JP5911287B2 - 有限系ズームレンズ及びこれを備える光学機器 - Google Patents
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Description
本発明は、有限系ズームレンズ及びこれを備える光学機器に関する。
従来、光学系による撮影、投影を必要とする光学機器において、有限光学系が多く採用されている。具体的には、ＦＰＤ（Flat Panel Display）やＰＣＢ（Printed Circuit Board）などの外観検査用光学系、引き伸ばし用光学系、複写用光学系等に使用されている。近年、撮影、投影対象物の大きさの多様化や、要求分解能の多様化に伴い、これらの光学機器には変倍可能な有限光学系が用いられることが多くなってきている。しかしながら、これらの光学機器に用いられる変倍可能な有限光学系には、変倍により物像間距離が変動するバリフォーカルレンズが用いられることが多いため、変倍した際に、物体面、または像面を、光学系の物像間距離に合わせて機械的に移動しなければならなかった（例えば、特許文献１を参照）。その結果、光学機器の装置構成が複雑化し、小型化することが困難となっていた。
上述の問題を解決するために、物像間距離を一定に保ちつつ、変倍することが可能な有限系ズームレンズが知られている（例えば、特許文献２、３を参照）。特許文献２の有限系ズームレンズは、ズーミングに伴う像面湾曲、及び非点収差の変動を良好に抑制したものである。また、特許文献３の有限系ズームレンズは、ズーミングに伴う歪曲収差の変動を良好に抑制したものである。
しかしながら、従来の有限系ズームレンズでは、ズーミングに伴う球面収差、コマ収差、及び軸上色収差の変動を抑制することが困難となるため、使用倍率によっては解像力が劣化するという問題があった。また、特許文献２及び特許文献３の有限系ズームレンズでは、ズーミングによる球面収差、コマ収差の変動が大きく、ズーム範囲全域で十分な解像力が得られなかった。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ズーム範囲内で諸収差が良好に補正され、さらにズーミングに伴う収差変動が小さく、像の中心から周辺にわたり高い光学性能を有した有限系ズームレンズ、及びこの有限系ズームレンズを備える光学機器を提供することを目的とする。
このような目的を達成するため、本発明に係る有限系ズームレンズは、光軸に沿って物体側から順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群と、負の屈折力を持つ第２レンズ群と、正の屈折力を持つ第３レンズ群と、正の屈折力を持つ第４レンズ群と、正の屈折力を持つ第５レンズ群とからなり、短焦点距離状態から長焦点距離状態へのズーミングの際に、隣り合うレンズ群の間隔が変化するように、前記第１レンズ群及び前記第５レンズ群が像面位置に対して固定され、前記第２レンズ群が光軸に沿って物体側から像側へ移動し、前記第３レンズ群及び前記第４レンズ群が光軸に沿って像側から物体側へ移動し、以下の条件式を満足する。
｜βｗ２／（１＋βｗ２
2
）｜ ＜０．００５
｜βｔ２／（１＋βｔ２ 2 ）｜ ＜０．００５
但し、
βｗ２：短焦点距離状態での、前記第２レンズ群のｅ線における横倍率、
βｔ２：長焦点距離状態での、前記第２レンズ群のｅ線における横倍率。
｜βｔ２／（１＋βｔ２ 2 ）｜ ＜０．００５
但し、
βｗ２：短焦点距離状態での、前記第２レンズ群のｅ線における横倍率、
βｔ２：長焦点距離状態での、前記第２レンズ群のｅ線における横倍率。
本発明に係る有限系ズームレンズは、フォーカシングの際に、前記第１レンズ群、または前記第２〜第５レンズ群が一体となって、光軸に沿って移動することが好ましい。
本発明に係る有限系ズームレンズは、以下の条件式を満足することが好ましい。
−１．２＜ ｆ２／ｆｔ ＜−０．４
但し、
ｆ２：前記第２レンズ群のｅ線における焦点距離、
ｆｔ：長焦点距離状態での、レンズ全系のｅ線における焦点距離。
但し、
ｆ２：前記第２レンズ群のｅ線における焦点距離、
ｆｔ：長焦点距離状態での、レンズ全系のｅ線における焦点距離。
本発明に係る有限系ズームレンズは、以下の条件式を満足することが好ましい。
０．４＜ ｆ３４／ｆｔ ＜１．７
但し、
ｆ３４：長焦点距離状態での、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群のｅ線における合成焦点距離、
ｆｔ：長焦点距離状態での、レンズ全系のｅ線における焦点距離。
但し、
ｆ３４：長焦点距離状態での、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群のｅ線における合成焦点距離、
ｆｔ：長焦点距離状態での、レンズ全系のｅ線における焦点距離。
本発明に係る有限系ズームレンズにおいて、前記第１レンズ群の最も物体側に配置されるレンズは、物体面に対して凸面を向けた正レンズであることが好ましい。
本発明に係る有限系ズームレンズにおいて、前記第４レンズ群がダブルガウス型のレンズ構成とされ、前記ダブルガウス型の略中心位置であって、互いに凹面を向けて隣り合うレンズ同士の間に、開口絞りが配置され、
前記開口絞りは、ズーミングの際に前記第４レンズ群と一体となって光軸上を移動することが好ましい。
前記開口絞りは、ズーミングの際に前記第４レンズ群と一体となって光軸上を移動することが好ましい。
本発明に係る光学機器（例えば、実施形態における外観検査装置１０１）は、上述のいずれかの有限系ズームレンズを備える。
本発明によれば、ズーム範囲内で諸収差が良好に補正され、さらにズーミングに伴う収差変動が小さく、像の中心から周辺にわたり高い光学性能を有した有限系ズームレンズ、及びこの有限系ズームレンズを備える光学機器を提供することができる。
以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る有限系ズームレンズＺＬは、図１に示すように、光軸に沿って物体側から順に、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、正の屈折力を持つ第５レンズ群Ｇ５とを有し、第１レンズ群Ｇ１、及び第５レンズ群Ｇ５をズーミングの際に像面位置に対して固定し、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、及び第４レンズ群Ｇ４をズーミングの際に光軸に沿って移動させ、図２に示すように、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間を通過する近軸光線が略平行光束となるような構成をとる。
このように本実施形態に係る有限系ズームレンズの第１レンズ群Ｇ１は、ズーミングの際に、像面位置に対して固定であるため、レンズ全系の結像倍率にかかわらず、常に横倍率が一定であり、リレーレンズの役割を担う。
また、第１レンズ群Ｇ１の最も物体側に配置されるレンズを、物体側に凸面を向けた正レンズとし、軸外の入射光線を滑らかに通過させるように略アプラナティックとすることでコマ収差の増大を抑制し、かつ、正の屈折力により入射光線を収束させることができるため、第２レンズ群Ｇ２以降の大型化を抑制することが可能となっている。
第２レンズ群Ｇ２は、ズーミングの際に、光軸に沿って移動することで、変倍に伴う結像位置の変動を補正する働きがあり、主にコンペンセータの役割を担う。
第３レンズ群Ｇ３、及び第４レンズ群Ｇ４は、ズーミングの際に、それぞれ光軸に沿っ
て移動することで、レンズ全系の結像倍率を変化させる働きがあり、主にバリエータの役割を担う。
て移動することで、レンズ全系の結像倍率を変化させる働きがあり、主にバリエータの役割を担う。
本実施形態では、第４レンズ群Ｇ４のレンズ構成を、対称性が高く、諸収差をバランスよく補正することが可能な、略ダブルガウス型とすることで、第４レンズ群Ｇ４で発生する倍率色収差、及び歪曲収差を良好に補正することが可能となる。これにより、レンズ全系で発生する倍率色収差、及び歪曲収差についても補正することが容易となり、かつ、ズーミングによる収差変動量の増大を抑制することができる。
第５レンズ群Ｇ５は、ズーミングの際に、像面位置に対して固定であるため、レンズ全系の結像倍率にかかわらず、常に横倍率が一定であり、リレーレンズの役割を担う。これにより、第２レンズ群Ｇ２の結像位置の補正作用と伴い、像面位置を常に一定の位置に保つことが可能となっている。
本実施形態に係る有限系ズームレンズＺＬは、次の条件式（１），（２）を満足することが好ましい。
｜βｗ２／（１＋βｗ２2）｜ ＜０．００５ … （１）
｜βｔ２／（１＋βｔ２2）｜ ＜０．００５ … （２）
但し、
βｗ２：短焦点距離状態での、第２レンズ群Ｇ２のｅ線における横倍率、
βｔ２：長焦点距離状態での、第２レンズ群Ｇ２のｅ線における横倍率。
｜βｔ２／（１＋βｔ２2）｜ ＜０．００５ … （２）
但し、
βｗ２：短焦点距離状態での、第２レンズ群Ｇ２のｅ線における横倍率、
βｔ２：長焦点距離状態での、第２レンズ群Ｇ２のｅ線における横倍率。
条件式（１）、及び条件式（２）は、第２レンズ群Ｇ２の横倍率の適切な範囲を示すものである。条件式（１）、及び条件式（２）の上限値を上回ると、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間を通過する近軸光線の平行性が崩れる。これにより、第１レンズ群Ｇ１、または第２レンズ群Ｇ２〜第５レンズ群Ｇ５を一体として、光軸上を移動させてフォーカシングを行う際に、レンズ全系の結像倍率の変化が大きくなるため、所望の撮影、投影範囲が大きく変わる。
本実施形態の効果を確実にするために、条件式（１）の上限値を０．００１にすることが好ましい。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（２）の上限値を０．００１にすることが好ましい。
本実施形態に係る有限系ズームレンズＺＬは、フォーカシングの際に、第１レンズ群Ｇ１、または第２レンズ群Ｇ２〜第５レンズ群Ｇ５が一体となって、光軸に沿って移動することが好ましい。
本実施形態に係る有限系ズームレンズＺＬは、次の条件式（３）を満足することが好ましい。
−１．２＜ ｆ２／ｆｔ ＜−０．４ … （３）
但し、
ｆ２：第２レンズ群Ｇ２のｅ線における焦点距離、
ｆｔ：長焦点距離状態での、レンズ全系のｅ線における焦点距離。
但し、
ｆ２：第２レンズ群Ｇ２のｅ線における焦点距離、
ｆｔ：長焦点距離状態での、レンズ全系のｅ線における焦点距離。
条件式（３）は、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離と、レンズ全系の焦点距離の適切な比率を示すものである。条件式（３）の下限値を下回ると、レンズ全系のペッツバール和が正の方向に増大するため、像面湾曲がアンダーに大きくなりすぎて、補正が困難となる。条件式（３）の上限値を上回ると、レンズ全系のペッツバール和が負の方向に増大するため
、像面湾曲がオーバーに大きくなりすぎて、補正が困難となる。
、像面湾曲がオーバーに大きくなりすぎて、補正が困難となる。
本実施形態の効果を確実にするために、条件式（３）の下限値を−０．９にすることが好ましい。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（３）の上限値を−０．６にすることが好ましい。
本実施形態に係る有限系ズームレンズＺＬは、次の条件式（４）を満足することが好ましい。
０．４＜ ｆ３４／ｆｔ ＜１．７ …（４）
但し、
ｆ３４：長焦点距離状態での、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４のｅ線における合成焦点距離、
ｆｔ：長焦点距離状態での、レンズ全系のｅ線における焦点距離。
但し、
ｆ３４：長焦点距離状態での、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４のｅ線における合成焦点距離、
ｆｔ：長焦点距離状態での、レンズ全系のｅ線における焦点距離。
条件式（４）は、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の合成焦点距離と、レンズ全系の焦点距離の適切な比率を示すものである。条件式（４）の下限値を下回ると、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の合成屈折力が強くなりすぎて、ズーミングの際に、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の移動に伴う収差変動が過敏になりすぎて、ズーム範囲内で、球面収差、コマ収差などの諸収差を補正することが困難となる。条件式（４）の上限値を上回ると、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の合成屈折力が弱くなりすぎて、ズーミングの際に、軸上色収差の変動量が増大し、ズーム範囲内で良好に補正することが困難となる。加えて、ズーミングの際に、各可動レンズ群の移動量を大きくしなければならず、レンズ全系の大型化を招く。
本実施形態の効果を確実にするために、条件式（４）の下限値を０．７にすることが好ましい。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（４）の上限値を１．１にすることが好ましい。
本実施形態に係る有限系ズームレンズＺＬにおいて、略ダブルガウス型のレンズ構成をとる第４レンズ群Ｇ４の略中心位置に開口絞りＳＰを配置し、開口絞りＳＰは、ズーミングの際に、第４レンズ群Ｇ４と一体となって光軸上を移動することが好ましい。これにより、開口絞りＳＰの前後を通過する軸外光線の入射角と射出角の対称性を高めることができる。さらに、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、及び第５レンズ群Ｇ５を含めて、開口絞りＳＰに対して略対称型の光学系とすることにより、倍率色収差、及び歪曲収差の良好な補正が可能である。
図１６は、本実施形態に係る有限系ズームレンズＺＬを備える光学機器の概略図である。ここでは、光学機器が、ＦＰＤ（Flat Panel Display）やＰＣＢ（Printed Circuit Board）等の外観検査装置である場合を示す。図１６において、１０１は外観検査装置、１１０は検査対象物（例えば、ＦＰＤやＰＣＢ等）、１１１は撮像素子、１１２は有限系ズームレンズＺＬ、１１３は画像処理装置、１１４はモニターを示す。また、（Ｗ）は有限系ズームレンズＺＬの短焦点距離状態、（Ｔ）は有限系ズームレンズＺＬの長焦点距離状態を示す。このように、光学機器１０１に、本実施形態に係る有限系ズームレンズＺＬを備えることで、所望の撮影範囲、及び分解能に応じて、物像間距離を一定に保ちつつ、変倍させることが可能である。
以下、本実施形態に係る各実施例について、図面に基づいて説明する。以下に、表１〜表３を示すが、これらは第１実施例〜第３実施例における各諸元の表である。
図１、図６、及び図１１は、各実施例に係る有限系ズームレンズの構成、及び短焦点距離状態から長焦点距離状態にかけての各レンズ群の移動の様子を示す断面図である。ここで、各レンズ群の移動の様子において、実線はズーミングにより移動するレンズ群の軌道を示し、点線はズーミングの際にレンズ群が固定であることを示している。また、（Ｗ）は各実施例に係る有限系ズームレンズの短焦点距離状態を表し、（Ｔ）は長焦点距離状態を表す。
各実施例に係る有限系ズームレンズＺＬ（ＺＬ１〜ＺＬ３）は、いずれも上述のように、物体側から順に並んだ、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、正の屈折力を持つ第５レンズ群Ｇ５とを有し、第１レンズ群Ｇ１と第５レンズ群Ｇ５はズーミングの際に像面に対して固定され、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３及び第４レンズ群Ｇ４はズーミングの際に光軸に沿って移動し、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間を通過する近軸光線が略平行光束となるような構成をとる。
表中の［全体諸元］において、ｆはレンズ全系のｅ線（波長547.07nm）における焦点距離、βはレンズ全系のｅ線における結像倍率、Ｆｎｏはｅ線におけるＦナンバー、Ｆｅはｅ線における実効Ｆナンバー、Ｙは像高を示す。
表中の［レンズデータ］において、面番号は光線の進行する方向に沿った物体側からの光学面の順序、Ｒは各光学面の曲率半径、Ｄは各光学面（又は物体面）から次の光学面（又は像面）までの光軸上の距離である面間隔（但し、Ｄ０は物体面から第１レンズ群Ｇ１の最も物体側の光学面までの距離、Ｄｉ（ｉは面番号に相当する）はズーミングによる第ｉ面と第（ｉ＋１）面との可変空気間隔、Ｂｆはバックフォーカス）を示す。また、ｎｄは硝材のｄ線（波長587.56nm）に対する屈折率、νｄは硝材のｄ線を基準とするアッベ数を示す。曲率半径Ｒの欄の「∞」は平面又は開口を示す。空気の屈折率「1.00000」は省略している
表中の［ズーミングにおける可変間隔データ］において、短焦点距離状態、中間状態、長焦点距離状態での、可変間隔の値を示す。
表中の［レンズ群データ］において、各レンズ群の最も物体側の面番号、各レンズ群の焦点距離、レンズ構成長（各レンズ群の最も物体側の光学面から最も像側の光学面までの光軸上での距離）を示す。
表中の［条件式］において、上記の条件式（１）〜（４）に対応する値を示す。
以下、全ての諸元値において、掲載されている焦点距離ｆ、曲率半径Ｒ、面間隔Ｄ、その他の長さは、特記のない場合、一般に「mm」が使われている。但し、光学系は、比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「mm」に限定されることなく、他の適当な単位を用いることが可能である。
ここまでの表の説明は全ての実施例において共通であり、以下での説明を省略する。
（第１実施例）
第１実施例について、図１〜図５、及び表１を用いて説明する。図１は、第１実施例に係る有限系ズームレンズＺＬ（ＺＬ１）の構成、及び短焦点距離状態（Ｗ）から長焦点距離状態（Ｔ）にかけての各レンズ群の移動の様子を示す断面図を示す。
第１実施例について、図１〜図５、及び表１を用いて説明する。図１は、第１実施例に係る有限系ズームレンズＺＬ（ＺＬ１）の構成、及び短焦点距離状態（Ｗ）から長焦点距離状態（Ｔ）にかけての各レンズ群の移動の様子を示す断面図を示す。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に並んだ、両凸レンズＬ１と両凹レンズＬ２との接合レンズからなる。
第２レンズ群Ｇ２は、両凹レンズＬ３からなる。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に並んだ、両凸レンズＬ４と物体側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズＬ５との接合レンズからなる。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に並んだ、両凸レンズＬ６と両凹レンズＬ７との接合レンズと、両凸レンズＬ８と両凹レンズＬ９との接合レンズと、開口絞りＳＰと、両凹レンズＬ１０と両凸レンズＬ１１との接合レンズと、両凹レンズＬ１２と両凸レンズＬ１３との接合レンズと、両凸レンズＬ１４と物体側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１５との接合レンズとからなる。
第５レンズ群Ｇ５は、物体側から順に並んだ、像側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１６と両凸レンズＬ１７との接合レンズからなる。
第５レンズ群Ｇ５の像側に、ガラスブロックＧＢを配置している。
図２は、第１実施例に係る有限系ズームレンズＺＬ１の短焦点距離状態（Ｗ）と、長焦点距離状態（Ｔ）における、各レンズ群のパワー配置と、像中心に結像する光線の光路を示す摸式図を示す。
図２に示すように、第１実施例に係る有限系ズームレンズＺＬ１は、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間を通過する近軸光線が略平行光束となるような構成をとることが分かる。
下記の表１に、第１実施例における各諸元の値を示す。表１における面番号１〜２９が、図１に示す曲率半径Ｒ１〜Ｒ２９の各光学面に対応している。
（表１）
［全体諸元］
ｆ＝ 67.7 〜 100.0
β＝ -0.286x 〜 -0.500x
Ｆｎｏ＝ 3.3 〜 2.8
Ｆｅ＝ 4.2 〜 4.2
Ｙ＝ 10.0
［レンズデータ］
面番号 Ｒ Ｄ ｎｄ νｄ
物体面 D0
１ 82.7142 7.1315 1.79500 45.3
２ -64.9902 2.4636 1.61266 44.5
３ 97.5230 D3(可変)
４ -64.3443 3.2416 1.51742 52.2
５ 126.7584 D5(可変)
６ 364.7998 6.4832 1.49782 82.6
７ -38.3721 1.9450 1.61266 44.5
８ -97.7439 D8(可変)
９ 48.6241 7.2612 1.85026 32.4
10 -87.5234 2.8526 1.62588 35.7
11 86.8802 5.7701
12 30.3090 5.7052 1.49782 82.6
13 -112.6343 4.2789 1.74950 35.3
14 22.4966 8.2337
15 ∞ 7.5205 (絞りSP)
16 -25.2604 4.4086 1.58144 41.0
17 81.0402 5.8349 1.49782 82.6
18 -41.0872 1.2318
19 -117.0775 1.7505 1.61266 44.5
20 104.7851 5.5756 1.85026 32.4
21 -72.9362 0.2593
22 350.0151 6.0294 1.59319 67.9
23 -28.0386 2.2691 1.53172 48.8
24 -78.3354 D24(可変)
25 199.9624 2.1395 1.56883 56.0
26 33.7127 6.4832 1.49782 82.6
27 -232.8179 4.7342
28 ∞ 6.4832 1.51680 63.9
29 ∞ Bf
像面 ∞
[ズーミングにおける可変間隔データ]
短焦点距離状態 中間状態 長焦点距離状態
ｆ 67.7 83.0 100.0
β -0.286 -0.364 -0.500
D0 159.4220 159.4220 159.4220
D3 9.5256 13.3410 12.9509
D5 64.9075 34.9384 7.2111
D8 0.6067 10.4339 11.1341
D24 0.2303 16.5568 43.9741
Bf 52.9665 52.9665 52.9665
[レンズ群データ]
群番号 群初面 群焦点距離 レンズ構成長
１ 1 155.8 9.5951
２ 4 -81.6 3.2416
３ 6 216.3 8.4282
４ 9 95.2 68.9814
５ 25 349.8 8.6227
［条件式］
βｗ２＝0.00006
βｔ２＝0.00006
ｆｔ ＝100.0
ｆ２ ＝-81.6
ｆ３４＝85.6
条件式（１）｜βｗ２／（１＋βｗ２2）｜＝0.00006
条件式（２）｜βｔ２／（１＋βｔ２2）｜＝0.00006
条件式（３）ｆ２／ｆｔ＝-0.816
条件式（４）ｆ３４／ｆｔ＝0.856
［全体諸元］
ｆ＝ 67.7 〜 100.0
β＝ -0.286x 〜 -0.500x
Ｆｎｏ＝ 3.3 〜 2.8
Ｆｅ＝ 4.2 〜 4.2
Ｙ＝ 10.0
［レンズデータ］
面番号 Ｒ Ｄ ｎｄ νｄ
物体面 D0
１ 82.7142 7.1315 1.79500 45.3
２ -64.9902 2.4636 1.61266 44.5
３ 97.5230 D3(可変)
４ -64.3443 3.2416 1.51742 52.2
５ 126.7584 D5(可変)
６ 364.7998 6.4832 1.49782 82.6
７ -38.3721 1.9450 1.61266 44.5
８ -97.7439 D8(可変)
９ 48.6241 7.2612 1.85026 32.4
10 -87.5234 2.8526 1.62588 35.7
11 86.8802 5.7701
12 30.3090 5.7052 1.49782 82.6
13 -112.6343 4.2789 1.74950 35.3
14 22.4966 8.2337
15 ∞ 7.5205 (絞りSP)
16 -25.2604 4.4086 1.58144 41.0
17 81.0402 5.8349 1.49782 82.6
18 -41.0872 1.2318
19 -117.0775 1.7505 1.61266 44.5
20 104.7851 5.5756 1.85026 32.4
21 -72.9362 0.2593
22 350.0151 6.0294 1.59319 67.9
23 -28.0386 2.2691 1.53172 48.8
24 -78.3354 D24(可変)
25 199.9624 2.1395 1.56883 56.0
26 33.7127 6.4832 1.49782 82.6
27 -232.8179 4.7342
28 ∞ 6.4832 1.51680 63.9
29 ∞ Bf
像面 ∞
[ズーミングにおける可変間隔データ]
短焦点距離状態 中間状態 長焦点距離状態
ｆ 67.7 83.0 100.0
β -0.286 -0.364 -0.500
D0 159.4220 159.4220 159.4220
D3 9.5256 13.3410 12.9509
D5 64.9075 34.9384 7.2111
D8 0.6067 10.4339 11.1341
D24 0.2303 16.5568 43.9741
Bf 52.9665 52.9665 52.9665
[レンズ群データ]
群番号 群初面 群焦点距離 レンズ構成長
１ 1 155.8 9.5951
２ 4 -81.6 3.2416
３ 6 216.3 8.4282
４ 9 95.2 68.9814
５ 25 349.8 8.6227
［条件式］
βｗ２＝0.00006
βｔ２＝0.00006
ｆｔ ＝100.0
ｆ２ ＝-81.6
ｆ３４＝85.6
条件式（１）｜βｗ２／（１＋βｗ２2）｜＝0.00006
条件式（２）｜βｔ２／（１＋βｔ２2）｜＝0.00006
条件式（３）ｆ２／ｆｔ＝-0.816
条件式（４）ｆ３４／ｆｔ＝0.856
表１から、第１実施例に係る有限系ズームレンズＺＬ１では、上記条件式（１）〜（４）を全て満たすことが分かる。
図３、図４、及び図５は、第１実施例に係る有限系ズームレンズＺＬ１の短焦点距離状態、中間状態、長焦点距離状態における諸収差図（具体的には、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図、及びコマ収差図）である。
各収差図において、Ｙは像高を示す。また、ｅはｅ線（波長547.07nm）、ＣはＣ線（波長656.27nm）、ＦはＦ線（波長486.13nm）に対する収差を示す。歪曲収差図において、実線はｅ線に対する歪曲（％）を示す。非点収差図において、点線はメリジオナル像面、実線はサジタル像面を示す。
以上の収差図の説明は、他の実施例においても同様とし、その説明を省略する。
各収差図から明らかなように、第１実施例に係る有限系ズームレンズＺＬ１は、短焦点距離状態から長焦点距離状態までのズーム範囲において、収差の変動が少なく、像全域で諸収差が良好に補正されていることが分かる。
（第２実施例）
第２実施例について、図６〜図１０及び表２を用いて説明する。図６は、第２実施例に係る有限系ズームレンズＺＬ（ＺＬ２）の構成、及び短焦点距離状態（Ｗ）から長焦点距離状態（Ｔ）にかけての各レンズ群の移動の様子を示す断面図を示す。
第２実施例について、図６〜図１０及び表２を用いて説明する。図６は、第２実施例に係る有限系ズームレンズＺＬ（ＺＬ２）の構成、及び短焦点距離状態（Ｗ）から長焦点距離状態（Ｔ）にかけての各レンズ群の移動の様子を示す断面図を示す。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に並んだ、両凸レンズＬ１と両凹レンズＬ２との接合レンズからなる。
第２レンズ群Ｇ２は、両凹レンズＬ３からなる。
第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ４からなる。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に並んだ、正メニスカスレンズＬ５と、両凸レンズＬ６と両凹レンズＬ７との接合レンズと、開口絞りＳＰと、両凹レンズＬ８と両凸レンズＬ９との接合レンズと、両凹レンズＬ１０と両凸レンズＬ１１との接合レンズと、両凸レンズＬ１２と物体側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１３との接合レンズとからなる。
第５レンズ群Ｇ５は、物体側から順に並んだ、像側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１４と両凸レンズＬ１５との接合レンズからなる。
第５レンズ群Ｇ５の像側に、ガラスブロックＧＢを配置している。
図７は、第２実施例に係る有限系ズームレンズＺＬ２の短焦点距離状態（Ｗ）と、長焦点距離状態（Ｔ）における、各レンズ群のパワー配置と、像中心に結像する光線の光路を示す摸式図を示す。
図７に示すように、第２実施例に係る有限系ズームレンズＺＬ２は、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間を通過する近軸光線が略平行光束となるような構成をとることが分かる。
下記の表２に、第２実施例における各諸元の値を示す。表２における面番号１〜２７が、図６に示す曲率半径Ｒ１〜Ｒ２７の各光学面に対応している。
（表２）
［全体諸元］
ｆ＝ 67.2 〜 100.0
β＝ -0.286x 〜 -0.500x
Ｆｎｏ＝ 3.3 〜 2.8
Ｆｅ＝ 4.2 〜 4.2
Ｙ＝ 10.0
［レンズデータ］
面番号 Ｒ Ｄ ｎｄ νｄ
物体面 D0
１ 68.0139 7.6176 1.78800 47.4
２ -68.0139 2.0404 1.61266 44.5
３ 76.5156 D3(可変)
４ -73.7858 3.0606 1.53172 48.8
５ 92.0171 D5(可変)
６ 360.5733 5.5091 1.49782 82.6
７ -131.2963 D7(可変)
８ 63.6038 5.5091 1.85026 32.4
９ 251.6515 11.9024
10 35.2584 7.1415 1.49782 82.6
11 -132.5071 4.6250 1.62588 35.7
12 23.0682 9.0459
13 ∞ 5.6452 (絞りSP)
14 -24.9336 4.6250 1.61266 44.5
15 96.9198 7.1415 1.49782 82.6
16 -36.0187 5.3051
17 -95.1795 1.8364 1.62588 35.7
18 101.7888 6.1213 1.85026 32.4
19 -71.4146 0.2040
20 396.1096 6.3253 1.59319 67.9
21 -32.1129 2.3805 1.53172 48.8
22 -79.9163 D22(可変)
23 140.9202 1.7684 1.61266 44.5
24 35.3672 6.8014 1.49782 82.6
25 -229.2803 4.9020
26 ∞ 6.8014 1.51680 63.9
27 ∞ Bf
像面 ∞
[ズーミングにおける可変間隔データ]
短焦点距離状態 中間状態 長焦点距離状態
ｆ 67.2 82.1 100.0
β -0.286 -0.364 -0.500
D0 156.4884 158.4884 156.4884
D3 6.8644 8.7315 9.5499
D5 55.1193 25.9383 3.4006
D7 0.9457 8.9159 1.0201
D22 0.2267 19.5704 49.1856
Bf 57.6028 57.6028 57.6028
[レンズ群データ]
群番号 群初面 群焦点距離 レンズ構成長
１ 1 151.6 9.6858
２ 4 -76.2 3.0606
３ 6 193.5 5.5091
４ 8 95.9 77.8082
５ 23 308.3 8.5698
［条件式］
βｗ２＝0.00053
βｔ２＝0.00053
ｆｔ ＝100.0
ｆ２ ＝-76.2
ｆ３４＝88.7
条件式（１）｜βｗ２／（１＋βｗ２2）｜＝0.00053
条件式（２）｜βｔ２／（１＋βｔ２2）｜＝0.00053
条件式（３）ｆ２／ｆｔ＝-0.762
条件式（４）ｆ３４／ｆｔ＝0.887
［全体諸元］
ｆ＝ 67.2 〜 100.0
β＝ -0.286x 〜 -0.500x
Ｆｎｏ＝ 3.3 〜 2.8
Ｆｅ＝ 4.2 〜 4.2
Ｙ＝ 10.0
［レンズデータ］
面番号 Ｒ Ｄ ｎｄ νｄ
物体面 D0
１ 68.0139 7.6176 1.78800 47.4
２ -68.0139 2.0404 1.61266 44.5
３ 76.5156 D3(可変)
４ -73.7858 3.0606 1.53172 48.8
５ 92.0171 D5(可変)
６ 360.5733 5.5091 1.49782 82.6
７ -131.2963 D7(可変)
８ 63.6038 5.5091 1.85026 32.4
９ 251.6515 11.9024
10 35.2584 7.1415 1.49782 82.6
11 -132.5071 4.6250 1.62588 35.7
12 23.0682 9.0459
13 ∞ 5.6452 (絞りSP)
14 -24.9336 4.6250 1.61266 44.5
15 96.9198 7.1415 1.49782 82.6
16 -36.0187 5.3051
17 -95.1795 1.8364 1.62588 35.7
18 101.7888 6.1213 1.85026 32.4
19 -71.4146 0.2040
20 396.1096 6.3253 1.59319 67.9
21 -32.1129 2.3805 1.53172 48.8
22 -79.9163 D22(可変)
23 140.9202 1.7684 1.61266 44.5
24 35.3672 6.8014 1.49782 82.6
25 -229.2803 4.9020
26 ∞ 6.8014 1.51680 63.9
27 ∞ Bf
像面 ∞
[ズーミングにおける可変間隔データ]
短焦点距離状態 中間状態 長焦点距離状態
ｆ 67.2 82.1 100.0
β -0.286 -0.364 -0.500
D0 156.4884 158.4884 156.4884
D3 6.8644 8.7315 9.5499
D5 55.1193 25.9383 3.4006
D7 0.9457 8.9159 1.0201
D22 0.2267 19.5704 49.1856
Bf 57.6028 57.6028 57.6028
[レンズ群データ]
群番号 群初面 群焦点距離 レンズ構成長
１ 1 151.6 9.6858
２ 4 -76.2 3.0606
３ 6 193.5 5.5091
４ 8 95.9 77.8082
５ 23 308.3 8.5698
［条件式］
βｗ２＝0.00053
βｔ２＝0.00053
ｆｔ ＝100.0
ｆ２ ＝-76.2
ｆ３４＝88.7
条件式（１）｜βｗ２／（１＋βｗ２2）｜＝0.00053
条件式（２）｜βｔ２／（１＋βｔ２2）｜＝0.00053
条件式（３）ｆ２／ｆｔ＝-0.762
条件式（４）ｆ３４／ｆｔ＝0.887
表２から、第２実施例に係る有限系ズームレンズＺＬ２では、上記条件式（１）〜（４）を全て満たすことが分かる。
図８、図９、及び図１０は、第２実施例に係る有限系ズームレンズＺＬ２の短焦点距離状態、中間状態、長焦点距離状態における諸収差図（具体的には、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図、及びコマ収差図）である。
各収差図から明らかなように、第２実施例に係る有限系ズームレンズＺＬ２は、短焦点距離状態から長焦点距離状態までのズーム範囲において、収差の変動が少なく、像全域で諸収差が良好に補正されていることが分かる。
（第３実施例）
第３実施例について、図１１〜図１５、及び表３を用いて説明する。図１１は、第３実施例に係る有限系ズームレンズＺＬ（ＺＬ３）の構成、及び短焦点距離状態（Ｗ）から長焦点距離状態（Ｔ）にかけての各レンズ群の移動の様子を示す断面図を示す。
第３実施例について、図１１〜図１５、及び表３を用いて説明する。図１１は、第３実施例に係る有限系ズームレンズＺＬ（ＺＬ３）の構成、及び短焦点距離状態（Ｗ）から長焦点距離状態（Ｔ）にかけての各レンズ群の移動の様子を示す断面図を示す。
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に並んだ、両凸レンズＬ１と両凹レンズＬ２との接合レンズからなる。
第２レンズ群Ｇ２は、両凹レンズＬ３からなる。
第３レンズ群Ｇ３は、物体側から順に並んだ、両凸レンズＬ４と物体側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズＬ５との接合レンズからなる。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側から順に並んだ、両凸レンズＬ６と、両凸レンズＬ７と両凹レンズＬ８との接合レンズと、開口絞りＳＰと、両凹レンズＬ９と両凸レンズＬ１０と
の接合レンズと、両凸レンズＬ１１と、像側に強い凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２と物体側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１３との接合レンズとからなる。
の接合レンズと、両凸レンズＬ１１と、像側に強い凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１２と物体側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１３との接合レンズとからなる。
第５レンズ群Ｇ５は、物体側から順に並んだ、像側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１４と両凸レンズＬ１５との接合レンズからなる。
第５レンズ群Ｇ５の像側に、ガラスブロックＧＢを配置している。
図１２は、第３実施例に係る有限系ズームレンズＺＬ３の短焦点距離状態（Ｗ）と、長焦点距離状態（Ｔ）における、各レンズ群のパワー配置と、像中心に結像する光線の光路を示す摸式図を示す。
図１２に示すように、第３実施例に係る有限系ズームレンズＺＬ３は、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２の間を通過する近軸光線が略平行光束となるような構成をとることが分かる。
下記の表３に、第３実施例における各諸元の値を示す。表３における面番号１〜２７が、図１１に示す曲率半径Ｒ１〜Ｒ２７の各光学面に対応している。
（表３）
［全体諸元］
ｆ＝ 67.1 〜 100.0
β＝ -0.286x 〜 -0.500x
Ｆｎｏ＝ 3.3 〜 2.8
Ｆｅ＝ 4.2 〜 4.2
Ｙ＝ 10.0
［レンズデータ］
面番号 Ｒ Ｄ ｎｄ νｄ
物体面 D0
１ 72.7874 7.0785 1.77250 49.6
２ -64.3495 2.2522 1.61266 44.5
３ 89.2239 D3(可変)
４ -64.1208 3.0888 1.51742 52.2
５ 90.6712 D5(可変)
６ 366.9157 6.6280 1.49782 82.6
７ -44.5296 1.9305 1.51680 63.9
８ -171.4917 D8(可変)
９ 70.6053 6.4350 1.85026 32.4
10 -5972.3039 10.2959
11 32.6972 6.9498 1.49782 82.6
12 -175.8679 4.4401 1.62588 35.7
13 22.3996 9.0089
14 ∞ 8.2367 (絞りSP)
15 -25.8889 4.4401 1.62588 35.7
16 85.2631 6.9498 1.49782 82.6
17 -40.5402 4.1827
18 577.1269 6.3063 1.85026 32.4
19 -53.2067 0.3861
20 -212.0474 5.9845 1.59319 67.9
21 -25.7398 2.2522 1.56883 56.0
22 -139.9602 D22(可変)
23 152.5804 2.2522 1.61266 44.5
24 33.4618 6.4350 1.49782 82.6
25 -470.7987 4.4951
26 ∞ 6.4350 1.51680 63.9
27 ∞ Bf
像面 ∞
[ズーミングにおける可変間隔データ]
ｆ 67.1 82.6 100.0
β -0.286 -0.364 -0.500
D0 156.3436 156.3436 156.3436
D3 10.4857 14.3778 15.9651
D5 64.5098 32.6807 7.9823
D7 0.5644 11.3324 7.3997
D22 0.2150 17.3839 44.4277
Bf 53.8699 53.8699 53.8699
[レンズ群データ]
群番号 群初面 群焦点距離 レンズ構成長
１ 1 151.6 9.6858
２ 4 -76.2 3.0606
３ 6 193.5 5.5091
４ 9 95.9 77.8082
５ 23 308.3 8.5698
［条件式］
βｗ２＝0.00037
βｔ２＝0.00037
ｆｔ ＝100.0
ｆ２ ＝-71.8
ｆ３４＝85.2
条件式（１）｜βｗ２／（１＋βｗ２2）｜＝0.00037
条件式（２）｜βｔ２／（１＋βｔ２2）｜＝0.00037
条件式（３）ｆ２／ｆｔ＝-0.718
条件式（４）ｆ３４／ｆｔ＝0.852
［全体諸元］
ｆ＝ 67.1 〜 100.0
β＝ -0.286x 〜 -0.500x
Ｆｎｏ＝ 3.3 〜 2.8
Ｆｅ＝ 4.2 〜 4.2
Ｙ＝ 10.0
［レンズデータ］
面番号 Ｒ Ｄ ｎｄ νｄ
物体面 D0
１ 72.7874 7.0785 1.77250 49.6
２ -64.3495 2.2522 1.61266 44.5
３ 89.2239 D3(可変)
４ -64.1208 3.0888 1.51742 52.2
５ 90.6712 D5(可変)
６ 366.9157 6.6280 1.49782 82.6
７ -44.5296 1.9305 1.51680 63.9
８ -171.4917 D8(可変)
９ 70.6053 6.4350 1.85026 32.4
10 -5972.3039 10.2959
11 32.6972 6.9498 1.49782 82.6
12 -175.8679 4.4401 1.62588 35.7
13 22.3996 9.0089
14 ∞ 8.2367 (絞りSP)
15 -25.8889 4.4401 1.62588 35.7
16 85.2631 6.9498 1.49782 82.6
17 -40.5402 4.1827
18 577.1269 6.3063 1.85026 32.4
19 -53.2067 0.3861
20 -212.0474 5.9845 1.59319 67.9
21 -25.7398 2.2522 1.56883 56.0
22 -139.9602 D22(可変)
23 152.5804 2.2522 1.61266 44.5
24 33.4618 6.4350 1.49782 82.6
25 -470.7987 4.4951
26 ∞ 6.4350 1.51680 63.9
27 ∞ Bf
像面 ∞
[ズーミングにおける可変間隔データ]
ｆ 67.1 82.6 100.0
β -0.286 -0.364 -0.500
D0 156.3436 156.3436 156.3436
D3 10.4857 14.3778 15.9651
D5 64.5098 32.6807 7.9823
D7 0.5644 11.3324 7.3997
D22 0.2150 17.3839 44.4277
Bf 53.8699 53.8699 53.8699
[レンズ群データ]
群番号 群初面 群焦点距離 レンズ構成長
１ 1 151.6 9.6858
２ 4 -76.2 3.0606
３ 6 193.5 5.5091
４ 9 95.9 77.8082
５ 23 308.3 8.5698
［条件式］
βｗ２＝0.00037
βｔ２＝0.00037
ｆｔ ＝100.0
ｆ２ ＝-71.8
ｆ３４＝85.2
条件式（１）｜βｗ２／（１＋βｗ２2）｜＝0.00037
条件式（２）｜βｔ２／（１＋βｔ２2）｜＝0.00037
条件式（３）ｆ２／ｆｔ＝-0.718
条件式（４）ｆ３４／ｆｔ＝0.852
表３から、第３実施例に係る有限系ズームレンズＺＬ３では、上記条件式（１）〜（４）を全て満たすことが分かる。
図１３、図１４、及び図１５は、第３実施例に係る有限系ズームレンズＺＬ３の短焦点距離状態、中間状態、長焦点距離状態における諸収差図（具体的には、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図、及びコマ収差図）である。
各収差図から明らかなように、第３実施例に係る有限系ズームレンズＺＬ３は、短焦点距離状態から長焦点距離状態までのズーム範囲において、収差の変動が少なく、像全域で諸収差が良好に補正されていることが分かる。
ここまで本発明を分かりやすくするために実施形態の構成要件を付して説明したが、本
発明がこれに限定されるものではないことは言うまでもない。
発明がこれに限定されるものではないことは言うまでもない。
例えば、本実施形態では、縮小光学系として実施例を記載しているが、光の可逆性により光学系を逆向きに捉え、拡大光学系として用いることも可能である。
また、本実施形態に係る有限系ズームレンズは、５つのレンズ群Ｇ１〜Ｇ５から構成されているが、各レンズ群の間に他のレンズ群を付加したり、あるいはレンズ系の像側または物体側に隣接させて他のレンズ群を付加したりすることも可能である。
以上のような本発明によれば、ズーム範囲内で、球面収差、コマ収差などの諸収差や、軸上色収差が良好に補正され、さらにズーミングに伴う収差変動が小さく、像の中心から周辺にわたり高い光学性能を有した、比較的明るい有限系ズームレンズ、及びこの有限系ズームレンズを備える光学機器を提供することができる。
ＺＬ（ＺＬ１〜ＺＬ３） 有限系ズームレンズ
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｇ５ 第５レンズ群
ＳＰ 開口絞り
ＧＢ ガラスブロック
ＯＢＪ 物体面
ＩＭＧ 像面
Ｌｉ 物体側からｉ番目のレンズ
１０１ 外観検査装置（光学機器）
１０２ 検査対象物
１１１ 撮像素子
１１２ 有限系ズームレンズ
１１３ 画像処理装置
１１４ モニター
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｇ５ 第５レンズ群
ＳＰ 開口絞り
ＧＢ ガラスブロック
ＯＢＪ 物体面
ＩＭＧ 像面
Ｌｉ 物体側からｉ番目のレンズ
１０１ 外観検査装置（光学機器）
１０２ 検査対象物
１１１ 撮像素子
１１２ 有限系ズームレンズ
１１３ 画像処理装置
１１４ モニター
Claims (7)
- 光軸に沿って物体側から順に、正の屈折力を持つ第１レンズ群と、負の屈折力を持つ第２レンズ群と、正の屈折力を持つ第３レンズ群と、正の屈折力を持つ第４レンズ群と、正の屈折力を持つ第５レンズ群とからなり、
短焦点距離状態から長焦点距離状態へのズーミングの際に、隣り合うレンズ群の間隔が変化するように、前記第１レンズ群及び前記第５レンズ群が像面位置に対して固定され、前記第２レンズ群が光軸に沿って物体側から像側へ移動し、前記第３レンズ群及び前記第４レンズ群が光軸に沿って像側から物体側へ移動し、
以下の条件式を満足することを特徴とする有限系ズームレンズ。
｜βｗ２／（１＋βｗ２2）｜ ＜０．００５
｜βｔ２／（１＋βｔ２2）｜ ＜０．００５
但し、
βｗ２：短焦点距離状態での、前記第２レンズ群のｅ線における横倍率、
βｔ２：長焦点距離状態での、前記第２レンズ群のｅ線における横倍率。 - フォーカシングの際に、前記第１レンズ群、または前記第２〜第５レンズ群が一体となって、光軸に沿って移動することを特徴とする請求項１に記載の有限系ズームレンズ。
- 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の有限系ズームレンズ。
−１．２＜ ｆ２／ｆｔ ＜−０．４
但し、
ｆ２：前記第２レンズ群のｅ線における焦点距離、
ｆｔ：長焦点距離状態での、レンズ全系のｅ線における焦点距離。 - 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の有限系ズームレンズ。
０．４＜ ｆ３４／ｆｔ ＜１．７
但し、
ｆ３４：長焦点距離状態での、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群のｅ線における合成焦点距離、
ｆｔ：長焦点距離状態での、レンズ全系のｅ線における焦点距離。 - 前記第１レンズ群の最も物体側に配置されるレンズは、物体面に対して凸面を向けた正レンズであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の有限系ズームレンズ。
- 前記第４レンズ群がダブルガウス型のレンズ構成とされ、前記ダブルガウス型の略中心位置であって、互いに凹面を向けて隣り合うレンズ同士の間に、開口絞りが配置され、
前記開口絞りは、ズーミングの際に前記第４レンズ群と一体となって光軸上を移動することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の有限系ズームレンズ。 - 請求項１〜６のいずれか一項に記載の有限系ズームレンズを備えることを特徴とする光学機器。
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