JP2009193087A - テレコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】 諸収差の発生を抑制しつつ、小型のテレコンバータを実現すること。
【解決手段】 マスターレンズＭの物体側に装着して焦点距離を拡大するテレコンバータレンズＴにおいて、正の屈折力の前群ＬＦが、負レンズ１１と正レンズ１２とを接合した正の屈折力の接合レンズ１Ｃと、正レンズ１３から成り、負の屈折力の後群ＬＲが、正レンズ２１と負レンズ２２とを接合した全体として負の屈折力の接合レンズ２Ｃから成り、前群ＬＦ中の接合レンズ１Ｃとその後方の正レンズ１３の間に形成される空気レンズの形状と、後群ＬＲの正レンズと負レンズのアッベ数を適切に設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばデジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮影レンズの物体側に装着し、撮影レンズの焦点距離を長い方に変換するテレコンバータに関する。

デジタルカメラ、ビデオカメラにおいてはＣＣＤセンサ等の固体撮像素子の高画素化が進んでおり、撮影レンズにはより低画素のものに比べ、色収差を含めて高い光学性能が要求されている。したがって、撮影レンズに装着するテレコンバータにも同様の高い光学性能が要求されている。

撮影レンズの物体側に装着して全系の焦点距離を長い方へ変換する所謂フロントテレコンバータとして、正の屈折力の前群、負の屈折力の後群の各々を１枚のレンズにて構成した例として特許文献１が知られている。また、前群、後群共に正レンズ、負レンズを用いて各群にて色消しを行った構成として特許文献２〜６が知られている。なお、特許文献４〜６では正の屈折力の前群に含まれる正レンズを２枚とした構成が開示されている。

特開昭５５−３２０４６号公報 特開平１−２５１００９号公報 特開平１０−１９７７９２号公報 特開平１０−１９７７９２号公報 特開２０００−３５６７４４号公報 特開２００１−２２８３９３号公報

特許文献１は前群、後群が１枚構成であり、全長短縮のために各群の屈折力を共に強めると、軸上色収差と倍率色収差の両立が困難となるばかりでなく、球面収差、像面湾曲が補正不足となり良好な光学性能を実現するのが困難となる。

特許文献２及び３では、各群を正レンズ１枚、負レンズ１枚で構成することで各群内にて色消しを行い、軸上色収差と倍率色収差を良好に補正している。しかしながら、特に前群の屈折力を強めた際に発生する球面収差および像面湾曲は補正不足である。

特許文献４では、正の屈折力の前群を、物体側から順に、負レンズと正レンズとの接合レンズ、両凸レンズで構成して、正レンズを２枚に分割している。しかしながら、２つの正レンズ間で構成される空気レンズの屈折力が極めて弱く、前群の正の屈折力を複数の正レンズで効果的に分担しているとは言い難い。このような構成では前群の屈折力を強めた際の球面収差、像面湾曲が補正不足となり、前群に含まれる正レンズが１枚のみの場合と同様の課題を有する。

特許文献５では、正の屈折力の前群を、物体側から順に、正レンズと負レンズとの接合レンズ、正メニスカスレンズで構成し、その接合レンズと正メニスカスレンズで構成される空気レンズの屈折力をある程度強めた構成が開示されている。このような構成では前群の屈折力をある程度強めた際に発生しがちな球面収差、像面湾曲を良好に補正することが可能となる。しかしながら、前群の接合レンズを構成する正レンズは負レンズよりも物体側に配置されており、接合レンズの構成を順に負レンズ、正レンズとした場合に比べ正レンズの有効径が大きくなるため接合レンズ全体として大型化しやすいという課題を有する。

特許文献６では、正の屈折力の前群を、物体側から順に、正レンズ、正レンズと負レンズとの接合レンズで構成しており、接合レンズの構成としては順に負レンズ、正レンズとした場合に比べ、特許文献５と同様に大型化しやすいという課題を有する。

本発明はこのような従来例を鑑みなされたもので、諸収差を良好に補正しつつも小型のテレコンバータを実現することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のテレコンバータは、前方（物体側）より後方（像側）へ順に、正の屈折力の前群、負の屈折力の後群より成る。前群は、前方より後方へ順に、負レンズと正レンズＡとを接合した全体として正の屈折力の接合レンズ、正レンズＢから成る。後群は、正レンズと負レンズとを接合した全体として負の屈折力の接合レンズから成る。正レンズＡの後方のレンズ面及び正レンズＢの前方のレンズ面の曲率半径をそれぞれＲ２ｂ，Ｒ３ａ、後群の正レンズ及び負レンズのアッベ数をそれぞれνＮＰ、νＮＮとするとき、
−１．０＜Ｒ３ａ／Ｒ２ｂ＜０．５
２０＜νＮＮ−νＮＰ
なる条件を満足することを特徴としている。

本発明によれば色収差、球面収差、像面湾曲等の諸収差が良好に補正され、高画素のデジタルカメラ、ビデオカメラに対応可能な高性能かつ小型なテレコンバータレンズの提供が可能となるという効果がある。

数値実施例１のテレコンバータをマスターレンズに装着した際のレンズ断面図である。 数値実施例１のテレコンバータをマスターレンズに装着した際の全系の収差図である。 数値実施例２のテレコンバータのレンズ断面図である。 数値実施例２のテレコンバータをマスターレンズに装着した際の全系の収差図である。 数値実施例３のテレコンバータのレンズ断面図である。 数値実施例３のテレコンバータをマスターレンズに装着した際の全系の収差図である。 数値実施例４のテレコンバータをマスターレンズに装着した際のレンズ断面図である。 数値実施例４のテレコンバータをマスターレンズに装着した際の全系の収差図である。

以下に本発明のテレコンバータの実施形態について説明する。本実施形態のテレコンバータはデジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮影レンズの物体側に装着して、撮影レンズの焦点距離を拡大するためのものである。

図１，３，５，７は後述する数値実施例１〜４で示すテレコンバータレンズのレンズ断面図であり、図１と図７はそれぞれ数値実施例１と４で示すマスターレンズを装着に装着した状態のレンズ断面図となっている。各レンズ断面図において、左側が物体側（前方）であり、右側が像側（後方）である。図２，４，６，８はそれぞれ数値実施例１〜４のテレコンバータレンズをマスターレンズに装着した状態での諸収差図であり、数値実施例２と３のテレコンバータレンズは数値実施例１と同じマスターレンズに装着した状態のものである。以下、数値実施例１〜４を本実施形態と呼ぶ。

図１，７において、Ｔはテレコンバータレンズ部、Ｍは撮影レンズであるマスターレンズ部を示し、テレコンバータレンズ部Ｔは、正の屈折力（焦点距離の逆数、光学的パワー）の前群ＬＦと負の屈折力の後群ＬＲとから構成されている。Ｇはマスターレンズ部の最後部に設計上設けたＣＣＤセンサのフェースプレートやローパスフィルタ、赤外カットフィルタ等に相当するガラスブロック、ＩＰはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の受光面が配される像面である。

図１に示した数値実施例１のテレコンバータにおいて、前群ＬＦは、物体側より像側へ順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１１と物体側に凸面を向けた正レンズ１２とを接合した正の屈折力の接合レンズ１Ｃ、物体側に凸面を向けた正レンズ１３で構成されている。後群ＬＲは、物体側より像側へ順に、正レンズ２１と負レンズ２２とを接合した負の屈折力の接合レンズ２Ｃで構成されている。図５に示した数値実施例３のテレコンバータも数値実施例１と同様の構成である。

図３に示した数値実施例２のテレコンバータは、後群ＬＲを順に負レンズ２１ａと正レンズ２２ａとを接合した負の屈折力の接合レンズ２Ｃで構成した点が数値実施例１との相違点である。図７に示した数値実施例４のテレコンバータは、前群ＬＦを順に両凹形状の負レンズ１１ｂと物体側に凸面を向けた正レンズ１２ｂとを接合した正の屈折力の接合レンズ１Ｃ、物体側に凸面を向けた正レンズ１３ｂで構成すると共に、後群ＬＲの接合レンズ２Ｃを全体として両凹形状とした点が数値実施例１との相違点である。

本実施形態のテレコンバータでは、前群ＬＦ、後群ＬＲが共に正レンズ、負レンズを少なくとも１枚ずつ有し、各群にて色消しを行うことにより軸上色収差と倍率色収差を共に良好に補正している。これによりテレコンバータレンズ装着による色にじみの増加を最低限に抑えられるというメリットがある。

また前群ＬＦの正の屈折力を、接合レンズ１Ｃとその後方の正レンズ１３（１３ｂ）とで分担することにより球面収差、像面彎曲を良好に補正している。このような構成は特に前群の屈折力を強めながら良好な光学性能を提供する上で有効である。

さらに前群ＬＦの接合レンズ１Ｃを物体側より順に負レンズ１１（１１ｂ）、正レンズ１２（１２ｂ）で構成することにより、逆の順番にした場合と比べ、正レンズ１２（１２ｂ）をマスターレンズ側に近づけることができ、レンズの有効径を小さくすることができる。一般に正レンズはレンズ加工上ある程度の縁厚（コバ厚）を確保する必要がある。縁厚を加工上必要な最小限の寸法としてレンズを極力薄型化する場合、正レンズをマスターレンズに近づけるほど有効径が小さくできる分中心肉厚も薄くでき、レンズの小型軽量化が図れる。なお負レンズ１１（１１ｂ）に関しても、順に正レンズ、負レンズの構成より有効径が大きくなるが、加工上の縁厚の制約はないため強度が維持できれば特に中心肉厚を気にする必要はない。結果的に接合レンズ１Ｃ全体としては負、正の順序とする方が逆の順番の場合に比べて小型、軽量化が図れる。

なお図１に示したマスターレンズ部Ｍの画角２ωは１２．７°であり、中望遠域のレンズである。このような画角のマスターレンズに装着するテレコンバータレンズでは、図１に示すように後群の接合レンズ２Ｃを物体側に凸面を向けたメニスカス形状として接合レンズ全体をコンセントリックに近い形状とするのがよい。このような構成では、接合レンズ２Ｃの空気と接するレンズ面において軸外光束の入射角、射出角が極端に大きくならないため、非点隔差、倍率色収差の二次成分の発生が低減されるというメリットがある。

また、図７に示したマスターレンズ部Ｍの画角２ωは６．７°であり、図１に示したマスターレンズ部Ｍに比べかなり望遠側のレンズである。このようなマスターレンズに装着するテレコンバータレンズの後群形状としては、軸外光束の入射角、射出角を大きくしないために全体として両凹形状の方が好ましくなる。

更に本実施形態のテレコンバータレンズは以下の条件式を満足している。
−１．０＜Ｒ３ａ／Ｒ２ｂ＜０．５ （１）
但し、Ｒ２ｂ：正レンズ１２（１２ｂ）の像側レンズ面の曲率半径
Ｒ３ａ：正レンズ１３（１３ｂ）の物体側レンズ面の曲率半径
条件式（１）は正レンズ１２（数値実施例４では１２ｂ）と正レンズ１３（数値実施例４では１３ｂ）で構成される空気レンズの屈折力を規定する式である。本実施形態では前群ＬＦの正の屈折力を接合レンズ１Ｃと正レンズ１３（１３ｂ）とで分担しているが、屈折力分担されている構成では結果として接合レンズ１Ｃと正レンズ１３（１３ｂ）との間で構成される空気レンズの屈折力が適切に設定された状態と言える。条件式（１）においては、１近傍にて空気レンズの屈折力が無い状態となり１から小さくなるほど正の屈折力が増していく。条件式（１）の上限を超えて１に近づくと空気レンズの屈折力が弱すぎるため前群にて屈折力分担する作用が薄れ、球面収差、像面湾曲が補正不足となるので好ましくない。また、下限を超えて空気レンズの屈折力が大きくなりすぎると、正レンズ１２（１２ｂ）の像側レンズ面の曲率がきつく（曲率半径が小さく）なりすぎ、軸上光束の光軸から離れた光線にて射出角度が大きくなってアンダー側の球面収差が過多となるので好ましくない。

本実施形態のテレコンバータレンズはさらに以下の条件式を満足している。
６０＜νＰ＜９０ （２）
２０＜νＮＮ−νＮＰ （３）
０．３＜Ｄ／Ｌ＜０．７ （４）
但し、νＰ：前群ＬＦ中の接合レンズ１Ｃを構成する正レンズのアッベ数
νＮＰ：後群ＬＲ中の接合レンズ２Ｃを構成する正レンズのアッベ数
νＮＮ：後群ＬＲ中の接合レンズ２Ｃを構成する負レンズのアッベ数
Ｄ：前群ＬＦの最も像側レンズ面から後群ＬＲの最も物体側レンズ面までの距離
Ｌ：前群ＬＦの最も物体側レンズ面から後群ＬＲの最も像側レンズ面までの距離
条件式（２）は前群ＬＦ中の接合レンズ１Ｃを構成する正レンズ１２（数値実施例４では１２ｂ）のアッベ数を規定する式である。条件式（２）の下限を超えてアッベ数が小さすぎる場合、すなわち分散が大きすぎる場合は、前群ＬＦにて発生する軸上二次スペクトルが問題となる。二次スペクトルを低減するにはアッベ数と部分分散比θ_ｇ，Ｆの関係にて硝材を適切に選択する必要がある。例えば株式会社オハラの硝材においては、アッベ数と部分分散比θ_ｇ，ＦのグラフにてＰＢＭ２（νｄ＝３６．２６，θ_ｇ，Ｆ＝０．５８２８）とＮＳＬ７（νｄ＝６０．４９，θ_ｇ，Ｆ＝０．５４３６）を結んだ線を基準線とすると、光学ガラスの分布としては大まかにはνｄが３５程度より小さい高分散ガラスは基準線より上側に、νｄが３５から６５程度までの低分散ガラスは基準線より下側に位置するものが多く、νｄが６０以上にて基準線より上側に位置する異常分散性ガラスが存在している。低分散ガラスに関しては基準線より上側に位置するものを使用するのが二次スペクトル補正に対し効果的であり基準線から離れるほど補正効果が高まる。条件式（２）の下限を超えると基準線より上側に位置する硝材が存在しないため二次スペクトルに関して補正不足となり色にじみの要因となるためよくない。また、上限を超えてアッベ数が大きすぎる場合は二次スペクトル補正の点では有利であるが硝材費が高くなるためコストの面で好ましくない。

条件式（３）は後群ＬＲの接合レンズ２Ｃを構成するレンズのアッベ数差を規定する式である。条件式（３）の下限を超えてアッベ数差が小さすぎる場合は後群内での色消しにおいて補正不足となるため、後群を接合レンズとしても色収差補正を行う効果が薄れるので好ましくない。

条件式（４）は前群ＬＦと後群ＬＲの間隔を規定する式である。前群ＬＦと後群ＬＲの間隔を小さくして所望のアフォーカル倍率を得るためには各群の屈折力を強める必要がある。条件式（４）の下限を超えて間隔が小さすぎる場合は所望の倍率を得るために各群の屈折力を強めなければならず、球面収差、像面湾曲等の諸収差の補正が困難となるのが課題となる。また上限を超えて間隔が大きすぎると全長が増大するばかりでなく前群ＬＦの外径が大きくなりガラス重量が増大し小型軽量化の点でよくない。

さらに、数値実施例１〜３に示したような、中望遠のマスターレンズに装着するためのテレコンバータレンズとしては以下を満足することが好ましい。
−２．５＜（ＲＮｂ＋ＲＮａ）／（ＲＮｂ−ＲＮａ）＜−１．０ （５）
但し、ＲＮａ：後群ＬＲ中の接合レンズ２Ｃの最も物体側レンズ面の曲率半径
ＲＮｂ：後群ＬＲ中の接合レンズ２Ｃの最も像側レンズ面の曲率半径
条件式（５）は後群ＬＲの接合レンズ２Ｃの形状因子を規定する式である。形状因子が−１のときレンズ形状は平凹となり、−１より小さい場合は物体側に凸面を向けたメニスカス形状となる。条件式（５）の上限を超えてメニスカスの度合いが弱まると、特に物体側レンズ面がコンセントリックな曲率より弱くなり軸外光束の入射／射出角が増すため、非点隔差、倍率色収差の二次成分が過多に発生し軸外性能が低下するのでよくない。また条件式（５）の下限を超えてメニスカスの度合いが強くなりすぎると、特に像側レンズ面の曲率がきつく（曲率半径が小さく）なりすぎオーバー側の球面収差が発生する。

次に数値実施例１〜４の数値データを示す。各数値実施例においてＲｉは物体側より順に第ｉ番目の面（第ｉ面）の曲率半径、Ｄｉは第ｉ面と第（ｉ＋１）面との間の間隔、Ｎｉとνｉはそれぞれｄ線に対する光学部材の屈折率、アッベ数を示す。最も像側の２つの平面は前述したように設計上設けたガラスブロックＧＢを構成する面である。そして、ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角である。

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。なお「ｅ±Ｚ」は「×１０^±Ｚ」を表している。

また前述の各条件式と数値実施例の関係を表１に示す。

（数値実施例１）
ｆ＝７４．１２ Ｆｎｏ＝３．４０ ２ω＝８．５°

非球面係数
第１８面
ｋ＝−４．２８７８６ｅ＋００
Ｂ＝７．０６１４９ｅ−０５ Ｃ＝−３．５５０１８ｅ−０７ Ｄ＝１．２６９６６ｅ−０９ Ｅ＝−１．２３４９０ｅ−１０
Ａ´＝０ Ｂ´＝０ Ｃ´＝０
第１９面
ｋ＝７．９３００７ｅ−０１
Ｂ＝−２．１４２１２ｅ−０６ Ｃ＝−３．６０５５８ｅ−０７ Ｄ＝−４．５３８３８ｅ−０９ Ｅ＝−３．４８２４８ｅ−１１
Ａ´＝０ Ｂ´＝０ Ｃ´＝０
第２３面
ｋ＝−４．６８６３４ｅ−０１
Ｂ＝−１．９１５１８ｅ−０５ Ｃ＝３．３５３１６ｅ−０８ Ｄ＝０．０００００ｅ＋００ Ｅ＝０．０００００ｅ＋００
Ａ´＝０ Ｂ´＝０ Ｃ´＝０

（数値実施例２）
ｆ＝７４．２０ Ｆｎｏ＝３．４０ ２ω＝８．４°

マスターレンズのデータは数値実施例１と同じ

（数値実施例３）
ｆ＝８４．２０ Ｆｎｏ＝３．４０ ２ω＝７．５゜

本数値実施例のマスターレンズのデータは数値実施例１と同じである。

（数値実施例４）
ｆ＝８７．９５ Ｆｎｏ＝３．０９ ２ω＝４．３゜

非球面係数
第２２面
ｋ＝−１．３５２９５ｅ−０２
Ｂ＝−５．０５８０２ｅ−０５ Ｃ＝８．３３７４６ｅ−０６ Ｄ＝９．５７０３５ｅ−０８ Ｅ＝−９．８３７０５ｅ−１０
Ａ´＝−９．５５１０８ｅ−０５ Ｂ´＝−３．５７６２３ｅ−０５ Ｃ´＝−１．１７９００ｅ−０６
第２３面
ｋ＝５．０００００ｅ＋０２
Ｂ＝−５．３２６９６ｅ−０５ Ｃ＝−２．４５８４３ｅ−０６ Ｄ＝１．１１２２８ｅ−０８ Ｅ＝０．０００００ｅ＋００
Ａ´＝８．４９７９１ｅ−０６ Ｂ´＝２．０６２３２ｅ−０５ Ｃ´＝１．７９０８７ｅ−０８

以下に実施形態で説明した本発明のとり得る態様について列挙する。
（態様１）前方より後方へ順に、正の屈折力の前群、負の屈折力の後群より成るテレコンバータにおいて、前記前群は、前方より後方へ順に、負レンズと正レンズＡとを接合した全体として正の屈折力の接合レンズと、正レンズＢとから成り、前記後群は、正レンズと負レンズとを接合した全体として負の屈折力の接合レンズを有し、前記正レンズＡの後方のレンズ面及び前記正レンズＢの前方のレンズ面の曲率半径をそれぞれＲ２ｂ，Ｒ３ａとするとき、
−１．０＜Ｒ３ａ／Ｒ２ｂ＜０．５
なる条件を満足することを特徴とするテレコンバータ。
（態様２）前記前群の正レンズＡのアッベ数をνＰ、前記後群の正レンズ及び負レンズのアッベ数をそれぞれνＮＰ，νＮＮとするとき、
６０＜νＰ＜９０
２０＜νＮＮ−νＮＰ
なる条件を満足することを特徴とする態様１記載のテレコンバータ。
（態様３）前記前群の最も後方のレンズ面から前記後群の最も前方のレンズ面までの距離をＤ、前記前群の最も前方のレンズ面から前記後群の最も後方のレンズ面までの距離をＬとするとき、
０．３＜Ｄ／Ｌ＜０．７
なる条件を満足することを特徴とする態様１又は２記載のテレコンバータ。
（態様４）前方より後方へ順に、正の屈折力の前群、負の屈折力の後群より成るテレコンバータにおいて、前記前群は、前方より後方へ順に、負レンズと正レンズとを接合した全体として正の屈折力の接合レンズを有し、前記後群は、正レンズと負レンズとを接合した全体として負の屈折力の接合レンズから成り、前記後群の接合レンズの最も前方及び最も後方のレンズ面の曲率半径をそれぞれＲＮａ、ＲＮｂとするとき、
−２．５＜（ＲＮｂ＋ＲＮａ）／（ＲＮｂ−ＲＮａ）＜−１．０
なる条件を満足することを特徴とするテレコンバータ。
（態様５）前記前群の接合レンズ中の正レンズのアッベ数をνＰ、前記後群の正レンズ及び負レンズのアッベ数をそれぞれνＮＰ，νＮＮとするとき、
６０＜νＰ＜９０
２０＜νＮＮ−νＮＰ
なる条件を満足することを特徴とする態様４記載のテレコンバータ。
（態様６）前記前群の最も後方のレンズ面から前記後群の最も前方のレンズ面までの距離をＤ、前記前群の最も前方のレンズ面から前記後群の最も後方のレンズ面までの距離をＬとするとき、
０．３＜Ｄ／Ｌ＜０．７
なる条件を満足することを特徴とする態様４又は５記載のテレコンバータ。

Ｔ テレコンバータレンズ部
Ｍ マスターレンズ部
Ｇ ガラスブロック
ＩＰ 像面
ＬＦ 前群
ＬＲ 後群

Claims (1)

1. 前方より後方へ順に、正の屈折力の前群、負の屈折力の後群より成るテレコンバータにおいて、前記前群は、前方より後方へ順に、負レンズと正レンズＡとを接合した全体として正の屈折力の接合レンズ、正レンズＢから成り、前記後群は、正レンズと負レンズとを接合した全体として負の屈折力の接合レンズから成り、前記正レンズＡの後方のレンズ面及び前記正レンズＢの前方のレンズ面の曲率半径をそれぞれＲ２ｂ，Ｒ３ａ、前記後群の正レンズ及び負レンズのアッベ数をそれぞれνＮＰ、νＮＮとするとき、
   −１．０＜Ｒ３ａ／Ｒ２ｂ＜０．５
   ２０＜νＮＮ−νＮＰ
   なる条件を満足することを特徴とするテレコンバータ。

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