JPH07159687A

JPH07159687A - 水陸両用カメラの光学系

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Publication number: JPH07159687A
Application number: JP5302842A
Authority: JP
Inventors: Masaru Morooka; 優諸岡
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-12-02
Filing date: 1993-12-02
Publication date: 1995-06-23
Anticipated expiration: 2018-07-28
Also published as: JP3431968B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高い結像性能を有し空気中，水中を問わず撮
影が可能であり、空気中では高倍率なズームレンズ、一
方、水中では比較的広画角なレンズを構成し、且つ、そ
の相互切り換えが簡単に行える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
レンズを構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、防水機構を施された空
気中或いは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】水中での撮影は光の吸収，散乱等のた
め、近距離撮影が行われる場合が多く、従来の水陸両用
カメラの光学系には比較的広画角の単焦点レンズが用い
られてきた。又、従来の水陸両用カメラは空気中で使用
されているカメラを水中用ハウジング内に収容して使用
するもの、或いは、カメラ自体に防水機構を施したもの
が使用されてきた。このような従来の水陸両用カメラ
は、物体空間が空気で収差補正された撮影レンズ系の前
方に平板ガラスの防水窓を備えていた。この防水窓は，
前記撮影レンズ系に対する空気中での収差性能を損なわ
ないため、前記撮影レンズ系には空気中において収差性
能が保証されたレンズ系を用いることが可能であった。

【０００３】しかしながら、水中における前記撮影レン
ズ系は、物体空間の屈折率の差によって、そのレンズ入
射面で種々の収差、特に倍率色収差及び歪曲収差が発生
し、水中での結像性能が低下してしまうという欠点を有
していた。又、物体空間が水である状況下で収差補正さ
れたレンズ系を空気中で使用した場合にも、レンズ入射
面で種々の収差が発生するため、逆に空気中での結像性
能が低下してしまうという問題があった。

【０００４】このような欠点を克服した従来例として
は、特開昭５６−１４２１１号公報に記載された光学系
が知られている。この光学系は、レンズ入射面の曲率中
心をレンズ全系の入射位置にほぼ一致させて軸外光線を
入射面にほぼ垂直に入射させることによって、物体空間
と像空間との屈折作用の変化を小さくし、発生する収差
を小さくすることを可能にしたものである。しかし、こ
の従来例にしても、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、水中でプラスの像面湾曲
が大きく発生し、これを補正するのが困難であった。そ
のため、レンズ系中にその伸縮により像面特性が主とし
て変化し、他の収差には大きな変動が生じない少なくと
も一つの可変空間隔を設定することで、前記像面湾曲を
補正することを可能にしたものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】水中での撮影は近距離
撮影が行われる場合が多いため、殆どの水陸両用カメラ
の光学系には広角レンズが用いられてきた。しかし、陸
上での様々な撮影に応じて、広角の焦点距離域から望遠
の焦点距離域までの撮影に対応し得る高倍率なズームレ
ンズが撮影者に望まれる場面が多く、広角の焦点距離域
を使用した水陸両用カメラの光学系では、陸上での撮影
場面が極端に限定されてしまうという問題があった。
又、上記特開昭５６−１４２１１号公報に記載の光学系
のように、撮影レンズ入射面の曲率中心をレンズ全系の
入射瞳位置にほぼ一致させると、レンズ入射面が物体側
に曲率の強い凸面となり、広画角なレンズ程物体側のレ
ンズ径が大きくなってしまうため、当該光学系の小型化
には不利であるという問題もあった。

【０００６】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、高い結像性能を有し空気中，水
中を問わず撮影が可能であり、空気中では高倍率なズー
ムレンズ、一方、水中では比較的広画角なレンズを構成
し、且つ、前記レンズが大型化することがなく、簡単な
機構で空気中と水中との撮影状態を相互に切り換えるこ
とができる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。

【０００７】

【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、本発明による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する
撮影光学系において、撮影時の物体空間が空気である場
合には前記複数のレンズ群の移動よって焦点距離可変の
変倍光学系を構成し、又、撮影時の物体空間が水である
場合には前記変倍光学系に発生する諸収差を補正し得る
ように前記複数のレンズ群を移動してある特定の焦点距
離に切り換えることにより水中撮影可能な光学系を構成
するようしたことを特徴としている。又、本発明の光学
系は、この光学系を物体空間が空気である場合の撮影状
態から物体空間が水である場合の撮影状態に切り換える
際、一度空気中での撮影が可能な広角端を構成した後に
水中での撮影が可能な焦点距離へと切り換わるようにし
たことを特徴としている。

【０００８】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系をそ
のまま水中で使用すると、レンズ入射面で倍率色収差及
び歪曲収差が発生することは前述の通りである。又、上
記従来例のように、レンズ入射面の曲率中心をレンズ系
の入射瞳位置に一致させると、レンズ入射面の曲率半径
が小さくなるため、比較的広画角な撮影レンズの場合、
最も物体側に配置されているレンズの径が大型化し、カ
メラの小型化には不利になっていた。

【０００９】そこで、本発明は、比較的広画角な撮影レ
ンズを使用する場合でもカメラの小型化が達成できるよ
うにするため、レンズ入射面の曲率半径を小さくせずに
水中での倍率色収差及び歪曲収差を補正できるようにし
たものである。そのため、前記レンズ群において、変倍
には寄与せず、特に倍率色収差及び像面湾曲の特性が変
化し、他の収差の変動が少ないレンズ群を移動させるこ
とで、倍率色収差及び歪曲収差の特性をコントロール
し、物体空間の屈折率が変化しても良好な結像性能を維
持することができる。

【００１０】しかしながら、前記レンズ群を移動させる
ことで、倍率色と歪曲以外の収差が発生してしまう場合
がある。又、レンズ入射面が物体側に凸面を向けた曲率
である場合には、プラスの像面湾曲が大きく発生してし
まう。そこで、本発明の光学系は、これらの収差特性に
寄与しているレンズ群をも同時に移動させることで前記
諸収差をコントロールし、物体空間の屈折率が変化して
も良好な結像性能を維持できるようにすると共に、バッ
クフォーカスの変化による像面位置のズレを適切に保て
るように前記レンズ群を移動させている。従って、本発
明の光学系は、少なくとも一つ以上のレンズ群を移動で
きるように構成されることが好ましい。又、本発明の光
学系では、水中撮影時には焦点距離を固定するようにな
っている。これは、水中撮影時にレンズ系の全長を一定
に保持することで当該光学系の防水性を高めるためであ
る。この時、水中での当該光学系の焦点距離は、空気中
撮影時の広角端、或いは使用頻度の高い広角域の焦点距
離と等しくなっていることが好ましい。

【００１１】更に、光学系の小型化を達成し、且つ、水
中での良好な結像性能を維持するためには、撮影光学系
の広角端のレンズ入射面から入射瞳までの距離に対する
レンズ入射面の曲率半径は、以下の条件式を満足するよ
うに規定されることが好ましい。２．０＜｜Ｒ_F／Ａ｜・・・・（１）但し、Ｒ_Fはレンズ入射面の曲率半径、Ａは撮影光学系
の水中撮影時におけるレンズ入射面から入射瞳までの距
離である。尚、上記条件式（１）の値は、その取り得る
値の範囲の下限を下回ると、水中撮影時にレンズ入射面
で発生する像面湾曲が変倍レンズ群の移動だけでは補正
しきれず、結像性能を良好に維持することが困難にな
る。

【００１２】更に、本発明の光学系は、空気中での撮影
状態を構成したときのズームカム（回転レンズ環に設け
られた移動レンズ群の案内溝）の広角端の延長上に、水
中撮影時用のカムが設けられているため、水中での撮影
状態から空気中での撮影状態への切り換えがレンズ環の
回転のみによって行うことが可能になり、切り換えのた
めの特別な機構を設ける必要がない。従って、レンズ鏡
筒が大型化せず水中撮影状態への切り換えが簡単に行え
るようになっている。

【００１３】

【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レンズ構成
を示す断面図であり、（ａ）は空気中撮影時，（ｂ）は
水中撮影時の状態を夫々示した図である。図２は本発明
の光学系による空気中での広角端撮影時の収差曲線図、
図３は本発明の光学系による空気中での中間倍率撮影時
の収差曲線図、図５は本発明の光学系による空気中での
望遠端撮影時の収差曲線図である。図５は、本発明の光
学系による水中撮影時の収差曲線図である。図６は、本
発明の光学系の各レンズ群の移動する軌跡を示した図で
ある。図中、Ｇ₁〜Ｇ₆は夫々変倍時の可動群を示して
いる。

【００１４】本発明による光学系は、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）
とが配置されて構成されている。本発明の光学系は、物
体空間が空気である場合の広角端より望遠端への変倍に
際しては、図１（ａ）に示したように、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が可能になる。
一方、物体空間が水である場合には、本発明の光学系
は、上記空気中での撮影状態における広角端の焦点距離
を維持しながら、レンズ入射面で発生する諸収差の補正
を行えるように各レンズ群を移動させて水中での撮影が
可能になる。尚、レンズ群Ｇ₂は主に像面湾曲，Ｇ₃は
主に倍率色収差，Ｇ₆は像面収差及び像面湾曲の補正に
寄与している。

【００１５】更に、本発明の光学系は、図６に示したよ
うに、水中での撮影状態を構成したレンズ群は空気中で
の広角端の撮影状態を構成したレンズ群の移動の軌跡の
延長上にあるため、共通のズームカム上で簡単に前記二
状態の相互切り換えを行うことができる。

【００１６】以下、本実施例の数値データを示す。

【００１７】ｒ₁＝134.7423 ｄ₁＝2.200 ｎ₁＝1.74320 ν₁＝49.31 ｒ₂＝27.0821 ｄ₂＝7.000 ｒ₃＝-435.7754 ｄ₃＝1.900 ｎ₃＝1.75700 ν₃＝47.87 ｒ₄＝48.3279 ｄ₄＝0.150 ｒ₅＝36.7495 ｄ₅＝4.500 ｎ₅＝1.84666 ν₅＝23.78

【００１８】ｒ₆＝131.8168 ｄ₆＝12.5000(広角) ，5.0000 (中間) ，1.3000 (望
遠) ，0.4259 (水中) ｒ₇＝62.2161 ｄ₇＝2.000 ｎ₇＝1.48749 ν₇＝70.20 ｒ₈＝44.1464 ｄ₈＝36.8939(広角) ，13.3636(中間) ，1.4650 (望
遠) ，48.8530(水中) ｒ₉＝45.5286 ｄ₉＝1.500 ｎ₉＝1.84666 ν₉＝23.78 ｒ₁₀＝21.5496 ｄ₁₀＝6.500 ｎ₁₀＝1.71300 ν₁₀＝53.84

【００１９】ｒ₁₁＝-97.3091 ｄ₁₁＝0.1500 (広角) ，0.1500 (中間) ，0.1500 (望
遠) ，14.8945(水中) ｒ₁₂＝25.2128 ｄ₁₂＝4.850 ｎ₁₂＝1.48749 ν₁₂＝70.20 ｒ₁₃＝∞ ｄ₁₃＝2.8000 (広角) ，6.7678 (中間) ，12.2407(望
遠) ，1.8000 (水中) ｒ₁₄＝∞ (絞り) ｄ₁₄＝1.000 ｒ₁₅＝-95.6768 ｄ₁₅＝3.500 ｎ₁₅＝1.80518 ν₁₅＝25.43

【００２０】ｒ₁₆＝-17.3663 ｄ₁₆＝1.400 ｎ₁₆＝1.76200 ν₁₆＝40.10 ｒ₁₇＝39.8484 ｄ₁₇＝16.8866(広角) ，9.6571 (中間) ，1.8000 (望
遠) ，15.3771(水中) ｒ₁₈＝88.5160 ｄ₁₈＝4.000 ｎ₁₈＝1.53996 ν₁₈＝59.57 ｒ₁₉＝-39.4021 (非球面) ｄ₁₉＝0.150 ｒ₂₀＝-97.5417 ｄ₂₀＝1.600 ｎ₂₀＝1.80518 ν₂₀＝25.43 ｒ₂₁＝215.6004

【００２１】非球面係数第１９面Ｐ＝1.0000 Ｅ＝0.18670 ×10^-4 ，Ｆ＝0.99813 ×10^-8 Ｇ＝0.58878 ×10^-9 ，Ｈ＝-0.35096×10^-11 Ｉ＝0.15481 ×10^-15

【００２２】但し、本実施例において、ｒ₁，ｒ₂，・
・・・は各レンズ面の曲率半径、ｄ ₁，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、｜Ｒ_F／Ａ｜＝４．３である。

【００２３】

【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、空気中では高倍率なズームレンズ，一
方水中では比較的広画角の単焦点レンズとして高い結像
性能を維持しつつ、小型で且つ空気中での撮影状態と水
中での撮影状態との相互切り換えが簡単に行えるという
実用上重要な利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光学系のレンズ構成を示す断面図
であり、（ａ）は空気中撮影時，（ｂ）は水中撮影時の
状態を夫々示した図である。

【図２】本発明の光学系による空気中での広角端撮影時
の収差曲線図である。

【図３】本発明の光学系による空気中での中間倍率撮影
時の収差曲線図である。

【図４】本発明の光学系による空気中での望遠端撮影時
の収差曲線図である。

【図５】本発明の光学系による水中撮影時の収差曲線図
である。

【図６】本発明の光学系の各レンズ群の移動の軌跡を示
した図である。

【符号の説明】

Ｇ₁ 第一群を構成しているレンズ群Ｇ₂ 第二群を構成しているレンズ群Ｇ₃，Ｇ₄，Ｇ₅，Ｇ₆ 第三群を構成しているレンズ
群

Claims

【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
レンズ群を有する撮影光学系において、撮影時の物体空間が空気である場合には前記複数のレン
ズ群の移動によって焦点距離可変の変倍光学系を構成
し、又、撮影時の物体空間が水である場合には前記変倍
光学系に発生する諸収差を補正し得るように前記複数の
レンズ群を移動してある特定の焦点距離に切り換えるこ
とにより水中撮影可能な光学系を構成するようにしたこ
とを特徴とする水陸両用カメラの光学系。
【請求項２】前記光学系を物体空間が空気である場合
の撮影状態から物体空間が水である場合の撮影状態に切
り換える際、一度空気中での撮影が可能な広角端を構成
した後に水中での撮影が可能な焦点距離へと切り換わる
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。