JPS61193136A

JPS61193136A - カメラの焦点板用多焦点距離フレネルレンズ

Info

Publication number: JPS61193136A
Application number: JP60033906A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ichihara; 裕市原; Daijiro Fujie; 大二郎藤江; Keiji Osawa; 圭司大沢
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1985-02-22
Filing date: 1985-02-22
Publication date: 1986-08-27
Anticipated expiration: 2009-08-03
Also published as: US4775229A; JPH0658481B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、−眼レフレックスカメラのファインダー等に
用いられる焦点板用フレネルレンズに関する。

〔発明の背景〕

一眼レフレックスカメラ等のファインダー内には焦点板
に結像する光を観察眼の方へ転向させるためにコンデン
サーレンズ以外にフレネルレンズが一般に用いられてい
る。例えば第３図、に示す従来公知の一眼レフレックス
カメラのファインダー光学系において、撮影レンズ１を
通過した被写体からの光束は可動ミラー２によって上方
に導かれ、焦点板３のスクリーン面３ａに被写体像を結
ぶ。

このスクリーン面３ａは、中央の一部にスプリットプリ
ズムおよび（または）マイクロプリズムが設けられてい
るほかは全面が拡散面に形成されており、フィルムに撮
影される像と同等な像がこのスクリーン面３ａ上に観察
さねる。この場合、スクリーン面３ａの拡散面で光が散
乱されるので、その散乱光をペンタプリズム６を介して
有効に接眼レンズ７に導くために、コンデンサーレンズ
５に対向する焦点板３の裏面３ｂにはフレネルレンズ４
が一体に形成されている。

このフレネルレンズ４は、コンデンサーレンズ５・と本
質的に同様な作用をなすもので、コンデンサーレンズ５
のみではパワーが不足するので、そのコンデンサーレン
ズ５と協同して集光するために用いられる。そのフレネ
ルレンズは、第４図中で凸面を２点鎖線にて示す１個の
レンズを第５図に示すように同心の輪帯状（通常は等間
隔）に分割し、その厚さを第４図中で実線にて示すよう
に、はぼ一様に形成したものである。従来、カメラのフ
ァインダー内に用いられるフレネルレンズでは、一般に
その輪帯幅（ピッチ）が４０μ簿前後のものが用いられ
ている。

ところで、上記の従来から用いられているフレネルレン
ズ４を接眼レンズ７を通して拡大して観察すると、特に
視力の弱い人でない限り、そのフレネルレンズの輪帯は
被写体像に重畳して見え、フレーミングの際に煩わしい
欠点が有った。単にこの輪帯が見えないようにするため
には、単純にその輪帯の幅（ピッチ）を狭くすれば良い
。しかしながら、このピッチを３０μｆｉｌ〜２０ｐＩ
ＩＩに細かくすると、確かに輪帯は見えなくなるが、実
験の結果、撮影レンズの絞りを小さく絞ったときに、第
６図に示すように中心から外側になるに従って薄くなる
同心円状のニュートリングのような白色干渉縞状の同心
輪帯縞模様が現われてしまう欠点が有った。

〔発明の目的〕

本発明は、上記の欠点を解決し、７レネルの輪帯が見え
ること無く、しかも撮影レンズの絞りを絞っても白色干
渉縞状の同心輪帯縞模様が現われることの無い焦点板用
フレネルレンズを提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するために、本発明はカメラの焦点板
用フレネルレンズにおいて、中心付近の焦点距離を周辺
部の焦点距離より短く構成することを技術的要点とする
ものである。

先ず、本発明の多焦点フレネルレンズの原理について説
明する。

フレネルレンズは第５図に示すように同心で等間隔の細
い輪帯から構成されているので、これは。

回転対称な回折格子と考えることができる。しかも各輪
帯は、微小構造のプリズム状に形成されているので、こ
のフレネルレンズは、ブレーズされた位相格子を構成し
ている。さらに、そのブレーズ角は一定で無く、第４図
に示す如く、レンズの周辺では大きく、中心に近づくに
つれて小さく構成されている。

次に、その輪帯状に形成された回折格子の回折角度につ
いて考察する。ｎ次の回折光の回折角は、格子のピッチ
と波長とのみによって決まる。いま、回折角をｏｎ、入
射光の波長をλ、格子のピッチをｄとすると、回折角σ
ｎは次の式にて表わされる。

＃　ｎ　＝　５ｉｎ−”　ｎλ／　ｄ　　　−・−−−
・・−（１）したがって、（１）式から明らかなように
、フレネルレンズの場合には、レンズの場所（レンズ中
心からの距離）にはよらない値となる。

しかし、多数の次数の回折光のうちで、光強度が高いの
はそのブレーズ角に適合した１本または２本の回折光の
みである。しかも、ブレーズ角がレンズの場所によって
異なるため、フレネルレンズにより回折される光線は、
場所により異なった方向へ強く回折される。すなわち、
場所により異った次数の回折光が出て来ることになり、
これらの強い回折光が集った位置が焦点となっている。

その様子を、第７図に示す。

次に、撮影レンズの絞りを絞りたときに、同心円の縞模
様（第６図参照）ができる理由゛につ・い・て説明する
。いま、第７図においてａ点に入射した光線はｎ次の回
折光のみが強く、また、０点に入射した光線は（ｎ−１
）次の回折光のみが強いものとする。この場合、ａ点と
０点との中間のｂ点では、ｎ次と（ｎ−１）次の回折光
とが強く出ることが回折の理論から明らかであり、それ
らの強度は、ａ点と０点のそれぞれの回折強度にくらべ
て各々４０％程度であることがわかる。また、残りの２
０チは他の次数の回折光に分散されている。

このフレネルレンズの焦点Ｐの位置に第７図に示すよう
に観察者の目を置くと、ａ点および０点に入射した光は
、実線にて示す如く観察者の目の瞳内に入る。しかし、
ｂ点に入射した光は、ｎ次の回折光、（ｎ−１）次の回
折光とも、第７図中で破線にて示す如く焦点Ｐには集ま
らず、従って、瞳内には入らない。そのため、フレネル
レンズ４を直視すると、場所によって明るい部分と暗い
部分とがほぼ等間隔に観察される。このフレネルレンズ
４０輪帯は回転対称であるから、第６図の如く同心円且
つ等間隔の回折縞模様として観察される。実際にはこの
フレネルレンズ４を有する焦点板３は、第３図に示す如
くコンデンサーレンズ５、ペンタプリズム６を通して接
眼レンズ７により観察される。

その縞が明るくなる位置は、次の如くして定量的に求め
られる。すなわち、ｎ次の回折光が強く回折される入射
光の位置を、フレネルレンズのレンズ中心からｈｎだけ
離れた距離にあるものとし。

その回折角をＩｎとし、焦点距離をｆとすると、次の関
係式が得られる。

ｔａｎ　＃１１　＝＝　ｈｎ　／　ｆ　　−・＝−（２
）また、前述の（１）式から、ｓｉｎ　Ｉｎ　＝　、ｎλ／　ｄ　　・−・−・−・−
（３）−が小さく　　ｔａｎ＃ａｗｓｉｎ＃とすると、
（２）式および（３）式からｈｎ〜ｎＪｆ／ｄ　　　　　・・・・・・・・・（４）
すなわち、（４）式から明らかなように、同じ焦点距離
のものでは輪帯のピッチｄが細かくなるほど、縞の間隔
Ｊｆ／ｄは粗くなり、ピッチｄが粗くなれば縞の間隔は
細くなる。また、焦点距離ｆとピッチｄとの比が等しけ
れば、縞の間隔は同じである。

例えば、λ＝　５５０　＋、ｎｍ　ｆ　＝　８０　Ｈ＠
、ａノときｄ　＝　４０　ｐ諷であれば　λｆ　／　ｄ
　＝　１．１臨、ｓ＋同じ条件で　ｄ＝３Ｑ／Ｉ＋ａで
あればλｆ／ｄ　＝　１．４７　ｒｍ　−である。

実際には、光は単色光では無く、主に白色光であるから
、高次の回折光はど色ずれを起し、縞は不鮮明となる。

すなわち、中心から遠ざかるに従って、第６図に示すよ
うに縞は不鮮明となり、中心から６乃至７本程度で観察
不能となってしまう。

さらに、撮影レンズの絞りが成る程度の大きさを持って
いるので、入射光は平行光では無く、種々の角度から入
射する丸め、さらに不鮮明となる。

そのため、一般の明るいレンズでは、通常は縞が見えな
いが、Ｆナンバーが１６程度に絞りを絞ると、輪帯状の
回折縞模様が見えるようになる。

また、フレネルレンズの反対側の面は拡散面に構成され
ているので、その影響でさらに輪帯状の回折縞模様は不
鮮明となる。この拡散面が理想的な完全拡散面であるな
らば、縞は全く見えなくすることかできる。しかし、こ
の拡散面を完全拡散面にすると、ファインダー視野が暗
くなり、ファインダーは使用不能となるため、かなり拡
散性の低い拡散面が実際には使用されている。上記のよ
うな拡散性の低い拡散面でもまた絞りが小絞りでも、フ
レネルレンズの輪帯ピッチが粗いときは回折縞模様の間
隔が細かいので、縞がボケで見えなくなる。逆にピッチ
が細かいときは、縞の間隔が粗くなるので、絞りまたは
、拡散面により縞が或程度ボケても、そのボケ量よりも
縞の間隔の方が大きくなる程にピッチを細かくすると、
縞は消えないで残り、観察されるようになる。

第１図は、上記の縞の様子を説明するための目に入る光
量分布線図である。（Ａｌｌ、〔ＣＤおよび（Ｅ）は輪
帯ピッチｄが細かい（縞が粗い）フレネルレンズの回折
縞の光量分布を示し、〔Ｂ〕、ＣＤ）およびＣＦ）は輪
帯ピッチｄ′が粗い（縞が細かい）場合の回折縞の光量
分布を示し、いずれも縦軸は目に入る光量を、また横軸
はフレネルレンズ中心からの距離りを表わす。（Ａ）お
よび（Ｂ）は、フレネルレンズに単色の平行光を入射し
た場合を示し、λｔ／ｄ、の等間隔の縞が明瞭に生じて
いる。また、（Ｃ）および（Ｄ）は白色光を入射した場
合で、高次の回折光はど縞は不鮮明（振幅が小さい）と
なりており、且つ同じ次数に関しては、不鮮明の程度は
ピッチが細かい（縞が粗い（ＣＤの状態）でも、ピッチ
が粗い（縞が細いＣＤＪの状態）でも同じである。ＣＦ
、’Ｊおよ″び〔Ｆ〕は、さらに入射光の拡がりと拡散
面による影響とを考慮した場合で、この場合、ボケ量は
どちらも同じであるが、縞が粗い（〔Ｅ〕の場合）と鮮
明度の低下は小さく、縞が細かい（〔Ｆ〕の場合）場合
には、中心部を除き、混り合って見えなくなる。しかし
、一般のファインダー焦点板に用いられるフレネルレン
ズは、中心部だけは通常のレンズ面（球面）に形成され
、フレネルレンズになっていない。そのため、結局、縞
は見えない。

さて、以上のことから、回折光によって生じる縞を消す
方法としては、縞を細かくすれば良いことがわかる。縞
の間隔はＡｆ／ｄ　であるから、焦点距離ｆとピッチｄ
との比ｆ／ｄを小さくすればよい。例えば、フレネルレ
ンズが　ｆ＝８０帽露。

ｄ＝４０趨の場合、この条件では縞は現われていない。

そこで、ピッチｄを小さくしても縞が発生しないように
するためには、例えばｄ＝３０μ寓とした場合、ｔ＜ａ
ｍ＞／ａ累簿＝　８０／４０　から、ｆ（ａｍ）　＝　
２　ｄ（μ篤）＝６０とすればよい。ところが、焦点距
離の短いフレネルレンズでは、輪帯を構成する微小プリ
ズムの角度は、周辺部では急激に傾斜が強くなり、収差
が発生し、結像性能の点から好ましく無い。

また一方、第９図および第１０図に示す如く、光の来る
部分の幅Ａと光の来ない部分の幅Ｂとかられかるように
、微小プリズムの角度が緩い第９図に比べて、角度が急
なとき（第１０図）は微小プリズムから出射する光束の
幅が狭くなる。このことは、波動光学的に考察すると、
所望の次数の回折光が減り、他の次数の回折光が増加す
ることを意味する。すなわち、レンズの作用が減少し、
拡散板的な働きが増し、そのために像のコントラストが
低下して見栄が悪くなる。

従って、上記の収差の悪化や像のコントラスト低下等を
防止するためには、フレネルレンズの周辺部の焦点距離
を現在通常用いられている８０１１１，１１１前後から
余り短くしない方が良いことが理解される。すなわち、
縞の見える中心部付近での焦点距い。またこのように構
成することにより、輪帯を形成する各微小プリズムの角
度の変化が、焦点距離が一足の通常のフレネルレンズを
構成する微小プリズムの角度の変化に比べて小さくなり
、フレネルレンズの押し屋の製作も容易である。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を詳しく説明する。

第１図は、−眼レフレックスカメラの焦点板と一体に形
成された本発明のフレネルレンズの実施例を示す断面図
で、第２図は、第１図のフレネル・・ルンズの中心から
の距離と焦点距離との関係を表わす線図である。

第１図において、焦点板１３の表面にはマット面１３ａ
とスプリットプリズム１３ｂが形成され、裏面の中心部
に形成された球面部１３ｃの外側にフレネルレンズ１４
が形成されている。そのフレネルレンズ１４は、焦点距
離が周辺部においては長＜（ｒ＝ｓｏｍ、ｍ）、中心部
では短＜（ｆ中５２ＩＩ１．＠）に形成され、その中間
部分の焦点距離は周辺部に至るに従つて漸増するように
形成されている。

ところで、従来の球面レンズに基づくフレネルレンズで
は、焦点距離ｆ＝８０町＋ｍ、　ピッチｄ＝４０μ篤、
またはｆ＝６０１１１．ｌＩ、ｄ＝３０＃欝　の場合に
は、−眼レフレックスカメラにおいて撮影レンズの絞り
を小絞りに絞っても、回折光による縞は見えないが、ｆ
＝８０油ｎｓ、ｄ＝３０ｐ諷の焦点板では、実験の結果
、絞りをＦナンバー１６程度まで絞ると、中心付近＃＝
１２１１．１ｍの位置で回折光による縞が観察された。

そこで、周辺部での光線束を観察者の目の方向に向けて
かげりを無くし且つｄ＝３０７’ｌＢで回折光による縞
の見えないフレネルレンズを実現するには、７レネルレ
ンズ１４の周辺部の焦点距離を８０１１１．＠とじ、中
心付近鑓＝１２鵬舅以内での焦点距離が５９　ｍ３以下
になるように、場所により各輪帯の屈折力を変えればよ
い。

この場合、中心付近では、焦点距離が大きく周辺部のそ
れより異なるため、°周辺部の光束ｔ−ｍ内に取り入れ
るように、目の瞳を周辺部光束の焦点位置ｐ、　（第１
図参照）に置くと、中心付近の光線の集束位置Ｐ意は臘
から遠く離れる。しかし、その光束は光軸に近いので、
集束角度が小さく、瞳内に入る光は余り減少しない。従
つて、その焦点板をファインダーの接眼レンズを通して
観察した場合、中心付近の視野が暗くなるようなことは
無い。

第２図は、フレネルレンズ１４の中心からの距離Ｘを横
軸に、これに対応する輪帯の焦点距離ｆを縦軸とした線
図で、最外周（視野枠の四隅、Ｘキ２１．６　講、ｓ　
）での焦点距離をｆ＝８０＋１１．＋ＩＩ。

フレネルレンズ中心から距ｌ１ｌｘ＝６１１１．ｌｌＩ
での焦点距離をｆ＝６Ｑ＠４とし、中心からの距離が６
０以内（ｘ＜６ｍ、ａ）では焦点距離ｆを６０寓１以下
（ｆ＜６０ｍ、属）になっていることを示している。ま
た、中心からの距離ｌが１，５ｍ９ｍの位置ではｆ＝５
２４ｆｉに形成され、ｘ　＜　１．５　ｍ、ｔｌＩの部
分は、フレネルでは無く単純な球面レンズ１３ｃに形成
されている。なお、この中心からの距離１．５・、・以
下の部分は、表面ｒズ・１３．に対応している。

上記の最外周の焦点距離ｆ＝８０町票と最内周の焦点距
離ｆ＝５２との間の焦点距離は、第２図に示す如く上記
の２点を直線で結び、中心距離に比例して漸増するよう
に構成されている。しかし、その２点間を結ぶ線は、必
ずしも直線である必要は無く、曲線であっても差支え無
い。その焦点距離の変化を不連続にし例えばＸ２６尾−
でｆ＝３Ｑ　ｍ、ｓ　、　３Ｃ＜６−１−でｆ　＝　６
０１１１．１１１というようにしても、従来の球面に基
づくフレネルレンズの欠点を除くことができる。しかし
、このように極端な不連続のものに構成すると、その焦
点距離の不連続部分でファインダー儂に不連続部、いわ
ゆる１飛び”が生じるので、連続的に変化させるのがよ
い。

なお、第１図の実施例においては、フレネル面１４が眼
側に設けられているが、マット面１３ｍを眼側に向けて
配置しても差支えない。

〔発明の効果〕

以上の如く本発明によれば、フレネルレンズの中心付近
の焦点距離を周辺部の焦点距離より短く形成したから、
フレネルレンズの輪帯と回折光による縞模様が見えず、
しかも、周辺部でも光景不足により陰りを生じることが
無い、明るく鮮明なるので、押し屋の製作も容易である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の断面図、第２図は第１図にお
けるフレネルレンズの中心距離と焦点距離との関係を示
す線図、第３図は、従来の焦点板用フレネルレンズを有
する一眼レフレックスカメラのファインダー光学系を示
す断面図、第４図は従来のフレネルレンズの断面図、第
５図は第４図の平面図、第６図は、従来のフレネルレン
ズにおける回折光による縞模様を示す平面図、第７図は
、第６図における縞模様の生じる理由を解説する九図は
プリズム角度が緩い　状態、第１０図はプリズム角度が
急な状態を示す図面である。〔主要部分の符号の説明〕１３　・・・・・・・・・焦点板、　　１３ｍ・・・・
・・・・・マット面、１３ｂ・・・・・・・・・スプリ
ットプリズム、１３ｃ・・・・・・・・・球面レンズ１４　・・・・・・・・・多焦点フレネルレンズ第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）中央付近の焦点距離を周辺部の焦点距離より短く
構成したことを特徴とするカメラの焦点板用多焦点距離
フレネルレンズ。
（２）光軸中心からの距離が短くなるに従って焦点距離
が漸減する如く構成されていることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載のカメラの焦点板用多焦点距離フレ
ネルレンズ。