DE69300745T2

DE69300745T2 - Telezentrisches optisches Abbildungssystem.

Info

Publication number: DE69300745T2
Application number: DE69300745T
Authority: DE
Inventors: Takahisa Hayashi; Zenji Wakimoto
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1992-01-23
Filing date: 1993-01-21
Publication date: 1996-04-11
Anticipated expiration: 2013-01-22
Also published as: EP0555670B1; EP0555670A1; JP2731481B2; US5414561A; DE69300745D1; JPH05203874A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein telezentrisches optisches Abbildesystem, das eine in weitem Bereich variable Abbildungsvergrößerung hat.

Beschreibung der verwandten Technik

Das optische System, das in dem Patent Nr. 4,867,545 der Vereinigten Staaten offenbart ist, kann als ein herkömmliches telezentrisches optisches Abbildesystem genannt werden, das mit einem weiten Bereich der Bildvergrößerung benutzt werden kann. Das telezentrische optische Abbildesystem, das in dem US-Patent gezeigt ist, erfordert, daß ein erstes Linsensystem und ein drittes Linsensystem jeweils eine Positivleistung an der Gegenstands- und der Abbildungsseite hat und daß der rückwärtige Brennpunkt des ersten Linsensystems näherungsweise mit dem vorderen Brennpunkt des dritten Linsensystems übereinstimmt. Ein anderes Linsensystem mit einer Positivleistung ist in der Nähe dieser Brennpunkte angeordnet. Somit ist eine Entfernung zwischen einem Gegenstand und dem ersten Linsensystem kleiner als die Brennweite des ersten Linsensystems, und eine Entfernung zwischen einem Bild und dem dritten Linsensystem ist kleiner als die Brennweite des dritten Linsensystems. Dieses wiederum verkleinert eine Entfernung zwischen dem Gegenstand und dem Bild. In dem optisches System ist es leicht, die numerische Apertur zu erhöhen.
Jedoch hat das herkömmliche optische Abbildungssystem einen Nachteil dahingehend, daß der Bereich der variablen Vergrößerung relativ eng ist. Wie es aus dem US-Patent ersichtlich ist, beträgt das variable Leistungsverhältnis höchstens 4, offensichtlich ein nicht ausreichendes Verhältnis. Das variable Leistungsverhältnis ist ein Verhältnis der maximalen Verkleinerung zur maximalen Vergrößerung. Wenn z.B. eine Abbildungsvergrößerung von -2 bis -0,5 reicht, hat das optische Abbildungssystem ein variables Leistungsverhältnis von 4.
Ein weiteres Problem bei dem herkömmlichen optischen Abbildungssystem ist das folgende. Da das herkömmliche optische Abbildungssystem aus den drei Linsensystemen mit Positivleistung besteht, wird theoretisch geschlossen, daß die Petzval- Summe in dem optischen System groß sein wird. Wenn die Petzval-Summe groß ist, tritt die größere Wahrscheinlichkeit auf, daß die Bildebene nicht flach ist. Daher ist es schwierig, die Größe eines Bildes zu vergrößern, das gegebenenfalls gebildet werden wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist auf ein telezentrisches optisches Abbildesystem gerichtet. Das telezentrische optische Abbildesystem weist auf: ein erstes Linsensystem mit einer positiven Brennweite f1, ein zweites Linsensystem mit einer negativen Brennweite f2 und ein drittes Linsensystem mit einer positiven Brennweite f3, wobei die Linsensysteme in der Reihenfolge entlang einer optischen Achse des optischen Systems angeordnet sind, wobei das zweite Linsensystem zwischen dem ersten Linsensystem und dem dritten Linsensystem liegt; wobei das dritte Linsensystem so angeordnet ist, daß dessen vorderer Brennpunkt im wesentlichen mit dem rückwärtigen Brennpunkt des zusammengesetzten Linsensystems übereinstimmt, das aus dem ersten Linsensystem und dem zweiten Linsensystem besteht; wobei die Brennweiten die Bedingungen erfüllen:
f1/2,5 < -f2 < 2xf1
f3/2,5 < -f2 < 2xf3
und wobei wenigstens eines der Linsensysteme entlang der optischen Achse bewegbar ist, um so einen ersten Abstand zwischen dem ersten Linsensystem und dem zweiten Linsensystem und einen zweiten Abstand zwischen dem zweiten Linsensystem und dem dritten Linsensystem zu ändern, um somit die Vergrößerung des optischen Systems zu variieren.
Bevorzugt sind das erste Linsensystem und das dritte Linsensystem auf der optischen Achse befestigt, und das zweite Linsensystem ist entlang der optischen Achse bewegbar.
Als Alternative kann das zweite Linsensystem eine Vielzahl von Linsengruppen haben, wobei die Linsengruppen entlang der optischen Achse bewegbar sind, um somit den Abstand zwischen sich zu ändern.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein telezentrisches optisches Abbildesystem anzubieten, das ein großes variables Leistungsverhältnis hat.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher aus der folgenden genauen Beschreibung der vorliegenden Erfindung, wenn sie im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist eine Ansicht eines telezentrischen optischen Abbildesystems gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie es sein würde, wenn eine Abbildungsvergrößerung von -1 verwendet würde;
Figuren 2A bis 2C sind graphische Darstellungen von sphärischer Aberration, Astigmatismus und Verzeichnung, die das telezentrische optische Abbildesystem der Figur 1 bei einer Bildvergrößerung von -0,5 erzeugt;
Figuren 3A bis 3C sind graphische Darstellungen von sphärischer Aberration, Astigmatismus und Verzeichnung, die das telezentrische optische Abbildesystem der Figur 1 bei einer Abbildungsvergrößerung von -1 erzeugt;
Figuren 4A bis 4C sind graphische Darstellungen von sphärischer Aberration, Astigmatismus und Verzeichnung, die das telezentrische optische Abbildesystem der Figur 1 bei einer Abbildungsvergrößerung von -2,0 erzeugt;
Figur 5 ist eine Ansicht eines telezentrischen optischen Abbildesystems gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie es sein würde, wenn es bei einer Abbildungsvergrößerung von -1 verwendet würde;
Figuren 6A bis 6C sind graphische Darstellungen von sphärischer Aberration, Astigmatismus und Verzeichnung, die das telezentrische optische Abbildesystem der Figur 5 bei einer Abbildungsvergrößerung von -0,9 erzeugt;
Figuren 7A bis 7C sind graphische Darstellungen von sphärischer Aberration, Astigmatismus und Verzeichnung, die das telezentrische optische Abbildesystem der Figur 5 bei einer Abbildungsvergrößerung von -1 erzeugt;
Figuren 8A bis 8C sind graphische Darstellungen von sphärischer Aberration, Astigmatismus und Verzeichnung, die das telezentrische optische Abbildesystem der Figur 5 bei einer Abbildungsvergrößerung von -1,1 erzeugt;
Figur 9 ist eine Ansicht eines telezentrischen optischen Abbildesystems gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie es sein würde, wenn es bei einer Abbildungsvergrößerung von -1 verwendet würde;
Figuren 10A bis 10C sind graphische Darstellungen von sphärischer Aberration, Astigmatismus und Verzeichnung, die das telezentrische optische Abbildesystem der Figur 9 bei einer Abbildungsvergrößerung von -0,8 erzeugt;
Figuren 11A bis 11C sind graphische Darstellung von sphärischer Aberration, Astigmatismus und Verzeichnung, die das telezentrische optische Abbildesystem der Figur 9 bei einer Abbildungsvergrößerung von -1 erzeugt;
Figuren 12A bis 12C sind graphische Darstellungen von sphärischer Aberration, Astigmatismus und Verzeichnung, die das telezentrische optische Abbildesystem der Figur 9 bei einer Abbildungsvergrößerung von -1,25 erzeugt;
Figur 13 ist eine Ansicht eines telezentrischen optischen Abbildesystems gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie es sein würde, wenn es bei einer Abbildungsvergrößerung von -1 verwendet wird;
Figuren 14A bis 14C sind graphische Darstellungen von sphärischer Aberration, Astigmatismus und Verzeichnung, die das telezentrische optische Abbildesystem der Figur 13 bei einer Abbildungsvergrößerung von -0,5 erzeugt;
Figuren 15A bis 15C sind graphische Darstellungen von sphärischer Aberration, Astigmatismus und Verzeichnung, die das telezentrische optische Abbildesystem der Figur 13 bei einer Abbildungsvergrößerung von -1 erzeugt;
Figuren 16A bis 16C sind graphische Darstellungen von sphärischer Aberration, Astigmatismus und Verzeichnung, die das telezentrische optische Abbildesystem der Figur 13 bei einer Abbildungsvergrößerung von -2,0 erzeugt;
Figur 17 ist eine Ansicht eines telezentrischen optischen Abbildesystems gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie es sein würde, wenn es bei einer Abbildungsvergrößerung von -1 verwendet wird;
Figuren 18A bis 18C sind graphische Darstellungen von sphärischer Aberration, Astigmatismus und Verzeichnung, die das telezentrische optische Abbildesystem der Figur 17 bei einer Abbildungsvergrößerung von -0,5 erzeugt;
Figuren 19A bis 19C sind graphische Darstellungen von sphärischer Aberration, Astigmatismus und Verzeichnung, die das telezentrische optische Abbildesystem der Figur 17 bei einer Abbildungsvergrößerung von -1 erzeugt;
Figuren 20A bis 20C sind graphische Darstellungen von sphärischer Aberration, Astigmatismus und Verzeichnung, die das telezentrische optische Abbildesystem der Figur 17 bei einer Abbildungsvergrößerung von -2,0 erzeugt;
Figur 21 ist eine Ansicht eines telezentrischen optischen Abbildesystems gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie es sein würde, wenn es bei einer Abbildungsvergrößerung von -1 verwendet wird;
Figuren 22A bis 22C sind graphische Darstellungen von sphärischer Aberration Astigmatismus und Verzeichnung, die das telezentrische optische Abbildesystem der Figur 21 bei einer Abbildungsvergrößerung von -0,5 erzeugt;
Figuren 23A bis 23C sind graphische Darstellungen von sphärischer Aberration, Astigmatismus und Verzeichnung, die das telezentrische optische Abbildesystem der Figur 21 bei einer Abbildungsvergrößerung von -1 erzeugt;
Figuren 24A bis 24C sind graphische Darstellungen von sphärischer Aberration, Astigmatismus und Verzeichnung, die das telezentrische optische Abbildesystem der Figur 21 bei einer Abbildungsvergrößerung von -2,0 erzeugt;
Figur 25 ist eine Ansicht eines telezentrischen optischen Abbildesystems gemäß einer siebten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie es sein würde, wenn es mit einer Abbildungsvergrößerung von -1 verwendet wird;
Figuren 26A bis 26C sind graphische Darstellungen von sphärischer Aberration, Astigmatismus und Verzeichnung, die das telezentrische optische Abbildesystem der Figur 25 bei einer Abbildungsvergrößerung von -0,25 erzeugt;
Figuren 27A bis 27C sind graphische Darstellungen von sphärischer Aberration, Astigmatismus und Verzeichnung, die das telezentrische optische Abbildesystem der Figur 25 bei einer Abbildungsvergrößerung von -1 erzeugt; und
Figuren 28A bis 28C sind graphische Darstellungen von sphärischer Aberration, Astigmatismus und Verzeichnung, die das telezentrische optische Abbildesystem der Figur 25 bei einer Abbildungsvergrößerung von -4,0 erzeugt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUS FÜHRUNGSFORMEN

Bei dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein telezentrisches optisches Abbildesystem ein erstes und drittes Linsensystem auf, die jeweils eine Brennweite mit einem positiven Wert haben, und ein zweites Linsensystem, das eine Brennweite mit einem negativen Wert hat. Das zweite Linsensystem ist zwischen dem ersten und dem dritten Linsensystem angeordnet. Die Abbildungsvergrößerung des telezentrischen optischen Abbildesystems wird variiert, indem eine Entfernung zwischen dem ersten und dem zweiten Linsensystem und eine Entfernung zwischen dem zweiten und dem dritten Linsensystem geändert wird. Das telezentrische optische Abbildesystem des ersten Aspektes ist dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Ungleichungen erfüllt sind:
f1/2,5 < -f2 < 2 f1
f3/2,5 < -f2 < 2 f3
wobei f1 die Brennweite des ersten Linsensystems ist, f2 die des zweiten Linsensystems ist und f3 die des dritten Linsensystems ist. Das telezentrische optische Abbildesystem des ersten Aspektes ist auch dadurch gekennzeichnet, daß ein rückwärtiger Brennpunkt des ersten und des zweiten Linsensystems, als ein Linsensystem betrachtet, im wesentlichen mit einem vorderen Brennpunkt des dritten Linsensystems übereinstimmt.
Somit erfordert bei dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung das telezentrische optische Abbildesystem, daß der rückwärtige Brennpunkt eines zusammengesetzten Linsensystems, das aus dem ersten und dem zweiten Linsensystem besteht, im wesentlichen mit dem vorderen Brennpunkt des dritten Linsensystems übereinstimmt.
Bei dem telezentrischen optischen Abbildesystem wird die Abbildungsvergrößerung des Systems nicht variiert, selbst wenn die Entfernung des Gegenstandes geändert wird, und dann kann die Entfernung zwischen dem Gegenstand und dem Bild konstant gehalten werden, indem in geeigneter Weise die Gegenstandsentfernung und die Abbildungsentfernung ausgewählt werden. Daher kann das telezentrische optische Abbildesystem die Abbildungsvergrößerung des Systems unter der Bedingung variieren, daß die Gegenstandsfläche und die Bildfläche festliegen, indem das gesamte System entlang der optischen Achse bewegt wird, nachdem die Abbildungsvergrößerung eingestellt ist.
In strukturellen Ausdrücken ist das telezentrische optische Abbildesystem des ersten Aspektes ähnlich einem brennpunktlosen optischen System mit variabler Vergrößerung für ein durch Bildtelegraphie übertragenes Photo oder einem stereoskopischen Mikroskop. Wie es in der Technik bekannt ist, sind bei einem brennpunktlosen optischen System mit variabler Vergrößerung ein Linsensystem mit Positivleistung, ein Linsensystem mit Negativleistung und ein weiteres Linsensystem mit Positivleistung in der Reihenfolge in einer solchen Weise angeordnet, daß ein Lichtstrahl das brennpunktlose optischen System parallel zu einer optische Achse des brennpunktlosen optischen Systems betritt und verläßt. An dieser Stelle wird die Ähnlichkeit gefunden.
Andererseits wird eine Verschiedenheit, eine große, in dem folgenden Punkt gefunden. Ein brennpunktloses optisches System mit variabler Vergrößerung, ähnlich wie ein Teleskop vom Galilei'schen Typ, kann kein reelles Bild bilden, wenn es nicht in anderer Weise mit einem Abbildungssystem ausgestattet ist, das vor und/oder hinter dem brennpunktlosen optischen System mit variabler Vergrößerung liegt. In scharfem Gegensatz dazu kann ein telezentrisches optisches Abbildesystem in die Familie der System vom Kepler Typ kategorisiert werden, die ein reelles Bild bilden können. Das telezentrische optische Abbildungssystem allein kann außerhalb ein reelles Bild eines Gegenstandes bilden, der außerhalb des telezentrischen optischen Abbildesystems steht.
Nun werden die Implikationen der der oben angegebenen Ungleichungen beschrieben werden. Um Eigenschaften des telezentrischen optischen Abbildesystem zu finden, werden die Möglichkeiten des telezentrischen optischen Abbildesystems betrachtet, indem die Brennweite f2 des zweiten Linsensystems geändert wird. Die Brennweiten f1 und f3 des ersten und des dritten Linsensystem sind gleich auf 100 eingestellt. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Betrachtung. Tabelle 1 Vergrößerung Entfernung Gegenstand-Bild
Wie leicht aus der Tabelle 1 verständlich wird, wird der Vergrößerungsbereich, d.h. das variable Leistungsverhältnis, klein, wenn die Brennweite -f2 des zweiten Linsensystems die Brennweiten f1 und f3 des ersten und des dritten Linsensystems übersteigt. Somit muß die Brennweite -f2 des zweiten Linsensystems kleiner sein als das oder fast gleich dem Doppelte(n) der Brennweiten f1 und f3 des ersten und des dritten Linsensystems, um ein großes variables Leistungsverhältnis erzustellen.
Wenn die Brennweite -f2 des zweiten Linsensystems kleiner ist als die Brennweiten f1 und f3 des ersten und des dritten Linsensystems ist im Gegensatz dazu, obwohl das variable Leistungsverhältnis groß ist, eine Entfernung zwischen einem Gegenstand und einem Bild ähnlich groß. Dies führt zu einem Schluß, daß es wünschenswert ist, die Brennweite -f2 des zweiten Linsensystems gleich oder größer als 1/2,5 der Brennweiten f1 und f3 des ersten und des dritten Linsensystems einzustellen. Unten sollte das telezentrische optische Abbildesystem, die erwartete praktische Verwendung beachtend, erfüllen:
f1/2,5 < -f2 < 2 f1
f3/2,5 < -f2 < 2 f3
Obwohl die vorangehende Entscheidung oben entscheidet, daß die Startvergrößerung -2 ist, mit der Voraussetzung f1 = f3, kann die Startvergrößerung auf -f3/f1 eingestellt werden, indem die Brennweiten f1 und f3 des ersten und des dritten Systems geändert werden, was nicht erwähnt zu werden braucht.
Bei dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung erfordert das telezentrische optische Abbildesystem, daß das zweite Linsensystem aus einer Vielzahl von Linsen gebildet ist und mit einem Mechanismus verbunden ist, der das zweite Linsensystem in Gleitbewegung treibt, wobei die Brennweite des zweiten Linsensystems geändert wird.
Somit wird bei dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Brennweite des zweiten Linsensystems gleichzeitig mit der Gleitbewegung des zweiten Linsensystems geändert. Somit kann die Abbildungsvergrößerung geändert werden, ohne daß das erste und das dritte Linsensystem, ein Gegenstandspunkt und ein Bildpunkt, bewegt werden.

A. Erste bevorzugte Ausführungsform

Figur 1 ist eine Ansicht eines telezentrischen optischen Abbildesystems gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Figur 1 umfaßt das telezentrische optische Abbildesystem ein erstes, zweites und drittes Linsensystem 10, 20 und 30, die in der Reihenfolge von der Gegenstandsseite her angeordnet sind (d.h. von links nach rechts in der Zeichnung). Das erste Linsensystem 10 besteht aus Linsen 11 und 12, die miteinander verklebt sind. Ähnlich besteht das dritte Linsensystem 30 aus Linsen 31 und 32, die miteinander verklebt sind. Die Brennweiten f1 und f3 der Linsensysteme 10 und 30 sind beide 100. Andererseits ist das zweite Linsensystem 20 aus drei Linsen 21, 22 und 23 gebildet, die aneinander geklebt sind. Die Brennweite f2 des zweiten Linsensystems 20 ist -100.
Obwohl in Figur 1 nicht gezeichnet, ist das telezentrische optische Abbildesystem mit einem Linsenantriebsmechanismus ausgestattet. Wenn sie durch den Linsenantriebsmechanismus angetrieben werden, gleiten das erste, das zweite und das dritte Linsensystem 10, 20 und 30 entlang einer optischen Achse Z, so daß sie voneinander um gewünschte Abstände entfernt werden, wodurch die Abbildungsvergrößerung geändert wird.
Tabelle 2 und 3 zeigen die Linsendaten des telezentrischen optischen Abbildesystems der ersten bevorzugten Ausführungsform. Tabelle 2 Flächenzahl Krümmungsradius ri Abstand di Brechungsindex nd Abbe-Zahl d Tabelle 3 Vergrößerung F-Zahl Gegenstandsabstand Abstand Bildabstand hMAX
In den Tabellen 2 und 3 (und in allen nachfolgenden Tabellen) sind die darin benutzten Symbole wie unten definiert.
ri: Krümmungsradius der i-ten Linsenfläche von dem Gegenstand
di: Abstand zwischen der i-ten Linsenfläche und der (i+1)- ten Linsenfläche, auf der optischen Achse C von dem Gegenstand genommen
nd: Brechungsindex des Glases an der d-Linie
d: Abbe-Zahl des Glases
F-Zahl: Effektive F-Zahl des telezentrischen optischen Abbildesystems
hMAX: Maximale Höhe des Gegenstandes.
Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform, wenn die Abbildungsvergrößerung -1 ist, beträgt die numerische Apertur 0,05, und die Entfernung Gegenstand-Bild ist 513.
Figuren 2A, 2B, 2C, 3A, 3B, 3C, 4A, 4B und 4C zeigen Aberrationen des telezentrischen optischen Abbildesystems bei einer Abbildungsvergrößerung von -0,5, -1 und -2,0. In den graphischen Darstellungen (und auch in allen ähnlichen graphischen Darstellungen, auf die später Bezug genommen wird), stellen die Symbole C, d und F jeweils Aberrationen an der C-Linie (656,27 nm), der d-Linie (587,56 nm) und der F- Linie (486,13 nm) dar. Bezüglich Astigmatismus und Verzeichnung werden Aberrationen nur in bezug auf die d-Linie veranschaulicht. In den Diagrammen, die den Astigmatismus betrachten, bezeichnet die durchgezogene Linie S eine sagittale Bildfläche, während die gepunktete Linie M eine meridionale Bildfläche bezeichnet.

B. Zweite bevorzugte Ausführungsform

Figur 5 ist eine Ansicht eines telezentrischen optischen Abbildesystems gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenen Erfindung. Das telezentrische optische Abbildesystem der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist in der Struktur identisch dem System der ersten bevorzugten Ausführungsform, und daher wird eine ähnliche Beschreibung nicht wiederholt werden. Das telezentrische optische Abbildesystem der zweiten bevorzugten Ausführungsform hat die numerische Apertur von 0,05 und die Entfernung Gegenstand- Bild von 513, wenn es bei einer Abbildungsvergrößerung von -1 benutzt wird.
Tabellen 4 und 5 zeigen die Linsendaten des telezentrischen optischen Abbildesystems der zweiten bevorzugten Ausführungsform. Tabelle 4 Flächenzahl Krümmungsradius ri Abstand di Brechungsindex nd Abbe-Zahl d Tabelle 5 Vergrößerung F-Zahl Abstand hMAX
Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform sind das erste und das dritte Linsensystem 10 und 30 an bestimmten Stellen festgelegt, und dasselbe gilt für einen Gegenstand. Andererseits gleitet das zweite Linsensystem 20 entlang der optischen Achse Z, wenn es von einem Linsenantriebsmechanismus (nicht gezeigt) angetrieben wird. Das Einstellen der Abstände zwischen den Linsensystemen 10 bis 30 wird durch die Gleitbewegung des zweiten Linsensystems 20 erreicht. Obwohl die Einstellung einen Bildpunkt ein wenig verlagert, geht die Verlagerung nicht über den Wert hinaus, der praktisch stört.
Dies ist so, da die Größe der Verlagerung etwa dieselbe ist wie die Größe der Aberrationen, die das optische Abbildesystem verursachen wird, und die Brenntiefe des optischen Abbildesystems ist groß genug, um eine solche kleine Verlagerung zu versetzen.
Figuren 6A, 6B, 6C, 7A, 7B, 7C, 8A, 8B und 8C zeigen Aberrationen des optischen Abbildesystems der zweiten bevorzugten Ausführungsform bei einer Abbildungsvergrößerung von -0,9, -1 und -1,1.

C. Dritte bevorzugte Ausführungsform

Figur 9 ist eine Ansicht eines telezentrischen optischen Abbildesystems gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Hauptunterschiede, die das System der dritten bevorzugten Ausführungsform gegenüber der ersten bevorzugten Ausführungsform hat, liegen in dem zweiten Linsensystem 20. Zunächst wird das zweite Linsensystem 20 aus einer Linsengruppe L1 gebildet, die aus zwei Linsen 21 und 22 besteht, welche aneinander geklebt sind, und einer weiteren Linsengruppe L2, die aus zwei Linsen 23 und 24 besteht, die aneinander geklebt sind. Zweitens, während der Gleitbewegung des zweiten Linsensystems 20 entlang der optischen Achse Z unter der Steuerung eines Linsenantriebsmechanismus (nicht gezeigt), ändert sich ein Abstand d6 zwischen den Linsengruppen L1 und L2, um die Brennweite des zweiten Linsensystems 20 zu variieren. Somit bleibt eine Entfernung zwischen einem Gegenstand und einem Bild immer konstant, selbst bei diesem Konstruktionsmodus, wobei die Orte des Gegenstandspunktes, des Bildpunktes und des ersten und des dritten Linsensystems 10 und 30 fest sind. Bei einer Abbildungsvergrößerung von -1 beträgt die numerische Apertur 0,05, und die Entfernung Gegenstand-Bild ist 513.
Tabellen 6 und 7 zeigen die Linsendaten des telezentrischen optischen Abbildesystems der bevorzugten Ausführungsform. Tabelle 6 Flächenzahl Krümmungsradius ri Abstand di Brechungsindex nd Abbe-Zahl d Tabelle 7 Vergrößerung F-Zahl Abstand hMAX
Die Figuren 10A, 10B, 10C, 11A, 11B, 11C, 12A, 12B und 12C zeigen Aberrationen des telezentrischen optischen Abbildesystems der dritten bevorzugten Ausführungsform bei einer Abbildungsvergrößerung von -0,8, -1 und -1,25.

D. Vierte bevorzugte Ausführungsform

Figur 13 ist eine Ansicht eines telezentrischen optischen Abbildesystems gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das telezentrische optische Abbildesystem der vierten bevorzugten Ausführungsform erfordert, daß das erste und das dritte Linsensystem 10 und 30 jedes aus drei Linsen gebildet ist. Dies ist es, wo das telezentrische optische Abbildesystem der vierten bevorzugten Ausführungsform von dem System der ersten bevorzugten Ausführungsform (Figur 1) abweicht, bei dem die entsprechenden Linsensysteme jeweils aus zwei Linsen bestehen. Verringerte sphärische Aberration und ein größeres Aperturverhältnis, das durch weniger Aberration möglich gemacht wird, sind ein Vorteil beim Bilden der ersten und dritten Positivleistungs- Linsensysteme 10 und 30 aus drei Linsen. Bei dem telezentrischen optischen Abbildesystem der vierten bevorzugten Ausführungsform beträgt die numerische Apertur 0,055, und die Entfernung Gegenstand-Bild ist 564, wenn die Abbildungsvergrößerung -1 ist.
Tabellen 8 und 9 zeigen die Linsendaten des telezentrischen optischen Abbildesystems der vierten bevorzugten Ausführungsform. Tabelle 8 Flächenzahl Krümmungsradius ri Abstand di Brechungsindex nd Abbe-Zahl d Tabelle 9 Vergrößerung F-Zahl Gegenstandsabstand Abstand Bildabstand hMAX
Die Figuren 14A, 14B, 14C, 15A, 15B, 15C, 16A, 16B und 16C sind Schaubilder, die Aberrationen des telezentrischen optischen Abbildesystems der vierten bevorzugten Ausführungsform bei einer Abbildungsvergrößerung von -0,5, -1 und -2 zeigen.

E. Fünfte bevorzugte Ausführungsform

Figur 17 ist eine Ansicht eines telezentrischen optischen Abbildesystems gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das telezentrische optische Abbildesystem der fünften bevorzugten Ausführungsform ist dahingehend einzig, daß das erste und das dritte Positivleistung-Linsensystem 10 und 30 jeweils aus zwei Dubletten gebildet ist. Das erste Linsensystem 10 besteht aus den Dubletten D1 und D2, während des dritte Linsensystem 30 aus den Dubletten D3 und D4 besteht. Aufgrund dieser Struktur stellt das telezentrische optische Abbildesystem der fünften bevorzugten Ausführungsform sicher, daß die Größe des Bildes größer ist im Vergleich zu der bei der ersten Ausführungsform. Ansonsten ist das System der fünften bevorzugten Ausführungsform dasselbe wie das System der ersten bevorzugten Ausführungsform. Wenn es bei einer Abbildungsvergrößerung von -1 verwendet wird, hat das telezentrische optische Abbildesystem der fünften bevorzugten Ausführungsform eine numerische Apertur von 0,06 und eine Entfernung Gegenstand-Bild von 522.
Die Tabellen 10 und 11 zeigen Werte von Parametern, die das telezentrische optische Abbildesystem der fünften bevorzugten Ausführungsform betreffen. Tabelle 10 Flächenzahl Krümmungsradius ri Abstand di Brechungsindex nd Abbe-Zahl d Tabelle 11 Vergrößerung F-Zahl Gegenstandsabstand Abstand Bildabstand hMAX
Die Figuren 18A, 18B, 18C, 19A, 19B, 19C, 20A, 20B und 20C sind Schaubilder, die Aberrationen des optischen Abbildesystems der fünften bevorzugten Ausführungsform bei einer Abbildungsvergrößerung von -0,5, -1 und -2 zeigen.

F. Sechste bevorzugte Ausführungsform

Figure 21 ist eine Ansicht eines telezentrischen optischen Abbildesystems gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das telezentrische optische Abbildesystem der sechsten bevorzugten Ausführungsform hat dieselbe Struktur wie die des Systems der fünften bevorzugten Ausführungsform, mit der Ausnahme des Wertes für die Brennweite f2 des zweiten Linsensystems 20. Genauer, während sie auf -100 bei der fünften bevorzugten Ausführungsform eingestellt ist, ist die Brennweite f2 -150 bei der sechsten bevorzugten Ausführungsform. Somit ist eine Entfernung zwischen einem Gegenstand und einem Bild kürzer als sie bei der fünften bevorzugten Ausführungsform ist. Wenn es bei einer Abbildungsvergrößerung von -1 benutzt wird, hat das telezentrische optische Abbildesystem der sechsten bevorzugten Ausführungsform eine numerische Apertur von 0,06 und eine Entfernung Gegenstand-Bild von 485.
Die Tabellen 12 und 13 zeigen Werte von Parametern, die das telezentrische optische Abbildesystem der sechsten bevorzugten Ausführungsform betreffen. Tabelle 12 Flächenzahl Krümmungsradius ri Abstand di Brechungsindex nd Abbe-Zahl d Tabelle 13 Vergrößerung F-Zahl Gegenstandsabstand Abstand Bildabstand hMAX
Aberrationen des telezentrischen optischen Abbildesystems der sechsten bevorzugten Ausführungsform mit einer Abbildungsvergrößerung von -0,5, -1 und -2 sind in den Figuren 22A, 22B, 22C, 23A, 23B, 23C, 24A, 24B und 24C gezeigt.

G. Siebte bevorzugte Ausführungsform

Figur 25 ist eine Ansicht eines telezentrischen optischen Abbildesystems gemäß einer siebten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das telezentrische optische Abbildesystem der siebten bevorzugten Ausführungsform ist identisch dem telezentrischen optischen Abbildesystem der ersten bevorzugten Ausführungsform aufgebaut, mit der Ausnahme des Wertes der Brenntweite f2 des zweiten Linsensystems 20. Das heißt, der Wert der Brenntweite f2 ist bei der siebten bevorzugten Ausführungsform -50, während der Wert der Brennweite f2 bei der ersten bevorzugten Ausführungsform -100 ist. Dies gibt ein größeres variables Leistungsverhältnis bei der siebten bevorzugten Ausführungsform als bei der ersten bevorzugten Ausführungsform. Wenn es bei einer Abbildungsvergrößerung von -1 benutzt wird, hat das telezentrische optische Abbildesystem der siebten bevorzugten Ausführungsform eine numerische Apertur von 0,035 und eine Entfernung Gegenstand- Bild von 618.6.
Tabelle 14 und 15 zeigen die Linsendaten des telezentrischen optischen Abbildesystems der siebten bevorzugten Ausführungsform. Tabelle 14 Flächenzahl Krümmungsradius ri Abstand di Brechungsindex nd Abbe-Zahl d Tabelle 15 Vergrößerung F-Zahl Gegenstandsabstand Abstand Bildabstand hMAX
Aberrationen des telezentrischen optischen Abbildesystems der siebten bevorzugten Ausführungsform bei einer Abbildungsvergrößerung von -0,25, -1 und -4 sind in den Figuren 26A, 26B, 26C, 27A, 27B, 27C, 28A, 28B und 28C gezeigt.
Wie hier zuvor beschrieben haben die telezentrischen optischen Abbildesysteme der vorliegenden Erfindung jeweils ein größeres variableres Leistungsverhältnis. Zusätzlich zeigen alle bevorzugten Ausführungsformen ausgezeichnete Ebenheit der Bildfläche und eine große Bildgröße.
Obwohl die Erfindung in Einzelheiten beschrieben ist, ist die vorangehende Beschreibung in jeder Hinsicht veranschaulichend und nicht beschränkend. Es wird verstanden, daß zahlreiche andere Modifikationen und Abänderungen vorgenommen werden können, ohne daß man sich vom Rahmen der Erfindung wie beansprucht entfernt.

Claims

1. Telezentrisches optisches Abbildesystem zum Bilden eines Bildes eines Gegenstandes, wobei das optische System aufweist:

ein erstes Linsensystem (10) mit einer positiven Brennweite f1, ein zweites Linsensystem (20) und ein drittes Linsensystem (30) mit einer positiven Brennweite f3, wobei die Linsensysteme in der Reihenfolge entlang einer optischen Achse (Z) des optischen Systems angeordnet sind, wobei das zweite Linsensystem (20) zwischen dem ersten Linsensystem (10) und dem dritten Linsensystem (30) liegt; wobei wenigstens eines der Linsensysteme entlang der optischen Achse bewegbar ist, um so einen ersten Abstand zwischen dem ersten Linsensystem (10) und dem zweiten Linsensystem (20) und einen zweiten Abstand zwischen dem zweiten Linsensystem (20) und dem dritten Linsensystem (30) zu ändern, um somit die Vergrößerung des optischen Systems zu variieren;

dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Linsensystem (20) eine negative Brennweite f2 hat;

daß das dritte Linsensystem (30) so angeordnet ist, daß dessen vorderer Brennpunkt im wesentlichen mit dem rückwärtigen Brennpunkt des zusammengesetzten Linsensystems übereinstimmt, das aus dem ersten Linsensystem (10) und dem zweiten Linsensystem (20) besteht; und

daß die Brennweiten die folgenden Bedingungen erfüllen:

f1/2,5 < -f2 < 2xf1

f3/2,5 < -f2 < 2xf3.

2. Telezentrisches optisches Abbildesystem nach Anspruch 1, bei dem jedes der ersten, zweiten und dritten Linsensystem (10; 20; 30) eine Vielzahl von Linsen hat.

3. Telezentrisches optisches Abbildesystem nach Anspruch 2, bei dem das erste Linsensystem (10) und das dritte Linsensystem (30) in bezug aufeinander auf der optischen Achse fest sind und bei dem das zweite Linsensystem (20) entlang der optischen Achse in bezug auf das erste und dritte Linsensystem (10; 30) bewegbar ist.

4. Telezentrisches optisches Abbildesystem nach Anspruch 3, bei dem das zweite Linsensystem (20) eine Vielzahl von Linsengruppen (L1, L2) hat, und wobei die Linsengruppen (L1, L2) entlang der optischen Achse bewegbar sind, um somit den Abstand zwischen sich zu ändern.