(57)【要約】      （修正有）【課題】コンバーターレンズによらず周辺光量を好適な状態にし、周辺光量の急激な変化の低減及び結像性能の劣化抑制が可能な光学系及びそれを有する撮像機器の提供すること。【解決手段】撮像素子を有するカメラ本体は光学系及びコンバーターレンズＣＬを識別する手段を有し、コンバーターレンズＣＬの装着状態に応じて、光学系が有する開口絞りＳＰＭもしくはフレアカッターＳＰＣの少なくともどちらか一方の光軸方向の位置が可変であることを特徴とする構成とした。【選択図】図３
2018185393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンバーターレンズを装着可能な光学系であり、撮像素子を有するカメラ本体はマスターレンズ及びコンバーターレンズを識別する手段を有し、コンバーターレンズの装着状態に応じて、マスターレンズが有する開口絞りもしくはフレアカッターの少なくともどちらか一方の光軸方向の位置が可変であることを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記開口絞りもしくはフレアカッターは、装着される光学系及びコンバーターレンズに応じて光軸方向に移動することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記マスターレンズは複数の開口絞りもしくはフレアカッターを有し、装着されるコンバーターレンズに応じて使用する開口絞りを切り替えることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項４】
前記コンバーターレンズはカメラ本体と光学系の間に装着されるリアコンバーターであり、マスターレンズ単体撮影時の開口絞りＳＰＭと像面ＩＰの光軸に沿う距離をＬｒｒＭ、光学系にコンバーターレンズを装着撮影時の開口絞りＳＰＣと像面ＩＰの光軸に沿う距離をＬｒｒＣとするとき、
ＬｒｒＣ  ／  ＬｒｒＭ  ＜  １．０      
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学系を有することを特徴とする撮像機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学系に関し、例えばコンバーターレンズを装着可能な光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、撮像素子を有するカメラ本体と、マスターレンズとなる種々の交換レンズとの間に装着して、撮影画角を変化させるコンバーターレンズが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１２３３３６号公報
【特許文献２】米国特許２０１３／００６４５３２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、撮像用の光学系は画面全体にわたり高い光学性能を有すること等が求められている。また、レンズの口径食による画面周辺の光量低下を抑制することや、画面周辺に向かって急激な光量変化が起きないことが求められている。撮像素子を有するカメラ本体と、マスターレンズとなる種々の交換レンズとの間に装着可能なコンバーターレンズでは、マスターレンズ毎に口径食や射出瞳位置が異なるために、周辺光量を最適な状態にするのは困難である。マスターレンズの物体側に装着可能なコンバーターレンズでも同様である。
【０００５】
撮像素子は様々なフォーマットが普及しており、特定のマスターレンズを複数の撮像素子フォーマットで使用するためのコンバーターレンズ市場は拡大しつつある。コンバーターレンズ装着時でも、マスターレンズ単体での光学性能に劣らないようにするには、マスターレンズ側に光学性能を調整できる手段を設ける必要がある。
【０００６】
本発明は、コンバーターレンズによらず周辺光量を好適な状態にし、周辺光量の急激な変化の低減及び結像性能の劣化抑制が可能なマスターレンズ及びそれを有する撮像機器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光学系は、コンバーターレンズを装着可能な光学系であり、撮像素子を有するカメラ本体はマスターレンズ及びコンバーターレンズを識別する手段を有し、コンバーターレンズの装着状態に応じて、マスターレンズが有する開口絞りもしくはフレアカッターの少なくともどちらか一方の光軸方向の位置が可変であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、コンバーターレンズの装着状態によらず周辺光量を好適な状態にし、周辺光量の急激な変化の低減や結像性能の向上が可能な光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１のマスターレンズの断面図である。
【図２】実施例１のコンバーターレンズの断面図である。
【図３】実施例１のマスターレンズにコンバーターレンズを適用した時のレンズ断面図である。
【図４】実施例１のマスターレンズの無限遠物体の合焦状態における収差図である。
【図５】実施例１のマスターレンズにコンバーターレンズを適用した時の無限遠物体の合焦状態における収差図である。
【図６】実施例２のマスターレンズの断面図である。
【図７】実施例２のコンバーターレンズの断面図である。
【図８】実施例２のマスターレンズにコンバーターレンズを適用した時のレンズ断面図である。
【図９】実施例２のマスターレンズの無限遠物体の合焦状態における収差図である。
【図１０】実施例２のマスターレンズにコンバーターレンズを適用した時の無限遠物体の合焦状態における収差図である。
【図１１】本発明の実施例を有する光学機器の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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は実施例１のマスターレンズのレンズ断面図である。図２は実施例１のコンバーターレンズのレンズ断面図である。図３は実施例１のマスターレンズにコンバーターレンズを装着した時のレンズ断面図である。図４はマスターレンズが無限遠物体に合焦した時の収差図である。図５は実施例１のマスターレンズにコンバーターレンズを装着した時の無限遠物体に合焦した時の収差図である。図６は実施例２のマスターレンズのレンズ断面図である。
【００１１】
図７は実施例２のコンバーターレンズのレンズ断面図である。図８は実施例２のマスターレンズにコンバーターレンズを装着した時のレンズ断面図である。図９はマスターレンズが無限遠物体に合焦した時の収差図である。図１０は実施例２のマスターレンズにコンバーターレンズを装着した時の無限遠物体に合焦した時の収差図である。図１１は本発明の撮像機器の要部概略図である。
【００１２】
各実施例の光学系は、マスターレンズと、撮像素子を有するカメラ本体とマスターレンズとの間に装着可能なコンバーターレンズである。レンズ断面図において左方が物体側（前方）、右方が像側（後方）である。なお、各実施例の光学系をプロジェクタ等の投射レンズとして用いるときは左方が投射面（スクリーン）側、右方が投射面に投射される原画側である。
【００１３】
レンズ断面図においてｉは物体側からのレンズの順番を示し、Ｌｉは第ｉレンズユニットである。ＳＰは開口絞りである。ＩＰは像面であり、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像機器に用いたときは固体撮像素子の撮像面、銀塩フィルムカメラに用いたときはフィルム面に相当する感光面が配置される。ＭＬはマスターレンズであり、単体でも撮影可能な光学系である。ＣＬはコンバーターレンズであり、単体での撮影ではなく、物体側もしくは像面側にマスターレンズを配置した場合に高い結像性能を有する光学系である。
【００１４】
各実施例では図示していないカメラ本体はマスターレンズ及びコンバーターレンズを識別する手段を有している。また、本発明の光学系はコンバーターレンズの装着状態に応じて、マスターレンズが有する開口絞りもしくはフレアカッターの少なくともどちらか一方の配置が可変である。
【００１５】
ここで、フレアカッターとはＦナンバー光束は遮蔽しないが、一部の光束を遮蔽するための開口である。レンズ鏡筒内に開口部材を設けてもいいし、レンズ鏡筒自体で遮蔽してもよい。公知の技術としてズーミングに際して発生する不要光を遮蔽するため、ズーミングに伴い開口絞りもしくはフレアカッターを光軸方向に移動させる構成や口径形状を変化させる構成がある。本発明では、開口絞りもしくはフレアカッターの配置を決定する際、マスターレンズとコンバーターレンズの複数の組合せを識別して演算処理したり、予め組合せ毎の配置位置をテーブル化したデータを保有してレンズ識別情報と照合したりする必要がある。
【００１６】
本発明の光学系は、撮像素子を有するカメラ本体とマスターレンズとの間にコンバーターレンズが装着可能である。または、マスターレンズの物体側にコンバーターレンズが装着可能である。コンバーターレンズが装着可能なマスターレンズでは、光線ケラレが発生しないようにコンバーターレンズのレンズやメカ部品の径を大きくすることが好ましい。しかし、レンズやメカ部品の径を大きくすると、マスターレンズ毎に口径食や射出瞳位置が異なるため、不要な光線が撮像面に到達する場合がある。その結果、周辺光量の急激に変化し、また結像性能が低下する場合がある。
【００１７】
その場合、マスターレンズ毎に周辺光量を最適に補正するためには固定の遮光手段ではなく、開口形状もしくは配置が可変なフレアカッターを用い、コンバーターレンズ毎に開口形状もしくは配置を変化させればよい。また、マスターレンズとコンバーターレンズの組合せによっては射出瞳位置が大きく変化し、開口絞り位置で光軸に対して片側の光束しか通過しない片絞りが発生する場合がある。この場合には開口絞りを絞った時に画面周辺の光量が低下したり、光線が通過しなくなる場合がある。
【００１８】
そこで、マスターレンズとコンバーターレンズの組合せに依らず周辺光量を好適な状態にするためには、マスターレンズが有する開口絞りもしくはフレアカッターの少なくともどちらか一方の光軸方向の位置を可変にすればよい。光軸方向の位置を可変にする手段として、開口絞りもしくはフレアカッターを光軸に沿う方向に移動させたり、固定の開口絞りもしくはフレアカッターを予め複数配置し、マスターレンズとコンバーターレンズの組合せによって切り替えて使用してもよい。
【００１９】
前述のカメラ本体はマスターレンズ及びコンバーターレンズを識別する手段を有する。識別手段としては例えば電子接点等の通信部分があり、電気信号を介してマスターレンズ及びコンバーターレンズの種類を識別する。マスターレンズ及びコンバーターレンズを識別できれば前記手段に限定せず、例えば形状等のメカ部材、画像、色、材質、表面特性などの識別手段を用いてもよい。
【００２０】
各実施例において、マスターレンズ単体撮影時の開口絞りをＳＰＭ、マスターレンズにコンバーターレンズを装着して撮影する時の開口絞りをＳＰＣとする。マスターレンズ単体撮影時の開口絞りＳＰＭと像面ＩＰの光軸に沿う距離をＬｒｒＭ、マスターレンズにコンバーターレンズを装着撮影時の開口絞りＳＰＣと像面ＩＰの光軸に沿う距離をＬｒｒＣとする。前記コンバーターレンズが、カメラ本体とマスターレンズの間に装着しマスターレンズの焦点距離を短くする所謂リアレデューサーの場合、以下の条件式（１）を満足するのが好ましい。
ＬｒｒＣ  ／  ＬｒｒＭ  ＜  １．０      ・・・（１）
【００２１】
条件式（１）は周辺光量比を好適な状態にするためのものである。条件式（１）の上限を上回ると、画面周辺の光量が低下したり、片絞り状態になってしまう。開口絞りを絞った場合に画面内の急激な光量変化を抑制するためには、マスターレンズにコンバーターレンズを装着して撮影する時の開口絞りをＳＰＣはマスターレンズ単体撮影時の開口絞りをＳＰＭよりも像面側に配置することが好ましい。好ましくは条件式（１）を以下の数値範囲の如く設定するのが良い。
ＬｒｒＣ  ／  ＬｒｒＭ  ＜  ０．９      ・・・（１ａ）
【００２２】
さらに望ましくは条件式（１ａ）を以下の数値範囲とするのがよい。
ＬｒｒＣ  ／  ＬｒｒＭ  ＜  ０．８      ・・・（１ｂ）
【００２３】
各実施例において、開口絞りもしくはフレアカッターは光軸方向に移動してもよい。マスターレンズとコンバーターレンズの組合せにより周辺光量を好適な状態にするための開口絞り及びフレアカッターの位置は異なるので、各レンズの種類を識別し、それに応じた光軸方向の位置へと移動することで本発明の効果を良好に得られる。
【００２４】
各実施例において、マスターレンズが有する開口絞り及びフレアカッターを複数配置してもよい。マスターレンズとコンバーターレンズの組合せにより周辺光量を好適な状態にするための開口絞り及びフレアカッターの位置は異なるので、各レンズの種類を識別し、それに応じて複数配置しているうち最適な開口絞り及びフレアカッターを切り替えて使用することで本発明の効果を良好に得られる。
【００２５】
各実施例において、マスターレンズ及びコンバーターレンズを装着したマスターレンズのＦナンバーやフォーカス位置や焦点距離情報を取得するレンズ情報取得部をレンズ鏡筒もしくはカメラ本体に配置する。それらの情報に応じて開口絞り及びフレアカッターの開口形状を変化させてもよい。不要光の遮蔽範囲はマスターレンズの撮影状態により変化するため、このような構成をとることで本発明の効果を良好に得られる。
【００２６】
近年のカメラにはCCD（Charge Coupled Device）やCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の光電変換作用を有する撮像素子が広く用いられている。特にこれらのレンズ交換式カメラでは、交換レンズで発生する周辺光量の低下を画像処理によって補正する、所謂シェーディング補正をする場合がある。従来のシェーディング補正でもコンバーターレンズが装着されている場合には補正量を変える等の処理をしている。本発明においては、開口絞りもしくはフレアカッターの開口形状や位置等の情報をカメラ本体で取得し、別途用意する補正テーブルデータと照合して、開口絞りもしくはフレアカッターの状態を考慮したシェーディング補正をする必要がある。
【００２７】
［実施例１］
実施例１（数値実施例１）のマスターレンズは、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズユニットＬ１と、無限遠から近距離物体への合焦に際して像面側へ移動する負の屈折力の第２レンズユニットＬ２、正の屈折力の第３レンズユニットＬ３から構成されている。焦点距離は１３２．０ｍｍ、Ｆナンバーは２．０９である。実施例１（数値実施例１）のコンバーターレンズは、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ、正の屈折力の第２レンズ、負の屈折力の第３レンズ、正の屈折力の第４レンズから構成されており、焦点距離は１３２．４ｍｍである。マスターレンズは第１レンズの物体側に装着する。この時、焦点距離は１０４．８ｍｍ、Ｆナンバーは１．６６になる。
【００２８】
本実施例１のマスターレンズは単体撮影時に用いる開口絞りＳＰＭと、コンバーターレンズ装着時に用いる開口絞りＳＰＣを有し、コンバーターレンズの装着状態により両者を切り替えて使用している。ＬｒｒＭは１０３．１２ｍｍ、ＬｒｒＣは７１．６２ｍｍ、条件式（１）の数値は０．７０となる。
【００２９】
［実施例２］
実施例２（数値実施例２）のマスターレンズは、物体側から像側へ順に、正の屈折力の第１レンズユニットＬ１、開口絞り、正の屈折力の第２レンズユニットＬ２から構成されている。焦点距離は５１．５ｍｍ、Ｆナンバーは１．４５である。無限遠から近距離物体への合焦に際して光学系全系を物体側へ移動する。実施例２（数値実施例１）のコンバーターレンズは、物体側から像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ、正の屈折力の第２レンズ、負の屈折力の第３レンズ、正の屈折力の第４レンズから構成されており、焦点距離は１３２．４ｍｍである。マスターレンズは第１レンズの物体側に装着する。この時、焦点距離は４０．９ｍｍ、Ｆナンバーは１．１５になる。
【００３０】
本実施例２ではコンバーターレンズ装着時にマスターレンズの開口絞りを像面側に１．５ｍｍ移動させている。ＬｒｒＭは７１．２２ｍｍ、ＬｒｒＣは６７．３６ｍｍ、条件式（１）の数値は０．９５となる。
【００３１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００３２】
次に本発明の光学系を撮影光学系として用いたスチルカメラの実施形態について図１１を用いて説明する。図１１において、１０はスチルカメラ本体、１１は本発明のマスターレンズ及びコンバーターレンズによって構成された撮影光学系、１２は撮影光学系１１によって形成される像を受光する撮像素子（固体撮像素子）ある。
【００３３】
この様に本発明の光学系をスチルカメラ等の撮像機器に適用する事により、高い光学性能を有する撮像機器が実現できる。なお、固体撮像素子にＣＣＤ等の電子撮像素子を用いれば、電子的に歪曲収差や色収差等の諸収差の補正をする事ができ、出力画像を高画質化する事が容易になる。また本発明の光学系はクイックリターンミラーのないノンフレックスの一眼カメラにも適用することができる。
【００３４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００３５】
次に本発明の実施例１乃至２に対応する数値実施例１乃至２のレンズ構成を示す。各数値実施例において、ｉは物体側からの光学面の順序を示す。ｒｉは物体側より順に第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径である。ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔である。ｎｉとνｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数を示す。
【００３６】
また、非球面形状は、Ｘを光軸方向の面頂点からの変位量とし、ｈを光軸に直交する方向の光軸からの高さとし、ｒを近軸曲率半径とし、ｋを円錐定数とし、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，…を各次数の非球面係数とするとき以下のように表す。
【００３７】
【数１】
2018185393.tif 000003
なお、各数値における「Ｅ±ＸＸ」は「×１０±ＸＸ」を意味する。ＢＦは最終面から像面までの距離（バックフォーカス）である。
【００３８】
数値実施例１
マスターレンズ
面番号       r        d      nd         vd       有効径
1        110.730   11.00   1.51633    54.2       66.71
2       -858.210    0.81                         65.97
3         58.740   13.00   1.49700    81.6       59.13
4       45867.200    0.37                        57.76
5      -1273.200    3.75   1.66680    33.0       57.60
6         90.320    1.52                         53.80
7         64.120    8.00   1.49700    81.6       52.38
8        245.630    0.34                         51.41
9         27.650    3.20   1.71736    29.5       42.12
10         23.930   12.80                         37.83
11(絞り)    ∞     (可変)                         35.65
12      -1651.200    4.50   1.84665    23.8       33.64
13        -62.660    2.00   1.74399    44.8       32.84
14         43.250  (可変)                         29.73
15          ∞       3.00                         29.52
16        -37.940    3.00   1.74076    27.8       26.20
17        214.300    7.64   1.77249    49.6       29.28
18        -43.860    0.20                         32.56
19         88.840    5.89   1.83400    37.2       35.64
20       -427.740   54.25                         36.21
像面        ∞   
各種データ
焦点距離     132.02  
Fナンバー      2.09  
画角           9.31  
像高          21.64  
レンズ全長   157.91  
BF            54.25  
物体距離        ∞     6750    900
d11            2.80    4.33   18.46
d14           19.84   18.31    4.18
入射瞳位置    74.43  
射出瞳位置   -88.91  
前側主点位置  84.70  
後側主点位置 -77.77  
レンズユニットデータ
群  始面    焦点距離  レンズ構成長  前側主点位置  後側主点位置
1    1      95.73        54.79        -8.35        -44.39
2   12     -62.21         6.50         3.58          0.00
3   15      77.51        19.73        17.12          6.39
単レンズデータ
レンズ  始面  焦点距離
1       1    190.69
2       3    118.33
3       5   -126.34
4       7    172.07
5       9   -387.00
6      12     76.83
7      13    -34.12
8      16    -43.29
9      17     47.75
10      19     88.66
コンバーターレンズ
焦点距離     132.45  
面番号       r        d      nd         vd       有効径
1        -86.677    1.35   1.51823    58.9       30.00
2         95.297    0.15                         30.00
3         35.027    4.94   1.95375    32.3       30.00
4      14144.523    1.94                         30.00
5       -628.861    1.30   1.80809    22.8       28.00
6         28.824    1.61                         25.00
7         54.084    3.32   1.88300    40.8       26.00
8       -244.449                                 26.00
単レンズデータ
レンズ  始面  焦点距離
1      1    -87.37
2      3     36.81
3      5    -34.08
4      7     50.42
マスターレンズにコンバーターレンズ装着時
マスターレンズとコンバーターレンズのレンズ間隔  18.44
各種データ
焦点距離     104.79  
Fナンバー      1.66  
画角           7.43  
像高          13.66  
レンズ全長   155.55  
BF            18.85  
入射瞳位置   202.27  
射出瞳位置   -56.81  
前側主点位置 161.92  
後側主点位置 -85.94  
数値実施例２
マスターレンズ
面番号       r        d      nd         vd       有効径
1         80.741    3.92   1.77250    49.6       37.14
2       -851.470    0.15                         36.08
3         28.940    6.73   1.83481    42.7       33.11
4         53.453    1.56                         30.11
5         81.904    3.28   1.72047    34.7       29.38
6         18.258    7.54                         24.54
7(絞り)    ∞       5.08                         24.41
8        -27.317    1.39   1.73800    32.3       24.30
9         29.595    8.79   1.88100    40.1       27.20
10        -31.996    2.12                         27.81
11        -21.263    2.52   1.72047    34.7       27.75
12        -82.521    0.15                         30.82
13        723.827    7.10   1.59522    67.7       31.85
14        -28.930    0.15                         32.50
15*       625.332    4.12   1.77250    49.5       34.11
16        -56.842  (可変)                         34.68
像面        ∞   
非球面データ
第15面
K = 0.00000e+000  B=-2.77448e-006  C=-3.60131e-010  D=-1.23803e-011  E= 4.76619e-014  F=-6.88926e-017  
各種データ
焦点距離      51.46
Fナンバー      1.45
画角          22.80 
像高          21.64 
レンズ全長    94.40 
BF            39.80 
物体距離        ∞    450.00
d16           39.80    47.42
入射瞳位置    27.09
射出瞳位置   -56.90
前側主点位置  51.17
後側主点位置 -11.66
単レンズデータ
レンズ  始面  焦点距離
1       1     95.64
2       3     67.20
3       5    -33.33
4       8    -19.05
5       9     18.70
6      11    -40.45
7      13     46.90
8      15     67.63
コンバーターレンズ
焦点距離     132.45  
面番号       r        d      nd         vd       有効径
1        -86.677    1.35   1.51823    58.9       30.00
2         95.297    0.15                         30.00
3         35.027    4.94   1.95375    32.3       30.00
4      14144.523    1.94                         30.00
5       -628.861    1.30   1.80809    22.8       28.00
6         28.824    1.61                         25.00
7         54.084    3.32   1.88300    40.8       26.00
8       -244.449                                 26.00
単レンズデータ
レンズ  始面  焦点距離
1      1    -87.37
2      3     36.81
3      5    -34.08
4      7     50.42
マスターレンズにコンバーターレンズ装着時
マスターレンズとコンバーターレンズのレンズ間隔  3.99
各種データ
焦点距離      40.85  
Fナンバー      1.15  
画角          18.49  
像高          13.66  
レンズ全長    92.04  
BF            18.85  
入射瞳位置    30.13  
射出瞳位置   -95.84  
前側主点位置  56.43  
後側主点位置 -22.00
【符号の説明】
【００３９】
ＭＬ    マスターレンズ
ＣＬ    コンバーターレンズ
ＳＰＭ  マスターレンズ単体撮影時の開口絞り
ＳＰＣ  コンバーターレンズ装着撮影時の開口絞り
ＳＰ    開口絞り
ＩＰ    像面
【図１】
2018185393.tif 000004
【図２】
2018185393.tif 000005
【図３】
2018185393.tif 000006
【図４】
2018185393.tif 000007
【図５】
2018185393.tif 000008
【図６】
2018185393.tif 000009
【図７】
2018185393.tif 000010
【図８】
2018185393.tif 000011
【図９】
2018185393.tif 000012
【図１０】
2018185393.tif 000013
【図１１】
2018185393.tif 000014