JP4659429B2 - ワイドコンバーターレンズとそれを有する撮像装置 - Google Patents

ワイドコンバーターレンズとそれを有する撮像装置 Download PDF

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Description

本発明は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ、銀塩フィルム用カメラ、放送用カメラなどの撮影レンズ(主レンズ系)の物体側に装着して、全系の焦点距離を主レンズ系の本来の焦点距離に比べて短く変化させるワイドコンバーターレンズに関する。
一般に主レンズ系(撮影レンズ)の焦点距離を広角側に変移させる(短い方に変移させる)方法として、主レンズ系の物体側にアフォーカルレンズを装着するフロント方式のワイドコンバーターレンズが知られている。この方式は、焦点距離を変移させても、主レンズ系のFナンバーを犠牲にしない(変化させない)という利点がある。
このフロント方式のワイドコンバーターレンズとしては、例えば、物体側より負の屈折力の第1レンズ、負の屈折力の第2レンズと正の屈折力の第3レンズの貼り合わせから成る3枚構成のものが知られている(特許文献1)。
近年、光学性能の向上を目的とし、負の屈折力の第1レンズ、負の屈折力の第2レンズから成る前群、負の屈折力の第3レンズ、正の屈折力の第4レンズから成る後群の4枚のレンズより構成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2)。
米国特許第2854891号 特開平3−127006号公報
従来のワイドコンバーターレンズは、少ないレンズ枚数で構成し、小型化を図っている。このようなワイドコンバーターレンズを主レンズ系の物体側に装着すると、軸外光束がレンズ周辺部を通過するという光学性質から、像面湾曲や歪曲収差、倍率色収差の変化が大きくなってくる。
特許文献1で提案されているズームレンズに着脱自在に装着するためのワイドコンバーターレンズは、物体側から負、負、正の屈折力のレンズより成る3枚構成であるが、広角端で発生する歪曲収差が大きく、ズーム全域で倍率色収差が大きくなる傾向があった。
また、アフォーカル倍率が小さくなるとレンズのパワーが全体的に大きくなり、その影響でズーミングによる像面変動が大きくなってしまう傾向があった。
特許文献2では、このアフォーカル倍率の増加による像面変動の増加を防ぐために、前群の負レンズを2枚の負レンズに分担させ、ズーミングによる像面変動を小さくしている。
しかし、歪曲収差が負の方向に大きくなっており、また、レンズのパワー(焦点距離の逆数)の分担が最も物体側のレンズに片寄っているために、第1レンズの有効径が非常に大きくなってしまう傾向があった。
本発明は、主レンズ系に着脱自在に装着し、全系の焦点距離を主レンズ系のみの焦点距離に比べて、短い方に変倍させても、収差変動が小さく良好なる光学性能が得られるワイドコンバーターレンズ及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。
本発明のワイドコンバーターレンズは、主レンズ系の物体側に装着するワイドコンバーターレンズであって、物体側より像側へ順に、負の屈折力の前群と正の屈折力の後群で構成され、該前群は、物体側より像側へ順に、第1の負レンズと第2の負レンズとで構成され、該後群は、像側の面が凹形状の第3の負レンズと正レンズとで構成され、第3の負レンズの像側の面の曲率半径をr R2 、該後群の焦点距離をf とするとき、
0.5 <r R2 /f < 0.78
を満足することを特徴としている。
この他本発明のワイドコンバーターレンズは、主レンズ系の物体側に装着するワイドコンバーターレンズであって、物体側より像側へ順に、負の屈折力の前群と正の屈折力の後群で構成され、該前群は、物体側より像側へ順に、第1の負レンズと第2の負レンズとで構成され、該後群は、像側の面が凹形状の第3の負レンズと正レンズとで構成され、該第3の負レンズの物体側の面の曲率半径をr R1 、該後群の焦点距離をf とするとき、
0.8 <r R1 /f < 1.25
を満足することを特徴としている。
この他本発明のワイドコンバーターレンズは、主レンズ系の物体側に装着するワイドコンバーターレンズであって、物体側より像側へ順に、負の屈折力の前群と正の屈折力の後群で構成され、該前群は、物体側より像側へ順に、第1の負レンズと第2の負レンズとで構成され、該後群は、像側の面が凹形状の第3の負レンズと正レンズとで構成され、該第2の負レンズの像側の面の曲率半径をr F4 、該第2の負レンズの焦点距離をf F2 とするとき、
−0.8 <r F4 /f F2 < −0.45
を満足することを特徴としている。
本発明によれば、主レンズ系に装着しても収差変動が小さく、良好なる光学性能が得られるワイドコンバーターレンズが得られる。
以下、本発明のワイドコンバーターレンズ及びそれを主レンズ系に装着したときの撮影系及び該撮影系を用いた撮像装置について説明する。
図1は、本発明の実施例1のワイドコンバーターレンズのレンズ断面図、図2は、本発明の実施例1のワイドコンバーターレンズをズーミング作用を有する主レンズ系MSの物体側に装着したときのレンズ断面図、図3は、本発明の実施例1のワイドコンバーターレンズを主レンズ系の物体側に装着したときの広角端のズーム位置における収差図である。
図4は、本発明の実施例2のワイドコンバーターレンズのレンズ断面図、図5は、本発明の実施例2のワイドコンバーターレンズをズーミング作用を有する主レンズ系MSの物体側に装着したときのレンズ断面図、図6は、本発明の実施例2のワイドコンバーターレンズを主レンズ系の物体側に装着したときの広角端のズーム位置における収差図である。
図7は、本発明の実施例3のワイドコンバーターレンズのレンズ断面図、図8は、本発明の実施例3のワイドコンバーターレンズをズーミング作用を有する主レンズ系MSの物体側に装着したときのレンズ断面図、図9は、本発明の実施例3のワイドコンバーターレンズを主レンズ系の物体側に装着したときの広角端のズーム位置における収差図である。
図10は、本発明の実施例4のワイドコンバーターレンズのレンズ断面図、図11は、本発明の実施例4のワイドコンバーターレンズをズーミング作用を有する主レンズ系MSの物体側に装着したときのレンズ断面図、図12は、本発明の実施例4のワイドコンバーターレンズを主レンズ系の物体側に装着したときの広角端のズーム位置における収差図である。
図13は、本発明のワイドコンバーターレンズを着脱自在に装着する一例として選んだ主レンズ系MSのレンズ断面図である。
図14は、主レンズ系MSの広角端のズーム位置における収差図である。
図15は、本発明のワイドコンバーターレンズを有する撮像装置の説明図である。
レンズ断面図において、WCはワイドコンバーターレンズ、MSは主レンズ系である。
レンズ断面図において、左方が物体側で、右方が像側である。
収差図において、dはd線、gはg線、ΔMはメリディオナル像面、ΔSはサジタル像面、倍率色収差はg線によって表わしている。
各実施例のワイドコンバーターレンズWCは、主レンズ系MSの物体側に装着して全系の焦点距離を主レンズ系の焦点距離に比べて短縮する方向へ変化させている。
ワイドコンバーターレンズWCは、最も広い空気間隔を境に、負の屈折力の前群FGと正の屈折力の後群RGより成り、全体としてアフォーカル系を構成している。
前群FGは、物体側から像側へ順に2枚の負の屈折力のレンズFG1、FG2を有している。
レンズFG1は、物体側の面が凸でメニスカス形状より成り、レンズFG2は、像側の面が凹形状より成っている。
後群RGは、像側の面が凹形状の負の屈折力のレンズRG1と正の屈折力のレンズRG2とを接合した接合レンズより成っている。
後群RGのレンズRG1の像側の面を凹形状とし、前群FGのレンズFG2の形状を最適にすることによってワイドコンバーターレンズで生じる歪曲収差を前群FGと、後群RGでキャンセルしている。
また、後群RGを正、負レンズの貼り合わせレンズとすることによって、劣化しやすい全系の色収差をバランスを良く補正している。
尚、実施例3、4では、前群FG中の1つの面を非球面形状とし、収差補正を良好に行っている。
各実施例において、例として用いた図13に示す主レンズ系MSは、ズームレンズであり、物体側より像側へ順に、正の屈折力の第1レンズ群G1、負の屈折力の第2レンズ群G2、正の屈折力の第3レンズ群G3、正の屈折力の第4レンズ群G4を有している。
図13においてSPは開口絞りである。
Gは光学フィルター、フェースプレート等に相当する光学ブロックである。IPは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはCCDセンサやCMOSセンサ等の固体撮像素子(光電変換素子)の撮像面が、銀塩フィルム用カメラのときはフィルム面に相当する。
主レンズ系MSは、広角端に対して望遠端での第1レンズ群G1と第2レンズ群G2との間隔が大きく、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3との間隔が小さくなるように第2レンズ群G2が直線的に第4レンズ群G4が物体側に凸状の軌跡を有しつつ移動してズーミングをしている。
ズーミングのためには、第1、第3レンズ群G1,G3は固定である。
各実施例におけるワイドコンバーターレンズWCは、主レンズ系MSの物体側に装着して全系の焦点距離を主レンズ系MSに比べて短縮しており、前群FGは物体側から順に2枚の負の屈折力を有するレンズを有し、後群は像側面に強い凹面を向けた負の屈折力を有する第1レンズと正の屈折力を有する第2レンズの接合で、全体として正の屈折力を有するレンズで構成している。また、前群中に非球面を1面有している。
又、各実施例では、次の条件式のうち1以上を満足するようにしており、これによって各条件式に対応した効果を得ている。
レンズRG1の物体側と像側の面の曲率半径を各々rR1、rR2、後群の焦点距離をf、レンズFG2の像側の面の曲率半径をrF4、レンズFG2の焦点距離をfF2、レンズFG1、FG2、RG1、RG2の材料の屈折率のうち最も小さな屈折率をNminとするとき、
0.5 <rR2/f < 0.78・・・・(1)
0.8 <rR1/f< 1.25・・・・(2)
−0.8 <rF4/fF2< −0.45・・・・(3)
1.60<Nmin・・・・(4)
を満足している。
条件式(1)は、後群RGのレンズRG1のレンズ形状を決める為の条件を示しており、像側の面の曲率を正にすることによって諸収差、特に歪曲収差の発生を小さくしている。
条件式(1)の下限値を下回ると、ワイド端(広角端)のズーム位置において歪曲収差が負の方向に大きくなってしまう。逆に、上限値を超えると、ズーミングによる像面湾曲の変動が大きくなり、また、倍率色収差の発生を抑えることが難しくなってくる。
条件式(2)は、後群RGのレンズRG1のレンズ形状を決める為の条件を示しており、主に、後群RG中での色収差の補正を良好に行う為である。
条件式(2)の上限値を超えると、倍率色収差が悪化し、軸上色収差との色バランスを良好に保つことが困難となる。
また、テレ端(望遠端)のズーム位置において球面収差がオーバーとなる。逆に下限値を下回ると、軸上色収差が悪化し、倍率色収差との色バランスを良好に保つことが困難となる。また、テレ端の球面収差がアンダーとなるので良くない。
条件式(3)は、前群FGのレンズFG2のレンズ形状を決める為の条件を示しており、主に前群FG中での諸収差の補正を良好に行う為である。
条件式(3)の上限値を超えるとワイド端での歪曲収差が負の方向に大きくなり、テレ端での球面収差がアンダーになる。逆に下限値を下回ると、ズーミングによる像面湾曲の変動が大きくなり、テレ端での球面収差がオーバーになる。
条件式(4)は、硝材の屈折率に関する条件を示しており、各レンズの曲率を緩くして薄肉形状にすると同時にテレ端での球面収差および軸外収差の発生を小さく抑えるためである。
各実施例において、更に画質劣化の少ないワイドコンバーターレンズを得るには、前述の条件式(1)〜(4)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
0.55<rR2/f < 0.74・・・・(1a)
0.85<rR1/f< 1.2・・・・(2a)
−0.78<rR4/fF2<−0.5・・・・(3a)
1.65<Nmin・・・・(4a)
次に本発明のワイドコンバーターレンズを主レンズ系に装着し、撮影光学系として用いたビデオカメラの実施形態を図15を用いて説明する。
図15において、10はビデオカメラ本体、11は本発明のワイドコンバーターレンズを主レンズ系に装着した撮影光学系、12は撮影光学系11によって被写体像を受光するCCDセンサやCMOSセンサ等の固体撮像素子(光電変換素子)、13は撮像素子12が受光した被写体像を記録するメモリ、14は不図示の表示素子に表示された被写体像を観察するためのファインダーである。上記表示素子は液晶パネル等によって構成され、撮像素子12上に形成された被写体像が表示される。
このように本発明の撮影光学系をビデオカメラ等の撮像装置に適用することにより、高い光学性能を有する撮像装置が実現できる。
以下に、本発明の各実施例のワイドコンバーターレンズの各実施例の数値実施例と主レンズ系の数値実施例について示す。
数値実施例において、riは物体側から数えて第i番目の面の曲率半径、diは物体側から数えて第i番目の面と第i+1番目の面との間の面間隔、niは第i番目のレンズの材料のd線における屈折率、νiは第i番目のレンズの材料のd線におけるアッベ数である。
また、kを円錐定数、A’,B,B’,C,C’,D,D’,E,E’,Fを3次、4次、5次、6次、7次、8次、9次、10次、11次、12次の非球面係数とし、光軸からの高さhの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてxとするとき、非球面形状は、
x=(h/R)/[1+[1−(1+K)(h/R)1/2] +A’h+Bh+B’h+Ch+C’h+Dh
+D’h+Eh10+E’h11+Fh12
で表示される。但し、Rは曲率半径であり、「e−X」は「×10−X」を意味している。尚、非球面は各表中の面番号の右側に*印を付している。
ワイドコンバーターレンズ 数値実施例1
ワイドコンバーターレンズ 数値実施例2
ワイドコンバーターレンズ 数値実施例3
非球面係数
2面 k=-2.62312e-01,A’=0,B=-4.16304e-07,B’=0,
C=1.58236e-10,C’=0,D=6.03741e-13,D’=0,E=0,
E’=0,F=0
ワイドコンバーターレンズ 数値実施例4
非球面係数
2面
k=-5.5364e-02,A’=0,B=-6.50011e-07,B’=0,
C=-1.52569e-10,C’=0,D=6.61602e-13,D’=0,E=0,
E’=0,F=0
主レンズ系 数値実施例
非球面係数
13面 k=-1.13435e+00,A’=1.48867e-04,B=0,B’=4.29762e-05,
C=0,C’=-1.32708e-06,D=0,D’=1.93041e-09,E=0,
E’=-7.80048e-11,F=0

14面 k=-1.10316e+01,A’=1.9753e-04,B=0,B’=4.81405e-05,
C=0,C’=-2.12424e-06,D=0,D’=-6.26965e-09,E=0,
E’=6.91944e-10,F=0
実施例1のワイドコンバーターレンズのレンズ断面図 実施例1のワイドコンバーターレンズと主レンズ系のレンズ断面図 実施例1のワイドコンバーターレンズと主レンズ系の収差図 実施例2のワイドコンバーターレンズのレンズ断面図 実施例2のワイドコンバーターレンズと主レンズ系のレンズ断面図 実施例2のワイドコンバーターレンズと主レンズ系の収差図 実施例3のワイドコンバーターレンズのレンズ断面図 実施例3のワイドコンバーターレンズと主レンズ系のレンズ断面図 実施例3のワイドコンバーターレンズと主レンズ系の収差図 実施例4のワイドコンバーターレンズのレンズ断面図 実施例4のワイドコンバーターレンズと主レンズ系のレンズ断面図 実施例4のワイドコンバーターレンズと主レンズ系の収差図 主レンズ系のレンズ断面図 主レンズ系の広角端のズーム位置における収差図 本発明の撮像装置の概略図
符号の説明
FG : ワイドコンバーターレンズの前群
RG : ワイドコンバーターレンズの後群
WC : ワイドコンバーターレンズ
MS : 主レンズ系
G1 : 主レンズ系の第1群
G2 : 主レンズ系の第2群
G3 : 主レンズ系の第3群
G4 : 主レンズ系の第4群
Fno : Fナンバー
w : 半画角
DS : サジタル像面
DM : メリジオナル像面

Claims (7)

  1. 主レンズ系の物体側に装着するワイドコンバーターレンズであって、物体側より像側へ順に、負の屈折力の前群と正の屈折力の後群で構成され、該前群は、物体側より像側へ順に、第1の負レンズと第2の負レンズとで構成され、該後群は、像側の面が凹形状の第3の負レンズと正レンズとで構成され、第3の負レンズの像側の面の曲率半径をr R2 、該後群の焦点距離をf とするとき、
    0.5 <r R2 /f < 0.78
    を満足することを特徴とするワイドコンバーターレンズ。
  2. 主レンズ系の物体側に装着するワイドコンバーターレンズであって、物体側より像側へ順に、負の屈折力の前群と正の屈折力の後群で構成され、該前群は、物体側より像側へ順に、第1の負レンズと第2の負レンズとで構成され、該後群は、像側の面が凹形状の第3の負レンズと正レンズとで構成され、該第3の負レンズの物体側の面の曲率半径をr R1 、該後群の焦点距離をf とするとき、
    0.8 <r R1 /f < 1.25
    を満足することを特徴とするワイドコンバーターレンズ。
  3. 主レンズ系の物体側に装着するワイドコンバーターレンズであって、物体側より像側へ順に、負の屈折力の前群と正の屈折力の後群で構成され、該前群は、物体側より像側へ順に、第1の負レンズと第2の負レンズとで構成され、該後群は、像側の面が凹形状の第3の負レンズと正レンズとで構成され、該第2の負レンズの像側の面の曲率半径をr F4 、該第2の負レンズの焦点距離をf F2 とするとき、
    −0.8 <r F4 /f F2 < −0.45
    を満足することを特徴とするワイドコンバーターレンズ。
  4. 前記第1の負レンズ、第2の負レンズ、第3の負レンズ、正レンズを構成する材料の屈折率は、いずれも1.6より大きいことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項のワイドコンバーターレンズ。
  5. 前記後群は、前記第3の負レンズと、その像側に配置された前記正レンズとを接合した接合レンズによって構成されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項のワイドコンバーターレンズ。
  6. 撮影レンズと、該撮影レンズによって形成された像を受光する固体撮像素子とを有する撮像装置の該撮影レンズの物体側に装着可能であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項のワイドコンバーターレンズ。
  7. 撮影レンズと、該撮影レンズの物体側に装着可能な請求項1乃至6のいずれか1項のワイドコンバーターレンズと、該ワイドコンバーターレンズを装着した該撮影レンズによって形成された像を受光する固体撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。
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