JP6349459B2

JP6349459B2 - 写真用対物レンズ及び撮影装置

Info

Publication number: JP6349459B2
Application number: JP2017516014A
Authority: JP
Inventors: 家英李; 朝明周; 云峰高
Original assignee: ハンズレーザーテクノロジーインダストリーグループカンパニーリミテッド
Priority date: 2014-07-28
Filing date: 2014-07-28
Publication date: 2018-06-27
Anticipated expiration: 2034-07-28
Also published as: DE112014006837T5; CN106461904B; JP2017518542A; DE112014006837B4; US20170139183A1; WO2016015197A1; CN106461904A

Description

本発明は、撮影技術に関し、特に写真用対物レンズ及び撮影装置に関する。

通常の水中撮影は、写真用対物レンズ（乃至撮影機器の全体）を、透明窓を有する密閉した箱にいれて、撮影を行う。ここで、二つの問題点がある。一つは、海水（淡水）の屈折率はｎ＝１．３３であるため、撮影時の視野は約１／４減少する。二つ目は、密閉した箱が存在するため、撮影機器の撮影範囲が制限される。

上記の問題点を解決するために、本発明は、水中における視野が比較的大きい写真用対物レンズ及び撮影装置を提供する。

写真用対物レンズであって、
入射光線の伝達方向に沿って、順に同軸に配置される第一レンズ乃至第七レンズを含み、
前記第一レンズは、メニスカス型負レンズであり、第一曲面と第二曲面を有し、前記第一曲面と前記第二曲面が共に物体側に向かって突出すること、
前記第二レンズは、正レンズであり、第三曲面と第四曲面を有し、前記第三曲面と前記第四曲面が共に画像側に向かって突出すること、
前記第三レンズは、メニスカス型負レンズであり、第五曲面と第六曲面を有し、前記第五曲面と前記第六曲面が共に物体側に向かって突出すること、
前記第四レンズは、正レンズであり、第七曲面と第八曲面を有し、前記第七曲面が物体側に向かって突出し、前記第八曲面が画像側に向かって突出すること、
前記第五レンズは、双凹型負レンズであり、第九曲面と第十曲面を有し、前記第九曲面が画像側に向かって突出し、前記第十曲面が物体側に向かって突出すること、
前記第六レンズは、メニスカス型正レンズであり、第十一曲面と第十二曲面を有し、前記第十一曲面と前記第十二曲面が共に画像側に向かって突出すること、
前記第七レンズは、双凸型正レンズであり、第十三曲面と第十四曲面を有し、前記第十三曲面が物体側に向かって突出し、前記第十四曲面が画像側に向かって突出すること、
前記第一レンズ乃至前記第七レンズは、入射光線の伝達方向に沿って同軸に配置され、前記第一曲面乃至前記第十四曲面は、入射光線の伝達方向に沿って順に配列される。

前記第一レンズ乃至前記第七レンズは、屈折率とアッベ数との比率が、順に、１．５／６４、１．６７／３２、１．６２／５６、１．６３／５５、１．７５／２８、１．６２／６０、１．６２／６０である。許容公差は１０％であり、上偏差が＋５％で下偏差が−５％である。

一つの実施例において、前記第二曲面と前記第三曲面との間、前記第四曲面と前記第五曲面との間、前記第六曲面と前記第七曲面との間、前記第八曲面と前記第九曲面との間、前記第十曲面と前記第十一曲面との間、前記第十二曲面と前記第十三曲面との間、の中心間隔は、順に、４ｍｍ、０．２ｍｍ、４ｍｍ、２ｍｍ、１．５ｍｍ、０．２ｍｍである。許容公差は１０％であり、上偏差が＋５％で下偏差が−５％である。

一つの実施例において、前記第一曲面乃至前記第十四曲面の曲率半径は、順に、７５ｍｍ、１０ｍｍ、−３００ｍｍ、−３０ｍｍ、８．７ｍｍ、５．６ｍｍ、１４．８ｍｍ、−９ｍｍ、−８．３ｍｍ、２２ｍｍ、−２９ｍｍ、−９ｍｍ、２８ｍｍ、−２３ｍｍである。許容公差は１０％であり、上偏差が＋５％で下偏差が−５％である。

一つの実施例において、前記第一レンズ乃至前記第七レンズの中心厚さは、順に、４ｍｍ、９ｍｍ、２ｍｍ、７ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、２．６ｍｍである。許容公差は１０％であり、上偏差が＋５％で下偏差が−５％である。

一つの実施例において、前記第一レンズ乃至前記第七レンズのクリアアパーチャ径は、順に、２０ｍｍ、１２ｍｍ、８ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ、１０ｍｍ、１３ｍｍである。許容公差は１０％であり、上偏差が＋５％で下偏差が−５％である。

一つの実施例において、前記第一曲面乃至前記第十四曲面は、すべて球面である。

一つの実施例において、前記第一レンズ乃至前記第七レンズの外径は、すべて２０ｍｍより小さい。

一つの実施例において、前記第一レンズ乃至前記第七レンズは、入射光軸に沿って回転対称である。

一つの実施例において、前記写真用対物レンズは、以下の条件：
ｆ＝１０ｍｍ
Ｄ／ｆ＝１／３．０
２ω＝６２°
を満たし、そのうち、ｆはレンズの焦点距離、Ｄは入射光孔の直径、Ｄ／ｆは相対孔径、２ωは水中視野角度を表す。

撮影装置であって、前記写真用対物レンズを含む。

本発明における写真用対物レンズと撮影装置は、海水（淡水）を写真用対物レンズの媒質として、水中撮影に直接用いられるため、密閉した箱を必要とせず、自由にフレーミングができ且つ撮影範囲が広く、構造が簡単であり超コンパクト化でき、装着や保存が容易になる。

一つの実施例における写真用対物レンズの構造図である。図１に示す写真用対物レンズの拡散図である。図１に示す写真用対物レンズの色分散及び歪み曲線図である。図１に示す写真用対物レンズの変調伝達関数Ｍ．Ｔ．Ｆ曲線図である。

本発明を理解するために、以下、図を参照しながら本発明における写真用対物レンズについて説明する。図においては、本発明の好適な実施例を示している。しかしながら、本発明は様々な異なる形態により実施できるため、本明細書に記載している実施例に限らない。逆に、これらの実施例を提供する目的は、本発明の内容をより全面的に理解するためである。

ここにおいて説明すべきなのは、本明細書中における符号が、光は左から右へ伝達することを表す。球面と主光軸との交差点を基準として、球面の球心がこの点の左側にある場合、曲率半径はマイナスである。逆に、球面の球心がこの点の右側にある場合、曲率半径はプラスである。また、本明細書において、入射光は左から右へ伝達し、レンズの左側にあるのは物体側であり、レンズの右側にあるのは画像側である。

特別な説明がない限り、本明細書に使用される技術用語と科学用語は、当業者に容易に理解される意味と同じである。本明細書に使用される用語は、単に具体的な実施例を説明する目的により使用され、本発明を制限するものではない。本明細書に記載される用語“および／または”は、一つまたは多数の関係する項目の任意な、またはすべての組み合わせである。

本発明は写真用対物レンズを提供し、当該写真用対物レンズは、
入射光線の伝達方向に沿って、順に同軸に配置されている第一レンズ乃至第七レンズを含み、
前記第一レンズは、メニスカス型負レンズであり、第一曲面と第二曲面を有し、前記第一曲面と前記第二曲面が共に物体側に向かって突出すること、
前記第二レンズは、正レンズであり、第三曲面と第四曲面を有し、前記第三曲面と前記第四曲面が共に画像側に向かって突出すること、
前記第三レンズは、メニスカス型負レンズであり、第五曲面と第六曲面を有し、前記第五曲面と前記第六曲面が共に物体側に向かって突出すること、
前記第四レンズは、正レンズであり、第七曲面と第八曲面を有し、前記第七曲面が物体側に向かって突出し、前記第八曲面が画像側に向かって突出すること、
前記第五レンズは、双凹型負レンズであり、第九曲面と第十曲面を有し、前記第九曲面が画像側に向かって突出し、前記第十曲面が物体側に向かって突出すること、
前記第六レンズは、メニスカス型正レンズであり、第十一曲面と第十二曲面を有し、前記第十一曲面と前記第十二曲面が共に画像側に向かって突出すること、
前記第七レンズは、双凸型正レンズであり、第十三曲面と第十四曲面を有し、前記第十三曲面が物体側に向かって突出し、前記第十四曲面が画像側に向かって突出すること、
前記第一レンズ乃至前記第七レンズは、入射光線の伝達方向に沿って同軸に配置され、前記第一曲面乃至前記第十四曲面は、入射光線の伝達方向に沿って順に配列され、
前記第一レンズ乃至前記第七レンズは、屈折率とアッベ数との比が、順に、１．５／６４、１．６７／３２、１．６２／５６、１．６３／５５、１．７５／２８、１．６２／６０、１．６２／６０である。許容公差は１０％であり、上偏差が＋５％で下偏差が−５％である。当該公差は、屈折率とアッベ数はそれぞれの公差でも表せるし、屈折率とアッベ数との比率の公差でも表せる。

上述した写真用対物レンズと撮影装置は、海水（淡水）を写真用対物レンズの媒質として、水中撮影に直接用いられるため、密閉した箱を必要とせず、自由にフレーミングができ且つ撮影範囲が広くて、構造が簡単であり超コンパクト化でき、装着や保存が容易になる。

図１に示すように、実施例における写真用対物レンズ１００は、入射光線２００の伝達方向に沿って順に配列した７つのレンズを含み、それぞれは第一レンズ１１０、第二レンズ１２０、第三レンズ１３０、第四レンズ１４０、第五レンズ１５０、第六レンズ１６０及び第七レンズ１７０である。第一レンズ１１０乃至第七レンズ１７０は、入射光線２００の伝達方向に沿って同軸に配置されている。第一曲面１１１乃至第十四曲面１７２は、入射光線２００の伝達方向に沿って配列されている。第一レンズ１１０乃至第七レンズ１７０の外径は２０ｍｍより小さい。

第一レンズ１１０はメニスカス型負レンズであり、第一曲面１１１と第二曲面１１２を有する。第一曲面１１１と第二曲面１１２は共に球面であり、共に物体側に向かって突出する。第一レンズ１１０は屈折率とアッベ数との比率が１．５／６４（公差±５％）である。第一曲面１１１の曲率半径は７５×（１±５％）ｍｍであり、第二曲面１１２の曲率半径は１０×（１±５％）ｍｍである。光軸に沿って第一レンズ１１０の中心厚さｄ１は４×（１±５％）ｍｍである。第一レンズ１１０のクリアアパーチャ径は２０×（１±５％）ｍｍである。第一レンズ１１０は海水または淡水に直接接触できる。

第二レンズ１２０は正レンズであり、第三曲面１２１と第四曲面１２２を有する。第三曲面１２１と第四曲面１２２は共に球面であり、共に画像側に向かって突出する。第二レンズ１２０は屈折率とアッベ数との比率が１．６７／３２（公差±５％）である。第三曲面１２１の曲率半径は−３００×（１±５％）ｍｍであり、第四曲面１２２の曲率半径は−３０×（１±５％）ｍｍである。光軸に沿って第二レンズ１２０の中心厚さｄ２は９×（１±５％）ｍｍである。第二レンズ１２０と第一レンズ１１０との間の距離、すなわち、光軸に沿って第三曲面１２１と第二曲面１１２の中心間隔ｓ１は、４×（１±５％）ｍｍであることが好ましい。第二レンズ１２０のクリアアパーチャ径は１２×（１±５％）ｍｍである。

第三レンズ１３０はメニスカス型負レンズであり、第五曲面１３１と第六曲面１３２を有する。第五曲面１３１と第六曲面１３２は共に球面であり、物体側に向かって突出する。第三レンズ１３０は屈折率とアッベ数との比率が１．６２／５６（公差±５％）である。第五曲面１３１の曲率半径は８．７×（１±５％）ｍｍであり、第六曲面１３２の曲率半径は５．６×（１±５％）ｍｍである。光軸に沿って第三レンズ１３０の中心厚さｄ３は２×（１±５％）ｍｍである。第三レンズ１３０と第二レンズ１２０との間の距離、すなわち、光軸に沿って第五曲面１３１と第四曲面１２２の中心間隔ｓ２は、０．２×（１±５％）ｍｍであることが好ましい。第三レンズ１３０のクリアアパーチャ径は８×（１±５％）ｍｍである。

第四レンズ１４０は正レンズであり、第七曲面１４１と第八曲面１４２を有する。第七曲面１４１は球面であり、物体側に向かって突出する。第八曲面１４２は球面であり、画像側に向かって突出する。第四レンズ１４０は屈折率とアッベ数との比率が１．６３／５５（公差±５％）である。第七曲面１４１の曲率半径は１４．８×（１±５％）ｍｍであり、第八曲面１４２の曲率半径は−９×（１±５％）ｍｍである。光軸に沿って第四レンズ１４０の中心厚さｄ４は７×（１±５％）ｍｍである。第四レンズ１４０と第三レンズ１３０との間の距離、すなわち、光軸に沿って第七曲面１４１と第六曲面１３２の中心間隔ｓ３は、４×（１±５％）ｍｍであることが好ましい。第四レンズ１４０のクリアアパーチャ径は８×（１±５％）ｍｍである。

第五レンズ１５０は双凹型負レンズであり、第九曲面１５１と第十曲面１５２を有する。第九曲面１５１は球面であり、画像側に向かって突出する。第十曲面１５２は球面であり、物体側に向かって突出する。第五レンズ１５０は屈折率とアッベ数との比率が１．７５／２８（公差±５％）である。第九曲面１５１の曲率半径は−８．３×（１±５％）ｍｍであり、第十曲面１５２の曲率半径は２２×（１±５％）ｍｍである。光軸に沿って第五レンズ１５０の中心厚さｄ５は１×（１±５％）ｍｍである。第五レンズ１５０と第四レンズ１４０との間の距離、すなわち、光軸に沿って第九曲面１５１と第八曲面１４２の中心間隔ｓ４は、２×（１±５％）ｍｍであることが好ましい。第五レンズ１５０のクリアアパーチャ径は１０×（１±５％）ｍｍである。

第六レンズ１６０はメニスカス型正レンズであり、第十一曲面１６１と第十二曲面１６２を有する。第十一曲面１６１と第十二曲面１６２は共に球面であり、画像側に向かって突出する。第六レンズ１６０は屈折率とアッベ数との比率が１．６２／６０（公差±５％）である。第十一曲面１６１の曲率半径は−２９×（１±５％）ｍｍであり、第十二曲面１６２の曲率半径は−９×（１±５％）ｍｍである。光軸に沿って第六レンズ１６０の中心厚さｄ６は２×（１±５％）ｍｍである。第六レンズ１６０と第五レンズ１５０との間の距離、すなわち、光軸に沿って第十一曲面１６１と第十曲面１５２の中心間隔ｓ５は、１．５×（１±５％）ｍｍであることが好ましい。第六レンズ１６０のクリアアパーチャ径は１０×（１±５％）ｍｍである。

第七レンズ１７０は双凸型正レンズであり、第十三曲面１７１と第十四曲面１７２を有する。第十三曲面１７１と第十四曲面１７２は共に球面であり、画像側に向かって突出する。第七レンズ１７０は屈折率とアッベ数との比率が１．６２／６０（公差±５％）である。第十三曲面１７１の曲率半径は２８×（１±５％）ｍｍであり、第十四曲面１７２の曲率半径は−２３×（１±５％）ｍｍである。光軸に沿って第七レンズ１７０の中心厚さｄ７は２．６×（１±５％）ｍｍである。第七レンズ１７０と第六レンズ１６０との間の距離、すなわち、光軸に沿って第十二曲面１６２と第十三曲面１７１の中心間隔ｓ６は、０．２×（１±５％）ｍｍであることが好ましい。第七レンズ１７０のクリアアパーチャ径は１３×（１±５％）ｍｍである。

本実施例において、第一レンズ１１０乃至第七レンズ１７０は入射光線軸に沿って回転対称な形状をしている。第一レンズ１１０乃至第七レンズ１７０は、入射光線２００に垂直な平面における投影が円形である。その他の実施例においては、第一レンズ１１０乃至第七レンズ１７０は非回転対称体でもよい。すなわち、第一レンズ１１０乃至第七レンズ１７０は、入射光線２００に垂直な平面における投影が、楕円形、矩形またはその他の形状でもよい。

本実施例における写真用対物レンズは、以下の条件：ｆ＝１０ｍｍ、Ｄ／ｆ＝１／３．０、２ω＝６２°を満たし、そのうち、ｆはレンズの焦点距離、Ｄは入射光孔の直径、Ｄ／ｆは相対孔径、２は水中視野角度を表す。

図２は、図１に示す写真用対物レンズの拡散図である。一般的に、フォ−カスレンズの範囲は０．０１ｍｍ以内であれば、非常に理想的である。図１に示している写真用対物レンズの幾何的分散は、最大でも数μｍであるため、全体的な画像において、画質が理想的なレベルに達している。

図３は、図１に示す写真用対物レンズの色分散及び歪み曲線図である。ＸＴ、ＸＳは共に非常に小さく、０．３ｍｍより小さい。歪み値も非常に理想的であり、最大歪み値は０．９％より小さい。

図４は、図１に示す写真用対物レンズの変調伝達関数Ｍ．Ｔ．Ｆ曲線図である。変調伝達関数は客観的かつ全面的に、光学システム画像生成品質を評価する方法である。出力像のコントラストと、入力像のコントラストとの比を、変調Ｍ．Ｔ．Ｆを呼び出し、変調伝達関数はＭ．Ｔ．Ｆ曲線図により表し、横軸が解像度を、縦軸がコントラストを示している。Ｍ．Ｔ．Ｆ値は０〜１の間で表され、Ｍ．Ｔ．Ｆ値が大きければ、システムの画像生成品質がよく、システムが生成した画像は鮮明である。図３を参照すると、上述した写真用対物レンズの変調伝達関数Ｍ．Ｔ．Ｆ曲線図が示しているように、解像度が２０ｌｐ／ｍｍに達した時、Ｍ．Ｔ．Ｆは依然として０．７５より大きい。これは、本実施例における写真用対物レンズは、比較的高い光学画像生成品質を有し、微細なラインも露出できる。実際に、解像度が３０ｌｐ／ｍｍに達しても、Ｍ．Ｔ．Ｆは依然として０．６より大きい。

本発明は、上述した写真用対物レンズを含む撮影装置を提供する。

上述した写真用対物レンズと撮影装置は、海水（淡水）を写真用対物レンズの媒質として、水中撮影に直接用いられるため、密閉した箱を必要とせず、自由に撮影でき、かつ撮影視野の範囲が広い。水中視野角度は６２°にも達し、水面視野角度の８２°に相当する。相対孔形はとても大きく、Ｄ／ｆ＝１／３．０に達している。構造が簡単で超コンパクト（写真レンズの外径が非常に小さく、全長は５０ｍｍを超えない）であるため、装着や保存に便利である。また、密閉した箱が不要なため、ほぼ３６０°の全体像を取得でき、１インチフレ−ムの撮影システムに用いることができる。任意の感光性媒質に適用でき、例えばＣＣＤ、写真用フィルムなどの水中撮影システムである。

上述した実施例により、本発明の好適な実施例を具体的で詳細に説明してきたが、本発明の構成は上記の実施例に限定されるものではない。本技術分野の当業者は本発明の要旨を逸脱しない範囲内で設計の変更等を行うことができ、このような設計の変更等を行っても本発明の技術的範囲に属することは勿論である。すなわち、本発明の保護範囲は特許請求の範囲が定めたことを基準にする。

Claims

写真用対物レンズであって、
入射光線の伝達方向に沿って、順に同軸に配置される第一レンズ乃至第七レンズから構成され、
前記第一レンズは、メニスカス型負レンズであり、第一曲面と第二曲面を有し、前記第一曲面と前記第二曲面が共に物体側に向かって突出すること、
前記第二レンズは、正レンズであり、第三曲面と第四曲面を有し、前記第三曲面と前記第四曲面が共に画像側に向かって突出すること、
前記第三レンズは、メニスカス型負レンズであり、第五曲面と第六曲面を有し、前記第五曲面と前記第六曲面が共に物体側に向かって突出すること、
前記第四レンズは、正レンズであり、第七曲面と第八曲面を有し、前記第七曲面が物体側に向かって突出し、前記第八曲面が画像側に向かって突出すること、
前記第五レンズは、双凹型負レンズであり、第九曲面と第十曲面を有し、前記第九曲面が画像側に向かって突出し、前記第十曲面が物体側に向かって突出すること、
前記第六レンズは、メニスカス型正レンズであり、第十一曲面と第十二曲面を有し、前記第十一曲面と前記第十二曲面が共に画像側に向かって突出すること、
前記第七レンズは、双凸型正レンズであり、第十三曲面と第十四曲面を有し、前記第十三曲面が物体側に向かって突出し、前記第十四曲面が画像側に向かって突出すること、
前記第一レンズ乃至前記第七レンズは、入射光線の伝達方向に沿って同軸に配置され、前記第一曲面乃至前記第十四曲面は、入射光線の伝達方向に沿って順に配列されること、
前記第一レンズ乃至前記第七レンズは、屈折率とアッベ数との比率が、順に、１．５／６４、１．６７／３２、１．６２／５６、１．６３／５５、１．７５／２８、１．６２／６０、１．６２／６０であり、許容公差は１０％であり、上偏差が＋５％で下偏差が−５％であることを特徴とする写真用対物レンズ。
請求項１に記載されている写真用対物レンズにおいて、
前記第二曲面と前記第三曲面との間、前記第四曲面と前記第五曲面との間、前記第六曲面と前記第七曲面との間、前記第八曲面と前記第九曲面との間、前記第十曲面と前記第十一曲面との間、前記第十二曲面と前記第十三曲面との間、の中心間隔は、順に、４ｍｍ、０．２ｍｍ、４ｍｍ、２ｍｍ、１．５ｍｍ、０．２ｍｍであり、許容公差は１０％であり、上偏差が＋５％で下偏差が−５％であることを特徴とする写真用対物レンズ。
請求項１に記載されている写真用対物レンズにおいて、
前記第一曲面乃至前記第十四曲面の曲率半径は、順に、７５ｍｍ、１０ｍｍ、−３００ｍｍ、−３０ｍｍ、８．７ｍｍ、５．６ｍｍ、１４．８ｍｍ、−９ｍｍ、−８．３ｍｍ、２２ｍｍ、−２９ｍｍ、−９ｍｍ、２８ｍｍ、−２３ｍｍであり、許容公差は１０％であり、上偏差が＋５％で下偏差が−５％であることを特徴とする写真用対物レンズ。
請求項１に記載されている写真用対物レンズにおいて、
前記第一レンズ乃至前記第七レンズの中心厚さは、順に、４ｍｍ、９ｍｍ、２ｍｍ、７ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、２．６ｍｍであり、許容公差は１０％であり、上偏差が＋５％で下偏差が−５％であることを特徴とする写真用対物レンズ。
請求項１に記載されている写真用対物レンズにおいて、
前記第一レンズ乃至前記第七レンズのクリアアパーチャ径は、順に、２０ｍｍ、１２ｍｍ、８ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ、１０ｍｍ、１３ｍｍであり、許容公差は１０％であり、上偏差が＋５％で下偏差が−５％であることを特徴とする写真用対物レンズ。
請求項１に記載されている写真用対物レンズにおいて、
前記第一曲面乃至前記第十四曲面は、すべて球面であることを特徴とする写真用対物レンズ。
請求項１に記載されている写真用対物レンズにおいて、
前記第一レンズ乃至前記第七レンズの外径は、すべて２０ｍｍより小さいことを特徴とする写真用対物レンズ。
請求項１に記載されている写真用対物レンズにおいて、
前記第一レンズ乃至前記第七レンズは、入射光軸に沿って回転対称であることを特徴とする写真用対物レンズ。
請求項１に記載されている写真用対物レンズにおいて、
前記写真用対物レンズは、以下の条件：
ｆ＝１０ｍｍ
Ｄ／ｆ＝１／３．０
２ω＝６２°
を満たし、そのうち、ｆはレンズの焦点距離、Ｄは入射光孔の直径、Ｄ／ｆは相対孔径、２ωは水中視野角度を表すことを特徴とする写真用対物レンズ。
撮影装置であって、
請求項１乃至請求項９のいずれか一つに記載されている写真用対物レンズを含むことを特徴とする撮影装置。