JP2015114396A - 光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】明るいファインダ像を観察可能とし、高い測光精度が得られるようにする。
【解決手段】光学機器は、複数のマイクロレンズＭＬを有する焦点板３を含み、結像光学系１により焦点板上に形成された光学像を接眼光学系５を通して観察可能とするファインダ光学系と、ファインダ光学系の光軸とは異なる光軸を有し、複数のマイクロレンズにより拡散した光の一部を測光センサ７に導く測光光学系６とを有する。ファインダ光学系の光軸のうち焦点板のベース面と交差する部分を焦点板光軸とし、各マイクロレンズにおいて、焦点板光軸と測光光学系の光軸とを含む平面に直交し、マイクロレンズの頂点を含む断面を第１の断面とし、該平面に平行であり、該頂点を含む断面を第２の断面とする。各マイクロレンズは、第１および第２の断面における頂点での局所曲率半径Ｒ１，Ｒ２が、１．７＜Ｒ１／Ｒ２＜５．０なる条件を満足するように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、結像光学系により光学像が形成される焦点板を有する光学機器に関する。

光学機器の代表例である一眼レフカメラ等の撮像装置には、撮像面と光学的に等価な位置に焦点板が配置されており、撮像光学系（結像光学系）によって光学像（被写体像）が撮像面上と焦点板上とに形成される。ユーザは、焦点板上に形成された光学像を、ペンタプリズム等の正立像形成部材および接眼光学系を通して観察し、撮影構図やピント状態を確認することができる。このように構成されるファインダ光学系において、焦点板は、フレネルレンズやマイクロレンズ等が形成された拡散面によって撮像光学系からの光を拡散させることで、ピント状態を視認し易くしている。また、焦点板の拡散面は、ここで拡散した光の一部をファインダ光学系の光軸とは異なる光軸を有する測光光学系を通して測光センサに入射させ、測光を行わせる。

従来の撮像装置では焦点板の拡散特性は撮像光学系の開放Ｆ値がＦ２．８〜Ｆ５．６である場合に対して最適化されていたが、最近では開放Ｆ値が８程度の撮像光学系も多く用いられる。この場合、焦点板の拡散特性が従来のままであるとファインダ光学系により観察される光学像（ファインダ像）が暗くなる。このような光学像の暗さを解消するために、焦点板での拡散を弱くしてファインダ像を明るくする方法はあるが、焦点面での拡散が弱くなると測光センサに入射する光量が不足して測光精度が低下する可能性がある。開放Ｆ値が８程度の撮像光学系を用いた場合でも明るいファインダ像の観察を可能とし、かつ測光精度を高く維持するためには、以下２つの方法を応用することも考えられる。

１つは、特許文献１にて開示された透過型明視スクリーン上に縦横に配置された複数のマイクロレンズ（単位球面）のピッチを縦方向と横方向とで異ならせることで、測光センサに入射する光量を増加させるよう、縦方向での拡散のみを強める方法である。もう１つは、特許文献２に開示されているフレネルレンズを備えた焦点板を、そのフレネルレンズの中心が接眼光学系の光軸に対して測光センサ側にずれて位置するように配置することで、焦点板から測光センサに光を向かわせるパワーを強める方法である。

特開昭５６−０６２２３８号公報 特開２００９−３４２３号公報

しかしながら、特許文献１にて開示された透過型明視スクリーンを焦点板として応用してファインダ像が明るく見え、かつ十分な測光精度を得ようとすると、ファインダ光学系を通して焦点板の形状むらが視認されてしまうという問題がある。一方、特許文献２にて開示された焦点板では、接眼光学系の光軸に対してフレネルレンズのパワーが対称とならないため、ファインダ像に明るさむらが発生するという問題がある。

本発明は、焦点板の形状むらを視認させず、明るさむらのない明るいファインダ像の観察を可能とし、さらに高い測光精度が得られるようにした光学機器を提供する。

本発明の一側面としての光学機器は、２次元配置された複数のマイクロレンズを有する焦点板を含み、結像光学系により焦点板上に形成された光学像を接眼光学系を通して観察可能とするファインダ光学系と、測光センサと、ファインダ光学系の光軸とは異なる光軸を有し、複数のマイクロレンズにより拡散した光の一部を測光センサに導く測光光学系とを有する。ファインダ光学系の光軸のうち焦点板において複数のマイクロレンズが２次元配置されたベース面と交差する部分を焦点板光軸とし、各マイクロレンズにおいて、それぞれベース面に直交する断面であって、焦点板光軸と測光光学系の光軸とを含む平面に直交し、該マイクロレンズの頂点を含む断面を第１の断面とし、該平面に平行であり、該頂点を含む断面を第２の断面とするとき、各マイクロレンズは、第１の断面における頂点での局所曲率半径Ｒ１と、第２の断面における頂点での局所曲率半径Ｒ２とが、
１．７＜Ｒ１／Ｒ２＜５．０
なる条件を満足するように形成されていることを特徴とする。

また、本発明の他の一側面としての光学機器は、２次元配置された複数のマイクロレンズを有する焦点板を含み、結像光学系により焦点板上に形成された光学像を接眼光学系を通して観察可能とするファインダ光学系と、測光センサと、ファインダ光学系の光軸とは異なる光軸を有し、複数のマイクロレンズにより拡散した光の一部を測光センサに導く測光光学系とを有する。ファインダ光学系の光軸のうち焦点板において複数のマイクロレンズが２次元配置されたベース面と交差する部分を焦点板光軸とし、ベース面からの焦点板光軸の方向ベクトルをＯＶとし、該方向ベクトルＯＶと同じ始点からの測光光学系の光軸の方向ベクトルをＰＭとする。各マイクロレンズにおいて、ベース面上にてベクトルＰＭ−ＯＶの方向に直交する方向に延びる線を母線とし、ベクトルＰＭ−ＯＶの方向に平行な方向に延びる線を子線とし、それぞれベース面に直交する断面であって、母線および該マイクロレンズの頂点を含む断面を第１の断面とし、子線および該頂点を含む断面を第２の断面とするとき、各マイクロレンズは、第１の断面における頂点での局所曲率半径Ｒ１と、第２の断面における頂点での局所曲率半径をＲ２とが、
１．７＜Ｒ１／Ｒ２＜５．０
なる条件を満足するように形成されていることを特徴とする。

また、本発明の他の一側面としての焦点板は、２次元配置された複数のマイクロレンズを有する。該焦点板は、結像光学系により焦点板上に形成された光学像を接眼光学系を通して観察可能とするファインダ光学系と、測光センサと、ファインダ光学系の光軸とは異なる光軸を有し、上記複数のマイクロレンズにより拡散した光の一部を測光センサに導く測光光学系とを有する光学装置に用いられる。該焦点板は、ファインダ光学系の光軸のうち焦点板において複数のマイクロレンズが２次元配置されたベース面と交差する部分を焦点板光軸とし、各マイクロレンズにおいて、それぞれベース面に直交する断面であって、焦点板光軸と測光光学系の光軸とを含む平面に直交し、該マイクロレンズの頂点を含む断面を第１の断面とし、該平面に平行であり、該頂点を含む断面を第２の断面とするとき、各マイクロレンズは、第１の断面における頂点での局所曲率半径Ｒ１と、第２の断面における頂点での局所曲率半径Ｒ２とが、
１．７＜Ｒ１／Ｒ２＜５．０
なる条件を満足するように形成されていることを特徴とする。

さらに、本発明の他の一側面としての焦点板は、２次元配置された複数のマイクロレンズを有する。該焦点板は、結像光学系により焦点板上に形成された光学像を接眼光学系を通して観察可能とするファインダ光学系と、測光センサと、ファインダ光学系の光軸とは異なる光軸を有し、上記複数のマイクロレンズにより拡散した光の一部を測光センサに導く測光光学系とを有する光学装置に用いられる。該焦点板は、ファインダ光学系の光軸のうち焦点板において複数のマイクロレンズが２次元配置されたベース面と交差する部分を焦点板光軸とし、ベース面からの焦点板光軸の方向ベクトルをＯＶとし、該方向ベクトルＯＶと同じ始点からの測光光学系の光軸の方向ベクトルをＰＭとし、各マイクロレンズにおいて、ベース面上にてベクトルＰＭ−ＯＶの方向に直交する方向に延びる線を母線とし、ベクトルＰＭ−ＯＶの方向に平行な方向に延びる線を子線とし、それぞれベース面に直交する断面であって、母線およびマイクロレンズの頂点を含む断面を第１の断面とし、子線および頂点を含む断面を第２の断面とするとき、各マイクロレンズは、第１の断面における頂点での局所曲率半径Ｒ１と、第２の断面における頂点での局所曲率半径をＲ２とが、
１．７＜Ｒ１／Ｒ２＜５．０
なる条件を満足するように形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、マイクロレンズの形状が上記条件を満足することで、形状むらが視認されにくい焦点板を実現できるとともに、明るさむらがほとんどない明るいファインダ像の観察が可能で高い測光精度が得られる光学機器を実現することができる。

本発明の実施例１である光学機器の構成および該光学機器に用いられる焦点板の形状に関する定義を示す図。 実施例１における焦点板の形状および拡散特性を示す平面図。 実施例１における焦点板の各マイクロレンズの形状を示す図。 実施例１における焦点板の拡散特性を示すグラフ図。 実施例１の光学機器におけるＦ値とファインダ像の明るさとの関係を示すグラフ図。 本発明の実施例２である光学機器に用いられる焦点板の形状および拡散特性を示す平面図。 実施例２における焦点板の拡散特性を示すグラフ図。 実施例２の光学機器におけるＦ値とファインダ像の明るさとの関係を示すグラフ図。 本発明の実施例３である光学機器に用いられる焦点板の形状および拡散特性を示す平面図。 実施例３の焦点板における面頂点の配置および焦点板の断面形状を示す図。 実施例３における焦点板の拡散特性を示すグラフ図。 実施例３の光学機器におけるＦ値とファインダ像の明るさとの関係を示すグラフ図。 本発明の実施例４である光学機器に用いられる焦点板の形状および拡散特性を示す平面図。 実施例４における焦点板の断面形状および実施例４の光学機器におけるＦ値とファインダ像の明るさとの関係を示す図。 実施例４における焦点板の拡散特性を示すグラフ図。 本発明の実施例５である光学機器に用いられる焦点板の形状および拡散特性を示す平面図。 実施例５の焦点板における面頂点の配置を示す図および実施例５の光学機器におけるＦ値とファインダ像の明るさとの関係を示すグラフ図。 実施例５における焦点板の拡散特性を示すグラフ図。 本発明の実施例６である光学機器に用いられる焦点板の形状および拡散特性を示す平面図。 実施例６における焦点板の拡散特性を示すグラフ図と実施例６の光学機器におけるＦ値とファインダ像の明るさとの関係を示すグラフ図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）には、本発明の実施例１である光学機器としての一眼レフデジタルカメラ（撮像装置）の構成を示している。カメラには、取り外し可能に交換レンズが装着されている。交換レンズ内の撮像光学系（結像光学系）１を通った光は、可動ミラー２によって反射され、不図示の撮像素子と光学的に等価な焦点面に配置された焦点板３上に光学像（実像）である被写体像を形成する。焦点板３上に形成された被写体像は、ペンタプリズム等の正立像形成部材４によって正立像に変換され、接眼光学系５を通して該接眼光学系５の射出瞳に位置するユーザの眼に到達する。これにより、ユーザは、焦点板３上の被写体像（ファインダ像）を観察可能となる。焦点板３、正立像形成部材４および接眼光学系５により、ファインダ光学系が構成される。

焦点板３のうち正立像形成部材４側の面には、複数のマイクロレンズＭＬが２次元配置された拡散面が形成されている。拡散面にて被写体像を形成する光が拡散することで、被写体像のぼけ（ピント状態）が視認し易くなる。また、拡散した光の一部は、接眼光学系５の上方に配置された測光光学系６を通して測光センサ７に導かれ、測光センサ７上に被写体像が形成される。これにより、測光が可能となる。

ここで、撮像光学系１の光軸に沿ってカメラ内に入射した中心光線は、可動ミラー２によって反射された後、焦点板３のうち被写体像が形成される矩形の有効領域の中心に到達する。そして、中心光線は、焦点板３の有効領域の中心から射出して正立像形成部材４で反射された後、接眼光学系５内をその光軸に沿って進み、接眼光学系５の射出瞳の中心に到達する。この中心光線が焦点板３から正立像形成部材４および接眼光学系５内を通って射出瞳に至る光路を、本実施例では、ファインダ光学系の光軸といい、図１（ａ）では点線で示している。焦点板３において、各マイクロレンズＭＬは、拡散面のベース面上に後述するような楕円半球形状の凸曲面を有するように形成されている。焦点板３のみを示す図１（ｂ）には、平面であるベース面を一点鎖線Ｂで示している。ファインダ光学系の光軸のうち上記ベース面と交差する部分（ベース面の法線に平行な部分）を、本実施例では焦点板光軸という。

一方、焦点板３の拡散面によって焦点板光軸に対して傾きを持って進んだ中心光線は、正立像形成部材４から射出して測光光学系６の光軸に沿って進み、測光センサ７において被写体像が形成される矩形の有効領域の中心に至る。この中心光線が焦点板３から正立像形成部材４および測光光学系６を通って測光センサ７に至る光路を、本実施例では広義の測光光学系の光軸といい、図１（ａ）では実線で示している。図１（ａ）から分かるように、測光光学系の光軸は、ファインダ光学系の一部を通るが、ファインダ光学系の光軸とは異なる。なお、以下の説明において、測光光学系の光軸のうち焦点板３から射出して正立像形成部材４に入射するまでの部分、すなわち図１（ａ）に示すように焦点板光軸に対して傾き角θを有する部分を、便宜的に測光光軸という。焦点板光軸に対する測光光軸の傾き角θは８〜１１度である。

次に、各マイクロレンズＭＬの形状について説明する。本実施例では、図１（ｂ）に示すように、焦点板光軸が延びる方向にｚ軸をとり、焦点板３の有効領域の長辺が延びる方向にｘ軸を、同有効領域の短辺が延びる方向にｙ軸をとる。そして、各マイクロレンズＭＬにおけるそれぞれベース面に直交する断面であって、焦点板光軸と測光光軸とを含む平面に直交し、マイクロレンズＭＬの頂点を含む断面（ｘｚ断面）を第１の断面とし、該平面に平行で頂点を含む断面（ｙｚ断面）を第２の断面とする。

また、第１および第２の断面を別の表現で表すこともできる。図１（ｂ）に示すように、ベース面からの焦点板光軸の方向ベクトルをＯＶとし、該方向ベクトルＯＶと同じ始点からの測光光軸の方向ベクトルをＰＭとする。各マイクロレンズＭＬにおいて、ベース面上にてベクトルＰＭ−ＯＶの方向に直交する方向に延びる線を母線（ｘ軸）とし、ベクトルＰＭ−ＯＶの方向に平行な方向に延びる線を子線（ｙ軸）とする。そして、それぞれベース面に直交する断面であって、母線および該マイクロレンズＭＬの頂点を含む断面（ｘｚ断面）を第１の断面とし、子線および頂点を含む断面（ｙｚ断面）を第２の断面とする。

以下の説明において、第１の断面および第２の断面をそれぞれ、ｘｚ断面およびｙｚ断面という。

図２（ａ）には、本実施例におけるマイクロレンズＭＬの具体的形状を焦点板光軸の方向から見て示している。本実施例では、上述したように楕円半球形状の凸曲面を有するマイクロレンズＭＬが、ベース面上に、それらの頂点が六角格子状または正三角格子状に等間隔で位置するように規則的に配置されている。図２（ａ）において、明るい（白に近い）部分ほどベース面からの高さが高い部分であることを示している。

図３（ａ）を用いてマイクロレンズＭＬの凸曲面を定義する。図３（ａ）には楕円球体を示しているが、実際のマイクロレンズＭＬはこの楕円球体の上半分の凸曲面を有する。この楕円球体は、母線ＧＬに沿った長径２×Ｄ１と子線ＣＬに沿った短径２×Ｄ２を有する楕円を母線ＧＬ回り（長径回り）に回転させることで形成される形状を有する。ここで、図２（ａ）に示したマイクロレンズＭＬのＤ１およびＤ２は、
Ｄ１＝８５μｍ
Ｄ２＝５７μｍ
である。

図３（ａ）において、ＴＰはマイクロレンズＭＬの頂点である。図３（ｂ）には、楕円球体のｘｚ断面を、図３（ｃ）は楕円球体のｙｚ断面を示す。ｘｚ断面およびｙｚ断面は、上記定義の通り、いずれも頂点ＴＰを含む断面である。

そして、本実施例では、マイクロレンズＭＬは、ｘｚ断面における頂点ＴＰでの局所曲率半径Ｒ１（図３（ｂ）参照）と、ｙｚ断面における頂点ＴＰでの局所曲率半径Ｒ２（図３（ｃ）参照）とが、
１．７＜Ｒ１／Ｒ２＜５．０ （１）
なる条件を満足するように形成されている。

具体的には、図２（ａ）に示したマイクロレンズＭＬは、
Ｒ１＝１２７μｍ
Ｒ２＝５７μｍ
（Ｒ１／Ｒ２＝２．２３）
を有するように形成されており、条件（１）を満足している。

条件（１）の技術的な意味について説明する。マイクロレンズが規則的に２次元配置された焦点板において、マイクロレンズの曲率半径が大きくなる（曲率が緩くなる）と光を拡散させる作用の強さは低下するため、開放Ｆ値が暗い撮像光学系を用いても十分明るく視認性が良いファインダ像が得られる。しかし、拡散作用が弱くなると、焦点板３で拡散することで測光光学系６に入射して測光センサ７に到達する光量が減少するため、測光精度が低下する。このため、本実施例では、測光光学系６に入射しない方向への光の拡散量を少なく（拡散作用を弱く）する一方、測光光学系６に入射する方向への光の拡散量を多く（拡散作用を強く）する。

本実施例では、図１（ａ）に示すように、測光光学系６（および測光センサ７）を接眼光学系５の上方に配置している。この場合、測光光学系６に入射する光は、焦点板３上において、焦点板光軸に対してｙ軸方向に傾いて進む光である。このため、本実施例では、マイクロレンズＭＬにおける光を測光光学系６に向かわせない方向での拡散作用、すなわちｘ軸方向での拡散作用を弱くするために、Ｒ１をできるだけ大きくする。一方、光を測光光学系６に向かわせる方向での拡散作用、すなわちｙ軸方向での拡散作用を強くするために、Ｒ２をできるだけ小さくする。ただし、以下の理由により、Ｒ１とＲ２を条件（１）の範囲内に収める必要がある。

Ｒ１／Ｒ２の値が条件（１）の下限を下回ると、ｘ軸方向とｙ軸方向とで十分な拡散作用の差が生じないため、明るいファインダ像を提示しつつ、高い測光精度を得ることが困難である。また、Ｒ１／Ｒ２の値が条件（１）の上限を上回ると、ｘ軸方向とｙ軸方向とで十分な拡散作用の差が大きくなりすぎて、ぼけた被写体像の形状がいびつになり、実際の被写体の形状との乖離が大きくなるので、好ましくない。

本実施例の焦点板３の拡散特性を、図２（ｂ）および図４（ａ），（ｂ）に示す。図２（ｂ）は、点像を本実施例の焦点板３の拡散面で拡散させたとき拡散強度分布を示す。ｘ軸方向の拡散角度をθｘで示し、ｙ軸方向の拡散角度をθｙで示している。図２（ｂ）において、明るい（白に近い）部分ほど拡散強度が高い部分であることを示している。また、図２（ｂ）には、測光光学系６に向かう拡散光の焦点板光軸に対する傾き角（θ＝８〜１１度）の目安としての１０度を示す円を示している。

図４（ａ），（ｂ）は、図２（ｂ）におけるθｙ方向とθｘ方向での拡散強度分布の断面を示している。これらの図の比較から分かるように、図４（ａ）に示すθｙが８〜１１度の範囲の拡散強度（拡散量）は、図４（ｂ）に示すθｘが８〜１１度の範囲の拡散強度（拡散量）より強い（多い）。また、θｙ方向とθｘ方向のいずれにおいても、傾き角０度を中心として概ね対称な拡散強度分布が得られている。

図５には、撮影光学系１のＦ値とファインダ像の明るさとの関係を、Ｆ１．８を基準として示している。この図において、実線は本実施例の焦点板３を用いた場合のＦ値ごとのファインダ像の明るさを示しており、点線は一般的な焦点板（以下、従来焦点板という）を用いた場合のＦ値ごとのファインダ像の明るさを示している。Ｆ８において、従来焦点板を用いた場合はＦ１．８に対して１．２段明るさが低下するのに対して、本実施例の焦点板３を用いた場合は０．３段低下するにすぎない。

このように、本実施例の焦点板３を用いることにより、焦点板上のマイクロレンズの形状を目立たせることなく、明るさむらのない明るいファインダ像を提示することができるとともに、高い測光精度を確保することができる。

図６（ａ）には、本発明の実施例２であるカメラにおける焦点板３Ａ上の複数のマイクロレンズＭＬの具体的形状を焦点板光軸の方向から見て示している。図６（ａ）において、明るい（白に近い）部分ほどベース面からの高さが高い部分であることを示している。

本実施例は、実施例１のマイクロレンズＭＬのＤ２を、
Ｄ２＝４０μｍ
に変更したものに相当する。Ｄ１は、実施例１と同じ８５μｍである。

また、本実施例のマイクロレンズＭＬのＲ１およびＲ２は、
Ｒ１＝１８１μｍ
Ｒ２＝４０μｍ
（Ｒ１／Ｒ２＝４．５３）
であり、Ｒ１／Ｒ２は条件（１）を満足している。

本実施例の焦点板３Ａの拡散特性を、図６（ｂ）および図７（ａ），（ｂ）に示す。図６（ｂ）は、点像を本実施例の焦点板３Ａの拡散面で拡散させたとき拡散強度分布を示す。θｘ，θｙの意味は図２（ｂ）と同じである。また、図６（ｂ）において、明るい（白に近い）部分ほど拡散強度が高い部分であることを示している。さらに、この図でも、測光光学系６に向かう拡散光の焦点板光軸に対する傾き角（θ＝８〜１１度）の目安としての１０度を示す円を示している。

図７（ａ），（ｂ）は、図６（ｂ）におけるθｙ方向とθｘ方向での拡散強度分布の断面を示している。これらの図の比較から分かるように、図７（ａ）に示すθｙが８〜１１度の範囲の拡散強度（拡散量）は、図７（ｂ）に示すθｘが８〜１１度の範囲の拡散強度（拡散量）より強い（多い）。また、θｙ方向とθｘ方向のいずれにおいても、傾き角０度を中心として概ね対称な拡散強度分布が得られている。

図８には、撮影光学系１のＦ値とファインダ像の明るさとの関係を、Ｆ１．８を基準として示している。この図において、実線は本実施例の焦点板３Ａを用いた場合のＦ値ごとのファインダ像の明るさを示しており、点線は従来焦点板を用いた場合のＦ値ごとのファインダ像の明るさを示している。Ｆ８において、従来焦点板を用いた場合はＦ１．８に対して１．２段明るさが低下するのに対して、本実施例の焦点板３Ａを用いた場合は０．７段低下するにすぎない。

このように、本実施例の焦点板３Ａを用いることにより、焦点板上のマイクロレンズの形状を目立たせることなく、明るさむらのない明るいファインダ像を提示することができるとともに、高い測光精度を確保することができる。

図９（ａ）には、本発明の実施例３であるカメラにおける焦点板３Ｂ上の複数のマイクロレンズＭＬの具体的形状を焦点板光軸の方向から見て示している。図９（ａ）において、明るい（白に近い）部分ほどベース面からの高さが高い部分であることを示している。

本実施例では、それぞれ楕円半球形状の凸曲面を有する２種類のマイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２が、ベース面上に、それらの頂点が六角格子状または正三角格子状に位置するように混在して配置されている。マイクロレンズＭＬ１は、ベース面から頂点までの高さおよび長径と短径の長さが、マイクロレンズＭＬ２のそれらよりも短い。ただし、いずれのマイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２も条件（１）を満足するように形成されており、具体的には両マイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２は、共通のＤ１，Ｄ２，Ｒ１およびＲ２として、
Ｄ１＝８５μｍ
Ｄ２＝５７μｍ
Ｒ１＝１２７μｍ
Ｒ２＝５７μｍ
（Ｒ１／Ｒ２＝２．２３）
を有する。

そして、本実施例では、マイクロレンズＭＬ１のみがｘ軸方向に並んだ列とマイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２がｘ軸方向に交互に並んだ列とがｙ軸方向に交互に配置されている。

このような配置において、マイクロレンズＭＬ１の配置ピッチ（頂点間の間隔）の最小値はマイクロレンズＭＬ２の配置ピッチの最小値よりも短い。

図１０（ａ）には、本実施例の焦点板３Ｂ上におけるマイクロレンズＭＬ１の頂点ＴＰ１（黒丸）とマイクロレンズＭＬ２の頂点ＴＰ２（白抜き丸）の配置を示している。マイクロレンズＭＬ１の頂点間の間隔の最小値Ｌ１とマイクロレンズＭＬ２の頂点間の間隔の最小値Ｌ２は、
Ｌ２＞１．７×Ｌ１ （２）
なる条件を満足している。
図９（ａ）および図１０（ａ）では、
Ｌ１＝２０μｍ
Ｌ２＝４０μｍ
である。

なお、本実施例では、焦点板３Ｂ上に互いに高さが異なる２種類のマイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２を形成した場合について説明しているが、３種類以上のｎ種類のマイクロレンズを形成してもよい。３種類以上のｎ種類のマイクロレンズを用いる場合は、条件（２）に代えて、以下の条件（３）を満足するように各種類のマイクロレンズを形成すればよい。

Ｌ_ｉ＋１＞１．７×Ｌ_ｉ （３）
ただし、Ｌｉはベース面から頂点までの高さが同じである同種類のマイクロレンズの頂点間の間隔の最小値であり、ｉを頂点の高さが低い方のマイクロレンズから順に１からｎ−１までの自然数として与える。

図１０（ｂ）には、本実施例におけるマイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２のベース面からの高さを示している。マイクロレンズＭＬ２の頂点のベース面からの高さＨ２は、マイクロレンズＭＬ１の頂点のベース面からの高さＨ１よりも高く設定されており、その高低差Ｈは０．５μｍである。

条件（２）および条件（３）の技術的な意味について説明する。マイクロレンズが規則的に２次元配置された焦点板において、マイクロレンズの配置ピッチＰと拡散強度分布における輝点の配置ピッチ（角度ピッチ）θ_Ｐとの関係は、
θ_Ｐ＝λ／Ｐ （４）
であり、角度ピッチθ_Ｐは配置ピッチＰの逆数に比例する。λは光の波長である。このような焦点板では、点光源のぼけ像は輝点の集まりとして観察され、線状物体は点光源が線状に並んだものと考えられる。このため、線状物体のぼけ像も点光源のぼけ像が並んだものとなる。さらに、任意の形状および面積を有する物体のぼけ像も、同様に点光源の集まりと考えることができる。すなわち、ぼけ像がより自然に見えるためには、拡散強度分布における輝点の角度ピッチθＰが小さいほどよい。

ぼけ像のぼけ味は、マイクロレンズの配置ピッチＰが大きいほど良好なものとなる。しかし、配置ピッチＰが大きいマイクロレンズだけを焦点板に形成すると、拡散角度が小さい領域に輝点が集中してピント合わせが困難になったり、ユーザに個々のマイクロレンズが視認され易くなったりする。このため、拡散角度が大きい領域に輝点を分布させ、個々のマイクロレンズが視認されにくくするためには、配置ピッチＰはある程度小さい方が望ましい。したがって、これらの相反する要求を同時に満足するためには、焦点板に配置ピッチＰが大きいマイクロレンズと配置ピッチＰが小さいマイクロレンズの両方を設けることが望ましい。

本実施例の焦点板３Ｂの拡散特性を、図９（ｂ）および図１１（ａ），（ｂ）に示す。図９（ｂ）は、点像を本実施例の焦点板３Ｂの拡散面で拡散させたとき拡散強度分布を示す。θｘ，θｙの意味は図２（ｂ）と同じである。また、図９（ｂ）において、明るい（白に近い）部分ほど拡散強度が高い部分であることを示している。さらに、この図でも、測光光学系６に向かう拡散光の焦点板光軸に対する傾き角（θ＝８〜１１度）の目安としての１０度を示す円を示している。

図１１（ａ），（ｂ）は、図９（ｂ）におけるθｙ方向とθｘ方向での拡散強度分布の断面を示している。これらの図の比較から分かるように、図１１（ａ）に示すθｙが８〜１１度の範囲の拡散強度（拡散量）は、図１１（ｂ）に示すθｘが８〜１１度の範囲の拡散強度（拡散量）より強い（多い）。また、θｙ方向とθｘ方向のいずれにおいても、傾き角０度を中心として概ね対称な拡散強度分布が得られている。

図１２には、撮影光学系１のＦ値とファインダ像の明るさとの関係を、Ｆ１．８を基準として示している。この図において、実線は本実施例の焦点板３Ｂを用いた場合のＦ値ごとのファインダ像の明るさを示しており、点線は従来焦点板を用いた場合のＦ値ごとのファインダ像の明るさを示している。Ｆ８において、従来焦点板を用いた場合はＦ１．８に対して１．２段明るさが低下するのに対して、本実施例の焦点板３Ｂを用いた場合は０．３段低下するにすぎない。

このように、本実施例の焦点板３Ｂを用いることにより、焦点板上のマイクロレンズの形状を目立たせることなく、明るさむらのない明るいファインダ像を提示することができるとともに、高い測光精度を確保することができる。

図１３（ａ）には、本発明の実施例２であるカメラにおける焦点板３Ｃ上の複数のマイクロレンズＭＬの具体的形状を焦点板光軸の方向から見て示している。図１３（ａ）において、明るい（白に近い）部分ほどベース面からの高さが高い部分であることを示している。

本実施例は、実施例３の２種類のマイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２のＤ２，Ｒ１およびＲ２を以下のように変更したものに相当する。Ｄ１は、実施例３と同じ８５μｍである。
Ｄ２＝４０μｍ
Ｒ１＝１８１μｍ
Ｒ２＝４０μｍ
（Ｒ１／Ｒ２＝４．５３）
Ｒ１／Ｒ２は条件（１）を満足している。

図１４（ａ）には、本実施例におけるマイクロレンズＭＬ１，ＭＬ２のベース面からの高さを示している。マイクロレンズＭＬ２の頂点のベース面からの高さＨ２は、マイクロレンズＭＬ１の頂点のベース面からの高さＨ１よりも高く設定されており、その高低差Ｈは０．５μｍである。

本実施例の焦点板３Ａの拡散特性を、図１３（ｂ）および図１５（ａ），（ｂ）に示す。図１３（ｂ）は、点像を本実施例の焦点板３Ｃの拡散面で拡散させたとき拡散強度分布を示す。θｘ，θｙの意味は図２（ｂ）と同じである。また、図１３（ｂ）において、明るい（白に近い）部分ほど拡散強度が高い部分であることを示している。さらに、この図でも、測光光学系６に向かう拡散光の焦点板光軸に対する傾き角（θ＝８〜１１度）の目安としての１０度を示す円を示している。

図１５（ａ），（ｂ）は、図１３（ｂ）におけるθｙ方向とθｘ方向での拡散強度分布の断面を示している。これらの図の比較から分かるように、図１５（ａ）に示すθｙが８〜１１度の範囲の拡散強度（拡散量）は、図１５（ｂ）に示すθｘが８〜１１度の範囲の拡散強度（拡散量）より強い（多い）。また、θｙ方向とθｘ方向のいずれにおいても、傾き角０度を中心として概ね対称な拡散強度分布が得られている。

図１４（ｂ）には、撮影光学系１のＦ値とファインダ像の明るさとの関係を、Ｆ１．８を基準として示している。この図において、実線は本実施例の焦点板３Ｃを用いた場合のＦ値ごとのファインダ像の明るさを示しており、点線は従来焦点板を用いた場合のＦ値ごとのファインダ像の明るさを示している。Ｆ８において、従来焦点板を用いた場合はＦ１．８に対して１．２段明るさが低下するのに対して、本実施例の焦点板３Ｃを用いた場合は０．６段低下するにすぎない。

このように、本実施例の焦点板３Ｃを用いることにより、焦点板上のマイクロレンズの形状を目立たせることなく、明るさむらのない明るいファインダ像を提示することができるとともに、高い測光精度を確保することができる。

図１６（ａ）には、本発明の実施例５であるカメラにおける焦点板３Ｄ上の複数のマイクロレンズＭＬの具体的形状を焦点板光軸の方向から見て示している。図１６（ａ）において、明るい（白に近い）部分ほどベース面からの高さが高い部分であることを示している。

本実施例では、複数のマイクロレンズＭＬが、それらの頂点が不規則に並ぶように２次元配置されている。ただし、各マイクロレンズＭＬは、Ｄ１，Ｄ２，Ｒ１およびＲ２として、
Ｄ１＝８５μｍ
Ｄ２＝５７μｍ
Ｒ１＝１２７μｍ
Ｒ２＝５７μｍ
（Ｒ１／Ｒ２＝２．２３）
を有し、Ｒ１／Ｒ２は条件（１）を満足している。

図１７（ａ）には、複数のマイクロレンズＭＬの頂点ＴＰの配置を示している。それぞれのマイクロレンズＭＬの頂点ＴＰは、六方格子状に２０μｍの等間隔で配置された複数の基準点Ｇのそれぞれを中心とした半径２μｍの円ＲＬの範囲内にランダムに（規則性なく）位置する。つまり、頂点ＴＰの基準点Ｇからの変位量をＥとし、相互に隣接する基準点Ｇの間隔（等間隔）をＬとすると、これらは、
Ｅ≦０．３Ｌ （５）
なる条件（５）を満足する。

さらに、相互に隣接するマイクロレンズＭＬの頂点間の間隔Ｐは、
０．４Ｌ≦Ｐ≦１．６Ｌ （６）
なる条件（６）を満足する。

Ｐが条件（６）の下限を下回ると、マイクロレンズＭＬ同士が接近しすぎて十分な拡散作用が得られず、その部分において光が白く抜けたように見えてしまうので好ましくない。また、ＥおよびＰがそれぞれ条件（５），（６）の上限を上回ると、マイクロレンズＭＬ同士が遠くなりすぎて拡散作用が強すぎ、その部分において黒い粒状感が目立ってしまう。ファインダ光学系としての見えを良好に保つためには、マイクロレンズをランダムに配置する際は条件（５）を満足することが望ましい。

本実施例の焦点板３Ｄの拡散特性を、図１６（ｂ）および図１８（ａ），（ｂ）に示す。図１６（ｂ）は、点像を本実施例の焦点板３Ｄの拡散面で拡散させたとき拡散強度分布を示す。θｘ，θｙの意味は図２（ｂ）と同じである。また、図１６（ｂ）において、明るい（白に近い）部分ほど拡散強度が高い部分であることを示している。さらに、この図でも、測光光学系６に向かう拡散光の焦点板光軸に対する傾き角（θ＝８〜１１度）の目安としての１０度を示す円を示している。

図１８（ａ），（ｂ）は、図１６（ｂ）におけるθｙ方向とθｘ方向での拡散強度分布の断面を示している。これらの図の比較から分かるように、図１８（ａ）に示すθｙが８〜１１度の範囲の拡散強度（拡散量）は、図１８（ｂ）に示すθｘが８〜１１度の範囲の拡散強度（拡散量）より強い（多い）。また、θｙ方向とθｘ方向のいずれにおいても、傾き角０度を中心として概ね対称な拡散強度分布が得られている。

図１７（ｂ）には、撮影光学系１のＦ値とファインダ像の明るさとの関係を、Ｆ１．８を基準として示している。この図において、実線は本実施例の焦点板３Ｄを用いた場合のＦ値ごとのファインダ像の明るさを示しており、点線は従来焦点板を用いた場合のＦ値ごとのファインダ像の明るさを示している。Ｆ８において、従来焦点板を用いた場合はＦ１．８に対して１．２段明るさが低下するのに対して、本実施例の焦点板３Ｄを用いた場合は０．３段低下するにすぎない。

このように、本実施例の焦点板３Ａを用いることにより、焦点板上のマイクロレンズの形状を目立たせることなく、明るさむらのない明るいファインダ像を提示することができるとともに、高い測光精度を確保することができる。

図１９（ａ）には、本発明の実施例６であるカメラにおける焦点板３Ｄ上の複数のマイクロレンズＭＬの具体的形状を焦点板光軸の方向から見て示している。図１９（ａ）において、明るい（白に近い）部分ほどベース面からの高さが高い部分であることを示している。

本実施例は、実施例５のマイクロレンズＭＬのＤ２，Ｒ１およびＲ２を以下のように変更したものに相当する。Ｄ１は、実施例３と同じ８５μｍである。
Ｄ２＝４０μｍ
Ｒ１＝１８１μｍ
Ｒ２＝４０μｍ
（Ｒ１／Ｒ２＝４．５３）
Ｒ１／Ｒ２は条件（１）を満足している。

本実施例の焦点板３Ｅの拡散特性を、図１９（ｂ）および図２０（ａ），（ｂ）に示す。図１９（ｂ）は、点像を本実施例の焦点板３Ｄの拡散面で拡散させたとき拡散強度分布を示す。θｘ，θｙの意味は図２（ｂ）と同じである。また、図１９（ｂ）において、明るい（白に近い）部分ほど拡散強度が高い部分であることを示している。さらに、この図でも、測光光学系６に向かう拡散光の焦点板光軸に対する傾き角（θ＝８〜１１度）の目安としての１０度を示す円を示している。

図２０（ａ），（ｂ）は、図１９（ｂ）におけるθｙ方向とθｘ方向での拡散強度分布の断面を示している。これらの図の比較から分かるように、図２０（ａ）に示すθｙが８〜１１度の範囲の拡散強度（拡散量）は、図２０（ｂ）に示すθｘが８〜１１度の範囲の拡散強度（拡散量）より強い（多い）。また、θｙ方向とθｘ方向のいずれにおいても、傾き角０度を中心として概ね対称な拡散強度分布が得られている。

図２０（ｃ）には、撮影光学系１のＦ値とファインダ像の明るさとの関係を、Ｆ１．８を基準として示している。この図において、実線は本実施例の焦点板３Ａを用いた場合のＦ値ごとのファインダ像の明るさを示しており、点線は従来焦点板を用いた場合のＦ値ごとのファインダ像の明るさを示している。Ｆ８において、従来焦点板を用いた場合はＦ１．８に対して１．２段明るさが低下するのに対して、本実施例の焦点板３Ａを用いた場合は０．６段低下するにすぎない。

このように、本実施例の焦点板３Ａを用いることにより、焦点板上のマイクロレンズの形状を目立たせることなく、明るさむらのない明るいファインダ像を提示することができるとともに、高い測光精度を確保することができる。

上述した実施例１〜６について、条件（１）中のＲ１／Ｒ２を表１にまとめて示す。

なお、上記各実施例では、一眼レフカメラに焦点板を含むファインダ光学系と測光センサとを設けた場合について説明したが、一眼レフカメラ以外の光学機器にも、本発明を適用することは可能である。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

明るいファインダ像を提示でき、測光精度も高くすることができる一眼レフカメラ等の光学機器を提供することができる。

１ 撮像光学系
３，３Ａ〜３Ｅ 焦点板
５ 接眼光学系
６ 測光光学系
７ 測光センサ
ＭＬ，ＭＬ１，ＭＬ２ マイクロレンズ

Claims (8)

1. ２次元配置された複数のマイクロレンズを有する焦点板を含み、結像光学系により前記焦点板上に形成された光学像を接眼光学系を通して観察可能とするファインダ光学系と、
   測光センサと、
   前記ファインダ光学系の光軸とは異なる光軸を有し、前記複数のマイクロレンズにより拡散した光の一部を前記測光センサに導く測光光学系とを有し、
   前記ファインダ光学系の光軸のうち前記焦点板において前記複数のマイクロレンズが２次元配置されたベース面と交差する部分を焦点板光軸とし、
   前記各マイクロレンズにおいて、それぞれ前記ベース面に直交する断面であって、前記焦点板光軸と前記測光光学系の光軸とを含む平面に直交し、該マイクロレンズの頂点を含む断面を第１の断面とし、前記平面に平行であり、前記頂点を含む断面を第２の断面とするとき、
   前記各マイクロレンズは、前記第１の断面における前記頂点での局所曲率半径Ｒ１と、前記第２の断面における前記頂点での局所曲率半径Ｒ２とが、
   １．７＜Ｒ１／Ｒ２＜５．０
   なる条件を満足するように形成されていることを特徴とする光学機器。
2. ２次元配置された複数のマイクロレンズを有する焦点板を含み、結像光学系により前記焦点板上に形成された光学像を接眼光学系を通して観察可能とするファインダ光学系と、
   測光センサと、
   前記ファインダ光学系の光軸とは異なる光軸を有し、前記複数のマイクロレンズにより拡散した光の一部を前記測光センサに導く測光光学系とを有し、
   前記ファインダ光学系の光軸のうち前記焦点板において前記複数のマイクロレンズが２次元配置されたベース面と交差する部分を焦点板光軸とし、前記ベース面からの前記焦点板光軸の方向ベクトルをＯＶとし、該方向ベクトルＯＶと同じ始点からの前記測光光学系の光軸の方向ベクトルをＰＭとし、
   前記各マイクロレンズにおいて、前記ベース面上にてベクトルＰＭ−ＯＶの方向に直交する方向に延びる線を母線とし、前記ベクトルＰＭ−ＯＶの方向に平行な方向に延びる線を子線とし、それぞれ前記ベース面に直交する断面であって、前記母線および該マイクロレンズの頂点を含む断面を第１の断面とし、前記子線および前記頂点を含む断面を第２の断面とするとき、
   前記各マイクロレンズは、前記第１の断面における前記頂点での局所曲率半径Ｒ１と、前記第２の断面における前記頂点での局所曲率半径をＲ２とが、
   １．７＜Ｒ１／Ｒ２＜５．０
   なる条件を満足するように形成されていることを特徴とする光学機器。
3. 前記各マイクロレンズは、前記ベース面上において前記第１の断面に沿って延びる長径と前記第２の断面に沿って延びる短径とを有する楕円を前記長径回りで回転させることで形成される形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学機器。
4. 前記複数のマイクロレンズの前記頂点の間隔が等間隔であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光学機器。
5. 前記複数のマイクロレンズが、前記ベース面から前記頂点までの高さが異なるｎ種類のマイクロレンズを含み、前記高さが同じである同種類のマイクロレンズの前記頂点間の間隔の最小値をＬｉとし、ｉを前記高さが低い方の前記マイクロレンズから順に１からｎ−１までの自然数として与えるとき、
   Ｌ_ｉ＋１＞１．７×Ｌ_ｉ
   を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光学機器
6. 前記複数のマイクロレンズは、それぞれの前記頂点が、相互に等間隔Ｌで隣接する複数の基準点のそれぞれに対して、以下の条件を満足する変位量Ｅの範囲で規則性なく位置するように配置されており、
   Ｅ≦０．３Ｌ
   かつ相互に隣接する前記マイクロレンズの前記頂点間の間隔Ｐが、
   ０．４Ｌ≦Ｐ≦１．６Ｌ
   なる条件を満足すること特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光学機器。
7. ２次元配置された複数のマイクロレンズを有する焦点板を含み、結像光学系により前記焦点板上に形成された光学像を接眼光学系を通して観察可能とするファインダ光学系と、
   測光センサと、
   前記ファインダ光学系の光軸とは異なる光軸を有し、前記複数のマイクロレンズにより拡散した光の一部を前記測光センサに導く測光光学系とを有する光学装置における焦点板であって、
   前記ファインダ光学系の光軸のうち前記焦点板において前記複数のマイクロレンズが２次元配置されたベース面と交差する部分を焦点板光軸とし、
   前記各マイクロレンズにおいて、それぞれ前記ベース面に直交する断面であって、前記焦点板光軸と前記測光光学系の光軸とを含む平面に直交し、該マイクロレンズの頂点を含む断面を第１の断面とし、前記平面に平行であり、前記頂点を含む断面を第２の断面とするとき、
   前記各マイクロレンズは、前記第１の断面における前記頂点での局所曲率半径Ｒ１と、前記第２の断面における前記頂点での局所曲率半径Ｒ２とが、
   １．７＜Ｒ１／Ｒ２＜５．０
   なる条件を満足するように形成されていることを特徴とする焦点板。
8. ２次元配置された複数のマイクロレンズを有する焦点板を含み、結像光学系により前記焦点板上に形成された光学像を接眼光学系を通して観察可能とするファインダ光学系と、
   測光センサと、
   前記ファインダ光学系の光軸とは異なる光軸を有し、前記複数のマイクロレンズにより拡散した光の一部を前記測光センサに導く測光光学系とを有する光学装置における焦点板であって、
   前記ファインダ光学系の光軸のうち前記焦点板において前記複数のマイクロレンズが２次元配置されたベース面と交差する部分を焦点板光軸とし、前記ベース面からの前記焦点板光軸の方向ベクトルをＯＶとし、該方向ベクトルＯＶと同じ始点からの前記測光光学系の光軸の方向ベクトルをＰＭとし、
   前記各マイクロレンズにおいて、前記ベース面上にてベクトルＰＭ−ＯＶの方向に直交する方向に延びる線を母線とし、前記ベクトルＰＭ−ＯＶの方向に平行な方向に延びる線を子線とし、それぞれ前記ベース面に直交する断面であって、前記母線および該マイクロレンズの頂点を含む断面を第１の断面とし、前記子線および前記頂点を含む断面を第２の断面とするとき、
   前記各マイクロレンズは、前記第１の断面における前記頂点での局所曲率半径Ｒ１と、前記第２の断面における前記頂点での局所曲率半径をＲ２とが、
   １．７＜Ｒ１／Ｒ２＜５．０
   なる条件を満足するように形成されていることを特徴とする焦点板。