JP3231947U - テレセントリックコンバーター - Google Patents

Abstract

【課題】既存の物体側テレセントリックレンズのリア・像側に取り付けることによって安価かつ簡便に両側テレセントリックレンズに変換できるテレセントリックコンバーターを提供する。【解決手段】複数のレンズからなるレンズ群１と、物体側テレセントリックレンズに取り付けるための雌ねじ部３と、カメラ側に取り付けるための雄ねじ部４とを具え、レンズ群全体の焦点距離が正であり、取り付けたときに物体側テレセントリックレンズの射出瞳位置とテレセントリックコンバーターの前側焦点位置が同じとなるように構成する。【選択図】図３

Description

本考案はテレセントリックコンバーターに関し、特に、物体側テレセントリックレンズに取り付けて両側テレセントリックレンズに変換するためのコンバーターレンズに関する。

電子部品検査や半導体検査装置、自動車関連、ＦＡ（ファクトリーオートメーション）における外観検査や位置決め用途にテレセントリックレンズが利用されている。テレセントリックレンズは、軸外光線の主光線がレンズ光軸に対して平行である光学系であり、開口絞りがレンズの焦点位置にあることを特徴とする。テレセントリックレンズには両側、物体側、像側の３種類があり、物空間において平行となるレンズシステムは物体側テレセントリックレンズであり、像空間のみで平行になるレンズシステムは像側テレセントリックレンズである。両側テレセントリックレンズは、物体側と像側との両側で主光線がレンズ光軸に平行に構成されたレンズシステムである。

図４、６、８に従来技術における物体側テレセントリックレンズの光学断面図を示す。図４は光学倍率−１倍、作動距離ＷＤ６５ｍｍのレンズであり、図６は光学倍率−２倍、作動距離ＷＤ６５ｍｍ、図８は光学倍率−０．４７倍、作動距離ＷＤ２５０ｍｍのレンズの例である。ここで、テレセントリックレンズの光学的な条件を説明する。レンズの瞳は開口絞りの像である。レンズシステムの入射瞳（ＥＮＰ）は、物空間から観察してできる像空間におけるレンズシステムの明るさ（Ｆ／ｎｏ）を決定づける絞りの虚像であり、出射瞳（ＥＸＰ）は像空間から観察してできる物空間における絞りの虚像である。物体側テレセントリックレンズは、絞りの前側のレンズ群、すなわち前群レンズの焦点位置にレンズシステムの絞りを配置することにより構築できる。入射瞳（ＥＮＰ）が無限遠に位置するため実視野サイズが一定となり、画角が無くなる。つまり主光線が物空間ですべて平行になるために、物体面がどこに位置しても実視野寸法が変わらない。一方、像側テレセントリックレンズは像空間側の出射瞳（ＥＸＰ）の位置で規定される。像空間側での主光線はすべて平行となり、イメージセンサの面がどこに位置しても像高が変わらない。

両側テレセントリックレンズは、撮影する物体位置の誤差などの影響が皆無となり、また高精細化された撮像素子が集積されたイメージセンサの取り付け精度のバラツキや、カメラに対するレンズそのものの取り付け上のバラツキの影響を低減することができる。また、像側への光線がイメージセンサへどの光線も垂直に入射するため、コサイン四乗則、周辺減光と口径食の影響も受けない。したがって、より均一な周辺光量比特性を有する画像の取り込みが可能となる。

テレセントリックレンズに関連する従来技術として、像側テレセントリックレンズに装着されて射出光束のテレセントリック性を維持したままレンズ全体の倍率を変更するリアコンバーターが提案されている（例えば特許文献１）。

特開昭５８−１０２２０７号公報

両側テレセントリックレンズは物体側、像側ともに主光線がレンズ光軸に対し平行であり、上記のように多くの利点を有し画像処理に特に適しているが、レンズシステム全体が長大になり易く、またレンズの構成枚数も多くなりがちであるため高価なレンズシステムとなる。このため、空間効率と導入時の全体費用低減を優先して両側テレセントリックレンズではなく物体側テレセントリックレンズを用いてシステムを構築する場合があった。

本考案は、このような場合に既存の物体側テレセントリックレンズのリア・像側にコンバーターを取り付けることによって簡便に両側テレセントリックレンズに変換でき、且つ新規に両側テレセントリックレンズを購入するよりも遥かに安価に導入可能な、コストパフォーマンスが高いテレセントリックコンバーターを提供することを目的とする。

本考案は、物体側テレセントリックレンズに取り付けて両側テレセントリックレンズユニットに変換するためのテレセントリックコンバーターであって、
複数のレンズからなるレンズ群と、
前記物体側テレセントリックレンズに取り付けるための雌ねじ部と、
カメラ側に取り付けるための雄ねじ部とを具え、
前記レンズ群全体の焦点距離が正であり、取り付けたときに前記物体側テレセントリックレンズの射出瞳位置と前記テレセントリックコンバーターの前側焦点位置が同じとなることを最も主要な特徴とする。

本考案のテレセントリックコンバーターにおいて、取り付けたときに最も前記物体側テレセントリックレンズ側にあるレンズが前記物体側テレセントリックレンズに凹面を向けてなることが望ましい。

本考案のテレセントリックコンバーターにおいて、取り付けたときの前記両側テレセントリックレンズユニットの物像間距離が、前記物体側テレセントリックレンズの物像間距離に対してプラス２０ｍｍ以下であることが望ましい。

また本考案は、物体側テレセントリックレンズと、それに取り付けて両側テレセントリックレンズに変換するコンバーターとの組み合わせであって、前記コンバーターが、
複数のレンズからなるレンズ群と、
前記物体側テレセントリックレンズに取り付けるための雌ねじ部と、
カメラ側に取り付けるための雄ねじ部とを具え、
前記レンズ群全体の焦点距離が正であり、取り付けたときに前記物体側テレセントリックレンズの射出瞳位置と前記テレセントリックコンバーターの前側焦点位置が同じとなることを特徴とする組み合わせに関する。

本考案のテレセントリックコンバーターは、物体側テレセントリックレンズ（以下、「主レンズ」とも呼ぶ。）とカメラの間に挿入するリアコンバーターであり、取り付けたときに主レンズの出射瞳とコンバーターの前側焦点位置が同じとなるようにしたため、既存の物体側レンズに取り付けて安価かつ簡便に両側テレセントリックレンズを構築することができる。

また、取り付けたときの物像間距離がプラス２０ｍｍ以下となるようにすれば、既存のユニットに本考案のテレセントリックコンバーターを追加してもシステムがそれほど大きくはならず、既存システムを大きく構成変更することなくその性能を飛躍的に向上させることができる。

図１は、本考案に係る、射出瞳距離（ＥＸＰ）が８５ｍｍ前後の物体テレセントリックレンズに対応するテレセントリックコンバーターのレンズシステムの光学断面図である（実施例１）。 図２は、本考案に係る、射出瞳距離（ＥＸＰ）が６０ｍｍ前後の物体テレセントリックレンズに対応するテレセントリックコンバーターのレンズシステムの光学断面図である（実施例２）。 図３は、図１に示すレンズシステムをユニット化したテレセントリックコンバーターの断面図である。 図４は、光学倍率−１倍、作動距離ＷＤ６５ｍｍの物体側テレセントリックレンズの光学配置図である。 図５は、図４の光学倍率−１倍、作動距離ＷＤ６５ｍｍの物体側テレセントリックレンズにコンバーターレンズを付加して両側テレセントリックレンズとした光学配置図である。 図６は、光学倍率−２倍、作動距離ＷＤ６５ｍｍの物体側テレセントリックレンズの光学配置図である。 図７は、図６の光学倍率−２倍、作動距離ＷＤ６５ｍｍの物体側テレセントリックレンズにコンバーターレンズを付加して両側テレセントリックレンズとした光学配置図である。 図８は、光学倍率−０．４７倍、作動距離ＷＤ２５０ｍｍの物体側テレセントリックレンズの光学配置図である。 図９は、図８の光学倍率−０．４７倍、作動距離ＷＤ２５０ｍｍの物体側テレセントリックレンズにコンバーターレンズを付加して両側テレセントリックレンズとした光学配置図である。

本考案の実施の形態を、添付の図面を参照しながら以下に詳細に説明する。図１および図２は、本考案のテレセントリックコンバーターの第１および第２の実施例に係るレンズ群の光学断面図である。図に示すコンバーターの向きにおいて左側が主レンズ側であり、右側がカメラ側となる。図１のコンバーター１は射出瞳距離（ＥＸＰ）が８５ｍｍ前後の物体テレセントリックレンズ（主レンズ）に対応するように設計され、４枚のレンズを具える。図２のコンバーター２は射出瞳距離（ＥＸＰ）が６０ｍｍ前後の物体テレセントリックレンズに対応するように設計され、５枚のレンズを具える。いずれの実施例も、主レンズ１０側の第一群レンズの第一面は、主レンズ１０に対して凹面を向けてなる。

図３は、図１に示すレンズ群をユニット化したコンバーターレンズ１を、物体側テレセントリックレンズ（主レンズ）１０に取り付けた状態の断面図である。コンバーターレンズ１は、主レンズ１０のＣマウントに取り付けられる雌ねじ部３と、カメラ側のマウント（図示せず）に取り付けられる雄ねじ部４とを具える。このコンバーターレンズ１はＣマウント規格であり、雌ねじ部３と雄ねじ部４はそれぞれ口径２５．４ｍｍ、ネジピッチが３２山／インチ（０．７９４ｍｍ）に構成され、フランジバック１７．５２６ｍｍに設計されている。ただし、本考案のテレセントリックコンバーターは他の寸法構成であってよく、例えばＣＳマウント規格で口径２５．４ｍｍ、ネジピッチ３２山／インチ（０．７９４ｍｍ）、フランジバック１２．５ｍｍに構成することができる。このように、本考案のテレセントリックコンバーター１は、物体側テレセントリックレンズ１０とカメラの間に取り付けることができる。

図４は、光学倍率−１倍、作動距離ＷＤ６５ｍｍの従来の物体側テレセントリックレンズ１０の光学配置図であり、図５は、図４の物体側テレセントリックレンズ１０にコンバーターレンズ１を付加して両側テレセントリックレンズとした光学配置図である。図４に示すように、物体側テレセントリックレンズ１０は物体側の主光線が光軸と平行であり、被写界深度内で物体との距離が変わっても像の寸法は変化しないが、像側では主光線が光軸と平行でなくバックフォーカスが変化すると倍率が変化する。これに本考案のコンバーター１を付加すると、図５に示すように像側も主光線が光軸と平行となり全体として両側テレセントリックレンズとなる。これは主レンズ１０の射出瞳位置（ＥＸＰ）とテレセントリックコンバーター１の前側焦点位置が同じとなるようにコンバーター１を設計することによって達成される。

図６は、光学倍率−２倍、作動距離ＷＤ６５ｍｍの従来の物体側テレセントリックレンズ１２の光学配置図であり、図７は、図６の物体側テレセントリックレンズに図１のコンバーターレンズ１を付加して両側テレセントリックレンズとした光学配置図である。図４−５の例と比べて、物体側テレセントリックレンズ１２が６群１０枚構成となり光学倍率−２倍となっている。

図８は、光学倍率−０．４７倍、作動距離ＷＤ２５０ｍｍの従来の物体側テレセントリックレンズ１４の光学配置図であり、図９は、図８の物体側テレセントリックレンズ１４に図２のコンバーターレンズ２を付加して両側テレセントリックレンズとした光学配置図である。

以上のように、取り付ける物体側テレセントリックレンズ（主レンズ）の射出瞳位置（ＥＸＰ）とコンバーターの前側焦点位置が同じとなるようにテレセントリックコンバーターを構成することにより、簡便かつ安価に既存の物体側テレセントリックレンズを両側テレセントリックレンズに変換することができる。本考案のいくつかの実施例について説明したが、本発明は図示し説明した実施形態のものに限られず、適用する主レンズやカメラに合わせて適宜設計することができる。

本考案のテレセントリックコンバーターは、電子部品検査や半導体検査装置、自動車関連、ＦＡにおいて物体側テレセントリックレンズが用いられている環境に適用することができる。

１、２ テレセントリックコンバーターのレンズ群
３ 雌ねじ部
４ 雄ねじ部
１０、１２、１４ 物体側テレセントリックレンズ

Claims (4)

1. 物体側テレセントリックレンズに取り付けて両側テレセントリックレンズユニットに変換するためのテレセントリックコンバーターであって、
   複数のレンズからなるレンズ群と、
   前記物体側テレセントリックレンズに取り付けるための雌ねじ部と、
   カメラ側に取り付けるための雄ねじ部とを具え、
   前記レンズ群全体の焦点距離が正であり、取り付けたときに前記物体側テレセントリックレンズの射出瞳位置と前記テレセントリックコンバーターの前側焦点位置が同じとなることを特徴とするテレセントリックコンバーター。
2. 請求項１に記載のテレセントリックコンバーターにおいて、取り付けたときに最も前記物体側テレセントリックレンズ側にあるレンズが前記物体側テレセントリックレンズに凹面を向けてなることを特徴とするテレセントリックコンバーター。
3. 請求項１または２に記載のテレセントリックコンバーターにおいて、取り付けたときの前記両側テレセントリックレンズユニットの物像間距離が、前記物体側テレセントリックレンズの物像間距離に対してプラス２０ｍｍ以下であることを特徴とするテレセントリックコンバーター。
4. 物体側テレセントリックレンズと、それに取り付けて両側テレセントリックレンズに変換するコンバーターとの組み合わせであって、前記コンバーターが、
   複数のレンズからなるレンズ群と、
   前記物体側テレセントリックレンズに取り付けるための雌ねじ部と、
   カメラ側に取り付けるための雄ねじ部とを具え、
   前記レンズ群全体の焦点距離が正であり、取り付けたときに前記物体側テレセントリックレンズの射出瞳位置と前記テレセントリックコンバーターの前側焦点位置が同じとなることを特徴とする、組み合わせ。
   

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