JP6454053B2 - エクステンダーレンズおよび撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像用のマスターレンズの内部に挿入されることにより挿入後のレンズ全系の焦点距離をこのマスターレンズの焦点距離よりも長焦点距離側へ変化させるエクステンダーレンズ、およびこのエクステンダーレンズを備えた撮像装置に関するものである。

従来、映画撮影用カメラ等の分野において、撮像用のマスターレンズの内部に挿脱自在に配されて、挿入後のレンズ全系の焦点距離をマスターレンズの焦点距離よりも長焦点距離側へ変化させるエクステンダーレンズが用いられている。例えば、下記特許文献１および２には、４群または５群構成の変倍光学系をマスターレンズとし、このうち変倍の際に固定されている最も像側のレンズ群の内部にエクステンダーレンズを挿入した構成が開示されている。

特開２０１１−０７５６４６号公報 国際公開ＷＯ２０１３／０３１２１４号公報

近年の画像および映像の分野では高画質化への要求が高まっており、レンズ系にも高性能化が求められている。しかしながら、特許文献１に記載されているエクステンダーレンズは近年の要求レベルに比して、球面収差および軸上色収差が大きく、マスターレンズに挿入された際にレンズ全系の性能劣化が大きい。また、特許文献２に記載されているエクステンダーレンズも、近年の要求レベルに十分応えるためにはマスターレンズに挿入された際のレンズ全系の軸上色収差について改善の余地がある。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、結像位置を変えずに、マスターレンズの内部に挿入後のレンズ全系の焦点距離をこのマスターレンズの焦点距離よりも長焦点距離側へ変化させる作用を有しながら、球面収差および軸上色収差が小さく、マスターレンズに挿入した際の性能劣化が小さいエクステンダーレンズ、およびこのエクステンダ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。

本発明のエクステンダーレンズは、撮像用のマスターレンズの内部に挿脱自在に配されて、結像位置を一定に保ったまま挿入後のレンズ全系の焦点距離をマスターレンズの焦点距離よりも長くするエクステンダーレンズであって、物体側から順に、全体として正の屈折力を有する第１レンズ群と、全体として負の屈折力を有する第２レンズ群とからなり、第１レンズ群は、物体側から順に、１枚以上の正レンズと、物体側から順に正レンズ、負レンズ、および正レンズの３枚のレンズが接合された３枚接合レンズとからなり、下記条件式（１）を満足することを特徴とする。
２６＜ν１ｎ＜４０ （１）
ただし、
ν１ｎ：３枚接合レンズを構成する負レンズのｄ線基準のアッベ数

本発明のエクステンダーレンズにおいては、下記条件式（２）、（３）、（６）〜（８）、（１−１）〜（３−１）、および（６−１）〜（８−１）のうちの少なくとも１つを満足することが好ましい。
２５＜ν１ｐａ−ν１ｎ＜３５ （２）
−５＜ｆ１／ｆ１ｎ＜−２ （３）
１．９＜Ｎ１ｎ＜２．０５ （６）
０．５５＜θ１ｎ＜０．６０５ （７）
０．３＜Ｎ１ｎ−Ｎ１ｐａ＜０．５（８）
２８＜ν１ｎ＜３５ （１−１）
２５＜ν１ｐａ−ν１ｎ＜３２ （２−１）
−３．５＜ｆ１／ｆ１ｎ＜−２．７ （３−１）
１．９５＜Ｎ１ｎ＜２．０５ （６−１）
０．５７＜θ１ｎ＜０．６ （７−１）
０．３３＜Ｎ１ｎ−Ｎ１ｐａ＜０．４５（８−１）
ただし、
ν１ｐａ：第１レンズ群を構成する正レンズのｄ線基準のアッベ数の平均
ν１ｎ：３枚接合レンズを構成する負レンズのｄ線基準のアッベ数
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆ１ｎ：３枚接合レンズを構成する負レンズの焦点距離
Ｎ１ｎ：３枚接合レンズを構成する負レンズのｄ線に対する屈折率
θ１ｎ：３枚接合レンズを構成する負レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比
Ｎ１ｐａ：第１レンズ群を構成する正レンズのｄ線に対する屈折率の平均

また、本発明のエクステンダーレンズにおいては、第２レンズ群は、１枚以上の正レンズと、１枚以上の負レンズとからなることが好ましく、このように構成した場合は、下記条件式（４）、（５）、（４−１）、および（５−１）のうちの少なくとも１つを満足することが好ましい。
１．８＜Ｎ２ａ＜２．０５ （４）
−０．１＜Ｎ２ｎａ−Ｎ２ｐａ＜０ （５）
１．８５＜Ｎ２ａ＜２．０５ （４−１）
−０．０６＜Ｎ２ｎａ−Ｎ２ｐａ＜０ （５−１）
ただし、
Ｎ２ａ：第２レンズ群を構成するレンズのｄ線に対する屈折率の平均
Ｎ２ｎａ：第２レンズ群が複数の負レンズを有する場合は第２レンズ群を構成する負レンズのｄ線に対する屈折率の平均であり、第２レンズ群が１枚のみ負レンズを有する場合はこの負レンズのｄ線に対する屈折率
Ｎ２ｐａ：第２レンズ群が複数の正レンズを有する場合は第２レンズ群を構成する正レンズのｄ線に対する屈折率の平均であり、第２レンズ群が１枚のみ正レンズを有する場合はこの正レンズのｄ線に対する屈折率

本発明のエクステンダーレンズにおいては、第１レンズ群の３枚接合レンズより物体側に配置される第１レンズ群の正レンズは２枚以下であるように構成してもよい。

本発明のエクステンダーレンズにおいては、第２レンズ群は２枚のレンズからなるように構成してもよい。このようにした場合は、第２レンズ群は、負レンズおよび正レンズが接合された接合レンズからなるように構成してもよい。

本発明の撮像装置は、本発明のエクステンダーレンズを備えたものである。

なお、上記の「〜からなり」および「〜からなる」は、実質的なことを意味するものであり、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、絞りおよび／またはカバーガラス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、および／または手振れ補正機構等の機構部分等が含まれていてもよい。

なお、上記の「結像位置を一定に保ったまま」は、実質的なことを意味するものである。例えば、マスターレンズの結像面に撮像素子を配置して撮像装置を構成する場合、この撮像素子の画素ピッチをｐとし、エクステンダーレンズが挿入されたレンズ全系のＦナンバーをＡＦＮとしたとき、エクステンダーレンズの挿入前後の結像位置の許容変化量は、−４×ｐ×ＡＦＮ〜＋４×ｐ×ＡＦＮの範囲とすることができる。

なお、上記のレンズ群の屈折力の符号、レンズの屈折力の符号、およびレンズの面形状は、非球面が含まれているものは近軸領域で考えることとする。また、断りがない限り上記条件式は全てｄ線（波長５８７．６ｎｍ）を基準としたものである。

なお、あるレンズのｇ線とＦ線間の部分分散比θｇＦとは、そのレンズのｇ線（波長４３５．８ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）、およびＣ線（波長６５６．３ｎｍ）の屈折率をそれぞれＮｇ、ＮＦ、およびＮＣとしたとき、θｇＦ＝（Ｎｇ−ＮＦ）／（ＮＦ−ＮＣ）で定義されるものである。

本発明によれば、物体側から順に、正の第１レンズ群と、負の第２レンズ群とからなるエクステンダーレンズにおいて、第１レンズ群が有するレンズの構成を好適に設定し、所定の条件式を満足するように設定しているため、結像位置を変えずに、マスターレンズの内部に挿入後のレンズ全系の焦点距離をこのマスターレンズの焦点距離よりも長焦点距離側へ変化させる作用を有しながら、球面収差および軸上色収差が小さく、マスターレンズに挿入した際の性能劣化が小さいエクステンダーレンズ、およびこのエクステンダーレンズを備えた撮像装置を提供することができる。

マスターレンズに本発明の一実施形態に係るエクステンダーレンズを挿入した状態の構成を示す断面図である。 本発明の実施例１のエクステンダーレンズの構成を示す断面図である。 本発明の実施例２のエクステンダーレンズの構成を示す断面図である。 本発明の実施例３のエクステンダーレンズの構成を示す断面図である。 マスターレンズの各収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 マスターレンズに本発明の実施例１のエクステンダーレンズを挿入した状態の各収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 マスターレンズに本発明の実施例２のエクステンダーレンズを挿入した状態の各収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 マスターレンズに本発明の実施例３のエクステンダーレンズを挿入した状態の各収差図であり、左から順に、球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、および倍率色収差図である。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の概略構成図である。

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。本実施形態に係るエクステンダーレンズＥＸは、撮像用のマスターレンズＭＬの内部に挿脱自在に配されて、結像位置を一定に保ったまま、挿入後のレンズ全系（マスターレンズＭＬとエクステンダーレンズＥＸの合成レンズ系）の焦点距離をマスターレンズＭＬの焦点距離よりも長くするものである。すなわち、このエクステンダーレンズＥＸを挿入する前のマスターレンズＭＬ単体の結像面の位置と、エクステンダーレンズＥＸを挿入した後のレンズ全系の結像面Ｓｉｍの位置とは一致しており、エクステンダーレンズＥＸの挿入により焦点距離が拡大される。

マスターレンズＭＬとしては、例えば、映画撮影用カメラ、放送用カメラ、ビデオカメラ、デジタルカメラ、および／または監視用カメラ等の撮像装置に搭載可能な撮像レンズを挙げることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るエクステンダーレンズＥＸをマスターレンズＭＬの内部に挿入した状態の構成を示す断面図である。図２は、図１のエクステンダーレンズＥＸの構成を示す断面図である。図２に示す例のエクステンダーレンズＥＸは後述の実施例１に対応している。図１および図２では、図の左側が物体側、右側が像側である。

図１に例示するマスターレンズＭＬは、ズームレンズであり、物体側から順に、フォーカスレンズ群Ｆと、バリエーターレンズ群Ｖと、コンペンセーターレンズ群Ｃと、絞りＳｔと、リレーレンズ前群ＲＦと、リレーレンズ後群ＲＲとからなる。リレーレンズ前群ＲＦとリレーレンズ後群ＲＲを合成して構成されるリレーレンズ群は結像作用を有する。変倍の際に、フォーカスレンズ群Ｆ、リレーレンズ前群ＲＦ、およびリレーレンズ後群ＲＲは結像面Ｓｉｍに対して固定されており、バリエーターレンズ群Ｖおよびコンペンセーターレンズ群Ｃは光軸方向の相互間隔を変化させて移動するように構成されている。

図１の例のリレーレンズ前群ＲＦとリレーレンズ後群ＲＲは所定の空気間隔を隔てて配置されている。無限遠物体に合焦したマスターレンズＭＬ単体の状態では、リレーレンズ前群ＲＦとリレーレンズ後群ＲＲの空間には略平行光が通るように構成されている。エクステンダーレンズＥＸをこのようなリレーレンズ前群ＲＦとリレーレンズ後群ＲＲの間に挿脱自在に配することで、結像位置を一定に保ったまま、エクステンダーレンズＥＸの挿入により焦点距離を拡大することが容易となる。

なお、レンズ系を撮像装置に適用する際には、撮像装置の仕様に応じた各種フィルタ、プリズム、および／または保護用のカバーガラスを備えることが好ましい。このため図１では、これらを想定した入射面と出射面が光軸Ｚに垂直な光学部材Ｐをレンズ系と結像面Ｓｉｍとの間に配置した例を示している。しかし、光学部材Ｐは本発明においては省略可能である。

このエクステンダーレンズＥＸは、光軸Ｚに沿って物体側から像側へ向かって順に、全体として正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、全体として負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とからなる。このように構成することで、エクステンダーレンズＥＸの挿入前後で結像位置を変化させることなく、エクステンダーレンズＥＸに長焦点距離化の作用を持たせることが容易となる。

図２に示す例では、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、正のレンズＬ１１、正のレンズＬ１２、正のレンズＬ１３、負のレンズＬ１４、および正のレンズＬ１５が配置された５枚構成であり、第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、負のレンズＬ２１、および正のレンズＬ２２が配置された２枚構成である。ただし、本発明においては、第１レンズ群Ｇ１のレンズ枚数、第２レンズ群Ｇ２のレンズ枚数、および／または第２レンズ群Ｇ２の負正レンズの配列順は、図２に示す例と異なる構成を採ることも可能である。

第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、１枚以上の正レンズと、３枚接合レンズ３ＣＥとからなる。この３枚接合レンズ３ＣＥは、物体側から順に、正レンズ、負レンズ、および正レンズの３枚のレンズが接合されたものである。第１レンズ群Ｇ１が３枚接合レンズ３ＣＥを構成する正レンズ以外に１枚以上の正レンズを有することで、第１レンズ群Ｇ１に十分な正の屈折力を与えることができる。

第１レンズ群Ｇ１の３枚接合レンズ３ＣＥより物体側に配置される第１レンズ群Ｇ１の正レンズは２枚以下であることが好ましい。すなわち、第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、１枚または２枚の正レンズと、上記の３枚接合レンズ３ＣＥとからなるように構成することが好ましい。このようにした場合は、エクステンダーレンズＥＸの光軸方向の長さが長くなりすぎるのを防ぐことができる。エクステンダーレンズＥＸはマスターレンズＭＬの内部に配置されることから光軸方向の長さに制約があるため、レンズ枚数をこの範囲に限定することが好ましい。

３枚接合レンズ３ＣＥにおいては、物体側から順に正負正が接合された接合レンズとすることで、物体側から順に正負が接合された２枚接合レンズと比べて、接合レンズ内の負レンズの像側の面となる接合面の曲率半径の絶対値を小さくすることができ、負レンズより物体側の正レンズで発生した球面収差を良好に補正できる。また、２つの接合面のうち少なくとも一方の接合面の物体側と像側のレンズのアッベ数差を小さくしても１次色収差を補正できるため、これらのレンズの材料として部分分散比が近い材料を選択でき、２次色収差の発生を抑えながら１次色収差を補正できる。第１レンズ群Ｇ１の正レンズで発生した球面収差および軸上色収差を第１レンズ群Ｇ１内で補正することで、球面収差および軸上色収差に加え倍率色収差も同時に補正することができるため、第１レンズ群Ｇ１内に３枚接合レンズ３ＣＥを配置することが有利である。仮に、第１レンズ群Ｇ１の正レンズで発生した球面収差および軸上色収差を第１レンズ群Ｇ１から離れたところで補正しようとすると、軸上と軸外での補正作用が異なってしまうため上記と同等の効果を得ることは難しい。

第２レンズ群Ｇ２は、１枚以上の負レンズと、１枚以上の正レンズとからなることが好ましい。このように構成することで、諸収差を補正しつつ、第１レンズ群Ｇ１で収束させた光束を平行に戻すことができる。エクステンダーレンズＥＸが上述したようなリレーレンズ群内の略平行光の光路中に挿入される場合は、このような構成が有利である。

第２レンズ群Ｇ２は２枚のレンズからなるように構成してもよい。このように構成することで、エクステンダーレンズＥＸの光軸方向の長さが長くなりすぎるのを防ぐことができる。このようにした場合、第２レンズ群Ｇ２は、１枚の負レンズと１枚の正レンズとからなるように構成してもよい。さらに、第２レンズ群Ｇ２は、負レンズおよび正レンズが接合された接合レンズからなるように構成してもよく、このようにした場合は、負レンズと正レンズそれぞれの屈折力を強めながら５次以上の高次の球面収差の発生を抑えることができる。

このエクステンダーレンズＥＸは下記条件式（１）を満足するように構成される。
２６＜ν１ｎ＜４０ （１）
ただし、
ν１ｎ：３枚接合レンズを構成する負レンズのｄ線基準のアッベ数

条件式（１）の下限以下とならないようにすることで、部分分散比の小さい材料を選択することができ、２次色収差の発生を抑えることができる。条件式（１）の上限以上とならないようにすることで、１次色収差を良好に補正できる。条件式（１）に関する効果を高めるためには、下記条件式（１−１）を満足することが好ましい。
２８＜ν１ｎ＜３５ （１−１）

さらに、下記条件式（２）を満足することが好ましい。
２５＜ν１ｐａ−ν１ｎ＜３５ （２）
ただし、
ν１ｐａ：第１レンズ群を構成する正レンズのｄ線基準のアッベ数の平均
ν１ｎ：３枚接合レンズを構成する負レンズのｄ線基準のアッベ数

条件式（２）の下限以下とならないようにすることで、１次色収差を良好に補正できる。条件式（２）の上限以上とならないようにすることで、第１レンズ群Ｇ１の正レンズと第１レンズ群Ｇ１の負レンズに部分分散比の近い材料を選択でき、２次色収差の発生を抑えることができる。条件式（２）の下限に関する効果を得ながら上限に関する効果を高めるためには、下記条件式（２−１）を満足することが好ましい。
２５＜ν１ｐａ−ν１ｎ＜３２ （２−１）

また、下記条件式（３）を満足することが好ましい。
−５＜ｆ１／ｆ１ｎ＜−２ （３）
ただし、
ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
ｆ１ｎ：３枚接合レンズを構成する負レンズの焦点距離

第１レンズ群Ｇ１の屈折力に対する第１レンズ群Ｇ１の負レンズの屈折力の比を条件式（３）の範囲に収めることで、第１レンズ群Ｇ１の正レンズで発生した球面収差の補正を容易にすることができる。条件式（３）に関する効果を高めるためには、下記条件式（３−１）を満足することが好ましい。
−３．５＜ｆ１／ｆ１ｎ＜−２．７ （３−１）

第２レンズ群Ｇ２が、１枚以上の正レンズと、１枚以上の負レンズとからなる場合、下記条件式（４）を満足することが好ましい。
１．８＜Ｎ２ａ＜２．０５ （４）
ただし、
Ｎ２ａ：第２レンズ群を構成するレンズのｄ線に対する屈折率の平均

条件式（４）の下限以下とならないようにすることで、エクステンダーレンズＥＸの光軸方向の長さを抑えながら第１レンズ群Ｇ１で発生する諸収差、特に球面収差および非点収差を抑えることができる。条件式（４）の上限以上とならないようにすることで、正レンズのアッベ数と負レンズのアッベ数との差を確保できるように適切な材料を選択することが容易となり、色収差の補正に有利となる。条件式（４）の上限に関する効果を得ながら下限に関する効果を高めるためには、下記条件式（４−１）を満足することが好ましい。
１．８５＜Ｎ２ａ＜２．０５ （４−１）

また、第２レンズ群Ｇ２が、１枚以上の正レンズと、１枚以上の負レンズとからなる場合、下記条件式（５）を満足することが好ましい。
−０．１＜Ｎ２ｎａ−Ｎ２ｐａ＜０ （５）
ただし、
Ｎ２ｎａ：第２レンズ群が複数の負レンズを有する場合は第２レンズ群を構成する負レンズのｄ線に対する屈折率の平均であり、第２レンズ群が１枚のみ負レンズを有する場合はこの負レンズのｄ線に対する屈折率
Ｎ２ｐａ：第２レンズ群が複数の正レンズを有する場合は第２レンズ群を構成する正レンズのｄ線に対する屈折率の平均であり、第２レンズ群が１枚のみ正レンズを有する場合はこの正レンズのｄ線に対する屈折率

条件式（５）の下限以下とならないようにすることで、像面湾曲の発生を抑えることができる。条件式（５）の上限以上とならないようにすることで、球面収差の補正を容易にすることができる。条件式（５）の上限に関する効果を得ながら下限に関する効果を高めるためには、下記条件式（５−１）を満足することが好ましい。
−０．０６＜Ｎ２ｎａ−Ｎ２ｐａ＜０ （５−１）

また、下記条件式（６）を満足することが好ましい。
１．９＜Ｎ１ｎ＜２．０５ （６）
ただし、
Ｎ１ｎ：３枚接合レンズを構成する負レンズのｄ線に対する屈折率

条件式（６）の下限以下とならないようにすることで、球面収差の補正を容易にすることができる。条件式（６）の上限以上とならないようにすることで、適切な部分分散比を有する材料を選択することができ、２次色収差の補正が容易となる。条件式（６）の上限に関する効果を得ながら下限に関する効果を高めるためには、下記条件式（６−１）を満足することが好ましい。
１．９５＜Ｎ１ｎ＜２．０５ （６−１）

また、下記条件式（７）を満足することが好ましい。
０．５５＜θ１ｎ＜０．６０５ （７）
ただし、
θ１ｎ：３枚接合レンズを構成する負レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比

条件式（７）の下限以下とならないようにすることで、適切なアッベ数の材料を選択することができ、１次色収差の補正が容易となる。条件式（７）の上限以上とならないようにすることで、２次色収差の発生を抑えることができる。条件式（７）に関する効果を高めるためには、下記条件式（７−１）を満足することが好ましい。
０．５７＜θ１ｎ＜０．６ （７−１）

また、下記条件式（８）を満足することが好ましい。
０．３＜Ｎ１ｎ−Ｎ１ｐａ＜０．５（８）
ただし、
Ｎ１ｎ：３枚接合レンズを構成する負レンズのｄ線に対する屈折率
Ｎ１ｐａ：第１レンズ群を構成する正レンズのｄ線に対する屈折率の平均

条件式（８）の下限以下とならないようにすることで、像面湾曲の補正が容易となる。条件式（８）の上限以上とならないようにすることで、３枚接合レンズ３ＣＥ内の負レンズの屈折率が高くなりすぎないようにすることができ、３枚接合レンズ３ＣＥ内の接合面の曲率半径の絶対値が大きくなりすぎるのを防ぐことができるため、球面収差の補正が容易となる。条件式（８）に関する効果を高めるためには、下記条件式（８−１）を満足することが好ましい。
０．３３＜Ｎ１ｎ−Ｎ１ｐａ＜０．４５（８−１）

なお、上述した好ましい構成および／または可能な構成は、任意の組合せが可能であり、要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。

次に、マスターレンズＭＬの数値例および本発明のエクステンダーレンズＥＸの数値実施例について説明する。

［マスターレンズ］
表１に、図１のマスターレンズＭＬの基本レンズデータを示す。表１のＳｉの欄には最も物体側の構成要素の物体側の面を１番目として像側に向かうに従い順次増加するように構成要素の面に面番号を付した場合のｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉの欄にはｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄にはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示す。表１のＮｄｊの欄には最も物体側の構成要素を１番目として像側に向かうに従い順次増加するｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の構成要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に関する屈折率を示し、νｄｊの欄にはｊ番目の構成要素のｄ線基準のアッベ数を示し、θｇＦｊの欄はｊ番目の構成要素のｇ線（波長４３５．８ｎｍ）とＦ線（波長４８６．１ｎｍ）間の部分分散比を示す。

ここで、曲率半径の符号は、物体側に凸面を向けた面形状のものを正とし、像側に凸面を向けた面形状のものを負としている。表１には光学部材Ｐおよび絞りＳｔも含めて示しており、絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には面番号と（Ｓｔ）という語句を記載している。Ｄｉの最下欄の値は表中の最も像側の面と結像面Ｓｉｍとの間隔である。表１では変倍の際に変化する可変面間隔については、ＤＤ［ ］という記号を用い、［ ］の中にこの間隔の物体側の面番号を付してＤｉの欄に記入している。

表２に、図１のマスターレンズＭＬのズーム比Ｚｒ、全系の焦点距離ｆ、ＦナンバーＦＮｏ．、最大全画角２ω、および可変面間隔をｄ線基準で示す。２ωの欄の（°）は単位が度であることを意味する。表２では、広角端状態の各値をＷＩＤＥと表記した欄に示し、望遠端状態の各値をＴＥＬＥと表記した欄に示している。表１と表２の値は無限遠物体に合焦した状態のものである。

表１では、非球面の面番号には＊印を付しており、非球面の曲率半径の欄には近軸の曲率半径の数値を記載している。表３に、実施例１の非球面の非球面係数を示す。表３の非球面係数の数値の「Ｅ−ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^−ｎ」を意味する。非球面係数は、下式で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍ（ｍ＝３、４、５、…１１）の値である。

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（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数

各表のデータにおいて、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、光学系は比例拡大また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。また、以下に示す各表では所定の桁でまるめた数値を記載している。

図５に、表１のマスターレンズＭＬの無限遠物体に合焦した状態での各収差図を示す。図５のＷＩＤＥと付した上段に左から順に広角端での球面収差、非点収差、歪曲収差（ディストーション）、および倍率色収差（倍率の色収差）を示し、ＴＥＬＥと付した下段に左から順に望遠端での球面収差、非点収差、歪曲収差、および倍率色収差を示す。球面収差図では、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）、およびｇ線（波長４３５．８ｎｍ）に関する収差をそれぞれ実線、長破線、短破線、および灰色の実線で示す。非点収差図では、サジタル方向のｄ線に関する収差を実線で示し、タンジェンシャル方向のｄ線に関する収差を短破線で示す。歪曲収差図ではｄ線に関する収差を実線で示す。倍率色収差図では、Ｃ線、Ｆ線、およびｇ線に関する収差をそれぞれ長破線、短破線、および灰色の実線で示す。球面収差図のＦＮｏ．はＦナンバーを意味し、その他の収差図のωは半画角を意味する。

［実施例１］
実施例１のエクステンダーレンズＥＸの構成図は図２に示したものである。実施例１のエクステンダーレンズＥＸは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とからなる。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、両凸形状のレンズＬ１１と、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ１２と、両凸形状のレンズＬ１３と、両凹形状のレンズＬ１４と、両凸形状のレンズＬ１５とからなる。レンズＬ１３〜Ｌ１５は接合されて３枚接合レンズ３ＣＥを構成している。第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、両凹形状のレンズＬ２１と、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状のレンズＬ２２とからなる。レンズＬ２１とレンズＬ２２は接合されている。

表４に、実施例１のエクステンダーレンズＥＸの基本レンズデータを示す。表４で用いている記号や記載方法は基本的に表１のものと同様である。ただし、光学部材Ｐおよび絞りＳｔは表４には無い点、および表４ではＤｉの最下欄が空白である点は表１のものと異なる。このエクステンダーレンズＥＸは、表１のマスターレンズＭＬの３９面と４０面の間に挿脱自在に配される。このエクステンダーレンズＥＸをマスターレンズＭＬに挿入する際の、マスターレンズＭＬの３９面とエクステンダーレンズＥＸの最も物体側の面との空気間隔、およびエクステンダーレンズＥＸの最も像側の面とマスターレンズＭＬの４０面との空気間隔を表４の枠外下方にそれぞれ「マスターレンズの３９面との空気間隔」および「マスターレンズの４０面との空気間隔」として示す。

表５に、実施例１のエクステンダーレンズＥＸを表１の３９面と４０面の間に挿入した全系の諸元として、ズーム比Ｚｒ、全系の焦点距離ｆ、ＦナンバーＦＮｏ．、および最大全画角２ωをｄ線基準で示す。ここでいう全系とは、マスターレンズＭＬ、エクステンダーレンズＥＸ、および光学部材Ｐからなる系である。

図６に、実施例１のエクステンダーレンズＥＸを表１の３９面と４０面の間に挿入した全系の無限遠物体に合焦した状態での各収差図を示す。図６で用いている記号や記載方法は基本的に図５のものと同様である。

上記の実施例１のエクステンダーレンズＥＸに関する図示方法、各データの記号、および記載方法等は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様であるため、以下では重複説明を省略する。

［実施例２］
図３に、実施例２のエクステンダーレンズＥＸの構成図を示す。実施例２のエクステンダーレンズＥＸは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とからなる。第１レンズ群Ｇ１はレンズＬ１１〜Ｌ１５からなり、第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１〜Ｌ２２からなる。実施例２の全レンズの凹凸形状および屈折力の符号、および接合されているレンズは実施例１のものと同じである。

表６に、実施例２のエクステンダーレンズＥＸの基本レンズデータを示す。表７に、実施例２のエクステンダーレンズＥＸを表１の３９面と４０面の間に挿入した全系の諸元を示し、図７に、この全系の無限遠物体に合焦した状態での各収差図を示す。

［実施例３］
図４に、実施例３のエクステンダーレンズＥＸの構成図を示す。実施例３のエクステンダーレンズＥＸは、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とからなる。第１レンズ群Ｇ１は、物体側から順に、両凸形状のレンズＬ１１と、両凸形状のレンズＬ１２と、両凹形状のレンズＬ１３と、両凸形状のレンズＬ１４とからなる。レンズＬ１２〜Ｌ１４は接合されて３枚接合レンズ３ＣＥを構成している。第２レンズ群Ｇ２はレンズＬ２１〜Ｌ２２からなる。実施例３の第２レンズ群Ｇ２の全レンズの凹凸形状および屈折力の符号、および接合されているレンズは実施例１のものと同じである。

表８に、実施例３のエクステンダーレンズＥＸの基本レンズデータを示す。表９に、実施例３のエクステンダーレンズＥＸを表１の３９面と４０面の間に挿入した全系の諸元を示し、図８に、この全系の無限遠物体に合焦した状態での各収差図を示す。

表１０に上記実施例１〜３のエクステンダーレンズＥＸの条件式（１）〜（８）の対応値を示す。表１０に示す値は、条件式（７）の対応値以外はｄ線を基準としたものである。

次に、本発明の実施形態に係る撮像装置について説明する。図９に、本発明の実施形態の撮像装置の一例として、本発明の実施形態に係るエクステンダーレンズＥＸを用いた撮像装置１０の概略構成図を示す。撮像装置１０としては、例えば、映画撮影用カメラ、放送用カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、または監視用カメラ等を挙げることができる。

撮像装置１０は、マスターレンズＭＬと、マスターレンズＭＬの内部に挿脱自在に配されるエクステンダーレンズＥＸと、マスターレンズＭＬの像側に配置されたフィルタ２と、フィルタ２の像側に配置された撮像素子３と、撮像素子３からの出力信号を演算処理する信号処理部４と、レンズ系の変倍を制御する変倍制御部５とを備えている。なお、図９では、エクステンダーレンズＥＸとマスターレンズＭＬが備える各レンズ群を概略的に図示している。撮像素子３は光学像を電気信号に変換するものであり、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を用いることができる。撮像素子３は、その撮像面がマスターレンズＭＬの結像面に一致するように配置される。なお、図９では１つの撮像素子３のみ図示しているが、本発明の撮像装置はこれに限定されず、３つの撮像素子を有するいわゆる３板方式の撮像装置であってもよい。変倍制御部５によりマスターレンズＭＬの変倍およびエクステンダーレンズＥＸの挿脱が行われる。

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、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、および部分分散比等は、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。また、本発明を適用可能なマスターレンズは上記例のものに限定されず、他の構成のズームレンズ、バリフォーカルレンズ、または固定焦点光学系でもよい。

２ フィルタ
３ 撮像素子
３ＣＥ ３枚接合レンズ
４ 信号処理部
５ 変倍制御部
１０ 撮像装置
Ｃ コンペンセーターレンズ群
ＥＸ エクステンダーレンズ
Ｆ フォーカスレンズ群
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｌ１１〜Ｌ１５、Ｌ２１、Ｌ２２ レンズ
ＭＬ マスターレンズ
Ｐ 光学部材
ＲＦ リレーレンズ前群
ＲＲ リレーレンズ後群
Ｓｉｍ 結像面
Ｓｔ 絞り
Ｖ バリエーターレンズ群
Ｚ 光軸

Claims (20)

1. 撮像用のマスターレンズの内部に挿脱自在に配されて、結像位置を一定に保ったまま挿入後のレンズ全系の焦点距離を前記マスターレンズの焦点距離よりも長くするエクステンダーレンズであって、
   物体側から順に、全体として正の屈折力を有する第１レンズ群と、全体として負の屈折力を有する第２レンズ群とからなり、
   前記第１レンズ群は、物体側から順に、１枚以上の正レンズと、物体側から順に正レンズ、負レンズ、および正レンズの３枚のレンズが接合された３枚接合レンズとからなり、
   下記条件式（１）を満足することを特徴とするエクステンダーレンズ。
   ２６＜ν１ｎ＜４０ （１）
   ただし、
   ν１ｎ：前記３枚接合レンズを構成する前記負レンズのｄ線基準のアッベ数
2. 下記条件式（２）を満足する請求項１記載のエクステンダーレンズ。
   ２５＜ν１ｐａ−ν１ｎ＜３５ （２）
   ただし、
   ν１ｐａ：前記第１レンズ群を構成する正レンズのｄ線基準のアッベ数の平均
3. 下記条件式（３）を満足する請求項１または２記載のエクステンダーレンズ。
   −５＜ｆ１／ｆ１ｎ＜−２ （３）
   ただし、
   ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離
   ｆ１ｎ：前記３枚接合レンズを構成する前記負レンズの焦点距離
4. 前記第２レンズ群は、１枚以上の正レンズと、１枚以上の負レンズとからなり、
   下記条件式（４）を満足する請求項１から３のいずれか１項記載のエクステンダーレンズ。
   １．８＜Ｎ２ａ＜２．０５ （４）
   ただし、
   Ｎ２ａ：前記第２レンズ群を構成するレンズのｄ線に対する屈折率の平均
5. 前記第２レンズ群は、１枚以上の負レンズと、１枚以上の正レンズとからなり、
   下記条件式（５）を満足する請求項１から４のいずれか１項記載のエクステンダーレンズ。
   −０．１＜Ｎ２ｎａ−Ｎ２ｐａ＜０ （５）
   ただし、
   Ｎ２ｎａ：前記第２レンズ群が複数の負レンズを有する場合は前記第２レンズ群を構成する負レンズのｄ線に対する屈折率の平均であり、前記第２レンズ群が１枚のみ負レンズを有する場合は該負レンズのｄ線に対する屈折率
   Ｎ２ｐａ：前記第２レンズ群が複数の正レンズを有する場合は前記第２レンズ群を構成する正レンズのｄ線に対する屈折率の平均であり、前記第２レンズ群が１枚のみ正レンズを有する場合は該正レンズのｄ線に対する屈折率
6. 下記条件式（６）を満足する請求項１から５のいずれか１項記載のエクステンダーレンズ。
   １．９＜Ｎ１ｎ＜２．０５ （６）
   ただし、
   Ｎ１ｎ：前記３枚接合レンズを構成する前記負レンズのｄ線に対する屈折率
7. 下記条件式（７）を満足する請求項１から６のいずれか１項記載のエクステンダーレンズ。
   ０．５５＜θ１ｎ＜０．６０５ （７）
   ただし、
   θ１ｎ：前記３枚接合レンズを構成する前記負レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比
8. 下記条件式（８）を満足する請求項１から７のいずれか１項記載のエクステンダーレンズ。
   ０．３＜Ｎ１ｎ−Ｎ１ｐａ＜０．５（８）
   ただし、
   Ｎ１ｎ：前記３枚接合レンズを構成する前記負レンズのｄ線に対する屈折率
   Ｎ１ｐａ：前記第１レンズ群を構成する正レンズのｄ線に対する屈折率の平均
9. 前記３枚接合レンズより物体側に配置される前記第１レンズ群の正レンズは２枚以下である請求項１から８のいずれか１項に記載のエクステンダーレンズ。
10. 前記第２レンズ群は２枚のレンズからなる請求項１から９のいずれか１項記載のエクステンダーレンズ。
11. 前記第２レンズ群は、負レンズおよび正レンズが接合された接合レンズからなる請求項１０記載のエクステンダーレンズ。
12. 下記条件式（１−１）を満足する請求項１から１１のいずれか１項記載のエクステンダーレンズ。
    ２８＜ν１ｎ＜３５ （１−１）
13. 下記条件式（２−１）を満足する請求項１から１２のいずれか１項記載のエクステンダーレンズ。
    ２５＜ν１ｐａ−ν１ｎ＜３２ （２−１）
    ただし、
    ν１ｐａ：前記第１レンズ群を構成する正レンズのｄ線基準のアッベ数の平均
14. 下記条件式（３−１）を満足する請求項１から１３のいずれか１項記載のエクステンダーレンズ。
    −３．５＜ｆ１／ｆ１ｎ＜−２．７ （３−１）
    ただし、
    ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離
    ｆ１ｎ：前記３枚接合レンズを構成する前記負レンズの焦点距離
15. 前記第２レンズ群は、１枚以上の正レンズと、１枚以上の負レンズとからなり、
    下記条件式（４−１）を満足する請求項１から１４のいずれか１項記載のエクステンダーレンズ。
    １．８５＜Ｎ２ａ＜２．０５ （４−１）
    ただし、
    Ｎ２ａ：前記第２レンズ群を構成するレンズのｄ線に対する屈折率の平均
16. 前記第２レンズ群は、１枚以上の正レンズと、１枚以上の負レンズとからなり、
    下記条件式（５−１）を満足する請求項１から１５のいずれか１項記載のエクステンダーレンズ。
    −０．０６＜Ｎ２ｎａ−Ｎ２ｐａ＜０ （５−１）
    ただし、
    Ｎ２ｎａ：前記第２レンズ群が複数の負レンズを有する場合は前記第２レンズ群を構成する負レンズのｄ線に対する屈折率の平均であり、前記第２レンズ群が１枚のみ負レンズを有する場合は該負レンズのｄ線に対する屈折率
    Ｎ２ｐａ：前記第２レンズ群が複数の正レンズを有する場合は前記第２レンズ群を構成する正レンズのｄ線に対する屈折率の平均であり、前記第２レンズ群が１枚のみ正レンズを有する場合は該正レンズのｄ線に対する屈折率
17. 下記条件式（６−１）を満足する請求項１から１６のいずれか１項記載のエクステンダーレンズ。
    １．９５＜Ｎ１ｎ＜２．０５ （６−１）
    ただし、
    Ｎ１ｎ：前記３枚接合レンズを構成する前記負レンズのｄ線に対する屈折率
18. 下記条件式（７−１）を満足する請求項１から１７のいずれか１項記載のエクステンダーレンズ。
    ０．５７＜θ１ｎ＜０．６ （７−１）
    ただし、
    θ１ｎ：前記３枚接合レンズを構成する前記負レンズのｇ線とＦ線間の部分分散比
19. 下記条件式（８−１）を満足する請求項１から１８のいずれか１項記載のエクステンダーレンズ。
    ０．３３＜Ｎ１ｎ−Ｎ１ｐａ＜０．４５（８−１）
    ただし、
    Ｎ１ｎ：前記３枚接合レンズを構成する前記負レンズのｄ線に対する屈折率
    Ｎ１ｐａ：前記第１レンズ群を構成する正レンズのｄ線に対する屈折率の平均
20. 請求項１から１９のいずれか１項記載のエクステンダーレンズを備えた撮像装置。

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