JP2017219657A - 収差補正板及びそれを有する光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光路中に斜めに挿入された部材によって発生する非点収差とコマ収差を、光束中心から周辺の全域にわたって補正できる、簡易小型な補正光学系を有する光学装置を提供すること。【解決手段】レンズ群Ｌと光束の一部を反射し一部を透過させる光学部材ＨＭを少なくとも１枚有する光学装置であって、前記光学部材はレンズ群の光軸に対して傾いて配置され、前記光学部材の光軸に対する傾きと同方向に傾いた収差補正部材ＣＰを有し、前記収差補正部材ＣＰは、光束入射面と光束射出面とが平行でない楔形状に設定することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、結像レンズ群或いは観察光学系の光軸に対して斜めに配置された部材を有する光学装置に関し、例えば、デジタルスチルカメラ、画像投射装置、電子ビューファインダー、望遠鏡等の光学装置に用いる補正光学系として好適なものである。

従来より、一眼レフカメラや電子ビューファインダーなどの光学装置は、光軸に対して斜めに傾けて配置されたハーフミラーや偏光板などによって、光束の一部を反射し一部を透過させる光学素子を有している。このような光学装置の一例として、図１４に、撮像素子による撮像と眼による観察を同時に行うことが可能な一眼レフカメラの光学系を示す。この光学系では、物体側から撮像レンズ群Ｌを通った光の一部をハーフミラーＨＭにより観察光学系ＦＵに導き、一方で、ハーフミラーＨＭを透過した光を撮像面ＩＰに結像させる構成となっている。

前述の構成する光学系において、ハーフミラーＨＭを透過する光束は撮像面ＩＰに結像させるために収束している。そのためハーフミラーＨＭによって非点収差やコマ収差が発生し、撮像面ＩＰには画面中心から周辺にかけ、画面全域で画質が劣った像が結像される。このような光路中の光軸に対して斜めに配置された部材によって発生するコマ収差や非点収差を補正するために、光路中に補正光学系を配置する構成が知られている（特許文献１及び２）。

特開２００５−２９２６４１号公報 特開昭６２−５６９９２号公報

このような光路中に斜めに挿入された部材によって発生する収差を補正するための光学系は、中心光束の非点収差やコマ収差を補正すると同時に、画面周辺に結像する光束に対しても十分に収差を補正することが重要である。また光路中に補正光学系を挿入する場合、スペースが限られているため、補正光学系は小型であることも重要である。

特許文献１に開示された補正光学系では、光路中に斜めに挿入された部材とは逆の方向に傾けた補正用の平行平板によって、中心光束のコマ収差を補正している。また中心光束の非点収差補正のために円筒レンズを用いている。

しかし、特許文献１の補正光学系は、光路中に斜めに挿入された部材とは逆の方向に傾けた平行平板を用いているため、補正用に多くのスペースを必要とする。また平行平板の他に円筒レンズを用いるため、更なるスペース確保とコスト増加を招く。

特許文献２に開示された光学系では、光路中に斜めに挿入された部材を楔形状にすることで、中心光束のコマ収差と非点収差を補正している。

しかし、この構成では周辺光束に対してはコマ収差も非点収差も十分に補正できず、Ｆナンバーの大きい光学系や撮像面に対して周辺光束が大きな角度で入射する光学系では、周辺解像度の劣化が顕著になる傾向にある。

そこで、本発明は、光路中に斜めに挿入された部材によって発生する非点収差とコマ収差を、光束中心から周辺の全域にわたって補正できる簡易小型な補正光学板を有する光学装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る光学装置は、
レンズ群と光束の一部を反射し一部を透過させる光学部材を少なくとも１枚有する光学装置であって、前記光学部材はレンズ群の光軸に対して傾いて配置され、前記光学部材の光軸に対する傾きと同方向に傾いた収差補正部材を有し、前記収差補正部材は、光束入射面と光束射出面とが平行でない楔形状を有することを特徴とする。

本発明によれば、光路中に斜めに挿入された部材によって発生する非点収差とコマ収差を光束中心から周辺の全域にわたって補正できる、簡易小型な補正光学板を有する光学装置を提供することができる。

本発明の実施例１に係る収差補正板を説明する図 本発明の実施例１において、収差補正板ＣＰを挿入しない場合の諸収差図 本発明の実施例１において、収差補正板ＣＰを挿入した場合の諸収差図 本発明の実施例２に係る収差補正光学板を説明する図 本発明の実施例２において、収差補正板ＣＰを挿入しない場合の諸収差図 本発明の実施例２において、収差補正板ＣＰを挿入した場合の諸収差図 本発明の実施例３に係る収差補正光学板を説明する図 本発明の実施例３において、収差補正板ＣＰを挿入しない場合の諸収差図 本発明の実施例３において、収差補正板ＣＰを挿入した場合の諸収差図 本発明の実施例４に係る収差補正光学板を説明する図 本発明の実施例４において、収差補正板ＣＰを挿入しない場合の諸収差図 本発明の実施例４において、収差補正板ＣＰを挿入した場合の諸収差図 本発明の収差補正板ＣＰを供えた撮像装置の概略図 従来例の光学系を示す構成図

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。

実施例１及び実施例２は本発明の収差補正板ＣＰを有し、撮像素子による撮像と眼による観察を同時に行うことが可能な撮像光学系である。実施例１及び実施例２は物体側から結像面側へ順に、結像レンズ群Ｌ、光軸に対して傾いて配置される収差補正板ＣＰ、光路を２分するためのハーフミラーＨＭ、撮像面ＩＰ、観察光学系ＦＵを有している。観察光学系ＦＵは眼視用の接眼レンズ群ＦＬを有している。

実施例３及び実施例４は本発明の収差補正板を有した観察光学系である。実施例３及び実施例４は眼視用の画像が表示された画像表示素子Ｄ、画像表示素子Ｄを照明するための光源Ｓ、光源Ｓを反射させる偏光板ＰＬ、光軸に対して傾いて配置される収差補正板ＣＰ、接眼レンズ群ＦＬを有する。

各実施例に共通して、本発明の効果を得る上で特徴となる点について、実施例１を例にとって説明する。

[実施例１]
図１は本発明の実施例１における光学系の断面図である。図２は実施例１において、収差補正板ＣＰを挿入しない場合の諸収差図である。図３は実施例１において、収差補正板ＣＰを挿入した場合の諸収差図である。諸収差図のうち非点収差図及び横収差図においてＭ（点線）、Ｓ（実線）はメリディオナル像面及びサジタル像面である。ωは半画角（撮像画角の半分の値）（度）、ＦｎｏはＦナンバーである。

図１において、断面図左の物体側から入射した光束は、撮像レンズ群Ｌ（焦点距離ｆ＝１００ｍｍ）により集光される。収束光は撮像レンズ群Ｌの光軸に対して傾いて配置された収差補正板ＣＰを透過し、光軸に対して−４５度傾いて配置されたハーフミラーＨＭ（厚みｄ＝１．０ｍｍ）により観察光学系ＦＵと撮像面ＩＰに光路が２分される。観察光学系ＦＵに入った光束は接眼レンズ群ＦＬによって眼視できる状態に光束が整えられる。一方でハーフミラーＨＭを透過した収束光は撮像面ＩＰで結像される。

収差補正板ＣＰは収束光がハーフミラーＨＭを透過する際に発生する非点収差やコマ収差を補正している。収差補正板ＣＰの光束入射面(物体側)は光軸に対して−１０．０度、光束射出面(像側)は光軸に対して−１０．５度、それぞれ傾いて配置されている。また、収差補正板ＣＰの光軸から傾ける前の光軸上の厚みは１．０ｍｍであり、この収差補正板ＣＰの屈折率は１．５１６３３である。

収差補正板ＣＰの光束入射面と射出面を平行ではなく角度差をつけた楔形状とすることで、ハーフミラーＨＭで発生するコマ収差を中心から周辺画角全体にわたって良好に補正できる。また収差補正板ＣＰ全体の傾きをハーフミラーＨＭと同じ方向に傾けることで非点収差を全画角にわたって補正できる。また収差補正板ＣＰ全体の傾きをハーフミラーＨＭと同じ方向に傾けることで、収差補正板を挿入することによって光学系が大型化することを防ぐことができる。

図２の実施例１における収差補正板ＣＰを挿入しない場合の諸収差図では、中心画角からコマ収差と非点収差が発生しており、周辺画角になると更に大きな非点収差が発生していることがわかる。これに対して、図３の実施例１における収差補正板ＣＰを挿入した場合の諸収差図では、中心画角から周辺画角にわたって良好にコマ収差や非点収差が補正できていることがわかる。

実施例１において、収差補正板ＣＰの光線入射面と射出面の光軸に対する角度をθ１、θ２、ハーフミラーＨＭの光軸に対する角度をθとしたとき、
０＜｜θ１−θ２｜＜｜θ｜ ・・・（１）
なる条件式を満足している。条件式（１）はハーフミラーＨＭで発生するコマ収差を補正するために、収差補正板の楔形状を規定する式である。

条件式（１）が０になると、収差補正板ＣＰは平行平板となり、コマ収差を補正することができなくなる。条件式（１）の上限を超えると、コマ収差の補正過大と非点収差及び像面湾曲が増大し、好ましくない。また条件式（１）の上限を超えると、収差補正板ＣＰの両面の角度差が大きくなり、形状を確保するために補正板が大型化してしまう。更に好ましくは、条件式（１）は以下の範囲の如く設定することが良い。
０＜｜θ１−θ２｜＜４５ ・・・（１ａ）
また更に好ましくは、条件式（１ａ）は以下の範囲の如く設定することが良い。
０＜｜θ１−θ２｜＜１０ ・・・（１ｂ）
実施例１において、収差補正板は次の条件式を満たしている。
０＜｜（θ１＋θ２）／２｜ ＜｜θ｜ ・・・（２）
条件式（２）はハーフミラーＨＭで発生する非点収差及び像面湾曲を補正するために、収差補正板の傾き角度を規定する式である。

条件式（２）が下限値を超えると、収差補正板の傾きがハーフミラーＨＭに対して反対側に傾くため、非点収差や像面湾曲を補正ではなく増大させてしまう。条件式（２）が上限値を超えると、収差補正板ＣＰの傾きがハーフミラーＨＭの傾きより大きくなり、中心画角と周辺画角のコマ収差補正を両立させることが難しくなる。

また更に好ましくは、条件式（２ａ）は以下の範囲の如く設定することが良い。
０＜｜（θ１＋θ２）／２｜＜４５ ・・・（２ａ）
また更に好ましくは、条件式（２ｂ）は以下の範囲の如く設定することが良い。
５＜｜（θ１＋θ２）／２｜＜４５ ・・・（２ｂ）
実施例１において、ハーフミラーＨＭの厚みをｄ、屈折率をｎ、収差補正板ＣＰの光軸から傾ける前の光軸上の厚みをｄ’、屈折率をｎ’としたとき、
０．１＜｜ｎ’ｄ’／ｎｄ｜＜１０ ・・・（３）
なる条件式を満足している。

条件式（３）はハーフミラーＨＭで発生するコマ収差と非点収差を適切に補正するために、収差補正板ＣＰの厚みと屈折率を適切に定める条件式である。条件式（３）が下限値を超えると、収差補正板ＣＰの厚みがハーフミラーＨＭに対して薄くなりすぎ、十分な収差補正効果が得られない。また収差補正板ＣＰが薄くなりすぎると、入射面と射出面に角度を付けにくくなり、コマ収差補正効果を得ることが困難になる。条件式（３）が上限値を超えると、中心画角と周辺画角のコマ収差補正を同時に行うことが困難となる。また収差補正板の厚みも増し、光学系の全長が伸びてしまい、好ましくない。

更に好ましくは、条件式（３）は以下の範囲の如く設定することが良い。

０．２＜｜ｎ’ｄ’／ｎｄ｜＜８ ・・・（３ａ）
更に好ましくは、条件式（２）は以下の範囲の如く設定することが良い。

０．３＜｜ｎ’ｄ’／ｎｄ｜＜５ ・・・（３ｂ）
以上のように、本実施例によれば、光路中に斜めに挿入された部材によって発生する非点収差とコマ収差を光束中心から周辺の全域にわたって補正できる簡易小型な収差補正板が得られる。

以下、本発明の他の実施例について説明する。他の実施例に対しても前述した各条件式を満足している。このため、上記条件式に関する説明は省略する。

［実施例２］
図４は本発明の実施例２における光学系の断面図である。図５は実施例２において、収差補正板ＣＰを挿入しない場合の諸収差図である。図６は実施例２において、収差補正板ＣＰを挿入した場合の諸収差図である。

実施例２は実施例１と同様の構成であり、撮像素子による撮像と眼による観察を同時に行うことが可能な撮像光学系に、本発明の収差補正板ＣＰを挿入した例である。結像レンズ群Ｌの焦点距離ｆは５０ｍｍであり、ハーフミラーＨＭの厚みは２．０ｍｍである。

実施例２は実施例１に比べて、結像レンズ群Ｌの焦点距離ｆが短く、ハーフミラーＨＭの厚みも厚い。そのため図５において、収差補正板ＣＰを挿入しない場合の諸収差は、実施例１の収差補正板ＣＰをいれない場合(図２参照)に比べて大きな非点収差が発生している。ハーフミラーＨＭで発生した収差を補正するために、収差補正板ＣＰの光束入射面(物体側)は光軸に対して−１７．０度、光束射出面は光軸に対して−１７．８度、それぞれ傾いて配置されている。また、収差補正板ＣＰの光軸から傾ける前の光軸上の厚みは１．０ｍｍであり、実施例１の収差補正板の厚みと同じである。

収差補正板ＣＰの屈折率は２．０００００である。実施例２では、実施例１と同じ収差補正板ＣＰの厚みでも、収差補正板ＣＰの屈折率を上げ、傾斜角度を実施例１よりも更に大きくすることで、中心画角から周辺画角にかけて収差を良好に補正している（図６）。

［実施例３］
図７は本発明の実施例３における光学系の断面図である。図８は実施例３において、収差補正板ＣＰを挿入しない場合の諸収差図である。図９は実施例３において、収差補正板ＣＰを挿入した場合の諸収差図である。図８及び図９の諸収差図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。

図７において、断面図左側が物体側（画像表示素子側）、右側が射出側（観察者側）である。画像表示素子Ｄから射出された光束は偏光板ＰＬと収差補正板ＣＰを透過した後、接眼レンズ群ＦＬ（焦点距離ｆ＝１３．３ｍｍ）により眼の瞳位置であるアイポイントＥＰへ導かれる。光源Ｓは画像表示素子を照明するためのものであり、光源Ｓから発せられた光束は、光軸に対して−４５度傾いて配置された偏光板ＰＬによって反射され画像表示素子Ｄへ導かれる。偏光板ＰＬの厚みはｄ＝０．３ｍｍ、屈折率ｎ＝１．５１６３３である。

図７において、収差補正板ＣＰは、発散光束が偏光板ＰＬを透過する際に発生する非点収差やコマ収差を補正している。収差補正板ＣＰの物体側面は光軸に対して−１０．０度、射出側面は光軸に対して−９．０度、それぞれ傾いて配置されている。また、収差補正板ＣＰの光軸から傾ける前の光軸上の厚みは０．３ｍｍであり、この収差補正板ＣＰの屈折率は１．５１６３３である。

図８の実施例３における収差補正板ＣＰを挿入しない場合の諸収差図では、中心画角からコマ収差と非点収差が発生しており、周辺画角になると更に大きな非点収差が発生していることがわかる。これに対して、図９の実施例３における収差補正板ＣＰを挿入した場合の諸収差図では、中心画角から周辺画角にわたって良好にコマ収差や非点収差が補正できていることがわかる。

［実施例４］
図１０は本発明の実施例４における光学系の断面図である。図１１は実施例４において、収差補正板ＣＰを挿入しない場合の諸収差図である。図１２は実施例４において、収差補正板ＣＰを挿入した場合の諸収差図である。図１１及び図１２の諸収差図はファインダー視度が−１ディオプターである場合を示している。

実施例４は実施例３と同様の構成であり、撮像素子による撮像と眼による観察を同時に行うことが可能な接眼光学系に、本発明の収差補正板ＣＰを挿入した例である。

実施例４は実施例３に対して、偏光板ＰＬが平行平板ではなく曲率（Ｒ＝−１０ｍｍ）を持っていることが異なる。また、偏光板ＰＬの厚みはｄ＝０．１５ｍｍ、屈折率は１．５１６３３である。また、接眼レンズＦＬの焦点距離はｆ＝１３．３ｍｍである。

実施例４は実施例３に対し、偏光板ＰＬが曲率をもっているため、各画角で発生する非点収差やコマ収差の量が大きく異なっていることがわかる（図１１参照）。偏光板ＰＬで発生した収差を補正するために、収差補正板ＣＰの物体側は光軸に対して−１３．０度、光束射出側は光軸に対して−１４．４度、それぞれ傾いて配置されている。また、収差補正板ＣＰの光軸から傾ける前の光軸上の厚みは０．５ｍｍであり、この収差補正板ＣＰの屈折率は１．５１６３３である。図１２において、収差補正板ＣＰにより、中心画角、周辺画角ともにコマ収差や非点収差が良好に補正されていることがわかる。各数値実施例における前述した条件式との対応を表１に示す。

次に各実施例に示したような補正光学系を用いたファインダーを搭載したデジタルスチルカメラの実施形態を図１３を用いて説明する。

図１３において、２０はカメラ本体、２１は撮影光学系である。２２はカメラ本体に内蔵され、撮影光学系２１によって形成された被写体像を受光するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子（光電変換素子）である。２３は固体撮像素子２２によって光電変換された被写体像に対応する情報を記録するメモリである。２４は反射型液晶ディスプレイや光源、偏光板、接眼レンズ等によって構成され、固体撮像素子２２条に形成された被写体像を観察するためのファインダーである。

Ｌ 結像レンズ群、ＦＬ 接眼レンズ群、ＦＵ 観察光学系、ＨＭ ハーフミラー、
ＩＰ 撮像面、ＣＰ 収差補正板、Ｓ 光源、ＰＬ 偏光板、ＥＰ アイポイント、
Ｄ 画像表示装置

Claims (6)

1. レンズ群と光束の一部を反射し一部を透過させる光学部材を少なくとも１枚有する光学装置であって、前記光学部材はレンズ群の光軸に対して傾いて配置され、前記光学部材の光軸に対する傾きと同方向に傾いた収差補正部材を有し、前記収差補正部材は、光束入射面と光束射出面とが平行でない楔形状を有することを特徴とする収差補正板及びそれを有する光学装置。
2. 前記収差補正板の光束入射側の光軸に対する角度をθ１、光束射出側の光軸に対する角度をθ２とし、前記の光束の一部を反射し一部を透過させる光学部材の光軸に対する角度をθとしたとき、
   ０＜｜θ１−θ２｜＜｜θ｜
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の収差補正板。
3. 光束入射側の光軸に対する角度をθ１、光束射出側の光軸に対する角度をθ２とし、前記の光束の一部を反射し一部を透過させる光学部材の光軸に対する角度をθとしたとき、
   ０＜｜（θ１＋θ２）／２｜＜θ
   を満たすことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の収差補正板。
4. 前記収差補正部材を光軸から傾ける前の光軸上の厚みをｄ’、屈折率をｎ’、前記の光束の一部を反射し一部を透過させる光学部材の厚みをｄ、屈折率をｎとしたとき、
   ０．１＜｜ｎ’ｄ’／ｎｄ｜＜１０
   を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の収差補正板及びそれを有する光学装置。
5. 前記収差補正部材は前記レンズ群と前記の光束の一部を反射し一部を透過させる光学部材の間に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の収差補正光学板及びそれを有する光学装置。
6. 前記レンズ群は眼視用の接眼光学系であって、前記接眼光学系の観察側に画像表示面と前記画像表示面を照射する光源を有し、前記光源を反射し前記画像表示面へと光束を導く光学部材を有し、前期画面表示面と前記接眼光学系の間に前記収差補正板を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の収差補正板及びそれを有する光学装置。