(57)【要約】【課題】結像光学系に取付けることにより全系の焦点距離範囲を望遠側または広角側に変位させるコンバーターレンズにおいて、光軸に垂直な方向に対して分散が変化する屈折率分布型光学素子を適切に使用することにより、諸収差の色差成分の小さい、高い光学性能を有した広角・高倍率かつ小型軽量なコンバーターレンズを提供することを目的とする。【解決手段】結像光学系の物体側に着脱可能なことを特徴とする、あるいは、物体側より順に、絞りを含む第１群と結像作用を有する正の屈折力の第２群を有し、前記第１群と第２群との間に挿脱可能、または前記第１群と第２群の間のレンズ系と置換可能なことを特徴とする全系の焦点距離範囲を望遠側または広角側に変位させるコンバーターレンズにおいて、光軸に垂直な方向に対して分散が変化する屈折率分布型光学素子を適切に使用することにより、諸収差の色差成分を補正するような構成。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像光学系に取付けることにより、全系の焦点距離範囲を望遠側または広角側に変位させるコンバーターレンズにおいて、前記コンバーターレンズは光軸に垂直な方向に分散が変化する媒質からなるレンズＧを少なくとも１枚有しており、前記コンバーターレンズの全系の屈折力をφ、角倍率をＭとしたとき、
｜φ｜  ＜  ０．００２
Ｍ  ＞  １．３  または  Ｍ  ＜  ０．９
を満たすことを特徴とするコンバーターレンズ。
【請求項２】
前記レンズＧの光軸に垂直な方向をｒとし、任意の２波長をλ１、λ２とし、λ１、λ２における屈折率をＮ１（ｒ）、Ｎ２（ｒ）としたとき、
λ１／λ２  ＞  １．１
ｍａｘ｛Ｎ２（ｒ）−Ｎ１（ｒ）｝−  ｍｉｎ｛Ｎ２（ｒ）−Ｎ１（ｒ）｝＞  ０．０００１
を満たすことを特徴とする請求項１のコンバーターレンズ。
【請求項３】
物体側より順に、絞りを含む第１群と、結像作用を有する正の屈折力の第２群を有し、前記第１群と第２群との間に挿脱可能、または前記第１群と第２群の間のレンズ系と置換可能なコンバーターを有する結像光学系において、前記第１群からコンバーターレンズへの軸上光線出射換算傾角をα１’  、コンバーターレンズから前記第２群への軸上光線入射換算傾角をα２としたとき、
｜α１’  ―α２｜  ＜  ０．０５
を満たすことを特徴とする請求項１〜２記載のコンバーターレンズ。
【請求項４】
結像光学系の物体側に着脱可能なことを特徴とする請求項１〜２記載のコンバーターレンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はズ−ムレンズ等の結像光学系の内部または物体側に装着し、レンズ全系の焦点距離範囲を望遠側または広角側に変位させるコンバーターレンズに関し、特に屈折率分布型光学素子を用いたコンバーターレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ズームレンズ等の結像光学系の焦点距離範囲を望遠側または広角側に変位させるコンバーターレンズは、種々提案されている。
【０００３】
例えば、ズームレンズの変倍中固定リレーレンズ群のアフォーカル光路中に挿脱可能な内蔵型エクステンダーとして、特開平０２−８５８１８号公報が開示されている。また、前記内蔵型エクステンダー内に非球面レンズを採用して、さらなる広角・高倍率化と小型軽量化とを両立しつつ光学性能の向上を図った例として、特開平０７−３２５２５２号公報が提案されている。また、画角を維持しながら撮像手段の対角長に応じてイメージサイズを変換するコンバーターが種々提案されている。変倍中固定のリレーレンズ群のアフォーカル光路中に挿脱可能な内蔵型のイメージサイズ変換光学系として、特開平０２−２６２１１３号公報が提案されている。
【０００４】
一方、結像光学系の物体側に配置し、焦点距離範囲を望遠側に変位させるフロントテレサイドコンバーターレンズとして、特開平０３−５９５０８号公報や特開２０００−２７５５１７号公報が開示されている。また、結像光学系の物体側に配置し、焦点距離範囲を広角側に変位させるフロントワイドコンバーターレンズとして、特開平０７−２０９５８０号公報が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、テレビカメラや写真用カメラ、そしてビデオカメラ等のコンバーターレンズにおいては、高い光学性能とともに小型軽量化との両立が要求されている。
【０００６】
例えば、内蔵コンバーターレンズを挿脱可能にするためには、リレーレンズ群中にアフォーカルな所定の空気間隔を設ける必要がある。ここでレンズ全系を小型化するために、前記空気間隔を狭め、所定の角倍率のアフォーカルコンバーターを得ようとすると、前群・後群ともにより強い屈折力とする必要があり、諸収差の補正が大変困難となってくる。そのため高い光学性能とともに小型軽量化を両立させることは困難であるという問題点があった。
【０００７】
結像光学系の物体側に着脱可能なテレサイドコンバーター、ワイドコンバーターについても同様に、レンズ全系の小型化・軽量化を図るためには、前記コンバーターレンズの口径、全厚を小さくする必要がある。しかしながら、所定の角倍率のアフォーカルコンバーターを得ようとすると、前群・後群ともにより強い屈折力とする必要があり、諸収差の補正が大変困難となってくる。そのため高い光学性能とともに小型軽量化を両立させることは困難であるという問題点があった。
【０００８】
特に、全結像光学系の球面収差の色差成分を微小とするためには、レンズの屈折力φを小さくする必要がある。したがって前記コンバーターレンズにおいては、球面収差の色差成分が残存し、光学性能が低下する問題点があった。色差成分が残存していると、各波長によるスポットが異なるため画像全体の色バランスが悪くなり、いわゆる色にじみが出現する。また全結像光学系を絞った際、色バランスが大きく変化してしまう問題点があった。
【０００９】
本発明は、光軸に垂直な方向に対して分散が変化する屈折率分布型光学素子を適切に使用することにより、球面収差の色差成分の小さい、広角・高倍率かつ小型軽量なコンバーターレンズを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明におけるコンバーターレンズは、
１）結像光学系に取付けることにより、全系の焦点距離範囲を望遠側または広角側に変位させるコンバーターレンズにおいて、前記コンバーターレンズは光軸に垂直な方向に分散が変化する媒質からなるレンズＧを少なくとも１枚有しており、前記コンバーターレンズの全系の屈折力をφ、角倍率をＭとしたとき、
｜φ｜  ＜  ０．００２                              （１）
Ｍ  ＞  １．３  または  Ｍ  ＜  ０．９            （２）
の条件を満たすことを特徴としている。
【００１１】
２）  前記レンズＧの光軸に垂直な方向をｒとし、任意の２波長をλ１、λ２とし、λ１、λ２における屈折率をＮ１（ｒ）、Ｎ２（ｒ）としたとき、
2004325712.tif 000003
を満たすことを特徴としている。
【００１２】
３）  物体側より順に、絞りを含む第１群と、結像作用を有する正の屈折力の第２群を有し、前記第１群と第２群との間に挿脱可能、または前記第１群と第２群の間のレンズ系と置換可能なコンバーターを有する結像光学系において、前記第１群からコンバーターレンズへの軸上光線出射換算傾角をα１’  、コンバーターレンズから前記第２群への軸上光線入射換算傾角をα２としたとき、
｜α１’  ―α２｜  ＜  ０．０５                    （４）
を満たすことを特徴としている。
【００１３】
４）  結像光学系の物体側に着脱可能なことを特徴としている。
【００１４】
ここで、ラジアル型屈折率分布光学素子（以下、ラジアル型ＧＩ）について説明する。図１３にラジアル型ＧＩの概念図を示す。ラジアル型ＧＩは、媒質の屈折率が光軸に垂直な方向に連続的な分布を持ち、媒質自体に屈折力を有する。
【００１５】
本発明では、光軸に垂直な方向に分散が変化するラジアル型ＧＩを採用することにより、球面収差の色差をはじめとする諸収差の色差成分を制御している。
【００１６】
ラジアル型ＧＩの屈折率分布、屈折力は次式で表される。
【外１】
2004325712.tif 000004
【００１７】
ここで、Ｎ０は物体側レンズ面の面頂点での基準屈折率で、ｃ１〜ｃｍは屈折率分布の係数、ｒは物体側面頂点からの光軸に垂直な方向の位置を示す。
【００１８】
請求項１は、前記レンズＧが光軸に垂直な方向に分散を有すること、前記Ｇのアフォーカル倍率を規定して、小型で高い光学性能のコンバーターレンズを達成するための条件である。条件式（１）は、前記コンバーターレンズがほぼアフォーカルであることを規定している。条件式（２）は、本発明が、アフォーカル倍率１．３よりも大きい、いわゆるテレサイドコンバーターレンズ、またはアフォーカル倍率０．９よりも小さい、いわゆるワイドコンバーターレンズに関するものであることを規定している。条件式（２）の範囲を超えると、全系の焦点距離範囲を望遠側または広角側に変位させる効果が小さくなってしまう。
【００１９】
請求項２は、前記レンズＧの光軸に垂直な方向の分散変化を規定しており、球面収差の色差成分の補正に効果的である。条件式（３）の下限を越えると、球面収差の色差成分制御効果が不足してしまう。より効果的に球面収差の色差成分補正を行うためには、条件式（３）の左辺は０．０００２以上であることが望ましい。
【００２０】
請求項３は、結像光学系内に挿脱可能な内蔵型エクステンダーまたは内蔵型のイメージサイズ変換光学系としての前記コンバーターレンズを適切に規定している。条件式（４）の上限を超えると、適切なアフォーカルコンバーターを満たさなくなる。
【００２１】
請求項４は、結像光学系の物体側に配置するフロントテレサイドコンバーターまたはフロントワイドコンバーターとしての前記コンバーターレンズを適切に規定している。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に，本発明におけるコンバーターレンズの具体的な構成について説明する。
【００２３】
（数値実施例１）
図１は、本発明の具体的な数値実施例１の断面図を示している。図１において、Ｆは第１群としての正のフォーカス群である。Ｖは第２群としての変倍用の負の屈折力のバリエ−ターであり、光軸上を像面側へ単調に移動させることにより、広角端から望遠端への変倍を行っている。Ｃは負の屈折力のコンペンセ−ターであり、変倍に伴う像面変動を補正するために光軸上を物体側へ凸の軌跡を有して非直線的に移動している。バリエ−ターＶとコンペンセ−ターＣとで変倍系を構成している。
【００２４】
ＳＰは絞り、Ｒは第４群としての結像作用を有する正の屈折力の固定のリレ−群であり、前群ＦＲ及後群ＢＲから構成されている。Ｅは前群ＦＲと後群ＢＲとの間のアフォーカル光路中に挿脱された内蔵型エクステンダーレンズであり、アフォーカル倍率Ｍは１．９６である。Ｐは色分解プリズムや光学フィルタ−等であり、同図ではガラスブロックとして示している。
【００２５】
次に本発明におけるコンバーターレンズＥ内のレンズＧの特徴について説明する。レンズＧは光軸に垂直な方向に屈折率分布を有するラジアル型ＧＩであり、表１にその屈折率分布特性を示す。図１に示すように、数値実施例１において、前記エクステンダーＥ内のレンズＧは第４群内に構成される正レンズである。本発明の各条件式の値を表２に示す。また、図２〜３に、数値実施例１の広角端、望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。表２から、数値実施例１は本発明の各条件式を満たしており、広角端での軸上色収差、球面収差の色差成分を効果的に補正している。
【００２６】
なお、数値実施例１のレンズＧは基準波長ｅ線において光軸に垂直な方向に屈折率が変化しないが、屈折率変化を与えることにより、ザイデル収差に関しさらに良好な収差補正が可能となる。
【００２７】
【外２】
2004325712.tif 000005
【００２８】
（数値実施例２）
図４は、本発明の具体的な数値実施例２の断面図を示している。図４において、Ｆは第１群としての正のフォーカス群である。Ｖは第２群としての変倍用の負の屈折力のバリエ−ターであり、光軸上を像面側へ単調に移動させることにより、広角端から望遠端への変倍を行っている。Ｃは負の屈折力のコンペンセ−ターであり、変倍に伴う像面変動を補正するために光軸上を物体側へ凸の軌跡を有して非直線的に移動している。バリエ−ターＶとコンペンセ−ターＣとで変倍系を構成している。
【００２９】
ＳＰは絞り、Ｒは第４群としての結像作用を有する正の屈折力の固定のリレ−群であり、前群ＦＲ及後群ＢＲから構成されている。Ｓは前群ＦＲと後群ＢＲとの間のアフォーカル光路中に挿脱された内蔵型のイメージサイズ変換光学系レンズであり、アフォーカル倍率Ｍは０．７３である。Ｐは色分解プリズムや光学フィルタ−等であり、同図ではガラスブロックとして示している。
【００３０】
次に本発明におけるコンバーターレンズＳ内のレンズＧの特徴について説明する。レンズＧは光軸に垂直な方向に屈折率分布を有するラジアル型ＧＩであり、表１にその屈折率分布特性を示す。図４に示すように、数値実施例２において、前記イメージサイズ変換光学系Ｓ内のレンズＧは第４群内に構成される正レンズである。本発明の各条件式の値を表２に示す。また、図５〜６に、数値実施例２の広角端、望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。表２から、数値実施例２は本発明の各条件式を満たしており、広角端での軸上色収差、球面収差の色差成分を効果的に補正している。
【００３１】
なお、数値実施例２のレンズＧは基準波長ｅ線において光軸に垂直な方向に屈折率が変化しないが、屈折率変化を与えることにより、ザイデル収差に関しさらに良好な収差補正が可能となる。
【００３２】
【外３】
2004325712.tif 000006
【００３３】
（数値実施例３）
図７は、本発明の具体的な数値実施例３の断面図を示している。図７において、ＴＣはテレサイドコンバーターレンズを主レンズの物体側に装着したときの断面図であり，正の屈折力を持つ前群Ａと負の屈折力を持つ後群Ｂから構成され，アフォーカル系を成している。本発明のテレサイドコンバーターレンズのアフォーカル倍率Ｍは１．３６である。Ｆは第１群としての正のフォーカス群である。Ｖは第２群としての変倍用の負の屈折力のバリエ−ターであり、光軸上を像面側へ単調に移動させることにより、広角端から望遠端への変倍を行っている。Ｃは負の屈折力のコンペンセ−ターであり、変倍に伴う像面変動を補正するために光軸上を物体側へ凸の軌跡を有して非直線的に移動している。バリエ−ターＶとコンペンセ−ターＣとで変倍系を構成している。
【００３４】
ＳＰは絞り、Ｒは第４群としての結像作用を有する正の屈折力の固定のリレ−群であり、前群ＦＲ及後群ＢＲから構成されている。Ｐは色分解プリズムや光学フィルタ−等であり、同図ではガラスブロックとして示している。
【００３５】
次に本発明におけるコンバーターレンズＴＣ内のレンズＧの特徴について説明する。レンズＧは光軸に垂直な方向に屈折率分布を有するラジアル型ＧＩであり、表１にその屈折率分布特性を示す。図７に示すように、数値実施例３において、前記テレサイドコンバーターＴＣ内のレンズＧは正レンズである。本発明の各条件式の値を表２に示す。また、図８〜９に、数値実施例３のｆ＝１５７．１５ｍｍ、望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。表２から、数値実施例３は本発明の各条件式を満たしており、望遠端での軸上色収差、球面収差の色差成分を効果的に補正している。
【００３６】
なお、数値実施例３のレンズＧは基準波長ｅ線において光軸に垂直な方向に屈折率が変化しないが、屈折率変化を与えることにより、ザイデル収差に関しさらに良好な収差補正が可能となる。
【００３７】
【外４】
2004325712.tif 000007
【００３８】
（数値実施例４）
図１０は、本発明の具体的な数値実施例４の断面図を示している。図１０において、ＷＣはワイドコンバーターレンズを主レンズの物体側に装着したときの断面図であり，正の屈折力から構成され，アフォーカル系を成している。本発明のワイドコンバーターレンズのアフォーカル倍率Ｍは０．８５である。Ｆは第１群としての正のフォーカス群である。Ｖは第２群としての変倍用の負の屈折力のバリエ−ターであり、光軸上を像面側へ単調に移動させることにより、広角端から望遠端への変倍を行っている。Ｃは負の屈折力のコンペンセ−ターであり、変倍に伴う像面変動を補正するために光軸上を物体側へ凸の軌跡を有して非直線的に移動している。バリエ−ターＶとコンペンセ−ターＣとで変倍系を構成している。
ＳＰは絞り、Ｒは第４群としての結像作用を有する正の屈折力の固定のリレ−群であり、前群ＦＲ及後群ＢＲから構成されている。Ｐは色分解プリズムや光学フィルタ−等であり、同図ではガラスブロックとして示している。
【００３９】
次に本発明におけるコンバーターレンズＷＣ内のレンズＧの特徴について説明する。レンズＧは光軸に垂直な方向に屈折率分布を有するラジアル型ＧＩであり、表１にその屈折率分布特性を示す。図１０に示すように、数値実施例４において、前記ワイドコンバーターＷＣ内のレンズＧは負レンズである。本発明の各条件式の値を表２に示す。また、図１１〜１２に、数値実施例４の広角端、望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。表２から、数値実施例４は本発明の各条件式を満たしており、広角端での軸上色収差、球面収差の色差成分を効果的に補正している。
【００４０】
なお、数値実施例４のレンズＧは基準波長ｅ線において光軸に垂直な方向に屈折率が変化しないが、屈折率変化を与えることにより、ザイデル収差に関しさらに良好な収差補正が可能となる。
【００４１】
【外５】
2004325712.tif 000008
【００４２】
【外６】
2004325712.tif 000009
【００４３】
【外７】
2004325712.tif 000010
【００４４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、結像光学系に取付けることにより全系の焦点距離範囲を望遠側または広角側に変位させるコンバーターレンズにおいて、光軸に垂直な方向に対して分散が変化する屈折率分布型光学素子を適切に使用することにより、諸収差の色差成分の小さい、高い光学性能を有した広角・高倍率かつ小型軽量なコンバーターレンズを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の数値実施例１の広角端の断面図
【図２】本発明の数値実施例１の広角端の収差図
【図３】本発明の数値実施例１の望遠端の収差図
【図４】本発明の数値実施例２の広角端の断面図
【図５】本発明の数値実施例２の広角端の収差図
【図６】本発明の数値実施例２の望遠端の収差図
【図７】本発明の数値実施例３のｆ＝１５７．１５ｍｍの断面図
【図８】本発明の数値実施例３のｆ＝１５７．１５ｍｍの収差図
【図９】本発明の数値実施例３の望遠端の収差図
【図１０】本発明の数値実施例４の広角端の断面図
【図１１】本発明の数値実施例４の広角端の収差図
【図１２】本発明の数値実施例４の望遠端の収差図
【図１３】ラジアル型ＧＩの概念図
【符号の説明】
ＴＣ  テレサイドコンバーターレンズ
Ａ  テレサイドコンバーターレンズ前群
Ｂ  テレサイドコンバーターレンズ後群
ＷＣ  ワイドコンバーターレンズ
Ｆ  フォーカス部
Ｖ  バリエーター部
Ｃ  コンペンセーター部
ＳＰ  絞り
Ｒ  リレー部
ＦＲ  リレー部前群
ＢＲ  リレー部後群
Ｅ  内蔵型エクステンダーレンズ
Ｓ  内蔵型のイメージサイズ変換光学系レンズ
Ｐ  ガラスブロック部
【図１】
2004325712.tif 000011
【図２】
2004325712.tif 000012
【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】
2004325712.tif 000017
【図８】
2004325712.tif 000018
【図９】
2004325712.tif 000019
【図１０】
2004325712.tif 000020
【図１１】
2004325712.tif 000021
【図１２】
2004325712.tif 000022
【図１３】
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