JPS62215915A - Telecentric illuminating optical system - Google Patents

Telecentric illuminating optical system

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JPS62215915A
JPS62215915A JP6002386A JP6002386A JPS62215915A JP S62215915 A JPS62215915 A JP S62215915A JP 6002386 A JP6002386 A JP 6002386A JP 6002386 A JP6002386 A JP 6002386A JP S62215915 A JPS62215915 A JP S62215915A
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JP
Japan
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lens
light source
optical system
illumination
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Taizo Nakamura
泰三 中村
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Mitsutoyo Manufacturing Co Ltd
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Mitsutoyo Manufacturing Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To simply change an illumination range by moving only a lens of the first group, by using a zoom lens for lenses of the first group and the second group. CONSTITUTION:A lens system is constituted as two group zoom lenses consisting of the first group 14 of a negative lens and the second group 16 of a positive lens, which have been placed in order from a light source 10 side. In this state, the group 14 is made movable along an optical axis 18, and also, the group 16 is fixed so that its position is not changed, on the optical axis 18, and when a composite focal distance (f) of the whole system has been set to the shortest one and the longest one on a design by moving the group 14, switching for a high magnification and a low magnification is used as an illuminating optical system of an expression, respectively. Also, a position of a rear side focus F' at the time when the distance (f) is the shortest on the design is set as a common position to be illuminated.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

この発明は、テレセントリック照明光学系、特に、大き
ざの異なる被投影物体を同一サイズに投影するために投
影倍率を変換し1qるようにしだ投影装置あるいは測定
顕微鏡において、被測定物体を照明するために用いて好
適なテレセントリック照明光学系の改良に関する。
This invention is for illuminating a measured object in a telecentric illumination optical system, particularly in a projection device or a measuring microscope, which converts the projection magnification by 1q in order to project objects of different sizes to the same size. This invention relates to improvements in telecentric illumination optical systems suitable for use in.

【従来の技術】[Conventional technology]

大きざの異なる被投影物体あるいは被投影物体の一部を
拡大、縮小して同一サイズのスクリーンに投影する場合
、例えば投影検査機においては、投影対物レンズの倍率
を変換する方法をとっている。又、顕微鏡においても同
様に対物レンズの倍率を変えるようにしている。 この場合、被投影物体あるいは被測定物体を照明する照
明光学系は、測定時の合焦誤差の影響を少なくするため
テレセントリック照明が採用されている。 この場合、投影〈対物)レンズの倍率を変換したとぎに
、同一の照明系を使用すると、投影レンズへの透過光又
は反射光の入射範囲が変わるために、照明光束を有効に
利用できなくなったり、もしくは必要な先口を1募るこ
とができなくなる。 従って、投影(対物)レンズの倍率に対応して照明光学
系による照明範囲を増減して、照明光束を有効に利用で
きるようにする必要がある。 これに対して、第6図及び第7図に示されるように、光
源Sから被照明面O方向に正レンズL1及び負レンズを
配置したものがある。 前記負レンズは、第6図に示される低倍率用のとぎは負
レンズL2とされ、又第7図に示される高18串用のと
ぎは負レンズL3に置換えられ、これによって変倍照明
系が構成されている。 (発明が解決しようとする問題点] しかしながら、上記のような変倍照明系においては、低
倍率用の広い照明領域から高倍率用の狭い照明領域に変
倍したとき、周辺光束が有効利用できなくなるために、
被照明面が暗くなるという問題点がある。 即ち、第6図に示されるように、低倍率用のとぎは、合
成焦点距離が長く、光束径が太く、斜光束が光軸となす
角度が小さいことから、無駄な光束が少な(照明効率は
低くない。 しかしながら、第7図に示されるように、高倍率用のと
きは、合成焦点距離が短く、光束径が細くなり、更に斜
光束の光軸に対する角度が大きくなって、負レンズL3
から離れた位置になるほど被照明面から外れる光束が増
大して照明効率が低下するという問題点がある。このた
め、第7図に示される照明作動路l1111WDが短く
なるという問題点が生じる。 これに対しては、正レンズ及び負レンズを共にズームレ
ンズとして構成することも考えられるが、この場合は、
ズームn構が?!2雑となり、装置が大きくなってしま
うという問題点がある。 [Fe明の目的] この発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたちので
あって、2群ズームレンズから構成し、且つ1群のレン
ズのみを移動させて、簡単に照明範囲を変更することが
できるようにしたテレセントリック照明光学系を提供す
ることを目的とする。 又、長い照明作動距離を有し、照明効率の高いテレセン
トリツク照明光学系を提供することを目的とする。
When projecting objects or parts of projecting objects of different sizes are enlarged or reduced and projected onto a screen of the same size, for example, in a projection inspection machine, a method is used to convert the magnification of the projection objective lens. Similarly, in microscopes, the magnification of the objective lens is changed. In this case, the illumination optical system that illuminates the object to be projected or the object to be measured employs telecentric illumination in order to reduce the influence of focusing errors during measurement. In this case, if you use the same illumination system after converting the magnification of the projection (objective) lens, the range of incidence of transmitted light or reflected light on the projection lens will change, making it impossible to use the illumination luminous flux effectively. Or, you will not be able to recruit the necessary number of customers. Therefore, it is necessary to increase or decrease the illumination range by the illumination optical system in accordance with the magnification of the projection (objective) lens so that the illumination light flux can be used effectively. On the other hand, as shown in FIGS. 6 and 7, there is a device in which a positive lens L1 and a negative lens are arranged in the direction from the light source S to the illuminated surface O. As for the negative lenses, the sharpener for low magnification shown in FIG. 6 is replaced with negative lens L2, and the sharpener for high 18 skewers shown in FIG. is configured. (Problems to be Solved by the Invention) However, in the variable magnification illumination system as described above, when changing the magnification from a wide illumination area for low magnification to a narrow illumination area for high magnification, the peripheral luminous flux cannot be used effectively. In order to disappear,
There is a problem that the surface to be illuminated becomes dark. In other words, as shown in Fig. 6, a sharpener for low magnification has a long composite focal length, a large luminous flux diameter, and a small angle between the oblique luminous flux and the optical axis, so there is less wasted luminous flux (illumination efficiency). However, as shown in Fig. 7, when used for high magnification, the combined focal length is short, the diameter of the beam becomes narrow, and the angle of the oblique beam with respect to the optical axis becomes large, so that the negative lens L3
There is a problem in that the farther the position is from the illumination surface, the more the luminous flux that deviates from the illuminated surface increases, and the illumination efficiency decreases. Therefore, a problem arises in that the illumination operating path l1111WD shown in FIG. 7 becomes short. To solve this problem, it is possible to configure both the positive lens and the negative lens as a zoom lens, but in this case,
Zoom n structure? ! There are problems in that the process becomes complicated and the device becomes large. [Purpose of Fe Ming] This invention was made in view of the above-mentioned problems of the conventional technology, and consists of a two-group zoom lens, and by moving only the first group of lenses, the illumination range can be easily changed. An object of the present invention is to provide a telecentric illumination optical system that can perform the following tasks. Another object of the present invention is to provide a telecentric illumination optical system that has a long illumination working distance and high illumination efficiency.

【問題点を解決するための手段】[Means to solve the problem]

この発明は、前側に光源を配置し、全系の後側焦点位置
方向に被照明物体を配置するテレセントリック照明光学
系において、レンズ系を、前記光源側から順に配置され
た負レンズの第1肝及び正レンズの第2群とからなる2
群ズームレンズから構成し:前記第1群を光軸に沿って
移動可能に支持し、且つ前記第2群を光軸上で位置不変
に固定し、Ori記第1群を移動して全系の合成焦点距
離を設計上で最短としたとき及び最長としたときにそれ
ぞれ高倍率用及び低倍率用の切換え式の照明光学系とし
て使用し、前記全系の合成焦点距離が設計上で最短のと
きの後側焦点位置を共通の被照明位置とすることにより
上記目的を達成するものである。 又、この発明は、nな記光源を、前記第1群の前側に配
置され、光源像を該第1群の前端よりも後側に結像させ
る集光レンズを含んで構成することにより上記目的を達
成するものである。 [作用] この発明において、第1群及び第2群のレンズは、本来
、ズームレンズとされているので高倍率時にも効率良く
照明光束を利用することができ、且つ照明作動距離を長
くとることができる。又、第2BTを固定し、第1群の
みを移動させる構成としているので、構成が簡単であり
、且つ装置容積及びm出が小さくなる。
This invention provides a telecentric illumination optical system in which a light source is disposed on the front side and an object to be illuminated is disposed in the direction of the rear focal position of the entire system, in which a lens system is arranged as a first lens of negative lenses arranged in order from the light source side. and a second group of positive lenses.
Consisting of a group zoom lens: the first group is supported movably along the optical axis, the second group is fixed in position on the optical axis, and the first group is moved to zoom the entire system. When the combined focal length of the entire system is the shortest and longest in design, it is used as a switchable illumination optical system for high magnification and low magnification, respectively, and the combined focal length of the entire system is the shortest in design. The above object is achieved by making the rear focal point position a common illuminated position. Further, the present invention provides the above-mentioned method by configuring the n light sources to include a condenser lens that is disposed in front of the first group and forms a light source image to the rear side of the front end of the first group. It accomplishes its purpose. [Function] In the present invention, since the lenses of the first group and the second group are originally zoom lenses, the illumination light flux can be used efficiently even at high magnification, and the illumination working distance can be made long. I can do it. Furthermore, since the second BT is fixed and only the first group is moved, the structure is simple and the device volume and m output are small.

【実施例】【Example】

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。 この実施例は、第1図〜第3因に示されるように、前側
に光源10を配置し、全系の後側焦点F位置方向に被照
明物体を配置するテレセントリック照明光学系において
、レンズ系を、前記光源10側から順に配置された負レ
ンズの第1群14及び正レンズの第2群16とからなる
2群ズームレンズから構成し;前記第1群14を光軸1
8に沿って移動可能に支持し、且つ前記第2群16を光
軸18上で位置不変に固定し、前記第1群14を移動し
て全系の合成焦点距離rを設計上で最短としたとき及び
最長としたときにそれぞれiAi IR率用及び低倍率
用の切換え式の照明光学系として使用し、前記全系の合
成焦点距dfが設計上で最短のときの後側焦点F−位置
を共通の被照明位置としたものである。第1図、第2図
の符号12は被照明体を示す。 即ち、第2群16も焦点補正用レンズではあるが、これ
を光軸18方向に移動不能に固定して、第1詳14のみ
を移動可能としている。 ここで、前記光源10は、前記第1群14の前側に配置
され、光源像11を該第1群14の前端よりも後側に結
像させる集光レンズ20を含んで構成されている。 ここで、前記第1詳14及び第2群16のレンズ焦点距
離「1及びf2は、それぞれ−22,1%l及び60.
3鎌とされている。 又、焦点F、F=に対する第1群14と第2 Lff1
6の位置及びこれらのレンズ間距離eは、第3図に示さ
れる移動軌跡14A、16Aをとるようにされている。 但し、移動軌跡16Aは仮想軌跡である。 又、レンズ間距離01合成魚点距離[、光除側焦点F及
び後側焦点F′の特定位置での関係は、第4図に示され
るようになっている。 従って、合成焦点距離fは、28.92及び125.7
8nの2値をとることになり、4.35のズーム比を得
ることができる。 なお、上記実流例において、光源1oは光バ;像11を
第1群14の前端よりも後側に結像させるための集光レ
ンズ20を備えたものであるが、これは、第2図及び第
3図に示されるように、高倍率用で、光源側焦点Fが、
第1群14の中もしくはその後側に位置することになる
ために、光源10をこの位置に設けることができないた
めである。 従って、第1群14及び第2群16の各焦点距離「1及
び「2、なら゛びにレンズ間距離eを適宜選択すること
によって、光源側焦点Fの位置が、第1群14の前端よ
りも前側にあるようにすれば、集光レンズ20を設ける
必要がない。 次に、第5図に辰される本発明の第2実施例につき説明
する。 この第2実施例は、テレセントリック絞り22を設ける
ことができるように、リレーレンズ群24を設けたもの
である。第5図の符号13は光源像11のリレー像を示
す。 ここで、テレセントリック絞り22は、例えば、投影装
置において、丸棒等を測定するとき、測定精度を上げる
べく、照明光束のNAを可変とするために設けられる。 この第2実施例においては、テレセントリック絞り22
は第1群14と集光レンズ20との間に配置され、又、
リレーレンズ群24はテレセントリック絞り22と第1
群14との間に配置されている。 テレセントリック絞り22は集光レンズ20の焦点位置
に配置され、又、リレーレンズ群24は、テレセントリ
ック絞り22を前側物点として、光源像11を第1群1
4の前側ないし後側に結像させるものである。 【発明の効果] 本発明は、上記のように構成したので、1群のレンズの
みを動かして簡単に照明範囲を、高倍率用及び低倍率用
に切換えることができ、且つ、1群及び2群のレンズを
共にズームレンズとしているので、効率の良い照明が可
能となると共に、その照明作動距離を増大させることが
できるという優れた効果を有する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 to 3, this embodiment uses a lens system in a telecentric illumination optical system in which a light source 10 is disposed on the front side and an object to be illuminated is disposed in the direction of the rear focal point F position of the entire system. consists of a two-group zoom lens consisting of a first group 14 of negative lenses and a second group 16 of positive lenses arranged in order from the light source 10 side; the first group 14 is arranged along the optical axis 1.
8, the second group 16 is fixed in an unchangeable position on the optical axis 18, and the first group 14 is moved so that the combined focal length r of the entire system is the shortest in design. iAi is used as a switchable illumination optical system for IR rate and low magnification, respectively, and the rear focal point F-position when the combined focal length df of the entire system is the shortest in design. is set as a common illuminated position. Reference numeral 12 in FIGS. 1 and 2 indicates an object to be illuminated. That is, although the second lens group 16 is also a focus correction lens, it is fixed so as not to be movable in the direction of the optical axis 18, and only the first lens group 14 is movable. Here, the light source 10 is arranged in front of the first group 14 and includes a condenser lens 20 that focuses the light source image 11 on the rear side of the front end of the first group 14. Here, the lens focal lengths "1" and "f2" of the first lens group 14 and the second lens group 16 are -22, 1%l and 60%, respectively.
It is said to have three sickles. Also, the first group 14 and the second Lff1 for the focal point F, F=
6 and the distance e between these lenses are set to take movement trajectories 14A and 16A shown in FIG. However, the movement trajectory 16A is a virtual trajectory. Further, the relationship between the inter-lens distance 01, the composite fish point distance [, the light exclusion side focus F, and the rear side focus F' at a specific position is as shown in FIG. 4. Therefore, the composite focal length f is 28.92 and 125.7
It takes two values of 8n, and a zoom ratio of 4.35 can be obtained. In the above-mentioned actual flow example, the light source 1o is equipped with a light bar; a condensing lens 20 for focusing the image 11 on the rear side of the front end of the first group 14; As shown in the figure and FIG. 3, for high magnification, the light source side focal point F is
This is because the light source 10 cannot be provided at this position because it is located inside or on the rear side of the first group 14 . Therefore, by appropriately selecting the focal lengths "1" and "2" of the first group 14 and the second group 16 and the inter-lens distance e, the position of the light source side focal point F can be set from the front end of the first group 14. If the telecentric diaphragm 22 is also located on the front side, there is no need to provide the condenser lens 20. Next, a second embodiment of the present invention shown in FIG. 5 will be explained. A relay lens group 24 is provided so as to be able to provide a relay lens group 24. Reference numeral 13 in FIG. 5 indicates a relay image of the light source image 11. The telecentric aperture 22 is provided to make the NA of the illumination light beam variable in order to improve measurement accuracy when measuring a rod or the like.
is arranged between the first group 14 and the condenser lens 20, and
The relay lens group 24 includes a telecentric aperture 22 and a first
It is arranged between the group 14. The telecentric diaphragm 22 is arranged at the focal point of the condensing lens 20, and the relay lens group 24 focuses the light source image 11 on the first group 1 with the telecentric diaphragm 22 as the front object point.
The image is formed on the front side or the rear side of 4. [Effects of the Invention] Since the present invention is configured as described above, the illumination range can be easily switched between high magnification and low magnification by moving only the first group of lenses, and Since the lenses in the group are both zoom lenses, efficient illumination is possible and the illumination working distance can be increased, which is an excellent effect.

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

第1図は本発明に係るテレセントリツク照明光学系の第
1実施例の低倍率時の状態を示ず線図、第2図は同第1
実施例の高倍率時の状態を示ず線図、第3図は同実施例
におけるレンズ群の位]d関係を示す線図、第4図は同
実施例におけるレンズ群の相対的位置関係、合成焦点距
離、前側及び後側の焦点位置を示すね図、第5図は本発
明の第2実施例を示ず第1図と同様の絵図、第6図及び
第7図は従来の変倍式テレセントリック照明光学系の低
倍率時の状態を示す線図、第7図は同高倍率時の状態を
示す絵図である。 10・・・光源、 11・・・光源像、 12・・・被照明物体、 14・・・M1群、 16・・・第2群、 18・・・光軸、 20・・・集光レンズ、 「・・・合成焦点距離、 F−・・・後側焦点、 F・・・光源側焦点、 e・・・レンズ間距離。 代理人   松  山  圭  缶 高  矢   論 祐 3図 !4 第4図
FIG. 1 is a diagram showing the state of the first embodiment of the telecentric illumination optical system according to the present invention at low magnification, and FIG.
A diagram showing the state of the example at high magnification; FIG. 3 is a diagram showing the position]d relationship of the lens groups in the example; FIG. 4 is a diagram showing the relative positional relationship of the lens groups in the example; Fig. 5 shows the second embodiment of the present invention, but is the same as Fig. 1, and Figs. 6 and 7 show the conventional magnification change. FIG. 7 is a diagram showing the state of the telecentric illumination optical system at low magnification, and FIG. 7 is a pictorial diagram showing the state at high magnification. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Light source, 11... Light source image, 12... Illuminated object, 14... M1 group, 16... Second group, 18... Optical axis, 20... Condensing lens , "...Synthetic focal length, F-...Back focus, F...Light source focus, e...Inter-lens distance. Agents: Kei Matsuyama, Ronsuke Cantaka, Figure 3! 4. figure

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)前側に光源を配置し、全系の後側焦点位置方向に
被照明物体を配置するテレセントリツク照明光学系にお
いて、レンズ系を、前記光源側から順に配置された負レ
ンズの第1群及び正レンズの第2群とからなる2群ズー
ムレンズから構成し;前記第1群を光軸に沿つて移動可
能に支持し、且つ前記第2群を光軸上で位置不変に固定
し、前記第1群を移動して全系の合成焦点距離を設計上
で最短としたとき及び最長としたときにそれぞれ高倍率
用及び低倍率用の切換え式の照明光学系として使用し、
前記全系の合成焦点距離が設計上で最短のときの後側焦
点位置を共通の被照明位置としたことを特徴とするテレ
セントリツク照明光学系。
(1) In a telecentric illumination optical system in which a light source is placed on the front side and an object to be illuminated is placed in the direction of the rear focal position of the entire system, the lens system includes a first group of negative lenses placed in order from the light source side. and a second group of positive lenses; the first group is supported movably along the optical axis, and the second group is fixed in position on the optical axis, When the first group is moved to make the combined focal length of the entire system the shortest and longest in design, it is used as a switchable illumination optical system for high magnification and low magnification, respectively,
A telecentric illumination optical system characterized in that a rear focal position when the combined focal length of the entire system is the shortest in design is set as a common illuminated position.
(2)前記光源は、前記第1群の前側に配置され、光源
像を該第1群の前端よりも後側に結像させる集光レンズ
を含んでなる特許請求の範囲第1項記載のテレセントリ
ツク照明光学系。
(2) The light source is arranged in front of the first group, and includes a condenser lens that focuses an image of the light source on the rear side of the front end of the first group. Telecentric illumination optics.
JP6002386A 1986-03-18 1986-03-18 Telecentric illuminating optical system Granted JPS62215915A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000131615A (en) * 1998-10-26 2000-05-12 Olympus Optical Co Ltd Illumination device
US6226129B1 (en) * 1998-09-30 2001-05-01 Fuji Xerox Co., Ltd. Imaging optical system and image forming apparatus

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US6226129B1 (en) * 1998-09-30 2001-05-01 Fuji Xerox Co., Ltd. Imaging optical system and image forming apparatus
JP2000131615A (en) * 1998-10-26 2000-05-12 Olympus Optical Co Ltd Illumination device

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