JP4537108B2 - アナモフィックコンバータ - Google Patents

Description

本発明は、結像光学系の像側に配置して像のアスペクト比を変換するアナモフィックコンバータに関するものである。

像のアスペクト比を変換して記録・再生する技術としては、従来種々提案されている。特に、映画用としては、アスペクト比２．３５：１のシネマスコープ形式の映像記録・再生システムとして、アナモフィックレンズを用いて光学的に像を水平方向に圧縮してフィルムに撮影し、再生時にもアナモフィックレンズを用いて光学的にフィルム上の画像を水平方向に拡大して映写する方式が一般に用いられている。アナモフィックコンバータとしては、結像光学系の物体側に取り付けるフロントコンバータが多数提案されている（例えば、特許文献１〜７参照）。

また、結像光学系の像側に配置されるリアコンバータも提案されている（例えば、特許文献８参照）。
特公昭４８−２４０４８号公報（２頁左欄３４行〜右欄３２行、第１図） 特開平２−１３９１６号公報（２頁右下欄１０〜１６行、第１図） 特開平３−２５４０７号公報（４頁左上欄１４行〜右上欄６行、第１図） 特開平５−１８８２７１号公報（段落００２３〜００２５、図１） 特開平５−１８８２７２号公報（段落００２２〜００２３、図１） 特開平６−８２６９１号公報（段落００１３〜００１５、図１（Ａ），（Ｂ）） 特許第２８１７０７４号公報（段落００１２、図１〜３） 特許第３０２１９８５号公報（段落００１６〜００１７、図１〜３）

近年、ビデオ技術の高画質化が進み、ＨＤＴＶシステムで映画を撮影するデジタルシネマシステムが一般化しつつある。デジタルシネマシステムでは、アスペクト比が１６：９（１．７８：１）の撮像素子を用いることが一般的であるが、このデジタルシネマシステムを用いてアスペクト比が２．３５：１のシネマスコープ形式での撮影を行うことができるように、撮像素子側の画素を有効に活用して画質を向上するためのアナモフィックコンバータが要望されている。

これに加え、映画に用いられるアスペクト比としては、１．８５：１のアメリカンビスタや、１．６６：１のヨーロッパビスタなどさまざまな形式がある。

デジタルシネマ用アナモフィックコンバータとしては、適切なアスペクト比変換がなされること、被写体からの光のケラレが生じないこと、結像光学系の有効像面を十分活用可能なこと、周辺光量の低下が少ないこと、ズーム・フォーカス全域で高い光学性能を有することが必要である。さらに、上述した多彩なアスペクト比に対応できることも重要である。

フロントコンバータ型は、特許文献２、特許文献６、特許文献７等で提案されているように、構成がシンプルで、変換比率によらず適切な有効径を確保することによりケラレが生じないといった利点がある反面、フォーカスによる非点収差の変化が生じる。また、フォーカスによる非点収差補正の技術として、特許文献１、特許文献３、特許文献４、特許文献５等が提案されているが、結像光学系のフォーカスに連動してコンバータ内の補正手段を駆動しなければならず、複雑な機構が必要となる。

また、画角やＦナンバーを確保するために大型化するため、異なるアスペクト比に対応するためには変換倍率の異なる大型のコンバータを複数用意する必要がある。

一方、リアコンバータ型は、フォーカスによる非点収差の変化がないという利点がある。

本発明は、小型で光学性能が高く、アスペクト比の変換倍率を容易に変更可能なリアコンバータ方式のアナモフィックコンバータを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、１つの観点としての本発明は、結像光学系の像側に配置されるアナモフィックコンバータであって、アナモフィックコンバータは物体側から像側に順に、第１レンズユニットと、アナモフィックレンズを含む第２レンズユニットと、正の光学的パワーを有する第３レンズユニットとで構成されている。そして、第２レンズユニットを、第１レンズユニットと第３レンズユニットの間の領域に配置された第１の状態と、該領域から退避した第２の状態とに移動可能とする。

本発明によれば、アナモフィックレンズを含む第２レンズユニットを第１および第２の状態に移動可能とすることにより、小型で光学性能が良好であり、様々なアスペクト比変換に対応可能なリアコンバータ方式のアナモフィックコンバータを実現することができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１，１３，２０，２４，３１，３８はそれぞれ、本発明に係る実施例１，２，３，４，５，６のレンズシステムの広角端での垂直方向（ｙ方向）および水平方向（ｘ方向）の光学断面（ｙ断面，ｘ断面）を示している。まず、各実施例において共通する特徴について説明する。

（特徴１）
各実施例のレンズシステムは、一般的な撮影レンズ（ビデオカメラ用レンズ、放送用レンズ等）に含まれる結像光学系ＩＦＳと、該結像光学系ＩＦＳよりも像側に配置されたアナモフィックコンバータＡＣとにより構成されている。

各実施例のアナモフィックコンバータＡＣは、結像光学系（物体）側から順に、固定の正又は負の屈折力（光学的パワー＝焦点距離の逆数）を有する第１レンズユニットＧ１と、アナモフィックレンズを含む第２レンズユニットＧ２と、固定で正の屈折力を有する第３レンズユニットＧ３とにより構成されている。

そして、第２レンズユニットＧ２は、第１レンズユニットＧ１と第３レンズユニットＧ３の間の領域に配置された第１の状態（各図に示された状態）と該領域から退避した第２の状態とに、例えば各図中に矢印で示すように光軸直交方向に、移動可能（すなわち、挿抜可能）となっている。

（特徴２）
各実施例のアナモフィックコンバータＡＣは、以下に示す条件式（１０）を満たす。この条件式（１０）は、アスペクト比の変換倍率を容易に切り換え可能とするための条件を示している。

ここで、図２に示すように、像面の横（水平方向）の長さをＸ、像面の縦（垂直方向）の長さをＹとすると、アスペクト比ＡＲは、
ＡＲ＝Ｘ／Ｙ （１）
で表される。

図３には、結像光学系ＩＦＳによる結像範囲（イメージサークル）ＩＳの模式図を、また、図４には撮像素子における有効撮像領域ＥＰＡの模式図を示す。図３に示すように、結像光学系ＩＦＳの像面（撮像素子の受光面）における結像範囲ＩＳに対応した（内接する）有効画面ＥＳにおいて、横（水平方向）の長さをＸ１、縦（垂直方向）の長さをＹ１、アスペクト比をＡＲ１とし、図４に示すように、撮像素子の有効撮像領域ＥＰＡにおいて、横の長さをＸ２、縦の長さをＹ２、アスペクト比をＡＲ２としたとき、
ＡＲ１／ＡＲ２＝（Ｘ１・Ｙ２）／（Ｘ２・Ｙ１） （２）
の関係が成り立つ。

また、図５には、アナモフィックコンバータＡＣによるアスペクト比変換後における結像光学系ＩＦＳによる結像範囲ＩＳ’および有効画面ＥＳ’の概念図を示す。適切なアスペクト比変換がなされるために、アナモフィックコンバータＡＣの横方向における変換倍率βｘおよび縦方向における変換倍率βｙは、
βｘ＝Ｘ２／Ｘ１ （３）
βｙ＝Ｙ２／Ｙ１ （４）
であることが望ましい。

（２）〜（４）式より、理想的なアスペクト比変換のための条件は、
（ＡＲ１・βｘ）／（ＡＲ２・βｙ）＝１ （５）
となる。

図６には、映画における映写画像の概念図を示す。映写時には撮像時とは逆のアスペクト比変換を行い、元のアスペクト比に戻す必要がある。したがって、映写画像ＰＩの横の長さＸ４、縦の長さＹ４はそれぞれ、
Ｘ４＝βｘ’・Ｘ２ （６）
Ｙ４＝βｙ’・Ｙ２ （７）
で表される。

ここで、変換倍率βｘ’、βｙ’は、任意の定数をｍとして、
βｘ’＝ｍ／βｘ （８）
βｙ’＝ｍ／βｙ （９）
と表せる。

したがって、撮像素子のアスペクト比ＡＲ２が特定の値であり、所望のアスペクト比ＡＲ１をＡＲ１”に切り換える場合、（５）式から、
（ＡＲ１”・βｘ”）／（ＡＲ２・βｙ”）＝１ （１０）
を満たすようなβｘ”、 βｙ”を有するアナモフィックコンバータを使用する必要がある。

各本実施例では、アナモフィックレンズを含む第２レンズユニットＧ２を挿抜可能とすることにより、アナモフィックコンバータＡＣ全体を交換することなく、容易にアスペクト比変換倍率の切り換えを可能としている。

（特徴３）
各実施例のアナモフィックコンバータＡＣは、第２レンズユニットＧ２が抜かれた状態（第２の状態）において、第１および第３レンズユニットＧ１，Ｇ３により、倍率変換光学系としての機能を有する。

すなわち、第２レンズユニットＧ２を第１および第３レンズユニットＧ１，Ｇ３の間から抜いた状態のアナモフィックコンバータＡＣにおいては、βｘ＝βｙとなり、倍率変換光学系としての機能を有する。

（特徴４）
各実施例のアナモフィックコンバータＡＣにおいて、第１レンズユニットＧ１に負の屈折力を持たせるようにしてもよい。

これは、アナモフィックコンバータＡＣにおいて、結像光学系ＩＦＳによる一次結像をさせずにアスペクト比変換するためのパワー配置を規定して、光学性能を良好とするための条件である。

一次結像させないためには、焦点距離変換倍率βｘ，βｙが共に正であることが必要である。さらにアナモフィックコンバータＡＣに、上記ｘ断面およびｙ断面の双方において正の屈折力を持たせ、長焦点化効果を低減することが望ましい。このことにより、結像光学系ＩＦＳ単体に対して、画角が狭くなりすぎず、かつ射出瞳を長く保つことが可能な一次結像なし型のアナモフィックコンバータＡＣとすることができる。

（特徴５）
各実施例のアナモフィックコンバータＡＣにおいて、第１レンズユニットＧ１に正の屈折力を持たせるようにしてもよい。

これは、アナモフィックコンバータＡＣにおいて、結像光学系ＩＦＳによる一次結像をさせてアスペクト比変換するための構成を規定して、光学性能を良好とするための条件である。

図４７には、一次結像あり型のアナモフィックコンバータＡＣの概念図を示す。結像光学系ＩＦＳにより形成された一次像を再結像させる光学系としては、焦点距離変換倍率βｘ，βｙが共に負であることが必要である。また、結像光学系ＩＦＳの周辺光束を包括するために、入射瞳が結像光学系ＩＦＳの射出瞳と概ね合致する必要がある。

デジタルシネマ用レンズを含む放送用レンズは、色分解光学系の使用を前提としているため、射出瞳が長く、像側に略テレセントリックな光学系となっている。したがって、コンバータとしては少なくとも物体側と像側の両側に略テレセントリックな光学系が必要である。

図４７に示すように、一次結像あり型のアナモフィックコンバータＡＣでは、結像光学系ＩＦＳからの射出光束（近軸主光線α１，軸外主光線αｂ１）を正レンズＰＬで略アフォーカルとするため、アナモフィックコンバータＡＣの最終面からの軸外主光線αｂ３の出射高ｈｂ３の増大を抑制して周辺光量が低下しないようにすることができる。また、軸外主光線αｂ３の出射傾角を小さくすることができることから、射出瞳が長くなり、色分解光学系によるカラーシェーディングの影響が発生しにくいという利点がある。なお、α３はアナモフィックコンバータＡＣから射出する近軸主光線を示す。

そして、両側テレセントリックの条件から、一次結像あり型のアナモフィックコンバータＡＣでは、少なくとも２つの正レンズユニットにより構成され、アナモフィックコンバータ全体の屈折力はゼロ近傍の微小な値となる。

ここで、略アフォーカルとは、軸上光線換算傾角（最終面からの軸上光線の出射傾角で規格化した傾角）をαとしたとき、
−０．１＜α＜＋０．１
であることを指す。

また、結像光学系ＩＦＳによる一次像は、色収差・非点収差・像面湾曲等の諸収差が良好に補正されていることから、アナモフィックコンバータＡＣの色収差・非点収差・像面湾曲等も良好に補正されていなければならない。

アナモフィックコンバータＡＣ内において、第１〜第３レンズユニットＧ１〜Ｇ３を構成する各レンズエレメントの屈折力をφｉ、各レンズエレメントのアッベ数をνｉ、各レンズユニットの屈折率をＮｉとしたとき、色収差補正条件は、
Σ（φｉ／νｉ）≒０ （１１）
また、ペッツバール条件は
Σ（φｉ／Ｎｉ）≒０ （１２）
で表される。ここで、一般の光学材料は、νｉ＞０、Ｎｉ＞０であるから、（１１）式および（１２）式を満たすためには、一次結像あり型のアナモフィックコンバータＡＣの構成として負レンズエレメント（負の光学的パワーを有するレンズエレメント、以下同様である）を少なくとも１枚有することが望ましい。

さらに、アナモフィックコンバータＡＣ内のいずれかのレンズ間隔を略アフォーカルとし、アナモフィックレンズを含むレンズユニット（第２レンズユニットＧ２）を導入することで、一次結像あり型のアナモフィックコンバータを実現できる。

（特徴６）
各実施例のアナモフィックコンバータＡＣは、アナモフィックコンバータＡＣ全系の光軸ＡＸＬを含む任意のｘ断面における焦点距離変換倍率をβｘ、光軸ＡＸＬを含みｘ断面に垂直なｙ断面における焦点距離変換倍率をβｙとし、結像光学系ＩＦＳによる結像範囲の像面でのアスペクト比をＡＲ１とし、撮像素子の有効撮像領域のアスペクト比をＡＲ２としたとき、
０．９＜（ＡＲ１・βｘ）／（ＡＲ２・βｙ）＜１．１ （１３）
なる条件を満たす。

これは、適切なアスペクト比変換を達成するための条件である。理想的なアスペクト比変換を達成するためには、（５）式を満たすことが必要であるが、実際は＋／−１０％程度の誤差は視覚的に影響が少ないため、（１３）式を満たすことにより、適切なアスペクト比変換が実現できる。

（特徴７）
各実施例のアナモフィックコンバータＡＣは、
１≦（ＡＲ２^２＋１）・βｙ^２／（ＡＲ１^２＋１）＜２．６ （１４）
なる条件を満たす。

これは、上記特徴１〜６を有する場合において、ケラレを防止しつつ画角が狭くなりすぎないための焦点距離変換倍率βｙとアスペクト比ＡＲ１，ＡＲ２との関係を規定する条件である。

アナモフィックコンバータＡＣを結像光学系ＩＦＳの像側に配置する場合、イメージサークルは結像光学系側の有効径で規制されるため、変換倍率を１より小さくしても広角化はできず、画面周辺でケラレを生じてしまう。

図３に示すように、結像光学系のイメージサークルＩＳの径Ｉ１は、
Ｉ１＝（Ｘ１^２＋Ｙ１^２）^１／２＝Ｙ１・（ＡＲ１^２＋１）^１／２ （１５）
で表される。

また、図４に示すように、撮像素子の有効撮像領域ＥＰＡの対角長Ｉ２は、
Ｉ２＝（Ｘ２^２＋Ｙ２^２）^１／２＝βｙ・Ｙ１・（ＡＲ２^２＋１）^１／２ （１６）
で表される。

ここで、図５に示すように、アナモフィックコンバータＡＣでアスペクト比変換された像の対角長Ｉ３は、
Ｉ３＝｛（βｘ・Ｘ１）^２＋（βｙ・Ｙ１）^２｝^１／２
＝βｙ・Ｙ１・（ＡＲ２^２＋１）^１／２ （１７）
で表される。したがって、アスペクト比変換後の像が撮像素子の有効撮像領域の対角長を包括し、ケラレを防止するためには、Ｉ３≧Ｉ２でなければならない。すなわち、（１６）式および（１７）式より、
Ｉ３^２／Ｉ２^２≧１ （１８）
｛βｙ^２・（ＡＲ２^２＋１）｝／（ＡＲ１^２＋１）≧１ （１９）
となる。したがって（１４）式の下限を越えると、ケラレを生じてしまう。また、（１４）式の上限を越えると、結像光学系ＩＦＳ単体での画角に対し、コンバータ変換による画角が狭くなってしまい、結像光学系ＩＦＳの結像範囲ＩＳを有効活用できなくなってくる。

（特徴８）
各実施例において、第２レンズユニットＧ２を光軸ＡＸＬ（アナモフィックコンバータＡＣの全系の光軸）を中心として回転可能としてもよい。これにより、アスペクト比変換の方向を任意に選択することができる。

（特徴９）
各実施例において、第２レンズユニットＧ２の物体側と像側を反転可能としてもよい。これにより、反転後の焦点距離変換倍率βｘ’，βｙ’は、
βｘ’＝１／βｘ
βｙ’＝１／βｙ
となり、反転前と異なるアスペクト比変換効果が得られる。

（特徴１０）
各実施例において、第２レンズユニットＧ２を構成する少なくとも２つのレンズエレメント間の間隔を可変としてもよい。これにより、焦点距離変換倍率を連続的に可変とすることができる。

（その他の特徴）
１．第２レンズユニットＧ２には、略平行光が入射するようにするとよい。

２．第２レンズユニットＧ２を、光軸に直交するＡ断面において少なくとも１つの正の光学的パワーを有する第１のアナモフィックレンズと、該Ａ断面において少なくとも１つの負の光学的パワーを有する第２のアナモフィックレンズとを有する構成としてもよい。

第２レンズユニットＧ２は、アスペクト比変換のため焦点距離変換倍率βｘ，βｙを変化させるために、少なくとも該Ａ断面における第２レンズユニットＧ２への軸上マージナル光線の入射高を変化させ、かつ軸上非点収差が発生することなく結像するために、第２レンズユニットＧ２からの軸上マージナル光線が略平行に射出することが望ましい。上記構成によりこの効果を達成することができる。
３．第３レンズユニットＧ３を、複数の正レンズエレメント（正の光学的パワーを有するレンズエレメント、以下同様である）と少なくとも１つの負レンズエレメントとを有する構成とし、かつ以下の条件を満足するとよい。
νｐ３−νｎ３＞２０ （２０）
但し、νｐ３は該正レンズエレメントのアッベ数の平均値、νｎ３は該負レンズエレメントのアッベ数の平均値である。

第３レンズユニットＧ３は、第２レンズユニットＧ２からの略平行光線を、収差を良好に補正しつつ結像させる必要がある。このため、複数の正レンズエレメントと少なくとも１つの負レンズエレメントを組み合わせることにより、球面収差・コマ収差・像面湾曲等の諸収差を補正することが可能となる。（２０）式は色収差補正のための条件式であり、該条件式の下限を超えると、該正レンズエレメントおよび負レンズエレメントとも屈折力が増大し、上記諸収差の補正が困難になってくる。
４．第１レンズユニットＧ１を、少なくとも１つの正レンズエレメントと複数の負レンズエレメントとを有する構成とし、かつ以下の条件を満足するとよい。
νｎ１−νｐ１＞１０ （２１）
但し、νｐ１は該正レンズエレメントのアッベ数の平均値、νｎ１は該負レンズエレメントのアッベ数の平均値である。

一次結像なし型における第１レンズユニットＧ１は、結像光学系からの収斂光線を、収差を良好に補正しつつ略平行に射出する必要がある。このため、複数の負レンズエレメントと少なくとも１つの正レンズエレメントを組み合わせることにより、球面収差・コマ収差・像面湾曲等の諸収差を補正することが可能となる。（２１）式は色収差補正のための条件式であり、該条件式の下限を超えると、該負レンズエレメントおよび正レンズエレメントとも屈折力が増大し、上記諸収差の補正が困難になってくる。
５．第１レンズユニットＧ１を、複数の正レンズエレメントと少なくとも１つの負レンズエレメントとを有する構成とし、かつ以下の条件を満足するとよい。
νｐ１−νｎ１＞１０ （２２）
但し、νｐ１は該正レンズエレメントのアッベ数の平均値、νｎ１は該負レンズエレメントのアッベ数の平均値である。

一次結像あり型における第１レンズユニットＧ１は、結像光学系の一次結像からの発散光線を、収差を良好に補正しつつ略平行に射出する必要がある。このため、複数の正レンズエレメントと少なくとも１つの負レンズエレメントを組み合わせることにより、球面収差・コマ収差・像面湾曲等の諸収差を補正することが可能となる。（２２）式は色収差補正のための条件式であり、該条件式の下限を超えると、該正レンズエレメントおよび負レンズエレメントとも屈折力が増大し、上記諸収差の補正が困難になってくる。

６．各実施例で用いられるアナモフィックレンズとは、トーリックレンズ、シリンドリカルレンズ等、ｘ方向の光学的パワーとｙ方向の光学的パワーとが異なるレンズを意味する。

７．各実施例で用いられるアナモフィックレンズは、レンズ面に回折光学素子を貼り付ける等することにより回折作用を備えたものでもよい。

８．各実施例の結像光学系ＩＦＳは、変倍系（ズームレンズ）でも定倍系（単焦点レンズ）でもよい。

図１に示す実施例１のアナモフィックコンバータＡＣは、上述した一次結像なし型のものである。また、図１には、後述する数値例１に対応するアナモフィックコンバータＡＣを示している。

また、図４２には、数値例１〜６に示した結像光学系ＩＦＳとしてのズームレンズの光学断面図を示す。さらに、図４３〜図４５には、数値例１〜６に示したズームレンズの縦収差図を示す。

図１の結像光学系（ズームレンズ）ＩＦＳにおいて、物体側から順に、Ｆは第１レンズユニットとしての正の屈折力を有する前玉フォーカスレンズである。Ｖは変倍用の第２レンズユニットとしての負の屈折力を有するバリエータであり、光軸上を像面側へ単調に移動することにより、広角端（ワイド）から望遠端（テレ）への変倍を行う。

Ｃは第３レンズユニットとしての負の屈折力を有するコンペンセータであり、変倍に伴う像面変動を補正するために光軸上を物体側に向かって凸となる軌跡を描いて非直線的に移動する。バリエータＶとコンペンセータＣとで変倍系を構成している。

ＳＰは絞り、Ｒは第４レンズユニットとしての正の屈折力を有し、変倍中に固定されているリレーレンズである。

なお、Ｐは色分解プリズムや光学フィルター等であり、同図ではガラスブロックとして示している。このガラスブロックＰは、ビデオカメラ等の撮像装置ＶＣに設けられる。また、ＩＰは、該撮像装置ＶＣに設けられたＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ等の撮像素子である。なお、図１には、撮像装置ＶＣを一点鎖線で示したが、他の実施例では省略する。

次に、数値例１におけるアナモフィックコンバータＡＣの構成について説明する。アナモフィックコンバータＡＣは、２枚の負レンズエレメントと１枚の正レンズエレメントとを有し、負の屈折力を有する第１レンズユニットＧ１と、３枚のシリンドリカルレンズエレメントからなる第２レンズユニットＧ２と、結像作用を有し、３枚の正レンズエレメントと１枚の負レンズエレメントとを有し、正の屈折力を有する第３レンズユニットＧ３とから構成されている。第１レンズユニットＧ１の焦点距離ｆ１および第３レンズユニットＧ３の焦点距離ｆ３はそれぞれ、
ｆ１＝−６７．７２８ （２３）
ｆ３＝＋３８０．５３４ （２４）
である。また、条件式（２０）に対応する値は２８．６、条件式（２１）に対応する値は１７．０で、いずれも条件を満たしており、諸収差が良好に補正されている。

第２レンズユニットＧ２の３枚のシリンドリカルレンズエレメントは、いずれもｘ方向にのみ曲率を有し、ｘ方向の焦点距離のみを短焦点化する作用を持つ。結像光学系ＩＦＳの像面における結像範囲のアスペクト比ＡＲ１、撮像素子ＩＰの有効撮像領域のアスペクト比ＡＲ２は、
ＡＲ１＝２．３５ （２５）
ＡＲ２＝１．７８ （２６）
である。

また、ｘ方向の変換倍率βｘおよびｙ方向の変換倍率βｙは、
βｘ＝０．９４７ （２７）
βｙ＝１．２５２ （２８）
である。

したがって、
（ＡＲ１・βｘ）／（ＡＲ２・βｙ）＝１．００ （２９）
であり、（１３）式の条件を満たしている。すなわち、本実施例では、光学性能が良好で適切なアスペクト比変換が可能なアナモフィックコンバータを実現している。

また、アナモフィックコンバータＡＣ単体でのｘ方向の焦点距離ｆＡＣｘおよびｙ方向の焦点距離ｆＡＣｙは、
ｆＡＣｘ＝＋２２．３４８ （３０）
ｆＡＣｙ＝＋３２．２３２ （３１）
となっており、ｘ方向とｙ方向ともに正の屈折力を有している。

本実施例（数値例）で用いられるシリンドリカルレンズの材質は、ガラスである。

下記数値例１において、ｆｘはｘ方向の焦点距離、ｆｙはｙ方向の焦点距離、Ｆｘはｘ方向のＦナンバー、Ｆｙはｙ方向のＦナンバーである。また、２ωは画角である。さらに、ｒｉは物体側からｉ番目のレンズ面の曲率半径、ｄｉはｉ番目とｉ＋１番目のレンズ面間の間隔、ｎｉ，νｉ（但し、各表ではｖｉと記す）は物体側からｉ番目のレンズエレメントの材料の屈折率とアッベ数である。なお、各表のｒｉの値として０．０００とあるのは、∞を意味する。これらの表記は、後述する他の実施例（数値例）でも同様である。

また、図７には、数値例１のｆｘ＝９．８ｍｍ、ｆｙ＝１２．９ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｘ方向の縦収差図を、図８には、数値例１のｆｘ＝３７．４ｍｍ、ｆｙ＝４９．４ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｘ方向の縦収差図を、図９には、数値例１のｆｘ＝１４３．２ｍｍ、ｆｙ＝１８９．０ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｘ方向の縦収差図を、図１０には、数値例１のｆｘ＝９．８ｍｍ、ｆｙ＝１２．９ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｙ方向の縦収差図を、図１１には、数値例１のｆｘ＝３７．４ｍｍ、ｆｙ＝４９．４ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｙ方向の縦収差図を、図１２には、数値例１のｆｘ＝１４３．２ｍｍ、ｆｙ＝１８９．０ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｙ方向の縦収差図を示している。

なお、各収差図において、実線はｅ線を、点線はＦ線を、一点鎖線はＣ線を、二点鎖線はｇ線の収差をそれぞれ示している（他の実施例の収差図でも同様である）。また、各収差図において、ωはｗと示す。

（数値例１）
ｆｘ＝９．７６０〜１４３．１７３
ｆｙ＝１２．８８５〜１８９．０３０
Ｆｘ＝１．９４〜２．２０
Ｆｙ＝２．５６〜２．９０
２ωｘ＝５８．８〜４．４ｄｅｇ．
２ωｙ＝４６．２〜３．３ｄｅｇ．

図１３に示す実施例２（数値例２）は、実施例１の一次結像あり型のアナモフィックコンバータＡＣにおいて、第２レンズユニットＧ２の構成を変更したものに相当する。結像光学系ＩＦＳとしてのズームレンズおよびアナモフィックコンバータＡＣにおける第１レンズユニットＧ１および第３レンズユニットＧ３の構成は実施例１と同じである。

次に、数値例２におけるアナモフィックコンバータＡＣの構成について説明する。アナモフィックコンバータＡＣは、正の屈折力を有する第１レンズユニットＧ１と、３枚のトーリックレンズエレメントからなる第２レンズユニットＧ２’と、結像作用を有し、正の屈折力を有する第３レンズユニットＧ３とにより構成されている。第２レンズユニットＧ２’の３枚のトーリックレンズエレメントは、いずれもｘ，ｙ方向に異なる曲率を有し、ｘ方向に対してｙ方向の焦点距離をより長焦点化する作用を持つ。結像光学系ＩＦＳの結像範囲の像面でのアスペクト比ＡＲ１、撮像素子ＩＰの有効撮像領域のアスペクト比ＡＲ２はそれぞれ、
ＡＲ１＝１．８５ （３２）
ＡＲ２＝１．７８ （３３）
である。

ｘ方向の変換倍率βｘおよびｙ方向の変換倍率βｙは、
βｘ＝０．９９１ （３４）
βｙ＝１．０３０ （３５）
である。したがって、
（ＡＲ１・βｘ）／（ＡＲ２・βｙ）＝１．００ （３６）
であり、（１３）式の条件を満たしている。これにより、光学性能が良好で、理想的なアスペクト比変換が可能なアナモフィックコンバータを実現している。

図１４は、数値例２のｆｘ＝１０．２ｍｍ、ｆｙ＝１０．６ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｘ方向の縦収差図を、図１５は、数値例２のｆｘ＝３９．１ｍｍ、ｆｙ＝４０．７ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｘ方向の縦収差図を、図１６は、数値例２のｆｘ＝１４９．７ｍｍ、ｆｙ＝１５５．８ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｘ方向の縦収差図を、図１７は、数値例２のｆｘ＝１０．２ｍｍ、ｆｙ＝１０．６ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｙ方向の縦収差図を、図１８は、数値例２のｆｘ＝３９．１ｍｍ、ｆｙ＝４０．７ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｙ方向の縦収差図を、図１９は、数値例２のｆｘ＝１４９．７ｍｍ、ｆｙ＝１５５．８ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｙ方向の縦収差図を示している。

（数値例２）
ｆｘ＝１０．２０６〜１４９．７２９
ｆｙ＝１０．６１８〜１５５．７６４
Ｆｘ＝２．０３〜２．３０
Ｆｙ＝２．１１〜２．３９
２ωｘ＝５６．６〜４．２ｄｅｇ．
２ωｙ＝５４．８〜４．０ｄｅｇ．

図２０に示す実施例３（数値例３）は、実施例１におけるアナモフィックコンバータＡＣの第２レンズユニットＧ２を抜いた状態（第２の状態）に相当する。結像光学系ＩＦＳとしてのズームレンズおよびアナモフィックコンバータＡＣにおける第１レンズユニットＧ１および第３レンズユニットＧ３は実施例１と同じである。

次に、数値例３におけるアナモフィックコンバータＡＣの構成について説明する。アナモフィックコンバータＡＣは、正の屈折力を有する第１レンズユニットＧ１と、結像作用を有し、正の屈折力を有する第３レンズユニットＧ３とにより構成されている。

ｘ方向の変換倍率βｘおよびｙ方向の変換倍率βｙは、
βｘ＝βｙ＝ １．３０２ （３７）
で、テレコンバータ（倍率変換光学系）としての作用を有する。

図２１は、数値例３のｆｘ＝ｆｙ＝１３．４ｍｍ、物体距離２．５ｍにおける縦収差図を、図２２は、数値例３のｆｘ＝ｆｙ＝５１．４ｍｍ、物体距離２．５ｍにおける縦収差図を、図２３は数値例３のｆｘ＝ｆｙ＝１９６．７ｍｍ、物体距離２．５ｍにおける縦収差図を示している。

（数値例３）
ｆｘ＝ｆｙ＝１３．４０９〜１９６．７１５
Ｆｘ＝Ｆｙ＝２．６７〜３．０２
２ω＝２２．３〜１．６ｄｅｇ．

図２４に示す実施例４（数値例４）は、一次結像あり型のアナモフィックコンバータを示している。図２４に示す結像光学系ＩＦＳにおいて、物体側から順に、Ｆは第１レンズユニットとしての正の屈折力を有する前玉フォーカスレンズである。Ｖは変倍用の第２レンズユニットとしての負の屈折力を有するバリエータであり、光軸上を像面側へ単調に移動することにより、広角端（ワイド）から望遠端（テレ）への変倍を行う。

Ｃは第３レンズユニットとしての負の屈折力を有するコンペンセータであり、変倍に伴う像面変動を補正するために光軸上を物体側に向かって凸となる軌跡を描いて非直線的に移動する。バリエータＶとコンペンセータＣとで変倍系を構成している。

ＳＰは絞り、Ｒは第４レンズユニットとしての正の屈折力を有し、変倍中は固定されるリレーレンズである。

撮像装置側において、Ｐは色分解プリズムや光学フィルター等のガラスブロック、ＩＰは撮像素子である。

次に、数値例４におけるアナモフィックコンバータＡＣの構成について説明する。アナモフィックコンバータＡＣは、３枚の正レンズエレメントと３枚の負レンズエレメントで構成され、正の屈折力を有する第１レンズユニットＧ１と、３枚のシリンドリカルレンズエレメントからなる第２レンズユニットＧ２と、結像作用を有し、３枚の正レンズエレメントと２枚の負レンズエレメントで構成され、正の屈折力を有する第３レンズユニットＧ３とから構成されている。

条件式（２０）に対応する値は４３．４、条件式（２２）に対応する値は２３．５で、いずれも条件を満たしており、諸収差が良好に補正されている。

第１レンズユニットＧ１の焦点距離ｆ１、第３レンズユニットＧ３の焦点距離ｆ３はそれぞれ、
ｆ１＝＋２６．４９４ （３８）
ｆ３＝＋３３．１５４ （３９）
である。

第２レンズユニットＧ２の３つのシリンドリカルレンズエレメントは、いずれもｘ方向にのみ曲率を有し、ｘ方向の焦点距離のみを短焦点化する作用を持つ。

結像光学系ＩＦＳによる結像範囲の像面でのアスペクト比ＡＲ１、撮像素子ＩＰの有効撮像領域ＥＰＡのアスペクト比ＡＲ２は、
ＡＲ１＝２．３５ （４０）
ＡＲ２＝１．７８ （４１）
である。また、ｘ方向の変換倍率βｘおよびｙ方向の変換倍率βｙは、
βｘ＝０．９４７ （４２）
βｙ＝１．２５２ （４３）
である。したがって、
（ＡＲ１・βｘ）／（ＡＲ２・βｙ）＝１．００ （４４）
であり、（１３）式の条件を満たしている。これにより、光学性能が良好で、かつ理想的なアスペクト比変換が可能な一次結像あり型のアナモフィックコンバータを達成することができる。

また、アナモフィックコンバータＡＣ単体でのｘ方向の焦点距離ｆＡＣｘおよびｙ方向の焦点距離ｆＡＣｙは、
ｆＡＣｘ＝＋１５１．３０４ （４５）
ｆＡＣｙ＝−３８７３．９７ （４６）
と絶対値が大きく屈折力は微小であり、ほぼ両側テレセントリックを達成している。

本実施例（数値例）で用いられるシリンドリカルレンズの材質は、ガラスである。

図２５は、数値例４のｆｘ＝−９．８ｍｍ、ｆｙ＝−１２．９ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｘ方向の縦収差図を、図２６は、数値例４のｆｘ＝−３７．４ｍｍ、ｆｙ＝−４９．４ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｙ方向の縦収差図を、図２７は、数値例４のｆｘ＝−１４３．２ｍｍ、ｆｙ＝−１８９．２ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｘ方向の縦収差図を、図２８は、数値例４のｆｘ＝−９．８ｍｍ、ｆｙ＝−１２．９ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｙ方向の縦収差図を、図２９は、数値例４のｆｘ＝−３７．４ｍｍ、ｆｙ＝−４９．４ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｘ方向の縦収差図を、図３０は数値例４のｆｘ＝−１４３．２ｍｍ、ｆｙ＝−１８９．２ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｙ方向の縦収差図をそれぞれ示している。

（数値例４）
ｆｘ＝−９．７５９〜−１４３．１６０
ｆｙ＝−１２．８９４〜−１８９．１５２
Ｆｘ＝−１．９４〜−２．２０
Ｆｙ＝−２．５７〜−２．９０
２ωｘ＝５８．８〜４．４ｄｅｇ．
２ωｙ＝４６．２〜３．３ｄｅｇ．

図３１に示す実施例５（数値例５）は、実施例４の一次結像あり型のアナモフィックコンバータＡＣにおいて、第２レンズユニットＧ２の構成を変更したものに相当する。結像光学系ＩＦＳとしてのズームレンズおよび第１レンズユニットＧ１、第３レンズユニットＧ３の構成は実施例４と同じである。

次に、数値例５におけるアナモフィックコンバータＡＣの構成について説明する。アナモフィックコンバータＡＣは、正の屈折力を有する第１レンズユニットＧ１と、３枚のトーリックレンズエレメントからなる第２レンズユニットＧ２’と、結像作用を有し、正の屈折力を有する第３レンズユニットＧ３から構成されている。第２レンズユニットＧ２’の３枚のトーリックレンズエレメントは、いずれもｘ、ｙ方向に異なる曲率を有し、ｘ方向に対してｙ方向の焦点距離をより長焦点化する作用を持つ。

結像光学系ＩＦＳの結像範囲の像面でのアスペクト比ＡＲ１、撮像素子ＩＰの有効撮像領域のアスペクト比ＡＲ２は、
ＡＲ１＝１．８５ （４７）
ＡＲ２＝１．７８ （４８）
である。

ｘ方向の変換倍率βｘおよびｙ方向の変換倍率βｙは、
βｘ＝０．９９１ （４９）
βｙ＝１．０３０ （５０）
である。したがって、
（ＡＲ１・βｘ）／（ＡＲ２・βｙ）＝１．００ （５１）
であり、（１３）式の条件を満たしている。これにより、光学性能が良好で、かつ理想的なアスペクト比変換が可能なアナモフィックコンバータを達成している。

図３２は、数値例５のｆｘ＝−１０．２ｍｍ、ｆｙ＝−１０．６ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｘ方向の縦収差図を、図３３は、数値実施例５のｆｘ＝−３９．１ｍｍ、ｆｙ＝−４０．７ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｘ方向の縦収差図を、図３４は、数値例５のｆｘ＝−１４９．７ｍｍ、ｆｙ＝−１５５．８ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｘ方向の縦収差図を、図３５は、数値例５のｆｘ＝−１０．２ｍｍ、ｆｙ＝−１０．６ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｙ方向の縦収差図を、図３６は、数値例５のｆｘ＝−３９．１ｍｍ、ｆｙ＝−４０．７ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｙ方向の縦収差図を、図３７は、数値例５のｆｘ＝−１４９．７ｍｍ、ｆｙ＝−１５５．８ｍｍ、物体距離２．５ｍにおけるｙ方向の縦収差図を示している。

（数値例５）
ｆｘ＝−１０．２０７〜−１４９．７４１ −３９．０９４
ｆｙ＝−１０．６２１〜−１５５．８１２ −４０．６７９
Ｆｘ＝−２．０３〜−２．３０
Ｆｙ＝―２．１１〜−２．３９
２ωｘ＝５６．６〜４．２ｄｅｇ．
２ωｙ＝５４．８〜４．０ｄｅｇ．

図３８に示す実施例６（数値例６）は、実施例４においてアナモフィックコンバータＡＣにおける第２レンズユニットＧ２を抜いた状態を示している。結像光学系ＩＦＳとしてのズームレンズおよびアナモフィックコンバータＡＣにおける第１レンズユニットＧ１、第３レンズユニットＧ３は実施例４と同じである。

次に、数値例６におけるアナモフィックコンバータＡＣの構成について説明する。アナモフィックコンバータＡＣは、正の屈折力を有する第１レンズユニットＧ１と、結像作用を有し、正の屈折力を有する第３レンズユニットＧ３から構成されている。

ｘ方向の変換倍率βｘおよびｙ方向の変換倍率βｙは、
βｘ＝βｙ＝−１．２６０ （５２）
であり、テレコンバータ（倍率変換光学系）としての作用を達成している。

図３９には、数値例６のｆｘ＝ｆｙ＝−１３．０ｍｍ、物体距離２．５ｍにおける縦収差図を、図４０は、数値例６のｆｘ＝ｆｙ＝−４９．７ｍｍ、物体距離２．５ｍにおける縦収差図を、図４１は、数値例６のｆｘ＝ｆｙ＝−１９０．４ｍｍ、物体距離２．５ｍにおける縦収差図を示している。

（数値例６）
ｆｘ＝ｆｙ＝−１２．９８０〜−１９０．４２１
Ｆｘ＝Ｆｙ＝−２．５８〜−２．９２
２ω＝４５．９〜３．３ｄｅｇ．

なお、図４３には、数値例１〜６におけるアナモフィックコンバータＡＣの挿入前のｆ＝１０．３ｍｍ、物体距離２．５ｍにおける縦収差図を、図４４には、数値例１〜６におけるアナモフィックコンバータＡＣの挿入前のｆ＝３９．５ｍｍ、物体距離２．５ｍにおける縦収差図を、図４５は、数値例１〜６におけるアナモフィックコンバータＡＣの挿入前のｆ＝１５１．１ｍｍ、物体距離２．５ｍにおける縦収差図を示している。

本発明の実施例１（数値例１）の広角端でのｘ、ｙ方向における断面図。 アスペクト比の概念図。 結像光学系の像面における結像範囲の概念図。 アナモフィックコンバータによる変換後の結像範囲の概念図。 撮像素子の有効撮像領域の概念図。 映写画像の表示領域の概念図。 数値実施例１のｘ方向の縦収差図。 数値例１のｘ方向の縦収差図。 数値例１のｘ方向の縦収差図。 数値例１のｙ方向の縦収差図。 数値例１のｙ方向の縦収差図。 数値例１のｙ方向の縦収差図。 本発明の実施例２（数値例２）の広角端でのｘ、ｙ方向における断面図。 数値例２のｘ方向の縦収差図。 数値例２のｘ方向の縦収差図。 数値例２のｘ方向の縦収差図。 数値例２のｙ方向の縦収差図。 数値例２のｙ方向の縦収差図。 数値例２のｙ方向の縦収差図。 本発明の実施例３（数値例３）の広角端での断面図。 数値例３の縦収差図。 数値例３の縦収差図。 数値例３の縦収差図。 本発明の実施例４（数値例４）の広角端でのｘ、ｙ方向における断面図。 数値例４のｘ方向の縦収差図。 数値例４のｙ方向の縦収差図。 数値例４のｘ方向の縦収差図。 数値例４のｙ方向の縦収差図。 数値例４のｘ方向の縦収差図。 数値例４のｙ方向の縦収差図。 本発明の実施例５（数値例５）の広角端でのｘ、ｙ方向における断面図。 数値例５のｘ方向の縦収差図。 数値例５のｘ方向の縦収差図。 数値例５のｘ方向の縦収差図。 数値例５のｙ方向の縦収差図。 数値例５のｙ方向の縦収差図。 数値例５のｙ方向の縦収差図。 本発明の実施例６（数値例６）の広角端での断面図。 数値例６の縦収差図。 数値例６の縦収差図。 数値例６の縦収差図。 数値例１〜６のアナモフィックコンバータ挿入前の断面図。 数値例１〜６のアナモフィックコンバータ挿入前の縦収差図。 数値例１〜６のアナモフィックコンバータ挿入前の縦収差図。 数値例１〜６のアナモフィックコンバータ挿入前の縦収差図。 実施例の一次結像なし型アナモフィックコンバータの概念図。 実施例の一次結像あり型アナモフィックコンバータの概念図。

Claims (16)

1. 結像光学系の像側に配置されるアナモフィックコンバータであって、
   前記アナモフィックコンバータは、物体側から像側に順に、第１レンズユニットと、アナモフィックレンズを含む第２レンズユニットと、正の光学的パワーを有する第３レンズユニットから成り、
   前記第２レンズユニットは、前記第１レンズユニットおよび前記第３レンズユニットの間に配置された第１の状態と、前記第１レンズユニットおよび前記３レンズユニットの間から退避した第２の状態とに移動可能であることを特徴とするアナモフィックコンバータ。
2. 前記第２の状態において、前記第１レンズユニットおよび前記第３レンズユニットは、倍率変換光学系として機能することを特徴とする請求項１に記載のアナモフィックコンバータ。
3. 前記第１レンズユニットは、負の光学的パワーを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のアナモフィックコンバータ。
4. 前記第１レンズユニットは、正の光学的パワーを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のアナモフィックコンバータ。
5. 前記第２レンズユニットに略平行光が入射することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のアナモフィックコンバータ。
6. 前記第２レンズユニットは、光軸に直交する断面において少なくとも１つの正の光学的パワーを有する第１のアナモフィックレンズと、光軸に直交する断面において少なくとも１つの負の光学的パワーを有する第２のアナモフィックレンズとを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のアナモフィックコンバータ。
7. 前記第３レンズユニットは、複数の正レンズエレメントと少なくとも１つの負レンズエレメントとを有し、かつ以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のアナモフィックコンバータ。
   νｐ３−νｎ３＞２０
   但し、νｐ３は前記正レンズエレメントのアッベ数の平均値、νｎ３は前記負レンズエレメントのアッベ数の平均値である。
8. 前記第１レンズユニットは、少なくとも１つの正レンズエレメントと複数の負レンズエレメントとを有し、かつ以下の条件を満足することを特徴とする請求項３に記載のアナモフィックコンバータ。
   νｎ１−νｐ１＞１０
   但し、νｐ１は前記正レンズエレメントのアッベ数の平均値、νｎ１は前記負レンズエレメントのアッベ数の平均値である。
9. 前記第１レンズユニットは、複数の正レンズエレメントと少なくとも１つの負レンズエレメントとを有し、かつ以下の条件を満足することを特徴とする請求項４に記載のアナモフィックコンバータ。
   νｐ１−νｎ１＞１０
   但し、νｐ１は前記正レンズエレメントのアッベ数の平均値、νｎ１は前記負レンズエレメントのアッベ数の平均値である。
10. 前記第２レンズユニットは、該アナモフィックコンバータの全系の光軸を中心として回転可能であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載のアナモフィックコンバータ。
11. 前記第２レンズユニットは、この第２レンズユニットの物体側と像面側とを反転させることが可能であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載のアナモフィックコンバータ。
12. 前記第２レンズユニットは少なくとも２つのレンズエレメントを含み、
    該２つのレンズエレメント間の間隔が変更可能であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載のアナモフィックコンバータ。
13. 前記アナモフィックコンバータの像側に配置された撮像素子上に物体の像を形成する場合において、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１つに記載のアナモフィックコンバータ。
    ０．９＜（ＡＲ１・βｘ）／（ＡＲ２・βｙ）＜１．１
    但し、βｘは該アナモフィックコンバータの全系の光軸を含むｘ断面における焦点距離変換倍率、βｙは前記光軸を含み前記ｘ断面に垂直なｙ断面における焦点距離変換倍率、ＡＲ１は前記結像光学系による結像範囲の像面でのアスペクト比、ＡＲ２は前記撮像素子の有効撮像領域のアスペクト比である。
14. 前記アナモフィックコンバータの像側に配置された撮像素子上に物体の像を形成する場合において、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１から１３のいずれか１つに記載のアナモフィックコンバータ。
    １≦（ＡＲ２^２＋１）・βｙ^２／（ＡＲ１^２＋１）＜２．６
    但し、βｙは該アナモフィックコンバータの全系の光軸を含むｘ断面に垂直であって、前記光軸を含むｙ断面における焦点距離変換倍率、ＡＲ１は前記結像光学系による結像範囲の像面でのアスペクト比、ＡＲ２は前記撮像素子の有効撮像領域のアスペクト比である。
15. 請求項１から１４のいずれか１つに記載のアナモフィックコンバータと、
    前記アナモフィックコンバータより物体側に配置された結像光学系とを有することを特徴とするレンズシステム。
16. 請求項１から１４のいずれか１つに記載のアナモフィックコンバータと、
    前記アナモフィックコンバータより物体側に配置された結像光学系と、
    前記アナモフィックコンバータより像側に配置された撮像素子と、を有することを特徴とする撮影システム。
    

Images