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特開2024-64286光学系、撮像装置、及び水中撮像用アダプターレンズ群
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024064286
(43)【公開日】2024-05-14
(54)【発明の名称】光学系、撮像装置、及び水中撮像用アダプターレンズ群
(51)【国際特許分類】
   G02B 15/10 20060101AFI20240507BHJP
   G02B 13/00 20060101ALI20240507BHJP
【FI】
G02B15/10
G02B13/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022172759
(22)【出願日】2022-10-27
(71)【出願人】
【識別番号】000133227
【氏名又は名称】株式会社タムロン
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】弁理士法人 HARAKENZO WORLD PATENT & TRADEMARK
(72)【発明者】
【氏名】三觜 隆広
(72)【発明者】
【氏名】瀬川 敏也
【テーマコード(参考)】
2H087
【Fターム(参考)】
2H087KA01
2H087KA02
2H087LA01
2H087LA30
2H087MA04
2H087MA05
2H087NA06
2H087PA08
2H087PA09
2H087PA10
2H087PA12
2H087PA16
2H087PA19
2H087PA20
2H087PB10
2H087PB12
2H087PB13
2H087PB15
2H087PB16
2H087QA01
2H087QA02
2H087QA07
2H087QA14
2H087QA17
2H087QA18
2H087QA21
2H087QA22
2H087QA25
2H087QA26
2H087QA34
2H087QA42
2H087QA45
2H087RA32
2H087RA44
2H087SA87
(57)【要約】
【課題】水中撮像時であっても高品質の撮像を可能にする光学系、撮像装置、及び水中撮像用アダプターレンズ群を提供する。
【解決手段】光学系は、物体側から順に、水中撮像用アダプターレンズ群(G1)及び本機レンズ群(G2)を有し、水中撮像用アダプターレンズ群(G1)は、少なくとも1つの接合レンズを有し、2つの特定の式で表される特定の光学特性を有する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
物体側から順に、レンズ群として、水中撮像用アダプターレンズ群及び本機レンズ群のみから構成され、
前記水中撮像用アダプターレンズ群は、少なくとも1つの接合レンズを有し、
以下の式を満足する光学系。
0.40≦Lνd/Hνd≦0.95・・・・・(1)
25.0≦|ADF/REF|≦450.0・・・・・(2)
但し、
Lνd:前記接合レンズを構成するレンズの最小アッベ数
Hνd:前記接合レンズを構成するレンズの最大アッベ数
ADF:前記水中撮像用アダプターレンズ群の空気中での焦点距離
REF:前記本機レンズ群の空気中での焦点距離
【請求項2】
前記本機レンズ群は、絞りを有し、
以下の式を満足する、請求項1に記載の光学系。
2.0≦WST/f≦15.0・・・・・(3)
但し、
WST:前記光学系の最も物体側の面から前記絞りまでの光軸上の距離
f:前記光学系の空気中での焦点距離
【請求項3】
以下の式を満足する、請求項1に記載の光学系。
1.0≦tanRω/tanWω≦3.0・・・・・(4)
但し、
Rω:前記本機レンズ群の空気中での半画角
Wω:前記光学系の水中での半画角
【請求項4】
以下の式を満足する、請求項1に記載の光学系。
20.0≦|ADF/f|≦500.0・・・・・(5)
但し、
ADF:前記水中撮像用アダプターレンズ群の空気中での焦点距離
f:前記光学系の空気中での焦点距離
【請求項5】
以下の式を満足する、請求項1に記載の光学系。
20.0mm≦|ADR1×ADR2/(ADR1+ADR2)|≦700.0mm・・・・・(6)
但し、
ADR1:前記接合レンズにおける最も物体側のレンズ面の曲率半径
ADR2:前記接合レンズにおける最も像面側のレンズ面の曲率半径
【請求項6】
以下の式を満足する、請求項1に記載の光学系。
0.3≦ENP/WR≦3.5・・・・・(7)
但し、
ENP:前記光学系の最も物体側の面から前記光学系の入射瞳位置までの距離
WR:前記光学系の最も物体側の面を通過する光束の最大半径
【請求項7】
以下の式を満足する、請求項1に記載の光学系。
0.5≦REF/f≦1.5・・・・・(8)
但し、
f:前記光学系の空気中での焦点距離
【請求項8】
請求項1~7のいずれか一項に記載の光学系と、前記光学系の像面側に設けられた、前記光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備える、撮像装置。
【請求項9】
少なくとも1つの接合レンズを有し、下記式(1)を満足し、かつ本機レンズ群と1つの光学系を構成したときに下記式(2)を満足するように前記本機レンズ群に装着可能な水中撮像用アダプターレンズ群。
0.40≦Lνd/Hνd≦0.95・・・・・(1)
25.0≦|ADF/REF|≦450.0・・・・・(2)
但し、
Lνd:前記接合レンズを構成するレンズの最小アッベ数
Hνd:前記接合レンズを構成するレンズの最大アッベ数
ADF:前記水中撮像用アダプターレンズ群の空気中での焦点距離
REF:前記本機レンズ群の空気中での焦点距離
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学系、撮像装置、及び水中撮像用アダプターレンズ群に関する。
【背景技術】
【0002】
水中撮像用のレンズが従来技術として知られている。
【0003】
上記のようなレンズとしては、例えば、ドーム型カバーと少なくとも1枚の正レンズとを有する撮像光学系の物体側に装着可能な第1のコンバーター光学系を有するアタッチメント光学系が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
また、フロントコンバーターを構成する光学系のうち一部のレンズ群を光軸とほぼ直交する方向に変位させるための変位手段を備えたフロントコンバーターが知られている(例えば、特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2021-139976号公報
【特許文献2】特開平9-15667号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、従来の水中撮像用のレンズは、水中撮像時には、諸収差、特に倍率色収差及び像面湾曲を十分に補正することができず、水中撮像時と空気中撮像時とで光学性能の差が大きくなる。このように、従来の水中撮像用のレンズでは、周囲媒質に合わせて諸収差を十分に補正することができないという問題がある。
【0007】
例えば、特許文献1に記載のアタッチメント光学系では、倍率色収差及び像面湾曲を十分に補正することができないという問題がある。また、特許文献2に記載のフロントコンバーターでは、倍率色収差を十分に補正することができないという問題がある。
【0008】
本発明の一態様は、水中撮像時であっても高品質の撮像を可能にする光学系、撮像装置、及び水中撮像用アダプターレンズ群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】
前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光学系は、物体側から順に、レンズ群として、水中撮像用アダプターレンズ群及び本機レンズ群のみから構成され、前記水中撮像用アダプターレンズ群は、少なくとも1つの接合レンズを有し、以下の式を満足する。
0.40≦Lνd/Hνd≦0.95・・・・・(1)
25.0≦|ADF/REF|≦450.0・・・・・(2)
但し、
Lνd:前記接合レンズを構成するレンズの最小アッベ数
Hνd:前記接合レンズを構成するレンズの最大アッベ数
ADF:前記水中撮像用アダプターレンズ群の空気中での焦点距離
REF:前記本機レンズ群の空気中での焦点距離
【0010】
また、前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る撮像装置は、前記の光学系と、前記光学系の像面側に設けられた、前記光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備える。
【0011】
また、前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る水中撮像用アダプターレンズ群は、少なくとも1つの接合レンズを有し、下記式(1)を満足し、かつ本機レンズ群と1つの光学系を構成したときに下記式(2)を満足するように前記本機レンズ群に装着可能である。
0.40≦Lνd/Hνd≦0.95・・・・・(1)
25.0≦|ADF/REF|≦450.0・・・・・(2)
但し、
Lνd:前記接合レンズを構成するレンズの最小アッベ数
Hνd:前記接合レンズを構成するレンズの最大アッベ数
ADF:前記水中撮像用アダプターレンズ群の空気中での焦点距離
REF:前記本機レンズ群の空気中での焦点距離
【発明の効果】
【0012】
本発明の一態様によれば、水中撮像時であっても高品質の撮像を可能にする光学系、撮像装置、及び水中撮像用アダプターレンズ群を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】実施例1の光学系の水中撮像時における光学的な構成を模式的に示す図である。
図2】実施例1の光学系の空気中撮像時における光学的な構成を模式的に示す図である。
図3】実施例1の光学系の水中撮像時における縦収差を示す図である。
図4】実施例1の光学系の空気中撮像時における縦収差を示す図である。
図5】実施例2の光学系の水中撮像時における光学的な構成を模式的に示す図である。
図6】実施例2の光学系の空気中撮像時における光学的な構成を模式的に示す図である。
図7】実施例2の光学系の水中撮像時における縦収差を示す図である。
図8】実施例2の光学系の空気中撮像時における縦収差を示す図である。
図9】実施例3の光学系の水中撮像時における光学的な構成を模式的に示す図である。
図10】実施例3の光学系の空気中撮像時における光学的な構成を模式的に示す図である。
図11】実施例3の光学系の水中撮像時における縦収差を示す図である。
図12】実施例3の光学系の空気中撮像時における縦収差を示す図である。
図13】実施例4の光学系の水中撮像時における光学的な構成を模式的に示す図である。
図14】実施例4の光学系の空気中撮像時における光学的な構成を模式的に示す図である。
図15】実施例4の光学系の水中撮像時における縦収差を示す図である。
図16】実施例4の光学系の空気中撮像時における縦収差を示す図である。
図17】実施例5の光学系の水中撮像時における光学的な構成を模式的に示す図である。
図18】実施例5の光学系の空気中撮像時における光学的な構成を模式的に示す図である。
図19】実施例5の光学系の水中撮像時における縦収差を示す図である。
図20】実施例5の光学系の空気中撮像時における縦収差を示す図である。
図21】本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成の一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。本実施形態は、より詳しくは、水中での養殖における魚介類の撮像用途、及び水中ドローン等の水中カメラ用途に好適な光学系及び撮像装置に関する。但し、以下に説明する当該光学系及び撮像装置は、本発明に係る光学系及び撮像装置の一態様であって、本発明に係る光学系及び撮像装置は以下の態様に限定されない。
【0015】
1.光学系
1-1.光学的構成
本発明の一実施形態に係る光学系は、物体側から順に、レンズ群として、水中撮像用アダプターレンズ群及び本機レンズ群のみから構成される。
【0016】
なお、本明細書中において、「水」には、真水だけでなく、海水も含まれ、「水中撮像」には、真水中撮像だけでなく、海水中撮像も含まれる。当該光学系は、海水中撮像においても、真水中撮像と同様の効果を有する。
【0017】
(1)水中撮像用アダプターレンズ群
水中撮像用アダプターレンズ群は、本機レンズ群の物体側に装着されるレンズ群であり、水中撮像用に用いることができる。水中撮像用アダプターレンズ群は、物体側の媒体(水か空気か)の違いに起因する収差を補正するための光学要素である。水中撮像用アダプターレンズ群は、少なくとも1つの接合レンズを有する。接合レンズは、一般的に屈折力がつきにくいため、球面収差が出にくいという利点を有している。水中撮像用アダプターレンズ群は、像面湾曲を良好に補正する観点から、少なくとも1枚の負の屈折力を有するレンズを有することが好ましい。また、水中撮像用アダプターレンズ群は、当該負の屈折力を有するレンズによって生じる軸上色収差及び倍率色収差を良好に補正する観点から、少なくとも1枚の正の屈折力を有するレンズを有することが好ましい。さらに、水中撮像用アダプターレンズ群は、倍率色収差及び像面湾曲を良好に補正する観点から、負の屈折力を有するレンズと正の屈折力を有するレンズとの接合レンズを少なくとも1つ有することがより好ましい。当該接合レンズは、耐水性及び対候性の観点から、当該負の屈折力を有するレンズが、当該正の屈折力を有するレンズよりもアッベ数が小さく、かつ、当該正の屈折力を有するレンズよりも物体側に配置されていることが好ましい。これは、アッベ数が大きい硝材は、一般的に耐水性及び対候性が低いために、なるべく像面側に配置することで、アッベ数が大きい当該正の屈折力を有するレンズが水及び天候がもたらす要因に対して影響を受けるリスクの最小化に有効となる。
【0018】
接合レンズとしては、例えば、空気間隔を介することなく複数のレンズが一体化した接合レンズが挙げられる。接合レンズの別の例としては、非常に薄く、光学的に実質的に影響しない厚さの接着剤により接合されている複数のレンズが一体化した接合レンズが挙げられる。この場合は、接着剤の層はレンズとして数えない。例えば、2枚のレンズが接着剤の層を介して接合した接合レンズは2枚レンズと数えられる。接合レンズは、3枚以上のレンズを有していてもよい。
【0019】
水中撮像用アダプターレンズ群は、少なくとも1つの接合レンズを有していればよく、複数の接合レンズを含んでいても、接合レンズ以外の単レンズを含んでいてもよい。水中撮像用アダプターレンズ群が複数の接合レンズを含む場合、少なくとも1つの接合レンズが、少なくとも後述する式(1)、(2)を満たしていればよい。水中撮像用アダプターレンズ群は、水中撮像用アダプターレンズ群が補正すべき収差を水と空気という媒質の違いによる収差のみに留める観点から、1つの接合レンズのみを有することが好ましい。
【0020】
水中撮像用アダプターレンズ群は、前述したように、光学系においてより物体側に位置するレンズ群であり、前述の接合レンズを含む。水中撮像用アダプターレンズ群は、例えば、上記の接合レンズを含み、かつ、本明細書に記載の水中撮像用アダプターレンズ群の光学特性のうちの所望の光学特性を発現するためのレンズの集合とすることができ、当該所望の光学特性を発現するのに最も簡素なレンズによる構成とすることができ、あるいは、上記の結合レンズ及びそれに対して相対的に固定されているレンズの集合、とすることができる。
【0021】
(2)本機レンズ群
本機レンズ群は、空気中撮像時に単独で撮像するためのレンズ群である。本機レンズ群は、単焦点レンズであっても、ズームレンズであってもよい。本機レンズ群は、少なくとも後述する式(2)を満たす構成であれば、具体的な構成は限定されない。本実施形態では、水中撮像用アダプターレンズ群よりも像面側のレンズは、本機レンズ群を構成する。よって、当該光学系は、水中撮像用アダプターレンズ群の物体側、水中撮像用アダプターレンズ群と本機レンズ群との間、本機レンズ群の像面側には他のレンズ群は含まれない。
【0022】
(3)絞り
当該光学系は、絞りを有していることがフレアの発生を防止する観点から好ましい。但し、いう絞りは、当該光学系の光束径を規定する絞り、すなわち当該光学系のFナンバーを規定する絞りをいう。絞りは、当該光学系の径小化の観点から、本機レンズ群に配置されていることが好ましい。
【0023】
(4)レンズ以外の構成
【0024】
当該光学系は、水中撮像用アダプターレンズ群及び本機レンズ群以外の他の光学素子を含んでいてもよい。他の光学素子の好ましい一例として、水中撮像用アダプターレンズ群よりも物体側に配置されるガラス部材が挙げられる。
【0025】
本明細書において、光学系の最も物体側の面は、当該光学系が物体側の媒質に直接接触する面である。当該媒質が水である場合、光学系の最も物体側の面は、当該光学系と水との境界面である。より具体的には、水中撮像用アダプターレンズ群よりも物体側にガラス部材を備えている場合の光学系の最も物体側の面は、当該ガラス部材の物体側の面である。また、水中撮像用アダプターレンズ群よりも物体側にガラス部材を備えていない場合の光学系の最も物体側の面は、水中撮像用アダプターレンズ群の最も物体側のレンズの物体側の面である。
【0026】
光学系が水と接し、かつ光学系の最も物体側の面が曲面の場合では、一般に像面湾曲が生じる。水中撮像用アダプターレンズ群が補正する収差を最小限に抑える観点から、光学系の最も物体側の面は平面であることが好ましい。当該ガラス部材は、例えばガラス製の平板であり、当該平板は、当該境界面を平面とする観点から好ましい。
【0027】
また、当該光学系は、本発明の効果が得られる範囲において、フィルター等のレンズ以外の光学素子を含んでいてよい。例えば、本実施形態の光学系は、可視光域用途の観点から、本機レンズ群の像面側にIR(赤外線)カットフィルターを有することが好ましい。
【0028】
また、当該光学系は、水中撮像用アダプターレンズ群を本機レンズ群に対して着脱可能にする構成をさらに有していてもよい。例えば、当該光学系は、水中撮像用アダプターレンズ群を有するアダプターであって、本機レンズ群を有する鏡筒の端に着脱自在なアダプターをさらに有していてもよい。このような構成は、水中撮像用アダプターレンズ群を本機レンズ群に対して着脱自在にすることができ、当該構成を有する光学系は、水中での撮像と空気中での撮像とをユーザが任意に選択可能な水陸両用の撮像装置を構成するのに好適である。当該光学系は、媒質が水であることによる倍率色収差及び像面湾曲を十分に補正する観点から、水中での撮像時は水中撮像用アダプターレンズ群と本機レンズ群とによって構成されることが好ましい。また、当該光学系は、空気中での光学性能を十分に発揮する観点から、空気中(陸上)での撮像時は、水中撮像用アダプターレンズ群を含まず、本機レンズ群のみから構成されることが好ましい。
【0029】
1-2.フォーカシング時の動作
水中撮影時におけるフォーカシングに際して、水中撮像用アダプターレンズ群及び本機レンズ群は、両レンズ群間の間隔を保ったまま、光軸に沿って物体側に移動することが好ましい。その際、ガラス部材は動かず固定されていても良い。使用形態及び画質の許容範囲によっては、ガラス部材及び水中撮像用アダプターレンズ群に対して本機レンズ群が光軸に沿って物体側に移動すること、又は本機レンズ群の一部を光軸方向に移動することによってフォーカシングしてもよい。また、空気中撮影時におけるフォーカシングに際しても、本機レンズ群の全部が光軸に沿って物体側へ移動することが好ましく、本機レンズ群の一部が光軸に沿って移動してもよい。
【0030】
1-3.光学系の条件を表す式
本実施形態に係る光学系は、前述した構成を採用すると共に、次に説明する式を少なくとも1つ以上満足することが望ましい。
【0031】
1-3-1.式(1)
0.40≦Lνd/Hνd≦0.95・・・・・(1)
但し、
Lνd:接合レンズを構成するレンズの最小アッベ数
Hνd:接合レンズを構成するレンズの最大アッベ数
【0032】
式(1)は、水中撮像用アダプターレンズ群に使用されている材料の波長分散値の比を規定している。具体的には、接合レンズを構成するレンズの最大アッベ数に対する接合レンズを構成するレンズの最小アッベ数を適切に設定するための式である。式(1)を満足することは、空気中での撮像から水中での撮像に切り替えた際の倍率色収差を良好に補正する観点から好ましい。
【0033】
Lνd/Hνdが式(1)の下限を下回る場合、空気中撮像から水中撮像に切り替えた際の倍率色収差の補正が過剰となることがある。また、Lνd/Hνdが式(1)の上限を上回る場合、空気中での撮像から水中での撮像に切り替えた際の倍率色収差の補正が不十分となることがある。
【0034】
空気中での撮像から水中での撮像に切り替えた際の倍率色収差を十分に補正する観点から、Lνd/Hνdは、0.44以上であることがより好ましく、0.48以上であることがさらに好ましい。また、空気中での撮像から水中での撮像に切り替えた際の倍率色収差が過剰に補正されることを防止する観点から、Lνd/Hνdは、0.90以下であることがより好ましく、0.89以下であることがさらに好ましい。
【0035】
水中撮像用アダプターレンズ群が負の屈折力を有するレンズと正の屈折力を有するレンズとの接合レンズを有する場合、当該負の屈折力を有するレンズのアッベ数がLνd、当該正の屈折力を有するレンズのアッベ数がHνdであることがより好ましい。
【0036】
1-3-2.式(2)
本実施形態に係る光学系は、以下の式を満足することが好ましい。
25.0≦|ADF/REF|≦450.0・・・・・(2)
但し、
ADF:水中撮像用アダプターレンズ群の空気中での焦点距離
REF:本機レンズ群の空気中での焦点距離
【0037】
なお、本機レンズ群がズームレンズである場合、REFは、ズームレンズの空気中での無限遠合焦時における広角端での焦点距離である。なお、本明細書中において、「空気中での」とは、「少なくとも光学系の最も物体側の面が空気と接触し、かつ、各レンズ間の媒質は空気である状態での」との意味である。
【0038】
式(2)は、水中撮像用アダプターレンズ群と本機レンズ群の焦点距離の比を規定している。具体的には、本機レンズ群の空気中での焦点距離に対する水中撮像用アダプターレンズ群の空気中での焦点距離の絶対値を適切に設定するための式である。式(2)を満足することは、空気中での撮像から水中での撮像に切り替えた際の像面湾曲を良好に補正する観点から好ましい。
【0039】
|ADF/REF|が式(2)の下限を下回る場合、空気中での撮像から水中での撮像に切り替えた際の像面湾曲の補正が過剰となることがある。また、|ADF/REF|が式(2)の上限を上回る場合、空気中での撮像から水中での撮像に切り替えた際の像面湾曲の補正が不十分となることがある。
【0040】
空気中での撮像から水中での撮像に切り替えた際の像面湾曲が過剰に補正されることを防止する観点から、|ADF/REF|は、27.0以上であることが好ましく、28.0以上であることがさらに好ましい。また、空気中での撮像から水中での撮像に切り替えた際の像面湾曲を十分に補正する観点から、|ADF/REF|は、400.0以下であることが好ましく、375.0以下であることがさらに好ましい。
【0041】
1-3-3.式(3)
本実施形態に係る光学系は、本機レンズ群が絞りを有する場合、以下の式を満足することが好ましい。
2.0≦WST/f≦15.0・・・・・(3)
但し、
WST:光学系の最も物体側の面から絞りまでの光軸上の距離
f:光学系の空気中での焦点距離
【0042】
式(3)は、光学系の最も物体側の面から絞りまでの距離と光学系の焦点距離の比を規定している。具体的には、光学系の空気中での焦点距離に対する光学系の最も物体側の面から絞りまでの光軸上の距離を適切に設定するための式である。式(3)を満足することは、光学系の全長をコンパクトにすることが可能となる観点から好ましい。
【0043】
WST/fが式(3)の下限を下回る場合、光学系の全長を短縮することが容易となるものの、像面湾曲を十分に補正することが困難となることがある。また、WST/fが式(3)の上限を上回る場合、光学系の全長が長くなり、所望の全長を達成することが困難となることがある。
【0044】
像面湾曲を十分に補正する観点から、WST/fは、2.5以上であることがより好ましく、3.0以上であることがさらに好ましい。また、所望の全長を達成する観点から、WST/fは、12.0以下であることがより好ましく、10.0以下であることがさらに好ましい。
【0045】
1-3-4.式(4)
本実施形態に係る光学系は、以下の式を満足することが好ましい。
1.0≦tanRω/tanWω≦3.0・・・・・(4)
但し、
Rω:本機レンズ群の空気中での半画角
Wω:光学系の水中での半画角
【0046】
なお、本明細書中において、「水中での」とは、「少なくとも光学系の最も物体側の面が水と接触し、かつ、各レンズ間の媒質は空気である状態での」との意味である。各レンズ間の媒質は空気である。
【0047】
式(4)は、本機レンズ群の空気中での半画角と光学系の水中での半画角の比を規定している。具体的には、光学系の水中での半画角に対する本機レンズ群の空気中での半画角を適切に設定するための式である。式(4)を満足することは、水中撮像時の画角を広角化しつつ、像面湾曲を十分に補正することが可能となる観点から好ましい。
【0048】
tanRω/tanWωが式(4)の下限を下回る場合、水中撮像時での像面湾曲の補正が容易となるが、水中撮像時での広角化が困難となることがある。また、tanRω/tanWωが式(4)の上限を上回る場合、水中撮像時での広角化が容易となるが、水中撮像時での像面湾曲の補正が困難となることがある。
【0049】
水中撮像時での広角化を容易にする観点から、tanRω/tanWωは、1.2以上であることがより好ましく、1.4以上であることがさらに好ましい。また、水中撮像時での像面湾曲を良好に補正する観点から、tanRω/tanWωは、2.5以下であることがより好ましく、2.2以下であることがさらに好ましい。
【0050】
1-3-5.式(5)
本実施形態に係る光学系は、以下の式を満足することが好ましい。
20.0≦|ADF/f|≦500.0・・・・・(5)
但し、
ADF:水中撮像用アダプターレンズ群の空気中での焦点距離
f:光学系の空気中での焦点距離
【0051】
式(5)は、水中撮像用アダプターレンズ群の焦点距離と光学系の焦点距離との比を規定している。具体的には、光学系の空気中での焦点距離に対する水中撮像用アダプターレンズ群の空気中での焦点距離の絶対値を適切に設定するための式である。式(5)を満足することは、水中撮像時の像面湾曲を良好に補正する観点から好ましい。
【0052】
|ADF/f|が式(5)の下限値を下回る場合、像面湾曲の補正が過剰となることがある。また、|ADF/f|が式(5)の上限値を上回る場合、像面湾曲の補正が不十分となることがある。
【0053】
像面湾曲を過剰に補正することを防止する観点から、|ADF/f|は、25.0以上であることがより好ましく、30.0以上であることがさらに好ましい。また、広角端での像面湾曲を十分に補正する観点から、|ADF/f|は、400.0以下であることがより好ましく、375.0以下であることがさらに好ましい。
【0054】
1-3-6.式(6)
本実施形態に係る光学系は、以下の式を満足することが好ましい。
20.0mm≦|ADR1×ADR2/(ADR1+ADR2)|≦700.0mm・・・・・(6)
但し、
ADR1:水中撮像用アダプターレンズ群の接合レンズにおける最も物体側のレンズ面の曲率半径
ADR2:水中撮像用アダプターレンズ群の接合レンズにおける最も像面側のレンズ面の曲率半径
【0055】
なお、水中撮像用アダプターレンズ群の接合レンズにおける最も物体側のレンズ面とは、水中撮像用アダプターレンズ群の接合レンズにおける最も物体側のレンズの物体側の面である。また、水中撮像用アダプターレンズ群の接合レンズにおける最も像面側のレンズ面は、水中撮像用アダプターレンズ群の接合レンズにおける最も像面側のレンズの像面側の面である。
【0056】
式(6)は、水中撮像用アダプターレンズ群を構成する接合レンズの形状を規定している。具体的には、当該接合レンズにおける最も物体側のレンズ面の曲率半径と当該接合レンズにおける最も像面側のレンズ面の曲率半径との和に対する、当該物体側のレンズ面の曲率半径と当該像面側のレンズ面の曲率半径との積の絶対値を適切に設定するための式である。式(6)を満足することは、球面収差と像面湾曲の収差補正を良好にすることができる観点から好ましい。
【0057】
|ADR1×ADR2/(ADR1+ADR2)|が式(6)の下限を下回る場合、水中撮像用アダプターレンズ群による球面収差の補正が困難となることがある。また、|ADR1×ADR2/(ADR1+ADR2)|が式(6)の上限を上回る場合、水中撮像用アダプターレンズ群による像面湾曲の補正が困難となることがある。
【0058】
水中撮像用アダプターレンズ群による球面収差を良好に補正する観点から、|ADR1×ADR2/(ADR1+ADR2)|は、30.0mm以上であることがより好ましく、40.0mm以上であることがさらに好ましい。また、水中撮像用アダプターレンズ群による像面湾曲を良好に補正する観点から、|ADR1×ADR2/(ADR1+ADR2)|は、650.0mm以下であることがより好ましく、620.0mm以下であることがさらに好ましい。
【0059】
1-3-7.式(7)
本実施形態に係る光学系は、以下の式を満足することが好ましい。
0.3≦ENP/WR≦3.5・・・・・(7)
但し、
ENP:光学系の最も物体側の面から光学系の入射瞳位置までの距離
WR:光学系の最も物体側の面を通過する光束の最大半径
【0060】
式(7)は、入射瞳位置と光学系の最も物体側の面での光束の最大半径との比を規定している。光束の最大半径とは、レンズ面を通過する光線のうち最も光軸から離れた位置を通過する光線の光軸からの高さを半径とする円の半径のことをいう。具体的には、光学系の最も物体側の面を通過する光束の最大半径に対する光学系の最も物体側の面から光学系の入射瞳位置までの距離を適切に設定するための式である。式(7)を満足することは、光学系が空気中撮像において発現する光学性能を水中撮像においても維持しつつ広角化と径小化が可能となる観点から好ましい。
【0061】
ENP/WRが式(7)の下限値を下回る場合、広角化が容易となるが光学系が空気中撮像において発現する光学性能を水中撮像においても維持することが困難となることがある。また、ENP/WRが式(7)の上限値を上回る場合、光学系が空気中撮像において発現する光学性能を水中撮像においても維持しつつ径小化は容易であるが、広角化することが困難となることがある。
【0062】
光学系が空気中撮像において発現する光学性能を水中撮像においても維持する観点から、ENP/WRは、0.4以上であることがより好ましく、0.5以上であることがさらに好ましい。また、広角化する観点から、ENP/WRは、3.3以下であることがより好ましく、3.1以下であることがさらに好ましい。
【0063】
1-3-8.式(8)
本実施形態に係る光学系は、以下の式を満足することが好ましい。
0.5≦REF/f≦1.5・・・・・(8)
但し、
REF:本機レンズ群の空気中での焦点距離
f:光学系の空気中での焦点距離
【0064】
式(8)は、本機レンズ群の焦点距離と光学系の焦点距離との比を規定している。具体的には、光学系の空気中での焦点距離に対する本機レンズ群の空気中での焦点距離を適切に設定するための式である。式(8)を満足することは、空気中撮像と水中撮像での像面湾曲を良好に補正する観点から好ましい。
【0065】
REF/fが式(8)の下限値を下回る場合、空気中撮像での像面湾曲を良好に補正することが困難となることがある。また、REF/fが式(8)の上限値を上回る場合、水中撮像での像面湾曲を良好に補正することが困難となることがある。
【0066】
空気中撮像での像面湾曲を良好に補正する観点から、REF/fは、0.7以上であることがより好ましく、0.9以上であることがさらに好ましい。また、水中撮像での像面湾曲を良好に補正する観点から、REF/fは、1.3以下であることがより好ましく、1.2以下であることがさらに好ましい。
【0067】
2.撮像装置
次に、本発明の一実施形態に係る撮像装置について説明する。当該撮像装置は、上記実施形態に係る光学系と、当該光学系の像面側に設けられた、当該光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備える。
【0068】
ここで、撮像素子に限定はなく、撮像素子には、CCD(Charge Coupled Device)センサ及びCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサなどの固体撮像素子を用いることができ、銀塩フィルム等も用いることができる。本実施形態に係る撮像装置は、デジタルカメラ及びビデオカメラ等の、上記の固体撮像素子を用いた撮像装置に好適である。また、当該撮像装置は、レンズが筐体に固定されたレンズ固定式の撮像装置であってもよいし、一眼レフカメラ及びミラーレス一眼カメラ等のレンズ交換式の撮像装置であってもよい。特に、本実施形態に係る光学系は交換レンズシステムに好適なバックフォーカスを確保することができる。そのため、光学式ファインダー、位相差センサ及びこれらに光を分岐するためのリフレックスミラー等を備えた一眼レフカメラ等の撮像装置に好適である。
【0069】
図21は、本実施形態に係る撮像装置の構成の一例を模式的に示す図である。図21に示されるように、カメラ1は、本体2及び本体2に着脱可能な鏡筒3を有している。カメラ1は、撮像装置の一態様である。
【0070】
鏡筒3は、光学系30を有している。光学系30は、物体側から、ガラス部材31、水中撮像用アダプターレンズ群32及び本機レンズ群33をこの順で備えている。光学系30は、例えば前述した式(1)、(2)を満足するように構成されている。なお、本機レンズ群33内には、絞り34が配置されている。
【0071】
ガラス部材31は、ガラス製の平板である。ガラス部材31は、Oリングなどのシール部材を介して鏡筒3を水密に塞いでおり、水中撮像時における窓となっているとともに鏡筒3内への浸水を防いでいる。
【0072】
水中撮像用アダプターレンズ群32は、正の屈折力を有しており、前述の水中撮像用アダプターレンズ群に相当する。本機レンズ群33は、正の屈折力を有しており、前述の本機レンズ群に相当する。
【0073】
本体2は、撮像素子としてのCCDセンサ21及びカバーガラス22を有している。CCDセンサ21は、本体2中における、本体2に装着された鏡筒3内の光学系30の光軸OAが中心軸となる位置に配置されている。本体2は、カバーガラス22の代わりに、実質的な屈折力を有さない平行平板を有していてもよい。
【0074】
なお、図示しないが、カメラ1は、水中撮像が可能に構成されていてよく、例えば防水仕様の構造で構成されていてもよいし、樹脂製の防水部材中に撮像可能に収容されていてもよい。あるいは、カメラ1は、本体2に装着される、本機レンズ群33を有する第一鏡筒と、第一鏡筒を収容した状態で本体2に装着され、本機レンズ群の物体側に位置するように像面側から水中撮像用アダプターレンズ群32とガラス部材31とを有する第二鏡筒と、を有する二重構造の鏡筒を装着可能に構成されていてもよい。なお、「水中撮像」とは、「少なくとも光学系30の最も物体側の面が水と接触した状態での撮像」であり、当該面よりも像面側のカメラ1の領域は水と接触していてもよいし、水と接触していなくてもよい。つまり、水中撮像時に、カメラ1全体が水に浸かっている必要はない。
【0075】
また、水中撮像用アダプターレンズ群32を有するとともに水中撮像用アダプターレンズ群32を本機レンズ群33から着脱自在な構成は、特定の本機レンズ群33に適用される水中撮像用アダプターレンズ群32を、本機レンズ群33を有する撮像装置に後から適用することを可能にする。よって、当該着脱自在な構成は、既存の撮像用レンズに対応する水中撮像用アダプターレンズ群を提供することを可能にする。
【0076】
本実施形態に係る撮像装置は、撮像素子により取得した撮像画像データを電気的に加工して、撮像画像の形状を変化させる画像処理部、ならびに、当該画像処理部において撮像画像データを加工するために用いる画像補正データ及び画像補正プログラム等を保持する画像補正データ保持部、等を有することがより好ましい。
【0077】
光学系を小型化した場合、結像面において結像された撮像画像形状の歪み(歪曲)が生じやすくなる。その際、撮像画像形状の歪みを補正することが好ましい。当該補正は、例えば、画像補正データ保持部に予め撮像画像形状の歪みを補正するための歪み補正データを保持させておき、上記画像処理部において、画像補正データ保持部に保持された歪み補正データを用いることによって実施することができる。このような撮像装置によれば、光学系の小型化をより一層図ることができ、秀麗な撮像画像を得ると共に、撮像装置全体の小型化を図ることができる。
【0078】
さらに、本実施形態に係る撮像装置において、上記画像補正データ保持部に予め倍率色収差補正データを保持させておくことが好ましい。また、上記画像処理部において、画像補正データ保持部に保持された倍率色収差補正データを用いて、当該撮像画像の倍率色収差補正を行わせることが好ましい。画像処理部により、倍率色収差、すなわち、色の歪曲収差を補正することで、光学系を構成するレンズの数、特に本機レンズ群のレンズの数、を削減することが可能になる。そのため、このような撮像装置によれば、光学系の小型化をより一層図ることができ、秀麗な撮像画像を得ると共に、撮像装置全体の小型化を図ることができる。
【0079】
本発明は、上述した各実施形態に限定されず、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。
【0080】
(まとめ)
従来の一般的なレンズを有する水中用撮像装置としては、レンズの前に水の流入を防止するための部材、及び耐圧のためにカメラ部を覆う安価な筐体又はドーム型カバーを適当に配するものが知られている。空気中での撮像で用いる一般的なレンズをそのまま水中撮像に用いても、画質の劣化が生じるという問題がある。具体的には、水中撮像時の倍率色収差及び像面湾曲は、空気中撮像時の倍率色収差及び像面湾曲に比べて劣るという問題がある。また、ドーム型カバーをレンズの物体側へ配した場合であっても、ドーム型カバーによる像面湾曲が発生し、発生した像面湾曲を補正するレンズもさらに必要になってしまうという問題がある。
【0081】
また、空気中撮像と水中撮像とでは、両者の収差補正の方向が互いに逆となる。そのため、当該撮像装置の光学系を共通の光学系とすると、最終的に空気中の撮像と水中での撮像との画質の両立を図る光学系ととなり、水中撮像における高精細な画質を得ることができないという問題がある。
【0082】
本発明の一実施形態に係る光学系は、本機レンズ群に、対応する水中撮像用アダプターレンズ群を装着することより、水中撮像時であっても倍率色収差及び像面湾曲を十分に補正することができる。そのため、本機レンズ群に、対応する水中撮像用アダプターレンズ群を装着することにより、本機レンズ群による空気中での所望の品質の撮像と同等の品質の撮像が水中で可能になる。それゆえ、本発明の一実施形態に係る光学系は、水中撮像時であっても高品質の撮像が可能である。
【0083】
近年、日本だけではなく世界中で広く魚介類が好まれ食されている。その魚介類の人気が高まるにつれて、天然の魚介類の乱獲及び海産資源の減少が世界的に問題化しつつある。その中で、海産資源の養殖は、国連が提唱する持続的可能な開発目標SDGsの目標14「海の豊かさを守ろう」等の理念に合致し求められている。
【0084】
養殖において、魚介類が少数で小規模な養殖であれば、人による目視に基づいて、育成及び出荷等の管理が可能である。その一方で、大規模な養殖であれば、人の目視に基づく適切な管理が困難となる。
【0085】
本発明の一実施形態に係る光学系は、本機レンズ群による空気中の撮像と同程度に、水中において微細部まで撮像可能である。このため、例えば、水中の魚介類の詳細部(例えば、鱗の形及び色、傷の有無、顔の詳細、並びに寄生虫の有無等)の撮像に適している。そのため、前述の本発明の実施形態に係る光学系及び撮像装置は、国連が提唱する持続的可能な開発目標SDGsの上記目標14の達成にも貢献することが期待される。
【0086】
本発明の一実施形態に係る光学系を魚介類の養殖に利用する例としては、例えは、まず、水中の魚介類を、本発明の一実施形態に係る光学系を備えた撮像装置の撮像可能エリアへ誘導させて、水中の魚介類を撮像する。本発明の一実施形態に係る光学系を備えた撮像装置により、水中の魚介類の大きさだけでなく詳細部まで高品質で撮像が可能である。撮像の結果に基づいて、魚介類を個体毎にランク又は出荷タイミングに合わせた階層等で選別することにより、魚介類の養殖を効率化することができる。そのため、より多くの魚介類を管理して養殖することが可能となる。
【0087】
魚介類としては、特にサーモンは世界的に人気であり、北欧においては多くの輸出量を占め大きなスケールで養殖が行われている。また、近年、日本においても、海の無い県でのマグロの養殖を試みられている等、魚介類の養殖が商業的に発展する可能性を秘めている。
【0088】
また、本発明の一実施形態に係る光学系は、上述した通り、本機レンズ群のみの状態での空気中撮像時の画像の品質と、水中撮像用アダプターレンズ群が本機レンズ群に装着された状態での水中撮像時の画像の品質とが同等である。そのため、水中撮像用アダプターレンズ群が本機レンズ群に装着された状態の水中撮像時の画質の評価を、本機レンズ群の画質の評価と同等とみなすことが可能である。したがって、例えば、水中撮像時の画質の評価のために用いる水槽を工場ラインに設置する必要がなくなるため、設備のコストをカットすることができる。その上、空気中撮像時の画質の評価に比べて非常に煩雑な水槽を用いた水中撮像時の画質の評価の手間をかける必要も無くすことができる。このような観点によれば、本発明の実施形態に係る光学系および撮像装置は、上記工場ラインの建設及び稼働における周辺環境への負荷の軽減に貢献することが期待される。よって、国連が提唱する持続的可能な開発目標SDGsの目標13「気候変動に具体的な対策を」及び目標15「陸の豊かさも守ろう」の達成にも貢献することが期待される。
【0089】
なお、魚介類の養殖への適用では、魚介類の映像に基づく管理の判定を、AI(Artificial Intelligence:人工知能)に実行させてもよい。例えば、育成過程の特定の過程に該当する魚介類又は出荷対象となる魚介類の基準となる画像を教師データとして学習させたAIに、魚介類の状態(適切に育っているか、あるいは出荷可能か)を判定させる処理を実行させてもよい。この場合、AIは、特定の制御装置で動作するものであってもよいし、他の装置(例えばエッジコンピュータ又はクラウドサーバ等)で動作するものであってもよい。本発明の実施形態に係る光学系及び撮像装置は、本機レンズ群による空気中での撮像の画質と同等の画質の水中画像を撮像可能であることから、上記のような画像診断に基づく技術にも適用可能である。
【0090】
以上の説明から明らかなように、本発明の態様1に係る光学系は、物体側から順に、レンズ群として、水中撮像用アダプターレンズ群及び本機レンズ群のみから構成され、水中撮像用アダプターレンズ群は、少なくとも1つの接合レンズを有し、以下の式を満足する光学系である。
0.40≦Lνd/Hνd≦0.95・・・・・(1)
25.0≦|ADF/REF|≦450.0・・・・・(2)
但し、
Lνd:前記接合レンズを構成するレンズの最小アッベ数
Hνd:前記接合レンズを構成するレンズの最大アッベ数
ADF:前記水中撮像用アダプターレンズ群の空気中での焦点距離
REF:前記本機レンズ群の空気中での焦点距離
【0091】
本発明の態様2に係る光学系は、前記の態様1において、本機レンズ群は、絞りを有し、以下の式を満足する、光学系としてもよい。
2.0≦WST/f≦15.0・・・・・(3)
但し、
WST:光学系の最も物体側の面から絞りまでの光軸上の距離
f:光学系の空気中での焦点距離
【0092】
本発明の態様3に係る光学系は、前記の態様1又は2において、以下の式を満足する、光学系としてもよい。
1.0≦tanRω/tanWω≦3.0・・・・・(4)
但し、
Rω:本機レンズ群の空気中での半画角
Wω:光学系の水中での半画角
【0093】
本発明の態様4に係る光学系は、前記の態様1~3のいずれか1つにおいて、以下の式を満足する、光学系としてもよい。
20.0≦|ADF/f|≦500.0・・・・・(5)
但し、
ADF:水中撮像用アダプターレンズ群の空気中での焦点距離
f:光学系の空気中での焦点距離
【0094】
本発明の態様5に係る光学系は、前記の態様1~4のいずれか1つにおいて、以下の式を満足する、光学系としてもよい。
20.0mm≦|ADR1×ADR2/(ADR1+ADR2)|≦700.0mm・・・・・(6)
但し、
ADR1:接合レンズにおける最も物体側のレンズ面の曲率半径
ADR2:接合レンズにおける最も像面側のレンズ面の曲率半径
【0095】
本発明の態様6に係る光学系は、前記の態様1~5のいずれか1つにおいて、以下の式を満足する、光学系としてもよい。
0.3≦ENP/WR≦3.5・・・・・(7)
但し、
ENP:光学系の最も物体側の面から光学系の入射瞳位置までの距離
WR:光学系の最も物体側の面を通過する光束の最大半径
【0096】
本発明の態様7に係る光学系は、前記の態様1~6のいずれか1つにおいて、以下の式を満足する、光学系としてもよい。
0.5≦REF/f≦1.5・・・・・(8)
但し、
REF:本機レンズ群の空気中での焦点距離
f:光学系の空気中での焦点距離
【0097】
本発明の態様8に係る撮像装置は、前記の態様1~7のいずれか1つの光学系と、光学系の像面側に設けられた、光学系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備える、撮像装置としてもよい。
【0098】
本発明の態様9に係る水中撮像用アダプターレンズ群は、少なくとも1つの接合レンズを有し、下記式(1)を満足し、かつ本機レンズ群と1つの光学系を構成したときに下記式(2)を満足するように本機レンズ群に装着可能である。
0.40≦Lνd/Hνd≦0.95・・・・・(1)
25.0≦|ADF/REF|≦450.0・・・・・(2)
但し、
Lνd:接合レンズを構成するレンズの最小アッベ数
Hνd:接合レンズを構成するレンズの最大アッベ数
ADF:水中撮像用アダプターレンズ群の空気中での焦点距離
REF:本機レンズ群の空気中での焦点距離
【実施例0099】
本発明の一実施例について以下に説明する。なお、以下の各表において、長さの単位は全て「mm」であり、画角の単位は全て「°」である。
【0100】
[実施例1]
図1は、実施例1の光学系の水中撮像時における光学的な構成を模式的に示す図である。実施例1の光学系は、物体側から順に、水中撮像用アダプターレンズ群G1及び本機レンズ群G2から構成されている。水中撮像用アダプターレンズ群G1の物体側には、物体側及び像面側の両面が平面のガラス製の平板であるガラス部材Aが配置されている。本機レンズ群G2には絞りSが配置されている。図1に示す「IMG」は像面であり、本機レンズ群G2と像面IMGとの間には、カバーガラスCGが配置されている。図1に示す「F」はフォーカス群を示し、図1に示す水中撮像時における実施例1の光学系では、フォーカシング時において、ガラス部材A、水中撮像用アダプターレンズ群G1、及び本機レンズ群G2が、光軸に沿って物体側に移動する。
【0101】
水中撮像用アダプターレンズ群G1は、物体側から順に、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズから構成される。
【0102】
本機レンズ群G2は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に平面を向けた平凹レンズと、両凸レンズと、物体側に平面を向けた平凹レンズと両凸レンズとの接合レンズと、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズと、物体側に平面を向けた平凸レンズと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズとの接合レンズと、両凸レンズから構成される。
【0103】
図2は、実施例1の光学系の空気中撮像時における光学的な構成を模式的に示す図である。図1におけるガラス部材A及び水中撮像用アダプターレンズ群G1は着脱可能になっており、図2は、ガラス部材A及び水中撮像用アダプターレンズ群G1が取り外された状態を示している。図2に示す空気中撮像時における実施例1の光学系では、フォーカシング時において、本機レンズ群G2が、光軸に沿って物体側に移動する。
【0104】
次に、光学系の具体的数値を適用した例について説明する。表1は、実施例1の光学系の面データである。
【0105】
なお、本発明の実施例における面データの表において、「No.」は物体側から数えたレンズ面の順番、「r」はレンズ面の曲率半径、「d」はレンズ面の光軸上の間隔、「Nd」はd線(d-line、波長λ=587.56nm)に対する屈折率、「vd」はd線に対するアッベ数、「H」は有効半径を表す。また、面番号において「S」の表示は、絞りであることを表す。さらに、「d」の欄における「D(29)」等の表示は、レンズ面の光軸上の間隔がフォーカシング時に変化する可変間隔であることを意味する。
【0106】
表1において、No.1、2はガラス部材Aの面番号であり、No.3~5は水中撮像用アダプターレンズ群G1の面番号であり、No.6~27は本機レンズ群G2の面番号であり、No.28、29はカバーガラスCGの面番号である。なお、物体面の面番号は、表中の最小値よりも1小さく、「0」である。像面(IMG)の面番号は、表中の最大値よりも1大きく、本実施例では「30」である。
【0107】
[表1]
No. r d Nd vd H
物体面 INF OBJD 1.33304 55.72
1 INF 8.00 1.51680 64.20 42.26
2 INF 8.00 38.08
3 -425.00 3.00 1.75520 27.53 31.31
4 129.37 8.00 1.80420 46.50 28.47
5 -442.00 2.00 26.94
6 35.45 1.00 1.95906 17.47 18.85
7 24.63 6.35 1.83481 42.72 16.95
8 74.89 0.21 15.95
9 14.90 1.20 1.77250 49.62 10.25
10 9.15 1.94 7.90
11 12.90 1.00 1.72916 54.67 7.80
12 7.00 3.50 6.00
13 1262.00 3.00 1.69680 55.46 5.85
14 7.84 5.14 4.25
15 19.92 2.50 1.92286 20.88 4.05
16 -53.27 3.22 4.05
17S INF 2.75 2.25
18 194.40 1.00 1.84666 23.78 4.05
19 12.74 3.20 1.49700 81.61 4.20
20 -15.70 0.21 4.50
21 -53.00 1.35 1.88100 40.14 4.80
22 -22.70 0.15 5.05
23 240.00 3.20 1.49700 81.61 5.30
24 -10.20 1.10 2.00069 25.46 5.55
25 -19.17 0.83 6.10
26 22.08 4.50 1.59282 68.62 6.85
27 -30.48 10.55 6.90
28 INF 0.75 1.51633 64.14 5.83
29 INF D(29) 5.79
IMG
【0108】
表2は、実施例1の光学系の諸元表を示す。当該諸元表中、「f」は、光学系の焦点距離、「FNO」はFナンバー、「Wω」は水中撮像時の半画角をそれぞれ表す。また、諸元表中、「D(n)」(nは整数)は、フォーカシング時における光学系の光軸上の可変間隔を表す。
【0109】
[表2]
OBJD INF 1000
f 6.12 6.12
FNO 2.98 2.99
Wω 31.89 31.89
D(29) 0.97 1.02
【0110】
表3は、実施例1の光学系を構成する各レンズ群における焦点距離を示している。
【0111】
[表3]
群 面番号 焦点距離
G1 3-5 2276.8
G2 5-27 6.12
【0112】
また、図3は、実施例1の光学系の水中撮像時における縦収差を示す図である。図4は、実施例1の光学系の空気中撮像時における縦収差を示す図である。各図に示す縦収差を示す図は、図面に向かって左側から順に、それぞれ球面収差(SA(mm))、非点収差(AST(mm))、歪曲収差(DIS(%))である。他の実施例においても同様である。
【0113】
球面収差を表す図では、縦軸をFナンバーとし、横軸をデフォーカスとしている。球面収差を表す図では、実線がd線(d-line、波長λ=587.56nm)、短破線がF線(F-line、波長λ=486.13nm)、長破線がC線(C-line、波長λ=656.27nm)における球面収差を示す。
【0114】
非点収差を表す図では、縦軸を画角とし、横軸をデフォーカスとしている。非点収差を表す図では、実線がd線に対するサジタル平面、破線がd線に対するメリディオナル平面における非点収差を示す。
【0115】
歪曲収差を表す図では、縦軸を画角、横軸を%としている。
【0116】
[実施例2]
図5は、実施例2の光学系の水中撮像時における光学的な構成を模式的に示す図である。実施例2の光学系は、物体側から順に、水中撮像用アダプターレンズ群G1及び本機レンズ群G2から構成されている。水中撮像用アダプターレンズ群G1の物体側には、物体側及び像面側の両面が平面のガラス製の平板であるガラス部材Aが配置されている。本機レンズ群G2には絞りSが配置されている。図5に示す水中撮像時における実施例2の光学系では、フォーカシング時において、ガラス部材A、水中撮像用アダプターレンズ群G1、及び本機レンズ群G2が、光軸に沿って物体側に移動する。
【0117】
水中撮像用アダプターレンズ群G1は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた平凸レンズとの接合レンズから構成される。
【0118】
本機レンズ群G2は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、両凹レンズと、両凸レンズと、物体側に平面を向けた平凹レンズと両凸レンズとの接合レンズと、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、両凸レンズと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズとの接合レンズと、両凸レンズから構成される。
【0119】
図6は、実施例2の光学系の空気中撮像時における光学的な構成を模式的に示す図である。図5におけるガラス部材A及び水中撮像用アダプターレンズ群G1は着脱可能になっており、図6は、ガラス部材A及び水中撮像用アダプターレンズ群G1が取り外された状態を示している。図6に示す空気中撮像時における実施例2の光学系では、フォーカシング時において、本機レンズ群G2が、光軸に沿って物体側に移動する。
【0120】
また、図7は、実施例2の光学系の水中撮像時における縦収差を示す図である。図8は、実施例2の光学系の空気中撮像時における縦収差を示す図である。
【0121】
表4において、No.1、2はガラス部材Aの面番号であり、No.3~5は水中撮像用アダプターレンズ群G1の面番号であり、No.6~24は本機レンズ群G2の面番号であり、No.25、26はカバーガラスCGの面番号である。
【0122】
[表4]
No. r d Nd vd H
物体面 INF OBJD 1.33304 55.72
1 INF 8.00 1.51680 64.20 39.00
2 INF 2.00 33.00
3 147.60 2.30 2.00100 29.13 24.35
4 29.63 10.50 1.59270 35.45 19.35
5 -810.00 2.00 17.35
6 20.70 1.20 1.95906 17.47 9.60
7 11.48 1.00 7.80
8 13.90 1.00 1.77250 49.62 7.60
9 8.30 4.00 6.30
10 -35.70 0.80 1.49700 81.61 5.90
11 9.40 8.33 5.05
12 21.33 2.30 2.00069 25.46 4.00
13 -62.70 6.30 3.85
14S INF 2.60 2.35
15 82.50 0.60 1.80610 33.27 3.20
16 11.95 3.80 1.49700 81.61 3.40
17 -10.35 0.43 4.05
18 -8.20 0.60 1.85451 25.15 4.10
19 -13.90 0.10 4.40
20 62.34 4.75 1.49700 81.61 4.80
21 -8.80 0.70 1.71736 29.50 5.40
22 -12.86 0.10 5.70
23 18.45 4.60 1.49700 81.61 6.00
24 -80.74 10.00 6.05
25 INF 0.75 1.51633 64.14 5.93
26 INF D(26) 5.91
IMG
【0123】
表5は、実施例2の光学系の諸元表を示している。表6は、実施例2の光学系を構成する各レンズ群における焦点距離を示している。
【0124】
[表5]
OBJD INF 1000
f 5.09 5.09
FNO 3.21 3.21
Wω 41.37 41.35
D(26) 2.05 2.08
【0125】
[表6]
群 面番号 焦点距離
G1 3-5 -163.1
G2 6-24 5.61
【0126】
[実施例3]
図9は、実施例3の光学系の水中撮像時における光学的な構成を模式的に示す図である。実施例3の光学系は、物体側から順に、水中撮像用アダプターレンズ群G1及び本機レンズ群G2から構成されている。水中撮像用アダプターレンズ群G1の物体側には、物体側及び像面側の両面が平面のガラス製の平板であるガラス部材Aが配置されている。本機レンズ群G2には絞りSが配置されている。図9に示す水中撮像時における実施例3の光学系では、フォーカシング時において、ガラス部材A、水中撮像用アダプターレンズ群G1、及び本機レンズ群G2が、光軸に沿って物体側に移動する。
【0127】
水中撮像用アダプターレンズ群G1は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズとの接合レンズから構成される。
【0128】
本機レンズ群G2は、物体側から順に、両凸レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、両凸レンズと、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズと、両凸レンズと、両凸レンズと両凹レンズとの接合レンズと、両凸レンズと、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた平凸レンズから構成される。
【0129】
図10は、実施例3の光学系の空気中撮像時における光学的な構成を模式的に示す図である。図10におけるガラス部材A及び水中撮像用アダプターレンズ群G1は着脱可能になっており、図10は、ガラス部材A及び水中撮像用アダプターレンズ群G1が取り外された状態を示している。図10に示す空気中撮像時における実施例3の光学系では、フォーカシング時において、本機レンズ群G2が、光軸に沿って物体側に移動する。
【0130】
また、図11は、実施例3の光学系の水中撮像時における縦収差を示す図である。図12は、実施例3の光学系の空気中撮像時における縦収差を示す図である。
【0131】
表7において、No.1、2はガラス部材Aの面番号であり、No.3~5は水中撮像用アダプターレンズ群G1の面番号であり、No.6~29は本機レンズ群G2の面番号であり、No.30、31はカバーガラスCGの面番号である。
【0132】
[表7]
No. r d Nd vd H
物体面 INF OBJD 1.33304 55.72
1 INF 8.00 1.51432 64.20 16.34
2 INF 2.00 14.73
3 71.73 3.97 1.74611 29.16 13.69
4 36.96 5.00 1.61727 60.32 12.43
5 102.46 2.00 11.54
6 305.00 4.50 1.63439 34.57 11.06
7 -68.00 3.00 10.29
8 142.70 2.00 1.49514 81.61 8.17
9 10.34 2.53 6.70
10 400.00 3.50 1.90323 35.25 6.68
11 -43.10 3.45 6.45
12 -12.53 2.55 1.80022 40.73 5.98
13 16.23 7.55 1.58619 61.25 6.80
14 -16.23 3.73 7.79
15S INF 2.50 8.22
16 46.80 5.50 1.49514 81.61 8.89
17 -21.75 0.13 9.06
18 21.33 3.95 1.58619 61.25 8.52
19 -100.00 1.00 1.73874 49.22 8.06
20 18.13 2.40 7.43
21 33.50 4.20 1.78053 43.93 7.35
22 -33.50 2.92 7.02
23 -18.70 1.00 1.72082 28.32 5.81
24 133.20 4.00 1.56575 56.04 5.64
25 -24.13 2.51 5.35
26 35.00 0.95 1.53730 47.23 5.48
27 14.59 0.59 5.39
28 30.00 1.95 1.58619 61.25 5.40
29 -800.00 10.00 5.42
30 INF 0.75 1.51385 64.14 5.64
31 INF D(31) 5.65
IMG
【0133】
表8は、実施例3の光学系の諸元表を示している。表9は、実施例3の光学系を構成する各レンズ群における焦点距離を示している。
【0134】
[表8]
OBJD INF 1000
f 17.65 17.65
FNO 1.84 1.86
Wω 13.32 13.21
D(31) 2.64 3.04
【0135】
[表9]
群 面番号 焦点距離
G1 3-5 801.5
G2 6-29 16.51
【0136】
[実施例4]
図13は、実施例4の光学系の水中撮像時における光学的な構成を模式的に示す図である。実施例4の光学系は、物体側から順に、水中撮像用アダプターレンズ群G1及び本機レンズ群G2から構成されている。本機レンズ群G2には絞りSが配置されている。図13に示す水中撮像時における実施例4の光学系では、フォーカシング時において、水中撮像用アダプターレンズ群G1及び本機レンズ群G2が、光軸に沿って物体側に移動する。
【0137】
水中撮像用アダプターレンズ群G1は、物体側から順に、物体側が平面である平凹レンズと両凸レンズとの接合レンズから構成される。
【0138】
本機レンズ群G2は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、両凹レンズと、両凸レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズとの接合レンズと、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、両凸レンズと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズとの接合レンズと、両凸レンズから構成される。
【0139】
図14は、実施例4の光学系の空気中撮像時における光学的な構成を模式的に示す図である。図14における水中撮像用アダプターレンズ群G1は着脱可能になっており、図14は、水中撮像用アダプターレンズ群G1が取り外された状態を示している。図14に示す空気中撮像時における実施例4の光学系では、フォーカシング時において、本機レンズ群G2が、光軸に沿って物体側に移動する。
【0140】
また、図15は、実施例4の光学系の水中撮像時における縦収差を示す図である。図16は、実施例4の光学系の空気中撮像時における縦収差を示す図である。
【0141】
表10において、No.1~3は水中撮像用アダプターレンズ群G1の面番号であり、No.4~22は本機レンズ群G2の面番号であり、No.23、24はカバーガラスCGの面番号である。
【0142】
[表10]
No. r d Nd vd H
物体面 INF OBJD 1.33304 55.72
1 INF 1.00 1.57268 31.39 31.47
2 52.85 10.00 1.48987 58.70 25.94
3 -619.08 2.00 23.98
4 19.44 1.20 1.95906 17.47 11.41
5 11.20 2.56 9.00
6 19.19 1.00 1.61800 63.39 8.83
7 9.65 4.06 7.18
8 -38.29 1.50 1.49700 81.61 7.04
9 9.44 9.66 5.79
10 22.09 2.05 2.00069 25.46 5.00
11 -75.93 6.40 4.82
12S INF 3.03 2.52
13 81.43 0.60 1.80610 33.27 3.42
14 11.78 3.73 1.49700 81.61 3.59
15 -11.55 0.45 4.22
16 -8.49 0.60 1.85451 25.15 4.24
17 -14.31 0.10 4.60
18 68.64 4.30 1.49700 81.61 5.00
19 -8.44 0.70 1.71736 29.50 5.54
20 -12.47 0.10 5.95
21 19.10 4.79 1.49700 81.61 6.47
22 -55.15 10.00 6.47
23 INF 0.75 1.51633 64.14 6.39
24 INF D(24) 6.36
IMG
【0143】
表11は、実施例4の光学系の諸元表を示している。表12は、実施例4の光学系を構成する各レンズ群における焦点距離を示している。
【0144】
[表11]
OBJD INF 1000
f 5.07 5.07
FNO 3.00 3.00
Wω 43.00 42.99
D(24) 1.98 2.01
【0145】
[表12]
群 面番号 焦点距離
G1 1-3 -1303.3
G2 4-22 5.17
【0146】
[実施例5]
図17は、実施例5の光学系の水中撮像時における光学的な構成を模式的に示す図である。実施例5の光学系は、物体側から順に、水中撮像用アダプターレンズ群G1及び本機レンズ群G2から構成されている。水中撮像用アダプターレンズ群G1の物体側には、物体側及び像面側の両面が平面のガラス製の平板であるガラス部材Aが配置されている。本機レンズ群G2には絞りSが配置されている。図17に示す水中撮像時における実施例5の光学系では、フォーカシング時において、ガラス部材A、水中撮像用アダプターレンズ群G1、及び本機レンズ群G2が、光軸に沿って物体側に移動する。
【0147】
水中撮像用アダプターレンズ群G1は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズとの接合レンズから構成される。
【0148】
本機レンズ群G2は、物体側から順に、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、両凹レンズと、両凸レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズとの接合レンズと、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、両凸レンズと物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズと、両凸レンズから構成される。
【0149】
図18は、実施例5の光学系の空気中撮像時における光学的な構成を模式的に示す図である。図18におけるガラス部材A及び水中撮像用アダプターレンズ群G1は着脱可能になっており、図18は、ガラス部材A及び水中撮像用アダプターレンズ群G1が取り外された状態を示している。図18に示す空気中撮像時における実施例5の光学系では、フォーカシング時において、本機レンズ群G2が、光軸に沿って物体側に移動する。
【0150】
また、図19は、実施例3の光学系の水中撮像時における縦収差を示す図である。図20は、実施例5の光学系の空気中撮像時における縦収差を示す図である。
【0151】
表13において、No.1、2はガラス部材Aの面番号であり、No.3~5は水中撮像用アダプターレンズ群G1の面番号であり、No.6~24は本機レンズ群G2の面番号であり、No.25、26はカバーガラスCGの面番号である。
【0152】
[表13]
No. r d Nd vd H
物体面 INF OBJD 1.33304 55.72
1 INF 8.00 1.51680 64.20 55.62
2 INF 2.00 42.29
3 197.73 2.30 2.05090 26.94 34.04
4 32.84 10.17 1.60635 30.47 21.60
5 -347.71 2.00 19.04
6 17.80 1.20 1.95906 17.47 9.87
7 10.09 1.45 7.83
8 13.53 1.00 1.77250 49.62 7.71
9 8.02 3.84 6.35
10 -32.01 0.80 1.49700 81.61 6.29
11 9.28 6.88 5.51
12 20.34 2.44 2.00069 25.46 5.43
13 -49.86 6.22 5.22
14S INF 2.09 2.40
15 103.50 0.60 1.80610 33.27 3.31
16 11.91 3.62 1.49700 81.61 3.54
17 -9.43 0.40 4.23
18 -7.62 0.60 1.85451 25.15 4.25
19 -12.67 0.10 4.69
20 86.02 4.60 1.49700 81.61 5.22
21 -8.19 0.70 1.71736 29.50 5.78
22 -11.88 0.10 6.24
23 17.85 4.01 1.49700 81.61 6.79
24 -84.53 10.00 6.73
25 INF 0.75 1.51633 64.14 6.63
26 INF D(26) 6.59
IMG
【0153】
表14は、実施例5の光学系の諸元表を示している。表15は、実施例5の光学系を構成する各レンズ群における焦点距離を示している。
【0154】
[表14]
OBJD INF 1000
f 5.02 5.02
FNO 3.00 3.00
Wω 43.24 43.22
D(26) 1.98 2.01
【0155】
[表15]
群 面番号 焦点距離
G1 3-5 -158.3
G2 6-24 5.57
実施例1~5における各式による算出値及び当該式に用いた数値を表16に示す。
【0156】
[表16]
式 実施例1 実施例2 実施例3 実施例4 実施例5
Lνd 27.53 29.13 29.16 31.39 26.94
Hνd 46.5 35.45 60.32 58.7 30.47
ADF 2276.8 -163.1 801.5 -1303.3 -158.3
REF 6.12 5.61 16.51 5.17 5.57
WST 58.05 49.73 53.78 41.44 48.29
f 6.12 5.09 17.65 5.07 5.02
Wω[deg] 31.89 41.37 13.32 43.00 43.24
Rω[deg] 43.38 56.65 19.1 63.86 59.05
ADR1 -425 147.6 71.73 ∞ 197.73
ADR2 -442 -810 102.46 -619.08 -347.71
ENP 51.15 32.65 49.58 25.6 31.89
WR 42.26 39.00 16.34 31.47 55.62
(1)Lνd/Hνd 0.59 0.82 0.48 0.53 0.88
(2)|ADF/REF|372.03 29.07 48.55 252.09 28.42
(3)WST/f 9.49 9.77 3.05 8.17 9.62
(4)tanRω/tanWω
1.52 1.72 1.46 2.18 1.77
(5)|ADF/f| 372.03 32.04 45.41 257.06 31.53
(6)|ADR1×ADR2/(ADR1+ADR2)|
216.67 180.49 42.19 619.08 458.41
(7)ENP/WR 1.21 0.84 3.03 0.81 0.57
(8)REF/f 1.00 1.10 0.94 1.02 1.11
【符号の説明】
【0157】
1 カメラ
2 本体
3 鏡筒
21 CCDセンサ
22 カバーガラス
30 光学系
31、A ガラス部材
32、G1 水中撮像用アダプターレンズ群
33、G2 本機レンズ群
OA 光軸
図1
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