JP5107486B2 - 少なくとも１つのシステム絞りを有する光学結像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも１つのシステム絞りを有する光学結像装置、特にレンズシステムにおいて、そのシステム絞りのアパーチャの開口部直径が調節可能な装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学結像装置において、システム絞りとして種々のタイプの絞りを用いることは公知である。開口部直径を変えられるこれらの絞りによって、光学結像装置を通過する光線束直径を連続的に変えることができる。結果として、用途によって、光学結像品質は、例えば、分解能、コントラストまたは被写界深度に関して影響され得る。
【０００３】
特に広く普及しているのは、少なくとも４枚、ただし通常はより多くの絞り羽根を有するいわゆるアイリス絞りで、これは一般に鎌状であり、一端が固定マウント内に回転可能に取り付けられている。この場合には、他端には案内装置としてピンが設けてあり、これは、回転リングの溝あるいはスロット付案内路に挿入されており、回転リングを回すことにより、絞りの残りの開口部直径が変えられるように絞り羽根が動かされる。
【０００４】
高性能レンズシステム、特にリソグラフィー方式で製造された半導体装置で使用されるものの場合には、結像装置の品質を最適化するためにますます複雑化する技術が用いられている。例えばレンズの表面コーティングなどのもっぱら光学的に作用する要素を最適化することは、この点で技術的限界までなされてきたので、結像品質のさらなる向上は非常に多額の経費をかけなければ実現できない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、例えばテレセンタリング(telecentering)エラーまたはその他のイメージエラーを、光学・機械的装置、特に結像装置のシステム絞りを最適化することによって結像装置の光学特性を改良することが本発明の目的である。
【０００６】
この目的は、本発明によりシステム絞りの開口部直径に依存して決定されるシステム絞りのアパーチャの位置により達成される。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
光学分野での非常に複雑な数学的または光学的計算により、驚くべきことに、開口部直径に依存してシステム絞りの位置を変更することにより、光学結像装置の結像品質に関して品質向上が得られることが明らかにされた。この点で、システム絞りの軸方向位置を変更することが疑いなくシステム絞りの好ましい移動であるが、横方向移動または傾斜移動あるいはこれら３種類の移動のどのような所望の組み合せも考えられる。
【０００８】
レンズシステムの最適化方法はほぼ使い尽くされていると仮定すると、本発明により達成され得る利点および有利な改良によって、結像品質を向上させる比較的単純かつ好ましい可能な方法がもたらされる。
【０００９】
とりわけ半導体素子またはコンピュータチップの製造分野においては、特に高い要求が結像装置の結像品質と分解能に課されなければならない。これは、結像装置が、チップレイアウト用に縮小した形で、感光層で被覆されたシリコンウエハー表面に、一見しては機械的に製造できそうなパターンではあるが、実は極めて微細なパターンを結像するのに使用されるからである。シリコンウエハーが通過する様々なエッチング法を用い、コンピュータチップまたは半導体素子の回路がこのようにして照射された微細構造から形成される。シリコンウエハー表面のチップレイアウト用パターンの結像における、結像装置が引き起こす極めて微細なずれおよび歪みは、それだけで最終的なコンピュータチップの微細構造における線接触、短絡またはその他の電子的機能不全につながるのに十分である。従って、特にコンピュータチップおよび半導体素子の製造に使用される結像装置の場合、きわめて小さな品質面の改良であっても大きな利点をもたらし、そのため軸方向位置が調節可能なシステム絞りの光学的な利点が、それらの長所を十分に引き立ててここに示してある。
【００１０】
本発明のとりわけ好ましい実施態様において、システム絞りの軸方向位置をその開口部直径に依存して変更することは、比較的単純な設計の構造で達成される。この場合、システム絞りは、相互に軸方向距離を置いて配置された少なくとも２つの絞りを有しており、それぞれ別の絞りがシステム絞りの開口部直径に依存して光学的に活性である。光学的に活性とは、この場合、光学的に活性な絞りまたはその光学的に有効なエッジが結像装置中の光線束の側面を制限するということである。
【００１１】
本発明によるこの２重または多重絞りには、ここでは軸方向位置調節のための複雑な機構なしで本発明による効果を達成できるという利点がある。この場合、少なくとも２つの絞りは、システム絞りの光軸に関して軸方向である少なくとも２つの平面内に位置するように配置される。各々の場合において一方の絞りのみが光学的に活性であるということの結果、別の平面、従って、システム絞りの別の軸方向位置が開口部直径に従って実現され、それによって良好な光学的効果がすでに達成される。この場合に重要なことは、２つの絞り双方が「オーバーライドする」ときの領域であり、すなわち、システム絞りの開口部直径がある値のとき、２つの絞りの光学的に活性なエッジが、しばらくの間、同時に光学的に活性になるときである。ぼけを回避するためには、非常に精密な機構、例えば、どのようなバックラッシュもないプレストレスをかけた転がり軸受によって絞りまたはその個々の部品を取り付けることが要求される。
【００１２】
本発明のさらなる非常に好ましい実施態様では、システム絞りが、相互に回転可能に移動できる２つの絞りベースの間に配置された絞り羽根を有しており、少なくとも１つの絞りベースが回転可能に移動でき、かつ絞り羽根および２つの絞りベースを具備するユニットが軸方向に移動可能である。
【００１３】
本発明によるやり方で目的を達成するための解決策のこの変形例は、単式絞りのみで間に合わせるものである。上述の実施態様の少なくとも２つの別個の軸平面に加え、すべての軸方向の中間平面が利用可能という利点がこれによりもたらされる。これは、絞りの開口部直径に応じて、絞りがその軸方向位置を変えられるからであり、互いに相対的に移動可能な絞り羽根と絞りベースを具備するユニットが機械的案内要素により、絞りの軸方向位置の所望の調節が開口部直径に依存して行なわれるように連結されているからである。
【００１４】
この構造設計には、２つの絞りベースの回転および軸方向移動を相互に連係する案内溝を、どのような所望の幾何学的形状にでもできるという特別な利点がある。案内溝の形状に応じて、システム絞りの回転運動、従って開口部直径の変更と軸方向移動との間に様々な数学的依存性がこの場合実現され得る。
【００１５】
本発明のさらなる非常に好ましい変形例では、絞りは同様に絞り羽根で形成され、この絞り羽根および絞り羽根に面している絞りベース表面は、システム絞りの開口部直径の少なくともほぼ最大部分に、システム絞りの光軸に関してある角度で配置されている。
【００１６】
結果として、絞りの光学的に有効なエッジは、絞り羽根および絞り羽根に面している絞りベース表面の幾何学的形状に応じて、例えば、円錐体の外側面上または球形キャップの外側面上を移動し得る。システム絞りの光軸に関して回転対称に配置されている絞り羽根は、例えばシステム絞りが閉じられる時に、その次に結像装置の光路内へ、開口部直径と軸方向位置との間の線形的または半円形的な従属性により移動する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のさらなる有利な改良は、残りのサブクレームおよび図面を参照しての下記実施例から明らかになる。
【００１８】
図１にはシステム絞り１の断面が示されており、システム絞り１は、２つの個別の絞り２ａ、２ｂまたはアイリス絞り２ａ、２ｂを有している。これらのアイリス絞り２ａ、２ｂは絞り羽根３により構成され、絞り羽根はシステム絞り１の光軸４に関して少なくともほぼ垂直に配置されている。システム絞り１は、マウント５内に取り付けられており、該マウント５はレンズシステムのケーシング(図示せず)に固定的に接続されている。
【００１９】
システム絞り１の実施態様(図示せず)では、システム絞りは、２つの個別の絞り２ａ、２ｂに加えてさらなる絞りも有することができる。特に、このさらなる絞りは、システム絞り１内の２つのアイリス絞り２ａ、２ｂからある軸方向距離に配置された固定絞りまたは恒久的に設置されたディスクとすることができる。
【００２０】
２つの絞り２ａ、２ｂの絞り羽根３は、それぞれが相互に相対的に移動可能な２つの絞りベース６ａ、６ｂ、６ｃの間のそれぞれの開口部直径Ｄａ、Ｄｂにその側面を距離をおいて位置する。この場合、絞り羽根３はそれぞれこれと相互作用する絞りベース６ｂ、６ｃの一方の内部にバックラッシュのないプレストレスをかけた軸受７により取り付けられる。各々が他方の絞りベース６ａ、６ｂであるものの領域では、絞り羽根３のそれぞれが案内装置８を有している。この案内装置８は、それぞれの絞りベース６ａ、６ｂ内に作られたスロット付案内路９ａ、９ｂ内を案内され、スロット付案内路９ａ、９ｂに関してのバックラッシュのない案内路８のプレストレスもここでなされなければならない。
【００２１】
軸受または案内装置７および８のバックラッシュのないプレストレスは、例えば、各絞り羽根３がねじりばね(図示せず)によりプレストレスをかけられ、これが軸受装置７、例えば転がり軸受、およびそれぞれのスロット付案内路９ａ、９ｂに収容されるように設計することできる。
【００２２】
絞りベース６ａ、６ｂ、または６ｂ、６ｃの回転による相対的な相互の移動により、軸受装置７により取り付けられた絞り羽根３は案内装置８により、様々に工夫されたスロット付案内路９ａ、９ｂを通り、各絞り羽根について規定された経路を移動させられる。結果として、絞り羽根３の光学的に有効なエッジ１０はその開口部直径Ｄａ、Ｄｂを変える。通常、アイリス絞り２ａ、２ｂのスロット付案内路９ａ、９ｂは、システム絞り１またはアイリス絞り２ａ、２ｂ各々のアパーチャがほぼ円形の多角形となってその寸法を増大または減少できるように作られている。
【００２３】
ここに示されるシステム絞り１のスロット付案内路９ａ、９ｂの成形は、この場合、各々の場合について異なる幾何学的曲線を有していなければならない。なぜならば、開口部直径に応じて、あるときには一方のアイリス絞り２ａが、別のときには他方のアイリス絞り２ｂが、あるいはそれら各々の光学的に有効なエッジ１０が光学的に活性であることが要求されるからである。このことは、光学的に不活性なアイリス絞り２ａまたは２ｂは、それぞれ光学的に活性なアイリス絞り２ｂまたは２ａよりも大きな開口部直径ＤａまたはＤｂを有していなければならないことを意味する。
【００２４】
システム絞り１が第３の固定絞り(図示せず)を有する場合においては、２つのアイリス絞り２ａまたは２ｂのいずれもが光学的に活性ではなく、ただしアイリス絞り２ａ、２ｂから軸方向の距離を置いて配置された、固定絞りだけが活性になるという場合が付加的に起こり得る。
【００２５】
図１に示される典型的な実施態様では、絞りベースのうちの２つ６ａ、６ｃが、リングギア１１に固定的、特にねじれの点で固定的に接続されている。多数の個別の要素１２、１３、１４で構成されるリングギア１１は、転がり軸受１５によりマウント５内に取り付けられ、リングギア１１の個別の要素１２、１３、１４は、多数の結合要素１６により相互接続されている。さらに、リングギア１１の個別の要素１２のうちの１つは、かみ合わせ１７を有し、かつピニオン１８によってシステム絞り１の光軸４に関して回転移動させ得る。示した代表的実施態様においては、駆動ユニット１９(ここでは電動機１９)は、ピニオン１８を回転させるという目的に適い、その結果、これに接続されているリングギア１１および絞りベース６ａ、６ｃをシステム絞り１の光軸４まわりに回転させる。この場合には、駆動ユニット１９はマウント５に固定的に接続されている。２つのアイリス絞り２ａ、２ｂの間に置かれた絞りベース６ｂは、固定要素２０によってマウント５に同様に固定されている。この場合には、リングギア１１の個別の要素１４の１つは、２つのアイリス絞り２ａ、２ｂの間にある絞りベース６ｂ内の１つ以上のクリアランス２１を介して導かれる。絞りベース６ａは、さらなる固定要素２２によりリングギア１１の個別要素１４に固定されている。
【００２６】
もしリングギア１１および２つの絞りベース６ａ、６ｂが駆動ユニット１９により回転されるならば、固定要素２０を介してマウント５に接続されている絞りベース６ｂは所定位置に固定されたままであり、相対的な移動は、絞りベース６ａ、６ｃと絞りベース６ｂとの間で起こる。この相対的な移動は、スロット付案内路内を案内される絞り羽根３が動かされ、かつシステム絞り１または２つのアイリス絞り２ａ、２ｂの開口部直径ＤａまたはＤｂが変わるという効果をもたらす。
【００２７】
スロット付案内路９ａ、９ｂの幾何学的工夫により、システム絞り１各々の開口部直径Ｄａ、Ｄｂにより適したアイリス絞り２ａ、２ｂが光学的に活性になるという効果が達成される。その結果、アイリス絞り２ａ、２ｂの２つの別個の軸方向位置から、各々の場合において光学的により適している一方が選択され、単独の回転移動のみがこの目的のために実行、作動されればよい。このことが絞り２ａ、２ｂの軸方向位置の絞りの開口部直径Ｄａ、Ｄｂに対する一定、もしくは少なくともほぼ一定の依存性を必要とすることがここで明らかなはずである。なぜならば、機械的ガイドとして働くスロット付案内路９ａ、９ｂはまず最初に一方のもにしかされ得ず、その時他方のアイリス絞り２ａ、２ｂは光学的に活性だからである。
【００２８】
システム絞りのさらなる改良が図２に見られる。これは１つのアイリス絞り２のみを有している。ここでも、アイリス絞り２の絞り羽根３は、２つの絞りベース６ａ、６ｂまたは溝付リング６ａと絞りベース６ｂの間に配置されている。軸受装置７および案内装置８またはスロット付案内路９(図２には示さない)も同様に存在するが、絞り羽根３あたり１つのみである。図２におけるさらなる要素は、構造および作動モードにおいて図１で説明したものと原則的に同様のものである。
【００２９】
その結果、ピニオン１８を有する駆動ユニット１９が収容されているマウント５も図２に見られる。ピニオン１８は、ここでは１つの部品として形成されているリングギア１１をかみ合い１７を介して駆動する。リングギア１１は、転がり軸受１５によりマウント５内に取り付けられている。
【００３０】
溝付リング６ａおよび絞りベース６ｂ、内側リング２３、外側リング２４および転がり軸受２５と共に、アイリス絞り２は構造ユニット２６を形成している。構造ユニット２６内では、絞りベース６ｂが内側リング２３に接続され、溝付きリング６ａが外側リング２４に接続されている。内側リング２３は、外側リング２４に対して回転移動可能に作られており、転がり軸受２５が内側リング２３と外側リング２４との間に配置されている。２つの絞りベース６ａ、６ｂの相互の相対的な移動は、その結果、外側リング２４に対する内側リング２３の相対的な移動があることも意味している。
【００３１】
外側リング２４、および従って、一方の絞りベース６ａも保持要素２７によってマウント５に対するねじれに関してしっかりと保持されている。保持要素２７は、例えば、薄板金製目板２７として設計することができ、これは固定要素２８によってマウント５に取り付けられている。外側リング２４上では、薄板金製目板は２つの突出部２９の間に位置し、これにより外側リング２４の軸方向移動が可能になるが、ねじれは防止される。この場合、理想的には、３〜６個の保持要素２７がシステム絞り１の円周全体に配置される。
【００３２】
リングギア１１は、１つ以上の駆動ラグ３０を有しており、これらは、適切であれば、システム絞り１の円周全体に均一に配置される。この場合には、駆動ラグ３０はそれぞれ内側リング２３内のクリアランス３１内に係合し、駆動ユニット１９によるリングギア１１の回転運動が、内側リング２３に伝えられ、その結果、絞りベース６ｂへ伝えられる。駆動ラグ３０に対する、およびその結果、リングギア１１に対する内側リング２３の低摩擦でほぼバックラッシュのない軸方向の相対的な移動が可能なように、駆動ラグ３０はそれぞれのクリアランス３１内に回転要素３２により取り付けられている。
【００３３】
さらに、駆動ラグ３０および内側リング２３の接続部にはばね要素３３が有り、これは構造ユニット２６を軸方向中心位置に保持するように作られており、その結果、リングギア１１に対する構造ユニット２６の軸方向移動が比較的小さい力で両方向に可能になる。
【００３４】
さらに、リングギア１１は、これに固定的に接続された案内ラグ３４を有している。案内ラグ３４の先端部には、外側リング２４の案内溝３６内を動く転がり軸受３５が設けてある。案内溝３６および案内ラグ３４の転がり軸受け３５は、この場合にはリングギア１１の回転運動と構造ユニットの軸方向移動の機械的結合を形成している。
【００３５】
もしリングギア１１がピニオン１８または駆動ユニット１９により回転されると、ねじれに関して保持要素２７により固定的に保持された外側リング２４は、リングギア１１の駆動ラグ３０により同時に回転される内側リング２３に対して、回転の半径方向には動かない。しかしながら、リングギア１１に対する構造ユニット２６の軸方向の相対的な移動は、転がり軸受３５または案内ラグ３４に一致する案内溝３６により実行される。マウント５に対して軸方向にリングギア１１が固定されており、これは外側リング２４がマウント５に対して軸方向に移動されることを意味している。この軸方向移動もまた、転がり軸受２５により内側リング２３へ伝えられ、構造ユニット２６全体が軸方向へ移動される。同時に、駆動ラグ３０が内側リング２３と絞りベース６ｂの回転運動を引き起こし、これによってアイリス絞り２が開閉する。リングギア１１の回転運動は、その結果、システム絞り１の開口部直径Ｄならびに構造ユニット２６またはアイリス絞り２の軸方向位置が相互に依存して変わるという効果を同時に有する。
【００３６】
案内溝３６の工夫と形状によって、アイリス絞り２の光学的に有効なエッジ１０は、ほとんどどのような所望の曲線上でも動き得る。図２に示される代表的実施態様において、システム絞り１の開口部直径Ｄと光学的に有効なエッジ１０の軸方向位置との間の依存関係は、従って、案内溝３６の生産可能性の範囲内または所定の光学的要求に応じて選択可能で、光学的観点および生産技術的観点から一般に一定の曲線のみが適している。
【００３７】
図３は、システム絞り１のさらなる実施態様の基本図である。ここでは、前記図面ですでに記載された要素が同様に見られる。一方の絞りベース６ａが外側マウント５に固定的に接続されている。他方の絞りベース６ｂは、転がり軸受１５によってマウント５内に取付けられている。絞りベース６ｂの部品は同時にリングギア１１でもあり、ピニオン１８を有する駆動ユニット１９により回転される。アイリス絞り２の絞り羽根３は、前記図面ですでに述べた軸受装置７、案内装置８およびスロット付案内路９(ここでは図示しない)により作動される。
【００３８】
この実施態様の特別な特徴は、絞り羽根３の各々がシステム絞り１の光軸に関して鋭角に配置されるように、絞り２の絞り羽根３が配置されていることである。絞り羽根３またはアイリス絞り２の光学的に有効なエッジ１０は、例えば円錐体または回転放物面体の外側面上を動く。外側面により規定された状況に応じて、アイリス絞り２の光学的に有効なエッジ１０の軸方向位置は、その開口部直径Ｄに依存してここで規定され得る。
【００３９】
この場合には、絞り羽根３およびこの絞り羽根３に面している絞りベース６ａ、６ｂの表面３７のどちらも、所望の外側面の形状で設計されている。この場合には、外側面は常にシステム絞り１の光軸４に関して回転対称な立体の外側面とすべきである。絞り羽根３の光学的に有効なエッジ１０は、この各表面上を移動する。
【図面の簡単な説明】
【図１】交互に載置された多数の絞りを有する光学結像装置のシステム絞りの断面図
【図２】絞り羽根および絞りベースを具備し軸方向に移動可能なユニットを有するシステム絞りの断面図
【図３】システム絞りの光軸に関してある角度で絞り羽根が配置されたシステム絞りの断面図
【符号の説明】
１ システム絞り
２、２ａ、２ｂ 絞り、またはアイリス絞り
３ 絞り羽根
４ １の光軸
５ マウント
６ａ 絞りベースまたは溝付きリング
６ｂ、６ｃ 絞りベース
７ 軸受装置
８ 案内装置
９、９ａ、９ｂ スロット付案内路
１０ ３の光学的に有効なエッジ
１１ リングギア
１２、１３，１４ １１の個別の要素
１５ １１と５との間の転がり軸受
１６ １６の固定要素
１７ １１のかみ合い
１８ ピニオン
１９ 駆動ユニット
２０ ６ｂ、５の固定要素
２１ ６ｂのクリアランス
２２ １１、１４の固定要素
２３ 内側リング
２４ 外側リング
２５ ２３、２４の転がり軸受
２６ 構造ユニット
２７ 保持要素
２８ ２７、５の固定要素
２９ ２４上の突出部
３０ 駆動ラグ
３１ ２３内のクリアランス
３２ ３１内の転がり要素
３３ ばね要素
３４ 案内ラグ
３５ ３４、３６の転がり軸受
３６ 案内溝
３７ ６ａ、６ｂの表面
Ｄ、Ｄａ、Ｄｂ 開口部直径
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも１つのシステム絞りを有する光学結像装置、特にレンズシステムにおいて、そのシステム絞りのアパーチャの開口部直径が調節可能な装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学結像装置において、システム絞りとして種々のタイプの絞りを用いることは公知である。開口部直径を変えられるこれらの絞りによって、光学結像装置を通過する光線束直径を連続的に変えることができる。結果として、用途によって、光学結像品質は、例えば、分解能、コントラストまたは被写界深度に関して影響され得る。
【０００３】
特に広く普及しているのは、少なくとも４枚、ただし通常はより多くの絞り羽根を有するいわゆるアイリス絞りで、これは一般に鎌状であり、一端が固定マウント内に回転可能に取り付けられている。この場合には、他端には案内装置としてピンが設けてあり、これは、回転リングの溝あるいはスロット付案内路に挿入されており、回転リングを回すことにより、絞りの残りの開口部直径が変えられるように絞り羽根が動かされる。
【０００４】
高性能レンズシステム、特にリソグラフィー方式で製造された半導体装置で使用されるものの場合には、結像装置の品質を最適化するためにますます複雑化する技術が用いられている。例えばレンズの表面コーティングなどのもっぱら光学的に作用する要素を最適化することは、この点で技術的限界までなされてきたので、結像品質のさらなる向上は非常に多額の経費をかけなければ実現できない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、例えばテレセンタリング(telecentering)エラーまたはその他のイメージエラーを、光学・機械的装置、特に結像装置のシステム絞りを最適化することによって結像装置の光学特性を改良することが本発明の目的である。
【０００６】
この目的は、本発明によりシステム絞りの開口部直径に依存して決定されるシステム絞りのアパーチャの位置により達成される。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
光学分野での非常に複雑な数学的または光学的計算により、驚くべきことに、開口部直径に依存してシステム絞りの位置を変更することにより、光学結像装置の結像品質に関して品質向上が得られることが明らかにされた。この点で、システム絞りの軸方向位置を変更することが疑いなくシステム絞りの好ましい移動であるが、横方向移動または傾斜移動あるいはこれら３種類の移動のどのような所望の組み合せも考えられる。
【０００８】
レンズシステムの最適化方法はほぼ使い尽くされていると仮定すると、本発明により達成され得る利点および有利な改良によって、結像品質を向上させる比較的単純かつ好ましい可能な方法がもたらされる。
【０００９】
とりわけ半導体素子またはコンピュータチップの製造分野においては、特に高い要求が結像装置の結像品質と分解能に課されなければならない。これは、結像装置が、チップレイアウト用に縮小した形で、感光層で被覆されたシリコンウエハー表面に、一見しては機械的に製造できそうなパターンではあるが、実は極めて微細なパターンを結像するのに使用されるからである。シリコンウエハーが通過する様々なエッチング法を用い、コンピュータチップまたは半導体素子の回路がこのようにして照射された微細構造から形成される。シリコンウエハー表面のチップレイアウト用パターンの結像における、結像装置が引き起こす極めて微細なずれおよび歪みは、それだけで最終的なコンピュータチップの微細構造における線接触、短絡またはその他の電子的機能不全につながるのに十分である。従って、特にコンピュータチップおよび半導体素子の製造に使用される結像装置の場合、きわめて小さな品質面の改良であっても大きな利点をもたらし、そのため軸方向位置が調節可能なシステム絞りの光学的な利点が、それらの長所を十分に引き立ててここに示してある。
【００１０】
本発明のとりわけ好ましい実施態様において、システム絞りの軸方向位置をその開口部直径に依存して変更することは、比較的単純な設計の構造で達成される。この場合、システム絞りは、相互に軸方向距離を置いて配置された少なくとも２つの絞りを有しており、それぞれ別の絞りがシステム絞りの開口部直径に依存して光学的に活性である。光学的に活性とは、この場合、光学的に活性な絞りまたはその光学的に有効なエッジが結像装置中の光線束の側面を制限するということである。
【００１１】
本発明によるこの２重または多重絞りには、ここでは軸方向位置調節のための複雑な機構なしで本発明による効果を達成できるという利点がある。この場合、少なくとも２つの絞りは、システム絞りの光軸に関して軸方向である少なくとも２つの平面内に位置するように配置される。各々の場合において一方の絞りのみが光学的に活性であるということの結果、別の平面、従って、システム絞りの別の軸方向位置が開口部直径に従って実現され、それによって良好な光学的効果がすでに達成される。この場合に重要なことは、２つの絞り双方が「オーバーライドする」ときの領域であり、すなわち、システム絞りの開口部直径がある値のとき、２つの絞りの光学的に活性なエッジが、しばらくの間、同時に光学的に活性になるときである。ぼけを回避するためには、非常に精密な機構、例えば、どのようなバックラッシュもないプレストレスをかけた転がり軸受によって絞りまたはその個々の部品を取り付けることが要求される。
【００１２】
本発明のさらなる非常に好ましい実施態様では、システム絞りが、相互に回転可能に移動できる２つの絞りベースの間に配置された絞り羽根を有しており、少なくとも１つの絞りベースが回転可能に移動でき、かつ絞り羽根および２つの絞りベースを具備するユニットが軸方向に移動可能である。
【００１３】
本発明によるやり方で目的を達成するための解決策のこの変形例は、単式絞りのみで間に合わせるものである。上述の実施態様の少なくとも２つの別個の軸平面に加え、すべての軸方向の中間平面が利用可能という利点がこれによりもたらされる。これは、絞りの開口部直径に応じて、絞りがその軸方向位置を変えられるからであり、互いに相対的に移動可能な絞り羽根と絞りベースを具備するユニットが機械的案内要素により、絞りの軸方向位置の所望の調節が開口部直径に依存して行なわれるように連結されているからである。
【００１４】
この構造設計には、２つの絞りベースの回転および軸方向移動を相互に連係する案内溝を、どのような所望の幾何学的形状にでもできるという特別な利点がある。案内溝の形状に応じて、システム絞りの回転運動、従って開口部直径の変更と軸方向移動との間に様々な数学的依存性がこの場合実現され得る。
【００１５】
本発明のさらなる非常に好ましい変形例では、絞りは同様に絞り羽根で形成され、この絞り羽根および絞り羽根に面している絞りベース表面は、システム絞りの開口部直径の少なくともほぼ最大部分に、システム絞りの光軸に関してある角度で配置されている。
【００１６】
結果として、絞りの光学的に有効なエッジは、絞り羽根および絞り羽根に面している絞りベース表面の幾何学的形状に応じて、例えば、円錐体の外側面上または球形キャップの外側面上を移動し得る。システム絞りの光軸に関して回転対称に配置されている絞り羽根は、例えばシステム絞りが閉じられる時に、その次に結像装置の光路内へ、開口部直径と軸方向位置との間の線形的または半円形的な従属性により移動する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のさらなる有利な改良は、残りのサブクレームおよび図面を参照しての下記実施例から明らかになる。
【００１８】
図１にはシステム絞り１の断面が示されており、システム絞り１は、２つの個別の絞り２ａ、２ｂまたはアイリス絞り２ａ、２ｂを有している。これらのアイリス絞り２ａ、２ｂは絞り羽根３により構成され、絞り羽根はシステム絞り１の光軸４に関して少なくともほぼ垂直に配置されている。システム絞り１は、マウント５内に取り付けられており、該マウント５はレンズシステムのケーシング(図示せず)に固定的に接続されている。
【００１９】
システム絞り１の実施態様(図示せず)では、システム絞りは、２つの個別の絞り２ａ、２ｂに加えてさらなる絞りも有することができる。特に、このさらなる絞りは、システム絞り１内の２つのアイリス絞り２ａ、２ｂからある軸方向距離に配置された固定絞りまたは恒久的に設置されたディスクとすることができる。
【００２０】
２つの絞り２ａ、２ｂの絞り羽根３は、それぞれが相互に相対的に移動可能な２つの絞りベース６ａ、６ｂ、６ｃの間のそれぞれの開口部直径Ｄａ、Ｄｂにその側面を距離をおいて位置する。この場合、絞り羽根３はそれぞれこれと相互作用する絞りベース６ｂ、６ｃの一方の内部にバックラッシュのないプレストレスをかけた軸受７により取り付けられる。各々が他方の絞りベース６ａ、６ｂであるものの領域では、絞り羽根３のそれぞれが案内装置８を有している。この案内装置８は、それぞれの絞りベース６ａ、６ｂ内に作られたスロット付案内路９ａ、９ｂ内を案内され、スロット付案内路９ａ、９ｂに関してのバックラッシュのない案内路８のプレストレスもここでなされなければならない。
【００２１】
軸受または案内装置７および８のバックラッシュのないプレストレスは、例えば、各絞り羽根３がねじりばね(図示せず)によりプレストレスをかけられ、これが軸受装置７、例えば転がり軸受、およびそれぞれのスロット付案内路９ａ、９ｂに収容されるように設計することできる。
【００２２】
絞りベース６ａ、６ｂ、または６ｂ、６ｃの回転による相対的な相互の移動により、軸受装置７により取り付けられた絞り羽根３は案内装置８により、様々に工夫されたスロット付案内路９ａ、９ｂを通り、各絞り羽根について規定された経路を移動させられる。結果として、絞り羽根３の光学的に有効なエッジ１０はその開口部直径Ｄａ、Ｄｂを変える。通常、アイリス絞り２ａ、２ｂのスロット付案内路９ａ、９ｂは、システム絞り１またはアイリス絞り２ａ、２ｂ各々のアパーチャがほぼ円形の多角形となってその寸法を増大または減少できるように作られている。
【００２３】
ここに示されるシステム絞り１のスロット付案内路９ａ、９ｂの成形は、この場合、各々の場合について異なる幾何学的曲線を有していなければならない。なぜならば、開口部直径に応じて、あるときには一方のアイリス絞り２ａが、別のときには他方のアイリス絞り２ｂが、あるいはそれら各々の光学的に有効なエッジ１０が光学的に活性であることが要求されるからである。このことは、光学的に不活性なアイリス絞り２ａまたは２ｂは、それぞれ光学的に活性なアイリス絞り２ｂまたは２ａよりも大きな開口部直径ＤａまたはＤｂを有していなければならないことを意味する。
【００２４】
システム絞り１が第３の固定絞り(図示せず)を有する場合においては、２つのアイリス絞り２ａまたは２ｂのいずれもが光学的に活性ではなく、ただしアイリス絞り２ａ、２ｂから軸方向の距離を置いて配置された、固定絞りだけが活性になるという場合が付加的に起こり得る。
【００２５】
図１に示される典型的な実施態様では、絞りベースのうちの２つ６ａ、６ｃが、リングギア１１に固定的、特にねじれの点で固定的に接続されている。多数の個別の要素１２、１３、１４で構成されるリングギア１１は、転がり軸受１５によりマウント５内に取り付けられ、リングギア１１の個別の要素１２、１３、１４は、多数の結合要素１６により相互接続されている。さらに、リングギア１１の個別の要素１２のうちの１つは、かみ合わせ１７を有し、かつピニオン１８によってシステム絞り１の光軸４に関して回転移動させ得る。示した代表的実施態様においては、駆動ユニット１９(ここでは電動機１９)は、ピニオン１８を回転させるという目的に適い、その結果、これに接続されているリングギア１１および絞りベース６ａ、６ｃをシステム絞り１の光軸４まわりに回転させる。この場合には、駆動ユニット１９はマウント５に固定的に接続されている。２つのアイリス絞り２ａ、２ｂの間に置かれた絞りベース６ｂは、固定要素２０によってマウント５に同様に固定されている。この場合には、リングギア１１の個別の要素１４の１つは、２つのアイリス絞り２ａ、２ｂの間にある絞りベース６ｂ内の１つ以上のクリアランス２１を介して導かれる。絞りベース６ａは、さらなる固定要素２２によりリングギア１１の個別要素１４に固定されている。
【００２６】
もしリングギア１１および２つの絞りベース６ａ、６ｂが駆動ユニット１９により回転されるならば、固定要素２０を介してマウント５に接続されている絞りベース６ｂは所定位置に固定されたままであり、相対的な移動は、絞りベース６ａ、６ｃと絞りベース６ｂとの間で起こる。この相対的な移動は、スロット付案内路内を案内される絞り羽根３が動かされ、かつシステム絞り１または２つのアイリス絞り２ａ、２ｂの開口部直径ＤａまたはＤｂが変わるという効果をもたらす。
【００２７】
スロット付案内路９ａ、９ｂの幾何学的工夫により、システム絞り１各々の開口部直径Ｄａ、Ｄｂにより適したアイリス絞り２ａ、２ｂが光学的に活性になるという効果が達成される。その結果、アイリス絞り２ａ、２ｂの２つの別個の軸方向位置から、各々の場合において光学的により適している一方が選択され、単独の回転移動のみがこの目的のために実行、作動されればよい。このことが絞り２ａ、２ｂの軸方向位置の絞りの開口部直径Ｄａ、Ｄｂに対する一定、もしくは少なくともほぼ一定の依存性を必要とすることがここで明らかなはずである。なぜならば、機械的ガイドとして働くスロット付案内路９ａ、９ｂはまず最初に一方のもにしかされ得ず、その時他方のアイリス絞り２ａ、２ｂは光学的に活性だからである。
【００２８】
システム絞りのさらなる改良が図２に見られる。これは１つのアイリス絞り２のみを有している。ここでも、アイリス絞り２の絞り羽根３は、２つの絞りベース６ａ、６ｂまたは溝付リング６ａと絞りベース６ｂの間に配置されている。軸受装置７および案内装置８またはスロット付案内路９(図２には示さない)も同様に存在するが、絞り羽根３あたり１つのみである。図２におけるさらなる要素は、構造および作動モードにおいて図１で説明したものと原則的に同様のものである。
【００２９】
その結果、ピニオン１８を有する駆動ユニット１９が収容されているマウント５も図２に見られる。ピニオン１８は、ここでは１つの部品として形成されているリングギア１１をかみ合い１７を介して駆動する。リングギア１１は、転がり軸受１５によりマウント５内に取り付けられている。
【００３０】
溝付リング６ａおよび絞りベース６ｂ、内側リング２３、外側リング２４および転がり軸受２５と共に、アイリス絞り２は構造ユニット２６を形成している。構造ユニット２６内では、絞りベース６ｂが内側リング２３に接続され、溝付きリング６ａが外側リング２４に接続されている。内側リング２３は、外側リング２４に対して回転移動可能に作られており、転がり軸受２５が内側リング２３と外側リング２４との間に配置されている。２つの絞りベース６ａ、６ｂの相互の相対的な移動は、その結果、外側リング２４に対する内側リング２３の相対的な移動があることも意味している。
【００３１】
外側リング２４、および従って、一方の絞りベース６ａも保持要素２７によってマウント５に対するねじれに関してしっかりと保持されている。保持要素２７は、例えば、薄板金製目板２７として設計することができ、これは固定要素２８によってマウント５に取り付けられている。外側リング２４上では、薄板金製目板は２つの突出部２９の間に位置し、これにより外側リング２４の軸方向移動が可能になるが、ねじれは防止される。この場合、理想的には、３〜６個の保持要素２７がシステム絞り１の円周全体に配置される。
【００３２】
リングギア１１は、１つ以上の駆動ラグ３０を有しており、これらは、適切であれば、システム絞り１の円周全体に均一に配置される。この場合には、駆動ラグ３０はそれぞれ内側リング２３内のクリアランス３１内に係合し、駆動ユニット１９によるリングギア１１の回転運動が、内側リング２３に伝えられ、その結果、絞りベース６ｂへ伝えられる。駆動ラグ３０に対する、およびその結果、リングギア１１に対する内側リング２３の低摩擦でほぼバックラッシュのない軸方向の相対的な移動が可能なように、駆動ラグ３０はそれぞれのクリアランス３１内に回転要素３２により取り付けられている。
【００３３】
さらに、駆動ラグ３０および内側リング２３の接続部にはばね要素３３が有り、これは構造ユニット２６を軸方向中心位置に保持するように作られており、その結果、リングギア１１に対する構造ユニット２６の軸方向移動が比較的小さい力で両方向に可能になる。
【００３４】
さらに、リングギア１１は、これに固定的に接続された案内ラグ３４を有している。案内ラグ３４の先端部には、外側リング２４の案内溝３６内を動く転がり軸受３５が設けてある。案内溝３６および案内ラグ３４の転がり軸受け３５は、この場合にはリングギア１１の回転運動と構造ユニットの軸方向移動の機械的結合を形成している。
【００３５】
もしリングギア１１がピニオン１８または駆動ユニット１９により回転されると、ねじれに関して保持要素２７により固定的に保持された外側リング２４は、リングギア１１の駆動ラグ３０により同時に回転される内側リング２３に対して、回転の半径方向には動かない。しかしながら、リングギア１１に対する構造ユニット２６の軸方向の相対的な移動は、転がり軸受３５または案内ラグ３４に一致する案内溝３６により実行される。マウント５に対して軸方向にリングギア１１が固定されており、これは外側リング２４がマウント５に対して軸方向に移動されることを意味している。この軸方向移動もまた、転がり軸受２５により内側リング２３へ伝えられ、構造ユニット２６全体が軸方向へ移動される。同時に、駆動ラグ３０が内側リング２３と絞りベース６ｂの回転運動を引き起こし、これによってアイリス絞り２が開閉する。リングギア１１の回転運動は、その結果、システム絞り１の開口部直径Ｄならびに構造ユニット２６またはアイリス絞り２の軸方向位置が相互に依存して変わるという効果を同時に有する。
【００３６】
案内溝３６の工夫と形状によって、アイリス絞り２の光学的に有効なエッジ１０は、ほとんどどのような所望の曲線上でも動き得る。図２に示される代表的実施態様において、システム絞り１の開口部直径Ｄと光学的に有効なエッジ１０の軸方向位置との間の依存関係は、従って、案内溝３６の生産可能性の範囲内または所定の光学的要求に応じて選択可能で、光学的観点および生産技術的観点から一般に一定の曲線のみが適している。
【００３７】
図３は、システム絞り１のさらなる実施態様の基本図である。ここでは、前記図面ですでに記載された要素が同様に見られる。一方の絞りベース６ａが外側マウント５に固定的に接続されている。他方の絞りベース６ｂは、転がり軸受１５によってマウント５内に取付けられている。絞りベース６ｂの部品は同時にリングギア１１でもあり、ピニオン１８を有する駆動ユニット１９により回転される。アイリス絞り２の絞り羽根３は、前記図面ですでに述べた軸受装置７、案内装置８およびスロット付案内路９(ここでは図示しない)により作動される。
【００３８】
この実施態様の特別な特徴は、絞り羽根３の各々がシステム絞り１の光軸に関して鋭角に配置されるように、絞り２の絞り羽根３が配置されていることである。絞り羽根３またはアイリス絞り２の光学的に有効なエッジ１０は、例えば円錐体または回転放物面体の外側面上を動く。外側面により規定された状況に応じて、アイリス絞り２の光学的に有効なエッジ１０の軸方向位置は、その開口部直径Ｄに依存してここで規定され得る。
【００３９】
この場合には、絞り羽根３およびこの絞り羽根３に面している絞りベース６ａ、６ｂの表面３７のどちらも、所望の外側面の形状で設計されている。この場合には、外側面は常にシステム絞り１の光軸４に関して回転対称な立体の外側面とすべきである。絞り羽根３の光学的に有効なエッジ１０は、この各表面上を移動する。
【図面の簡単な説明】
【図１】交互に載置された多数の絞りを有する光学結像装置のシステム絞りの断面図
【図２】絞り羽根および絞りベースを具備し軸方向に移動可能なユニットを有するシステム絞りの断面図
【図３】システム絞りの光軸に関してある角度で絞り羽根が配置されたシステム絞りの断面図
【符号の説明】
１ システム絞り
２、２ａ、２ｂ 絞り、またはアイリス絞り
３ 絞り羽根
４ １の光軸
５ マウント
６ａ 絞りベースまたは溝付きリング
６ｂ、６ｃ 絞りベース
７ 軸受装置
８ 案内装置
９、９ａ、９ｂ スロット付案内路
１０ ３の光学的に有効なエッジ
１１ リングギア
１２、１３，１４ １１の個別の要素
１５ １１と５との間の転がり軸受
１６ １６の固定要素
１７ １１のかみ合い
１８ ピニオン
１９ 駆動ユニット
２０ ６ｂ、５の固定要素
２１ ６ｂのクリアランス
２２ １１、１４の固定要素
２３ 内側リング
２４ 外側リング
２５ ２３、２４の転がり軸受
２６ 構造ユニット
２７ 保持要素
２８ ２７、５の固定要素
２９ ２４上の突出部
３０ 駆動ラグ
３１ ２３内のクリアランス
３２ ３１内の転がり要素
３３ ばね要素
３４ 案内ラグ
３５ ３４、３６の転がり軸受
３６ 案内溝
３７ ６ａ、６ｂの表面
Ｄ、Ｄａ、Ｄｂ 開口部直径
Claims (6)
- 少なくとも１つのシステム絞りを有する光学結像装置において、
前記システム絞り(１)は、該システム絞り（１）の開口部直径を調節するための、相互に移動可能に設計された絞り羽根(３)を有し、該絞り羽根(３)は２つの絞りベース(６ａ、６ｂ)の間に配置され、これら２つの絞りベース（６ａ，６ｂ）が相互に相対的に移動可能であり、前記絞りベースの少なくとも１つ(６ｂ)が回転移動可能であり、かつ、前記絞り羽根(３)および前記２つの絞りベース(６ａ、６ｂ)を具備する構造ユニット(２６)が前記光学結像装置の光軸方向に移動可能であり、前記絞りベースの一方(６ａ)の回転運動を防止するため、１つ以上の保持要素(２７)が設けられ、他方の絞りベース(６ｂ)は駆動ラグ(３０)により回転移動可能なリングギア(１１)に結合されており、かつ前記一方の絞りベース(６ａ)および前記リングギア(１１)は案内溝(３６)および案内ラグ(３４)により相互に連結され、該システム絞り(１)の前記開口部の前記光軸上の位置は該システム絞り(１)の開口部直径(Ｄ)に依存して決められる光学結像装置。 - 前記絞りベース(６ａ、６ｂ)は案内装置(８)を有し、それにより各々の絞り羽根(３)が規定された経路を案内され得る、請求項１に記載の光学結像装置。
- 前記絞りベース(６ａ、６ｂ)は駆動装置(１９)により相互に相対的に移動可能であり、各々の絞り羽根(３)がバックラッシュなしにプレストレスをかけた軸受装置(７)によって前記絞りベースの一方(６ａ)内に取り付けられ、かつバックラッシュなしにプレストレスをかけられた軸受装置により各々他方の絞りベース(６ｂ)内へ案内される、請求項２に記載の光学結像装置。
- 前記システム絞り(１)の前記絞り羽根(３)は、光軸(４)に関して少なくともほぼ垂直に配置されている、請求項１に記載の光学結像装置。
- 前記少なくとも１つの絞りベース(６ｂ)の前記回転運動は機械的要素(３４、３５、３６)により、前記絞り羽根(３)および前記２つの絞りベース(６ａ、６ｂ)を具備する前記構造ユニット(２６)の前記光軸方向移動と連結されている、請求項１に記載の光学結像装置。
- 前記駆動ラグ(３０)および前記リングギア(１１)は前記軸方向の適切な場所に固定されており、該駆動ラグ(３０)が、前記絞りベースの一方(６ａ)と接続されているばね要素(３３)を前記軸方向に有している、請求項１に記載の光学結像装置。
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