JP2679103B2 - Projection lens system - Google Patents
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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。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection lens system using a zoom lens, and more specifically, to a pupil position on the reduction side of a zoom lens system that is unchanged during zooming. The present invention relates to a projection lens system that always satisfies the conditions of Koehler illumination without changing the position of the condenser lens system.
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。Koehler illumination has been widely used in projection optical systems such as microscopes, since an image with uniform illuminance can be obtained.
A projection optical system using a conventional Koehler illumination system will be described with reference to FIG. That is, the projection lens system is a zoom lens system formed by the diaphragm 7, the first positive lens group 5 and the second negative lens group 6 from the side of the screen 8 on the enlargement side. It is designed to project. Then, in order to illuminate the film 4, the light flux from the light source 1 is made into a substantially parallel light flux by the first condenser lens group 2, and is brought to the position of the diaphragm 7 of the zoom lens system for projection by the second condenser lens group 3. An image of the light source 1 is formed. In this way, the filament image of the light source 1 is formed at the pupil position of the projection lens system by transmitting and illuminating the film 4 so that the Koehler illumination condition is satisfied, and an image of uniform and efficient illuminance is displayed on the screen 8. Is projected.
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。By the way, since the projection lens system is a zoom lens,
As the lens moves from the long focal length end shown in FIG. 4 (A) to the short focal length end shown in FIG. 4 (B) for zooming, the position of the diaphragm 7 also changes, and the Koehler illumination The condition is no longer satisfied. For this reason, the first lens group 2 or the second lens group 3 of the condenser lens system or the entire condenser lens system is moved so as to satisfy the Koehler illumination condition.
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。Therefore, in order to maintain this illumination condition during zooming of the projection lens system, the user must adjust the condenser lens system or move the condenser lens system mechanically in conjunction with the zoom lens system. However, there is a problem that the operability of the user is lowered or the cost of the device is increased.
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。The present invention has been made in view of such a point,
In a projection lens system consisting of a zoom lens, a projection lens system is formed that does not change the position of the pupil on the reduction side during zooming and that always satisfies the conditions of Koehler illumination without changing the arrangement of the condenser lens system. The purpose is to provide.
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。According to the present invention, a stop is provided from the enlargement side, a two-component zoom lens system having a finite conjugate distance composed of a first positive lens group and a second negative lens group, and a light beam from a light source is imaged on a reduction-side pupil position of the zoom lens system. In the projection lens system using the condition of the Koehler illumination composed of a condensing lens system for making the light source and the light source, the second negative lens group is used when zooming from the long focal length end to the short focal length end of the zoom lens system. The projection lens system is characterized in that the pupil position on the reduction side is kept constant in conjunction with the movement of.
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。Therefore, even if zooming is performed, the conditions of Koehler illumination are always satisfied, the projected image on the screen is uniform and the illuminance is efficient, and the operability is remarkably improved.
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。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the diaphragm from the enlargement side, the first positive lens group and the second positive lens group.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a zooming state in a two-component zoom lens system having a finite conjugate distance composed of a negative lens group, FIG. 1 (A) being at a long focal length end, and FIG. 1 (B) being a short focal length. The state of the edge is shown. This zoom lens system
It is composed of a diaphragm 7, a first positive lens group 5, and a second negative lens group 6 from the image plane 8 side, and when zooming from the long focal length end to the short focal length, the first positive lens group 5 and the second negative lens Zooming is performed by moving both the lens groups 6 toward the object plane 4 so as to open the lens groups from each other.
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。Next, in such a projection lens system, a specific example for fixing the pupil position on the reduction side will be described using a paraxial power arrangement.
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)Ψ1(Ψ1<o)、第2
負レンズ群6の屈折力をΨ2(Ψ2<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。As shown in FIGS. 1A and 1B, the refractive power of the first positive lens group 5 (the reciprocal of the focal length) Ψ 1 (Ψ 1 <o), the second
The refractive power of the negative lens group 6 is Ψ 2 (Ψ 2 <o), and the conversion surface exchange between the first positive lens group 5 and the second negative lens group 6 at the long focal length end is e 1 (e 1 > O), the distance between the first positive lens group 5 and the reference image plane 8 at the long focal length end is S 1 (S 1 <o), and the object surface 4 when the zooming state is at the long focal length end The distance from the upper object point to the image point by the second negative lens group 6 with respect to the second negative lens group 6 is a 1 (a 1 > o), and the object plane 4 and the second surface at the long focal length end The distance of the negative lens group 6 is b 1
(B 1 <o), the moving distance of the second negative lens group 6 at the long focal length end reference is x (x> o), and the moving distance of the first positive lens group 5 at the long focal length end reference is y (Y> o), the image point of the second negative lens group 6 when the second negative lens group 6 moves by x is a (a> o).
(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。(I) Paraxial imaging condition at the long focal length extremity Regarding the second negative lens group 6 Regarding the first positive lens group 5 It is.
(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。(II) Paraxial condition when the second negative lens group 6 moves x Regarding the second negative lens group 6 Magnification is Regarding the first positive lens group 5 The magnification is It is.
上記(5)式をyについて整理すると、 Ψ1y2+Ay+B=0 ……(7) ただし A=−Ψ1(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。When the above formula (5) is rearranged with respect to y, Ψ 1 y 2 + Ay + B = 0 (7) where A = −Ψ 1 (x + a + s 1 + e 1 ) B = Ψ 1 s 1 (x + a + e 1 ) + x + a + e 1 −s 1 (8) From the above formula (3) And y can be written as a function of x.
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。Next, the paraxial ray tracing of the pupil is used to find the movement condition of the diaphragm position for fixing the pupil position on the reduction side.
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。In FIGS. 2 (A) and 2 (B), the conversion surface spacing up to the position of the diaphragm 7 based on the first positive lens group 5 at the long focal length end is e 2
(E 2 <0 in the figure), similarly for the first positive lens group 5 based on the first
Distance to the image point position P of the diaphragm 7 by the positive lens group 5 (c 1
<0), when the object point is set to the image point position P of the diaphragm 7 by the first positive lens group 5, the distance to the image position by the second negative lens group 6 based on the second negative lens group 6 is d 1 ( d 1 <0) The above conditions are calculated when the values corresponding to c 1 and d 1 when the moving distance of the second negative lens group 6 is x are c and d, respectively.
(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。(III) Pupil position at the long focal length extremity The imaging conditions for the first positive lens group 5 are: Regarding the second negative lens group 6, The pupil position is given by the following formula.
PI=d1−b1 ……(12) (PI<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、 PII=d−(b1−x) ここで、瞳位置不変のための条件はPI=PIIであるか
ら d=d1−x ……(15) 上記(10)式より 上記(11)式より となる。P I = d 1 −b 1 (12) (P I <0) (IV) The pupil position when the second negative lens group 6 moves x The imaging conditions for the first positive lens group 5 are: Regarding the second negative lens group 6, The pupil position is P II = d- (b 1 -x) where the condition for invariant pupil position is P I = P II d = d 1 -x (15) Equation (10) above Than From equation (11) above Becomes
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。Eliminating c from Eqs. (13) and (14) and solving for Z, which is the amount of movement of the diaphragm, Therefore, the movement amount Z of the diaphragm can be expressed as a function of x with Ψ 1 , Ψ 2 , e 1 , e 2 , b 1 as initial values.
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。That is, the movement amount given by the above equation (18) is
If the movement of the negative lens group 6 is given, the minimum pupil position can be kept constant.
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。Specific examples of the embodied projection lens system to which the embodiment of the present invention is applied are shown in Table 1 below, and its sectional view is shown in FIG.
ここで、Ψ1=0.03450,Ψ2=−0.02533,e1=14.94
2,e2=−11.794,S1=−1344.994,Xmax=16.276としたと
き、ymax=7.593,Z=−6.778であり、PI=PII=−41.86
と瞳位置が不変となっている。 Here, Ψ 1 = 0.03450, Ψ 2 = −0.02533, e 1 = 14.94
When 2, e 2 = -11.794, S 1 = -1344.994, X max = 16.276, y max = 7.593, Z = -6.778, and P I = P II = -41.86.
And the pupil position is unchanged.
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。According to the present invention, the movement of the diaphragm 7 does not necessarily have to be a strict non-linear movement as shown in the above equation (18), and the Koehler illumination condition is not practically collapsed so that the illuminance required on the image plane can be obtained. Of course, it is only necessary to move approximately.
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。Further, the positive / negative two-component zoom lens system has been described. However, a zoom lens system of three or more components having a moving lens group integrated with a diaphragm or a fixed lens group not integrated with the first positive lens group. Also in the above, the pupil position on the reduction side can be kept constant by moving the optical diaphragm position.
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。As described above, according to the present invention, the projection lens is composed of the zoom lens system, and since it is not necessary to move the condenser condenser lens system at the time of zooming, only the fixing member is provided, In addition to simplification and cost reduction, the user can omit the adjustment operation for satisfying the condition of the Koehler illumination, and the operability is remarkably improved.
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1 (A) and (B) and FIGS. 2 (A) and (B),
FIG. 3 is a diagram showing a state of a long focal length end and a short focal length end showing paraxial power arrangement in a zoom lens system, for explaining the configuration of the present invention. FIG. 3 is a lens to which the present invention is applied. Sectional views of the system, and FIGS. 4A and 4B are diagrams showing the states of the conventional projection optical system at the long focal length end and the short focal length end. 5 ... First positive lens group 6 ... Second negative lens group 7 ... Aperture
Claims (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。1. A diaphragm, a first positive lens group, and a second lens from the enlargement side.
A two-component zoom lens system with a finite conjugate distance consisting of a negative lens group, and a Koehler illumination composed of a condensing lens system for focusing a light beam from a light source on the reduction side pupil position of the zoom lens system and a light source. In the magnifying projection lens system used, when zooming from the long focal length end side of the zoom lens system to the short focal length end side, the first positive lens group and the second negative lens group are directed toward the object side and the distance between the lens groups is increased. The projection lens system is characterized in that the aperture is moved to open and the aperture is moved in conjunction with the movement of the first and second lens groups so as to keep the pupil position on the reduction side of the zoom lens system constant.
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。2. The projection lens system according to claim 1, wherein the movement of the diaphragm substantially satisfies the following equation, where Z is the amount of movement. Where Ψ 1 is the refracting power of the first positive lens group Ψ 2 is the refracting power of the second negative lens group e 1 : The reduced surface distance e 2 between the first positive lens group and the second negative lens group at the long focal length end : Converted surface distance at the long focal length end between the first positive lens unit and the aperture based on the first positive lens unit reference x: Moving amount during zooming from the long focal length end of the second negative lens unit y: First Amount of movement of the positive lens unit from the long focal length end during zooming d: The pupil position on the reduction side of the second negative lens unit reference during zooming, where d = d 1 −x d 1 : At the long focal length end Pupil position on the reduction side of the second negative lens group reference In both cases, the direction from the reference position to the reduction side is positive.
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