JP2018124349A - 接眼光学系及びそれを有する観察装置、撮像装置 - Google Patents

接眼光学系及びそれを有する観察装置、撮像装置 Download PDF

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【課題】 アイレリーフが長く、広視野角であり、高い光学性能を有する接眼光学系を提供すること。【解決手段】 物体側から観察側へ順に配置された、正の屈折力の第1レンズL1、負の屈折力の第2レンズL2、正の屈折力の第3レンズL3、正の屈折力の第4レンズL4から構成される接眼光学系において、各レンズの焦点距離及び形状を適切に設定する。【選択図】 図1

Description

本発明は、接眼光学系及びそれを有する観察装置、撮像装置に関し、例えばビデオカメラ、スチルカメラ、放送用カメラに用いられる電子ビューファインダーにおいて、画像表示素子に表示される画像を観察するのに好適なものである。
従来、ビデオカメラや放送用カメラ等の光学機器に用いられる電子ビューファインダーには、カメラ内部に備え付けられた画像表示面に表示した画像を拡大観察するための接眼光学系が備えられている。
近年、撮像装置の高機能化等に伴い、視界が広く、画像を大きく映し出すことのできる電子ビューファインダーが求められている。こうした要望を実現するための方法として、液晶画面等の画像表示面を大きくする方法や、接眼光学系の観察倍率を高くする方法がある。
ここで、画像表示面を大きくするとファインダーの大型化を招くため、ファインダー全体としての小型化を図るためには、接眼光学系の観察倍率を高くすることが好ましい。接眼光学系の観察倍率を高くするためには、接眼光学系における正の屈折力を強くする必要がある。ここで、正レンズのみで接眼光学系を構成すると、軸上色収差や倍率色収差等が多く発生し、これらを補正することが困難となる。このため、接眼光学系の観察倍率を高めつつ、高精細な観察像を得るためには、正レンズに加えて負レンズを用いて接眼光学系を構成することが好ましい。これにより、軸上色収差や倍率色収差が良好に補正された観察像を得ることができる。
また、ユーザがメガネを掛けた状態でも使用できるような、アイレリーフの長いファインダーが求められている。
特許文献1は物体側から観察側へ順に、正の屈折力の第1レンズ、負の屈折力の第2レンズ、正の屈折力の第3レンズ、正の屈折力の第4レンズから構成される接眼光学系を開示している。観察側に配置された2枚の正レンズの屈折力を適切に設定することで観察倍率の向上と視野角の拡大を図っている。
特開2015−75713号公報
特許文献1の接眼光学系は、小型化を実現するために、第1レンズの観察側のレンズ面の曲率半径を短くして、第1レンズと第2レンズの間隔を狭くしている。その結果、第1レンズの出射面において大きく屈折された光線が、第2レンズの入射面において再び大きく屈折されることになり、像面湾曲等の軸外収差が発生しやすい。
本発明は、アイレリーフが長く、広視野角であり、高い光学性能を有する接眼光学系及びそれを有する観察装置、撮像装置を提供することを目的とする。
本発明の接眼光学系は、物体側から観察側へ順に配置された、正の屈折力の第1レンズ、負の屈折力の第2レンズ、正の屈折力の第3レンズ、正の屈折力の第4レンズから構成される接眼光学系であって、前記第3レンズの焦点距離をf3、前記接眼光学系の焦点距離をf、前記第1レンズの観察側のレンズ面の曲率半径をR12、前記第2レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をR21、前記第3レンズの観察側のレンズ面の曲率半径をR32、前記第4レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をR41としたとき、
1.50≦f3/f≦20.00
−15.00≦(R21+R12)/(R21−R12)≦0.00
−3.40≦(R41+R32)/(R41−R32)≦8.00
なる条件式を満足することを特徴とする。
本発明によれば、アイレリーフが長く、広視野角であり、高い光学性能を有する接眼光学系が得られる。
本発明の実施例1の接眼光学系のレンズ断面図である。 本発明の実施例1の接眼光学系の各収差図である。 本発明の実施例2の接眼光学系のレンズ断面図である。 本発明の実施例2の接眼光学系の各収差図である。 本発明の実施例3の接眼光学系のレンズ断面図である。 本発明の実施例3の接眼光学系の各収差図である。 本発明の実施例4の接眼光学系のレンズ断面図である。 本発明の実施例4の接眼光学系の各収差図である。 本発明の実施例5の接眼光学系のレンズ断面図である。 本発明の実施例5の接眼光学系の各収差図である。 本発明の実施例6の接眼光学系のレンズ断面図である。 本発明の実施例6の接眼光学系の各収差図である。 本発明の実施例7の接眼光学系のレンズ断面図である。 本発明の実施例7の接眼光学系の各収差図である。 本発明の撮像装置の要部概略図である。
以下、本発明の接眼光学系及びそれを有する観察装置、撮像装置について添付の図面に基づいて詳細に説明する。本発明の接眼光学系は物体側より観察側(アイポイント側)へ順に配置された、正の屈折力の第1レンズL1、負の屈折力の第2レンズL2、正の屈折力の第3レンズL3、正の屈折力の第4レンズL4から構成される。
図1は、視度−1ディオプター(基準状態)における、実施例1の接眼光学系のレンズ断面図である。図2は、実施例1の接眼光学系の基準状態における収差図である。図3は、視度−1ディオプター(基準状態)における、実施例2の接眼光学系のレンズ断面図である。図4は、実施例2の接眼光学系の基準状態における収差図である。
図5は、視度−1ディオプター(基準状態)における、実施例3の接眼光学系のレンズ断面図である。図6は、実施例3の接眼光学系の基準状態における収差図である。図7は、視度−1ディオプター(基準状態)における、実施例4の接眼光学系のレンズ断面図である。図8は、実施例4の接眼光学系の基準状態における収差図である。
図9は、視度−1ディオプター(基準状態)における、実施例5の接眼光学系のレンズ断面図である。図10は、実施例5の接眼光学系の基準状態における収差図である。図11は、視度−1ディオプター(基準状態)における、実施例6の接眼光学系のレンズ断面図である。図12は、実施例6の接眼光学系の基準状態における収差図である。
図13は、視度−1ディオプター(基準状態)における、実施例7の接眼光学系のレンズ断面図である。図14は、実施例7の接眼光学系の基準状態における収差図である。図15は本発明の接眼光学系を備える撮像装置の要部概略図である。
各実施例の接眼光学系は、例えばデジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置の電子ビューファインダーに用いられる。レンズ断面図において左方は物体(画像表示面)側、右方は観察側である。CGは、接眼光学系を保護するためのカバーガラスである。EPは、ユーザが画像表示素子に表示された像を観察するためのアイポイントである。ここで、画像表示素子から出射された軸外光線が、観察者の瞳を通過することができる範囲で、アイポイントEPを光軸方向に移動させてもよい。
アイレリーフは、接眼光学系の最も観察側のレンズ面からアイポイントEPまでの距離であり、アイレリーフが長いほどユーザによって使い勝手の良い接眼光学系といえる。
各収差図では、ファインダー視度が−1ディオプター(基準状態)であるときに各実施例の接眼光学系において発生する収差を示している。各収差図において、左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、色収差を示している。
球面収差図では、d線(波長587.6nm)、F線(波長486.1nm)に対する球面収差を示している。非点収差図において、dΔS、dΔMはそれぞれ、d線に対するサジタル像面、メリディオナル像面における非点収差を示している。fΔS、fΔMはそれぞれ、F線に対するサジタル像面、メリディオナル像面における非点収差を示している。歪曲収差はd線について示している。色収差図ではF線における色収差を示している。
ここで、正レンズのみで接眼光学系を構成すると、軸上色収差や倍率色収差等が多く発生し、これらを補正することが困難となる。このため、本発明では、正レンズに加えて負レンズを用いて接眼光学系を構成している。
また、アイレリーフが長く、広視野角の接眼レンズの実現を図ると、接眼レンズのレンズ径が増大し、軸外光線が光軸から大きく離れた位置を通過することになり、像面湾曲等の軸外収差が発生しやすくなる。そこで、本発明では接眼光学系を構成する各レンズの形状を適切に設定することで、アイレリーフが長く、像面湾曲等の軸外収差が良好に補正された接眼光学系を実現している。
各実施例の接眼光学系において、以下の条件式を満足することを特徴としている。
1.50≦f3/f≦20.00…(1)
−15.00≦(R21+R12)/(R21−R12)≦0.00…(2)
−3.40≦(R41+R32)/(R41−R32)≦8.00…(3)
ここで、第3レンズL3の焦点距離をf3、接眼光学系全系の焦点距離をf、第1レンズL1の観察側のレンズ面の曲率半径をR12、第2レンズL2の物体側のレンズ面の曲率半径をR21とする。また、第3レンズL3の観察側のレンズ面の曲率半径をR32、第4レンズL4の物体側のレンズ面の曲率半径をR41とする。
条件式(1)は、第3レンズL3の焦点距離f3と、接眼光学系全系の焦点距離fの比を規定した条件式である。条件式(1)の下限値を下回って、第3レンズL3の焦点距離f3が短くなると、第3レンズL3の屈折力が強くなり過ぎる。結果としてアイレリーフを十分に確保することが困難になるため好ましくない。
条件式(1)の上限値を上回って、第3レンズL3の焦点距離f3が長くなると、第3レンズL3の屈折力が弱くなり過ぎる。結果として、接眼光学系全系の屈折力を十分に強められず、観察倍率の向上を実現することが困難になるため好ましくない。
条件式(2)は、第1レンズL1の観察側のレンズ面と第2レンズL2の物体側のレンズ面によって形成される空気レンズの形状を規定した条件式である。条件式(2)の下限値を下回ると、第1レンズL1の観察側のレンズ面と第2レンズL2の物体側のレンズ面の曲率が近くなり過ぎる。接眼光学系の小型化を考慮すると、第1レンズL1と第2レンズL2の間隔が短くなり、第1レンズの出射面において大きく屈折された光線が、第2レンズの入射面において再び大きく屈折される。結果として、像面湾曲等の軸外収差が多く発生するため好ましくない。
条件式(2)の上限値を上回ると、第1レンズL1の観察側のレンズ面に対して第2レンズL2の物体側のレンズ面の曲率半径が長くなり過ぎる。結果として、第2レンズL2の物体側のレンズ面において光線を大きく屈折させることが困難になり、視野角を十分に拡大することが難しくなるため好ましくない。
条件式(3)は、第3レンズL3の観察側のレンズ面と第4レンズL4の物体側のレンズ面によって形成される空気レンズの形状を規定した条件式である。条件式(3)の下限値を下回ると、第3レンズL3の観察側のレンズ面の曲率半径が短くなり過ぎる。結果として、アイレリーフを十分に確保することが困難になるため好ましくない。条件式(3)の上限値を上回ると、第4レンズL4の物体側のレンズ面の曲率半径が長くなり過ぎる。結果として視野角を十分に拡大することが困難になるため、好ましくない。
各実施例の接眼光学系において、条件式(1)乃至(3)を満足するように各レンズの形状を設定することで、アイレリーフが長く、広視野角であり、高い光学性能を有する接眼光学系を得ることができる。
なお、各実施例において、好ましくは条件式(1)乃至(3)の数値範囲を次のようにするのがよい。
1.55≦f3/f≦15.00…(1a)
−12.00≦(R21+R12)/(R21−R12)≦−1.50…(2a)
−2.00≦(R41+R32)/(R41−R32)≦5.00…(3a)
また、更に好ましくは条件式(1)乃至(3)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
1.60≦f3/f≦10.00…(1b)
−10.00≦(R21+R12)/(R21−R12)≦−2.50…(2b)
−1.00≦(R41+R32)/(R41−R32)≦4.00…(3b)
さらに、各実施例において、次の条件式のうち1つ以上を満足することがより好ましい。
0.00<d23/d12≦0.75…(4)
−25.00≦(R32+R31)/(R32−R31)≦0.50…(5)
0.70≦f3/f4≦30.00…(6)
1.45≦Nda≦1.85…(7)
ここで、第1レンズL1と第2レンズL2の光軸上の間隔をd12、第2レンズL2と第3レンズL3の光軸上の間隔をd23、第3レンズL3の物体側のレンズ面の曲率半径をR31、第4レンズL4の焦点距離をf4とする。また、接眼光学系を構成する各レンズの材料の屈折率の平均値をNdaとする。
条件式(4)の上限値を上回って、第1レンズL1と第2レンズL2の光軸上の間隔d12が短くなると、像面湾曲等の軸外収差が多く発生するため好ましくない。また、条件式(4)の上限値を上回って、第2レンズL2と第3レンズL3の光軸上の間隔d23が長くなると、負の屈折力の第2レンズL2と正の屈折力の第3レンズL3による色収差の補正効果を十分に得ることが困難になるため好ましくない。
条件式(5)は、第3レンズL3の形状を規定した条件式である。第3レンズL3の物体側のレンズ面は曲率半径を比較的長くして、色収差の補正を図っている。第3レンズL3の観察側のレンズ面の曲率半径を比較的短くして、第4レンズL4に入射する光線角度を緩くして像面湾曲の低減を図っている。
条件式(5)の下限値を下回ると、第3レンズL3の物体側のレンズ面の曲率と観察側のレンズ面の曲率が近くなり過ぎて、色収差の補正と像面湾曲の低減を両立させることが困難になるため、好ましくない。条件式(5)の上限値を上回ると、第3レンズL3の観察側のレンズ面の曲率半径が短くなり過ぎる。結果として、アイレリーフを十分に確保することが困難になるため好ましくない。
条件式(6)は、第3レンズL3の焦点距離f3と、第4レンズL4の焦点距離f4の比を規定した条件式である。条件式(6)の下限値を下回って、第3レンズL3の焦点距離f3が短くなると、第3レンズL3の屈折力が強くなり過ぎる。結果としてアイレリーフを十分に確保することが困難になるため好ましくない。条件式(6)の上限値を上回って、第4レンズL4の焦点距離f4が長くなると、第4レンズL4の屈折力が弱くなり過ぎる。結果として視野角を十分に拡大することが困難になるため好ましくない。
条件式(7)は、接眼光学系を構成する各レンズの材料の屈折率の平均値Ndaを規定した条件式である。条件式(7)の下限値を下回ると、視野角を十分に拡大することが困難になるため好ましくない。条件式(7)の上限値を上回ると、観察される画像が黄色味を帯びやすくなるため好ましくない。
なお、各実施例において、好ましくは条件式(4)乃至(7)の数値範囲を次のようにするのがよい。
0.00<d23/d12≦0.60…(4a)
−23.00≦(R32+R31)/(R32−R31)≦0.10…(5a)
0.80≦f3/f4≦25.00…(6a)
1.50≦Nda≦1.80…(7a)
また、更に好ましくは条件式(4)乃至(7)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
0.00<d23/d12≦0.50…(4b)
−18.00≦(R32+R31)/(R32−R31)≦0.00…(5b)
0.90≦f3/f4≦20.00…(6b)
1.55≦Nda≦1.75…(7b)
画像表示面に表示される画像を観察する観察装置に各実施例の接眼光学系を用いるときには、次の条件式のうち1つ以上を満足することが好ましい。
0.25≦H/f≦0.55…(8)
0.00<d1/f≦0.80…(9)
ここで、画像表示面の対角長の半分をH、視度−1.0ディオプター(基準状態)における画像表示面から第1レンズL1までの距離をd1とする。
条件式(8)の上限値を上回って画像表示面が大きくなり過ぎると、第1レンズL1に入射する光線の高さが高くなり、第1レンズL1の有効径が増大するため好ましくない。条件式(8)の下限値を下回って画像表示面が小さくなり過ぎると、画像を大きく映し出すために、接眼光学系の拡大倍率を高くする必要が生じる。接眼光学系の拡大倍率を高くするために、接眼光学系の全系の屈折力を強くすると、諸収差を良好に補正することが困難になるため好ましくない。
条件式(9)の上限値を上回って、画像表示面から第1レンズL1までの距離d1が長くなると、第1レンズL1に入射する光線の高さが高くなり、第1レンズL1の有効径が増大するため好ましくない。また、第1レンズL1によって大きく屈折された光線を第2レンズL2によって大きく跳ね上げる必要が生じ、像面湾曲が多く発生するため好ましくない。
なお、各実施例において、好ましくは条件式(8)及び(9)の数値範囲を次のようにするのがよい。
0.30≦H/f≦0.50…(8a)
0.00<d1/f≦0.60…(9a)
また、更に好ましくは条件式(8)及び(9)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
0.35≦H/f≦0.45…(8b)
0.00<d1/f≦0.55…(9b)
次に、本発明の実施例1乃至7にそれぞれ対応する数値実施例1乃至7を示す。各数値実施例において、iは画像表示面側からの光学面の順序を示す。riは第i番目の光学面(第i面)の曲率半径、diは第i面と第i+1面との間の間隔、ndiとνdiはそれぞれd線に対する第i番目の光学部材の材料の屈折率、アッベ数を示す。r1は画像表示面を示す。最も観察側の面は、各実施例の接眼光学系の基準状態におけるアイポイントEPを示す。
また、Kを離心率、A4、A6、A8を非球面係数、光軸からの高さhの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてxとするとき、非球面形状は、
x=(h/R)/[1+[1−(1+K)(h/R)1/2]+A4h+A6h+A8h
で表示される。但しRは近軸曲率半径である。面番号の右側に*を付した面は、非球面であることを示す。また「E−Z」の表示は「10−Z」を意味する。
実施例1の接眼光学系の焦点距離は18.41mm、実施例1の接眼光学系を含むファインダーは、画像表示面の対角長2H=12.5mm、視野角2ω=37.1度である。実施例2の接眼光学系の焦点距離は17.85mm、実施例1の接眼光学系を含むファインダーは、画像表示面の対角長2H=12.5mm、視野角2ω=37.8度である。実施例3の接眼光学系の焦点距離は13.32mm、実施例3の接眼光学系を含むファインダーは、画像表示面の対角長2H=10.0mm、視野角2ω=40.0度である。実施例4の接眼光学系の焦点距離は13.20mm、実施例4の接眼光学系を含むファインダーは、画像表示面の対角長2H=10.0mm、視野角2ω=40.7度である。
実施例5の接眼光学系の焦点距離は22.00mm、実施例5の接眼光学系を含むファインダーは、画像表示面の対角長2H=16.8mm、視野角2ω=40.9度である。実施例6の接眼光学系の焦点距離は19.86mm、実施例6の接眼光学系を含むファインダーは、画像表示面の対角長2H=12.5mm、視野角2ω=34.3度である。実施例7の接眼光学系の焦点距離は15.43mm、実施例7の接眼光学系を含むファインダーは、画像表示面の対角長2H=10.0mm、視野角2ω=34.9度である。
[数値実施例1]
単位 mm
面データ
Figure 2018124349
非球面データ
Figure 2018124349
Figure 2018124349
Figure 2018124349
[数値実施例2]
単位 mm
面データ
Figure 2018124349
非球面データ
Figure 2018124349
Figure 2018124349
Figure 2018124349
[数値実施例3]
単位 mm
面データ
Figure 2018124349
非球面データ
Figure 2018124349
Figure 2018124349
Figure 2018124349
[数値実施例4]
単位 mm
面データ
Figure 2018124349
非球面データ
Figure 2018124349
Figure 2018124349
Figure 2018124349
[数値実施例5]
単位 mm
面データ
Figure 2018124349
非球面データ
Figure 2018124349
Figure 2018124349
Figure 2018124349
[数値実施例6]
単位 mm
面データ
Figure 2018124349
非球面データ
Figure 2018124349
Figure 2018124349
Figure 2018124349
[数値実施例7]
単位 mm
面データ
Figure 2018124349
非球面データ
Figure 2018124349
Figure 2018124349
Figure 2018124349
続いて、各数値実施例における上述した条件式の数値を表1に示す。
Figure 2018124349
次に、各実施例に示した接眼光学系を用いた撮像装置の実施形態について、図15を用いて説明する。撮像光学系101により形成された物体像は、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からの出力信号が画像処理回路103において処理され、画像データが生成される。画像データは、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。ファインダーユニット105は、画像表示素子1051及び各実施例の接眼光学系1052を備える。画像表示素子1051は、液晶表示素子等から構成され、画像処理回路103において生成された画像データに基づいて画像を表示する。
このように本発明の接眼光学系を、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に適用することにより、アイレリーフが長く、広視野角であり、高い光学性能を有する撮像装置を得ることができる。
L1 第1レンズ
L2 第2レンズ
L3 第3レンズ
L4 第4レンズ
CG カバーガラス
EP アイポイント

Claims (9)

  1. 物体側から観察側へ順に配置された、正の屈折力の第1レンズ、負の屈折力の第2レンズ、正の屈折力の第3レンズ、正の屈折力の第4レンズから構成される接眼光学系であって、
    前記第3レンズの焦点距離をf3、前記接眼光学系の焦点距離をf、前記第1レンズの観察側のレンズ面の曲率半径をR12、前記第2レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をR21、前記第3レンズの観察側のレンズ面の曲率半径をR32、前記第4レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をR41としたとき、
    1.50≦f3/f≦20.00
    −15.00≦(R21+R12)/(R21−R12)≦0.00
    −3.40≦(R41+R32)/(R41−R32)≦8.00
    なる条件式を満足することを特徴とする接眼光学系。
  2. 前記第1レンズと前記第2レンズの光軸上の間隔をd12、前記第2レンズと前記第3レンズの光軸上の間隔をd23としたとき、
    0.00<d23/d12≦0.75
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載の接眼光学系。
  3. 前記第3レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をR31としたとき、
    −25.00≦(R32+R31)/(R32−R31)≦0.50
    なる条件式を満足する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。
  4. 前記第4レンズの焦点距離をf4としたとき、
    0.70≦f3/f4≦30.00
    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項に記載の接眼光学系。
  5. 前記接眼光学系を構成する各レンズの材料の屈折率の平均値をNdaとしたとき、
    1.45≦Nda≦1.85
    なる条件式を満足す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。
  6. 画像を表示する画像表示素子と、該画像表示素子の画像表示面に表示される画像を請求項1乃至5のいずれか1項に記載の接眼光学系を用いて観察することを特徴とする観察装置。
  7. 前記画像表示面の対角長の半分をHとするとき、
    0.25<H/f<0.55
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項6に記載の観察装置。
  8. 視度−1.0ディオプターにおける前記画像表示面から前記第1レンズまでの距離をd1としたとき、
    0.00<d1/f≦0.80
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項6または7に記載の観察装置。
  9. 撮像素子と、
    前記撮像素子に物体像を形成する撮像光学系と、
    前記物体像を表示する画像表示素子と、
    前記画像表示素子で表示された画像を観察するために用いられる請求項1乃至5のいずれか1項に記載の接眼光学系を有することを特徴とする撮像装置。
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