JP3656081B2

JP3656081B2 - ファインダ光学系

Info

Publication number: JP3656081B2
Application number: JP26269896A
Authority: JP
Inventors: 弘向井; 滋人大森
Original assignee: コニカミノルタフォトイメージング株式会社
Priority date: 1996-10-03
Filing date: 1996-10-03
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2016-10-03
Also published as: JPH10104533A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファインダ光学系に関するものであり、更に詳しくは、カメラに用いられるケプラー型実像ファインダ光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、対物光学系と接眼光学系とから成り、回折光学面を用いて色収差の補正を行うファインダ光学系が知られている。例えば、米国特許第５，０４４，７０６号では、対物光学系に回折光学面を有するファインダ光学系が提案されており、米国特許第５，４４６，５８８号では、接眼光学系に回折光学面を有するファインダ光学系が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記いずれの従来例においても、回折光学面を有するレンズのパワーがファインダ光学系全体に対して相対的に強くなっており、回折光学面は単に色収差の補正に利用されているにすぎない。本発明者らは、以下に述べるファインダ光学系の問題点を解決する手段として、回折光学面を有するレンズのパワーに着目した。
【０００４】
一般に、ファインダ光学系をカメラに搭載する場合には、保護ガラス等の外装部材がファインダ光学系の前後に配置されて、カメラのファインダ接眼窓やファインダ対物窓等として使用される。ファインダ光学系の一部をカメラの外装部分に直接取り付けることができれば、上記保護ガラス等の外装部材が不要になるため、その分カメラを低コスト化することができる。しかし、ファインダ光学系のような光学部材を外装部材等の構造部材に直接取り付けることは、次のような理由で問題がある。
【０００５】
光学部材の取り付け誤差の感度は、構造部材の取り付け誤差の感度に比べて、はるかに高い。このため、光学部材にとって許容可能な取り付け精度のレベルは、構造部材にとって許容可能な取り付け精度のレベルに比べて、はるかに高くなる。したがって、カメラの外装部分や変形しやすい部分のように許容可能な取り付け精度のレベルが低い部分に、高い取り付け精度が要求される光学部材を直接取り付けると、所望の光学性能が得られなくなるのである。
【０００６】
取り付けられる光学部材のパワーが強いほど、取り付け誤差の感度が高くなるため、取り付けられる光学部材に要求される取り付け精度も高くなる。前述した従来例に用いられている回折光学面を有するレンズは、強いパワーを有しているため、かなり高い取り付け精度が要求される。したがって、回折光学面によって色収差を良好に補正したとしても、許容可能な取り付け精度のレベルが低い部分にレンズを取り付ければ、当然、光学性能は大幅に劣化してしまう。
【０００７】
前記許容可能な取り付け精度のレベルが低い部分に対して、回折光学面を有するレンズを取り付けることができれば、色収差の補正だけでなくカメラの部品点数の削減も可能となる。この部品点数の削減は、カメラの低コスト化を図る上で有効である。そこで、本発明者らは、回折光学面を有するレンズのパワーが、従来のファインダ光学系に用いられているものほど強くなくても、その色収差補正能を保つことができるならば、上記許容可能な取り付け精度のレベルが低い部分に対して、回折光学面を有するレンズを取り付けることができると考えた。
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、回折光学面を有するレンズによって、色収差の補正とカメラの部品点数の削減とを同時に達成することができるケプラー型実像ファインダ光学系を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、第１の発明のファインダ光学系は、回折光学面を有するレンズを接眼光学系に備えたケプラー型実像ファインダ光学系であって、次の条件式(1)を満足することを特徴とする。
0.01＜｜φDOE／φe｜＜0.16 …(1)
ただし、
φDOE：回折光学面を有するレンズの屈折光学面と回折光学面との合成パワー、
φe ：接眼光学系全体の屈折光学面と回折光学面との合成パワー
である。
【００１０】
第２の発明のファインダ光学系は、回折光学面を有するレンズを対物光学系に備えたケプラー型実像ファインダ光学系であって、次の条件式(2)を満足することを特徴とする。
0.01＜｜φDOE／φo｜＜0.16 …(2)
ただし、
φDOE：回折光学面を有するレンズの屈折光学面と回折光学面との合成パワー、
φo ：対物光学系全体の屈折光学面と回折光学面との合成パワー
である。
【００１１】
第３の発明のファインダ光学系は、第１又は第２の発明の構成において、前記回折光学面を有するレンズがカメラの外装部材であることを特徴とする。カメラの外装部材とは、例えば、ファインダ接眼窓やファインダ対物窓に使用される保護ガラスである。また、第１〜第３の発明に係るファインダ光学系が使用されるカメラは、銀塩撮影用のカメラに限らず、例えば、デジタルカメラであってもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施したケプラー型実像ファインダ光学系を、図面を参照しつつ説明する。図１は、第１の実施の形態を構成する接眼光学系のレンズ配置及び光路を示すレンズ構成図であり、図３は、第２の実施の形態に係るファインダ光学系のレンズ配置及び光路を示すレンズ構成図である。図１，図３に示す各実施の形態に係るレンズ構成を、以下に挙げるコンストラクションデータで更に詳細に示す。なお、第１の実施の形態における条件式(1)の対応値と第２の実施の形態における条件式(2)の対応値を、コンストラクションデータと併せて示す。
【００１３】
第１の実施の形態のコンストラクションデータにおいて、Si(i=0,1,2,...)は瞳(ＳＥ)S0側から数えてi番目の面であり、ri(i=0,1,2,...)は瞳S0側から数えてi番目の面Siの曲率半径を示しており、di(i=0,1,2,...)は瞳S0側から数えてi番目の軸上面間隔を示している。また、Ni(i=1,2)は、瞳S0側から数えてi番目の第ｉレンズＧｉのｅ線に対する屈折率(Ｎe)を示しており、νi(i=1,2)は、瞳S0側から数えてi番目の第ｉレンズＧｉのｄ線に対するアッベ数(νd)を示している。
【００１４】
第２の実施の形態のコンストラクションデータにおいて、Si(i=1,2,...)は被写体側から数えてi番目の面であり、ri(i=1,2,...)は被写体側から数えてi番目の面Siの曲率半径を示しており、di(i=1,2,...)は被写体側から数えてi番目の軸上面間隔を示している。また、Ni(i=1,2,...)は、被写体側から数えてi番目の第ｉレンズＧｉのｅ線に対する屈折率(Ｎe)を示しており、νi(i=1,2,...)は、被写体側から数えてi番目の第ｉレンズＧｉのｄ線に対するアッベ数(νd)を示している。
【００１５】
*印が付された面Siは、非球面で構成された面であることを示し、非球面の面形状を表わす次の式(AS)で定義されるものとする。
【００１６】
【数１】

【００１７】
ただし、式(AS)中、
Y :光軸方向の基準面からの変位量、
X :光軸に対して垂直な方向の高さ、
C :近軸曲率、
ε:２次曲面パラメータ、
Ai:i次式の非球面係数
である。
【００１８】
[DOE]印が付された面Siは、屈折光学面に回折光学面が形成された面であることを示し、回折光学面のピッチを決める位相形状を表す次の式(DS)で定義されるものとする。
【００１９】
【数２】

【００２０】
ただし、式(DS)中、
ψ(H):回折光学面の位相関数、
Ci :2i次の回折光学面の位相関数係数、
H :光軸に対して垂直な方向の高さ、
λ0 :設計基準波長(=546.07×10^-6mm)
である。
【００２１】

【００２２】
〈非球面係数〉
S3：ε=1.00，A4=-3.08×10^-5
【００２３】
〈回折光学面の位相関数係数〉
S2：C1=-4.97×10^-4
【００２４】
〈条件式(1)の対応値〉
｜φDOE／φe｜=0.071
【００２５】

【００２６】

【００２７】
〈回折光学面の位相関数係数〉
S2：C1=-3.68×10^-3
【００２８】
〈条件式(2)の対応値〉
｜φDOE／φo｜=0.155
【００２９】
第１の実施の形態を構成する接眼光学系は、瞳ＳＥ側から順に、平板状の第１レンズＧ１と、物面ＳＯ側に凸の正メニスカスレンズから成る第２レンズＧ２との２枚で構成されている。第１レンズＧ１の物面ＳＯ側の面は回折光学面であり、第２レンズＧ２の瞳ＳＥ側の面は非球面である。
【００３０】
第１の実施の形態の特徴は、回折光学面を有する第１レンズＧ１を接眼光学系に備え、次の条件式(1)を満たした点にある。
0.01＜｜φDOE／φe｜＜0.16 …(1)
ただし、
φDOE：回折光学面を有する第１レンズＧ１の屈折光学面と回折光学面との合成パワー、
φe ：接眼光学系全体の屈折光学面と回折光学面との合成パワー
である。
【００３１】
第２の実施の形態に係るファインダ光学系は、被写体側から順に、瞳ＳＥ側に凸の平凸レンズから成る第１レンズＧ１と、瞳ＳＥ側に凸の平凸レンズから成る第２レンズＧ２と、両凸の正レンズから成る第３レンズＧ３と、両凸の正レンズから成る第４レンズＧ４と、の４枚で構成されている。第１レンズＧ１の瞳ＳＥ側の面は非球面上に回折光学面が形成された面であり、第２レンズＧ２の両面と第３，第４レンズＧ３，Ｇ４の被写体側の面は非球面である。対物光学系は第１，第２レンズＧ１，Ｇ２の２枚から成っており、接眼光学系は第３，４レンズＧ３，Ｇ４の２枚から成っている。
【００３２】
第２の実施の形態の特徴は、回折光学面を有する第１レンズＧ１を対物光学系に備え、次の条件式(2)を満たした点にある。
0.01＜｜φDOE／φo｜＜0.16 …(2)
ただし、
φDOE：回折光学面を有する第１レンズＧ１の屈折光学面と回折光学面との合成パワー、
φo ：対物光学系全体の屈折光学面と回折光学面との合成パワー
である。
【００３３】
通常の屈折光学面のみから成るレンズのアッベ数が２０〜８０程度であるのに対し、回折光学面のアッベ数は−３．４５である。このように回折光学面は非常に小さい負のアッベ数を有するため、回折光学面のパワーは小さくても、屈折光学面で発生した色収差を回折光学面で補正することができる。具体的には、ファインダ光学系全体の屈折光学面と回折光学面との合成パワーに対して、回折光学面のパワーが５〜１０％程度であれば、屈折光学面で発生した色収差を補正することができる。
【００３４】
上記のように、第１の実施の形態では接眼光学系に、第２の実施の形態では対物光学系に、回折光学面を有する第１レンズＧ１が設けられている。そして、いずれの実施の形態に用いられている第１レンズＧ１も、ほぼ回折作用によるパワーのみの小さい合成パワーφDOEを有しており、屈折作用によるパワーと回折作用によるパワーとを合成したパワーφDOEが、第１の実施の形態では条件式(1)を満たし、第２の実施の形態では条件式(2)を満たす、弱いものとなっている(つまり、第１レンズＧ１は前述の従来例に比べてはるかに弱いパワーを有している。)。
【００３５】
第１レンズＧ１のパワーφDOEに関する｜φDOE／φe｜又は｜φDOE／φo｜が０．１６未満であるため、第１レンズＧ１の取り付け誤差の感度は他のレンズの取り付け誤差の感度に比べて低くなる。このため、第１レンズＧ１にとって許容可能な取り付け精度のレベルは、他のレンズにとって許容可能な取り付け精度のレベルに比べて低くなる。したがって、許容可能な取り付け精度のレベルが低い部分(例えば、カメラの外装部分や変形しやすい部分)に第１レンズＧ１を直接取り付けても、第１レンズＧ１の位置ズレ(例えば、偏心，チルト)が像に与える影響(例えば、やぶにらみ)は小さいものとなる。
【００３６】
また、第１レンズＧ１と他のレンズとのパワー関係から、第１レンズＧ１のパワーφDOEが小さくなれば、他のレンズのパワーは逆に大きくなる。その結果、他のレンズの位置ズレによるやぶにらみ発生量は大きくなる。この両者のバランスを考慮すると、第１レンズＧ１のパワーφDOEに関する｜φDOE／φe｜又は｜φDOE／φo｜は０．０１を超えることが必要である。
【００３７】
上記２つの観点から、第１レンズＧ１のパワーφDOEが条件式(1)又は(2)を満たすと、所望の光学性能を得ることが可能となる。なお、「やぶにらみ」とは、レンズの中心軸が光学系全体の光軸からずれることによって、ファインダで観察されるエリアが横にずれる現象をいう。
【００３８】
以上のように、第１レンズＧ１の回折光学面によって色収差を補正すると同時に、第１レンズＧ１が条件式(1)又は(2)を満たすことによって、その色収差補正能を保持しつつ、許容可能な取り付け精度のレベルが低い部分(例えば、カメラの外装部分)に対して第１レンズＧ１を取り付けることが可能となる。例えば、ファインダ接眼窓等に使用される保護ガラスとして、第１レンズＧ１をカメラの外装部分に用いれば、カメラの部品点数を削減することができるため、カメラの低コスト化を達成することが可能となる。また、回折光学面による色収差補正能が保持されるため、屈折光学面のみから成る分散能の大きな負レンズを省略することも可能となる。
【００３９】
接眼光学系の第１レンズＧ１が条件式(1)の範囲を外れたり、対物光学系の第１レンズＧ１が条件式(2)の範囲を外れたりすると、第１レンズＧ１にとって許容可能な取り付け精度のレベルが、他のレンズにとって許容可能な取り付け精度のレベルに近づいてしまう。その結果、第１レンズＧ１の位置ズレが像に与える影響が大きくなるため(例えば、やぶにらみ発生量の増大)、所望の光学性能を得ることが困難になる。
【００４０】
図２，図４に、第１，第２の実施の形態において、条件式(1)，(2)で規定される第１レンズＧ１のパワー比を変化させたときのシミュレーション結果を示す。図２は、第１の実施の形態の接眼光学系における、第１レンズＧ１のパワー比(φDOE／φe)と、第１レンズＧ１又は第２レンズＧ２のシフト(光軸に対して垂直方向の偏心移動)によるやぶにらみ発生量と、の関係を示すグラフである。図４は、第２の実施の形態の対物光学系における、第１レンズＧ１のパワー比(φDOE／φo)と、第１レンズＧ１又は第２レンズＧ２のシフト(光軸に対して垂直方向の偏心移動)によるやぶにらみ発生量と、の関係を示すグラフである。図２，図４のグラフにおいて、横軸は第１レンズＧ１のパワー比(図２ではφDOE／φe、図４ではφDOE／φo)を示し、縦軸はやぶにらみ発生量(角度単位:分)を示す。
【００４１】
第１レンズＧ１のシフト量を０．３ｍｍとした。これは、一般的な構造部材(例えば、光学部材を保持する部材)にとって許容可能な取り付け精度のレベル(言い換えれば、メカの組立精度)である。一方、第２レンズＧ２のシフト量を０．０５ｍｍとした。これは、一般的な光学部材にとって許容可能な取り付け精度(言い換えれば、光学要素を位置決めするための組立・調整精度)のレベルである。
【００４２】
図２，図４から分かるように、第１レンズＧ１のパワー比を０．１５程度にすれば、第１レンズＧ１のシフトによるやぶにらみ発生量が、第２レンズＧ２のシフトによるやぶにらみ発生量とほぼ同じになる。つまり、第１レンズＧ１のシフトによるやぶにらみ発生量と第２レンズＧ２のシフトによるやぶにらみ発生量とが、第１の実施の形態ではほぼ同じ２分となり、第２の実施の形態ではほぼ同じ８分となる。
【００４３】
したがって、第１の実施の形態では、取り付け誤差によって生じるやぶにらみ発生量を２分まで許容すれば、構造部材にとって許容可能な取り付け精度のレベルで、第１レンズＧ１の取り付けを行うことが可能となる。また、第２の実施の形態では、取り付け誤差によって生じるやぶにらみ発生量を８分まで許容すれば、構造部材にとって許容可能な取り付け精度のレベルで、第１レンズＧ１の取り付けを行うことが可能となる。
【００４４】
ガラスレンズ面上に樹脂成形された回折光学素子を貼り付けることによって、回折光学面を有するレンズ(第１，第２の実施の形態では第１レンズＧ１)を製造する場合、ガラスレンズのみのパワー及び回折光学面のみのパワーをいずれも小さくすることが望ましい。各パワーがいずれも小さければ、両者の位置ズレによる像への悪影響が小さくなるため、貼り付け加工時に高い位置精度が必要でなくなる。
【００４５】
また、回折光学面を有するレンズ(第１，第２の実施の形態では第１レンズＧ１)をプラスチックモールド成形や射出成形で製造する場合、屈折光学面のパワーを小さくすることが望ましい。屈折光学面のパワーが小さければ、屈折光学面の曲率半径が大きくなるため、その屈折光学面を形成するための金型において、その屈折光学面上に形成される回折格子形状に対するプラスチック樹脂の入り込みが良好になる。したがって、回折格子形状の完成度が増すため、回折効率が理論値付近まで向上し、像に対するフレアが軽減されることになる。
【００４６】
第２の実施の形態のように、非球面形状を有する屈折光学面に回折光学面を設けることが望ましい。回折光学面のパワーのみでも非球面的効果は得られるが、回折光学面が設けられる屈折光学面(ベース面)が球面であると、色による球面収差，コマ収差が発生する。非球面上に回折光学面を設けると、非球面によって基本的な球面収差を補正し、その上の回折光学面によって色の補正を行うことができる。また、例えば、機械加工で回折光学面を形成する場合に、非球面形状と回折光学面の形状とを同時に加工することができるため、製造工程を短縮するとともに高精度の加工を行うことができる。
【００４７】
図５に、第２の実施の形態に係るファインダ光学系が搭載されたカメラの外観を示す。ファインダ対物窓１に使用されている保護ガラスが、第１レンズＧ１である。第１の実施の形態をカメラに搭載する場合には、ファインダ接眼窓の保護ガラスとして第１レンズＧ１を使用すればよい。いずれの場合においても、回折光学面を有する第１レンズＧ１をカメラの外装部材として使用することにより、ファインダ接眼窓，ファインダ対物窓等に使用される保護ガラス等の外装部材が不要になり、その分カメラの低コスト化が達成される。なお、カメラは、銀塩撮影用のカメラに限らず、例えば、デジタルカメラであってもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように第１又は第２の発明によれば、回折光学面によって色収差が補正され、さらに、回折光学面を有するレンズが条件式(1)又は(2)を満たしているため、その色収差補正能を保持しつつ、許容可能な取り付け精度のレベルが低い部分(例えば、カメラの外装部分，変形しやすい部分)に対して回折光学面を有するレンズを取り付けることによって、カメラの部品点数を削減することが可能になる。そして、カメラの部品点数の削減により、カメラの低コスト化を達成することができる。また、回折光学面による色収差補正能が保持されるため、屈折光学面のみから成る分散能の大きな負レンズを省略することが可能になるという効果もある。
【００４９】
第３の発明によれば、回折光学面を有するレンズがカメラの外装部材であるため、ファインダ接眼窓，ファインダ対物窓等に使用される保護ガラス等の外装部材が不要になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を構成する接眼光学系の光学配置及び光路を示すレンズ構成図。
【図２】第１の実施の形態において、レンズシフトによるやぶにらみ発生量に対する第１レンズＧ１のパワー比の影響を示すグラフ。
【図３】第２の実施の形態に係るファインダ光学系の光学配置及び光路を示すレンズ構成図。
【図４】第２の実施の形態において、レンズシフトによるやぶにらみ発生量に対する第１レンズＧ１のパワー比の影響を示すグラフ。
【図５】第２の実施の形態が用いられたカメラの正面側外観を示す斜視図。
【符号の説明】
Ｇ１ …第１レンズ
Ｇ２ …第２レンズ
ＳＥ …瞳
ＳＯ …物面
１ …ファインダ対物窓

Claims

回折光学面を有するレンズを接眼光学系に備えたケプラー型実像ファインダ光学系であって、次の条件を満足することを特徴とするファインダ光学系；
0.01＜｜φDOE／φe｜＜0.16
ただし、
φDOE：回折光学面を有するレンズの屈折光学面と回折光学面との合成パワー、
φe ：接眼光学系全体の屈折光学面と回折光学面との合成パワー
である。
回折光学面を有するレンズを対物光学系に備えたケプラー型実像ファインダ光学系であって、次の条件を満足することを特徴とするファインダ光学系；
0.01＜｜φDOE／φo｜＜0.16
ただし、
φDOE：回折光学面を有するレンズの屈折光学面と回折光学面との合成パワー、
φo ：対物光学系全体の屈折光学面と回折光学面との合成パワー
である。
前記回折光学面を有するレンズがカメラの外装部材であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のファインダ光学系。