JP2004070092A

JP2004070092A - ズーム撮影光学系

Info

Publication number: JP2004070092A
Application number: JP2002230712A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kawasaki; 川崎　健司
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: US6807014B2; US20040156118A1; JP4061152B2

Abstract

【課題】対物レンズの倍率よりも低い倍率から１０倍を超える広い変倍範囲を有するようにする。
【解決手段】対物レンズ側から正の第１レンズ群と負の第２レンズ群と正の第３レンズ群を少なくとも有し、低倍端から高倍端への変倍に際し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が低倍端に比べて高倍端で短く、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が低倍端に比べて高倍端が長くなるように第２レンズ群と第３レンズ群が移動し、低倍端で第１レンズ群と第２レンズ群の間に形成される光学系で、下記条件（１）、（２）を満足するようにした。
（１）　　　１≦ＦＨ／ＦＬ≦３
（２）　　　３≦ＭＧＨ／ＭＧＬ≦２０
【選択図】　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡対物レンズを備えた光学装置に用いられる光学系であって、撮像素子上に結像させる試料像の大きさを変えることのできるズーム撮影光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
顕微鏡のような従来の光学装置では、例えば、以下の手順で観察や撮影が行われる。まず最初に、低倍率の対物レンズにより広い視野で観察すべき位置を探す。次に、高倍率の対物レンズに変換（交換）して物体（試料）を拡大する。そして、そのまま拡大された物体の観察を行ったり、撮像装置で撮影を行う。このとき、倍率範囲は１倍程度から１００倍にもわたる。そこで、このような広い倍率範囲にわたる物体の観察や撮影等を行う方法として様々な方法が提案されている。
【０００３】
顕微鏡による試料像を銀塩フィルム等に投影する従来例として、特開平５−１１９２６５号公報、特開平６−２８１８６５号公報、特開平１０−６２６９２号公報の各公報に記載されているのもが知られている。これらの公報に記載されている顕微鏡写真レンズは、拡大倍率が２倍から５倍である。
【０００４】
また、低倍率の写真撮影レンズやテレビ撮影用の変倍レンズとしては、結像レンズと組み合わせて０．２５倍から４倍前後の倍率で撮影できる変倍レンズが知られている。
【０００５】
また、顕微鏡対物レンズの後方に配置された結像レンズをズームレンズにした従来例として、特開平４−３０４４０９号公報、特開平９−２７４１３７号公報、特開平７−５６０８７号公報の各公報に記載されているものが知られている。更に、対物レンズを射出した光束を分割し、異なる倍率の撮影光学系を配置した従来例として、特開平８−１９００５６号公報、特開平１１−１８３１２４号公報に記載された従来例が知られている。
【０００６】
また、実体顕微鏡用のアフォーカルズームレンズを用いて物体像を観察、撮影する方法が知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来例のうち、特開平５−１１９２６５号公報、特開平６−２８１８６５号公報および特開平１０−６２６９２号公報に記載されている写真撮影光学系は、光学系の撮影倍率が固定されている。よって倍率を変換して撮影する場合には、撮影光路に配置した撮影光学系を異なる倍率の撮影光学系に変換する必要があり、操作性が悪かった。
【０００８】
また、前記従来例のうちの特開平４−３０４４０９号公報、特開平９−２７４１３７公報に記載されている光学系は、対物レンズの後方に配置する結像レンズをズームレンズにしたものである。これにより、撮影倍率を連続的に変えることができるという利点を有する。しかしながら倍率を高くする変倍系であるため、低倍での観察や撮影には対応できない。また、変倍比も２倍から３倍程度と低い。
【０００９】
また特開平７−８４１８９号公報に記載されている光学系は、１０倍程度の変倍比を有するズームレンズである。しかしながら射出瞳位置が変動するので、あまり好ましくない。更にレンズ系中に対物レンズの瞳位置がないために、低倍時の射出側の開口数が大になる。この結果、像面の周辺でのけられが大になる。また高倍での開口数が０．６程度しかなく、解像力が十分とはいえない。また、バックフォーカスが長いため装置が大型化してしまう。
【００１０】
また、特開平８−１９００５６号公報、特開平１１−１８３１２４号公報に記載されている従来例は、光路を分割して、一方を低倍側光路とし、他方を高倍側光路としたものである。これにより、低倍と高倍の切り替えが容易に行えるという利点がある。しかしながら、このような構成では、固定された倍率での観察であるために操作性が悪い。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、対物レンズの倍率よりも低い倍率から１０倍を超える広い変倍範囲を有するズーム撮影光学系を提供するものである。また、低倍での光束の大きさを制限できるズーム光学系を提供するものである。また射出瞳の変動を抑えたズーム撮影光学系を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のズーム撮影光学系は、対物レンズを備えた光学装置に用いられ試料の最終像を形成する光学系であって、対物レンズから順に、正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力の第２レンズ群と、正の屈折力の第３レンズ群を少なくとも有し、低倍端から高倍端での変倍に際して、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が低倍端に比べて高倍端で短くなり、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が低倍端に比べて高倍端で長くなるように、前記第２レンズ群、第３レンズ群が夫々光軸に沿って移動し、低倍端で第１レンズ群と第２レンズ群の間に中間像が形成され、下記条件（１）、（２）を満足する。
（１）　　１≦ＦＨ／ＦＬ≦３
（２）　　３≦ＭＧＨ／ＭＧＬ≦２０
ただし、
ＦＨは高倍端における第１レンズ群から中間像位置までの間にあるレンズ群全体の焦点距離、
ＦＬは低倍端における第１レンズ群から中間像位置までの間にあるレンズ群全体の焦点距離、
ＭＧＨは高倍端における中間像位置から最終像位置までの間にあるレンズ群全体の倍率、
ＭＧＬは低倍端における中間像位置から最終像位置までの間にあるレンズ群全体の倍率である。
【００１３】
また、本発明のズーム撮影光学系においては、更に下記条件（３）、（４）、（５）を満足する。
（３）　　０．３＜Ｄ１／Ｄ０＜０．７
（４）　　０．１５＜Ｄ２／Ｄ０＜０．７
（５）　　０＜ＦＢ／Ｄ０＜０．３
ただし、
Ｄ０は第１レンズ群における対物レンズに最も近いレンズ面から最終像位置までの距離、
Ｄ１は第１レンズ群における対物レンズに最も近いレンズ面から中間像位置までの低倍端における距離、
Ｄ２は低倍端から高倍端へ変倍したときの第２レンズ群の移動量、
ＦＢは最終像に最も近い位置にあるレンズの最終像側のレンズ面から最終像までの距離である。
【００１４】
また、本発明のズーム撮影光学系においては、前記中間像と最終像との間に対物レンズの瞳の共役像を形成し、該共役像の位置に開口絞りを配置し、前記開口絞りの径を変化させるように構成する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のズーム撮影光学系において、光線に対する各レンズ群の作用を説明する。本発明のズーム撮影光学系は、顕微鏡等の光学装置と組み合わせて使用されるものもある。ここで、光学装置は無限遠補正型の対物レンズを備えているものとする。そして、本発明のズーム撮影光学系は、この対物レンズの後方に配置されている。無限遠補正型の対物レンズより射出される光束は、無限遠光束（平行光束）である。よって、このような対物レンズと組み合わせた場合、撮影倍率は、本発明のズーム撮影光学系の焦点距離と対物レンズの焦点距離で決まることになる。
【００１６】
本発明のズーム撮影光学系において、正のパワーを有する第１レンズ群は、入射する無限遠光束を収斂させるように作用を有する。また、負のパワーを有する第２レンズ群は、第１レンズ群よりの光束を発散させるように作用を有する。また、第３レンズ群または第３レンズ群以降のレンズ群は全体として正のパワーを有し、第２レンズ群からの光束を収斂作用によって所定の位置に集光する。そして、本発明のズーム撮影光学系は、低倍端において、第１レンズ群と第２レンズ群との間に中間像を形成するように構成されている。また、中間像から最終像までの間の所定の位置に、対物レンズの瞳と共役な像（以下、瞳共役像という。）が形成されるように構成されている。また、この瞳共役像は、高倍端においては、前記の中間像位置から最終像に最も近い位置にあるレンズ群（以下、最終レンズ群とする。）までの間の所定の位置に形成されるように構成されている。
【００１７】
そして、本発明のズーム撮影光学系は、下記条件（１）、（２）を満足する。
（１）　　１≦ＦＨ／ＦＬ≦３
（２）　　３≦ＭＧＨ／ＭＧＬ≦２０
ただし、
ＦＨは高倍端における第１レンズ群から中間像位置までの間にあるレンズ群全体の焦点距離、
ＦＬは低倍端における第１レンズ群から中間像位置までの間にあるレンズ群全体の焦点距離、
ＭＧＨは高倍端における中間像位置から最終像位置までの間にあるレンズ群全体の倍率、
ＭＧＬは低倍端における中間像位置から最終像位置までの間にあるレンズ群全体の倍率である。
【００１８】
条件（１）の下限を下回ると、ＦＬ＞ＦＨとなる。この場合、負の屈折力の第２レンズ群が低倍端での中間像の位置よりも第１レンズ群側に移動する。そのため、ズーム撮影光学系を構成できない。一方、条件（２）の下限を下回ると、必要な変倍比を得ることができない。上記条件を満足すると、実用上有効な倍率範囲において、対物レンズの分解能を生かし、かつ像の明るさを損なうことない撮像が行える。
【００１９】
本発明のズーム撮影光学系を三つのレンズ群で構成する場合、対物レンズ側から、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群及び正の屈折力の第３レンズ群の順に配置する。この構成において、移動群である第２レンズ群が主に変倍作用を有し、他の移動群である第３レンズ群が中間像位置から最終像位置までの光学系の主点位置を移動させる働きをする。
【００２０】
つまり、低倍端では、中間像位置から最終像位置までの間にあるレンズ群全体の倍率が縮小倍率となるように、第２、第３レンズ群の位置が設定されている。よって高倍端から低倍端へ変倍したときは、中間像位置から最終像位置までの間にある光学系の主点位置を最終像側にシフトするようになっている。また、高倍端では、中間像位置から最終像位置までの間にあるレンズ群全体の倍率が拡大倍率となるように、第２、第３レンズ群の位置が設定されている。よって、低倍端から高倍端へ変倍したときは、中間像位置から最終像位置までの間にある光学系の主点位置を中間像側にシフトするようになっている。
【００２１】
従って、低倍端に向かって変倍する場合は第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が長くなり、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が短くなるように、第２レンズ群、第３レンズ群を光軸に沿って移動させるようにした。また、前述のように、第１レンズ群と第２レンズ群の間に、物体の共役像である中間像を形成する。
【００２２】
また、高倍端に向かって変倍する場合は第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が短くなり、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が長くなるように、第２レンズ群、第３レンズ群を光軸に沿って移動する。なお、第２レンズ群が第１レンズ群の後側焦点位置よりも対物レンズ側に移動した場合、高倍端における中間像位置は低倍端における位置と異なる。
【００２３】
ここで、ズーム撮影光学系全体の焦点距離をＦＴ、低倍端での焦点距離をＦＴ（Ｌ）、高倍端での焦点距離をＦＴ（Ｈ）とすると、ＦＴ（Ｌ）、ＦＴ（Ｈ）は夫々次のようになる。
ＦＴ（Ｌ）＝ＦＬ×ＭＧＬ
ＦＴ（Ｈ）＝ＦＨ×ＭＧＨ
【００２４】
従って、変倍比Ｚは下記のようになる。

つまり、ズーム撮影光学系の変倍比Ｚは条件（１）と条件（２）の積にて表すことができる。
【００２５】
本発明のズーム撮影光学系は、前記のように、対物レンズ側より順に、正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力よりなる第２レンズ群と、正の屈折力の第３レンズ群を少なくとも有している。このような本発明のズーム撮影光学系において、第３レンズ群より像側に更にレンズ群を配置する場合、次に示すような構成の光学系が望ましい。
【００２６】
第３レンズ群に続いて一つのレンズ群を配置する場合、正の屈折力の第４レンズ群を配置することが望ましい。そして低倍端から高倍端への変倍に際して、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔がはじめは長くなり、途中から短くなるようにするように構成することが望ましい。
【００２７】
即ち、本発明のズーム撮影光学系を四つのレンズ群にて構成する場合、対物レンズ側から、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群及び正の屈折力の第４レンズ群の順に配置する。そして、低倍端から高倍端での変倍に際し第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が短くなり、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔がはじめ長くなってから短くなるように、第２、第３、第４レンズ群が夫々光軸に沿って移動するように構成する。そして、低倍端において第１レンズ群と第２レンズ群との間に中間像が形成されるようにし、前記の条件（１）、（２）を満足する。
【００２８】
また、第３レンズ群に続いて一つのレンズ群を配置する場合、他の構成として負の屈折力の第４レンズ群を配置しても良い。そして低倍端から高倍端への変倍に際して、第３レンズ群と第４レンズ群との間隔が長くなることが望ましい。
【００２９】
即ち、本発明のズーム光学系を四つのレンズ群にて構成する場合、対物レンズ側から、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群及び負の屈折力の第４レンズ群の順に配置する。そして、低倍端から高倍端の変倍に際し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔がはじめ長くなってから短くなり、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔がはじめ短くなってから長くなり、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔が長くなるように、第２、第３、第４レンズ群が夫々光軸に沿って移動するように構成する。そして、低倍端において第１レンズ群と第２レンズ群との間に中間像が形成されるようにし、前記の条件（１）、（２）を満足する。
【００３０】
又、本発明のズーム撮影光学系において、第３レンズ群に続いて二つのレンズ群を配置する場合、第３レンズ群から順に正の屈折力の第４レンズ群と、正の屈折力又は負の屈折力の第５レンズ群を配置した構成が好ましい。そして、低倍端から高倍端への変倍に際して、追加配置したレンズ群は、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔がはじめ長くなってから短くなり、第４レンズ群と第５レンズ群の間隔が長くなるように移動することが望ましい。
【００３１】
即ち、本発明のズーム撮影光学系を五つのレンズ群で構成する場合、対物レンズ側から、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力の第３レンズ群、正の屈折力の第４レンズ群及び正の屈折力を有する第５レンズ群の順に配置する。そして、低倍端から高倍端への変倍に際し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が短くなり、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が長くなり、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔がはじめ長くなってから短くなり、第４レンズ群と第５レンズ群の間隔が長くなるように、第２、第３、第４レンズ群を夫々光軸に沿って移動するように構成する。そして、第１レンズ群と第２レンズ群の間に中間像が形成されるようにし、前記条件（１）、（２）を満足する。
【００３２】
また、本発明のズーム光学系を五つのレンズ群で構成する他の例では、対物レンズ側から、正の屈折力の第１レンズ群、負の屈折力の第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群及び負の屈折力の第５レンズ群の順に配置する。そして、低倍端から高倍端への変倍に際し、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が短くなり、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が長くなり、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔がはじめ長くなってから短くなり、第４レンズ群と第５レンズ群の間隔が長くなるように、第２、第３、第４レンズ群を夫々光軸に沿って移動させるように構成する。そして、低倍端で第１レンズ群と第２レンズ群の間に中間像が形成されるようにし、前記条件（１）、（２）を満足する。
【００３３】
また、上記の各構成における本発明のズーム撮影光学系は、下記条件（３）、（４）、（５）を満足することが望ましい。
（３）　　０．３＜Ｄ１／Ｄ０＜０．７
（４）　　０．１５＜Ｄ２／Ｄ０＜０．７
（５）　　０＜ＦＢ／Ｄ０＜０．３
ただし、
Ｄ０は第１レンズ群における対物レンズに最も近いレンズ面から最終像位置までの距離、
Ｄ１は第１レンズ群における対物レンズに最も近いレンズ面から中間像位置までの低倍端における距離、
Ｄ２は低倍端から高倍端へ変倍したときの第２レンズ群の移動量、
ＦＢは最終像に最も近い位置にあるレンズの最終像側のレンズ面から最終像までの距離である。
【００３４】
本発明のズーム撮影光学系において、条件（３）を満足すれば、低倍端での軸外収差と高倍端での球面収差を良好に補正できる。また条件（４）を満足することにより、高い変倍比になし得る。また条件（５）を満足することにより、ズーム撮影光学系のバックフォーカスを適切なものにし、コンパクトな構成にすることが可能となる。
【００３５】
条件（３）において、Ｄ１／Ｄ０の値が下限値の０．３よりも小になると、第１レンズ群から中間像位置までの距離が短くなって第１レンズ群の屈折力が強くなる。このとき低倍端の軸外主光線は第２レンズ群に入射する際に、光線高が高くなり、入射角度が大きくなってしまう。従って低倍端での軸外収差と、瞳収差も悪化するので好ましくない。また上限値の０．７より大になると第１レンズ群のパワーが弱くなり、中間像位置から最終像位置までの間隔が短くなりすぎる。そのため、三つのレンズ群よりなる撮影光学系の場合、第２レンズ群、第３レンズ群の移動スペースが小になる。また四つまたは五つのレンズ群よりなる撮影光学系の場合は、第２レンズ群、第３レンズ群、第４レンズ群の移動スペースが短くなる。この結果、いずれの場合も高い変倍比を得ることができなくなる。
【００３６】
条件（４）において、Ｄ２／Ｄ０の値が下限値の０．１５よりも小になると、第２レンズ群の負のパワーが強くなりすぎる。この結果、低倍端で非点収差とコマ収差が悪化し、高倍端では球面収差が悪化する。また条件（４）の上限値０．７より大になると、第２レンズ群の負のパワーが弱くなる。この結果、高い変倍比を得ることができない。また、第３レンズ群あるいは第３レンズ群と第４レンズ群の移動量が小さくなり、像面位置を一定にすることが困難になる。
【００３７】
条件（５）において、ＦＢ／Ｄ０が下限値０よりも小になると、最終像が最終レンズ群に近い位置に形成される。そのため、撮影装置を配置しようとすると、最終レンズ群との間で構造的な干渉が起こる。条件（５）において、ＦＢ／Ｄ０が上限値の０．３よりも大になると、第１レンズ群から最終レンズ群までの間隔が短くなる。この結果、高い変倍比を得ることが困難になる。
【００３８】
上記の各構成における本発明のズーム撮影光学系では、中間像と最終像との間に対物レンズの瞳と共役な像（瞳共役像）が形成されるようにするのが良い。この時、瞳共役像の位置あるいはその近傍に開口絞りを配置し、変倍に応じて開口絞りが光軸上を移動するのが好ましい。また、開口絞りの位置を固定する場合は、この開口絞りの径を変化させるのが良い。このようにすれば、対物レンズを通過する光束の径を変化させることができる。
【００３９】
前記のように、瞳共役位置あるいはその近傍に開口絞りを配置し、開口絞り径を変化させることができるようにすると、低倍端での開口数を制限して周辺での光量の減少やけられを抑えることができる。しかも、軸外収差性能を向上させることができる。また、低倍での観察や撮影時には、解像力よりも周辺での光量を確保することや、けられを少なくする等を優先させるほうが好ましい場合がある。このような点からも、上記構成は有効である。また、変倍に応じて、開口絞りの径を変化させることにより、最終像面側の射出側開口数を一定にすることができる。これにより、変倍の際に像の明るさを一定にすることが可能になる。
【００４０】
一方、高倍端では、解像力が必要なため開口数を制限しないことが望まれる。ただし、開口絞りを絞ることで、焦点深度を深くして観察する場合もある。そのため、開口絞りの径を変化できるようにしておくのが好ましい。
【００４１】
また、変倍に関係なくこの開口絞りの位置を光路中に固定させるためには、開口絞りを第３レンズ群から最終レンズ群までの間に配置するのが好ましい。その場合、すべての倍率において射出瞳位置が一定になる。
【００４２】
あるいは、中間像位置から最終像位置の間に、開口絞りを複数箇所設けるようにすることもできる。夫々の変倍での状態の瞳共役位置近傍に配置された開口絞り径を適切に絞り、それ以外の開口絞り径を開放する。これによって、瞳共役位置が光軸上を移動した場合でも、複数の開口絞り径を適切な径にすることで、対物レンズの開口を制限することができるので好ましい構成となる。
【００４３】
また、前述の本発明のズーム撮影光学系において、第１レンズ群を複数のレンズ成分にて構成し、しかも正レンズと負レンズよりなる接合レンズを少なくとも含むようにするのが良い。また最終レンズ群を複数のレンズ群にて構成し、そのうち中間像側に凹面を向けた負の屈折力のレンズを含むようにするのが望ましい。
【００４４】
また上記構成で、下記条件（６）、（７）を満足するのが好ましい。
（６）　　νＰ−νＮ≧３０
（７）　　Ｇｎ≧１．６
ただし、
νＰは第１レンズ群中の接合レンズの正レンズのアッベ数、
νＮは第１レンズ群中の接合レンズの負レンズのアッベ数、
Ｇｎは前記中間像側に凹面を向けた負の屈折力のレンズの屈折率である。
【００４５】
条件（６）を満足すると、高倍端での球面収差と低倍端での倍率の色収差を良好に補正し得る。条件（６）において、νＰ−νＮの値が下限値の３０より小になると、高倍端における球面収差と低倍端における倍率の色収差の補正が困難になる。
【００４６】
また、条件（７）を満足すると、ペッツバール和を小さくして像面湾曲を補正することができる。また、ズーム全域でのコマ収差と非点収差を良好に補正することが可能になる。条件（７）において、Ｇｎの下限値が１．６よりも小になると、中間像側に凹面を向けた負の屈折力をもつレンズの曲率半径が小になる。そのため、ズーム全域でのコマ収差と非点収差を良好に補正することが困難になる。
【００４７】
ズーム撮影光学系は、各レンズ群で収差を補正するために、単レンズではなく接合レンズにて構成することが好ましい。このようにすればズーム全域での収差を良好に補正することができる。
【００４８】
本発明のズーム撮影光学系において、第１レンズ群を二つの正の屈折力のレンズ成分（前群と後群）にて構成し、両レンズ成分の間隔（前群と後群の間隔）Ｄ１１が下記条件（８）を満足することが望ましい。
（８）　　０．３＜Ｄ１１／Ｄ１＜０．８
ただし、Ｄ１１は前記前群と後群の間隔である。
【００４９】
上記条件（８）を満足すると、低倍端での倍率の色収差と高倍端での球面収差の補正が容易になる。また第１レンズ群の主点位置が中間像側に移動するので、第２レンズ群の負屈折力が強くなる。その結果、第２レンズ群の移動量が小さくなるのでレイアウト上好ましい構成となる。また、低倍端での倍率の色収差と、高倍端での球面収差の補正が容易になる。
【００５０】
条件（８）において、Ｄ１１／Ｄ１の値が下限値の０．３よりも小になると第１レンズ群の主点位置の移動量が少なくなるので、第２レンズ群の負の屈折力を強くできない。そのため、変倍の際に第２レンズ群の移動量を大きくとらねばならず、光学系が大型化する。また、上限値の０．８より大になると、第１レンズ群の後群から中間像までの間隔が短くなりすぎる。そのため、第１レンズ群の後群で、低倍端における軸外主光線高と高倍端の軸上光線高が小になる。その結果、収差補正のための効果が得られない。また第２レンズ群の変倍時の移動量が少なく、光学系の変倍比を大きくすることができない。
【００５１】
本発明のズーム撮像光学系の実施例を以下に示す。本発明の第１実施例乃至第７の実施例は、夫々図１乃至図７にて示す通りの構成であって、次の表１乃至表７に示すデータを有する。
【００５２】

【００５３】

【００５４】

【００５５】

【００５６】

【００５７】

【００５８】

上記データにおいて、面番号１、２、・・・は夫々対物レンズ側から順にズーム撮影光学系の各面を表わし、各面番号に対応する曲率半径、間隔が図１乃至図７におけるｒ１、ｄ１等に対応し、屈折率Ｎｄ、Ｖｄは該当する面と次の面との間の媒質のｄ線に対する屈折率、アッベ数を示している。またデータ中のａ１，ａ２，ａ３，ａ４は夫々変倍時の可変間隔である。実施例１、２、３、及び７では、焦点距離が４５ｍｍ、１８０ｍｍ、９００ｍｍの時の可変間隔の値である。また、実施例４、５、６では、焦点距離が４５ｍｍ、１４４ｍｍ、３６０ｍｍの時の可変間隔の値である。また、曲率半径、間隔、焦点距離、開口絞り径、射出瞳位置、像高等の長さの単位はｍｍである。また射出瞳位置は最終面からの距離（ｍｍ）である。
【００５９】
第１の実施例は、図１に示す通りで、対物レンズの後方より順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２と正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３と正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４と正の屈折力の第５レンズ群Ｇ５とより構成されている。そして、低倍端から高倍端へ変倍を行なう際に、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４が光軸に沿って移動する。この時、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が短くなり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が長くなり、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔がいったん長くなり後に短くなり、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間隔が長くなる。
【００６０】
この第１の実施例では、第１レンズ群Ｇ１は、凸レンズと凹レンズを接合した接合正レンズの前群Ｇ１Ｆと、凸レンズの後群Ｇ１Ｒとにて構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、負のメニスカスレンズと正のメニスカスレンズとを接合した負の接合メニスカスレンズにて構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、負のメニスカスレンズと正のメニスカスレンズとを接合した正の接合レンズにて構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、負のメニスカスレンズと正のメニスカスレンズとを接合した正の接合メニスカスレンズと、凸レンズとにて構成されている。そして、第５レンズ群Ｇ５は、両凹レンズと正のメニスカスレンズを接合した負の接合レンズと、両凹レンズと両凸レンズとを接合した負の接合メニスカスレンズと、凸レンズとにて構成されている。
【００６１】
この第１の実施例、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間に、対物レンズの瞳位置と共役な位置がある。そして、この瞳共役位置の近傍に、開口絞りＳが配置されている。また、開口絞りＳは、変倍時に第４レンズ群Ｇ４と一体に光軸上を移動する。
【００６２】
前述のように、第１の実施例では、図１の（Ａ）低倍端、（Ｂ）中間倍率、（Ｃ）高倍端に示すように、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４を移動させている。これによって、焦点距離が４５ｍｍ（低倍端）から１８０ｍｍ（中間倍率）、更に９００ｍｍ（高倍端）まで変化する。なお、焦点距離４５ｍｍの時の視野数が８であり、それ以外の焦点距離では視野数が１１である。
【００６３】
また、焦点距離が４５ｍｍから１８０ｍｍまでは、射出側開口数が０．０３２になるように開口絞りＳの径を設定してある。そして、焦点距離１８０ｍｍから９００ｍｍまでは、開口絞りＳは開放になっている。これにより、対物レンズの瞳径１７．０９ｍｍを、開口絞りＳにより制限しないように構成されている。この結果、低倍端では像面の明るさが一定に保たれ、周辺での光量の減少を抑えることができる。
【００６４】
この第１の実施例は第３レンズ群Ｇ３の移動量が少ないため、像面Ｉにおける主光線の入射角が変倍中のどの状態でも約２度以内に抑えられている。すなわち、ＣＣＤ素子に特有の現象である色シェーディングを抑える上で有効な構成になっている。
【００６５】
この第１の実施例は、低倍端において、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間に、中間像ＩＭが形成されるように構成されている。中間倍率と高倍端とにおいては、第２レンズ群Ｇ２が低倍端の中間像の位置ＩＭよりも第１レンズ群Ｇ１側に移動する。その結果、中間倍率と高倍端での中間像位置［図１の（Ｂ）、（Ｃ）におけるＩＭ］は像側に移動している。
【００６６】
また、低倍端では、図１（Ａ）に示すように、第２レンズ群Ｇ２から第５レンズ群Ｇ５で、中間像ＩＭを像面Ｉにリレーしている。そして、主点位置を像側にシフトさせるために、中間像ＩＭと第２レンズ群Ｇ２の間隔を大にし、第２レンズ群Ｇ２から第５レンズ群Ｇ５までの間隔を小にしている。このように、第２レンズ群Ｇ２から第５レンズ群Ｇ５を像面側に配置することにより、縮小倍率になるようにしている。
【００６７】
また、図１（Ｂ）に示す中間倍率においては、第３レンズ群Ｇ３から第５レンズ群Ｇ５で、中間像ＩＭを像面Ｉにリレーしている。そして、第３レンズ群Ｇ３は、中間像に対してフィールドレンズの働きをしている。すなわち、軸外光束のけられをなくし、軸外収差を補正する作用をする。また、第４レンズ群Ｇ４は、低倍端の位置よりも第３レンズ群Ｇ３側へ移動して、中間像ＩＨから像面Ｉまでの倍率を大きくしている。
【００６８】
更に、高倍端では図１（Ｃ）のように、第３レンズ群Ｇ３から第５レンズ群Ｇ５までの光学系により、中間像ＩＭを像面までリレーする。また、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４を中間像側に移動させている。これにより、リレー光学系の主点位置を中間像側に移動させ、拡大倍率を実現している。
【００６９】
この第１の実施例は、前記条件（１）乃至条件（７）を満足する。
【００７０】
この第１の実施例では対物レンズの構成は記載していないが、対物レンズの瞳径は１７．０９ｍであり、対物レンズの瞳位置から第１レンズ群Ｇ１までの距離は１６９ｍｍである。
【００７１】
この第１の実施例の収差状況は、夫々図８（焦点距離４５ｍｍ時）、図９（焦点距離１８０ｍｍ時）、図１０（焦点距離９００ｍｍ時）に示す通りである。
【００７２】
本発明の第２の実施例は、図２に示すとおりで、対物レンズの後方から順に、正の屈折力をもつ第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力をもつ第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力をもつ第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力をもつ第４レンズ群Ｇ４と正の屈折力をもつ第５レンズ群Ｇ５とより構成されている。そして、低倍端から高倍端への変倍に際して、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４が光軸に沿って移動する。この時、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が短くなり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が長くなり、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４との間隔がいったん長くなり後に短くなり、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の間隔が長くなる。
【００７３】
この第２の実施例では、第１レンズ群Ｇ１は、凹レンズと凸レンズを接合したパワーの弱い負の接合レンズの前群Ｇ１Ｆと、凸レンズの後群Ｇ１Ｒとで構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、負のメニスカスレンズと正のメニスカスレンズとを接合した負の接合メニスカスレンズにて構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、負のメニスカスレンズと凸レンズとを接合した正の接合レンズにて構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、凸レンズと、負のメニスカスレンズと凸レンズとを接合した正の接合レンズとにて構成されている。そして、第５レンズ群Ｇ５は、両凹レンズと正のメニスカスレンズとを接合した負の接合レンズと、両凹レンズと凸レンズとを接合した正の接合メニスカスレンズと、正のメニスカスレンズとにて構成されている。
【００７４】
この第２の実施例は、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間に、対物レンズの瞳位置と共役な位置がある。そして、この瞳共役位置の近傍に、開口絞りＳが配置されている。また、開口絞りＳは、変倍時に第４レンズ群Ｇ４と一体に光軸上を移動する。
【００７５】
前述のように、第２の実施例では、図２の（Ａ）低倍端、（Ｂ）中間倍率、（Ｃ）高倍端に示すように、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４を移動させている。この変倍によって、焦点距離が４５ｍｍ（低倍端）から１８０ｍｍ（中間倍率）、更に９００ｍｍ（高倍端）まで変化する。なお、焦点距離４５ｍｍの時の視野数が８であり、それ以外の焦点距離では視野数が１１である。
【００７６】
また、焦点距離が４５ｍｍから１８０ｍｍまでは、射出側開口数が０．０３２となるように開口絞りＳの径を設定してある。また、焦点距離が１８０ｍｍから９００ｍｍまでは、開口絞りＳを開放としている。これにより、対物レンズの瞳径１７．０９ｍｍを、開口絞りＳにより制限しない構成にしている。この結果、低倍端では像面の明るさが一定に保たれ、周辺での光量の減少を抑えることができる。
【００７７】
この第２の実施例は第３レンズ群Ｇ３の移動量が少ないため、像面Ｉでの主光線の入射角度は変倍のどの状態でも２度内に抑えられている。すなわち、ＣＣＤ素子に特有の現象である色シェーディングを抑える上で有効な構成になっている。
【００７８】
この第２の実施例も条件（１）乃至条件（７）を満足している。また、各レンズ群の作用は、第１の実施例と同様である。
【００７９】
この第２の実施例でも対物レンズの構成は記載していないが、対物レンズの瞳径は１７．０９ｍであり、対物レンズの瞳位置から第１レンズ群Ｇ１までの距離は１７１ｍｍである。
【００８０】
この第２の実施例の収差状況は、夫々図１１（焦点距離４５ｍｍ時）、図１２（焦点距離１８０ｍｍ時）、図１３（焦点距離９００ｍｍ時）に示す通りである。
【００８１】
本発明の第３の実施例は、図３に示す通りで、対物レンズの後方から順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４と正の屈折力の第５レンズ群Ｇ５とにて構成されている。そして、低倍端から高倍端への変倍に際して、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４が夫々光軸上を移動する。この時、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が短くなり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔がいったん短くなり後に長くなり、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔がいったん長くなり後に短くなり、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の間隔が長くなる。
【００８２】
また、この第３の実施例では、第１レンズ群Ｇ１は、凸レンズと、凸レンズと凹レンズとを接合したパワーの弱い正の接合レンズよりなる前群Ｇ１Ｆと、正レンズよりなる後群Ｇ１Ｒとにて構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、負のメニスカスレンズと正のメニスカスレンズとを接合した負の接合レンズにて構成されている。第３レンズ群Ｇ３は、負のメニスカスレンズと凸レンズとを接合した正の接合レンズにて構成されている。第４レンズ群Ｇ４は、正のメニスカスレンズと、負のメニスカスレンズと凸レンズとを接合した正の接合レンズとにて構成されている。第５レンズ群Ｇ５は、第４レンズ群Ｇ４側にゆるい凸面を向けた負のメニスカスレンズと、両凹レンズと正レンズとを接合した負の接合メニスカスレンズと、正のメニスカスレンズにて構成されている。
【００８３】
また、この第３の実施例は、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間に、対物レンズの瞳位置と共役な位置がある。そしてこの瞳共役位置の近傍に、開口絞りＳが配置されている。また、開口絞りＳは、変倍時に第４レンズ群Ｇ４と一体になって光軸上を移動する。
【００８４】
前述のように、第３の実施例では、図３の（Ａ）低倍端、（Ｂ）中間倍率、（Ｃ）高倍端に示すように、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４を移動させている。この変倍によって、焦点距離が４５ｍｍ（低倍端）から１８０ｍｍ（中間倍率）、更に９００ｍｍ（高倍端）まで変化する。なお、焦点距離４５ｍｍの時の視野数が８であり、それ以外の焦点距離では視野数が１１である。
【００８５】
また、焦点距離が４５ｍｍから１８０ｍｍまでは、射出側開口数が０．０３２になるように開口絞りＳの径を設定してある。また、焦点距離が１８０ｍｍから９００ｍｍまでは開口絞りＳを開放にしている。これにより、対物レンズの瞳径の１７．０９ｍｍを、開放絞りＳにより制限しないように構成している。この結果、低倍端では像面の明るさが一定に保たれ、周辺での光量の減少を抑えることができる。
【００８６】
この第３の実施例は第３レンズ群Ｇ３の移動量が少いため、像面Ｉでの主光線の入射角度は、変倍のどの状態でも約２度以内に抑えられている。すなわち、ＣＣＤ素子に特有の現象である色シェーディングを抑える上で有効な構成になっている。
【００８７】
この第３の実施例は、条件（１）乃至条件（８）を満足する。また、各レンズ群の作用は、第１の実施例と同様である。
【００８８】
第３の実施例は、第１レンズ群Ｇ１が前群Ｇ１Ｆと後群Ｇ１Ｒにて構成され、また第２レンズ群Ｇ２の移動量が小で、レイアウト上好ましい。また、対物レンズの構成は示していないが、対物レンズの瞳径は１７．０９ｍｍであり、対物レンズの瞳位置から第１レンズ群Ｇ１までの距離は１７１ｍｍである。
【００８９】
この第３の実施例の収差状況は、夫々図１４（焦点距離４５ｍｍ時）、図１５（焦点距離１８０ｍｍ時）、図１６（焦点距離９００ｍｍ時）に示す通りである。
【００９０】
本発明の第４の実施例は、図４に示す通りの構成である。即ち、対物レンズの後方から順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３とより構成されている。そして、低倍端から高倍端への変倍に際して、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３とが光軸に沿って移動する。この時、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が短くなり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間隔が長くなる。
【００９１】
また、この第４の実施例では、第１レンズ群Ｇ１が凸レンズと、凸レンズと凹レンズとを接合したパワーの弱い接合レンズとにて構成される前群Ｇ１Ｆと、正レンズにて構成される後群Ｇ１Ｒとよりなる。第２レンズ群Ｇ２は、負のメニスカスレンズと正のメニスカスレンズとを接合した接合負メニスカスレンズにて構成されている。更に、第３レンズ群Ｇ３は、負のメニスカスレンズと凸レンズとを接合した接合正レンズと、正レンズと、像面側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズと、第２レンズ群Ｇ２に凹面を向けた両凹レンズと両凸レンズとを接合した接合負レンズと、正のメニスカスレンズとにて構成されている。
【００９２】
この第４の実施例の光学系中に、二つの開口絞りＳ１（第９面）、Ｓ２（第２５面）を配置する。低倍端では対物レンズの瞳共役位置が第２レンズ群Ｇ２の近傍にあるので、開口絞りＳ１を第２レンズ群近傍に配置する。また中間倍率では、対物レンズの瞳共役位置が、第３レンズ群Ｇ３近傍にあるので、開口絞りＳ２を第３レンズ群Ｇ３内に配置する。つまり低倍端では、対物レンズの開口を制限するように開口絞りＳ１の径を絞り、開口絞りＳ２の径を開放にする。また中間倍率では、開口絞りＳ１の径を開放にし、対物レンズの開口を制限するように開口絞りＳ２の径を制限する。高倍端では、開口絞りＳ１、Ｓ２の径を開放する。
【００９３】
前述のように、第４の実施例では、図４の（Ａ）低倍端、（Ｂ）中間倍率、（Ｃ）高倍端に示すように、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３を移動させている。この変倍によって、焦点距離が４５ｍｍ（低倍端）から１４４ｍｍ（中間倍率）、更に３６０ｍｍ（高倍端）まで変化する。なお、焦点距離４５ｍｍの時の視野数が８であり、それ以外の焦点距離では視野数が１１である。
【００９４】
また、焦点距離が４５ｍｍから１４４ｍｍまでは、射出側開口数が０．０３となるように開口絞りＳ１、Ｓ２の径を設定してある。また、焦点距離が１４４ｍｍから３６０ｍｍまでは、開口絞りＳ１、Ｓ２を開放としている。これにより、対物レンズの瞳径１４．４ｍｍを、開口絞りＳ１、Ｓ２によって制限しない構成にしている。この結果、低倍端では像面の明るさが一定に保たれ、周辺での光量の減少を抑えることができる。
【００９５】
また、第４の実施例では、三つのレンズ群よりなる少ないレンズ群にて構成されているにも拘らず、条件（１）乃至条件（６）を満足している。これにより、高い変倍比で優れた収差性能のズーム光学系を実現した。
【００９６】
また、第４の実施例の光学系は、更に条件（８）を満足している。これにより、第２レンズ群Ｇ２の移動量を少なくすることができるので、レイアウト上も好ましい構成である。
【００９７】
この第４の実施例でも対物レンズの構成は記載していないが、対物レンズの瞳径は１４．４ｍｍであり、対物レンズの瞳位置から第１レンズ群までの距離は１２１ｍｍに設定されている。
【００９８】
この第４の実施例の収差状況は、夫々図１７（焦点距離４５ｍｍ時）、図１８（焦点距離１４４ｍｍ時）、図１９（焦点距離３６０ｍｍ時）に示す通りである。
【００９９】
本発明の第５の実施例は、図５に示す通りの構成である。対物レンズの後方から順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、負の屈折力の第４レンズ群Ｇ４にて構成されている。そして、低倍端から高倍端への変倍に際して、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４が光軸に沿って移動する。この時、第１レンズ群Ｇ１から第２レンズ群Ｇ２の間隔が短くなり、第２レンズ群Ｇ２から第３レンズ群Ｇ３の間隔が長くなり、第３レンズ群Ｇ３から第４レンズ群Ｇ４の間隔が長くなる。
【０１００】
また、この第５の実施例は、第１レンズ群Ｇ１が凸レンズと、凸レンズと凹レンズとを接合したパワーの弱い接合負レンズからなる前群Ｇ１Ｆと、正レンズよりなる後群Ｇ１Ｒとにて構成されている。また、第２レンズ群Ｇ２が、負のメニスカスレンズと正のメニスカスレンズとを接合した接合負メニスカスレンズにて構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３が、負のメニスカスレンズと凸レンズとを接合した接合正レンズと、正レンズとにて構成されている。更に第４レンズ群Ｇ４は、像面側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、第２レンズ群側に強い凹面を向けた両凹レンズと両凸レンズとを接合した接合負レンズと、凸レンズとにて構成されている。
【０１０１】
この第５の実施例の光学系中に、二つの開口絞りＳ１（１２面）、Ｓ２（１８面）を配置する。低倍端では対物レンズの瞳共役位置が第３レンズ群Ｇ３の近傍にあるので、開口絞りＳ１を第３レンズ群近傍に配置する。また中間倍率では、対物レンズの瞳共役位置が、第３レンズ群Ｇと第４レンズ群の間にあるので、開口絞りＳ２を第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間に配置する。つまり低倍端では、対物レンズの開口を制限するように開口絞りＳ１の径を絞り、開口絞りＳ２の径を開放にする。また中間倍率では、開口絞りＳ１の径を開放にし、対物レンズの開口を制限するように開口絞りＳ２の径を制限する。高倍端では、開口絞りＳ１、Ｓ２の径を開放する。
【０１０２】
前述のように、第５の実施例では、図５の（Ａ）低倍端、（Ｂ）中間倍率、（Ｃ）高倍端に示すように、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４を移動させている。この変倍によって、焦点距離が４５ｍｍ（低倍端）から１４４ｍｍ（中間倍率）、更に３６０ｍｍ（高倍端）まで変化する。なお、焦点距離４５ｍｍの時の視野数が８であり、それ以外の焦点距離では視野数が１１である。
【０１０３】
また、焦点距離が４５ｍｍから１４４ｍｍまでは、射出側開口数が０．０３２となるように開口絞りＳ１、Ｓ２の径を設定してある。また、焦点距離が１４４ｍｍから３６０ｍｍまでは、開口絞りＳ１、Ｓ２を開放としている。これにより、対物レンズの瞳径１４．４ｍｍを、開口絞りＳ１、Ｓ２によって制限しない構成にしている。この結果、低倍端では像面の明るさが一定に保たれ、周辺での光量の減少を抑えることができる。
【０１０４】
この第５の実施例は、条件（１）乃至条件（７）を満足している。これにより、高い変倍比で収差性能の優れた光学系を実現し得るようにしている。
【０１０５】
また、第５の実施例は、４つのレンズ群にて構成することにより、像面での主光線の入射角度が、変倍のどの状態においても約２度に抑えてある。すなわち、ＣＣＤ素子に特有の現象である色シェーディングを抑える上で有効な構成になっている。
【０１０６】
更に、この第５の実施例は、第１レンズ群が条件（８）を満足するように構成されている。これにより、変倍時の第２レンズ群の移動量が少なくでき、レイアウト上も好ましい。また、対物レンズの構成については述べていないが、対物レンズの瞳径は１４．４ｍｍで、対物レンズの瞳位置から第１レンズ群までの距離は１２１ｍｍに設定されている。
【０１０７】
この第５の実施例の収差状況は、夫々図２０（焦点距離４５ｍｍ時）、図２１（焦点距離１４４ｍｍ時）、図２２（焦点距離３６０ｍｍ時）に示す通りである。
【０１０８】
本発明のズーム撮影光学系の第６の実施例は、図６に示す通りの構成である。対物レンズの後方から順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を持つ第４レンズ群Ｇ４とで構成されている。そして、低倍端から高倍端への変倍の際に、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４が光軸に沿って移動する。この時、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間隔が短くなり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔がいったん短くなってから長くなり、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔が長くなる。
【０１０９】
また、第６の実施例は、第１レンズ群Ｇ１が凸レンズと、凸レンズと凹レンズとを接合したパワーの弱い接合負レンズよりなる前群Ｇ１Ｆと、正レンズよりなる後群Ｇ１Ｒとにて構成される。また第２レンズ群Ｇ２は、負メニスカスレンズと正メニスカスレンズとを接合した接合負メニスカスレンズにて構成される。また第３レンズ群Ｇ３は、負メニスカスレンズと凸レンズとを接合した接合正レンズと、正レンズとより構成されている。更に第４レンズ群Ｇ４は、像面側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、両凹レンズと両凸レンズとを接合した接合負レンズと凸レンズとにて構成されている。
【０１１０】
この第６の実施例の光学系中に、二つの開口絞りＳ１（１２面）、Ｓ２（１８面）を配置する。低倍端では対物レンズの瞳共役位置が第３レンズ群Ｇ３の近傍にあるので、開口絞りＳ１を第３レンズ群近傍に配置する。また中間倍率では、対物レンズの瞳共役位置が、第３レンズ群Ｇと第４レンズ群の間にあるので、開口絞りＳ２を第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４間に配置する。つまり低倍側では、対物レンズの開口を制限するように開口絞りＳ１の径を絞り、開口絞りＳ２の径を開放にする。また中間倍率では、開口絞りＳ１の径を開放にし、対物レンズの開口を制限するように開口絞りＳ２の径を制限する。高倍端では、開口絞りＳ１、Ｓ２の径を開放する。
【０１１１】
前述のように、第６の実施例では、図６の（Ａ）低倍端、（Ｂ）中間倍率、（Ｃ）高倍端に示すように、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４を移動させている。この変倍によって、焦点距離が４５ｍｍ（低倍端）から１４４ｍｍ（中間倍率）、更に３６０ｍｍ（高倍端）まで変化する。なお、焦点距離４５ｍｍの時の視野数が８であり、それ以外の焦点距離では視野数が１１である。
【０１１２】
また、焦点距離が４５ｍｍから１４４ｍｍまでは、射出側開口数が０．０３２となるように開口絞りＳ１、Ｓ２の径を設定してある。また、焦点距離が１４４ｍｍから３６０ｍｍまでは、開口絞りＳ１、Ｓ２を開放としている。これにより、対物レンズの瞳径１４．４ｍｍを、開口絞りＳ１、Ｓ２によって制限しない構成になっている。この結果、低倍端では像面の明るさが一定に保たれ、周辺での光量の減少を抑えることができる。
【０１１３】
この第６の実施例は、条件（１）乃至条件（７）を満足し、これにより高い変倍比で収差性能の優れた光学系を実現し得る。
【０１１４】
第６の実施例は、４つのレンズ群にて構成することにより、像面での主光線の入射角度が、変倍のどの状態においても約２度に抑えてある。すなわち、ＣＣＤ素子に特有の現象である色シェーディングを抑える上で有効な構成になっている。
【０１１５】
更に、第６の実施例は、第１レンズ群が条件（８）を満足するように構成されている。これにより、第２レンズ群の移動量を少なくすることができ、レイアウト上も好ましい。また、対物レンズの構成は述べていないが、対物レンズの瞳径は１４．４ｍｍであり、対物レンズの瞳位置からズーム撮影光学系の第１レンズ群までの距離は１２１ｍｍに設定されている。
【０１１６】
この第６の実施例の収差状況は、夫々図２３（焦点距離４５ｍｍ時）、図２４（焦点距離１４４ｍｍ時）、図２５（焦点距離３６０ｍｍ時）に示す通りである。
【０１１７】
本発明の第７の実施例は、図７に示す通りの構成である。つまり、対物レンズの後方から順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を持つ第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を持つ第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を持つ第４レンズ群Ｇ４と、負の屈折力を持つ第５レンズ群Ｇ５で構成されている。そして、低倍端から高倍端へ変倍する際に、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４が光軸に沿って移動する。この時、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間隔が短くなり、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３の間隔がいったん短くなってから長くなり、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間隔が長くなってから短くなり、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５の間隔が長くなる。
【０１１８】
また、第７の実施例は、第１レンズ群Ｇ１が凸レンズと、凸レンズと凹レンズとを接合したパワーの弱い接合正レンズよりなる前群Ｇ１Ｆと、正レンズよりなる後群Ｇ１Ｒとにて構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、負メニスカスレンズと正メニスカスレンズの接合メニスカスレンズで構成されている。また、第３レンズ群Ｇ３は、負メニスカスレンズと凸レンズとを接合した接合正レンズで構成されている。また第４レンズ群Ｇ４は、メニスカス正レンズと、負メニスカスレンズと凸レンズを接合した接合正レンズにて構成されている。更に第５レンズ群Ｇ５は、両凹レンズと、両凹レンズと正レンズとを接合した接合メニスカス負レンズと、正メニスカスレンズにて構成されている。
【０１１９】
この第７の実施例は、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間に、対物レンズの瞳位置と共役な位置がある。そして、この瞳共役位置の近傍に、開口絞りＳが配置されている。また、開口絞りＳは、変倍時に第４レンズ群Ｇ４と一体に光軸上を移動するようにしている。
【０１２０】
前述のように、第７の実施例では、図７の（Ａ）低倍端、（Ｂ）中間倍率、（Ｃ）高倍端に示すように、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４を移動させている。この変倍によって、焦点距離が４５ｍｍ（低倍端）から１８０ｍｍ（中間倍率）、更に９００ｍｍ（高倍端）まで変化する。なお、焦点距離４５ｍｍの時の視野数が８であり、それ以外の焦点距離では視野数が１１である。　　また、焦点距離が４５ｍｍから１８０ｍｍまでは、射出側開口数が０．０３２となるように開口絞りＳの径を設定している。そして、焦点距離が１８０ｍｍから９００ｍｍまでは、開口絞りＳの径を開放としている。これにより、対物レンズの瞳径１７．０９ｍｍを開口絞りにより制限しない構成にしている。この結果、低倍端では像面の明るさが一定に保たれ、周辺での光量の減少を抑えることができる。
【０１２１】
この第７の実施例は、第３レンズ群の移動量が少ないため、像面Ｉにおける主光線の入射角が変倍中のどの状態でも約２度以内に抑えられている。すなわち、ＣＣＤ素子に特有の現象である色シェーディングを抑える上で有効な構成になっている。
【０１２２】
この第７の実施例では対物レンズの構成は記載していないが、対物レンズの瞳径は１７．０９ｍｍであり、対物レンズの瞳位置から第１レンズ群Ｇ１までの距離は１７１ｍｍである。
【０１２３】
この第７の実施例の収差状況は、夫々図２６（焦点距離４５ｍｍ時）、図２７（焦点距離１８０ｍｍ時）、図２８（焦点距離９００ｍｍ時）に示す通りである。
【０１２４】
尚、各実施例の収差図中、ＦＩＹは像高である。
【０１２５】
以上述べた本発明の実施例１、２、３、７のズーム光学系は、例えば、倍率２０倍、焦点距離９ｍｍ、開口数０．９の対物レンズと組み合わせて使用することができる。この場合、低倍端では総合倍率が５倍で開口数が０．１６になる。また、高倍端では総合倍率が１００倍で、開口数が０．９になる。このように、総合倍率が５から１００倍、開口数０．１６から０．９での観察、撮影が可能になる。
【０１２６】
しかも、低倍端では開口絞りＳによりけられを抑えることができるので、収差性能を向上させることができる。また、撮像面に入射する主光線角度が２度以下となるように構成されているので、ＣＣＤ素子等の撮像素子においてシェーディングが発生せず良好な撮影が可能である。
【０１２７】
本発明のズーム撮影光学系は、以上詳細に述べた通りであり、特許請求の範囲の各項に記載する構成のほか、次の各項に記載するものも本発明の目的を達成し得る。
【０１２８】
［１］特許請求の範囲の請求項３に記載する光学系で、前記第１レンズ群が正レンズと負レンズとよりなる接合レンズを少なくとも含む複数のレンズ成分よりなり、前記最終像に最も近いレンズ群中に前記中間像側に凹面を向けた負の屈折力のレンズを少なくとも一つ備え、下記条件（６）、（７）を満足するズーム撮影光学系。
（６）　　νＰ−νＮ≧３０
（７）　　Ｇｎ≧１．６
ただし、
νＰは第１レンズ群中の接合レンズの正レンズのアッベ数、
νＮは第１レンズ群中の接合レンズの負レンズのアッベ数、
Ｇｎは前記中間像側に凹面を向けた負の屈折力のレンズの屈折率である。
【０１２９】
［２］　前記［１］に記載する光学系で、前記第１レンズ群が前群と後群とよりなり、下記条件（８）を満足するズーム撮影光学系。
（８）　　０．３＜Ｄ１１／Ｄ１＜０．８
ただし、Ｄ１１は前記前群と後群の間隔である。
【０１３０】
［３］　特許請求の範囲の請求項１に記載する光学系で、前記正の屈折力の第３レンズ群の像側に負の屈折力の第４レンズ群を配置したズーム撮影光学系。
【０１３１】
［４］　特許請求の範囲の請求項１に記載する光学系で、前記正の屈折力の第３レンズ群の像側に正の屈折力の第４レンズ群を配置したズーム撮影光学系。
【０１３２】
［５］　特許請求の範囲の請求項１に記載する光学系で、前記正の屈折力の第３レンズ群の像側に、対物レンズ側より、正の屈折力の第４レンズ群と正の屈折力の第５レンズ群を配置したズーム撮影光学系。
【０１３３】
［６］　特許請求の範囲の請求項１に記載する光学系で、前記正の屈折力の第３レンズ群の像側に、対物レンズ側より、正の屈折力の第４レンズ群と負の屈折力の第５レンズ群を配置したズーム撮影光学系
【０１３４】
【発明の効果】
本発明のズーム撮影光学系は、顕微鏡の対物レンズによる物体像を撮像素子に結像させるもので、高い光学性能を保ちながら２０倍の高変倍比を持ち、操作性やシステム性を向上させ得る等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す図
【図２】本発明の第２の実施例の構成を示す図
【図３】本発明の第３の実施例の構成を示す図
【図４】本発明の第４の実施例の構成を示す図
【図５】本発明の第５の実施例の構成を示す図
【図６】本発明の第６の実施例の構成を示す図
【図７】本発明の第７の実施例の構成を示す図
【図８】第１の実施例の焦点距離４５ｍｍでの収差曲線図
【図９】第１の実施例の焦点距離１８０ｍｍでの収差曲線図
【図１０】第１の実施例の焦点距離９００ｍｍでの収差曲線図
【図１１】第２の実施例の焦点距離４５ｍｍでの収差曲線図
【図１２】第２の実施例の焦点距離１８０ｍｍでの収差曲線図
【図１３】第２の実施例の焦点距離９００ｍｍでの収差曲線図
【図１４】第３の実施例の焦点距離４５ｍｍでの収差曲線図
【図１５】第３の実施例の焦点距離１８０ｍｍでの収差曲線図
【図１６】第３の実施例の焦点距離９００ｍｍでの収差曲線図
【図１７】第４の実施例の焦点距離４５ｍｍでの収差曲線図
【図１８】第４の実施例の焦点距離１４４ｍｍでの収差曲線図
【図１９】第４の実施例の焦点距離３６０ｍｍでの収差曲線図
【図２０】第５の実施例の焦点距離４５ｍｍでの収差曲線図
【図２１】第５の実施例の焦点距離１４４ｍｍでの収差曲線図
【図２２】第５の実施例の焦点距離３６０ｍｍでの収差曲線図
【図２３】第６の実施例の焦点距離４５ｍｍでの収差曲線図
【図２４】第６の実施例の焦点距離１４４ｍｍでの収差曲線図
【図２５】第６の実施例の焦点距離３６０ｍｍでの収差曲線図
【図２６】第７の実施例の焦点距離４５ｍｍでの収差曲線図
【図２７】第７の実施例の焦点距離１８０ｍｍでの収差曲線図
【図２８】第７の実施例の焦点距離９００ｍｍでの収差曲線図

Claims

対物レンズを備えた光学装置に用いられ、試料の最終像を形成する光学系であって、前記対物レンズから順に、正の屈折力の第１レンズ群と、負の屈折力の第２レンズ群と、正の屈折力の第３レンズ群を少なくとも有し、低倍端から高倍端への変倍に際して、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔が低倍端に比べて高倍端で短くなり、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔が低倍端に比べて高倍端で長くなるように、前記第２レンズ群、第３レンズ群が夫々光軸に沿って移動し、低倍端で第１レンズ群と第２レンズ群の間に中間像が形成され、下記条件（１）、（２）を満足するズーム撮影光学系。
（１）　　１≦ＦＨ／ＦＬ≦３
（２）　　３≦ＭＧＨ／ＭＧＬ≦２０
ただし、
ＦＨは高倍端における第１レンズ群から中間像位置までの間にあるレンズ群全体の焦点距離、
ＦＬは低倍端における第１レンズ群から中間像位置までの間にあるレンズ群全体の焦点距離、
ＭＧＨは高倍端における中間像位置から最終像位置までの間にあるレンズ群全体の倍率、
ＭＧＬは低倍端における中間像位置から最終像位置までの間にあるレンズ群全体の倍率である。
下記条件（３）、（４）、（５）を満足する請求項１のズーム撮影光学系。
（３）　　０．３＜Ｄ１／Ｄ０＜０．７
（４）　　０．１５＜Ｄ２／Ｄ０＜０．７
（５）　　０＜ＦＢ／Ｄ０＜０．３
ただし、
Ｄ０は第１レンズ群における対物レンズに最も近いレンズ面から最終像位置までの距離、
Ｄ１は第１レンズ群における対物レンズに最も近いレンズ面から中間像位置までの低倍端における距離、
Ｄ２は低倍端から高倍端へ変倍したときの第２レンズ群の移動量、
ＦＢは最終像に最も近い位置にあるレンズの最終像側のレンズ面から最終像までの距離である。
前記中間像と最終像との間に前記対物レンズの瞳の共役像を形成し、該共役像の位置に開口絞りを配置し、前記開口絞りの径を変化させるように構成した請求項１または２のズーム撮影光学系。