JP2014202770A

JP2014202770A - 接眼光学系、電子ビューファインダ、および、撮像装置

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Publication number: JP2014202770A
Application number: JP2013075731A
Authority: JP
Inventors: 征二中原; Seiji Nakahara
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2013-04-01
Filing date: 2013-04-01
Publication date: 2014-10-27
Anticipated expiration: 2033-04-01
Also published as: JP6195345B2

Abstract

【課題】高視野角で高性能な接眼光学系を提供する。【解決手段】接眼光学系は、物体側から射出側に順に、正の屈折力を有する第１のレンズＬ１と、負の屈折力を有し、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第２のレンズＬ２と、正の屈折力を有する第３のレンズＬ３とを有し、第２のレンズの焦点距離をｆ２、第１のレンズと第２のレンズの光軸上の間隔をｄ１２、第２のレンズと第３のレンズの光軸上の間隔をｄ２３、第１のレンズの射出側の面の近軸曲率半径をｒ１２、第２のレンズの物体側の面の近軸曲率半径をｒ２１とするとき、所定の条件式を満たす。【選択図】図１

Description

本発明は、電子ビューファインダに好適な接眼光学系に関する。

従来から、小型表示パネルを観察するための接眼光学系が提案されている。このような接眼光学系として、物体側（表示パネル側）から像側（観察者側）に順に、正レンズ、負レンズ、および、正レンズの３枚のレンズで構成された接眼光学系が知られている。

特許文献１には、物体側から像側に順に、正の屈折力を有して物体側に凹面を向けたメニスカスレンズ、負の屈折力を有して物体側に凹面を向けたメニスカスレンズ、および、正の屈折力を有するレンズの３枚構成の接眼光学系が開示されている。特許文献２には、物体側から像側に順に、両凸レンズ、負の屈折力を有して物体側に凹面を向けたレンズ、および、正の屈折力を有して像側に凸面を向けたレンズの３枚構成の接眼光学系が開示されている。

特開２０１０−２６６７７６号公報特開２０１０−１７５７９５号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、視度調節時に第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が変化するため、像面湾曲が大きく変動して性能が劣化してしまう。この点は、特に、視野角を大きくするために各レンズのパワーを上げる設計において顕著となる。特許文献２の構成においても、視野角を大きくするため各レンズのパワーを上げるように設計すると、最も物体側の面の曲率が急であるため、この面に起因する歪曲収差および像面湾曲の補正が不十分となる。また、各レンズの間隔が狭いため、各レンズの平行方向のズレや傾斜により生じる視度ズレ、すなわち偏芯敏感度が大きくなる。

そこで本発明は、高視野角で高性能な接眼光学系、電子ビューファインダ、および、撮像装置を提供する。

本発明の一側面としての接眼光学系は、物体側から射出側に順に、正の屈折力を有する第１のレンズと、負の屈折力を有し、前記物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第２のレンズと、正の屈折力を有する第３のレンズとを有し、前記第２のレンズの焦点距離をｆ２、前記第１のレンズと第２のレンズの光軸上の間隔をｄ１２、前記第２のレンズと第３のレンズの光軸上の間隔をｄ２３、前記第１のレンズの射出側の面の近軸曲率半径をｒ１２、前記第２のレンズの物体側の面の近軸曲率半径をｒ２１とするとき、所定の条件式を満たす。

本発明の他の側面としての電子ビューファインダは、表示素子と、前記接眼光学系とを有する。

本発明の他の側面としての撮像装置は、前記電子ビューファインダを有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、高視野角で高性能な接眼光学系、電子ビューファインダ、および、撮像装置を提供することができる。

実施例１における接眼光学系のレンズ構成を示す断面図である。実施例１における接眼光学系の諸収差を示す図である。実施例２における接眼光学系のレンズ構成を示す断面図である。実施例２における接眼光学系の諸収差を示す図である。実施例３における接眼光学系のレンズ構成を示す断面図である。実施例３における接眼光学系の諸収差を示す図である。実施例４における接眼光学系のレンズ構成を示す断面図である。実施例４における接眼光学系の諸収差を示す図である。実施例１乃至４における接眼光学系の視野左右端の偏芯敏感度を示す図である。実施例１乃至４における接眼光学系の視野上下端の偏芯敏感度を示す図である。実施例１乃至４における接眼光学系を備えた撮像装置の概略図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

対角長が１０ｍｍ〜１５ｍｍの小型の表示パネルを３０度以上の視野角で拡大観察するには、強い正の屈折力を有する接眼光学系が必要である。このような接眼光学系に対して、像面湾曲や歪曲収差などの諸収差を適切に補正することは困難である。このような像面湾曲や歪曲収差などの諸収差の影響により、パネル周辺像の光学性能は低下する。また、各レンズには、強い正の屈折力および負の屈折力が必要である。このため、各レンズの平行方向のズレまたは各レンズの傾斜により生じる視度ズレ、すなわち偏芯敏感度が大きくなる傾向にある。そこで、像面湾曲、歪曲収差、および、偏芯敏感度を改善する（低減する）ため、本実施形態の接眼光学系は、物体側から射出側に順に、第１のレンズＬ１、第２のレンズＬ２、および、第３のレンズＬ３から構成される。第１のレンズＬ１は、正の屈折力を有するレンズからなる。第２のレンズＬ２は、物体側に凹面を向けた負の屈折力を有するメニスカスレンズからなる。第３のレンズＬ３は、正の屈折力を有するレンズからなる。

図１および図２は、それぞれ、本発明の実施例１における接眼光学系のレンズ構成を示す断面図および諸収差（球面収差、非点収差、歪曲、色収差）を示す図である。図３および図４は、実施例２における接眼光学系のレンズ構成を示す断面図および諸収差を示す図である。図５および図６は、実施例３における接眼光学系のレンズ構成を示す断面図および諸収差を示す図である。図７および図８は、実施例４における接眼光学系のレンズ構成を示す断面図および諸収差を示す図である。

図９は、実施例１〜４において、各レンズをｘ軸方向に０．１ｍｍだけ平行偏芯させた場合とｙ軸を回転軸として３０分だけ傾斜させた場合の視野左右端の視度ずれ量（偏芯敏感度）の絶対値を示す図である。図１０は、実施例１〜４において、各レンズをｙ軸方向に０．１ｍｍだけ平行偏芯させた場合とｘ軸を回転軸として３０分だけ傾斜させた場合の視野上下端の視度ずれ量（偏芯敏感度）の絶対値を示す図である。

各収差図および偏芯敏感度を示す図においては、ファインダー視度が−１ディオプター（標準視度）である場合を示している。また、各レンズ構成を示す断面図において、左側が物体側（表示表示素子ＬＣＤ側）、右側が射出側（観察者側）である。

各実施例の接眼光学系は、物体側から射出側に順に、第１のレンズＬ１、第２のレンズＬ２、および、第３のレンズＬ３を備えて構成される。第１のレンズＬ１は、正の屈折力を有する単レンズである。第２のレンズＬ２は、負の屈折力を有し、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の単レンズである。第３のレンズＬ３は、正の屈折力を有する単レンズである。また、液晶表示素子ＬＣＤの表示パネル面（接眼光学系の物体側）には、カバーガラスＣ０が設けられている。接眼光学系の射出側には、射出窓部材Ｃ４が設けられている。各断面図において、ＥＰはアイポイント（仮想絞り）である。また、ｒｉ（ｉ＝１〜１１）は焦点面を基準として物体側からｉ番目の面の近軸曲率半径、ｄｉ（ｉ＝１〜１０）は物体側からｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の軸上面間隔である。各収差図において、ｄ、Ｆはそれぞれｄ線、Ｆ線である。ΔＭ、ΔＳは、それぞれメリディオナル像面、サジタル像面である。

各実施例の接眼光学系において、第２のレンズＬ２の焦点距離をｆ２、第１のレンズＬ１と第２のレンズＬ２の光軸ＯＡ上（光軸上）の間隔をｄ１２、第２のレンズＬ２と第３のレンズＬ３の光軸ＯＡ上の間隔をｄ２３とする。このとき、各実施例の接眼光学系は、以下の条件式（１）を満たす。

−０．５０＜(ｄ１２＋ｄ２３)／ｆ２＜−０．３０ …（１）
より好ましくは、各実施例の接眼光学系は、以下の条件式（１ａ）を満たす。

−０．４７＜(ｄ１２＋ｄ２３)／ｆ２＜−０．３８ …（１ａ）
また、各実施例の接眼光学系において、第１のレンズＬ１の射出側の面の近軸曲率半径をｒ１２、第２のレンズＬ２の物体側の面の近軸曲率半径をｒ２１とする。このとき、各実施例の接眼光学系は、以下の条件式（２）を満たす。

−６．１＜（ｒ２１＋ｒ１２）／（ｒ２１−ｒ１２）＜−４．０ …（２）
より好ましくは、各実施例の接眼光学系は、以下の条件式（２ａ）を満たす。

−５．８＜（ｒ２１＋ｒ１２）／（ｒ２１−ｒ１２）＜−４．５ …（２ａ）
また、各実施例の接眼光学系において、第２のレンズＬ２の物体側の面の近軸曲率半径をｒ２１、第２のレンズＬ２の射出側の面の近軸曲率半径をｒ２２とする。このとき、各実施例の接眼光学系は、以下の条件式（３）を満たすことが好ましい。

１．０＜（ｒ２２＋ｒ２１）／（ｒ２２−ｒ２１）＜２．０ …（３）
更に好ましくは、各実施例の接眼光学系は、以下の条件式（３ａ）を満たす。

１．１＜（ｒ２２＋ｒ２１）／（ｒ２２−ｒ２１）＜１．９５ …（３ａ）
また、各実施例の接眼光学系において、第１のレンズＬ１の物体側の面の近軸曲率半径をｒ１１、第１のレンズＬ１の射出側の面の近軸曲率半径をｒ１２とする。このとき、各実施例の接眼光学系は、以下の条件式（４）を満たすことが好ましい。

−１．６＜（ｒ１２＋ｒ１１）／（ｒ１２−ｒ１１）＜−０．８ …（４）
更に好ましくは、各実施例の接眼光学系は、以下の条件式（４ａ）を満たす。

−１．４＜（ｒ１２＋ｒ１１）／（ｒ１２−ｒ１１）＜−０．９ …（４ａ）
また、第１のレンズＬ１の焦点距離をｆ１、全系の焦点距離をｆとするとき、各実施例の接眼光学系は、以下の条件式（５）を満たすことが好ましい。

０．８＜ｆ１／ｆ＜１．２ …（５）
更に好ましくは、各実施例の接眼光学系は、以下の条件式（５ａ）を満たす。

０．９＜ｆ１／ｆ＜１．１ …（５ａ）
各実施例によれば、以上の各条件式を満たすことにより、視野角が大きく、像面湾曲や非点収差などの諸収差が補正され、かつ、レンズの偏芯敏感度が低減された接眼光学系を提供することができる。

次に、各条件式の技術的意味について説明する。

条件式（１）は、各レンズの光軸ＯＡ上の間隔と第２のレンズＬ２の焦点距離を規定しており、大きな視野角を確保しつつレンズの偏芯敏感度を低減するのに必要な条件を表している。条件式（１）の上限値を超えると、各レンズが接近しすぎるため、敏感度が大きくなる。一方、条件式（１）の下限値を超えると、光学系（接眼光学系）の大型化および視野角の低下を招く。

条件式（２）は、第１のレンズＬ１と第２のレンズＬ２との間の空気レンズの形状を規定しており、非点収差を低減しつつ第１のレンズＬ１および第２のレンズＬ２の偏芯敏感度を低減するための条件を表している。条件式（２）の上限値を超えると、非点収差の補正が不十分となる。一方、条件式（２）の下限値を超えると、各レンズの近軸曲率半径ｒ１２、ｒ２１が互いに近くなり、敏感度が大きくなる。

条件式（３）は、第２のレンズＬ２の形状を規定しており、第２のレンズＬ２の負のパワーを確保しつつ物体側の面の曲率を低減することにより、第２のレンズＬ２に起因する像面湾曲や歪曲収差の劣化を低減することができる。

条件式（４）は、第１のレンズＬ１の形状を規定しており、第１のレンズＬ１の正のパワーを確保しつつ物体側の面の曲率を低減することにより、第１のレンズＬ１に起因する像面湾曲や歪曲収差の劣化を低減することができる。

条件式（５）は、第１のレンズＬ１の焦点距離ｆ１と全系の焦点距離ｆとの比を規定しており、大きな視野角を確保しつつ、像面湾曲や歪曲収差などの諸収差を適切に補正するために必要な条件を表している。条件式（５）の範囲を外れると、像面湾曲や歪曲収差などの諸収差が劣化する。

以下、実施例１〜３のそれぞれに対応する数値実施例１〜３を示す。
各数値実施例において、ωは視度が−１ディオプター（標準視度）であるときの見かけ視野（半画角）である。また、ｒｉは焦点面を基準として物体側からｉ番目の面の近軸曲率半径、ｄｉは物体側からｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の軸上面間隔である。また、Ｎｉは物体側からｉ番目の硝材のｄ線（波長＝５７８．６ｎｍ）に対する屈折率、νｉは物体側からｉ番目の硝材のｄ線に対するアッベ数である。なお、表中では、記載されている長さの単位は、特記の無い場合、［ｍｍ］が用いられる。ただし、光学系（接眼光学系）は、比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるため、単位は［ｍｍ］に限定されることなく、他の単位を用いることができる。

各数値実施例において、近軸曲率半径の欄に非球面と記載されている面（「＊」が付されている面）は、以下の式（６）により定義される非球面形状を有する。

式（６）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曲率半径、ｋは円錐定数、ｃ_２、ｃ_４、ｃ_６は多項式係数である。また、各数値実施例において、「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、表１に、各数値実施例に対応する条件式（１）〜（５）の値を示している。

（数値実施例１）
全体諸元
焦点距離画像表示面対角長 ω
23.61 12.70 30.80°

レンズデータ
近軸曲率半径軸上面間隔屈折率(Nd) アッベ数(νd)
r1 = ∞ d1 = 1.00 N0 = 1.52 ν0 = 64.14
r2 = ∞ d2 = 可変
r3 = ∞ d3 = 3.13 N1 = 1.57 ν1 = 56.36
r4* = -12.90 d4 = 3.73
r5* = -8.29 d5 = 1.80 N2 = 1.63 ν2 = 23.90
r6* = -36.48 d6 = 3.24
r7* = 59.06 d7 = 4.12 N3 = 1.57 ν3 = 56.36
r8* = -12.65 d8 = 可変
r9 = ∞ d9 = 1.00 N4 = 1.52 ν4 = 64.14
r10 = ∞ d10 = 18.00
r11 = ∞

非球面係数
k c2 c4 c6
r4* -3.32 0.00 -6.56E-05 2.66E-07
r5* -3.36E-01 0.00 1.08E-04 6.58E-07
r6* 1.88 0.00 5.08E-06 0.00
r7* -1.23E+01 0.00 1.19E-06 0.00
r8* -6.80E-02 0.00 6.44E-05 2.63E-07

可変間隔
視度[ディオプタ-] -1.00 -3.00 +1.00
d2 10.30 9.16 11.42
d8 1.68 2.82 0.56

（数値実施例２）
全体諸元
焦点距離画像表示面対角長 ω
23.55 12.70 30.51°

レンズデータ
近軸曲率半径軸上面間隔屈折率(Nd) アッベ数(νd)
r1 = ∞ d1 = 1.00 N0 = 1.52 ν0 = 64.14
r2 = ∞ d2 = 可変
r3* = 930.19 d3 = 2.90 N1 = 1.53 ν1 = 56.00
r4* = -11.78 d4 = 3.90
r5* = -8.10 d5 = 1.75 N2 = 1.63 ν2 = 23.90
r6* = -41.48 d6 = 3.26
r7* = 37.48 d7 = 4.19 N3 = 1.53 ν3 = 56.00
r8* = -12.41 d8 = 可変
r9 = ∞ d9 = 1.00 N4 = 1.52 ν4 = 64.14
r10 = ∞ d10 = 18.00
r11 = ∞

非球面係数
k c2 c4 c6
r3* 1.64E+04 0.00 0.00 0.00
r4* -3.07 0.00 -8.94E-05 4.17E-07
r5* -3.29E-01 0.00 1.86E-04 6.58E-07
r6* -2.11E+01 0.00 0.00 0.00
r7* -7.44 0.00 0.00 0.00
r8* -4.65E-01 0.00 5.53E-05 -2.45E-10

可変間隔
視度[ディオプタ-] -1.00 -3.00 +1.00
d2 10.26 9.13 11.39
d8 1.68 2.81 0.55

（数値実施例３）
全体諸元
焦点距離画像表示面対角長 ω
22.41 12.70 32.03°

レンズデータ
近軸曲率半径軸上面間隔屈折率(Nd) アッベ数(νd)
r1 = ∞ d1 = 1.00 N0 = 1.52 ν0 = 64.14
r2 = ∞ d2 = 可変
r3* = -129.42 d3 = 2.81 N1 = 1.53 ν1 = 56.00
r4* = -11.87 d4 = 4.36
r5* = -8.36 d5 = 1.76 N2 = 1.63 ν2 = 23.90
r6* = -98.33 d6 = 2.16
r7* = 52.94 d7 = 4.19 N3 = 1.69 ν3 = 53.20
r8* = -12.63 d8 = 可変
r9 = ∞ d9 = 1.00 N4 = 1.52 ν4 = 64.14
r10 = ∞ d10 = 18.00
r11 = ∞

非球面係数
k c2 c4 c6
r3* -2.02E+02 0.00 0.00 0.00
r4* -5.68 0.00 -2.00E-04 1.47E-06
r5* -2.41 0.00 -2.71E-04 6.58E-07
r6* -1.46E+02 0.00 0.00 0.00
r7* -1.35E+01 0.00 0.00 0.00
r8* -1.65 0.00 -3.29E-05 1.59E-08

可変間隔
視度[ディオプタ-] -1.00 -3.00 +1.00
d2 9.22 8.21 10.24
d8 1.95 2.96 0.93

（数値実施例４）
全体諸元
焦点距離画像表示面対角長 ω
21.67 12.70 33.11°

レンズデータ
近軸曲率半径軸上面間隔屈折率(Nd) アッベ数(νd)
r1 = ∞ d1 = 1.00 N0 = 1.52 ν0 = 64.14
r2 = ∞ d2 = 可変
r3* = -86.89 d3 = 3.37 N1 = 1.58 ν1 = 59.46
r4* = -10.40 d4 = 4.07
r5* = -6.83 d5 = 2.00 N2 = 1.82 ν2 = 24.06
r6* = -21.79 d6 = 1.70
r7* = 98.32 d7 = 4.31 N3 = 1.69 ν3 = 53.20
r8* = -11.53 d8 = 可変
r9 = ∞ d9 = 1.00 N4 = 1.52 ν4 = 64.14
r10 = ∞ d10 = 18.00
r11 = ∞

非球面係数
k c2 c4 c6
r3* 1.24E+02 0.00 0.00 0.00
r4* -2.78 0.00 -9.79E-05 -4.49E-07
r5* -2.07 0.00 -2.97E-04 6.58E-07
r6* -9.48 0.00 0.00 0.00
r7* 6.64 0.00 0.00 0.00
r8* -1.55 0.00 -2.91E-05 -1.66E-08

可変間隔
視度[ディオプタ-] -1.00 -3.00 +1.00
d2 8.71 7.76 9.65
d8 1.46 2.41 0.52

次に、図１１を参照して、電子ビューファインダを備えた撮像装置について説明する。図１１は、各実施例の接眼光学系を備えた撮像装置１００の概略図である。図１１において、撮影レンズ１０１（撮像光学系）により形成された被写体像は、光電変換素子である撮像素子１０２により電気信号に変換される。撮像素子１０２としては、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどが用いられる。

撮像素子１０２からの出力が画像処理回路１０３において処理されることにより、画像が形成される。この画像は、半導体メモリ、磁気テープ、光ディスクなどの記録媒体に記録される。また、画像処理回路１０３にて形成された画像は、電子ビューファインダ１０５（ＥＶＦ）に表示される。電子ビューファインダ１０５は、表示素子１０５１（液晶表示素子ＬＣＤ）および各実施例の接眼光学系１０５２を備えて構成されている。観察者１０６は、電子ビューファインダを観察しながら撮像を行うことが可能である。各実施例の接眼光学系は、デジタルカメラやビデオカメラなどの種々の撮像装置に適用可能である。

本実施例の接眼光学系によれば、視野角が大きく像面湾曲や歪曲収差などの諸収差を低減し、レンズの偏芯敏感度を低減することができる。このため本実施例によれば、高視野角で高性能な接眼光学系、電子ビューファインダ、および、撮像装置を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Ｌ１：第１のレンズ
Ｌ２：第２のレンズ
Ｌ３：第３のレンズ

Claims

物体側から射出側に順に、
正の屈折力を有する第１のレンズと、
負の屈折力を有し、前記物体側に凹面を向けたメニスカス形状の第２のレンズと、
正の屈折力を有する第３のレンズと、を有し、
前記第２のレンズの焦点距離をｆ２、前記第１のレンズと第２のレンズの光軸上の間隔をｄ１２、前記第２のレンズと第３のレンズの光軸上の間隔をｄ２３とするとき、
−０．５０＜(ｄ１２＋ｄ２３)／ｆ２＜−０．３０
なる条件式を満たし、
前記第１のレンズの射出側の面の近軸曲率半径をｒ１２、前記第２のレンズの物体側の面の近軸曲率半径をｒ２１とするとき、
−６．１＜（ｒ２１＋ｒ１２）／（ｒ２１−ｒ１２）＜−４．０
なる条件式を満たす、ことを特徴とする接眼光学系。
前記第２のレンズの物体側の面の近軸曲率半径をｒ２１、前記第２のレンズの射出側の面の近軸曲率半径をｒ２２とするとき、
１．０＜（ｒ２２＋ｒ２１）／（ｒ２２−ｒ２１）＜２．０
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の接眼光学系。
前記第１のレンズの物体側の面の近軸曲率半径をｒ１１、前記第１のレンズの射出側の面の近軸曲率半径をｒ１２とするとき、
−１．６＜（ｒ１２＋ｒ１１）／（ｒ１２−ｒ１１）＜−０．８
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の接眼光学系。
前記第１のレンズの焦点距離をｆ１、全系の焦点距離をｆとするとき、
０．８＜ｆ１／ｆ＜１．２
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の接眼光学系。
前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、および、前記第３のレンズはいずれも単レンズであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の接眼光学系。
表示素子と、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の接眼光学系と、を有することを特徴とする電子ビューファインダ。
請求項６に記載の電子ビューファインダを有することを特徴とする撮像装置。