(57)【要約】【課題】、水中撮影用のハウジングの窓ガラスを球面状とすることにより、空気中と水中とを同時に撮影した場合に空気中と水中での画角を一致させることができるにした水中撮影用光学系及び防水カメラハウジングを提供する。【解決手段】防水カメラハウジング１２の窓ガラス２０の前面５０と後面５２を同心球の球面とし、それらの球心位置Ｑを、ハウジング１２内部の撮影レンズ２８の入射瞳位置Ｓに一致させる。これによって、撮影レンズ２８によって撮像面まで導かれる光線が窓ガラス２０で屈折しないようにし、空気中と水中での画角を一致させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の像を結像する水中撮影用光学系の構成要素のうち、対物側先端に配置され、水中撮影の際に前面側で前記水中撮影用光学系内への水の浸入を防止する防水用レンズであって、該防水用レンズの前面と後面とが球面状に形成されると共に、該防水用レンズの前面及び後面の球心と、前記水中撮影用光学系の構成要素のうち該防水用レンズ以外の構成要素による光学系の入射瞳位置とが一致するように配置された防水用レンズを備えたことを特徴とする水中撮影用光学系。
【請求項２】
請求項１に記載の防水用レンズを備えた防水カメラハウジングであって、前記水中撮影用光学系の構成要素のうち前記防水用レンズ以外の構成要素による光学系を備えたカメラ装置を密閉状態で収納すると共に、該光学系の対物側に外部の被写体を臨む窓部材として前記防水用レンズを備えたことを特徴とする防水カメラハウジング。
【請求項３】
前記防水用レンズと前記カメラ装置とを前記水中撮影用光学系の光軸に沿って相対的に前後動させることによって、前記防水用レンズと前記カメラ装置との相対的な位置を調整する調整機構を備えたことを特徴とする請求項２の防水カメラハウジング。
【請求項４】
前記調整機構によって前記防水用レンズと前記カメラ装置とを前記水中撮影用光学系の光軸に沿って相対的に前後動させるための動力を与える駆動手段と、
前記水中撮影用光学系の構成要素のうち前記防水用レンズ以外の構成要素による光学系の入射瞳位置が該光学系の設定状態によって変化する場合に、該光学系の設定状態に基づいて前記駆動手段を制御し、前記防水用レンズの前面及び後面の球心と、前記入射瞳位置とが一致するように前記防水用レンズと前記カメラ装置との相対的な位置を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項３の防水カメラハウジング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水中撮影用光学系及び防水カメラハウジングに係り、特に水中撮影に使用される水中撮影用光学系及び防水カメラハウジングに関する。
【背景技術】
【０００２】
水中撮影を行う場合、一般にテレビカメラ等のカメラ装置を防水カメラハウジング（水中ブリンプ）に収納し、カメラ装置が浸水しないようにしている（例えば特許文献１参照）。防水カメラハウジングには一般に窓が設けられており、ハウジング内部に収納されたカメラ装置はその窓を介して外部の映像を撮影することができるようになっている。
【０００３】
また、特許文献２、３、４には、空気中と水中とを問わず高い結像性能を奏する水陸両用カメラの光学系が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−６９８６４号公報
【特許文献２】特開昭５６−１４２１１号公報
【特許文献３】特開平７−１５９６８７号公報
【特許文献４】特開平７−１５９６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで防水カメラハウジングは通常水中で使用されるが、映像表現上の効果を出す目的で、ハウジングの窓の一部を空気中に出して水中と空気中とを同時に撮影する場合がある。その場合に水中の屈折率は空気中よりも大きいため、窓に設置されるガラスの形状が例えば平行平面板の場合には水中の画角の方が空気中よりも狭くなる。そのため、例えば空気中から水中に垂直且つ平行に配置された２本の棒を撮影したとすると、その平行に配置された棒の間隔が空気中と水中とで異なり各棒の輪郭が水面で不連続となる。このような輪郭のずれは映像表現上極めて不自然となるおそれがある。従来では、空気中と水中の被写体を同時に撮影する場合に空気中と水中での画角を一致させることについては提案されていない。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、空気中と水中の被写体を同時に撮影する場合に空気中と水中での画角を一致させることができる水中撮影用光学系及び防水カメラハウジングを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の水中撮影用光学系は、被写体の像を結像する水中撮影用光学系の構成要素のうち、対物側先端に配置され、水中撮影の際に前面側で前記水中撮影用光学系内への水の浸入を防止する防水用レンズであって、該防水用レンズの前面と後面とが球面状に形成されると共に、該防水用レンズの前面及び後面の球心と、前記水中撮影用光学系の構成要素のうち該防水用レンズ以外の構成要素による光学系の入射瞳位置とが一致するように配置された防水用レンズを備えたことを特徴としている。
【０００７】
本発明によれば、水中撮影用光学系に入射して結像される光線は、防水用レンズと略垂直の角度で交差するため、防水用レンズで屈折しない。従って、空気中と水中の被写体を同時に撮影した場合に空気中と水中での画角が一致し、本来連続する被写体の輪郭が水面でずれるというような不自然さが防止される。
【０００８】
請求項２に記載の防水カメラハウジングは、請求項１に記載の防水用レンズを備えた防水カメラハウジングであって、前記水中撮影用光学系の構成要素のうち前記防水用レンズ以外の構成要素による光学系を備えたカメラ装置を密閉状態で収納すると共に、該光学系の対物側に外部の被写体を臨む窓部材として前記防水用レンズを備えたことを特徴としている。
【０００９】
本発明は、カメラ装置を密閉状態に収納する防水カメラハウジングの窓部材を水中撮影用光学系の対物側先端の防水用レンズとしたもので、その防水用レンズの前面と後面とを同心球形状とすると共にそれらの球心をカメラ装置の光学系の入射瞳位置に一致させるようにしている。
【００１０】
請求項３に記載の防止カメラハウジングは、請求項２に記載の発明において、前記防水用レンズと前記カメラ装置とを前記水中撮影用光学系の光軸に沿って相対的に前後動させることによって、前記防水用レンズと前記カメラ装置との相対的な位置を調整する調整機構を備えたことを特徴としている。
【００１１】
本発明では、防水カメラハウジングに収納するカメラ装置の種類等に応じて、窓部材である防水用レンズとカメラ装置との相対的な位置を調整できるようにし、防水用レンズの球心をカメラ装置の光学系の入射瞳位置に精度良く一致させることを可能にしている。
【００１２】
請求項４に記載の防水カメラハウジングは、請求項３に記載の発明において、前記調整機構によって前記防水用レンズと前記カメラ装置とを前記水中撮影用光学系の光軸に沿って相対的に前後動させるための動力を与える駆動手段と、前記水中撮影用光学系の構成要素のうち前記防水用レンズ以外の構成要素による光学系の入射瞳位置が該光学系の設定状態によって変化する場合に、該光学系の設定状態に基づいて前記駆動手段を制御し、前記防水用レンズの前面及び後面の球心と、前記入射瞳位置とが一致するように前記防水用レンズと前記カメラ装置との相対的な位置を制御する制御手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１３】
本発明は、カメラ装置の光学系の入射瞳位置が変化する場合に、その入射瞳位置と防水用レンズの球心とを自動で一致させるようにしている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る水中撮影装置によれば、空気中と水中の被写体を同時に撮影する場合に空気中と水中での画角を一致させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面に従って本発明に係る水中撮影用光学系及び水中カメラハウジングの好ましい実施の形態について詳説する。
【００１６】
図１は、本発明が適用された水中撮影装置の構成を示した構成図である。同図に示す水中撮影装置１０は、主に防水カメラハウジング１２（以下、ハウジング１２という）と、ハウジング１２内に収納されるテレビカメラ１４とから構成されている。
【００１７】
ハウジング１２は、内部を密閉すると共に水中での水圧に耐えられるようになっており、主としてハウジング本体１６とハウジング蓋１８とから構成されている。ハウジング本体１６は、円筒状に形成されており、前端側に内部から外部を臨む窓用の開口２２が円状に形成され、後端側にテレビカメラ１４を挿脱する開口２４が円状に形成されている。前端側の開口２２には詳細を後述する球面状の窓ガラス２０がネジなどによって取り付けられており、その開口２２から内部への水の浸入が防止されている。ハウジング本体１６の後端にはハウジング蓋１８が着脱可能にネジによって取り付けられるようになっており、ハウジング蓋１８をハウジング本体１６に取り付けると、後端側の開口２４がハウジング蓋１８によってふさがれると共に、ハウジング１２内部が密閉され、水中で使用した際にハウジング１２内部への水の浸入が防止される。
【００１８】
ハウジング１２内部に収納されるテレビカメラ１４は例えばテレビ放送用の映像を撮影するカメラ装置であり、テレビカメラ１４は、レンズ交換可能なカメラ本体（カメラヘッド）２６と、光学系を備えた撮影レンズ（レンズ装置）２８とから構成されている。
【００１９】
カメラ本体２６には、撮像素子や所要の信号処理を施す信号処理回路等が搭載されており、撮影レンズ２８の光学系により結像された被写体像が撮像素子により光電変換された後、信号処理回路により所要形式の映像信号に変換されてカメラ本体２６から出力される。
【００２０】
撮影レンズ２８は、被写体の像を結像する光学系と光学系を電動で制御する制御系（図示せず）とから構成されている。同図に示す撮影レンズ２８の光学系は、可変焦点距離のいわゆるズームレンズであり、鏡胴に保持された光学系の構成要素が簡易的に示されている。
【００２１】
同図に示すように光学系には、対物側から順に、固定のフォーカスレンズ群３２と、可動のフォーカスレンズ群３４と、変倍系レンズ群と補正系レンズ群からなるズームレンズ群３６と、絞り３８と、マスターレンズ群４０等が配置されている。可動のフォーカスレンズ群３４は光軸Ｐに沿って前後動するようになっており、フォーカスレンズ群３４の位置を調整することによってピント調整が行われる。ズームレンズ群３６は、変倍系レンズ群と補正系レンズ群が所定の位置関係で連動して光軸Ｐに沿って前後動するようになっており、ズームレンズ群３６の位置を調整することによってズーム倍率（焦点距離）の調整が行われる。絞り３８は開閉動作し、絞り３８の開口量を調整することによって光量調整が行われる。
【００２２】
撮影レンズ２８の図示しない制御系は、これらのフォーカスレンズ群３４、ズームレンズ群３６、絞り３８をモータによって電動で駆動制御することができるように構成されている。
【００２３】
以上の如く構成されたテレビカメラ１４は、ハウジング蓋１８を取り外した状態でハウジング本体１６の開口２４から内部に挿入され、撮影レンズ２８の光学系の対物側がハウジング本体１６の窓ガラス２０に対向するようにしてハウジング本体１６内部に設置される。そして、ハウジング蓋１８によってハウジング本体１６の開口２４が閉じられると、テレビカメラ１４がハウジング１２内部に密閉された状態で収納される。これによって、テレビカメラ１４が水中でも浸水することなく、窓ガラス２０を介してハウジング１２外部の映像を撮影できるようになっている。
【００２４】
また、テレビカメラ１４は、撮影レンズ２８の光学系の光軸Ｐがハウジング本体１６の球面状の窓ガラス２０の中心軸（回転対称軸）と一致するようにハウジング本体１６の内部に固定される。従って、窓ガラス２０と撮影レンズ２８の光学系とによって、ハウジング１２外部の被写体を結像する光学系（水中撮影用光学系）が構成される。即ち、窓ガラス２０は、ハウジング１２外部の被写体を結像する水中撮影用光学系の対物側先端のレンズ（防水用レンズ）として作用している。
【００２５】
尚、本明細書において、水中撮影用光学系とは水中でも使用できる光学系という意味であり、空気中（又は他の媒質中）での使用も当然可能である。
【００２６】
また、図には示されていないが、ハウジング１２の外面側には、内部に収納されたテレビカメラ１４のカメラ本体２６や撮影レンズ２８の制御に関する各種スイッチや、カメラ本体２６から出力された映像信号をハウジング１２の外部の機器に伝送するコネクタ等が設けられ、それらのスイッチやコネクタ等をハウジング１２内部のテレビカメラ１４に電気的に接続する機構が設けられている。これによって、テレビカメラ１４の操作やテレビカメラ１４との必要な情報のやり取りをハウジング１２を介してハウジング１２外部から行うことができるようになっている。
【００２７】
図２は、図１の窓ガラス２０及び撮影レンズ２８の光学系の対物側先端のレンズ４２を拡大して示した図である。同図に示すようにハウジング１２（ハウジング本体１６）に固定された窓ガラス２０の前面５０と後面５２は球面状に形成されている。その前面５０と後面５２は、球心が一致した同心球の球面となっており、図１のようにハウジング１２内部にテレビカメラ１４を設置すると、それらの前面５０及び後面５２の球心位置Ｑ（以下、窓ガラス２０の球心位置Ｑという）は、撮影レンズ２８の光学系の光軸Ｐ上に配置される。また、窓ガラス２０の球心位置Ｑが撮影レンズ２８の入射瞳位置Ｓに一致する。
【００２８】
従って、同図の光線λ１〜λ５に示すように窓ガラス２０及び撮影レンズ２８の光学系からなる水中撮影用光学系に入射してカメラ本体２６の撮像面に入射する光線は、窓ガラス２０の前面５０と後面５２のいずれにおいても略垂直に交差する。即ち、入射瞳位置Ｓの光軸Ｐ上の点に向かって入射する光線は窓ガラス２０の前面５０及び後面５２と直交する。
【００２９】
そのため、窓ガラス２０の前面５０側の媒質が水であっても空気であっても光線は窓ガラス２０で屈折せず、窓ガラス２０の前面５０側の媒質にかかわらず水中撮影用光学系の画角が一定となる。そこで、例えば、窓ガラス２０の一部を水中から空気中に出して水中と空気中とで連続する物体を同時に撮影するような場合であっても、その物体の輪郭が水と空気の境界でずれるというような不自然さが生じないようになっている。
【００３０】
図３は、水中と空気中の物体を同時に撮影した場合の映像（画像）を例示した図である。例えば、同図（Ａ）に示すようにプールサイドにはしご６０が設置されており、そのはしご６０には、水中と空気中とにわたって垂直方向の２本の棒６０Ａ、６０Ｂがあるものとする。尚、符号６２には水面を示している。上記ハウジング１２の窓ガラス２０の一部を水中から空気中に出してそのはしご６０を水中と空気中とで同時に撮影したとする。従来のハウジングのように窓ガラスが平行平面板で形成されているとすると、その映像は同図（Ｂ）に示すように水中と空気中のはしご６０の幅が水面６２で不一致となり垂直の棒６０Ａ、６０Ｂの輪郭が不連続となる。一方、図１、図２に示したようにハウジング１２の窓ガラス２０が球面状に同心球で形成されている場合には同図（Ｃ）に示すように水中と空気中のはしご６０の幅が一致し、垂直の棒６０Ａ、６０Ｂの輪郭も連続となる。従って、不自然さのない映像が得られる。
【００３１】
尚、上記説明では撮影レンズ２８の光学系における入射瞳位置が変化することに対する対応については示していない。例えば、撮影レンズ２８の光学系の入射瞳位置が一定であれば、その入射瞳位置と窓ガラス２０の球心位置とが一致するようにハウジング１２内部にテレビカメラ１４を固定すれば撮影中において水中と空気中の画角が不一致となることはない。
【００３２】
一方、撮影レンズ２８が図１に示したようなズームレンズの場合に、撮影中にフォーカス操作やズーム操作を行うと、フォーカスレンズ群３４やズームレンズ群３６の位置が変化し、入射瞳位置が変化する。このように撮影レンズ２８の設定状態によって入射瞳位置が変化する場合には、ハウジング１２内部でテレビカメラ１４の位置を固定すると、窓ガラス２０の球心位置と入射瞳位置が不一致になるおそれがある。しかしながら、実際の水中撮影の場合には、ズームはワイド端に固定され、フォーカスも至近端に固定されて使用されることが多いため、そのような設定状態において窓ガラス２０の球心位置と入射瞳位置とが一致するようにハウジング１２内部にテレビカメラ１４を固定すれば多くの水中撮影において不具合は生じない。また、下記に示す実施の形態によっても対応することができる。
【００３３】
次に、ハウジング１２の窓ガラス２０とハウジング１２内部に収納されたテレビカメラ１４との相対的な位置を調整する調整機構をハウジング１２が備えた場合について説明する。撮影レンズ２８（の光学系）の入射瞳位置が、撮影レンズ２８の種類によって異なる場合や撮影レンズ２８の設定状態によって変化する場合に、窓ガラス２０とテレビカメラ１４との相対的な位置（距離）を調整することによって窓ガラス２０の球心位置と入射瞳位置とを精度良く一致させることができると効果的である。
【００３４】
図４は、図１のハウジング１２においてテレビカメラ１４の位置を調整する調整機構を備えた場合の構成を示した構成図である。尚、図４では、図１に示したハウジング１２や撮影レンズ２８の光学系の構成は省略しているが、図１に示した構成要素については本実施の形態においても同様に備えている。また、図１と同一又は類似の構成要素には図１と同一符号を付しその説明を省略する。
【００３５】
図４に示すテレビカメラ１４は、台座８０に固定された状態でハウジング１２内部に収納されている。台座８０は、ハウジング本体１６（図１参照）の内部に前後方向（図中左右方向）に設置された図示しないガイドレールに係合し、ガイドレールに沿って前後方向に移動できるようになっている。また、台座８０にはナット部８２が設けられており、そのナット部８２に送りネジ８４が係合している。ハウジング本体１６の内部にはモータ８６が設置されており、そのモータ８６によって送りネジ８４が回動するようになっている。
【００３６】
従って、モータ８６が回動すると、送りネジ８４とナット部８２の作用によって台座８０が前後方向に移動し、台座８０に設置されたテレビカメラ１４が台座８０と共に前後方向に移動する。このようにテレビカメラ１４が前後方向に移動することによってハウジング１２の窓ガラス２０とテレビカメラ１４との相対的な位置が変更される。
【００３７】
モータ８６は、ハウジング本体１６に搭載された制御回路９０によって駆動制御されるようになっている。テレビカメラ１４の位置をマニュアル調整できるようにする場合には、例えば、テレビカメラ１４の移動方向を指定するスイッチ９２をハウジング本体１６の外面等に設置し、そのスイッチ９２の操作を示す操作信号を制御回路９０が読み取れるようにしておく。このとき、制御回路９０はその操作信号に基づいてモータ８６の回転方向等を制御し、スイッチ９２によって指示された方向にテレビカメラ１４を移動させるようにする。これによれば、操作者は、ハウジング１２にテレビカメラ１４を収納した状態で窓ガラス２０の一部を水中から空気中に出して図３のような映像を撮影し、その映像において空気中から水中に跨がった物体の輪郭に水面でのずれが生じないようにスイッチ９２を操作してテレビカメラ１４の位置を調整したとする。このとき、窓ガラス２０の球心位置と撮影レンズ２８の入射瞳位置が一致し、水中と空気中での画角が一致したものとなる。
【００３８】
一方、窓ガラス２０の球心位置と撮影レンズ２８の入射瞳位置とが一致するようにテレビカメラ１４の位置を自動で調整できるようにする場合には、撮影レンズ２８のフォーカスレンズ群３４の位置やズームレンズ群３６の位置のように入射瞳位置を変化させる要因となる撮影レンズ２８の設定状態を撮影レンズ２８の制御系９４から制御回路９０が読み取れるようにしておく。また、撮影レンズ２８の設定状態に対応して撮影レンズ２８の入射瞳位置と窓ガラス２０の球心位置とを一致させるテレビカメラ１４の位置を予め記憶させておく。制御回路９０は、テレビカメラ１４の現在位置を台座８０に取り付けられた位置センサ９６からの情報によって知ることができるようになっており、撮影レンズ２８の制御系９４から読み取った撮影レンズ２８の設定状態が変化するごとに、その設定状態に対応する位置にテレビカメラ１４が移動するようにモータ８６を駆動する。これによって、窓ガラス２０の球心位置と撮影レンズ２８の入射瞳位置とが常に一致するようにテレビカメラ１４の位置が自動で調整される。
【００３９】
尚、テレビカメラ１４の位置をマニュアル調整する場合にはテレビカメラ１４をモータの動力で移動させるのではなく、手動力によって移動させるようにしてもよい。また、上記実施の形態のようにハウジング１２に対してテレビカメラ１４を移動させるのではなく、窓ガラス２０の位置を移動させるようにしてもよいし、窓ガラス２０とテレビカメラ１４の両方を移動させるようにしてもよい。
【００４０】
以上の実施の形態において、ハウジング１２の窓ガラス２０は、ガラスによって形成されたものであるが、他の材質で形成されたものであってもよい。
【００４１】
また、上記実施の形態では、ハウジング１２によりテレビカメラ１４を防水する場合について説明したが、カメラ装置自体が防水構造となっている場合に、その光学系の対物側先端に上記実施の形態の窓ガラス２０と同様のレンズを配置することによって上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
また、上記実施の形態ではカメラ装置としてテレビカメラを例示したが、他の種類のカメラ装置であっても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明が適用された水中撮影装置の構成を示した構成図である。
【図２】図２は、ハウジングの窓ガラス及び撮影レンズの光学系の対物側先端のレンズを拡大して示した図である。
【図３】図３は、水中と空気中の連続する物体を同時に撮影した場合の映像を例示した図である。
【図４】図４は、収納されたテレビカメラの位置を調整する調整機構を備えたハウジングの構成を示した構成図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０…水中撮影装置、１２…防水カメラハウジング（ハウジング）、１４…テレビカメラ、１６…ハウジング本体、１８…ハウジング蓋、２０…窓ガラス、２２、２４…開口、２６…カメラ本体、２８…撮影レンズ、３４…フォーカスレンズ群、３６…ズームレンズ群、３８…絞り
【図１】
2007047686.tif 000003
【図２】
2007047686.tif 000004
【図３】
2007047686.tif 000005
【図４】
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