JP2008236635A - 電子撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特別な光学素子を用いることなく陸上撮影時と水中撮影時で変化する収差の影響をおさえた画像を記録できる電子撮像装置を提供すること。
【解決手段】撮影光学系であるズームレンズと、撮影光学系（ズームレンズ）の像側に配置され、撮影光学系（ズームレンズ）により形成される像を電気信号に変換する電子撮像素子１０５と、空気環境下撮影と水中環境下撮影における撮影光学系（ズームレンズ）による収差の発生の違いに沿って撮影画像を電気的に修正する画像修正部１０７とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気中での通常の撮影および水中での撮影を可能とする電子撮像装置に関するものである。

陸上では撮影光学系において歪曲収差が良好に補正されている光学系であっても、入射窓に平行平面板を持つ水中ハウジングに装着し、水中にて撮影しようとすると、糸巻き型の歪曲収差が発生する。これは、空気の屈折率が約１．００、水の屈折率が約１．３３３０６であることに起因する。

図１２に示すグラフは水中で、平行平板の入射窓を介して、歪曲収差の補正された撮影光学系に入射したときの、水中側での入射半画角と、歪曲収差発生量との関係を示したものである。縦軸が水中からの入射半画角（度）、横軸が発生する歪曲収差量（％）を示している。画角が大きくなるほど糸巻き型の歪曲収差が目立ってくることがわかる。

一方、水中ハウジング側の入射窓をドーム状にして、各主光線が入射窓に対して略垂直に入射するようにすれば歪曲収差の影響を抑えられる。しかしながら、この場合、入射窓と水中媒質とで凹レンズの作用をなすことになり、像面の湾曲が発生する。また、ドーム状の入射窓は製造コストが高くなる。

また、陸上で倍率の色収差がよく補正されている場合、平行平板を通した水中撮影においては、水の分散（アッベ数約６２）の影響により、短波長の倍率の色収差が正方向（画面中心から離れる方向）に発生する。一方、長波長の倍率の色収差が負方向（画面中心に近づく方向）に発生して色にじみが生じやすくなる。

このような、水中での撮影の際の収差変動を補う発明が、例えば、特許文献１、２に開示されている。水中撮影時に発生する歪曲収差もしくは倍率色収差の補正のためにレンズ部材や回折フィルターを追加して補正する発明が、特許文献１に開示されている。また、水中ハウジングの入射窓に回折面を用いて色収差を補正するアイデアが特許文献２に開示されている。

特開平７−１５９６８９号公報 特開２００４−２５２２１９号公報

しかしながら、レンズ部材や回折フィルターを追加して水中撮影時の収差を補正する方式では、水中撮影時の装置全体が大きくなりやすい。また、回折面を用いて収差補正を行う場合、不要次数光による画質の劣化が生じ易くなる。また、糸巻き型の歪曲収差は補正できない。水中撮影時の糸巻き型の歪曲収差を持つ撮影画像を電気的に画像修正すると画面中心を通る短辺方向、長辺方向の画角が一層狭くなる。

本発明は、このような課題に鑑み、特別な光学素子を用いることなく陸上撮影時と水中撮影時で変化する収差の影響をおさえた画像を記録できる電子撮像装置の提供を目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電子撮像装置は、撮影光学系と、撮影光学系の像側に配置され、撮影光学系により形成される像を電気信号に変換する撮像素子と、空気環境下撮影と水中環境下撮影における撮影光学系による収差の発生の違いに沿って撮影画像の収差を電気的に修正する画像修正部と、を備えたことを特徴とするものである。

これにより、空気環境下撮影と水中環境下撮影における収差の発生の違いが考慮された画像修正が行える。したがって、水中撮影時に新たな光学部品を必要とせずに、小型で低コスト化ながら収差の補正が行える。

また、本発明の好ましい態様によれば、この電気的に修正される収差が歪曲収差であることが好ましい。陸上撮影と、水中撮影において、広角撮影が可能な撮影光学系の場合、歪曲収差の変化が顕著である。そのため、歪曲収差の補正を電気的な画像修正で行うことが好ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、電気的に修正される収差が倍率の色収差であることが好ましい。陸上撮影と、水中撮影において、倍率の色収差の変化が生じる。そのため、倍率の色収差の補正を電気的な画像修正で行うことが好ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、電子撮像装置が空気環境下であるか、水中環境下であるかを設定する操作部を備えることが好ましい。これにより、空気環境下もしくは水中環境下の設定に沿って画像修正が行われる。

また、本発明の好ましい態様によれば、電子撮像装置が、空気環境下であるか、水中環境下であるかを感知するセンサーを備え、センサーからの情報にて画像修正を行うことが好ましい。

それにより、使用者が使用環境を設定する手間を省略できる。また、センサーが圧力測定を行い、一定の圧力を超えたときに、水中環境下撮影として画像修正を行うようにしてもよい。または、センサーが液体の付着時の通電もしくは電流の変化を感知したときに、水中環境下撮影として画像修正を行うようにしてもよい。もしくは、センサーが、水中ハウジングの装着の状態を検知し、水中ハウジング装着時に、水中環境下撮影として画像修正を行うようにしてもよい。

また、本発明の好ましい態様によれば、撮影光学系は空気環境下においては樽型の歪曲収差を発生し、その歪曲収差量の絶対値は水中環境下の歪曲収差量よりも大きいことが好ましい。

陸上撮影時に樽型の歪曲収差を発生させることで水中撮影時の歪曲収差の発生を低減できる。また、歪曲収差の絶対量の発生を空気環境下にて大とすることで水中撮影時の画像処理による画質の劣化を抑えられる。また、撮影光学系にて樽型の歪曲収差の発生を許容することで、撮影光学系のレンズ枚数の低減に有利となり、一層小型化に有利となる。また、電子撮影装置は、水中ハウジングの入射窓の形状に応じて、歪曲収差や倍率の色収差の電気的な補正の程度を変更可能としてもよい。これにより、平面状の入射窓、ドーム状の入射窓いずれにも対応して歪曲収差や倍率の色収差の電気的な調整が可能となる。

また、本発明の好ましい態様によれば、電子撮像装置は、撮影光学系の歪曲収差補正のためのデータを有する情報保持部を有し、データと撮影状態の信号に基づいて歪曲収差の補正の程度を判断する回路を備えることが好ましい。

これにより、陸上撮影状態、水中撮影状態の変化に合わせ、歪曲収差の電気補正がなされる。

また、本発明の好ましい態様によれば、撮影光学系がズームレンズであり、以下の条件式を満足することが好ましい。
０．５０＜Ｉｈ／ｆ_w＜１．５０ （Ａ）
−４０％＜ＤＩＳ＜−１２％ （Ｂ）
ただし、ｆ_wは撮影光学系の広角端撮影時の焦点距離、
Ｉｈは有効撮像領域の対角長の半分、
ＤＩＳは、空気中撮影時における広角端での像高Ｉｈにおける歪曲収差量、
である。なお、波長はｄ線（５８７．５６ｎｍ）とする。

撮影光学系がズームレンズの場合、陸上と水中での歪曲収差の変化が最も大きいのは広角端である。そのため、広角端にて上述の条件（Ａ)、（Ｂ）を満足することが好ましい。

条件式（Ａ）の下限を下回らないようにすることで、水中撮影時での画角の確保に有利となる。条件式（Ａ）の上限を上回らないようにすることで、画角を適度に抑え、水中撮影時の入射窓を平行平板としたときの陸上撮影時と水中撮影時の歪曲収差の変化を抑え、画像処理補正による画質の劣化を抑えやすくなる。

条件式（Ｂ）の下限を下回らないようにすることで、陸上撮影時での樽型の歪曲収差を抑え、画像処理で歪曲収差を補正した際の画面周辺部分での画質の劣化を抑えやすくなる。条件式（Ｂ）の上限を上回らないようにすることで、水中撮影時での糸巻き型の歪曲収差の発生を抑えやすくなる。もしくは、適度な樽型の歪曲収差を確保でき、水中撮影時の自然な遠近感の表現の確保に有利となる。

本発明によれば、特別な光学素子を用いることなく陸上撮影時と水中撮影時で変化する収差の影響をおさえた画像を記録できる電子撮像装置を提供できる。

以下に、本発明にかかる電子撮像装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

まず、本実施例に用いる撮影光学系の概要を説明する。後述する各実施例の撮影光学系はズームレンズである。広角端にて樽型の歪曲収差を発生させ、その歪曲収差量は、水中撮影時にて歪曲収差が抑えられる量としている。倍率の色収差は陸上撮影時においてはどのズーム状態でもよく補正している。

画像修正部における修正機能の概要を、図１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の概念図に示す。なお、図１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）では収差を誇張して記載している。図１の（ａ）、（ｂ）に示すように、陸上撮影時（特に広角端撮影）においては、主に歪曲収差の補正を電気的に行う。また、図１の（ｃ）、（ｄ）に示すように、水中撮影時においては、主に倍率の色収差の補正を電気的に行う。もちろん、他の収差を電気的に補正してもよい。広角端以外の領域についても発生する収差の量に沿って補正している。

画像修正による歪曲収差の補正、倍率の色収差の補正については、公知のアルゴリズムが使用できる。例えば画像修正補正ソフトのＡｄｏｂｅ Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ（商標）では、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の画像の歪曲収差の調整が行える。もちろん、ここまで高度に補正する必要はない。

例えば、図１３の説明図にて、歪曲収差がない状態の像高を理想像高Ｙ、実際の像高を実像高Ｙ’とし、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの信号にて、電気的な歪曲収差の補正値を次式に近似させて行うことができる。
Ｙ’＝Ｙ＋ＡＹ^３＋ＢＹ^５＋ＣＹ⁷ （Ａ,Ｂ,Ｃは撮影状態ごとの係数）

係数Ａ、Ｂ、Ｃは、水中、陸上状態、焦点距離、物点距離、等により変更させたものをメモリーに記憶させておくとよい。メモリーにない情報の係数は近似状態の係数に基づいて算出するようにしてもよい。

また、補正のための係数を減らせば信号処理が早くできるので、例えば電気的な歪曲収差の補正をＹ’＝Ｙ＋ＡＹ^３として簡略化し、乗算回数を減らしてもよい。また、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの信号にて歪曲収差補正を行うことで倍率の色収差の補正も同時に行える。

図２は、本発明の実施例１に係る電子撮像装置であるデジタルカメラ１００の概略構成を示している。第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４は撮影光学系としてのズームレンズを構成する各レンズ群である。第３レンズ群Ｇ３の物体側には、装置本体と一体化された明るさ絞りＳを配置している。

ここで、ズームレンズは、後述する構成のズームレンズを使用している。もちろん、他のズームレンズを用いてもよい。

ズームレンズの後方には、赤外カットフィルター、ローパスフィルター等の光学フィルター類Ｆと電子撮像素子１０５（ここではＣＣＤ、ＣＭＯＳ等でもよい）が配置される。電子撮像素子１０５であるＣＣＤの入射面側には、カバーガラスＣが配置され、カバーガラスＣを透過した光線は、複数の受光素子からなる撮像面Ｉへと導かれる。

ズームレンズの第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、第４レンズ群Ｇ４は、レンズ群駆動部１０３、１０４にて、光軸ＡＸ方向に移動し、各レンズ群に挟まれる間隔を変化させて、広角端から望遠端までのズーミングを行う。

図では簡略化して記載しているが、レンズ群駆動機構としては、レンズ群の周辺に配置したヘリコイドの回動によりレンズ群を移動させる構成や、レンズ群を保持する保持枠に螺子穴を設け、それを貫通する螺旋ねじの回動によりレンズ群を前後移動させる構成等、公知のものを使用できる。

第４レンズ群Ｇ４は、個別に光軸ＡＸ方向に移動することで、遠距離から近距離の合焦を行う構成となっている。ズームレンズによりＣＣＤの撮像面Ｉ上に像を形成する。

ズームレンズの被写体側にはデジタルカメラ１００の本体外装１０１と一体化された透明な平行平板からなる入射窓１０２を備えている。本実施例では、陸上撮影の他に、カメラを本体ごと水中に持ち込んでも撮影できるようになっており、水中撮影時は水が浸水しないように防水仕様となっている。水中撮影時は平行平板１０２の被写体側の媒質が水となる。

また、カメラ本体を、平行平板の入射窓１０２を持つ水中ハウジングに装填して水中撮影を行う構成としてもよい。なお、後述する実施例２の入射側平行平板は水中ハウジングの入射窓である。

撮像面Ｉは、複数の受光素子から構成される。ここで、有効撮像領域について説明する。図３は、電子撮像素子の画素配列の一例を示す図である。画素ピッチＰａでＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応した受光素子、あるいはシアン、マゼンダ、イエロー、グリーン（緑）の４色に対応した受光素子がモザイク状に配置されている。

有効撮像領域は、撮影した画像の再生（パソコン上での表示、プリンターによる印刷等）に用いる電子撮像素子上の撮像面内における領域を意味する。図中に示す有効撮像領域は、ズームレンズの性能が確保し得るイメージサークルに合わせて、撮像素子の全受光素子が配置される領域よりも狭い領域に設定されている。

図３中、Ｉｈは、撮像面Ｉにおける有効撮像領域の対角長の半分の長さに対応している。なお、例えば、撮像領域を変化させて擬似的にズーミングを行い、映像の再生に用いる撮像領域を種々変更可能としてもよい。

また、通常、有効撮像領域の形状は長方形となるが、本実施例においては画像処理によりズームレンズによる歪曲収差を補正する。この場合の有効撮像領域の形状は、ズームレンズによる歪みに近似した形状となる。その形状は、ズームレンズの焦点距離の状態に応じて変更させ、電気的に画像修正を行うこととなる。

このように有効撮像領域が変化する場合、本発明におけるＩｈは、取り得る値の中での最大値と定義する。この電子撮像素子１０５（ＣＣＤやＣＭＯＳ等）で撮像した像は、画像を表す電気信号に変換され、信号処理部１２０に導かれる。

信号処理部１２０では、電子撮像素子１０５で撮像した像の信号を元にガンマ補正やコントラスト調整、水中、陸上の撮影環境の違いに沿った画像修正、画像回復等の信号処理を行い画像修正した画像信号を生成する。

また、コントラスト検出部１０６は、第４レンズ群Ｇ４の移動による画像のコントラストの変化を読み取り、合焦エリア内におけるコントラストを検出する。そして、コントラストが最大と認識した位置に第４レンズ群Ｇ４を移動させ、合焦動作を行う信号を発生させる。

また、デジタルカメラ１００内には、デジタルカメラ１００の外側に位置するズーム操作レバーやフォーカシングボタン等のズーミング・フォーカシング操作部１１０からの信号に基づいてズーミングやフォーカシング動作を行わせるべくレンズ群駆動部１０３、１０４に駆動信号を伝える。同時に、ズーミングやフォーカシング動作に関する情報を保持するズーミング・フォーカシング指示・記憶部１０９と電気的に接続されている。

また、このズーミング・フォーカシング指示・記憶部１０９は、信号処理部１２０とも電気的に接続され、信号処理部１２０でのコントラスト検出に基づく合焦動作信号を受け、上述のフォーカシング動作の指示も行っている。

また、デジタルカメラ１００には水中撮影であることをカメラに伝えるための撮影モード操作部１１３を備えている。使用者が撮影モードにて水中撮影を意図した設定を行った際は、画像修正部１０７に水中撮影に適した画像修正に変更する指示を出す。

また、デジタルカメラ１００本体には、水中検出センサー１１４が設けられている。撮影モードが水中撮影を意図していない場合でも、デジタルカメラ本体が水中環境にあることを認識した際には、水中撮影としての画像修正を行うように画像修正部１０７に指示を出す。

また、水中検出センサー１１４が圧力測定を行い、一定の圧力を超えたときに、水中環境下撮影として画像修正を行うようにしてもよい。または、水中検出センサー１１４が液体の付着時の通電もしくは電流の変化を感知したときに、水中環境下撮影として画像修正を行うようにしてもよい。または、水中検出センサー１１４が、水中ハウジングの装着の状態を検知し、水中ハウジング装着時に、水中環境下撮影として画像修正を行うようにしてもよい。

また、デジタルカメラ１００の本体内には、ズームレンズの焦点距離状態、フォーカシング状態、撮影モードの指示、水中検出の指示に応じてＲＧＢ信号それぞれにて異なる歪曲収差補正を行うための係数のデータテーブルを保持する情報保持部１１１を備えている。この例では、概念的に以下の表１のように割り振られた歪曲収差に近似させた係数データを保持している。

（表１） 合焦点距離 ａ〜ｂ 合焦点距離 ｂ〜ｃ
焦点距離 係数 Ａ Ｂ Ｃ 係数 Ａ Ｂ Ｃ
陸上 R AR111 BR111 CR111 陸上 R AR211 BR211 CR211
Ａ〜Ｂ G AG111 BG111 CG111 G AG211 BG211 CG211
B AB111 BB111 CB111 B AB211 BB211 CB211
水中 R AR112 BR112 CR112 水中 R AR212 BR212 CR212
G AG112 BG112 CG112 G AG212 BG212 CG212
B AB112 BB112 CB112 B AB212 BB212 CB212

焦点距離 係数 Ａ Ｂ Ｃ 係数 Ａ Ｂ Ｃ
陸上 R AR121 BR121 CR121 陸上 R AR221 BR221 CR221
Ｂ〜Ｃ G AG121 BG121 CG121 G AG221 BG221 CG221
B AB121 BB121 CB121 B AB221 BB221 CB221
水中 R AR122 BR122 CR122 水中 R AR222 BR222 CR222
G AG122 BG122 CG122 G AG222 BG222 CG222
B AB122 BB122 CB122 B AB222 BB222 CB222

焦点距離 係数 Ａ Ｂ Ｃ 係数 Ａ Ｂ Ｃ
陸上 R AR131 BR131 CR131 陸上 R AR231 BR231 CR231
Ｃ〜Ｄ G AG131 BG131 CG131 G AG231 BG231 CG231
B AB131 BB131 CB131 B AB231 BB231 CB231
水中 R AR132 BR132 CR132 水中 R AR232 BR232 CR232
G AG132 BG132 CG132 G AG232 BG232 CG232
B AB132 BB132 CB132 B AB232 BB232 CB232

焦点距離 係数 Ａ Ｂ Ｃ 係数 Ａ Ｂ Ｃ
陸上 R AR141 BR141 CR141 陸上 R AR241 BR241 CR241
Ｄ〜Ｅ G AG141 BG141 CG141 G AG241 BG241 CG241
B AB141 BB141 CB141 B AB241 BB241 CB241
水中 R AR142 BR142 CR142 水中 R AR242 BR242 CR242
G AG142 BG142 CG142 G AG242 BG242 CG242
B AB142 BB142 CB142 B AB242 BB242 CB242

もちろん、ズーミング状態、フォーカシング状態をより細かく区分しデータを保持してもよい。係数データをここでは、３次、５次、７次の項としたが、係数の個数を少なくしても、また、増やしてもよい。また、焦点距離、合焦距離に応じて、保持されている複数の係数の相関から、より最適な係数を計算により求めるようにしてもよい。

情報保持部１１１は、ズーミング・フォーカシング指示・記憶部１０９での情報、撮影モード操作部１１３、水中検出センサー１１４に基づいて、対応する焦点距離、合焦点距離、撮影状態に応じたＢＧＲの歪曲収差の情報を信号処理部１２０の画像処理部１０７へ送信する。

信号処理部１２０は、画像修正部１０７を含み、ＣＣＤにて撮像した画像のデータ、もしくは、ガンマ補正等の事前処理を行った画像データを元データとし、上述の係数を用いてＲＧＢの色ごとに歪曲収差の補正を行う。収差を電気的に修正した後に明るさ調整、色調整等の処理を加える。

また、デジタルカメラ１００に加速度センサーを設け、ブレによる画像の劣化も電気的に補正する処理を行ってもよい。

画像回復された画像信号は、装置背面に配置された液晶モニタ１０８に送信され視認できる画像化して表示される。また、デジタルカメラ１００（装置）と一体もしくは取り外しが可能な記録媒体１１２へ画像データを送信し、修正後の画像データを記録可能となっている。

以下に、このような構成のデジタルカメラ１００（電子撮像装置）に好適に設計したズームレンズを例示する。これらのズームレンズに対応させ、陸上撮影状態の広角側では樽型の歪曲収差が大きいので、主にこの歪曲収差を補正する。望遠側では歪曲収差や倍率色収差が抑えられているので、歪曲収差や倍率の色収差の補正をせずに、画像処理の負担を軽減させる。

水中撮影状態では歪曲収差が抑えられているが、倍率の色収差の影響が大きいのでこれを電気的に補正する。もちろん、球面収差やコマ収差の影響を低減させる画像処理を行っても良い。

以下に例示する２つのズームレンズは、陸上撮影、無限遠合焦時の望遠端での撮影において歪曲収差、倍率色収差の電気的な補正を行っていないので、この撮影状態での有効撮影領域が、最も広い受光面積を有する。したがって、Ｉｈは、この状態における有効撮像領域の対角長の半分となる。

各実施例のズームレンズにおける非点収差、歪曲収差、倍率色収差の発生量を表す収差図の上端は、像高がＩｈとなる位置に対応する。実施例１は、図２に示すように、デジタルカメラ１００自体に防水機能をもたせたものである。

そのため、陸上撮影時、水中撮影時共に、被写体とズームレンズとの間に平行平板が設けられている。陸上撮影では、被写体と平行平板の間は空気、水中撮影時は水（海水等）である。また、断面図では、第１レンズ群Ｇ１のプリズムの反射面を省略して光路を展開して示している。さらに、ズームレンズを外部環境から保護する平行平板であるカバーガラスＣを備えている。

本実施例のズームレンズは、物体側から順に、正の屈折力を持ち、変倍時固定の第１レンズ群、負の屈折力を持ち、広角端から望遠端への変倍時に像側に移動する第２レンズ群、変倍時に光軸方向に固定の明るさ絞り、正の屈折力を持ち、広角端から望遠端への変倍時に物体側に移動する第３レンズ群、正の屈折力を持ち、変倍時およびフォーカシング時に像位置合わせのために移動する第４レンズ群を備えている。

ズームレンズの像側には、赤外線カットコートを施したローパスフィルター、ＣＣＤカバーガラスを配置し、像がＣＣＤの受光面に形成される。

以下に、本発明におけるズームレンズの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

以下、実施例１におけるズームレンズについて説明する。陸上撮影時（水中撮影時もレンズ断面の構成は同じ）の、本ズームレンズの無限遠物点合焦時の広角端（ａ）、中間状態（ｂ）、望遠端（ｃ）のレンズ断面図を図４に示す。図４中、第１レンズ群はＧ１、第２レンズ群はＧ２、開口絞りはＳ、第３レンズ群はＧ３、第４レンズ群はＧ４、赤外光を制限する波長域制限コートを施したローパスフィルタを構成する平行平板はＦ、電子撮像素子のカバーガラスの平行平板はＣ、像面はＩで示してある。なお、カバーガラスＣの表面に波長域制限用の多層膜を施してもよい。また、そのカバーガラスＣにローパスフィルタ作用を持たせるようにしてもよい。

実施例１におけるズームレンズは、図４に示すように、物体側から順に、正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、明るさ絞りＳと、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力の第４レンズ群Ｇ４とを配置している。

広角端から望遠端にかけての変倍時、第１レンズ群Ｇ１は固定し、第２レンズ群Ｇ２は像側に移動し、明るさ絞りＳは固定し、第３レンズ群Ｇ３は物体側に移動し、第４レンズ群Ｇ４は固定している。

物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、平行平板と、物体側に凸面を向けた第１負メニスカスレンズと、第２プリズムと、第３両凸正レンズから構成される。第２レンズ群Ｇ２は、第４両凹負レンズと、第５両凹負レンズと、第６両凸正レンズから構成される。第５両凹負レンズと、第６両凸正レンズは接合されている。第３レンズ群Ｇ３は、第７両凸正レンズと、第８両凸正レンズと、第９両凸正レンズと、第１０両凹負レンズから構成される。第９両凸正レンズと、第１０両凹負レンズは接合されている。第４レンズ群Ｇ４は、第１１両凸正レンズで構成されている。

非球面は、第３両凸正レンズの両面と、第７両凸正レンズの両面と、第１１両凸正レンズの両面との６面に用いている。

以下に、上記各実施例の数値データを示す。記号は上記の外、ｆは全系焦点距離、ＢＦはバックフォーカス、f₁、f₂・・・は各レンズ群の焦点距離、Ｉmは像高、Ｆ_NOはＦナンバー、ωは半画角、ＷＥは広角端、ＳＴは中間状態、ＴＥは望遠端、ｒ₁、ｒ₂…は各レンズ面の曲率半径、ｄ₁、ｄ₂…は各レンズ面間の間隔、ｎ_d1、ｎ_d2…は各レンズのｄ線の屈折率、ν_d1、ν_d2…は各レンズのアッベ数である。後述するレンズ全長は、レンズ最前面からレンズ最終面までの距離にバックフォーカスを加えたものである。ＢＦ（バックフォーカス）は、レンズ最終面から近軸像面までの距離を空気換算して表したものである。
また、半画角は、像高を一定とした場合でも陸上撮影時、水中撮影時により変化する。
また、像高は、各ズーム状態における電気的な歪曲収差の補正の仕方によっても変化する。
本実施例では、樽型の歪曲収差が発生している場合は、有効撮像領域の中心を通る短辺方向にて画像が欠落しないようにし、レンズ系による歪曲収差を画像処理によりほぼキャンセルさせたものを想定している。そのため、レンズ系にて樽型の歪曲収差が発生している状態では、有効撮像領域の対角長の半分（Ｉｈ）よりも小さい値の像高となる。
一方、糸巻き型のディストーションが発生している場合は、有効撮像領域の対角方向の画像が欠落しないようにし、レンズ系による歪曲収差を画像処理により全てキャンセルさせた場合を想定している。この場合、有効撮像領域の対角長の半分と同じ値の像高となる。
Ｉmは、有効撮像領域の対角長が最大となる状態での像高であり、有効撮像領域の対角長の半分（Ｉｈ）と等しくなる。
ωは像高をＩmとしたときの半画角である。
Ｉm_Lは歪曲収差の補正を前提としたときの陸上撮影時の像高である。ω_Lは陸上撮影時にて像高をＩm_Lとしたときの半画角である。
Ｉm_UWは歪曲収差の補正を前提としたときの水中撮影時の像高である。ω_UWは水中撮影時にて像高をＩm_UWとしたときの半画角である。
なお、各収差図は光学系のみによる収差図であり、有効撮像領域対角長の半分（Ｉｈ）に等しい像高Ｉmに対応する画角ωを上端として非点収差、歪曲収差、倍率色収差を出力している。

数値データはいずれも無限遠の被写体に合焦した状態でのデータである。各数値の長さの単位はｍｍ、角度の単位は°（度）である。

なお、非球面形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると、下記の式にて表される。

ｘ＝（ｙ² ／ｒ）／［１＋｛１−（Ｋ＋１）（ｙ／ｒ）² ｝^1/2 ］
＋Ａ₄ ｙ⁴ ＋Ａ₆ ｙ⁶ ＋Ａ₈ ｙ⁸ ＋Ａ₁₀ｙ¹⁰＋Ａ₁₂ｙ¹²
ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、Ａ₄ 、Ａ₆ 、Ａ₈ 、Ａ₁₀、Ａ₁₂はそれぞれ４次、６次、８次、１０次、１２次の非球面係数である。また、非球面係数において、「ｅ−ｎ」（ｎは整数）は、「１０^−ｎ」を示している。

実施例１

ｒ₁ = ∞ ｄ₁ = 0.50 ｎ_d1 = 1.51633 ν_d1 = 64.14
ｒ₂ = ∞ ｄ₂ = 0.50
ｒ₃ = 33.155 ｄ₃ = 0.80 ｎ_d2 = 1.98000 ν_d2 = 23.90
ｒ₄ = 8.765 ｄ₄ = 2.83
ｒ₅ = ∞ ｄ₅ = 9.00 ｎ_d3 = 1.83400 ν_d3 = 37.16
ｒ₆ = ∞ ｄ₆ = 0.20
ｒ₇ = 15.823（非球面） ｄ₇ = 2.56 ｎ_d4 = 1.71788 ν_d4 = 55.40
ｒ₈ = -13.703（非球面） ｄ₈ =（可変）
ｒ₉ = -49.582 ｄ₉ = 0.70 ｎ_d5 = 1.88300 ν_d5 = 40.76
ｒ₁₀= 14.876 ｄ₁₀= 1.15
ｒ₁₁= -9.382 ｄ₁₁= 0.70 ｎ_d6 = 1.88300 ν_d6 = 40.76
ｒ₁₂= 19.484 ｄ₁₂= 1.80 ｎ_d7 = 1.92286 ν_d7 = 20.88
ｒ₁₃= -19.306 ｄ₁₃=（可変）
ｒ₁₄= ∞（絞り） ｄ₁₄=（可変）
ｒ₁₅= 9.011（非球面） ｄ₁₅= 2.25 ｎ_d8 = 1.61680 ν_d8 = 59.68
ｒ₁₆= -48.402（非球面） ｄ₁₆= 0.20
ｒ₁₇= 9.335 ｄ₁₇= 2.28 ｎ_d9 = 1.49895 ν_d9 = 81.11
ｒ₁₈= -26.130 ｄ₁₈= 0.38
ｒ₁₉= 12.676 ｄ₁₉= 2.05 ｎ_d10= 1.50693 ν_d10= 79.22
ｒ₂₀= -21.026 ｄ₂₀= 0.70 ｎ_d11= 1.88500 ν_d11= 25.70
ｒ₂₁= 4.519 ｄ₂₁=（可変）
ｒ₂₂= 16.046（非球面） ｄ₂₂= 2.50 ｎ_d12= 1.48862 ν_d12= 72.03
ｒ₂₃= -16.192（非球面） ｄ₂₃=（可変）
ｒ₂₄= ∞ ｄ₂₄= 0.50 ｎ_d13= 1.54771 ν_d13= 62.84
ｒ₂₅= ∞ ｄ₂₅= 0.50
ｒ₂₆= ∞ ｄ₂₆= 0.50 ｎ_d14= 1.51633 ν_d14= 64.14
ｒ₂₇= ∞ ｄ₂₇= 0.40
ｒ₂₈= ∞（電子撮像素子の受光面、像面）

非球面係数
第7面
Ｋ = 0.000
Ａ₄ = -1.11031e-04
Ａ₆ = 2.64619e-06
Ａ₈ = 3.25997e-08
Ａ₁₀= -1.69342e-09

第8面
Ｋ = 0.000
Ａ₄ = -3.76191e-06
Ａ₆ = 4.98938e-06
Ａ₈ = -5.97314e-08
Ａ₁₀= -4.72190e-10

第15面
Ｋ = 0.000
Ａ₄ = -1.39053e-04
Ａ₆ = 2.90971e-06
Ａ₈ = 3.06185e-07
Ａ₁₀= -1.60871e-08

第16面
Ｋ = 0.000
Ａ₄ = 2.29605e-04
Ａ₆ = 8.72514e-06
Ａ₈ = -1.19586e-07

第22面
Ｋ = 0.000
Ａ₄ = 8.96710e-05
Ａ₆ = -4.44501e-05
Ａ₈ = 2.10020e-06
Ａ₁₀= -1.17105e-07

第23面
Ｋ = 0.000
Ａ₄ = 1.21501e-05
Ａ₆ = -3.42471e-05
Ａ₈ = 1.14648e-06
Ａ₁₀= -7.02379e-08

ズームデータ（∞）
ＷＥ ＳＴ ＴＥ
ｆ（mm） 5.07 9.36 17.42
Ｆ_NO 3.57 4.27 5.10
ｄ₈ 0.50 4.14 6.08
ｄ₁₃ 6.86 3.22 1.28
ｄ₁₄ 7.52 5.19 0.72
ｄ₂₁ 3.02 5.36 9.82
ｄ₂₃ 3.51 3.51 3.50
レンズ全長 53.1 53.1 53.1
ＢＦ 5.08 5.08 5.09
Ｉm＝3.84
ω（°）:陸上 41.06 21.79 12.18
ω（°）:水中 29.52 16.17 9.11
Ｉm_L 3.56 3.84 3.84
ω_L（°） 38.65 21.79 12.18
Ｉm_UW 3.84 3.84 3.84
ω_UW（°） 29.52 16.17 9.11

各群の焦点距離
f₁ 12.655
f₂ -8.715
f₃ 11.208
f₄ 16.925
ズーム比 3.44

実施例１における陸上撮影時の収差を図５、水中撮影時の収差を図６にそれぞれ示す。これらの収差図において、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間状態、（ｃ）は望遠端における球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。各図中、 “ω”は半画角を示す。

次に、本発明の実施例２に係るデジタルカメラ２００について説明する。本実施例におけるズームレンズは、未使用時にはレンズがカメラボディ内に収容されるタイプのカメラに適したズームレンズの例である。

このような構成の場合、水陸両用カメラとすることは難しい。そのため、本実施例では、水中撮影時はカメラ本体を水中ハウジングに収容することを想定して設計したズームレンズである。

図７は、本実施例に係るデジタルカメラ２００を水中ハウジング２２０内に収納している状態の概略構成を示している。デジタルカメラ本体２１０は、水中ハウジング２２０内に収納されている。水中ハウジング２２０の被写体側には、入射窓１０２が形成されている。入射窓１０２は、後述するズームレンズの最も物体側の平行平板Ｈに対応する。使用者は、デジタルカメラ２００を水中ハウジング２２０に収納した状態においても、液晶モニタ１０８により、被写体を観察できる。

また、デジタルカメラ本体２１０や水中ハウジング２２０の入射窓１０２の外側にマウント部２０１を設け、マウント部２０１にドーム状の入射窓を着脱可能してもよい。ドーム状の入射窓のアタッチメントを取り付け可能とすることで、水中撮影時の画角を広くできる。

また、デジタルカメラ本体２１０や水中ハウジング２２０の入射窓１０２の外側に画角を広げるアタッチメントレンズや、近距離撮影用のアタッチメントレンズを取り付け可能としてもよい。

なお、このようなアタッチメントを装着した際の収差変動に応じて適正な電気的な補正ができるように、カメラ本体にそれらのアタッチメントの装着の有無の情報をインプットできる操作部、インプットされた情報に対応した収差補正のためのデータを備え、アタッチメントの有無による収差の変動も電気的に補正する補正部を備え、各種の収差の電気的な補正ができるようにすることが好ましい。

次に、本実施例におけるズームレンズについて説明する。陸上撮影時の、本ズームレンズの無限遠物点合焦時の広角端（ａ）、中間状態（ｂ）、望遠端（ｃ）のレンズ断面図を図８に示す。水中撮影時の、本ズームレンズの無限遠物点合焦時の広角端（ａ）、中間状態（ｂ）、望遠端（ｃ）のレンズ断面図を図９に示す。

物体側から順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、明るさ絞りＳと、正の屈折力の第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力の第３レンズ群Ｇ３とを配置している。

広角端から望遠端にかけての変倍時、入射窓Ｈは固定し、第１レンズ群Ｇ１は一旦像側に移動したあと移動方向が反転して物体側に移動し、第２レンズ群Ｇ２は明るさ絞りと共に物体側に移動し、第３レンズ群Ｇ３は物体側に移動する。

また、明るさ絞りＳは、第２レンズ群Ｇ２と一体で移動し、第２レンズ群Ｇ２の物体側のレンズ面の面頂が明るさ絞りＳの開口に入り込んでいる。第３レンズ群Ｇ３は、変倍時とフォーカシング時に像位置を合わせるために移動する。なお、変倍時の各レンズ群の移動軌跡は、陸上撮影時、水中撮影時ともに同じである。

最も物体側には、平行平板Ｈ（＝入射窓１０２）が設けられている。物体側から順に、第１レンズ群Ｇ１は、第１両凹負レンズと、物体側に凸面を向けた第２正メニスカスレンズとから構成される。第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けた第３正メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた第４負メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた第５正メニスカスレンズとから構成される。第３正メニスカスレンズと、第４負メニスカスレンズと、第５正メニスカスレンズとは接合されている。第３レンズ群Ｇ３は、物体側に凸面を向けた第６正メニスカスレンズから構成される。

非球面は、第１両凹負レンズの像側の面、第３正メニスカスレンズの物体側の面、第５正メニスカスレンズの像側の面、第６正メニスカスレンズの像側の面との６面に用いている。

さらに、ズームレンズの像側には、赤外線カットコートを施したローパスフィルター、ＣＣＤカバーガラスを配置し、像がＣＣＤの受光面に形成される。また、水中撮影時は、ズームレンズの物体側に、ハウジングの入射窓を形成する平行平板のカバーガラス（平行平板Ｈ）が配置される。水中撮影時は、このカバーガラスの被写体側の媒質が水（海水等）となる。

空気環境下ではデジタルカメラ本体部のズームデータとなる。また、水中環境下ではハウジングのカバーガラスの有無、カバーガラスとズームレンズ入射面間距離Ｄ（ＨＬ）、画角が変化する。それ以外の数値は共通となる。

実施例２

水中ハウジングの数値データ
面番 ｒ ｄ ｎd νd
1H ∞ 0.50 1.51633 64.14
2H ∞ D(HL)

Ｄ（ＨＬ）は、ハウジングとカメラ側のズームレンズとの可変間隔


カメラ本体部のズームレンズデータ

ｒ₁ = -200.434 ｄ₁ = 0.90 ｎ_d1 = 1.80610 ν_d1 = 40.92
ｒ₂ = 6.474（非球面） ｄ₂ = 1.53
ｒ₃ = 9.933 ｄ₃ = 2.02 ｎ_d2 = 2.00069 ν_d2 = 25.46
ｒ₄ = 21.902 ｄ₄ =（可変）
ｒ₅ = ∞（絞り） ｄ₅ = -0.63
ｒ₆ = 5.753（非球面） ｄ₆ = 2.06 ｎ_d3 = 1.80610 ν_d3 = 40.92
ｒ₇ = 35.230 ｄ₇ = 1.27 ｎ_d4 = 1.84666 ν_d4 = 23.78
ｒ₈ = 5.202 ｄ₈ = 2.06 ｎ_d5 = 1.58313 ν_d5 = 59.38
ｒ₉ = 16.552（非球面） ｄ₉ =（可変）
ｒ₁₀= 14.000（非球面） ｄ₁₀= 1.24 ｎ_d6 = 1.52542 ν_d6 = 55.78
ｒ₁₁= 41.056 ｄ₁₁=（可変）
ｒ₁₂= ∞ ｄ₁₂= 0.50 ｎ_d7 = 1.51633 ν_d7 = 64.14
ｒ₁₃= ∞ ｄ₁₃= 0.50
ｒ₁₄= ∞ ｄ₁₄= 0.50 ｎ_d8 = 1.51633 ν_d8 = 64.14
ｒ₁₅= ∞ ｄ₁₅= 0.40
ｒ₁₆= ∞ （電子撮像素子の受光面、像面）


非球面係数
第2面
Ｋ = -3.501
Ａ₄ = 1.39590e-03
Ａ₆ = -2.94154e-05
Ａ₈ = 6.73010e-07
Ａ₁₀= -7.13429e-09

第6面
Ｋ = -2.429
Ａ₄ = 1.61259e-03
Ａ₆ = -1.94631e-05
Ａ₈ = 2.01443e-06
Ａ₁₀= -5.44542e-08

第9面
Ｋ = -4.333
Ａ₄ = 2.27790e-03
Ａ₆ = 1.03782e-05
Ａ₈ = 2.09837e-05
Ａ₁₀= -4.69417e-07

第10面
Ｋ = 0.000
Ａ₄ = -1.47199e-04
Ａ₆ = 5.67379e-06
Ａ₈ = 4.82046e-07
Ａ₁₀= -1.84788e-08

ズームデータ（∞）

ＷＥ ＳＴ ＴＥ
ｆ（mm） 7.51 14.38 21.64
Ｆ_NO 2.88 3.78 4.75
ｄ₄ 16.35 5.11 1.03
ｄ₉ 4.20 4.23 4.65
ｄ₁₁ 5.83 10.67 15.64
D(HL) 16.35 5.11 1.03
レンズ全長 38.42 32.04 33.29
ＢＦ 7.42 12.25 17.17
Ｉm＝4.55
ω（°）:陸上 34.67 17.91 11.95
ω（°）:水中 25.26 13.34 8.93
Ｉm_L 4.23 4.48 4.52
ω_L（°） 32.17 17.63 11.87
Ｉm_UW 4.44 4.55 4.55
ω_UW（°） 24.67 13.34 8.93

各群の焦点距離
f₁ -15.832
f₂ 12.196
f₃ 39.804
ズーム比 2.88

実施例２における陸上撮影時の収差図、水中撮影時の収差図をそれぞれ図１０、図１１に示す。

（条件式対応値）
実施例１、２の条件式要素値と条件式対応値を以下に掲げる。
ｆ_w Ｉｈ ＤＩＳ Ｉｈ／ｆ_w
実施例１ 5.07mm 3.84mm −13.0％ 0.759
実施例２ 7.51mm 4.55mm −12.4％ 0.606

以上のように、本発明に特別な光学素子を用いることなく陸上撮影時と水中撮影時で変化する収差の影響をおさえた画像を記録できる電子撮像装置に有用である。

画像修正部における修正機能の概要を示す図である。 本発明の実施例１に係るデジタルカメラの概略構成を示す図である。 電子撮像素子の画素配列の一例を示す図である。 実施例１におけるズームレンズの無限遠物点合焦時の広角端（ａ）、本発明で定義する中間ズーム状態（ｂ）、望遠端（ｃ）でのレンズ断面図である。 実施例１の陸上撮影時の無限遠物点合焦時の収差図である。 実施例１の水中撮影時の無限遠物点合焦時の収差図である。 本発明の実施例２に係るデジタルカメラの概略構成を示す図である。 実施例２におけるズームレンズの陸上撮影時の無限遠物点合焦時の広角端（ａ）、本発明で定義する中間ズーム状態（ｂ）、望遠端（ｃ）でのレンズ断面図である。 実施例２におけるズームレンズの水中撮影時の無限遠物点合焦時の広角端（ａ）、本発明で定義する中間ズーム状態（ｂ）、望遠端（ｃ）でのレンズ断面図である。 実施例２の陸上撮影時の無限遠物点合焦時の収差図である。 実施例２の水中撮影時の無限遠物点合焦時の収差図である。 水中側での入射半画角と歪曲収差発生量との関係を示す図である。 歪曲収差がない状態の像高と、実際の像高との関係を示す図である。

符号の説明

１００ デジタルカメラ
１０１ 本体外装
１０２ 入射窓
１０３、１０４ レンズ群駆動部
１０５ 電子撮像素子
１０６ コントラスト検出部
１０７ 画像修整部
１０８ 液晶モニタ
１０９ ズーミング・フォーカシング指示・記憶部
１１０ ズーミング・フォーカシング操作部
１１１ 情報保持部
１１２ 記録媒体
１１３ 撮影モード操作部
１１４ 水中検出センサー
１２０ 信号処理部
２００ デジタルカメラ
２０１ アタッチメント取付け部
２１０ デジタルカメラ本体
２２０ 水中ハウジング
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４ 各レンズ群
Ｓ 明るさ絞り
ＡＸ 光軸

Claims (8)

1. 撮影光学系と、
   前記撮影光学系の像側に配置され、前記撮影光学系により形成される像を電気信号に変換する撮像素子と、
   空気環境下撮影と水中環境下撮影における前記撮影光学系による収差の発生の違いに沿って撮影画像を電気的に修正する画像修正部と、を備えたことを特徴とする電子撮像装置。
2. 前記収差が、歪曲収差であることを特徴とする請求項１に記載の電子撮像装置。
3. 前記収差が、倍率の色収差であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子撮像装置。
4. 前記電子撮像装置が空気環境下であるか、水中環境下であるかを設定する操作部を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子撮像装置。
5. 前記電子撮像装置が、空気環境下であるか、水中環境下であるかを感知するセンサーを備え、
   前記センサーからの情報にて画像修正を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子撮像装置。
6. 前記撮影光学系は空気環境下にて樽型の歪曲収差を発生し、その歪曲収差量の絶対値は水中環境下の歪曲収差量よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の電子撮像装置。
7. 前記電子撮像装置は、前記撮影光学系の歪曲収差補正のためのデータを有する情報保持部を有し、前記データと撮影状態の信号に基づいて歪曲収差の補正の程度を判断する回路を備えたことを特徴とする請求項２に記載の電子撮像装置。
8. 前記撮影光学系がズームレンズであり、
   以下の条件式を満足することを特徴とする請求項２に記載の電子撮像装置。
   ０．５０＜Ｉｈ／ｆ_w＜１．５０ ・・・（Ａ）
   −４０％＜ＤＩＳ＜−１２％ ・・・（Ｂ）
   ただし、
   ｆ_wは撮影光学系の広角端撮影時の焦点距離、
   Ｉｈは有効撮像領域の対角長の半分、
   ＤＩＳは、空気中撮影時における広角端での前記像高Ｉｈにおける歪曲収差量
   である。
   

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