JP3600898B2 - 変倍テレセントリック光学系 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、結像倍率を変更することができる変倍テレセントリック光学系に関する。
【0002】
【従来の技術】
変倍テレセントリック光学系としては、特開昭63−316817号公報や、特開平5−203874号公報に開示されたものがある。いずれも3群構成の光学系であって、前者は3群とも正屈折力の構成であり、後者は正・負・正屈折力の構成となっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記両従来技術とも、同一の物体位置について、テレセントリック性を維持しつつ変倍しようとすると、像面の位置が変わり、像面の位置を一定に保ちつつ変倍しようとすると、テレセントリック性が維持できないう問題点がある。
したがって本発明は、変倍に際して像位置を一定に保つことができ、しかもテレセントリック性も維持することができる変倍テレセントリック光学系を提供することを課題とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、すなわち共に正の屈折力を有する第1レンズ群と第3レンズ群との間に、アフォーカル系である第2レンズ群を配置し、物体位置と像位置と第1レンズ群と第3レンズ群とをいずれも固定したまま、第2レンズ群のアフォーカル倍率を変更することにより、テレセントリック性を維持したまま結像倍率を変更可能に形成した変倍テレセントリック光学系である。
【0005】
しかして第2レンズ群はアフォーカル系であり、全系はテレセントリックであるから、物体は第1レンズ群の前側焦点位置にあり、像は第3レンズ群の後ろ側焦点位置にある。また物体上の一点から出た光は、第1レンズ群と第2レンズ群の間でも、第2レンズ群と第3レンズ群の間でも、平行光となっている。
【0006】
ここで第2レンズ群のうちのいずれかのレンズを移動することにより、第2レンズ群の倍率は変化し、したがって全系の結像倍率が変化する。但しこのとき、第2レンズ群は厳密にはアフォーカル系ではなくなり、したがって像位置は厳密には維持されない。
そこで第2レンズ群の前記いずれかのレンズのほかに、他のいずれかのレンズをも移動することによって、第2レンズ群を厳密にアフォーカル系とすることができ、したがって像位置を厳密に維持することができる。但しこの状態でも、全系は厳密にはテレセントリックではない。
そこで第2レンズ群の全体を光軸方向に移動することにより、全系を厳密にテレセントリックとすることができる。すなわち第2レンズ群を光軸方向に移動すると、第3レンズ群を通過する主光線は、その角度を維持したまま高さのみを変えるから、全系のテレセントリック性を回復することができる。
【0007】
以上のように第2レンズ群のアフォーカル性を実用上問題ない程度に崩さずに、その倍率を変化させることによって、実用上問題ない程度に像位置を移動させずに、且つテレセントリック性を実用上問題のない程度に崩さずに、全系の結像倍率を変更することができる。
【0008】
このうち像位置の移動が無視できないときには、第2レンズ群を、少なくとも第1サブレンズ群と第2サブレンズ群と第3サブレンズ群との3群で構成し、第1サブレンズ群と第2サブレンズ群との間隔と、第2サブレンズ群と第3サブレンズ群との間隔とを、それぞれ独立に変更可能に配置することによって、第2レンズ群を厳密にアフォーカル系とすることができ、したがって像位置をもとの位置に回復させることができる。
【0009】
またテレセントリック性の崩れが無視できないときには、第2レンズ群の全体を光軸方向に移動することにより、全系を厳密にテレセントリックとすることができる。
像位置もテレセントリック性も共に厳密に維持しようとするときには、上記両者を共に行えば良い。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1実施例を示し、この変倍テレセントリック光学系は物体5側から順に、正屈折力の第1レンズ群L1と、屈折力0すなわちアフォーカル系の第2レンズ群L2と、正屈折力の第3レンズ群L3とからなる。物体5は第1レンズ群L1の前側焦点位置に配置され、したがって像6は第3レンズ群L3の後ろ側焦点位置に結像する。なお、本明細書において物体5と称するものは、実在する物体でも良いほか、前置した光学系によって結像した中間像であってもよい。
【0011】
また第2レンズ群L2は物体5側から順に、第1の凸レンズ1、凹レンズ2及び第2の凸レンズ3から構成されている。第1の凸レンズ1と凹レンズ2との間隔d3と、凹レンズ2と第2の凸レンズ3との間隔d4とは、それぞれ独立に変更可能に配置されており、更に第2レンズ群L2全体の光軸方向の位置も、変更可能に配置されている。なお第2レンズ群L2の構成については、凹、凸、凹の構成とすることもできる。
【0012】
各レンズの焦点距離fは、次の通りに対称に定められている(単位はいずれもmm)。
第1レンズ群L1: fL1=100
第2レンズ群L2中第1の凸レンズ1:f1=180
第2レンズ群L2中凹レンズ2: f2=−70
第2レンズ群L2中第2の凸レンズ3:f3=180
第3レンズ群L3: fL3=100
【0013】
また等倍状態における物体5と各レンズと像6との間隔は、次の通りに対称となる(単位はいずれもmm)。
物体5から第1レンズ群L1まで: d1=100
第1レンズ群L1から第1の凸レンズ1まで:d2=48.571
第1の凸レンズ1から凹レンズ2まで: d3=40
凹レンズ2から第2の凸レンズ3まで: d4=40
第2の凸レンズ3から第3レンズ群L3まで:d5=48.571
第3レンズ群L3から像6まで: d6=100
【0014】
これらの各間隔のうち、間隔d3とd4とは、第2レンズ群L2がアフォーカル系となるために、
f1−d3=−2f2
f3−d4=−2f2
より定められている。
【0015】
また間隔d2とd5とは、それぞれ第2レンズ群L2中の第1の凸レンズ1と、第2の凸レンズ3とに関する、次の結像式より定められている。
−1/(fL1−d2)+1/d3=1/f1
−1/(fL3−d5)+1/d4=1/f3
【0016】
また間隔d2とd5とは、物体5が第1レンズ群L1の前側焦点位置に配置され、像6は第3レンズ群L3の後ろ側焦点位置に結像するから、
d1=fL1
d6=fL3
となる。このとき、倍率1倍、全長377.142mm、瞳は両側とも無限遠である。
【0017】
ここで変倍時の各間隔は、次のようにして求められる。但し*印は変倍後の間隔、すなわち未知数を示す。まず結像倍率をβとすると、
f3−d* 4=β(f1−d* 3) (1)
となる。また第2レンズ群L2がアフォーカル系となるために、
−1/(f1−d* 3)−1/(f3−d* 4)=1/f2 (2)
となる。更に物像間距離を一定に保つために、
d1+d* 2+d* 3+d* 4+d* 5+d6=377.142 (3)
となる。
【0018】
次に第2レンズ群L2中の第1の凸レンズ1に関する結像式より、
−1/(fL1−d* 2)+1/X=1/f1 (4)
となる。また第2レンズ群L2中の凹レンズ2に関する結像式より、
−1/(X−d* 3)−1/(Y−d* 4)=1/f2 (5)
となる。更に第2レンズ群L2中の第2の凸レンズ3に関する結像式より、
−1/(fL3−d* 5)+1/Y=1/f3 (6)
となる。ただしXは第1の凸レンズ1による像点距離、Yは第2の凸レンズ3についての物点距離である。
【0019】
以上の6式において、未知数はd* 2、d* 3、d* 4、d* 5、X及びYの6個であるから、これを解くと、
d* 2=80.765
d* 3=10
d* 4=61
d* 5=25.377
となる。この状態を図2に示す。この状態で結像倍率0.7倍、物像間距離は377.142mmでもとのままであり、瞳ももとの通り両側とも無限遠である。
【0020】
以上のように本実施例では、結像倍率の変更と、これに起因する像位置の移動の回復と、テレセントリック性の喪失の回復とを達成するために、第2レンズ群L2の光軸方向の位置と、第2レンズ群L2内の2か所の間隔d3、d4とを、それぞれ独立に変更可能に配置しているから、像位置を一定に保ち、テレセントリック性を維持しつつ変倍を行うことができる。
【0021】
次に、本発明の第2実施例について説明する。図3は第2実施例の等倍状態を示し、各レンズの焦点距離は次の通りである。
fL1=100
f1=1000
f2=−495
f3=1000
fL3=100
【0022】
また等倍状態における各間隔は次の通りである。
d1=100
d2=89.899
d3=10
d4=10
d5=89.899
d6=100
このとき、倍率1倍、全長399.798mm、瞳は無限遠である。またこの実施例では、第1レンズ群L1の後ろ側焦点位置と第3レンズ群L3の前側焦点位置とはほぼ一致し、且つその一致する場所に第2レンズ群L2が配置されている。
【0023】
ここで、第2レンズ群L2中の凹レンズ2だけを左に5mm移動させ、その他のレンズは固定した場合の結像関係を計算すると、倍率0.99倍、焦点移動は0.5μm、瞳位置は39895mmとなる。すなわちこの実施例によれば、1%程度の倍率変化の範囲では、実用上像移動は無視することができ、テレセントリック性もほぼ維持されていると見なすことができる。したがって倍率を微調整する場合は、凹レンズ2を移動させるだけで、テレセントリック性を維持しつつ物像間距離固定で、倍率を調整できると考えて良い。
また既に明らかなごとく、像移動を更に抑制するためには、第2レンズ群L2中の凹レンズ2のほか、第1又は第2の凸レンズ1,3のいずれかを光軸方向に移動すれば良い。またテレセントリック性を更に維持しようとするためには、第2レンズ群L2の全体を光軸方向に移動すれば良い。
【0024】
【発明の効果】
本発明により、物像間距離が一定で、第1レンズ群や第3レンズ群を移動させることなしに、ピントとテレセントリック性を維持しつつ、倍率を変化させることができる。
また倍率の微調整には、第2レンズ群のうちの一部のレンズのみを動かすことによっても達成される。倍率の変化が1%前後の場合、テレセントリック性やピント位置の変化は実用上無視できるくらいに小さいからである。これにより、構成を簡単にした調整機構として使うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例の等倍状態を示す構成図
【図2】第1実施例の0.7倍状態を示す構成図
【図3】第2実施例の等倍状態を示す構成図
【符号の説明】
L1…第1レンズ群 L2…第2レンズ群
L3…第3レンズ群 1…第2レンズ群中第1の凸レンズ
2…第2レンズ群中凹レンズ 3…第2レンズ群中第2の凸レンズ
5…物体 6…像
Claims (5)
- 共に正の屈折力を有する第1レンズ群と第3レンズ群との間に、アフォーカル系である第2レンズ群を配置し、
物体位置と像位置と前記第1レンズ群と前記第3レンズ群とをいずれも固定したまま、前記第2レンズ群のアフォーカル倍率を変更することにより、テレセントリック性を維持したまま結像倍率を変更可能に形成したことを特徴とする変倍テレセントリック光学系。 - 前記第2レンズ群は、少なくとも第1サブレンズ群と第2サブレンズ群と第3サブレンズ群との3群で構成され、
前記第1サブレンズ群と前記第2サブレンズ群との間隔と、前記第2サブレンズ群と前記第3サブレンズ群との間隔とを、それぞれ独立に変更可能に配置したことを特徴とする請求項1記載の変倍テレセントリック光学系。 - 前記第1サブレンズ群と前記第3サブレンズ群とは正屈折力を有し、
前記第2サブレンズ群は負屈折力を有することを特徴とする請求項2記載の変倍テレセントリック光学系。 - 前記第1サブレンズ群と前記第3サブレンズ群とは負屈折力を有し、
前記第2サブレンズ群は正屈折力を有することを特徴とする請求項2記載の変倍テレセントリック光学系。 - 前記第2レンズ群を光軸方向に移動可能に配置した、請求項1乃至請求項4の何れか一項記載の変倍テレセントリック光学系。
Priority Applications (3)
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JP35298495A JP3600898B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 変倍テレセントリック光学系 |
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US08/774,914 US5805347A (en) | 1995-12-27 | 1996-12-27 | Variable-magnification telecentric optical system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JPH09184980A JPH09184980A (ja) | 1997-07-15 |
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JP35298495A Expired - Lifetime JP3600898B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 変倍テレセントリック光学系 |
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Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102009004348A1 (de) * | 2009-01-13 | 2010-07-15 | Carl Zeiss Microimaging Gmbh | Beidseitig telezentrisches Vergrößerungssystem |
CN104360465B (zh) * | 2014-10-20 | 2017-07-14 | 东莞市普密斯精密仪器有限公司 | 一种变倍远心镜头 |
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1995
- 1995-12-27 JP JP35298495A patent/JP3600898B2/ja not_active Expired - Lifetime
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