JPH09184980A - Variable power telecentric optical system - Google Patents

Variable power telecentric optical system

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JPH09184980A
JPH09184980A JP7352984A JP35298495A JPH09184980A JP H09184980 A JPH09184980 A JP H09184980A JP 7352984 A JP7352984 A JP 7352984A JP 35298495 A JP35298495 A JP 35298495A JP H09184980 A JPH09184980 A JP H09184980A
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lens group
lens
image
optical system
magnification
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英夫 水谷
Hiroshi Nishimura
宏 西村
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    • G02OPTICS
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    • G02B15/00Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/143Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only
    • G02B15/1431Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having three groups only the first group being positive

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a variable power telecentric optical system which can hold image position constant at the time of power variation and maintain the telecentricity. SOLUTION: This optical system has a 2nd lens group G2 as an afocal system arranged between a 1st lens group G1 and a 3rd lens group G3 which both have positive refracting power. And, while the position of a body 5, the position of an image 6, and the 1st group G1 and 3rd lens group G3 are all fixed, the afocal power of the 2nd lens group G2 is varied to vary image forming power while maintaining the telecentricity.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a variable power telecentric optical system capable of changing an imaging magnification.

【0002】[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5−203
874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。
2. Description of the Related Art As a variable power telecentric optical system,
JP-A-63-316817 and JP-A-5-203
There is one disclosed in Japanese Patent Publication No. 874. Each of them is an optical system having a three-group structure. The former has a structure of positive refractive power in all three groups, and the latter has a structure of positive / negative / positive refractive power.

【0003】[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。
SUMMARY OF THE INVENTION In both of the above prior arts,
For the same object position, if the magnification is changed while maintaining the telecentricity, the position of the image plane changes, and if the magnification is changed while keeping the position of the image surface constant, the telecentricity cannot be maintained. . Therefore, the present invention can keep the image position constant during zooming,
Moreover, it is an object to provide a variable power telecentric optical system capable of maintaining telecentricity.

【0004】[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。
The present invention has been made to solve the above problems, that is, an afocal system is provided between a first lens group and a third lens group, both of which have positive refractive power. The telecentricity is improved by arranging the second lens group, and changing the afocal magnification of the second lens group while fixing the object position, the image position, the first lens group and the third lens group. This is a variable power telecentric optical system in which the imaging magnification can be changed while maintaining it.

【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。
However, since the second lens group is an afocal system and the entire system is telecentric, the object is the first lens group.
It is at the front focal position of the lens group, and the image is at the rear focal position of the third lens group. The light emitted from one point on the object is
The parallel light is emitted between the first lens group and the second lens group and between the second lens group and the third lens group.

【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。
By moving any lens in the second lens group, the magnification of the second lens group changes, and thus the image forming magnification of the entire system changes. However, at this time, the second lens group is not strictly an afocal system, so that the image position is not strictly maintained. Therefore, by moving any one of the other lenses in the second lens group as well as any other lens, the second lens group can be made an afocal system strictly, and therefore the image position can be made strictly. Can be maintained. However, even in this state, the whole system is not strictly telecentric. Therefore, by moving the entire second lens group in the optical axis direction, the entire system can be made strictly telecentric. That is, when the second lens group is moved in the optical axis direction, the chief ray passing through the third lens group changes its height only while maintaining its angle, so that the telecentricity of the entire system can be restored.

【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。
As described above, the afocal property of the second lens group is not deteriorated to the extent that there is no practical problem, and the magnification is changed, so that the image position is not moved to the extent that there is no practical problem and the telecentricity is maintained. It is possible to change the imaging magnification of the entire system without degrading the property to the extent that there is no practical problem.

【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。
When the movement of the image position cannot be ignored, the second lens group is composed of at least three groups of the first sub-lens group, the second sub-lens group and the third sub-lens group. The distance between the group and the second sub-lens group,
By arranging the distance between the second sub-lens group and the third sub-lens group so that they can be changed independently of each other, the second lens group can be made to be an afocal system strictly, and therefore the image position can be changed. Can be restored to its position.

【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。
When the collapse of the telecentricity cannot be ignored, the entire second lens group can be moved in the optical axis direction to make the entire system strictly telecentric. When it is desired to strictly maintain both the image position and the telecentricity, both of them may be performed together.

【0010】[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
3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。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. This variable power telecentric optical system comprises a first lens unit L 1 having a positive refracting power and a refracting power of 0. The second lens unit L 2 of the focal system and the third lens unit of positive refracting power
And a lens unit L 3 . The object 5 is arranged at the front focal position of the first lens unit L 1 , and therefore the image 6 is formed at the rear focal position of the third lens unit L 3 . It should be noted that what is referred to as the object 5 in the present specification may be an existing object or an intermediate image formed by a front optical system.

【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。
The second lens unit L 2 is composed of a first convex lens 1, a concave lens 2 and a second convex lens 3 in this order from the object 5 side. First convex lens 1 and concave lens 2
The distance d 3 between the second lens group L 2 and the concave lens 2 and the distance d 4 between the second convex lens 3 are independently changeable. It is arranged so that it can be changed. The configuration of the second lens unit L 2 may be concave, convex, or concave.

【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
The focal length f of each lens is defined symmetrically as follows (unit is mm). First lens group L 1 : f L1 = 100 In second lens group L 2 First convex lens 1: f 1 = 180 Second lens group L 2 Middle concave lens 2: f 2 = −70 Second lens group L 2 Middle Second convex lens 3: f 3 = 180 Third lens group L 3 : f L3 = 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
The distance between the object 5, each lens, and the image 6 in the same-magnification state is symmetric as follows (unit is mm). From the object 5 to the first lens group L 1 : d 1 = 100 From the first lens group L 1 to the first convex lens 1: d 2 = 48.571 From the first convex lens 1 to the concave lens 2: d 3 = 40 Concave lens From 2 to the second convex lens 3: d 4 = 40 From the second convex lens 3 to the third lens group L 3 : d 5 = 48.571 From the third lens group L 3 to the image 6: d 6 = 100

【0014】これらの各間隔のうち、間隔d3とd4
は、第2レンズ群L2がアフォーカル系となるために、 f1−d3=−2f23−d4=−2f2 より定められている。
Of these distances, the distances d 3 and d 4 are f 1 -d 3 = -2f 2 f 3 -d 4 =-because the second lens unit L 2 is an afocal system. It is defined from 2f 2 .

【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
The distances d 2 and d 5 are defined by the following image formation formulas for the first convex lens 1 and the second convex lens 3 in the second lens unit L 2 , respectively. −1 / (f L1 −d 2 ) + 1 / d 3 = 1 / f 1 −1 / (f L3 −d 5 ) + 1 / d 4 = 1 / f 3

【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=fL16=fL3 となる。このとき、倍率1倍、全長377.142m
m、瞳は両側とも無限遠である。
With respect to the distances d 2 and d 5 , the object 5 is arranged at the front focal position of the first lens unit L 1 , and the image 6 is formed at the rear focal position of the third lens unit L 3 . d 1 = f L1 d 6 = f L3 . At this time, the magnification is 1 time and the total length is 377.142 m.
m, the pupils are infinity on both sides.

【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。
Here, the respective intervals at the time of zooming are obtained as follows. However, * indicates an interval after scaling, that is, an unknown number. First, if the imaging magnification is β, then f 3 −d * 4 = β (f 1 −d * 3 ) (1). Further, since the second lens unit L 2 is an afocal system, −1 / (f 1 −d * 3 ) −1 / (f 3 −d * 4 ) = 1 / f 2 (2). Further, in order to keep the object-image distance constant, d 1 + d * 2 + d * 3 + d * 4 + d * 5 + d 6 = 377.142 (3).

【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。
Next, from the image formation formula for the first convex lens 1 in the second lens unit L 2 , it becomes −1 / (f L1 −d * 2 ) + 1 / X = 1 / f 1 (4). Further, from the image formation formula regarding the concave lens 2 in the second lens unit L 2 , −1 / (X−d * 3 ) −1 / (Y−d * 4 ) = 1 / f 2 (5). Further, from the image formation formula for the second convex lens 3 in the second lens unit L 2 , −1 / (f L3 −d * 5 ) + 1 / Y = 1 / f 3 (6). However, X is the image point distance by the first convex lens 1,
Y is the object point distance for the second convex lens 3.

【0019】以上の6式において、未知数はd* 2
* 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。
In the above six equations, the unknown number is d * 2 ,
Since there are 6 pieces of d * 3 , d * 4 , d * 5 , X and Y, solving them gives: d * 2 = 80.765 d * 3 = 10 d * 4 = 61 d * 5 = 25. It becomes 377. This state is shown in FIG. In this state, the imaging magnification is 0.7 times, the object-image distance is 377.142 mm, and the pupils are infinity on both sides.

【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。
As described above, in the present embodiment, in order to achieve the change of the imaging magnification, the recovery of the movement of the image position resulting from this, and the recovery of the loss of the telecentricity, the second lens unit L 2 Since the position in the optical axis direction and the distances d 3 and d 4 at the two positions in the second lens unit L 2 can be changed independently of each other, the image position is kept constant and telecentricity is maintained. It is possible to perform zooming while maintaining.

【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
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 shows a unity magnification state of the second embodiment, and the focal lengths of the respective lenses are as follows. f L1 = 100 f 1 = 1000 f 2 = -495 f 3 = 1000 f L3 = 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
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。
Further, the respective intervals in the 1 × magnification state are as follows. d 1 = 100 d 2 = 89.899 d 3 = 10 d 4 = 10 d 5 = 89.899 d 6 = 100 At this time, the magnification is 1 time, the total length is 399.798 mm, and the pupil is infinity. Further, in this embodiment, the rear focal position of the first lens unit L 1 and the front focal position of the third lens unit L 3 substantially coincide with each other, and the second lens unit L 2 is located at the coincident position.
Is arranged.

【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。
[0023] Here, the concave lens of the second lens group L 2 2
When only the lens is moved to the left by 5 mm and the other lenses are fixed, the image formation relationship is calculated, and the magnification is 0.99 times, the focus movement is 0.5 μm, and the pupil position is 39895 mm. That is, according to this embodiment, in the range of the magnification change of about 1%, the image movement can be practically ignored, and it can be considered that the telecentricity is almost maintained. Therefore, when finely adjusting the magnification, it may be considered that the magnification can be adjusted by moving the concave lens 2 and fixing the distance between the object images while maintaining the telecentricity. Further, as is already clear, in order to further suppress the image movement, in addition to the concave lens 2 in the second lens unit L 2 , either the first or the second convex lens 1 or 3 is moved in the optical axis direction. good. Further, in order to further maintain the telecentricity, the entire second lens unit L 2 may be moved in the optical axis direction.

【0024】[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。
According to the present invention, it is possible to change the magnification while maintaining the focus and telecentricity without moving the first lens unit and the third lens unit with a constant object-image distance. Fine adjustment of the magnification can also be achieved by moving only some of the lenses in the second lens group. This is because when the change in magnification is about 1%, the change in telecentricity and the focus position is so small that it can be practically ignored. Thereby, it can be used as an adjusting mechanism having a simple structure.

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

【図1】第1実施例の等倍状態を示す構成図FIG. 1 is a configuration diagram showing a 1 × state of a first embodiment.

【図2】第1実施例の0.7倍状態を示す構成図FIG. 2 is a configuration diagram showing a 0.7 times state of the first embodiment.

【図3】第2実施例の等倍状態を示す構成図FIG. 3 is a configuration diagram showing a unity magnification state of the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…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
L 1 ... First lens group L 2 ... Second lens group L 3 ... Third lens group 1 ... First convex lens in second lens group 2 ... Concave lens in second lens group 3 ... Second lens group in second lens group Convex lens 5 ... Object 6 ... Image

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】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変倍テレセ
ントリック光学系。
1. A second lens group, which is an afocal system, is arranged between a first lens group and a third lens group, both of which have positive refracting power, and an object position, an image position, and the first lens group. A variable power telecentric optical system in which the imaging magnification can be changed while maintaining the telecentricity by changing the afocal magnification of the second lens group while fixing both the third lens group and the third lens group.
【請求項2】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サブレンズ群と第2サブレンズ群との間隔と、
前記第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した、請求項1記載
の変倍テレセントリック光学系。
2. The second lens group comprises at least a first sub-lens group, a second sub-lens group and a third sub-lens group.
And a distance between the first sub-lens group and the second sub-lens group,
2. The variable power telecentric optical system according to claim 1, wherein the distance between the second sub-lens group and the third sub-lens group is independently changeable.
【請求項3】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又は2記載の変倍テレセントリック
光学系。
3. The variable power telecentric optical system according to claim 1, wherein the second lens group is arranged so as to be movable in the optical axis direction.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2010081669A1 (en) * 2009-01-13 2010-07-22 Carl Zeiss Microimaging Gmbh Magnifying system which is telecentric on both sides
CN104360465A (en) * 2014-10-20 2015-02-18 东莞市普密斯精密仪器有限公司 Zooming telecentric lens

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