JP2004252219A - フィルターアタッチメント及びこのフィルターアタッチメントを有する撮影装置 - Google Patents
フィルターアタッチメント及びこのフィルターアタッチメントを有する撮影装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004252219A JP2004252219A JP2003043265A JP2003043265A JP2004252219A JP 2004252219 A JP2004252219 A JP 2004252219A JP 2003043265 A JP2003043265 A JP 2003043265A JP 2003043265 A JP2003043265 A JP 2003043265A JP 2004252219 A JP2004252219 A JP 2004252219A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- filter attachment
- optical
- lens
- diffractive optical
- camera
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Blocking Light For Cameras (AREA)
- Lenses (AREA)
- Structure And Mechanism Of Cameras (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Abstract
【課題】水中等の空気より屈折率の大きい媒質内において、カメラ全体の大型化及び大幅なコストアップを招くことなく、色収差を良好に補正し良好な画質を得ることのできるフィルターアタッチメントを提供する。
【解決手段】内部にカメラ６０を密閉・格納したハウジング５１と、カメラ６０が有する撮影レンズＰＬの光軸上に位置しこのハウジング５１に設けられた光学窓ＷＬを有するカメラハウジング５０により構成された撮影装置４０を、空気より屈折率の大きい媒体内に入れてカメラ６０で外部の物体を撮影する場合に、撮影レンズＰＬに回折光学面Ｇｆが形成されたフィルターアタッチメントＦＡを取付けて諸収差を補正する。
【選択図】 図１
【解決手段】内部にカメラ６０を密閉・格納したハウジング５１と、カメラ６０が有する撮影レンズＰＬの光軸上に位置しこのハウジング５１に設けられた光学窓ＷＬを有するカメラハウジング５０により構成された撮影装置４０を、空気より屈折率の大きい媒体内に入れてカメラ６０で外部の物体を撮影する場合に、撮影レンズＰＬに回折光学面Ｇｆが形成されたフィルターアタッチメントＦＡを取付けて諸収差を補正する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮影レンズと組み合わせて収差特性を変化させるフィルターアタッチメントに関し、特に、空気より屈折率の大きい媒質内で用いるカメラハウジング内で撮影レンズと共に用いるフィルターアタッチメントに関する。さらに、カメラ、撮影装置などの水中用カメラハウジング内で用いるフィルターアタッチメントを有する撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、水中において撮影を行う場合、撮影レンズを装着した一眼レフレックスカメラやデジタルスチルカメラを水中用ハウジング内に密閉・格納して水からカメラを保護している。ハウジングにはカメラが有する撮影レンズの光軸上に位置するように透明な光学窓が設けられており、この光学窓を通してハウジング内のカメラで水中内にある物体（被写体）を撮影する。
【０００３】
しかし、水は屈折率と分散が空気と異なり、ｄ線に対する屈折率が空気に比べて約４／３であり、分散はアッベ数で６２となっている。このため、空気中で使用しているカメラ又は光学系をそのままハウジングに入れて、ガラスやプラスチックで形成された通常の透明な光学材料からなる光学窓を通して水中の物体を撮影すると、画角は約３／４倍になるにも拘わらず、諸収差が発生して画質の低下を招く。特に倍率色収差による色ズレが顕著であり、画質の劣化を招くことが従来より問題とされていた。最近では、デジタルスチルカメラ等の固体撮像素子を有するカメラが一般的となっているが、この諸収差の発生はその撮像素子の数画素分にも及ぶことが多く、解像度の低下のみならず、色調・色再現性までも影響が及ぶことがある。そのため、このような諸収差補正のために、水中撮影時には補助的な光学系を付加する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１５９６８９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、補助的な光学系を付加する場合、カメラ全体の大型化を招き好ましくなく、また、補助的な光学系による大幅なコストアップ等も課題となっている。
【０００６】
本発明は、以上の課題に鑑みなされたものであり、水中等の空気より屈折率の大きい媒質内において、カメラ全体の大型化及び大幅なコストアップを招くことなく、色収差を良好に補正し良好な画質を得ることのできる、カメラハウジング内で用いるフィルターアタッチメントを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明に係るフィルターアタッチメントは、物体からの光線を撮像面上に結像する撮影レンズの物体側におけるこの撮影レンズの光軸上に配置され、短波長の倍率色収差を負側にシフトする機能を有する回折光学面が形成される。
【０００８】
なお、本発明に係るフィルターアタッチメントは、光軸方向厚さをｄとし、最も像側の面の曲率半径をＲ２としたとき、次式
０．０ ≦ ｄ／Ｒ２ ＜ １．０
を満足することが好ましい。
【０００９】
また、回折光学面の有効径をＣとしたとき、次式
１．０ ＜ Ｃ／ｄ ＜ ３０．０
を満足することが好ましい。
【００１０】
また、全体の焦点距離をｆとしたとき、次式
−０．１ ＜ １／ｆ （ｍ−１） ＜ ０．０
を満足することが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明に係るフィルターアタッチメントに形成された回折光学面は、屈折率の異なる複数の光学材料からなる複層の格子構造により構成されることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係るフィルターアタッチメントを有する撮影装置は、ハウジングとこのハウジングに設けられた光学窓とを有するカメラハウジングの内部に、撮影レンズの光軸上に光学窓が位置するようにこの撮影レンズを有するカメラを密閉・格納し、空気より屈折率の大きい媒質内において、カメラにより物体を撮影するものであり、光学窓が、媒質のｄ線に対する屈折率との差が０．１以上である光学材料により形成され、撮影レンズの最も物体側の面と光学窓の最も像側の面との間における撮影レンズ及び光学窓の光軸上に上記に記載のフィルターアタッチメントを有して構成される。
【００１３】
なお、本発明に係るフィルターアタッチメントを有する撮影装置は、光学窓の最も像側の面から回折光学面までの光軸上の距離をｄ１とし、撮影レンズの最も物体側の面から回折光学面までの光軸上の距離をｄ２としたとき、次式
０．２ ＜ ｄ１／ｄ２ ＜ １５．０
を満足することが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るフィルターアタッチメントを水や液体などの媒質中で用いるカメラハウジング内に配設して撮影装置４０を構成した場合を示している。カメラハウジング５０は、内部に空間を有するハウジング５１と、このハウジング５１に配設された光学窓ＷＬとから構成され、このハウジング５１の内部空間にカメラ６０を密閉・格納し、水中等の媒質内においてカメラ６０で物体（被写体）を撮影するものである。カメラ６０は、物体からの光線をフィルム面（撮像面）６１に結像させる（像面Ｉを撮像面６１に一致させる）撮影レンズＰＬを有しており、この撮影レンズＰＬの物体側の光軸上にフィルターアタッチメントＦＡが取付けられている。また、カメラハウジング５０の光学窓ＷＬは、内部に格納されたカメラ６０の撮影レンズＰＬ及びフィルターアタッチメントＦＡの光軸上に位置するように配設されている。この光学窓ＷＬは、カメラハウジング５０の外部にある物体からの光線を透過してカメラ６０で撮影するために透明な光学材料で形成されており、光学窓ＷＬ、フィルターアタッチメントＦＡ及び撮影レンズＰＬで合成光学系を構成している。また、光学窓ＷＬは水等の媒質との屈折率の差が０．１以上の光学材料が用いられる。なお、以降の説明では、撮影装置４０を水中内で使用する場合について説明する。
【００１５】
本発明に係るフィルターアタッチメントＦＡには、回折光学面Ｇｆが形成されており、この回折光学面Ｇｆによって諸収差を補正し、特に倍率色収差の補正を効果的に行うように構成されている。図４は後述する第１実施例においてフィルターアタッチメントＦＡを取り外した（回折光学面Ｇｆがない）場合に撮影装置４０を水中に入れたときの収差図を示している。一方、図５は空気中での収差図を示しており、図４及び図５に示した諸収差図を比較すると、水中においては大きく収差が劣化しており、特に短波長の光線（ｇ線）に対する倍率色収差が正側に大きく変位していることが分かる。そのため、フィルターアタッチメントＦＡを回折光学面Ｇｆが形成された回折光学素子とすることにより、図３に示すように短波長の光線（ｇ線）に対する倍率色収差を元の収差値近くまで補正している。
【００１６】
このように、水中では短波長の光線（ｇ線）に対する倍率色収差が正側に発生するため、その補正のために回折光学面Ｇｆでは負側にシフトさせている（曲げている）。そのため、回折光学面Ｇｆに正の屈折力を持たせて、倍率色収差を負側に曲げることができる。このため、回折光学面Ｇｆは正の屈折力を有することが必要であり、このとき、近軸屈折力は０であっても構わない。より具体的には、凸面を１波長ごとに輪帯状に並べた格子面として回折光学面Ｇｆを形成することで実現することができ、このような格子形状は製造上も作り易く、好都合である。
【００１７】
フィルターアタッチメントＦＡは、通常、撮影レンズＰＬが配設されているケーシングに取付けられる。そのため、フィルターアタッチメントＦＡの物体側の面に回折光学面Ｇｆが形成されていると、外部と接して回折光学面Ｇｆの損傷や面品質の低下（細かな傷、表面の荒れ、格子の変形等）を起こしやすく、良好な画質を得られないため、回折光学面ＧｆはフィルターアタッチメントＦＡの像側の面に形成されることが好ましい。なお、フィルターアタッチメントＦＡの像側の面は、撮影レンズＰＬのケーシング内に位置して密閉されているため、回折光学面Ｇｆの損傷等は起こらない。
【００１８】
また、フィルターアタッチメントＦＡの像側の面は、諸収差補正のために所定の曲率半径を有して形成されていることが好ましく、かつ、回折光学面Ｇｆでのフレア発生を低減させるためには、像側に凹面となるように形成されていることが好まし。
【００１９】
次に、回折光学面を有する回折光学素子（フィルターアタッチメントＦＡ）について説明する。一般に、光線を曲げる方法は屈折と反射が知られているが、第３番目の方法として、回折が知られている。回折光学素子とは、光の回折現象を利用した光学素子であって、屈折や反射とは異なる振る舞いを示すことが知られている。この回折の性質として、負の分散値（アッベ数＝−３．４５２）を有していて、色収差補正に極めて有効であることが知られている（ガラスのアッベ数は通常３０〜７０程度であるため、回折光学素子のアッベ数の大きさはその１／１０倍以下である）。換言すると、回折光学素子においては長い波長の光ほど大きく曲がる。このため、通常のガラスでは達成し得ない良好な色収差補正が可能となることや、高価な特殊低分散ガラスでしか達成し得ない良好な色収差補正が可能であることが知られている。
【００２０】
本発明においては、ガラスやプラスチック等で形成された光学部材の表面に回折格子やフレネルゾーンプレートのように回折現象を応用して光線を曲げる作用を有する面を形成して、その作用により良好な光学性能を得ようというものであり、このように回折現象を応用して光線を曲げる作用を有する面を回折光学面と呼ぶことにする。そして、このような面を有する光学素子を回折光学素子と一般に呼んでいる。なお、回折光学素子等については、「『回折光学素子入門』応用物理学会日本光学会監修平成９年第１版発行」に詳しい。
【００２１】
さて、一般に、光学系の回折光学面を通過する光線の角度は、できるだけ小さい事が好ましい。これは回折光学面を通過する光線の角度が大きくなると回折光学面によるフレア（ブレーズした所定次数以外の光が有害光となって像面に達する現象）が発生し易くなり、画質を損ねてしまうからである。そのため、回折光学面で発生するフレアがあまり影響を及ぼさずに良好な画像を得るためには、本光学系の場合、回折光学面を通過する光線の角度を１５度以下とすることが望ましく、本発明に係るフィルターアタッチメントＦＡをこのような条件を満たすように構成することが好ましい。上述のように、フィルターアタッチメントＦＡは、諸収差を補正するために、像側の面が凹面状に形成されているため、このような光線の角度に関する条件を満足することは容易である。
【００２２】
なお、フレアを抑制する効果を十分に得るためには、回折光学面を通過する光線の角度を１０度以下にすることが好ましい。ただし、水中においては水の濁りがあることや水中を光が通過する際に水に吸収されるため照度の低い物体（被写体）を撮影することが多いことなどから、回折光学面でフレアが発生してもあまり目立たない状況が多い。
【００２３】
本発明に係るフィルターアタッチメントＦＡ及びこのフィルターアタッチメントＦＡを有する撮影装置４０を構成する条件について以下に説明する。本発明に係る撮影装置４０は、光学窓ＷＬの最も像側の面から回折光学面Ｇｆまでの光軸上の距離をｄ１とし、撮影レンズＰＬの最も物体側の面から回折光学面Ｇｆまでの光軸上の距離をｄ２としたとき、下の条件式（１）を満足するように構成されていることが好ましい。
【００２４】
【数１】
０．２ ＜ ｄ１／ｄ２ ＜ １５．０ （１）
【００２５】
条件式（１）は、フィルターアタッチメントＦＡ、光学窓ＷＬ及び撮影レンズＰＬの適切な位置を規定している。ハウジング５１内では、その容積に限界があるため、カメラ６０（撮影レンズＰＬ）やフィルターアタッチメントＦＡに許容されるスペースが限られている。このため、適正な配置を取ることは重要である。条件式（１）の上限を上回ると、ｄ１が大きくなりすぎてしまい、結果、フィルターアタッチメントＦＡが撮影レンズＰＬ側に接近しすぎるため、メカニカルな干渉という不都合が生じる。また、フィルターアタッチメントＦＡが撮影レンズＰＬの入射瞳に近づくため、倍率色収差の補正が難しくなる。このため、倍率色収差の補正のために回折光学面Ｇｆを構成する回折格子のピッチが細くなり、製造しづらくなるとともに、この回折光学面Ｇｆにおいて画角によるフレアが発生しやすくなる不都合が生じる。一方、条件式（１）の下限を下回ると、ｄ２が大きくなりすぎてしまい、フィルターアタッチメントＦＡが撮影レンズＰＬから離れてしまうため、その径の増大を招き、大型化してしまう不都合が生じる。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、条件式（１）の上限を１０．０とし、下限を１．５とすることが望ましい。
【００２６】
また、フィルターアタッチメントＦＡの光軸方向厚さをｄとし、最も像側の曲率半径をＲ２としたとき、下の条件式（２）を満足するように構成されていることが好ましい。
【００２７】
【数２】
０．０ ≦ ｄ／Ｒ２ ＜ １．０ （２）
【００２８】
条件式（２）は、回折光学面Ｇｆを有する面の曲率半径の適切な範囲を規定する。条件式（２）の上限を上回ると、回折光学面の曲率半径が小さくなりすぎてしまい、回折光学素子の製造が困難となる不都合が生じるばかりか、コマ収差や像面歪曲収差の発生が甚大となってしまい、良好な画質が得られない。なお、回折光学面Ｇｆが、平面上に形成されているときは、Ｒ２は無限大となるためｄ／Ｒ２＝０となる。一方、条件式（２）の下限を下回ると、フィルターアタッチメントＦＡの像側の面が像側に凸面状となるため、回折光学面Ｇｆに入射する光線の入射角度が大きくなりやすく、回折光学面Ｇｆにおけるフレア発生が大きくなってしまい不都合である。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、上限を０．７、下限を０．００５とすることが望ましい。
【００２９】
さらに良好な性能を得るためには、以下の条件式（３），（４）を満たすことが好ましい。ただし、条件式（３），（４）において、Ｃは回折光学面Ｇｆの有効径（直径）であり、ｆはフィルターアタッチメントＦＡ全体の焦点距離である。なお、回折光学面Ｇｆが複層の格子構造により形成されている場合は、Ｃは空気との界面の径を指すものとする。また、条件式（４）において、焦点距離ｆの単位は「ｍ」で表されているものとする。
【００３０】
【数３】
１．０ ＜ Ｃ／ｄ ＜ ３０．０ （３）
−０．１ ＜ １／ｆ （ｍ−１） ＜ ０．０ （４）
【００３１】
条件式（３）は、回折光学面Ｇｆの有効径（直径）の適切な範囲を規定している。条件式（３）の上限を上回ると、径が大きくなりすぎ、回折光学面Ｇｆの製造が困難となりコストアップにつながる。また、回折光学面Ｇｆに外部からの有害光が入りやすくなり、フレア等による画質の低下を招きやすくなる。反対に、条件式（３）の下限を下回ると、径が小さくなりすぎ、回折光学面Ｇｆの格子ピッチが小さくなる傾向が強まり、回折光学面Ｇｆの製造が困難となりコストアップにつながるばかりか、回折光学面Ｇｆの格子によるフレア発生が大きくなり画質低下を招きやすい。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、上限を１５．０、下限を３．０とすることが望ましい。
【００３２】
条件式（４）は、フィルターアタッチメントＦＡ全体の焦点距離を規定する。条件式（４）の上限を越えると、すなわち、フィルターアタッチメントＦＡが正の屈折力を有していると、撮影レンズＰＬと組み合わせた状態での焦点位置が、カメラ６０側のピント位置で無限遠を越えてしまい合焦できなくなる。そのため、フィルターアタッチメントＦＡは、やや弱い負の屈折力を有することが好ましい。ただし、条件式（４）の下限を越えて、負の屈折力が大きくなりすぎると、収差バランスを崩していまうので好ましくない。
【００３３】
なお、さらに良好な性能を得るためには、回折光学面Ｇｆを屈折率の異なる２層の光学材料からなる複層の格子構造を有するように形成した場合、その回折光学面Ｇｆを形成する２層の光学材料の屈折率の差をΔｎとして、下に示す条件式（５）を満たすことが好ましい。
【００３４】
【数４】
Δｎ ＞ ０．０１ （５）
【００３５】
条件式（５）は、回折光学面Ｇｆを屈折率の異なる２層の光学材料からなる複層の格子構造を有するように形成した場合の、２層の光学材料の屈折率の差を規定する。２層からなる格子構造の格子高さｈは、ブレーズ波長をλとすると、ｈ＝λ／Δｎで定まるため、格子高さを低くするとともに画角に対するフレアが発生しにくくするためには、Δｎはある程度大きいことが望ましい。また、製造上も格子高さが低い方が製造し易くなり、製造時の加工精度確保も容易になるために望ましい。条件式（５）の下限を越えると、画角特性が悪化し、製造時の難易度が上がってしまうため好ましくない。この格子高さは２５μｍより小さくすることが好ましい。なお、本発明の効果を十分に発揮するには条件式（５）の下限を０．０３とすることが望ましい。
【００３６】
また、フィルターアタッチメントＦＡを、アッベ数の異なる２つの光学部材を接合させて構成した場合、それらの光学部材のアッベ数の差をΔνｄとして、下に示す条件式（６）を満たすことが好ましい。
【００３７】
【数５】
Δνｄ ＞ １０．０ （６）
【００３８】
条件式（６）は、アッベ数の異なる２つの光学部材を接合させてフィルターアタッチメントＦＡを構成する場合の、アッベ数の差について規定している。条件式（６）の下限を越えると、色消しが不十分となるばかりか、このフィルターアタッチメントＦＡを構成する２つの光学部材の接合面の曲率半径が小さくなりすぎてしまい、製造が困難となる。この結果、フィルターアタッチメントＦＡの厚さが大きくなりすぎてしまい、全体の大型化を招く。なお、本発明の効果を十分に発揮するには条件式（６）の下限を１５．０とすることが望ましい。さらには、上述のようにフィルターアタッチメントＦＡは全体で負の屈折力を有することが好ましいので、２つの光学部材のうち凸レンズである光学部材は他方の光学部材に比べてアッベ数を小さくすることが好ましい。
【００３９】
実際に回折光学面を創製するには、レンズの表面にフレネルゾーンプレートのように、光軸に対して回転対称な格子構造を作ることが製造上容易であるため好ましい。この際、通常の非球面レンズを製造するのと同じく、精研削でも、ガラスモールド、プラスチックモールドでも可能である。格子を単層構造とした単層型回折光学素子でも十分に倍率色収差の補正効果が得られるが、さらには、格子表面に薄い樹脂層を充填して覆うことにより、複数の格子構造を形成した複層型の回折光学面を構成してもよい。このように複数の格子構造を重ねることにより、回折効率の波長特性や画角特性を向上させることができるので好都合である。後述する第１実施例では回折光学面Ｇｆを複層型の格子構造で構成した場合を示し、第２実施例では単層型の格子構造で構成した場合を示している。
【００４０】
また、フィルターアタッチメントＦＡが、ガラスやプラスチックで形成されている場合には、その像側の面に直接格子構造を形成しても良い。先に述べたように精研削でも、ガラスモールド、プラスチックモールドでも可能である。そして、その表面に樹脂材料を重ねれば、容易に２層の格子構造を作ることができる（このような回折光学面を有する光学素子を「密着複層型回折光学素子」と呼ぶ）。このとき、フィルターアタッチメントＦＡの光学材料のアッベ数は６０以上であることが好ましい。あるいは、２つの格子を光学特性の異なる樹脂材料などで別々に作り、エアギャップを挟んで近接させて２層の格子構造を取ることもできる（このような回折光学面を有する光学素子を「分離複層型回折光学素子」と呼ぶ）。なお、２層の格子構造を形成する光学材料のアッベ数は、回折効率を大きくするためには、高屈折率で低分散の材料と、低屈折率で高分散の材料を組み合わせて構成することが好ましく、そのアッベ数の差は１５以上とすることが好ましい。
【００４１】
【実施例】
以下、本発明に係るフィルターアタッチメントＦＡ及びこのフィルターアタッチメントＦＡを有する撮像装置４０の具体的な実施例について説明する。下に示す２つの実施例では、図２及び図６に示すように、光学窓ＷＬとフィルターアタッチメントＦＡ及び撮影レンズＰＬの合成光学系のみを図示しており、物体側から順に、光学窓ＷＬ、フィルターアタッチメントＦＡ及び撮影レンズＰＬを配置して構成されている。
【００４２】
各実施例において、回折光学面Ｇｆの位相差は、通常の屈折率と後述する非球面式（７），（８）とを用いて行う超高屈折率法により計算した。超高屈折率法は、非球面形状を表す式と回折光学面の格子ピッチとの間の一定の等価関係を利用するものであり、本実施例において回折光学面は超高屈折率法のデータとして、すなわち、後述する非球面式（７），（８）及びその係数により示している。なお、本実施例では収差特性の算出対象としてｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線を選んだ。本実施例において用いたｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線の波長と各スペクトル線に対して設定した具体的な屈折率の値を下の表１に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
各実施例において非球面は、光軸に垂直な方向の高さ（入射高）をｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（非球面量又はサグ量）をＳ（ｙ）とし、基準球面の曲率半径をｒとし、近軸曲率半径をＲとし、円錐係数をκとし、２次の非球面係数をＣ２、４次の非球面係数をＣ４、６次の非球面係数をＣ６、８次の非球面係数をＣ８、１０次の非球面係数をＣ１０としたとき、下の式（７），（８）で表されるものとした。
【００４５】
【数６】
【００４６】
なお、本実施例において用いた超高屈折率法については、前述の「『回折光学素子入門』応用物理学会日本光学会監修平成９年第１版発行」に詳しい。
【００４７】
（第１実施例）
図２に、本発明の第１実施例に係る光学窓ＷＬ、フィルターアタッチメントＦＡ及び撮影レンズＰＬからなる合成光学系のレンズ構成を示す。本第１実施例に用いた光学系における光学窓ＷＬは、図２に示すように、平行平板ガラスからなるフィルターＦ１で構成されている。なお、光学窓ＷＬ（フィルターＦ１）は、後述するとおり、水のｄ線に対する屈折率との差が０．１以上である光学材料を用いている。
【００４８】
また、フィルターアタッチメントＦＡは、像側に回折光学面Ｇｆが形成されて物体側に平面を向けた回折光学素子Ｌ２Ｅで構成されている。ここで、回折光学素子Ｌ２Ｅは、物体側に位置し物体側に平面を向けた平凹レンズＬ２（負レンズ）である第１回折素子要素と、像側に位置する第２回折素子要素とを密接接合し、その接合面に回折光学面Ｇｆが形成された密接複層型回折光学素子として構成されている。
【００４９】
さらに、撮影レンズＰＬ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Ｌ３（負レンズ）、両凸レンズＬ４（正レンズ）、開口絞りＰ５、両凹レンズＬ６（負レンズ）と両凸レンズＬ７（正レンズ）との貼り合わせからなる接合負レンズ、両凸レンズＬ８（正レンズ）、及びそれぞれ平行平板ガラスからなる２枚のフィルターＦ８，Ｆ９を配置して構成されている。
【００５０】
下の表２に、本第１実施例における各レンズの諸元を示す。表２における面番号１〜２０は本発明の光学窓ＷＬ、フィルターアタッチメントＦＡ及び撮影レンズＰＬに関するものであり、それぞれ図２における符号１〜２０に対応する。また、表２におけるｒはレンズ面の曲率半径（非球面の場合は基準球面の曲率半径）を、ｄはレンズ面の間隔を、ｎ（ｄ）はｄ線に対する屈折率を、ｎ（ｇ）はｇ線に対する屈折率ををそれぞれ示している。なお、表２において、非球面形状に形成されたレンズ面には、面番号の右側に＊印を付している。また、非球面係数Ｃｎ（ｎ＝２，４，６，８，１０）において「Ｅ−０９」等は「×１０−０９」等を示す。以上の表２の記号の説明は、以降の実施例においても同様である。また、以下の全ての諸元値において掲載されている曲率半径ｒ、面間隔ｄその他の長さの単位は、特記の無い場合一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることなく、他の適当な単位を用いることもできる。
【００５１】
本実施例では、フィルターアタッチメントＦＡにおける面番号４及び５に相当する面が回折光学面Ｇｆに相当している。
【００５２】
【表２】
【００５３】
このように本第１実施例では、上記条件式（１）〜（５）は全て満たされていることが分かる。
【００５４】
また、図３は第１実施例における光学系の諸収差図である。各収差図においてＦＮＯはＦナンバーを、Ｙは像高を、ｄはｄ線を、ｇはｇ線をそれぞれ示している。また、球面収差図では最大口径に対応するＦナンバー値を、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図では像高の最大値をそれぞれ示し、コマ収差図では各像高の値を示す。さらに、非点収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。以上の収差図の説明は、以降の他の収差図についても同様である。各収差図から明らかなように、本第１実施例では諸収差が良好に補正されており、合成光学系（光学窓ＷＬ＋フィルターアタッチメントＦＡ＋撮影レンズＰＬ）全体において、優れた結像性能が確保されていることが分かる。なお、図４及び図５は上述の通り、回折光学面Ｇｆを取り除いた場合の諸収差図を示している。したがって、図３〜図５より明らかなとおり、フィルターアタッチメントＦＡを取り外して（回折光学面Ｇｆがない）水中に入れたときの収差図（図４）に対して、空気中（この場合は、収差補正のための回折光学素子を必要としない）の諸収差図（図５）と同様に、フィルターアタッチメントＦＡにより、水中における諸収差（図３）が良好に補正されていることが分かる。
【００５５】
（第２実施例）
図６に、本発明の第２実施例に係る光学窓ＷＬ、フィルターアタッチメントＦＡ及び撮影レンズＰＬからなる合成光学系のレンズ構成を示す。本第２実施例に用いた光学系における光学窓ＷＬは、図６に示すように、平行平板ガラスから成るフィルターＦ１１で構成されている。なお、光学窓ＷＬ（フィルターＦ１１）は、後述するとおり、水のｄ線に対する屈折率との差が０．１以上である光学材料を用いている。
【００５６】
また、フィルターアタッチメントＦＡは、物体側から順に、物体に平面を向けた平凸レンズＬ１２（正レンズ）と像側に回折光学面Ｇｆが形成された回折光学素子Ｌ１３Ｅとの貼り合わせからなる接合レンズで構成されている。ここで、回折光学素子Ｌ１３Ｅは、両凹レンズＬ１３（負レンズ）の像側の面に回折光学面Ｇｆが形成された単層型回折光学素子として構成されている。なお、平凸レンズＬ１２と両凹レンズＬ１３（回折光学素子Ｌ１３Ｅ）には、それぞれアッベ数が４０．７６と６１．０９の光学材料を用いている。
【００５７】
さらに、撮影レンズＰＬ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Ｌ１４（負レンズ）、両凹レンズＬ１５（負レンズ）、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１６（正レンズ）、開口絞りＰ１７、両凸レンズＬ１８（正レンズ）と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１９（負レンズ）との貼り合わせからなる接合正レンズ、両凸レンズＬ２０（正レンズ）と両凹レンズＬ２１（負レンズ）との貼り合わせからなる接合負レンズ、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２２（負レンズ）、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２３（正レンズ）、両凸レンズＬ２４（正レンズ）、及びそれぞれ平行平板ガラスからなる３枚のフィルターＦ２５，Ｆ２６，Ｆ２７を配置して構成されている。なお、フィルターＦ２５，Ｆ２６は貼り合わされている。
【００５８】
下の表３に、本第２実施例における各レンズの諸元を示す。表３における面番号１〜３０は本発明の光学窓ＷＬ、フィルターアタッチメントＦＡ及び撮影レンズＰＬに関するものであり、それぞれ図６における符号１〜３０に対応する。
【００５９】
本実施例では、フィルターアタッチメントＦＡにおける面番号５及び６に相当する面が回折光学面Ｇｆに相当している。
【００６０】
【表３】
【００６１】
このように本第２実施例では、上記条件式（１）〜（４）及び（６）を全て満たしていることが分かる。また、図７は第２実施例における光学系の諸収差図である。各収差図から明らかなように、本第２実施例では諸収差が良好に補正されており、合成光学系（光学窓ＷＬ＋フィルターアタッチメントＦＡ＋撮影レンズＰＬ）全体において優れた結像性能が確保されており、さらに、フィルターアタッチメントＦＡにより、水中における諸収差が良好に補正されていることが分かる。
【００６２】
以上の実施例からも分かるように、本発明に係るフィルターアタッチメントＦＡは、倍率色収差による色ズレを補正するように、回折光学面Ｇｆを有する回折光学素子を用いて色収差の補正を行うものであり、大幅な画質の向上が可能となった。また、回折光学面Ｇｆは光学部材の光学面に形成される一種の回折格子であるため、フィルターアタッチメントＦＡを薄くできるのでスペースの増大を招くこともない。さらには、近年の金型技術とプラスチック成型技術及びガラス成型技術の進歩により高精度の格子構造を安価にかつ大量に生産できるようになっているため、コストの増加もほとんど無く好都合である。
【００６３】
なお、カメラハウジング５０に、上述の撮影レンズＰＬを有するカメラ６０に加えて、測光光学系やストロボ光学系を一体に配設することにより、撮影者がより多くの条件で撮影することが可能になる。また、撮影レンズＰＬのブレ情報を、例えば適当に配置された複数の加速度センサーによって検出し、加速度センサーで検出された加速度等の信号に基づいてブレ量を演算し、撮影レンズ中の所定のレンズ成分を所要量だけ偏心させることにより、防振を行うように構成することもできる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るフィルターアタッチメントによれば、像側の面に回折光学面を有するように構成することにより、水中等の空気より屈折率の大きい媒質内において、カメラ全体の大型化及び大幅なコストアップを招くことなく、色収差を良好に補正し良好な画質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るフィルターアタッチメントを用いた場合の撮影装置の構成を示す図である。
【図２】第１実施例に係る合成光学系のレンズ構成を示す図である。
【図３】第１実施例における合成光学系の水中での諸収差図である。
【図４】第１実施例において回折光学面を取り除いた場合の水中における合成光学系の諸収差図である。
【図５】第１実施例において回折光学面を取り除いた場合の空気中における合成光学系の諸収差図である。
【図６】第２実施例に係る合成光学系のレンズ構成を示す図である。
【図７】第２実施例における合成光学系の水中での諸収差図である。
【符号の説明】
４０ 撮影装置
５０ カメラハウジング
５１ ハウジング
６０ カメラ
６１ フィルム面（撮像面）
ＷＬ 光学窓
ＦＡ フィルターアタッチメント
ＰＬ 撮影レンズ
Ｇｆ 回折光学面
Ｉ 像面
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮影レンズと組み合わせて収差特性を変化させるフィルターアタッチメントに関し、特に、空気より屈折率の大きい媒質内で用いるカメラハウジング内で撮影レンズと共に用いるフィルターアタッチメントに関する。さらに、カメラ、撮影装置などの水中用カメラハウジング内で用いるフィルターアタッチメントを有する撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、水中において撮影を行う場合、撮影レンズを装着した一眼レフレックスカメラやデジタルスチルカメラを水中用ハウジング内に密閉・格納して水からカメラを保護している。ハウジングにはカメラが有する撮影レンズの光軸上に位置するように透明な光学窓が設けられており、この光学窓を通してハウジング内のカメラで水中内にある物体（被写体）を撮影する。
【０００３】
しかし、水は屈折率と分散が空気と異なり、ｄ線に対する屈折率が空気に比べて約４／３であり、分散はアッベ数で６２となっている。このため、空気中で使用しているカメラ又は光学系をそのままハウジングに入れて、ガラスやプラスチックで形成された通常の透明な光学材料からなる光学窓を通して水中の物体を撮影すると、画角は約３／４倍になるにも拘わらず、諸収差が発生して画質の低下を招く。特に倍率色収差による色ズレが顕著であり、画質の劣化を招くことが従来より問題とされていた。最近では、デジタルスチルカメラ等の固体撮像素子を有するカメラが一般的となっているが、この諸収差の発生はその撮像素子の数画素分にも及ぶことが多く、解像度の低下のみならず、色調・色再現性までも影響が及ぶことがある。そのため、このような諸収差補正のために、水中撮影時には補助的な光学系を付加する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１５９６８９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、補助的な光学系を付加する場合、カメラ全体の大型化を招き好ましくなく、また、補助的な光学系による大幅なコストアップ等も課題となっている。
【０００６】
本発明は、以上の課題に鑑みなされたものであり、水中等の空気より屈折率の大きい媒質内において、カメラ全体の大型化及び大幅なコストアップを招くことなく、色収差を良好に補正し良好な画質を得ることのできる、カメラハウジング内で用いるフィルターアタッチメントを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明に係るフィルターアタッチメントは、物体からの光線を撮像面上に結像する撮影レンズの物体側におけるこの撮影レンズの光軸上に配置され、短波長の倍率色収差を負側にシフトする機能を有する回折光学面が形成される。
【０００８】
なお、本発明に係るフィルターアタッチメントは、光軸方向厚さをｄとし、最も像側の面の曲率半径をＲ２としたとき、次式
０．０ ≦ ｄ／Ｒ２ ＜ １．０
を満足することが好ましい。
【０００９】
また、回折光学面の有効径をＣとしたとき、次式
１．０ ＜ Ｃ／ｄ ＜ ３０．０
を満足することが好ましい。
【００１０】
また、全体の焦点距離をｆとしたとき、次式
−０．１ ＜ １／ｆ （ｍ−１） ＜ ０．０
を満足することが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明に係るフィルターアタッチメントに形成された回折光学面は、屈折率の異なる複数の光学材料からなる複層の格子構造により構成されることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係るフィルターアタッチメントを有する撮影装置は、ハウジングとこのハウジングに設けられた光学窓とを有するカメラハウジングの内部に、撮影レンズの光軸上に光学窓が位置するようにこの撮影レンズを有するカメラを密閉・格納し、空気より屈折率の大きい媒質内において、カメラにより物体を撮影するものであり、光学窓が、媒質のｄ線に対する屈折率との差が０．１以上である光学材料により形成され、撮影レンズの最も物体側の面と光学窓の最も像側の面との間における撮影レンズ及び光学窓の光軸上に上記に記載のフィルターアタッチメントを有して構成される。
【００１３】
なお、本発明に係るフィルターアタッチメントを有する撮影装置は、光学窓の最も像側の面から回折光学面までの光軸上の距離をｄ１とし、撮影レンズの最も物体側の面から回折光学面までの光軸上の距離をｄ２としたとき、次式
０．２ ＜ ｄ１／ｄ２ ＜ １５．０
を満足することが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るフィルターアタッチメントを水や液体などの媒質中で用いるカメラハウジング内に配設して撮影装置４０を構成した場合を示している。カメラハウジング５０は、内部に空間を有するハウジング５１と、このハウジング５１に配設された光学窓ＷＬとから構成され、このハウジング５１の内部空間にカメラ６０を密閉・格納し、水中等の媒質内においてカメラ６０で物体（被写体）を撮影するものである。カメラ６０は、物体からの光線をフィルム面（撮像面）６１に結像させる（像面Ｉを撮像面６１に一致させる）撮影レンズＰＬを有しており、この撮影レンズＰＬの物体側の光軸上にフィルターアタッチメントＦＡが取付けられている。また、カメラハウジング５０の光学窓ＷＬは、内部に格納されたカメラ６０の撮影レンズＰＬ及びフィルターアタッチメントＦＡの光軸上に位置するように配設されている。この光学窓ＷＬは、カメラハウジング５０の外部にある物体からの光線を透過してカメラ６０で撮影するために透明な光学材料で形成されており、光学窓ＷＬ、フィルターアタッチメントＦＡ及び撮影レンズＰＬで合成光学系を構成している。また、光学窓ＷＬは水等の媒質との屈折率の差が０．１以上の光学材料が用いられる。なお、以降の説明では、撮影装置４０を水中内で使用する場合について説明する。
【００１５】
本発明に係るフィルターアタッチメントＦＡには、回折光学面Ｇｆが形成されており、この回折光学面Ｇｆによって諸収差を補正し、特に倍率色収差の補正を効果的に行うように構成されている。図４は後述する第１実施例においてフィルターアタッチメントＦＡを取り外した（回折光学面Ｇｆがない）場合に撮影装置４０を水中に入れたときの収差図を示している。一方、図５は空気中での収差図を示しており、図４及び図５に示した諸収差図を比較すると、水中においては大きく収差が劣化しており、特に短波長の光線（ｇ線）に対する倍率色収差が正側に大きく変位していることが分かる。そのため、フィルターアタッチメントＦＡを回折光学面Ｇｆが形成された回折光学素子とすることにより、図３に示すように短波長の光線（ｇ線）に対する倍率色収差を元の収差値近くまで補正している。
【００１６】
このように、水中では短波長の光線（ｇ線）に対する倍率色収差が正側に発生するため、その補正のために回折光学面Ｇｆでは負側にシフトさせている（曲げている）。そのため、回折光学面Ｇｆに正の屈折力を持たせて、倍率色収差を負側に曲げることができる。このため、回折光学面Ｇｆは正の屈折力を有することが必要であり、このとき、近軸屈折力は０であっても構わない。より具体的には、凸面を１波長ごとに輪帯状に並べた格子面として回折光学面Ｇｆを形成することで実現することができ、このような格子形状は製造上も作り易く、好都合である。
【００１７】
フィルターアタッチメントＦＡは、通常、撮影レンズＰＬが配設されているケーシングに取付けられる。そのため、フィルターアタッチメントＦＡの物体側の面に回折光学面Ｇｆが形成されていると、外部と接して回折光学面Ｇｆの損傷や面品質の低下（細かな傷、表面の荒れ、格子の変形等）を起こしやすく、良好な画質を得られないため、回折光学面ＧｆはフィルターアタッチメントＦＡの像側の面に形成されることが好ましい。なお、フィルターアタッチメントＦＡの像側の面は、撮影レンズＰＬのケーシング内に位置して密閉されているため、回折光学面Ｇｆの損傷等は起こらない。
【００１８】
また、フィルターアタッチメントＦＡの像側の面は、諸収差補正のために所定の曲率半径を有して形成されていることが好ましく、かつ、回折光学面Ｇｆでのフレア発生を低減させるためには、像側に凹面となるように形成されていることが好まし。
【００１９】
次に、回折光学面を有する回折光学素子（フィルターアタッチメントＦＡ）について説明する。一般に、光線を曲げる方法は屈折と反射が知られているが、第３番目の方法として、回折が知られている。回折光学素子とは、光の回折現象を利用した光学素子であって、屈折や反射とは異なる振る舞いを示すことが知られている。この回折の性質として、負の分散値（アッベ数＝−３．４５２）を有していて、色収差補正に極めて有効であることが知られている（ガラスのアッベ数は通常３０〜７０程度であるため、回折光学素子のアッベ数の大きさはその１／１０倍以下である）。換言すると、回折光学素子においては長い波長の光ほど大きく曲がる。このため、通常のガラスでは達成し得ない良好な色収差補正が可能となることや、高価な特殊低分散ガラスでしか達成し得ない良好な色収差補正が可能であることが知られている。
【００２０】
本発明においては、ガラスやプラスチック等で形成された光学部材の表面に回折格子やフレネルゾーンプレートのように回折現象を応用して光線を曲げる作用を有する面を形成して、その作用により良好な光学性能を得ようというものであり、このように回折現象を応用して光線を曲げる作用を有する面を回折光学面と呼ぶことにする。そして、このような面を有する光学素子を回折光学素子と一般に呼んでいる。なお、回折光学素子等については、「『回折光学素子入門』応用物理学会日本光学会監修平成９年第１版発行」に詳しい。
【００２１】
さて、一般に、光学系の回折光学面を通過する光線の角度は、できるだけ小さい事が好ましい。これは回折光学面を通過する光線の角度が大きくなると回折光学面によるフレア（ブレーズした所定次数以外の光が有害光となって像面に達する現象）が発生し易くなり、画質を損ねてしまうからである。そのため、回折光学面で発生するフレアがあまり影響を及ぼさずに良好な画像を得るためには、本光学系の場合、回折光学面を通過する光線の角度を１５度以下とすることが望ましく、本発明に係るフィルターアタッチメントＦＡをこのような条件を満たすように構成することが好ましい。上述のように、フィルターアタッチメントＦＡは、諸収差を補正するために、像側の面が凹面状に形成されているため、このような光線の角度に関する条件を満足することは容易である。
【００２２】
なお、フレアを抑制する効果を十分に得るためには、回折光学面を通過する光線の角度を１０度以下にすることが好ましい。ただし、水中においては水の濁りがあることや水中を光が通過する際に水に吸収されるため照度の低い物体（被写体）を撮影することが多いことなどから、回折光学面でフレアが発生してもあまり目立たない状況が多い。
【００２３】
本発明に係るフィルターアタッチメントＦＡ及びこのフィルターアタッチメントＦＡを有する撮影装置４０を構成する条件について以下に説明する。本発明に係る撮影装置４０は、光学窓ＷＬの最も像側の面から回折光学面Ｇｆまでの光軸上の距離をｄ１とし、撮影レンズＰＬの最も物体側の面から回折光学面Ｇｆまでの光軸上の距離をｄ２としたとき、下の条件式（１）を満足するように構成されていることが好ましい。
【００２４】
【数１】
０．２ ＜ ｄ１／ｄ２ ＜ １５．０ （１）
【００２５】
条件式（１）は、フィルターアタッチメントＦＡ、光学窓ＷＬ及び撮影レンズＰＬの適切な位置を規定している。ハウジング５１内では、その容積に限界があるため、カメラ６０（撮影レンズＰＬ）やフィルターアタッチメントＦＡに許容されるスペースが限られている。このため、適正な配置を取ることは重要である。条件式（１）の上限を上回ると、ｄ１が大きくなりすぎてしまい、結果、フィルターアタッチメントＦＡが撮影レンズＰＬ側に接近しすぎるため、メカニカルな干渉という不都合が生じる。また、フィルターアタッチメントＦＡが撮影レンズＰＬの入射瞳に近づくため、倍率色収差の補正が難しくなる。このため、倍率色収差の補正のために回折光学面Ｇｆを構成する回折格子のピッチが細くなり、製造しづらくなるとともに、この回折光学面Ｇｆにおいて画角によるフレアが発生しやすくなる不都合が生じる。一方、条件式（１）の下限を下回ると、ｄ２が大きくなりすぎてしまい、フィルターアタッチメントＦＡが撮影レンズＰＬから離れてしまうため、その径の増大を招き、大型化してしまう不都合が生じる。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、条件式（１）の上限を１０．０とし、下限を１．５とすることが望ましい。
【００２６】
また、フィルターアタッチメントＦＡの光軸方向厚さをｄとし、最も像側の曲率半径をＲ２としたとき、下の条件式（２）を満足するように構成されていることが好ましい。
【００２７】
【数２】
０．０ ≦ ｄ／Ｒ２ ＜ １．０ （２）
【００２８】
条件式（２）は、回折光学面Ｇｆを有する面の曲率半径の適切な範囲を規定する。条件式（２）の上限を上回ると、回折光学面の曲率半径が小さくなりすぎてしまい、回折光学素子の製造が困難となる不都合が生じるばかりか、コマ収差や像面歪曲収差の発生が甚大となってしまい、良好な画質が得られない。なお、回折光学面Ｇｆが、平面上に形成されているときは、Ｒ２は無限大となるためｄ／Ｒ２＝０となる。一方、条件式（２）の下限を下回ると、フィルターアタッチメントＦＡの像側の面が像側に凸面状となるため、回折光学面Ｇｆに入射する光線の入射角度が大きくなりやすく、回折光学面Ｇｆにおけるフレア発生が大きくなってしまい不都合である。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、上限を０．７、下限を０．００５とすることが望ましい。
【００２９】
さらに良好な性能を得るためには、以下の条件式（３），（４）を満たすことが好ましい。ただし、条件式（３），（４）において、Ｃは回折光学面Ｇｆの有効径（直径）であり、ｆはフィルターアタッチメントＦＡ全体の焦点距離である。なお、回折光学面Ｇｆが複層の格子構造により形成されている場合は、Ｃは空気との界面の径を指すものとする。また、条件式（４）において、焦点距離ｆの単位は「ｍ」で表されているものとする。
【００３０】
【数３】
１．０ ＜ Ｃ／ｄ ＜ ３０．０ （３）
−０．１ ＜ １／ｆ （ｍ−１） ＜ ０．０ （４）
【００３１】
条件式（３）は、回折光学面Ｇｆの有効径（直径）の適切な範囲を規定している。条件式（３）の上限を上回ると、径が大きくなりすぎ、回折光学面Ｇｆの製造が困難となりコストアップにつながる。また、回折光学面Ｇｆに外部からの有害光が入りやすくなり、フレア等による画質の低下を招きやすくなる。反対に、条件式（３）の下限を下回ると、径が小さくなりすぎ、回折光学面Ｇｆの格子ピッチが小さくなる傾向が強まり、回折光学面Ｇｆの製造が困難となりコストアップにつながるばかりか、回折光学面Ｇｆの格子によるフレア発生が大きくなり画質低下を招きやすい。なお、本発明の効果を十分に発揮するには、上限を１５．０、下限を３．０とすることが望ましい。
【００３２】
条件式（４）は、フィルターアタッチメントＦＡ全体の焦点距離を規定する。条件式（４）の上限を越えると、すなわち、フィルターアタッチメントＦＡが正の屈折力を有していると、撮影レンズＰＬと組み合わせた状態での焦点位置が、カメラ６０側のピント位置で無限遠を越えてしまい合焦できなくなる。そのため、フィルターアタッチメントＦＡは、やや弱い負の屈折力を有することが好ましい。ただし、条件式（４）の下限を越えて、負の屈折力が大きくなりすぎると、収差バランスを崩していまうので好ましくない。
【００３３】
なお、さらに良好な性能を得るためには、回折光学面Ｇｆを屈折率の異なる２層の光学材料からなる複層の格子構造を有するように形成した場合、その回折光学面Ｇｆを形成する２層の光学材料の屈折率の差をΔｎとして、下に示す条件式（５）を満たすことが好ましい。
【００３４】
【数４】
Δｎ ＞ ０．０１ （５）
【００３５】
条件式（５）は、回折光学面Ｇｆを屈折率の異なる２層の光学材料からなる複層の格子構造を有するように形成した場合の、２層の光学材料の屈折率の差を規定する。２層からなる格子構造の格子高さｈは、ブレーズ波長をλとすると、ｈ＝λ／Δｎで定まるため、格子高さを低くするとともに画角に対するフレアが発生しにくくするためには、Δｎはある程度大きいことが望ましい。また、製造上も格子高さが低い方が製造し易くなり、製造時の加工精度確保も容易になるために望ましい。条件式（５）の下限を越えると、画角特性が悪化し、製造時の難易度が上がってしまうため好ましくない。この格子高さは２５μｍより小さくすることが好ましい。なお、本発明の効果を十分に発揮するには条件式（５）の下限を０．０３とすることが望ましい。
【００３６】
また、フィルターアタッチメントＦＡを、アッベ数の異なる２つの光学部材を接合させて構成した場合、それらの光学部材のアッベ数の差をΔνｄとして、下に示す条件式（６）を満たすことが好ましい。
【００３７】
【数５】
Δνｄ ＞ １０．０ （６）
【００３８】
条件式（６）は、アッベ数の異なる２つの光学部材を接合させてフィルターアタッチメントＦＡを構成する場合の、アッベ数の差について規定している。条件式（６）の下限を越えると、色消しが不十分となるばかりか、このフィルターアタッチメントＦＡを構成する２つの光学部材の接合面の曲率半径が小さくなりすぎてしまい、製造が困難となる。この結果、フィルターアタッチメントＦＡの厚さが大きくなりすぎてしまい、全体の大型化を招く。なお、本発明の効果を十分に発揮するには条件式（６）の下限を１５．０とすることが望ましい。さらには、上述のようにフィルターアタッチメントＦＡは全体で負の屈折力を有することが好ましいので、２つの光学部材のうち凸レンズである光学部材は他方の光学部材に比べてアッベ数を小さくすることが好ましい。
【００３９】
実際に回折光学面を創製するには、レンズの表面にフレネルゾーンプレートのように、光軸に対して回転対称な格子構造を作ることが製造上容易であるため好ましい。この際、通常の非球面レンズを製造するのと同じく、精研削でも、ガラスモールド、プラスチックモールドでも可能である。格子を単層構造とした単層型回折光学素子でも十分に倍率色収差の補正効果が得られるが、さらには、格子表面に薄い樹脂層を充填して覆うことにより、複数の格子構造を形成した複層型の回折光学面を構成してもよい。このように複数の格子構造を重ねることにより、回折効率の波長特性や画角特性を向上させることができるので好都合である。後述する第１実施例では回折光学面Ｇｆを複層型の格子構造で構成した場合を示し、第２実施例では単層型の格子構造で構成した場合を示している。
【００４０】
また、フィルターアタッチメントＦＡが、ガラスやプラスチックで形成されている場合には、その像側の面に直接格子構造を形成しても良い。先に述べたように精研削でも、ガラスモールド、プラスチックモールドでも可能である。そして、その表面に樹脂材料を重ねれば、容易に２層の格子構造を作ることができる（このような回折光学面を有する光学素子を「密着複層型回折光学素子」と呼ぶ）。このとき、フィルターアタッチメントＦＡの光学材料のアッベ数は６０以上であることが好ましい。あるいは、２つの格子を光学特性の異なる樹脂材料などで別々に作り、エアギャップを挟んで近接させて２層の格子構造を取ることもできる（このような回折光学面を有する光学素子を「分離複層型回折光学素子」と呼ぶ）。なお、２層の格子構造を形成する光学材料のアッベ数は、回折効率を大きくするためには、高屈折率で低分散の材料と、低屈折率で高分散の材料を組み合わせて構成することが好ましく、そのアッベ数の差は１５以上とすることが好ましい。
【００４１】
【実施例】
以下、本発明に係るフィルターアタッチメントＦＡ及びこのフィルターアタッチメントＦＡを有する撮像装置４０の具体的な実施例について説明する。下に示す２つの実施例では、図２及び図６に示すように、光学窓ＷＬとフィルターアタッチメントＦＡ及び撮影レンズＰＬの合成光学系のみを図示しており、物体側から順に、光学窓ＷＬ、フィルターアタッチメントＦＡ及び撮影レンズＰＬを配置して構成されている。
【００４２】
各実施例において、回折光学面Ｇｆの位相差は、通常の屈折率と後述する非球面式（７），（８）とを用いて行う超高屈折率法により計算した。超高屈折率法は、非球面形状を表す式と回折光学面の格子ピッチとの間の一定の等価関係を利用するものであり、本実施例において回折光学面は超高屈折率法のデータとして、すなわち、後述する非球面式（７），（８）及びその係数により示している。なお、本実施例では収差特性の算出対象としてｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線を選んだ。本実施例において用いたｄ線、ｇ線、Ｃ線及びＦ線の波長と各スペクトル線に対して設定した具体的な屈折率の値を下の表１に示す。
【００４３】
【表１】
各実施例において非球面は、光軸に垂直な方向の高さ（入射高）をｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（非球面量又はサグ量）をＳ（ｙ）とし、基準球面の曲率半径をｒとし、近軸曲率半径をＲとし、円錐係数をκとし、２次の非球面係数をＣ２、４次の非球面係数をＣ４、６次の非球面係数をＣ６、８次の非球面係数をＣ８、１０次の非球面係数をＣ１０としたとき、下の式（７），（８）で表されるものとした。
【００４５】
【数６】
なお、本実施例において用いた超高屈折率法については、前述の「『回折光学素子入門』応用物理学会日本光学会監修平成９年第１版発行」に詳しい。
【００４７】
（第１実施例）
図２に、本発明の第１実施例に係る光学窓ＷＬ、フィルターアタッチメントＦＡ及び撮影レンズＰＬからなる合成光学系のレンズ構成を示す。本第１実施例に用いた光学系における光学窓ＷＬは、図２に示すように、平行平板ガラスからなるフィルターＦ１で構成されている。なお、光学窓ＷＬ（フィルターＦ１）は、後述するとおり、水のｄ線に対する屈折率との差が０．１以上である光学材料を用いている。
【００４８】
また、フィルターアタッチメントＦＡは、像側に回折光学面Ｇｆが形成されて物体側に平面を向けた回折光学素子Ｌ２Ｅで構成されている。ここで、回折光学素子Ｌ２Ｅは、物体側に位置し物体側に平面を向けた平凹レンズＬ２（負レンズ）である第１回折素子要素と、像側に位置する第２回折素子要素とを密接接合し、その接合面に回折光学面Ｇｆが形成された密接複層型回折光学素子として構成されている。
【００４９】
さらに、撮影レンズＰＬ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Ｌ３（負レンズ）、両凸レンズＬ４（正レンズ）、開口絞りＰ５、両凹レンズＬ６（負レンズ）と両凸レンズＬ７（正レンズ）との貼り合わせからなる接合負レンズ、両凸レンズＬ８（正レンズ）、及びそれぞれ平行平板ガラスからなる２枚のフィルターＦ８，Ｆ９を配置して構成されている。
【００５０】
下の表２に、本第１実施例における各レンズの諸元を示す。表２における面番号１〜２０は本発明の光学窓ＷＬ、フィルターアタッチメントＦＡ及び撮影レンズＰＬに関するものであり、それぞれ図２における符号１〜２０に対応する。また、表２におけるｒはレンズ面の曲率半径（非球面の場合は基準球面の曲率半径）を、ｄはレンズ面の間隔を、ｎ（ｄ）はｄ線に対する屈折率を、ｎ（ｇ）はｇ線に対する屈折率ををそれぞれ示している。なお、表２において、非球面形状に形成されたレンズ面には、面番号の右側に＊印を付している。また、非球面係数Ｃｎ（ｎ＝２，４，６，８，１０）において「Ｅ−０９」等は「×１０−０９」等を示す。以上の表２の記号の説明は、以降の実施例においても同様である。また、以下の全ての諸元値において掲載されている曲率半径ｒ、面間隔ｄその他の長さの単位は、特記の無い場合一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることなく、他の適当な単位を用いることもできる。
【００５１】
本実施例では、フィルターアタッチメントＦＡにおける面番号４及び５に相当する面が回折光学面Ｇｆに相当している。
【００５２】
【表２】
このように本第１実施例では、上記条件式（１）〜（５）は全て満たされていることが分かる。
【００５４】
また、図３は第１実施例における光学系の諸収差図である。各収差図においてＦＮＯはＦナンバーを、Ｙは像高を、ｄはｄ線を、ｇはｇ線をそれぞれ示している。また、球面収差図では最大口径に対応するＦナンバー値を、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図では像高の最大値をそれぞれ示し、コマ収差図では各像高の値を示す。さらに、非点収差図において、実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。以上の収差図の説明は、以降の他の収差図についても同様である。各収差図から明らかなように、本第１実施例では諸収差が良好に補正されており、合成光学系（光学窓ＷＬ＋フィルターアタッチメントＦＡ＋撮影レンズＰＬ）全体において、優れた結像性能が確保されていることが分かる。なお、図４及び図５は上述の通り、回折光学面Ｇｆを取り除いた場合の諸収差図を示している。したがって、図３〜図５より明らかなとおり、フィルターアタッチメントＦＡを取り外して（回折光学面Ｇｆがない）水中に入れたときの収差図（図４）に対して、空気中（この場合は、収差補正のための回折光学素子を必要としない）の諸収差図（図５）と同様に、フィルターアタッチメントＦＡにより、水中における諸収差（図３）が良好に補正されていることが分かる。
【００５５】
（第２実施例）
図６に、本発明の第２実施例に係る光学窓ＷＬ、フィルターアタッチメントＦＡ及び撮影レンズＰＬからなる合成光学系のレンズ構成を示す。本第２実施例に用いた光学系における光学窓ＷＬは、図６に示すように、平行平板ガラスから成るフィルターＦ１１で構成されている。なお、光学窓ＷＬ（フィルターＦ１１）は、後述するとおり、水のｄ線に対する屈折率との差が０．１以上である光学材料を用いている。
【００５６】
また、フィルターアタッチメントＦＡは、物体側から順に、物体に平面を向けた平凸レンズＬ１２（正レンズ）と像側に回折光学面Ｇｆが形成された回折光学素子Ｌ１３Ｅとの貼り合わせからなる接合レンズで構成されている。ここで、回折光学素子Ｌ１３Ｅは、両凹レンズＬ１３（負レンズ）の像側の面に回折光学面Ｇｆが形成された単層型回折光学素子として構成されている。なお、平凸レンズＬ１２と両凹レンズＬ１３（回折光学素子Ｌ１３Ｅ）には、それぞれアッベ数が４０．７６と６１．０９の光学材料を用いている。
【００５７】
さらに、撮影レンズＰＬ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Ｌ１４（負レンズ）、両凹レンズＬ１５（負レンズ）、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１６（正レンズ）、開口絞りＰ１７、両凸レンズＬ１８（正レンズ）と物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１９（負レンズ）との貼り合わせからなる接合正レンズ、両凸レンズＬ２０（正レンズ）と両凹レンズＬ２１（負レンズ）との貼り合わせからなる接合負レンズ、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２２（負レンズ）、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２３（正レンズ）、両凸レンズＬ２４（正レンズ）、及びそれぞれ平行平板ガラスからなる３枚のフィルターＦ２５，Ｆ２６，Ｆ２７を配置して構成されている。なお、フィルターＦ２５，Ｆ２６は貼り合わされている。
【００５８】
下の表３に、本第２実施例における各レンズの諸元を示す。表３における面番号１〜３０は本発明の光学窓ＷＬ、フィルターアタッチメントＦＡ及び撮影レンズＰＬに関するものであり、それぞれ図６における符号１〜３０に対応する。
【００５９】
本実施例では、フィルターアタッチメントＦＡにおける面番号５及び６に相当する面が回折光学面Ｇｆに相当している。
【００６０】
【表３】
このように本第２実施例では、上記条件式（１）〜（４）及び（６）を全て満たしていることが分かる。また、図７は第２実施例における光学系の諸収差図である。各収差図から明らかなように、本第２実施例では諸収差が良好に補正されており、合成光学系（光学窓ＷＬ＋フィルターアタッチメントＦＡ＋撮影レンズＰＬ）全体において優れた結像性能が確保されており、さらに、フィルターアタッチメントＦＡにより、水中における諸収差が良好に補正されていることが分かる。
【００６２】
以上の実施例からも分かるように、本発明に係るフィルターアタッチメントＦＡは、倍率色収差による色ズレを補正するように、回折光学面Ｇｆを有する回折光学素子を用いて色収差の補正を行うものであり、大幅な画質の向上が可能となった。また、回折光学面Ｇｆは光学部材の光学面に形成される一種の回折格子であるため、フィルターアタッチメントＦＡを薄くできるのでスペースの増大を招くこともない。さらには、近年の金型技術とプラスチック成型技術及びガラス成型技術の進歩により高精度の格子構造を安価にかつ大量に生産できるようになっているため、コストの増加もほとんど無く好都合である。
【００６３】
なお、カメラハウジング５０に、上述の撮影レンズＰＬを有するカメラ６０に加えて、測光光学系やストロボ光学系を一体に配設することにより、撮影者がより多くの条件で撮影することが可能になる。また、撮影レンズＰＬのブレ情報を、例えば適当に配置された複数の加速度センサーによって検出し、加速度センサーで検出された加速度等の信号に基づいてブレ量を演算し、撮影レンズ中の所定のレンズ成分を所要量だけ偏心させることにより、防振を行うように構成することもできる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るフィルターアタッチメントによれば、像側の面に回折光学面を有するように構成することにより、水中等の空気より屈折率の大きい媒質内において、カメラ全体の大型化及び大幅なコストアップを招くことなく、色収差を良好に補正し良好な画質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るフィルターアタッチメントを用いた場合の撮影装置の構成を示す図である。
【図２】第１実施例に係る合成光学系のレンズ構成を示す図である。
【図３】第１実施例における合成光学系の水中での諸収差図である。
【図４】第１実施例において回折光学面を取り除いた場合の水中における合成光学系の諸収差図である。
【図５】第１実施例において回折光学面を取り除いた場合の空気中における合成光学系の諸収差図である。
【図６】第２実施例に係る合成光学系のレンズ構成を示す図である。
【図７】第２実施例における合成光学系の水中での諸収差図である。
【符号の説明】
４０ 撮影装置
５０ カメラハウジング
５１ ハウジング
６０ カメラ
６１ フィルム面（撮像面）
ＷＬ 光学窓
ＦＡ フィルターアタッチメント
ＰＬ 撮影レンズ
Ｇｆ 回折光学面
Ｉ 像面
Claims (7)
- 物体からの光線を撮像面上に結像する撮影レンズの物体側における前記撮影レンズの光軸上に配置されるフィルターアタッチメントであって、
短波長の倍率色収差を負側にシフトする機能を有する回折光学面が形成されていることを特徴とするフィルターアタッチメント。 - 光軸方向厚さをｄとし、最も像側の面の曲率半径をＲ２としたとき、次式
０．０ ≦ ｄ／Ｒ２ ＜ １．０
を満足することを特徴とする請求項１に記載のフィルターアタッチメント。 - 光軸方向厚さをｄとし、前記回折光学面の有効径をＣとしたとき、次式
１．０ ＜ Ｃ／ｄ ＜ ３０．０
を満足することを特徴とする請求項１または２に記載のフィルターアタッチメント。 - 全体の焦点距離をｆとしたとき、次式
−０．１ ＜ １／ｆ （ｍ−１） ＜ ０．０
を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のフィルターアタッチメント。 - 前記回折光学面は、屈折率の異なる複数の光学材料からなる複層の格子構造により構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のフィルターアタッチメント。
- ハウジングと前記ハウジングに設けられた光学窓とを有するカメラハウジングの内部に、撮影レンズの光軸上に前記光学窓が位置するように前記撮影レンズを有するカメラを密閉・格納し、空気より屈折率の大きい媒質内において、前記カメラにより物体を撮影する撮影装置であって、
前記光学窓が、前記媒質のｄ線に対する屈折率との差が０．１以上である光学材料により形成され、
前記撮影レンズの最も物体側の面と前記光学窓の最も像側の面との間における前記撮影レンズ及び前記光学窓の光軸上に請求項１から６のいずれかに記載のフィルターアタッチメントを有することを特徴とする撮影装置。 - 前記光学窓の最も像側の面から前記回折光学面までの光軸上の距離をｄ１とし、前記撮影レンズの最も物体側の面から前記回折光学面までの光軸上の距離をｄ２としたとき、次式
０．２ ＜ ｄ１／ｄ２ ＜ １５．０
を満足することを特徴とする請求項６に記載の撮影装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003043265A JP2004252219A (ja) | 2003-02-20 | 2003-02-20 | フィルターアタッチメント及びこのフィルターアタッチメントを有する撮影装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003043265A JP2004252219A (ja) | 2003-02-20 | 2003-02-20 | フィルターアタッチメント及びこのフィルターアタッチメントを有する撮影装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004252219A true JP2004252219A (ja) | 2004-09-09 |
Family
ID=33026316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003043265A Pending JP2004252219A (ja) | 2003-02-20 | 2003-02-20 | フィルターアタッチメント及びこのフィルターアタッチメントを有する撮影装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004252219A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8159532B2 (en) | 2007-03-23 | 2012-04-17 | Olympus Imaging Corp. | Electronic image pickup apparatus |
| US20140293425A1 (en) * | 2013-03-26 | 2014-10-02 | Nokia Corporation | Compensation Of Optical Aberrations Caused By Non-Planar Windows |
| JP2016200630A (ja) * | 2015-04-07 | 2016-12-01 | キヤノン株式会社 | 撮像装置 |
| WO2017204364A1 (ja) * | 2016-05-27 | 2017-11-30 | 日立マクセル株式会社 | 撮像レンズ系及び撮像装置 |
| US20220146798A1 (en) * | 2019-02-22 | 2022-05-12 | Nikon Corporation | Magnification-variable optical system, optical apparatus, and method for manufacturing magnification-variable optical system |
-
2003
- 2003-02-20 JP JP2003043265A patent/JP2004252219A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8159532B2 (en) | 2007-03-23 | 2012-04-17 | Olympus Imaging Corp. | Electronic image pickup apparatus |
| US20140293425A1 (en) * | 2013-03-26 | 2014-10-02 | Nokia Corporation | Compensation Of Optical Aberrations Caused By Non-Planar Windows |
| US9664825B2 (en) * | 2013-03-26 | 2017-05-30 | Nokia Technologies Oy | Compensation of optical aberrations caused by non-planar windows |
| JP2016200630A (ja) * | 2015-04-07 | 2016-12-01 | キヤノン株式会社 | 撮像装置 |
| US9921409B2 (en) | 2015-04-07 | 2018-03-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Image pickup apparatus |
| WO2017204364A1 (ja) * | 2016-05-27 | 2017-11-30 | 日立マクセル株式会社 | 撮像レンズ系及び撮像装置 |
| US20220146798A1 (en) * | 2019-02-22 | 2022-05-12 | Nikon Corporation | Magnification-variable optical system, optical apparatus, and method for manufacturing magnification-variable optical system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8542447B2 (en) | Photographic optical system and image pickup apparatus having the same | |
| JP4829590B2 (ja) | 撮影光学系及びそれを有する撮像装置 | |
| JP4366110B2 (ja) | ズームレンズ及びそれを有する光学機器 | |
| JP5366673B2 (ja) | 光学系及びそれを有する光学機器 | |
| JP7259905B2 (ja) | ズームレンズおよび光学機器 | |
| JP2002244044A (ja) | ズームレンズ及びそれを用いた光学機器 | |
| JP5601586B2 (ja) | 光学系および光学機器 | |
| JP5395495B2 (ja) | 変倍結像光学系 | |
| JP2002221657A (ja) | 単焦点レンズ | |
| JP6938841B2 (ja) | ズームレンズ及び光学機器 | |
| JP3880147B2 (ja) | カメラ | |
| JP2023171585A (ja) | 変倍光学系、光学機器、及び変倍光学系の製造方法 | |
| JP2004252101A (ja) | 超広角レンズ | |
| JP2004252219A (ja) | フィルターアタッチメント及びこのフィルターアタッチメントを有する撮影装置 | |
| JP6961366B2 (ja) | 光学系及びそれを有する撮像装置 | |
| JP6331362B2 (ja) | クローズアップレンズ | |
| JP4470141B2 (ja) | ズームレンズ | |
| JP3720767B2 (ja) | ズームレンズ及びそれを有する光学機器 | |
| JP7143882B2 (ja) | 光学系、光学機器、および光学系の製造方法 | |
| JP2004212639A (ja) | 回折光学素子を備えたカタディオプトリックレンズ | |
| JP3908700B2 (ja) | 撮像レンズ | |
| JP2004258310A (ja) | 屈折率分布型レンズを備えた広角レンズ | |
| JP2004126391A (ja) | 望遠レンズ | |
| JP2004252218A (ja) | カメラハウジング | |
| JP2004126397A (ja) | 望遠レンズ |