(57)【要約】【課題】マスタレンズに付加しても、マスタレンズ単独の場合からの性能の低下、特に歪曲収差の増大を小さく抑えることが可能でコンパクトなワイドコンバータレンズを実現する。【解決手段】大きい共役側から順に、大きい共役側に凸面を向けた負のメニスカスレンズの第１レンズＬ１、正レンズの第２レンズＬ２、負レンズの第３レンズＬ３、両凸形状の正レンズの第４レンズＬ４からなり、実質的なアフォーカル系である。【選択図】                  図１
2005031354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影用もしくは投射用に用いられる結像レンズをマスタレンズとし、このマスタレンズの大きい共役側に付加されるワイドコンバータレンズであって、
大きい共役側から順に、大きい共役側に凸面を向けた負のメニスカスレンズの第１レンズ、正レンズの第２レンズ、負レンズの第３レンズ、両凸形状の正レンズの第４レンズからなり、実質的なアフォーカル系であることを特徴とするワイドコンバータレンズ。
【請求項２】
撮影用もしくは投射用に用いられる結像レンズをマスタレンズとし、このマスタレンズの大きい共役側に付加されるワイドコンバータレンズであって、
大きい共役側から順に、大きい共役側に凸面を向けた負のメニスカスレンズの第１レンズ、負レンズの第２レンズ、正レンズの第３レンズ、両凸形状の正レンズの第４レンズからなり、実質的なアフォーカル系であることを特徴とするワイドコンバータレンズ。
【請求項３】
請求項１または２記載のワイドコンバータレンズにおいて、
第２レンズと第３レンズが接合レンズとなっていることを特徴とするワイドコンバータレンズ。
【請求項４】
請求項１〜３の任意の１に記載のワイドコンバータレンズにおいて、
第１レンズの焦点距離：ｆ１、第２レンズと第３レンズの合成焦点距離：ｆ２３が、条件：
（１）        １．８  ＞｜ｆ２３｜／｜ｆ１｜＞  ０．６
を満足することを特徴とするワイドコンバータレンズ。
【請求項５】
請求項１〜４の任意の１に記載のワイドコンバータレンズにおいて、
第１レンズの小さな共役側の面の曲率半径：Ｌ１Ｒ２、第４レンズの大きな共役側の面の曲率半径：Ｌ４Ｒ１が、条件：
（２）        １．１  ＞Ｌ１Ｒ２／Ｌ４Ｒ１＞  ０．８
を満足することを特徴とするワイドコンバータレンズ
【請求項６】
請求項１〜５の任意の１に記載のワイドコンバータレンズにおいて、
第１レンズおよび第４レンズの材質のｄ線に対する屈折率：ｎ１およびｎ４が、条件：
（３）        ｎ１−ｎ４  ＞  ０
を満足することを特徴とするワイドコンバータレンズ。
【請求項７】
請求項１〜６の任意の１に記載のワイドコンバータレンズにおいて、
第４レンズの材質のアッベ数：ν４が、条件：
（４）        ν４  ＞  ４５
を満足することを特徴とするワイドコンバータレンズ。
【請求項８】
請求項１〜７の任意の１に記載のワイドコンバータレンズにおいて、
レンズ面を通過する光線の高さが最大となるレンズにおける光線の最大高さ：Ｈ、コンバータ部のレンズ全長：ＯＡＬが、条件：
（５）      １．０  ＞Ｈ／ＯＡＬ＞  ０．７
を満足することを特徴とするワイドコンバータレンズ。
【請求項９】
請求項１〜８の任意の１に記載のワイドコンバータレンズと組み合わせられるマスタレンズを持ち、上記請求項１〜８の任意の１に記載のワイドコンバータレンズを補助レンズとして有する光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は「単焦点レンズの焦点距離や、ズームレンズの広角端に於ける焦点距離を短くする」のに用いるワイドコンバータレンズ、およびこれを用いた光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
「レンズ交換機能のない光学機器」では、カメラ用レンズの被写体側、あるいは、プロジェクタ用投射レンズのスクリーン側に、マスタレンズに付加して用いられる「フロント型のコンバータレンズ」を用いる以外に、レンズの焦点距離を変化させる手段がない。フロント型のコンバータはリア型のコンバータに比して汎用性に富み、種々の機種に広く用いることができる。
【０００３】
「フロント型のワイドコンバータレンズに求められる基本的機能」は、マスタレンズの性能をできるだけ損なわずに焦点距離のみを変化させることであるが、十分な性能を確保しつつ、ワイドコンバータレンズ付加の前後における「ある程度の変倍比」を確保しようとする場合、コンバータレンズの全長を長くしたり、使用するレンズの枚数を増やしたりするのが従来の動向であり、コンパクト性や高性能と低コストを両立させることが困難であった。
【０００４】
フロント型のワイドコンバータレンズとしては、従来、特許文献１、２記載のものが知られているが、いずれも「マスタレンズのみの状態」に比して、ワイドコンバータレンズ装着時に「ワイド端での歪曲収差」が増加している。
【０００５】
即ち、歪曲収差は、特許文献１に記載された実施例のものでは「マスタレンズ単独の状態」で−４．３％程度であるが、ワイドコンバータレンズを付加すると−５．２％程度と「絶対値で約１％程度」増加しており、特許文献２に記載された実施例のものでは「マスタレンズ単独の状態」で−４．９％程度から、ワイドコンバータレンズを付加すると−６．８％程度となり「絶対値で約２％程度」増加している。
【０００６】
歪曲収差が絶対値で１％〜２％増加することは、カメラやデジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮影系においては許容範囲であるともいえるが、プロジェクタ等の投射系においては、性能上の大きな欠陥となる虞がある。また、撮影系の場合においても、歪曲収差の変化は小さいに越したことは無い。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６３−２５３３１９号公報
【特許文献２】
特開２０００−１７１７０９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、マスタレンズに付加しても「マスタレンズ単独での性能」からの性能劣化、特に歪曲収差の増大を小さく抑えることが可能で、撮影系レンズのみならず投射系レンズへの付加使用にも耐え得る４枚構成でコンパクトなワイドコンバータレンズの実現を課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明のワイドコンバータレンズは「撮影用もしくは投射用に用いられる結像レンズをマスタレンズとし、このマスタレンズの大きい共役側に付加されるワイドコンバータレンズ」である。「大きい共役側」は、共役状態において、物体距離と像距離のうちの大きい側である。例えば、撮影レンズ系であれば一般に物体側であるし、投影レンズ系であれば拡大像の投射側である。
【００１０】
そして、この発明のワイドコンバータレンズは「大きい共役側から順に、第１〜第４レンズを配」してなり、「実質的にアフォーカル系」である。
【００１１】
請求項１記載のワイドコンバータレンズでは、第１レンズは「大きい共役側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ」、第２レンズは「正レンズ」、第３レンズは「負レンズ」、第４レンズは「両凸形状の正レンズ」である。即ち、大きい共役側から負・正・負・正のパワー配置である。
【００１２】
請求項２記載のワイドコンバータレンズでは、第１レンズは「大きい共役側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ」、第２レンズは「負レンズ」、第３レンズは「正レンズ」、第４レンズは「両凸形状の正レンズ」である。即ち、大きい共役側から負・負・正・正のパワー配置である。
【００１３】
上記の如く、請求項１、２記載のワイドコンバータレンズとも、第１レンズは「大きい共役側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ」で、第４レンズは「両凸形状の正レンズ」である。そして、第１レンズと第４レンズとの間には、正レンズと負レンズが配されるが、請求項１、２に記載のように、これら正・負レンズの順序は、大きい共役側から「正・負の順」とする（請求項１）ことも、「負・正の順」とする（請求項２）こともできる。
【００１４】
図１は、請求項１記載のワイドコンバータレンズのレンズ構成を示している。
図の左側が「大きい共役」の側であり、符号Ｌ１は第１レンズ（大きい共役側に凸面を向けた負のメニスカスレンズ）、符号Ｌ２が第２レンズ（正レンズ）、符号Ｌ３は第３レンズ（負レンズ）を示し、符号Ｌ４は第４レンズ（両凸形状の正レンズ）を示している。
【００１５】
請求項１または２記載のワイドコンバータレンズは「第２レンズと第３レンズを接合レンズとして接合した構成」とすることができる（請求項３）。図１の例でも第２レンズＬ２と第３レンズＬ３とが接合されている。
【００１６】
請求項１〜３の任意の１に記載のワイドコンバータレンズは、第１レンズの焦点距離：ｆ１、第２レンズと第３レンズの合成焦点距離：ｆ２３が、条件：
（１）        １．８  ＞｜ｆ２３｜／｜ｆ１｜＞  ０．６
を満足することが好ましい（請求項４）。
【００１７】
上記請求項１〜４の任意の１に記載のワイドコンバータレンズは、第１レンズの小さな共役側の面の曲率半径：Ｌ１Ｒ２、第４レンズの大きな共役側の面の曲率半径：Ｌ４Ｒ１が、条件：
（２）        １．１  ＞Ｌ１Ｒ２／Ｌ４Ｒ１＞  ０．８
を満足することが好ましい（請求項５）。
【００１８】
また、請求項１〜５の任意の１に記載のワイドコンバータレンズは、第１レンズおよび第４レンズの材質のｄ線に対する屈折率：ｎ１およびｎ４が、条件：
（３）        ｎ１−ｎ４  ＞  ０
を満足することが好ましい（請求項６）。
【００１９】
さらに、請求項１〜６の任意の１に記載のワイドコンバータレンズは、第４レンズの材質のアッベ数：ν４が、条件：
（４）        ν４  ＞  ４５
を満足することが好ましい（請求項７）。
【００２０】
請求項１〜７の任意の１に記載のワイドコンバータレンズはまた、レンズ面を通過する光線の高さが最大となるレンズにおける光線の最大高さ：Ｈ、コンバータ部のレンズ全長：ＯＡＬが、条件：
（５）      １．０  ＞Ｈ／ＯＡＬ＞  ０．７
を満足することが好ましい（請求項８）。
【００２１】
この発明の光学装置は、上記請求項１〜８の任意の１に記載のワイドコンバータレンズと組み合わせられるマスタレンズを持ち、請求項１〜８の任意の１に記載のワイドコンバータレンズを補助レンズとして有する光学装置である。このような光学装置は、カメラやデジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮影光学系として実施することができることは勿論、特に、プロジェクタ等の投射装置として好適に実施できる。
【００２２】
この発明のワイドコンバータレンズは、マスタレンズの大きい共役側に付加されるフロント型のワイドコンバータレンズであるが、コンバータレンズ自体として「実質的にアフォーカル系」である。アフォーカル系では、レンズ系の前後における光束の状態が「相似的な関係」となるので、この相似関係におけるマスタレンズ側の光束状態を、マスタレンズへの入射光束あるいはマスタレンズからの射出光束の光束状態に合わせることにより、適宜のマスタレンズに適合するものを実施できる。したがって、この発明のワイドコンバータレンズと組み合わせられるマスタレンズには広いバリエーションが可能であり、汎用性が高い。
【００２３】
勿論、具体的なレンズデータは、組み合わせられるマスタレンズに応じて、個別具体的に設定されるが、この発明のワイドコンバータレンズは、種々の具体的なマスタレンズに適合させた性能良好なものとして実施できる。
【００２４】
この発明のワイドコンバータレンズは、大きい共役側の「負の屈折力」を持つ群と、小さい共役側の「正の屈折力」を持つ群の焦点位置を合わせて「実質的なアフォーカル系」としており、コンバータとしての変倍比は「負の群と正の群との屈折力の比」で定まる。
【００２５】
「ワイドコンバータレンズが大型化しないように定められた全長」を実現しつつ、十分な性能を得るためには「負の群の主点位置と正の群の主点位置」が離れているほど「弱い屈折力どうしの組み合わせ」とすることができ、収差を小さく抑えることができる。
【００２６】
この場合、第１レンズを負レンズ、第４レンズを正レンズとすると「負の群と正の群の主点間隔」を大きく離すのに最も有利な構成となる。また、第１レンズは「負の歪曲収差の発生を少なくする」ため、「大きい共役側に凸面を向けたメニスカス形状」とするのが良い。
【００２７】
また、請求項３記載のワイドコンバータレンズのように「第２レンズと第３レンズを接合レンズとする」ことにより、組み立て時のレンズ偏芯による性能低下を抑えることができる。
【００２８】
この発明のワイドコンバータレンズは「第１〜第３レンズ」によりトータルとして負の群を構成し、第４レンズで正の群を構成している。「第１〜第３レンズによる負の屈折力」はできるだけ「大きな共役側」に寄っている方が良い。即ち、第１〜第３レンズの合成系における主点位置は、なるべく「大きな共役側」に位置するのがよい。
【００２９】
条件（１）は、第１〜第３レンズによる負の屈折力を、できるだけ「大きな共役側」に寄らせつつ「第１レンズから第３レンズまでの屈折力をバランス良く配分する」条件である。
【００３０】
条件（１）の上限を超えると、負の屈折力が第１レンズに大きく偏り、第１レンズでの負の歪曲収差の発生が大きくなり、他のレンズでの補正が困難となる。条件（１）の下限を超えると、負の群（第１〜第３レンズ）の屈折力がコンバータの内側に寄ってくるため、コンパクトに構成しようとすると、各レンズの屈折力を大きくする必要があり、諸収差の増大を招来する。
【００３１】
条件（２）は、第１レンズで発生する比較的大きな非点収差を補正する条件であり、上限を超えると、非点収差がアンダーとなり、下限を超えると逆にオーバーとなってしまう。
【００３２】
条件（３）は、像面湾曲量の指標である「ペッツバール和」を適度に保ちつつ歪曲収差を抑える条件であり、条件（３）の範囲をはずれると、第４レンズで発生する正の歪曲収差量が少なくなり、第１レンズで発生している負の歪曲収差を十分に相殺することが困難になる。
【００３３】
条件（４）は色収差、特に軸上色収差の補正に関する条件である。
【００３４】
ワイドコンバータレンズでは、その構成上「近軸光線高さ」は、マスタレンズ側に近いレンズほど高くなる。即ち、この発明のワイドコンバータレンズでは第４レンズにおいて高い光線高となる。この第４レンズに条件（４）の下限を超える「アッベ数が小さく、分散の大きい材質」を用いると、軸上色収差がアンダーとなり、他のレンズでの補正が困難となる。
【００３５】
条件（５）は、コンバータの大型化を防ぎつつ、性能を確保するための条件であり、上限を超えると「光線有効範囲に比して短い全長」となり、コンパクト化には有利であっても「各レンズの屈折力を強く」しなければならず、各レンズでの収差発生が大きくなる、また、下限を超えると「光線有効範囲に比して全長が冗長なもの」となり各レンズ径が大きくなる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、具体的な実施例を説明する。
以下の具体例において使用される記号の意味は、以下の通りである。
【００３７】
ｉ：大きな共役側から数えて第ｉ番目の面（絞り、プリズム等の面を含む）
ＩＭＧ：液晶パネル面、デジタルミラー面、フィルム面等に相当する面
Ｒｉ：大きな共役側から数えて第ｉ番目の面（絞り、プリズム等の面を含む）の曲率半径
Ｄｉ：大きな共役側から数えて第ｉ番目の面から第ｉ＋１番目の面までの軸上面間隔
Ｄｏ：スクリーン、被写体等から第１レンズ面までの距離
ｊ：大きな共役側から数えて第ｊ番目のレンズ
Ｎｊ：大きな共役側から数えて第ｊ番目のレンズの材質のｄ線に対する屈折率
νｊ：大きな共役側から数えて第ｊ番目のレンズの材質のアッべ数
非球面形状は、光軸方向の座標：Ｚ、光軸直行方向の座標：ｈ、軸上曲率半径：Ｒｉ、円錐定数：Ｋ、非球面係数：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを用いる周知の式：
Ｚ＝（１／Ｒｉ）・ｈ２／［１＋√｛１−（Ｋ＋１）・（１／Ｒｉ）２・ｈ２｝］＋Ａ・ｈ４＋Ｂ・ｈ６＋Ｃ・ｈ８＋Ｄ・ｈ１０
で表す。
計算基準波長は５５０ｎｍである。
【００３８】
下記の実施例１〜４のワイドコンバータレンズと組み合わせられるマスタレンズのデータは以下のとおりである。
【００３９】
2005031354.tif 000003
【００４０】
（＊）印を付した面は非球面であり、非球面係数は下記のとおりである。
2005031354.tif 000004
上の表記に於いて例えば「０．２５６７９５Ｅ−１２」は「０．２５６７９５×１０−１２」を意味する。以下においても同様である。
【００４１】
図２に、このマスタレンズのレンズ構成を示す。符号ＭＬが「マスタレンズ」を示す。この例はプロジェクタ用の光学系を示し、符号ＰＲは「色合成用のプリズム」を示している。また、図３に、このマスタレンズの横収差図、図４に縦収差図を示す。
【００４２】
【実施例】
以下に挙げる実施例１〜４は、上記マスタレンズの大きな共役側に付加されてマスタレンズの倍率を略０．８倍小さくするように設定されている。
【００４３】
2005031354.tif 000005
【００４４】
「Ｄ８」は、ワイドコンバータレンズとマスタレンズの間の空気間隔を示す。
【００４５】
各条件のパラメータの値
条件（１）      １．００
条件（２）      １．００
条件（３）      ０．０８
条件（４）    ４７．２
条件（５）      ０．７９
図５に実施例１のワイドコンバータレンズのレンズ構成を示す。
【００４６】
2005031354.tif 000006
「Ｄ７」は、ワイドコンバータレンズとマスタレンズの間の空気間隔を示す。
【００４７】
各条件のパラメータの値
条件（１）      １．３６
条件（２）      ０．９０
条件（３）      ０．１８
条件（４）    ５２．２
条件（５）      ０．９０
図８に実施例２のワイドコンバータレンズのレンズ構成を示す。
【００４８】
2005031354.tif 000007
「Ｄ７」は、ワイドコンバータレンズとマスタレンズの間の空気間隔を示す。
【００４９】
各条件のパラメータの値
条件（１）      １．５９
条件（２）      ０．９２
条件（３）      ０．２３
条件（４）    ５２．２
条件（５）      ０．８６
図１１に実施例３のワイドコンバータレンズのレンズ構成を示す。
【００５０】
2005031354.tif 000008
「Ｄ８」は、ワイドコンバータレンズとマスタレンズの間の空気間隔を示す。
【００５１】
各条件のパラメータの値
条件（１）      １．００４
条件（２）      ０．８７
条件（３）      ０．０８
条件（４）    ４７．２
条件（５）      ０．８３
図１４に実施例４のワイドコンバータレンズのレンズ構成を示す。
【００５２】
図６及び図７に、実施例１のワイドコンバータレンズを上記マスタレンズに組み合わせたときの縦収差図及び横収差図を示す。
図９及び図１０に、実施例２のワイドコンバータレンズを上記マスタレンズに組み合わせたときの縦収差図及び横収差図を示す。
図１２及び図１３に、実施例３のワイドコンバータレンズを上記マスタレンズに組み合わせたときの縦収差図及び横収差図を示す。
【００５３】
図１５及び図１６に、実施例４のワイドコンバータレンズを上記マスタレンズに組み合わせたときの縦収差図及び横収差図を示す。
【００５４】
各収差図中において、「Ｇ」は波長５５０ｎｍでの収差、「Ｒ」は波長６１０ｎｍでの収差、「Ｂ」は波長４５０ｎｍでの収差を示し、「Ｓ」は波長５５０ｎｍでのサジタル像面、「Ｔ」は波長５５０ｎｍでのタンジェンシャル像面を表す。
【００５５】
これら収差図から明らかなように、実施例１〜３のワイドコンバータレンズは、上記マスタレンズの「大きな共役側」に付加されたとき、マスタレンズの縦収差・横収差の劣化が少なく、歪曲収差の劣化は、絶対値で０．５％程度の増加に留まり、拡大側の倍率を０．８倍程度減少させることができている。
【００５６】
したがって、例えば、上記マスタレンズを投射レンズとするプロジェクタ等の公知の光学装置に、実施例１〜３の任意のものを付加レンズとして用いることにより、請求項９記載の光学装置を実施することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば新規なワイドコンバータレンズおよびそれを用いた光学装置を実現できる。この発明のワイドコンバータレンズは上記の如く、汎用性に富み、マスタレンズの性能を大きく損なうことなくマスタレンズをさらに広角化させることができる。したがって、このワイドコンバータレンズを付加レンズとする光学装置は、性能良好でより広角な仕様を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１記載のワイドコンバータレンズの断面図を示す図である。
【図２】実施例のワイドコンバータレンズを付加されるマスタレンズの断面図を示す図である。
【図３】図２のマスタレンズの縦収差図を示す図である。
【図４】図２のマスタレンズの横収差図を示す図である。
【図５】実施例１のワイドコンバータレンズの断面図を示す図である。
【図６】実施例１の縦収差図を示す図である。
【図７】実施例１の横収差図を示す図である。
【図８】実施例２のワイドコンバータレンズの断面図を示す図である。
【図９】実施例２の縦収差図を示す図である。
【図１０】実施例２の横収差図を示す図である。
【図１１】実施例３のワイドコンバータレンズの断面図を示す図である。
【図１２】実施例３の縦収差図を示す図である。
【図１３】実施例３の横収差図を示す図である。
【図１４】実施例４のワイドコンバータレンズの断面図を示す図である。
【図１５】実施例４の縦収差図を示す図である。
【図１６】実施例４の横収差図を示す図である。
【符号の説明】
Ｌ１    第１レンズ
Ｌ２    第２レンズ
Ｌ３    第３レンズ
Ｌ４    第４レンズ
【図１】
2005031354.tif 000009
【図２】
2005031354.tif 000010
【図３】
2005031354.tif 000011
【図４】
2005031354.tif 000012
【図５】
2005031354.tif 000013
【図６】
2005031354.tif 000014
【図７】
2005031354.tif 000015
【図８】
2005031354.tif 000016
【図９】
2005031354.tif 000017
【図１０】
2005031354.tif 000018
【図１１】
2005031354.tif 000019
【図１２】
2005031354.tif 000020
【図１３】
2005031354.tif 000021
【図１４】
2005031354.tif 000022
【図１５】
2005031354.tif 000023
【図１６】
2005031354.tif 000024