JP6103985B2

JP6103985B2 - ファインダー光学系及びそれを有する撮像装置

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Description

本発明はファインダー光学系及びそれを有する撮像装置に関する。特に、焦点板に形成された被写体像を、観察する接眼光学系と、焦点板に形成された被写体像を撮像素子に再結像して電子画像を得るための測光光学系とを有するファインダー光学系に関し、一眼レフカメラ等の撮像装置に好適なものである。

特許文献１のファインダー光学系では、焦点板に形成された被写体像を、正立光学系を介して測光光学系で撮像素子に再結像することによって電子画像を得ている。そして、被写体の顔を認識してピントや露出を調整する機能や、被写体の動きに合わせて測距点を移動させる機能や、カメラ本体の背面に設けた液晶画面にリアルタイムで被写体像を表示する機能を持つようにしている。また、特許文献１のファインダー光学系では、ペンタプリズムの光出射側にハーフミラーより成る光路分割手段を設けて、測光光学系を介して撮像素子に導光する光路と、接眼光学系に導光する光路に分割している。

また、ペンタダハプリズムの光出射面側に、接眼光学系と測光光学系を構成する受光レンズを並べて配置したカメラの測光装置が知られている（特許文献２）。特許文献２では測光光学系に内面反射面を含む測光レンズを用いてペンタダハプリズムから出射される光束を受光素子に導光している。

特開２００７−９３８８８号公報特開昭６３−７４０４２号公報

測光光学系を用いて被写体像を撮像素子に形成して画像を撮像するとき、明るく高画質の電子画像を撮像するためには、明るい測光光学系と高画素数の大型の撮像素子が必要となる。

一方、焦点板に形成された被写体像を明るく観察するためには接眼光学系に大口径のレンズを用いる必要がある。

高画質の画像をリアルタイムで撮像すると共に、接眼光学系を介して明るい被写体像を観察するためには、正立光学系の光出射側に大型の撮像素子を含む測光光学系と大口径の接眼光学系を並べて配置しなければならない。しかしながら、撮像素子と接眼光学系が機構的に干渉してしまい、双方を配置することが困難になる。

特許文献２の測光装置のように、測光光学系の光軸を接眼光学系の光軸に対して傾斜させることにより、互いの干渉を回避することが容易になる。しかしながら、測光光学系の光軸を焦点板の法線に対して傾斜させて焦点板に結像した被写体像を撮像素子に再結像すると、像高によって非対称な像面湾曲や非点収差が生じてしまい、高画質の画像を撮像することが困難になる。

本発明は、被写体像を明るく観察することができ、被写体像を高画質で撮像することができるファインダー光学系及びそれを有する撮像装置を提供することを目的としている。

本発明のファインダー光学系は、焦点板に結像された被写体像を正立像とする正立光学系と、該正立光学系によって正立像とされる被写体像を結像する接眼光学系と、前記焦点板に結像された被写体像を、前記正立光学系を介して撮像素子に結像する測光光学系を有するファインダー光学系において、前記測光光学系の光軸は、前記接眼光学系の光軸に対して傾いており、前記測光光学系は、前記正立光学系側から前記撮像素子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レンズから構成され、前記第２レンズは、光入射面から入射した光束を内面反射させる反射面を有し、前記第２レンズの光出射面は負の屈折力を有し、中心から周辺に向かって屈折力の絶対値が大きくなる非球面形状であることを特徴としている。
また、本発明のファインダー光学系は、焦点板に結像された被写体像を正立像とする正立光学系と、該正立光学系によって正立像とされる被写体像を結像する接眼光学系と、前記焦点板に結像された被写体像を、前記正立光学系を介して撮像素子に結像する測光光学系を有するファインダー光学系において、前記測光光学系の光軸は、前記接眼光学系の光軸に対して傾いており、前記測光光学系は、前記正立光学系側から前記撮像素子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レンズから構成され、前記第２レンズは、光入射面から入射した光束を内面反射させる反射面を有し、前記測光光学系の全系の焦点距離をｆ、前記第２レンズの焦点距離をｆ２とするとき、
ｆ２／ｆ＜−１．９
なる条件式を満足することを特徴としている。

本発明によれば、被写体像を明るく観察することができ、被写体像を高画質で撮像することができるファインダー光学系を得ることができる。

本発明のファインダー光学系を備えた撮像装置の概略構成図である。本発明の実施例１のファインダー光学系の測光光学系の光軸に沿った展開図である。本発明の実施例２のファインダー光学系の測光光学系の光軸に沿った展開図である。本発明の実施例３のファインダー光学系の測光光学系の光軸に沿った展開図である。本発明の実施例３のファインダー光学系の測光光学系の第２レンズの撮像素子側の面付近の拡大図である。本発明の実施例４のファインダー光学系の測光光学系の光軸に沿った展開図である。

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。本発明のファインダー光学系は、撮像光学系（対物レンズ）によって焦点板に結像された被写体像を正立像とするペンタダハプリズム等の正立光学系を有する。さらに、正立光学系によって正立像とされた被写体像を虚像として拡大結像する接眼光学系を有する。さらに、焦点板に結像された被写体像を、正立光学系を介して撮像素子に縮小結像する測光光学系を有する。測光光学系の光軸は、焦点板の中心を通り、接眼光学系の光軸に対して傾斜している（非平行である）。

撮像素子によって撮像された画像は、被写体像の認識や表示に利用され、被写体の明るさの測定（測光）に利用される。測光光学系と接眼光学系は、各々の光入射側の面が正立光学系の光出射側の面に対向するように配置されている。また、測光光学系は、接眼光学系の光軸に対して、撮像光学系とは反対側に配置されている。

測光光学系は、正立光学系側から撮像素子側へ順に、開口絞り、正の屈折力の第１レンズ、負の屈折力の第２レンズを有する。第２レンズは光入射面から入射した光束を内面反射面で鏡面反射又は全反射させて光出射面より出射するプリズム体により構成されている。

図１は、本発明のファインダー光学系１０１を有する撮像装置（一眼レフカメラ）の要部概略図である。図２は、本発明の実施例１のファインダー光学系の測光光学系の光軸に沿った展開図である。

図１の撮像装置において、ファインダー光学系により被写体像を観察するときは、撮像光学系（対物レンズ）１１を通過した光がクイックリターンミラー１２により反射されて焦点板１３に被写体像が形成される。

撮像光学系１１によって焦点板１３に形成された被写体像を、ペンタダハプリズム１５によって正立像としている。正立像は接眼光学系１６を介して観察者により観察される。また、焦点板１３の中心を通り、接眼光学系１６の光軸Ｏａに対して傾斜した光軸Ｏｂを有する測光光学系２を有する。

実施例１のファインダー光学系の測光光学系２は、接眼光学系１６に対して上方に配置されている。接眼光学系の上方とは、接眼光学系の光軸Ｏａに対して、撮影光学系１１とは反対側の方向である。測光光学系２は、ペンタダハプリズム１５側から撮像素子２０側へ順に、開口絞りＳＴ、防塵用のフィルタ２３、正の屈折力の第１レンズ１７、負の屈折力の第２レンズ１８を有する。第２レンズ１８には、鏡面反射又は全反射を利用した反射面（裏面反射面）１８ａが設けられており、測光光学系２の光路は上方へ折り曲げられている。１９はローパスフィルタやＩＲ（近赤外）カットフィルタ等のフィルタであり、２０はＣＣＤ等の撮像素子である。

第２レンズ１８の撮像素子２０側のレンズ面１８ｂ及び撮像素子２０を接眼光学系１６に対して上方に配置することにより、測光光学系２と接眼光学系１６の機構的な干渉を回避することができる。ただし、測光光学系２の光路を図１における紙面垂直方向に折り曲げることにより、測光光学系２と接眼光学系１６の機構的な干渉を回避することもできる。

測光光学系２によって撮像素子２０に形成された被写体像は画像処理手段２１で画像処理されてカメラ本体の背面に設けられた液晶画面にリアルタイムで表示される。また、画像内の主被写体の移動に追従して合焦を行うために用いられる。

撮像素子２２は、クイックリターンミラー１２を上方に回動させたときに撮像光学系１１によって形成される被写体像を記録（受光）するＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる。

図２は、実施例１のファインダー光学系における測光光学系２及び測光光学系２に近接して配置されるフィルタ１９と撮像素子２０を光軸Ｏｂに沿って展開したときの展開図である。測光光学系２は、物体側（ペンタダハプリズム１５側）より順に、開口絞りＳＴ、防塵フィルタ２３、第１レンズ１７、第２レンズ１８を有する。第１レンズ１７のみで結像を行えば、光軸Ｏｂ付近の結像性能は比較的良好であるが、ペッツバール和が大きいため、光軸Ｏｂから離れた領域では像面湾曲、非点収差が補正できず、周辺での結像性能が確保できない。そこで、負の屈折力の第２レンズ１８を導入し、ペッツバール和を小さくすることにより、像面湾曲や非点収差を補正して、周辺の結像性能を確保している。

さらに好ましくは、第２レンズ１８の撮像素子２０側の面１８ｂは、負の屈折力を有し、中心から周辺に向かって屈折力の絶対値が大きくなる非球面形状にするのが良い。像面湾曲は、像高によって光軸方向の結像位置がずれる収差であり、撮像素子２０に最も近いレンズ面１８ｂで補正するのが最も効果的である。ペッツバール和が補正不足であるとき、像面は中心から周辺に向かって第２レンズ１８方向へ湾曲する。したがって、第２レンズ１８の撮像素子２０側の面１８ｂの形状を、中心から周辺に向かって屈折力の絶対値が大きくなるような非球面形状として、周辺光束の結像位置を撮像素子２０側にシフトさせることにより、像面湾曲を良好に補正することができる。

測光光学系２の全系の焦点距離をｆとし、第２レンズ１８の焦点距離をｆ２とする。このとき、
ｆ２／ｆ＜−１．９・・・（１）
なる条件式を満たすのが良い。

条件式（１）は、第２レンズ１８の焦点距離と測光光学系２の全系の焦点距離の比に関する。条件式（１）を満足することにより、像面湾曲等の諸収差を低減することが容易になる。条件式（１）の上限値を超えると像面歪曲等の諸収差の補正が困難となり、画面周辺の画質が低下するので良くない。

図３は、実施例２のファインダー光学系における測光光学系２及び測光光学系２に近接して配置されるフィルタ１９と撮像素子２０を光軸Ｏｂに沿って展開したときの展開図である。実施例２は、実施例１に対して基本構成は共通しており、実施例１に対して第１レンズ１７および第２レンズ１８の形状のみが相違している。

実施例３のファインダー光学系における測光光学系について、図４および図５を用いて説明する。図４は、実施例３における測光光学系２及び測光光学系２に近接して配置されるフィルタ１９と撮像素子２０を光軸Ｏｂに沿って展開したときの展開図である。図５は、第２レンズ１８の面１８ｂ付近の拡大図である。

図５において、１８ｂｂは、レンズ面１８ｂと測光光学系２の光軸Ｏｂ（第１レンズ１７の光軸１７ａ）の交点である頂点１８ｂ１における接線（接平面）である。Ｏｂｂは、測光光学系２の光軸Ｏｂに対する垂線である。１８ｂ２は頂点１８ｂ１を通る法線（面法線）である。レンズ面１８ｂの曲率中心１８ｂ３は、測光光学系２の光軸Ｏｂから外れた位置にある。測光光学系２の光軸Ｏｂは接眼光学系１６の光軸Ｏａに対して傾いている（非平行である）。

本実施例において測光光学系２の光軸Ｏｂは撮像素子２０の撮像面の法線２０ａに対して平行である。測光光学系２は焦点板１３の被写体像を斜方向から撮像するため、撮像素子２０の上側と下側で結像特性に差が生じる。本実施例では、この結像特性の差をなくすために、撮像素子２０に最も近い面１８ｂを撮像素子２０の法線２０ａに対して傾けている。本実施例では、レンズ面１８ｂの頂点１８ｂ１を通る法線１８ｂ２が、測光光学系２の光軸Ｏｂに対して、接眼光学系１６の光軸Ｏａ方向に２．５°傾けられている。すなわち、レンズ面１８ｂの頂点１８ｂ１を通る法線１８ｂ２が、測光光学系２の光軸Ｏｂに比べて、接眼光学系１６の光軸Ｏａに対して平行に近くなるように傾けられている。これにより、撮像素子２０の上側と下側で生じる結像特性に差を低減して、画面全体において良好な画像を撮像することができる。

実施例４のファインダー光学系における測光光学系について、図６を用いて説明する。本実施例では、レンズ面１８ｂのレンズ面頂点１８ｂ１を通る法線１８ｂ２が、測光光学系２の光軸Ｏｂに対して、接眼光学系１６の光軸Ｏａ方向に１．５°傾けられている。すなわち、レンズ面１８ｂの頂点１８ｂ１を通る法線１８ｂ２が、測光光学系２の光軸Ｏｂに比べて、接眼光学系１６の光軸Ｏａに対して平行に近くなるように傾けられている。

さらに、撮像素子２０の法線が、測光光学系の光軸Ｏｂに対して、接眼光学系の光軸Ｏａから離れる方向に１．０°だけ傾けられている（非平行である）。すなわち、撮像素子２０の法線が、測光光学系の光軸Ｏｂに比べて、接眼光学系の光軸Ｏａに対して平行から遠ざかるように傾けられている。これにより、撮像素子２０の上側と下側で生じる結像特性の差を低減して、画面全体において良好な画像を撮像することができる。

次に、各実施例のファインダー光学系における測光光学系の数値実施例を示す。数値実施例において、ｉは開口絞りＳＴを第１番目（ｒ１）とする面の順序を示す。「ｒｉ」は開口絞りＳＴを含めて第ｉ番目の面の近軸曲率半径を示す。ｄｏは開口絞りＳＴと設計上のダミー面（ｒ２）との距離である。ｄｉは開口絞りＳＴから（ｉ＋１）番目の面と（ｉ＋２）番目の面との間の軸上面間隔を示す。さらに、Ｎｉは開口絞りＳＴから第ｉ番目の材料のｄ線（波長＝５７８．５６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｉは開口絞りＳＴから第ｉ番目の材料のｄ線に対するアッベ数を示す。また、ｆは焦点距離であり、ＦＮＯ．はＦナンバーである。

ｒ１は開口絞りＳＴ、ｒ２は設計上のダミー面、ｒ３，ｒ４は防塵フィルタ２３の各面を示す。ｒ５，ｒ６は第１レンズ１７を示し、ｒ７，ｒ８は第２レンズ１８の各面を示す。ｒ９，ｒ１０はフィルタ１９の各面を示す。ｒ１１は撮像素子２０に相当する。非球面形状は次式によって定義されるものである。

なお、非球面形状を表わす式において、ｘはレンズ面の頂点からの光軸方向の距離、ｈは光軸と垂直な方向の高さ、Ｒはレンズ面の頂点での近軸の曲率半径である。Ｃｊは非球面定数である。「Ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現、すなわち「１０^−ｉ」を表している。

（数値実施例１）
f = 7.055 FNO. = 1.50
曲率半径[mm] 軸上面間隔[mm] 屈折率(Nd) アッベ数(νd)
r1=∞ d0=2
r2=∞ d1=0.1
r3=∞ d2=0.300 N1=1.523 ν1=58.6
r4=∞ d3=0.100
r5= 7.741153 d4=1.86 N2=1.58913 ν2=61.28
r6=-7.13296 d5=0.427
r7=192.91412 d6=6.00 N3=1.58306 ν3=30.23
r8=23.89 d7=2.00
r9=∞ d8=0.5 N4=1.52 ν4=55.0
r10=∞ d9=0.4
r11=∞

［非球面係数］
面番号
r5 C4=7.479583E-005 C6=-1.271707E-003 C8= 1.189772E-004 C10=-3.296993E-006 C12=0
r7 C4=-3.283715E-003 C6= 3.293603E-003 C8= -5.410181E-004 C10= 3.855315E-005 C12= -7.644431E-007
r8 C4=6.903753E-003 C6= -3.719096E-003 C8= 8.556452E-003 C10= -1.089785E-002 C12= 6.938947E-003 C14= -1.939813E-003 C16= 1.954886E-004

ｆ２／ｆ＝−２７．３

（数値実施例２）
f = 7.055 FNO. = 1.50
曲率半径[mm] 軸上面間隔[mm] 屈折率(Nd) アッベ数(νd)
r1=∞ d0=2
r2=∞ d1=0.1
r3=∞ d2=0.300 N1=1.523 ν1=58.6
r4=∞ d3=0.100
r5= 5.52630 d4=1.86 N2=1.58913 ν2=61.28
r6=-12.89385 d5=0.40
r7=∞ d6=6.00 N3=1.58306 ν3=30.23
r8=32.60351 d7=2.00
r9=∞ d8=0.5 N4=1.52 ν4=55.0
r10=∞ d9=0.4
r11=∞

［非球面係数］
面番号
r5 C4=-8.236507E-004 C6=-4.410039E-004 C8=8.316892E-005 C10=-8.480376E-006 C12=2.535400E-007
r7 C4=3.513226E-004 C6=7.475901E-004 C8=-1.886682E-004 C10=2.626060E-005 C12= -1.324787E-006
r8 C4=1.836866E-002 C6=-1.727160E-002 C8=1.981183E-002 C10=-1.602779E-002 C12= 8.034174E-003 C14=-2.134174E-003 C16=2.267634E-004

ｆ２／ｆ＝−７．９３

（数値実施例３）
f = 6.7 FNO. = 1.50
曲率半径[mm] 軸上面間隔[mm] 屈折率(Nd) アッベ数(νd)
r1=∞ d0=2
r2=∞ d1=0.1
r3=∞ d2=0.300 N1=1.523 ν1=58.6
r4=∞ d3=0.100
r5=5.3218 d4=2.500 N2=1.851 ν2=40.1
r6=-26.5344 d5=0.600
r7=-12.155202 d6=5.500 N3=1.585 ν3=29.0
r8=23.89 d7=1
r9=∞ d8=0.5 N4=1.52 ν4=55.0
r10=∞ d9=0.4
r11=∞

［非球面係数］
面番号
r5 C4=-6.3570E-004 C6=1.0903E-004 C8=-2.3442E-005 C10=2.4558E-006 C12=-1.0866E-007
r8 C4=-4.8762E-002 C6=1.2243E-001 C8=-1.1818E-001 C10=6.4041E-002 C12=-1.9210E-002

ｆ２／ｆ＝−１．９４５

（数値実施例４）
f = 7.30 FNO. = 1.50
曲率半径[mm] 軸上面間隔[mm] 屈折率(Nd) アッベ数(νd)
r1=∞ d0=2
r2=∞ d1=0.1
r3=∞ d2=0.300 N1=1.523 ν1=58.6
r4=∞ d3=0.100
r5= 5.52630 d4=1.930 N2=1.58913 ν2=61.28
r6=-12.8938 d5=0.427
r7=∞ d6=6.00 N3=1.58306 ν3=30.23
r8=32.60351 d7=3.071
r9=∞ d8=0.5 N4=1.52 ν4=55.0
r10=∞ d9=0.4
r11=∞

［非球面係数］
面番号
r5 C4=8.236507E-004 C6=-4.410039E-004 C8=8.316892E-005 C10=-8.480376E-006 C12=2.535400E-007
r7 C4=3.513226E-004 C6= 7.475901E-004 C8= -1.886682E-004 C10= 2.626060E-005 C12= -1.324787E-006
r8 C4=1.836866E-002 C6=-1.727160E-002 C8=1.981183E-002 C10=-1.602779E-002 C12= 8.034174E-003 C14= -2.134174E-003 C16=2.267634E-004

ｆ２／ｆ＝−１．８４１５

１正立光学系
２測光光学系
１１撮像光学系
１２クイックリターンミラー
１３焦点板
１５ペンタダハプリズム
１６接眼光学系
１７第１レンズ
１８第２レンズ
２０撮像素子
１０１ファインダー光学系

Claims

焦点板に結像された被写体像を正立像とする正立光学系と、該正立光学系によって正立像とされる被写体像を結像する接眼光学系と、前記焦点板に結像された被写体像を、前記正立光学系を介して撮像素子に結像する測光光学系を有するファインダー光学系において、
前記測光光学系の光軸は、前記接眼光学系の光軸に対して傾いており、
前記測光光学系は、前記正立光学系側から前記撮像素子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レンズから構成され、
前記第２レンズは、光入射面から入射した光束を内面反射させる反射面を有し、
前記第２レンズの光出射面は負の屈折力を有し、中心から周辺に向かって屈折力の絶対値が大きくなる非球面形状であることを特徴とするファインダー光学系。
焦点板に結像された被写体像を正立像とする正立光学系と、該正立光学系によって正立像とされる被写体像を結像する接眼光学系と、前記焦点板に結像された被写体像を、前記正立光学系を介して撮像素子に結像する測光光学系を有するファインダー光学系において、
前記測光光学系の光軸は、前記接眼光学系の光軸に対して傾いており、
前記測光光学系は、前記正立光学系側から前記撮像素子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レンズから構成され、
前記第２レンズは、光入射面から入射した光束を内面反射させる反射面を有し、
前記測光光学系の全系の焦点距離をｆ、前記第２レンズの焦点距離をｆ２とするとき、ｆ２／ｆ＜−１．９
なる条件式を満足することを特徴とするファインダー光学系。
前記第２レンズの光出射面と前記測光光学系の光軸の交点における接平面の法線は、前記測光光学系の光軸に対して傾いていることを特徴とする請求項１または２に記載のファインダー光学系。
前記撮像素子の法線は、前記測光光学系の光軸に対して傾いていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のファインダー光学系。
前記第２レンズの光出射面の曲率中心は、前記測光光学系の光軸から外れた位置にあることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のファインダー光学系。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のファインダー光学系を有することを特徴とする撮像装置。