JP2006084811A - ワイドコンバーターレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】ズームレンズ等の撮影レンズの前方に装着して撮影系全体の焦点距離を広角側に変位させることのできる、高い光学性能が得られるワイドコンバーターレンズを得ること。
【解決手段】主レンズの物体側に装着するワイドコンバーターレンズにおいて、該ワイドコンバーターレンズを物体側より順に、像側に曲率の強い凹面を向けた負の第１レンズと正の第２レンズと負の第３レンズを有する前レンズ群と、正レンズと負レンズを各１枚以上含み全体として正の屈折力を有する後レンズ群とから構成し、負の第３レンズの形状に関する条件（１）とおよび第１レンズと第３レンズの焦点距離の比に関する条件（２）を満足する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ、フィルム用カメラ、放送用カメラなどの撮影レンズの物体側に装着し、全系の焦点距離を短縮するワイドコンバーターに関する。

従来より撮影レンズの物体側に装着し、全系の焦点面を一定位置に維持した状態で、撮影系全体の焦点距離を広角側に変化させるフロント装着方式のワイドコンバーターレンズが提案されている。

このワイドコンバーターレンズは多くの場合、物体側に負の屈折力を有する前群と、像側に正の屈折力を有する群とを所定の主点間隔を隔てて配置し、全体としてアフォーカル系を構成している。

このため最も簡単なレンズ系としては、負と正の屈折力の２つのレンズにより構成することができるが、撮影レンズに装着したときに所望の光学性能を得るには、収差補正上、各レンズ群を複数枚のレンズにより構成することが必要となってくる。

例えば、特許文献１では、光学系を４枚および５枚のレンズによって構成することで、変倍比が大きな小型のフロントコンバーターレンズが提案されている。また特許文献２では、光学系を４枚および５枚のレンズにより構成し、ズームレンズに対応したワイドコンバーターレンズが提案されている。特許文献３および特許文献４では４枚のレンズにより構成し、ズームレンズに対応した広角コンバージョンレンズが提案されている。
特開昭６３−１００４１４号公報 特開平７−１３０７４号公報 特開２０００−１７１７０９号公報 特開２０００−２４１７００号公報

近年、固体撮像素子を用いたデジタルスチルカメラでは撮像素子の高画素化に伴う狭画素ピッチ化により撮影レンズの光学性能は高まり、これらのレンズに装着するコンバーターレンズにおいても、要求される光学性能の要求も以前より高いものとなっている。またビデオカメラでは、静止画撮影への対応やハイビジョン化に伴い、撮影レンズは高いズーム比を持ち、かつ光学性能も高性能化している。そのためフロントコンバーターレンズに要求される光学性能は以前よりも高くなっている。またアフォーカル倍率が小さなコンバーターレンズの要求も高くなっている。

特許文献１では、マスターレンズが単焦点レンズであるため、マスターレンズとしてズームレンズに装着した場合には、良好な光学性能を得ることは困難である。特許文献２では、５枚のレンズによって構成した場合、ズームレンズに対しても光学性能は比較的良好であるものの非点収差等の補正はまだ不十分であり、４枚のレンズによって構成した場合、光学系の全長は５枚レンズ構成のコンバーターと比べて短くなるものの、フロント装着方式のワイドコンバーターレンズで特に問題となる広角側での歪曲収差や非点収差の補正が不十分となる問題があった。特許文献３および特許文献４では、コンバージョンレンズを４枚のレンズで構成することにより、３枚のレンズで構成したものと比較して良好な光学性能が得られているが、広角側での歪曲収差の補正は不十分という問題があった。

本発明は、以上の点に着目して成されたもので、ズームレンズ等の撮影レンズの前方に装着して撮影系全体の焦点距離を広角側に変位させることのできる、高い光学性能が得られるワイドコンバーターレンズを得ることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明における第１の手段は、該ワイドコンバーターレンズは物体側より順に、像側に曲率の強い凹面を向けた負の第１レンズと正の第２レンズと負の第３レンズを有する前レンズ群と、正レンズと負レンズを各１枚以上含み全体として正の屈折力を有する後レンズ群とから構成されると共に、ｒｉ１を物体側より第ｉ番目のレンズの物体側の曲率半径、ｒｉ２を物体側より第ｉ番目のレンズの像側の曲率半径とし、物体側より第ｉ番目のレンズのシェイプファクターＳｉを
Ｓｉ＝（ｒｉ１＋ｒｉ２）／（ｒｉ２−ｒｉ１） （３）
で定義し、ｆｉを物体側より第ｉ番目のレンズの焦点距離としたとき、
−２．０＜Ｓ３＜−０．１ （１）
１．０５＜ｆ１／ｆ３）＜３．５ （２）
の条件を満足することを特徴としている。

次に、本発明における第２の手段は、上記第１の手段において、正レンズと負レンズの接合レンズを有する事を特徴としている。

更に本発明における第３の手段は、該ワイドコンバーターレンズは物体側より順に、像側に曲率の強い凹面を向けた負の第１レンズと正の第２レンズと負の第３レンズを有する前レンズ群と、正レンズと負レンズの接合レンズから成り全体として正の屈折力を有する後レンズ群とから構成されると共に、上記（３）式で定義される第３レンズのシェイプファクターＳ３が、
−２．０＜Ｓ３＜−０．１ （１）
の条件を満足することを特徴としている。

更に本発明における第４の手段は、上記第３の手段において、ｆｉを物体側より第ｉ番目のレンズの焦点距離としたとき、
１．０５＜（ｆ１／ｆ３）＜３．５ （２）
の条件を満足することを特徴としている。

なお、さらに説明すれば、本発明の第一の発明について下記のように示す。

（１）主レンズの物体側に装着するワイドコンバーターレンズにおいて、該ワイドコンバーターレンズは物体側より順に、像側に曲率の強い凹面を向けた負の第１レンズと正の第２レンズと負の第３レンズを有する前レンズ群と、正レンズと負レンズを各１枚以上含み全体として正の屈折力を有する後レンズ群とから構成され、以下の条件式、
−２．０＜ Ｓ３ ＜ −０．１ （１）
１．０５＜（ｆ１／ｆ３）＜３．５ （２）
但し、
Ｓｉ ＝ （ｒｉ１＋ｒｉ２）／（ｒｉ２−ｒｉ１）
ｒｉ１：物体側より第ｉ番目のレンズの物体側の曲率半径
ｒｉ２：物体側より第ｉ番目のレンズの像側の曲率半径
ｆｉ ：物体側より第ｉ番目のレンズの焦点距離
を満足する事を特徴とするワイドコンバーターレンズ。

本発明によれば、撮影レンズの前方に装着して撮影系全体の焦点距離を広角側に変位させるワイドコンバーターにおいて、前述の条件を満足する５枚以上のレンズで構成し、さらに第１レンズと第３レンズのパワー配置および第３レンズの形状を適切に選択することにより、撮影レンズに装着した時の全系の光学性能を良好に維持するコンパクトなワイドコンバーターレンズを達成する事ができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

以下に本発明の数値実施例を記載する。

数値実施例１乃至４は、撮影レンズの前方に装着して撮影系全体の焦点距離を広角側に変位させるワイドコンバーターにおいて、物体側より順に、像側に曲率の強い凹面を向けた負の第１レンズと正の第２レンズと負の第３レンズを有する前レンズ群と、正レンズと負レンズを各１枚以上含み全体として正の屈折力を有する後レンズ群から構成している。また数値実施例３乃至４は、撮影レンズの前方に装着して撮影系全体の焦点距離を広角側に変位させるワイドコンバーターにおいて、物体側より順に、像側に曲率の強い凹面を向けた負の第１レンズと正の第２レンズと負の第３レンズを有する前レンズ群と、正レンズと負レンズの接合レンズから成り全体として正の屈折力を有する後レンズ群とから構成している。

図１は本発明の数値実施例１の断面図を示している。ワイドコンバーターのアフォーカル倍率は０．６倍である。また図２は本発明の数値実施例１をマスターレンズに装着した際の断面図を示している。マスターレンズは数値実施例１乃至４において共通であり、ズーム比が９．６倍のズームレンズで、画角２ωは５８．９４°乃至６．７２°の間で変化する。

図２においてＣはワイドコンバーターレンズ部、Ｍは撮影レンズであるマスターレンズ部を示している。本実施例においては物体側より順に、像側に曲率の強い凹面を向けた負の第１レンズ１と正の第２レンズ２と負の第３レンズ３から成る前レンズ群と、負の第４レンズ４と正の第５レンズ５から成り、全体として正の屈折率を有する後レンズ群で構成されている。

本発明のワイドコンバーターでは５枚以上のレンズで構成することにより、マスターレンズの物体側に取り付けるワイドコンバーターで特に問題となる倍率色収差と像面湾曲と広角端での歪曲収差とを全て良好に補正している。これによりワイドコンバーターレンズ装着による色にじみと周辺像劣化と像の歪曲の増加を最低限に抑えられるというメリットがある。

また本発明のワイドコンバーターレンズでは、負の第１レンズ１と負の第３レンズ３とのパワーを適切に配置し、非点収差およびそれに伴う像面湾曲を分担させることで、０．６倍程度のアフォーカル倍率を実現しながら、広いズーム域での非点収差と像面湾曲の補正が可能となり、良好な軸外性能を保っている。また０．６倍程度のアフォーカル倍率を実現するためには、第１負レンズ１と第３負レンズ３とで、強い負のパワーが必要とされる。このとき広角端での軸外光線は高い光線高で入射するため、第１負レンズ１と第３負レンズ３では、広角端で大きな負の歪曲収差が発生する。そこで、第２正レンズ２で逆の正の歪曲収差を発生させ、第１負レンズ１と第３負レンズ３で発生する負の歪曲収差をキャンセルすることで、広角端での歪曲収差を良好に補正している。

第３負レンズ３は像側に曲率の強い凹面を向けたメニスカス形状とすることで、特にワイド側での軸外光線の入射角が小さくなり、広角域の歪曲収差および非点収差の補正では有利となる。一方高いズーム域を有するマスターレンズに対し、よりテレ側まで光学性能を維持するために、第３負レンズ３に第１負レンズ１と同等かそれ以上の強いパワーを与えると共に、第３負レンズ３の物体側の面を凸面もしくは曲率の小さな凹面とすることで高次の収差を発生させ、より広い範囲のズーム域でのコマ収差や非点収差を補正している。

後レンズ群は正レンズと負レンズを各１枚以上含むレンズ群または正レンズと負レンズの接合レンズから構成することで、後レンズ群内で色消しを行い、広角端だけでなく使用ズーム域全域にわたって良好な色収差の補正を実現している。

以上のようなレンズ構成およびレンズ形状を取ることで、ズーム比が１０倍程度のマスターズームレンズの全てのズーム域もしくは広角端から中間焦点距離の範囲において、撮像素子の高密度化にも十分対応する高い光学性能を有するワイドコンバーターレンズが実現できる。

さらに本発明のワイドコンバーターレンズでは、条件式（１）を満足することが好ましい。条件式（１）は、負の第３レンズ３の形状を規定するために、該レンズについて式（３）で定義されるシェイプファクターに関するものである。条件式（１）でその下限の−２．０を超えて小さな値を持つと、特に広角端以外で非点収差がオーバー方向に増加し、広いズーム範囲での良好な収差補正が困難となる。また条件式（１）でその上限の−０．１を超えて大きな値を持つと、第３レンズ３の物体側の面の凹面の曲率が強くなり、第３レンズ３に入射する軸外光線の入射角が増大し、特に広角域の歪曲収差および非点収差が悪化する。

本発明のワイドコンバーターレンズでは、負の第３レンズ３の形状を規定する式（３）で定義されるシェイプファクターは、以下の条件式（１）’を満たすことが望ましい。
−１．７＜Ｓ３＜−０．１５ （１）’
さらに好ましくは、以下の条件式（１）”を満たすことが望ましい。
−１．５＜Ｓ３＜−０．１８ （１）”

また本発明のワイドコンバーターレンズでは、条件式（２）を満足することが好ましい。条件式（２）は、第１レンズ１と第３レンズ３の焦点距離の比を規定したものである。条件式（２）でその下限１．０５を超えて小さな値を持つと、前記前レンズ群における第１レンズ１の負のパワー分担比が大きくなるが、第１レンズ１では広角端での軸外光線が高い光線高で入射するため、該レンズで発生する広角端の歪曲収差が大きくなりすぎ、正の第２レンズ２で補正しきれなくなる。また条件式（２）でその上限３．５を超えて大きな値を持つと、第３レンズ３に前レンズ群の負のパワーが偏り、収差補正上好ましくない。

本発明のワイドコンバーターレンズでは、第３レンズ３と第１レンズ１の焦点距離は、以下の条件式（２）’を満たすことが望ましい。
１．１５＜（ｆ１／ｆ３）＜２．７ （２）’
さらに好ましくは、以下の条件式（２）”を満たすことが望ましい。
１．２５＜（ｆ１／ｆ３）＜２．２ （２）”
図６は本発明の数値実施例２の断面図を示している。

図９は本発明の数値実施例３の断面図を示している。

図１２は本発明の数値実施例４の断面図を示している。

数値実施例２乃至４のワイドコンバーターのアフォーカル倍率は０．６倍である。

数値実施例において、Ｒｉは物体側より順に第ｉ番目の面の曲率半径、Ｄｉは第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面の間隔（レンズ厚あるいは空気間隔）、Ｎｉとνｉはそれぞれ第ｉ番目のレンズの材質の屈折率とアッベ数である。

また前述の各条件式と数値実施例の関係を表１に示す。

非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＨ軸、光の進行方向を正としＲを近軸曲率半径、Ｋを円錐定数、Ｂ，Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ａ′、Ｂ′、Ｃ′を各々非球面係数としたとき

なる式で表している。

また、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０^−Ｚ」を意味する。

（数値実施例１）ワイドコンバーターレンズ
ｆ＝３．５２８〜１１．０２４〜３３．９４８
Ｆｎｏ＝２．８８〜３．０７〜３．５９
２ω＝８６．５７〜３３．５５〜１１．１８°

（数値実施例２）ワイドコンバーターレンズ
ｆ＝３．５２８〜１１．０２４
Ｆｎｏ＝２．８８〜３．０７
２ω＝８６．５７〜３３．５５°

（数値実施例３）ワイドコンバーターレンズ
ｆ＝３．５２８〜１１．０２４
Ｆｎｏ＝２．８８〜３．０７
２ω＝８６．５７〜３３．５５°

（数値実施例４）ワイドコンバーターレンズ
ｆ＝３．５２８〜１１．０２４
Ｆｎｏ＝２．８８〜３．０７
２ω＝８６．５７〜３３．５５°

＜マスターレンズ＞
ｆ＝５．８８０〜１８．３７４〜５６．５７９
Ｆｎｏ＝２．８８〜３．０６〜３．６０
２ω＝５８．９４〜２０．５０〜６．７２°

非球面係数
R13 k=-9.72580e-02 B=-3.77301e-05 C=1.04354e-05 D=3.60915e-08
E=-3.20604e-10
A′=-4.17382e-05 B′=-4.59486e-05 C′=-1.11569e-06

本発明の数値実施例１のレンズ断面図 本発明の数値実施例１をマスターレンズに装着した際の断面図 本発明の数値実施例１をマスターレンズに装着した際の広角端での収差図 本発明の数値実施例１をマスターレンズに装着した際の中間焦点距離での収差図 本発明の数値実施例１をマスターレンズに装着した際の望遠端での収差図 本発明の数値実施例２のレンズ断面図 本発明の数値実施例２をマスターレンズに装着した際の広角端での収差図 本発明の数値実施例２をマスターレンズに装着した際の中間焦点距離での収差図 本発明の数値実施例３のレンズ断面図 本発明の数値実施例３をマスターレンズに装着した際の広角端での収差図 本発明の数値実施例３をマスターレンズに装着した際の中間焦点距離での収差図 本発明の数値実施例４のレンズ断面図 本発明の数値実施例４をマスターレンズに装着した際の広角端での収差図 本発明の数値実施例４をマスターレンズに装着した際の中間焦点距離での収差図 マスターレンズの広角端での収差図 マスターレンズの中間焦点距離での収差図 マスターレンズの望遠端での収差図

符号の説明

ΔＭ メリディオナル像面
ΔＳ サジタル像面
ＩＰ 結像面
Ｇ ＣＣＤのフォースプレートやローパスフィルター等のガラスブロック
Ｃ ワイドコンバーターレンズ
Ｍ 撮影レンズ

Claims (4)

1. 主レンズの物体側に装着するワイドコンバーターレンズにおいて、該ワイドコンバーターレンズは物体側より順に、像側に曲率の強い凹面を向けた負の第１レンズと正の第２レンズと負の第３レンズを有する前レンズ群と、正レンズと負レンズを各１枚以上含み全体として正の屈折力を有する後レンズ群とから構成され、以下の条件式、
   −２．０＜ Ｓ３ ＜ −０．１ （１）
   １．０５＜（ｆ１／ｆ３）＜３．５ （２）
   但し、
   Ｓｉ ＝ （ｒｉ１＋ｒｉ２）／（ｒｉ２−ｒｉ１）
   ｒｉ１：物体側より第ｉ番目のレンズの物体側の曲率半径
   ｒｉ２：物体側より第ｉ番目のレンズの像側の曲率半径
   ｆｉ ：物体側より第ｉ番目のレンズの焦点距離
   を満足する事を特徴とするワイドコンバーターレンズ。
2. 正レンズと負レンズの接合レンズを有する事を特徴とする請求項１記載のワイドコンバーターレンズ。
3. 主レンズの物体側に装着するワイドコンバーターレンズにおいて、該ワイドコンバーターレンズは物体側より順に、像側に曲率の強い凹面を向けた負の第１レンズと正の第２レンズと負の第３レンズを有する前レンズ群と、正レンズと負レンズの接合レンズから成り全体として正の屈折力を有する後レンズ群とから構成され、以下の条件式、
   −２．０＜Ｓ３＜−０．１ （１）
   但し、
   Ｓｉ＝（ｒｉ１＋ｒｉ２）／（ｒｉ２−ｒｉ１）
   ｒｉ１：物体側より第ｉ番目のレンズの物体側の曲率半径
   ｒｉ２：物体側より第ｉ番目のレンズの像側の曲率半径
   を満足する事を特徴とするワイドコンバーターレンズ。
4. 以下の条件、
   １．０５＜（ｆ１／ｆ３）＜３．５ （２）
   但し、
   ｆｉ：物体側より第ｉ番目のレンズの焦点距離
   を満足する事を特徴とする請求項３記載のワイドコンバーターレンズ。

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