JP2018189750A - 接眼光学系及びそれを有する観察装置、撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【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、物体側に凹面を向けたメニスカス形状であり、負の屈折力を有する第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であって、第２レンズＬ２の観察側のレンズ面の曲率半径をＲ２２、第３レンズＬ３の物体側のレンズ面の曲率半径をＲ３１、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としたとき、１．００＜（Ｒ３１＋Ｒ２２）／（Ｒ３１−Ｒ２２）＜４．５０、１．００＜（Ｒ４１＋Ｒ３２）／（Ｒ４１−Ｒ３２）＜４．５０なる条件式を満足する。
【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低減された観察像を得ることができる。

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の接眼光学系では、各レンズ面の曲率半径が最適化されておらず、像面湾曲等の軸外収差が残存しやすい。

本発明は、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、物体側に凹面を向けたメニスカス形状であり、負の屈折力を有する第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２レンズの観察側のレンズ面の曲率半径をＲ２２、前記第３レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をＲ３１、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、
１．００＜（Ｒ３１＋Ｒ２２）／（Ｒ３１−Ｒ２２）＜４．５０
１．００＜（Ｒ４１＋Ｒ３２）／（Ｒ４１−Ｒ３２）＜４．５０
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、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。第２レンズＬ２は、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズである。

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。

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、ΔＳ、ΔＭはそれぞれ、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、視野角の拡大を図ると、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、非点収差や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、広視野角であり、非点収差や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。
１．００＜（Ｒ３１＋Ｒ２２）／（Ｒ３１−Ｒ２２）＜４．５０…（１）
１．００＜（Ｒ４１＋Ｒ３２）／（Ｒ４１−Ｒ３２）＜４．５０…（２）

ここで、第２レンズＬ２の観察側のレンズ面の曲率半径をＲ２２、第３レンズＬ３の物体側のレンズ面の曲率半径をＲ３１、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２レンズＬ２の観察側のレンズ面と第３レンズＬ３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。第２レンズＬ２の観察側のレンズ面の曲率半径Ｒ２２と、第３レンズＬ３の物体側のレンズ面の曲率半径Ｒ３１を適切に設定することで、視野角を拡大しながら倍率色収差を良好に補正することができる。

条件式（１）の下限値を下回ると、第３レンズＬ３の物体側のレンズ面が凸形状となり、軸外光線を十分に跳ね上げることができず、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（１）の上限値を上回ると、第２レンズＬ２の観察側のレンズ面と第３レンズＬ３の物体側のレンズ面の曲率半径が近くなり過ぎる。各実施例の接眼光学系においては、第２レンズＬ２の観察側のレンズ面において発生した倍率色収差を第３レンズＬ３の物体側のレンズ面で適切に補正している。第２レンズＬ２の観察側のレンズ面と第３レンズＬ３の物体側のレンズ面の曲率半径が近くなり過ぎると、倍率色収差の補正バランスが崩れて倍率色収差を適切に補正することが困難になるため好ましくない。

条件式（２）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（２）の下限値を下回ると、第４レンズＬ４の物体側のレンズ面が凸形状となり、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の干渉を避けるために、接眼光学系が光軸方向に大型化するため好ましくない。

条件式（２）の上限値を上回ると、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の曲率半径が近くなり過ぎる。ここで、軸外光線を観察者の瞳に導くため、第３レンズＬ３の観察側のレンズ面の曲率半径は短くなりやすい。そのため、条件式（２）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も短くなり、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。

各実施例の接眼光学系において、条件式（１）及び（２）を満足するように各レンズの形状を適切に設定することで、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）及び（２）の数値範囲を次のようにするのがよい。
１．０１＜（Ｒ３１＋Ｒ２２）／（Ｒ３１−Ｒ２２）＜４．３０…（１ａ）
１．０１＜（Ｒ４１＋Ｒ３２）／（Ｒ４１−Ｒ３２）＜４．００…（２ａ）

また、更に好ましくは条件式（１）及び（２）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
１．０１＜（Ｒ３１＋Ｒ２２）／（Ｒ３１−Ｒ２２）＜４．２０…（１ｂ）
１．０２＜（Ｒ４１＋Ｒ３２）／（Ｒ４１−Ｒ３２）＜３．５０…（２ｂ）

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。
−１．２５＜ｆ１／ｆ２＜−０．５０…（３）
−１．００＜（Ｒ１２＋Ｒ１１）／（Ｒ１２−Ｒ１１）＜−０．４０…（４）
１．６０＜Ｎｄ２＜２．１０…（５）
５．００＜νｄ２＜２３．００…（６）

ここで、第１レンズＬ１の焦点距離をｆ１、第２レンズＬ２の焦点距離をｆ２とする。また、第１レンズＬ１の物体側のレンズ面の曲率半径をＲ１１、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の材料の屈折率をＮｄ２、アッベ数をνｄ２とする。

なお、Ｎｄ２はｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する材料の屈折率を表している。Ｆ線（４８６．１ｎｍ）、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）に対する材料の屈折率をそれぞれＮＦ、ＮＣとするとき、アッベ数νｄは、
νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）
で表される。

条件式（３）は、第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１と、第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２の比を規定した条件式である。条件式（３）の下限値を下回って、第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２が短くなると、第２レンズＬ２の屈折力が強くなり過ぎる。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（３）の上限値を上回って、第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２が長くなると、第２レンズＬ２の屈折力が弱くなり過ぎる。結果として色収差を十分に補正することが困難になるため好ましくない。

条件式（４）は、第１レンズＬ１の形状を規定した条件式である。第１レンズＬ１の物体側のレンズ面は、曲率半径を比較的長くして、像面湾曲等の軸外収差の発生を低減させている。また、第１レンズＬ１の観察側のレンズ面は、観察側の曲率半径を比較的短くすることで、色収差の効果的な補正を図っている。

条件式（４）の下限値を下回ると、第１レンズＬ１の物体側のレンズ面の曲率半径と第１レンズＬ１の観察側のレンズ面の曲率半径が近くなり過ぎて、軸外収差の低減と色収差の補正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（４）の上限値を上回ると、第１レンズＬ１の物体側のレンズ面の曲率半径が短くなり過ぎる。結果として第１レンズＬ１において軸外収差が多く発生するため、好ましくない。

条件式（５）は、第２レンズＬ２の材料の屈折率Ｎｄ２を規定した条件式である。条件式（５）の下限値を下回って屈折率Ｎｄ２が小さくなると、第２レンズＬ２の負の屈折力が弱くなり過ぎて、色収差を十分に補正することが困難になるため、好ましくない。条件式（５）の上限値を上回って屈折率Ｎｄ２が大きくなると、接眼光学系全体としての色収差の補正バランスが崩れやすくなるため好ましくない。

条件式（６）は、第２レンズＬ２の材料のアッベ数νｄ２を規定した条件式である。条件式（６）の下限値を下回ってアッベ数νｄ２が小さくなると、接眼光学系全体としての色収差の補正バランスが崩れやすくなるため好ましくない。条件式（６）の上限値を上回ってアッベ数νｄ２が大きくなると、接眼光学系全体として色収差を十分に補正することが困難になるため好ましくない。

また、第２レンズＬ２の材料は樹脂材料であることが好ましい。特に高分散の樹脂材料を用いることで、色収差を良好に補正することができる。

なお、各実施例において、好ましくは条件式（３）乃至（６）の数値範囲を次のようにするのがよい。
−１．２３＜ｆ１／ｆ２＜−０．６０…（３ａ）
−０．９０＜（Ｒ１２＋Ｒ１１）／（Ｒ１２−Ｒ１１）＜−０．４３…（４ａ）
１．６２＜Ｎｄ２＜２．００…（５ａ）
１０．００＜νｄ２＜２２．７０…（６ａ）

また、更に好ましくは条件式（３）乃至（６）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
−１．２１＜ｆ１／ｆ２＜−０．７０…（３ｂ）
−０．８０＜（Ｒ１２＋Ｒ１１）／（Ｒ１２−Ｒ１１）＜−０．４６…（４ｂ）
１．６３＜Ｎｄ２＜１．８０…（５ｂ）
１２．００＜νｄ２＜２２．５０…（６ｂ）

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、次の条件式を満足することが好ましい。
０．２５＜Ｈ／ｆ＜０．５５…（７）
ここで、画像表示面の対角長の半分をＨとする。

条件式（７）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（７）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。

なお、各実施例において、好ましくは条件式（７）の数値範囲を次のようにするのがよい。
０．２８＜Ｈ／ｆ＜０．５０…（７ａ）

また、更に好ましくは条件式（７）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
０．３１＜Ｈ／ｆ＜０．４５…（７ｂ）

次に、本発明の実施例１乃至５にそれぞれ対応する数値実施例１乃至５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、Ａ１０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^２／Ｒ）／［１＋［１−（１＋Ｋ）（ｈ／Ｒ）^２］^１／２］＋Ａ４ｈ^４＋Ａ６ｈ^６＋Ａ８ｈ^８＋Ａ１０ｈ^１０
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１８．７１ｍｍ、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＝１２．７０ｍｍ、視野角２ω＝３６．９９度である。実施例２の接眼光学系の焦点距離は１８．７１ｍｍ、実施例２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＝１２．７０ｍｍ、視野角２ω＝３６．９９度である。実施例３の接眼光学系の焦点距離は１８．７１ｍｍ、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＝１２．７０ｍｍ、視野角２ω＝３６．８７度である。

実施例４の接眼光学系の焦点距離は１７．３０ｍｍ、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＝１０．２０ｍｍ、視野角２ω＝３２．５９度である。実施例５の接眼光学系の焦点距離は１９．１７ｍｍ、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＝１２．７０ｍｍ、視野角２ω＝３６．４７度である。

［数値実施例１］
単位 ｍｍ
面データ

［数値実施例２］
単位 ｍｍ
面データ

［数値実施例３］
単位 ｍｍ
面データ

［数値実施例４］
単位 ｍｍ
面データ

［数値実施例５］
単位 ｍｍ
面データ

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２１に示す。

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、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、物体側に凹面を向けたメニスカス形状であり、負の屈折力を有する第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２レンズの観察側のレンズ面の曲率半径をＲ２２、前記第３レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をＲ３１、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、
   １．００＜（Ｒ３１＋Ｒ２２）／（Ｒ３１−Ｒ２２）＜４．５０
   １．００＜（Ｒ４１＋Ｒ３２）／（Ｒ４１−Ｒ３２）＜４．５０
   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レンズの焦点距離をｆ１、前記第２レンズの焦点距離をｆ２としたとき、
   −１．２５＜ｆ１／ｆ２＜−０．５０
   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１レンズの物体側のレンズ面の曲率半径をＲ１１、前記第１レンズの観察側のレンズ面の曲率半径をＲ１２としたとき、
   −１．００＜（Ｒ１２＋Ｒ１１）／（Ｒ１２−Ｒ１１）＜−０．４０
   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２レンズの材料の屈折率をＮｄ２としたとき、
   １．６０＜Ｎｄ２＜２．１０
   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. 前記第２レンズの材料のアッベ数をνｄ２としたとき、
   ５．００＜νｄ２＜２３．００
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の接眼光学系。
6. 前記第２レンズは樹脂材料から形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の接眼光学系。
7. 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６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。
8. 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６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。

Images