(57)【特許請求の範囲】
【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レンズ群と前記第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ことを特徴とする変倍テレセントリック光学系。
【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サブレンズ群と前記第２サブレンズ群との間隔と、前記第２サブレンズ群と前記第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ことを特徴とする請求項１記載の変倍テレセントリック光学系。
【請求項３】
前記第１サブレンズ群と前記第３サブレンズ群とは正屈折力を有し、
前記第２サブレンズ群は負屈折力を有することを特徴とする請求項２記載の変倍テレセントリック光学系。
【請求項４】
前記第１サブレンズ群と前記第３サブレンズ群とは負屈折力を有し、
前記第２サブレンズ群は正屈折力を有することを特徴とする請求項２記載の変倍テレセントリック光学系。
【請求項５】
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乃至請求項４の何れか一項記載の変倍テレセントリック光学系。
【発明の詳細な説明】
【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。
【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５−２０３８７４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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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Ｌ３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。
【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。
【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
【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
【００１４】
これらの各間隔のうち、間隔ｄ３とｄ４とは、第２レンズ群Ｌ２がアフォーカル系となるために、
ｆ１−ｄ３＝−２ｆ２
ｆ３−ｄ４＝−２ｆ２
より定められている。
【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
【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＝ｆＬ１
ｄ６＝ｆＬ３
となる。このとき、倍率１倍、全長３７７．１４２ｍｍ、瞳は両側とも無限遠である。
【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。
【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。
【００１９】
以上の６式において、未知数はｄ＊２、ｄ＊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。
【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。
【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
【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の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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の等倍状態を示す構成図
【図２】第１実施例の０．７倍状態を示す構成図
【図３】第２実施例の等倍状態を示す構成図
【符号の説明】
Ｌ１…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
【図１】
0003600898.tif 000002
【図２】
0003600898.tif 000003
【図３】
0003600898.tif 000004