(57)【要約】    【課題】  主レンズ系に装着した際の収差変動が小さく、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を得ること。    【解決手段】  主レンズ系ＭＳの物体側に装着するワイドコンバーターレンズＷＣであって、物体側より像側へ順に、負の屈折力の前群ＦＧと正の屈折力の後群ＲＧから成り、前群ＦＧは、２枚の負の屈折力のレンズＦＧ１、ＦＧ２で構成され、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から構成される。【選択図】  図２
2006119346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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ることを特徴とするワイドコンバーターレンズ。
【請求項２】
前記第３の負レンズの像側の面の曲率半径をｒＲ２、前記後群の焦点距離をｆＲとするとき、
０．５  ＜ｒＲ２／ｆＲ＜  ０．７８
を満足することを特徴とする請求項１のワイドコンバーターレンズ。
【請求項３】
前記第３の負レンズの物体側の面の曲率半径をｒＲ１、前記後群の焦点距離をｆＲとするとき、
０．８  ＜ｒＲ１／ｆＲ＜  １．２５
を満足することを特徴とする請求項１又は２のワイドコンバーターレンズ。
【請求項４】
前記第２の負レンズの像側の面の曲率半径をｒＦ４、該第２の負レンズの焦点距離をｆＦ２とするとき、
−０．８  ＜ｒＦ４／ｆＦ２＜  −０．４５
を満足することを特徴とする請求項１、２、又は３のワイドコンバーターレンズ。
【請求項５】
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から４のいずれか１項のワイドコンバーターレンズ。
【請求項６】
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から５のいずれか１項のワイドコンバーターレンズ。
【請求項７】
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から６のいずれか１項のワイドコンバーターレンズ。
【請求項８】
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から７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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【０００４】
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）。
【特許文献１】米国特許第２８５４８９１号
【特許文献２】特開平３−１２７００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のワイドコンバーターレンズでは、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とで構成され、前群は、物体側から像側へ順に、第１の負レンズと第２の負レンズとで構成され、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ることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
図１３においてＳＰは開口絞りである。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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ｆＲ、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／ｆＲ  ＜  ０．７８・・・・（１）
０．８  ＜ｒＲ１／ｆＲ＜  １．２５・・・・（２）
−０．８  ＜ｒＦ４／ｆＦ２＜  −０．４５・・・・（３）
１．６０＜Ｎｍｉｎ・・・・（４）
を満足している。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
０．５５＜ｒＲ２／ｆＲ  ＜  ０．７４・・・・（１ａ）
０．８５＜ｒＲ１／ｆＲ＜  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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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＝（ｈ２／Ｒ）／［１＋［１−（１＋Ｋ）（ｈ／Ｒ）２］１／２］  ＋Ａ’ｈ３＋Ｂｈ４＋Ｂ’ｈ５＋Ｃｈ６＋Ｃ’ｈ７＋Ｄｈ８
＋Ｄ’ｈ９＋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。
【００５４】
ワイドコンバーターレンズ  数値実施例１
【数１】
2006119346.tif 000003
ワイドコンバーターレンズ  数値実施例２
【数２】
2006119346.tif 000004
ワイドコンバーターレンズ  数値実施例３
【数３】
2006119346.tif 000005
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
【数４】
2006119346.tif 000006
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
【数５】
2006119346.tif 000007
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
【表１】
2006119346.tif 000008
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】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】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
【図３】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
【図４】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】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
【図６】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
【図７】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】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
【図９】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
【図１０】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】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
【図１２】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
【図１３】主レンズ系のレンズ断面図
【図１４】主レンズ系の広角端のズーム位置における収差図
【図１５】本発明の撮像装置の概略図
【符号の説明】
【００５６】
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
【図８】
2006119346.tif 000009
【図１】
2006119346.tif 000010
【図２】
2006119346.tif 000011
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006119346.tif 000016
【図９】
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【図１０】
2006119346.tif 000018
【図１１】
2006119346.tif 000019
【図１２】
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【図１３】
2006119346.tif 000021
【図１４】
2006119346.tif 000022
【図１５】
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