(57)【要約】【課題】撮像倍率を変化させても物像間距離が一定で、Ｆナンバーの変動が少ない撮像光学系、及びそれを用いた光学装置を提供する。【解決手段】物体側から順に、正の第１群Ｇ１、負の第２群Ｇ２、正の第３群Ｇ３、正の第４群Ｇ４、第３群Ｇ３，Ｇ４の間に配置された開口絞りＳを備え、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の間隔、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の間隔を変化させて変倍する変倍光学系Ｚを少なくとも有する撮像光学系であって、物像間距離を一定に保ちながら変倍し、かつ、少なくとも１つの変倍状態で次の条件式を満足する。｜Ｅｎ｜／Ｌ  ＞  ０．４｜Ｅｘ｜／｜Ｌ／β｜  ＞  ０．４但し、Ｅｎは変倍光学系Ｚの物体側第１レンズ面から撮像光学系の入射瞳までの距離、Ｌは撮像光学系の物像間距離、Ｅｘは変倍光学系Ｚの像側最終レンズ面から撮像光学系の射出瞳までの距離、βは撮像光学系全系の倍率である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群と、前記第３レンズ群と第４レンズ群との間に配置された開口絞りとを備え、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔、並びに前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔を変化させて結像倍率を変更する変倍光学系を少なくとも有する撮像光学系であって、
前記撮像光学系の物像間距離を一定に保ちながら前記結像倍率を変更し、かつ、前記結像倍率を変更したときに少なくとも１つの変倍状態において次の条件式を満足することを特徴とする撮像光学系。
｜Ｅｎ｜／Ｌ  ＞  ０．４
｜Ｅｘ｜／｜Ｌ／β｜  ＞  ０．４
但し、Ｅｎは前記変倍光学系の物体側第１レンズ面から前記撮像光学系の入射瞳までの距離、Ｌは前記撮像光学系の物像間距離、Ｅｘは前記変倍光学系の像側最終レンズ面から前記撮像光学系の射出瞳までの距離、βは前記撮像光学系全系の倍率である。
【請求項２】
次の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像光学系。
１．０  ＜  ＭＡＸＦＮＯ  ＜  ８．０
｜ΔＦＮＯ／Δβ｜  ＜  ５
但し、ＭＡＸＦＮＯは前記撮像光学系の結像倍率の変更において最も明るい物体側Ｆナンバー、ΔＦＮＯは前記撮像光学系全系の最小倍率での物体側Ｆナンバーと前記撮像光学系全系の最大倍率での物体側Ｆナンバーとの差、Δβは前記撮像光学系全系の最小倍率と前記撮像光学系全系の最大倍率との差である。
【請求項３】
前記第２レンズ群の最も物体側のレンズが負のメニスカスレンズで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像光学系。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の撮像光学系を用いた光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、目的に応じて結像倍率を変更できる変倍レンズ、および、フィルムに記録された画像等を該フィルムに最適な倍率で撮影できる光学系、およびその光学系を用いた画像変換装置などの光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、両側テレセントリックで、かつ、撮像倍率を変更する撮像光学系は、例えば、次の特許文献１等で提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２７３１４８１号公報
【０００４】
特許文献１に記載の光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズからなり、両側テレセントリックで、かつ、物像間距離を一定に保ちながら撮像倍率を変更する光学系として構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の光学系は、例えば、撮像倍率が０．２５倍のときの像側のＦナンバーが８．７４１、撮像倍率が１．００倍のときの像側のＦナンバーが１４．２８６というように、撮像倍率によってＦナンバーが大きく変動してしまう。そのため、撮像倍率を変化させると、それに伴いカメラの明るさ調整を行わなければならないという問題が生じる。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、撮像倍率を変化させても物像間距離が一定で、Ｆナンバーの変動が少ない撮像光学系、及びそれを用いた光学装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による撮像光学系は、物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群と、前記第３レンズ群と第４レンズ群との間に配置された開口絞りとを備え、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔、前記第２レンズ群と前記第３レンズ群との間隔、並びに前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間隔を変化させて結像倍率を変更する変倍光学系を少なくとも有する撮像光学系であって、前記撮像光学系の物像間距離を一定に保ちながら前記結像倍率を変更し、かつ、前記結像倍率を変更したときに少なくとも１つの変倍状態において次の条件式（１），（２）を満足することを特徴としている。
｜Ｅｎ｜／Ｌ  ＞  ０．４                                …（１）
｜Ｅｘ｜／｜Ｌ／β｜  ＞  ０．４                        …（２）
但し、Ｅｎは前記変倍光学系の物体側第１レンズ面から前記撮像光学系の入射瞳までの距離、Ｌは前記撮像光学系の物像間距離、Ｅｘは前記変倍光学系の像側最終レンズ面から前記撮像光学系の射出瞳までの距離、βは前記撮像光学系全系の倍率である。
【０００８】
また、本発明の撮像光学系は、次の条件式（３），（４）を満足することを特徴としている。
１．０  ＜  ＭＡＸＦＮＯ  ＜  ８．０                    …（３）
｜ΔＦＮＯ／Δβ｜  ＜  ５                              …（４）
但し、ＭＡＸＦＮＯは前記撮像光学系の結像倍率の変更において最も明るい物体側Ｆナンバー、ΔＦＮＯは前記撮像光学系全系の最小倍率での物体側Ｆナンバーと前記撮像光学系全系の最大倍率での物体側Ｆナンバーとの差、Δβは前記撮像光学系全系の最小倍率と前記撮像光学系全系の最大倍率との差である。
【０００９】
また、本発明の撮像光学系は、前記第２レンズ群の最も物体側のレンズが負のメニスカスレンズで構成されていることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の光学装置は、本発明の撮像光学系を用いたことを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
上述のように本発明の撮像光学系では、変倍光学系は正、負、正、正の４群で構成されている。そして、絞りよりも前方（物体側）にある物体側のレンズ群は、正の屈折力を有する第１レンズ群と負の屈折力を有する第２レンズ群と正の屈折力を有する第３レンズ群とで構成され、これら全体で正の屈折力を有するレンズ系となっている。また、絞りよりも後方（像側）にある第４レンズ群を正のパワーを有するレンズ系として構成している。また、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群との間に開口絞りを配置している。
また、本発明の撮像光学系は、物像間距離を一定に保ちながら前記結像倍率を変更するように構成されている。すなわち、本発明の撮像光学系は、共役長が固定されている光学系である。
また、本発明の撮像光学系は、前記結像倍率を変更したときに少なくとも１つの変倍状態において次の条件式（１），（２）を満足し、両側がテレセントリックに構成されている。
｜Ｅｎ｜／Ｌ  ＞  ０．４                                …（１）
｜Ｅｘ｜／｜Ｌ／β｜  ＞  ０．４                        …（２）
但し、Ｅｎは前記変倍光学系の物体側第１レンズ面から前記撮像光学系の入射瞳までの距離、Ｌは前記撮像光学系の物像間距離、Ｅｘは前記変倍光学系の像側最終レンズ面から前記撮像光学系の射出瞳までの距離、βは前記撮像光学系全系の倍率である。
【００１２】
本発明の撮像光学系は、絞りよりも物体側にある第１〜第３レンズ群（全体で正の屈折率を有する）からなるレンズ系の焦点位置に、絞りを配置した構成となっている。この構成により、絞りの像である入射瞳を無限遠方に投影している。その結果、本発明の撮像光学系は、物体側テレセントリック光学系になっている。
また、絞りよりも像側にある第４レンズ群（正の屈折率を有する）からなるレンズ系の焦点位置に、絞りを配置した構成となっている。この構成により、絞りの像である射出瞳を無限遠方に投影している。この結果、本発明の投影光学系は、像側テレセントリック光学系になっている。
【００１３】
このように構成された本発明の撮像光学系では、負の屈折力を有する第２レンズ群及び正の屈折力を有する第３レンズ群の両群に、マルチバリエータの役割を持たせている。これにより、絞りよりも物体側にある第１〜第３レンズ群の合成焦点距離を、変化させることが可能となる。
また、本発明の撮像光学系では、絞りを第３レンズ群と正の屈折力を有する第４レンズ群との間に配置する構成としている。また、絞りよりも像側の第３レンズ群には変倍機能を持たせていない。そして、撮影倍率が変化した場合においても、絞り位置の移動を極力抑制してほぼ固定されるようにしている。このよう、絞り野位置を常に第４レンズ群の焦点位置近傍に配置した構成とすることで、射出側のテレセントリック特性と結像Ｆナンバーを維持したまま撮影倍率を変更することができる。
【００１４】
しかし、撮影倍率変更時にＦナンバーを一定に保ちながら、物体側テレセントリック特性を維持し、共役長を固定するためには、次の条件を満足する必要がある。
第１には、変倍時においても、絞りよりも物体側にある第１〜第３レンズ群の合成焦点位置に絞り位置を配置する必要がある。
第２には、変倍時においても、物体面から絞り面までの距離をほぼ一定に保つ必要がある。
【００１５】
また、従来例のような正、負、正の屈折力を持つレンズ群において、負の屈折力を持つレンズ群を負、負に分割して正、負、負、正にしたとする。この場合、屈折力のバランスがくずれるため、倍率色収差やディストーションが大きくなってしまう。
しかるに、本発明のように前記正、負、正の屈折力を持つレンズ群を負、正の屈折力を持つ２つのレンズ群に分割して正、負、正、正の４群構成にすれば、収差の発生量を少なくすることができる。
【００１６】
また、両側テレセントリック光学系では、倍率が変化した際にも、絞り位置における軸外光線は光軸に対してほぼ平行になっている。また、絞りよりも像側のレンズ群は第４レンズ群のみであり、この第４レンズ群は移動しないから焦点距離が一定になる。従って、倍率が変動したときの像側Ｆナンバーの変動が少ないため、倍率を変えてもカメラの明るさを調整する必要がなくて済む。
【００１７】
また、本発明の撮像光学系のように、物体側をテレセントリックに構成すれば、次のような利点がある。
例えば、テレシネ装置（映画用スキャナー）で説明する。テレシネ装置は、映画用フィルムをデジタライズする装置である。このテレシネ装置は、照明光学系でフィルムを照明し、撮像光学系を経由し、ＣＣＤ等の固体撮像素子で撮像する構成となっている。
しかるに、このテレシネ装置の撮像光学系において、本発明の撮像光学系のように物体側テレセントリックに構成すれば、照明系と撮像系との瞳のマッチングがとりやすく、光量ロスが少ない。また、フィルムの平坦性の乱れによって生じる、像面上の倍率変化を小さくすることができる。
【００１８】
また、本発明の撮像光学系のように、像側をテレセントリックに構成すれば、次のような利点がある。
例えば、ＲＧＢ等の色毎に撮像素子を用いた、いわゆる多板式カメラで説明する。この多版式カメラでは、一般に色分解プリズムが用いられている。このプリズムは、接合面に、光を波長によって分割する分離干渉膜、すなわちダイクロイック膜を設けた構成となっている。仮に、射出瞳が像面に近い位置にあれば、主光線が干渉膜に入射するときの入射角が画面の像点位置に応じて変化する。その結果、膜圧の光路長が変化して色分離特性が画角ごとに変化して色再現性が異なり、つまり、色シェーディングが起きてしまう。
しかるに、上記多板式カメラの撮像光学系において、本発明の撮像光学系のように像側テレセントリックに構成すれば、色シェーディングを抑制することができる。
【００１９】
また、例えば、前記色分解プリズムの像側にＣＣＤ等の固体撮像素子を配置するものとする。仮に、射出瞳が像面に近い位置にあれば、主光線が画素に対し斜めに入射する。そのため、主に軸外の入射光がＣＣＤ等の構造物に遮られて光量が減少したり、本来の受光部に入るべき光でないものが入射する。その結果、本来の情報以外の信号を出力する状態、つまり、シェーディングが起きる。
しかるに、本発明の撮像光学系のように、像側テレセントリックに構成すれば、シェーディングを抑制することができる。
【００２０】
本発明の撮像光学系は、両側テレセントリックな光学系に構成している。そのため、絞りよりも物体側のレンズ群の焦点距離と、絞りよりも像側のレンズ群の焦点距離との比でほぼ撮像倍率を決定することができる。
また、絞りよりも物体側にある各レンズ群の群間隔を変え、絞りよりも物体側レンズ群の焦点距離を変化させている。このようにすることで、撮像倍率を変更することができる。
【００２１】
また、本発明の撮像光学系では、第１レンズ群が正の屈折力を有し、絞りの像である入射瞳を無限遠に投影している。このようにすると、第１レンズに対して物体側の主光線を光軸に対して平行に屈折させることで、物体側テレセントリック光学系が実現できる。
【００２２】
また、本発明の撮像光学系では、第２レンズ群が負の屈折力を有し、第３レンズ群が正の屈折力を有している。そして、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔を変えて第２レンズ群及び第３レンズ群の合成焦点距離を変えている。即ち、第２レンズ群と第３レンズ群が、マルチバリエータとして機能するように構成している。このようにすると、第２レンズ群と第３レンズ群を動かすことにより、物体の大きさに合わせて最適な倍率に調整することができる。
【００２３】
また、本発明の撮像光学系では、第４レンズ群に正の屈折力を持たせ、絞りの像である射出瞳を無限遠に投影するように構成している。このようにすると、第４レンズ群に対し像側の主光線を光軸に対して平行にさせることで、物体側テレセントリック光学系が実現できる。
【００２４】
また、本発明の上記変倍機能を備えた撮像光学系を用いて光学装置を構成すると、次のような利点がある。
例えば、前述のテレシネ装置で説明する。テレシネ装置は、フィルム撮像装置にビデオカメラを付けた装置であり、フィルムの画像をビデオ信号に変換してデジタル化するように構成されている。
一方、映画用フィルムには複数の規格があり、規格ごとにフィルムの映像部の大きさが異なっている。例えば、３５ｍｍ標準フィルムは縦１６ｍｍ横２１．９５ｍｍ、ヨーロピアンワイドフィルムは縦１１．９ｍｍ横２１．９５ｍｍというように、縦横のアスペクト比がフィルム規格によって異なる。ＣＣＤの撮像面の寸法は、例えば、２／３型ＣＣＤ固体撮像素子の場合、縦５．４ｍｍ横９．６ｍｍである。高精細高画素で画像を撮影するためには、ＣＣＤ撮像領域いっぱいに画像情報を取得するのが好ましい。そのためには、フィルムの規格に合わせて撮像倍率を変更することが必要となる。
しかるに、本発明の撮像光学系を用いて光学装置を構成すると、例えばテレシネ装置では、様々な規格のフィルムをデジタライズすることができる。その際、撮像倍率を変化させても共役長が変化せず、かつ、像側Ｆナンバーの変動が少なく変倍することができる。
【００２５】
また、例えば、多板式カメラを本発明の撮像光学系を用いて構成すると、色分解プリズムによる色シェーディング、ＣＣＤカメラのシェーディングを抑制することができる。また、フィルムに規格等、物体の大きさに合わせて、カメラを動かさずに撮影倍率を変更することができる上、倍率を変えても明るさを調整する必要がなくて済む。
【００２６】
なお、本発明の撮像光学系において、さらなる両側テレセントリック性を得るには、前記結像倍率を変更したときに少なくとも１つの変倍状態において上記条件式（１），（２）に代えて、次の条件式（１’），（２’）を満足するとよい。
｜Ｅｎ｜／Ｌ  ＞  ０．８                                …（１’）
｜Ｅｘ｜／｜Ｌ／Ｂ｜  ＞  ０．８                        …（２’）
但し、Ｅｎは前記変倍光学系の物体側第１レンズ面から前記撮像光学系の入射瞳までの距離、Ｌは前記撮像光学系の物像間距離、Ｅｘは前記変倍光学系の像側最終レンズ面から前記撮像光学系の射出瞳までの距離、βは前記撮像光学系全系の倍率である。
【００２７】
さらには、次の条件式（１”），（２”）を満足すると、より一層好ましい。
｜Ｅｎ｜／Ｌ  ＞  １．６                                …（１’）
｜Ｅｘ｜／｜Ｌ／Ｂ｜  ＞  １．６                        …（２’）
但し、Ｅｎは前記変倍光学系の物体側第１レンズ面から前記撮像光学系の入射瞳までの距離、Ｌは前記撮像光学系の物像間距離、Ｅｘは前記変倍光学系の像側最終レンズ面から前記撮像光学系の射出瞳までの距離、βは前記撮像光学系全系の倍率である。
【００２８】
また、本発明の撮像光学系においては、条件式（３），（４）でＦナンバーの条件を規定している。
１．０  ＜  ＭＡＸＦＮＯ  ＜  ８．０                  …（３）
｜ΔＦＮＯ／Δβ｜  ＜  ５                              …（４）
但し、ＭＡＸＦＮＯは前記撮像光学系の結像倍率の変更において最も明るい物体側Ｆナンバー、ΔＦＮＯは前記撮像光学系全系の最小倍率での物体側Ｆナンバーと前記撮像光学系全系の最大倍率での物体側Ｆナンバーとの差、Δβは前記撮像光学系全系の最小倍率と前記撮像光学系全系の最大倍率との差である。
【００２９】
Ｆナンバーが明るすぎると、収差補正のためにレンズ枚数を増やす必要があり、そのために光学系全長が長くなってしまうという問題がある。一方、Ｆナンバーが暗すぎると、光量不足のため、動画撮影に適さない。
しかるに、上記条件式（３）を満足すれば、Ｆナンバーが明るすぎすことも暗すぎることもない。よって、上記のような光学系全長が長くなっったり、動画撮影に適さないなどといった問題を解消できる。
また、｜ΔＦＮＯ／Δβ｜が大きすぎると、変倍時に像側Ｆナンバーの変動が大きい。そのため、カメラの明るさ調整を行わなければならなくなってしまう。しかるに、上記条件式（４）を満足すれば、上記のようなカメラの明るさ調整を行なわずに済む。
【００３０】
なお、好ましくは、次の条件式（３’），（４’）を満足するとよい。
２．０  ＜  ＭＡＸＦＮＯ  ＜  ５．６                  …（３’）
｜ΔＦＮＯ／Δβ｜  ＜  ３                              …（４’）
さらには、次の条件式（３”），（４”）を満足するとより一層好ましい。
３．０  ＜  ＭＡＸＦＮＯ  ＜  ４．０                  …（３”）
｜ΔＦＮＯ／Δβ｜  ＜  １                              …（４”）
【００３１】
また、本発明の撮像光学系においては、第２レンズ群の最も物体側のレンズが負のメニスカスレンズで構成されている。
第２レンズ群に対して光線の多くは収束して入射する。このため、第２レンズ群の最も物体側のレンズを、物体側に負の屈折力を持つメニスカスレンズで構成すると、それぞれの光束に対して、最小偏角に近い構成をとることになるため収差の発生を防止できる。
【００３２】
また、本発明の撮像光学系においては、第２レンズ群を、最も物体側から順に、負、正のレンズで構成するのが好ましい。
第２レンズ群は全体で負の屈折力を持つレンズ群であるため、負、正のレンズで構成すると、軸外色収差の補正ができる。
【００３３】
また、本発明の撮像光学系においては、第２レンズ群を、最も物体側から順に、負、正、負のレンズで構成してもよい。
第２レンズ群は全体で負の屈折力を持つレンズ群であるため、負、正、負のレンズで構成すると、倍率色収差の補正ができる。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
第１実施例
図１は本発明による撮像光学系の第１実施例にかかる光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は０．３倍、（ｂ）は０．４倍、（ｃ）は０．５倍における状態を示している。図２は第１実施例にかかる撮像光学系の撮像倍率が０．４倍での無限遠物点合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
第１実施例の撮像光学系は、変倍光学系Ｚを有して構成されている。図中、Ｐはプリズム、ＣＧはカバーガラス、Ｉは撮像面である。
変倍光学系Ｚは、物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、開口絞りＳと、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを備えている。
【００３５】
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１１と、両凸レンズＬ１２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１４とで構成されている。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２２と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２３と、両凹レンズＬ２４と、両凸レンズＬ２５とで構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ３１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３３と、両凹レンズＬ３４とで構成されている。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４１と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４２と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４３と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４４と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４５と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４６とで構成されている。
【００３６】
無限遠物点合焦時において０．３倍から０．５倍へと変倍する際には、第１レンズ群Ｇ１は像側へ移動し、第２レンズ群Ｇ２は第１レンズ群Ｇ１との間隔が広がるように像側へ移動し、第３レンズ群Ｇ３は絞りＳとともに物体側へ移動し、第４レンズ群Ｇ４は第３レンズ群Ｇ３との間隔を途中までほぼ同じに保ち途中からわずかに狭まるように物体側へ移動する。
また、変倍時における物像間距離は一定に保たれている。
【００３７】
次に、第１実施例の撮像光学系を構成する光学部材の数値データを示す。数値データ中、ｒ０、ｒ１、ｒ２…は物体側から順に示した各光学部材の面の曲率半径、ｄ０、ｄ１、ｄ２…は物体側から順に示した各光学部材の肉厚又は各光学部材面間の間隔（単位：ｍｍ）、ｎｅ１、ｎｅ２…は物体側から順に示した各光学部材のｅ線での屈折率、νｅ１、νｅ２…は物体側から順に示した各光学部材のアッベ数を表している。なお、これらの記号は、以下の各実施例において共通である。
【００３８】
2004271682.tif 000003
2004271682.tif 000004
2004271682.tif 000005
2004271682.tif 000006
【００３９】
2004271682.tif 000007
【００４０】
2004271682.tif 000008
【００４１】
第２実施例
図３は本発明による撮像光学系の第２実施例にかかる光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は０．３倍、（ｂ）は０．４倍、（ｃ）は０．５倍における状態を示している。図４は第２実施例にかかる撮像光学系の撮像倍率が０．４倍での無限遠物点合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
第２実施例の撮像光学系は、変倍光学系Ｚを有して構成されている。図中、Ｐはプリズム、ＣＧはカバーガラス、Ｉは撮像面である。
変倍光学系Ｚは、物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、開口絞りＳと、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを備えている。
【００４２】
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１１と、両凸レンズＬ１２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１４とで構成されている。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２２と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２３と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２４’と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２５’とで構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ３１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３３と、両凹レンズＬ３４とで構成されている。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４１と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４２と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４３と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４４と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４５と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４６とで構成されている。
【００４３】
無限遠物点合焦時において０．３倍から０．５倍へと変倍する際には、第１レンズ群Ｇ１は像側へ移動し、第２レンズ群Ｇ２は第１レンズ群Ｇ１との間隔が広がるように像側へ移動し、第３レンズ群Ｇ３は絞りＳとともに物体側へ移動し、第４レンズ群Ｇ４は第３レンズ群Ｇ３との間隔を途中までほぼ同じに保ち途中からわずかに狭まるように物体側へ移動する。
また、変倍時における物像間距離は一定に保たれている。
【００４４】
次に、第２実施例の撮像光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
2004271682.tif 000009
2004271682.tif 000010
2004271682.tif 000011
2004271682.tif 000012
【００４５】
2004271682.tif 000013
【００４６】
2004271682.tif 000014
【００４７】
第３実施例
図５は本発明による撮像光学系の第３実施例にかかる光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は０．３倍、（ｂ）は０．４倍、（ｃ）は０．５倍における状態を示している。図６は第３実施例にかかる撮像光学系の撮像倍率が０．４倍での無限遠物点合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
第３実施例の撮像光学系は、変倍光学系Ｚを有して構成されている。図中、Ｐはプリズム、ＣＧはカバーガラス、Ｉは撮像面である。
変倍光学系Ｚは、物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、開口絞りＳと、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを備えている。
【００４８】
第１レンズ群Ｇ１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Ｌ１１’と、両凸レンズＬ１２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１４とで構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１’と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２２’と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２３と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２４’と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２５”とで構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ３１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３３と、両凹レンズＬ３４とで構成されている。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４１と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４２’と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４３と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４４と、両凸レンズＬ４５’と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４６とで構成されている。
【００４９】
無限遠物点合焦時において０．３倍から０．５倍へと変倍する際には、第１レンズ群Ｇ１は像側へ移動し、第２レンズ群Ｇ２は第１レンズ群Ｇ１との間隔が一旦狭まった後に広がるように像側へ移動し、第３レンズ群Ｇ３は絞りＳとともに物体側へ移動し、第４レンズ群Ｇ４は位置が固定されている。
また、変倍時における物像間距離は一定に保たれている。
【００５０】
次に、第３実施例の撮像光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
2004271682.tif 000015
2004271682.tif 000016
2004271682.tif 000017
2004271682.tif 000018
【００５１】
2004271682.tif 000019
【００５２】
2004271682.tif 000020
【００５３】
第４実施例
図７は本発明による撮像光学系の第４実施例にかかる光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は０．３倍、（ｂ）は０．４倍、（ｃ）は０．５倍における状態を示している。図８は第４実施例にかかる撮像光学系の撮像倍率が０．４倍での無限遠物点合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
第４実施例の撮像光学系は、変倍光学系Ｚを有して構成されている。図中、Ｐはプリズム、ＣＧはカバーガラス、Ｉは撮像面である。
変倍光学系Ｚは、物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、開口絞りＳと、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを備えている。
【００５４】
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１１と、両凸レンズＬ１２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１４とで構成されている。
第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２２と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２３と、両凹レンズＬ２４と、両凸レンズＬ２５とで構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ３１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３３と、両凹レンズＬ３４とで構成されている。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４１と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４２と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４３と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４４と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４５と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４６とで構成されている。
【００５５】
無限遠物点合焦時において０．３倍から０．５倍へと変倍する際には、第１レンズ群Ｇ１は像側へ移動し、第２レンズ群Ｇ２は第１レンズ群Ｇ１との間隔が広がるように像側へ移動し、第３レンズ群Ｇ３は物体側へ移動し、第４レンズ群Ｇ４は絞りＳとともに像側へ移動する。
また、変倍時における物像間距離は一定に保たれている。
【００５６】
次に、第４実施例の撮像光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
2004271682.tif 000021
2004271682.tif 000022
2004271682.tif 000023
2004271682.tif 000024
【００５７】
2004271682.tif 000025
【００５８】
2004271682.tif 000026
【００５９】
第５実施例
図９は本発明による撮像光学系の第５実施例にかかる光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は０．３倍、（ｂ）は０．４倍、（ｃ）は０．５倍における状態を示している。図１０は第５実施例にかかる撮像光学系の撮像倍率が０．４倍での無限遠物点合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
第５実施例の撮像光学系は、変倍光学系Ｚを有して構成されている。図中、Ｐはプリズム、ＣＧはカバーガラス、Ｉは撮像面である。
変倍光学系Ｚは、物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、開口絞りＳと、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを備えている。
【００６０】
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１１”と、両凸レンズＬ１２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１４とで構成されている。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２２と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２３と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２４’と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２５”’とで構成されている。
第３レンズ群Ｇ３は、両凸レンズＬ３１と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３３と、両凹レンズＬ３４とで構成されている。
第４レンズ群Ｇ４は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４１’と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４２と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４３と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４４と、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４５と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ４６とで構成されている。
【００６１】
無限遠物点合焦時において０．３倍から０．５倍へと変倍する際には、第１レンズ群Ｇ１は像側へ移動し、第２レンズ群Ｇ２は第１レンズ群Ｇ１との間隔が広がるように像側へ移動し、第３レンズ群Ｇ３は物体側へ移動し、第４レンズ群Ｇ４は絞りＳとともに位置が固定されている。
また、変倍時における物像間距離は一定に保たれている。
【００６２】
次に、第５実施例の撮像光学系を構成する光学部材の数値データを示す。
2004271682.tif 000027
2004271682.tif 000028
2004271682.tif 000029
2004271682.tif 000030
【００６３】
2004271682.tif 000031
【００６４】
2004271682.tif 000032
【００６５】
次に、上記各実施例における条件式のパラメータ値、及び構成等が本発明の要件を満たしているかをまとめた表を次の表１〜表２に示す。
【表１】
2004271682.tif 000033
【００６６】
【表２】
2004271682.tif 000034
【００６７】
さて、以上のような本発明の撮像光学系は、映画フィルムスキャナー（テレシネ装置）や、高さ測定装置などの光学装置に用いることができる。
以下に、その実施形態を例示する。
【００６８】
図１１は本発明の撮像光学系を用いたテレシネ装置の一実施形態を示す概念図である。
本実施形態のテレシネ装置は、映画フィルムを投影するための光源１１と、リール１２，１３に巻き取られる映画フィルム１４と、本発明の各実施例に示したような構成の撮像光学系１５と、ＣＣＤカメラ１６とを有して構成されている。なお、図において撮像光学系１５は具体的な構成を省略して示してある。
このように構成された本実施形態のテレシネ装置では、光源１１から出射された光は、映画フィルム１４を投影し、投影光が撮像光学系１５を経てＣＣＤカメラ１６で撮像される。
撮像光学系１５では、映画フィルム１４の大きさに合わせて、撮像光学系１５でＣＣＤカメラ１６の撮像領域全体に映画フィルム１４の画像情報が撮像されるように倍率変更を行うことができる。
【００６９】
本実施形態のテレシネ装置によれば、撮像光学系１５は、両側テレセントリックで、撮像倍率を変化させても共役長が変わらない、このため、各部材の位置調整をしなくて済む。また、像側Ｆナンバーの変動が少なく、光量ロスが少なくなるため、明るさ調整もしなくて済む。
また、フィルム等撮影物体の平坦正の乱れによって生じる像面上の倍率変化も小さくすることができる。
【００７０】
図１２は本発明の撮像光学系を用いた高さ測定装置の一実施形態を示す概略構成図である。なお、本実施形態では撮像光学系の構成を共焦点光学系として用いている。
本実施形態の高さ測定装置は、光源２１と、偏光ビームスプリッタ２２と、複数個のピンホールが設けられた円盤２３と、λ／４板２４と、本発明の各実施例に示した撮像光学系と同様に構成された共焦点光学系２５と、ＸＹＺステージ２６と、結像レンズ２７と、撮像素子２８と、円盤２３を駆動するモータ２９と、ＸＹＺステージ２６を駆動するステージ駆動機構３０と、撮像素子２８を駆動する撮像素子駆動機構３１と、モータ２９、ステージ駆動機構３０、撮像素子駆動機構３１の駆動を制御するコンピュータ３２とで構成されている。
【００７１】
このように構成された本実施形態の高さ検出装置では、光源２１から出射された光のうちＰＳいずれかの直線偏光成分の光を偏光ビームスプリッタ２２を介して反射し、円盤２３上のスポットを通過させ、λ／４板２４で位相を４５度ずらし共焦点光学系２４を介してＸＹＺステージ２６上の試料３３のある１点に照射する。そして、試料３３で反射した光を、共焦点光学系２５を通過させ、λ／４板２４で位相を４５度ずらし、円盤２３上のスポットを通過させ、偏光ビームスプリッタ２２を透過させ、結像レンズ２７を介して撮像素子２８で撮像する。そして、コンピュータ３２を介してモータ２９を駆動することで、試料３３の全面を走査することができる。このとき、駆動機構３０あるいは駆動機構３１を光軸奉公に変化させながら撮像素子２８で撮像される試料３３の共焦点画像の光の強度が極大になる位置を求めることにより試料の高さが検出される。
また、試料３３の大きさに合わせて共焦点光学系２５の倍率を変更することができるようになっている。
【００７２】
本実施形態の高さ検出装置においても、共焦点光学系２５は、両側テレセントリックで、倍率を変化させても共役長が変わらない、このため、各部材の位置調整をしなくて済む。また、像側Ｆナンバーの変動が少なく、光量ロスが少なくなるため、明るさ調整もしなくて済む。
【００７３】
以上説明したように、本発明の撮像光学系及びそれを用いた光学装置は、特許請求の範囲に記載された発明の他に、次に示すような特徴も備えている。
【００７４】
（１）次の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の撮像光学系。
｜Ｅｎ｜／Ｌ  ＞  ０．８
｜Ｅｘ｜／｜Ｌ／β｜  ＞  ０．８
但し、Ｅｎは前記変倍光学系の物体側第１レンズ面から前記撮像光学系の入射瞳までの距離、Ｌは前記撮像光学系の物像間距離、Ｅｘは前記変倍光学系の像側最終レンズ面から前記撮像光学系の射出瞳までの距離、βは前記撮像光学系全系の倍率である。
【００７５】
（２）次の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は上記（１）に記載の撮像光学系。
｜Ｅｎ｜／Ｌ  ＞  １．６
｜Ｅｘ｜／｜Ｌ／Ｂ｜  ＞  １．６
但し、Ｅｎは前記変倍光学系の物体側第１レンズ面から前記撮像光学系の入射瞳までの距離、Ｌは前記撮像光学系の物像間距離、Ｅｘは前記変倍光学系の像側最終レンズ面から前記撮像光学系の射出瞳までの距離、βは前記撮像光学系全系の倍率である。
【００７６】
（３）次の条件式を満足することを特徴とする請求項１、２、上記（１）、（２）のいずれかに記載の撮像光学系。
２．０  ＜  ＭＡＸＦＮＯ  ＜  ５．６
｜ΔＦＮＯ／Δβ｜  ＜  ３
但し、ＭＡＸＦＮＯは前記撮像光学系の結像倍率の変更において最も明るい物体側Ｆナンバー、ΔＦＮＯは前記撮像光学系全系の最小倍率での物体側Ｆナンバーと前記撮像光学系全系の最大倍率での物体側Ｆナンバーとの差、Δβは前記撮像光学系全系の最小倍率と前記撮像光学系全系の最大倍率との差である。
【００７７】
（４）次の条件式を満足することを特徴とする請求項１、２、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の撮像光学系。
３．０  ＜  ＭＡＸＦＮＯ  ＜  ４．０
｜ΔＦＮＯ／Δβ｜  ＜  １
但し、ＭＡＸＦＮＯは前記撮像光学系の結像倍率の変更において最も明るい物体側Ｆナンバー、ΔＦＮＯは前記撮像光学系全系の最小倍率での物体側Ｆナンバーと前記撮像光学系全系の最大倍率での物体側Ｆナンバーとの差、Δβは前記撮像光学系全系の最小倍率と前記撮像光学系全系の最大倍率との差である。
【００７８】
（５）前記第２レンズ群が、最も物体側から負、正のレンズで構成されていることを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の撮像光学系。
【００７９】
（６）前記第２レンズ群が、最も物体側から負、正、負のレンズで構成されていることを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の撮像光学系。
【００８０】
（７）上記（１）〜（６）のいずれかに記載の撮像光学系を用いた光学装置。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、撮像倍率を変化させても物像間距離が一定で、Ｆナンバーの変動が少ない撮像光学系、及びそれを用いた光学装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による撮像光学系の第１実施例にかかる光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は０．３倍、（ｂ）は０．４倍、（ｃ）は０．５倍における状態を示している。
【図２】第１実施例にかかる撮像光学系の撮像倍率が０．４倍での無限遠物点合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図３】本発明による撮像光学系の第２実施例にかかる光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は０．３倍、（ｂ）は０．４倍、（ｃ）は０．５倍における状態を示している。
【図４】第２実施例にかかる撮像光学系の撮像倍率が０．４倍での無限遠物点合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図５】本発明による撮像光学系の第３実施例にかかる光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は０．３倍、（ｂ）は０．４倍、（ｃ）は０．５倍における状態を示している。
【図６】第３実施例にかかる撮像光学系の撮像倍率が０．４倍での無限遠物点合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図７】本発明による撮像光学系の第４実施例にかかる光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は０．３倍、（ｂ）は０．４倍、（ｃ）は０．５倍における状態を示している。
【図８】第４実施例にかかる撮像光学系の撮像倍率が０．４倍での無限遠物点合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図９】本発明による撮像光学系の第５実施例にかかる光学構成を示す光軸に沿う断面図であり、（ａ）は０．３倍、（ｂ）は０．４倍、（ｃ）は０．５倍における状態を示している。
【図１０】第５実施例にかかる撮像光学系の撮像倍率が０．４倍での無限遠物点合焦時における球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。
【図１１】本発明の撮像光学系を用いたテレシネ装置の一実施形態を示す概念図である。
【図１２】本発明の撮像光学系を用いた高さ測定装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
ＣＧ          カバーガラス
Ｐ            プリズム
Ｉ            撮像面
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
Ｌ１１          物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ１１’        物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ
Ｌ１１”        物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ
Ｌ１２          両凸レンズ
Ｌ１３          物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ１４          物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ
Ｌ２１          物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ
Ｌ２１’        物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ２２          物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ２２’        物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ
Ｌ２３          物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ
Ｌ２４          両凹レンズ
Ｌ２４’        物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ
Ｌ２５          両凸レンズ
Ｌ２５’        物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ
Ｌ２５”        物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ２５”’      物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ３１          両凸レンズ
Ｌ３２          物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ３３          物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ３４          両凹レンズ
Ｌ４１          物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ４１’        物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ４２          物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ
Ｌ４２’        物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ４３          物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズ
Ｌ４４          物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ４５          物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ
Ｌ４５’        両凸レンズ
Ｌ４６          物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ
Ｓ            開口絞り
Ｚ            変倍光学系
１１          光源
１２，１３    リール
１４          映画フィルム
１５          撮像光学系
１６          ＣＣＤカメラ
２１          光源
２２          偏光ビームスプリッタ
２３          複数個のピンホールが設けられた円盤
２４          λ／４板
２５          共焦点光学系
２６          ＸＹＺステージ
２７          結像レンズ
２８          撮像素子
２９          モータ
３０          ステージ駆動機構
３１          撮像素子駆動機構
３２          コンピュータ
【図１】
2004271682.tif 000035
【図２】
2004271682.tif 000036
【図３】
2004271682.tif 000037
【図４】
2004271682.tif 000038
【図５】
2004271682.tif 000039
【図６】
2004271682.tif 000040
【図７】
2004271682.tif 000041
【図８】
2004271682.tif 000042
【図９】
2004271682.tif 000043
【図１０】
2004271682.tif 000044
【図１１】
2004271682.tif 000045
【図１２】
2004271682.tif 000046