JP2787457B2 - 前絞りテレセントリック投影レンズ - Google Patents

前絞りテレセントリック投影レンズ

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JP2787457B2 JP1002938A JP293889A JP2787457B2 JP 2787457 B2 JP2787457 B2 JP 2787457B2 JP 1002938 A JP1002938 A JP 1002938A JP 293889 A JP293889 A JP 293889A JP 2787457 B2 JP2787457 B2 JP 2787457B2
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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、プリント基板等のチャートをレンズを通
して照明し、その反射光によりチャート像をスクリーン
に拡大投影する投影機の投影レンズであって、特に、絞
り若しくは入射瞳がレンズ系よりもスクリーン側に位置
する前絞りテレセントリック投影レンズに関するもので
ある。
[従来の技術] チャートを照明してその反射光により像を形成する投
影機では、照明光をチャートに対して垂直方向から入射
させる照明方法を採用した場合に最も効率よく明るい像
が得られる。
そのため、この種の投影機では、投影レンズ系内部に
ハーフミラーを設け、投影光路外からの照明光をそのミ
ラーによってチャート側に反射させ、照明光を投影レン
ズ内を通してチャートに導く方式が多くとられる。この
場合、反射光の利用効率を高めるためには投影レンズは
チャート側にテレセントリックな系であることが要求さ
れる。
[発明が解決しようとする課題] テレセントリック投影レンズでは、その全長とワーキ
ングディスタンス(レンズのチャート側最終面とチャー
トとの間隔)との総和をL、焦点距離をf、光源側から
みたチャート側での倍率をm、主点間距離をHHとする
と、一般に下式の関係が成り立つ。
L=(2−m)・f+HH しかし、前述したような投影機においては、ミラーと
チャートとの間隔は不動であり、かつ一定のワーキング
ディスタンスを確保する必要があるため、変倍のための
レンズ交換を前提とする場合には、より高倍率のレンズ
と交換性をもたせるためにレンズ全長を短く抑えること
が要求される場合がある。特開昭63−1561号公報には、
Lが短いテレセントリックレンズが開示されているが、
このレンズではワーキングディスタンスが短いためにチ
ャート面での作業性が悪いという問題がある。
更に、この種の投影機の投影レンズとしては、以下の
条件が求められる。
第1にスクリーン上での像が一様に明るいことであ
る。すなわち、開放Fナンバーが明るく、開口効率が10
0%であることが求められる。
第2にスクリーン上での結像性能が高いことである。
すなわち、球面収差、コマ収差、非点収差、軸上及び倍
率色収差などが良好に補正されていることが前提とな
る。
第3にスクリーン上での像の歪みが少ないこと、つま
り歪曲収差が小さいことが求められる。
[目的] この発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであ
り、拡大率10倍程度であって、諸収差が良好に補正され
て高い結像性能を有すると共に、全長Lが焦点距離に対
して比較的短く、かつワーキングディスタンスが比較的
長いテレセントリック投影レンズを提供することを目的
とする。
[課題を解決するための手段] レンズ系をチャート側にテレセントリックとするため
には、レンズ系を大きく2つに分けた場合の前群が光束
を収束、後群でテレセントリック性を確保するような構
成が必要である。
また、色収差をとるために前群は正負の2群の組合せ
が要求され、球面収差をとるために第1レンズ群は正レ
ンズ群であることが要求される。
更に、第1,2レンズ群で光束を収束させることによっ
て正の歪曲収差が生じるため、これを補正するために第
3レンズ群として発散系が要求される。
そして、最もチャート側には第3レンズ群で発散され
た光束を収束させるための収束系が配置されるが、屈折
が大きいと結像性能が落ちるため、第4レンズ群、第5
レンズ群の2群構成とすることが望ましい。なお、これ
らの第4レンズ群、第5レンズ群においても正の歪曲収
差が発生するため、第3レンズ群はこの収差をも含めて
歪曲収差を補正できるよう負の歪曲収差を発生させる必
要がある。
このような条件に従い、請求項1に係る前絞りテレセ
ントリックレンズは、照明光がミラーにより反射されて
入射すると共に、照明されたチャートからの反射光がス
クリーンへ向けて出射する側から順に、1枚の正レンズ
若しくは正負の貼合わせにより全体として正の屈折力を
有する第1レンズ群と、チャート側に凹面を向けて負の
屈折力を有する第2レンズ群と、スクリーン側に凹面を
向けて負の屈折力を有する第3レンズ群と、チャート側
に凸面を向けた正のメニスカスレンズである第4レンズ
群と、1枚若しくは2枚の正レンズから成る第5レンズ
群とから構成され、かつ、全系の屈折力φと、第1レン
ズ群及び第2レンズ群の合成屈折力φ(I-II)との比が、 0.4<φ(I-II)/φ<1.3 … を満たすことを特徴とする。
式は、全長Lを焦点距離に比較して短くし、しかも
ワーキングディスタンスを長くとるための条件である。
上述したような5群構成の投影レンズでは、全長Lとワ
ーキングディスタンスとは第1レンズ群、第2レンズ群
の合成屈折力によって決定され、合成屈折力が大きくな
るほど両者共に短くなる。式は、第1レンズ群と第2
レンズ群との合成屈折力を適切に与えることにより、全
長Lとワーキングディスタンスとのバランスをとるため
の条件である。この式の下限を下回ると全長Lが長くな
りすぎ、上限を超えるとワーキングディスタンスが短く
なりすぎる。
請求項2は、全系の屈折力φ、第1レンズ群の屈折力
φ、第1レンズ群の正レンズの屈折率nI+として、 0.9<φI/φ<1.8 … 1.55<nI+ … の条件を満たすことを特徴とする。
式は、式により適切に合成屈折力を与えられた第
1レンズ群、第2レンズ群のうち、正の屈折力を持つ第
1レンズ群の屈折力を適切に与えることにより、全長L
を短く抑えると共に、球面収差を良好に補正するための
条件である。この式の下限を下回る場合には第1レンズ
群、第2レンズ群の合成屈折力が小さくなり過ぎ、全長
Lを短く抑えることが困難となる。逆に上限を超える場
合には、第2レンズ群の負の屈折力が増大して球面収
差、コマ収差等が補正過剰となる。
式は、式のよって適切な屈折力を与えられた第1
レンズ群のうち、正レンズの屈折率を大きくすることに
より屈折力の大きい第1レンズ群のペッツバール和を小
さく保ち、像面湾曲を抑えるための条件である。この式
の下限を下回ると第1レンズ群のペッツバール和が過大
となって像面湾曲が過大となる。
請求項3は、全系の屈折力φ、第3レンズ群の屈折力
φIII、第3レンズ群第1面の屈折力φIII 1、第3レン
ズ群第2面の屈折力φIII 2として、 −3.5<φIII/φ<−2.0 … −3.5<φIII 1/φ<−2.0 … −0.9<φIII 2/φ<0.7 … の条件を満たすことを特徴とする。
式は、大きな負の屈折力を有する第3レンズ群の屈
折力を適切に与えることにより全群で発生するペッツバ
ール和を0に近づけ、像面湾曲を抑制するための条件で
ある。式の下限を下回る場合には像面湾曲が補正過剰
となり、かつ、第3レンズ群の各面の曲率半径が過小と
なって球面収差、コマ収差等の発生が顕著となる。ま
た、上限を超える場合には、正のペッツバール和を相殺
することが困難となり、像面湾曲を補正することができ
ない。
式は、第3レンズ群第1面の屈折力を適切に与える
ことにより球面収差、コマ収差等を良好に補正するため
の条件である。5群構成でテレセントリック投影レンズ
を構成する場合、第1レンズ群、特に第1レンズ群第1
面で球面収差、コマ収差の発生が著しいため、これを補
正するために第3レンズ群第1面に強い負の屈折力を与
える必要がある。式の下限を下回る場合には球面収
差、コマ収差が補正過剰となり、上限を超えると補正不
足となる。
式は、第3レンズ群第2面の屈折力を適切に与える
ことにより、歪曲収差を適切に補正するための条件であ
る。5群構成で前絞りテレセントリック投影レンズを構
成する場合、光束を収束させる第1レンズ群と、テレセ
ントリック性を保つために軸外主光線を光軸へ近付ける
第4、第5レンズ群とにより正の歪曲収差が発生する。
これを補正するために第3レンズ群第2面で負の歪曲収
差を発生させる必要がある。式の下限を下回ると歪曲
収差が補正過剰となり、上限を超えると補正不足とな
る。
請求項4は、第4レンズ群のアッベ数をνIV、第5レ
ンズ群のアッベ数をνとして、 45<(νIV+ν)/2 … の条件を満たすことを特徴とする。
式は、第4レンズ群、第5レンズ群のアッベ数を適
切に与えることにより、倍率の色収差の発生を抑えるた
めの条件である。上述のように第4レンズ群、第5レン
ズ群は少ない枚数構成で軸外主光線を光軸へ近付ける作
用を持つため、第4レンズ群、第5レンズ群において倍
率色収差の補正は困難である。但し、第4レンズ群、第
5レンズ群のアッベ数を大きく与えることにより、倍率
色収差の発生を小さく抑えることができる。式の下限
を下回る場合には倍率色収差の発生が顕著となる。
[実施例] 以下、この発明の実施例を説明する。
まず、第1図に基づいて投影レンズが取り付けられる
投影装置全体の構成を説明する。
この反射照明型投影装置は、第1図に概略的に示した
通り、光源11及びコンデンサーレンズ12を有する照明光
学系10と、投影レンズ21及びスクリーン22及びリレー用
ミラー23,24を備える投影光学系20と、両光学系の交差
部分に設けられたハーフミラー30、そしてプリント基板
等のチャート41が載置されるステージ40とから構成され
ている。
投影光学系20の投影レンズ21は、ハーフミラー30より
ステージ40側に交換自在に設けられており、一点鎖線で
示した投影光学系20の光軸l2はステージ40に対してほぼ
垂直に、かつ、二点鎖線で示した照明光学系の光軸l1
も垂直に設定されている。
上述したような構成によれば、照明光学系10から発す
る光束はハーフミラー30によりチャート41側へ反射さ
れ、チャート41からの反射光は投影レンズ21を介してス
クリーン22上にチャート41の像を形成する。
以下、投影レンズ21の具体的な設計例を9例示す。
第2図は、第1実施例に係るレンズの断面図である。
このレンズの具体的な数値は第14ページの第1表に示
した通りである。表中の記号は、FNO.がFナンバー、f
はd線における焦点距離、Mは倍率、ωは半画角、dφ
は絞りから第1面までの距離、riは照明光の入射側から
第i番目の面の曲率半径、diは第i面と第i+1面との
間のレンズ厚若しくは空気間隔、niは第i面と第i+1
面との間のレンズのd線における屈折率、νiはそのア
ッベ数である。
また、上記構成による収差は第3図に示した通りであ
る。
以下、同様にして第4図、第5図、第2表は第2実施
例、第6図、第7図、第3表は第3実施例、第8図、第
9図、第4表は第4実施例、第10図、第11図、第5表は
第5実施例、第12図、第13図、第6表は第6実施例、第
14図、第15図、第7表は第7実施例、第16図、第17図、
第8表は第8実施例、第18図、第19図、第9表は第9実
施例のそれぞれレンズ断面、収差、数値構成を示したも
のである。
なお、各実施例における式〜式の値は、第10表に
示すとおりである。
[効果] 以上説明したように、この発明によれば、拡大率10倍
程度であって、諸収差が良好に補正されて高い結像性能
を有すると共に、全長Lが焦点距離に対して比較的短
く、かつワーキングディスタンスが比較的長いテレセン
トリック投影レンズを提供することができる。
また、各条件を満たすことにより、Fナンバー1:4.0
程度、画角24゜〜30゜程度まで開口効率が100%であっ
て、諸収差が良好に補正されて高い結像性能を有すると
共に、全長L=1.6f〜1.9fと焦点距離に対して比較的短
く、かつワーキングディスタンスが0.6f〜1.0fと比較的
長いテレセントリック投影レンズを提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係る前絞りテレセントリック投影レ
ンズを適用した投影機の説明図である。 第2図〜第19図はこの発明の前絞りテレセントリック投
影レンズの実施例を示したものであり、第2,4,6,8,10,1
2,14,16,18図は第1実施例から第9実施例に係るレンズ
断面図、第3,5,7,9,11,13,15,17,19図は各々の実施例に
対応する収差図である。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】照明光がミラーにより反射されて入射する
    と共に、照明されたチャートからの反射光がスクリーン
    へ向けて出射する側から順に、1枚の正レンズ若しくは
    正負の貼合わせにより全体として正の屈折力を有する第
    1レンズ群と、前記チャート側に凹面を向けて負の屈折
    力を有する第2レンズ群と、前記スクリーン側に凹面を
    向けて負の屈折力を有する第3レンズ群と、前記チャー
    ト側に凸面を向けた正のメニスカスレンズである第4レ
    ンズ群と、1枚若しくは2枚の正レンズから成る第5レ
    ンズ群とから構成され、かつ、全系の屈折力φと、前記
    第1レンズ群及び前記第2レンズ群の合成屈折力φ
    (I-II)との比が、 0.4<φ(I-II)/φ<1.3 … を満たすことを特徴とする前絞りテレセントリック投影
    レンズ。
  2. 【請求項2】全系の屈折力φ、前記第1レンズ群の屈折
    力φ、前記第1レンズ群の正レンズの屈折率nI+とし
    て、 0.9<φI/φ<1.8 … 1.55<nI+ … の条件を満たすことを特徴とする請求項1記載の前絞り
    テレセントリック投影レンズ。
  3. 【請求項3】全系の屈折力φ、前記第3レンズ群の屈折
    力φIII、前記第3レンズ群第1面の屈折力φIII 1、前
    記第3レンズ群第2面の屈折力φIII 2として、 −3.5<φIII/φ<−2.0 … −3.5<φIII 1/φ<−2.0 … −0.9<φIII 2/φ<0.7 … の条件を満たすことを特徴とする請求項1記載の前絞り
    テレセントリック投影レンズ。
  4. 【請求項4】前記第4レンズ群のアッベ数をνIV、前記
    第5レンズ群のアッベ数をνとして、 45<(νIV+ν)/2 … の条件を満たすことを特徴とする請求項1記載の前絞り
    テレセントリック投影レンズ。
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