JPH042928B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、その主光線が光軸に平行に入出射す
るテレセントリツク結像光学系に関し、とくに物
体，像間距離と比較して画面寸法の大きなテレセ
ントリツク結像光学系に関する。 （従来技術） 従来公知のテレセントリツク結像光学系は、正
の焦点距離をもつ前群レンズの後側焦点と、正の
焦点距離をもつ後群レンズの前側焦点とを合致さ
せて配置したもので、前群レンズの後側焦点近傍
に物体あるいは前置結像光学系の実像を置けば、
後群レンズの後側焦点近傍に前後両群レンズの焦
点距離の比に相当する倍率の実像が形成される。 この場合、各レンズの主点間隔を無視すれば、
物体・像間距離は前後両群レンズの焦点距離の和
の約２倍となる。 （従来技術の問題点） かかるテレセントリツク結像光学系は、通常の
結像レンズと比べて画角を広く取りにくいため、
必要な画面寸法を確保しようとすれば光学系全体
が大きくなり、装置に組込んだ場合当該装置が過
大となる難点があつた。 （問題点を解決するための手段および作用） かかる難点を解決するために、本発明ではテレ
セントリツク結像光学系を以下に示す如き構成と
している。すなわち、前群レンズを物体側から順
次両凸レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス
または平凸レンズ、および両凹レンズの３群で構
成するとともに、後群レンズを像側から順次、両
凸レンズ、像側に凸面を向けたメニスカスまたは
平凸レンズ、および両凹レンズの３群で構成し、
前群レンズの後側焦点と後群レンズの前側焦点と
を、前後両群レンズの中央に配置された正の焦点
距離を有する両凸レンズの近傍でほぼ一致させた
構成となつている。 本発明ではテレセントリツク結像光学系を構成
する前後両群レンズの中間に、正の焦点距離を有
する両凸レンズを配置することにより、テレセン
トリツクな特性はそのままで物体・像間の距離を
短縮している。 なお、この前後両群レンズの中間に配置する凸
レンズの屈折力を強くすると、像面の湾曲が大き
くなる。そのため、本発明に係る結像光学系では
前後両群レンズ中に負の焦点距離を有する凹レン
ズを配置し像面の平坦正を保ち、画面サイズを拡
げられるようになつている。 （実施例） 実施例 １ 第１図に示す第１の実施例は本発明に係るテレ
セントリツク結像光学系の基本構成を示すもの
で、中央部に配置された両凸レンズの中央平面に
対し、前後対称に構成されている。

【表】

【表】 ただし、r₁，r₂…はレンズ各面の曲率半径、d₀
は物体と曲率r₁面との距離、d₁，d₂、…は各レン
ズの肉厚またはレンズ間隔、n₁，n₂、…は各レン
ズエレメントの、波長587.6nｍの光に対する屈折
率、ν₁，ν₂…は各レンズエレメントのアツベ数で
ある。 なお、第２図は第１の実施例における球面収差
と非点収差を示す収差曲線図である。 この第１の実施例では全て単レンズで構成した
が、色収差を補正し、かつ像面での平坦性を保持
するためには構成レンズのいずれかを屈折、分散
の異なる硝材を貼合わせたレンズにすることが望
ましい。なお、ここで云う硝材とは螢石等の光学
結晶やプラスチツクも含むものとする。 以下に説明する第２乃至第８の実施例はかかる
貼合せレンズを使用して色収差を補正し、同時に
像面での平坦性を歩時するようにしたもので、図
示を簡単にするため、レンズ系の中央部に配置さ
れた両凸レンズの中央に、光軸に垂直な平面を想
定し、該平面より後段部分のみが示されている。 したがつて、第２乃至第８の実施例においては
すべてr₁＝∞となつており、これは前記の両凸レ
ンズの中央に想定した平面を意味している。 また、これらの実施例における球面収差および
非点収差の図面も、実施例として図示した後段部
分のみの各収差を示すもので、対称に配置した場
合には通常２倍以上となる。 実施例 ２ 第３図は第２の実施例を示すレンズ構成図であ
り、ここでは色収差を補正し、同時の像面での平
坦性を保持するため貼合せレンズを１個使用して
いる。

【表】 ただし、r₁，r₁…はレンズ各面の曲率半径、
d₁，d₂…は各レンズの肉厚またはレンズ間隔、
n₁，n₂…は各レンズエレメントの、波長587.6nｍ
に対する屈折率、ν₁，ν₂…は各レンズエレメント
のアツベ数であり、以下の実施例についても同様
である。 なお、第４図は第２の実施例における球面収差
と非点収差を示す収差曲線図である。 実施例 ３ 第５図は第３の実施例を示すレンズ構成図であ
り、ここでは色収差を補正し、同時の像面での平
坦性を保持するため、貼合せレンズを２個使用し
ている。

【表】

【表】 なお、第６図は第３の実施例における球面収差
と非点収差を示す収差曲線図である。 実施例 ４ 第７図は第４の実施例を示すレンズ構成図であ
り、上記第３の実施例と同様、貼合せレンズを２
個使用している。

【表】 なお、第８図は第４の実施例における球面収差
と非点収差を示す収差曲線図である。 実施例 ５ 第９図は第５の実施例を示すレンズ構成図であ
り、上記第３、第４の実施例と同様、色収差を補
正し、同時に像面での平坦性を保持するため、こ
こでも貼合せレンズを２個使用している。

【表】 なお、第１０図は第５の実施例における球面収
差と非点収差を示す収差曲線図である。 実施例 ６ 第１１図は第６の実施例を示すレンズ構成図で
あり、ここでは色収差を補正し、同時に像面での
平坦性を保持するため、貼合せレンズを３個使用
している。

【表】

【表】 なお、第１２図は第５の実施例における球面収
差と非点収差を示す収差曲線図である。 実施例 ７ 第１３図は、第７の実施例を示すレンズ構成図
であり、第３乃至第５の実施例とは組合わせが異
なるものの、それらの各実施例と同様２個の貼合
せレンズを使用している。

【表】

【表】 なお、第１４図は第７の実施例における球面収
差と非点収差を示す収差曲線図である。 実施例 ８ 第１５図は、第８の実施例を示すレンズ構成図
であり、第７の実施例と同様２個の貼合わせレン
ズを使用している。

【表】 なお、第１６図は第８の実施例における球面収
差と非点収差を示す収差曲線図である。 上記した第２の実施例から第８の実施例は、前
記した如く、色収差を補正し、かつ像面での平坦
性を保つため、構成レンズのいずれかに屈折率、
分散の異なる硝材を貼合わせたレンズを使用した
第１の実施例の変形例であり、便宜上、レンズ系
の中央部に配置した両凸レンズの中央に、光軸と
直交する平面を想定し、該平面以後の後半部を図
示したものである。 第２５図はレンズ系中央部にレンズが配置され
ていない従来の一般的なテレセントリツク結像光
学系の１例を示すもので、各レンズの曲率半径
r₁，r₂，r₃、各レンズの肉厚d₁，d₂、各レンズエ
メントの波長587.6nｍに対する屈折率n₁，n₂、お
よび各レンズエメントのアツベ数ν₁，ν₂は以下の
如くなつている。 r₁：85.5 d₁：10.0 n₁：1.618 ν₁：52.7 r₂：−34.3 d₂：3.0 n₂：1.689 ν₂：31.2 r₃：−136.85 d₀（レンズ系の前側焦点位置から 曲率r₁面の距離）：96.0 焦点距離：100、Ｆナンバー：8.3 バツクフオーカス：94.60 画面寸法：14φ なお、第２６図は、第２５図に示すテレセント
リツク結像光学系における球面収差および非点収
差を示すものである。 かかる一般的なテレセントリツク結像光学系と
上記した各実施例とを比較すると、本発明に係る
テレセントリツク結像光学系が如何に広い画角を
もつているかが良く理解できる。すなわち、本発
明に係るテレセントリツク結像光学系の各実施例
の全長は、第２５図に示す一般的なテレセントリ
ツク結像光学系のそれとほぼ同一であるが、結像
可能な画面寸法はほぼ３倍となり、大きな画面寸
法を得られることがわかる。 なお、前記した第２乃至第８の実施例において
は、レンズ系の前側焦点は中央部に配置される両
凸レンズの中央に想定した光軸と直交する平面に
合致させず、該平面近傍に位置する如く配置され
ている。その理由はレンズ系の球面収差の影響に
よつて各像高に対する出射光のテレセントリツク
な特性がくずれることを防止するためで、実際に
は像側から入射する平行光束が形成する最小錯乱
円の位置を前記平面に合致させてある。 したがつて、第２乃至第８の実施例として図示
したレンズ系を前記平面を基準として前後対称に
配置すると、画角すなわち画面寸法の大きな、等
倍のテレセントリツク結像光学系を構成すること
ができる。 また、前記した如く、レンズ系を前後対称に配
置する際、レンズ系中央部に配置される両凸レン
ズの中央に想定した平面を基準とせず、該平面よ
り若干前寄りの位置を対称配置の基準とすること
により、レンズ系を前後対称に配置した時、両凸
レンズの中央に空気間隔ができるように構成して
も、前記した平面を基準にした場合とほぼ同等の
効果が得られる。 また、前後レンズ系の組合わせを、例えば第２
乃至第８の実施例のうちの、異なつた実施例同士
を組合わせることも可能であり、次に説明する第
９の実施例は前記第７と第８の実施例を組合わせ
たものである。 実施例 ９ 第１７図は、前記した第７と第８の実施例を組
合わせた第９の実施例を示すレンズ構成図であ
り、この実施例では波長による非点収差の変化が
前後のレンズ系で打消され、完全対称のレンズ構
成の場合より小さくなつている。

【表】

【表】 なお、第１８図は第９の実施例における球面収
差と非点収差を示す収差曲線図である。 実施例 10 第１９図は、前記した第５の実施例のレンズ構
成を、その曲率r₁面に対して対称に配置したもの
で、等倍結像光学系を構成している。

【表】

【表】 なお、第２０図は、第10の実施例における球面
収差と非点収差を示す収差曲線である。 また、前後に組合わせるレンズ群の焦点距離
は、第９および第10の実施例に示す如く同じにす
ることは必ずしも必要ではない。例えば前半部の
レンズ群の曲率半径、面間隔の値に対し、後半部
のレンズ群のそれらをＭ倍に比例拡大または比例
縮小して配置すると、結像倍率Ｍ倍のテレセント
リツク結像光学系を構成することができる。 実施例 11 第２１図は、第11の実施例を示すレンズ構成図
であり、ここでは前半部のレンズ構成は第５の実
施例と同一とし、後半部のレンズ構成は第５の実
施例を0.8倍に比例縮小して組合わせたもので、
全系で結像倍率0.8倍のテレセントリツク結像光
学系を構成したものである。

【表】

【表】 なお、第２２図は第11の実施例における球面収
差および非点収差を示す収差曲線図である。 また、等倍以外の結像倍率を有し、画面寸法の
大きなテレセントリツク結像光学系を構成する場
合には、必ずしも第11の実施例のように、前半部
と後半部の曲率半径、面間隔を比例拡大、縮小さ
せて焦点距離を変化させる必要はなく、例えば前
後のレンズ群は対称配置とし、中央部に配置する
両凸レンズを対称中心からずらせて配置すること
により所望の結像倍率とすることも可能である。 実施例 12 第12の実施例は、中央部に配置する両凸レンズ
をレンズ系の対称中心からずらせて配置したもの
で、第２３図はそのレンズ構成図である。

【表】

【表】 なお、第２４図は第12の実施例における球面収
差および非点収差を示す収差曲線図である。 また、第12の実施例では中央部の両凸レンズを
色消しの貼合せレンズとしていないため、該レン
ズを非対称に配置すると倍率色収差が発生する
が、テレセントリツク結像光学系においては物体
距離を変化させても結像倍率は変化しない特性が
あるため、適切な物体距離（この実施例では
125.5）を設定することにより、結像倍率を変え
ず、倍率色収差を補正することができる。 （効果） 以上の説明からも明らかな如く、本発明によれ
ば比較的簡単なレンズ構成により、物体像面距離
と比較して画面寸法が大きなテレセントリツク結
像光学系を得ることができ、しかも等倍前後で、
任意の結像倍率のテレセントリツク結像光学系と
することも可能である。 さらに、本発明に係るテレセントリツク結像光
学系を実際装置に組込んだ場合、その全長を短か
く、小型化することができる等、実用上多大の利
点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るテレセントリツクな結像
光学系の基本構成を示すレンズ構成図、第２図は
第１図に示す結像光学系の収差曲線図、第３図、
第５図、第７図、第９図、第１１図、第１３図、
第１５図、第１７図、第１９図、第２１図および
第２３図はそれぞれ本発明に係るテレセントリツ
ク結像光学系の実施例を示すレンズ構成図、第４
図、第６図、第８図、第１０図、第１２図、第１
４図、第１６図、第１８図、第２０図、第２２図
および第２４図はそれぞれの直前の図に示す各実
施例における収差曲線図、第２５図は従来の一般
的なテレセントリツク結像光学系、第２６図は第
２５図に示す結像光学系の収差曲線図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 両凸レンズの前後に、それぞれ３群から成る
   レンズ系を配置した光学系であつて、前群レンズ
   を物体側より、両凸レンズ、物体側に凸面を向け
   たメニスカスまたは平凸レンズ、両凹レンズの３
   群より構成するとともに、後群レンズを像側よ
   り、両凸レンズ、像面側に凸面を向けたメニスカ
   スまたは平凸レンズ、両凹レンズの３群より構成
   し、前群レンズの後側焦点と後群レンズの前側焦
   点とを中央部の両凸レンズの近傍でほぼ一致させ
   たことを特徴とする画面寸法の大きなテレセント
   リツク結像光学系。 ２ 構成レンズの少なくとも１つを、屈折率、分
   散の異なる硝材を組合わせた貼合せレンズとした
   特許請求の範囲第１項記載の画面寸法の大きなテ
   レセントリツク結像光学系。