JPH0634880A - 結像光学系 - Google Patents

結像光学系

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JPH0634880A
JPH0634880A JP18530992A JP18530992A JPH0634880A JP H0634880 A JPH0634880 A JP H0634880A JP 18530992 A JP18530992 A JP 18530992A JP 18530992 A JP18530992 A JP 18530992A JP H0634880 A JPH0634880 A JP H0634880A
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Koichi Maruyama
晃一 丸山
Shunichiro Wakamiya
俊一郎 若宮
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Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 物体距離の変化に伴うフォーカシングによっ
ても結像倍率が変化しない結像光学系を提供することを
目的とする。 【構成】 物体側より順に、対物レンズ21、リレーレ
ンズ22,23、フォーカシングのために光軸方向に移
動可能なフォーカシングレンズ24が配列して構成さ
れ、リレーレンズ22,23は、フォーカシングレンズ
24の後側主点から結像点までの距離をdxとして、対
物レンズの後側焦点と、フォーカシングレンズの前側主
点から距離dx分物体側の点とをほぼ共役にする機能を
有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば光情報記録再
生装置等の光学系として用いられる結像光学系に関し、
特に、物体位置の光軸方向の位置の変化に伴うピントズ
レを補正するフォーカシング機能を有する結像光学系に
関する。
【0002】
【従来の技術】結像光学系のフォーカシング方式として
は、一般にはレンズ系全体を移動させる全体繰り出し方
式が多く用いられる。この方式は、物体が無限遠方にあ
る場合、すなわち、物体からレンズ系への入射光束が平
行光束と見なせる場合には、像の大きさが変化しない。
ただし、レンズ系全体を移動させるためには、必然的に
駆動機構が大がかりとなる。
【0003】また、望遠レンズでは、レンズ群内の一部
のレンズ群を移動させることによりフォーカシングを行
なうインナーフォーカス方式、ズームレンズでは、最も
物体側のレンズを移動させることによりフォーカシング
を行なう前群繰り出し方式が採用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のフォーカシング方式では、物体の位置の変化に
よるデフォーカスを解消するためにフォーカシングする
と、結像倍率が変化する場合がある。単一の結像スポッ
トを形成使用する光学系では、倍率の変化はさほど影響
を与えないが、例えば複数のビームにより複数のスポッ
トを形成使用するマルチビーム光学系の場合には、倍率
の変化により各スポット間の間隔が変化してしまい、光
学系の使用上不都合を生じる場合がある。
【0005】
【発明の目的】この発明は、上述した従来技術の課題に
鑑みてなされたものであり、物体距離の変化に伴うフォ
ーカシングによっても結像倍率が変化しない結像光学系
を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる結像光
学系は、上記の目的を達成させるため、物体側より順
に、対物レンズ、リレーレンズ、フォーカシングのため
に光軸方向に移動可能なフォーカシングレンズが配列し
て構成され、リレーレンズは、フォーカシングレンズの
後側主点から結像点までの距離をdxとして、対物レン
ズの後側焦点と、フォーカシングレンズの前側主点から
距離dx分物体側の点とをほぼ共役にする機能を有する
ことを特徴とする。
【0007】
【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。
【0008】一般には、インナーフォーカス方式のレン
ズ系はフォーカシングにより焦点距離が変化し、結像倍
率も変化する。この発明の光学系は、対物レンズとフォ
ーカシングレンズとの間にリレーレンズを設け、このリ
レーレンズによりフォーカシングレンズの後側主点から
結像点までの距離をdxとして、対物レンズの後側焦点
と、フォーカシングレンズの前側主点から距離dx分物
体側の点とをほぼ共役にすることにより、フォーカシン
グによる倍率の変化を抑えている。
【0009】まず、3つのレンズ要素により構成される
光学系の倍率について説明し、この発明の原理を説明す
る。
【0010】以下の説明では、第1のレンズのパワーを
A、第2のレンズのパワーをB、第3のレンズのパワー
をC、第1のレンズの後側主点から第2のレンズの前側
主点までの距離をdx1、第2のレンズの後側主点から第
3のレンズの前側主点までの距離をdx2、第3レンズの
後側主点から結像点までの距離をdxとする。各レンズ
は有限結像系であり、そのパワーA,Cは共に0以外の
数値をとる。
【0011】この光学系の合成結像倍率mは、X=A−
ABdx1+B、D=dx2+dxとして以下の式(1)のとお
りとなる。
【0012】
【数1】 m=((1−dxC)(1−Adx1−(D−dx)X)−dxX)-1 …(1)
【0013】そして、フォーカシングによる倍率の変化
は、以下の式のとおりとなる。
【0014】
【数2】 δm/δdx=C(1−Adx1−(D−2dx)(A−ABdx1+B))m2 =C(1−Adx1−(dx2−dx)(A−ABdx1+B))m2 =−C((dx1−1/A)A−(dx2−dx)(dx1−1/A)AB +(dx2−dx)A)m2 =−AC((dx1−1/A)−(dx2−dx)(dx1−1/A)B +(dx2−dx))m2 …(2)
【0015】フォーカシングによる倍率変化をなくすた
めには、(2)式の値を0とすればよい。この式の中で、
A、C、mは0でない。A、Cは前述したように0以外
の値をとり、mを0にすると有限倍率で結像できないか
らである。
【0016】したがって、倍率変化を抑えるためには
(2)式のA,C,mを除いて(3)式が成り立つように設定
する必要がある。
【0017】
【数3】 (dx1−1/A)−(dx2−dx)(dx1−1/A)B+(dx2−dx)=0 …(3)
【0018】この(3)式からBの値を解くと、以下の(4)
式が得られる。
【0019】
【数4】 B=(dx1−1/A)-1+(dx2−dx)-1 …(4)
【0020】(4)式から、(dx1−1/A)の点、すなわ
ち第1レンズの後側焦点と、(dx2−dx)の点とを共役
にする作用を第2レンズに持たせることにより、倍率変
化が0となることが理解できる。
【0021】図1は、この発明の結像光学系を円筒上に
形成されたパターンを読み取る読取装置に適用した実施
例を示す概略図である。
【0022】パターンが形成された円筒10は、図示せ
ぬ駆動機構によりその中心軸回りに回転される。読取光
学系20は、物体となる円筒10側から順に、対物レン
ズとして機能する第1レンズ21、第2レンズとしての
リレーレンズを構成するレンズ22、23、フォーカシ
ングレンズである第3レンズ24、そして、結像された
像を読み取るラインセンサー25から構成される。
【0023】円筒10と読取光学系20とは、円筒の回
転軸方向に沿って相対的にスライド可能であり、円筒1
0上のパターンを円周方向に沿って順に輪帯状に読み取
ってゆく。
【0024】図2は、レンズ系の具体的な構成図であ
り、その数値構成は以下の表1に示される。本実施例
は、波長780nmの光を用いるレンズとして設計されたも
ので、表中の記号は、d0が物点から第1面までの距離、
fBが最終面から結像点までの距離、rが曲率半径、dがレ
ンズ厚若しくは空気間隔、nがdラインにおける屈折率、
νがアッベ数、n780が波長780nmにおける屈折率であ
る。
【0025】第2,3,6,7面は、非球面である。非
球面は、光軸からの高さがyとなる非球面上の座標点の
非球面頂点の接平面からの距離をx、非球面頂点の曲率
(1/r)をC、円錐係数をK、4次、6次の非球面係数を
A4,A6として、以下の式で表される。なお、表1にお
ける非球面の曲率半径は、非球面頂点の曲率半径であ
り、これらの面の円錐係数、非球面係数は表2に示され
る。
【0026】
【数5】 x=Cy2/(1+√(1−(1+K)C22)) + A4y4 + A6y6
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】 第2面 第3,7面 第6面 K = -0.77200 K = -0.79400 K = -0.79400 A4 = 0.00000 A4 = 0.95400×10-5 A4 = -0.95400×10-5 A6 = 0.00000 A6 = -0.22000×10-5 A6 = 0.22000×10-5
【0029】次に、図3にしたがって上記の実施例にお
ける各レンズ間の距離を説明する。図3は、第1レンズ
の前側焦点に物体が位置する場合の数値を示し、第2レ
ンズを構成するレンズ22,23を図示省略して第1レ
ンズ21と第3レンズ24とのみを表示している。
【0030】第1レンズ21の焦点距離は20.000mm、前
側主点P1から入射端面までの距離は1.175mm、後側主点
P2から射出端面までの距離は0.175mmである。レンズ2
1の射出端面から後側焦点P3までは19.825mm、レンズ
21の射出端面からレンズ24の入射端面までの距離は
70.893mmである。
【0031】レンズ22,23,24は同一のレンズで
あり、焦点距離は10.000mmである。レンズ24の配置で
は、前側主点P6から入射端面までの距離は0.205mm、後
側主点P7から射出端面までの距離は1.158mmである。レ
ンズ24の前側焦点P4と入射側端面との距離は9.795mm
である。
【0032】レンズ24の後側主点から結像点までの距
離dxは、この状態では焦点距離に一致し、10.000mmと
なる。したがって、図3に示すように、レンズ24の前
側主点P6から距離dx分物体側の点P4はレンズ24の
前側焦点に一致し、レンズ21の後側焦点P3と点P4と
の間隔は41.273mmとなる。
【0033】リレーレンズであるレンズ22、23は、
これらの点P3とP4とを共役とするため、その共役距離
は41.273mmとする必要がある。
【0034】なお、点P4を距離dxを定義して規定する
のは、点P4をレンズ24の前側焦点として定義する
と、フォーカシングによりレンズ24が移動したときに
点P4も移動してしまい、リレーレンズの共役距離を一
義的に定義することができないからである。
【0035】表3は、実施例の構成による物体位置の変
化及びフォーカシングのためのレンズ24の移動量と、
倍率との関係を示す。リレーレンズの有無により、倍率
の符号は正負逆となるが、倍率の符号が変わってもスポ
ットの間隔は変化しないため、実質上の差異はない。
【0036】
【表3】
【0037】比較のため、リレーレンズが設けられてい
ない場合の同様の数値を以下の表4に示す。
【0038】
【表4】
【0039】表3と4とを比較することにより、リレー
レンズを設けることによりフォーカシングによる倍率の
変化を抑制できることが理解できる。
【0040】なお、上記の実施例では、フォーカシング
レンズの直後にセンサが配置される例を示したが、この
フォーカシングレンズにより形成される像をさらに伝達
して使用する場合にも同様の効果を得ることができる。
また、フォーカシングレンズと対物レンズとの配置関係
が上記実施例と逆になる場合にも同様に結像倍率を変化
させない光学系を得ることができる。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、対物レンズとフォーカシングレンズとの間にリレー
レンズを設け、その共役距離を適宜設定することによ
り、フォーカシングによる結像倍率の変化を抑えること
ができる。
【0042】したがって、この発明をマルチビーム方式
の光記録再生装置等に用いることにより、フォーカシン
グによる像面上でのスポットの間隔の変化を抑えること
ができ、正確な記録再生を行なわせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施例にかかる読取装置の概略構
成図である。
【図2】 読取光学系のレンズの説明図である。
【図3】 対物レンズとフォーカシングレンズとの数値
関係を示すための説明図である。
【符号の説明】
21…対物レンズ 22,23…リレーレンズを構成するレンズ 24…フォーカシングレンズ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】物体側より順に、対物レンズ、リレーレン
    ズ、フォーカシングのために光軸方向に移動可能なフォ
    ーカシングレンズが配列して構成され、前記リレーレン
    ズは、前記フォーカシングレンズの後側主点から結像点
    までの距離をdxとして、前記対物レンズの後側焦点
    と、前記フォーカシングレンズの前側主点から距離dx
    分物体側の点とをほぼ共役にする機能を有することを特
    徴とする結像光学系。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8711473B2 (en) 2007-09-14 2014-04-29 Olympus Corporation Focus adjustment unit and optical scanning microscope

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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