JP2007279350A

JP2007279350A - 水中観察装置

Info

Publication number: JP2007279350A
Application number: JP2006105099A
Authority: JP
Inventors: Itoe Itou; 糸恵伊藤
Original assignee: Nikon Corp; Nikon Vision Co Ltd
Current assignee: Nikon Corp; Nikon Vision Co Ltd
Priority date: 2006-04-06
Filing date: 2006-04-06
Publication date: 2007-10-25

Abstract

【課題】空気中で最適化された望遠鏡を、水中観察に用いても色収差の発生が少なく、鮮鋭な観察像が得られる水中観察装置の提供。
【解決手段】本発明の水中観察装置１は、空気中で最適化された観察用望遠鏡１０と、観察用望遠鏡１０を水中で使用するための観察窓２０を備えた防水容器２とからなる。観察用望遠鏡１０の光学系は、防水容器２の観察窓２０を通して水中観察を行う際に発生する収差変動を補償する機能を有して構成されている。また、防水容器２の観察窓２０は、正レンズ群により構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、水中観察装置に関する。

近年、アウトドア志向の高まりに伴い、陸上（空気中）で使用することを目的として作られた光学系（カメラや望遠鏡等）を、濡れないように防水ケースに収納することにより、池や川あるいは海中など、水中の生物を観察できるように構成された水中観察装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開平６−２５０２７４号公報

ところで、特許文献１に開示されている水中観察装置は、カメラを密閉・格納して水からカメラを保護するハウジングに、該カメラが有する撮影レンズの光軸上に位置するように屈折力の無い平行平面板からなる観察窓が設けられており、この観察窓を通してハウジング内のカメラで水中内の物体（被写体）を観察できるようになっている。

しかしながら、水は屈折率と分散が空気と異なるため、上記のように、空気中で最適化された光学系をそのままハウジングに入れて、屈折力の無い光学材料からなる観察窓を通して水中の物体を撮影すると、諸収差（特に色収差）が発生し、観察像の鮮鋭度が損われるという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、空気中で光学性能が最適化された光学系（特に望遠鏡）を、水中観察に用いても色収差をはじめ諸収差が良好に補正された、鮮鋭な観察像が得られる水中観察装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明に係る水中観察装置は、空気中で光学性能が最適化された観察用望遠鏡と、前記観察用望遠鏡を水中で使用するための観察窓を備えた防水容器とからなり、前記観察用望遠鏡の光学系は、焦点調節の際光軸上を移動する焦点調節用レンズ群を有し、前記防水容器の観察窓は、水中で全体として正の屈折力を有する正レンズ群により構成されている。

以上説明したように、本発明によれば、空気中で光学性能が最適化された望遠鏡を、水中観察に用いても、色収差をはじめ諸収差が良好に補正された、鮮鋭な観察像を得られる水中観察装置を実現できる。

以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る水中観察装置は、空気中で光学性能が最適化された観察用望遠鏡と、この観察用望遠鏡を水中で使用するための観察窓を備えた防水容器とから構成されている。

まず、防水容器の観察窓について説明する。本発明に係る防水容器の観察窓は、水中で全体として正の屈折力を有する正レンズ群により構成されている。

上記の観察窓を構成する正レンズ群は、（接合されるか若しくは僅かな空気間隔を隔てて）隣り合う正レンズと負レンズとからなる色消しレンズを含んで構成されていることが望ましい。従来、防水容器の観察窓が平行平面板のみから構成されていた際には、水中での観察を行う際に、物体側が空気から水に変わることによって、色収差をはじめ平行平面板による諸収差が発生していた。しかしながら、上記のような構成とすることにより、本発明の水中観察装置では、水中観察時に発生する色収差をはじめとする諸収差を良好に補正することができる。

また、防水容器の観察窓を構成する正レンズ群は、水中におけるｄ線に対する焦点距離をｆｗ（単位ｍｍ）としたとき、次式（１）を満足することが望ましい。

ｆｗ＞３５０ …（１）

上記条件式（１）は、防水容器の観察窓を構成する正レンズ群のｄ線における焦点距離ｆｗの適切な値を規定したものである。この条件式（１）の下限値を下回ると、観察窓を構成する正レンズ群の正の屈折力が強くなり過ぎて、負の球面収差が大きく発生してしまい、補正することが難しくなり、好ましくない。

また、防水容器の観察窓を構成する正レンズ群は、最も物体側の面が、物体側に凹面を向けていることが望ましい。このような構成により、本発明の水中観察装置では、水中での観察を行う際に、無限遠から近距離（１５００ｍｍ程度）へと変化する被写体からの物体距離に対応することができるとともに、発生する球面収差を良好に補正することができる。

また、防水容器の観察窓を構成する正レンズ群は、最も物体側の面が物体側に凸面を向けている場合、この最も物体側の面の曲率半径をＲ（単位ｍｍ）としたとき、次式（２）を満足することが望ましい。

Ｒ＞２８０ …（２）

上記条件式（２）は、観察窓を構成する正レンズ群の最も物体側の面が、物体側に凸面を向けている場合、この面の曲率半径Ｒの適切な値を規定するものである。この条件式（２）を満足することにより、防水容器の観察窓で発生する球面収差を良好に補正することができる。しかしながら、この条件式（２）の下限値を下回ると、観察窓を構成する正レンズ群の最も物体側の面が有する正の屈折力が強くなりすぎ、負の球面収差の補正を行うことが困難となり、好ましくない。

続いて、観察用望遠鏡の光学系について説明する。本発明に係る観察用望遠鏡の光学系は、物体側より順に、正の屈折力を有する前群と、負の屈折力を有する後群とが配置されている。

このように、正の屈折力を有する前群と、負の屈折力を有する後群とを配置することにより、望遠鏡として小型化を図り、テレ比（＝レンズ全長／焦点距離）を小さくしている。

そして、上記構成の観察用望遠鏡の光学系は、前群と後群との光軸上空気間隔を変化させることにより（具体的には、後群を移動させることにより）、焦点調節を行うと同時に、残存収差を考慮した最良像面が観察面と一致するように、前記前群と前記後群の光軸上空気間隔を決定することにより、防水容器の観察窓を組み合わせて水中観察を行う際に発生する収差変動を補償している。

なお、観察用望遠鏡の光学系は、空気中での観察を行う際に発生する収差補正を行うため、前群が物体側より順に配置された正レンズと負レンズとからなる色消し接合レンズを含んで構成され、後群が少なくとも１枚の負レンズを含んで構成されていることが望ましい。

また、観察用望遠鏡の光学系は、レンズ全系の焦点距離をＦとし、前記後群の焦点距離をｆＲとしたとき、次式（３）を満足することが望ましい。

−２．０＜ｆＲ／Ｆ …（３）

上記条件式（３）は、後群の焦点距離ｆＲと、レンズ全系の焦点距離Ｆとの比がなす適切な値を規定したものである。本発明では、観察光学系の前群は、基本的に、正レンズと負レンズとからなる接合レンズであり、前群を構成するレンズ枚数は多くとも更に１枚の正レンズを加えた３枚構成であるため、極端にテレ比（＝レンズ全長／焦点距離）を小さくするわけにはいかない。条件式（３）の下限値を下回ると、負レンズの屈折力が強くなり過ぎてしまい、歪曲収差が補正不能となり、ペッツバール和が負に大きくなり、像面湾曲が補正できなくなり、好ましくない。

以下、本発明に係る実施例について、図面を用いて説明する。なお、各実施例の水中観察装置では、空気中観察時においては被写体までの物体距離は無限遠を想定し、水中観察時においては被写体までの物体距離は１５００ｍｍ程度を想定している。

（第１実施例）
本発明の第１実施例に係る水中観察装置１は、図１に示すように、空気中で光学性能が最適化された観察用望遠鏡１０（図１（ａ）〜（ｃ）参照）と、観察用望遠鏡１０を水中で使用するための観察窓２０を備えた防水容器２（図１（ｂ）及び（ｃ）参照）とからなる。なお、図１（ｃ）では、観察窓２０から接眼レンズ３０までの光路を一点鎖線で示している。

観察用望遠鏡１０の光学系は、図１（ｃ），図２及び図３に示すように、物体側より順に、正の屈折力を有する前群Ｇｆと、負の屈折力を有する後群Ｇｒとが配置されている。前群Ｇｆは、物体側より順に配置された両凸レンズ（正レンズ）Ｌ１１と負メニスカスレンズ（負レンズ）Ｌ１２とからなる色消し接合レンズで構成されている。また、後群Ｇｒは、物体側より順に配置された２枚の負メニスカスレンズ（負レンズ）Ｌ１３，Ｌ１４とからなる接合レンズで構成されている。そして、本実施例の観察用望遠鏡１０の光学系では、後群Ｇｒを移動させることにより前群Ｇｆと後群Ｇｒとの光軸上空気間隔を変化させ（後述の表１で示す面間隔ｄ３及び面間隔ｄ６）、防水容器２の観察窓２０を通して水中観察を行う際に発生する収差変動を補償すると共に焦点調節を行う機能を有している。

上記後群Ｇｒの像側には、物体側より順に、プリズムＰ１，Ｐ２と、接眼レンズ３０とが配置されている。

プリズムＰ１，Ｐ２は、観察用望遠鏡１０の光学系（前群Ｇｆ及び後群Ｇｒ）で結像された像を反転させて正立像を得るためのものである。なお、後述の表１では、この正立像の位置（像点位置）を面番号１１にて示している。

接眼レンズ３０は、物体側より順に、両凹レンズＬ３１と両凸レンズＬ３２とからなる接合レンズと、両凸レンズＬ３３とが配置されており、プリズムＰ１，Ｐ２で得られた正立像を拡大観察するためのものである。なお、接眼レンズ３０のレンズ構成は、これに限定されるものではない。

図３は図２の観察用望遠鏡を水中観察装置と組み合わせ、観察窓と組み合わせた状態を示す。防水容器２の観察窓２０は、正の屈折力を有するレンズ群であり、隣り合う正レンズと負レンズとからなる色消し接合レンズで構成されている。具体的には、観察窓２０は、物体側より順に、両凸レンズ（正レンズ）Ｌ２１と、両凹レンズ（負レンズ）Ｌ２１とが配置され、これらのレンズは接合されている。なお、本実施例では、観察窓２０を構成する両凸レンズＬ２１の最も物体側に位置する面（後述の表５における面番号２１）は物体側に凸面を向けている。

このような構成の本実施例に係る水中観察装置１では、空気中観察時には、観察用望遠鏡１のみを使用するようになっている。すなわち、被写体（不図示）からの光は、観察望遠鏡１の光学系（前群Ｇｆ及び後群Ｇｒ）を通って結像された後に、プリズムＰ１，Ｐ２を通って正立像となり、接眼レンズ３０を通って拡大結像され、被写体像として観察者（不図示）に観察されるようになっている。

また、水中観察時には、上記のように空気中で光学性能が最適化された観察用望遠鏡１を、防水容器２の中に入れて使用するようになっている。すなわち、被写体（不図示）からの光は、防水容器２の観察窓２０及び観察望遠鏡１の光学系（前群Ｇｆ及び後群Ｇｒ）を通って結像された後に、プリズムＰ１，Ｐ２を通って正立像となり、接眼レンズ３０を通って拡大され、観察者（不図示）に観察されるようになっている。

続いて、表１に、第１実施例に係る水中観察装置１の光学系の各レンズの諸元値を示す。この表中では、第１欄ｍは物体側からの各光学面の番号（以下、面番号と称する）、第２欄ｒは各光学面の曲率半径（∞は平面を示す）、第３欄ｄは各光学面から次の光学面（又は像面）までの光軸上の距離（以下、面間隔と称する）、第４欄ｎｄはｄ線（波長λ＝587.6nm）に対する屈折率、第５欄νｄはアッベ数をそれぞれ表している。また、表中では、上記の条件式（１），（２）及び（３）に対応する値、すなわち条件対応値も示している。なお、本実施例では、条件式（３）に対応する値を「０（ゼロ）」と記しているがこれは厳密な値ではなく、分母であるｆＲの値が「∞」であることを受けて「ほぼ０（ゼロ）に近い値」であることを意味している。

なお、表１の空気中観察時のデータでは、観察用望遠鏡１０の光学系を面番号１〜６、プリズムＰ１，Ｐ２を面番号７〜１０、観察用望遠鏡１０の光学系により形成された像点位置を面番号１１、接眼レンズ３０を面番号１２〜１６でそれぞれ示している。また、表１の水中観察時のデータでは、防水容器２の観察窓２０を面番号２１〜２３（表中では太枠で囲った部分）、観察用望遠鏡１０の光学系を面番号１〜６、プリズムＰ１，Ｐ２を面番号７〜１０、観察用望遠鏡１０の光学系により形成された像点位置を面番号１１、接眼レンズ３０を面番号１２〜１６でそれぞれ示している。

また、本実施例では、防水容器２の観察窓２０を通して水中観察を行う際に発生する収差変動を焦点調節と同時に補償するため、後群Ｇｒを光軸上で移動させている。すなわち、表１の面番号３に示す面間隔（すなわち面番号３と面番号４との面間隔）ｄ３及び面番号６に示す面間隔（すなわち面番号６と面番号７との面間隔）ｄ６の値を変化させている（表中の可変間隔データ参照）。

表中では、長さの単位は特記の無い場合は「ｍｍ」が使われている。但し、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が可能である。また、曲率半径∞は平面を示している。以上の表の説明は、他の実施例においても同様である。

表１に示す諸元の表から分かるように、本実施例に係る水中観察装置１の光学系では、上記条件式（１），（２）及び（３）を全て満たすことが分かる。

図４は、空気中観察時における本実施例の水中観察装置１の光学系に係る諸収差図（球面収差、非点収差及び歪曲収差）を示す図であり、図５は、水中観察時における本実施例の水中観察装置１の光学系に係る諸収差図（球面収差、非点収差及び歪曲収差）を示す図である。

なお、各収差図では、ＣはＣ線（波長λ＝656.3ｎｍ），ｄはｄ線（波長λ＝587.6ｎｍ），ＦはＦ線（波長λ＝486.1ｎｍ），ｇはｇ線（波長λ＝435.8ｎｍ）の収差曲線をそれぞれ示す。なお、球面収差図ではＨは入射高を示し、非点収差図及び歪曲収差図ではＹは像高を示す。また、非点収差図では実線Ｓはサジタル像面、点線Ｍはメリディオナル像面をそれぞれ示す。以上、収差図の説明は他の実施例においても同様である。

図４及び図５に示す各収差図から明らかであるように、本発明に係る第１実施例の水中観察装置１は、空気中観察時において光学性能が最適化されていることはもちろんのこと、水中観察時においても諸収差が良好に補正され、いずれの場合にも優れた結像性能が確保されていることが分かる。

（第２実施例）
本発明の第２実施例に係る水中観察装置１は、図１に示すように、空気中で光学性能が最適化された観察用望遠鏡１０（図１（ａ）〜（ｃ）参照）と、観察用望遠鏡１０を水中で使用するための観察窓２０を備えた防水容器２（図１（ｂ）及び（ｃ）参照）とからなる。

観察用望遠鏡１０の光学系は、図１（ｃ），図６及び図７に示すように、物体側より順に、正の屈折力を有する前群Ｇｆと、負の屈折力を有する後群Ｇｒとが配置されている。前群Ｇｆは、物体側より順に配置された両凸レンズ（正レンズ）Ｌ１１と負メニスカスレンズ（負レンズ）Ｌ１２とからなる色消し接合レンズで構成されている。また、後群Ｇｒは、１枚の負メニスカスレンズ（負レンズ）Ｌ１３で構成されている。そして、本実施例の観察用望遠鏡１０の光学系では、後群Ｇｒを移動させることにより前群Ｇｆと後群Ｇｒとの光軸上空気間隔を変化させ（後述の表２で示す面間隔ｄ３及び面間隔ｄ５）、防水容器２の観察窓２０を通して水中観察を行う際に発生する収差変動を焦点調節と同時に補償する機能を有している。

プリズムＰ１，Ｐ２は、観察用望遠鏡１０の光学系（前群Ｇｆ及び後群Ｇｒ）で結像された像を反転させて正立像を得るためのものである。なお、後述の表２ではこの正立像の位置（像点位置）を面番号１０にて示している。

接眼レンズ３０は、物体側より順に、両凹レンズＬ３１と両凸レンズＬ３２とからなる接合レンズと、両凸レンズＬ３３とが配置されており、プリズムＰ１，Ｐ２で得られた正立像を拡大するためのものである。なお、接眼レンズ３０のレンズ構成は、これに限定されるものではない。

防水容器２の観察窓２０は、正の屈折力を有する正レンズ群であり、物体側より順に、負メニスカスレンズＬ２１，Ｌ２２が配置され、これらは接合されている。なお、本実施例では、観察窓２０を構成する負メニスカスレンズＬ２１の最も物体側に位置する面（後述の表２における面番号２１）は物体側に凹面を向けている。

このような構成の本実施例に係る水中観察装置１では、空気中観察時には、観察用望遠鏡１のみを使用するようになっている。すなわち、被写体（不図示）からの光は、観察望遠鏡１の光学系（前群Ｇｆ及び後群Ｇｒ）を通って結像された後に、プリズムＰ１，Ｐ２を通って正立像となり、接眼レンズ３０を通って拡大され、被写体像として観察者（不図示）に観察されるようになっている。

また、水中観察時には、上記のように空気中で光学性能が最適化された観察用望遠鏡１を、防水容器２の中に入れて使用するようになっている。すなわち、被写体（不図示）からの光は、防水容器２の観察窓２０及び観察望遠鏡１の光学系（前群Ｇｆ及び後群Ｇｒ）を通って結像された後に、プリズムＰ１，Ｐ２を通って正立像となり、接眼レンズ３０を通って拡大され、被写体像として観察者（不図示）に観察されるようになっている。

続いて、表２に、第２実施例の水中観察装置１の光学系の各レンズの諸元値を示す。また、表中では、上記の条件式（１）及び（３）に対応する値、すなわち条件対応値も示している。

なお、表２の空気中観察時のデータでは、観察用望遠鏡１０の光学系を面番号１〜５、プリズムＰ１，Ｐ２を面番号６〜９、観察用望遠鏡１０の光学系により形成された像点位置を面番号１０、接眼レンズ３０を面番号１１〜１５でそれぞれ示している。また、表２の水中観察時のデータでは、防水容器２の観察窓２０を面番号２１〜２３（表中では太枠で囲った部分）、観察用望遠鏡１０の光学系を面番号１〜５、プリズムＰ１，Ｐ２を面番号６〜９、観察用望遠鏡１０の光学系により形成された像点位置を面番号１０、接眼レンズ３０を面番号１１〜１５でそれぞれ示している。

また、本実施例では、防水容器２の観察窓２０を通して水中観察を行う際に発生する収差変動を焦点調節と同時に補償するため、表２の面番号３に示す面間隔（すなわち面番号３と面番号４との面間隔）ｄ３及び面番号５に示す面間隔（すなわち面番号５と面番号６との面間隔）ｄ５の値を変化させている（表中の可変間隔データ参照）。

表２に示す諸元の表から分かるように、本実施例に係る水中観察装置１の光学系では、上記条件式（１）及び（３）を満たすことが分かる。

図８は、空気中観察時における本実施例の水中観察装置１の光学系に係る諸収差図（球面収差、非点収差及び歪曲収差）を示す図であり、図９は、水中観察時における本実施例の水中観察装置１の光学系に係る諸収差図（球面収差、非点収差及び歪曲収差）を示す図である。

図８及び図９に示す各収差図から明らかであるように、本発明に係る第２実施例の水中観察装置１は、空気中観察時において光学性能が最適化されていることはもちろんのこと、水中観察時においても諸収差が良好に補正され、いずれの場合にも優れた結像性能が確保されていることが分かる。

（第３実施例）
本発明の第３実施例に係る水中観察装置１は、図１に示すように、空気中で光学性能が最適化された観察用望遠鏡１０（図１（ａ）〜（ｃ）参照）と、観察用望遠鏡１０を水中で使用するための観察窓２０を備えた防水容器２（図１（ｂ）及び（ｃ）参照）とからなる。

観察用望遠鏡１０の光学系は、図１（ｃ），図１０及び図１１に示すように、物体側より順に、正の屈折力を有する前群Ｇｆと、負の屈折力を有する後群Ｇｒとが配置されている。前群Ｇｆは、物体側より順に配置された両凸レンズ（正レンズ）Ｌ１１と負メニスカスレンズ（負レンズ）Ｌ１２とからなる色消し接合レンズおよび正レンズＬ１３で構成されている。また、後群Ｇｒは、物体側より順に配置された２枚の負メニスカスレンズ（負レンズ）Ｌ１４，Ｌ１５からなる接合レンズで構成されている。そして、本実施例の観察用望遠鏡１０の光学系では、後群Ｇｒを移動させることにより前群Ｇｆと後群Ｇｒとの光軸上空気間隔を変化させ（後述の表３で示す面間隔ｄ５及び面間隔ｄ８）、防水容器２の観察窓２０を通して水中観察を行う際に発生する収差変動を焦点調節と同時に補償する機能を有している。

プリズムＰ１，Ｐ２は、観察用望遠鏡１０の光学系（前群Ｇｆ及び後群Ｇｒ）で結像された像を反転させて正立像を得るためのものである。なお、後述の表３ではこの正立像の位置（像点位置）を面番号１１にて示している。

防水容器２の観察窓２０は、正の屈折力を有する正レンズ群であり、物体側より順に、負メニスカスレンズＬ２１，Ｌ２２が配置され、これらは接合されている。なお、本実施例では、観察窓２０を構成する負メニスカスレンズＬ２１の最も物体側に位置する面（後述の表３における面番号２１）は物体側に凹面を向けている。

続いて、表３に、第３実施例の水中観察装置１の光学系の各レンズの諸元値を示す。また、表中では、上記の条件式（１）及び（３）に対応する値、すなわち条件対応値も示している。なお、本実施例では、条件式（３）に対応する値を「０（ゼロ）」と記しているがこれは厳密な値ではなく、分母であるｆＲの値が「∞」であることを受けて「ほぼ０（ゼロ）に近い値」であることを意味している。

なお、表３の空気中観察時のデータでは、観察用望遠鏡１０の光学系を面番号１〜８、プリズムＰ１，Ｐ２を面番号９〜１２、観察用望遠鏡１０の光学系により形成された像点位置を面番号１３、接眼レンズ３０を面番号１４〜１８でそれぞれ示している。また、表３の水中観察時のデータでは、防水容器２の観察窓２０を面番号２１〜２３（表中では太枠で囲った部分）、観察用望遠鏡１０の光学系を面番号１〜８、プリズムＰ１，Ｐ２を面番号９〜１２、観察用望遠鏡１０の光学系により形成された像点位置を面番号１３、接眼レンズ３０を面番号１４〜１８でそれぞれ示している。

また、本実施例では、防水容器２の観察窓２０を通して水中観察を行う際に発生する収差変動を焦点調節と同時に補償するため、表３の面番号３に示す面間隔（すなわち面番号３と面番号４との面間隔）ｄ３及び面番号６に示す面間隔（すなわち面番号６と面番号７との面間隔）ｄ６の値を変化させている（表中の可変間隔データ参照）。

表３に示す諸元の表から分かるように、本実施例に係る水中観察装置１の光学系では、上記条件式（１）及び（３）を満たすことが分かる。

図１２は、空気中観察時における本実施例の水中観察装置１の光学系に係る諸収差図（球面収差、非点収差及び歪曲収差）を示す図であり、図１３は、水中観察時における本実施例の水中観察装置１の光学系に係る諸収差図（球面収差、非点収差及び歪曲収差）を示す図である。

図１２及び図１３に示す各収差図から明らかであるように、本発明に係る第３実施例の水中観察装置１は、空気中観察時において光学性能が最適化されていることはもちろんのこと、水中観察時においても諸収差が良好に補正され、いずれの場合にも優れた結像性能が確保されていることが分かる。

（第４実施例）
本発明の第４実施例に係る水中観察装置１は、図１に示すように、空気中で光学性能が最適化された観察用望遠鏡１０（図１（ａ）〜（ｃ）参照）と、観察用望遠鏡１０を水中で使用するための観察窓２０を備えた防水容器２（図１（ｂ）及び（ｃ）参照）とからなる。

観察用望遠鏡１０の光学系は、図１（ｃ），図１４及び図１５に示すように、物体側より順に、正の屈折力を有する前群Ｇｆと、負の屈折力を有する後群Ｇｒとが配置されている。前群Ｇｆは、物体側より順に配置された両凸レンズ（正レンズ）Ｌ１１と負メニスカスレンズ（負レンズ）Ｌ１２とからなる色消し接合レンズで構成されている。また、後群Ｇｒは、１枚の負メニスカスレンズ（負レンズ）Ｌ１３で構成されている。そして、本実施例の観察用望遠鏡１０の光学系では、後群Ｇｒを移動させることにより前群Ｇｆと後群Ｇｒとの光軸上空気間隔を変化させ（後述の表４で示す面間隔ｄ３及び面間隔ｄ５）、防水容器２の観察窓２０を通して水中観察を行う際に発生する収差変動を焦点調節と同時に補償する機能を有している。

プリズムＰ１，Ｐ２は、観察用望遠鏡１０の光学系（前群Ｇｆ及び後群Ｇｒ）で結像された像を反転させて正立像を得るためのものである。なお、後述の表４ではこの正立像の位置（像点位置）を面番号１０にて示している。

防水容器２の観察窓２０は、正の屈折力を有する正レンズ群であり、物体側より順に、僅かな間隔を隔てて、２枚の負メニスカスレンズＬ２１，Ｌ２２が配置されている。なお、本実施例では、観察窓２０を構成する負メニスカスレンズＬ２１の最も物体側に位置する面（後述の表４における面番号２１）は物体側に凹面を向けている。

続いて、表４に、第４実施例の水中観察装置１の光学系の各レンズの諸元値を示す。また、表中では、上記の条件式（１）及び（３）に対応する値、すなわち条件対応値も示している。

なお、表４の空気中観察時のデータでは、観察用望遠鏡１０の光学系を面番号１〜５、プリズムＰ１，Ｐ２を面番号６〜９、観察用望遠鏡１０の光学系により形成された像点位置を面番号１０、接眼レンズ３０を面番号１１〜１５でそれぞれ示している。また、表４の水中観察時のデータでは、防水容器２の観察窓２０を面番号２１〜２３（表中では太枠で囲った部分）、観察用望遠鏡１０の光学系を面番号１〜５、プリズムＰ１，Ｐ２を面番号６〜９、観察用望遠鏡１０の光学系により形成された像点位置を面番号１０、接眼レンズ３０を面番号１１〜１５でそれぞれ示している。

また、本実施例では、防水容器２の観察窓２０を通して水中観察を行う際に発生する収差変動を焦点調節と同時に補償するため、表４の面番号３に示す面間隔（すなわち面番号３と面番号４との面間隔）ｄ３及び面番号５に示す面間隔（すなわち面番号５と面番号６との面間隔）ｄ５の値を変化させている（表中の可変間隔データ参照）。

表４に示す諸元の表から分かるように、本実施例に係る水中観察装置１の光学系では、上記条件式（１）及び（３）を満たすことが分かる。

図１６は、空気中観察時における本実施例の水中観察装置１の光学系に係る諸収差図（球面収差、非点収差及び歪曲収差）を示す図であり、図１７は、水中観察時における本実施例の水中観察装置１の光学系に係る諸収差図（球面収差、非点収差及び歪曲収差）を示す図である。

図１６及び図１７に示す各収差図から明らかであるように、本発明に係る第４実施例の水中観察装置１は、空気中観察時において光学性能が最適化されていることはもちろんのこと、水中観察時においても諸収差が良好に補正され、いずれの場合にも優れた結像性能が確保されていることが分かる。

（第５実施例）
本発明の第５実施例に係る水中観察装置１は、図１に示すように、光学性能が空気中で最適化された観察用望遠鏡１０（図１（ａ）〜（ｃ）参照）と、観察用望遠鏡１０を水中で使用するための観察窓２０を備えた防水容器２（図１（ｂ）及び（ｃ）参照）とからなる。

観察用望遠鏡１０の光学系は、図１（ｃ），図１４及び図１５に示すように、物体側より順に、正の屈折力を有する前群Ｇｆと、負の屈折力を有する後群Ｇｒとが配置されている。前群Ｇｆは、物体側より順に配置された両凸レンズ（正レンズ）Ｌ１１と負メニスカスレンズ（負レンズ）Ｌ１２とからなる色消し接合レンズで構成されている。また、後群Ｇｒは、１枚の負メニスカスレンズ（負レンズ）Ｌ１３で構成されている。そして、本実施例の観察用望遠鏡１０の光学系では、後群Ｇｒを移動させることにより前群Ｇｆと後群Ｇｒとの光軸上空気間隔を変化させ（後述の表５で示す面間隔ｄ３及び面間隔ｄ５）、防水容器２の観察窓２０を通して水中観察を行う際に発生する収差変動を焦点調節と同時に補償する機能を有している。

プリズムＰ１，Ｐ２は、観察用望遠鏡１０の光学系（前群Ｇｆ及び後群Ｇｒ）で結像された像を反転させて正立像を得るためのものである。なお、後述の表５ではこの正立像の位置（像点位置）を面番号１０にて示している。

防水容器２の観察窓２０は、正の屈折力を有する正レンズ群であり、僅かな空気間隔を隔てて隣り合う正レンズと負レンズとからなる色消しレンズで構成されている。具体的には、観察窓２０は、物体側より順に、負メニスカスレンズＬ２１と、両凹レンズＬ２２と、両凸レンズＬ２３とが配置されている。なお、本実施例では、観察窓２０を構成する負メニスカスレンズＬ２１の最も物体側に位置する面（後述の表５における面番号２１）は物体側に凹面を向けている。

続いて、表５に、第５実施例の水中観察装置１の光学系の各レンズの諸元値を示す。また、表中では、上記の条件式（１）及び（３）に対応する値、すなわち条件対応値も示している。

なお、表５の空気中観察時のデータでは、観察用望遠鏡１０の光学系を面番号１〜５、プリズムＰ１，Ｐ２を面番号６〜９、観察用望遠鏡１０の光学系により形成された像点位置を面番号１０、接眼レンズ３０を面番号１１〜１５でそれぞれ示している。また、表５の水中観察時のデータでは、防水容器２の観察窓２０を面番号２１〜２６（表中では太枠で囲った部分）、観察用望遠鏡１０の光学系を面番号１〜５、プリズムＰ１，Ｐ２を面番号６〜９、観察用望遠鏡１０の光学系により形成された像点位置を面番号１０、接眼レンズ３０を面番号１１〜１５でそれぞれ示している。

また、本実施例では、防水容器２の観察窓２０を通して水中観察を行う際に発生する収差変動を焦点調節と同時に補償するため、表５の面番号３に示す面間隔（すなわち面番号３と面番号４との面間隔）ｄ３及び面番号５に示す面間隔（すなわち面番号５と面番号６との面間隔）ｄ５の値を変化させている（表中の可変間隔データ参照）。

表５に示す諸元の表から分かるように、本実施例に係る水中観察装置１の光学系では、上記条件式（１）及び（３）を満たすことが分かる。

図２０は、空気中観察時における本実施例の水中観察装置１の光学系に係る諸収差図（球面収差、非点収差及び歪曲収差）を示す図であり、図２１は、水中観察時における本実施例の水中観察装置１の光学系に係る諸収差図（球面収差、非点収差及び歪曲収差）を示す図である。

図２０及び図２１に示す各収差図から明らかであるように、本発明に係る第５実施例の水中観察装置１は、空気中観察時において光学性能が最適化されていることはもちろんのこと、水中観察時においても諸収差が良好に補正され、いずれの場合にも優れた結像性能が確保されていることが分かる。

以上のような本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば適宜改良可能である。

本発明に係る水中観察装置を説明する図であり、図１（ａ）は空気中観察時において使用する観察用望遠鏡の斜視図であり、図１（ｂ）は水中観察時において使用する本装置の斜視図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）の平面図である。空気中観察時における、本発明の第１実施例に係る水中観察装置のレンズ構成図である。水中観察時における、本発明の第１実施例に係る水中観察装置のレンズ構成図である。空気中観察時における、第１実施例の水中観察装置の光学系に係る諸収差図である。水中観察時における、第１実施例の水中観察装置の光学系に係る諸収差図である。空気中観察時における、本発明の第２実施例に係る水中観察装置のレンズ構成図である。水中観察時における、本発明の第２実施例に係る水中観察装置のレンズ構成図である。空気中観察時における、第２実施例の水中観察装置の光学系に係る諸収差図である。水中観察時における、第２実施例の水中観察装置の光学系に係る諸収差図である。空気中観察時における、本発明の第３実施例に係る水中観察装置のレンズ構成図である。水中観察時における、本発明の第３実施例に係る水中観察装置のレンズ構成図である。空気中観察時における、第３実施例の水中観察装置の光学系に係る諸収差図である。水中観察時における、第３実施例の水中観察装置の光学系に係る諸収差図である。空気中観察時における、本発明の第４実施例に係る水中観察装置のレンズ構成図である。水中観察時における、本発明の第４実施例に係る水中観察装置のレンズ構成図である。空気中観察時における、第４実施例の水中観察装置の光学系に係る諸収差図である。水中観察時における、第４実施例の水中観察装置の光学系に係る諸収差図である。空気中観察時における、本発明の第５実施例に係る水中観察装置のレンズ構成図である。水中観察時における、本発明の第５実施例に係る水中観察装置のレンズ構成図である。空気中観察時における、第５実施例の水中観察装置の光学系に係る諸収差図である。水中観察時における、第５実施例の水中観察装置の光学系に係る諸収差図である。

符号の説明

１水中観察装置２防水容器
１０観察用望遠鏡２０観察窓防水容器３０接眼レンズ
Ｐ１，Ｐ２プリズム
Ｇｆ（観察用望遠鏡の光学系の）前群
Ｇｒ（観察用望遠鏡の光学系の）後群

Claims

空気中で光学性能が最適化された観察用望遠鏡と、前記観察用望遠鏡を水中で使用するための観察窓を備えた防水容器とからなり、
前記観察用望遠鏡の光学系は、焦点調節の際光軸上を移動する焦点調節用レンズ群を有し、
前記防水容器の観察窓は、水中で全体として正の屈折力を有する正レンズ群により構成されていることを特徴する水中観察装置。
前記防水容器の観察窓を構成する前記正レンズ群は、隣り合う正レンズと負レンズとからなる色消しレンズを含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水中観察装置。
前記防水容器の観察窓を構成する前記正レンズ群は、水中におけるｄ線に対する焦点距離をｆｗ（単位ｍｍ）としたとき、次式
ｆｗ＞３５０
を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の水中観察装置。
前記防水容器の観察窓を構成する前記正レンズ群は、最も物体側の面が物体側に凹面を向けていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水中観察装置。
前記防水容器の観察窓を構成する前記正レンズ群は、最も物体側の面が物体側に凸面を向けているおり、この最も物体側の面の曲率半径をＲ（単位ｍｍ）としたとき、次式
Ｒ＞２８０
を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水中観察装置。
前記観察用望遠鏡の光学系は、物体側より順に、正の屈折力を有する前群と、負の屈折力を有する後群とが配置され、前記後群は焦点調節の際光軸上を移動し、前記防水容器の観察窓を組み合わせて水中観察を行う際に発生する収差変動を、前記前群と前記後群との光軸上空気間隔を変化させることにより補償することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の水中観察装置。
前記観察用望遠鏡の光学系は、
前記前群が、物体側より順に配置された正レンズと負レンズとからなる色消し接合レンズを含んで構成され、
前記後群が、少なくとも１枚の負レンズを含んで構成されていることを特徴とする請求項６に記載の水中観察装置。
前記観察用望遠鏡の光学系の全系の焦点距離をＦとし、前記後群の焦点距離をｆＲとしたとき、次式
−２．０＜ｆＲ／Ｆ
を満足することを特徴とする請求項６又は７に記載の水中観察装置。