JPH0727117B2 - Lighting lens - Google Patents

Lighting lens

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JPH0727117B2
JPH0727117B2 JP62193328A JP19332887A JPH0727117B2 JP H0727117 B2 JPH0727117 B2 JP H0727117B2 JP 62193328 A JP62193328 A JP 62193328A JP 19332887 A JP19332887 A JP 19332887A JP H0727117 B2 JPH0727117 B2 JP H0727117B2
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illuminated
height
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健次 遠藤
春生 植村
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大日本スクリ−ン製造株式会社
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明は、プリント基板やIC等の回路パターンの露光
装置、あるいは製版用の密着焼付装置や殖版機、その他
複写装置等の各種照明系に適用することができ、特に被
照射面上の周辺部の照度低下を起こすことなく全面を均
一に、あるいは必要に応じて周辺部の照度を上げて照明
するように改善した照明用レンズに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION << Industrial Application Field >> The present invention relates to an exposure apparatus for a circuit pattern of a printed circuit board, an IC, etc., or a contact printing apparatus for plate making, an intaglio machine, and other various illumination systems such as a copying machine. The present invention relates to an illumination lens which can be applied to, and particularly improved so as to illuminate the entire surface uniformly or without increasing the illuminance of the peripheral portion on the irradiated surface, or by increasing the illuminance of the peripheral portion as necessary. Is.

《従来技術》 この種の照明用レンズは第15図に示すように面光源LSと
被照射面OGとの間に配置され、例えば第16図に示すよう
な単レンズLによつて構成されている。
<< Prior Art >> An illumination lens of this type is arranged between a surface light source LS and an illuminated surface OG as shown in FIG. 15, and is constituted by a single lens L as shown in FIG. 16, for example. There is.

ちなみに、その具体例は第1表の如くである。By the way, specific examples are as shown in Table 1.

第 1 表 a=50、 b=100、y=10、 f=1 r1=0.5、r2=−0.5、d=1.5、n=1.5 ただし、fは単レンズLの焦点距離、その他の符号は第
15図及び第16図中に示すものである。そして、この種の
照明用レンズは第15図に示すように、前方に配置した光
源LSの実像を第1面r1によつて第2面r2の近傍P点に形
成し、入射瞳Aの実像を第2面r2によつてレンズ後方に
配置した被照射面OG上に投影することにより被照射面OG
をできるだけ均一に照明するように構成されている。か
かる照明用レンズはリレーコンデンサ型のレンズとして
周知である。
Table 1 a = 50, b = 100, y = 10, f = 1 r 1 = 0.5, r 2 = -0.5, d = 1.5, n = 1.5 where, f is the focal length of the single lens L, other code Is the
This is shown in FIGS. 15 and 16. Then, as shown in FIG. 15, this type of illumination lens forms a real image of the light source LS arranged in the front by the first surface r 1 at a point P in the vicinity of the second surface r 2 , and the entrance pupil A By projecting a real image of the object on the illuminated surface OG arranged behind the lens by the second surface r 2 , the illuminated surface OG
Are illuminated as uniformly as possible. Such an illumination lens is known as a relay condenser type lens.

《発明が解決しようとする問題点》 前述した従来の照明用光学系の場合には被照射面OG上の
照度分布は第17図に示すように周辺部ほど低下する。
<< Problems to be Solved by the Invention >> In the case of the above-described conventional illumination optical system, the illuminance distribution on the illuminated surface OG decreases toward the peripheral portion as shown in FIG.

例えば第1表の設定条件下では被照射面OG上の中央部
(θ=0゜)を100%としたとき、計算上ではその照度
分布が90%以上にになるのは照射高がH=18までの領域
(出射角θ=10゜までに相当する)にすぎず、また照射
高がH=40の領域(θ=22゜に相当)では照度分布が58
%、照射高がH=50の領域(θ=27゜に相当)では照度
分布が41%まで低下する。
For example, under the setting conditions shown in Table 1, when the central part (θ = 0 °) on the irradiated surface OG is 100%, the calculated illuminance distribution is 90% or more when the irradiation height is H = The area is only up to 18 (corresponding to the exit angle θ = 10 °), and the illuminance distribution is 58 in the region where the irradiation height is H = 40 (corresponding to θ = 22 °).
%, The illuminance distribution drops to 41% in the region where the irradiation height is H = 50 (corresponding to θ = 27 °).

これは、上記従来の照明用レンズが照度分布の向上につ
いて何ら考慮が払われていないことが原因である。
This is because the conventional illuminating lens described above does not consider the improvement of the illuminance distribution.

一方、被照射面OG上の照度分布は以下に示すように考え
ることができる。
On the other hand, the illuminance distribution on the illuminated surface OG can be considered as follows.

第15図において、光源LSは光軸Z上にあり、光源LSの中
心からの光線b1はレンズLの入射瞳Aへ入射高hへ入射
するとすれば、 この光線b1はレンズL内を経て出射瞳Bより出射し被照
射面OG上の照射高Hに達する。
In FIG. 15, if the light source LS is on the optical axis Z, and the light beam b 1 from the center of the light source LS is incident on the entrance pupil A of the lens L at an incident height h, then this light beam b 1 travels inside the lens L. After that, the light exits from the exit pupil B and reaches the irradiation height H on the irradiation target surface OG.

一方、入射瞳A上で、hから微小高△h離れた位置へ入
射した光線は、被照射面OG上で、Hから微小高△H離れ
た位置に達する。
On the other hand, the light ray incident on the entrance pupil A at a position separated by a minute height Δh from h reaches a position separated by a minute height ΔH from H on the irradiated surface OG.

この場合、レンズの透過時における光量損失が全くない
とすると、入射瞳Aで、入射高hを内径とし、幅を△h
とする輪帯状の微小面積△S1を通過した光束は、同様に
被照射面OG上の照射高Hを内径とし、幅を△Hとする輪
帯状の微小面積△S2に達する。
In this case, assuming that there is no light amount loss at the time of transmission through the lens, at the entrance pupil A, the entrance height h is the inner diameter and the width is Δh.
The light flux that has passed through the ring-shaped minute area ΔS 1 reaches a ring-shaped minute area ΔS 2 having the irradiation height H on the surface OG to be the inner diameter and the width ΔH.

ここで、△S1,△S2は、次式で表わされる。Here, ΔS 1 and ΔS 2 are expressed by the following equations.

△S1=π{(h+△h)−h2} △S2=π{(H+△H)−H2} 従つて入射瞳A上の入射高hにおける照度をeとする
と、被照射面OG上の照射高Hにおける照度Eは、上記微
小面積の比(△S1/△S2)に比例するから次式で表わさ
れる。
ΔS 1 = π {(h + Δh) 2 −h 2 } ΔS 2 = π {(H + ΔH) 2 −H 2 } Therefore, if the illuminance at the entrance height h on the entrance pupil A is e, The illuminance E at the irradiation height H on the irradiation surface OG is proportional to the ratio (ΔS 1 / ΔS 2 ) of the minute areas and is therefore expressed by the following equation.

E=e(△S1/△S2) =e(2h△h+△h2)/(2H△H+△H2) =e(△h/△H){(2h+△h)/(2H+△H)} ここで、△Hを限りなく0に近づけると、 および、 となり、 Eは次式で表わされる。E = e (△ S 1 / △ S 2 ) = e (2h △ h + △ h 2 ) / (2H △ H + △ H 2 ) = e (△ h / △ H) {(2h + △ h) / (2H + △ H)} Here, if ΔH is brought close to 0 as much as possible, and, And E is expressed by the following equation.

E=ef(H) ただし、f(H)=(dh/dH)(d/H) …… である。E = ef (H) However, f (H) = (dh / dH) (d / H).

ここで、入射瞳A上の照度eが入射高hと無関係に一定
であるとみなされる場合(入射瞳Aにおける照度分布が
均一である場合)には、上記関数f(H)は入射瞳A上
の照度に対する被照射面OG上の相対照度そのものを示
す。
Here, when the illuminance e on the entrance pupil A is considered to be constant irrespective of the entrance height h (when the illuminance distribution on the entrance pupil A is uniform), the function f (H) is calculated as follows. The relative illuminance itself on the irradiated surface OG with respect to the above illuminance is shown.

すなわち、被照射面OG上の照射高H=0である中心部の
相対照度はf(0)で表わされ、中心部以外(H≠0)
の相対照度はf(H)で表わされる。
That is, the relative illuminance in the central portion where the irradiation height H = 0 on the surface to be illuminated OG is represented by f (0), and other than the central portion (H ≠ 0)
The relative illuminance of is represented by f (H).

次に、正弦条件を満しているレンズについて被照射面の
周辺照度が下がる原因を述べる。正弦条件を満している
レンズは入射高hと出射角θとの間に次式が成立してい
る。
Next, the reason why the peripheral illuminance of the illuminated surface of the lens satisfying the sine condition is lowered will be described. For a lens satisfying the sine condition, the following expression is established between the entrance height h and the exit angle θ.

h=fsinθ …… (ただし、fはレンズの焦点距離)、 以下、第15図を参照しながら上記正弦条件と周辺におけ
る照度低下との関係について説明する。
h = fsin θ (where f is the focal length of the lens), and the relationship between the sine condition and the reduction in illuminance in the surroundings will be described below with reference to FIG.

上記照明用レンズLは、その焦点距離(f=1)が光源
LSと当該レンズLとの間隔(a=50)に対して十分小さ
く、光源LSの中心からの光が入射瞳Aに入射高hで入射
し、P点に収束した後出射角θで出射し、被照射面OG上
で照射高Hとなる点Rに達するものとする。
The focal length (f = 1) of the illumination lens L is the light source.
It is sufficiently small with respect to the distance (a = 50) between the LS and the lens L, and the light from the center of the light source LS enters the entrance pupil A at an entrance height h, converges at the point P, and then exits at the exit angle θ. , The point R on the surface OG to be the irradiation height H is reached.

第15図より照射高Hは次式で表わされる。From FIG. 15, the irradiation height H is expressed by the following equation.

H=btanθ …… このとき、被照射面OGにおける照度は前記式のように
(dh/dH)(h/H)で規定される。
H = btan θ ...... At this time, the illuminance on the irradiated surface OG is defined by (dh / dH) (h / H) as in the above equation.

一方、前記、式から、 (dh/dθ)=fcosθ、(dH/dθ)=b/cos2θ (h/H)=(f/b)cosθ となり、照度は次式で表わされる。Meanwhile, the, from the formula, (dh / dθ) = fcosθ , (dH / dθ) = b / cos 2 θ (h / H) = (f / b) cosθ , and the illuminance is expressed by the following equation.

(dh/dH)(h/H)=(f2/b2)cos4θ …… 式は、正弦条件を満たすレンズを用いると、被照射面
における照度が、出射角θのコサイン4乗に比例して、
低下することを示している。
(Dh / dH) (h / H) = (f 2 / b 2 ) cos 4 θ …… The formula shows that if a lens that satisfies the sine condition is used, the illuminance on the illuminated surface is the cosine of the exit angle θ raised to the fourth power. Proportionally
It shows that it will decrease.

ところで、第1表の従来レンズは、実際に光線追跡計算
を行なうと、入射高hが大きくなると前記式が成立し
なくなり、h<f・sinθになつていることが確認でき
た。すなわち式において (dh/dH)(h/H)<(f2/b2)cos4θ となつており、正弦条件を満しているレンズよりさらに
周辺照度が低下することになる。
By the way, in the conventional lens shown in Table 1, when the ray tracing calculation was actually performed, it was confirmed that the above formula was not satisfied when the incident height h became large, and h <f · sin θ. In other words, in the formula, (dh / dH) (h / H) <(f 2 / b 2 ) cos 4 θ, which means that the ambient illuminance will be lower than that of a lens satisfying the sine condition.

このため従来の照明系では±5%程度の均一な照度分布
を確保しようとすれば出射角θは10゜くらいまでしか使
えないので、所要の照射エリアを確保するには、光源か
ら被照射面までの光路長が長くなり、装置全体が大型化
する。
For this reason, in the conventional illumination system, if the uniform illuminance distribution of about ± 5% is to be secured, the emission angle θ can be used only up to about 10 °. Therefore, in order to secure the required irradiation area, from the light source to the illuminated surface. The length of the optical path up to is increased, and the size of the entire device is increased.

また、このような照明系で被照射面に置いた透過原板等
を照明し、その原板の像を結像レンズで投影する場合に
は投影された像は結像レンズのコサイン4乗則等の影響
により、周辺部でさらに照度低下したものとなる。従来
かかる結像レンズによる周辺照度の低下を照明用レンズ
により積極的に補正することはできなかつた。
Further, when a transparent original plate or the like placed on the surface to be illuminated is illuminated by such an illumination system and an image of the original plate is projected by an imaging lens, the projected image is the cosine fourth law of the imaging lens or the like. Due to the influence, the illuminance is further reduced in the peripheral area. Conventionally, it has not been possible to positively correct the decrease in peripheral illuminance due to such an imaging lens by the illumination lens.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被
照射面上の周辺部での照度低下をもたらすことなく全面
を均一に、あるいは上記のような結像レンズによる周辺
照度低下を補正して照明し得る照明用レンズを提供する
ことをその目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and evenly corrects the entire surface without reducing the illuminance at the peripheral portion on the irradiated surface, or corrects the peripheral illuminance reduction due to the imaging lens as described above. It is an object of the present invention to provide an illuminating lens that can be illuminated with light.

《問題点を解決するための手段》 本発明は上記目的を達成するためになされたものであ
り、かかる照明用レンズは以下のように構成される。
<< Means for Solving the Problems >> The present invention has been made to achieve the above object, and such an illumination lens is configured as follows.

即ち、光源と被照射面との間に配置され、2群2枚のレ
ンズから成る照明用レンズであつて、光源側より順次第
1レンズは後面が凸面である正レンズ、第2レンズは両
面が凸面である正レンズで構成し、かつ下記条件式を満
足するように構成したことを特徴とするものである。
That is, an illumination lens which is arranged between a light source and a surface to be illuminated and which is composed of two lenses in two groups, wherein the first lens is a positive lens whose rear surface is a convex surface and the second lens is a double lens in order from the light source side. Is composed of a positive lens having a convex surface and is configured to satisfy the following conditional expression.

−3.0≦(d3/r4)≦−0.3 …… 1.0f≦f2≦1.55f …… ただし、 fはこの照明用レンズ全体の合成焦点距離 f2は第2レンズの焦点距離 d3は第2レンズの厚み r4は第2レンズの後面の曲率半径 である。−3.0 ≦ (d 3 / r 4 ) ≦ −0.3 …… 1.0f ≦ f 2 ≦ 1.55f …… However, f is the combined focal length f 2 of this entire illumination lens, and the focal length d 3 of the second lens is The thickness r 4 of the second lens is the radius of curvature of the rear surface of the second lens.

《作 用》 以下、上記構成に係る照明用レンズの作用について、第
2図、第3図及び第15図を参照しながら説明する。
<< Operation >> The operation of the illumination lens having the above-described configuration will be described below with reference to FIGS. 2, 3, and 15.

先ず本発明に係る照明用レンズは2枚構成のレンズであ
る。これら2枚のレンズL1、L2による合成焦点距離(以
下単に照明用レンズの焦点距離と称する)fに比べて光
源LSと照明用レンズLとの間隔a及び照明用レンズLと
比照射面OGとの間隔b′は十分大きく設定されており、
かつ、第1レンズL1は後面に凸面をもつ正レンズ、第2
レンズは両面に凸面をもつ正レンズで構成され、第1レ
ンズL1によつて第2レンズL2の近傍に光源の像を形成す
るとともに、第1レンズL1の前面に設定された入射瞳A
の像を第2レンズL2によつて被照射面OG上に投影するよ
うになつている。
First, the illuminating lens according to the present invention is a two-lens configuration lens. The distance a between the light source LS and the illuminating lens L and the illuminating lens L and the specific irradiation surface are compared with the combined focal length f (hereinafter simply referred to as the focal length of the illuminating lens) f formed by these two lenses L 1 and L 2. The distance b'with OG is set large enough,
Moreover, the first lens L 1 is a positive lens having a convex surface on the rear surface, and the second lens
Lens is a positive lens having a convex surface, thereby forming an image of the light source in the vicinity of the O connexion second lens L 2 to the first lens L 1, the entrance pupil, which is set in front of the first lens L 1 A
Is projected onto the illuminated surface OG by the second lens L 2 .

次に、本願照明用レンズLに関して入射高hと出射角θ
との間に h=ftanθ …… の性質をもたらせれば、被照射面OGは均一に照射される
ことを説明する。
Next, regarding the illumination lens L of the present application, the entrance height h and the exit angle θ
It is explained that the irradiated surface OG is uniformly irradiated if the property of h = ftan θ is brought between and.

式から、 (dh/dθ)=f/cos2θ 又(dH/dθ)=b/cos2θ,h/H=f/b となるので両式を前記式に代入すると、 (dh/dH)(h/H)=f2/b2 …… となる。式は出射角θすなわち、照射高Hにかかわら
ず、被照射面の照度が一定であることを示している。
From the equation, (dh / dθ) = f / cos 2 θ and (dH / dθ) = b / cos 2 θ, h / H = f / b. Therefore, substituting both equations into the above equation gives (dh / dH ) (H / H) = f 2 / b 2 ... The expression shows that the illuminance on the illuminated surface is constant regardless of the emission angle θ, that is, the illumination height H.

さらに、θが大きくなつたとき、 h>f・tanθ …… であれば、被照射面OGは、むしろ、周辺の方が中心より
照度が上昇することは容易に類推される。
Furthermore, when θ becomes large and h> f · tan θ, it is easily inferred that the illuminated surface OG is more peripheral and the illuminance is higher than the center.

本照明用レンズは、かかるあるいは式の性質をもた
せるために、〜の条件を満足するように構成され
る。
The present illumination lens is configured so as to satisfy the conditions (1) to (3) in order to have the property of this or the formula.

即ち、光源の大小にかかわらず、入射高hの大きい光線
が第2レンズL2から出射するときの出射角θをあまり大
きくしないようにするとともに、入射高hの小さい光線
の第2レンズL2からの出射角を大きくすることで被照射
面の周辺部での照度低下をなくすようになつている。
That is, irrespective of the size of the light source, the output angle θ of a light beam having a large incident height h emitted from the second lens L 2 is set not to be too large, and the light beam having a small incident height h is set to the second lens L 2 By increasing the angle of emission from, the reduction in illuminance at the peripheral portion of the illuminated surface is eliminated.

例えば第2図において、光軸Zに平行な光線は強い屈折
力をもつ第1レンズL1の後面r2によつて屈折されるが、
この第1レンズL1の大きな球面収差により入射高hが大
きい光線ほど強く屈折される。このため入射高hが大き
い光線Q1の光軸Zを切る位置P1は入射高hが小さい光線
Q2の光軸Zを切る位置P2よりも前方になる。
For example, in FIG. 2, a ray parallel to the optical axis Z is refracted by the rear surface r 2 of the first lens L 1 having a strong refractive power,
Due to the large spherical aberration of the first lens L 1, a light ray having a large incident height h is strongly refracted. Therefore, the position P 1 that cuts the optical axis Z of the light ray Q 1 with a large incident height h is a light ray with a small incident height h.
It is located ahead of the position P 2 that cuts the optical axis Z of Q 2 .

しかるに、後述する条件式で規定するように、第2レ
ンズL2の後面r4は光線の像点P1〜P2よりも後方にあつて
大きな屈折力を有しており、上記のように入射高hが大
きくP1の位置で光軸Zと交つた光線Q1に対しては、その
面r4の屈折力はあまり作用せず、むしろ入射高hが小さ
くP2の位置で光軸Zと交つた光軸Q2に対して発散作用を
もつことになる。つまり相対的に入射高hの大きい光線
の出射角を小さく抑えて被照射面の周辺部での照度低下
を防ぐのである。
However, as defined by the conditional expression described later, the rear surface r 4 of the second lens L 2 has a large refracting power behind the image points P 1 to P 2 of the light rays, and as described above. For the ray Q 1 which has a large incident height h and intersects the optical axis Z at the position of P 1 , the refracting power of the surface r 4 does not act so much, and rather the incident height h is small and the optical axis at the position of P 2 is small. It has a divergent effect on the optical axis Q 2 intersecting with Z. That is, the emission angle of a light beam having a relatively large incident height h is suppressed to be small to prevent a decrease in illuminance in the peripheral portion of the illuminated surface.

なお、第1レンズL1の後面r2は正のコマ収差を発生す
る。これは、例えば第3図に示すように、光源の下端部
から発して第1レンズ前面r1の下端部に入射した光線Q3
の第2レンズ後面r4への入射高が大きくなりすぎないよ
うに当該後面r2を規定したことを意味する。即ち、第2
レンズ後面r4への入射高が大きくなり過ぎると、その面
r4の強い屈折力によつて出射角θが逆に小さくなり過ぎ
るため、有効照射域が狭くなるからである。
The rear surface r 2 of the first lens L 1 produces positive coma. This is, for example, as shown in FIG. 3, a light beam Q 3 emitted from the lower end of the light source and incident on the lower end of the first lens front surface r 1.
This means that the rear surface r 2 is defined so that the incident height on the rear surface r 4 of the second lens does not become too large. That is, the second
If the incident height on the rear surface r 4 of the lens becomes too large, that surface
This is because the output angle θ becomes too small on the contrary due to the strong refractive power of r 4 , and the effective irradiation area becomes narrow.

本照明用レンズは下記条件式を満足するように構成され
ている。
The present illumination lens is constructed so as to satisfy the following conditional expression.

−3.0≦(d3/r4)≦−0.3 …… 第式は、第2レンズL2の後面r4の屈折力と、当該レン
ズL2の厚みd3を規定するものであり、上記第1レンズL1
の後面r2で屈折された光線がレンズ鏡筒でケラレ(vign
effing)を生じたり、あるいはその出射角が小さくなり
過ぎないように、上限及び下限を規定したものである。
-3.0 ≦ (d 3 / r 4 ) ≦ -0.3 ...... The expression is intended to define the refractive power of the rear surface r 4 of the second lens L 2, a thickness d 3 of the lens L 2, said first 1 lens L 1
Rays refracted by the rear surface r 2 of the lens barrel vignet (vign
The upper limit and the lower limit are defined so that the emission angle does not become too small.

即ち、(d3/r4)が下限値よりも小さくなると、第2レ
ンズ後面の曲率半径r4は負であるから、その面の屈折力
が大きくなり、軸上及び軸外から入射する入射高hが大
きい光線Q1、Q3に対して、出射角θが小さくなり過ぎ、
被照射面上での有効照射域が小さくなる。又、第2レン
ズL2の厚みd3が相対的に厚くなり、レンズ鏡筒によるケ
ラレが生じ光エネルギの損失を生ずる。
That is, when (d 3 / r 4 ) becomes smaller than the lower limit value, the radius of curvature r 4 of the rear surface of the second lens is negative, so that the refracting power of that surface becomes large and the incident light enters from on-axis and off-axis. For rays Q 1 and Q 3 with a high height h, the exit angle θ becomes too small,
The effective irradiation area on the irradiated surface becomes smaller. Further, the thickness d 3 of the second lens L 2 becomes relatively thick, vignetting due to the lens barrel occurs, and light energy is lost.

逆に、(d3/r4)が上限値より大きくなると、第2レン
ズL2の屈折力をある程度大きく維持すべく、第2レンズ
前面(第3面)の曲率半径r3は第3図仮想線で示すよう
に小さく、かつレンズ間隔d2をある程度大きくせざるを
得ない。その結果、軸外光線で第1レンズL1の下端部に
入射する光線Q3はレンズ間隔d2を大きくした分だけ第3
面への入射高が大きくなる。そのため第3面での屈折力
が大きく作用し、出射角θが小さくなり過ぎる。従つて
被照射面上での有効照射域が狭くなる。上記第式はか
かる不都合が生じないよう第2レンズ後面r4とレンズ厚
d3とを規定しているのである。
Conversely, when the (d 3 / r 4) is greater than the upper limit value, the refractive power of the second lens L 2 to maintain to some extent, the radius of curvature r 3 of the second lens front surface (third surface) of Figure 3 As shown by the phantom line, it must be small and the lens interval d 2 must be increased to some extent. As a result, the ray Q 3 which is an off-axis ray and is incident on the lower end portion of the first lens L 1 is the third ray as much as the lens interval d 2 is increased.
The height of incidence on the surface increases. Therefore, the refracting power on the third surface is large, and the emission angle θ becomes too small. Therefore, the effective irradiation area on the irradiated surface becomes narrow. In order to prevent such inconvenience from occurring, the above equation should be applied to the second lens rear surface r 4
It defines d 3 .

本照明用レンズはさらに下記条件式を満足するように構
成されている。
The present illumination lens is further configured to satisfy the following conditional expression.

1.0f≦f2≦1.55f …… 第式は第2レンズL2の焦点距離f2を規定するものであ
る。
1.0f ≦ f 2 ≦ 1.55f ...... The formula defines the focal length f 2 of the second lens L 2 .

第2レンズL2の焦点距離f2がその下限値より小さくなる
と、レンズの下端部に入射する光線Q3に対する屈折力が
強くなり過ぎて、出射角θが小さくなり、被照射面上で
の有効照射域が小さくなる。
The focal length f 2 of the second lens L 2 is smaller than the lower limit value, too strong refractive power for light Q 3 incident on the lower portion of the lens, the exit angle θ becomes small, on the surface to be illuminated The effective irradiation area becomes smaller.

逆に焦点距離f2がその上限値よりも大きくなると、L2
よる入射瞳面と、被照射面との共役関係より、その倍率
はほぼf2に反比例するので、入射瞳の共役像が小さくな
る。すなわち、有効照射域が狭くなる。また、L2のパワ
ーが小さくなるので、光源の大きさにかかわらず、入射
高が大きい光線に対して出射角を小さくすることができ
なくなり、被照射面上では、中間部から周辺部にかけ
て、急激な照度低下をもたらすことになる。
On the other hand, when the focal length f 2 becomes larger than the upper limit value, the magnification is almost inversely proportional to f 2 due to the conjugate relationship between the entrance pupil plane due to L 2 and the illuminated surface, so the conjugate image of the entrance pupil becomes small. Become. That is, the effective irradiation area becomes narrow. Also, since the power of L 2 is small, it is not possible to reduce the exit angle for a light beam having a large incident height, regardless of the size of the light source, and on the irradiated surface, from the middle part to the peripheral part, This will cause a sharp decrease in illuminance.

第式は、かかる不都合が生じないように、第2レンズ
L2の焦点距離を規定しているのである。
The second formula is the second lens so that such inconvenience does not occur.
It defines the focal length of L 2 .

《実 施 例》 以下本発明に基づく照明用レンズの実施例について説明
する。
<< Examples >> Examples of the illumination lens according to the present invention will be described below.

各実施例の照明用レンズLは、いずれも2枚のレンズL1
・L2によつて構成されている。またいずれの実施例にお
いても、第15図に示す光学配置のもとで、下記の設定値
を有するものとする。
Each of the illumination lenses L of the respective examples has two lenses L 1
-It is composed of L 2 . Further, in any of the embodiments, the following set values are assumed under the optical arrangement shown in FIG.

光源の大きさ2y=17.64φ(最大入射角ωmax=10゜) 光源からレンズ入射瞳Aまでの距離a=50 第2レンズ後面から被照射面までの距離b′=100 有効照射面の大きさHmax=90φ(最大出射角θmax=24.
2゜) レンズの有効径D=1.0φ 照明用レンズの焦点距離f=1.0 そして、入射瞳Aは第1レンズL1の前面に設定され、そ
の像は被照射面OG上に投影されるように設定されてい
る。なお以下に示す照明用レンズは、いずれも第1図に
示すような統一した符号により、その配置構成を示して
ある。
Light source size 2y = 17.64φ (maximum incident angle ωmax = 10 °) Distance from light source to lens entrance pupil A a = 50 Distance from second lens rear surface to illuminated surface b ′ = 100 Effective illuminated surface size Hmax = 90φ (Maximum output angle θmax = 24.
2 °) Effective diameter of lens D = 1.0φ Focal length of illumination lens f = 1.0 And the entrance pupil A is set in front of the first lens L 1 , and its image is projected on the illuminated surface OG. Is set to. All the following illumination lenses have the same arrangement and configuration with the same reference numerals as shown in FIG.

第1の実施例 第1図は本発明に基づく照明用レンズの第1の実施例を
示し、そのレンズデータは下記第2表に示す通りであ
る。
First Example FIG. 1 shows a first example of the illumination lens according to the present invention, and its lens data is as shown in Table 2 below.

この第1実施例は下記数値を有し、前記条件式を満
足するように構成されている。
The first embodiment has the following numerical values and is constructed so as to satisfy the conditional expression.

(d3/r4)=−1.541、f2=1.526 また、被照射面上での照度分布は第4図に示すように±
4%以内に収まつている。
(D 3 / r 4 ) =-1.541, f 2 = 1.526 The illuminance distribution on the illuminated surface is ±±
It is within 4%.

この第1実施例は第2レンズL2の焦点距離f2が最大に近
くなる場合を例示したものである。なお、この第1の実
施例は、レンズの配置構成が標準的なものを示してい
る。
The first embodiment exemplifies a case where the focal length f 2 of the second lens L 2 is close to the maximum. The first embodiment shows a standard arrangement of lenses.

第2の実施例 第5図は本発明に基づく照明用レンズの第2の実施例を
示し、そのレンズデータは下記第3表に示す通りであ
る。
Second Example FIG. 5 shows a second example of the illumination lens according to the present invention, and its lens data is as shown in Table 3 below.

この第2実施例は下記数値を有し、前記条件式を満
足するように構成されている。
The second embodiment has the following numerical values and is constructed so as to satisfy the conditional expression.

(d3/r4)=−3.0、f2=1.07 また、被照射面上での照度分布は第6図に示すように±
4%以内に納まつている。
(D 3 / r 4 ) = − 3.0, f 2 = 1.07 Further, the illuminance distribution on the irradiated surface is ± as shown in FIG.
It is paid within 4%.

この第2実施例は、条件式の値(d3/r4)が最小値と
なる場合を例示したものである。
The second embodiment exemplifies a case where the value (d 3 / r 4 ) of the conditional expression becomes the minimum value.

第3の実施例 第7図は本発明に基づく照明用レンズの第3の実施例を
示し、そのレンズデータは下記第4表に示す通りであ
る。
Third Embodiment FIG. 7 shows a third embodiment of the illumination lens according to the present invention, and its lens data is as shown in Table 4 below.

この第3実施例は下記数値を有し、前記条件式を満
足するように構成されている。
The third embodiment has the following numerical values and is constructed so as to satisfy the conditional expression.

(d3/r4)=−0.3、f2=1.207 また、被照射面上での照度分布は第8図に示すように中
間部での照度低下は数%にとどまり、周辺部での照度が
数%高くなる。
(D 3 / r 4 ) = − 0.3, f 2 = 1.207 In addition, the illuminance distribution on the irradiated surface shows only a few% reduction in the illuminance in the middle part and the illuminance in the peripheral part as shown in FIG. Is a few percent higher.

この第3実施例は条件式の値(d3/r4)が最大値とな
る他の場合を例示したものである。
The third embodiment exemplifies another case where the value (d 3 / r 4 ) of the conditional expression becomes the maximum value.

第4の実施例 第9図は本発明に基づく照明用レンズの第4の実施例を
示し、そのレンズデータは下記第5表に示す通りであ
る。
Fourth Embodiment FIG. 9 shows a fourth embodiment of the illumination lens according to the present invention, and its lens data is as shown in Table 5 below.

この第4実施例は下記数値を有し、前記条件式を満
足するように構成されている。
The fourth embodiment has the following numerical values and is constructed so as to satisfy the conditional expression.

(d3/r4)=−1.524、f2=1.022 また、被照射面上での照度分布は第10図に示すように周
辺部で十分に照度が高くなる。
(D 3 / r 4) = - 1.524, f 2 = 1.022 Also, the illuminance distribution on the illuminated surface is sufficiently illuminance is higher at the peripheral portion as shown in Figure 10.

この第4実施例は第2レンズL2の焦点距離f2が他の実施
例のものに比べて最も短くなっている。
In the fourth embodiment, the focal length f 2 of the second lens L 2 is the shortest as compared with the other embodiments.

第5の実施例 第11図は本発明に基づく照明用レンズの第5の実施例を
示し、そのレンズデータは下記第6表に示す通りであ
る。
Fifth Embodiment FIG. 11 shows a fifth embodiment of the illumination lens according to the present invention, and its lens data is as shown in Table 6 below.

この第5実施例は下記の数値を有し、前記条件式を
満足するように構成されている。
The fifth embodiment has the following numerical values and is constructed so as to satisfy the conditional expression.

(d3/r4)=−2.258、f2=1.319 また、被照射面上での照度分布は第12図に示すように周
辺部で十分高く、例えば被照射面上に配置した原板を、
結像レンズを介して所要の感材に焼付けする場合に適用
しうる。
(D 3 / r 4 ) = − 2.258, f 2 = 1.319 Further, the illuminance distribution on the irradiated surface is sufficiently high in the peripheral portion as shown in FIG. 12, and for example, the original plate placed on the irradiated surface is
It can be applied when printing on a desired photosensitive material through an imaging lens.

第6の実施例 第13図は本発明に基づく照明用レンズの第6の実施例を
示し、そのレンズデータは下記第7表に示す通りであ
る。
Sixth Embodiment FIG. 13 shows a sixth embodiment of the illuminating lens according to the present invention, and its lens data is as shown in Table 7 below.

この第6実施例は下記数値を有し、前記条件式を満
足するように構成されている。
The sixth embodiment has the following numerical values and is constructed so as to satisfy the conditional expression.

(d3/r4)=−1.899、f2=1.434 また、被照射面上での照度分布は第14図に示すように中
間部での照度低下は数%で、周辺部で若干高くなつてい
る。
(D 3 / r 4 ) = − 1.899, f 2 = 1.434 In addition, the illuminance distribution on the irradiated surface shows a slight decrease in illuminance at the middle part as shown in FIG. ing.

《発明の効果》 以上の実施例にみられるように、本発明の照明用レンズ
によればレンズ後方100にある被照射面の直径80〜100の
領域が均一に、あるいは周縁ほど明るく照明される。こ
れはレンズからの出射角で22゜〜27゜に対応する。従来
のレンズでは±5%程度の照度分布を確保しようとする
と、出射角は10゜ぐらいまでしか使えなかつたのに対
し、本照明用レンズでは同じ面積の照射エリアを同程度
の照度分布で照明する時、照明レンズから被照射面まで
の距離を1/2〜1/3に短縮化できる。
<Effects of the Invention> As can be seen from the above examples, according to the illumination lens of the present invention, the area of the surface 80 to be illuminated on the rear surface 100 of the lens having a diameter of 80 to 100 is illuminated uniformly or brighter toward the periphery. . This corresponds to an exit angle from the lens of 22 ° to 27 °. With the conventional lens, if we try to secure the illuminance distribution of about ± 5%, we can only use the emission angle up to about 10 °, whereas with this illumination lens, the illumination area of the same area is illuminated with the same illuminance distribution. When doing so, the distance from the illumination lens to the illuminated surface can be shortened to 1/2 to 1/3.

さらに、必要に応じて被照射面の周縁ほど明るく照明で
きるから、たとえば照明用レンズと被照射面の間に、周
縁照度を低下せしめる光学要素があつても、最終的には
均一な照度分布を実現できる。
Furthermore, since the edge of the illuminated surface can be illuminated brighter as necessary, even if there is an optical element that reduces the edge illuminance between the illumination lens and the illuminated surface, for example, a uniform illumination distribution is finally obtained. realizable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明に基づく照明用レンズの第1の実施例を
示すレンズ構成図、第2図及び第3図はそれぞれその照
明用レンズの光線追跡図、第4図はその照明用レンズに
よる照度分布図、第5図、第7図、第9図、第11図及び
第13図はそれぞれ他の実施例を示すレンズ構成図、第6
図、第8図、第10図、第12図及び第14図はそれぞれ他の
実施例に対応する照度分布図、第15図は照明用レンズを
用いた照明光学系の原理図、第16図は従来例を示す照明
用レンズの構成図、第17図はその照明用レンズによる照
度分布図である。 LS……光源、L……照明用レンズ、L1……第1レンズ、
L2……第2レンズ、OG……被照射面、h……入射高、H
……照射高、f……合成焦点距離、f2……第2レンズの
焦点距離、r1……第1レンズ前面の曲率半径、r2……第
1レンズ後面の曲率半径、r3……第2レンズ前面の曲率
半径、r4……第2レンズ後面の曲率半径、d1……第1レ
ンズの厚み、d2……第1レンズと第2レンズの間隔、d3
……第2レンズの厚み、n1……第1レンズの屈折率、n3
……第2レンズの屈折率。
FIG. 1 is a lens configuration diagram showing a first embodiment of an illuminating lens based on the present invention, FIGS. 2 and 3 are ray tracing diagrams of the illuminating lens, and FIG. 4 is a diagram showing the illuminating lens. Illuminance distribution diagram, FIG. 5, FIG. 7, FIG. 9, FIG. 11 and FIG. 13 are lens configuration diagrams showing another embodiment, and FIG.
FIG. 8, FIG. 10, FIG. 10, FIG. 12 and FIG. 14 are illuminance distribution diagrams corresponding to other examples, respectively. FIG. 15 is a principle diagram of an illumination optical system using an illumination lens, and FIG. Is a configuration diagram of an illuminating lens showing a conventional example, and FIG. 17 is an illuminance distribution diagram by the illuminating lens. LS ... light source, L ... illumination lens, L 1 ... first lens,
L 2 …… Second lens, OG …… Irradiation surface, h …… Incident height, H
...... Irradiation height, f …… Composite focal length, f 2 …… Focal length of the second lens, r 1 …… Curve radius of the front surface of the first lens, r 2 …… Curve radius of the rear surface of the first lens, r 3 … ... radius of curvature of front surface of second lens, r 4 ... radius of curvature of rear surface of second lens, d 1 ... thickness of first lens, d 2 ... distance between first lens and second lens, d 3
...... Thickness of second lens, n 1 …… Refractive index of first lens, n 3
The refractive index of the second lens.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−76048(JP,A) 特開 昭51−53830(JP,A) 実開 昭49−34738(JP,U) 特公 昭37−10291(JP,B1) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-52-76048 (JP, A) JP-A-51-53830 (JP, A) Actual development-Sho-49-34738 (JP, U) JP-B-37- 10291 (JP, B1)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光源と被照射面との間に配置され、2群2
枚のレンズから成る照明用レンズであつて、光源側より
順次第1レンズは後面が凸面である正レンズ、第2レン
ズは両面が凸面である正レンズで構成し、かつ下記条件
式を満足するように構成したことを特徴とする照明用レ
ンズ −3.0≦(d3/r4)≦−0.3 …… 1.0f≦f2≦1.55f …… ただし、 fはこの照明用レンズ全体の合成焦点距離 f2は第2レンズの焦点距離 d3は第2レンズの厚み r4は第2レンズの後面の曲率半径
1. Two groups 2 arranged between a light source and a surface to be illuminated.
An illuminating lens including a plurality of lenses, wherein the first lens is a positive lens having a convex rear surface and the second lens is a positive lens having both convex surfaces in order from the light source side, and the following conditional expressions are satisfied. Illumination lens characterized by being configured as follows: −3.0 ≦ (d 3 / r 4 ) ≦ −0.3 …… 1.0f ≦ f 2 ≦ 1.55f …… where f is the composite focal length of the entire illumination lens. f 2 is the focal length of the second lens d 3 is the thickness of the second lens r 4 is the radius of curvature of the rear surface of the second lens
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