JP2603849B2 - 結像光学系のピントズレ補正方法 - Google Patents
結像光学系のピントズレ補正方法Info
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- JP2603849B2 JP2603849B2 JP8725488A JP8725488A JP2603849B2 JP 2603849 B2 JP2603849 B2 JP 2603849B2 JP 8725488 A JP8725488 A JP 8725488A JP 8725488 A JP8725488 A JP 8725488A JP 2603849 B2 JP2603849 B2 JP 2603849B2
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- optical system
- lens
- imaging optical
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、結像光学系の温度変化によるピントズレ
を補正する方法に関し、より詳細には、広い波長域に亘
って十分な性能を必要とするカラースキャナー等や、焦
点距離の長い高性能レンズ等の結像光学系におけるピン
トズレ補正方法に関するものである。
を補正する方法に関し、より詳細には、広い波長域に亘
って十分な性能を必要とするカラースキャナー等や、焦
点距離の長い高性能レンズ等の結像光学系におけるピン
トズレ補正方法に関するものである。
［背景技術及び発明が解決しようとする課題］ この種の結像光学系においては、色収差を最小限に抑
えるために分散の少ない低分散ガラス、例えばFk
01（「株式会社オハラ」の商品名）を硝材としたレンズ
を構成に含ませることが多い。
えるために分散の少ない低分散ガラス、例えばFk
01（「株式会社オハラ」の商品名）を硝材としたレンズ
を構成に含ませることが多い。
しかしながら、低分散ガラスは、他の一般的なガラス
と異なり温度変化に対する屈折率の変化率（dn/dt）が
負の値をとる傾向にあり、これが後述するように温度変
化に対して著しい焦点距離変動を生ずる原因となってい
る。
と異なり温度変化に対する屈折率の変化率（dn/dt）が
負の値をとる傾向にあり、これが後述するように温度変
化に対して著しい焦点距離変動を生ずる原因となってい
る。
低分散ガラスのレンズで発生した大きな焦点距離変動
は、他のレンズの倍率に応じて結像光学系全体としての
大きな焦点距離誤差、すなわちピントズレとして現われ
るため、これに起因して光学系の結像性能が大幅に低下
するという問題がある。
は、他のレンズの倍率に応じて結像光学系全体としての
大きな焦点距離誤差、すなわちピントズレとして現われ
るため、これに起因して光学系の結像性能が大幅に低下
するという問題がある。
［発明の目的］ この発明は、上述したような低分散ガラスを硝材とす
るレンズを使用した場合に特有の問題点に鑑みてなされ
たものであり、温度変化に対する結像光学系のピントズ
レを十分に補正することができるピントズレ補正方法の
提供を目的とする。
るレンズを使用した場合に特有の問題点に鑑みてなされ
たものであり、温度変化に対する結像光学系のピントズ
レを十分に補正することができるピントズレ補正方法の
提供を目的とする。
［課題を解決するための手段］ 結像光学系の温度変化によるピントズレ、すなわち焦
点距離変動Δｆは、屈折率の変化による変動Δfnと線膨
張による変動Δflとの２つの和として考えることができ
る。ここで、光学系中の第ｉレンズに注目すると、基準
温度からの温度変化Δｔに対する各焦点距離変動Δfni,
Δfliは、 となる。但し、上式中、 である。
点距離変動Δｆは、屈折率の変化による変動Δfnと線膨
張による変動Δflとの２つの和として考えることができ
る。ここで、光学系中の第ｉレンズに注目すると、基準
温度からの温度変化Δｔに対する各焦点距離変動Δfni,
Δfliは、 となる。但し、上式中、 である。
線膨張率は硝材を問わず常に正であるため、焦点距離
fi＞０となる正レンズの場、式よりΔｔ＞０であれば
Δfliは常に正となり、Δｔ＜０であればΔfliは常に負
となる。また、一般に屈折率ni＞１であるため、正レン
ズの場合、式よりΔｔ＞０であればΔfniは屈折率の
変化率が正である通常の硝材からなる場合には負、変化
率が負である低分散ガラスを硝材とする場合には正とな
り、Δｔ＜０であればこの逆となる。
fi＞０となる正レンズの場、式よりΔｔ＞０であれば
Δfliは常に正となり、Δｔ＜０であればΔfliは常に負
となる。また、一般に屈折率ni＞１であるため、正レン
ズの場合、式よりΔｔ＞０であればΔfniは屈折率の
変化率が正である通常の硝材からなる場合には負、変化
率が負である低分散ガラスを硝材とする場合には正とな
り、Δｔ＜０であればこの逆となる。
従って、通常の硝材からなる正レンズの場合、Δfli
とΔfniとが互いに逆符号となるため、温度変化に基づ
く焦点距離変動Δfiはレンズ自身でキャンセルされる傾
向にある。このことは、負レンズについても同様であ
る。
とΔfniとが互いに逆符号となるため、温度変化に基づ
く焦点距離変動Δfiはレンズ自身でキャンセルされる傾
向にある。このことは、負レンズについても同様であ
る。
一方、低分散ガラスからなるレンズの場合には、正レ
ンズ、負レンズを問わずΔfliとΔfniとが同符号となっ
てしまい、結果として温度変化に基づく焦点距離変動Δ
fiが大きくなる傾向にある。
ンズ、負レンズを問わずΔfliとΔfniとが同符号となっ
てしまい、結果として温度変化に基づく焦点距離変動Δ
fiが大きくなる傾向にある。
また、第ｉレンズで発生した焦点距離変動Δfiは、第
ｉレンズより像側のレンズ系によって拡大または縮小さ
れる。ここで、第ｉレンズから像側への横倍率をmi、第
ｉ＋１レンズから像側への横倍率をmi+1とすると最終的
に像側で現われるピントズレΔεｉは下記式で近似す
ることができる。
ｉレンズより像側のレンズ系によって拡大または縮小さ
れる。ここで、第ｉレンズから像側への横倍率をmi、第
ｉ＋１レンズから像側への横倍率をmi+1とすると最終的
に像側で現われるピントズレΔεｉは下記式で近似す
ることができる。
Δεｉ＝（mi+1−mi）２・（Δfli＋Δfni） … また、この式中のΔfli＋Δfni、すなわちΔfiは、
式から、以下の式の通りとなる。
式から、以下の式の通りとなる。
従って、Ｎ枚のレンズから構成される結像光学系の全
系を考慮すると、温度変化によるピントズレは各レンズ
のピントズレの総和となり、 として表わすことができる。
系を考慮すると、温度変化によるピントズレは各レンズ
のピントズレの総和となり、 として表わすことができる。
この発明に係るピントズレ補正方法は、上述した光学
系全体として発生する温度変化に基づくピントズレΔε
を、レンズと受光素子との相対距離を変化させることに
よって補正しようとするものであり、そのためにレンズ
と受光素子との間に温度変化によって伸縮する補正部材
を設け、しかもこの補正部材の熱膨張率をほぼピントズ
レを補正し得るような値に設定している。
系全体として発生する温度変化に基づくピントズレΔε
を、レンズと受光素子との相対距離を変化させることに
よって補正しようとするものであり、そのためにレンズ
と受光素子との間に温度変化によって伸縮する補正部材
を設け、しかもこの補正部材の熱膨張率をほぼピントズ
レを補正し得るような値に設定している。
また、請求項２はアクリル程度の線膨張係数を持ち、
光学系の後側主点から像面までの距離ｆ（１−ｍ）とほ
ぼ同じ長さの補正部材の使用を前提として光学系の温度
変化によるピントズレΣ（Ki・Ti）の範囲を決定するも
のである。
光学系の後側主点から像面までの距離ｆ（１−ｍ）とほ
ぼ同じ長さの補正部材の使用を前提として光学系の温度
変化によるピントズレΣ（Ki・Ti）の範囲を決定するも
のである。
この不等式において、上限を上回る場合にはアクリル
より１桁大きな線膨張係数を持つ補正部材が必要となる
が、これでは微妙な調整が困難となる。反対に加減を下
回る場合には補正の必要が無い。
より１桁大きな線膨張係数を持つ補正部材が必要となる
が、これでは微妙な調整が困難となる。反対に加減を下
回る場合には補正の必要が無い。
［実施例］ 以下、この発明を図面に基づいて説明する。第１図は
この発明を適用した装置の第１実施例を示したものであ
り、ここでは温度変化に対するピントズレ率Δεが正の
光学系、すなわち正レンズに（dn/dt）が負となる低分
散ガラスを用いた結像光学系を例として示している。
この発明を適用した装置の第１実施例を示したものであ
り、ここでは温度変化に対するピントズレ率Δεが正の
光学系、すなわち正レンズに（dn/dt）が負となる低分
散ガラスを用いた結像光学系を例として示している。
図中符号１は結像光学系を構成するレンズ群であり、
受光素子２を支持する基板３に対して２本の補正部材４
を介して取り付けられている。このような構成とするこ
とにより、温度変化に応じてレンズ群１を受光素子２に
対して進退させることができる。
受光素子２を支持する基板３に対して２本の補正部材４
を介して取り付けられている。このような構成とするこ
とにより、温度変化に応じてレンズ群１を受光素子２に
対して進退させることができる。
レンズ群１は12ページの第１表に示した通りL1〜L6の
６枚構成であり、焦点距離ｆによって判断できるよう
に、第１、第２、第５、第６レンズが正レンズ、第３、
第４レンズが負レンズである。また、４枚の正レンズの
内第２、第５レンズL2,L5が低分散ガラス、具体的には
前述したFk01を硝材とするレンズである。
６枚構成であり、焦点距離ｆによって判断できるよう
に、第１、第２、第５、第６レンズが正レンズ、第３、
第４レンズが負レンズである。また、４枚の正レンズの
内第２、第５レンズL2,L5が低分散ガラス、具体的には
前述したFk01を硝材とするレンズである。
なお、第１表中のｒは各面の曲率半径、ｄは光軸上の
面間距離、ｎは基準温度20゜Ｃにおけるｄ線（波長587.
56nm）に対する屈折率、νｄはアッベ数、miは基準温度
20゜Ｃにおける各レンズから受光素子側への横倍率、m
i+1は次のレンズから受光素子側への横倍率である。
面間距離、ｎは基準温度20゜Ｃにおけるｄ線（波長587.
56nm）に対する屈折率、νｄはアッベ数、miは基準温度
20゜Ｃにおける各レンズから受光素子側への横倍率、m
i+1は次のレンズから受光素子側への横倍率である。
なお、上記の結像光学系全体のｅ線（546nm）におけ
る焦点距離f0は70mm、使用倍率m0は−0.224倍である。
る焦点距離f0は70mm、使用倍率m0は−0.224倍である。
このレンズ群１の温度特性は３第２表に示した通りで
あり、温度変化に基づく屈折率の変化率は、L2,L5が負
で残りのレンズは正であり、線膨張係数はいずれのレン
ズも正である。従って、第１、第３、第４、第６レンズ
では温度変化１゜Ｃに対する屈折率変化によるピントズ
レ係数Δεn/dt（単位：μｍ）と、線膨張によるピント
ズレ係数Δεl/dtとは異符号となって互いにキャンセル
し合うため、結果として生ずる単位温度変化に対応する
ピントズレΔε/dtは比較的小さい値をとる。
あり、温度変化に基づく屈折率の変化率は、L2,L5が負
で残りのレンズは正であり、線膨張係数はいずれのレン
ズも正である。従って、第１、第３、第４、第６レンズ
では温度変化１゜Ｃに対する屈折率変化によるピントズ
レ係数Δεn/dt（単位：μｍ）と、線膨張によるピント
ズレ係数Δεl/dtとは異符号となって互いにキャンセル
し合うため、結果として生ずる単位温度変化に対応する
ピントズレΔε/dtは比較的小さい値をとる。
また、第２、第５レンズでは、Δεn/dtとΔεl/dtと
が同符号となるため、ピントズレΔε/dtは他のレンズ
と比較してかなり大きな値をとる。この例では、光学系
全体で生ずるピントズレの87％は第２、第５レンズで生
じている。
が同符号となるため、ピントズレΔε/dtは他のレンズ
と比較してかなり大きな値をとる。この例では、光学系
全体で生ずるピントズレの87％は第２、第５レンズで生
じている。
一方、補正部材４は、この例では長さＬのアクリルを
用いている。アクリルの単位長さ当りの線膨張係数は、 で表わすことができ、このＬを適当な値に設定すること
により、ピントズレΔεをほぼキャンセルすることがで
きる。
用いている。アクリルの単位長さ当りの線膨張係数は、 で表わすことができ、このＬを適当な値に設定すること
により、ピントズレΔεをほぼキャンセルすることがで
きる。
第３表は、上述した結像光学系の基準温度20゜Ｃから
の温度変化に対する焦点距離変動Δｆ（単位：μｍ）
と、この焦点距離変動に基づき近軸光線の追跡を行なっ
て求めたピントズレΔＰと、近似式 Δｆ（１−m0）２の値と、式より求めたΔεと、Ｌ＝
80mmとしたときの補正部材の線膨張ΔＬとを示したもの
である。
の温度変化に対する焦点距離変動Δｆ（単位：μｍ）
と、この焦点距離変動に基づき近軸光線の追跡を行なっ
て求めたピントズレΔＰと、近似式 Δｆ（１−m0）２の値と、式より求めたΔεと、Ｌ＝
80mmとしたときの補正部材の線膨張ΔＬとを示したもの
である。
この第３表からも理解できる通り、Δε≒ΔＬとして
焦点距離変動に基づくピントズレをほぼ補正することが
できる。
焦点距離変動に基づくピントズレをほぼ補正することが
できる。
第２図は、この発明を適用した装置の第２実施例を示
したものであり、ここではΔεが負となる光学系、すな
わち負レンズに（dn/dt）が負となる低分散ガラスを用
いた結像光学系を例として示している。
したものであり、ここではΔεが負となる光学系、すな
わち負レンズに（dn/dt）が負となる低分散ガラスを用
いた結像光学系を例として示している。
この例では、レンズ群５が線膨張の小さい基板６に固
定され、受光素子２が補正部材７を介して基板６に取り
付けられている。このような構成とすれば、温度変化に
応じて受光素子２がレンズに対して進退し、上述と同様
の原理によりピストンズレの補正を行なうことができ
る。
定され、受光素子２が補正部材７を介して基板６に取り
付けられている。このような構成とすれば、温度変化に
応じて受光素子２がレンズに対して進退し、上述と同様
の原理によりピストンズレの補正を行なうことができ
る。
［発明の効果］ 以上、説明してきたようにこの発明の方法によれば、
温度変化に対する焦点距離変動の大きい低分散ガラス製
のレンズを使用した光学系においても、この焦点距離変
動に基づくピントズレを補正して光学系の結像精度を高
く維持することができる。
温度変化に対する焦点距離変動の大きい低分散ガラス製
のレンズを使用した光学系においても、この焦点距離変
動に基づくピントズレを補正して光学系の結像精度を高
く維持することができる。
【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明に係るピントズレ補正方法を適用した
結像光学装置の第１実施例を示す説明図、第２図は同じ
く第２実施例を示す説明図である。 1,5……レンズ群（結像光学系） ２……受光素子 4,7……補正部材
結像光学装置の第１実施例を示す説明図、第２図は同じ
く第２実施例を示す説明図である。 1,5……レンズ群（結像光学系） ２……受光素子 4,7……補正部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−250316（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−7109（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−113109（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−1908（ＪＰ，Ｕ)
Claims (2)
- 【請求項１】温度変化に対する屈折率の変化率（dn/d
t）が負であるレンズを少なくとも含む結像光学系と、
該結像光学系によって形成される像を検出する受光素子
との間に、温度変化に基づく線膨張により前記受光素子
と前記結像光学系との相対距離を変化させる補正部材を
設け、温度変化に対する補正部材全体の線膨張率（dL/d
t）を、 N:結像光学系全系の構成レンズ枚数 fi:第ｉレンズの焦点距離 mi:第ｉレンズから像側の横倍率 mi+1:第ｉ＋１レンズから像側の横倍率 ni:第ｉレンズの基準温度における屈折率 ni:第ｉレンズの基準温度における屈折率の範囲とした
ことを特徴とする結像光学系のピントズレ補正方法。 - 【請求項２】請求項１において、 m:基準温度における結像光学系全系の横倍率 f:基準温度における結像光学系全系の焦点距離を満たす
ことを特徴とする結像光学系のピントズレ補正方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8725488A JP2603849B2 (ja) | 1988-04-11 | 1988-04-11 | 結像光学系のピントズレ補正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8725488A JP2603849B2 (ja) | 1988-04-11 | 1988-04-11 | 結像光学系のピントズレ補正方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01259310A JPH01259310A (ja) | 1989-10-17 |
| JP2603849B2 true JP2603849B2 (ja) | 1997-04-23 |
Family
ID=13909654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8725488A Expired - Fee Related JP2603849B2 (ja) | 1988-04-11 | 1988-04-11 | 結像光学系のピントズレ補正方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2603849B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10250985B4 (de) * | 2002-10-29 | 2005-06-23 | INSTITUT FüR MIKROTECHNIK MAINZ GMBH | Verfahren zur Kompensation thermisch bedingter Veränderungen in einem optischen System, optische Anordnung und Nachführeinrichtung |
-
1988
- 1988-04-11 JP JP8725488A patent/JP2603849B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01259310A (ja) | 1989-10-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |