特許 7455614 アタッチメント光学系、光学系、および光学系の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-15

(45)【発行日】2024-03-26

(54)【発明の名称】アタッチメント光学系、光学系、および光学系の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 15/10 20060101AFI20240318BHJP

   G02B 15/20 20060101ALI20240318BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20240318BHJP

【ＦＩ】

G02B15/10

G02B15/20

G02B13/18

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020035790

(22)【出願日】2020-03-03

(65)【公開番号】P2021139976

(43)【公開日】2021-09-16

【審査請求日】2023-01-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110412

【弁理士】

【氏名又は名称】藤元 亮輔

(74)【代理人】

【識別番号】100104628

【弁理士】

【氏名又は名称】水本 敦也

(74)【代理人】

【識別番号】100121614

【弁理士】

【氏名又は名称】平山 倫也

(72)【発明者】

【氏名】滝 慶行

【審査官】殿岡 雅仁

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－３２５７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０５６０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０９７２０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－１９４２１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１３６８０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０１５６６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－００４０１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０９４７７０６４（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ９／００ － １７／０８

Ｇ０２Ｂ ２１／０２ － ２１／０４

Ｇ０２Ｂ ２５／００ － ２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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と、
前記撮像光学系の像側に装着可能な第２のコンバーター光学系と、を有し、
前記第１のコンバーター光学系は、ドーム型カバーと１枚の正レンズとからなり、
前記第２のコンバーター光学系は、正レンズおよび負レンズをそれぞれ少なくとも１枚有し、
水中における前記ドーム型カバーの焦点距離をｆｄ、前記正レンズの焦点距離をｆｆｃ、前記第２のコンバーター光学系を構成する全ての負レンズの平均屈折率をＮｄｎ、前記第２のコンバーター光学系を構成する全ての正レンズの平均屈折率をＮｄｐとするとき、
０．００＜｜ｆｄ／ｆｆｃ｜＜０．５０
Ｎｄｎ＞Ｎｄｐ
なる条件式を満足することを特徴とするアタッチメント光学系。

【請求項2】

撮像光学系と、
請求項１に記載のアタッチメント光学系と、を有することを特徴とする光学系。

【請求項3】

前記第１のコンバーター光学系の水中における焦点距離をｆｆｍ、前記撮像光学系の空気中における焦点距離をｆｗｍ、前記第２のコンバーター光学系の焦点距離をｆｒｍとするとき、
５＜｜ｆｆｍ／ｆｗｍ｜＜５０
５＜｜ｆｒｍ／ｆｗｍ｜＜５００
なる条件式を満足することを特徴とする請求項２に記載の光学系。

【請求項4】

撮像光学系と、
該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と、
前記撮像光学系の像側に装着可能な第２のコンバーター光学系と、を有する光学系であって、
前記第１のコンバーター光学系は、ドーム型カバーと１枚の正レンズとからなり、
水中における前記ドーム型カバーの焦点距離をｆｄ、前記正レンズの焦点距離をｆｆｃ、前記第１のコンバーター光学系の水中における焦点距離をｆｆｍ、前記撮像光学系の空気中における焦点距離をｆｗｍ、前記第２のコンバーター光学系の焦点距離をｆｒｍとするとき、
０．００＜｜ｆｄ／ｆｆｃ｜＜０．５０
５＜｜ｆｆｍ／ｆｗｍ｜＜５０
５＜｜ｆｒｍ／ｆｗｍ｜＜５００
なる条件式を満足することを特徴とする光学系。

【請求項5】

前記アタッチメント光学系を装着した状態での前記撮像光学系の最も像側のレンズから像面までの距離をＳｋｃｗ、前記アタッチメント光学系を装着していない状態での前記撮像光学系のバックフォーカスをＳｋｍｗとするとき、
１．００＜Ｓｋｃｗ／Ｓｋｍｗ＜１．８０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項２または３に記載の光学系。

【請求項6】

前記アタッチメント光学系が装着されていない状態での前記撮像光学系のバックフォーカスをＳｋｍｗ、前記撮像光学系の最も物体側のレンズから最も像側のレンズまでの距離をｔｄｍｗとするとき、
０．２５≦Ｓｋｍｗ／ｔｄｍｗ＜１．２０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項２、３、５のいずれか一項に記載の光学系。

【請求項7】

前記光学系の水中における焦点距離をｆｗｃ、前記撮像光学系の空気中における焦点距離をｆｗｍとするとき、
０．７０＜ｆｗｃ／ｆｗｍ＜１．００
なる条件式を満足することを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載の光学系。

【請求項8】

前記撮像光学系はズームレンズであって、
前記アタッチメント光学系の装着前後で前記撮像光学系のズーム軌跡は変化しないことを特徴とする請求項２、３、５、６のいずれか一項に記載の光学系。

【請求項9】

撮像光学系の物体側に、第１のコンバーター光学系を構成する１枚の正レンズを装着するステップと、
前記撮像光学系の像側に、正レンズおよび負レンズをそれぞれ少なくとも１枚有する第２のコンバーター光学系を装着するステップと、
前記撮像光学系の物体側に、前記第１のコンバーター光学系を構成するドーム型カバーを装着するステップと、を有し、
前記第１のコンバーター光学系は、前記ドーム型カバーと前記１枚の正レンズとからなり、
水中における前記ドーム型カバーの焦点距離をｆｄ、前記正レンズの焦点距離をｆｆｃ、前記第２のコンバーター光学系を構成する全ての負レンズの平均屈折率をＮｄｎ、前記第２のコンバーター光学系を構成する全ての正レンズの平均屈折率をＮｄｐとするとき、
０．００＜｜ｆｄ／ｆｆｃ｜＜０．５０
Ｎｄｎ＞Ｎｄｐ
なる条件式を満足することを特徴とする光学系の製造方法。

【請求項10】

撮像光学系の物体側に、第１のコンバーター光学系を構成する１枚の正レンズを装着するステップと、
前記撮像光学系の像側に、第２のコンバーター光学系を装着するステップと、
前記撮像光学系の物体側に、前記第１のコンバーター光学系を構成するドーム型カバーを装着するステップと、を有し、
前記第１のコンバーター光学系は、前記ドーム型カバーと前記１枚の正レンズとからなり、
水中における前記ドーム型カバーの焦点距離をｆｄ、前記正レンズの焦点距離をｆｆｃ、前記第１のコンバーター光学系の水中における焦点距離をｆｆｍ、前記撮像光学系の空気中における焦点距離をｆｗｍ、前記第２のコンバーター光学系の焦点距離をｆｒｍとするとき、
０．００＜｜ｆｄ／ｆｆｃ｜＜０．５０
５＜｜ｆｆｍ／ｆｗｍ｜＜５０
５＜｜ｆｒｍ／ｆｗｍ｜＜５００
なる条件式を満足することを特徴とする光学系の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アタッチメント光学系に関し、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、放送用カメラ、銀塩フィルム用カメラ、監視用カメラ等に好適なものである。

【背景技術】

【0002】

従来、撮像レンズに装着するためのアタッチメント光学系が知られている。また近年、水中での撮影を楽しむユーザが増え、水中での使用に最適に設計された撮像レンズの要求が高まっている。一般に、水中カメラや水陸両用カメラは、カメラを水中ハウジング内に収容したもの、またはカメラ自体に防水機構を施したものが使用されている。しかし、水や塩水は屈折率と分散が空気中とは異なり、例えばｄ線に対する屈折率は空気に対して約４／３であり、分散はアッベ数で６２程度となる。このため、空気中において十分収差補正された撮像光学系を水中にて使用すると、水と撮像光学系が接する境界面での屈折作用が変化し、収差の変化により光学性能が低下する。

【0003】

特許文献１には、撮像レンズの物体側に装着し、水中において諸収差を良好に補正するアタッチメント光学系が開示されている。特許文献２には、ドーム型ハウジング内の撮像レンズの物体側に装着し、水中において諸収差を良好に補正するアタッチメント光学系が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－２６７７３号公報

【文献】特開２００４－３２５７１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

空気中の使用を前提として収差補正を行った光学系を水中で使用すると、前述のように収差が変化する。具体的には、像面湾曲のオーバー側への発生、歪曲収差の発生、および、ピント位置が像面後方にシフトしてピントを像面位置に戻すためにフォーカスレンズ群を繰り出す必要があることによる収差変動の発生などがある。また、収差の変化は、水中で使用し、光学系の前方に装着されるハウジングの厚さが厚くなるほど顕著となる。特許文献１や特許文献２に開示されたアタッチメント光学系では、前述の収差の変化の全てに対応することは困難であり、水中での使用の際に空気中での使用の際と近い光学性能を得ることができない。

【0006】

そこで本発明は、簡素な構成で、水中での使用の際に空気中での使用の場合と近い光学性能を得ることが可能なアタッチメント光学系、光学系、および光学系の製造方法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】

【0007】

本発明の一側面としてのアタッチメント光学系は、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と、前記撮像光学系の像側に装着可能な第２のコンバーター光学系とを有し、前記第１のコンバーター光学系は、ドーム型カバーと１枚の正レンズとからなり、前記第２のコンバーター光学系は、正レンズおよび負レンズをそれぞれ少なくとも１枚有し、水中における前記ドーム型カバーの焦点距離ｆｄおよび前記正レンズの焦点距離ｆｆｃ、前記第２のコンバーター光学系を構成する全ての負レンズの平均屈折率Ｎｄｎ、前記第２のコンバーター光学系を構成する全ての正レンズの平均屈折率Ｎｄｐは、所定の条件式を満足する。

【0008】

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、簡素な構成で、水中での使用の際に空気中での使用の場合と近い光学性能を得ることが可能なアタッチメント光学系、光学系、および光学系の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例１における撮像光学系の広角端、中間焦点距離、および、望遠端での断面図である。

【図2】実施例１における撮像光学系の広角端、中間焦点距離、および、望遠端での収差図である。

【図3】実施例２における撮像光学系の広角端、中間焦点距離、および、望遠端での断面図である。

【図4】実施例２における撮像光学系の広角端、中間焦点距離、および、望遠端での収差図である。

【図5】実施例３における撮像光学系の広角端、中間焦点距離、および、望遠端での断面図である。

【図6】実施例３における撮像光学系の広角端、中間焦点距離、および、望遠端での収差図である。

【図7】各実施例における撮像装置の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0012】

各実施例の説明に先立ち、本発明の作用、効果に関する説明を行う。空気中の使用を前提として設計された撮像光学系を、防水のドーム型ハウジング（ドーム型カバー）に入れて水中で使用する場合、光学系外側の媒質が空気から水に代わり、屈折率が変化することで、様々な性能変化が発生する。具体的には、以下の３つの変化が主に発生する。すなわち、第一に、ドーム型ハウジングの厚さ分、ピント位置が空気中の像面からずれる。第二に、ドーム型ハウジングが負の屈折力を持つことで、軸上から軸外にかけて像面湾曲が発生する。第三に、ドーム型ハウジングが負の屈折力を持つことで、負の歪曲が発生する。このような３つの課題を解決しようとする際に、解決手段によっては新たな問題が発生する。

【0013】

まず、撮像光学系のフォーカスレンズを移動させることで、ピントを像面位置に戻すことが可能である。しかし、これによりフォーカス繰り出し量が減り、空気中では撮影可能であった至近距離を確保することができなくなる。また、フォーカス群の移動による収差の変動が更に発生する。

【0014】

また、ドーム型ハウジングと撮像光学系との間にコンバーター光学系（アタッチメント光学系）を装着することで、撮像光学系のフォーカス群を動かすことなくピント位置を像面位置に戻すことができる。しかし、ピント移動の量によっては補正に必要なコンバーター光学系の正の屈折力が大きくなり、正の歪曲収差が大きく発生する。

【0015】

また、撮像光学系と像面との間にコンバーター光学系を装着することで、像面湾曲を空気中相当に補正することができる。しかし、ドーム型ハウジングによって生じた負の歪曲を補正するには、コンバーター光学系の周辺に向けて強い負の屈折力が必要になる。コンバーター光学系の屈折力を強めることで、撮像光学系のフォーカスレンズ移動時のピント移動量が空気中と大きく異なり、ＡＦ（オートフォーカス）性能に影響が生じる。

【0016】

以上より、コンバーター光学系は、水中で生じる収差の変化をバランスよく補正すること、撮像光学系のフォーカスレンズの繰り出しを制限すること、撮像光学系の像面側に位置する所謂リヤコンバーターレンズの屈折力を強くしないことが求められる。本発明の各実施例によれば、前述の課題を解決し、水中での光学性能を、空気中使用時の性能に近づけることができる。

【0017】

次に、本発明の各実施例におけるアタッチメント光学系および撮像装置について説明する。図１（Ａ）、図３（Ａ）、図５（Ａ）はそれぞれ、実施例１乃至３における光学系Ｌ０の無限遠合焦時の広角端での断面図である。図１（Ｂ）、図３（Ｂ）、図５（Ｂ）はそれぞれ、実施例１乃至３における光学系Ｌ０の無限遠合焦時の中間焦点距離での断面図である。図１（Ｃ）、図３（Ｃ）、図５（Ｃ）はそれぞれ、実施例１乃至３における光学系Ｌ０の無限遠合焦時の望遠端での断面図である。各実施例の光学系は、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、放送用カメラ、銀塩フィルム用カメラ、監視用カメラなどの撮像装置に用いられる光学系である。

【0018】

各断面図において、左方が物体側で、右方が像側である。各実施例の光学系は、複数のレンズ群を有して構成されている。各実施例において、レンズ群とは、ズーミングやフォーカシングに際して一体的に移動または静止するレンズのまとまりである。すなわち、各実施例の光学系では、無限遠から近距離へのフォーカシングに際して隣接するレンズ群同士の間隔が変化する。なお、レンズ群は１枚のレンズから構成されていても良いし、複数のレンズから成っていても良い。また、レンズ群は開口絞りを含んでいても良い。

【0019】

各実施例の光学系Ｌ０は、物体側から像側へ順に、ドーム型ハウジングＬｄ、撮像光学系Ｌｍの前方（物体側）に配置されたフロントコンバーターレンズＬｆ、撮像光学系Ｌｍ、及び撮像光学系Ｌｍの後方（像側）に配置されたリヤコンバーターレンズＬｒからなる。ドーム型ハウジングＬｄは、ドーム型カバーであり、水等の媒質と隣接して用いられる。すなわち、ドーム型ハウジングＬｄの外側は水中、内側は空気中で用いられる。撮像光学系Ｌｍは、空気中で最適な性能となるように設計されている。フロントコンバーターレンズＬｆは、少なくとも１枚の正レンズである。ドーム型ハウジングＬｄとフロントコンバーターレンズＬｆとで第１のコンバーター光学系が構成される。リヤコンバーターレンズＬｒは、第２のコンバーター光学系である。各実施例のアタッチメント光学系は、撮像光学系Ｌｍの物体側に装着可能な第１のコンバーター光学系（Ｌｄ＋Ｌｆ）と、撮像光学系Ｌｍの像側に装着可能な第２のコンバーター光学系（Ｌｒ）とからなる。

【0020】

各断面図において、Ｌｍｉは撮像光学系Ｌｍに含まれるレンズ群のうち物体側から数えてｉ番目（ｉは自然数）のレンズ群を表している。各実施例において、Ｌｍ１は負の屈折力の第１レンズ群、Ｌｍ２は正の屈折力の第２レンズ群、Ｌｍ３は負の屈折力の第３レンズ群、Ｌ４は正の屈折力の第４レンズ群である。第１レンズ群Ｌ１～第４レンズ群Ｌ４により、撮像光学系Ｌｍが構成される。無限遠距離から至近距離へのフォーカシングの際、第１レンズ群Ｌｍ１中のフォーカスレンズ群Ｌｍｆが物体側に移動する。広角端から望遠端へのズーミングの際、第２レンズ群Ｌｍ２と第４レンズ群Ｌｍ４は同じ軌跡で物体側へ移動する。第３レンズＬｍ３は、第２レンズ群と第４レンズ群とは異なる軌跡で物体側へ移動する。第１レンズ群Ｌｍ１は、像側に凸の軌跡で移動する。ドーム型ハウジングＬｄ、フロントコンバーターレンズＬｆ、リヤコンバーターレンズＬｒは、ズーミングおよびフォーカシングのそれぞれの際に固定である。

【0021】

ＳＰは開口絞りである。ＩＰは像面であり、各実施例の光学系Ｌ０をデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラの撮像光学系として使用する際には、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）の撮像面が配置される。各実施例の光学系Ｌ０を銀塩フィルム用カメラの撮像光学系として使用する際には、像面ＩＰにはフィルム面に相当する感光面が置かれる。

【0022】

各実施例の光学系Ｌ０は、フォーカシングに際して、撮像光学系Ｌｍにおける少なくとも１つのレンズ群を移動させるように構成されている。以下、撮像光学系Ｌｍにおいて、フォーカシングに際して移動するレンズ群をフォーカスレンズ群Ｌｍｆとも呼ぶ。各断面図に示される矢印は、広角端から望遠端へのズーミングに際してのレンズ群の移動方向を表している。フォーカスレンズ群Ｌｍｆは、フォーカシングに際して物体側に移動する。

【0023】

図２（Ａ）、図４（Ａ）、図６（Ａ）はそれぞれ、実施例１乃至３における光学系Ｌ０の無限遠合焦時の広角端での収差図である。図２（Ｂ）、図４（Ｂ）、図６（Ｂ）はそれぞれ、実施例１乃至３における光学系Ｌ０の無限遠合焦時の中間焦点距離での収差図である。図２（Ｃ）、図４（Ｃ）、図６（Ｃ）はそれぞれ、実施例１乃至３における光学系Ｌ０の無限遠合焦時の望遠端での収差図である。

【0024】

球面収差図において、ＦｎｏはＦナンバーであり、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ）に対する球面収差量を示している。非点収差図において、ｄＳはサジタル像面における非点収差量、ｄＭはメリディオナル像面における非点収差量を示している。歪曲収差図において、ｄ線に対する歪曲収差量を示している。色収差図において、ｇ線における色収差量を示している。ωは撮像半画角（°）である。

【0025】

次に、各実施例の光学系Ｌ０における特徴的な構成について述べる。水中（屈折率１．３３）におけるドーム型ハウジングＬｄの焦点距離（ドーム型ハウジングＬｄの外側が水中で内側が空気中の場合の焦点距離）をｆｄ、フロントコンバーターレンズ（少なくとも１枚の正レンズ）Ｌｆの焦点距離をｆｆｃとする。このとき、以下の条件式（１）を満足する。

【0026】

０．００＜｜ｆｄ／ｆｆｃ｜＜０．５０ … （１）
ここで、条件式（１）の技術的意味について説明する。条件式（１）は、ドーム型ハウジングＬｄの水中での焦点距離ｆｄとフロントコンバーターレンズＬｆの焦点距離の比を示し、水中におけるピント位置の補正と歪曲補正のバランスをとるための条件式である。条件式（１）の上限を超える程フロントコンバーターレンズＬｆの正の屈折力が強いと、ピント補正のために撮像光学系Ｌｍ中のフォーカスレンズ群Ｌｍｆの移動量は少なくて済む。しかし、歪曲収差が大きく正の方向に生じ、リヤコンバーターレンズＬｒでの歪曲収差補正が困難になる。

【0027】

好ましくは、条件式（１）の数値範囲は、以下の条件式（１ａ）を満足するように設定される。

【0028】

０．１０＜｜ｆｄ／ｆｆｃ｜＜０．４５ … （１ａ）
より好ましくは、条件式（１）の数値範囲は、以下の条件式（１ｂ）を満足するように設定される。

【0029】

０．２０＜｜ｆｄ／ｆｆｃ｜＜０．４０ … （１ｂ）
次に、各実施例の光学系Ｌ０が満足することが好ましい条件について説明する。第１のコンバーター光学系（Ｌｄ＋Ｌｆ）の水中における焦点距離（ドーム型ハウジングＬｄとフロントコンバーターレンズＬｆの水中における合成焦点距離）をｆｆｍとする。また、撮像光学系Ｌｍの空気中における（撮像光学系Ｌｍがズームレンズの場合は広角端での）焦点距離をｆｗｍ、リヤコンバーターレンズＬｒの焦点距離をｆｒｍとする。このとき、以下の条件式（２）、（３）を満足することが好ましい。

【0030】

５＜｜ｆｆｍ／ｆｗｍ｜＜５０ … （２）
５＜｜ｆｒｍ／ｆｗｍ｜＜５００ … （３）
各実施例において、リヤコンバーターレンズＬｒは、正レンズ（凸レンズ）および負レンズ（凹レンズ）をそれぞれ少なくとも１枚有する。リヤコンバーターレンズＬｒを構成する少なくとも１枚の負レンズの平均屈折率（リヤコンバーターレンズＬｒを構成する全ての負レンズの屈折率を平均した値）をＮｄｎとする。また、リヤコンバーターレンズＬｒを構成する少なくとも１枚の正レンズの平均屈折率（リヤコンバーターレンズＬｒを構成する全ての正レンズの屈折率を平均した値）をＮｄｐとする。このとき、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。

【0031】

Ｎｄｎ＞Ｎｄｐ … （４）
アタッチメント光学系を装着した状態での撮像光学系Ｌｍの最も像側のレンズから像面までの距離をＳｋｃｗ、アタッチメント光学系を装着していない状態での撮像光学系ＬｍのバックフォーカスをＳｋｍｗとする。このとき、以下の条件式（５）を満足することが好ましい。

【0032】

１．００＜Ｓｋｃｗ／Ｓｋｍｗ＜１．８０ … （５）
アタッチメント光学系が装着していない状態での撮像光学系ＬｍのバックフォーカスをＳｋｍｗ、撮像光学系Ｌｍの最も物体側のレンズから最も像側のレンズまでの距離をｔｄｍｗとする。このとき、以下の条件式（６）を満足することが好ましい。

【0033】

０．２５≦Ｓｋｍｗ／ｔｄｍｗ＜１．２０ … （６）
光学系（アタッチメント光学系を装着した状態での光学系全体（アタッチメント光学系＋撮像光学系Ｌｍ））の水中における焦点距離をｆｗｃ、撮像光学系Ｌｍの空気中における焦点距離をｆｗｍとする。このとき、以下の条件式（７）を満足することが好ましい。

【0034】

０．７０＜ｆｗｃ／ｆｗｍ＜１．００ … （７）
次に、条件式（２）～（７）のそれぞれの技術的意味について説明する。条件式（２）は、撮像光学系Ｌ０の前方に配置される第１のコンバーター光学系の焦点距離と撮像光学系Ｌｍの焦点距離との比であり、アタッチメント光学系の適切な屈折力配分を示す条件である。条件式（２）の上限を超える程フロントコンバーターレンズＬｆの屈折力が強いと、歪曲収差の補正が困難となる。一方、条件式（２）の下限を超える程フロントコンバーターレンズＬｆの屈折力が弱いと、ピント位置の補正のために撮像光学系Ｌｍ中のフォーカスレンズ群Ｌｍｆの移動量が大きくなり、空気中での最短撮影距離を水中で確保できなくなる。また、フォーカシングによる収差の変動が大きくなる。

【0035】

条件式（３）は、撮像光学系Ｌｍの後方に配置されるリヤコンバーターレンズＬｒの焦点距離と撮像光学系Ｌｍの焦点距離との比であり、アタッチメント光学系の適切な屈折力配分を示す条件である。条件式（３）の上限を超える程リヤコンバーターレンズＬｒの屈折力が強いと、像面湾曲の補正が困難となる。一方、条件式（３）の下限を超える程フロントコンバーターレンズＬｆの屈折力が弱いと、光学系Ｌ０の大型化を招く。

【0036】

条件式（４）は、リヤコンバーターレンズＬｒ内の凸レンズ（正レンズ）、凹レンズ（負レンズ）を構成する硝材の屈折率を示し、リヤコンバーターレンズＬｒによる像面湾曲の補正に関わる条件式である。条件式（４）を満たすことで、光学系Ｌ０のペッツバール和を正に近付け、水中において大きくオーバー側へ湾曲する像面の補正に寄与する。

【0037】

条件式（５）は、リヤコンバーターレンズＬｒ装着前後それぞれにおける、撮像光学系Ｌｍの最終レンズから像面までの距離の比を示しており、撮像光学系Ｌｍ中のフォーカスレンズ群Ｌｍｆの移動によるピント移動量に関わる条件式である。条件式（５）の上限または下限を超えると、リヤコンバーターレンズＬｒがそれぞれ強い負、正の屈折力を持つことになり、諸収差の補正が困難となる。また、リヤコンバーターレンズＬｒの結像倍率が大きくなるため、空気中に対してフォーカスレンズ群Ｌｍｆの移動によるピント移動量が大きく変化し、撮像装置のオートフォーカス性能に影響を及ぼす。

【0038】

条件式（６）は、撮像光学系Ｌｍのレンズ全長とバックフォーカスとの比であり、各実施例のアタッチメント光学系の配置に関わる条件式である。条件式（６）の上限を超える程、撮像光学系Ｌｍのバックフォーカスが長いと、リヤコンバーターレンズＬｒに強い屈折力が必要となる。その結果、リヤコンバーターレンズＬｒの結像倍率によって撮像光学系Ｌｍのフォーカスレンズ群Ｌｍｆの移動によるピント移動量が空気中に対して変化し、オートフォーカス性能に影響を及ぼす。一方、条件式（６）の下限を超える程バックフォーカスが短いと、リヤコンバーターレンズＬｒに適切な屈折力を配分できず、水中におけるオーバー方向の像面湾曲を効果的に補正することが困難となる。

【0039】

条件式（７）は、空気中、水中それぞれにおける光学系Ｌ０の広角端の焦点距離の比を示し、水中における画界を空気中に近づけるための条件式である。条件式（７）の上限を超える程空気中の焦点距離に近いと、空気中の画角を確保することが困難となる。一方、条件式（７）の下限を超える程水中の焦点距離が短いと、撮像光学系Ｌｍより前方の負の屈折力が大きくなり、水中でオーバー側に変化した像面湾曲の補正が不十分となる。

【0040】

より好ましくは、条件式（２）～（７）の数値範囲は、以下の条件式（２ａ）～（７ａ）を満足するように設定される。

【0041】

５＜｜ｆｆｍ／ｆｗｍ｜＜２０ … （２ａ）
５＜｜ｆｒｍ／ｆｗｍ｜＜４００ … （３ａ）
１．００＜Ｓｋｃｗ／Ｓｋｍｗ＜１．６０ … （５ａ）
０．２５≦Ｓｋｍｗ／ｔｄｍｗ＜０．８０ … （６ａ）
０．７０＜ｆｗｃ／ｆｗｍ＜０．９８ … （７ａ）
更に好ましくは、条件式（２）～（７）の数値範囲は、以下の条件式（２ｂ）～（７ｂ）を満足するように設定される。

【0042】

１０＜｜ｆｆｍ／ｆｗｍ｜＜１６ … （２ｂ）
１０＜｜ｆｒｍ／ｆｗｍ｜＜３００ … （３ｂ）
１．００＜Ｓｋｃｗ／Ｓｋｍｗ＜１．５０ … （５ｂ）
０．２５≦Ｓｋｍｗ／ｔｄｍｗ＜０．５０ … （６ｂ）
０．７０＜ｆｗｃ／ｆｗｍ＜０．９５ … （７ｂ）
なお各実施例において、アタッチメント光学系の装着前後で撮像光学系Ｌｍは変化しない。すなわち、アタッチメント光学系の装着前後で、撮像光学系Ｌｍを構成する光学部材は変化しない、または撮像光学系Ｌｍがズームレンズの場合においてズーム軌跡は変化しない。

【0043】

また各実施例の光学系は、以下のステップを経て製造される。まず、撮像光学系Ｌｍの物体側に、第１のコンバーター光学系を構成する少なくとも１枚の正レンズ（フロントコンバーターレンズＬｆＬｆ）を装着する。続いて、撮像光学系Ｌｍの像側に、第２のコンバーター光学系（リヤコンバーターレンズＬｒ）を装着する。最後に、撮像光学系Ｌｍの物体側に、第１のコンバーター光学系を構成するドーム型カバー（ドーム型ハウジングＬｄ）を装着する。

【0044】

次に、実施例１～３のそれぞれに対応する数値実施例１～３について説明する。各数値実施例の面データにおいて、ｒは各光学面の曲率半径、ｄ（ｍｍ）は第ｍ面と第（ｍ＋１）面との間の軸上間隔（光軸上の距離）を表している。ただし、ｍは光入射側から数えた面の番号である。また、ｎｄは各光学部材のｄ線に対する屈折率、νｄは光学部材のアッベ数を表している。なお、ある材料のアッベ数νｄは、フラウンホーファ線のｄ線（５８７．６ｎｍ）、Ｆ線（４８６．１ｎｍ）、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）における屈折率をＮｄ、ＮＦ、ＮＣとするとき、
νｄ＝（Ｎｄ－１）／（ＮＦ－ＮＣ）
で表される。

【0045】

なお、各数値実施例において、ｄ、焦点距離（ｍｍ）、Ｆナンバー、半画角（°）は全て各実施例の光学系Ｌ０が無限遠物体に焦点を合わせたときの値である。バックフォーカスＢＦは、最終レンズ面から像面までの距離である。レンズ全長は、第１レンズ面から最終レンズ面までの距離にバックフォーカスを加えた値である。

【0046】

非球面形状は、光軸ＯＡからの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとするとき、以下の式（Ａ）で表される。ただし、Ｒは近軸曲率半径、ｋは円錐定数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２は非球面係数である。

【0047】

ｘ＝（ｈ^２／Ｒ）／［１＋｛１－（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）^２｝^１／２］＋Ａ４ｈ^４＋Ａ６ｈ^６＋Ａ８ｈ^８＋Ａ１０ｈ^１０＋Ａ１２ｈ^１２＋Ａ１４ｈ^１４ … （Ａ）
なお、各非球面係数における「ｅ±ＸＸ」は「×１０±^ＸＸ」を意味している。

【0048】

表１は、各数値実施例における各条件式の値を示す。

【0049】

（数値実施例１）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 70 20 1.49171 57.4 142.9
2 50 41.37 1 0 98.2
3 300.621 5.19 1.6968 55.5 77
4 -2274.201 (可変) 1 0 77
5* 12826.238 3.5 1.58373 59.4 52.11
6 22.591 (可変) 1 0 36.08
7* -210.437 0.1 1.52421 51.4 31.9
8 -146.091 1.3 1.7725 49.6 31.83
9 24.773 2.09 1 0 27.93
10 28.493 4.45 1.84666 23.9 27.83
11 72.575 (可変) 1 0 26.74
12 45.228 1.2 1.72825 28.5 18.5
13 18.666 5.35 1.51633 64.1 18.73
14 -133.407 0.15 1 0 19.39
15 34.369 3.49 1.6779 55.3 20.06
16 -89.333 (可変) 1 0 19.99
17(絞り) ∞ 1.87 1 0 16.69
18 -66.891 1.25 1.71999 50.2 16.35
19 81.615 0.93 1 0 16.44
20 -88.722 1 1.6223 53.2 16.53
21 32.152 2.6 1.80518 25.4 17.77
22 2189.196 (可変) 1 0 18.28
23 29.94 6.72 1.43875 94.9 21.51
24 -29.94 0.15 1 0 22.16
25* -622.972 0.15 1.52421 51.4 22.19
26 -128.586 1.2 1.834 37.2 22.21
27 20.96 8.71 1.48749 70.2 22.86
28 -38.77 (可変) 1 0 24.58
29 -276.543 3.14 1.95375 32.3 25
30 -44.836 3.02 1 0 25
31 -32.314 2 1.90525 35 28
32 131.609 0.13 1 0 28
33 38.434 5 1.7783 23.9 31
34 112.543 2.96 1 0 31
35 -209.899 2 1.95375 32.3 34
36 40.103 10.5 1.51742 52.4 34
37 -32.145 (可変) 34
像面 ∞

非球面データ
第5面
K 0.00E+00 A4 1.358E-05 A6 -1.792E-08 A8 2.412E-11 A10 -2.010E-14 A12 7.860E-18
第7面
K 0.00E+00 A4 -9.21E-06 A6 2.504E-08 A8 -1.838E-11 A10 -6.640E-15
第25面
K 0.00E+00 A4 -2.20E-05 A6 -2.588E-08 A8 -1.363E-11 A10 2.925E-13

各種データ
ズーム比 2.32
広角 中間 望遠
焦点距離 13.92 19.05 32.23
Ｆナンバー 4.09 4.08 4.74
半画角 57.25 48.64 33.87
像高 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 218.23 218.23 218.23
BF 19.19 19.19 19.19

d4 0.86 5.56 0.86
d6 13.63 13.63 13.63
d11 26.47 15.78 5.74
d16 1.24 5.36 12.63
d22 11.88 7.76 0.49
d28 3.45 9.44 24.19
d37 19.19 19.19 19.19

入射瞳位置 82.56 85.56 82.97
射出瞳位置 -87.54 -79.46 -78.68
前側主点位置 98.71 106.14 112.51
後側主点位置 6.22 2.02 -7.75

ズームレンズ群データ
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 -254.4 66.56 -9.21 -72.14
2 5 -38.77 3.5 2.21 0
3 7 -62.01 7.94 -0.11 -5.32
4 12 28.82 10.19 4.12 -2.52
5 17 -46.91 7.65 2.17 -3.41
6 23 47.74 16.93 5.12 -7.27
7 29 5042.05 28.74 411.2 424.01

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -137.58
2 3 381.38
3 5 -38.77
4 7 910.93
5 8 -27.33
6 10 52.95
7 12 -44.49
8 13 32.1
9 15 37.04
10 18 -50.88
11 20 -37.8
12 21 40.5
13 23 35.33
14 25 309.06
15 26 -21.53
16 27 29.31
17 29 55.74
18 31 -28.49
19 33 72.84
20 35 -35.17
21 36 36.28

（数値実施例２）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 80 20 1.49171 57.4 142.9
2 60 41.07 1 0 98.2
3 150.322 5.15 1.51633 64.1 77
4 333.524 (可変) 1 0 77
5* 12826.238 3.5 1.58373 59.4 52.11
6 22.591 (可変) 1 0 36.08
7* -210.437 0.1 1.52421 51.4 31.9
8 -146.091 1.3 1.7725 49.6 31.83
9 24.773 2.09 1 0 27.93
10 28.493 4.45 1.84666 23.9 27.83
11 72.575 (可変) 1 0 26.74
12 45.228 1.2 1.72825 28.5 18.5
13 18.666 5.35 1.51633 64.1 18.73
14 -133.407 0.15 1 0 19.39
15 34.369 3.49 1.6779 55.3 20.06
16 -89.333 (可変) 1 0 19.99
17(絞り) ∞ 1.87 1 0 16.69
18 -66.891 1.25 1.71999 50.2 16.35
19 81.615 0.93 1 0 16.44
20 -88.722 1 1.6223 53.2 16.53
21 32.152 2.6 1.80518 25.4 17.77
22 2189.196 (可変) 1 0 18.28
23 29.94 6.72 1.43875 94.9 21.51
24 -29.94 0.15 1 0 22.16
25* -622.972 0.15 1.52421 51.4 22.19
26 -128.586 1.2 1.834 37.2 22.21
27 20.96 8.71 1.48749 70.2 22.86
28 -38.77 (可変) 1 0 24.58
29 -197.923 3.45 1.95375 32.3 25
30 -37.201 3.38 1 0 25
31 -25.709 2 1.91082 35.3 27
32 80.995 0.52 1 0 27
33 46.032 5 1.7783 23.9 28
34 -1933.738 3.41 1 0 28
35 -87.791 2 1.83481 42.7 35
36 44.99 12.41 1.497 81.5 35
37 -26.06 (可変) 1 0 35
像面 ∞

非球面データ
第5面
K 0.00E+00 A4 1.358E-05 A6 -1.792E-08 A8 2.412E-11 A10 -2.010E-14 A12 7.860E-18
第7面
K 0.00E+00 A4 -9.211E-06 A6 2.504E-08 A8 -1.838E-11 A10 -6.640E-15
第25面
K 0.00E+00 A4 -2.200E-05 A6 -2.588E-08 A8 -1.363E-11 A10 2.925E-13

各種データ
ズーム比 2.32
広角 中間 望遠
焦点距離 16.46 22.53 38.16
Ｆナンバー 4.09 4.08 5.35
半画角 52.74 43.83 29.55
像高 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 224.75 224.75 224.75
BF 23.05 23.05 23.05

d4 0.86 5.56 0.86
d6 13.63 13.63 13.63
d11 26.47 15.78 5.74
d16 1.24 5.36 12.63
d22 11.88 7.76 0.49
d28 3.02 9 23.76
d37 23.05 23.05 23.05

入射瞳位置 86 89.3 86.46
射出瞳位置 -106.6 -97.19 -96.28
前側主点位置 105.18 113.82 121.92
後側主点位置 7.8 2.89 -8.45

ズームレンズ群データ
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 -270.1 66.22 1.21 -60.96
2 5 -38.77 3.5 2.21 0
3 7 -62.01 7.94 -0.11 -5.32
4 12 28.82 10.19 4.12 -2.52
5 17 -46.91 7.65 2.17 -3.41
6 23 47.74 16.93 5.12 -7.27
7 29 -4052.35 32.17 -689.6 -862.13

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -166.84
2 3 524.99
3 5 -38.77
4 7 910.93
5 8 -27.33
6 10 52.95
7 12 -44.49
8 13 32.1
9 15 37.04
10 18 -50.88
11 20 -37.8
12 21 40.5
13 23 35.33
14 25 309.06
15 26 -21.53
16 27 29.31
17 29 47.54
18 31 -21.24
19 33 57.83
20 35 -35.39
21 36 35.25

（数値実施例３）
単位 mm

面データ

面番号 r d nd νd 有効径
1 80 20 1.49171 57.4 142.9
2 60 41.07 1 0 98.2
3 213.533 5.15 1.741 52.6 77
4 384.878 (可変) 1 0 77
5* 12826.238 3.5 1.58373 59.4 52.11
6 22.591 (可変) 1 0 36.08
7* -210.437 0.1 1.52421 51.4 31.9
8 -146.091 1.3 1.7725 49.6 31.83
9 24.773 2.09 1 0 27.93
10 28.493 4.45 1.84666 23.9 27.83
11 72.575 (可変) 1 0 26.74
12 45.228 1.2 1.72825 28.5 18.5
13 18.666 5.35 1.51633 64.1 18.73
14 -133.407 0.15 1 0 19.39
15 34.369 3.49 1.6779 55.3 20.06
16 -89.333 (可変) 1 0 19.99
17(絞り) ∞ 1.87 1 0 16.69
18 -66.891 1.25 1.71999 50.2 16.35
19 81.615 0.93 1 0 16.44
20 -88.722 1 1.6223 53.2 16.53
21 32.152 2.6 1.80518 25.4 17.77
22 2189.196 (可変) 1 0 18.28
23 29.94 6.72 1.43875 94.9 21.51
24 -29.94 0.15 1 0 22.16
25* -622.972 0.15 1.52421 51.4 22.19
26 -128.586 1.2 1.834 37.2 22.21
27 20.96 8.71 1.48749 70.2 22.86
28 -38.77 (可変) 1 0 24.58
29 -276.951 3.53 1.91082 35.3 25
30 -36.98 3.42 1 0 25
31 -24.871 2 1.90525 35 27
32 61.562 0.16 1 0 27
33 42.065 5 1.7783 23.9 28
34 -139.972 2.68 1 0 28
35 -67.438 2 1.79952 42.2 35
36 36.511 13.72 1.497 81.5 35
37 -24.536 (可変) 1 0 35
像面 ∞

非球面データ
第5面
K 0.000E+00 A4 1.358E-05 A6 -1.792E-08 A8 2.412E-11 A10 -2.010E-14 A12 7.860E-18
第7面
K 0.000E+00 A4 -9.211E-06 A6 2.504E-08 A8 -1.838E-11 A10 -6.640E-15
第25面
K 0.000E+00 A4 -2.200E-05 A6 -2.588E-08 A8 -1.363E-11 A10 2.925E-13

各種データ
ズーム比 2.31
広角 中間 望遠
焦点距離 15.89 21.72 36.76
Ｆナンバー 4.09 4.08 5.19
半画角 53.7 44.88 30.48
像高 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 224.75 224.75 224.75
BF 23.05 23.05 23.05

d4 0.86 5.56 0.86
d6 13.63 13.63 13.63
d11 26.47 15.78 5.74
d16 1.24 5.36 12.63
d22 11.88 7.76 0.49
d28 2.67 8.65 23.41
d37 23.05 23.05 23.05

入射瞳位置 85.51 88.76 85.96
射出瞳位置 -122.88 -110.47 -109.29
前側主点位置 104.41 113.09 122.01
後側主点位置 8.23 3.61 -6.96

ズームレンズ群データ
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 -242.73 66.22 7.73 -54.56
2 5 -38.77 3.5 2.21 0
3 7 -62.01 7.94 -0.11 -5.32
4 12 28.82 10.19 4.12 -2.52
5 17 -46.91 7.65 2.17 -3.41
6 23 47.74 16.93 5.12 -7.27
7 29 782.18 32.52 159.31 167.49

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -166.84
2 3 639.12
3 5 -38.77
4 7 910.93
5 8 -27.33
6 10 52.95
7 12 -44.49
8 13 32.1
9 15 37.04
10 18 -50.88
11 20 -37.8
12 21 40.5
13 23 35.33
14 25 309.06
15 26 -21.53
16 27 29.31
17 29 46.53
18 31 -19.36
19 33 42.06
20 35 -29.38
21 36 31.91

（表１）
数値実施例１ 数値実施例２ 数値実施例３
条件式（１） 0.36 0.32 0.26
条件式（２） 14.54 15.44 13.87
条件式（３） 288.14 231.58 44.70
条件式（５） 1.29 1.46 1.46
条件式（６） 0.40 0.40 0.40
条件式（７） 0.80 0.94 0.91

（撮像装置）
次に、図７を参照して、各実施例の光学系Ｌ０を撮像光学系として用いたデジタルスチルカメラ（撮像装置）１０について説明する。図７は、撮像装置１０の概略図である。図７において、１１はカメラ本体、１２は実施例１乃至３のいずれかの光学系Ｌ０により構成された撮像光学系である。１３は、カメラ本体１１に内蔵され、撮像光学系１２により形成された光学像を受光して光電変換するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子（光電変換素子）である。カメラ本体１３は、クイックターンミラーを有する所謂一眼レフカメラでも良いし、クイックターンミラーを有さない所謂ミラーレスカメラでも良い。このように、各実施例の光学系Ｌ０をデジタルスチルカメラ等の撮像装置１０に適用し、防水用のハウジングを備えた状態で使用可能とすることで、水中でも高い光学性能を達成することができる。

【0050】

各実施例によれば、簡素な構成で、水中での使用の際に空気中での使用の場合と近い光学性能を得ることが可能なアタッチメント光学系、光学系、および光学系の製造方法を提供することができる。

【0051】

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

【符号の説明】

【0052】

Ｌｄ ドーム型ハウジング（ドーム型カバー、第１のコンバーター光学系）
Ｌｆ フロントコンバーターレンズ（少なくとも１枚の正レンズ、第１のコンバーター光学系）
Ｌｍ 撮像光学系
Ｌｒ リヤコンバーターレンズ（第２のコンバーター光学系）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】