JP2008129059A - ファインダー光学系及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高倍率化が容易なファインダー光学系及びそれを用いた撮像装置を得ること。
【解決手段】 撮影レンズを通過した光を反射させる光路折り曲げミラーと、光路折り曲げミラーで反射した後に像を結像する焦点板と、焦点板に結像した像を正立像に反転させるペンタダハプリズムと、ペンタダハプリズムを介して焦点板上の像を拡大表示する接眼レンズとを有するファインダー光学系において、ペンタダハプリズムは入射面と、屋根型の第１、第２反射面と、第３反射面と、出射面とを有し、撮影レンズの光軸上の光が該入射面に垂直入射し、出射面から垂直で、かつ光軸と平行に出射するように構成されており、撮影レンズの光軸と光路折り曲げミラーの反射面とのなす角度をθ１(°)、入射面と出射面とのなす角度をθ２(°)とするとき、４６°≦θ１≦４７°、θ２＝２θ１なる条件及び関係を満足すること。
【選択図】 図１

Description

本発明はファインダー光学系及びそれを用いた撮像装置に関し、特にファインダー光学系の観察倍率が大きくファインダー像を良好に観察することができる、例えば一眼レフカメラ等の撮像装置に好適なものである。

従来より一眼レフカメラのファインダー光学系は撮影レンズによる被写体像（物体像）を該撮影レンズの後方（像側）の光軸上に配置したミラーにより折り曲げ、焦点板（ピント板）上に形成している。そして焦点板上に形成された被写体像を像反転光学系(像反転手段)により正立像とした後、接眼レンズによって拡大表示してアイポイント位置から観察するように構成している。この種のファインダー光学系は従来より種々と提案されている（特許文献１参照）。

またこの種のファインダー光学系に用いられる像反転光学系としては、ペンタダハプリズムが多く用いられている。

ペンタダハプリズムは撮影レンズからの光束を入射させる入射面と、入射面からの光束を反射させる屋根型の第１、第２の反射面と、第１、第２の反射面からの光束を反射させる第３の反射面と、第３の反射面からの光束を射出させる射出面(出射面）とから構成されている。そして屋根型の第１、第２の反射面を介することで、ファインダー視野の左右方向の反転を行っている。

一方、近年では所謂135フィルムサイズよりも撮像面サイズの小さい撮像素子を用いた一眼レフカメラが普及している。この種のカメラで用いる撮像素子は撮像面サイズが従来の135フィルムサイズよりも小さいことにより、ファインダー光学系で観察できる被写体像の大きさも従来の135フィルムサイズのカメラで観察される被写体像の大きさより小さくなってしまう。その為、上記135フィルムサイズよりも撮像面サイズの小さい撮像素子を用いる一眼レフカメラでは、135フィルムサイズを用いたカメラ以上に、ファインダー光学系の高倍率化が望まれている。

上述したペンタダハプリズムを用いてファインダー光学系においてファインダー倍率の高倍率化を試みようとする場合、以下に示す方法が挙げられる。

(1)ペンタダハプリズムの材質を高屈折率な材質にする、
(2)ペンタダハプリズムを小型化し、ペンタダハプリズムの光路長を短縮する（焦点板から接眼レンズまでの距離（接眼レンズの主点位置までの光路長）を短縮する、つまりは接眼レンズの焦点距離を短くする）、
上述した方法(1)では、容易にペンタダハプリズムの空気換算光路長を短縮でき、ファインダー倍率の高倍率化を実現することが容易である。しかしながら、一般的に屈折率の高い材質は製造が困難である。

上述した方法(2)では、ペンタダハプリズムの光路長を容易に短縮することが可能である。しかしながら、ペンタダハプリズムの入射面の大きさは撮像面サイズ及び視野率によって決定され、ある一定以上の大きさを確保しなければならない。このためペンタダハプリズムを従来に比べて極端に小型化にすることが困難である。

また入射面の大きさを確保したまま、ペンタダハプリズムの屋根型の反射面を入射面に近づけることでペンタダハプリズムを小型化にすることも考えられる。しかしながら、この方法では射出面の大きさが小さくなってしまう為、アイポイントまでの長さを十分に確保することが困難となる。

またアイポイントまでの長さを十分に確保しようとした場合には接眼レンズのレンズ枚数を増やさなければならず、その結果、装置全体が大型化になってしまう。

一方、接眼レンズのレンズ構成を適切に設定し、ファインダー倍率の高倍率化を図ったファインダー光学系が提案されている（特許文献２）。

特許文献２のファインダー光学系においては、接眼レンズを像反転プリズム(像反転光学系)側から順に負の第１レンズ、正の第２レンズ、負の第３レンズより構成し、該負の第１、第３レンズをアイポイント側に凹面を向けたメニスカス形状としている。

特許文献２では負の第１、第３レンズをアイポイント側に凹面を向けたメニスカス形状とすることで、接眼レンズ全系の像反転プリズム側の主点を焦点板側に移動させ、ファインダー倍率の高倍率化を図っている。
特開２００１−３２４６８４号公報 特許第３７６６２５７号

特許文献２で提案されている接眼レンズのレンズ構成においては、第１レンズの形状をアイポイント側に凹面を向けたメニスカス形状としている為、接眼レンズにより形成されるアイポイントの像（＝接眼レンズの入射瞳）が像反転光学系から遠くなってしまう。

その為、アイポイントが極端に短くならないようにする為には像反転光学系の射出面を大きくしなければならず、それにより像反転光学系を大型化にしなくてはならない。像反転光学系を大型化した場合には前述したように像反転光学系の空気換算光路長が長くなってしまう為、ファインダー倍率の高倍率化には不利になってしまう。

本発明は高倍率化が容易なファインダー光学系及びそれを用いた撮像装置の提供を目的とする。

本発明のファインダー光学系は、
撮影レンズを通過した光を反射させる光路折り曲げミラーと、該撮影レンズによって形成される像が、該光路折り曲げミラーで反射した後に結像する焦点板と、該焦点板に結像した像を正立像に反転させるペンタダハプリズムと、該ペンタダハプリズムを介して該焦点板上の像を拡大表示する接眼レンズと、を有するファインダー光学系において、
該ペンタダハプリズムは、該焦点板からの光が入射する入射面と、該入射面からの光を２回の反射で左右反転させる屋根型の第１、第２反射面と、該第１、第２反射面で反射した光を、該接眼レンズ側に反射させる第３反射面と、該第３反射面からの反射光を出射させる出射面とを有し、該撮影レンズの光軸上の光が該入射面に垂直入射し、該出射面から垂直で、かつ該光軸と平行に出射するように構成されており、
該撮影レンズの光軸と該光路折り曲げミラーの反射面とのなす角度をθ１(°)、該入射面と該出射面とのなす角度をθ２(°)とするとき、
４６°≦θ１≦４７°
θ２＝２θ１
なる条件及び関係を満足することを特徴としている。

本発明の撮像装置は、
上記のファインダー光学系と、該ファインダー光学系で表示される被写体像に相当する像を受光する撮像手段と、を有していることを特徴としている。

本発明は高倍率化が容易なファインダー光学系及びそれを用いた撮像装置を達成することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１は本発明のファインダー光学系を一眼レフカメラ(撮像装置)に適用したときの実施例の要部断面図である。

図１において、１はカメラ本体（不図示）に固定され、または着脱可能に装着される撮影レンズ（対物レンズ）である。

２はクイックリターンミラー（光路折り曲げミラー）であり、回転軸２ａを中心に回動可能となっている。本実施例におけるクイックリターンミラー２は撮影レンズ１の光軸Ｌと該ミラー２の反射面２ｂとのなす角度をθ１とするとき、該角度θ１が後述する条件式(1)（４６°≦θ１≦４７°）を満たすように配置されている。

３は焦点板（ピント板）であり、クイックリターンミラー２側の面にフレネルレンズ、反対側の面にマット面が設けられており、その面上に撮影レンズ１による被写体像（物体像）が形成されている。

４は像反転手段（像反転光学系）としてのペンタプリズムであり、焦点板３上に形成された被写体像を正立正像としている。本実施例におけるペンタプリズム４は撮影レンズ１からの光束を入射させる入射面７と、該入射面７からの光束を２回反射させる屋根型の第１、第２の反射面８，９を有している。更にペンタダハプリズム４は第１、第２の反射面８，９からの光束を反射させる第３の反射面１０と、該第３の反射面１０からの光束を射出させる射出面（出射面）１１を有している。

５は接眼レンズであり、ペンタプリズム４側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ５ａ、正の屈折力を有する第２レンズ５ｂ、そして負の屈折力を有する第３レンズ５ｃを有している。６は観察者の瞳孔の位置（アイポイント）である。

１２は撮影レンズ１の像面であり、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（撮像手段）の撮像面またはフィルム（撮像手段）等の感光面に相当する。

本実施例におけるファインダー光学系では、撮影レンズ１によって被写体像をクイックリターンミラー２で図面上、上方へ反射させて焦点板３上に形成している。そして焦点板３に形成した被写体像に基づく光束をペンタプリズム４の入射面７から、該入射面７に入射させ、屋根型の第１、第２の反射面８、９を介してファインダー視野の左右を反転している。そして第１、第２の反射面８、９で反射された光束を第３の反射面１０を介して射出面１１から、射出させている。

このときペンタダハプリズム４は撮影レンズ１の光軸L上の光が入射面７に垂直に入射し、第１、第２、第３の反射面８，９，１０で反射した後、出射面１１から垂直に出射するように構成されている。そしてペンタプリズム４で正立像とされた被写体像を接眼レンズ５を介してアイポイント６より観察している。

また本実施例において撮像手段に像を形成するときは、クイックリターンミラー２は矢印の如く回動して撮影レンズ１からの光束が像面１２に入射するようにしている。そして像面１２に配置された撮像手段によって焦点板３に形成された被写体像に相当する像（被写体像の一部または全部またはそれよりも大きな部分の像）を光電変換（受光）している。

また本実施例では第２レンズ５bを接眼レンズ５の光軸に沿って移動させることで視度調節を行っている。

図２は図１に示したペンタダハプリズム４の要部断面図である。

図３では撮影レンズの光軸Ｌ上の光線Ｌａがクイックリターンミラー２で反射した後、ペンタダハプリズム４の入射面７に垂直入射した後の光路を示している。入射面７に入射した光線Ｌａは２回の反射で像を左右反転させるための屋根型の１対の反射面８、９で反射し、反射面１０で接眼レンズ５側へ反射した後、出射面１１より垂直で、かつ撮影レンズの光軸Ｌと平行に出射する。

図２、図３において、θ２は入射面７と射出面１１とのなす角度(°)である。ｈは射出面１１の撮影レンズ１の光軸Ｌと垂直方向の高さである。αは射出面１１の面法線と屋根型の第１、第２の反射面８、９の稜線とのなす角度(°)である。γは第３の反射面１０と射出面１１とのなす角度(°)、つまりは第３の反射面１０と射出面１１とを延長して交差したときに成す角度である。δは屋根型の第１、第２の反射面８、９の稜線と第３の反射面１０とのなす角度(°)、つまりは第１、第２の反射面８、９の稜線と反射面10とを延長して交差したときに成す角度である。

このとき
θ２＝９０°＋２（θ１−４５°）＝２θ１
θ１＝α＋γ
なる関係式が成立する。

ファインダー光学系のファインダー倍率を高倍率化するためには、ペンタダハプリズム４の入射面７から射出面１１へ至るまでの空気換算光路長（以下、単に「光路長」とも称す。）を短くする必要がある。また一方で接眼レンズ６の入射瞳位置をペンタダハプリズム４から遠ざける為には射出面１１を大きくする必要がある。

ペンタダハプリズム４の光路長及び射出面の大きさは、角度α及び射出面の高さｈで決定される。光路長を短くする為には角度αを小さく、射出面の高さｈを低くする必要がある。一方、射出面の大きさを大きくする為には角度αを小さく、射出面の高さｈを高くする必要がある。

光路長を短く及び射出面の大きさを大きくする為には、上記の如く角度αは小さい方が望ましい。しかしながら、角度αを小さくしすぎると屋根型の第１、第２の反射面８、９からの反射光が第３の反射面１０の下方（撮影レンズ１側）に導かれる。その為、第３の反射面１０の有効部が下方に不足する為、射出面１１の高さｈを高くする必要がある。よって上述したように角度αを小さくしようとしても限界がある。

また従来はクイックリターンミラー２からの光束を９０°折り曲げてアイポイント６側に射出させる為に屋根型の第１、第２の反射面８、９の稜線と第３の反射面１０とのなす角度δを４５°とする必要があった。これは入射面７と射出面１１とがなす角度θ２を９０°としている為であり、さらにこれはクイックリターンミラー２の配置されている角度θ１が、撮影レンズ１の光軸Ｌに対して４５°となっているためである。

これにより、前述した角度αは第３の反射面１０と射出面１１とのなす角度γとの関係を
α＋γ＝４５° ・・・（ａ）
としなくてはならない。

本実施例におけるファインダー光学系は、角度αを従来よりも小さくしてペンタダハプリズム４の光路長を短くするためにクイックリターンミラー２の反射面２ｂと撮影レンズ１の光軸Ｌとのなす角度θ１を、
４６°≦θ１≦４７° ・・・（１）
なる条件を満足するようにしている。

またペンタダハプリズム４は入射面７と射出面１０とのなす角度θ２(°)を、
θ２＝２θ１・・・（２）
なる関係としている。また上記関係式（ａ）は本実施例では次の如くになる。

α＋γ＝θ１ ・・・（ａ´）
また上記角度δは本実施例では次の如くになる。

δ＝９０°―θ１ ・・・（ｂ）
上記条件式(１)及び関係式(２)にすることにより本実施例では上記角度αを従来（α＋γ＝４５°）よりも小さくすることを可能としている。これによりペンタダハプリズム４の光路長を短くすることができ、ファインダー光学系のファインダー倍率の高倍率化を図ることができる。

次に上記条件式(１)及び関係式(２)の技術的意味について説明する。

上述した如くペンタダハプリズム４の光路長を短く及び射出面の大きさを大きくする為には角度αは小さい方が望ましい。条件式（１）の範囲に角度θ１を設定することにより第３の反射面１０と射出面１１とのなす角度γを大きくすることが可能となり、これにより角度αを小さくすることができる。

条件式（１）の下限値を超えると入射面７と射出面１１とのなす角度θ２がほぼ９０°（±１°）となり、角度αを小さくする効果が小さくなりすぎてしまうので良くない。また条件式（１）の上限値を超えるとクイックリターンミラー２で反射される反射光束が撮影レンズ１側に折り曲げられすぎる為、撮影レンズ１を装着する為にカメラが備えているマウントと干渉してしまうので良くない。

また角度θ１を条件式（１）を満足するように設定した際には、ペンタダハプリズム４の入射面７と射出面１１とのなす角度θ２を関係式（２）にすることが必要となる。関係式（２）は撮影レンズ１の光軸Ｌと平行にアイポイント６側に光束を射出する為のものである。条件式（１）を満たす範囲から角度θ２の範囲は
９２°≦θ２≦９４°
となる。

上述した如く条件式(１)及び関係式(２)によれば、第３の反射面１０と射出面１１とのなす角度γは、従来（α＋γ＝４５°）に比べて２×（θ１−４５°）だけ大きくなる。また屋根型の第１、第２の反射面８、９の稜線と第３の反射面１０とのなす角度δは、従来（δ＝４５°）に比べて（θ１−４５°）だけ小さくなる。この関係から角度αは、従来（α＋γ＝４５°）に比べて（θ１−４５°）だけ小さくなり、射出面１１の大きさ（光軸Ｌと垂直方向の長さ）を大きく、また光路長を短縮することが可能になる。

また本実施例ではペンタダハプリズム４の射出面１１の光軸Ｌと垂直方向の高さをｈ（ｍｍ）、第１、第２の反射面８，９の稜線と射出面１１とのなす角度をβ(°)とするとき、
０．１３（１／ｍｍ）≦｜ｔａｎβ／ｈ｜≦０．２４（１／ｍｍ）・・・（３）
なる条件を満足させている。

次に上記条件式(３)の技術的意味について説明する。

前述したようにペンタダハプリズム４の空気換算光路長及び射出面の大きさは、角度αと射出面の高さｈにより決定される。

条件式（３）の下限値を超えるとペンタダハプリズム４の射出面１１の大きさが小さくなりすぎてしまいファインダー倍率の高倍率化に不利になるので良くない。条件式（３）の上限値を超えると光路長が長くなりすぎるために高倍率化に不利になるので良くない。

さらに望ましくは上記条件式（３）を次の如く設定するのが良い。

０．１３５（１／ｍｍ）≦｜ｔａｎβ／ｈ｜≦０．２３６（１／ｍｍ）・・・（３ａ）
以下に本発明の実施例に対応する数値実施例を図面に基づいて詳細に説明する。各数値実施例においてθ１は撮影レンズ１の光軸Ｌとクイックリターンミラー２の反射面２ｂとのなす角度(°)、θ２はペンタダハプリズム４の入射面７と射出面１１とのなす角度(°)、ｈはペンタダハプリズム４の射出面１１の光軸Ｌと垂直方向の高さ（ｍｍ）を示している。またβはペンタダハプリズム４の屋根型の第１、第２の反射面８，９の稜線と射出面１１の面法線のなす角度(°)を示している。上述した記号θ１、θ２、ｈ、βについては図４に示している。またペンタダハプリズム４を用いた際のファインダー光学系の数値実施例を以下に示す。

各数値実施例においてＲiは焦点板３側より順に第i番目の光学素子面の曲率半径、Ｄiは焦点板３側より第i番目の光学素子厚及び空気間隔、Ｎｉとνiは各々焦点板３側より順に第i番目の光学素子の材料の屈折率とアッベ数である。

Ｒ１、Ｒ２は各々ペンタダハプリズム４の入射面７、出射面１１の曲率半径である。Ｒ３〜Ｒ８は接眼レンズ５を構成する各レンズ面の曲率半径である。

図５、図６は各々本発明の数値実施例１の光学要素の光路を展開した光路図と収差図である。図７、図８は各々本発明の数値実施例２の光学要素の光路を展開した光路図と収差図である。

光路図と収差図においてはファインダー視度が−１ディオプトリー（標準視度）のときを示している。光路図において左方が物体側(光入射側)、右方が観察側(光出射側)である。

なお、各数値実施例において＊印は非球面を表しており、非球面形状は光軸方向にＸ軸、光軸と垂直方向にＹ軸、光の進行方向を正としＲを近軸曲率半径、Ｋ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとしたとき、

によって定義されるものである。また、「e-0X」の表示は「10^-X」を意味している。

また、各数値実施例のファインダー光学系を実現した際のファインダー倍率とアイレリーフの概略の計算結果を示す。ファインダー倍率は焦点距離が５０mmの標準レンズを撮影レンズとして装着したときのアフォーカル系の角倍率で表すことができ、ここでは近似的に撮影レンズの焦点距離とファインダー光学系の焦点距離の比で表している。

また、前述の条件式及び関係式と数値実施例における諸数値との関係を表−１に示す。

［数値実施例１］
θ１＝４６°
θ２＝９２°
β ＝１０６°
ｈ ＝２５．０mm

非球面係数
第4面 K B C D E
4.25653 -2.86923e-5 -2.45185e-8 3.49748e-10 -3.45697e-12
第5面 K B C D E
-3.63529e-1 -3.99358e-5 1.26671e-7 -4.58998e-10 3.20366e-13
第7面 K B C D E
9.90773e-1 -3.53287e-8 -3.24115e-7 2.12678e-9 -1.23044e-11

視度 -3.00349 1.0000 -1.0100
焦点距離 56.037963 51.582987 53.677250
可変間隔
D4 0.650122 3.739852 2.203447
D6 8.633306 5.543570 7.080000
焦点板３からペンタプリズム４までの距離 4.57mm
アイポイント 22mm
最大像高 12.33
瞳径 φ10
観察倍率（−１ディオプトリー時） 0.95
［数値実施例２］
θ１＝４６°
θ２＝９２°
β ＝１０８°
ｈ ＝２０．０mm

非球面係数
第4面 K B C D E
2.74673 -2.07089e-5 2.18480e-7 -6.91530e-10 -1.48136e-12
第5面 K B C D E
3.94385e-1 -2.92582e-5 2.87952e-7 -1.58014e-9 1.90418e-12
第7面 K B C D E
-3.73672e-1 3.31157e-7 -1.23267e-7 -6.32714e-10 6.69556e-12

視度 -3.05000 1.0081 -1.0041
焦点距離 51.736785 50.416721 53.255307
可変間隔
D4 0.700048 3.699956 2.243725
D6 7.242789 4.242884 5.699058
焦点板３からペンタプリズム４までの距離 4.57mm
アイポイント 22mm
最大像高 12.33
瞳径 φ10
観察倍率（−１ディオプトリー時） 0.96

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明のファインダー光学径を用いた撮像装置の要部断面図 本発明のペンタダハプリズムを表す要部断面図 図１の一部分の光路図 本発明のペンタダハプリズムを表す要部断面図 本発明の数値実施例1の光路を展開したときの断面図 本発明の数値実施例1の収差図 本発明の数値実施例２の光路を展開したときの断面図 本発明の数値実施例２の収差図

符号の説明

１ 撮影レンズ
２ クイックリターンミラー
２ａ クイックリターンミラーの回転軸
３ 焦点板
４ ペンタダハプリズム
５ 接眼レンズ
６ 観察者の瞳孔の位置（アイポイント）
７ 入射面
８，９ 第１、第２の反射面
１０ 第３の反射面
１１ 射出面
θ１ 撮影レンズとクイックリターンミラーとのなす角度
θ２ 入射面と射出面とのなす角度
ｈ 射出面の高さ
α 射出面の面法線と前記屋根型の反射面の稜線とのなす角度
β 射出面と屋根型の反射面の稜線とのなす角度
γ 第３の反射面と射出面とのなす角度

Claims (4)

1. 撮影レンズを通過した光を反射させる光路折り曲げミラーと、該撮影レンズによって形成される像が、該光路折り曲げミラーで反射した後に結像する焦点板と、該焦点板に結像した像を正立像に反転させるペンタダハプリズムと、該ペンタダハプリズムを介して該焦点板上の像を拡大表示する接眼レンズと、を有するファインダー光学系において、
   該ペンタダハプリズムは、該焦点板からの光が入射する入射面と、該入射面からの光を２回の反射で左右反転させる屋根型の第１、第２反射面と、該第１、第２反射面で反射した光を、該接眼レンズ側に反射させる第３反射面と、該第３反射面からの反射光を出射させる出射面とを有し、該撮影レンズの光軸上の光が該入射面に垂直入射し、該出射面から垂直で、かつ該光軸と平行に出射するように構成されており、
   該撮影レンズの光軸と該光路折り曲げミラーの反射面とのなす角度をθ１(°)、該入射面と該出射面とのなす角度をθ２(°)とするとき、
   ４６°≦θ１≦４７°
   θ２＝２θ１
   なる条件及び関係を満足することを特徴とするファインダー光学系。
2. 前記ペンタダハプリズムの出射面の、前記撮影レンズの光軸と垂直方向の高さをｈ（ｍｍ）、前記第１、第２反射面の稜線と該出射面とのなす角度をβ(°)とするとき、
   ０．１３（１／ｍｍ）≦｜ｔａｎβ／ｈ｜≦０．２４（１／ｍｍ）
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載のファインダー光学系。
3. 請求項１又は２に記載のファインダー光学系と、該ファインダー光学系で表示される被写体像に相当する像を受光する撮像手段と、を有していることを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１又は２に記載のファインダー光学系と、該ファインダー光学系で表示される被写体像に相当する像を形成する撮影レンズと、該像を受光する撮像手段と、を有していることを特徴とする撮像装置。