JP2014048590A

JP2014048590A - ワイドコンバータレンズ

Info

Publication number: JP2014048590A
Application number: JP2012193562A
Authority: JP
Inventors: Takuya Nagano; 卓哉長能
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2014-03-17
Anticipated expiration: 2032-09-03
Also published as: JP5983203B2

Abstract

【課題】小型で高性能な大口径・広角な主レンズに装着できる、小型で高性能なワイドコンバータレンズの実現を課題とする。
【解決手段】ワイドコンバータレンズは、主レンズの物体側に着脱可能に装着されるワイドコンバータレンズであって、物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス状の負の第１レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス状の負の第２レンズと、物体側に凸面を向けた正の第３レンズを配してなり、物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径：Ri、第１レンズの像側面と第２レンズの物体側面との間の光軸上の距離：d2、第１レンズの物体側面と第３レンズの像側面との間の光軸上の距離：Dが、条件：
（１） -3.5 < (R2+R1) / (R2-R1) < -2.5
（２） 0.40 < d2 / D < 0.55
を満足することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、撮影レンズの物体側に装着されて、より短い焦点距離を実現するワイドコンバータレンズに関する。

広く普及しつつあるデジタルカメラに対し、さらなる高画質化、高変倍比、小型化、省電力化が求められている。

デジタルカメラの開発も、このような要望を踏まえてなされる必要がある。

高変倍比達成手段の１つとして、主レンズにワイドコンバータレンズを装着して「主レンズの焦点距離よりも短い焦点距離」を実現することがある。

特に、主レンズの物体側に「アフォーカル系のワイドコンバータレンズ」を装着するフロント式ワイドコンバータは、従来から、数多く提案されている。

デジタルカメラが、高画質化、高変倍比、小型化、省電力化を追及して開発が進められる中、ワイドコンバータレンズにも、同様の機能の実現が求められている。

「フロント式ワイドコンバータ」としては、「物体側から像側へ向かって負・負・正の３枚のレンズを配してなるもの」が広く知られている（例えば、特許文献１〜４）。

これら特許文献記載のもので、装着の対象となる主レンズの具体例を開示しているものでは、何れもＦナンバが大きく、画角が小さい。

近来、実用化を意図されているデジタルカメラでは、画角が９０度より大きく、Ｆナンバも２以下というような明るく広角なレンズを搭載されたものが多い。

このような大口径・広画角の主レンズに、従来から知られたワイドコンバータレンズを装着しようとすると、ワイドコンバータレンズを大型化する必要がある。

また、大型化したワイドコンバータレンズを装着すると、結像性能が低下する恐れがある。

この発明は、近来主流となりつつある「小型で高性能な大口径・広角な主レンズ」に装着できる、小型で高性能なワイドコンバータレンズの実現を課題とする。

この発明のワイドコンバータレンズは、主レンズの物体側に着脱可能に装着されるワイドコンバータレンズであって、物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス状の負の第１レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス状の負の第２レンズと、物体側に凸面を向けた正の第３レンズを配してなり、物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径：Ri、第１レンズの像側面と第２レンズの物体側面との間の光軸上の距離：d2、第１レンズの物体側面と第３レンズの像側面との間の光軸上の距離：Dが、条件：
（１） -3.5 < (R2+R1) / (R2-R1) < -2.5
（２） 0.40 < d2 / D < 0.55
を満足することを特徴とする。

この発明のワイドコンバータレンズは、上記の如き構成により、小型化と高性能を実現できる。

後述する実施例に示すように、Ｆナンバが２以下で、画角が９０度以上の「大口径・広画角の主レンズ」に装着することができ、主レンズをさらに広画角化できる。

実施例１のレンズ構成図である。実施例２のレンズ構成図である。実施例３のレンズ構成図である。実施例４のレンズ構成図である。実施例１の短焦点端における収差図である。実施例１の中間焦点距離における収差図である。実施例１の長焦点端おける収差図である。実施例２の短焦点端における収差図である。実施例２の中間焦点距離における収差図である。実施例２の長焦点端おける収差図である。実施例３の短焦点端における収差図である。実施例３の中間焦点距離における収差図である。実施例３の長焦点端おける収差図である。実施例４の短焦点端における収差図である。実施例４の中間焦点距離における収差図である。実施例４の長焦点端おける収差図である。

以下、実施の形態を説明する。
図１〜図４に、実施の形態を４例示す。
これら図１〜図４に示す実施の形態は、この順序で、後述の実施例１〜４に相当する。

図１〜図４に示す実施の形態は、撮影レンズであるズームレンズを主レンズとし、主レンズの物体側にワイドコンバータレンズを着脱可能に装着する例である。

繁雑を避けるため、これらの図において符号を共通化する。

図１〜４において、符号ＷＣＮは「ワイドコンバータレンズ」、符号ＭＬＮは「ズームレンズ」を示している。

主レンズであるズームレンズＭＬＮは４群構成であり、物体側（図の左方）から、第１群Ｇ１、第２群Ｇ２、第３群Ｇ３、第４群Ｇ４を配してなる。

符号Ｓは「開口絞り」を示し、第２群Ｇ２と第３群Ｇ３との間に配置されている。

図１〜図４において、最上段の図は「短焦点端」のレンズ配置、中段の図は「中間焦点距離」のレンズ配置、下段の図は「長焦点遠端」のレンズ配置を示す。

また、上段と中段の図の間、中段と下段の図の間に描かれた矢印は、短焦点端から長焦点端への変倍に際しての第１群〜第４群Ｇ４と開口絞りＳの変移の向きを示す。

上記各図において、図の右側に描かれた符号Ｆは「透明平行平板」を示す。

デジタルカメラ等「ＣＣＤやＣＭＯＳのような撮像素子を用いるカメラ装置」では、撮像素子の受光面に近接してローパスフィルタや赤外カットガラス等が設けられる。
また、固体撮像素子の受光面は「カバーガラス」で保護されている。

上記「透明平行平板」は、ローパスフィルタ等の各種フィルタや、カバーガラスを「これらに光学的に等価な透明平行平板」により仮想的に置き換えたものである。
実施例中においては「フィルタ等」と表記している。

フロント式ワイドコンバータは、主レンズの物体側に装着するため、最も物体側のレンズ位置が主レンズの入射瞳から遠くなり、光学系が大型化し易い。
ワイドコンバータレンズを「負・正の２枚のレンズ」で構成すると、光学系の大型化を防ぐために「負・正のレンズの主点間隔」を小さくする必要がある。
このため、負・正それぞれのレンズの屈折力を強める必要があるが、屈折力を強めると収差が多く発生し、良好な収差補正を得ることが困難となる。
また、大口径で広角な主レンズに装着すると、良好な収差補正がより困難となり、結像性能が低下し易い。
収差の良好な補正を実現するためには、ワイドコンバータレンズを４枚以上のレンズで構成することが考えられるが、小型化やコストの面から好ましくない。
特に「主レンズが大口径・広角である」と、レンズ径が大きくなるため顕著になる。

そこで、この発明においては、ワイドコンバータレンズを全３枚のレンズで構成した。

図１〜図４のように、ワイドコンバータレンズＷＣＮは、物体側から像側（図の右方）に向かって順に、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３を配してなる。

第１レンズＬ１は、物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズ、第２レンズＬ２は、物体側に凸面を向けたメニスカス状の負レンズである。
第３レンズＬ３は、物体側に凸面を向けた正レンズである。

ワイドコンバータレンズＷＣＮは、前述の条件：
(1) -3.5 < (R2+R1) / (R2-R1) < -2.5
(2) 0.40 < d2 / D < 0.55
を満足する。

条件(1)は、第１レンズＬ１の形状を規定するものである。
条件(1)の上限値を超えると、第１面の曲率が弱くなり、広い画角を得ようとすると入射角が大きくなり、良好な軸外収差補正を得ることが困難となる。
また、第１レンズの大型化にも繋がる。
条件(1)の下限値を超えると、第１面と第２面の曲率が近くなり、第１レンズＬ１のパワーが弱くなり、第２レンズに負のパワーが偏ることになる。

このため、ワイドコンバータレンズの収差を補正する上で不利となる。

条件(2)は「ワイドコンバータ全系に対する第１レンズの大きさ」を規定する。
条件(2)の上限値を超えると、ワイドコンバータの全長が短くなるため、第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３の「形状に対する自由度」が制限される。

このため、収差の良好な補正が困難となる。

条件(2)の下限値を超えると、ワイドコンバータレンズの全長が長くなり、第１レンズＬ１が大型化する上、各レンズ面の端を通る軸外光線の良好な収差補正が困難となる。

この発明のワイドコンバータレンズは、前記条件(1)、(2)と共に、以下の条件(3)〜(12)の１以上を満足することにより、より良好な性能を実現できる。

(3) 1.60 < na <1.75
(4) 50 < ν < 60
(5) 10 < ν12 - ν3 < 15
(6) -0.75 < f12 / f3 < -0.65
(7) 0.7 < (R6+R5) / (R6-R5) < 1.2
(8) 1.0 < f1 / f2 < 1.7
(9) 0.7 < R2 / R5 < 1.2
(10) -2.0 < (R4+R3) / (R4-R3) < -1.0
(11) 0.8 < R4 / R5 < 1.5
(12) 0.20 < d5 / D < 0.50 。

条件（３）〜（１２）において、パラメータの各記号は以下の如く定義される。
「na」は、d線(波長λ=587.6 nm)に対する「第１または第２レンズの一方の材質の屈折率、「ν」は、第１または第２レンズの一方の材質のアッベ数である。

「ν12」は、第１レンズと第２レンズの材質のアッベ数の平均値、「ν3」は、第３レンズのアッベ数である。

「f12」は、第１および第２レンズの合成焦点距離、「f3」は、第３レンズの焦点距離である。
「Ri」は、物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径である。「f1」は、第１レンズの焦点距離、「f2」は、第２レンズの焦点距離である。

「d5」は、第３レンズの中心肉厚、「D」は、第１レンズの物体側面と第３レンズの像側面との間の光軸上の距離である。

条件（3)、(4)は、負レンズである第１または第２レンズの一方の材質の光学材料を規定するものである。
条件(3)を満足することにより、負レンズによる負のパワーを過不足なく得ることができ、正レンズ（第３レンズ）１枚でも良好な収差補正が十分に可能である。
条件(4)を満足することにより、負・負・正の３枚構成で「倍率色収差の補正」を容易にしている。

条件（3)、(4)は、負レンズである第１または第２レンズの一方が満足すれば良いが、より好ましくは、第１、第２レンズが共に、これらの条件(3),(4)を満足するのがよい。

条件(5)は、正レンズの光学材料を規定するものである。
条件(5)を満足する光学材料で第３レンズを構成することにより、ワイドコンバータレンズ装着時に、過不足なく色収差の良好な補正を得られる。

条件(6)は「第１レンズと第２レンズの合成焦点距離と第３レンズの焦点距離の比率」を規定するものである。
条件(6)の上限を超えると、ワイドコンバータレンズの倍率は小さくなるが、諸収差が大きくなり補正が困難となりやすい。
条件(6)の下限を超えると、ワイドコンバータレンズの倍率が大きくなりやすく、ワイドコンバータレンズの焦点距離縮小効果が小さくなり易い。

条件(7)は、正の第３レンズの形状を規定するものである。
条件(7)の上限値を超えると、第３レンズの「物体側レンズ面の曲率が強く」なり、球面収差がアンダーに発生しやすくなる。
条件(7)の下限値を超えると、第３レンズの「物体側レンズ面の曲率が弱く」なり、負レンズによって発生した収差の良好な補正が困難となりやすい。

条件(8)は、負レンズのパワー配分を規定するものである。
条件(8)の範囲を超えると、第１、第２レンズのどちらかに負のパワーが偏り、収差補正が困難となりやすい。

条件(9)は、第１レンズの「像側レンズ面の曲率」と第３レンズの「物体側レンズ面の曲率」の比率を規定するものである。
条件(9)の範囲を超えると、第１レンズの像側レンズ面と第３レンズの物体側レンズ面でやりとりしている収差をバランスよく補正することが困難になりやすい。

条件(10)は、第２レンズの形状を規定するものである。
条式(10)を満足することでバランスの良い収差補正が容易になる。

条件(11)は、第２レンズの「像側レンズ面の曲率」と第３レンズの「物体側レンズ面の曲率」の比率を規定するものである。
条件(11)の範囲を超えると「第２レンズの像側レンズ面と第３レンズの物体側レンズ面でやりとりしている収差」のバランスよい補正が困難となりやすい。

条件(12)は「ワイドコンバータレンズ全系に対する第３レンズの大きさ」を規定するものである。
条件(12)の上限値を超えると、第３レンズの厚さが厚くなり、ワイドコンバータレンズが巨大化し易い。
または、第２レンズ、第３レンズの形状の自由度が減り、良好な収差補正が困難となりやすい。
条件(12)の下限値を超えると、物体側の負レンズで発生する諸収差を第３レンズで補正する効果が減じ、収差補正の上で不利となりやすい。

以下、具体的な実施例を４例挙げる。
実施例における記号の意味は以下の通りである。
f：全系の焦点距離
F ：Fナンバ
ω：半画角
R ：曲率半径
D ：面間隔
Nd：屈折率
νd：アッベ数
φ：最大有効光線径
K ：非球面の円錐定数
A4：4次の非球面係数
A6：6次の非球面係数
A8：8次の非球面係数
A10：10次の非球面係数。

「非球面」は、近軸曲率半径の逆数（近軸曲率）：C、光軸からの高さ：H、円錐乗数：K、非球面係数：A4,A6・・を用いて、周知の次式で表される。

X = CH²/［1+√(1-(1+K)C²H²)］+A4・H⁴ + A6・H⁶ + A8・H⁸ + A10・H¹⁰ 。

なお、実施例１〜４において、主レンズとして用いるズームレンズＭＬＮは、同一である。先ず、このズームレンズＭＬＮのデータを表１に挙げる。

「可変量」
ズームレンズＭＬＮにおける可変量のデータを表２に挙げる。

「非球面データ」
ズームレンズＭＬＮの非球面（表１において「＊」印を付した面）のデータを表３に挙げる。

以下、ワイドコンバータレンズの実施例を挙げる。

「実施例１」
実施例１のデータを表４に挙げる。

「可変量」
可変量のデータを表５に挙げる。

表５において、「D0」は、ワイドコンバータレンズＷＣＮの最も像側のレンズ面と、ズームレンズＭＬＮの最も物体側のレンズ面の光軸上の間隔である。

また、「ω」は半画角である。以下の実施例２〜４においても同様である。

各条件のパラメータの値を表６に挙げる。

図５〜図７に順次、前記主レンズに実施例１のワイドコンバータを装着した時の、短焦点端・中間焦点距離・長焦点端における収差曲線図を示す。

「球面収差」の図中の破線は正弦条件を表す。また、「非点収差」の図中の実線はサジタル、破線はメリディオナルを表す。以下の他の実施例の収差図においても同様である。

また「ｇ」はｇ線、「ｄ」はｄ線に関するものであることを示す。他の実施例の収差図においても同様である。

「実施例２」
実施例２のデータを表７に挙げる。

「可変量」
可変量のデータを表８に挙げる。

各条件のパラメータの値を表９に挙げる。

図８〜図１０に順次、前記主レンズに実施例２のワイドコンバータを装着した時の、短焦点端・中間焦点距離・長焦点端における収差曲線図を示す。

「実施例３」
実施例３のデータを表１０に挙げる。

「可変量」
可変量のデータを表１１に挙げる。

各条件のパラメータの値を表１２に挙げる。

図１１〜図１３に順次、前記主レンズに実施例３のワイドコンバータを装着した時の、短焦点端・中間焦点距離・長焦点端における収差曲線図を示す。

「実施例４」
実施例４のデータを表１３に挙げる。

「可変量」
可変量のデータを表１４に挙げる。

各条件のパラメータの値を表１５に挙げる。

図１４〜図１６に順次、前記主レンズに実施例４のワイドコンバータを装着した時の、短焦点端・中間焦点距離・長焦点端における収差曲線図を示す。

上記の如く、各実施例の収差は十分に補正され、大口径・広角な主レンズに取り付けることが可能となっている。

この発明のようにワイドコンバータを構成することで、非常に良好な像性能を確保しえる。

ＷＣＮワイドコンバータレンズ
ＭＬＮ主レンズ（ズームレンズ）
Ｌ１第１レンズ
Ｌ２第２レンズ
Ｌ３第３レンズ

特開平４−１１６５１１号公報特許第２９９７０２６号公報特許第４５５７３５５号公報特開２００６−８４７３６号公報

Claims

主レンズの物体側に着脱可能に装着されるワイドコンバータレンズであって、
物体側から順に、物体側に凸面を向けたメニスカス状の負の第１レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス状の負の第２レンズと、物体側に凸面を向けた正の第３レンズを配してなり、
物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径：Ri、第１レンズの像側面と第２レンズの物体側面との間の光軸上の距離：d2、第１レンズの物体側面と第３レンズの像側面との間の光軸上の距離：Dが、条件：
（１） -3.5 < (R2+R1) / (R2-R1) < -2.5
（２） 0.40 < d2 / D < 0.55
を満足することを特徴とするワイドコンバータレンズ。
請求項１記載のワイドコンバータレンズにおいて、
第１または第２レンズの一方の材質のd線(波長λ=587.6nm)に対する屈折率：na、第１または第２レンズの一方の材質のアッベ数：νが、条件：
（３） 1.60 < na <1.75
（４） 50 < ν < 60
を満足することを特徴とするワイドコンバータレンズ。
請求項１または２記載のワイドコンバータレンズにおいて、
第１レンズと第２レンズの材質のアッベ数の平均値：ν12、第３レンズの材質のアッベ数：ν3が、条件：
（５） 10 < ν12 - ν3 < 15
を満足することを特徴とするワイドコンバータレンズ。
請求項１〜３の任意の１に記載のワイドコンバータレンズにおいて、
第１レンズと第２レンズの合成焦点距離：f12、第３レンズの焦点距離：f3が、条件：
（６） -0.75 < f12 / f3 < -0.65
を満足することを特徴とするワイドコンバータレンズ。
請求項１〜４の任意の１に記載のワイドコンバータレンズにおいて、
物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径：Riが、条件：
（７） 0.7 < (R6+R5) / (R6-R5) < 1.2
を満足することを特徴とするワイドコンバータレンズ。
請求項１〜５の任意の１に記載のワイドコンバータレンズにおいて、
第1レンズの焦点距離：f1、第2レンズの焦点距離：f2が、条件：
（８） 1.0 < f1 / f2 < 1.7
を満足することを特徴とするワイドコンバータレンズ。
請求項１〜６の任意の１に記載のワイドコンバータレンズにおいて、
物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径：Riが、条件：
（９） 0.7 < R2 / R5 < 1.2
を満足することを特徴とするワイドコンバータレンズ。
請求項１〜７の任意の１に記載のワイドコンバータレンズにおいて、
物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径：Riが、条件：
（１０） -2.0 < (R4+R3) / (R4-R3) < -1.0
を満足することを特徴とするワイドコンバータレンズ。
請求項１〜８の任意の１に記載のワイドコンバータレンズにおいて、
物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径：Riが、条件：
（１１） 0.8 < R4 / R5 < 1.5
を満足することを特徴とするワイドコンバータレンズ。
請求項１〜９の任意の１に記載のワイドコンバータレンズにおいて、
第３レンズの中心肉厚：d5、第１レンズの物体側面と第３レンズの像側面との間の光軸上の距離：Dが、条件：
（１２） 0.20 < d5 / D < 0.50
を満足することを特徴とするワイドコンバータレンズ。