JP6219189B2 - テレコンバーターレンズおよび撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、特に電子カメラ等の撮影レンズ(マスターレンズ)の前方(物体側)に装着し、撮影レンズ全体の焦点距離を長い方に変換するテレコンバーターレンズおよび該テレコンバーターレンズを備えた撮像装置に関するものである。
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いわゆるフロントテレコンバーターレンズとして、例えば、特許文献1のように、正の屈折力を有する前群に含まれる正レンズを2枚とした構成が知られている。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2〜4が知られている。
特開2005−331851号公報 特開2004−264669号公報 特開2008−070433号公報 特開2012−123032号公報
近年では、デジタルカメラ、ビデオカメラにおいてCCDやCMOSセンサ等の固体撮像素子の高画素化が進んでいるため、撮影レンズには色収差を含めて高い光学性能が要求されると共に、軽量化も進んでいるため、マスターレンズに装着するテレコンバーターレンズにも、高い光学性能の実現と軽量化とが要求されている。また、テレコンバーターレンズにおいては、マスターレンズの物体側に挿入することから、マスターレンズより大きなレンズ径を持つことが必然となり、テレコンバーターレンズ自体の軽量化とコスト削減が課題となる。
ここで、特許文献1〜4に記載のテレコンバーターレンズは、共通して正の屈折力を有する前群を複数枚のレンズで構成しており優れた性能を確保しているが、大口径となる前群が複数枚のレンズからなることから、重量の面でもコストの面でも不利となっている。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、大型の撮像素子に対応できる光学性能を確保しつつ、軽量かつ低コストのテレコンバーターレンズおよび該テレコンバーターレンズを備えた撮像装置を提供することを目的とするものである。
本発明のテレコンバーターレンズは、マスターレンズの物体側に装着するテレコンバーターレンズであって、物体側から順に、正の屈折力を有する前群と、負の屈折力を有する後群とから実質的になり、前群と後群は、最も広い空気間隔で隔てられ、前群は、物体側に凸面を向けた1枚の正レンズから実質的になり、後群は、物体側から順に、2枚の像側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、1枚の物体側に凸面を向けた正レンズとから実質的になるものである。
本発明のテレコンバーターレンズにおいては、下記条件式(1)を満足することが好ましい。
55<νd1p …(1)
ただし、νd1p:前群の正レンズのアッベ数とする。
また、後群は、少なくとも2枚の負レンズを有することが好ましい。
また、前群は、物体側に凸面を向けた1枚の正メニスカスレンズから実質的になることが好ましい。
また、下記条件式(2)を満足することが好ましい。
3<νd2n2−νd2n1 …(2)
ただし、νd2n1:後群の負レンズのうち1枚の負レンズのアッベ数、νd2n2:νd2n1の対象レンズより像側の負レンズのアッベ数とする。
また、下記条件式(3)を満足することが好ましい。
νd2p<45 …(3)
ただし、νd2p:後群の正レンズのうちアッベ数の最も小さいレンズのアッベ数とする。
また、下記条件式(4)を満足することが好ましい。
30<νd2n …(4)
ただし、νd2n:後群の負レンズのうちアッベ数の最も大きいレンズのアッベ数とする。
また、下記条件式(5)を満足することが好ましい。
0.20<DD/DSUM …(5)
ただし、DD:前群の最も像側の面から後群の最も物体側の面までの距離、DSUM:前群の最も物体側の面から後群の最も像側の面までの距離とする。
また、下記条件式(1−1)を満足することが好ましい。
60<νd1p …(1−1)
また、下記条件式(2−1)を満足することが好ましい。
9<νd2n2−νd2n1 …(2−1)
また、下記条件式(3−1)を満足することが好ましい。
νd2p<40 …(3−1)
また、下記条件式(4−1)を満足することが好ましい。
35<νd2n …(4−1)
また、下記条件式(5−1)を満足することが好ましい。
0.28<DD/DSUM …(5−1)
本発明の撮像装置は、上記記載の本発明のテレコンバーターレンズを備えたものである。
なお、上記「〜から実質的になり、」とは、構成要素として挙げたもの以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りやマスクやカバーガラスやフィルタ等のレンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル、撮像素子、手ぶれ補正機構等の機構部分、等を含んでもよいことを意図するものである。
また、上記のレンズの面形状や屈折力の符号は、非球面が含まれている場合は近軸領域で考えるものとする。
本発明のテレコンバーターレンズは、マスターレンズの物体側に装着するテレコンバーターレンズであって、物体側から順に、正の屈折力を有する前群と、負の屈折力を有する後群とから実質的になり、前群と後群は、最も広い空気間隔で隔てられ、前群は、物体側に凸面を向けた1枚の正レンズから実質的になり、後群は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズとを有するものとしたので、大型の撮像素子に対応できる光学性能を確保しつつ、軽量かつ低コストのテレコンバーターレンズとすることが可能となる。
また、本発明の撮像装置は、本発明のテレコンバーターレンズを備えているため、高画質でありながら軽量かつ低コストの装置とすることができる。
本発明の一実施形態にかかるテレコンバーターレンズ(実施例1と共通)のレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例2のテレコンバーターレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例3のテレコンバーターレンズのレンズ構成を示す断面図 本発明の実施例1のテレコンバーターレンズをマスターレンズに付けた時の各収差図 本発明の実施例2のテレコンバーターレンズをマスターレンズに付けた時の各収差図 本発明の実施例3のテレコンバーターレンズをマスターレンズに付けた時の各収差図 本発明の実施形態にかかる撮像装置の概略構成図
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の一実施形態にかかるテレコンバーターレンズのレンズ構成を示す断面図である。図1に示す構成例は、後述の実施例1のテレコンバーターレンズの構成と共通である。なお、図1においては、左側が物体側、右側が像側である。また、本実施形態のテレコンバーターレンズと組み合わせるマスターレンズについても併せて例示している。
図1に示すように、このテレコンバーターレンズTCは、マスターレンズMLの物体側に装着するものであって、光軸Zに沿って、物体側から順に、正の屈折力を有する前群G1と、負の屈折力を有する後群G2とからなり、前群G1と後群G2は、最も広い空気間隔で隔てられ、前群G1は、物体側に凸面を向けた1枚の正レンズL11からなり、後群G2は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負レンズと、物体側に凸面を向けた正レンズとを有するものである。
テレコンバーターレンズTCと組み合わせるマスターレンズMLは、レンズL31〜L38からなるものである。テレコンバーターレンズTCおよびマスターレンズMLを撮像装置に適用する際には、レンズを装着するカメラ側の構成に応じて、光学系と像面Simの間にカバーガラス、プリズム、赤外線カットフィルタやローパスフィルタなどの各種フィルタを配置することが好ましいため、図1では、これらを想定した平行平面板状の光学部材PPをレンズ系と像面Simとの間に配置した例を示している。
物体側から順に、正の屈折力を有する前群G1と、負の屈折力を有する後群G2とからなるテレコンバーターレンズTCにおいて、前群G1と後群G2が有するレンズ構成を好適に設定しているため、球面収差や色収差を始めとする諸収差が良好に補正された、高い光学性能を有するテレコンバーターレンズTCとすることができる。
また、テレコンバーターレンズTCは、空気間隔を隔てて、前群G1に正、後群G2に負を配置することが必須であるが、大口径となる前群G1を1枚の正レンズL11のみで構成することにより、低コストおよび軽量化を実現している。
また、後群G2に負レンズと正レンズを設けることで、軸上色収差と倍率色収差の両方ともに良好に補正することができる。
本実施形態のテレコンバーターレンズにおいては、下記条件式(1)を満足することが好ましい。この条件式(1)を満足することで、前群G1を1枚の正レンズL11のみで構成した場合でも、特に軸上色収差を良好に補正しつつ、軸上色収差と倍率色収差の両方ともに良好に補正することが可能となる。なお、下記条件式(1−1)を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
55<νd1p …(1)
60<νd1p …(1−1)
ただし、νd1p:前群の正レンズのアッベ数とする。
また、後群G2は、少なくとも2枚の負レンズを有することが好ましい。この後群G2は全体として負の屈折力を有するので、中に含まれる負レンズは2枚以上として球面収差や像面湾曲の補正を分担することで、良好な特性とすることができる。
また、前群G1は、物体側に凸面を向けた1枚の正メニスカスレンズL11からなることが好ましい。マスターレンズMLの絞りStが前群G1の正レンズL11の像側に配されることから、画角変化に対して光線を強く曲げないように、前群G1の正レンズL11を物体側に凸面を向けたメニスカスレンズとすることで、非点収差の発生を抑えることができる。
また、後群G2は、物体側から順に、2枚の像側に凹面を向けた負メニスカスレンズL21,L22と、1枚の物体側に凸面を向けた正レンズL23とからなることが好ましい。マスターレンズMLの絞りStが後群G2の各レンズの像側に配されることから、画角変化に対して光線を強く曲げないように、後群G2の2枚の負レンズL21,L22を像側に凹面を向けた負メニスカスレンズとし、正レンズL23を物体側に凸面を向けた正レンズとすることで、非点収差の発生を抑えることができる。
また、下記条件式(2)を満足することが好ましい。この条件式(2)を満足することで、前群G1を正レンズ1枚で構成したときに困難となる軸上色収差と倍率色収差のバランスを良好に保つことができる。なお、下記条件式(2−1)を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
3<νd2n2−νd2n1 …(2)
9<νd2n2−νd2n1 …(2−1)
ただし、νd2n1:後群の負レンズのうち1枚の負レンズのアッベ数、νd2n2:νd2n1の対象レンズより像側の負レンズのアッベ数とする。
また、下記条件式(3)を満足することが好ましい。この条件式(3)を満足することで、前群G1を正レンズ1枚で構成したときに困難となる軸上色収差と倍率色収差のバランスを良好に保つことができる。なお、下記条件式(3−1)を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
νd2p<45 …(3)
νd2p<40 …(3−1)
ただし、νd2p:後群の正レンズのうちアッベ数の最も小さいレンズのアッベ数とする。
また、下記条件式(4)を満足することが好ましい。この条件式(4)を満足することで、前群G1を正レンズ1枚で構成したときに困難となる軸上色収差と倍率色収差のバランスを良好に保つことができる。なお、下記条件式(4−1)を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
30<νd2n …(4)
35<νd2n …(4−1)
ただし、νd2n:後群の負レンズのうちアッベ数の最も大きいレンズのアッベ数とする。
また、下記条件式(5)を満足することが好ましい。この条件式(5)を満足することで、後群G2のレンズが前群G1より離れて後群G2の外径を小さくすることができるため、軽量化および低コスト化を図ることができる。なお、下記条件式(5−1)を満足するものとすれば、より良好な特性とすることができる。
0.20<DD/DSUM …(5)
0.28<DD/DSUM …(5−1)
ただし、DD:前群の最も像側の面から後群の最も物体側の面までの距離、DSUM:前群の最も物体側の面から後群の最も像側の面までの距離とする。
本テレコンバーターレンズにおいて、最も物体側に配置される材料としては、具体的にはガラスを用いることが好ましく、あるいは透明なセラミックスを用いてもよい。
また、本テレコンバーターレンズが厳しい環境において使用される場合には、保護用の多層膜コートが施されることが好ましい。さらに、保護用コート以外にも、使用時のゴースト光低減等のための反射防止コートを施すようにしてもよい。
また、図1に示す例では、レンズ系と像面Simとの間に光学部材PPを配置した例を示したが、ローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタ等をレンズ系と像面Simとの間に配置する代わりに、各レンズの間にこれらの各種フィルタを配置してもよく、あるいは、いずれかのレンズのレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を有するコートを施してもよい。
次に、本発明のテレコンバーターレンズの数値実施例について説明する。
まず、実施例1のテレコンバーターレンズについて説明する。実施例1のテレコンバーターレンズのレンズ構成を示す断面図を図1に示す。なお、図1および後述の実施例2,3に対応した図2,3においては、左側が物体側、右側が像側である。また、各実施例のテレコンバーターレンズと組み合わせるマスターレンズについても併せて例示しており、マスターレンズ中の絞りStは必ずしも大きさや形状を表すものではなく、光軸Z上の位置を示すものである。
実施例1のテレコンバーターレンズのレンズデータを表1に、諸元に関するデータを表2に示す。また、マスターレンズのレンズデータを表7に、非球面係数に関するデータを表8に示す。なお、マスターレンズについては実施例1〜3において同じものを例示している。以下では、表中の記号の意味について、実施例1のものを例にとり説明するが、実施例2,3についても基本的に同様である。
表1および表7のレンズデータにおいて、面番号の欄には最も物体側の構成要素の面を1番目として像側に向かうに従い順次増加する面番号を示し、曲率半径の欄には各面の曲率半径を示し、間隔の欄には各面とその次の面との光軸Z上の間隔を示す。また、ndの欄には各光学要素のd線(波長587.6nm)に対する屈折率を示し、νdの欄には各光学要素のd線(波長587.6nm)に対するアッベ数を示す。
なお、曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。マスターレンズのレンズデータには、絞りStも含めて示している。絞りStに相当する面の面番号の欄には面番号とともに(絞り)という語句を記載している。
表2の諸元に関するデータに、アフォーカル倍率、全画角2ω、F値Fnoの値を示す。
表7のマスターレンズのレンズデータでは、非球面の面番号に*印を付しており、非球面の曲率半径として近軸の曲率半径の数値を示している。表8の非球面係数に関するデータには、非球面の面番号と、これら非球面に関する非球面係数を示す。非球面係数は、以下の式(A)で表される非球面式における各係数K、Am(m=3、4、5、…20)の値である。
Zd=C・h/{1+(1−K・C・h1/2}+ΣAm・h …(A)
ただし、
Zd:非球面深さ(高さhの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ)
h:高さ(光軸からの距離)
C:近軸曲率半径の逆数
K、Am:非球面係数(m=3、4、5、…20)
レンズデータおよび式データにおいて、角度の単位としては度を用い、長さの単位としてはmmを用いているが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても使用可能なため他の適当な単位を用いることもできる。
実施例1のテレコンバーターレンズをマスターレンズに付けた時の各収差図を図4に示す。なお、図4中の左側から順に球面収差、非点収差、ディストーション、倍率色収差を示す。球面収差、非点収差、ディストーションを表す各収差図には、d線(波長587.6nm)を基準波長とした収差を示す。球面収差図にはd線(波長587.6nm)、C線(波長656.3nm)、g線(波長435.8nm)についての収差をそれぞれ実線、点線、一点鎖線で示す。非点収差図にはサジタル方向、タンジェンシャル方向の収差をそれぞれ実線と点線で示す。倍率色収差図にはC線(波長656.3nm)、g線(波長435.8nm)についての収差をそれぞれ点線、一点鎖線で示す。なお、球面収差図のFno.はF値、その他の収差図のωは半画角を意味する。
次に、実施例2のテレコンバーターレンズについて説明する。実施例2のテレコンバーターレンズのレンズ構成を示す断面図を図2に示す。また、実施例2のテレコンバーターレンズのレンズデータを表3に、諸元に関するデータを表4に、実施例2のテレコンバーターレンズをマスターレンズに付けた時の各収差図を図5に示す。
次に、実施例3のテレコンバーターレンズについて説明する。実施例3のテレコンバーターレンズのレンズ構成を示す断面図を図3に示す。また、実施例3のテレコンバーターレンズのレンズデータを表5に、諸元に関するデータを表6に、実施例3のテレコンバーターレンズをマスターレンズに付けた時の各収差図を図6に示す。
実施例1〜3のテレコンバーターレンズの条件式(1)〜(5)に対応する値を表9に示す。なお、全実施例ともd線を基準波長としており、下記の表9に示す値はこの基準波長におけるものである。
以上のデータから、実施例1〜3のテレコンバーターレンズは全て、条件式(1)〜(5)を満たしており、大型の撮像素子に対応できる光学性能を確保しつつ、軽量かつ低コストのテレコンバーターレンズであることが分かる。
次に、本発明の実施形態にかかる撮像装置について説明する。図7に、本発明の実施形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態のテレコンバーターレンズを用いた撮像装置の概略構成図を示す。なお、図7では各レンズ群を概略的に示している。この撮像装置としては、例えば、CCDやCMOS等の固体撮像素子を記録媒体とするビデオカメラや電子スチルカメラ等を挙げることができる。
図7に示す撮像装置10は、テレコンバーターレンズTCおよびマスターレンズMLからなる撮像レンズと、撮像レンズの像側に配置されたローパスフィルタ等の機能を有するフィルタ6と、フィルタ6の像側に配置された撮像素子7と、信号処理回路8とを備えている。
テレコンバーターレンズTCは、マスターレンズMLに対して着脱可能に構成されている。撮像素子7は撮像レンズにより形成される光学像を電気信号に変換するものであり、例えば、撮像素子7としては、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等を用いることができる。撮像素子7は、その撮像面が撮像レンズの像面に一致するように配置される。撮像レンズにより撮像された像は撮像素子7の撮像面上に結像し、その像に関する撮像素子7からの出力信号が信号処理回路8にて演算処理され、表示装置9に像が表示される。
以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数等の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。
6 フィルタ
7 撮像素子
8 信号処理回路
9 表示装置
10 撮像装置
G1 前群
G2 後群
L11〜L38 レンズ
ML マスターレンズ
PP 光学部材
Sim 像面
St 開口絞り
TC テレコンバーターレンズ
Z 光軸

Claims (14)

  1. マスターレンズの物体側に装着するテレコンバーターレンズであって、
    物体側から順に、正の屈折力を有する前群と、負の屈折力を有する後群とから実質的になり、
    前記前群と前記後群は、最も広い空気間隔で隔てられ、
    前記前群は、物体側に凸面を向けた1枚の正レンズから実質的になり、
    前記後群は、物体側から順に、2枚の像側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、1枚の物体側に凸面を向けた正レンズとから実質的になる
    ことを特徴とするテレコンバーターレンズ。
  2. 下記条件式(1)を満足する
    請求項1記載のテレコンバーターレンズ。
    55<νd1p …(1)
    ただし、
    νd1p:前記前群の正レンズのアッベ数
  3. 前記後群は、少なくとも2枚の負レンズを有する
    請求項1または2記載のテレコンバーターレンズ。
  4. 前記前群は、物体側に凸面を向けた1枚の正メニスカスレンズから実質的になる
    請求項1から3のいずれか1項記載のテレコンバーターレンズ。
  5. 下記条件式(2)を満足する
    請求項1からのいずれか1項記載のテレコンバーターレンズ。
    3<νd2n2−νd2n1 …(2)
    ただし、
    νd2n1:前記後群の負レンズのうち1枚の負レンズのアッベ数
    νd2n2:前記νd2n1の対象レンズより像側の負レンズのアッベ数
  6. 下記条件式(3)を満足する
    請求項1からのいずれか1項記載のテレコンバーターレンズ。
    νd2p<45 …(3)
    ただし、
    νd2p:前記後群の正レンズのうちアッベ数の最も小さいレンズのアッベ数
  7. 下記条件式(4)を満足する
    請求項1からのいずれか1項記載のテレコンバーターレンズ。
    30<νd2n …(4)
    ただし、
    νd2n:前記後群の負レンズのうちアッベ数の最も大きいレンズのアッベ数
  8. 下記条件式(5)を満足する
    請求項1からのいずれか1項記載のテレコンバーターレンズ。
    0.20<DD/DSUM …(5)
    ただし、
    DD:前記前群の最も像側の面から前記後群の最も物体側の面までの距離
    DSUM:前記前群の最も物体側の面から前記後群の最も像側の面までの距離
  9. 下記条件式(1−1)を満足する
    請求項1からのいずれか1項記載のテレコンバーターレンズ。
    60<νd1p …(1−1)
    ただし、
    νd1p:前記前群の正レンズのアッベ数
  10. 下記条件式(2−1)を満足する
    請求項1からのいずれか1項記載のテレコンバーターレンズ。
    9<νd2n2−νd2n1 …(2−1)
    ただし、
    νd2n1:前記後群の負レンズのうち1枚の負レンズのアッベ数
    νd2n2:前記νd2n1の対象レンズより像側の負レンズのアッベ数
  11. 下記条件式(3−1)を満足する
    請求項1から10のいずれか1項記載のテレコンバーターレンズ。
    νd2p<40 …(3−1)
    ただし、
    νd2p:前記後群の正レンズのうちアッベ数の最も小さいレンズのアッベ数
  12. 下記条件式(4−1)を満足する
    請求項1から11のいずれか1項記載のテレコンバーターレンズ。
    35<νd2n …(4−1)
    ただし、
    νd2n:前記後群の負レンズのうちアッベ数の最も大きいレンズのアッベ数
  13. 下記条件式(5−1)を満足する
    請求項1から12のいずれか1項記載のテレコンバーターレンズ。
    0.28<DD/DSUM …(5−1)
    ただし、
    DD:前記前群の最も像側の面から前記後群の最も物体側の面までの距離
    DSUM:前記前群の最も物体側の面から前記後群の最も像側の面までの距離
  14. 請求項1から13のいずれか1項記載のテレコンバーターレンズを備えた撮像装置。
JP2014021891A 2014-02-07 2014-02-07 テレコンバーターレンズおよび撮像装置 Active JP6219189B2 (ja)

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