KR910006840B1

KR910006840B1 - 화면치수가 큰 텔레센트릭 결상광학계

Info

Publication number: KR910006840B1
Application number: KR1019880007804A
Authority: KR
Inventors: 모토젠지 와키; 다카히사 하야시
Original assignee: 다이닛뽕스쿠링세이소오 가부시키가이샤; 이시다도쿠지로오
Priority date: 1987-07-14
Filing date: 1988-06-27
Publication date: 1991-09-06
Also published as: US4929066A; EP0299474A2; DE3881110D1; EP0299474A3; KR890002685A; JPS6419317A; DE3881110T2; EP0299474B1; JPH042928B2

Abstract

내용 없음.

Description

화면치수가 큰 텔레센트릭 결상광학계

제1도는 본 발명에 관련된 텔레센트릭 결상광학계의 기본구성을 나타낸 렌즈 구성도.

제2도는 제1도에 나타낸 제1의 실시예의 구면수차와 비점수차를 나타낸 수차곡선도.

제3도는 제2의 실시예를 나타낸 렌즈 구성도.

제4도는 제2의 실시예의 수차곡선도.

제5도는 제3의 실시예를 나타낸 렌즈 구성도.

제6도는 제3의 실시예의 수차곡선도.

제7도는 제4의 실시예를 나타낸 렌즈 구성도.

제8도는 제4의 실시예의 수차곡선도.

제9도는 제5의 실시예를 나타낸 렌즈 구성도.

제10도는 제5의 실시예의 수차곡선도.

제11도는 제6의 실시예를 나타낸 렌즈 구성도.

제12도는 제6의 실시예의 수차곡선도.

제13도는 제7의 실시예를 나타낸 렌즈 구성도.

제14도는 제7의 실시예의 수차곡선도.

제15도는 제8의 실시예를 나타낸 렌즈 구성도.

제16도는 제8의 실시예의 수차곡선도.

제17도는 제9의 실시예를 나타낸 렌즈 구성도.

제18도는 제9의 실시예의 수차곡선도.

제19도는 제21도의 렌즈계와의 비교를 위한 제5의 실시예의 전체를 나타낸 구성도.

제20도는 제19의 렌즈계의 수차곡선도.

제21도는 제10의 실시예를 나타낸 렌즈 구성도.

제22도는 제10의 실시예의 수차곡선도.

제23도는 제11의 실시예를 나타낸 렌즈 구성도.

제24도는 제11의 실시예의 수차곡선도.

제25도는 종래의 일반적인 텔레센트릭 결상광학계에서 초점의 합치점인 대칭중심으로부터 후반부를 나타낸 렌즈 구성도.

제26도는 제25의 종래예의 수차곡선도.

제27도는 본 발명에 관련된 광학계를 사용한 일 적용예의 개략 외관 사시도.

제28도는 본 적용에의 주사헤드의 이동의 설명도.

제29도는 주사헤드부의 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

S : 서짓탈 상면 M : 메리디오날 상면

본 발명은 그 주광선이 광측에 평행으로 입출사하는 텔레센트릭 결상광학계에 관한 것으로, 특히 물체·상간거리와 비교하여 화면치수가 큰 텔레센트릭 경상광학계로서 결상배율이 등배(等倍) 내지는 등배에 가까운 것에 관한 것이다.

종래의 공지된 텔레센트릭 결상광학계는 정의 초점거리를 갖는 전군 렌즈의 후측초점과, 정의 초점거리를 갖는 후군 렌즈의 전측초점을 합치시켜서 배치된 것으로서, 전군 렌즈의 전측초점근방에 물체 또는 전치 결상광학계의 실상을 놓으면, 후근 렌즈의 후측초점근방에 전후 양군 렌즈의 초점거리에 비하여 상당한 배율의 실상이 형성된다.

이 경우, 각 렌즈의 주점간격을 무시하면, 물체·상간거리는 전후 양군 렌즈의 초점거리의 합의 약2배로 된다. 이러한 텔레센트릭 결상광학계는 통상의 결상 렌즈에 비하여 화각을 취하기가 어렵기 때문에 필요한 화면치수를 확보할 수 있게 하면, 광학계 전체가 크게 되어 장치에 조립하여 내장시키는 경우 이 장치가 과대하게 되는 난점이 있게 되는 것이다.

이 장치로서는 예컨대, 원고를 고체촬상소자(예컨대, CCD)를 사용하여 판독하는 소위 이메지 리더, IC 나 LSI 의 마스크 패턴을 반도체 웨이퍼상에 인화하는 노광장치, 레이저 플롯터나 레이저 프린터 등의 주사기록장치등을 열거할 수 있다. 이러한 장치에 텔레센트릭 결상광학계를 이용하는 데에는 물체거리 또는 상거리를 변경시켜도 결상배율이 변화하지 않은 좋은 특성이 있기 때문이며, 또한 해상력의 열화와 주변 광량 손실의 문제를 회피할 수 있기 때문인 것이다.

상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 텔레센트릭 결상광학계를 이하에서 설명하는 바와 같은 구성으로 되어 있는 것이다.

즉, 전군 렌즈를 물체측으로부터 순차적으로 양볼록렌즈, 물체측으로 볼록면을 향한 메니스커스 볼록렌즈 또는 평볼록렌즈 및 양오목렌즈의 3군으로 구성됨과 동시에 후군 렌즈를 상측으로부터 순차적으로 양볼록렌즈, 상측으로 볼록면을 향한 메니스커스 볼록렌즈 또는 평볼록렌즈 및 양오목렌즈의 3군으로 구성하고, 전군 렌즈의 후측초점과 후군 렌즈의 전측초점을 전후 양군 렌즈의 중앙에 배치된 정의 초점거리를 갖는 양볼록렌즈 근방에서 거의 일치시켜서 구성된 것이다.

본 발명에서는 텔레센트릭 결상광학계를 구성하는 전후 양군 렌즈의 중간에 정의 초점거리를 갖는 양볼록 렌즈가 배치되어 있기 때문에 텔레센트릭 특성을 가진채로 물체측에서는 물체거리를 상측에서는 상거리를 각각 짧게 하여서 물체·상간의 거리가 단축되어진다.

또한, 물체거리, 상거리를 짧게 하기 위하여 전후 양군 렌즈의 중간에 배치하는 볼록렌즈의 굴절력을 강하게 하면, 상면의 만곡이 크게 된다.

따라서, 본 발명에 관련된 결상광학계에서는 전후 양군 렌즈중에 부의 초점거리를 갖는 오목렌즈를 배치하여 상면만곡을 보정하고, 이것에 의하여 상면의 평탄성을 유지하여 화면치수를 확대시킬 수 있게 된다.

[실시예]

[실시예 1]

제1도에 나타낸 제1의 실시예는 본 발명에 관련된 텔레센트릭 결상광학계의 기본구성을 나타낸 것으로 중앙부에 배치된 양볼록렌즈의 중앙평면에 대하여 전후 대칭으로 구성되어 있다.

r1:352.25

d₁:6.3 n₁:1.603 υ₁:65.4

r2:-116.50

d₂:0.6

r3:45.87

d₃:14.7 n₃:1.620 υ₃:63.5

r4:545.50

d₄:21.1

r5:-68.90

d₅:6.3 n₅:1.616 υ₅:31.0

r6:33.95

d₆:29.3

r7:72.00

d₇:8.0 n₇:1.486 υ₇:81.8

r8:-72.00

d₈:29.3

r9:-33.95

d₉:6.3 n₉:1.616 υ₉:31.0

r10:68.90

d₁₀:21.1

r11:-545.00

d₁₁:14.7 n₁₁:1.620 υ₁₁:63.5

r12:-45.87

d₁₂:0.6

r13:116.50

d₁₃:6.3 n₁₃:1.603 υ₁₃:65.4

r14:-352.25

d₀:127.39

물체·상간거리:419.38

결상배율:1.0

화면치수:40

F넘버:9.1(NA:0.055)

단, r1,r2,.......는 렌즈 각면의 곡률반경, d₀은 물체와 곡률 r1면과의 거리 d₁,d₂,.......는 각 렌즈의 두께 또는 렌즈 간격, n₁,n₂,.......는 각 렌즈 엘레멘트의 파장 587.6nm의 광에 대한 굴절을 υ₁,υ₂,.......는 각 렌즈 엘레멘트의 압배수(Abbe number)이다.

또한, 제2도는 제1의 실시예에 있어서의 구면수차와 비점수차를 나타낸 수차곡선도이다. 이 제1의 실시예에서는 전부 단렌즈로 구성된 것이지만, 색수차를 보정하고, 또한 상면의 평탄성을 유지하기 위하여서는 구성렌즈 어느 것이든 굴절율, 분산이 상이한 초재를 점착한 렌즈로 하는 것이 바람직스러운 것이다. 또한 여기서 말하는 초재는 플라스틱을 포함한 것이다.

이하 설명하는 제2-제8의 실시예는 이러한 점착 렌즈를 사용하여 색수차를 보정하고, 동시에 상면에서의 평탄성을 유지하도록 된 것이어서 도시를 간단하게 하기 위하여 렌즈계의 중앙부에 배치된 양볼록렌즈의 중앙에 광축과 수직인 평면을 상정하여 이 평면으로부터 후단부분만을 나타낸 것이다.

따라서, 제2-제8의 실시예에 있어서는 모두 r1=∞로 되어 있고, 이것은 상기 양볼록렌즈에 상정한 평면을 의미한 것이다.

또한, 이러한 실시예에 있어서의 구면수차 및 비점수차의 도면도 실시예로서 도시한 후단부분만의 각 수차를 나타낸 것이어서 대칭으로 배치된 경우에는 통상 2배 이상으로 된다.

[실시예 2]

제3도는 제2의 실시예를 나타낸 렌즈 구성도이며, 여기서는 색수차를 보정하고, 동시에 상면에서의 평탄성을 유지하기 위하여 점착렌즈를 1개 사용한다.

r1:∞

d₁:4.4 n₁:1.539 υ₁:67.9

r2:-95.83

d₂:30.0

r3:-40.70

d₃:6.9 n₃:1.595 υ₃:35.5

r4:75.16

d₄:22.8

r5:-2380.00

d₅:12.5 n₅:1.697 υ₅:55.6

r6:-33.57

d₆:3.9 n₆:1.648 υ₆:33.8

r7:-60.76

d₇:0.6

r8:146.55

d₈:6.9 n₈:1.697 υ₈:55.6

r9:-463.87

초점거리:100

F넘버:8.3

백포커스:120.54

화면치수:40

(화각:23°)

단, r1,r2,.......는 렌즈 각면의 곡률반경, d₁,d₂,.......는 각 렌즈의 두께 또는 렌즈 간격, n₁,n₂,.......는 각 렌즈 엘레멘트의 파장 587.6nm의 광에 대한 굴절을 υ₁,υ₂,.......는 각 렌즈 엘레멘트의 압배수이며, 이하의 실시예에 대하여서도 동일한 것이다.

또한, 제4도는 제2의 실시예에 있어서의 구면수차와 비점수차를 나타낸 수차곡선도이다.

[실시예 3]

제5도는 제3의 실시예를 나타낸 렌즈 구성도이며, 여기서는 색수차를 보정하고, 동시에 상면에서의 평탄성을 유지하기 위한 점착렌즈를 2개 사용한다.

r1:∞

d₁:4.3 n₁:1.620 υ₁:60.3

r2:-99.00

d₂:30.3

r3:-39.60

d₃:5.0 n₃:1.623 υ₃:58.2

r4:18.80

d₄:1.4 n₄:1.613 υ₄:37.0

r5:78.35

d₅:22.55

r6:-2400.00

d₆:12.4 n₆:1.694 υ₆:53.8

r7:-37.10

d₇:3.8 n₇:1.651 υ₇:38.2

r8:-58.80

d₈:0.6

r9:144.80

d₉:6.8 n₉:1.694 υ₉:53.8

r10:-457.35

초점거리:100

F넘버:8.3

백포커스:120.74

화면치수:40

(화각:23°)

또한, 제6도는 제3의 실시예에 있어서의 구면수차와 비점수차를 나타낸 수차곡선도이다.

[실시예 4]

제7도는 제4의 실시예를 나타낸 렌즈 구성도이며, 상기 제3의 실시예와 동일하게 색수차를 보정하고, 동시에 상면에서의 평탄성을 유지하기 위하여 점착렌즈를 2개 사용한다.

r1:∞

d₁:4.4 n₁:1.620 υ₁:60.3

r2:-102.60

d₂:28.8

r3:-42.70

d₃:7.0 n₃:1.620 υ₃:36.3

r4:80-90

d₄:23.4

r5:-1930.00

d₅:13.0 n₅:1.694 υ₅:53.8

r6:37.20

d₆:3.7 n₆:1.694 υ₆:53.8

r7:-60.90

d₇:0.6

r8:151.20

d₈:13.0 n₈:1.694 υ₈:53.8

r9:-132.00

d₉:3.7 n₉:1.689 υ₉:31.1

r10:-404.00

초점거리:100

F넘버:8.3

백포커스:118.82

화면치수:40

(화각:23°)

또한, 제8도는 제4의 실시예에 있어서의 구면수차와 비점수차를 나타낸 수차곡선도이다.

[실시예 5]

제9도는 제5의 실시예를 나타낸 렌즈 구성도이며, 상기 제3, 제4의 실시예와 동일하게 색수차를 보정하고, 동시에 상면에서의 평탄성을 유지하기 위하여 점착렌즈를 2개 사용한다.

r1: ∞

d₁:4.3 n₁:1.620 υ₁:60.3

r2:-98.45

d₂:30.8

r3:-41.00

d₃:5.0 n₃:1.620 υ₃:60.3

r4:-18.45

d₄:1.8 n₄:1.613 υ₄:37.0

r5:77.75

d₅:22.4

r6:-2100.00

d₆:3.8 n₆:1.651 υ₆:38.2

r7:144.00

d₇:12.3 n₇:1.694 υ₇:53.8

r8:-58.45

d₈:0.6

r9:144.00

d₉:6.8 n₉:1.694 υ₉:53.8

r10:-455.30

초점거리:100

F넘버:8.3

백포커스:118.38

화면치수:40

(화각:23°)

또한, 제10도는 제5의 실시예에 있어서의 구면수차와 비점수차를 나타낸 수차곡선도이다.

[실시예 6]

제11도는 제6의 실시예를 나타낸 렌즈 구성도이며, 여기서는 색수차를 보정하고, 동시에 상면에서의 평탄성을 유지하기 위하여 점착렌즈를 3개 사용한다.

r1:∞

d₁:1.0 n₁:1.613 υ₁:44.4

r2:25.0

d₂:31.0

r3:-95.50

d₃:31.0

r4:-39.40

d₄:4.8 n₄:1.620 υ₄:60.3

r5:-15.50

d₅:1.8 n₅:1.613 υ₅:44.4

r6:75.80

d₆:21.7

r7:-770.00

d₇:3.6 n₇:1.613 υ₇:44.4

r8:141.00

d₈:12.0 n₈:1.694 υ₈:53.8

r9:-57.30

d₉:0.3

r10:143.20

d₁₀:6.5 n₁₀:1.694 υ₁₀:53.8

r11:-394.00

초점거리:100

F넘버:8.3

백포커스:118.49

화면치수:40

(화각:23°)

또한, 제12도는 제6의 실시예에 있어서의 구면수차와 비점수차를 나타낸 수차곡선도이다.

또한, 제11도에 나타낸 렌즈계가 완전대칭으로 배치된 경우, 중앙의 양볼록렌즈는 3자의 점착 렌즈로 된다. 이 완전대칭으로 배치된 렌즈계에 있어서 점착된 볼록렌즈 5장의 광학글라스의 재질로는 크루쯔 플린트(Kruz-Flint)를 사용한다.

이 크루쯔 플리트를 사용하면, 사용하지 않는 경우에 비하여 색수차를 1/2-1/3로 감소시킬 수 있다.

[실시예 7]

제13도는 제7의 실시예를 나타낸 렌즈 구성도이며, 제3-제5의 실시예와는 조립이 상이한 것이지만, 상기 실시예와 동일하게 2개의 점착렌즈를 사용한다.

r1:∞

d₁:4.3 n₁:1.620 υ₁:60.3

r2:98.9

d₂:30.8

r3:-41.15

d₃:1.8 n₃:1.595 υ₃:35.5

r4:30.2

d₄:5.0 n₄:1.620 υ₄:60.3

r5:78.75

d₅:22.65

r6:-1850.00

d₆:16.00 n₆:1.694 υ₆:53.8

r7:-59.35

d₇:0.5

r8:144.70

d₈:3.5 n₈:1.694 υ₈:53.8

r9:-120.00

d₉:3.5 n₉:1.648 υ₉:33.8

r10:-457.40

초점거리:100

F넘버:8.3

백포커스:111.37

화면치수:40

(화각:23°)

또한, 제14도는 제7의 실시예에 있어서의 구면수차와 비점수차를 나타낸 수차곡선도이다.

[실시예 8]

제15도는 제8의 실시예를 나타낸 렌즈 구성도이며, 제7의 실시예와 동일하게 2개의 점착렌즈를 사용한다.

r1:∞

d₁:4.3 n₁:1.620 υ₁:60.3

r2:-98.90

d₂:30.7

r3:-42.10

d₃:5.0 n₃:1.620 υ₃:60.3

r4:-19.00

d₄:1.8 n₄:1.613 υ₄:60.3

r5:82.60

d₅:22.65

r6:∞

d₆:16.00 n₆:1.694 υ₆:53.8

r7:-60.55

d₇:0.5

r8:144.70

d₈:12.5 n₈:1.694 υ₈:53.8

r9:-120.00

d₉:3.5 n₉:1.651 υ₉:38.2

r10:-457.40

초점거리:100

F넘버:8.3

백포커스:112.07

화면치수:40

(화각:23°)

또한, 제16도는 제8의 실시예에 있어서의 구면수차와 비점수차를 나타낸 수차곡선도이다.

상기한 제2의 실시예에서 제8의 실시예는 상기한 바와 같이, 색수차를 보정하고, 또한 상면에서의 평탄성을 유지하기 위하여 구성 렌즈의 어느 것이든 굴절율, 분산이 상이한 초재를 점착한 렌즈를 사용한 제1의 실시예의 변형예이며, 편의상 렌즈계의 중앙부에 배치된 양볼록렌즈의 중앙에 광축과 직교하는 평면을 상정하고, 이 평면 이후의 후반부를 도시한 것이다.

제25도는 렌즈계 중앙부에 양볼록렌즈가 배치되어 있지 않은 종래의 일반적인 텔레센트릭 결상광학계의 일예를 나타낸 것으로서, 각 렌즈의 곡률반경 r1,r2,r3, 각 렌즈의 두께 n_1,d₂각 렌즈 엘레멘트의 파장 587.6nm에 대한 굴절을 n₁,n₂각 렌즈 엘레멘트의 압배수 υ₁,υ₂는 하기와 같이 되어 있다.

또한 d₀은 제25도의 구성을 대칭중심을 중심으로 대칭되게 배치된 경우의 물체와 곡률 r3면(+136.85)까지의 거리이다.

r1:85.5

d₁:10.0 n₁:1.618 υ₁:52.7

r2:-34.3

d₂:3.0 n₂:1.689 υ₂:31.2

r3:-135.85

d₀:96.0

초점거리:100

F넘버:8.3

백포커스:94.60

화면치수:14

(화각:8°)

또한, 제26도는 제25도에 나타낸 텔레센트릭 결상광학계에 있어서의 구면수차 및 비점수차를 나타낸 것이다.

이러한 일반적인 텔레센트릭 결상광학계와 상기한 각 실시예를 비교하면, 본 발명에 관련된 텔레센트릭 결상광학계가 여하히 넓은 화각을 갖게 되는지를 충분히 이해할 수 있다.

즉, 본 발명에 관련된 텔레센트릭 결상광학계의 각 실시예의 전장은 제25도에 나타낸 일반적인 텔레센트릭 결상광학계의 그것과 동일하지만, 결상 가능한 화면치수는 거의 3배로 되어서 큰 화면치수를 얻을 수 있는 것이다.

또한, 상기한 제2-제8의 실시예에 있어서는 렌즈계의 전측초점은 중앙부에 배치되는 양볼록렌즈의 중앙에 상정한 광축과 직교하는 평면에 합치되지 않고, 이 평면근방으로 위치토록 하여서 배치되어 있다.

그 이유는 렌즈계의 구면수차의 영향에 의하여 각 상고에 대해 출사광의 텔레센트릭 특성이 없어지는 것을 방지하기 위하여 실제예는 상측에서 입사하는 팽행광속을 형성하는 최소 착란원의 위치를 상기 평면에 합치시키는 것이다.

따라서, 제2-제8의 실시예로서 도시한 렌즈계를 상기 평면을 기준으로서 전후 대칭으로 배치하면, 화각 즉, 화면치수가 크고, 등배인 텔레센트릭 결상광학계를 구성할 수가 있게 된다.

또한, 상기한 바와 같이, 렌즈계를 전후 대칭으로 배치할 시에 렌즈계 중앙부에 배치되는 양볼록렌즈의 중앙에 상정한 평면을 기준으로 하지 않고, 이 평면으로부터 약간 전방으로 치우친 위치를 대칭배치의 기준으로 하는 것에 의하여 렌즈를 전후 대칭으로 배치할 시, 양 볼록렌즈의 중앙에 공기간격이 생길 수 있도록 구성하여도 상기한 평면을 기준으로 한 경우와 거의 동등한 효과를 얻는다.

또한, 전후 렌즈계의 조합을 예컨대, 제2-제8의 실시예 중에서 상이한 실시예끼리를 조합하는 것도 가능한 것이며, 다음에 설명하는 제9의 실시예는 상기 제7과 제8의 실시예를 조합한 것이다.

[실시예 9]

제17도는 상이한 제7 및 제8의 실시예를 조합한 제9의 실시예를 나타낸 렌즈 구성도이며, 본 실시예에서는 파장에 의한 비점수차의 변화가 전후 렌즈계에서 보정되어 완전대칭의 렌즈 구성의 경우보다 작게 되어진다.

r1:457.40

d₁:3.5 n₁:1.648 υ₁:33.8

r2:120.00

d₂:12.5 n₂:1.694 υ₂:53.8

r3:-144.70

d₃:0.5

r4:59.35

d₄:16.0 n₄:1.694 υ₄:53.8

r5:1850.00

d₅:22.65

r6:-78.75

d₆:5.0 n₆:1.620 υ₆:60.3

r7:-30.20

d₇:1.8 n₇:1.595 υ₇:35.5

r8:41.15

d₈:30.8

r9:98.90

d₉:8.6 n₉:1.620 υ₉:60.3

r10:-98.90

d₁₀:30.7

r11:-42.10

d₁₁:5.0 n₁₁:1.620 υ₁₁:60.3

r12:-19.00

d₁₂:1.8 n₁₂:1.613 υ₁₂:37.0

r13:82.60

d₁₃:22.65

r14:∞

d₁₄:16.00 n₁₆:1.694 υ₁₆:53.8

r15:-60.55

d₁₅:0.5

r16:144.70

d₂₆:12.50 n₁₆:1.694 υ₁₆:53.8

r17:-120.00

d₁₇:3.5 n₁₇:1.651 υ₁₇:38.2

r18:-457.40

d₄(물체와 곡물 r1면과의 거리):111.37

물체·상간거리:417.44

결상배율:1.0

화면치수:40

F넘버:8.0(NA:0.063)

또한, 제18도는 제9의 실시예에 있어서의 구면수차와 비점수차를 나타낸 수차곡선도이다.

그리고, 다음에 나타낸 제19도는 제9도에 나타낸 제5의 실시예의 렌즈 구성을 그 곡률 r1면에 대하여 대칭으로 배치된 전체계를 나타낸 것으로, 등배 결상광학계를 구성하고 있다.

이것은 제21도에 나타낸 렌즈계와 비교하기 위하여 나타낸 것이다. 또한, 제19도에 나타낸 렌즈계의 데이터를 이하에 재기재 하여 놓는다.

r1:455.30

d₁:6.8 n₁:1.694 υ₁:53.8

r2:-144.00

d₂:0.6

r3:58.45

d₃:12.3 n₃:1.694 υ₃:53.8

r4:-144.00

d₄:3.8 n₄:1.651 υ₄:38.2

r5:2100.00

d₅:22.4

r6:077.75

d₆:1.8 n₆:1.613 υ₆:37.0

r7:-18.45

d₇:5.0 n₇:1.620 υ₇:60.3

r8:41.00

d₈:30.8

r9:98.45

d₉:8.6 n₉:1.620 υ₉:60.3

r10:-98.45

d₁₀:30.8

r11:-41.00

d₁₁:5.0 n₁₁:1.620 υ₁₁:60.3

r12:-18.45

d₁₂:1.8 n₁₂:1.613 υ₁₂:37.0

r13:77.75

d₁₃:22.4

r14:02100.00

d₁₄:3.8 n₁₆:1.651 υ₁₆:38.2

r15:144.00

d₁₅:12.3 n₁₅:1.694 υ₁₅:53.8

r16:-58.45

d₁₆:0.6

r17:144.00

d₁₇:6.8 n₁₇:1.694 υ₁₇:53.8

r18:-455.30

d₄(물체와 곡물 r1면과의 거리):118.38

물체·상간거리:412.35

결상배율:1.0

화면치수:40

F넘버:8.0(NA:0.06)

또한, 제20도는 제19의 실시예에 있어서의 구면수차와 비점수차를 나타낸 수차곡선도이다.

또한, 전후로 조합되는 렌즈군의 초점거리는 제9의 실시예(제17도 및 제19도에 나타낸 예와 같이 동일하게 하는 것을 반드시 필요한 것은 아니다. 예컨대, 전반부의 렌즈군의 곡률반경, 면간격의 값에 대하여 후반부의 렌즈군의 상기 값을 M배로 비례확대 또는 비례축소하여 배치하면, 결상배율 M배의 텔레센트릭 결상광학계를 구성할 수 있게 된다.

[실시예 10]

제21도는 제10도의 실시예를 나타낸 렌즈 구성도이며, 여기서는 전반부의 렌즈 구성은 제5의 실시예와 동일하게 하고, 후반부의 렌즈 구성은 제5의 실시예를 0.8로 비례 축소한 것을 조합한 것이어서 전체계를 0.8배의 텔레센트릭 결상과학계로 구성한 것이다.

r1:455.30

d₁:6.8 n₁:1.694 υ₁:53.8

r2:-144.00

d₂:0.6

r3:58.45

d₃:12.3 n₃:1.694 υ₃:53.8

r4:-144.00

d₄:3.8 n₄:1.651 υ₄:38.2

r5:2100.00

d₅:22.4

r6:-77.75

d₆:1.8 n₆:1.613 υ₆:37.0

r7:18.45

d₇:5.0 n₇:1.620 υ₇:60.3

r8:41.00

d₈:30.8

r9:98.45

d₉:7.74 n₉:1.620 υ₉:60.3

r10:-78.76

d₁₀:24.64

r11:-32.80

d₁₁:4.0 n₁₁:1.620 υ₁₁:60.3

r12:-14.76

d₁₂:1.44 n₁₂:1.620 υ₁₂:60.3

r13:62.20

d₁₃:17.92

r14:-1680.00

d₁₄:3.04 n₁₄:1.651 υ₁₆:38.2

r15:115.20

d₁₅:9.84 n₁₅:1.694 υ₁₅:53.8

r16:046.76

d₁₆:0.48

r17:115.20

d₁₇:5.44 n₁₇:1.694 υ₁₇:53.8

r18:-364.24

d₄(물체와 곡물 r1면과의 거리):118.38

물체·상간거리:371.12

결상배율:0.8

화면치수:32

F넘버:8.3(NA:0.06)

그리고, 제22도는 제10의 실시예에 있어서의 구면수차와 비점수차를 나타낸 수차곡선도이다.

또한, 등배이외의 결상배율을 갖고, 화면치수가 큰 텔레센트릭 결상광학계를 구성하는 경우에는 반드시 제10의 실시예와 같이 전반부와 후반부의 곡률반경, 면간격을 비례확대, 축소시켜 초점거리를 변화시킬 필요는 없는 것이며, 예컨대, 전후의 렌즈군은 대칭배치로 하고, 중앙에 배치한 양볼록렌즈를 대칭중심으로부터 이간시켜서 배치하는 것에 의하여 소망의 결상배율로 하는 것도 가능한 것이다.

[실시예 11]

제11의 실시예는 중앙부에 배치한 양볼록렌즈를 렌즈계의 대칭중심으로부터 이간시켜서 배치된 것으로서, 제23도는 이 렌즈 구성도이다.

r1:418.45

d₁:6.8 n₁:1.694 υ₁:53.8

r2:-144.00

d₂:0.6

r3:58.45

d₃:12.3 n₃:1.694 υ₃:53.8

r4:-144.00

d₄:3.8 n₄:1.651 υ₄:38.2

r5:2460.00

d₅:22.4

r6:-76.43

d₆:1.8 n₆:1.613 υ₆:37.0

r7:17.48

d₇:5.0 n₇:1.623 υ₇:58.2

r8:40.49

d₈:40.0

r9:114.46

d₉:8.6 n₉:1.620 υ₉:60.3

r10:-86.15

d₁₀:17.85

r11:-40.49

d₁₁:5.0 n₁₁:1.623 υ₁₁:58.2

r12:-17.48

d₁₂:1.8 n₁₂:1.613 υ₁₂:37.0

r13:76.43

d₁₃:22.4

r14:-2460.00

d₁₄:3.8 n₁₆:1.651 υ₁₆:38.2

r15:144.00

d₁₅:12.3 n₁₅:1.694 υ₁₅:53.8

r16:-58.45

d₁₆:0.6

r17:144.00

d₁₇:6.8 n₁₇:1.694 υ₁₇:53.8

r18:-418.45

d₄(물체와 곡물 r1면과의 거리):125.5

물체·상간거리:410.24

결상배율:0.865

화면치수:34.64

F넘버:8.9(NA:0.056)

그리고, 제23도는 제11의 실시예에 있어서의 구면수차와 비점수차를 나타낸 수차곡선도이다.

또한, 제11의 실시예에서는 중앙부의 양볼록렌즈를 색이 없는 점착렌즈로 한 것이 아니기 때문에 이 렌즈를 비대칭으로 배치하면 배율 색수차가 발생하지만, 텔레센트릭 결상광학계에 있어서는 물체거리를 변화시켜도 결상배율은 변화하지 않는 특성이 있기 때문에 적절한 물체거리(본 예에서는 125.5)를 설정하는 것에 의하여 결상배율을 변화하지 않으면서 배율 색수차를 보정할 수가 있는 것이다.

[적용예]

다음에 본 발명에 관련된 광학계를 사용한 일 적용예를 설명한다. 본 적용예는 제판에 있어서의 판하대지(Block copy layout sheet)의 판독장치에 관한 것이다. 제판의 최초의 단계에서는 판하를 작성한다.

판하는 문자나 문자군, 선화, 사진등을 인쇄물상에서 어떠한 배열로 할 것인가를 지정한 것이어서, 이 지정을 대지상에 정확히 행하는 것을 할당판하 또는 할당대지 혹은 판하대지라 한다.

이 판하대지는 디지타이저(Digitizer)나 자동제도기등을 사용하여 작성한다. 한편, 판하대지의 지정개소에 수납할 수 있는 원고는 스캐너(Scanner)로서 처리되어 디지털 데이터의 형태로 기록매체에 격납시킨다. 전자편집을 행할시에 이 원고 데이터에 대하여 화상 레이아우트를 행하기 위한 데이터가 필요하게 된다. 판하대지의 판독장치는 이 화상 레이아우트를 행하기 위한 데이터를 위한 장치인 것이다.

제27도는 적용예의 외관 개략도를 나탄낸 것이다.

본 장치는 하부의 전장부(10)와 상부의 스캔 기구부(11)로 되어 있다. 스캔 기구부(11)의 최상에는 주연부를 내부 프레임에 고정된 원고대 글라스(12)가 있으며, 이 원고대 글라스(12)의 바로 전방에 길게 연하여 판하대지(13)를 이 상면에 놓을시에 위치를 결정하기 위한 스케일(12S)이 취부되어 있다.

14는 원고카바, 15는 조작파넬이며, 조작파넬의 스타트 기어를 ON으로 하면, 파선으로 나타낸 주사헤드(16)는 원점(home position)으로부터 기계적으로 이동되어 판하대지(13)를 주사한다.

본 장치(100)는 문서나 도형을 복사하는 복사기나 퍼스널 컴퓨터로 화상을 입력하기 위한 이메이지 리더와 유사하다. 그러나, 상이한 점은 2가지가 있으며, 첫째는, 원고로서의 판하대지는 넓은 면적을 예컨대, 655×869mm의 면적은 갖는다는 점, 둘째는 1000-2000라인/인치와 해당도가 극히 높은 점이다.

또한, 넓은 면적을 고해상도로서 판독하는 장치이며, 동시에 판독하는 시간은 가능한 한 짧은 쪽이 좋은 것이다. 그러나 여기에 문제가 있는 것이다.

즉, 원고대 글라스(12)는 1장으로 구성되지만, 이와 같은 넓은 면적으로 되면, 평면도의 확보가 어렵게 되고, 또한 프레임에 밀착시켜 고정하여도 반드시 울퉁불퉁하게 되어진다.

기계적인 오차가 적어도, 광학적으로는 이러한 오차는 극히 크게 반영되는 것이다. 따라서, 판독개소에서 상기와 같은 상황임에도 불구하고 고해상도를 유지하기 위하여서는 물체위치에 조그만한 변화가 있을지라도, 고정위치로 되는 상면에 있어서의 결상배율이 변화하지 않는 것이 바람직스러운 것이다.

상기 이유로서 주사헤드에 텔레센트릴 결상광학계를 채용하게 된 것이다. 또한, 판하대지(13)에는 대지상에 별도의 종이를 점부되는 것이 대부분이어서 물체면이 요철상이 아니고 단상으로 되지만, 이것도 상기한 바와 동일하게 텔레센트릭의 특성으로부터 문제가 되지 않게 된다.

판독시간을 단축화시키는 데에는 주사속도를 빠르게 하면 좋지만, 소정의 고해상도를 유지하는 데에는 주사속도가 제한되어 있기 때문에, 결국 래스터(RasteR) 주사의 1회의 주사폭을 크게 하는 데에 귀착된다.

이 점에서 주사헤드에 화면치수 즉 화각이 큰 광학계가 요구하게 되는 것이다. 그런데, 모두의 종래 기술의 문제점에서 기술한 바와 같이 텔레센트릭 결상광학계는 화각을 크게 하는 데에는 난점이 있는 것이다.

이 광학계에서 어떠한 대책도 없이 화각을 크게 하게 되면, 이 광학계 자신이 대형화 되어서 광학계의 전장도 당연히 길게 되어 이동하는 (또는 구동되는) 주사헤드에 바람직스럽지 않은 결점이 생기게 된다.

여기서, 이동시키기 위하여 또한 판독 범위를 넓게 확보하기 위하여 주사헤드 자신을 소형화(콤팩트화) 시켜야 하는 것이다.

적어도 광학계의 전장을 짧게 하여야 하지만, 이렇게 하기 위하여서는 화각을 크게 할 필요가 있는 것이다.

이러한 의미도 포함하여 광학계의 전장에 비하여 화각을 크게 한다(따라서, 콤팩트화된) 본 발명에 관련된 텔레센트릭 결상광학계는 이와 같은 종류의 장치에 가장 적합하게 사용할 수가 있는 것이다.

제28도는 주사헤드(16)의 이동을 나타낸 것이고, 제29도는 주사헤드(16)의 개략을 나타낸 것이다. 주사의 원점 0(home position)에서 Y축방향으로 판독폭 D로서 등속으로 진행한다.

Y축방향의 종점에 달하면, 일단 Y=0으로 되돌아 오게 되고, 다음에 X축방향으로 판독폭 D만큼 할출(Indexed)되어서 여기서 또한 Y축방향으로 판독폭 D로 등속으로 종점까지 진행한다.

이와 같이, 빗살형태로 이동되도록 제어되어서 전면의 주사를 행하게 된다. 이동은 물론 각각의 모터를 구동원으로서 행하게 된다. 또한, 제어에는 마이크로컴퓨터가 개재된다.

본 예에서는 판독폭 D가 32mm, 유효판독범위는 515×728mm, 26스텝의 주사로서 판독을 완료한다. 주사선 밀도가 2000라인/인치시에 소요시간은 약 17분 정도이다.

주사헤드(16)는 제29도에 나타낸 바와 같이, 원고대 글라스(12)에 하방으로 원고대 글라스(12)와 평행으로 이동하도록 장치되어 있다.

Y축방향의 양단부에 있어서 X축방향으로 연장 설치된 레일(17) 상면에 베이스대(18)가 재치되고, 베이스대(18)에는 Y축방향으로 볼나사(19)를 구비하고 있다.

이동대(20)는 이 볼나사(19)에 나사결합되어서 베이스대(18)상을 Y축방향으로 미끄러지면서 움직인다. 또한, 이동대(20)상에는 직립으로 상자상의 지지체(21)가 설치되어 있다.

상기 지지체(21)에 대하여 조명광학계(22), 동체(23)에 지지된 본 발명에 연관된 텔레센트릭 결상광학계(24) 및 1차원의 CCD 소자(25)가 각각 고정되어 있다. 조명광학계(22)는 도시하지 않은 광원으로서의 할로겐 램프와 콜리메이터(Collimator)렌즈, 광학계 가이드로서 광화이버(26), 실린드리컬 렌즈(27)로 구성되며, 원고대 글라스(12)의 상면에 초점을 맞춰서 이것을 전후로 45°의 방향으로부터 슬릿트(slit)상으로 조명한다.

판하대지(13)의 주사폭 D의 영역(28)은 텔레센트릭 결상광학계(24)에 의하여 CCD(25)의 수광면에 결상된다. 또한, 본 예에서는 CCD(25)는 수광면의 12.7μm를 1화소로서 약 2500화소로 판독한다.

이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 비교적 간단한 렌즈 구성에 의하여, 물상·상면간 거리와 비교하여 화면치수가 큰 텔레센트릭 결상광학계를 얻을 수 있으며, 또한 등배 전후에서 임의의 결상배율의 텔레센트릭 결상광학계로 하는 것도 가능한 것이다.

더욱이, 본 발명에 관련된 텔레센트릭 결상광학계를 실제장치에 조립 설치하는 경우, 그 전체 길이를 단축할 수 있어서 소형화시킬 수가 있는 것이다.

Claims

양볼록렌즈의 전후로 각각 3군으로 된 렌즈계를 배치한 광학계에 있어서, 전군 렌즈를 물체측으로부터, 양볼록렌즈, 물체측으로 볼록면을 향한 메니스커스 볼록렌즈 또는 평볼록렌즈, 양오목렌즈의 3군으로 구성됨과 동시에 후군 렌즈를 상측으로부터, 양볼록렌즈, 상면측으로 볼록면을 향한 메니스커스 볼록렌즈 또는 평볼록렌즈, 양오목렌즈의 3군으로 구성하여 전군 렌즈의 후측초점과 후근 렌즈의 전측초점을 중앙부의 양볼록렌즈의 근방에서 거의 일치시켜서 구성된 것을 특징으로 하는 화면치수가 큰 텔레센트릭 결상광학계.
제1항에 있어서, 구성 렌즈의 적어도 하나를 굴절율, 분산이 상이한 초재로 조합한 점착 렌즈로 구성된 것을 특징으로 하는 화면치수가 큰 텔레센트릭 결상광학계.
제1항에 있어서, 상기 전군 렌즈의 초점거리와 상기 후군 렌즈의 초점거리를 동등하게 구성한 것을 특징으로 하는 화면치수가 큰 텔레센트릭 결상광학계.
제3항에 있어서, 상기 전군 렌즈와 상기 후군 렌즈가 동일하게 구성된 것을 특징으로 하는 화면치수가 큰 텔레센트릭 결상광학계.
제3항에 있어서, 상기 전군 렌즈와 후군 렌즈와 상이하게 구성된 것을 특징으로 하는 화면치수가 큰 텔레센트릭 결상광학계.
제2항에 또는 제3항에 있어서, 상기 중앙부의 양볼록렌즈를 결상배율을 1.0 이외로 하기 위하여 그리고/또는 변배를 위하여 상기 양 초점을 거의 일치시킨 위치로부터 이간된 위치에 배치되어 구성된 것을 특징으로 하는 화면치수가 큰 텔레센트릭 결상광학계.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 중앙부의 양볼록렌즈를 결상배율을 1.0이외로 하기 위하여 그리고/또는 변배를 위하여 상기 양 초점을 거의 일치시킨 위치에서 이간된 위치에 배치되어 구성된 것을 특징으로 하는 화면치수가 큰 텔레센트릭 결상광학계.
제1항에 있어서, 결상배율을 1.0이외로 하기 위하여, 상기 전군 렌즈의 초점거리와 상기 후군 렌즈의 초점거리를 상이하게 구성한 것을 특징으로 하는 화면치수가 큰 텔레센트릭 결상광학계.
제8항에 있어서, 상기 후군 렌즈는 상기 전군 렌즈계의 치수와 비례하여 변하고, 상기 전군 렌즈와 동일한 형태를 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 화면치수가 큰 텔레센트릭 결상광학계.
제8항에 있어서, 상기 전군 렌즈와 상기 후군 렌즈는 상이한 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 화면치수가 큰 텔레센트릭 결상광학계.
원고를 주사에 의하여 고체촬상소자로서 판독하는 장치에 있어서, 상기 원고를 조명하는 조명광학계와, 조명된 상기 원고로부터의 광속을 상기 고체촬상소자상으로 수속하는 결상광학계를 구비하고, 상기 결상광학계가 양볼록렌즈의 전후에 각각 3군으로 된 렌즈계를 배치한 광학계로서 전군 렌즈를 원고측으로부터 양볼록렌즈, 원고측으로 볼록면을 향한 메니스커스 볼록렌즈 또는 평볼록렌즈, 양오목렌즈의 3군으로 구성됨과 동시에 후군 렌즈를 고체촬상소자측으로부터, 양볼록렌즈, 고체촬상소자측으로 볼록면을 향한 메니스커스 볼록렌즈 또는 평볼록렌즈, 양오목렌즈의 3군으로 구성되고, 전군 렌즈의 후측초점과 후근 렌즈의 전측초점을 중앙부의 양볼록렌즈의 근방에서 거의 일치시킨 구성을 갖는 텔레센트릭 결상광학계인 것을 특징으로 하는 원고 판독장치.
제11항에 있어서, 상기 조명광학계와, 상기 텔레센트릭 결상광학계와, 상기 고체촬상소자가 일체로 되어서 주사헤드를 구성하며, 이 헤드가 원고 주사를 위하여 이동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 원고판독장치.
제12항에 있어서, 상기 주사헤드는 원고를 빗살형으로 주사하는 것을 특징으로 하는 원고 판독장치.
제13항에 있어서, 상기 원고는 판하대지에서 상기 주사헤드의 주사폭이 30mm 이상인 것을 특징으로 하는 원고 판독장치.