JP2012022107A - ファインダー光学系及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 焦点板に形成した被写体像について、高画質の電子画像をリアルタイムで得ることができ、しかも明るいファインダー像の観察ができるファインダー光学系を得ること。
【解決手段】 焦点板に結像された被写体像を、正立光学系によって正立像とし、接眼レンズを介して観察する観察光学系と、該観察光学系の光軸に対して傾斜した光軸を有し、該焦点板に結像された被写体像を該正立光学系を介して撮像素子に縮小結像する縮小光学系を備え、該縮小光学系は該正立光学系側から順に、開口絞り、正の屈折力の第１レンズ、正の屈折力の第２レンズから構成され、該第１レンズは光入射面から入射した光束を内面反射面で反射させて光出射面より出射するプリズム体より成ること。
【選択図】 図１

Description

本発明はファインダー光学系及びそれを有する撮像装置に関する。特に焦点板に形成された被写体像を接眼レンズを介して観察する観察光学系と、焦点板に形成された被写体像を撮像素子に再結像し、電子画像を得るための縮小光学系とを有する一眼レフカメラ等の撮像装置に好適なものである。

近年、一眼レフカメラ等の撮像装置に用いられているファインダー光学系として、焦点板に形成された被写体像を観察するための観察光学系と、焦点板に形成された被写体像を再結像して電子画像を得るための縮小光学系を設けたものが知られている（特許文献１）。

このファインダー光学系における観察光学系は、焦点板上に形成された被写体像をペンタプリズム等の像反転手段（正立光学系）で正立像とした後、接眼レンズを介して拡大して観察するように構成されている。

特許文献１のファインダー光学系では、焦点板に形成された被写体像を、正立光学系を介して縮小光学系で撮像素子に再結像し、それより電子画像を得ている。そして例えば、被写体の顔を認識して、ピントや露出を調整する機能や、被写体の動きに合わせて測距点を移動させる機能や、カメラ本体の背面に設けた液晶画面にリアルタイムで被写体像を表示する機能を持つようにしている。 また特許文献１のファインダー光学系では、ペンタプリズムの光出射側に光路を分割するハーフミラーより成る光路分割手段を設け、光路分割手段で分割した一部の光束を縮小光学系を用いて、撮像素子に結像させる構成を開示している。

特開２００７−９３８８８号公報

ファインダー光学系の一部に縮小光学系を用いて被写体像を撮像素子に形成して電子画像を得る際、高画質の電子画像を得るには画素の多い大型の撮像素子を用いることが必要となる。

一方、焦点板に形成された被写体像を明るい状態で高倍率で観察するには観察光学系を構成する接眼レンズに大口径で高倍率のものを用いる必要がある。高画質の電子画像をリアルタイムで得て観察するとともに接眼レンズを介して明るい被写体像の観察を行うためには、正立光学系の光出射側、例えばペンタプリズムの光出射側に大型の撮像素子を含む縮小光学系と大口径の接眼レンズを配置しなければならない。しかしながらこのような構成の観察光学系と縮小光学系を正立光学系の光出射側に配置しようとすると、撮像素子と接眼光学系が機構的に干渉してきてしまい、双方を配置するのが困難になる。

これに対して特許文献１に開示されているように、正立光学系からの光束をハーフミラーによって２つに分割して、一方を観察光学系へ他方を縮小光学系へ導光する構成は光束を２つに分割しているため、接眼レンズで観察される被写体像の明るさが暗くなってくる。また縮小光学系で撮像素子に結像するときの光束の光量も少なくなり、良好なる画質の電子画像を得るのが難しい。

本発明は、焦点板に形成した被写体像について、高画質の電子画像をリアルタイムで得ることができ、しかも明るいファインダー像を観察することができるファインダー光学系を提供することを目的とする。

本発明のファインダー光学系は、撮像光学系によって焦点板に結像された被写体像を、正立光学系によって正立像とし、該正立像を接眼レンズを介して観察する観察光学系と、該焦点板の中心を通り該観察光学系の光軸に対して傾斜した光軸を有し、該焦点板に結像された被写体像を該正立光学系を介して撮像素子に縮小結像する縮小光学系を備えたファインダー光学系において、該縮小光学系と、該接眼光学系は該正立光学系の光出射側に各々の光入射側の面が該正立光学系の光出射面に対向するように配置されており、該縮小光学系は該正立光学系側から順に、開口絞り、正の屈折力の第１レンズ、正の屈折力の第２レンズから構成され、該第１レンズは光入射面から入射した光束を内面反射面で反射させて光出射面より出射するプリズム体より成り、該第１レンズと該第２レンズの合成焦点距離をｆ、該第１レンズの光入射面の近軸曲率半径をＲ１とするとき、
−０．４ ＜ ｆ／Ｒ１ ＜ ０．４
なる条件式を満足することを特徴としている。

本発明によれば、焦点板に形成した被写体像について、高画質の電子画像をリアルタイムで得ることができ、しかも明るいファインダー像の観察ができるファインダー光学系

本発明の実施例１に係るファインダー光学系を備えた一眼レフカメラの概略構成図である。 本発明の実施例１に係る縮小光学系の光軸に沿った展開図である。 本発明の実施例１に係る縮小光学系の各収差図である。 本発明の実施例２に係るファインダー光学系を備えた一眼レフカメラの概略構成図である。 本発明の実施例２に係る縮小光学系の光軸に沿った展開図である。 本発明の実施例２に係る縮小光学系の各収差図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。本発明のファインダー光学系は、撮像光学系によって焦点板に結像された被写体像を、ペンタダハプリズム等の正立光学系によって正立像とし、正立像を接眼レンズを介して観察する観察光学系を有する。更に焦点板の中心を通り観察光学系の光軸に対して傾斜した光軸を有し、焦点板に結像された被写体像を正立光学系を介して撮像素子に縮小結像する縮小光学系を有する。縮小光学系と、接眼光学系は正立光学系の光出射側に各々の光入射側の面が正立光学系の光出射面に対向するように並列的に配置されている。

縮小光学系は正立光学系の光出射側（正立光学系側）から順に、開口絞り、正の屈折力の第１レンズ、正の屈折力の第２レンズから構成されている。このときの第１レンズは光入射面から入射した光束を内面反射面で反射させて光出射面より出射する中実型のプリズム体（光学ブロック）より成っている。

図１、図４は本発明の実施例１、２のファインダー光学系１０１を有する撮像装置の要部概略図である。図２は図１の一部分の説明図、図３は実施例１の収差図である。図５は図４の一部分の説明図、図６は実施例２の収差図である。図１の撮像装置では、撮像光学系１１によって被写体像をクイックリターンミラー１２を介して焦点板１３に形成している。

本実施例のファインダー光学系１０１は、撮像光学系１１により焦点板１３に形成された被写体像（ファインダー像）を、コンデンサーレンズ１４を介し、ペンタダハプリズム１５より成る正立光学系によって正立像としている。そして接眼レンズ１６を介して観察する観察光学系１を有する。更に、観察光学系１の光軸Ｏａに対して焦点板１３の中心から傾斜した光軸Ｏｂを有する電子ファインダー像（電子画像）を得るための縮小光学系２を有する。縮小光学系２は絞りＳＴ、正の屈折力の第１レンズ１７と正の屈折力の第２レンズ１８を有する。第１レンズ１７の内部の光路中に反射面（裏面反射面）１７ａを設けることによって、光路を上方へ折り曲げている。ここで上方とは撮像光学系１１に対してファインダー光学系１０１側をいう。そして第１レンズ１７の光出射面１７ｃと第２レンズ１８及び撮像素子２０を上方またはカメラ本体の側面方向に退避させて配置することができるようにしている。これによって、縮小光学系２と接眼レンズ１６を配置する際の双方の機構的な干渉を防いでいる。

１９はローパスフィルタやＩＲ（近赤外）カットフィルタ等のフィルタである。２０は撮像素子である。２１は撮像素子２０で得られる被写体像（画像）を処理する画像処理手段である。縮小光学系２によって撮像素子２０に形成された像は画像処理手段２１で画像処理されてカメラ本体の背面に設けた液晶画面にリアルタイムで画像表示される。この他画像内の主被写体の移動に追従してフォーカス位置が変化して主被写体の合焦を行う自動追尾を行うこと等に用いられる。２２は撮像光学系１１によって形成される被写体像に相当する像を記録（受光）するＣＣＤ等の撮像素子である。

図２は図１の実施例１による、縮小光学系２のレンズ構成を光軸に沿って展開したときの光路展開図を示している。縮小光学系２は、物体側（ペンタダハプリズム１５側）より順に、開口絞りＳＴ、第１レンズ１７、第２レンズ１８を有する。図２において１９はローパスフィルタやＩＲカットフィルタ等のフィルタである。ＩＭＧは撮像素子２０の撮像面である。なお、第１レンズ１７と第２レンズ１８はプラスチックレンズである。第１レンズ１７の光入出射面１７ｂ、１７ｃ、第２レンズ１８の光入出射面１８ａ、１８ｂは非球面形状で構成されている。

図４の実施例２のファインダー光学系は図１の実施例１に比べて、焦点板１３に形成した被写体像をコンデンサーレンズを介さないで直接ペンタプリズム（正立光学系）に導光していることが異なっている。この他、接眼レンズ１６のレンズ構成や縮小光学系２の第１レンズ１７と第２レンズ１８のレンズ構成が異なっている。この他の実施例１と同じである。

図５は図４の実施例２による、縮小光学系２のレンズ構成を示す光軸に沿って光路を展開したときの光路展開図を示している。縮小光学系２は、物体側（ペンタプリズム１５側）より順に、開口絞りＳＴ、第１レンズ１７、第２レンズ１８を有する。図５において１９はローパスフィルタやＩＲカットフィルタ等のフィルタである。ＩＭＧは撮像素子２０の撮像面である。なお、第１レンズ１７と第２レンズ１８の材料はプラスチックレンズである。第１レンズ１７の両面１７ｂ、１７ｃ、第２レンズ１８の両面１８ａ、１８ｂは非球面形状である。

図３、図６は実施例１、２のファインダー光学系の球面収差、非点収差、歪曲収差を示すものである。なお、球面収差を表す図において、実線はｄ線に対する、２点鎖線はｃ線（波長＝６５６．３ｎｍ）に対する球面収差を示す。また、非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面における値を示すものである。ＦｎｏはＦナンバー、Ｈは像高（撮像素子２０の対角線長の１／２）である。

本発明のファインダー光学系において第１レンズ１７と第２レンズ１８の合成焦点距離をｆとする。第１レンズ１７の光入射面の近軸曲率半径をＲ１とする。このとき、
−０．４ ＜ ｆ／Ｒ１ ＜ ０．４ ・・・（１）
なる条件式を満足している。条件式（１）は第１レンズ１７の光入射面１７ｂの面の曲率半径と縮小光学系２の焦点距離ｆとの関係に関する。

本実施例において縮小光学系２の焦点距離と主点位置は焦点板１３上での観察範囲と撮像素子２０の大きさによって一義的に決まる。そのため条件式（１）の上限値を超えると縮小光学系２の主点がペンタダハプリズム１５側に偏る。このため、第２レンズ１８と撮像素子２０の間隔が狭くなりすぎてしまい、フィルタの挿入や撮像素子２０の位置調整が困難となる。また上限式（１）の下限値を超えると、絞りＳＴを通過した光束が広がるため、光出射面１７ｃ及び第２レンズ１８の有効径を大きくせねばならず、縮小光学系２が大型化する。つまり、縮小光学系２の適切な主点配置及び小型化のためには、条件式（１）に適合することが望ましい。更に好ましくは条件式（１）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

−０．３５ ＜ ｆ／Ｒ１ ＜ ０．２０ ・・・（１ａ）
以上のように各実施例によれば高解像でコンパクトなファインダー光学系を達成することができる。

本発明のファインダー光学系において更に好ましくは次の諸条件のうち１以上を満足するのが良い。撮像素子２０の有効対角線長を２Ｈとする。第１レンズ１７の光入射面から光出射面までの光軸上の長さをｄ１とする。縮小光学系２の光軸Ｏｂと、第１レンズ１７の内面反射面１７ａの法線ＨＰとのなす角をθとする。第１レンズ１７と第２レンズ１８の材料のアッベ数を各々ν１、ν２とする。このとき
２．５ ＜ ｆ／Ｈ ＜ ６ ・・・（２）
０．３５ ＜ ｆ／ｄ１ ＜ ０．８０ ・・・（３）
４５° ＜ θ ＜ ６０° ・・・（４）
０．８ ＜ ν１／ν２ ＜ １．２ ・・・（５）
５０ ＜ ν１ ・・・（６）
なる条件式のうち１以上を満足するのが良い。

条件式（２）は撮像素子２０の最大像高Ｈと縮小光学系２の焦点距離fの関係を示している。縮小光学系２の焦点距離ｆは焦点板１３上での観察範囲と撮像素子２０の大きさによって一義的に決まる。そのため条件式（２）の上限値を超えると、焦点板１３上での観察範囲が狭すぎるので良くない。また下限値を超えると、縮小光学系２の各レンズ面の曲率半径がきつくなるため、球面収差、非点収差等の諸収差が多く発生してくる。つまり、焦点板１３上の適切な範囲（ファインダー視野）を観察するためには、条件式（２）を満足することが望ましい。

条件式（３）は内面反射面を有する第１レンズ１７の光軸方向の長さに関する。条件式（３）の上限値を超えると、十分な反射面の範囲およびレンズ有効径が確保されないため、縮小光学系２で得られる像が暗くなる。さらに、条件式（３）の下限値を超えると、縮小光学系２のレンズ全長が長くなり、ファインダー光学系全体が大型化する。つまり、第１レンズ１７の十分な反射面と有効径を確保し、縮小光学系２のコンパクト化を図るには条件式（３）に適合することが望ましい。

条件式（４）は縮小光学系２の光軸Ｏｂと、第１レンズ１７内の反射面１７ａの法線ＨＰとのなす角度θに関する。条件式（４）の下限値を超えて角度θが小さくなると、第１レンズ１７内の反射面１７ａで全反射しない光線が現れるため、反射面１７ａをミラー蒸着する必要があり、製造が困難になる。条件式（４）の上限値を超えて角度θが大きくなると、縮小光学系２が、観察光学系１の接眼光学系１６の部材と干渉するようになるため、接眼光学系１６を小さくしなければならなくなってくる。つまり、第１レンズ１７の反射面１７ａでの光線の全反射条件を満足し、かつ接眼光学系１６との干渉を防ぐためには、条件式（４）を満足することが望ましい。

条件式（５）は、第１レンズ１７の材料のアッベ数ν１と第２レンズ１８の材料のアッベ数ν２との関係を示す。条件式（６）は第１レンズ１７の材料のアッベ数ν１に関する。本実施例の縮小光学系２ではプラスチック材料より成るレンズを使用している。第１レンズ１７、第２レンズ１８ともに正のパワー（屈折力）を持つため、色収差の発生を抑えるためには、第１レンズ１７、第２レンズ１８は条件式（５）および（６）を満足する色分散の小さな硝材を用いることが望ましい。各実施例において更に好ましくは条件式（２）乃至（６）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

３．０ ＜ ｆ／Ｈ ＜ ５．８ ・・・（２ａ）
０．４０ ＜ ｆ／ｄ１ ＜ ０．７０ ・・・（３ａ）
４７° ＜ θ ＜ ６０° ・・・（４ａ）
０．９ ＜ ν１／ν２ ＜ １．１ ・・・（５ａ）
５５ ＜ ν１ ・・・（６ａ）
次に各実施例の数値実施例を示す。数値実施例においてｉは開口絞りＳＴを第１番目（ｒ１）とする面の順序を示す。「ｒｉ」は開口絞りＳＴを含めて第ｉ番目の面の近軸曲率半径を示す。ｄｏは開口絞りＳＴと第１レンズ１７の入射面との距離である。ｄｉは開口絞りＳＴから（ｉ＋１）番目の面と（ｉ＋２）番目の面との間の軸上面間隔を示す。さらに、Ｎｉは開口絞りＳＴから第ｉ番目の硝材のｄ線（波長＝５７８．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｉは開口絞りＳＴから第ｉ番目の硝材のｄ線に対するアッベ数を示す。また、ｆは焦点距離であり、ＦＮＯ．はＦナンバーである。Ｈは撮像素子２０の最大像高であり、θは縮小光学系２の光軸Ｏｂと、第１レンズ１７の反射面１７ａの法線とのなす角をそれぞれ示す。ｒ６乃至ｒ９はフィルタ１９の各面を示し、ｒ１０は撮像面ＩＭＧである。非球面形状は、次の式によって定義されるものとする。

なお、数１式において、ｘはレンズ面の頂点からの光軸方向の距離、ｈは光軸と垂直な方向の高さ、Ｒはレンズ面の頂点での近軸の曲率半径、ｋは円錐定数である。「Ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現、すなわち「１０^−ｉ」を表している。また、各条件式と各実施例との対応を表１に示す。

［数値実施例１］
f = 4.76 FNO. = 1.77 H = 1.215 θ= 49.9°
曲率半径[mm] 軸上面間隔[mm] 屈折率(Nd) アッベ数(νd)
r1=∞ d0=1.100
r2=-16.012 d1=10.400 N1=1.49171 ν1=57.40
r3=-9.259 d2=0.500
r4=4.374 d3=5.400 N2=1.52470 ν2=56.20
r5=-9.106 d4=0.800
r6=∞ d5=0.550 N3=1.52300 ν3=58.60
r7=∞ d6=0.200
r8=∞ d7=0.750 N4=1.51633 ν4=64.14
r9=∞ d8=1.190
r10=∞

［非球面係数］
面番号 k
r2 8.4565E+00
r3 7.1451E-01
r4 -6.4073E-01
r5 -2.8983E+01

［数値実施例２］
f = 6.81 FNO. = 1.26 H = 1.215 θ= 49.7°
曲率半径[mm] 軸上面間隔[mm] 屈折率(Nd) アッベ数(νd)
r1=∞ d0=0.900
r2=45.287 d1=10.700 N1=1.49171 ν1=57.40
r3=-14.358 d2=0.760
r4=5.406 d3=5.500 N2=1.52470 ν2=56.20
r5=-12.319 d4=1.400
r6=∞ d5=0.550 N3=1.52300 ν3=58.60
r7=∞ d6=0.200
r8=∞ d7=0.750 N4=1.51633 ν4=64.14
r9=∞ d8=1.190
r10=∞

［非球面係数］
面番号 k
r2 -4.3865E+02
r3 2.0866E+00
r4 -5.7031E-01
r5 -2.9593E+01

１ 観察光学系 ２ 縮小光学系 １１ 対物レンズ
１２ クイックリターンミラー １３ 焦点板 １４ コンデンサーレンズ
１５ ペンタダハプリズム １６ 接眼レンズ １７ 第１レンズ
１８ 第２レンズ １９ フィルタ ２０ センサ

Claims (5)

1. 撮像光学系によって焦点板に結像された被写体像を、正立光学系によって正立像とし、該正立像を接眼レンズを介して観察する観察光学系と、該焦点板の中心を通り該観察光学系の光軸に対して傾斜した光軸を有し、該焦点板に結像された被写体像を該正立光学系を介して撮像素子に縮小結像する縮小光学系を備えたファインダー光学系において、該縮小光学系と、該接眼光学系は該正立光学系の光出射側に各々の光入射側の面が該正立光学系の光出射面に対向するように配置されており、該縮小光学系は該正立光学系側から順に、開口絞り、正の屈折力の第１レンズ、正の屈折力の第２レンズから構成され、該第１レンズは光入射面から入射した光束を内面反射面で反射させて光出射面より出射するプリズム体より成り、該第１レンズと該第２レンズの合成焦点距離をｆ、該第１レンズの光入射面の近軸曲率半径をＲ１とするとき、
   −０．４ ＜ ｆ／Ｒ１ ＜ ０．４
   なる条件式を満足することを特徴とするファインダー光学系。
2. 前記撮像素子の有効対角線長を２Ｈ、前記第１レンズの光入射面から光出射面までの光軸上の長さをｄ１とするとき、
   ２．５ ＜ ｆ／Ｈ ＜ ６
   ０．３５ ＜ ｆ／ｄ１ ＜ ０．８０
   なる条件式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. 前記縮小光学系の光軸と、前記第１レンズの内面反射面の法線とのなす角をθとするとき、
   ４５° ＜ θ ＜ ６０°
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載のファインダー光学系。
4. 前記第１レンズと第２レンズの材料のアッベ数を各々ν１、ν２とするとき
   ０．８ ＜ ν１／ν２ ＜ １．２
   ５０ ＜ ν１
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のファインダー光学系。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項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観察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。