(57)【要約】【課題】有限距離の被検物に対し撮影距離を変えずに撮影倍率を変化させ、高精細の画像処理に使用することができる有限距離用ズームレンズ系を得る。【解決手段】正、負、負、正の４レンズ群からなり、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔を変化させて撮影距離を変えずに撮影倍率を変化させる有限距離用ズームレンズ系において、第１レンズ群と第４レンズ群の結像倍率が撮影倍率の変化に関わらず一定であり、次の条件式（１）及び（２）を満足する有限距離用ズームレンズ系。（１）-１．５＜ｆ2／ｆw＜-１．０（２）-２．０＜ｆ3／ｆw＜-１．５但し、ｆ2：第２レンズ群の焦点距離、ｆw：全系の短焦点距離端における焦点距離、ｆ3：第３レンズ群の焦点距離。【選択図】図１
2007292910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側から順に、正のパワーの第１レンズ群、負のパワーの第２レンズ群、負のパワーの第３レンズ群、及び正のパワーの第４レンズ群からなり、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔を変化させて撮影距離を変えずに撮影倍率を変化させる有限距離用ズームレンズ系において、
第１レンズ群と第４レンズ群の結像倍率が撮影倍率の変化に関わらず一定であり、
次の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とする有限距離用ズームレンズ系。
（１）-１．５＜ｆ2／ｆw＜-１．０
（２）-２．０＜ｆ3／ｆw＜-１．５
但し、
ｆ2：第２レンズ群の焦点距離、
ｆw：全系の短焦点距離端における焦点距離、
ｆ3：第３レンズ群の焦点距離。
【請求項２】
請求項１記載の有限距離用ズームレンズ系において、第１レンズ群は物体側から順に負の第１レンズと正の第２レンズから構成され、第２レンズ群は物体側から順に負の第３レンズと正の第４レンズから構成され、次の条件式（３）、（４）及び（５）を満足する有限距離用ズームレンズ系。
（３）ν１＞３６
（４）ν２＞８０
（５）１９＜ν３-ν４＜２３
但し、
νｉ：第ｉレンズのアッベ数（ｉ＝１から４）。
【請求項３】
請求項２記載の有限距離用ズームレンズ系において、負の第１レンズは、物体側に凸の負メニスカスレンズからなり、正の第２レンズは、両凸レンズからなっている有限距離用ズームレンズ系。
【請求項４】
請求項２または３記載の有限距離用ズームレンズ系において、負の第３レンズは、物体側に凸の負メニスカスレンズからなり、正の第４レンズは、物体側に凸の正メニスカスレンズからなっている有限距離用ズームレンズ系。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項記載の有限距離用ズームレンズ系において、第３レンズ群は、物体側に凹の負の単レンズからなっている有限距離用ズームレンズ系。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項記載の有限距離用ズームレンズ系において、第４レンズ群は、物体側から順に、正レンズ、負レンズ及び正レンズからなっている有限距離用ズームレンズ系。
【請求項７】
請求項６記載の有限距離用ズームレンズ系において、第４レンズ群は、物体側から順に、両凸正レンズ、物体側に凸の負メニスカスレンズ及び物体側に凸の正メニスカスレンズからなっている有限距離用ズームレンズ系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有限距離の被検物に対し撮影距離（物像間距離）を変えずに撮影倍率を変化させ、高精細の画像処理を行うことを目的とした有限距離用ズームレンズ系に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば工業用検査カメラに用いられる有限距離用レンズ系には従来、主に単焦点レンズが用いられており、必要な撮影倍率によってレンズを選定している。しかし、単焦点レンズの撮影距離は撮影倍率によって変化するため、設置条件に自由度がなく設置作業が煩雑になる。また無限基準の通常のズームレンズ系は、撮影距離を変化させることを前提としているため、撮影距離が有限で一定の工業用検査カメラに用いることは適当でない。さらに撮影倍率が高くなるに従って収差の補正が困難となり、高精細の光学性能を保つことが難しくなるため、必要な品質の画質が得られない。
【特許文献１】特開平５-４５５８５号公報
【特許文献２】特開平５-５３０５３号公報
【特許文献３】特開平６-８８９４２号公報
【特許文献４】特開平９-６１７１５号公報
【特許文献５】特開平９-６１７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、有限距離の被検物に対し撮影距離を変えずに撮影倍率を変化させ、高精細の画像処理に使用することができる有限距離用ズームレンズ系を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、物体側から順に、正のパワーの第１レンズ群、負のパワーの第２レンズ群、負のパワーの第３レンズ群、及び正のパワーの第４レンズ群からなり、第１レンズ群と第２レンズ群の間隔、第２レンズ群と第３レンズ群の間隔、第３レンズ群と第４レンズ群の間隔を変化させて撮影距離を変えずに撮影倍率を変化させる有限距離用ズームレンズ系において、第１レンズ群と第４レンズ群の結像倍率が撮影倍率の変化に関わらず一定であり、次の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴としている。
（１）-１．５＜ｆ2／ｆw＜-１．０
（２）-２．０＜ｆ3／ｆw＜-１．５
但し、
ｆ2：第２レンズ群の焦点距離、
ｆw：全系の短焦点距離端における焦点距離、
ｆ3：第３レンズ群の焦点距離、
である。
【０００５】
具体的には、第１レンズ群は物体側から順に負の第１レンズと正の第２レンズから構成し、第２レンズ群は物体側から順に負の第３レンズと正の第４レンズから構成することができる。これらの第１ないし第４レンズは、アッベ数に関し、次の条件式（３）、（４）及び（５）を満足することが好ましい。
（３）ν１＞３６
（４）ν２＞８０
（５）１９＜ν３-ν４＜２３
但し、
νｉ：第ｉレンズのアッベ数（ｉ＝１から４）、
である。
【０００６】
さらに具体的には、負の第１レンズは、物体側に凸の負メニスカスレンズから構成し、正の第２レンズは、両凸レンズから構成することができる。
【０００７】
また、負の第３レンズは、物体側に凸の負メニスカスレンズから構成し、正の第４レンズは、物体側に凸の正メニスカスレンズから構成することができる。
【０００８】
第３レンズ群は、具体的には、物体側に凹の負の単レンズから構成することができる。
【０００９】
第４レンズ群は、具体的には、物体側から順に、正レンズ、負レンズ及び正レンズから構成することができる、さらに具体的には、物体側から順に、両凸正レンズ、物体側に凸の負メニスカスレンズ及び物体側に凸の正メニスカスレンズから構成することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、有限距離の被検物に対し撮影距離を変えずに撮影倍率を変化させ、高精細の画像処理に使用することができる有限距離用ズームレンズ系を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本実施形態の有限距離用ズームレンズ系は、物体位置と像面位置が移動することなく（物像間距離一定で）撮影倍率が変化するズームレンズ系であり、図１７の簡易移動図に示すように、物体側から順に、正の第１レンズ群１０、負の第２レンズ群２０、負の第３レンズ群３０、絞りＳ、及び正の第４レンズ群４０からなっている。短焦点距離端（Ｓ）から長焦点距離端（Ｌ）への撮影倍率の変更（ズーミング）に際し、第１レンズ群１０と第４レンズ群は固定であり（第１レンズ群１０と第４レンズ群４０の結像倍率は撮影倍率の変化に関わらず一定であり）、第２レンズ群２０と第３レンズ群３０は像側に移動する。第２レンズ群２０は、焦点距離を変化させるバリエータとしての作用を有し、第３レンズ群３０は、第２レンズ群２０の移動により生じる焦点位置の変化を補正するコンペンセータとしての作用を有する。焦点位置は、設置条件（物像間距離）により予め設定し、フォーカシングレンズ（機構）は置かない。
【００１２】
第１レンズ群１０と第４レンズ群４０は固定である（撮影倍率の変化に関わらず第１レンズ群と第４レンズ群の結像倍率が一定である）ため、第１レンズ群１０と有限距離の被検物体（被写体）との距離及び第４レンズ群４０と像面Ｉとの距離（バックフォーカスfB）を変化させることなく撮影倍率を変化させることができる。このため、工業用検査カメラとして、現場に一度設定（設置）すれば、倍率を変更しても他の部材との干渉のおそれなく、また短焦点距離端と長焦点距離端での焦点移動を調整する必要なく、用いることができる。さらに、構成枚数の少ない（少なくすることができる）第２レンズ群と第３レンズ群を移動させて変倍するため、可動重量を小さくし機械的構成を簡単にすることができる。
【００１３】
各実施例のレンズ構成図に示すように、第１レンズ群１０は、物体側から順に、負の第１レンズと正の第２レンズからなる。第２レンズ群２０は、物体側から順に、負の第３レンズと、正の第４レンズからなる。第３レンズ群３０は負の第５レンズのみである。第４レンズ群４０は、物体側から順に、正の第６レンズ、負の第７レンズ、及び正の第８レンズからなる。第４レンズ群４０中には、最終第８レンズのさらに像側に位置させて、色分岐プリズムＰと、撮像素子の前面に位置するフィルター（カバーガラス）Ｆ（共に平行平面板）が存在している。
【００１４】
条件式（１）は、負のパワーの第２レンズ群の焦点距離と全系の短焦点距離端における焦点距離との比に関する条件である。この条件式（１）を満足することにより、他のレンズ群と組み合わせたとき全ズーム範囲（変倍範囲）において全系の球面収差、非点収差、像面湾曲及び色収差のレベルを適正範囲内に収めることができる。この条件式（１）の上限を超えると、球面収差、非点収差、像面湾曲が補正過剰になり、倍率色収差が補正不足になる。下限を超えると、球面収差、非点収差、像面湾曲が補正不足になり、倍率色収差が補正過剰になる。
【００１５】
条件式（２）は、正のパワーの第３レンズ群の焦点距離と全系の短焦点距離端における焦点距離との比に関する条件である。この条件式（２）を満足することにより、群間隔を適正な範囲に保って移動させつつ、諸収差の変動を抑え、バックフォーカスを一定に保つことができる。この条件式（２）の上限を超えると、球面収差や非点収差の倍率による変化が大きくなり補正が困難になる。下限を超えると、結像倍率が不足しズーミングの途中で群間隔を保つことができなくなる。
【００１６】
本実施形態のように、第１レンズ群及び第２レンズ群を２群２枚から構成し、第３レンズ群は１枚、第４レンズ群は３群３枚から構成すると、コストパフォーマンスがよい。さらに具体的には、第１レンズ群は物体側から順に負の第１レンズと正の第２レンズから構成し、第２レンズ群は物体側から順に負の第３レンズと正の第４レンズから構成し、第４レンズ群は、物体側から順に、正レンズ、負レンズ及び正レンズから構成するのがよい。
【００１７】
この具体的なレンズ構成においては、第１レンズに条件式（３）、第２レンズに条件式（４）、第３レンズと第４レンズに条件式（５）を満足するアッベ数のレンズを用いるのがよい。第１レンズ群ではディストーションの発生を抑える為、負の屈折力を小さくする一方、色収差補正の為、正のレンズに低分散ガラスが必要となる。条件式（３）、（４）、（５）は色補正のバランスを保つための条件を示している。条件式（３）の下限を超えると主に軸上色収差補正が過剰となり、条件式（４）の下限を超えると主に軸上色収差補正が不足する。条件式（５）は、変化する撮影倍率域全てにおいて、倍率色収差のバランスをとるための条件である。条件式（５）の下限を超えると短焦点距離端での補正が過剰となり、長焦点距離端での補正が不足する。また上限を超えると両焦点距離端での補正が不足となり、安定した性能を得られなくなる。
【００１８】
次に具体的な実施例を示す。諸収差図中、球面収差で表される色収差（軸上色収差）図の数値はそれぞれの波長に対する収差であり、Ｓはサジタル、Ｍはメリディオナルである。また、表中のＦｅは有効Ｆナンバー、ｆは全系の焦点距離、ｍは撮影倍率、ｆＢはバックフォーカス（第４レンズ群の最も像側のレンズ（第８レンズ）から撮像面までの空気換算距離）、ｒは曲率半径、ｄはレンズ厚またはレンズ間隔、Ｎｄはｄ線（波長588nm）の屈折率、νはアッベ数を示す。有限撮影距離は撮影倍率ｍで間接的に示している。
【実施例１】
【００１９】
図１ないし図４は、本発明の有限距離用ズームレンズ系の第１実施例を示している。図１及び図３はそれぞれ短焦点距離端及び長焦点距離端におけるレンズ構成図を示し、図２及び図４はそれぞれ図１及び図３での諸収差図を示している。表１はその数値データである。第１レンズ群１０は、物体側から順に、物体側に凸の負メニスカスレンズと両凸正レンズからなり、第２レンズ群２０は、物体側から順に、物体側に凸の負メニスカスレンズと物体側に凸の正メニスカスレンズからなり、第３レンズ群３０は両凹の負の単レンズからなり、第４レンズ群４０は、物体側から順に、両凸正レンズ、物体側に凸の負メニスカスレンズ、物体側に凸の正メニスカスレンズ、光分岐プリズムＰ、及びフィルターＦからなっている。絞りＳは、第１１面（第４レンズ群４０）の極から前方１．８２にある。
（表１）
Fe = 1 : 9.1 - 9.0
f  = 42.60 - 85.59（変倍比（ズーム比）=2.01）
m  = -0.150 - -0.499
fB =  54.89 - 54.89
面NO       r          d          Nd         ν
1      41.634      2.00    1.62004     36.3
2      23.898      3.46
3      26.525      5.75    1.49700     81.6
4    -105.166     3.00 - 48.60
5      80.252      2.67    1.77250     49.6
6      13.633      0.63
7      13.974      2.83    1.69895     30.1
8      31.514     28.55 - 5.12
9     -33.709      1.00    1.48749     70.2
10     976.166     26.99 - 4.82
11      17.369      2.52    1.62041     60.3
12    -110.959      0.11
13      14.238      1.20    1.63980     34.5
14       7.355      1.22
15       7.861      4.03    1.51633     64.1
16      10.633      2.00
17          ∞      18.10    1.70154     41.2
18          ∞       4.10    1.51633     64.1
19          ∞        -          -           -
【実施例２】
【００２０】
図５ないし図８は、本発明の有限距離用ズームレンズ系の第２実施例を示している。図５及び図７はそれぞれ短焦点距離端及び長焦点距離端におけるレンズ構成図を示し、図６及び図８はそれぞれ図５及び図７での諸収差図を示している。表２はその数値データである。基本的なレンズ構成は、第３レンズ群３０が物体側に凹面を向けた負メニスカス単レンズであることを除き、実施例１と同様である。絞りＳは、第１１面（第４レンズ群４０）の極から前方０．２４にある。
（表２）
Fe = 1 : 9.0 - 9.0
f  = 42.20 - 85.79（変倍比（ズーム比）=2.03）
m  = -0.150 - -0.499
fB = 55.69 - 55.69
面NO       r          d           Nd        ν
1      43.338      2.00    1.60342     38.0
2      23.571      2.98
3      25.818      6.07    1.49700     81.6
4    -106.154     3.10 - 50.44
5      85.139      1.30    1.77250     49.6
6      13.804      0.81
7      14.285      2.79    1.71736     29.5
8      30.595     32.11 - 4.44
9     -34.823      1.00    1.48749     70.2
10    -830.400     24.04 - 4.37
11      17.687      2.55    1.58913     61.2
12     -88.614      0.11
13      14.151      1.20    1.63980     34.5
14       7.402      1.13
15       7.879      4.26    1.51633     64.1
16      10.774      2.00
17          ∞      18.10    1.70154     41.2
18          ∞       4.10    1.51633     64.1
19          ∞        -          -           -
【実施例３】
【００２１】
図９ないし図１２は、本発明の有限距離用ズームレンズ系の第３実施例を示している。図９及び図１１はそれぞれ短焦点距離端及び長焦点距離端におけるレンズ構成図を示し、図１０及び図１２は図９及び図１１での諸収差図を示している。表３はその数値データである。基本的なレンズ構成は実施例２と同様である。絞りＳは、第１１面（第４レンズ群４０）の極から前方０．２６にある。
（表３）
Fe = 1 : 9.0 - 9.0
f  = 42.61 - 89.39（変倍比（ズーム比）=2.10）
m  = -0.150 - -0.499
fB = 57.59 - 57.59
面NO       r          d          Nd        ν
1      42.465      2.00    1.60342     38.0
2      23.345      2.86
3      25.589      8.10    1.49700     81.6
4    -100.866     3.45 - 47.51
5      91.192      3.34    1.75700     47.8
6      14.120      1.57
7      15.056      2.52    1.80518     25.4
8      24.478     33.12 - 3.73
9     -35.151      1.30    1.48749     70.2
10    -442.773     20.89 - 6.23
11      17.757      2.58    1.58913     61.2
12     -88.383      0.11
13      14.176      1.20    1.63980     34.5
14       7.368      0.90
15       7.809      4.21    1.51633     64.1
16      11.035      2.00
17          ∞      18.10    1.70154     41.2
18          ∞       4.10    1.51633     64.1
19          ∞        -          -           -
【実施例４】
【００２２】
図９ないし図１２は、本発明の有限距離用ズームレンズ系の第３実施例を示している。図９及び図１１はそれぞれ短焦点距離端及び長焦点距離端におけるレンズ構成図を示し、図１０及び図１２は図９及び図１１での諸収差図を示している。表３はその数値データである。基本的なレンズ構成は実施例２と同様である。絞りＳは、第１１面（第４レンズ群４０）の極から前方１．２３にある。
（表４）
Fe = 1 : 9.0 - 9.0
f = 42.40 - 87.58（変倍比（ズーム比）=2.07）
M = -0.150 - -0.499
fB = 57.10 - 57.10
面NO       r          d          Nd        ν
1      43.214      2.00    1.60342     38.0
2      23.863      3.00
3      26.186      7.14    1.49700     81.6
4    -105.811     3.00 - 49.25
5     102.193      3.35    1.77250     49.6
6      14.637      1.38
7      15.463      2.59    1.74077     27.8
8      29.092     33.55 - 4.17
9     -33.588      1.00    1.48749     70.2
10    -197.787     21.10 - 4.23
11      18.218      2.82    1.58913     61.2
12     -85.555      0.11
13      13.973      1.20    1.63980     34.5
14       7.406      0.95
15       7.832      3.72    1.51633     64.1
16      11.062      2.00
17          ∞      18.10    1.70154     41.2
18          ∞       4.10    1.51633     64.1
19          ∞        -         -          -
【００２３】
各実施例の各条件式に対する値を表５に示す。
（表５）
実施例１    実施例２      実施例３    実施例４
条件式（１）   -1.31        -1.27        -1.06        -1.14
条件式（２）   -1.57        -1.77        -1.84        -1.96
条件式（３）    36.3         38.0         38.0         38.0
条件式（４）    81.6         81.6         81.6         81.6
条件式（５）    19.5         20.1         22.4         21.8
表５から明らかなように、実施例１ないし実施例４は、条件式（１）ないし（５）を満足している。また収差図に示すように各焦点距離での諸収差もよく補正されている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による有限距離用ズームレンズ系の第１実施例の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図２】図１のレンズ構成の諸収差図である。
【図３】本発明による有限距離用ズームレンズ系の第１実施例の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図４】図３のレンズ構成の諸収差図である。
【図５】本発明による有限距離用ズームレンズ系の第２実施例の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図６】図５のレンズ構成の諸収差図である。
【図７】本発明による有限距離用ズームレンズ系の第２実施例の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図８】図７のレンズ構成の諸収差図である。
【図９】本発明による有限距離用ズームレンズ系の第３実施例の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図１０】図９のレンズ構成の諸収差図である。
【図１１】本発明による有限距離用ズームレンズ系の第３実施例の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図１２】図１１のレンズ構成の諸収差図である。
【図１３】本発明による有限距離用ズームレンズ系の第４実施例の短焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図１４】図１３のレンズ構成の諸収差図である。
【図１５】本発明による有限距離用ズームレンズ系の第４実施例の長焦点距離端におけるレンズ構成図である。
【図１６】図１５のレンズ構成の諸収差図である。
【図１７】本発明による有限距離用ズームレンズ系の簡易移動図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  第１レンズ群
２０  第２レンズ群
３０  第３レンズ群
４０  第４レンズ群
Ｓ    絞り
【図１】
2007292910.tif 000003
【図２】
2007292910.tif 000004
【図３】
2007292910.tif 000005
【図４】
2007292910.tif 000006
【図５】
2007292910.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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