JP6435783B2

JP6435783B2 - 接眼光学系

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Publication number: JP6435783B2
Application number: JP2014225870A
Authority: JP
Inventors: 金井　守康; 守康金井
Original assignee: Ricoh Imaging Co Ltd
Current assignee: Ricoh Imaging Co Ltd
Priority date: 2014-11-06
Filing date: 2014-11-06
Publication date: 2018-12-12
Anticipated expiration: 2034-11-06
Also published as: JP2016090828A

Description

本発明は、接眼光学系に関する。

従来、デジタルカメラ、ビデオカメラ、デジタル望遠鏡、デジタル双眼鏡等の電子ビューファインダーに用いられ、液晶表示面に表示された画像を拡大して観察するための接眼光学系が知られている。近年では、カメラ等の小型化に伴い、表示素子の高画素化と高品質化、さらには小型化が進んでいる。このため、小型の表示素子に対応した高い倍率と良好な光学性能を持つ接眼光学系が要求されている。

特許文献１−３には、物体側（表示素子側）から射出瞳側に向かって順に、正、負、正の３群で構成したタイプの接眼光学系が開示されている。また各群をそれぞれ単レンズで構成した簡素なもの（正負正の３枚レンズ構成）では、非球面を複数の面に用いている。

特開２００７−２６４１７９号公報特開２０１０−２６６７７６号公報特開２０１２−６８３０２号公報

しかしながら、小型の表示素子を用い、必要十分なアイレリーフと視野角を確保しつつ、良好な光学性能を維持することは難しい。例えば、特許文献１の接眼光学系は、収差の補正が不十分であるという問題がある。また特許文献２や特許文献３の接眼光学系は、小型の表示素子を用いた場合、必要十分なアイレリーフと視野角が得られないという問題がある。

本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、簡素な構成でありながら、電子ビューファインダーに用いて好適な接眼光学系を得ることを目的とする。

本発明の接眼光学系は、物体側から射出瞳側に向かって順に、正単レンズからなり正のパワーを有する第１レンズと、負単レンズからなり負のパワーを有する第２レンズと、正単レンズからなり正のパワーを有する第３レンズとで構成され、次の条件式（１）、条件式（２）及び条件式（３）を満足することを特徴としている。
（１）０．５３＜Ｌ２ｎ²・ｍ２ａ＜２
（２）０．７５＜ｆ３／ｆ＜０．８５４
（３）０．２＜Ｌ２ｄ／ｆ３＜０．４
但し、
Ｌ２ｎ：第２レンズ（負単レンズ）のｄ線に対する屈折率、
ｍ２ａ：第２レンズ（負単レンズ）の物体側の面の面倍率、
Ｌ２ｄ：第２レンズ（負単レンズ）の中心厚、
ｆ３：第３レンズ（正単レンズ）の焦点距離、
ｆ：全系の焦点距離、
である。

第２レンズ（負単レンズ）の物体側の面を球面で構成する場合、条件式（１）が規定する条件範囲の中でも、次の条件式（１’）を満足することがより好ましい。
（１’）０．７５＜Ｌ２ｎ²・ｍ２ａ＜１．３５

条件式（２）が規定する条件範囲の中でも、次の条件式（２’）を満足することがより好ましい。
（２’）０．７５＜ｆ３／ｆ＜０．８５１

第３レンズ（正単レンズ）は、射出瞳側に凸面を向けていることができる。

本発明の接眼光学系は、次の条件式（４）を満足することが好ましい。
（４）−０．５＜Ｌ３ｂ／Ｌ３ａ＜０．３
但し、
Ｌ３ａ：第３レンズ（正単レンズ）の物体側の面の曲率半径、
Ｌ３ｂ：第３レンズ（正単レンズ）の射出瞳側の面の曲率半径、
である。

本発明によれば、簡素な構成でありながら、電子ビューファインダーに用いて好適な接眼光学系を得ることができる。

本発明による接眼光学系の数値実施例１のレンズ構成図である。図１の構成において視度が−１ディオプターの時の諸収差図である。本発明による接眼光学系の数値実施例２のレンズ構成図である。図３の構成において視度が−１ディオプターの時の諸収差図である。本発明による接眼光学系の数値実施例３のレンズ構成図である。図５の構成において視度が−１ディオプターの時の諸収差図である。本発明による接眼光学系の数値実施例４のレンズ構成図である。図７の構成において視度が−１ディオプターの時の諸収差図である。本発明による接眼光学系の数値実施例５のレンズ構成図である。図９の構成において視度が−１ディオプターの時の諸収差図である。本発明による接眼光学系の数値実施例６のレンズ構成図である。図１１の構成において視度が−１ディオプターの時の諸収差図である。

図１、図３、図５、図７、図９、図１１に示す各数値実施例１−６の接眼光学系よりも物体側の所定の位置には、図示を省略した液晶表示面が位置しており、この液晶表示面には、電気的な画像信号によって観察対象である物体の画像が表示される。接眼光学系は、この液晶表示面に表示された画像を拡大して観察するためのものである。ＥＰはアイポイントである。

本実施形態の接眼光学系は、図１、図３、図５、図７、図９、図１１に示す各数値実施例１−６を通じて、物体側から射出瞳側に向かって順に、正単レンズからなり正のパワーを有する第１レンズＬ１と、負単レンズからなり負のパワーを有する第２レンズＬ２と、正単レンズからなり正のパワーを有する第３レンズ（第３レンズ群）Ｌ３とで構成されている。第１レンズＬ１よりも物体側には、画像表示素子用のカバーガラスＣＧ１が位置しており、第３レンズＬ３よりも射出瞳側には、保護用のカバーガラスＣＧ２が位置している。なお、第３レンズＬ３に１枚または２枚以上のレンズを追加して、これらの複数枚のレンズを「正のパワーを有する第３レンズ群」とする態様も可能である。

このように本実施形態の接眼光学系は、物体側から射出瞳側に向かって順に、正単レンズからなり正のパワーを有する第１レンズＬ１と、負単レンズからなり負のパワーを有する第２レンズＬ２と、正のパワーを有する第３レンズ群（第３レンズＬ３）とで構成されることを必須の要件としている。第２レンズＬ２に負のパワーを持たせることで、色収差と像面湾曲（ペッツバール和）を良好に補正することが可能になる。また各レンズの各種パラメータを最適設定することで、簡素な構成でありながら、小型の表示素子（ＬＣＤ等）に対応する高い倍率と、良好な光学性能を得ることが可能になる。

条件式（１）は、強い発散面となる第２レンズＬ２の物体側の面についての条件式である。強い発散面は、特に高次の球面収差、コマ収差、非点隔差を発生しやすいが、面倍率（面の入射と射出の横倍率）とレンズの屈折率のバランスを適切に保つことにより、その発生量を少なく保つことができる。条件式（１）はそのバランスを適切に保つ条件である。よって、条件式（１）の上限または下限を外れると、高次の球面収差、コマ収差、非点隔差が増大してしまう。

ここで条件式（１）は、その値が１でありかつ第２レンズＬ２が球面形状である場合、第２レンズＬ２の物体側の面がアプラナティック条件を満足するため、球面収差、コマ収差、非点隔差の発生がこの面においてはゼロとなる。条件式（１）は、表現を変えればアプラナティック条件不満足量の限界値を規定するものと言える。本実施形態では、条件式（１）の上限または下限に近い数値実施例（数値実施例３、４）において、この面に非球面を用いている。しかし、非球面を採用しても、条件式（１）の範囲を超えてアプラナティック条件から大きく離れると、球面収差、コマ収差、非点隔差の３収差すべてを小さく保つことはできない。条件式（１）は、この発散面でのこれら３収差すべてを小さく保つ為の条件である。

なお、第２レンズＬ２の物体側の面を球面で構成する場合、さらに条件式（１’）を満足することが望ましい。これにより、第２レンズＬ２の物体側の面が球面であっても、球面収差、コマ収差、非点隔差の３収差すべてを小さく保つことができる。

条件式（２）は、第３レンズ群（第３レンズＬ３）のパワーを規定するものである。第３レンズ群（第３レンズＬ３）は、強い負のパワーの第２レンズＬ２によって発散された光束を観察者が観察可能な視度（例えば-1Dptr）にするともに、第２レンズＬ２と合わせて色収差やペッツバール和を適切に保つ役割を担う。よって、第３レンズ群（第３レンズＬ３）のパワーを適切に保つことにより第２レンズＬ２の負のパワーも適切に保たれ、色収差の補正とペッツバール和の値を良好に保つことができる。条件式（２）の上限を超えると、第３レンズ群（第３レンズＬ３）のパワーが不足し、それに伴い第２レンズＬ２の負のパワーも不足する為、色収差やペッツバール補正が不十分となる。条件式（２）の下限を超えると、第３レンズ群（第３レンズＬ３）のパワーが強くなりすぎ、従って第２レンズＬ２の負のパワーも強くなりすぎるため、コマ収差や非点隔差が増大してしまう。

条件式（３）は、第２レンズＬ２のレンズ厚を規定するものである。第２レンズＬ２は、色収差やペッツバール値を適切に保つ為に強い負のパワーを維持する必要があり、本実施形態では特に第２レンズＬ２の入射面に発散面を置くことでそれを達成している。第２レンズＬ２の入射面に強い発散効果を持たせる為には、第３レンズ群（第３レンズＬ３）の軸上光束の光線高さより低い光線高さとなる位置に第２レンズＬ２の入射面位置を置く必要が生じる。そして第２レンズＬ２の入射面の光線高さは、第３レンズ群（第３レンズＬ３）のパワー強ければより低くなり、弱ければあまり低くできない。一方、第２レンズＬ２の射出面は光学系全体の小型化を考慮すると第３レンズ群（第３レンズＬ３）に接近して配置されるため、軸上光束の光線高さを低くすることができない。条件式（３）は、第２レンズＬ２の射出面と入射面の間隔（すなわち第２レンズＬ２のレンズ厚）と第３レンズ群（第３レンズＬ３）のパワーとの比を規定して、色収差やペッツバールの値を適切に保つための条件である。よって条件式（３）の下限を超えて第２レンズＬ２のレンズ厚が小さくなると、第２レンズＬ２の入射面の負のパワーが弱くなりすぎて色収差やペッツバールの補正が不足する。条件式（３）の上限を超えて第２レンズＬ２のレンズ厚が大きくなると、第２レンズＬ２の入射面の負のパワーが強くなりすぎて色収差やペッツバールが補正過剰となる。

条件式（４）は、本実施形態のように第３レンズ群を単レンズ（第３レンズＬ３）で構成する場合の入射出面の曲率半径の比であり、この単レンズ（第３レンズＬ３）で発生するコマ収差を補正する為の条件である。一般に単レンズのコマ収差は入射出面の曲率半径の比を適切に設定することで補正できることが知られている。ただしその比率はレンズの屈折率や非球面の有無によって変化する。条件式（４）はレンズ屈折率や非球面を考慮して規定したものである。よって条件式（４）の上下限を超えるとコマ収差が増大してしまう。

次に具体的な数値実施例１−６を示す。諸収差図及び表中において、Ｄ線、Ｇ線、Ｃ線はそれぞれの波長に対する収差、Ｓはサジタル、Ｍはメリディオナル、Rは曲率半径、Dはレンズ厚またはレンズ間隔、N(d)はｄ線に対する屈折率、ν(d)はｄ線に対するアッベ数を示す。長さの単位は[mm]である。
回転対称非球面は次式で定義される。
x=cy²/[1+[1-(1+K)c²y²]^1/2]+A4y⁴+A6y⁶+A8y⁸ +A10y¹⁰+A12y¹²・・・
（但し、cは曲率（１／ｒ）、ｙは光軸からの高さ、Ｋは円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、・・・・・は各次数の非球面係数、ｘはサグ量）

［数値実施例１］
図１−図２と表１−表３は、本発明による接眼光学系の数値実施例１を示している。図１はレンズ構成図、図２は視度が−１ディオプターの時の諸収差図である。表１は面データ、表２は非球面データ、表３は各種データである。

接眼光学系よりも物体側には、図示を省略した液晶表示面が位置しており、この液晶表示面には、電気的な画像信号によって観察対象である物体の画像が表示される。接眼光学系は、この液晶表示面に表示された画像を拡大して観察するためのものである。ＥＰはアイポイントである。

本数値実施例１の接眼光学系は、物体側から射出瞳側に向かって順に、両凸正単レンズからなり正のパワーを有する第１レンズＬ１と、射出瞳側に凸面を向けた負メニスカス単レンズからなり負のパワーを有する第２レンズＬ２と、両凸正単レンズからなり正のパワーを有する第３レンズ（第３レンズ群）Ｌ３とで構成されている。第１レンズＬ１よりも物体側には、画像表示素子用のカバーガラスＣＧ１が位置しており、第３レンズＬ３よりも射出瞳側には、保護用のカバーガラスＣＧ２が位置している。

（表１）

（表２）
非球面データ
面番号 K A4 A6 A8 A10
8 0.0000 1.46200E-04 1.21500E-06 -1.45100E-08 3.65600E-10
（表３）
各種データ
明るさ絞り（瞳径ER）：第10面 φ10.4
視度：-1.0 Dptr
ｆ（全系の焦点距離）：19.74
ｆ3（第３レンズ（第３レンズ群）Ｌ３の焦点距離）：15.04
m2a（第２レンズＬ２の物体側の面の面倍率）：0.306
B（射出角）：13.7°
ルーペ倍率：12.7
アイレリーフ：13.000
表示ＬＣＤのサイズ：0.38型横幅×縦幅 7.68×5.76
対角像高：4.80

［数値実施例２］
図３−図４と表４−表６は、本発明による接眼光学系の数値実施例２を示している。図３はレンズ構成図、図４は視度が−１ディオプターの時の諸収差図である。表４は面データ、表５は非球面データ、表６は各種データである。

この数値実施例２のレンズ構成は、数値実施例１のレンズ構成と同様である。

（表４）

（表５）
非球面データ
面番号 K A4 A6 A8 A10
4 0.0000 8.34000E-05 0.00000E+00 2.73600E-08 0.00000E+00
8 0.0000 9.56000E-05 1.65500E-06 -2.25100E-08 3.65800E-10
（表６）
各種データ
明るさ絞り（瞳径ER）：第10面 φ10.4
視度：-1.0 Dptr
ｆ（全系の焦点距離）：19.51
ｆ3（第３レンズ（第３レンズ群）Ｌ３の焦点距離）：16.53
m2a（第２レンズＬ２の物体側の面の面倍率）：0.306
B（射出角）：13.8°
ルーペ倍率：12.8
アイレリーフ：13.000
表示ＬＣＤのサイズ：0.38型横幅×縦幅 7.68×5.76
対角像高：4.80

［数値実施例３］
図５−図６と表７−表９は、本発明による接眼光学系の数値実施例３を示している。図５はレンズ構成図、図６は視度が−１ディオプターの時の諸収差図である。表７は面データ、表８は非球面データ、表９は各種データである。

この数値実施例３のレンズ構成は、数値実施例１のレンズ構成と同様である。

（表７）

（表８）
非球面データ
面番号 K A4 A6 A8 A10
4 0.0000 1.39700E-04 0.00000E+00 -3.34500E-08 0.00000E+00
5 0.0000 1.06300E-04 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
8 0.0000 8.36300E-05 1.70000E-06 -2.43100E-08 4.04700E-10
（表９）
各種データ
明るさ絞り（瞳径ER）：第10面 φ10.4
視度：-1.0 Dptr
ｆ（全系の焦点距離）：19.64
ｆ3（第３レンズ（第３レンズ群）Ｌ３の焦点距離）：16.70
m2a（第２レンズＬ２の物体側の面の面倍率）：0.208
B（射出角）：13.7°
ルーペ倍率：12.7
アイレリーフ：13.000
表示ＬＣＤのサイズ：0.38型横幅×縦幅 7.68×5.76
対角像高：4.80

［数値実施例４］
図７−図８と表１０−表１２は、本発明による接眼光学系の数値実施例４を示している。図７はレンズ構成図、図８は視度が−１ディオプターの時の諸収差図である。表１０は面データ、表１１は非球面データ、表１２は各種データである。

この数値実施例４のレンズ構成は、以下の点を除き、数値実施例１のレンズ構成と同様である。
（１）正のパワーを有する第１レンズＬ１が、射出瞳側に凸面を向けた正メニスカス単レンズからなる。
（２）負のパワーを有する第２レンズＬ２が、両凹負単レンズからなる。

（表１０）

（表１１）
非球面データ
面番号 K A4 A6 A8 A10
4 0.0000 8.10000E-05 0.00000E+00 5.94900E-08 0.00000E+00
5 0.0000 -6.24000E-05 0.00000E+00 0.00000E+00 0.00000E+00
8 0.0000 5.22000E-05 -1.13400E-07 7.57000E-09 -1.41000E-11
（表１２）
各種データ
明るさ絞り（瞳径ER）：第10面 φ10.4
視度：-1.0 Dptr
ｆ（全系の焦点距離）：19.46
ｆ3（第３レンズ（第３レンズ群）Ｌ３の焦点距離）：15.61
m2a（第２レンズＬ２の物体側の面の面倍率）：0.722
B（射出角）：13.7°
ルーペ倍率：12.8
アイレリーフ：13.000
表示ＬＣＤのサイズ：0.38型横幅×縦幅 7.68×5.76
対角像高：4.80

［数値実施例５］
図９−図１０と表１３−表１５は、本発明による接眼光学系の数値実施例５を示している。図９はレンズ構成図、図１０は視度が−１ディオプターの時の諸収差図である。表１３は面データ、表１４は非球面データ、表１５は各種データである。

この数値実施例５のレンズ構成は、数値実施例１のレンズ構成と同様である。

（表１３）

（表１４）
非球面データ
面番号 K A4 A6 A8 A10
4 0.0000 7.71600E-05 0.00000E+00 1.71100E-08 0.00000E+00
8 0.0000 8.77500E-05 1.75000E-06 -2.66600E-08 4.18400E-10
（表１５）
各種データ
明るさ絞り（瞳径ER）：第10面 φ10.4
視度：-1.0 Dptr
ｆ（全系の焦点距離）：19.88
ｆ3（第３レンズ（第３レンズ群）Ｌ３の焦点距離）：16.90
m2a（第２レンズＬ２の物体側の面の面倍率）：0.254
B（射出角）：13.6°
ルーペ倍率：12.6
アイレリーフ：13.000
表示ＬＣＤのサイズ：0.38型横幅×縦幅 7.68×5.76
対角像高：4.80

［数値実施例６］
図１１−図１２と表１６−表１８は、本発明による接眼光学系の数値実施例６を示している。図１１はレンズ構成図、図１２は視度が−１ディオプターの時の諸収差図である。表１６は面データ、表１７は非球面データ、表１８は各種データである。

この数値実施例５のレンズ構成は、以下の点を除き、数値実施例１のレンズ構成と同様である。
（１）正のパワーを有する第１レンズＬ１が、射出瞳側に凸面を向けた正メニスカス単レンズからなる。

（表１６）

（表１７）
非球面データ
面番号 K A4 A6 A8 A10
4 0.0000 1.58400E-04 0.00000E+00 1.43000E-07 0.00000E+00
8 0.0000 1.15500E-04 1.48800E-06 -2.58900E-08 4.87500E-10
（表１８）
各種データ
明るさ絞り（瞳径ER）：第10面 φ10.4
視度：-1.0 Dptr
ｆ（全系の焦点距離）：19.48
ｆ3（第３レンズ（第３レンズ群）Ｌ３の焦点距離）：15.64
m2a（第２レンズＬ２の物体側の面の面倍率）：0.388
B（射出角）：13.7°
ルーペ倍率：12.8
アイレリーフ：13.000
表示ＬＣＤのサイズ：0.38型横幅×縦幅 7.68×5.76
対角像高：4.80

各数値実施例の各条件式に対する値を表１９に示す。
（表１９）

表１９から明らかなように、数値実施例１〜数値実施例６は、条件式（１）〜（４）を満足しており、諸収差図から明らかなように諸収差は比較的よく補正されている。

Ｌ１正のパワーを有する第１レンズ
Ｌ２負のパワーを有する第２レンズ
Ｌ３正のパワーを有する第３レンズ（第３レンズ群）
ＣＧ１ＣＧ２カバーガラス
ＥＰアイポイント

Claims

物体側から射出瞳側に向かって順に、正単レンズからなり正のパワーを有する第１レンズと、負単レンズからなり負のパワーを有する第２レンズと、正単レンズからなり正のパワーを有する第３レンズとで構成され、次の条件式（１）、条件式（２）及び条件式（３）を満足することを特徴とする接眼光学系。
（１）０．５３＜Ｌ２ｎ²・ｍ２ａ＜２
（２）０．７５＜ｆ３／ｆ＜０．８５４
（３）０．２＜Ｌ２ｄ／ｆ３＜０．４
但し、
Ｌ２ｎ：第２レンズのｄ線に対する屈折率、
ｍ２ａ：第２レンズの物体側の面の面倍率、
Ｌ２ｄ：第２レンズの中心厚、
ｆ３：第３レンズの焦点距離、
ｆ：全系の焦点距離。
請求項１記載の接眼光学系において、第３レンズは射出瞳側に凸面を向けている接眼光学系。
請求項１又は２記載の接眼光学系において、次の条件式（４）を満足する接眼光学系。
（４）−０．５＜Ｌ３ｂ／Ｌ３ａ＜０．３
但し、
Ｌ３ａ：第３レンズの物体側の面の曲率半径、
Ｌ３ｂ：第３レンズの射出瞳側の面の曲率半径。