JP2005316052A - 結像光学系 - Google Patents

Abstract

【課題】 少なくとも色収差と歪曲収差が良好に補正され、高い解像力と広い視野を有する変倍可能な結像光学系を提供する。
【解決手段】 物体側から順に、正の屈折力を有する前群Ｇ_Fと、絞りＳと、正の屈折力を有する後群Ｇ_Rとを配置する。前群の最も物体側に位置するレンズ１１は、物体側に凹面を向けた形状である。後群の最も像側に位置するレンズ２２は、像側に凹面を向けた形状である。前群と後群とは、結像光学系１０の低倍率側から高倍率側への変倍に際して、絞りの配置空間（空気間隔Ｄ１）を狭めながら、それぞれ物体側へ移動する。結像光学系１０の最大像高Ｙ'と、結像光学系の最低倍率での焦点距離ｆｍと、前群の焦点距離ｆ_Fと、後群の焦点距離ｆ_Rとは、以下の条件式「０.１５＜Ｙ'／ｆｍ＜０.２５」「１.１＜ｆ_F／ｆｍ＜１.５」「１.３＜ｆ_R／ｆｍ＜１.７」を満足する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、物体面と像面との距離が有限で変倍可能な結像光学系に関し、特に、検査装置や計測装置などに用いられる撮像装置に好適な結像光学系に関する。

変倍可能な結像光学系として、物体側から順に前群と絞りと後群とを配置した２群構成のものが知られている（例えば特許文献１,２参照）。特許文献１の撮影レンズは、広いイメージサイズの中で色収差と歪曲収差とが良好に補正されたものである。特許文献２の撮像レンズは、色収差が良好に補正され、固体撮像素子などの受光素子と同等の高い解像力（分解能）を有するものである。
特許第３３４５３５３号 特開２０００−２７５５１６号公報

しかしながら、パターン検査装置や形状計測装置や画像認識装置などに用いることを考えた場合、特許文献１の撮影レンズでは、イメージサイズの中心部から周辺部に掛けて結像性能の低下が大きく、周辺部の解像力不足が問題となってしまう。また、特許文献２の撮像レンズでは、イメージサイズが小さく、歪曲収差の補正に関しても十分とは言えない。検査装置や計測装置などに用いる結像光学系としては、少なくとも色収差と歪曲収差とが良好に補正され、固体撮像素子などの受光素子と同等の高い解像力を有し、イメージサイズの中心部と周辺部との画質の差が極力小さく、固体撮像素子などの大型化に対応できるように広いイメージサイズを有することが求められる。特に計測装置では、寸法測定や画像形状認識のため、歪曲収差を極力小さくすることが望まれる。

本発明の目的は、少なくとも色収差と歪曲収差が良好に補正され、高い解像力と広いイメージサイズを有する変倍可能な結像光学系を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、物体側から像側に向かって順に、正の屈折力を有する前群と、絞りと、正の屈折力を有する後群とが配置された結像光学系であって、前記前群の最も物体側に位置するレンズは、物体側に凹面を向けた形状であり、前記後群の最も像側に位置するレンズは、像側に凹面を向けた形状であり、前記前群と前記後群とは、前記結像光学系の低倍率側から高倍率側への変倍に際して、前記絞りの配置空間を狭めながら、それぞれ物体側へ移動し、前記結像光学系の最大像高Ｙ'と、前記結像光学系の最低倍率での焦点距離ｆｍと、前記前群の焦点距離ｆ_Fと、前記後群の焦点距離ｆ_Rとは、以下の条件式「０.１５＜Ｙ'／ｆｍ＜０.２５」「１.１＜ｆ_F／ｆｍ＜１.５」「１.３＜ｆ_R／ｆｍ＜１.７」を満足するものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の結像光学系において、前記前群の低倍率端から高倍率端までの移動距離ＤＳ_Fと、前記後群の低倍率端から高倍率端までの移動距離ＤＳ_Rとは、以下の条件式「０.８５＜ＤＳ_F／ＤＳ_R＜１.００」を満足するものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の結像光学系において、前記前群は、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群とからなり、前記後群は、負の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群と、負の屈折力を有する第６レンズ群とからなり、前記第２レンズ群の焦点距離ｆ_F2と、前記第５レンズ群の焦点距離ｆ_R5とは、以下の条件式「０.６＜ｆ_F2／ｆ_F＜０.９」「０.６＜ｆ_R5／ｆ_R＜０.９」を満足するものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の結像光学系において、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群とは、正負正の順に配置された３枚のレンズから成る接合レンズを有しているものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の結像光学系において、前記第１レンズ群と前記第６レンズ群とは、少なくとも１枚の正の屈折力を有するレンズと、少なくとも１枚の負の屈折力を有するレンズとを有し、前記第１レンズ群の負の屈折力を有するレンズの焦点距離ｆ_F1Nとアッベ数ν_1Nとｄ線における屈折率ｎｄ_1N、前記第１レンズ群の正の屈折力を有するレンズの焦点距離ｆ_F1Pとアッベ数ν_1Pとｄ線における屈折率ｎｄ_1P、前記第６レンズ群の負の屈折力を有するレンズの焦点距離ｆ_R6Nとアッベ数ν_6Nとｄ線における屈折率ｎｄ_6N、および、前記第６レンズ群の正の屈折力を有するレンズの焦点距離ｆ_R6Pとアッベ数ν_6Pとｄ線における屈折率ｎｄ_6Pは、以下の条件式「０.７＜｜ｆ_F1N／ｆ_F1P｜＜１.０」「１１＜｜ν_1N−ν_1P｜＜２０」「｜ｎｄ_1N−ｎｄ_1P｜＜０.０３」「０.７＜｜ｆ_R6N／ｆ_R6P｜＜１.０」「１１＜｜ν_6N−ν_6P｜＜２０」「｜ｎｄ_6N−ｎｄ_6P｜＜０.０３」を満足するものである。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５の何れか１項に記載の結像光学系において、前記絞りは、前記結像光学系の低倍率側から高倍率側への変倍に際して、前記後群と共に物体側へ移動するものである。

本発明によれば、少なくとも色収差と歪曲収差が良好に補正され、高い解像力と広いイメージサイズを有する変倍可能な結像光学系を提供できる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態の結像光学系１０は、図１に示す通り、物体側（図の左方）から順に、前群Ｇ_Fと絞りＳと後群Ｇ_Rとが配置された２群構成の光学系であり、物体面と像面との距離が有限で変倍可能なものである。前群Ｇ_Fと後群Ｇ_Rとは、それぞれ正の屈折力を有する。また、前群Ｇ_Fの最も物体側に位置するレンズ１１は、物体側に凹面を向けた形状であり、後群Ｇ_Rの最も像側に位置するレンズ２２は、像側に凹面を向けた形状である。この形状により歪曲収差の増大を抑えることができる。

さらに、前群Ｇ_Fと後群Ｇ_Rは、光軸方向に沿って移動可能な変倍用のレンズ群であり、結像光学系１０の低倍率側から高倍率側への変倍（POS１→POS２→POS３）に際して、絞りの配置空間（前群Ｇ_Fと後群Ｇ_Rとの空気間隔）を狭めながら、それぞれ物体側へ移動する。このため、結像光学系１０の全系の焦点距離ｆは高倍率ほど短くなる。その結果、高倍率側での実効Ｆナンバーの増大を緩和し、軸上色収差における２次スペクトルの増大をも緩和することができる。また、使用倍率によって絞りの配置空間を変化させる（間隔修正）により、非点収差の曲がりや像面湾曲の変動を抑えることができる。

また、結像光学系１０の最大像高Ｙ'と、結像光学系１０の最低倍率（POS１）での焦点距離ｆｍと、前群Ｇ_Fの焦点距離ｆ_Fと、後群Ｇ_Rの焦点距離ｆ_Rとは、以下の条件式(１)〜(３)を満足する。したがって、結像光学系１０は、少なくとも色収差と歪曲収差が良好に補正され、高い解像力と広いイメージサイズを有する変倍可能な結像光学系となる。なお、結像光学系１０のイメージサイズは最大像高Ｙ'と結像光学系１０の倍率に対応する。

０.１５ ＜ Ｙ'／ｆｍ ＜ ０.２５ …(１)
１.１ ＜ ｆ_F／ｆｍ ＜ １.５ …(２)
１.３ ＜ ｆ_R／ｆｍ ＜ １.７ …(３)
ここで、条件式(１)は、結像光学系１０の焦点距離ｆｍに対するイメージサイズの割合についての最適な範囲を規定するものである。条件式(１)の上限を上回ると、適度な長さの共役長（物像間距離）を確保できなくなり、歪曲収差の補正も困難になってしまう。逆に条件式(１)の下限を下回ると、必要以上の共役長を有することになり、色収差の補正困難や装置の大型化を招いてしまう。

条件式(２)は、結像光学系１０の全系に対する前群Ｇ_Fの最適な屈折力配分に関するものである。条件式(２)の上限を上回ると、光学系を明るくするには有利となるが、相対的に後群Ｇ_Rの屈折力を強くする必要が生じ、高倍率ほどコマ収差などの諸収差の補正が困難となってしまう。逆に条件式(２)の下限を下回ると、光学系を明るくすることが困難になり、変倍に際して球面収差の変動が大きくなってしまう。このことから、使用倍率範囲を広くすることが困難となってしまう。

条件式(３)は、結像光学系１０の全系に対する後群Ｇ_Rの最適な屈折力配分に関するものである。条件式(３)の上限を上回ると、相対的に前群Ｇ_Fの屈折力を強くする必要が生じ、変倍に際して球面収差の変動が大きくなってしまうので、可変倍率化が困難となってしまう。逆に条件式(３)の下限を下回ると、変倍に対するコマ収差などの諸収差の変動が大きくなるため、高倍率ほど諸収差の補正が困難となってしまう。

第１実施形態の結像光学系１０は、上記構成により、少なくとも色収差と歪曲収差が良好に補正され、高い解像力と広いイメージサイズを有し、変倍可能となる。したがって、パターン検査装置や形状計測装置や画像認識装置などに用いられる撮像装置の結像光学系として、第１実施形態の結像光学系１０を組み込む場合、パターン検査や形状計測などを良好に行うことができる。なお、結像光学系１０の像面には、例えばＣＣＤ撮像素子などの受光素子等が配置される。像面に銀塩フィルムを配置してもよい。

また、結像光学系１０のイメージサイズが広いため、固体撮像素子などの大型化にも対応できる。イメージサイズが大きいと言うことは、同じ倍率を有する光学系を比較した場合、視野が大きいと言うことである。ちなみに、結像光学系１０では、変倍に際して共役長（物像間距離）が変動する。しかし、パターン検査装置や形状計測装置や画像認識装置などでは、結像光学系１０の倍率を決定後、その倍率を固定した状態で使用することが殆どである。このため、変倍によって共役長が変化しても問題はない。

さらに、結像光学系１０では、前群Ｇ_Fの低倍率端から高倍率端までの移動距離ＤＳ_Fと、後群Ｇ_Rの低倍率端から高倍率端までの移動距離ＤＳ_Rとが、以下の条件式(４)を満足することが好ましい。
０.８５ ＜ ＤＳ_F／ＤＳ_R ＜ １.００ …(４)
条件式(４)は、結像光学系１０における変倍に際して移動距離ＤＳ_Fと移動距離ＤＳ_Rとの最適な割合に関するものである。条件式(４)の上限を上回ると、絞りの配置空間が低倍率側から高倍率側にかけて広がっていくことになり、上述の実効Ｆナンバーの緩和や２次スペクトルの緩和が困難となってしまう。逆に条件式(４)の下限を下回ると、必要以上に間隔修正を行うことになり、倍率変化に伴う収差変動の緩和と言う点から外れてしまう。また、鏡筒構造の複雑化などの問題も生じてしまう。

上記した条件式(４)を満足することにより、使用倍率によって絞りの配置空間を適切に変化させることができ、非点収差の曲がりや像面湾曲の変動を良好に抑えることができる。その結果、使用倍率に拘わらず高い解像力を維持することができる。
また、結像光学系１０では、前群Ｇ_Fを、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｆ₁と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｆ₂と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｆ₃とで構成すると共に、後群Ｇ_Rを、負の屈折力を有する第４レンズ群Ｒ₄と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｒ₅と、負の屈折力を有する第６レンズ群Ｒ₆とで構成し、第２レンズ群Ｆ₂の焦点距離ｆ_F2と第５レンズ群Ｒ₅の焦点距離ｆ_R5とが以下の条件式(５),(６)を満足することが好ましい。

０.６ ＜ ｆ_F2／ｆ_F ＜ ０.９ …(５)
０.６ ＜ ｆ_R5／ｆ_R ＜ ０.９ …(６)
条件式(５),(６)は、負正負の構成を取りつつ全体として正の屈折力を有する前群Ｇ_Fと後群Ｇ_Rとの各々において、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｆ₂と第５レンズ群Ｒ₅の最適な屈折力配分を規定したものである。

条件式(５)の上限を上回るのは、前群Ｇ_Fの第２レンズ群Ｆ₂の屈折力が弱くなる場合である。このとき、結像光学系１０の大型化や球面収差とコマ収差の補正が困難となってしまうので好ましくない。逆に条件式(５)の下限を下回ると、非点収差や軸外収差の補正が困難に成ってしまうので好ましくない。
条件式(６)の上限を上回ると、結像光学系１０の大型化や球面収差とコマ収差の補正が困難になってしまうので好ましくない。また、後群Ｇ_Rの第５レンズ群Ｒ₅の屈折力が弱くなると、変倍に際して後群Ｇ_Rの移動量が多くなってしまうので好ましくない。逆に条件式(６)の下限を下回ると、軸外収差の補正が困難に成ってしまう。また、変倍に際する諸収差の変動が大きくなってしまうので好ましくない。

上記した条件式(５),(６)を満足することにより、変倍に際し諸収差の変動が少なく大きなイメージを安定した解像力で撮像することが可能となる。
また、結像光学系１０では、第３レンズ群Ｆ₃が、正負正の順に配置された３枚のレンズ１４〜１６から成る接合レンズを有し、第４レンズ群Ｒ₄が、正負正の順に配置された３枚のレンズ１７〜１９から成る接合レンズを有することが好ましい。

このように、少なくとも３枚のレンズを正負正の構成にて接合したレンズ群を、第３レンズ群Ｆ₃および第４レンズ群Ｒ₄に採用することで、軸上色収差のバランスと２次スペクトルの厳しい補正とを可能にし、さらに高解像力を有する結像光学系を実現している。この構成を用いないと、高倍率側への倍率の変化による２次スペクトルの増大を抑えることが困難になってしまうので好ましくない。

また、結像光学系１０では、第１レンズ群Ｆ₁が、少なくとも１枚の正の屈折力を有するレンズ１２と、少なくとも１枚の負の屈折力を有するレンズ１１とを有し、第６レンズ群Ｒ₆が、少なくとも１枚の正の屈折力を有するレンズ２１と、少なくとも１枚の負の屈折力を有するレンズ２２とを有し、以下の条件式(７)〜(１２)を満足することが好ましい。

０.７ ＜ ｜ｆ_F1N／ｆ_F1P｜ ＜ １.０ …(７)
１１ ＜ ｜ν_1N−ν_1P｜ ＜ ２０ …(８)
｜ｎｄ_1N−ｎｄ_1P｜ ＜ ０.０３ …(９)
０.７ ＜ ｜ｆ_R6N／ｆ_R6P｜ ＜ １.０ …(１０)
１１ ＜ ｜ν_6N−ν_6P｜ ＜ ２０ …(１１)
｜ｎｄ_6N−ｎｄ_6P｜ ＜ ０.０３ …(１２)
条件式(７)は、軸外諸収差を補正するための第１レンズ群Ｆ₁において、負の屈折力を有するレンズ１１の焦点距離ｆ_F1Nと、正の屈折力を有するレンズ１２の焦点距離ｆ_F1Pとの最適な屈折力配分を規定している。条件式(７)の上限を上回ると、正の屈折力を有するレンズ１２の方が屈折力が強くなってしまい、第１レンズ群Ｆ₁が正の屈折力を有することになってしまう。逆に条件式(７)の下限を下回ると、負の屈折力が強くなり過ぎて、変倍に伴う軸外諸収差の変動が大きくなってしまうので好ましくない。

条件式(８)は、第１レンズ群Ｆ₁において、負の屈折力を有するレンズ１１のアッベ数ν_1Nと、正の屈折力を有するレンズ１２のアッベ数ν_1Pとの最適な差分を規定している。条件式(８)は、主に倍率色収差を補正するための条件式である。条件式(８)の上限を上回ると、通常入手できる光学ガラスでは正レンズ１２と負レンズ１１との屈折率の差が大きくなってしまい、非点収差や像面湾曲の増大に繋がるので好ましくない。逆に条件式(８)の下限を下回ると、必要とする色消しの度合いが不足してしまうので好ましくない。

条件式(９)は、第１レンズ群Ｆ₁において、負の屈折力を有するレンズ１１のｄ線における屈折率ｎｄ_1Nと、正の屈折力を有するレンズ１２のｄ線における屈折率ｎｄ_1Pとの最適な差分を規定している。つまり、条件式(８)に関連して、正レンズ１２と負レンズ１１との最適な屈折率差を規定した条件式である。条件式(８)の範囲を超えると、非点収差や像面湾曲の増大を招き、補正困難となるので好ましくない。

条件式(１０)は、軸外諸収差を補正するための第６レンズ群Ｒ₆において、負の屈折力を有するレンズ２２の焦点距離ｆ_R6Nと、正の屈折力を有するレンズ２１の焦点距離ｆ_R6Pとの最適な屈折力配分を規定している。条件式(１０)の上限を上回ると、正の屈折力を有するレンズ２１の方が屈折力が強くなってしまい、第６レンズ群Ｒ₆が正の屈折力を有することになってしまう。逆に条件式(１０)の下限を下回ると、負の屈折力が強くなり過ぎて、変倍に伴う軸外諸収差の変動が大きくなってしまうので好ましくない。

条件式(１１)は、第６レンズ群Ｒ₆において、負の屈折力を有するレンズ２２のアッベ数ν_6Nと、正の屈折力を有するレンズ２１のアッベ数ν_6Pとの最適な差分を規定している。条件式(１１)は、主に倍率色収差を補正するための条件式である。条件式(１１)の上限を上回ると、通常入手できる光学ガラスでは正レンズ２１と負レンズ２２との屈折率の差が大きくなってしまい、非点収差や像面湾曲の増大に繋がるので好ましくない。逆に条件式(１１)の下限を下回ると、必要とする色消しの度合いが不足してしまうので好ましくない。

条件式(１２)は、第６レンズ群Ｒ₆において、負の屈折力を有するレンズ２２のｄ線における屈折率ｎｄ_6Nと、正の屈折力を有するレンズ２１のｄ線における屈折率ｎｄ_6Pとの最適な差分を規定している。つまり、条件式(１１)に関連して、正レンズ２１と負レンズ２２との最適な屈折率差を規定した条件式である。条件式(１１)の範囲を超えると、非点収差や像面湾曲の増大を招き、補正困難となるので好ましくない。

上記した条件式(７)〜(１２)を満足することにより、倍率色収差を含む軸外諸収差の補正を厳しく抑えることができる。
さらに、結像光学系１０では、絞りＳが、結像光学系１０の低倍率側から高倍率側への変倍に際して、後群Ｇ_Rと共に物体側へ移動することが好ましい。
絞りＳの位置は、基本的に、前群Ｇ_Fと後群Ｇ_Rとの間であればどこでも構わない。前群Ｇ_Fと後群Ｇ_Rとの間の任意の位置に絞りＳを固定しても構わないし、結像光学系１０の変倍に伴って前群Ｇ_Fや後群Ｇ_Rと無関係に移動しても構わない。ただし、絞りＳを固定すると、前群Ｇ_Fや後群Ｇ_Rの移動に伴い、結像光学系１０の全系の明るさが大きく変動することになってしまう。また、前群Ｇ_Fと後群Ｇ_Rの移動に関して制限が生じてしまうので、変倍領域が狭くなってしまうので好ましくない。

したがって、結像光学系１０の変倍に際して、絞りＳ１を後群Ｇ_Rと共に移動させることにより、諸収差の変動や明るさの変動を抑え、結像光学系１０の大型化の緩和や変倍領域の確保を行うことができる。
次に、第１実施形態の結像光学系１０の具体的な構成を説明する。
結像光学系１０の前群Ｇ_Fは、物体側から順に、両凹レンズ１１と両凸レンズ１２とを接合した負の屈折力を有する第１レンズ群Ｆ₁と、両凸レンズ１２からなる第２レンズ群Ｆ₂と、両凸レンズ１３と両凹レンズ１４と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ１５との３枚を接合した負の屈折力を有する第３レンズ群Ｆ₃とで構成される。

後群Ｇ_Rは、物体側から順に、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ１７と両凹レンズ１８と両凸レンズ１９との３枚を接合した負の屈折力を有する第４レンズ群Ｒ₄と、両凸レンズ２０からなる第５レンズ群Ｒ₅と、両凸レンズ２１と両凹レンズ２２を接合した負の屈折力を有する第６レンズ群Ｒ₆とで構成される。
この結像光学系１０では、低倍率側から高倍率側への変倍に際して、前群Ｇ_Fと後群Ｇ_Rとが絞りＳの配置空間を狭めながら物体側へ移動すると共に、絞りＳも後群Ｇ_Rと共に物体側へ移動し、変倍（フォーカシング）を行う。

上記の具体的な構成のレンズデータを表１に例示する。

表１において、ｆは結像光学系１０の全体の焦点距離、ＮＡ.は物体側の開口数である。面番号の１〜１９は、物体側から順に付したレンズ面と絞り面の番号である。レンズ面の曲率半径ｒには、レンズ面が像側に向けて凸状であるときにマイナス(−)の符号を付した。面間隔Ｄは、光軸上でのレンズ厚または空気間隔である（頂点間隔）。その他、νｄは各ガラスのｄ線（587.56nm）におけるアッベ数、ｎｄは各ガラスのｄ線における屈折率、ｎｇは各ガラスのｇ線（435.83nm）における屈折率、ｎＣは各ガラスのＣ線（656.28nm）における屈折率、nＦは各ガラスのＦ線（486.13nm）における屈折率である。可変間隔表において、Ｄ０は物体面から第１レンズ面までの距離（つまり作動距離）、Ｄ１は前群Ｇ_Fの最終レンズ面から絞りＳまでの空気間隔、Ｂｆはバックフォーカスを表す。

また、上記した条件式(１)〜(１２)に対応する値は次の通りである。
(１) Ｙ'／ｆｍ ＝ 0.206
(２) ｆ_F／ｆｍ ＝ 1.346
(３) ｆ_R／ｆｍ ＝ 1.543
(４) ＤＳ_F／ＤＳ_R ＝ 0.935
(５) ｆ_F2／ｆ_F ＝ 0.844
(６) ｆ_R5／ｆ_R ＝ 0.721
(７) ｜ｆ_F1N／ｆ_F1P｜ ＝ 0.834
(８) ｜ν_1N−ν_1P｜ ＝ 17.5
(９) ｜ｎｄ_1N−ｎｄ_1P｜ ＝ 0.019
(１０) ｜ｆ_R6N／ｆ_R6P｜ ＝ 0.903
(１１) ｜ν_6N−ν_6P｜ ＝ 17.5
(１２) ｜ｎｄ_6N−ｎｄ_6P｜ ＝ 0.019
さらに、表１のレンズデータに基づく結像光学系１０の諸収差（球面収差,非点収差,歪曲収差,倍率色収差,コマ収差）を図２〜図４に示す。図２は低倍率端（β＝-0.50）、図３は中間付近（β＝-0.70）、図４は高倍率端（β＝-1.00）に対応する。図２〜図４において、ＮＡは像側の開口数、Ｙは像高、ｄはｄ線（587.56nm）、ｇはｇ線（435.83nm）、ＣはＣ線（656.28nm）、ＦはＦ線（486.13nm）での各収差を表す。非点収差の図中、点線はメリジオナル像面、実線はサジタル像面を表す。

なお、諸元表の焦点距離ｆ、曲率半径ｒ、面間隔Ｄ、像高Ｙなど、長さの単位は一般に「mm」が用いられる。ただし、光学系は比例拡大または比例縮小しても、同様の比例拡大または比例縮小された光学性能が得られるので、これに限られるものではない。
表１のレンズデータと図２〜図４の諸収差から分かるように、第１実施形態の結像光学系１０は、広いイメージサイズ（最大像高Ｙ'＝３６mm）を有しながら、諸収差（球面収差,非点収差,歪曲収差,倍率色収差,コマ収差）が良好に補正され、高い解像力を有すると共に、縮小倍率から等倍率まで連続的に変倍することができる（β＝-0.5〜-1.0）。なお、結像光学系１０は、物体面と像面の位置を入れ替えれば、上記とは逆数の倍率で使用することもできる（β＝-2.0〜-1.0）。
（第２実施形態）
第２実施形態の結像光学系３０は、図５に示す通り、基本的な構成が図１の結像光学系１０と同じであり、物体側から順に前群Ｇ_Fと絞りＳと後群Ｇ_Rとで構成される。ここでは、第２実施形態の結像光学系３０の具体的な構成を説明する。

結像光学系３０の前群Ｇ_Fは、物体側から順に、両凹レンズ３１と両凸レンズ３２とを接合した負の屈折力を有する第１レンズ群Ｆ₁と、両凸レンズ３３からなる第２レンズ群Ｆ₂と、両凸レンズ３４と両凹レンズ３５と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ３６との３枚を接合した負の屈折力を有する第３レンズ群Ｆ₃とで構成される。
後群Ｇ_Rは、物体側から順に、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ３７と像側に凸面を向けた負メニスカスレンズ３８と像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ３９との３枚を接合した負の屈折力を有する第４レンズ群Ｒ₄と、両凸レンズ４０からなる第５レンズ群Ｒ₅と、両凸レンズ４１と両凹レンズ４２とを接合した負の屈折力を有する第６レンズ群Ｒ₆とで構成される。

この結像光学系３０でも、低倍率側から高倍率側への変倍に際して、前群Ｇ_Fと後群Ｇ_Rとが絞りＳの配置空間を狭めながら物体側へ移動すると共に、絞りＳも後群Ｇ_Rと共に物体側へ移動し、変倍（フォーカシング）を行う。
上記の具体的な構成のレンズデータを表２に例示する。表２は、上記した表１と同様であるため、その補足説明を省略する。

また、上記した条件式(１)〜(１２)に対応する値は次の通りである。
(１) Ｙ'／ｆｍ ＝ 0.159
(２) ｆ_F／ｆｍ ＝ 1.400
(３) ｆ_R／ｆｍ ＝ 1.439
(４) ＤＳ_F／ＤＳ_R ＝ 0.901
(５) ｆ_F2／ｆ_F ＝ 0.868
(６) ｆ_R5／ｆ_R ＝ 0.730
(７) ｜ｆ_F1N／ｆ_F1P｜ ＝ 0.835
(８) ｜ν_1N−ν_1P｜ ＝ 17.5
(９) ｜ｎｄ_1N−ｎｄ_1P｜ ＝ 0.019
(１０) ｜ｆ_R6N／ｆ_R6P｜ ＝ 0.888
(１１) ｜ν_6N−ν_6P｜ ＝ 17.5
(１２) ｜ｎｄ_6N−ｎｄ_6P｜ ＝ 0.019
さらに、表２のレンズデータに基づく結像光学系３０の諸収差（球面収差,非点収差,歪曲収差,倍率色収差,コマ収差）を図６〜図８に示す。図６は低倍率端（β＝-0.50）、図７は中間付近（β＝-0.75）、図８は高倍率端（β＝-1.00）に対応する。図６〜図８は、上記した図２〜図４と同様であるため、その補足説明を省略する。

表２のレンズデータと図６〜図８の諸収差から分かるように、第２実施形態の結像光学系３０は、広いイメージサイズ（最大像高Ｙ'＝３２mm）を有しながら、諸収差（球面収差,非点収差,歪曲収差,倍率色収差,コマ収差）が良好に補正され、高い解像力を有すると共に、縮小倍率から等倍率まで連続的に変倍することができる（β＝-0.5〜-1.0）。なお、結像光学系３０は、物体面と像面の位置を入れ替えれば、上記とは逆数の倍率で使用することもできる（β＝-2.0〜-1.0）。
（第３実施形態）
第３実施形態の結像光学系５０は、図９に示す通り、基本的な構成が図１の結像光学系１０と同じであり、物体側から順に前群Ｇ_Fと絞りＳと後群Ｇ_Rとで構成される。ここでは、第３実施形態の結像光学系５０の具体的な構成を説明する。

結像光学系５０の前群Ｇ_Fは、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ５１と物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ５２とを接合した負の屈折力を有する第１レンズ群Ｆ₁と、両凸レンズ５３からなる第２レンズ群Ｆ₂と、両凸レンズ５４と両凹レンズ５５と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ５６との３枚を接合した負の屈折力を有する第３レンズ群Ｆ₃とで構成される。

後群Ｇ_Rは、物体側から順に、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ５７と像側に凸面を向けた負メニスカスレンズ５８と像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ５９との３枚を接合した負の屈折力を有する第４レンズ群Ｒ₄と、両凸レンズ６０からなる第５レンズ群Ｒ₅と、両凸レンズ６１と両凹レンズ６２とを接合した負の屈折力を有する第６レンズ群Ｒ₆とで構成される。なお、後群Ｇ_Rの像側には、プリズムなどの硝子ブロック６３が配置されている。

この結像光学系５０でも、低倍率側から高倍率側への変倍に際して、前群Ｇ_Fと後群Ｇ_Rとが絞りＳの配置空間を狭めながら物体側へ移動すると共に、絞りＳも後群Ｇ_Rと共に物体側へ移動し、変倍（フォーカシング）を行う。
上記の具体的な構成のレンズデータを表３に例示する。表３の可変間隔表において、Ｄ２は後群Ｇ_Rの最終レンズ面と硝子ブロック６３との距離（空気間隔）を表す。表３の他の補足説明は、上記した表１と同様であるため省略する。

また、上記した条件式(１)〜(１２)に対応する値は次の通りである。
(１) Ｙ'／ｆｍ ＝ 0.201
(２) ｆ_F／ｆｍ ＝ 1.329
(３) ｆ_R／ｆｍ ＝ 1.562
(４) ＤＳ_F／ＤＳ_R ＝ 0.943
(５) ｆ_F2／ｆ_F ＝ 0.885
(６) ｆ_R5／ｆ_R ＝ 0.695
(７) ｜ｆ_F1N／ｆ_F1P｜ ＝ 0.789
(８) ｜ν_1N−ν_1P｜ ＝ 17.5
(９) ｜ｎｄ_1N−ｎｄ_1P｜ ＝ 0.019
(１０) ｜ｆ_R6N／ｆ_R6P｜ ＝ 0.899
(１１) ｜ν_6N−ν_6P｜ ＝ 17.5
(１２) ｜ｎｄ_6N−ｎｄ_6P｜ ＝ 0.019
さらに、表３のレンズデータに基づく結像光学系５０の諸収差（球面収差,非点収差,歪曲収差,倍率色収差,コマ収差）を図１０〜図１２に示す。図１０は低倍率端（β＝-0.50）、図１１は中間付近（β＝-0.75）、図１２は高倍率端（β＝-1.00）に対応する。図１０〜図１２は、上記した図２〜図４と同様であるため、その補足説明を省略する。

表３のレンズデータと図１０〜図１２の諸収差から分かるように、第３実施形態の結像光学系５０は、広いイメージサイズ（最大像高Ｙ'＝３５mm）を有しながら、諸収差（球面収差,非点収差,歪曲収差,倍率色収差,コマ収差）が良好に補正され、高い解像力を有すると共に、縮小倍率から等倍率まで連続的に変倍することができる（β＝-0.5〜-1.0）。なお、結像光学系５０は、物体面と像面の位置を入れ替えれば、上記とは逆数の倍率で使用することもできる（β＝-2.0〜-1.0）。
（第４実施形態）
第４実施形態の結像光学系７０は、図１３に示す通り、基本的な構成が図１の結像光学系１０と同じであり、物体側から順に前群Ｇ_Fと絞りＳと後群Ｇ_Rとで構成される。ここでは、第４実施形態の結像光学系７０の具体的な構成を説明する。

結像光学系７０の前群Ｇ_Fは、物体側から順に、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ７１と物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ７２とを接合した負の屈折力を有する第１レンズ群Ｆ₁と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ７３からなる第２レンズ群Ｆ₂と、両凸レンズ７４と両凹レンズ７５と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ７６との３枚を接合した負の屈折力を有する第３レンズ群Ｆ₃とで構成される。

後群Ｇ_Rは、物体側から順に、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ７７と両凹レンズ７８と両凸レンズ７９との３枚を接合した負の屈折力を有する第４レンズ群Ｒ₄と、両凸レンズ８０からなる第５レンズ群Ｒ₅と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ８１と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ８２とを接合した負の屈折力を有する第６レンズ群Ｒ₆とで構成される。なお、後群Ｇ_Rの像側には、プリズムなどの硝子ブロック８３が配置されている。

この結像光学系７０でも、低倍率側から高倍率側への変倍に際して、前群Ｇ_Fと後群Ｇ_Rとが絞りＳの配置空間を狭めながら物体側へ移動すると共に、絞りＳも後群Ｇ_Rと共に物体側へ移動し、変倍（フォーカシング）を行う。
上記の具体的な構成のレンズデータを表４に例示する。表４は、上記した表３と同様であるため、その補足説明を省略する。

また、上記した条件式(１)〜(１２)に対応する値は次の通りである。
(１) Ｙ'／ｆｍ ＝ 0.197
(２) ｆ_F／ｆｍ ＝ 1.341
(３) ｆ_R／ｆｍ ＝ 1.564
(４) ＤＳ_F／ＤＳ_R ＝ 0.943
(５) ｆ_F2／ｆ_F ＝ 0.888
(６) ｆ_R5／ｆ_R ＝ 0.706
(７) ｜ｆ_F1N／ｆ_F1P｜ ＝ 0.761
(８) ｜ν_1N−ν_1P｜ ＝ 18.4
(９) ｜ｎｄ_1N−ｎｄ_1P｜ ＝ 0.019
(１０) ｜ｆ_R6N／ｆ_R6P｜ ＝ 0.884
(１１) ｜ν_6N−ν_6P｜ ＝ 18.4
(１２) ｜ｎｄ_6N−ｎｄ_6P｜ ＝ 0.019
さらに、表４のレンズデータに基づく結像光学系７０の諸収差（球面収差,非点収差,歪曲収差,倍率色収差,コマ収差）を図１４〜図１６に示す。図１４は低倍率端（β＝-0.50）、図１５は中間付近（β＝-0.75）、図１６は高倍率端（β＝-1.00）に対応する。図１４〜図１６は、上記した図２〜図４と同様であるため、その補足説明を省略する。

表４のレンズデータと図１４〜図１６の諸収差から分かるように、第４実施形態の結像光学系７０は、広いイメージサイズ（最大像高Ｙ'＝３５mm）を有しながら、諸収差（球面収差,非点収差,歪曲収差,倍率色収差,コマ収差）が良好に補正され、高い解像力を有すると共に、縮小倍率から等倍率まで連続的に変倍することができる（β＝-0.5〜-1.0）。なお、結像光学系７０は、物体面と像面の位置を入れ替えれば、上記とは逆数の倍率で使用することもできる（β＝-2.0〜-1.0）。
（第５実施形態）
第５実施形態の結像光学系９０は、図１７に示す通り、基本的な構成が図１の結像光学系１０と同じであり、物体側から順に前群Ｇ_Fと絞りＳと後群Ｇ_Rとで構成される。ここでは、第５実施形態の結像光学系９０の具体的な構成を説明する。

結像光学系９０の前群Ｇ_Fは、物体側から順に、両凹レンズ９１と両凸レンズ９２とを接合した負の屈折力を有する第１レンズ群Ｆ₁と、両凸レンズ９３からなる第２レンズ群Ｆ₂と、両凸レンズ９４と両凹レンズ９５と物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ９６との３枚を接合した負の屈折力を有する第３レンズ群Ｆ₃とで構成される。
後群Ｇ_Rは、物体側から順に、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ９７と像側に凸面を向けた負メニスカスレンズ９８と像側に凸面を向けた正メニスカスレンズ９９との３枚を接合した負の屈折力を有する第４レンズ群Ｒ₄と、両凸レンズ１００からなる第５レンズ群Ｒ₅と、両凸レンズ１０１と両凹レンズ１０２とを接合した負の屈折力を有する第６レンズ群Ｒ₆とで構成される。

この結像光学系９０でも、低倍率側から高倍率側への変倍に際して、前群Ｇ_Fと後群Ｇ_Rとが絞りＳの配置空間を狭めながら物体側へ移動すると共に、絞りＳも後群Ｇ_Rと共に物体側へ移動し、変倍（フォーカシング）を行う。
上記の具体的な構成のレンズデータを表５に例示する。表５は、上記した表２と同様であるため、その補足説明を省略する。

また、上記した条件式(１)〜(１２)に対応する値は次の通りである。
(１) Ｙ'／ｆｍ ＝ 0.204
(２) ｆ_F／ｆｍ ＝ 1.275
(３) ｆ_R／ｆｍ ＝ 1.606
(４) ＤＳ_F／ＤＳ_R ＝ 0.943
(５) ｆ_F2／ｆ_F ＝ 0.839
(６) ｆ_R5／ｆ_R ＝ 0.707
(７) ｜ｆ_F1N／ｆ_F1P｜ ＝ 0.847
(８) ｜ν_1N−ν_1P｜ ＝ 17.5
(９) ｜ｎｄ_1N−ｎｄ_1P｜ ＝ 0.019
(１０) ｜ｆ_R6N／ｆ_R6P｜ ＝ 0.896
(１１) ｜ν_6N−ν_6P｜ ＝ 17.5
(１２) ｜ｎｄ_6N−ｎｄ_6P｜ ＝ 0.019
さらに、表５のレンズデータに基づく結像光学系９０の諸収差（球面収差,非点収差,歪曲収差,倍率色収差,コマ収差）を図１８〜図２０に示す。図１８は低倍率端（β＝-1.00）、図１９は中間付近（β＝-1.50）、図２０は高倍率端（β＝-2.00）に対応する。図１８〜図２０は、上記した図２〜図４と同様であるため、その補足説明を省略する。

表５のレンズデータと図１８〜図２０の諸収差から分かるように、第５実施形態の結像光学系９０は、広いイメージサイズ（最大像高Ｙ'＝３６mm）を有しながら、諸収差（球面収差,非点収差,歪曲収差,倍率色収差,コマ収差）が良好に補正され、高い解像力を有すると共に、等倍率から拡大倍率まで連続的に変倍することができる（β＝-1.0〜-2.0）。なお、結像光学系９０は、物体面と像面の位置を入れ替えれば、上記とは逆数の倍率で使用することもできる（β＝-1.0〜-0.5）。

第１実施形態の結像光学系１０のPOS１〜３における構成図である。 結像光学系１０のPOS１における諸収差を示す図である。 結像光学系１０のPOS２における諸収差を示す図である。 結像光学系１０のPOS３における諸収差を示す図である。 第２実施形態の結像光学系３０のPOS１〜３における構成図である。 結像光学系３０のPOS１における諸収差を示す図である。 結像光学系３０のPOS２における諸収差を示す図である。 結像光学系３０のPOS３における諸収差を示す図である。 第３実施形態の結像光学系５０のPOS１〜３における構成図である。 結像光学系５０のPOS１における諸収差を示す図である。 結像光学系５０のPOS２における諸収差を示す図である。 結像光学系５０のPOS３における諸収差を示す図である。 第４実施形態の結像光学系７０のPOS１〜３における構成図である。 結像光学系７０のPOS１における諸収差を示す図である。 結像光学系７０のPOS２における諸収差を示す図である。 結像光学系７０のPOS３における諸収差を示す図である。 第５実施形態の結像光学系９０のPOS１〜３における構成図である。 結像光学系９０のPOS１における諸収差を示す図である。 結像光学系９０のPOS２における諸収差を示す図である。 結像光学系９０のPOS３における諸収差を示す図である。

符号の説明

１０，３０，５０，７０，９０ 結像光学系
Ｇ_F 前群
Ｇ_R 後群
Ｓ 絞り
Ｆ₁ 第１レンズ群
Ｆ₂ 第２レンズ群
Ｆ₃ 第３レンズ群
Ｆ₄ 第４レンズ群
Ｆ₅ 第５レンズ群
Ｆ₆ 第６レンズ群

Claims (6)

1. 物体側から像側に向かって順に、正の屈折力を有する前群と、絞りと、正の屈折力を有する後群とが配置された結像光学系であって、
   前記前群の最も物体側に位置するレンズは、物体側に凹面を向けた形状であり、
   前記後群の最も像側に位置するレンズは、像側に凹面を向けた形状であり、
   前記前群と前記後群とは、前記結像光学系の低倍率側から高倍率側への変倍に際して、前記絞りの配置空間を狭めながら、それぞれ物体側へ移動し、
   前記結像光学系の最大像高Ｙ'と、前記結像光学系の最低倍率での焦点距離ｆｍと、前記前群の焦点距離ｆ_Fと、前記後群の焦点距離ｆ_Rとは、以下の条件式を満足する
   ０.１５ ＜ Ｙ'／ｆｍ ＜ ０.２５
   １.１ ＜ ｆ_F／ｆｍ ＜ １.５
   １.３ ＜ ｆ_R／ｆｍ ＜ １.７
   ことを特徴とする結像光学系。
2. 請求項１に記載の結像光学系において、
   前記前群の低倍率端から高倍率端までの移動距離ＤＳ_Fと、前記後群の低倍率端から高倍率端までの移動距離ＤＳ_Rとは、以下の条件式を満足する
   ０.８５ ＜ ＤＳ_F／ＤＳ_R ＜ １.００
   ことを特徴とする結像光学系。
3. 請求項１または請求項２に記載の結像光学系において、
   前記前群は、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群と、負の屈折力を有する第３レンズ群とからなり、
   前記後群は、負の屈折力を有する第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群と、負の屈折力を有する第６レンズ群とからなり、
   前記第２レンズ群の焦点距離ｆ_F2と、前記第５レンズ群の焦点距離ｆ_R5とは、以下の条件式を満足する
   ０.６ ＜ ｆ_F2／ｆ_F ＜ ０.９
   ０.６ ＜ ｆ_R5／ｆ_R ＜ ０.９
   ことを特徴とする結像光学系。
4. 請求項１から請求項３の何れか１項に記載の結像光学系において、
   前記第３レンズ群と前記第４レンズ群とは、正負正の順に配置された３枚のレンズから成る接合レンズを有している
   ことを特徴とする結像光学系。
5. 請求項１から請求項４の何れか１項に記載の結像光学系において、
   前記第１レンズ群と前記第６レンズ群とは、少なくとも１枚の正の屈折力を有するレンズと、少なくとも１枚の負の屈折力を有するレンズとを有し、
   前記第１レンズ群の負の屈折力を有するレンズの焦点距離ｆ_F1Nとアッベ数ν_1Nとｄ線における屈折率ｎｄ_1N、前記第１レンズ群の正の屈折力を有するレンズの焦点距離ｆ_F1Pとアッベ数ν_1Pとｄ線における屈折率ｎｄ_1P、前記第６レンズ群の負の屈折力を有するレンズの焦点距離ｆ_R6Nとアッベ数ν_6Nとｄ線における屈折率ｎｄ_6N、および、前記第６レンズ群の正の屈折力を有するレンズの焦点距離ｆ_R6Pとアッベ数ν_6Pとｄ線における屈折率ｎｄ_6Pは、以下の条件式を満足する
   ０.７ ＜ ｜ｆ_F1N／ｆ_F1P｜ ＜ １.０
   １１ ＜ ｜ν_1N−ν_1P｜ ＜ ２０
   ｜ｎｄ_1N−ｎｄ_1P｜ ＜ ０.０３
   ０.７ ＜ ｜ｆ_R6N／ｆ_R6P｜ ＜ １.０
   １１ ＜ ｜ν_6N−ν_6P｜ ＜ ２０
   ｜ｎｄ_6N−ｎｄ_6P｜ ＜ ０.０３
   ことを特徴とする結像光学系。
6. 請求項１から請求項５の何れか１項に記載の結像光学系において、
   前記絞りは、前記結像光学系の低倍率側から高倍率側への変倍に際して、前記後群と共に物体側へ移動する
   ことを特徴とする結像光学系。
   

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