JP2016090829A

JP2016090829A - 接眼光学系

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Publication number: JP2016090829A
Application number: JP2014225871A
Authority: JP
Inventors: 金井　守康; Moriyasu Kanai; 守康金井
Original assignee: Ricoh Imaging Co Ltd
Current assignee: Ricoh Imaging Co Ltd
Priority date: 2014-11-06
Filing date: 2014-11-06
Publication date: 2016-05-23
Anticipated expiration: 2034-11-06
Also published as: JP6435784B2

Abstract

【課題】簡素な構成で低コストでありながら良好な光学性能が得られる接眼光学系を提供する。【解決手段】物体側から射出瞳側に向かって順に、正単レンズからなり正のパワーを有する第１レンズＬ１と、負単レンズからなり負のパワーを有する第２レンズＬ２と、正単レンズからなり正のパワーを有する第３レンズＬ３とで構成され、次の条件式（１）を満足する接眼光学系。（１）０．７７＜ｆ（１−Ｌ２ｎ）／Ｌ２ｂ＜１．３５但し、ｆ：全系の焦点距離、Ｌ２ｎ：第２レンズ（負単レンズ）のｄ線に対する屈折率、Ｌ２ｂ：第２レンズ（負単レンズ）の射出瞳側の面の曲率半径。【選択図】図１

Description

本発明は、接眼光学系に関する。

従来、デジタルカメラ、ビデオカメラ、デジタル望遠鏡、デジタル双眼鏡等の電子ビューファインダーに用いられ、液晶表示面に表示された画像を拡大して観察するための接眼光学系が知られている。近年では、いわゆる“ミラーレス”と呼ばれる小型のレンズ交換式デジタルカメラ用のオプションパーツとして電子ビューファインダーが普及し、高精細な表示素子に対応した良好な光学性能を持つ接眼光学系が要求されている。

特許文献１−３には、物体側（表示素子側）から射出瞳側に向かって順に、正、負、正の３群で構成したタイプの接眼光学系が開示されている。また各群をそれぞれ単レンズで構成した簡素なもの（正負正の３枚レンズ構成）では、非球面を複数の面に用いている。

特開２０１２−６８３０２号公報特開２０１０−２６６７７６号公報特開２００７−２６４１７９号公報

しかしながら、オプションパーツとして用意される電子ビューファインダーは少量多品種生産となるため、非球面樹脂レンズなどの成形部品を多用すると、成形型などのイニシャルコストの比率が高くなり、全体のコストアップに繋がるという問題がある。例えば、特許文献１の接眼光学系は、３枚構成の接眼レンズのうち２枚を非球面レンズで構成しており、特許文献２の接眼光学系は、３枚構成の接眼レンズの全てを非球面レンズで構成しているため、少量多品種生産ではイニシャルコストの比率が高くなり、全体のコストアップに繋がってしまう。

一方、イニシャルコストが低いガラス球面レンズを多用すると、簡素な３枚構成では良好な光学性能を維持することが難しいという問題がある。例えば、特許文献３の接眼光学系は、３枚構成の接眼レンズのうち２枚を球面レンズで構成しており、収差の補正が不十分となってしまっている。

本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、簡素な構成で低コストでありながら良好な光学性能が得られる接眼光学系を提供することを目的とする。

本発明の接眼光学系は、物体側から射出瞳側に向かって順に、正単レンズからなり正のパワーを有する第１レンズと、負単レンズからなり負のパワーを有する第２レンズと、正単レンズからなり正のパワーを有する第３レンズとで構成され、次の条件式（１）を満足することを特徴としている。
（１）０．７７＜ｆ（１−Ｌ２ｎ）／Ｌ２ｂ＜１．３５
但し、
ｆ：全系の焦点距離、
Ｌ２ｎ：第２レンズ（負単レンズ）のｄ線に対する屈折率、
Ｌ２ｂ：第２レンズ（負単レンズ）の射出瞳側の面の曲率半径、
である。

本発明の接眼光学系は、次の条件式（２）を満足することが好ましい。
（２）−１．２＜ｆ２／ｆ＜−０．６５
但し、
ｆ２：第２レンズ（負単レンズ）の焦点距離、
ｆ：全系の焦点距離、
である。

本発明の接眼光学系は、次の条件式（３）を満足することが好ましい。
（３）０．７５＜Ｌ２ｎ²・ｍ２ａ＜１．３５
但し、
Ｌ２ｎ：第２レンズ（負単レンズ）のｄ線に対する屈折率、
ｍ２ａ：第２レンズ（負単レンズ）の物体側の面の面倍率、
である。

本発明の接眼光学系は、次の条件式（４）を満足することが好ましい。
（４）０．６０＜ｆ３／ｆ＜０．７８
但し、
ｆ３：第３レンズ（正単レンズ）の焦点距離、
ｆ：全系の焦点距離、
である。

本発明によれば、簡素な構成で低コストでありながら良好な光学性能が得られる接眼光学系を提供することができる。

本発明による接眼光学系の数値実施例１のレンズ構成図である。図１の構成において視度が−１ディオプターの時の諸収差図である。本発明による接眼光学系の数値実施例２のレンズ構成図である。図３の構成において視度が−１ディオプターの時の諸収差図である。本発明による接眼光学系の数値実施例３のレンズ構成図である。図５の構成において視度が−１ディオプターの時の諸収差図である。本発明による接眼光学系の数値実施例４のレンズ構成図である。図７の構成において視度が−１ディオプターの時の諸収差図である。本発明による接眼光学系の数値実施例５のレンズ構成図である。図９の構成において視度が−１ディオプターの時の諸収差図である。

図１、図３、図５、図７、図９に示す各数値実施例１−５のレンズ構成図において、画像表示素子用のカバーガラスＣＧ１よりも物体側の所定の位置には、図示を省略した液晶表示面が位置しており、この液晶表示面には、電気的な画像信号によって観察対象である物体の画像が表示される。接眼光学系は、この液晶表示面に表示された画像を拡大して観察するためのものである。ＥＰはアイポイントである。

本実施形態の接眼光学系は、図１、図３、図５、図７、図９に示すレンズ構成図に対応した各数値実施例１−５を通じて、物体側から射出瞳側に向かって順に、正単レンズからなり正のパワーを有する第１レンズＬ１と、負単レンズからなり負のパワーを有する第２レンズＬ２と、正単レンズからなり正のパワーを有する第３レンズＬ３とで構成されている。第３レンズＬ３の射出瞳側の面には非球面が形成されている。第１レンズＬ１よりも物体側には、画像表示素子用のカバーガラスＣＧ１が位置しており、第３レンズＬ３よりも射出瞳側には、保護用のカバーガラスＣＧ２が位置している。

物体面に最も近い位置に配置される第１レンズＬ１は、コンデンサーレンズとして機能し、アイポイントに向かう光線がある程度のテレセントリック性を確保する為の正のパワーを持つように設定されている。また、第２レンズＬ２に負のパワーを持たせることで、色収差と像面湾曲（ペッツバールの総和）を良好に補正することが可能になる。さらに、第３レンズＬ３は、レンズ全系の合成の正のパワーを確保し、所定のルーペ倍率となるような強い正のパワーを持つように設定されている。

条件式（１）は、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の各面のパワー配分（パワーバランス）を最適に保つ為の条件式である。上述したように、第１レンズＬ１はコンデンサーレンズとして機能させる為、その正のパワーは比較的弱く、レンズ全系の合成の正のパワーを確保する目的にはあまり寄与していない。レンズ全系の合成の正のパワーを確保するためには、第３レンズＬ３に強い正のパワーを与えることになるが、第２レンズＬ２の入射面と射出面をともに発散面とすると、第３レンズＬ３の正のパワーが強くなりすぎて、たとえ非球面を用いても収差補正が不十分となってしまう。

そこで本実施形態では、第２レンズＬ２の入射面を強い発散面となるように設定し、第２レンズＬ２の射出面を収束面として第３レンズＬ３の正のパワーを補うようなパワーバランスを構成（実現）することで、第３レンズＬ３の正のパワーが強くなりすぎないようにしている。すなわち、第２レンズＬ２の射出面の面パワーを条件式（１）に規定した範囲に設定することで、第２レンズＬ２と第３レンズＬ３の各面のパワー配分（パワーバランス）を最適に保つことができる。よって条件式（１）の上限を超えて第２レンズＬ２の射出面の正の面パワーが弱くなると、第３レンズＬ３の正のパワーが強くなりすぎて、球面収差、コマ収差が増大してしまう。一方、条件式（１）の下限を超えて第２レンズＬ２の射出面の正の面パワーが強くなると、第２レンズＬ２の入射面の発散パワーが強くなりすぎて、コマ収差、非点隔差が増大してしまう。

条件式（２）は、第２レンズＬ２のパワーを規定したものである。条件式（２）を満足するように第２レンズＬ２に適切な負のパワーを与えることで、色収差と像面湾曲を良好に補正することができる。条件式（２）の下限を超えると、第２レンズＬ２のパワーが不足して、色収差と像面湾曲の補正が不十分となってしまう。条件式（２）の上限を超えると、第２レンズＬ２の負のパワーが強くなりすぎて、第３レンズＬ３の正のパワーが相対的に強くなりすぎる結果、球面収差、コマ収差が増大してしまう。

条件式（３）は、強い発散面となる第２レンズＬ２の物体側の面についての条件式である。強い発散面は、特に高次の球面収差、コマ収差、非点隔差を発生しやすいが、面倍率（面の入射と射出の横倍率）とレンズの屈折率のバランスを適切に保つことにより、その発生量を少なく保つことができる。条件式（３）はそのバランスを適切に保つ条件である。

ここで条件式（３）は、その値が１でありかつ第２レンズＬ２が球面形状である場合、第２レンズＬ２の物体側の面がアプラナティック条件を満足するため、球面収差、コマ収差、非点隔差の発生がこの面においてはゼロとなる。条件式（３）は、表現を変えればアプラナティック条件不満足量の限界値を規定するものと言える。よって、この上下限値内に保つことで諸収差を良好に保つことができる。仮に第２レンズＬ２の物体側の面に非球面を形成しても、条件式（３）の上限または下限を外れてアプラナティック条件から大きく離れると、高次の球面収差、コマ収差、非点隔差が増大してしまう。

条件式（４）は、第３レンズＬ３のパワーを規定するものである。第３レンズＬ３は、負のパワーの第２レンズＬ２によって発散された光束を観察者が観察可能な視度（例えば-1Dptr）にするとともに、所定のルーペ倍率を達成するような強い正のパワーを有している。そして第３レンズＬ３は、第２レンズＬ２と合わせて色収差やペッツバールの総和を適切に保つ役割を担っているが、さらに条件式（４）を満たすことでより最適なパワーバランスを保つことができる。よって条件式（４）の上限を超えると、第３レンズＬ３のパワーが不足し、それに伴い第２レンズＬ２の負のパワーも不足する為、色収差やペッツバールの補正が不十分となってしまう。一方、条件式（４）の下限を超えると、第３レンズＬ３のパワーが強くなりすぎて、コマ収差、非点隔差が増大してしまう。

本実施形態の接眼光学系は、第３レンズＬ３の射出瞳側の面に唯一の非球面を形成している（非球面レンズを１枚としている）にもかかわらず、良好な光学性能を得ることができる。しかし、本実施形態の接眼光学系は、非球面レンズを複数枚用いる態様、あるいは、球面レンズを樹脂成形レンズとする態様で実施することも可能である。

次に具体的な数値実施例１−５を示す。諸収差図及び表中において、Ｄ線、Ｇ線、Ｃ線はそれぞれの波長に対する収差、Ｓはサジタル、Ｍはメリディオナル、Rは曲率半径、Dはレンズ厚またはレンズ間隔、N(d)はｄ線に対する屈折率、ν(d)はｄ線に対するアッベ数を示す。長さの単位は[mm]である。
回転対称非球面は次式で定義される。
x=cy²/[1+[1-(1+K)c²y²]^1/2]+A4y⁴+A6y⁶+A8y⁸ +A10y¹⁰+A12y¹²・・・
（但し、cは曲率（１／ｒ）、ｙは光軸からの高さ、Ｋは円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、・・・・・は各次数の非球面係数、ｘはサグ量）

［数値実施例１］
図１−図２と表１−表３は、本発明による接眼光学系の数値実施例１を示している。図１はレンズ構成図、図２は視度が−１ディオプターの時の諸収差図である。表１は面データ、表２は非球面データ、表３は各種データである。

接眼光学系よりも物体側には、図示を省略した液晶表示面が位置しており、この液晶表示面には、電気的な画像信号によって観察対象である物体の画像が表示される。接眼光学系は、この液晶表示面に表示された画像を拡大して観察するためのものである。ＥＰはアイポイントである。

本数値実施例１の接眼光学系は、物体側から射出瞳側に向かって順に、射出瞳側に凸面を向けた正メニスカス単レンズからなり正のパワーを有する第１レンズＬ１と、射出瞳側に凸面を向けた負メニスカス単レンズからなり負のパワーを有する第２レンズＬ２と、両凸正単レンズからなり正のパワーを有する第３レンズＬ３とで構成されている。第３レンズＬ３の射出瞳側の面（第８面）には非球面が形成されている。第１レンズＬ１よりも物体側には、画像表示素子用のカバーガラスＣＧ１が位置しており、第３レンズＬ３よりも射出瞳側には、保護用のカバーガラスＣＧ２が位置している。

（表１）

（表２）
非球面データ
面番号 K A4 A6 A8 A10
8 0.0000 1.09000E-04 1.18700E-06 -9.10600E-09 2.39100E-10
（表３）
各種データ
明るさ絞り（瞳径ER）：第10面 φ10.4
視度：-1.0 Dptr
ｆ（全系の焦点距離）：24.85
ｆ2（第２レンズＬ２の焦点距離）：-20.70
ｆ3（第３レンズＬ３の焦点距離）：16.10
m2a（第２レンズＬ２の物体側の面の面倍率）：0.306
B（射出角）：13.6°
ルーペ倍率：10.1
アイレリーフ：14.000
表示ＬＣＤのサイズ：0.47型横幅×縦幅 9.60×7.20
対角像高：6.00

［数値実施例２］
図３−図４と表４−表６は、本発明による接眼光学系の数値実施例２を示している。図３はレンズ構成図、図４は視度が−１ディオプターの時の諸収差図である。表４は面データ、表５は非球面データ、表６は各種データである。

この数値実施例２のレンズ構成は、数値実施例１のレンズ構成と同様である。

（表４）

（表５）
非球面データ
面番号 K A4 A6 A8 A10
8 0.0000 1.23200E-04 5.30000E-07 8.16000E-09 3.05300E-10
（表６）
各種データ
明るさ絞り（瞳径ER）：第10面 φ10.4
視度：-1.0 Dptr
ｆ（全系の焦点距離）：24.84
ｆ2（第２レンズＬ２の焦点距離）：-22.33
ｆ3（第３レンズＬ３の焦点距離）：16.39
m2a（第２レンズＬ２の物体側の面の面倍率）：0.335
B（射出角）：13.7°
ルーペ倍率：10.1
アイレリーフ：14.000
表示ＬＣＤのサイズ：0.47型横幅×縦幅 9.60×7.20
対角像高：6.00

［数値実施例３］
図５−図６と表７−表９は、本発明による接眼光学系の数値実施例３を示している。図５はレンズ構成図、図６は視度が−１ディオプターの時の諸収差図である。表７は面データ、表８は非球面データ、表９は各種データである。

この数値実施例３のレンズ構成は、数値実施例１のレンズ構成と同様である。

（表７）

（表８）
非球面データ
面番号 K A4 A6 A8
8 0.0000 1.03400E-04 -1.12000E-07 8.07000E-09
（表９）
各種データ
明るさ絞り（瞳径ER）：第10面 φ10.4
視度：-1.0 Dptr
ｆ（全系の焦点距離）：24.45
ｆ2（第２レンズＬ２の焦点距離）：-16.84
ｆ3（第３レンズＬ３の焦点距離）：17.15
m2a（第２レンズＬ２の物体側の面の面倍率）：0.366
B（射出角）：13.8°
ルーペ倍率：10.2
アイレリーフ：14.000
表示ＬＣＤのサイズ：0.47型横幅×縦幅 9.60×7.20
対角像高：6.00

［数値実施例４］
図７−図８と表１０−表１２は、本発明による接眼光学系の数値実施例４を示している。図７はレンズ構成図、図８は視度が−１ディオプターの時の諸収差図である。表１０は面データ、表１１は非球面データ、表１２は各種データである。

この数値実施例４のレンズ構成は、数値実施例１のレンズ構成と同様である。

（表１０）

（表１１）
非球面データ
面番号 K A4 A6 A8 A10
8 0.0000 7.21000E-05 9.85000E-07 -1.60100E-08 2.21300E-10
（表１２）
各種データ
明るさ絞り（瞳径ER）：第10面 φ10.4
視度：-1.0 Dptr
ｆ（全系の焦点距離）：24.53
ｆ2（第２レンズＬ２の焦点距離）：-26.98
ｆ3（第３レンズＬ３の焦点距離）：18.42
m2a（第２レンズＬ２の物体側の面の面倍率）：0.355
B（射出角）：13.6°
ルーペ倍率：10.2
アイレリーフ：14.000
表示ＬＣＤのサイズ：0.47型横幅×縦幅 9.60×7.20
対角像高：6.00

［数値実施例５］
図９−図１０と表１３−表１５は、本発明による接眼光学系の数値実施例５を示している。図９はレンズ構成図、図１０は視度が−１ディオプターの時の諸収差図である。表１３は面データ、表１４は非球面データ、表１５は各種データである。

この数値実施例５のレンズ構成は、以下の点を除き、数値実施例１のレンズ構成と同様である。
（１）正のパワーを有する第１レンズＬ１が両凸正レンズからなる。

（表１３）

（表１４）
非球面データ
面番号 K A4 A6 A8 A10
8 0.0000 1.46200E-04 1.21500E-06 -1.45100E-08 3.65600E-10
（表１５）
各種データ
明るさ絞り（瞳径ER）：第10面 φ10.4
視度：-1.0 Dptr
ｆ（全系の焦点距離）：19.74
ｆ2（第２レンズＬ２の焦点距離）：-15.29
ｆ3（第３レンズＬ３の焦点距離）：15.04
m2a（第２レンズＬ２の物体側の面の面倍率）：0.306
B（射出角）：13.7°
ルーペ倍率：12.7
アイレリーフ：14.000
表示ＬＣＤのサイズ：0.38型横幅×縦幅 7.68×5.76
対角像高：4.80

各数値実施例の各条件式に対する値を表１６に示す。
（表１６）

表１６から明らかなように、数値実施例１〜数値実施例５は、条件式（１）〜（４）を満足しており、諸収差図から明らかなように諸収差は比較的よく補正されている。

Ｌ１正のパワーを有する第１レンズ（正単レンズ）
Ｌ２負のパワーを有する第２レンズ（負単レンズ）
Ｌ３正のパワーを有する第３レンズ（正単レンズ）
ＣＧ１ＣＧ２カバーガラス
ＥＰアイポイント

Claims

物体側から射出瞳側に向かって順に、正単レンズからなり正のパワーを有する第１レンズと、負単レンズからなり負のパワーを有する第２レンズと、正単レンズからなり正のパワーを有する第３レンズとで構成され、次の条件式（１）を満足することを特徴とする接眼光学系。
（１）０．７７＜ｆ（１−Ｌ２ｎ）／Ｌ２ｂ＜１．３５
但し、
ｆ：全系の焦点距離、
Ｌ２ｎ：第２レンズのｄ線に対する屈折率、
Ｌ２ｂ：第２レンズの射出瞳側の面の曲率半径。
請求項１記載の接眼光学系において、次の条件式（２）を満足する接眼光学系。
（２）−１．２＜ｆ２／ｆ＜−０．６５
但し、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
ｆ：全系の焦点距離。
請求項１または２記載の接眼光学系において、次の条件式（３）を満足する接眼光学系。
（３）０．７５＜Ｌ２ｎ²・ｍ２ａ＜１．３５
但し、
Ｌ２ｎ：第２レンズのｄ線に対する屈折率、
ｍ２ａ：第２レンズの物体側の面の面倍率。
請求項１ないし３のいずれか１項記載の接眼光学系において、次の条件式（４）を満足する接眼光学系。
（４）０．６０＜ｆ３／ｆ＜０．７８
但し、
ｆ３：第３レンズの焦点距離、
ｆ：全系の焦点距離。