水陸両用カメラの光学系
【目的】 簡単な構成の補助レンズ系の着脱のみで空気中と水中との撮影状態の相互切り換えができ、高倍率のズームレンズにおいても高い結像性能を維持しながら撮影可能な水陸両用カメラの光学系を提供すること。
【構成】 本発明による光学系は、物体側より順に、負のパワーを有する第一群（Ｇ1 ）と、負のパワーを有する第二群（Ｇ2 ）と、正のパワーを有する第三群（Ｇ3 ，Ｇ4 ，Ｇ5 及びＧ6 ）とが配置され、前記各レンズ群を移動させることによって焦点距離可変のズームレンズを構成し、更に、補助レンズ系１を前記レンズ群の物体側に装着して、水中での撮影を可能にしている。
【構成】 本発明による光学系は、物体側より順に、負のパワーを有する第一群（Ｇ1 ）と、負のパワーを有する第二群（Ｇ2 ）と、正のパワーを有する第三群（Ｇ3 ，Ｇ4 ，Ｇ5 及びＧ6 ）とが配置され、前記各レンズ群を移動させることによって焦点距離可変のズームレンズを構成し、更に、補助レンズ系１を前記レンズ群の物体側に装着して、水中での撮影を可能にしている。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、防水機構が施された空気中及び水中の何れにおいても撮影可能な水陸両用カメラの光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の水陸両用カメラは、空気中において使用されているカメラを水中ハウジング内に収容したもの、或いは、カメラ自体に防水機構を施したものが使用されていた。しかしながら、空気中で収差補正された光学系を使用する水中ハウジングや、防水機構が施されたカメラの防水窓が平板ガラスである場合、水中撮影時に起きる物体空間と平板ガラスとの境界面の屈折作用によって歪曲収差及び倍率色収差が発生し、結像性能が著しく低下するばかりか、水中での画角が狭くなるという問題があった。
【０００３】そこで、水中ハウジングの防水窓入射面の曲率中心を前記防水窓を含めたレンズ系全体の入射瞳位置にほぼ一致させた同心球面窓として形成することにより、軸外光線の防水窓入射面への屈折作用の変化を小さくし、水中撮影時の収差，画角の変化を小さくするという従来の光学系があった。又、防水窓を光学系の一部として考え、レンズ入射面の曲率中心をレンズ系の入射瞳位置にほぼ一致させ、カメラ自体に防水機構を施すことによって水陸両用カメラを構成した従来例もあった。又、撮影レンズの前方にアッタチメント光学系を装着することで、水中での収差を良好に補正し、撮影レンズとの合成焦点距離を強め、水中での画角の変化を小さくした従来例として、特開昭５４−８５７２１号公報，特開昭５８−８５７２１号公報及び特開昭５７−４０１７号公報に夫々記載されている光学系が公知である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レンズ入射面の曲率中心を、レンズ系全体の入射瞳位置にほぼ一致させた従来例は、レンズ入射面が物体側に曲率の強い凸面となり、物体平面がレンズの方向に凹面を向けた球面状の虚像となるため、プラスの像面湾曲が大きく発生し、これを補正することは困難であった。例えば、レンズ入射面が平面であるか、或いは、僅かに湾曲しているにすぎない状態ならば、像面は水中に移動した場合でもフラットになることが知られている。
【０００５】又、高倍率のズームレンズを上記のようなレンズ面を有した水陸両用カメラの光学系に用いた場合には、レンズ系の入射瞳位置が変倍時に移動するので、レンズ入射面の曲率中心が入射瞳位置から外れてしまうばかりか、水中ではレンズ入射面に負の屈折力が生じるため、変倍時の収差変動が大きく、且つ、バックフォーカスも変化してしまうため、水中撮影時に良好な結像性能を維持することができなくなるという問題があった。
【０００６】又、アッタチメント光学系を用いた特開昭５４−８５７２１号公報に記載の光学系は、ズームレンズへの装着の際、全焦点距離域に亘って良好な結像性能を得ることができなかった。又、ズームレンズへの装着が可能となった特開昭５８−８５７２１号公報及び特開昭５７−４０１７号公報に夫々記載の光学系は、レンズが３枚以上必要とされるため製造工程においてコスト面で不利となる。
【０００７】そこで、本発明は、上記のような従来技術の有する問題点に鑑み、簡単な構成の補助レンズ系の着脱のみで空気中と水中との撮影状態を相互に切り換えることができ、高倍率なズームレンズにおいても、高い結像性能を維持しながら空気中，水中を問わず撮影可能な水陸両用カメラの光学系を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成するため、本発明の水陸両用カメラの光学系は、物体空間が空気で収差補正された複数のレンズ群を有し、該レンズ群の移動によって焦点距離可変の撮影光学系において、撮影時の物体空間が水である場合には、物体側より順に物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとが配置され且つ最も物体側に配置されたレンズの曲率半径が最も像側に配置されたレンズの曲率半径よりも小さくなるように構成された補助レンズ系を前記撮影光学系の前方に装着すると共に、変倍のための移動レンズ群を物体空間が空気である場合の撮影時とは異なるように移動させることで水中撮影を可能とし、更に、以下の条件式を満足するようにしたことを特徴としている。
０．１＜｜（ＲF −Ｒr ）／（Ｒf ＋Ｒr ）｜＜０．８但し、Ｒf は補助レンズ系の入射面の曲率半径、Ｒr は補助レンズ系の射出面の曲率半径である。又、本発明の光学系は、前記補助レンズを構成している正のメニスカスレンズの少なくとも一面を非球面にするようにしたことを特徴としている。
【０００９】このように、本発明の水陸両用カメラの光学系は、物体空間が空気で収差補正された複数のレンズ群から成り、当該レンズ群を移動させることによって焦点距離可変のズームレンズを構成している。しかしながら、物体空間が空気で収差補正されているレンズをそのまま水中で使用すると、水中での画角は空気中での画角よりも狭くなること、又、レンズ入射面における種々の収差、特に歪曲収差並びに倍率色収差が発生することは前述の通りである。
【００１０】そこで、本発明の光学系は、水中撮影時には、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとが配置されて構成される補助レンズ系を、空気中で収差補正されている撮影光学系の前方に配置することで、水中における補助レンズ系と撮影光学系との合成焦点距離を小さくし、空気中での画角を水中でもある程度保つことを可能にしている。更に、前記補助レンズ系は負，正の二つのレンズ群により構成されているため、レンズ入射面の曲率を強くしなくても、水中においてレンズ入射面で発生する歪曲収差及び倍率色収差を前記補助レンズ系のみで補正することができるので、入射側のレンズが必要以上に大型化することもない。
【００１１】又、本発明の光学系の補助レンズ系は、最も物体側に配置されているレンズの曲率半径を最も像側に配置されているレンズの曲率半径よりも小さくすることによって、水中撮影時に生じる歪曲収差を適正に補正しながら倍率色収差の発生を抑制している。更に、本発明の光学系において、歪曲収差及び倍率色収差を良好に補正するためには、以下の条件式を満足することが好ましい。
０．１＜｜（Ｒf −Ｒr ）／（Ｒf ＋Ｒr ）｜＜０．８・・・・（１）
但し、Ｒf は補助レンズ系の入射面の曲率半径、Ｒr は補助レンズ系の射出面の曲率半径である。上記条件式（１）の値がその取り得る値の範囲の上限を越えると、歪曲収差の発生は小さくなるが、倍率色収差が大きく発生し良好な結像性能を維持できなくなる。一方、条件式（１）の値がその取り得る値の範囲の下限を下回ると、倍率色収差の発生は小さくなるが、歪曲収差が大きく発生し良好な結像性能を維持できなくなる。
【００１２】しかしながら、前記補助レンズ系を撮影光学系の前方に装着しても、補助レンズ系を構成する最も物体側に配置されたレンズの入射面は物体側に対して凸面の形状を有しているため、水中撮影時にはプラスの像面湾曲が大きく発生してしまい、これを前記補助レンズ系のみで補正することは困難である。又、撮影光学系は変倍光学系になっているため、撮影光学系のある焦点距離で収差性能が向上し得るように補助レンズ系を構成しているレンズの各面の曲率を定めても、前記撮影光学系をズーミングしたときの収差及びバックフォーカスの変動のため、全焦点距離域に亘って良好な結像性能を維持することができないという問題もある。
【００１３】そこで、本発明の光学系は、変倍のための移動レンズ群において、特に変倍に伴って像面が移動しないように固定させると共に、像面湾曲の特性に寄与し他の収差の変動に影響を及ぼさないレンズ群を移動させることにより、水中変倍時に全焦点距離域に亘って良好な結像光学系を維持することを可能にしている。本発明の光学系は、補助レンズ系と撮影光学系との間は空気が密閉されており、水の侵入を防ぐため、防水性能を損なわないように補助レンズ系装着時のレンズ全長を一定にして、当該補助レンズ系が焦点距離可変時の撮影光学系に干渉しないような位置に装着するのが良い。そのため、撮影光学系は焦点距離可変時の全長変化が少ないものが好ましい。
【００１４】又、ある程度全長が変化する撮影光学系を用いて、補助レンズ系装着時のレンズ全長を一定にする場合、焦点距離可変時の収差変動が大きく、これを補正するのは困難であるため、補助レンズ系の正メニスカスレンズの少なくとも一面に非球面を使用することで、収差変動を良好に補正することが可能である。更に、撮影光学系は、水中撮影時のズームカム（回転レンズ環に設けられた移動レンズ群の案内溝）を、空気中撮影時のズームカムの広角端の延長上に、水中撮影時の広角端から始まるように設けることで、水中撮影時への切り換えが容易に行える。
【００１５】
【実施例】以下、図示した実施例に基づき、本発明を詳細に説明する。図１は、本発明による光学系の空気中撮影時におけるレンズ構成を示す断面図であり、（ａ）は広角端，（ｂ）は中間倍率，（ｃ）は望遠端での構成を夫々示した図である。図２は、本発明による光学系の水中撮影時におけるレンズ構成を示す断面図であり、（ａ）広角端，（ｂ）は中間倍率，（ｃ）は望遠端での構成を夫々示した図である。図３は、本発明の光学系による空気中撮影時の収差曲線図であり、（ａ）は広角端，（ｂ）は中間倍率，（ｃ）は望遠端での状態を夫々示した図である。図４は、本発明の光学系による水中撮影時の収差曲線図であり、（ａ）は広角端，（ｂ）は中間倍率，（ｃ）は望遠端での状態を夫々示した図である。図５は、図１に示した光学系を水中で用いた場合の収差曲線図であり、（ａ）は広角端，（ｂ）は中間倍率，（ｃ）は望遠端での状態を夫々示した図である。
【００１６】撮影時の物体空間が空気である場合には、本発明の光学系は、図１に示したように、物体側より順に、負のパワーを有する第一群（Ｇ1 ）と、負のパワーを有する第二群（Ｇ2 ）と、正のパワーを有する第三群（Ｇ3 ，Ｇ4 ，Ｇ5 及びＧ6）とが配置されて撮影光学系が構成される。そして、広角端より望遠端への変倍に際しては、第一群（Ｇ1 ）が始め像方向（図の右側）へ移動し途中からは物体側（図の左側）へ移動し、更に第三群（Ｇ3 ，Ｇ4 ，Ｇ5 及びＧ6 ）中のレンズ群がその焦点距離を減少させるように移動し、而も第三群全体の前側主点位置を物体側に向かうように移動させて空気中での撮影を可能にしている。一方、物体空間が水である場合には、図２に示したように、上記撮影光学系の前方（物体側）に、負のメニスカスレンズ１ａと正のメニスカスレンズ１ｂとから構成された補助レンズ系１を装着すると共に、変倍のために上記撮影光学系を構成している各レンズ群の移動を空気中での撮影の場合とは異なった方法で行うことによって、水中での撮影を可能にしている。このように、本発明の光学系は、補助レンズ系１の着脱のみで、空気中，水中双方の撮影に対処できる。
【００１７】以下、本実施例における数値データを示す。
【００１８】（空気中撮影時）
ｒ1 ＝134.7423ｄ1 ＝2.200 ｎ1 ＝1.74320 ν1 ＝49.31ｒ2 ＝27.0821ｄ2 ＝7.000ｒ3 ＝-435.7754ｄ3 ＝1.900 ｎ3 ＝1.75700 ν3 ＝47.87ｒ4 ＝48.3279ｄ4 ＝0.150ｒ5 ＝36.7495ｄ5 ＝4.500 ｎ5 ＝1.84666 ν5 ＝23.78
【００１９】ｒ6 ＝131.8168ｄ6 ＝12.5000(広角) ，5.0000 (中間) ，1.3000 (望遠)ｒ7 ＝62.2161ｄ7 ＝2.000 ｎ7 ＝1.48749 ν7 ＝70.20ｒ8 ＝44.1464ｄ8 ＝36.8939(広角) ，13.3636(中間) ，1.4650 (望遠)ｒ9 ＝45.5286ｄ9 ＝1.500 ｎ9 ＝1.84666 ν9 ＝23.78ｒ10＝21.5496ｄ10＝6.500 ｎ10＝1.71300 ν10＝53.84
【００２０】ｒ11＝-97.3091ｄ11＝0.1500ｒ12＝25.2128ｄ12＝4.850 ｎ12＝1.48749 ν12＝70.20ｒ13＝∞ｄ13＝2.8000 (広角) ，6.7678 (中間) ，12.2407(望遠)ｒ14＝∞ (絞り)ｄ14＝1.000ｒ15＝-95.6768ｄ15＝3.500 ｎ15＝1.80518 ν15＝25.43
【００２１】ｒ16＝-17.3663ｄ16＝1.400 ｎ16＝1.76200 ν16＝40.10ｒ17＝39.8484ｄ17＝16.8866(広角) ，9.6571 (中間) ，1.8000 (望遠)ｒ18＝88.5160ｄ18＝4.000 ｎ18＝1.53996 ν18＝59.57ｒ19＝-39.4021 (非球面)ｄ19＝0.150ｒ20＝-97.5417ｄ20＝1.600 ｎ20＝1.80518 ν20＝25.43ｒ21＝215.6004
【００２２】非球面係数第１９面Ｐ＝1.0000Ｅ＝0.18670 ×10-4 ，Ｆ＝0.99813 ×10-8Ｇ＝0.58878 ×10-9 ，Ｈ＝-0.35096×10-11 Ｉ＝0.15481 ×10-15
【００２３】（水中撮影時）
ｒ1 ＝60.6125ｄ1 ＝3.000 ｎ1 ＝1.71736 ν1 ＝29.51ｒ2 ＝43.5032ｄ2 ＝30.000ｒ3 ＝38.2972(非球面)ｄ3 ＝10.000 ｎ3 ＝1.49241 ν3 ＝57.66ｒ4 ＝170.5864ｄ4 ＝5.0000 (広角) ，20.1159(中間) ，18.5829(望遠)ｒ5 ＝134.7423ｄ5 ＝2.200 ｎ5 ＝1.74320 ν5 ＝49.31
【００２４】ｒ6 ＝27.0821ｄ6 ＝7.000ｒ7 ＝-435.7754ｄ7 ＝1.900 ｎ7 ＝1.75700 ν7 ＝47.87ｒ8 ＝48.3279ｄ8 ＝0.150ｒ9 ＝36.7495ｄ9 ＝4.500 ｎ9 ＝1.84666 ν9 ＝23.78ｒ10＝131.8168ｄ10＝1.1928 (広角) ，4.9893 (中間) ，2.7215 (望遠)
【００２５】ｒ11＝62.2161ｄ11＝2.000 ｎ11＝1.48749 ν11＝70.20ｒ12＝44.1464ｄ12＝44.8973(広角) ，13.3146(中間) ，1.0000 (望遠)ｒ13＝45.5286ｄ13＝1.500 ｎ13＝1.84666 ν13＝23.78ｒ14＝21.5496ｄ14＝6.500 ｎ14＝1.71300 ν14＝53.84ｒ15＝-97.3091ｄ15＝0.1500
【００２６】ｒ16＝25.2128ｄ16＝4.850 ｎ16＝1.48749 ν16＝70.20ｒ17＝∞ｄ17＝3.0308 (広角) ，6.5837 (中間) ，11.0338(望遠)ｒ18＝∞ (絞り)ｄ18＝1.000ｒ19＝-95.6768ｄ19＝3.500 ｎ19＝1.80518 ν19＝25.43ｒ20＝-17.3663ｄ20＝1.400 ｎ20＝1.76200 ν20＝40.10
【００２７】ｒ21＝39.8484ｄ21＝13.1866(広角) ，7.4587 (中間) ，1.0000 (望遠)ｒ22＝88.5160ｄ22＝4.000 ｎ22＝1.53996 ν22＝59.57ｒ23＝-39.4021 (非球面)ｄ23＝0.150ｒ24＝-97.5417ｄ24＝1.600 ｎ24＝1.80518 ν24＝25.43ｒ25＝215.6004
【００２８】非球面係数第３面Ｐ＝1.0000Ｅ＝-0.37639×10-6 ，Ｆ＝0.22767 ×10-9Ｇ＝-0.21435×10-11 ，Ｈ＝0.28879 ×10-14 Ｉ＝-0.13801×10-17第２３面Ｐ＝1.0000Ｅ＝0.18670 ×10-4 ，Ｆ＝0.99813 ×10-8Ｇ＝0.58878 ×10-9 ，Ｈ＝-0.35096×10-11 Ｉ＝0.15481 ×10-15
【００２９】但し、本実施例において、ｒ1 ，ｒ2 ，・・・・は各レンズ面の曲率半径、ｄ1 ，ｄ2 ，・・・・は各レンズの肉厚又は間隔、ｎ1 ，ｎ2 ，・・・・はｄ線の屈折率、ν1 ，ν2 ・・・・はｄ線のアッベ数である。尚、本実施例における非球面形状は、光軸方向の非球面量をｘ，光軸からの高さをｈとしたとき、次式によって示される。
但し、ｒは近軸曲率半径、Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉは夫々非球面係数である。又、本実施例における上記条件式（１）の値は、｜（Ｒf −Ｒr ）／（Ｒf ＋Ｒr ）｜＝０．４８である。
【００３０】尚、本発明の効果を証明するために、上記実施例の空気中撮影時の状態のままの光学系を水中で使用した時の収差を求め、図５（ａ）乃至（ｃ）に示した。この収差図曲線図から明らかなように、空気中撮影時では良好であった収差性能も水中では悪化し、使用に耐えられなくなってしまう。又、図５（ａ）乃至（ｃ）と図４（ａ）乃至（ｃ）とを比べれば（但しスケールが違うことに注意）、本発明の光学系を水中撮影状態に切り換えることによって、収差性能が数段向上することが明確であろう。
【００３１】
【発明の効果】上述のように、本発明による水陸両用カメラの光学系は、簡単な構成の補助レンズ系の着脱のみで、空気中と水中との撮影状態を相互に切り換えることができ、高倍率なズームレンズにおいても高い結像性能を維持しながら空気中，水中を問わず撮影ができるという実用上優れた利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学系の空気中撮影時におけるレンズ構成を示す断面図であり、（ａ）は広角端，（ｂ）は中間倍率，（ｃ）は望遠端での構成を夫々示した図である。
【図２】本発明による光学系の水中撮影時におけるレンズ構成を示す断面図であり、（ａ）広角端，（ｂ）は中間倍率，（ｃ）は望遠端での構成を夫々示した図である。
【図３】本発明の光学系による空気中撮影時の収差曲線図であり、（ａ）は広角端，（ｂ）は中間倍率，（ｃ）は望遠端での状態を夫々示した図である。
【図４】本発明の光学系による水中撮影時の収差曲線図であり、（ａ）は広角端，（ｂ）は中間倍率，（ｃ）は望遠端での状態を夫々示した図である。
【図５】図１に示した光学系を水中で用いた場合の収差曲線図であり、（ａ）は広角端，（ｂ）は中間倍率，（ｃ）は望遠端での状態を夫々示した図である。
【符号の説明】
１ 補助レンズ系
１ａ 負のメニスカスレンズ
１ｂ 正のメニスカスレンズ
Ｇ1 第一群を構成しているレンズ
Ｇ2 第二群を構成しているレンズ
Ｇ3 ，Ｇ4 ，Ｇ5 ，Ｇ6 第三群を構成しているレンズ
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、防水機構が施された空気中及び水中の何れにおいても撮影可能な水陸両用カメラの光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の水陸両用カメラは、空気中において使用されているカメラを水中ハウジング内に収容したもの、或いは、カメラ自体に防水機構を施したものが使用されていた。しかしながら、空気中で収差補正された光学系を使用する水中ハウジングや、防水機構が施されたカメラの防水窓が平板ガラスである場合、水中撮影時に起きる物体空間と平板ガラスとの境界面の屈折作用によって歪曲収差及び倍率色収差が発生し、結像性能が著しく低下するばかりか、水中での画角が狭くなるという問題があった。
【０００３】そこで、水中ハウジングの防水窓入射面の曲率中心を前記防水窓を含めたレンズ系全体の入射瞳位置にほぼ一致させた同心球面窓として形成することにより、軸外光線の防水窓入射面への屈折作用の変化を小さくし、水中撮影時の収差，画角の変化を小さくするという従来の光学系があった。又、防水窓を光学系の一部として考え、レンズ入射面の曲率中心をレンズ系の入射瞳位置にほぼ一致させ、カメラ自体に防水機構を施すことによって水陸両用カメラを構成した従来例もあった。又、撮影レンズの前方にアッタチメント光学系を装着することで、水中での収差を良好に補正し、撮影レンズとの合成焦点距離を強め、水中での画角の変化を小さくした従来例として、特開昭５４−８５７２１号公報，特開昭５８−８５７２１号公報及び特開昭５７−４０１７号公報に夫々記載されている光学系が公知である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レンズ入射面の曲率中心を、レンズ系全体の入射瞳位置にほぼ一致させた従来例は、レンズ入射面が物体側に曲率の強い凸面となり、物体平面がレンズの方向に凹面を向けた球面状の虚像となるため、プラスの像面湾曲が大きく発生し、これを補正することは困難であった。例えば、レンズ入射面が平面であるか、或いは、僅かに湾曲しているにすぎない状態ならば、像面は水中に移動した場合でもフラットになることが知られている。
【０００５】又、高倍率のズームレンズを上記のようなレンズ面を有した水陸両用カメラの光学系に用いた場合には、レンズ系の入射瞳位置が変倍時に移動するので、レンズ入射面の曲率中心が入射瞳位置から外れてしまうばかりか、水中ではレンズ入射面に負の屈折力が生じるため、変倍時の収差変動が大きく、且つ、バックフォーカスも変化してしまうため、水中撮影時に良好な結像性能を維持することができなくなるという問題があった。
【０００６】又、アッタチメント光学系を用いた特開昭５４−８５７２１号公報に記載の光学系は、ズームレンズへの装着の際、全焦点距離域に亘って良好な結像性能を得ることができなかった。又、ズームレンズへの装着が可能となった特開昭５８−８５７２１号公報及び特開昭５７−４０１７号公報に夫々記載の光学系は、レンズが３枚以上必要とされるため製造工程においてコスト面で不利となる。
【０００７】そこで、本発明は、上記のような従来技術の有する問題点に鑑み、簡単な構成の補助レンズ系の着脱のみで空気中と水中との撮影状態を相互に切り換えることができ、高倍率なズームレンズにおいても、高い結像性能を維持しながら空気中，水中を問わず撮影可能な水陸両用カメラの光学系を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成するため、本発明の水陸両用カメラの光学系は、物体空間が空気で収差補正された複数のレンズ群を有し、該レンズ群の移動によって焦点距離可変の撮影光学系において、撮影時の物体空間が水である場合には、物体側より順に物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとが配置され且つ最も物体側に配置されたレンズの曲率半径が最も像側に配置されたレンズの曲率半径よりも小さくなるように構成された補助レンズ系を前記撮影光学系の前方に装着すると共に、変倍のための移動レンズ群を物体空間が空気である場合の撮影時とは異なるように移動させることで水中撮影を可能とし、更に、以下の条件式を満足するようにしたことを特徴としている。
０．１＜｜（ＲF −Ｒr ）／（Ｒf ＋Ｒr ）｜＜０．８但し、Ｒf は補助レンズ系の入射面の曲率半径、Ｒr は補助レンズ系の射出面の曲率半径である。又、本発明の光学系は、前記補助レンズを構成している正のメニスカスレンズの少なくとも一面を非球面にするようにしたことを特徴としている。
【０００９】このように、本発明の水陸両用カメラの光学系は、物体空間が空気で収差補正された複数のレンズ群から成り、当該レンズ群を移動させることによって焦点距離可変のズームレンズを構成している。しかしながら、物体空間が空気で収差補正されているレンズをそのまま水中で使用すると、水中での画角は空気中での画角よりも狭くなること、又、レンズ入射面における種々の収差、特に歪曲収差並びに倍率色収差が発生することは前述の通りである。
【００１０】そこで、本発明の光学系は、水中撮影時には、物体側より順に、物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとが配置されて構成される補助レンズ系を、空気中で収差補正されている撮影光学系の前方に配置することで、水中における補助レンズ系と撮影光学系との合成焦点距離を小さくし、空気中での画角を水中でもある程度保つことを可能にしている。更に、前記補助レンズ系は負，正の二つのレンズ群により構成されているため、レンズ入射面の曲率を強くしなくても、水中においてレンズ入射面で発生する歪曲収差及び倍率色収差を前記補助レンズ系のみで補正することができるので、入射側のレンズが必要以上に大型化することもない。
【００１１】又、本発明の光学系の補助レンズ系は、最も物体側に配置されているレンズの曲率半径を最も像側に配置されているレンズの曲率半径よりも小さくすることによって、水中撮影時に生じる歪曲収差を適正に補正しながら倍率色収差の発生を抑制している。更に、本発明の光学系において、歪曲収差及び倍率色収差を良好に補正するためには、以下の条件式を満足することが好ましい。
０．１＜｜（Ｒf −Ｒr ）／（Ｒf ＋Ｒr ）｜＜０．８・・・・（１）
但し、Ｒf は補助レンズ系の入射面の曲率半径、Ｒr は補助レンズ系の射出面の曲率半径である。上記条件式（１）の値がその取り得る値の範囲の上限を越えると、歪曲収差の発生は小さくなるが、倍率色収差が大きく発生し良好な結像性能を維持できなくなる。一方、条件式（１）の値がその取り得る値の範囲の下限を下回ると、倍率色収差の発生は小さくなるが、歪曲収差が大きく発生し良好な結像性能を維持できなくなる。
【００１２】しかしながら、前記補助レンズ系を撮影光学系の前方に装着しても、補助レンズ系を構成する最も物体側に配置されたレンズの入射面は物体側に対して凸面の形状を有しているため、水中撮影時にはプラスの像面湾曲が大きく発生してしまい、これを前記補助レンズ系のみで補正することは困難である。又、撮影光学系は変倍光学系になっているため、撮影光学系のある焦点距離で収差性能が向上し得るように補助レンズ系を構成しているレンズの各面の曲率を定めても、前記撮影光学系をズーミングしたときの収差及びバックフォーカスの変動のため、全焦点距離域に亘って良好な結像性能を維持することができないという問題もある。
【００１３】そこで、本発明の光学系は、変倍のための移動レンズ群において、特に変倍に伴って像面が移動しないように固定させると共に、像面湾曲の特性に寄与し他の収差の変動に影響を及ぼさないレンズ群を移動させることにより、水中変倍時に全焦点距離域に亘って良好な結像光学系を維持することを可能にしている。本発明の光学系は、補助レンズ系と撮影光学系との間は空気が密閉されており、水の侵入を防ぐため、防水性能を損なわないように補助レンズ系装着時のレンズ全長を一定にして、当該補助レンズ系が焦点距離可変時の撮影光学系に干渉しないような位置に装着するのが良い。そのため、撮影光学系は焦点距離可変時の全長変化が少ないものが好ましい。
【００１４】又、ある程度全長が変化する撮影光学系を用いて、補助レンズ系装着時のレンズ全長を一定にする場合、焦点距離可変時の収差変動が大きく、これを補正するのは困難であるため、補助レンズ系の正メニスカスレンズの少なくとも一面に非球面を使用することで、収差変動を良好に補正することが可能である。更に、撮影光学系は、水中撮影時のズームカム（回転レンズ環に設けられた移動レンズ群の案内溝）を、空気中撮影時のズームカムの広角端の延長上に、水中撮影時の広角端から始まるように設けることで、水中撮影時への切り換えが容易に行える。
【００１５】
【実施例】以下、図示した実施例に基づき、本発明を詳細に説明する。図１は、本発明による光学系の空気中撮影時におけるレンズ構成を示す断面図であり、（ａ）は広角端，（ｂ）は中間倍率，（ｃ）は望遠端での構成を夫々示した図である。図２は、本発明による光学系の水中撮影時におけるレンズ構成を示す断面図であり、（ａ）広角端，（ｂ）は中間倍率，（ｃ）は望遠端での構成を夫々示した図である。図３は、本発明の光学系による空気中撮影時の収差曲線図であり、（ａ）は広角端，（ｂ）は中間倍率，（ｃ）は望遠端での状態を夫々示した図である。図４は、本発明の光学系による水中撮影時の収差曲線図であり、（ａ）は広角端，（ｂ）は中間倍率，（ｃ）は望遠端での状態を夫々示した図である。図５は、図１に示した光学系を水中で用いた場合の収差曲線図であり、（ａ）は広角端，（ｂ）は中間倍率，（ｃ）は望遠端での状態を夫々示した図である。
【００１６】撮影時の物体空間が空気である場合には、本発明の光学系は、図１に示したように、物体側より順に、負のパワーを有する第一群（Ｇ1 ）と、負のパワーを有する第二群（Ｇ2 ）と、正のパワーを有する第三群（Ｇ3 ，Ｇ4 ，Ｇ5 及びＧ6）とが配置されて撮影光学系が構成される。そして、広角端より望遠端への変倍に際しては、第一群（Ｇ1 ）が始め像方向（図の右側）へ移動し途中からは物体側（図の左側）へ移動し、更に第三群（Ｇ3 ，Ｇ4 ，Ｇ5 及びＧ6 ）中のレンズ群がその焦点距離を減少させるように移動し、而も第三群全体の前側主点位置を物体側に向かうように移動させて空気中での撮影を可能にしている。一方、物体空間が水である場合には、図２に示したように、上記撮影光学系の前方（物体側）に、負のメニスカスレンズ１ａと正のメニスカスレンズ１ｂとから構成された補助レンズ系１を装着すると共に、変倍のために上記撮影光学系を構成している各レンズ群の移動を空気中での撮影の場合とは異なった方法で行うことによって、水中での撮影を可能にしている。このように、本発明の光学系は、補助レンズ系１の着脱のみで、空気中，水中双方の撮影に対処できる。
【００１７】以下、本実施例における数値データを示す。
【００１８】（空気中撮影時）
ｒ1 ＝134.7423ｄ1 ＝2.200 ｎ1 ＝1.74320 ν1 ＝49.31ｒ2 ＝27.0821ｄ2 ＝7.000ｒ3 ＝-435.7754ｄ3 ＝1.900 ｎ3 ＝1.75700 ν3 ＝47.87ｒ4 ＝48.3279ｄ4 ＝0.150ｒ5 ＝36.7495ｄ5 ＝4.500 ｎ5 ＝1.84666 ν5 ＝23.78
【００１９】ｒ6 ＝131.8168ｄ6 ＝12.5000(広角) ，5.0000 (中間) ，1.3000 (望遠)ｒ7 ＝62.2161ｄ7 ＝2.000 ｎ7 ＝1.48749 ν7 ＝70.20ｒ8 ＝44.1464ｄ8 ＝36.8939(広角) ，13.3636(中間) ，1.4650 (望遠)ｒ9 ＝45.5286ｄ9 ＝1.500 ｎ9 ＝1.84666 ν9 ＝23.78ｒ10＝21.5496ｄ10＝6.500 ｎ10＝1.71300 ν10＝53.84
【００２０】ｒ11＝-97.3091ｄ11＝0.1500ｒ12＝25.2128ｄ12＝4.850 ｎ12＝1.48749 ν12＝70.20ｒ13＝∞ｄ13＝2.8000 (広角) ，6.7678 (中間) ，12.2407(望遠)ｒ14＝∞ (絞り)ｄ14＝1.000ｒ15＝-95.6768ｄ15＝3.500 ｎ15＝1.80518 ν15＝25.43
【００２１】ｒ16＝-17.3663ｄ16＝1.400 ｎ16＝1.76200 ν16＝40.10ｒ17＝39.8484ｄ17＝16.8866(広角) ，9.6571 (中間) ，1.8000 (望遠)ｒ18＝88.5160ｄ18＝4.000 ｎ18＝1.53996 ν18＝59.57ｒ19＝-39.4021 (非球面)ｄ19＝0.150ｒ20＝-97.5417ｄ20＝1.600 ｎ20＝1.80518 ν20＝25.43ｒ21＝215.6004
【００２２】非球面係数第１９面Ｐ＝1.0000Ｅ＝0.18670 ×10-4 ，Ｆ＝0.99813 ×10-8Ｇ＝0.58878 ×10-9 ，Ｈ＝-0.35096×10-11 Ｉ＝0.15481 ×10-15
【００２３】（水中撮影時）
ｒ1 ＝60.6125ｄ1 ＝3.000 ｎ1 ＝1.71736 ν1 ＝29.51ｒ2 ＝43.5032ｄ2 ＝30.000ｒ3 ＝38.2972(非球面)ｄ3 ＝10.000 ｎ3 ＝1.49241 ν3 ＝57.66ｒ4 ＝170.5864ｄ4 ＝5.0000 (広角) ，20.1159(中間) ，18.5829(望遠)ｒ5 ＝134.7423ｄ5 ＝2.200 ｎ5 ＝1.74320 ν5 ＝49.31
【００２４】ｒ6 ＝27.0821ｄ6 ＝7.000ｒ7 ＝-435.7754ｄ7 ＝1.900 ｎ7 ＝1.75700 ν7 ＝47.87ｒ8 ＝48.3279ｄ8 ＝0.150ｒ9 ＝36.7495ｄ9 ＝4.500 ｎ9 ＝1.84666 ν9 ＝23.78ｒ10＝131.8168ｄ10＝1.1928 (広角) ，4.9893 (中間) ，2.7215 (望遠)
【００２５】ｒ11＝62.2161ｄ11＝2.000 ｎ11＝1.48749 ν11＝70.20ｒ12＝44.1464ｄ12＝44.8973(広角) ，13.3146(中間) ，1.0000 (望遠)ｒ13＝45.5286ｄ13＝1.500 ｎ13＝1.84666 ν13＝23.78ｒ14＝21.5496ｄ14＝6.500 ｎ14＝1.71300 ν14＝53.84ｒ15＝-97.3091ｄ15＝0.1500
【００２６】ｒ16＝25.2128ｄ16＝4.850 ｎ16＝1.48749 ν16＝70.20ｒ17＝∞ｄ17＝3.0308 (広角) ，6.5837 (中間) ，11.0338(望遠)ｒ18＝∞ (絞り)ｄ18＝1.000ｒ19＝-95.6768ｄ19＝3.500 ｎ19＝1.80518 ν19＝25.43ｒ20＝-17.3663ｄ20＝1.400 ｎ20＝1.76200 ν20＝40.10
【００２７】ｒ21＝39.8484ｄ21＝13.1866(広角) ，7.4587 (中間) ，1.0000 (望遠)ｒ22＝88.5160ｄ22＝4.000 ｎ22＝1.53996 ν22＝59.57ｒ23＝-39.4021 (非球面)ｄ23＝0.150ｒ24＝-97.5417ｄ24＝1.600 ｎ24＝1.80518 ν24＝25.43ｒ25＝215.6004
【００２８】非球面係数第３面Ｐ＝1.0000Ｅ＝-0.37639×10-6 ，Ｆ＝0.22767 ×10-9Ｇ＝-0.21435×10-11 ，Ｈ＝0.28879 ×10-14 Ｉ＝-0.13801×10-17第２３面Ｐ＝1.0000Ｅ＝0.18670 ×10-4 ，Ｆ＝0.99813 ×10-8Ｇ＝0.58878 ×10-9 ，Ｈ＝-0.35096×10-11 Ｉ＝0.15481 ×10-15
【００２９】但し、本実施例において、ｒ1 ，ｒ2 ，・・・・は各レンズ面の曲率半径、ｄ1 ，ｄ2 ，・・・・は各レンズの肉厚又は間隔、ｎ1 ，ｎ2 ，・・・・はｄ線の屈折率、ν1 ，ν2 ・・・・はｄ線のアッベ数である。尚、本実施例における非球面形状は、光軸方向の非球面量をｘ，光軸からの高さをｈとしたとき、次式によって示される。
但し、ｒは近軸曲率半径、Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉは夫々非球面係数である。又、本実施例における上記条件式（１）の値は、｜（Ｒf −Ｒr ）／（Ｒf ＋Ｒr ）｜＝０．４８である。
【００３０】尚、本発明の効果を証明するために、上記実施例の空気中撮影時の状態のままの光学系を水中で使用した時の収差を求め、図５（ａ）乃至（ｃ）に示した。この収差図曲線図から明らかなように、空気中撮影時では良好であった収差性能も水中では悪化し、使用に耐えられなくなってしまう。又、図５（ａ）乃至（ｃ）と図４（ａ）乃至（ｃ）とを比べれば（但しスケールが違うことに注意）、本発明の光学系を水中撮影状態に切り換えることによって、収差性能が数段向上することが明確であろう。
【００３１】
【発明の効果】上述のように、本発明による水陸両用カメラの光学系は、簡単な構成の補助レンズ系の着脱のみで、空気中と水中との撮影状態を相互に切り換えることができ、高倍率なズームレンズにおいても高い結像性能を維持しながら空気中，水中を問わず撮影ができるという実用上優れた利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学系の空気中撮影時におけるレンズ構成を示す断面図であり、（ａ）は広角端，（ｂ）は中間倍率，（ｃ）は望遠端での構成を夫々示した図である。
【図２】本発明による光学系の水中撮影時におけるレンズ構成を示す断面図であり、（ａ）広角端，（ｂ）は中間倍率，（ｃ）は望遠端での構成を夫々示した図である。
【図３】本発明の光学系による空気中撮影時の収差曲線図であり、（ａ）は広角端，（ｂ）は中間倍率，（ｃ）は望遠端での状態を夫々示した図である。
【図４】本発明の光学系による水中撮影時の収差曲線図であり、（ａ）は広角端，（ｂ）は中間倍率，（ｃ）は望遠端での状態を夫々示した図である。
【図５】図１に示した光学系を水中で用いた場合の収差曲線図であり、（ａ）は広角端，（ｂ）は中間倍率，（ｃ）は望遠端での状態を夫々示した図である。
【符号の説明】
１ 補助レンズ系
１ａ 負のメニスカスレンズ
１ｂ 正のメニスカスレンズ
Ｇ1 第一群を構成しているレンズ
Ｇ2 第二群を構成しているレンズ
Ｇ3 ，Ｇ4 ，Ｇ5 ，Ｇ6 第三群を構成しているレンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 物体空間が空気で収差補正された複数のレンズ群を有し、該レンズ群の移動による焦点距離可変の撮影光学系において、撮影時の物体空間が水である場合には、物体側より順に物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとが配置され且つ最も物体側に配置されたレンズの曲率半径が最も像側に配置されたレンズの曲率半径よりも小さくなるように構成された補助レンズ系を前記撮影光学系の前方に装着すると共に、変倍のための移動レンズ群を物体空間が空気である場合の撮影時とは異なるように移動させることで水中撮影を可能とし、更に、以下の条件式を満足するようにしたことを特徴とする水陸両用カメラの光学系。
０．１＜｜（Ｒf −Ｒr ）／（Ｒf ＋Ｒr ）｜＜０．８但し、Ｒf は補助レンズ系の入射面の曲率半径、Ｒr は補助レンズ系の射出面の曲率半径である。
【請求項２】 前記補助レンズ系を構成している正のメニスカスレンズの少なくとも一面を非球面にするようにしたことを特徴とする請求項１に記載の水陸両用カメラの光学系。
【請求項１】 物体空間が空気で収差補正された複数のレンズ群を有し、該レンズ群の移動による焦点距離可変の撮影光学系において、撮影時の物体空間が水である場合には、物体側より順に物体側に凸面を向けた負のメニスカスレンズと物体側に凸面を向けた正のメニスカスレンズとが配置され且つ最も物体側に配置されたレンズの曲率半径が最も像側に配置されたレンズの曲率半径よりも小さくなるように構成された補助レンズ系を前記撮影光学系の前方に装着すると共に、変倍のための移動レンズ群を物体空間が空気である場合の撮影時とは異なるように移動させることで水中撮影を可能とし、更に、以下の条件式を満足するようにしたことを特徴とする水陸両用カメラの光学系。
０．１＜｜（Ｒf −Ｒr ）／（Ｒf ＋Ｒr ）｜＜０．８但し、Ｒf は補助レンズ系の入射面の曲率半径、Ｒr は補助レンズ系の射出面の曲率半径である。
【請求項２】 前記補助レンズ系を構成している正のメニスカスレンズの少なくとも一面を非球面にするようにしたことを特徴とする請求項１に記載の水陸両用カメラの光学系。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開平７−１５９６８９
【公開日】平成７年（１９９５）６月２３日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平５−３０９３８０
【出願日】平成５年（１９９３）１２月９日
【出願人】（００００００３７６）オリンパス光学工業株式会社 (11,466)
【公開日】平成７年（１９９５）６月２３日
【国際特許分類】
【出願日】平成５年（１９９３）１２月９日
【出願人】（００００００３７６）オリンパス光学工業株式会社 (11,466)
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