JP2997026B2 - ワイドコンバージョンレンズ - Google Patents

ワイドコンバージョンレンズ

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JP2997026B2 JP2236283A JP23628390A JP2997026B2 JP 2997026 B2 JP2997026 B2 JP 2997026B2 JP 2236283 A JP2236283 A JP 2236283A JP 23628390 A JP23628390 A JP 23628390A JP 2997026 B2 JP2997026 B2 JP 2997026B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ズームレンズ等の撮影レンズの前側に装着
して画角を拡げるワイドコンバージョンレンズに関す
る。
〔従来の技術〕
一般に、写真撮影を目的とする変倍撮影光学系の仕様
は、実際に使用される焦点距離の頻度に絞って決定すれ
ば、光学系自体の小型化、携帯性が実現しやすくなると
言ってよい。したがって、要求はあるが使用頻度がそれ
程高くはなかったり、仕様に含めると光学系が大型化し
実用性が低下する焦点距離範囲がある。特に、このこと
は広角域になると顕著である。これらのことを考えて、
主レンズ(マスターレンズ)に補助レンズを装着する方
法が考案されており、常用でなく必要に応じて主レンズ
に装着して焦点距離変換を行うのがいわゆるコンバーシ
ョンレンズである。
ところで、従来、主レンズ系を広角化する方法として
は、Fナンバーを犠牲にしないで広角化するものとして
フロントコンバータが知られている。一方で、これまで
にも、主レンズの絞り装置を含む結像光学系を共通化
し、前群交換によるいわゆるモジュール方式が知られて
いたが、レンズ構成が複雑になり、かつ大型化し、現在
はほとんど用いられていない。また、フロントコンバー
タも、主レンズが独立した結像系である点で違いはある
が、同様の欠点を有している。その原因は、主レンズの
前側に装着するため、入射瞳位置が遠くなることにあ
り、軸外光束をケラレなしに通過させるためには大型化
が避けられない。一方で、光学性能の面からも、軸上光
束は、主レンズのFナンバーに依存するが、光束が細い
ため、大きく収差変動を引き起こすことは少ないが、周
辺光束は軸上光束とレンズの通過点が異なり、光線入射
高が大きくなるので、収差係数の展開式からも分るよう
に、非点収差、歪曲収差、倍率色収差が大きく発生し、
補正バランスのとれた主レンズの残存収差を乱すことに
なり、問題があった。逆に、主レンズの画角が狭くなる
と、全く逆の現像が生ずる。
こうした性質が明らかな中で、ワイド系フロントコン
バージョンレンズとしては最も基本的構成をとるタイプ
として、第1面を平面とする米国特許第2889745号等が
すでにシネカメラ用として知られており、現在、スチル
カメラを含む映像機器にこれを用いるのにはコスト面で
の利点はあるが、2つのレンズ間の間隔を大きくせざる
を得ないので、性能上からも大きさの点からも多くは要
求できない光学系であると言わざるを得ない。
次に、非球面を用いたものとして特開平1−319010号
があり、従来技術に現在の生産技術をもって改良を加え
た光学系であると言うことができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、レンズを近軸構成より実際の厚みを持った
レンズとすると、すでに述べたように、主レンズの物体
側に配置する関係で、軸上光束は問題とならないが、画
角が広くなることに加えて、入射瞳位置が遠くなりビネ
ッティングを避けるために前玉径は増大し、その結果と
して重量が増し、望ましくない。この種の問題点が、い
わゆるフロントコンバーターの普及を妨げており、その
断面図と光路図から理解し得る共通の難点である。次
に、光学性能上からは、レンズを通過する軸外光束がレ
ンズの周辺部を通過する性質上、開口変化に伴う軸上収
差に比較して軸外収差の変化が大きく、倍率色収差や歪
曲収差のバランスが必然的に変化する。この点に対する
対策を考慮することが必要となる。
収差補正の面からは、コンバージョンレンズ自体で発
生する収差量をできるだけ小さくするには、負の第1群
と正の第2群を各々正及び負屈折力のレンズで構成する
方法があるが、構成枚数として最低4枚は要するので、
前玉径と重量の増大につながる。また、相互の群間の軸
上間隔をある程度あける必要があり、小型化の上で有利
にはならない。また、ペッツバール和の補正や色収差除
去を目的とする接合も、全体としての収差補正をする上
での自由度を奪うことになる。偏芯の寄与度について
は、単体レンズを用いると、1つの枠に入るため、難し
い問題にはならない。
以上のことを検討した上で、本発明は、以下の事項に
ついて意図してなされたものである。
主レンズ系として広角系ズームレンズを想定し、その
広角域で使用するものとする。従来のように、広角レン
ズ等の固定焦点距離のレンズの超広角化に限定すること
は、使用する上でも制約となっている。ただし、望遠域
での使用は本来の目的としては推奨しないこととする。
主レンズの性能をできる限り維持し、かつ、実用性を
配慮する。したがって、軸外収差が大きく変動しないよ
うな構成が必要となる。
主レンズのフォーカシングを考慮し、かつ、携帯時の
負担も含めて軽量化を狙う。これまでのスチルもしくは
ビデオカメラ用のものでは、4枚以上の構成のものが多
くを占めていた。
小型・軽量化を目的とするために、主レンズ自身の性
能レベルが良好であることを意図する。これによって、
コンバージョンレンズの構成枚数を抑えることができ
る。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、限定するものではなが、広角系ズーム
レンズを主レンズとし、この前側に装着してその広角域
での画角を拡げるワイドコンバージョンレンズであっ
て、軸外収差が大きく変動しないような小型、軽量の構
成枚数の少ないコンバージョンレンズを提供することで
ある。
〔課題を解決するための手段〕
すなわち、本発明のコンバージョンレンズは、主レン
ズの前側に装着されて主レンズの焦点距離を短縮するワ
イドコンバージョンレンズにおいて、物体側から順に、
凸面を物体側に向けた負メニスカスレンズよりなる第1
レンズL1、像側に強い凹面を向けた負レンズからなる第
2レンズL2、及び、物体側に強い凸面を向けた正レンズ
からなる第3レンズL3の3要素より構成され、第1レン
ズL1と第2レンズL2によって負の屈折力を有する第1群
を構成し、第3レンズL3によって正の屈折力を有する第
2群を構成し、第1群の後側焦点位置と第2群の前側焦
点位置をほぼ一致させるように構成し、第2レンズL2
中心肉厚が第2レンズL2と第3レンズL3の間隔よりも小
さく、かつ、以下の条件を満足することを特徴とするも
のである。
0.6<|f I/f II|<0.9 ・・・(1) D0/<0.5 ・・・(2) nd1>1.5,νd1>50 ・・・(3) nd2>1.5,νd2>50 ・・・(4) ただし、 f I :第1群の焦点距離、 f II:第2群の焦点距離、 nd1 :第1レンズのd線の屈折率、 nd2 :第2レンズのd線の屈折率、 νd1:第1レンズのd線のアッベ数、 νd2:第2レンズのd線のアッベ数、 D0 :本ワイドコンバージョンレンズと主レンズとの
軸上間隔、 :画面サイズの対角線長、 である。
本発明のもう1つのコンバージョンレンズは、主レン
ズの前側に装着されて主レンズの焦点距離を短縮するワ
イドコンバージョンレンズにおいて、物体側から順に、
凸面を物体側に向けた負メニスカスレンズよりなる第1
レンズL1、像側に強い凹面を向けた負レンズからなる第
2レンズL2、及び、物体側に強い凸面を向けた正レンズ
からなる第3レンズL3の3要素より構成され、第1レン
ズL1と第2レンズL2によって負の屈折力を有する第1群
を構成し、第3レンズL3によって正の屈折力を有する第
2群を構成し、第1群の後側焦点位置と第2群の前側焦
点位置をほぼ一致させるように構成し、かつ、以下の条
件を満足することを特徴とするものである。
0.76<|f I/f II|<0.9 ・・・(1)′ D0/<0.5 ・・・(2) nd1>1.5,νd1>50 ・・・(3) nd2>1.5,νd2>50 ・・・(4) ただし、 f I :第1群の焦点距離、 f II:第2群の焦点距離、 nd1 :第1レンズのd線の屈折率、 nd2 :第2レンズのd線の屈折率、 νd1:第1レンズのd線のアッベ数、 νd2:第2レンズのd線のアッベ数、 D0 :本ワイドコンバージョンレンズと主レンズとの
軸上間隔、 :画面サイズの対角線長、 である。
〔作用〕
本発明のワイドコンバージョンレンズは、上記したよ
うに、主レンズ系としてズームレンズを想定し、広角域
で使用することを意図する。そのため、ズームレンズの
中間焦点距離域から望遠端域では、コントラストや解像
力を評価尺度とする通常の使用は行わないことが前提と
なる。しかしながら、これまでのワイドコンバージョン
レンズは、単焦点レンズやズームレンズの広角端のみの
使用を前提としていたので、この点では本発明は適用範
囲を拡張したことになる。
そこで、ワイドコンバージョンレンズの使用目的とし
て、主レンズの広角端付近での焦点距離を短縮し、か
つ、全系のバックフォーカスを保つために、本発明にお
いては、第1図に基本的構成を示すように、逆望遠タイ
プの近軸屈折力配置を有する光学系を採用する。このレ
ンズ系の特徴は、第1群として焦点距離f1の負屈折力の
レンズ群、第2群として焦点距離f2の正屈折力のレンズ
群を必ず用いる構成のほぼアフォーカルな光学系であ
り、縮小倍率αを有している。
そして、本発明においては、主レンズ系として結像性
能が比較的に良好であるズームレンズを選定し、基本的
には、その対象とする画角が2ω=63.5゜程度付近と
し、装着した時の全系の画角を2ω=76゜程度に変換す
るコンバージョンレンズとする。これによって、光学性
能上の必要性から本発明のコンバージョンレンズの構成
枚数が不必要に増大することを防止する。
また、本発明のコンバージョンレンズが対象とする主
レンズ系の焦点距離fw域は、主レンズ系の収差状況が広
角端付近と比較的近い残存収差の傾向を持っている領域
であればよい。
以下、本発明において、上記のような構成を採用した
理由と作用を説明する。
本発明のようなほぼアフォーカルな光学系では、負の
第1レンズ群と正の第2レンズ群を各々1枚で構成とす
ると、収差補正まで含めて考えた場合、各群の屈折力を
かなり弱くしなければならず、その結果として相互の主
点間隔が大となり、実用面では必ずしも小型化が達成で
きない。この点に注目して、本発明においては、上記の
ごとく負の第1レンズ群を分割して2枚構成にすること
で、屈折力を強めかつ主点間隔をより短くして、小型化
を達成している。その結果、全体は3枚構成となってい
る。
第1レンズは、第2レンズに対して入射光束の入射角
を緩くして射出する作用を持つメニスカス負レンズであ
り、広角系レンズで特有に発生するサジタルコマ収差の
補正のために強い曲率を有している。負メニスカスレン
ズであるので、物体側より第2面の曲率は第1面の曲率
よりも強くなっている。その結果、第2負レンズに入射
する角度はより狭角となっており、収差補正上大変有利
になっている。
また、条件(1)は、光学系がほぼアフォーカル系で
ある時には第1図に示したようにその倍率を意味し、上
記のように、2枚構成の第1レンズ群の焦点距離と1枚
構成の第2レンズ群の焦点距離の比となっており、縮小
倍率を意味している。条件式の下限を越えると、光学性
能上からより多くの枚数のレンズ構成とする必要が生
じ、軽量化を達成することが困難となる。一方で、その
上限を越えると、ワイドコンバージョンレンズとしての
実用上の役割が低下し、意味をなさなくなる。なお、条
件(1)については、その下限が条件(1)′を満足す
るように構成するとさらに望ましい。
条件(2)は、ワイドコンバージョンレンズと主レン
ズとの軸上距離を規制したものであり、この条件式を外
れて使用すると、レンズの外径が大となり、小型化する
上で好ましくない。また、実際に使用する際、最周辺光
線のケラレが生じやすくなる。
条件(3)及び(4)は、第1レンズと第2レンズの
光学ガラスの使用範囲を規制するものである。第1レン
ズ及び第2レンズは共にレンズ外径が大きく、これらに
重量の大きいガラスを用いることは、本発明の主旨に反
している。すなわち、共に軽量なガラスでかつ分散が比
較的小で、屈折率が条件式(3)及び(4)の範囲内で
あれば、第1レンズ群内のみで正レンズと負レンズを使
用して色収差を補正しなくても、第2レンズ群の正レン
ズとの組み合わせで全体としての色収差を抑えることが
可能となる。一方で、第1レンズと第2レンズに高屈折
率ガラスを使うことで、性能上から有利となることは明
らかであるが、レンズ外径が大きくなるため、コスト面
での配慮が必要となることは言うまでもない。
〔実施例〕
次に、実施例に従って本発明のワイドコンバージョン
レンズについて説明する。以下に示す実施例1〜3のレ
ンズは、何れも第2図に断面を示す構成をしており、第
1レンズL1、第2レンズL2は共に凸面を物体側に向けた
負メニスカスレンズからなり、第3レンズL3は物体側に
より強い凸面を向けた両凸の正レンズからなっている。
第2図は、後記するマスターズームレンズに実施例1
のワイドコンバージョンレンズを装着した状態の断面図
を示しており、実施例1は主レンズとして変倍比が約4
倍のズームレンズに装着することを想定している。第3
図にマスターズームレンズの焦点距離がf=36.1(広角
端)、f=39.96、f=50.0、f=68.8(標準)、f=1
31.5(望遠端)での収差図を示す。収差図において、
d、g、F、Cは、d線、g線、F線、C線における収
差曲線であり、また、S、Mは、サジタル、メリジオナ
ルにおける収差曲線である(以下、同じ)。
ここで、実施例1では、負の第1レンズL1と負の第2
レンズL2には、ランタン系のガラスを使用しながらも、
各々の比重が3程度であり、普通のクラウンガラスより
やや重い程度の軽量な材質を選定している。
光学性能上の役割としては、このワイドコンバージョ
ンレンズは、3次収差係数による作用が、球面収差、コ
マ収差、非点収差、歪曲収差の何れにおいてもアンダー
の作用が支配的である。ただし、歪曲収差は、3次収差
係数と5次収差係数が相互に補償することで、あまり負
に偏らないようにバランスし得る。また、個々の面につ
いて言えば、球面収差、コマ収差は、負の第2レンズ後
面と正の第3レンズ前面の作用が強い。しかしながら、
歪曲収差、非点収差は、各面が相互に均等に補正作用を
担っている。この理由は、軸外光束のレンズ通過位置が
各レンズにより大きく変化しかつ入射高が高いことにあ
るのは言うまでもない。像面湾曲についても同様であ
る。
上記したマスターズームレンズが焦点距離がf=36.1
(広角端)、f=39.96、f=50.0の時に実施例1のワ
イドコンバージョンレンズを装着した場合の収差図(第
3図の(a)〜(c)に対応)を第4図に示す。何れも
実用レベルとして十分なものであることが分る。なお、
ワイドコンバージョンレンズの装着の結果、全系の焦点
距離は、それぞれf=28.8、f=31.97、f=40.00に短
縮される。
また、実施例2は、第1負レンズL1にクラウンガラ
ス、実施例3でも第1負レンズL1にクラウンガラスを使
用している。この結果、ワイドコンバージョンレンズの
軽量化を達成している。第5図、第6図に同じマスター
ズームレンズの広角端(f=36.1)にそれぞれ実施例
2、実施例3のワイドコンバージョンレンズを装着した
場合の収差図(第3図の(a))を示す。全系の焦点距
離は、何れもf=28.8に短縮される。
以下、各実施例及マスターズームレンズのレンズデー
タを示す。記号は、上記の外、FNOはFナンバー、ωは
半画角、r1、r2…は各レンズ面の曲率半径、d1、d2…は
各レンズ面間の間隔、nd1、nd2…は各レンズのd線の屈
折率、νd1、νd2…は各レンズのd線のアッベ数であ
る。
実施例1 r1=66.6990 d1=2.8400 nd1=1.64000 νd1=60.09 r2=37.7310 d2=9.7300 r3=139.5160 d3=2.8000 nd2=1.69350 νd2=53.23 r4=50.3100 d4=12.0000 r5=41.3660 d5=8.1200 nd3=1.53172 νd3=48.90 r6=−2844.0230 D0 =1.0 f I =−60.968 f II=76.756 nd1 =1.64 νd1=60.09 nd2 =1.6935 νd2=53.23 =43.26 実施例2 r1=98.7880 d1=2.5000 nd1=1.60311 νd1=60.70 r2=40.6740 d2=9.7300 r3=132.6830 d3=3.4200 nd2=1.69350 νd2=53.23 r4=67.2761 d4=12.0000 r5=50.9900 d5=8.1200 nd3=1.53172 νd3=48.90 r6=−610.5608 D0 =1.0 f I =−70.918 f II=88.884 nd1=1.60311 νd1=60.7 nd2=1.6935 νd2=53.23 =43.26 実施例3 r1=73.1138 d1=2.3500 nd1=1.62041 νd1=60.27 r2=38.8740 d2=9.9450 r3=141.4276 d3=2.7600 nd2=1.69350 νd2=53.23 r4=56.6829 d4=12.0500 r5=48.7529 d5=8.1200 nd3=1.53172 νd3=48.90 r6=−484.0737 D0 =1.0 f I =−66.267 f II=83.743 nd1 =1.62041 νd1=60.27 nd2 =1.6935 νd2=53.23 =43.26 マスターズームレンズ f =36.1 〜131.5 FNO = 4.6 〜 5.75 ω =30.93〜 9.34 r1 =95.7459 d1=1.9400 nd1 =1.80518 νd1 =25.43 r2 =50.5189 d2=5.6000 nd2 =1.60311 νd2 =60.70 r3 =−274.7830 d3=0.1500 r4 =31.1140 d4=4.3000 nd3 =1.49700 νd3 =81.61 r5 =56.1103 d5=(可変) r6 =78.2872 d6=1.1000 nd4 =1.83400 νd4 =37.16 r7 =15.5792 d7=4.0968 r8 =−96.8212 d8=0.9000 nd5 =1.80610 νd5 =40.95 r9 =42.1872 d9=0.1500 r10=26.0033 d10=3.7500 nd6 =1.84666 νd6 =23.78 r11=−26.7562 d11=0.8000 nd7 =1.77250 νd7 =49.66 r12=−223.3242 d12=0.9180 r13=−27.1344 d13=0.8500 nd8 =1.83400 νd8 =37.16 r14=−135.1278 d14=(可変) r15=∞(絞り) d15=1.1500 r16=49.3507 d16=2.3800 nd9 =1.67790 νd9 =55.33 r17=−58.3785 d17=0.1500 r18=27.0622 d18=2.4800 nd10=1.48749 νd10=70.20 r19=−224.2899 d19=0.5237 r20=−42.6516 d20=1.2100 nd11=1.80518 νd11=25.43 r21=229.2310 d21=(可変) r22=68.7773 d22=2.4600 nd12=1.74000 νd12=28.29 r23=−80.3757 d23=0.5500 r24=46.9485 d24=2.0000 nd13=1.80518 νd13=25.43 r25=18.6656 d25=2.1000 r26=82.2991 d26=2.3200 nd14=1.48749 νd14=70.20 r27=−54.9843 d27=0.1500 r28=17.5907 d28=2.6400 nd15=1.57501 νd15=41.49 r29=18.9925 d29=(可変) r30=249.1056 d30=3.7500 nd16=1.61293 νd16=37.00 r31=−32.6587 d31=1.1500 r32=−29.6744 d32=1.4300 nd17=1.83400 νd17=37.16 r33=−223.2953 〔発明の効果〕 本発明においては、比較的に低屈折率であるが軽量な
ガラスを3枚使用して、主レンズの軸外収差を変動させ
ずに、性能が良好で、かつ、小型、軽量のワイドコンバ
ージョンレンズを実現できる。広角系のズームレンズを
主レンズとした場合、その広角端のみでなく、35mmから
50mm程度まで(35mmフィルム換算)の広角域に装着する
ことにより、その焦点距離を短縮してさらに広角化を図
ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のワイドコンバージョンレンズ基本的構
成を説明するための図、第2図は本発明の実施例1から
3のワイドコンバージョンレンズをマスターズームレン
ズの前に装着した状態の断面図、第3図は第2図のマス
ターズームレンズの焦点距離f=36.1、39.96、50.0、6
8.8、131.5の時の収差図(a)〜(e)、第4図は2図
のマスターズームレンズに実施例1のワイドコンバージ
ョンレンズを装着した場合の第3図(a)から(c)に
対応する収差示(a)〜(c)、第5図、第6図はそれ
ぞれ実施例2、3のワイドコンバージョンレンズを同じ
マスターズームレンズの広角端に装着した場合の収差図
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 9/00 - 17/08 G02B 21/02 - 21/04 G02B 25/00 - 25/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主レンズの前側に装着されて主レンズの焦
    点距離を短縮するワイドコンバージョンレンズにおい
    て、 物体側から順に、凸面を物体側に向けた負メニスカスレ
    ンズよりなる第1レンズ、 像側に強い凹面を向けた負レンズからなる第2レンズ、
    及び、 物体側に強い凸面を向けた正レンズからなる第3レンズ
    の3要素より構成され、 第1レンズと第2レンズによって負の屈折力を有する第
    1群を構成し、 第3レンズによって正の屈折力を有する第2群を構成
    し、 第1群の後側焦点位置と第2群の前側焦点位置をほぼ一
    致させるように構成し、 第2レンズの中心肉厚が第2レンズと第3レンズの間隔
    よりも小さく、かつ、以下の条件を満足することを特徴
    とするワイドコンバージョンレンズ: 0.6<|f I/f II|<0.9 D0/<0.5 nd1>1.5,νd1>50 nd2>1.5,νd2>50 ただし、f I:第1群の焦点距離、 f II:第2群の焦点距離、 nd1:第1レンズのd線の屈折率、 nd2:第2レンズのd線の屈折率、 νd1:第1レンズのd線のアッベ数、 νd2:第2レンズのd線のアッベ数、 D0:本ワイドコンバージョンレンズと主レンズとの軸上
    間隔、 :画面サイズの対角線長、 である。
  2. 【請求項2】主レンズの前側に装着されて主レンズの焦
    点距離を短縮するワイドコンバージョンレンズにおい
    て、 物体側から順に、凸面を物体側に向けた負メニスカスレ
    ンズよりなる第1レンズ、 像側に強い凹面を向けた負レンズからなる第2レンズ、
    及び、 物体側に強い凸面を向けた正レンズからなる第3レンズ
    の3要素より構成され、 第1レンズと第2レンズによって負の屈折力を有する第
    1群を構成し、 第3レンズによって正の屈折力を有する第2群を構成
    し、 第1群の後側焦点位置と第2群の前側焦点位置をほぼ一
    致させるように構成し、かつ、 以下の条件を満足することを特徴とするワイドコンバー
    ジョンレンズ: 0.76<|f I/f II|<0.9 D0/<0.5 nd1>1.5,νd1>50 nd2>1.5,νd2>50 ただし、f I:第1群の焦点距離、 f II:第2群の焦点距離、 nd1:第1レンズのd線の屈折率、 nd2:第2レンズのd線の屈折率、 νd1:第1レンズのd線のアッベ数、 νd2:第2レンズのd線のアッベ数、 D0:本ワイドコンバージョンレンズと主レンズとの軸上
    間隔、 :画面サイズの対角線長、 である。
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