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公開番号2025057939
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-09
出願番号2023167789
出願日2023-09-28
発明の名称同軸落射照明系を備えた物体側テレセントリック光学系
出願人株式会社ヴイ・エス・テクノロジ-
代理人個人
主分類G02B 13/00 20060101AFI20250402BHJP(光学)
要約【課題】フレアスポットの少ない同軸落射照明系を備えた物体側テレセントリック光学系を提供する。
【解決手段】物体側レンズ群および像面側レンズ群が配されてなり、各レンズ群の間には、光軸側方から入射した光を物体側に反射させると共に物体からの光を像面側に透過させる同軸落射照明用光学素子が配された以下の条件式を満たす同軸落射照明系を備えた物体側テレセントリック光学系である。
(1-1)m₁/M>0.0
(1-2)f₁/f₂<1.5
(1-3)|P_m|/P_p<1.2
ただし、m₁:物体側レンズ群の倍率、M:レンズ系全体の倍率、f₁:物体側レンズ群の焦点距離、f₂:像側レンズ群の焦点距離、|P_m|:物体側レンズ群を構成する各レンズのうち、負のパワーを有するレンズのパワーを加算した絶対値、P_p:物体側レンズ群を構成する各レンズのうち、正のパワーを有するレンズのパワーを加算した値
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
物体側から像面側に向かって光軸に沿って物体側レンズ群および像面側レンズ群が配されてなり、各レンズ群の間には、光軸側方から入射した光を物体側に反射させると共に物体からの光を像面側に透過させる同軸落射照明用光学素子が配された同軸落射照明系を備えた物体側テレセントリック光学系において、
以下の条件式（１－１）～（１－３）を満たすことを特徴とする同軸落射照明系を備えた物体側テレセントリック光学系。
（１－１）ｍ
１
／Ｍ＞０．０
（１－２）ｆ
１
／ｆ
２
＜１．５
（１－３）｜Ｐ
ｍ
｜／Ｐ
ｐ
＜１．２
ただし、
ｍ
１
：物体側レンズ群の倍率
Ｍ：レンズ系全体の倍率
ｆ
１
：物体側レンズ群の焦点距離
ｆ
２
：像側レンズ群の焦点距離
｜Ｐ
ｍ
｜：物体側レンズ群を構成する各レンズのうち、負のパワーを有するレンズのパワーを加算した絶対値
Ｐ
ｐ
：物体側レンズ群を構成する各レンズのうち、正のパワーを有するレンズのパワーを加算した値
続きを表示（約 570 文字）【請求項２】
物体側から像面側に向かって光軸に沿って物体側レンズ群および像面側レンズ群が配されてなり、各レンズ群の間には、光軸側方から入射した光を物体側に反射させると共に物体からの光を像面側に透過させる同軸落射照明用光学素子が配された同軸落射照明系を備えた物体側テレセントリック光学系において、
以下の条件式（２－１）～（２－３）を満たすことを特徴とする同軸落射照明系を備えた物体側テレセントリック光学系。
（２－１）ｍ
１
／Ｍ＞０．０
（２－２）ｆ
１
／ｆ
２
＜１．０
（２－３）｜Ｐ
ｍ
｜／Ｐ
ｐ
＜１．０
ただし、
ｍ
１
：物体側レンズ群の倍率
Ｍ：レンズ系全体の倍率
ｆ
１
：物体側レンズ群の焦点距離
ｆ
２
：像側レンズ群の焦点距離
｜Ｐ
ｍ
｜：物体側レンズ群を構成する各レンズのうち、負のパワーを有するレンズのパワーを加算した絶対値
Ｐ
ｐ
：物体側レンズ群を構成する各レンズのうち、正のパワーを有するレンズのパワーを加算した値

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願発明は、照明光をレンズ光軸と同軸的に被写体に照射する同軸落射照明系を備えた物体側テレセントリック光学系に関する。
続きを表示（約 3,300 文字）【背景技術】
【０００２】
同軸落射照明系を備えた物体側テレセントリック光学系は、物体側で主光線が光軸と平行になるため、被写界深度方向での誤差があっても像の寸法変化が少なく、寸法精度が要求される測定や微細なパターンの転写、電子部品の実装位置決め等に採用されている。
図１に示すように、同軸落射照明系を備えた物体側テレセントリック光学系は、物体面側から像面（撮像素子）側に向かう光軸に沿って物体側レンズ群及び像面側レンズ群が配されると共に、各レンズ群の間には、物体側レンズ群の像面側焦点位置に絞りが配置されて、物体側テレセントリック光学系が構成されている。
また、絞りと物体側レンズ群の間に、光軸Ｘに対して直交する方向に配された光源から入射された光を物体側に反射させると共に物体からの光を像面側に透過させる同軸落射照明用光学素子としてのビームスプリッターＢＳやハーフミラーが配されている。さらに、物体側がテレセントリックであるため入射瞳位置が無限大となり、照明光は光軸に平行なテレセントリック照明を容易に得ることができる。
【０００３】
しかしながら、光源から照射されてビームスプリッターで物体側に反射された照明光が物体側レンズ群を構成する各レンズを透過する際に、各レンズの背面でその光の一部が反射され、そのレンズ反射光が撮像素子に映り込むフレアスポットという現象を生じる。これにより、画像周辺部より中央部が明るくなる明るさムラが生じ、画像のコントラストが低下するという問題を生じていた。このように画像に悪影響を与えるレンズからの反射光を低減するために、光学性能を満たすレンズ設計を行うと共に、フレアスポットのシミュレーションを行い、各レンズの曲率半径を最適化する作業を繰り返して、フレアスポットの発生防止と光学性能の達成を実現していた（特許文献１）。
しかしながら、ビームスプリッターの物体側の面からの反射光は、ビームスプリッターは平面で構成されているため、フレアスポットの発生を防止することが困難であった。また、光学設計の際に、ビームスプリッターの物体面側からの反射光を低減するための光学条件が不明で、設計に多くの時間を要するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００９－２５１０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明者は、フレアスポットのシミュレーションソフトを使用して、様々な光学系でのフレアスポットと、光学系を構成する、倍率、焦点距離、レンズパワーとの関係を解析することにより、フレアスポットを減少させ得る条件を見いだした。
本願発明は、このようなシミュレーションにより得られた発明者の知見に基づくものであり、光学倍率によらず、補正が困難であったビームスプリッター面からの反射光によるフレアスポットの発生を確実に低減でき、良好な画像認識度が得られるような同軸落射照明系を備えた物体側テレセントリック光学系を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明の課題は、以下の態様（１）または（２）により解決できる。具体的には、
【０００７】
（態様１）物体側から像面側に向かって光軸に沿って物体側レンズ群および像面側レンズ群が配されてなり、各レンズ群の間には、光軸側方から入射した光を物体側に反射させると共に物体からの光を像面側に透過させる同軸落射照明用光学素子が配された同軸落射照明系を備えた物体側テレセントリック光学系において、以下の条件式（１－１）～（１－３）を満たすことを特徴とする同軸落射照明系を備えた物体側テレセントリック光学系である。
（１－１）ｍ
１
／Ｍ＞０．０
（１－２）ｆ
１
／ｆ
２
＜１．５
（１－３）｜Ｐ
ｍ
｜／Ｐ
ｐ
＜１．２
ただし、
ｍ
１
：物体側レンズ群の倍率
Ｍ：レンズ系全体の倍率
ｆ
１
：物体側レンズ群の焦点距離
ｆ
２
：像側レンズ群の焦点距離
｜Ｐ
ｍ
｜：物体側レンズ群を構成する各レンズのうち、負のパワーを有するレンズのパワーを加算した絶対値
Ｐ
ｐ
：物体側レンズ群を構成する各レンズのうち、正のパワーを有するレンズのパワーを加算した値
【０００８】
（態様２）物体側から像面側に向かって光軸に沿って物体側レンズ群および像面側レンズ群が配されてなり、各レンズ群の間には、光軸側方から入射した光を物体側に反射させると共に物体からの光を像面側に透過させる同軸落射照明用光学素子が配された同軸落射照明系を備えた物体側テレセントリック光学系において、以下の条件式（２－１）～（２－３）を満たすことを特徴とする同軸落射照明系を備えた物体側テレセントリック光学系である。
（１－１）ｍ
１
／Ｍ＞０．０
（１－２）ｆ
１
／ｆ
２
＜１．０
（１－３）｜Ｐ
ｍ
｜／Ｐ
ｐ
＜１．０
ただし、
ｍ
１
：物体側レンズ群の倍率
Ｍ：レンズ系全体の倍率
ｆ
１
：物体側レンズ群の焦点距離
ｆ
２
：像側レンズ群の焦点距離
｜Ｐ
ｍ
｜：物体側レンズ群を構成する各レンズのうち、負のパワーを有するレンズのパワーを加算した絶対値
Ｐ
ｐ
：物体側レンズ群を構成する各レンズのうち、正のパワーを有するレンズのパワーを加算した値
【発明の効果】
【０００９】
本願発明の条件を設定することにより、光学設計を実施する際に、物体側レンズ群を構成する各面からの反射光を低減することのみに注意を払えばよく、設計が容易になるとともに、フレアスポットの少ない同軸落射照明系を備えた物体側テレセントリック光学系を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本願発明の同軸落射照明系を備えた物体側テレセントリック光学系の説明図である。
同軸落射照明系を備えた物体側テレセントリック光学系のフレアスポットについての説明図である。
本願発明実施例１のレンズ構成図（ａ）、反射光照度分布（ｂ）である。
本願発明実施例２のレンズ構成図（ａ）、反射光照度分布（ｂ）である。
本願発明実施例３のレンズ構成図（ａ）、反射光照度分布（ｂ）である。
本願発明実施例４のレンズ構成図（ａ）、反射光照度分布（ｂ）である。
本願発明実施例５のレンズ構成図（ａ）、反射光照度分布（ｂ）である。
本願発明実施例６のレンズ構成図（ａ）、反射光照度分布（ｂ）である。
本願発明実施例７のレンズ構成図（ａ）、反射光照度分布（ｂ）である。
本願発明実施例８のレンズ構成図（ａ）、反射光照度分布（ｂ）である。
本願発明比較例１のレンズ構成図（ａ）、反射光照度分布（ｂ）である。
本願発明比較例２のレンズ構成図（ａ）、反射光照度分布（ｂ）である。
本願発明比較例３のレンズ構成図（ａ）、反射光照度分布（ｂ）である。
本願発明比較例４のレンズ構成図（ａ）、反射光照度分布（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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