JP2679103B2

JP2679103B2 - 投影レンズ系

Info

Publication number: JP2679103B2
Application number: JP10105588A
Authority: JP
Inventors: 歳彦上田
Original assignee: ミノルタ株式会社
Priority date: 1987-04-22
Filing date: 1988-04-22
Publication date: 1997-11-19
Anticipated expiration: 2012-11-19
Also published as: JPS6426812A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、ズームレンズを用いた投影レンズ系に係
り、詳しくは、ズームレンズ系の縮小側の瞳位置をその
ズーミング時に不変であるようにし、集光レンズ系の位
置を変えることなく常にケーラー照明の条件を満足させ
るようにした投影レンズ系に関する。

〔従来の技術〕

ケーラー照明は、従来から均一な照度の像が得られる
ため顕微鏡を始め投影光学系において多用されている。
従来のケーラー照明系を用いた投影光学系を第４図に基
づいて説明する。即ち、投影レンズ系は拡大側のスクリ
ーン８側から絞り７、第１正レンズ群５、第２負レンズ
群６で形成されるズームレンズ系で、フィルム４の像を
スクリーン８に変倍して投影するようになっている。そ
して、フィルム４を照明するため、光源１からの光束は
第１のコンデンサーレンズ群２でほぼ平行な光束にさ
れ、第２のコンデンサーレンズ群３で投影用のズームレ
ンズ系の絞り７の位置に光源１の像を結像する。このよ
うにして、フィルム４を透過照明して投影レンズ系の瞳
位置に光源１のフィラメント像を結像させることによ
り、ケーラー照明条件は満され、スクリーン８上では均
一で効率的な照度の像が投影されるようになっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、投影レンズ系はズームレンズであるため、
第４図（Ａ）に示す長焦点距離端から、第４図（Ｂ）で
示す短焦点距離端にズーミングのために移動するに伴
い、その絞り７の位置も変化してしまい、ケーラー照明
の条件を満足しなくなってしまう。このため、コンデン
サーレンズ系の第１群２または第２群３、あるいはコン
デンサーレンズ系全体を移動するようにしてケーラー照
明の条件を満足させるような構成になっている。

このため、投影レンズ系のズーミングに際して、この
照明条件を維持するためには、使用者はコンデンサーレ
ンズ系を調整するか、あるいはコンデンサーレンズ系を
ズームレンズ系と機械的に連動させて移動しなければな
らず、使用者の操作性の低下あるいは装置のコストアッ
プという問題点が生じていた。

この発明は、このような点に鑑みてなされたもので、
ズームレンズからなる投影レンズ系において、ズーミン
グ時の縮小側の瞳の位置を不変になるように形成し、集
光レンズ系の配置を変えることなしに常にケーラー照明
の条件を満足する投影レンズ系を提供することを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段および作用〕

この発明では、拡大側から絞り、第１正レンズ群、第
２負レンズ群からなる有限共役距離の二成分ズームレン
ズ系と、光源からの光束をズームレンズ系の縮小側の瞳
位置に結像させるための集光レンズ系と、光源とで構成
されるケーラー照明の条件を用いた投影レンズ系におい
て、ズームレンズ系の長焦点距離端から短焦点距離端へ
のズーミングに際して、第２負レンズ群の移動に連動し
て縮小側の瞳位置を一定に保つようにすることを特徴と
する投影レンズ系にある。

したがって、ズーミングを行なっても常にケーラー照
明の条件が満足し、スクリーン上の投影像は均一で効率
的な照度のものが得られ、操作性も格段に向上したもの
となる。

〔実施例〕

以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
第１図は、拡大側から絞り、第１正レンズ群および第２
負レンズ群から成る有限共役距離の二成分ズームレンズ
系におけるズーミングの状態を示す模式図であって、第
１図（Ａ）は長焦点距離端の状態、第１図（Ｂ）は短焦
点距離端の状態を示している。このズームレンズ系は、
像面８側から絞り７、第１正レンズ群５、第２負レンズ
群６から構成されており、長焦点距離端から短焦点距離
へのズーミングに際し第１正レンズ群５および第２負レ
ンズ群６とも物体面４側にレンズ群相互の間隔を開くよ
うに移動することによってズーミングが行なわれる。

次に、このような投影レンズ系において、縮小側の瞳
位置を固定させるための具体例について、近軸パワー配
置を用いて説明する。

第１図（Ａ），（Ｂ）に示すように、第１正レンズ群
５の屈折力（焦点距離の逆数）Ψ_１（Ψ_１＜ｏ）、第２
負レンズ群６の屈折力をΨ_２（Ψ_２＜ｏ）、長焦点距離
端での第１正レンズ群５と第２負レンズ群６との間の換
算面間換をe₁（e₁＞ｏ）、長焦点距離端での第１正レン
ズ群５と基準の像面８までの距離をS₁（S₁＜ｏ）、ズー
ミング状態が長焦点距離端にあるときの、物体面４上の
物点に対する第２負レンズ群６による像点までの第２負
レンズ群６を基準とした距離をa₁（a₁＞ｏ）、同じく長
焦点距離端での物体面４と第２負レンズ群６の距離をb₁
（b₁＜ｏ）、長焦点距離端基準での第２負レンズ群６の
移動距離をｘ（ｘ＞ｏ）、同じく長焦点距離端基準での
第１正レンズ群５の移動距離をｙ（ｙ＞ｏ）、第２負レ
ンズ群６がｘだけ移動したときの第２負レンズ群６の像
点をａ（ａ＞ｏ）とする。

（Ｉ）長焦点距離端での近軸結像条件第２負レンズ群６に関し第１正レンズ群５に関しである。

（II）第２負レンズ群６がｘ移動したときの近軸条件第２負レンズ群６に関し倍率は第１正レンズ群５に関し倍率は、である。

上記（５）式をｙについて整理すると、 Ψ₁y²＋Ay＋Ｂ＝０ ……（７）ただしＡ＝−Ψ_１（ｘ＋ａ＋s₁＋e₁）Ｂ＝Ψ₁s₁（ｘ＋ａ＋e₁）＋ｘ＋ａ＋e₁−s₁ ……（８）上記（３）式よりとなり、ｙはｘの関数として書き表わすことができる。

次に、瞳近軸光線追跡により、縮小側の瞳位置を固定
するための絞り位置の移動条件を求める。

第２図（Ａ），（Ｂ）において、長焦点距離端での第
１正レンズ群５基準の絞り７位置までの換算面間隔をe₂
（図ではe₂＜０）、同じく第１正レンズ群５基準の第１
正レンズ群５による絞り７の像点位置Ｐまでの距離（c₁
＜０）、物点を第１正レンズ群５により絞り７の像点位
置Ｐとしたときの第２負レンズ群６による像位置までの
第２負レンズ群６基準での距離をd₁（d₁＜０）第２負レ
ンズ群６の移動距離がｘのときの上記c₁,d₁に対応する
値をそれぞれc,dとしたときの前述の条件を求める。

（III）長焦点距離端での瞳位置第１正レンズ群５に関しての結像条件は、第２負レンズ群６に関して、瞳位置は次の式になる。

P_I＝d₁−b₁ ……（12）（P_I＜０）（IV）第２負レンズ群６がｘ移動したときの瞳位置第１正レンズ群５に関しての結像条件は、第２負レンズ群６に関して、瞳位置は、 P_II＝ｄ−（b₁−ｘ）ここで、瞳位置不変のための条件はP_I＝P_IIであるか
らｄ＝d₁−ｘ ……（15）上記（10）式より上記（11）式よりとなる。

上記（13）式と（14）式よりｃを消去して、絞りの移
動量であるＺについて解くとよって、絞りの移動量ＺはΨ₁,Ψ₂,e₁,e₂,b₁を初期値と
してｘの関数として表わすことができる。

即ち、上記（18）式によって与えられる移動量を第２
負レンズ群６の移動について与えれば、最小側の瞳位置
を一定に保つことができる。

以下、この発明の実施例を適用した具体化した投影レ
ンズ系の具体例を第１表に示し、その断面図を第３図に
示す。

ここで、Ψ_１＝0.03450,Ψ_２＝−0.02533,e₁＝14.94
2,e₂＝−11.794,S₁＝−1344.994,X_max＝16.276としたと
き、y_max＝7.593,Z＝−6.778であり、P_I＝P_II＝−41.86
と瞳位置が不変となっている。

この発明は、絞り７の移動を上記（18）式に示すよう
な厳密な非線形の移動を必ずしも与える必要はなく、ケ
ーラー照明条件が実用上崩れず、像面において必要な照
度が得られる程度に近似的に移動すれば良いことは勿論
である。

また、正、負の二成分ズームレンズ系について説明し
たが、第１正レンズ群よりも更に拡大側に絞りと一体の
移動レンズ群、あるいは一体でない固定レンズ群を有す
る三成分以上のズームレンズ系においても、光学的な絞
り位置を移動させることで縮小側の瞳位置を一定に保つ
ことができる。

〔発明の効果〕

上述したように、この発明によれば投影レンズがズー
ムレンズ系で構成されているものにおいて、そのズーミ
ング時に集光コンデンサーレンズ系を何ら移動させる必
要がないために、固定部材だけとなり、機械部品の簡略
化、コストダウンに連がるとともに、使用者はケーラー
照明の条件を満足させるための調整操作が省けることに
なり、操作性は格段に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ），（Ｂ）および第２図（Ａ），（Ｂ）は、
この発明の構成を説明するための、ズームレンズ系にお
ける近軸パワー配置をそれぞれ示した長焦点距離端およ
び短焦点距離端の状態を示す線図、第３図は、この発明が適用されたレンズ系の断面図、第４図（Ａ），（Ｂ）は従来の投影光学系の長焦点距離
端および短焦点距離端の状態を示す線図である。５……第１正レンズ群６……第２負レンズ群７……絞り

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】拡大側から、絞り、第１正レンズ群、第２
負レンズ群よりなる有限共役距離の二成分ズームレンズ
系と、光源からの光束を上記ズームレンズ系の縮小側の
瞳位置に結像させるための集光レンズ系と光源より構成
されるケーラー照明を用いた拡大投影レンズ系におい
て、ズームレンズ系の長焦点距離端側から短焦点距離端側へ
のズーミングに際して、第１正レンズ群と第２負レンズ
群とを物側に向けレンズ群相互の間隔を開けるように移
動させるとともに、絞りをズームレンズ系の縮小側の瞳
位置を一定に保つように第１、第２レンズ群の移動と連
動させて移動させることを特徴とする投影レンズ系。
【請求項２】上記絞りの移動が、その移動量をＺとする
と、実質的に次の式を満足することを特徴とする請求項
１項記載の投影レンズ系。ただし、 Ψ₁:第１正レンズ群の屈折力 Ψ₂:第２負レンズ群の屈折力 e₁:第１正レンズ群と第２負レンズ群の長焦点距離端で
の換算面間隔 e₂:第１正レンズ群基準での第１正レンズ群と絞りとの
長焦点距離端での換算面間隔 x:第２負レンズ群の長焦点距離端からのズーミング時の
移動量 y:第１正レンズ群の長焦点距離端からのズーミング時の
移動量 d:ズーミング時の第２負レンズ群基準の縮小側の瞳位置ここで、ｄ＝d₁−ｘ d₁:長焦点距離端での第２負レンズ群基準の縮小側の瞳
位置いずれも基準位置から縮小側への方向を正とする。