JPH0124285B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0124285B2 JPH0124285B2 JP56151402A JP15140281A JPH0124285B2 JP H0124285 B2 JPH0124285 B2 JP H0124285B2 JP 56151402 A JP56151402 A JP 56151402A JP 15140281 A JP15140281 A JP 15140281A JP H0124285 B2 JPH0124285 B2 JP H0124285B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens group
- lens
- distance
- optical system
- variable focus
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 22
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 6
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
- G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
- G02B15/142—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having two groups only
- G02B15/1421—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective having two groups only the first group being positive
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Lenses (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は可変焦点光学系に関し、特にある基準
位置に対し物体が相対的に移動した時、この移動
に従つて焦点距離を変化させ物体からの光線束を
常に平行光線束として射出する機能を有する可変
焦点光学系に関する。
位置に対し物体が相対的に移動した時、この移動
に従つて焦点距離を変化させ物体からの光線束を
常に平行光線束として射出する機能を有する可変
焦点光学系に関する。
この種の光学系によつて、ある基準位置に対す
る物体の移動距離を正確に計測するためには、光
学系の焦点を移動物体に合せた時に、光学系の中
にこの焦点移動により変化しない固定点を必要と
する。この固定点を計測の基準点とすると同時に
レンズ系の諸収差もそれに合せて補正する必要が
ある。従来この様な２つの補正（例えばカメラレ
ンズでは焦点距離の変化に伴う収差補正と後側焦
点位置を一定に保つための補正）を行つた可変焦
点光学系の代表としてのズームレンズは数多く設
計されており、特に精密な精度を有するものでは
ズーミングのためのレンズ系の可動部分として２
群以上必要とするものがほとんどである。このよ
うに、従来の一般的可変焦点光学系は可動部分が
多いため機構が複雑になるとともにレンズ系が大
型化する等の欠点を有し、価格的にも安くするこ
とは困難であつた。
る物体の移動距離を正確に計測するためには、光
学系の焦点を移動物体に合せた時に、光学系の中
にこの焦点移動により変化しない固定点を必要と
する。この固定点を計測の基準点とすると同時に
レンズ系の諸収差もそれに合せて補正する必要が
ある。従来この様な２つの補正（例えばカメラレ
ンズでは焦点距離の変化に伴う収差補正と後側焦
点位置を一定に保つための補正）を行つた可変焦
点光学系の代表としてのズームレンズは数多く設
計されており、特に精密な精度を有するものでは
ズーミングのためのレンズ系の可動部分として２
群以上必要とするものがほとんどである。このよ
うに、従来の一般的可変焦点光学系は可動部分が
多いため機構が複雑になるとともにレンズ系が大
型化する等の欠点を有し、価格的にも安くするこ
とは困難であつた。
本発明は、焦点距離を変えるための可動部分が
少なく、機構的にも簡単であり、レンズ系もコン
パクトで低価格の計測用可変焦点光学系を得るこ
とを目的とする。
少なく、機構的にも簡単であり、レンズ系もコン
パクトで低価格の計測用可変焦点光学系を得るこ
とを目的とする。
本発明による可変焦点光学系は変倍に際して主
点位置を不変に保つものであり、屈折力の絶対値
が互いにほぼ等しい収斂性レンズ群と発散性レン
ズ群との２群からなり、物体側のレンズ群に対し
て物体から遠い方のレンズ群を移動可能に設けら
れたものである。そして該一方のレンズ群を物体
距離に応じて動かして物体からの光線束を平行光
束として射出するものである。
点位置を不変に保つものであり、屈折力の絶対値
が互いにほぼ等しい収斂性レンズ群と発散性レン
ズ群との２群からなり、物体側のレンズ群に対し
て物体から遠い方のレンズ群を移動可能に設けら
れたものである。そして該一方のレンズ群を物体
距離に応じて動かして物体からの光線束を平行光
束として射出するものである。
すなわち、第１図に示すごとく、いま物体側よ
り第１レンズ群G1と第２レンズ群G2との２つの
レンズ群が間隔ｄで配置されているとし、各レン
ズ群の屈折力をそれK1、K2として主平面間隔ｄ
で合成すると、２群を合成したレンズ系の屈折力
Ｋ、及び合成したレンズ系の物体側の主平面Ｈの
第１レンズ群G1の主平面位置からのずれ量Δは
各々 Ｋ＝K1＋K2−dK1K2 Δ＝K2／Ｋｄ で与えられる。K1、K2は定数と考えてよい。ズ
ーミングによりｄを変化させて合成の屈折力Ｋを
変えるのであるが、今、両式よりｄを消去してΔ
を求めると Δ＝K1＋K2−Ｋ／KK1 ここでK1＝−K2としてやれば Δ＝−１／K1 となり物体より遠い第２レンズ群G2を動かすこ
とにすれば合成した主平面位置は変倍にかかわら
ず固定となる。
り第１レンズ群G1と第２レンズ群G2との２つの
レンズ群が間隔ｄで配置されているとし、各レン
ズ群の屈折力をそれK1、K2として主平面間隔ｄ
で合成すると、２群を合成したレンズ系の屈折力
Ｋ、及び合成したレンズ系の物体側の主平面Ｈの
第１レンズ群G1の主平面位置からのずれ量Δは
各々 Ｋ＝K1＋K2−dK1K2 Δ＝K2／Ｋｄ で与えられる。K1、K2は定数と考えてよい。ズ
ーミングによりｄを変化させて合成の屈折力Ｋを
変えるのであるが、今、両式よりｄを消去してΔ
を求めると Δ＝K1＋K2−Ｋ／KK1 ここでK1＝−K2としてやれば Δ＝−１／K1 となり物体より遠い第２レンズ群G2を動かすこ
とにすれば合成した主平面位置は変倍にかかわら
ず固定となる。
このようにK1＝−K2すなわち、２つのレンズ
群の屈折力が互いに逆符号で絶対値が等しいこ
と、換言すれば、｜K1｜＝｜K2｜即ち屈折力の絶
対値が等しい収斂レンズ群と発散レンズ群とで構
成し、物体から遠い方のレンズ群を移動すること
によつて、合成系の主点位置を不変に維持しつつ
焦点距離を変えることができる。
群の屈折力が互いに逆符号で絶対値が等しいこ
と、換言すれば、｜K1｜＝｜K2｜即ち屈折力の絶
対値が等しい収斂レンズ群と発散レンズ群とで構
成し、物体から遠い方のレンズ群を移動すること
によつて、合成系の主点位置を不変に維持しつつ
焦点距離を変えることができる。
第２図は本発明の一実施例を示す概略構成図で
あり、物体側に収斂レンズ群G1を固設し、その
後方に光軸にそつて移動可能な発散レンズ群G2
を設けたものである。物体Ｏと合成系の主平面Ｈ
との距離の変化に応じて発散レンズ群G2が光軸
上を移動し、常に平行光束を射出するとともに、
合成系の主平面Ｈは一定位置に保たれる。ここで
収れんレンズ群G1の屈折力をK1とし、物体Ｏと
合成系の主平面Ｈとの距離をＬとすると、このレ
ンズ群の移動量ｙはほぼ ｙ＝１／K1 2・１／Ｌ となり、一般的にｙ＝１／ｘと表わされる比較的簡 単なカム機構を用いればよい。更に、本発明で
は、２つのレンズ群の屈折力が正と負であり、そ
の絶対値がほぼ等しい光学系になつているためレ
ンズ系全体のペツバール和がほぼゼロとなり広画
角なレンズ系としやすい利点を有する。
あり、物体側に収斂レンズ群G1を固設し、その
後方に光軸にそつて移動可能な発散レンズ群G2
を設けたものである。物体Ｏと合成系の主平面Ｈ
との距離の変化に応じて発散レンズ群G2が光軸
上を移動し、常に平行光束を射出するとともに、
合成系の主平面Ｈは一定位置に保たれる。ここで
収れんレンズ群G1の屈折力をK1とし、物体Ｏと
合成系の主平面Ｈとの距離をＬとすると、このレ
ンズ群の移動量ｙはほぼ ｙ＝１／K1 2・１／Ｌ となり、一般的にｙ＝１／ｘと表わされる比較的簡 単なカム機構を用いればよい。更に、本発明で
は、２つのレンズ群の屈折力が正と負であり、そ
の絶対値がほぼ等しい光学系になつているためレ
ンズ系全体のペツバール和がほぼゼロとなり広画
角なレンズ系としやすい利点を有する。
また、本実施例では物体側に収斂レンズ群を配
置し後方の発散レンズ群を移動可能としたが、逆
の配置でもよく、収斂レンズ群を移動する構成と
してもよい。
置し後方の発散レンズ群を移動可能としたが、逆
の配置でもよく、収斂レンズ群を移動する構成と
してもよい。
第３Ａ図及び第３Ｂ図に本発明による可変焦点
光学系を距離測定装置に応用した例を示す。本装
置は高さが正確に分つている目標物体１がその距
離を変えた時、本発明の光学系２によりこの目標
物体にピントを合せ集光レンズ系３に常に平行光
線束４が入射する様にし、集光レンズ系３により
例えばCCD（電荷結合素子）を用いた撮像装置５
上に目標物体を結像し、この像の大きさを測るこ
とにより目標物体までの距離を算出するものであ
る。この様な装置の場合距離測定のための基準点
が焦点移動（変倍）により動かないことが必要と
されることは明らかであり、このために、第２図
に示したごとき本発明による可変焦点光学系を用
いることが極めて有効である。この場合、第３Ａ
図に示すごとく可変焦点光学系２の主点Ｈと物体
１との距離をL1、既知の高さｈを有する物体１
のはる角度をθ1とするとき、撮像装置５で測定さ
れる物体像の高さh1′とすると、この時の可変焦
点光学系２の焦点距離をf1とし、集光レンズ系３
の焦点距離をf3とすると、常に L1tanθ1＝ｈ であるが、ピントを合わせた時には、L1＝f1とな
る。このとき、 ｈ＝f1tanθ1 h1′＝f3tanθ1 が成り立ち、両式より、 f1＝L1＝ｈ／h1′f3 となる。ここで、物体１の高さｈ、及び集光レン
ズ系３の焦点距離f3が既知であるから、撮像装置
５上での像高h1′を測定するだけで、上式から物
体距離L1を求めることが可能である。
光学系を距離測定装置に応用した例を示す。本装
置は高さが正確に分つている目標物体１がその距
離を変えた時、本発明の光学系２によりこの目標
物体にピントを合せ集光レンズ系３に常に平行光
線束４が入射する様にし、集光レンズ系３により
例えばCCD（電荷結合素子）を用いた撮像装置５
上に目標物体を結像し、この像の大きさを測るこ
とにより目標物体までの距離を算出するものであ
る。この様な装置の場合距離測定のための基準点
が焦点移動（変倍）により動かないことが必要と
されることは明らかであり、このために、第２図
に示したごとき本発明による可変焦点光学系を用
いることが極めて有効である。この場合、第３Ａ
図に示すごとく可変焦点光学系２の主点Ｈと物体
１との距離をL1、既知の高さｈを有する物体１
のはる角度をθ1とするとき、撮像装置５で測定さ
れる物体像の高さh1′とすると、この時の可変焦
点光学系２の焦点距離をf1とし、集光レンズ系３
の焦点距離をf3とすると、常に L1tanθ1＝ｈ であるが、ピントを合わせた時には、L1＝f1とな
る。このとき、 ｈ＝f1tanθ1 h1′＝f3tanθ1 が成り立ち、両式より、 f1＝L1＝ｈ／h1′f3 となる。ここで、物体１の高さｈ、及び集光レン
ズ系３の焦点距離f3が既知であるから、撮像装置
５上での像高h1′を測定するだけで、上式から物
体距離L1を求めることが可能である。
第３Ｂ図に示す如く、物体距離がL2に変化し
た場合にも、物体から遠い方のレンズ群の移動に
よつて可変焦点光学系２の焦点距離をf2に変化さ
せてピントを合わせればL2＝f2となり、このと
き、 ｈ＝f2tanθ2 h2′＝f3tanθ2（h2′は像高） が成り立ち、両式より、 f2＝L2＝ｈ／h2′f3 となる。従つて、この場合にも像高h2′を測定す
るだけで、上式から物体距離L2を求めることが
可能である。
た場合にも、物体から遠い方のレンズ群の移動に
よつて可変焦点光学系２の焦点距離をf2に変化さ
せてピントを合わせればL2＝f2となり、このと
き、 ｈ＝f2tanθ2 h2′＝f3tanθ2（h2′は像高） が成り立ち、両式より、 f2＝L2＝ｈ／h2′f3 となる。従つて、この場合にも像高h2′を測定す
るだけで、上式から物体距離L2を求めることが
可能である。
このように、ピント合わせを行つた時の撮像装
置５上での物体像の像高を測定するだけで、物体
距離を求めることが可能となる。
置５上での物体像の像高を測定するだけで、物体
距離を求めることが可能となる。
ところで、第３Ａ図と第３Ｂ図に示した物体距
離測定装置において、可変焦点光学系２の焦点距
離を可動レンズ群の移動量から直接読み取る構成
とすれば、ピント合わせに必要となつた可動レン
ズ群の移動量から直ちに物体距離（＝合成焦点距
離）を検出することが可能である。
離測定装置において、可変焦点光学系２の焦点距
離を可動レンズ群の移動量から直接読み取る構成
とすれば、ピント合わせに必要となつた可動レン
ズ群の移動量から直ちに物体距離（＝合成焦点距
離）を検出することが可能である。
以上のごとく本発明によれば２群構成で可動部
分が１群のみと簡単な構成で済み、移動レンズ群
の動きは、比較的簡単なカムによればよく鏡筒の
構成も単純である。又本発明は特に数メートルか
ら数十メートルと比較的長い距離に対する変倍光
学系として特に有用であり、変倍比としても20程
度までは十分可能である。更に基準点が合成系の
主平面であることから歪曲収差の補正も通常のレ
ンズ系と同じｙ＝ｆ tanθの式で行えるのでレン
ズ設計も楽になる。
分が１群のみと簡単な構成で済み、移動レンズ群
の動きは、比較的簡単なカムによればよく鏡筒の
構成も単純である。又本発明は特に数メートルか
ら数十メートルと比較的長い距離に対する変倍光
学系として特に有用であり、変倍比としても20程
度までは十分可能である。更に基準点が合成系の
主平面であることから歪曲収差の補正も通常のレ
ンズ系と同じｙ＝ｆ tanθの式で行えるのでレン
ズ設計も楽になる。
尚、本発明による可変焦点光学系は距離の測定
に用いるのみでなく、距離を正確に測定してあれ
ば、既知の距離及び既知の物体の大きさを基準と
して結像レンズ系の性能検定に用いることも可能
である。
に用いるのみでなく、距離を正確に測定してあれ
ば、既知の距離及び既知の物体の大きさを基準と
して結像レンズ系の性能検定に用いることも可能
である。
第１図は本発明の原理説明図、第２図は本発明
の一実施例を示す概略構成図、第３Ａ図、第３Ｂ
図は本発明に係る可変焦点光学系を距離測定装置
に応用した例である。 〔主要部分の符号の説明〕、G1……収斂レンズ
群、G2……発散レンズ群、Ｈ……両レンズ群G1，
G2の合成主平面。
の一実施例を示す概略構成図、第３Ａ図、第３Ｂ
図は本発明に係る可変焦点光学系を距離測定装置
に応用した例である。 〔主要部分の符号の説明〕、G1……収斂レンズ
群、G2……発散レンズ群、Ｈ……両レンズ群G1，
G2の合成主平面。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 収斂性レンズ群と発散性レンズ群との２群か
らなり、該両レンズ群のうち物体側のレンズ群を
固定とし物体側から遠いレンズ群を光軸方向に移
動可能とし、該両レンズ群の屈折力をそれぞれ
K1、K2とするとき、ほぼ ｜K1｜＝｜K2｜ の関係を満足し、該両レンズ群の合成主平面を一
定位置に保ちつつ、物体距離に応じて前記移動可
能な一方のレンズ群を移動させ、物体からの光線
束を常に平行光線束として射出することを特徴と
する可変焦点光学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56151402A JPS5854311A (ja) | 1981-09-26 | 1981-09-26 | 可変焦点光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56151402A JPS5854311A (ja) | 1981-09-26 | 1981-09-26 | 可変焦点光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5854311A JPS5854311A (ja) | 1983-03-31 |
| JPH0124285B2 true JPH0124285B2 (ja) | 1989-05-11 |
Family
ID=15517801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56151402A Granted JPS5854311A (ja) | 1981-09-26 | 1981-09-26 | 可変焦点光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5854311A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0293709U (ja) * | 1989-01-10 | 1990-07-25 |
-
1981
- 1981-09-26 JP JP56151402A patent/JPS5854311A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5854311A (ja) | 1983-03-31 |
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