JP2004138963A

JP2004138963A - アフォーカルズームレンズ

Info

Publication number: JP2004138963A
Application number: JP2002305729A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kajitani; 梶谷　和男
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-10-21
Filing date: 2002-10-21
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】ズーム比が１０倍以下であるが、従来のアフォーカルズームレンズと同等の最高倍率における入射光束の径を有するようにし、しかも少ないレンズ枚数でコンパクトであって、良好な光学性能を有するようにする。
【解決手段】正の第１群と負の第２群と正の第３群と負の第４群とにて構成し、第１群が物体側に凸の負メニスカスレンズと凸レンズを貼り合わせた接合レンズを含み、第１群と第４群が固定、第２群と第３群が移動するレンズ系で、条件（１）、（２）、（３）を満足するようにした。
（１）　　２．８＞φｅｘｌ／φｅｎｌ＞２．４
（２）　　３＞φｅｎｈ／φｅｘｈ＞２．４
（３）　　３．９＞ｆ１／φｅｎｈ＞３．３
【選択図】　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡にて用いるアフォーカルズームレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
顕微鏡に用いられる従来のアフォーカルズームレンズとして、次に示す特許文献１、特許文献２に記載されているものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１−９５０９９号公報
【特許文献２】特開２００１−１５４０９２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１、２に記載するアフォーカルズームレンズのように、従来のアフォーカルズームレンズは、ズーム比が１０倍を超えるようなものもあるが、最高倍率が高いことにより、それに見合う解像力を得るためには、最高倍率における入射光束径を大にしてＮＡが適切な値になるようにする必要があり、また、収差を良好に補正するためには、各群のレンズ枚数が大になる。そのため、レンズ系が大型になり、またコスト高にもなる。
【０００５】
本発明は、ズーム比が１０倍以下であるが、前記従来例と同等の最高倍率における入射光束の径を有し、しかもレンズ枚数が少なく、コンパクトであって、良好な光学性能を有するアフォーカルズームレンズを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のアフォーカルズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を持つ第１群と、負の屈折力を持つ第２群と、正の屈折力を持つ第３群と、負の屈折力を持つ第４群とにて構成され、第１群が物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと凸レンズとを貼り合わせた接合レンズを含み、低倍端から高倍端に変倍する際に第１群と第４群とは固定であり、第２群と第３群とがそれら群の間隔を変化させながら移動し、下記条件（１）、（２）、（３）を満足することを特徴とする。
（１）　　２．８＞φｅｘｌ／φｅｎｌ＞２．４
（２）　　３＞φｅｎｈ／φｅｘｈ＞２．４
（３）　　３．９＞ｆ１／φｅｎｈ＞３．３
ただし、φｅｘｌは低倍端での像側軸上光束径、φｅｎｌは低倍端での物体側軸上光束径、φｅｎｈは高倍端での物体側軸上光束径、φｅｘｈは高倍端での像側軸上光束径、ｆ１は第１群の焦点距離である。
【０００７】
本発明のアフォーカルズームレンズは、前記のように、物体側から順に、正、負、正、負の屈折力のレンズ群よりなる４群構成のレンズ系である。そして、低倍域から高倍域への変倍に際して、第２群が物体から遠ざかり、第３群が逆に物体に近づくように移動するレンズ系である。また変倍中の群の移動方向は一定であり、したがって、第１群と第２群、第３群と第４群の間隔は、単調に増加する。また、第２群は、第１群により形成された像をリレーする。更に第３群は、第２群よりリレーされた像が実像になるようにリレーする。また、第４群は、この実像が無限遠像になるようにする。
【０００８】
本発明のアフォーカルズームレンズは、第２群と第３群とが夫々移動しながら像をリレーするために、これら第２群、第３群の各群が倍率変換の働きを行なうと共に、アフォーカル系として連続性、つまり同焦点を保つことができる。その時、第２群と第３群の夫々のリレー倍率が同時に１倍になるようにして、変倍をとぎれることなしにスムーズに行なうことができる。
【０００９】
また、本発明のアフォーカルズームレンズは、従来、口径の大きなアフォーカルズームレンズが収差を良好に補正するために第１群を３枚以上のレンズにて構成していたものを、一つの接合レンズのみにて構成した。
【００１０】
このように、第１群を少ないレンズ枚数で簡単な構成にするために、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと凸レンズにて構成した。つまり、物体側面が凸面であり、接合面も物体側に凸の面として、ズーム低倍時の軸外収差を補正するようにした。
【００１１】
前記の条件（１）は、ズーム低倍端における射出光束径と入射光束径の比率を定めたものである。
【００１２】
この条件（１）において、下限値の２．４を下回るとズーム低倍端において、アフォーカルズームレンズが、顕微鏡用として十分な低倍率になし得ない。また上限値の２．８よりも大になると、高倍端での収差補正が困難になる。
【００１３】
また、条件（２）は、ズーム高倍端における入射光束径と射出光束系の比率を定めた条件である。
【００１４】
この条件（２）の下限値の２．４を下回ると、ズーム高倍端において十分な入射光束径を得ることができない。また、条件（２）の上限値の３よりも大になると、低倍端での収差補正が困難になる。
【００１５】
更に、条件（３）は、第１群の焦点距離と高倍端での入射光束径との比率を規定する条件である。
【００１６】
この条件（３）において、下限値の３．３を下回るとズーム高倍端において、十分な入射光束径を得ることができない。また、条件（３）において、上限値の３．９より大になると、第１群が接合レンズのみでは収差補正が困難になる。
【００１７】
以上述べた本発明のアフォーカルズームレンズにおいて、下記条件（４）を満足すれば、更にコンパクトで十分良好な光学性能のレンズ系を得る上で望ましい。
（４）　　２．８＜｜ｆ１／ｆ２｜＜３．５
ただし、ｆ２は第２群の焦点距離である。
【００１８】
この条件（４）は、第１群と第２群の焦点距離の比率を定めたもので、条件（４）の上限値の３．５を超えると、第１群を接合レンズのみにて構成した場合、高倍端で十分な収差補正ができなくなる。また、この条件（４）の下限値の２．８を下回ると、変倍時の第２群の移動量が大になり、ズームの全長が長くなるためレンズ系をコンパクトになし得ない。
【００１９】
本発明のアフォーカルズームレンズにおいて、次の条件（５）を満足することが望ましい。
（５）　　１．５＞（β２／α２）÷（β３／α３）＞１．４
ただし、α２は低倍端での第２群の像リレー倍率、α３は低倍端での第３群の像リレー倍率、β２は高倍端での第２群の像リレー倍率、β３は高倍端での第３群の像リレー倍率である。
【００２０】
この条件（５）は、ズームレンズにおいて、実際に変倍を担う第２群と第３群の、夫々の高倍端から低倍端に至るリレー倍率の変化の比率を規定したものである。
【００２１】
この条件（５）において、下限値の１．４を下回ると、第１群から第４群までの全長が長くなる。また、条件（５）の上限値の１．５を超えると第２群の屈折力が強くなり、十分な変倍比を確保した上で収差を良好に補正することが困難になる。
【００２２】
また、本発明のアフォーカルズームレンズは、前述のように少ないレンズ枚数にて構成が可能である。したがって、少ないレンズ枚数であって、レンズ系を構成するレンズの硝材として３６０ｎｍの光を透過するものを用いれば、落射同軸蛍光観察可能な顕微鏡に使用することが可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明のアフォーカルズームレンズの概要を図１３に示す。つまり本発明のアフォーカルズームレンズは、正の第１群Ｇ１と、負の第２群Ｇ２と、正の第３群Ｇ３と、負の第４群Ｇ４とよりなる。そして低倍端から高倍端に変倍する際、第２群Ｇ２が物体から遠ざかるように、また第３群Ｇ３が物体に近づくように移動する。また第２群Ｇ２、第３群Ｇ３は、変倍中移動方向が一定であり、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔および第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の間隔は、単調に増加する。
【００２４】
また、図１４は、本発明のアフォーカルズームレンズを用いた顕微鏡の例で、ガリレオ型の双眼実体顕微鏡である。標本１を対物レンズ２によりアフォーカル像に変換し、本発明のアフォーカルズームレンズ３によりリレーされた像を結像レンズにより実像５を形成し、接眼レンズにて観察する。
【００２５】
次に、本発明のアフォーカルズームレンズの実施例を示す。
【００２６】
本発明の実施例１、２、３は、夫々図１、図２、図３に示す通りの構成で、次のデータを有する。
【００２７】

【００２９】

【００３０】
上記データ中、ｒは曲率半径、ｄはレンズの肉厚および面間隔ｎｄはレンズのｄ線に対する屈折率、νｄはｄ線に対するアッベ数である。尚、データ中における長さの単位はｍｍである。
【００３１】
本発明の実施例１は、図１に示す通りの構成であって、物体側より順に、正の屈折力の第１群Ｇ１と、負の屈折力の第２群Ｇ２と、正の屈折力の第３群Ｇ３と、負の屈折力の第４群Ｇ４とよりなる４群構成である。そして、低倍端から高倍端への変倍の際に、第２群Ｇ２が物体から遠ざかるように、また第３群Ｇ３が物体に近づくように移動する。また、変倍中の各群の移動方向は一定であり、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔は単調に増加する。
【００３２】
また、第１群Ｇ１は物体側が凸面である負のメニスカスレンズと凸レンズとを接合した接合レンズよりなる。第２群Ｇ２は凹レンズと、正レンズと負レンズとを接合した接合レンズよりなる。第３群Ｇ３は負のメニスカスレンズと正レンズとを接合した接合レンズである。第４群Ｇ４は正レンズと負レンズを接合した接合レンズである。
【００３３】
この実施例１のアフォーカルズームレンズは、第１群が物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと正レンズとの接合レンズよりなる。
【００３４】
この実施例１のレンズ系は、データに示すように、条件（１）、（２）、（３）、（４）、（５）を満足する。
【００３５】
また、この実施例１の収差状況は、図４、図５、図６に示す通りである。これら図のうち、図４は低倍の時、図５は中倍の時、図６は高倍の時の収差図である。
これら収差図より明かのように、いずれも良好に補正されている。
【００３６】
尚、上記収差図は、図１５に示す構成で、下記データを有する結像レンズを射出側に配置した時のものである。

【００３７】
実施例２は、図２に示す通りの構成で、物体側より順に、正の屈折力の第１群Ｇ１と、負の屈折力の第２群Ｇ２と、正の屈折力の第３群Ｇ３と、負の屈折力の第４群Ｇ４とよりなる。この実施例も低倍端から高倍端に変倍する際、第２群Ｇ２が物体から遠ざかるように、また第３群Ｇ３が物体に近づくように移動する。また第２群Ｇ２、第３群Ｇ３は、変倍中移動方向が一定であり、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔および第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の間隔は、単調に増加する。
【００３８】
また、第１群Ｇ１は物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと正レンズとを接合した接合レンズよりなる。第２群Ｇ２は負レンズと正レンズとを接合した接合レンズよりなる。第３群Ｇ３は負のメニスカスレンズと正レンズとを接合した接合レンズよりなる。更に、第４群Ｇ４は負レンズと正のメニスカスレンズとを接合した接合レンズよりなる。
【００３９】
以上のように、この実施例２も第１群が物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと正レンズとを接合した接合レンズよりなる。
【００４０】
また、データ中に示すように条件（１）、（２）、（３）、（４）、（５）を満足する。
【００４１】
この実施例２のアフォーカルズームレンズの収差状況は、図７（低倍）、図８（中倍）、図９（高倍）に示す通りで、この実施例２も収差が良好に補正されている。
【００４２】
これら収差図も、前記の結像レンズを配置した時の各収差を示す。
【００４３】
本発明の実施例３は、図３に示す通りの構成である。つまり、物体側より順に、正の屈折力を有する第１群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３群Ｇ３と、負の屈折力を有する第４群Ｇ４とよりなる。
【００４４】
また、第１群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと正レンズとを接合した接合レンズよりなる。第２群Ｇ２は負レンズおよび正レンズと負レンズとを接合した接合レンズよりなる。また、第３群Ｇ３は、負のメニスカスレンズと正レンズの接合レンズよりなる。更に第４群は負レンズと正レンズとの接合レンズとよりなる。実施例３のアフォーカルズームレンズも低倍端から高倍端に変倍する際、第２群Ｇ２が物体から遠ざかるように、また第３群Ｇ３が物体に近づくように移動する。また第２群Ｇ２、第３群Ｇ３は、変倍中移動方向が一定であり、第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔および第３群Ｇ３と第４群Ｇ４の間隔は、単調に増加する。
【００４５】
この実施例３も、第１群Ｇ１が物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと正レンズとの接合レンズよりなる。そして条件（１）、（２）、（３）、（４）、（５）を満足する。
【００４６】
この実施例３の収差状況は、図１０（低倍）、図１１（中倍）、図１２（高倍）に示す通りであり、収差良好に補正されている。
【００４７】
これら、図１０、１１、１２も、前記の結像レンズを配置した時のものである。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、ズーム比を１０倍以下にしたまま、それらと同等のズーム最高倍率における入射光束径を有し、レンズ枚数が少なく、良好な光学性能をもつアフォーカルズームレンズを実現し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の断面図
【図２】本発明の実施例２の断面図
【図３】本発明の実施例３の断面図
【図４】本発明の実施例１の低倍時の収差曲線図
【図５】本発明の実施例１の中倍時の収差曲線図
【図６】本発明の実施例１の高倍時の収差曲線図
【図７】本発明の実施例２の低倍時の収差曲線図
【図８】本発明の実施例２の中倍時の収差曲線図
【図９】本発明の実施例２の高倍時の収差曲線図
【図１０】本発明の実施例３の低倍時の収差曲線図
【図１１】本発明の実施例３の中倍時の収差曲線図
【図１２】本発明の実施例３の高倍時の収差曲線図
【図１３】本発明のアフォーカルズームレンズの概要を示す図
【図１４】本発明のアフォーカルズームレンズを用いた顕微鏡の構成を示す図
【図１５】本発明のアフォーカルズームレンズに用いる結像レンズの一例を示す図
【符号の説明】
Ｇ１　　　第１群
Ｇ２　　　第２群
Ｇ３　　　第３群
Ｇ４　　　第４群
１　　　　物体
２　　　　対物レンズ
３　　　　アフォーカルズーム
４　　　　結像レンズ
５　　　　像
６　　　　接眼レンズ

Claims

物体側より順に、正の屈折力を持つ第１群と、負の屈折力を持つ第２群と、正の屈折力を持つ第３群と、負の屈折力を持つ第４群とにて構成され、前記第１群が物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと凸レンズとを接合した接合レンズを含み、低倍端から高倍端に変倍する際に、第１群と第４群が固定で、第２群と第３群が両群の間隔が小さくなるように移動し、下記条件（１）、（２）、（３）を満足するアフォーカルズームレンズ。
（１）　　２．８＞φｅｘｌ／φｅｎｌ＞２．４
（２）　　３＞φｅｎｈ／φｅｘｈ＞２．４
（３）　　３．９＞ｆ１／φｅｎｈ＞３．３
ただし、φｅｘｌは低倍端での像側軸上光束径、φｅｎｌは低倍端での物体側軸上光束径、φｅｎｈは高倍端での物体側軸上光束径、φｅｘｈは高倍端での像側軸上光束径、ｆ１は第１群の焦点距離である。
更に下記条件（４）を満足する請求項１のアフォーカルズームレンズ。
（４）　　２．８＜｜ｆ１／ｆ２｜＜３．５
ただし、ｆ２は第２群の焦点距離である。
下記条件（５）を満足する請求項２のアフォーカルズームレンズ。
（５）　　１．５＞（β２／α２）÷（β３／α３）＞１．４
ただし、α２は低倍端での第２群の像リレー倍率、α３は低倍端での第３群の像リレー倍率、β２は高倍端での第２群の像リレー倍率、β３は高倍端での第３群の像リレー倍率である。