JP7286379B2 - ファインダー光学系及びそれを有する観察装置、撮像装置 - Google Patents

ファインダー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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Description

本発明は、ファインダー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、液晶パネルなどの画像表示素子に表示された画像を観察するため、複数枚のレンズを用いたファインダー光学系が知られている。これらファインダー光学系は視認性を高めるため、観察視野角が十分に広く(高倍率化)、アイレリーフが長く、諸収差が良好に補正され、高い光学性能を有することが求められている。
また、昨今のカメラなどの撮像装置に用いられる観察装置では、画像表示素子の画像表示面の対角長が20mm以下の比較的小型な画像表示素子を用いてこれらの要求を満たすことが望まれている。
従来高倍率のファインダー光学系としては、画像表示面より観察側(アイポイント側)に向かって、正の屈折力のレンズ、負の屈折力のレンズ、正の屈折力のレンズ、正の屈折力のレンズの4枚のレンズを有するものが知られている(特許文献1、2)。
特許文献1では、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レンズからなり、第3レンズ、第4レンズの焦点距離を適切に設定した接眼光学系が提案されている。
また特許文献2では、正の屈折力の第1レンズ、正レンズ及び負レンズを含む2枚または3枚のレンズ、正の屈折力の最終レンズの全体として4枚または5枚のレンズよりなる接眼レンズが提案されている。
特開2015-75713号公報 特開2018-28632号公報
観察装置に用いられるファインダー光学系において、観察倍率が高く(観察視野角が大きく)、しかもアイレリーフを長く確保しつつ良好な光学性能を得るには、ファインダー光学系のレンズ構成及び各レンズの屈折力等を適切に設定することが重要になってくる。この他、各レンズの材料の屈折率を適切に設定することも重要になってくる。更に小型の画像表示面を有する画像表示素子を用いるときは、画像表示面の大きさに対するファインダー光学系の屈折力の比率を適切に設定することが重要になってくる。
特許文献1で開示された接眼光学系においては、アイレリーフが必ずしも十分でなく、また諸収差(球面収差、像面収差、非点収差、コマ収差)が多少残存している。
また特許文献2で開示された接眼レンズにおいては、レンズの材料に高屈折材料が多く使用されているが必ずしも光学性能が十分でなかった。
本発明は、高倍率かつアイレリーフが長く、高い光学性能を有するファインダー光学系の提供を目的とする。
本発明のファインダー光学系は、画像表示面に表示された画像を観察するためのファインダー光学系であって、
前記ファインダー光学系は、画像表示面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レンズを有し、
前記第1レンズの材料の屈折率をnd1、前記第2レンズの材料の屈折率をnd2、前記第1レンズの焦点距離をf1、前記ファインダー光学系の焦点距離をf、前記第1レンズの画像表示面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、前記第3レンズの焦点距離をf3、前記第4レンズの焦点距離をf4とするとき、
1.700<nd1
nd2<1.700
f1/f<0.90
0.571≦(R11+R12)/(R11-R12)<2.0
0.5<f4/f3<10.0
なる条件式を満たすことを特徴としている。
本発明によれば高倍率かつアイレリーフが長く、高い光学性能を有するファインダー光学系を得ることができる。
実施例1のファインダー光学系のレンズ断面図 実施例1のファインダー光学系の各収差図 実施例2のファインダー光学系のレンズ断面図 実施例2のファインダー光学系の各収差図 実施例3のファインダー光学系のレンズ断面図 実施例3のファインダー光学系の各収差図 実施例4のファインダー光学系のレンズ断面図 実施例4のファインダー光学系の各収差図 実施例5のファインダー光学系のレンズ断面図 実施例5のファインダー光学系の各収差図 実施例6のファインダー光学系のレンズ断面図 実施例6のファインダー光学系の各収差図 撮像装置の要部概略図
以下、本発明のファインダー光学系について、添付の図面に基づいて説明する。
本発明のファインダー光学系は画像表示面に表示された画像を観察するためのファインダー光学系である。ファインダー光学系は、画像表示面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レンズを有している。尚、第4レンズの観察面側に正の屈折力の第5レンズを有する場合もある。
図1は、視度-1.0ディオプター(基準状態)における、実施例1のファインダー光学系のレンズ断面図である。図2は、数値実施例1のファインダー光学系の基準状態における収差図である。
図3は、視度-1.0ディオプターにおける、実施例2のファインダー光学系のレンズ断面図である。図4は、実施例2のファインダー光学系の基準状態における収差図である。
図5は、視度-1.0ディオプターにおける、実施例3のファインダー光学系のレンズ断面図である。図6は、実施例3のファインダー光学系の基準状態における収差図である。
図7は、視度-1.0ディオプターにおける、実施例4のファインダー光学系のレンズ断面図である。図8は、実施例4のファインダー光学系の基準状態における収差図である。
図9は、視度-1.0ディオプターにおける、実施例5のファインダー光学系のレンズ断面図である。図10は、実施例5のファインダー光学系の基準状態における収差図である。
図11は、視度-1.0ディオプターにおける、実施例6のファインダー光学系のレンズ断面図である。図12は、実施例6のファインダー光学系の基準状態における収差図である。
図13は、本発明の観察装置を有する撮像装置の要部概略図である。
レンズ断面図において、L0はファインダー光学系、1は画像表示素子の画像表示面である。G1はファインダー光学系L0の第1レンズ、G2はファインダー光学系L0の第2レンズ、G3はファインダー光学系L0の第3レンズ、G4はファインダー光学系L0の第4レンズである。G5はファインダー光学系L0の第5レンズである。10はファインダー光学系L0を保護する保護部材、EPは観察側のアイポイント位置(観察面)を示す。ここで、観察側の最終レンズ面から観察面EPまでの距離がアイレリーフである。
なお、第1、第2、第5、第6実施例は本実施形態に対応する実施例であり、第3、第4実施例は参考例である。
また収差図において、球面収差図では実線のdはd線(波長587.56nm)、点線のFはF線(波長486.13nm)、一点鎖線のcはc線(波長656.27nm)、二点鎖線のgはg線(波長435.84nm)に対する球面収差を示している。
非点収差図において、実線のSはd線のサジタル像面、点線のMはd線のメリディオナル像面における像面湾曲を示している。歪曲収差はd線について示している。色収差図ではd線(波長587.56nm)を基準とした際の、F線(波長486.13nm)、c線(波長656.27nm)、g線(波長435.84nm)における色収差を示している。
画像表示面の対角長が約20mm以下の小型の表示パネル(画像表示素子)を視野角30度以上の広い視野で観察するためには、ファインダー光学系全体で強い正の屈折力を持つ必要がある。そのためには各レンズには強い正の屈折力、または強い負の屈折力が必要となる。
また、アイレリーフを長くするためには、ファインダー光学系のFナンバーを明るくする必要があり、そのためにはファインダー光学系の光線有効範囲を広くとる必要がある。そうすると多くの場合、球面収差、像面湾曲、非点収差、色収差等の諸収差の補正が難しくなり、特に物体側の周辺像高において光学性能が低下してくる。
そこで本発明のファインダー光学系L0では、前述の如く、4つのレンズを有する構成とし、かつ最適な屈折力配置を設定している。これにより高倍率かつアイレリーフが長く、高い光学性能を有したファインダー光学系を実現している。
各実施例のファインダー光学系は、第1レンズG1の材料の屈折率をnd1、第2レンズG2の材料の屈折率をnd2、第1レンズG1の焦点距離をf1、ファインダー光学系L0の焦点距離をf
とする。このとき、
1.700<nd1 ・・・(1)
nd2<1.700 ・・・(2)
f1/f<0.90 ・・・(3)
なる条件を満たす。
以下、条件式(1)乃至(3)の技術的意味について説明する。
条件式(1)は、ファインダー光学系L0の第1レンズG1の材料の屈折率を規定している。球面収差、像面湾曲、非点収差等の諸収差が良好に補正された上で高倍率化かつアイレリーフを長くするためには、各レンズに高屈折材料を使用することが必要となる。しかし一般に全てのレンズに高屈折材料を使用することは例えば色収差の補正より困難である。そのため、高屈折材料よりなるレンズはなるべく少ない方がよい。
小型の画像表示素子の画像表示面を拡大して観察するファインダー光学系は、一般に画像表示面から離れるほどレンズの光線有効範囲が拡大するため、レンズの有効径が大きくなる。一方、レンズの有効径が大きくなると、レンズ自体の体積が指数関数的に増加することに加え、使用できる成型機が限られてくることから、製造が困難になる。そのため、各実施例では第1レンズG1に高屈折材料を用いることで諸収差が良好に補正された上で、高倍率かつアイレリーフの長いファインダー光学系を実現している。
条件式(1)の下限値を超えると、第1レンズG1のレンズ面の曲率の形状が急になることにより球面収差、像面湾曲、非点収差等の諸収差の補正が困難になる。
また条件式(1)について、好ましくは以下の条件式(1a)を満たすことが好ましい。
1.700<nd1<1.900 ・・・(1a)
また条件式(1a)について、さらに好ましくは以下の条件式(1b)を満たすことが好ましい。
1.720<nd1<1.850 ・・・(1b)
条件式(2)は、ファインダー光学系L0の第2レンズG2の材料の屈折率を規定している。第2レンズG2は負の屈折力を有するが、ファインダー光学系L0は全体として強い正の屈折力を持つため、負の屈折力を持つ第2レンズG2の材料の屈折率を下げなければペッツバール和の補正が困難になる。そのため条件式(2)の上限値を超えると像面湾曲、非点収差が増加してくる。
また条件式(2)について、好ましくは以下の条件式(2a)を満たすことが好ましい。
1.580<nd2<1.700 ・・・(2a)
また条件式(2a)について、さらに好ましくは以下の条件式(2b)を満たすことが好ましい。
1.620<nd2<1.700 ・・・(2b)
条件式(3)は、ファインダー光学系L0の第1レンズG1の焦点距離を規定している。条件式(3)はファインダー光学系L0の高倍率化を図りつつ球面収差、像面湾曲、非点収差等の諸収差を良好に補正するためのものである。条件式(3)の上限値を超えると、第1レンズG1の正の屈折力が弱くなり、球面収差、像面湾曲、非点収差等の諸収差の補正が不十分となるため、好ましくない。
また条件式(3)について、好ましくは以下の条件式(3a)を満たすことが好ましい。
0.40<f1/f<0.90 ・・・(3a)
また条件式(3a)について、さらに好ましくは以下の条件式(3b)を満たすことが好ましい。
0.50<f1/f<0.88 ・・・(3b)
各実施例のファインダー光学系において更に好ましくは次の条件式のうち1以上を満足するのが良い。
第1レンズG1の画像表示面側のレンズ面の曲率半径をR11、第1レンズG1の観察側のレンズ面の曲率半径をR12とする。第3レンズG3の焦点距離をf3、第4レンズG4の焦点距離をf4とする。第2レンズG2の画像表示面側のレンズ面曲率半径をR21とする。第2レンズG2の焦点距離をf2とする。
第3レンズG3の観察側のレンズ面の曲率半径をR32、第4レンズG4の画像表示面側のレンズ面の曲率半径をR41とする。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観察するために用いられるファインダー光学系を有する観察装置において、画像表示素子の画像表示面の対角長をHとする。
このとき次の条件式のうち1つ以上を満足するのが良い。
0.0<(R11+R12)/(R11-R12)<2.0 ・・・(4)
0.5<f4/f3<10.0 ・・・(5)
-8.5<(R21+R12)/(R21-R12)<0.0 ・・・(6)
0.6<f3/f<3.0 ・・・(7)
-1.0<f2/f<-0.3 ・・・(8)
0.4<(R41+R32)/(R41-R32)<6.0 ・・・(9)
0.30<H/f<0.45 ・・・(10)
以下、条件式(4)乃至(10)の技術的意味について説明する。
条件式(4)は第1レンズG1のレンズ形状を規定し、主に球面収差、像面湾曲、非点収差などの諸収差を良好に補正し、広い視野角を確保しつつアイポイントを長くするためのものである。条件式(4)の上限値を超えると第1レンズG1の画像表示面側のレンズ面の曲率形状が急になることにより球面収差、像面湾曲、非点収差などの諸収差の補正が不十分になるため、好ましくない。条件式(4)の下限値を下回ると、画像表示面側のテレセントリック性が崩れることによって周辺光量が低下し、アイポイントが短くなってしまうため、好ましくない。
条件式(5)は、第3レンズG3の焦点距離と第4レンズG4の焦点距離の比を規定する式であり、主に像面湾曲、非点収差を良好に補正し、誤差敏感度を低減させるためのものである。条件式(5)の上限値を超えると、ファインダー光学系L0の誤差敏感度が増加するため、好ましくない。条件式(5)の下限値を超えると、像面湾曲、非点収差が増加してしまい、好ましくない。
条件式(6)は、第1レンズG1と第2レンズG2とで形成される空気間隔の形状を規定しており、主に球面収差、像面湾曲、非点収差、色収差などの諸収差を良好に補正し、広い視野角を確保しつつアイポイントを長くするためのものである。
条件式(6)の上限値を超えると、第2レンズG2の画像表示面側のレンズ面の曲率の形状が急になることにより、球面収差、像面湾曲、非点収差などの諸収差の補正が困難になり、好ましくない。条件式(6)の下限値を超えると、第1レンズG1の観察側のレンズ面と第2レンズG2の画像表示面側のレンズ面が近くなり、像面湾曲、非点収差、色収差の補正が不十分になるため好ましくない。
条件式(7)は、第3レンズG3の焦点距離を規定しており、主に像面湾曲、非点収差を良好に補正し、誤差敏感度を低減させるためのものである。条件式(7)の上限値を超えると、ファインダー光学系L0の誤差敏感度が増加するため、好ましくない。条件式(7)の下限値を超えると、像面湾曲、非点収差が増加するため、好ましくない。
条件式(8)は、第2レンズG2の焦点距離を規定しており、主に球面収差、像面湾曲、非点収差、色収差などの諸収差を良好に補正し、広い視野角を確保しつつアイポイントを長くするためのものである。条件式(8)の上限値を超えると、第2レンズG2の負の屈折力が過剰に強くなる(負の屈折力の絶対値が大きくなる)ことによって球面収差、像面湾曲、非点収差、色収差などの諸収差が増加するため、好ましくない。条件式(8)の下限値を超えると、第2レンズG2の負の屈折力が弱くなる(負の屈折力が小さくなる)ことによりペッツバール和の補正が困難になり、像面湾曲、非点収差が増加するため好ましくない。
条件式(9)は、第3レンズG3と第4レンズG4とで形成される空気間隔の形状を規定しており、主に像面湾曲、非点収差を良好に補正し、誤差敏感度を低減させるためのものである。条件式(9)の上限値を超えると、像面湾曲、非点収差が増加するため、好ましくない。条件式(9)の下限値を超えると、誤差敏感度が増加するため、好ましくない。
条件式(10)は画像表示面の最大像高とファインダー光学系の焦点距離の関係を規定し、主に広い視野角を確保しつつ球面収差、像面湾曲、非点収差等の諸収差を良好に補正するためのものである。条件式(10)の上限値を超えると、ファインダー光学系の倍率が過剰に大きくなり球面収差、像面湾曲、非点収差等の諸収差を補正することが困難になるため、好ましくない。条件式(10)の下限値を超えると、広い視野角を実現することが困難になるため、好ましくない。
また好ましくは条件式(4)乃至(10)について、以下の条件式(4a)乃至(10a)の数値範囲にあることでより発明の効果が得られるようになる。
0.2<(R11+R12)/(R11-R12)<1.7 ・・・(4a)
0.5<f4/f3<5.0 ・・・(5a)
-8.0<(R21+R12)/(R21-R12)<-2.0・・・(6a)
1.0<f3/f<3.0 ・・・(7a)
-0.9<f2/f<-0.4 ・・・(8a)
0.5<(R41+R32)/(R41-R32)<3.0 ・・・(9a)
0.32<H/f<0.45 ・・・(10a)
またさらに好ましくは条件式(4a)乃至(10a)について、以下の条件式(4b)乃至(10b)の数値範囲にあることが好ましい。
0.25<(R11+R12)/(R11-R12)<1.60 ・・・(4b)
0.60<f4/f3<4.00 ・・・(5b)
-7.5<(R21+R12)/(R21-R12)<-2.0 ・・・(6b)
1.0<f3/f<2.5 ・・・(7b)
-0.90<f2/f<-0.45 ・・・(8b)
0.5<(R41+R32)/(R41-R32)<2.8 ・・・(9b)
0.32<H/f<0.40 ・・・(10b)
実施例1乃至3、5、6のファインダー光学系L0は、画像表示面側より観察側へ順に、正の屈折力の第1レンズG1、負の屈折力の第2レンズG2、正の屈折力の第3レンズG3、正の屈折力の第4レンズG4より構成されている。
実施例4のファインダー光学系L0は、画像表示面側より観察側へ順に、正の屈折力の第1レンズG1、負の屈折力の第2レンズG2、正の屈折力の第3レンズG3、正の屈折力の第4レンズG4、正の屈折力の第5レンズより構成されている。
次に、各実施例に示したファインダー光学系を用いた撮像装置の実施形態について、図13を用いて説明する。図13は本発明のファインダー光学系を備える撮像装置の要部概略図である。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、画像が形成される。形成された画像は、半導体メモリ、磁気テープ、光ディスクなどの記録媒体104に記録される。また、画像処理回路103において形成された画像は、観察装置105に表示される。観察装置105は、画像表示素子1051及び各実施例のファインダー光学系1052を備える。画像表示素子1051は、液晶表示素子LCDや有機EL等から構成される。
このように本発明のファインダー光学系を、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、広視野角かつ小型であり、高い光学性能を有する撮像装置を得ることができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
次に、本発明の実施例1乃至6に対応する数値実施例1乃至6を示す。各数値実施例において、画像表示面IPから観察側EPへ順に「ri」は第i番目の面の近軸曲率半径を示す。r1は画像表示面である。最も観察側の2つの面は保護部材である。
diは画像表示面IPから順に第i番目の面と第i+1番目の面との間の軸上面間隔を示す。さらに、ndiは第i番目の材料のd線(波長=578.6nm)に対する屈折率を示し、νdiは第i番目の材料のd線を基準としたアッベ数を示す。なお、ある材料のアッベ数νdは、フラウンホーファ線のd線(587.6nm)、F線(486.1nm)、C線(656.3nm)における屈折率をNd、NF、NCとするとき、
νd=(Nd-1)/(NF-NC)
で表される。
また、各数値実施例において近軸曲率半径の欄に非球面と書かれている面は次の(数1)によって定義される非球面形状である。
Figure 0007286379000001
なお、(数1)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曲率半径、Kは円錐定数、A2、A4、A6、A8、A10は多項式係数である。
非球面係数において、「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。
表1に各実施例1乃至6における上述の条件式の計算結果を示す。

数値実施例1
単位mm
Figure 0007286379000002
Figure 0007286379000003
Figure 0007286379000004


数値実施例2
単位mm
Figure 0007286379000005
Figure 0007286379000006
Figure 0007286379000007


数値実施例3
単位mm
Figure 0007286379000008
Figure 0007286379000009
Figure 0007286379000010

数値実施例4
単位mm
Figure 0007286379000011
Figure 0007286379000012
Figure 0007286379000013


数値実施例5
単位mm
Figure 0007286379000014
Figure 0007286379000015
Figure 0007286379000016


数値実施例6
単位mm
Figure 0007286379000017
Figure 0007286379000018
Figure 0007286379000019
Figure 0007286379000020
1 画像表示面
L0 ファインダー光学系
G1 第1レンズ
G2 第2レンズ
G3 第3レンズ
G4 第4レンズ
G5 第5レンズ
EP 観察面

Claims (11)

  1. 画像表示面に表示された画像を観察するためのファインダー光学系であって、
    前記ファインダー光学系は、画像表示面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レンズを有し、
    前記第1レンズの材料の屈折率をnd1、前記第2レンズの材料の屈折率をnd2、前記第1レンズの焦点距離をf1、前記ファインダー光学系の焦点距離をf、前記第1レンズの画像表示面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、前記第3レンズの焦点距離をf3、前記第4レンズの焦点距離をf4とするとき、
    1.700<nd1
    nd2<1.700
    f1/f<0.90
    0.571≦(R11+R12)/(R11-R12)<2.0
    0.5<f4/f3<10.0
    なる条件式を満たすことを特徴とするファインダー光学系。
  2. 1.700<nd1<1.900
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項1に記載のファインダー光学系。
  3. 1.580<nd2<1.700
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載のファインダー光学系。
  4. 0.40<f1/f<0.90
    なる条件式を満たす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。
  5. 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レンズの画像表示面側の曲率半径をR21とするとき、
    -8.5<(R21+R12)/(R21-R12)<0.0
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載のファインダー光学系。
  6. 前記第3レンズの焦点距離をf3とするとき、
    0.6<f3/f<3.0
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載のファインダー光学系。
  7. 前記第2レンズの焦点距離をf2とするとき、
    -1.0<f2/f<-0.3
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載のファインダー光学系。
  8. 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レンズの画像表示面側のレンズ面の曲率半径をR41とするとき、
    0.4<(R41+R32)/(R41-R32)<6.0
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載のファインダー光学系。
  9. 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観察するために用いられる請求項1乃至8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観察装置。
  10. 前記画像表示素子の画像表示面の対角長をHとするとき、
    0.30<H/f<0.45
    なる条件式を満たすことを特徴とする請求項9に記載の観察装置。
  11. 物体像を撮像する撮像光学系と、前記撮像光学系で撮像された物体像を表示する画像表示素子と、該画像表示素子で表示される画像を観察するための請求項9または10に記載の観察装置を有することを特徴とする撮像装置。
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