicke in einem Bereich von 10 µm bis 30 µm verwendet werden.
Durch das Ausführen einer Beschichtung auf einer Oberfläche oder auf beiden Oberflächen des Filmbasismaterials 31, das den Strahlteiler 30 bildet, können die optischen Eigenschaften und dergleichen des Filmbasismaterials 31 als variiert betrachtet werden. Wenn jedoch eine Austrittspupille innerhalb der Objektivlinse 10 angeordnet ist, wie oben beschrieben worden ist, unterscheiden sich die Einfallswinkel auf der bearbeiteten Beschichtungsoberfläche abhängig von den Objekthöhen, wobei dementsprechend die optischen Eigenschaften des Strahlteilers 30 abhängig von den Objekthöhen variieren. In einem derartigen Fall ist es schwierig, durch die Beschichtungsbearbeitung einheitliche optische Eigenschaften und dergleichen in einem gesamten Sehfeld zu erhalten.
Gemäß der Ausführungsform werden die Hauptstrahlen jedoch durch die erste Linsengruppe 20 einer Brechung in einer Richtung unterworfen, die sich der optischen Achse A1 nähert, wodurch ermöglicht wird, dass die Einfallswinkel der Hauptstrahlen der jeweiligen Objekthöhen bezüglich des Strahlteilers 30 etwa konstant gemacht werden. Dies kann eine Variation der optischen Eigenschaften des Strahlteilers 30 abhängig von den Objekthöhen verhindern. In einer derartigen Konfiguration sind z. B. die optischen Eigenschaften und die Umgebungstoleranz des Filmbasismaterials 31 vorzugsweise steuerbar, insbesondere wenn die Beschichtung auf einer Oberfläche oder auf beiden Oberflächen des Filmbasismaterials 31 ausgeführt wird, wie in 3 veranschaulicht ist.
Der Beschichtungsfilm 32, der auf einer Oberfläche auf der Seite des koaxialen optischen Auflichtbeleuchtungssystems EP des Filmbasismaterials 31 ausgebildet ist, kann z. B. ein Strahlteiler-Beschichtungsfilm sein. Der Strahlteiler-Beschichtungsfilm kann z. B. ein einschichtiger Film mit einer Dicke von einer viertel Wellenlänge aus einem Material mit einem hohen Brechungsindex im Vergleich zum Brechungsindex des Filmbasismaterials 31 sein. Als das Material mit einem hohen Brechungsindex kann z. B. ein dielektrisches Material aus NbO₅, Ta₂O₅, TiO₂, ZrO₂, Al₂O₃, ZnS oder dergleichen verwendet werden. Ferner kann der Beschichtungsfilm 33, der auf der Oberfläche auf der dem koaxialen optischen Auflichtbeleuchtungssystem EP gegenüberliegenden Seite des Filmbasismaterials 31 ausgebildet ist, z. B. eine Antireflexionsbeschichtung sein. Die Antireflexionsbeschichtung kann z. B. ein einschichtiger Film mit einer Dicke von einer viertel Wellenlänge aus einem Material mit einem niedrigen Brechungsindex im Vergleich zum Brechungsindex des Filmbasismaterials 31 sein. Als das Material mit einem niedrigen Brechungsindex kann z. B. ein dielektrisches Material aus MgF₂, SiO₂ oder dergleichen verwendet werden.
Wenn die Beschichtungsfilme 32 und 33 auf dem Filmbasismaterial 31 durch eine Beschichtungsbearbeitung, wie z. B. Vakuumverdampfung, gebildet werden, können hier Wirkungen, wie z. B. Spannung, in Verbindung mit einem Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten eine Verwerfung, eine Faltenbildung und dergleichen auf dem Filmbasismaterial 31 verursachen. Die Verwerfung und Faltenbildung verschlechtern nicht nur die optischen Eigenschaften bei der Fertigstellung, sondern verschlechtern außerdem die Montagefähigkeit signifikant. Je dünner das Filmbasismaterial 31 ist, desto weniger steif wird es. Dementsprechend sind die Wirkungen besonders bemerkbar. Deshalb werden die Materialien der Beschichtungsfilme 32 und 33 vorzugsweise so gewählt, dass sie derartige Wirkungen verhindern können. Tabelle 1 veranschaulicht Beispiele einer Beziehung zwischen dem Material und der Spannung, die für die Beschichtungsbearbeitung angemessen ist, wenn beide Oberflächen einschichtige Filme sind und die Beschichtung auf beiden Oberflächen ausgeführt wird. [Tabelle 1]

Zugspannung Druckspannung

Strahlteiler-Beschichtungsfilm TiO₂ Ta₂O₅

(hoher Brechungsindex) Al₂O₃ ZrO₂

ZnS

Antireflexionsbeschichtung (niedriger Brechungsindex) MgF₂ SiO₂
Wenn z. B. ein Film mit einem hohen Brechungsindex, wie z.B. TiO₂ und Al₂O₃, der eine Zugspannung verursacht, auf eine Oberfläche des Filmbasismaterials 31 als ein Strahlteiler-Beschichtungsfilm aufgebracht wird, wird ein Film mit einem niedrigen Brechungsindex, wie z. B. MgF₂, der außerdem eine Zugspannung verursacht, auf die andere Oberfläche des Filmbasismaterials 31 aufgebracht. Wenn z. B. ein Film mit einem hohen Brechungsindex, wie z. B. Ta₂O₅, ZrO₂ und ZnS, der eine Druckspannung verursacht, auf die eine Oberfläche des Filmbasismaterials 31 als ein Strahlteiler-Beschichtungsfilm aufgebracht wird, wird ferner ein Film mit einem niedrigen Brechungsindex, wie z. B. SiO₂, der außerdem eine Druckspannung verursacht, auf die andere Oberfläche des Filmbasismaterials 31 aufgebracht.
Es ist zu beachten, dass dies nur Beispiele sind. Wenn sich ein Vorzeichen der erzeugten Spannung durch die Bedingung zum Zeitpunkt der Beschichtung ändert, ändert sich möglicherweise außerdem ein optimales Material, das auf die andere Oberfläche aufgetragen werden soll, gemäß dem Vorzeichen der Spannung. Es ist z. B. bekannt, dass für ein Material mit einem hohen Brechungsindex des Nb₂O₅ eine Zugspannung verursacht wird, wenn ein ionenunterstütztes Verfahren verwendet wird, während eine Druckspannung verursacht wird, wenn das ionenunterstützte Verfahren nicht verwendet wird. Wenn das erstgenannte für die Strahlteiler-Beschichtung verwendet wird, kann ein einschichtiger Film aus MgF₂ als eine Antireflexionsschicht auf die andere Oberfläche aufgebracht werden. Wenn das letztgenannte für die Strahlteiler-Beschichtung verwendet wird, kann ein einschichtiger Film aus SiO₂ als eine Antireflexionsschicht auf die andere Oberfläche aufgetragen werden.
Dies hebt die Spannungen der Beschichtungsfilme 32 und 33 auf beiden Oberflächen auf und kann die Verwerfung und Faltenbildung des Filmbasismaterials 31 unterdrücken. Wenn eine Oberfläche eines Harzfilm-Basismaterials 31 freiliegt, gibt es insofern ein Problem, als das Filmbasismaterial 31 mit statischer Elektrizität aufgeladen ist und leicht Staub anzieht, wobei es durch Feuchtigkeitsabsorption leicht verformt und in seiner Qualität verändert wird. Durch das Beschichten wird eine Wirkung des Unterdrückens des Problems erhalten. Außer aus einzelnen Schichten ausgebildet zu sein, können die Beschichtungsfilme 32 und 33 aus mehrschichtigen Filmen ausgebildet sein. In diesem Fall können die optische Leistung und die Umwelttoleranz weiter verbessert werden. Die Beschichtungsfilme 32 und 33 können Hartbeschichtungsfilme, Metallfilme und dergleichen sein. In den oben beschriebenen Fällen von mehrschichtigen Filmen, Hartbeschichtungsfilmen, Metallfilmen und dergleichen ist es ferner bevorzugt, den Typ und das Verfahren des Beschichtens gemäß dem Vorzeichen der erzeugten Spannung auszuwählen, so dass die Spannung mit dem gleichen Vorzeichen auf beiden Oberflächen erzeugt wird. Bei mehrschichtigen Filmen kann eine Spannungsverringerung auf jeder Seite unter Verwendung jeweiliger Materialien, die gestapelt werden sollen, erreicht werden, die Spannungen mit entgegengesetzten Vorzeichen erzeugen. Eine Spannungsverringerung kann z. B. versucht werden, um das Auftreten einer Verwerfung und Faltenbildung sogar durch ein Verfahren zu vermeiden, so dass Al₂O₃, das Zugspannung erzeugt, auf einer ersten Schicht aufgedampft wird, Ta₂O₅, das Druckspannung erzeugt, auf einer zweiten Schicht aufgedampft wird, und MgF₂, das Zugspannung erzeugt, auf einer dritten Schicht aufgedampft wird.
[Koaxiales optisches Auflichtbeleuchtungssystem EP]
Gemäß der Ausführungsform werden als das koaxiale optische Auflichtbeleuchtungssystem EP die Lichtquelle 60 (2), die eine Chip-LED enthält, und die Beleuchtungslinsengruppe 70, die die Kondensorlinse 71 und die Plankonvexlinse 72 enthält, verwendet. Die Kondensorlinse 71 fokussiert das Licht von der Lichtquelle 60, um ein Fourier-Transformations-Bild davon zu erzeugen. Nachdem das Fourier-Transformations-Bild durch die Plankonvexlinse 72 in der hinteren Stufe übertragen und am Strahlteiler 30 reflektiert worden ist, wird das Fourier-Transformations-Bild über die erste Linsengruppe 20 und die Objektivlinse 10 zu der Oberfläche eines photographischen Objekts weitergeleitet. Während eine Chip-LED im Allgemeinen abhängig von den Positionen eine große Ungleichmäßigkeit aufweist, weist ein Fourier-Transformations-Bild davon eine kleine Ungleichmäßigkeit auf. Dementsprechend kann durch die oben beschriebene Konfiguration ein Beleuchtungslicht mit verringerter Ungleichmäßigkeit auf einer photographischen Oberfläche erzeugt werden.
In der Beleuchtungslinsengruppe 70 können eine Diffusionsplatte, eine Mikrolinsenanordnung (Fliegenaugenlinse) und dergleichen enthalten sein. Um die Ungleichmäßigkeit zu verringern, kann der Abstand zwischen der Kondensorlinse 71 und der Plankonvexlinse 72 verändert werden, um eine Relativbeziehung (Defokussierung) des Fourier-Transformations-Bildes zur Oberfläche des photographischen Objekts zu vermindern.
[Optischer Dämpfer 80]
5 ist eine graphische Darstellung, wenn der optische Dämpfer 80 von der Seite der Bildgebungsvorrichtung 50 in der Richtung der optischen Achse A1 betrachtet wird. Wie in 5 veranschaulicht ist, weist der optische Dämpfer 80 die Dämpferoberfläche 81 auf. Eine Normalenrichtung NR der Dämpferoberfläche 81 ist zur optischen Achse A1 der Objektivlinse 10 senkrecht. Die Normalenrichtung NR der Dämpferoberfläche 81 ist bezüglich der optischen Achse A2 des koaxialen optischen Auflichtbeleuchtungssystems EP geneigt und ist zur optischen Achse A2 nicht senkrecht. Dies kann überflüssiges Licht unterdrücken, das vom koaxialen optischen Auflichtbeleuchtungssystem EP durch den Strahlteiler 30 durchgelassen wird und über die Dämpferoberfläche 81 in die erste Linsengruppe 20 oder die zweite Linsengruppe 40 eintritt. Im Ergebnis kann das Auftreten einer Beleuchtungsungleichmäßigkeit auf der Seite der Objektivlinse 10 und das Auftreten von Streulicht auf der Seite der Bildgebungsvorrichtung 50 unterdrückt werden. Es ist z. B. vorteilhaft, eine Verarbeitung auszuführen, um den Reflexionsgrad auf der Oberfläche der Dämpferoberfläche 81 zu verringern. Als eine derartige Verarbeitung kann z. B. das Mattieren durch Aufbringen eines schwarzen Überzugsmaterials oder Strahlen oder eine Verarbeitung, wie z. B. eine chemische Oberflächenmodifikation durch Säure, Lauge und dergleichen, eine Oberflächenaufrauung durch Laser oder das Anbringen eines Materials, das Licht leicht absorbiert, wie z. B. beflocktes Gewebe, verwendet werden.
Es ist zu beachten, dass die oben beschriebene Normalenrichtung NR der Dämpferoberfläche 81 bei Bedarf einstellbar ist. Anstelle des optischen Dämpfers 80 kann ein optisches System angeordnet sein, das es ermöglicht, das überflüssiges Licht aus dem Gehäuse 91 austritt. Als ein derartiges optisches System können z. B. ein verspiegeltes Prisma und dergleichen verwendet werden. Eine optische Vorrichtung 100', die in 6 veranschaulicht ist, enthält z. B. ein Prisma 82 anstelle des optischen Dämpfers 80. Das Prisma 82 weist eine verspiegelte reflektierende Oberfläche 83 auf. Eine Normalenrichtung NR' der reflektierenden Oberfläche 83 ist bezüglich der optischen Achse A2 des koaxialen optischen Auflichtbeleuchtungssystems EP geneigt und ist nicht zur optischen Achse A2 senkrecht. Das Prisma 82 ist so angeordnet, dass nur die verspiegelte reflektierende Fläche 83 wirkt und eine Oberfläche, die eine Brechungswirkung ausführt, nicht eingreift. Dies ist so, weil die Oberfläche, die eine Brechungswirkung ausführt, gleichzeitig teilweise reflektiertes Licht verursacht, das erneut in den Strahlengang eintritt und dazu tendiert, zu Phänomenen, wie z. B. einer Beleuchtungsungleichmäßigkeit und einem Streulicht, zu führen.
[Zweite Ausführungsform]
Als Nächstes wird die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezüglich 7 beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind den Teilen, die zu jenen in der ersten Ausführungsform ähnlich sind, die gleichen Bezugszeichen beigefügt, wobei ihre Beschreibungen weggelassen werden.
Eine optische Vorrichtung 100A gemäß der zweiten Ausführungsform ist grundsätzlich ähnlich zur optischen Vorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform konfiguriert. Jedoch wird in der optischen Vorrichtung 100A z. B. eine oberflächenemittierende Lichtquelle, wie z. B. eine Chip-auf-Platine-LED (COB-LED), als eine Lichtquelle 60A des koaxialen optischen Auflichtbeleuchtungssystems EP verwendet. In der optischen Vorrichtung 100A enthält das koaxiale optische Auflichtbeleuchtungssystem EP keine Beleuchtungslinsengruppe 70. Eine derartige Konfiguration kann durch Weglassen der Beleuchtungslinsengruppe 70 eine weitere Abnahme der Größe erreichen. Als die Lichtquelle 60A kann ein weiteres Oberflächen-Lichtemissionselement, wie z. B. ein organisches EL, verwendet werden.
Während der optische Dämpfer 80 in 7 nicht veranschaulicht ist, kann der optische Dämpfer 80 überall in allen Ausführungsformen angeordnet sein oder muss der optische Dämpfer 80 nicht überall in allen Ausführungsformen angeordnet sein.
[Dritte Ausführungsform]
Als Nächstes wird die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezüglich 8 beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind den Teilen, die zu jenen in der ersten Ausführungsform und der zweiten ähnlich sind, die gleichen Bezugszeichen beigefügt, wobei ihre Beschreibungen weggelassen werden.
Eine optische Vorrichtung 100B gemäß der dritten Ausführungsform ist grundsätzlich ähnlich zur optischen Vorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform konfiguriert. In der optischen Vorrichtung 100B sind jedoch die zweite Linsengruppe 40 und die Bildgebungsvorrichtung 50 auf einer Reflexionsseite des Strahlteilers 30 angeordnet, während das koaxiale optische Auflichtbeleuchtungssystem EP auf einer Durchlassseite des Strahlteilers 30 angeordnet ist. Das heißt, die optische Vorrichtung 100B enthält von einer Seite nah bei der Objektivlinse 10 entlang der optischen Achse A1 der Objektivlinse 10 die erste Linsengruppe 20, den Strahlteiler 30, die Beleuchtungslinsengruppe 70 und die Lichtquelle 60. In der optischen Vorrichtung 100B ist eine optische Achse A3 der zweiten Linsengruppe 40 zur optischen Achse A1 senkrecht. Die optische Achse A1 schneidet die optische Achse A3 auf der reflektierenden Oberfläche des Strahlteilers 30. Ferner sind die Bildgebungsvorrichtung 50 und die zweite Linsengruppe 40 von einer Seite fern vom Strahlteiler 30 entlang der optischen Achse A3 der Reihe nach angeordnet. Der optische Dämpfer 80 ist an einer Position auf einer gegenüberliegenden Seite der Bildgebungsvorrichtung 50 und der zweiten Linsengruppe 40 bezüglich des Strahlteilers 30 entlang der optischen Achse A3 der zweiten Linsengruppe 40 angeordnet.
In einer derartigen Konfiguration streut oder absorbiert der optische Dämpfer 80 überflüssiges Licht von der Lichtquelle 60, das am Strahlteiler 30 reflektiert wird.
Im Allgemeinen ist es einfach, die Durchlasseigenschaften des Strahlteilers 30 bei der Herstellung zu steuern. Dementsprechend ist die Ausführungsform z. B. wirksam, wenn ein Lichtquellen-Lichtvolumen des koaxialen optischen Beleuchtungssystems EP gering ist.
Die optische Vorrichtung 100B gemäß der dritten Ausführungsform kann ähnlich zur optischen Vorrichtung 100A gemäß der zweiten Ausführungsform eine oberflächenemittierende Lichtquelle, wie z. B. eine COB-LED, als die Lichtquelle 60 des koaxialen optischen Auflichtbeleuchtungssystems EP enthalten.
[Vierte Ausführungsform]
Als Nächstes wird die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezüglich 9 beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind den Teilen, die zu jenen in der ersten Ausführungsform bis dritten Ausführungsform ähnlich sind, die gleichen Bezugszeichen beigefügt, wobei ihre Beschreibungen weggelassen werden.
Eine optische Vorrichtung 100C gemäß der vierten Ausführungsform ist grundsätzlich ähnlich zur optischen Vorrichtung 100A gemäß der zweiten Ausführungsform konfiguriert. Die optische Vorrichtung 100C enthält jedoch anstelle des Strahlteilers 30, der das Filmbasismaterial 31 enthält, einen Strahlteiler 30A. Der Strahlteiler 30A enthält ein Glas des Würfeltyps. Auf einer gekitteten Oberfläche des Glases des Würfeltyps ist durch Beschichtung eine semipermeable Membran ausgebildet. Das Gewicht des Glases des Würfeltyps, das den Strahlteiler 30A bildet, ist proportional zu einem Würfel der Länge einer Seite. Deshalb ist das Glas des Würfeltyps schwerer als ein Filmbasismaterial. Weil die optische Vorrichtung 100C gemäß der vierten Ausführungsform jedoch eine erste Linsengruppe 20A enthält, kann der Strahlteiler 30A so konfiguriert sein, dass er relativ klein ist. Deshalb kann der Strahlteiler 30A so konfiguriert sein, dass er relativ leicht ist. Die Ausführungsform kann die Erzeugung eines Nebenbildes verringern, das erzeugt wird, wenn ein Filmbasismaterial verwendet wird.
Zusätzlich enthält die optische Vorrichtung 100C eine erste Linsengruppe 20A anstelle der ersten Linsengruppe 20. Die erste Linsengruppe 20A ist grundsätzlich ähnlich zur ersten Linsengruppe 20 konfiguriert. Gemäß der Ausführungsform tritt hier die chromatische Aberration außerdem durch die Dispersion des Glases auf, das den Strahlteiler 30A bildet. Deshalb nimmt die chromatische Aberration, die die erste Linsengruppe 20A korrigieren sollte, im Vergleich zur ersten Ausführungsform zu, wobei der Unterschied in der Abbe-Zahl des Glases, das die erste Linsengruppe 20A bildet, erhöht werden muss. Wenn die hintere Stufe der ersten Linsengruppe 20A durch Glas ersetzt ist, ist dies gleichbedeutend mit einer luftumgesetzten Verkürzung der hinteren Schnittweite. Dementsprechend wird die hintere Schnittweite durch eine Konvexlinse verkürzt, die entsprechend vorausgeht, um die Stärke der Konvexlinse zu verstärken.
Der Strahlteiler 30A enthält Glas mit einem Brechungsindex von 1,516 und einer Abbe-Zahl von 64,1. Die erste Linsengruppe 20A enthält eine gekittete Linse 22, die eine Bikonvexlinse (erste Linse 221) aus Glas mit einem Brechungsindex von 1,516 und einer Abbe-Zahl von 64,1 und eine Meniskuskonkavlinse (zweite Linse 222) aus Glas mit einem Brechungsindex von 1,673 und einer Abbe-Zahl von 32,1 enthält. In diesem Fall sind außerdem die oben beschriebene Verringerungsbedingung für die chromatische Aberration und die Bedingung für den Brechungsindexunterschied erfüllt. Zusätzlich beträgt der Reflexionsgrad der Fresnel-Reflexion 0,24 %, der auf ein Niveau ähnlich zu einer Antireflexions-Mehrfachbeschichtung verringert ist.
Es ist zu beachten, dass ähnlich zur optischen Vorrichtung 100C gemäß der vierten Ausführungsform die optische Vorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform und die optische Vorrichtung 100B gemäß der dritten Ausführungsform den Strahlteiler 30A, der ein Glas des Würfeltyps enthält, anstelle des Strahlteilers 30, der das Filmbasismaterial 31 enthält, enthalten können. In diesem Fall tritt jedoch außerdem eine chromatische Aberration durch Dispersion des den Strahlteiler 30A bildenden Glases auf. Die chromatische Aberration, die die erste Linsengruppe 20 korrigiert, nimmt zu, wobei der Unterschied in der Abbe-Zahl des Glases, das die erste Linsengruppe 20 bildet, erhöht werden muss.
[Fünfte Ausführungsform]
Als Nächstes wird die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezüglich 10 beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind den Teilen, die zu jenen in der ersten Ausführungsform bis vierten Ausführungsform ähnlich sind, die gleichen Bezugszeichen beigefügt, wobei ihre Beschreibungen weggelassen werden.
Eine optische Vorrichtung 100D gemäß der fünften Ausführungsform ist grundsätzlich ähnlich zur optischen Vorrichtung 100C gemäß der vierten Ausführungsform konfiguriert. In diesem Fall wird ähnlich zur vierten Ausführungsform der Strahlteiler 30A des Würfeltyps verwendet. Eine Konkavlinse geht voraus, um die hintere Schnittweite der ersten Linsengruppe weiter zu erhöhen. Wie oben beschrieben worden ist, verursacht jedoch eine verlängerte Brennweite der ersten Linsengruppe leicht eine chromatische Aberration, wobei die Dispersion des Glases, das den Strahlteiler 30A bildet, außerdem eine chromatische Aberration verursacht. Deshalb nimmt die zu korrigierende chromatische Aberration zu, wobei der Brechungsindexunterschied und der Unterschied in der Abbe-Zahl des Glases, das die erste Linsengruppe bildet, erhöht werden müssen.
In der optischen Vorrichtung 100D enthält eine erste Linsengruppe 20B eine gekittete Linse 23, die eine Meniskuskonkavlinse (erste Linse 231) aus Glas mit einem Brechungsindex von 1,883 und einer Abbe-Zahl von 40,8 und eine Plankonvexlinse (zweite Linse 232) aus Glas mit einem Brechungsindex von 1,487 und einer Abbe-Zahl von 70,2 enthält.
Diese Konfiguration ist wirksam, wenn es erwünscht ist, ein relativ großes Intervall zwischen der ersten Linsengruppe 20B und der zweiten Linsengruppe 40, d. h., einen Raum zum Anordnen des Strahlteilers 30A, sicherzustellen. Die Ausführungsform kann bevorzugt die chromatische Aberration relativ verringern, während sie einen Raum zum Anordnen eines Strahlteilers sicherstellt.
Es ist zu beachten, dass gemäß der ersten Ausführungsform bis dritten Ausführungsform ähnlich zur optischen Vorrichtung 100D gemäß der fünften Ausführungsform die erste Linsengruppe 20 eine gekittete Linse enthalten kann, die eine Meniskuskonkavlinse und eine Plankonvexlinse enthält.
[Andere]
Während bestimmte Ausführungsformen beschrieben worden sind, sind diese Ausführungsformen nur beispielhaft dargestellt worden, wobei sie den Schutzumfang der Erfindungen nicht einschränken sollen. In der Tat können die hier beschriebenen neuartigen Verfahren und Systeme in verschiedenen anderen Formen verkörpert sein: weiterhin können verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen in der Form der hier beschriebenen Verfahren und Systeme vorgenommen werden, ohne vom Erfindungsgedanken der Erfindungen abzuweichen. Die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente sollen derartige Formen oder Änderungen abdecken, da sie in den Schutzumfang und den Erfindungsgedanken der Erfindungen fallen würden.
Die optischen Vorrichtungen 100, 100A, 100B, 100C und 100D gemäß der ersten Ausführungsform bis fünften Ausführungsform enthalten z. B. nicht die Objektivlinse 10. Das heißt, die Objektivlinse 10 ist keine Komponente der optischen Vorrichtungen 100, 100A, 100B, 100C und 100D. Die optischen Vorrichtungen 100, 100A, 100B, 100C und 100D gemäß der ersten Ausführungsform bis fünften Ausführungsform können jedoch die Objektivlinse 10 enthalten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 202086298 [0002, 0021, 0024, 0026]
JP 2015127776 [0002, 0021, 0024, 0026]
JP 2000186999 [0002, 0021, 0024, 0026]

Claims

Optische Vorrichtung (100), die umfasst: eine Bilderzeugungslinse (40), die in einem Strahlengang zwischen einer Objektivlinse (10) und einer Bildgebungsvorrichtung (50) angeordnet ist, wobei die Bilderzeugungslinse (40) ein Bild des Lichts erzeugt, das über die Objektivlinse (10) auf eine Bildgebungsfläche der Bildgebungsvorrichtung (50) einfällt; einen Strahlteiler (30), der in einem Strahlengang zwischen der Objektivlinse (10) und der Bilderzeugungslinse (40) angeordnet ist; eine erste Linsengruppe (20), die in einem Strahlengang zwischen der Objektivlinse (10) und dem Strahlteiler (30) angeordnet ist und eine positive Brechkraft aufweist; und ein koaxiales optisches Auflichtbeleuchtungssystem (EP), das so konfiguriert ist, dass es ein Bildgebungsziel (120) über den Strahlteiler (30), die erste Linsengruppe (20) und die Objektivlinse (10) beleuchten kann, wobei das koaxiale optische Auflichtbeleuchtungssystem (EP) in einem Strahlengang angeordnet ist, der sich von dem Strahlengang unterscheidet, in dem die Bilderzeugungslinse (40) angeordnet ist.
Optische Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, die umfasst ein Gehäuse (91), das die Bilderzeugungslinse (40), den Strahlteiler (30), die erste Linsengruppe (20) und das koaxiale optische Auflichtbeleuchtungssystem (EP) unterbringt, wobei das Gehäuse (91) so konfiguriert ist, dass es an der Objektivlinse (10) angebracht und von ihr abgenommen werden kann.
Optische Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die erste Linsengruppe (20) enthält: eine erste Linse (211) mit einer positiven Brechkraft; und eine zweite Linse (212) mit einer negativen Brechkraft.
Optische Vorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei die erste Linse (211) und die zweite Linse (212) gekittet sind, und ein Brechungsindexunterschied zwischen der ersten Linse (211) und der zweiten Linse (212) gleich oder kleiner als 10 % eines Durchschnittswertes der Brechungsindizes der ersten Linse (211) und der zweiten Linse (212) ist.
Optische Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der Strahlteiler (30) ein Filmbasismaterial (31) umfasst, das aus einem Harzfilm oder einem Dünnglas besteht.
Optische Vorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei $\sqrt{2} t tan ({sin}^{- 1} \frac{1}{\sqrt{2} n}) < N p$
wobei n ein Brechungsindex des Filmbasismaterials (31) ist, t eine Dicke des Filmbasismaterials (31) ist, p ein Pixelabstand (p) der Bildgebungsvorrichtung (50) ist und N × N eine Einheitspixelanzahl für die Interpolationsverarbeitung eines Pixelwertes der Bildgebungsvorrichtung (50) ist.
Optische Vorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei der Strahlteiler (30) einen Beschichtungsfilm (32, 33) umfasst, der auf wenigstens einer Oberfläche des Filmbasismaterials (31) angeordnet ist.
Optische Vorrichtung (100) nach Anspruch 7, wobei der Beschichtungsfilm (32, 33) auf jeder der beiden Oberflächen des Filmbasismaterials (31) angeordnet ist und ein Beschichtungsfilm (32), der auf einer Oberfläche des Filmbasismaterials (31) angeordnet ist, und ein Beschichtungsfilm (33), der auf der anderen Oberfläche des Filmbasismaterials (31) angeordnet ist, ein gleiches Vorzeichen der aus der Beschichtung resultierenden Spannung aufweisen.
Optische Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, die umfasst einen optischen Dämpfer (80) mit einer Dämpferoberfläche (81), wobei die erste Linsengruppe (20), der Strahlteiler (30), die Bilderzeugungslinse (40) und die Bildgebungsvorrichtung (50) entlang einer optischen Achse (A1) der Objektivlinse (10) angeordnet sind, eine optische Achse (A2) des koaxialen optischen Auflichtbeleuchtungssystems (EP) zur optischen Achse (A1) der Objektivlinse (10) senkrecht ist, der Strahlteiler (30) und der optische Dämpfer (80) entlang der optischen Achse (A2) des koaxialen optischen Auflichtbeleuchtungssystems (EP) angeordnet sind, und eine Normalrichtung (NR) der Dämpferoberfläche (81) zur optischen Achse (A1) der Objektivlinse (10) senkrecht ist und bezüglich der optischen Achse (A2) des koaxialen optischen Auflichtbeleuchtungssystems (EP) geneigt ist, ohne zur optischen Achse (A2) des koaxialen optischen Auflichtbeleuchtungssystems (EP) senkrecht zu sein.
Optische Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, die umfasst einen optischen Dämpfer (80) mit einer Dämpferoberfläche (81), wobei die erste Linsengruppe (20), der Strahlteiler (30) und das koaxiale optische Auflichtbeleuchtungssystem (EP) entlang einer optischen Achse (A1) der Objektivlinse (10) angeordnet sind, eine optische Achse (A3) der Bilderzeugungslinse (40) zur optischen Achse (A1) der Objektivlinse (10) senkrecht ist, die Bildgebungsvorrichtung (50), die Bilderzeugungslinse (40), der Strahlteiler (30) und der optische Dämpfer (80) entlang der optischen Achse (A1) des Objektivs (10) angeordnet sind, und eine Normalrichtung (NR) der Dämpferoberfläche (81) zu der optischen Achse (A1) der Objektivlinse (10) senkrecht ist und bezüglich der optischen Achse (A3) der Bilderzeugungslinse (40) geneigt ist, ohne zu der optischen Achse (A3) der Bilderzeugungslinse (40) senkrecht zu sein.