(57)【要約】【課題】  結像作用を有する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に変位させるコンバーターレンズにおいて、光軸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、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に変位させるコンバーターレンズにおいて、光軸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。【選択図】  図１
2005091405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像作用を有する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｜ ＜ ０．００１
Ｍ  ＞ １．３
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の光軸方向をｘとし、任意の２波長をλ１、λ２とし、λ１、λ２における屈折率をＮ１（ｘ）、Ｎ２（ｘ）としたとき、
λ１／λ２  ＞  １.１
ｍａｘ｛Ｎ２(ｘ)−Ｎ１(ｘ)｝−ｍｉｎ｛Ｎ２(ｘ)−Ｎ１(ｘ）｝＞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】
前記レンズGの物体側の面の曲率半径をｒＧ１、有効径をｅａＧ１、像側の面の曲率半径をｒＧ２、ｅａＧ２としたとき、
ｍａｘ（ｄｅｐ１，ｄｅｐ２）＞ ０．１
但し、ｄｅｐｎ＝｜ｒＧｎ｜―√（ （ｒＧｎ）２―（ｅａＧｎ／２）２  ）
であることを特徴とする請求項１または２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１〜３記載のコンバーターレンズ。
【請求項５】
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１〜３記載のコンバーターレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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レンズ系中の一部に適切に用いるコンバーターレンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。例えば、ビデオカメラ用のフロントテレサイドコンバーターレンズとして、特開平3-59508号公報や特開2000-275517号公報が開示されている。特に特開2000-275517号公報では、アフォーカル倍率Mが１．５より大きいテレサイドコンバーターレンズにおいて、十分な軸上色消し、主光線より下側の光線のコマ収差補正を達成するため、前記テレサイドコンバーターレンズは、物体側から順に、正の屈折力を有する前群ＧＦと負の屈折力を有する後群ＧＲを備え、前記前群ＧＦは接合正レンズを有し、前記後群ＧＲは負のメニスカスレンズを有している。
【０００３】
また、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エクステンダーとして、特開平2-85818号公報が提案されている。この内蔵エクステンダー方式は、挿脱により焦点距離範囲を切換えても、レンズ全長及びバックフォーカスが変化しないといった特長がある。さらに、前記内蔵エクステンダー内に非球面レンズを採用して、さらなる広角化・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7-325252号公報が提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
例えば内蔵エクステンダ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は、前記空気間隔を狭める必要がある。その結果、狭い空気間隔内で高倍率なエクステンダーを得ようとすると、正の屈折力の第１群・負の屈折力を有する第２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。
【０００６】
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を口径の小さい薄いレンズとする必要がある。その結果、口径の小さな薄いレンズで高倍率なテレサイドコンバーターを得ようとすると、強い屈折力を有する必要があり、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】
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。こうした色差成分の補正は、非球面レンズでは原理的に不可能である。
【０００８】
本発明は、光軸方向の厚み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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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）結像作用を有する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｜ ＜ ０．００１                               （１）
Ｍ  ＞ １．３                                      （２）
の条件を満たすことを特徴としている。
【００１０】
２）前記レンズＧの光軸方向をｘとし、任意の２波長をλ１、λ２とし、λ１、λ２における屈折率をＮ１（ｘ）、Ｎ２（ｘ）としたとき、
λ１／λ２  ＞  １.１
ｍａｘ{Ｎ２(ｘ)−Ｎ１(ｘ)}−ｍｉｎ{Ｎ２(ｘ)−Ｎ１(ｘ)}＞0.0001  （３）
を満たすことを特徴としている。
【００１１】
３）前記レンズＧの物体側の面の曲率半径をｒＧ１、有効径をｅａＧ１、像側の面の曲率半径をｒＧ２、ｅａＧ２としたとき、
ｍａｘ（ｄｅｐ１，ｄｅｐ２）  ＞  ０．１                  （４）
但し、ｄｅｐｎ＝｜ｒＧｎ｜―√（ｒＧｎ２―（ｅａＧｎ／２）２）
であることを特徴としている。
【００１２】
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。
【００１３】
５）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している。
【００１４】
ここで、アキシャル型屈折率分布光学素子（以下アキシャル型ＧＩ）について説明する。図８にアキシャル型ＧＩの概念図を示す。アキシャル型ＧＩは、媒質の屈折率が光軸方向に分布を持つものを言う。図８のようにレンズ面が曲率を持つ場合、屈折率が光線高（h0〜h4）によって変化するため、球面でありながら非球面形状と同等の効果が期待できる。
【００１５】
本発明では、光軸方向に分散が変化するアキシャル型ＧＩを採用することにより、波長による非球面効果を変化させて、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に利用している。
【００１６】
アキシャル型ＧＩの屈折率分布は次式で表される。
【００１７】
N(x)=N0+c1x+c2x2+c3x3+c4x4+c5x5+c6x6+……＋cnxn  （n：整数）
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〜cnは屈折率分布の係数、xは物体側面頂点からの光軸方向の位置を示す。
【００１８】
請求項１は、球面収差の色差成分の補正に効果的な前記レンズＧが光軸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いる。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１．１よりも大きい、いわゆるテレ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。
【００１９】
請求項２は、球面収差の色差成分の補正に効果的な前記レンズＧの光軸方向の分散変化を規定している。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、レンズＧの最小深さを規定することにより、屈折率分布光学素子による球面収差の色差成分制御効果を発揮するための条件である。本発明における前記レンズＧはアキシャル型ＧＩであるために、効果を発揮するためには面が曲率を有し、ある程度以上の深さが必要となってくる。条件式（４）の下限を越えると、前記レンズＧの最小深さが不足して、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補正を行うためには、条件式（４）の左辺は0.5以上であることが望ましい。
【００２１】
請求項４は、フロントテレコンバーターとしての前記コンバーターレンズを規定している。
【００２２】
請求項５は、内蔵エクステンダーとしての前記コンバーターレンズを規定している。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、結像作用を有する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に変位させるコンバーターレンズにおいて、光軸方向の厚み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、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
（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。
【００２６】
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エクステンダーレンズであり、アフォーカル倍率Ｍは略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。
【００２７】
次に本発明におけるコンバーターレンズのレンズＧの特徴について説明する。レンズＧは光軸方向に屈折率分布を有するいわゆるアキシャル型屈折率分布光学素子（以下アキシャル型ＧＩ）であり、表１に示すように光軸方向にいくにしたがい分散が変化する特性をもつ。アキシャル型ＧＩは、球面に研磨しても非球面効果を持たせることが可能である特徴をもつ。したがって光軸方向に分散の変化を持たせると、波長によって非球面効果を変化させることができて、諸収差の色差成分を制御することが可能となる。
【００２８】
本数値実施例において、図１に示すように、前記エクステンダーレンズ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２〜４に、本数値実施例の広角端、ｆ＝９４．０７ｍｍ、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、本数値実施例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。
【００２９】
なお、本数値実施例のレンズＧは基準波長ｅ線において光軸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非球面と同様の効果を発揮して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。
【００３０】
【表１】
2005091405.tif 000003
（数値実施例２）
図５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５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は略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。
【００３１】
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。
【００３２】
次に本発明におけるコンバーターレンズのレンズＧの特徴について説明する。レンズＧは光軸方向に屈折率分布を有するいわゆるアキシャル型屈折率分布光学素子（以下アキシャル型ＧＩ）であり、表１に示すように光軸方向にいくにしたがい分散が変化する特性をもつ。アキシャル型ＧＩは、球面に研磨しても非球面効果を持たせることが可能である特徴をもつ。したがって光軸方向に分散の変化を持たせると、波長によって非球面効果を変化させることができて、諸収差の色差成分を制御することが可能となる。
【００３３】
本数値実施例において、図５に示すように、前記テレサイドコンバーターレンズＧは結像光学系の物体側に着脱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６〜７に、本数値実施例のｆ＝１５７．０９ｍｍ、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、本数値実施例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。
【００３４】
なお、本数値実施例のレンズＧは基準波長ｅ線において光軸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非球面と同様の効果を発揮して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。
【００３５】
【表２】
2005091405.tif 000004
【００３６】
【表３】
2005091405.tif 000005
【００３７】
【表４】
2005091405.tif 000006
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【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ｆ＝９４．０７ｍｍの収差図
【図４】本発明の数値実施例１の望遠端の収差図
【図５】本発明の数値実施例２のｆ＝１５７．０９ｍｍの断面図
【図６】本発明の数値実施例２のｆ＝１５７．０９ｍｍの収差図
【図７】本発明の数値実施例２の望遠端の収差図
【図８】アキシャル型ＧＩの概念図
【符号の説明】
【００３９】
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
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  内蔵エクステンダーレンズ
Ｐ  ガラスブロック部
【図１】
2005091405.tif 000007
【図２】
2005091405.tif 000008
【図３】
2005091405.tif 000009
【図４】
2005091405.tif 000010
【図５】
2005091405.tif 000011
【図６】
2005091405.tif 000012
【図７】
2005091405.tif 000013
【図８】
2005091405.tif 000014