JP2012203089A

JP2012203089A - 焦点板及びそれを有するファインダー系

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Publication number: JP2012203089A
Application number: JP2011065871A
Authority: JP
Inventors: Seiji Nakahara; 征二中原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2012-10-22
Anticipated expiration: 2031-03-24
Also published as: JP5686645B2

Abstract

【課題】広い拡散角度を有し、自然なボケ味が容易に得られる焦点板を得ること。
【解決手段】光入射面と光出射面のうち少なくとも一方の面に凸形状の複数の単位ユニットが配置されている焦点板において、前記複数の単位ユニットは、所定平面からの高さが互いに異なる単位ユニットを含み、前記所定平面からの高さが互いに等しい単位ユニットについて、頂点間隔の最小値の小さい順に、それぞれ単位ユニットＣＳ１、ＣＳ２・・・とし、前記単位ユニットＣＳｉ（ｉ＝１、２・・・）の頂点間隔の最小値をＬｉ、前記所定平面からの高さをＨｉ、前記複数の単位ユニットの頂点と底部との高低差の最大値をＨとするとき、Ｌ_i+1＞１．７×Ｌ_i、０．０５＜（｜Ｈ_i+1−Ｈ_i｜／Ｈ）＜０．３０なる条件を満足すること。
【選択図】図１

Description

本発明は一眼レフカメラ等の撮像装置のファインダー系に使用される、撮影レンズで結像される像が形成される焦点板に関するものである。

従来、一眼レフカメラ等の撮像装置には、撮像面と光学的に等価な位置に焦点板が配置されている。撮影者は、撮影レンズによって焦点板上に形成される像をファインダー系を介して観察し、撮影される像の構図やボケ具合（ピント状態）等を確認する。この焦点板として、可視光を拡散するための球面状のマイクロレンズを所定ピッチで又はランダムに多数配列したマイクロレンズアレイを用いた焦点板が知られている（特許文献１）。

特許文献１では、複数のマイクロレンズを相互に隣接するマイクロレンズの頂点間隔を全て等間隔Ｌとした基本パターンとは異なるように不規則に又は確率分布的な規則性をもって形成した焦点板を開示している。またマイクロレンズアレイの製作方法としてメッキ技術を用いた微細加工技術が知られている（特許文献２）。

特許文献２のマイクロレンズアレイの製作方法では、導電性または電極層を有する基盤に絶縁性のマスク層を形成する。さらに、このマスク層に開口部を通じて有機化合物の電着機構（メッキ）によって上記開口部に電着層を形成し、さらにメッキを続けることでマスク層の面上にも電着層を広げ、マイクロレンズアレイを形成している。この他焦点板として高さの異なるマイクロレンズを規則的に配置して、拡散分布の輝点間隔を小さくした焦点板が知られている（特許文献３）。

特開２００３−４９０７号公報特開２０００−０４３０５４号公報特開平４−１１９３３９号公報

マイクロレンズを複数配列した構成（マイクロレンズアレイ）より成る焦点板はファインダー像を明るい状態で観察できるといった長所がある。しかしながらマイクロレンズの配置の周期的構造のため、回折格子と同様の光学作用を持つ。このため、拡散特性が離散的となり、焦点の合っていない像を観察する場合に像が多重に見える、いわゆる多線ボケが生じ自然なボケ味が得られないという問題がある。

高さの異なるマイクロレンズを規則的に配置した焦点板では、輝点間隔を狭くすることは出来る。しかしながら、同じ高さのマイクロレンズが回転対称に配置されていないと、拡散分布が多角形になり、ボケ像がいびつな形になる。さらに、高さ及びピッチの異なる複数種のマイクロレンズを配置すると、拡散特性は各マイクロレンズ間の高さの差にも大きく影響されてしまい、自然なボケ味を得るのが難しくなる。

本発明は広い拡散角度を有し、自然なボケ味が容易に得られる焦点板及びそれを有するファインダー系の提供を目的とする。

本発明の焦点板は、光入射面と光出射面のうち少なくとも一方の面に凸形状の複数の単位ユニットが配置されている焦点板において、前記複数の単位ユニットは、所定平面からの高さが互いに異なる単位ユニットを含み、前記所定平面からの高さが互いに等しい単位ユニットについて、頂点間隔の最小値の小さい順に、それぞれ単位ユニットＣＳ１、ＣＳ２・・・とし、前記単位ユニットＣＳｉ（ｉ＝１、２・・・）の頂点間隔の最小値をＬｉ、前記所定平面からの高さをＨｉ、前記複数の単位ユニットの頂点と底部との高低差の最大値をＨとするとき、
Ｌ_i+1＞１．７×Ｌ_i
０．０５＜（｜Ｈ_i+1−Ｈ_i｜／Ｈ）＜０．３０
なる条件を満足することを特徴としている。

本発明によれば、広い拡散角度を有し、自然なボケ味が容易に得られる焦点板が得られる。

本発明の実施例１に係る焦点板の表面形状の説明図本発明の実施例１に係る単位ユニットの面頂点の配置を決定する説明図本発明の実施例１に係る焦点板の要部断面図（Ａ）、（Ｂ）本発明の実施例１に係る焦点板の拡散特性の説明図本発明の実施例２に係る焦点板の表面形状の説明図本発明の実施例２に係る単位ユニットの面頂点の配置を決定する説明図本発明の実施例２に係る焦点板の要部断面図（Ａ）、（Ｂ）本発明の実施例２に係る焦点板の拡散特性の説明図本発明の実施例３に係る焦点板の表面形状の説明図本発明の実施例３に係る単位ユニットの面頂点の配置を決定する説明図本発明の実施例３に係る焦点板の要部断面図（Ａ）、（Ｂ）本発明の実施例３に係る焦点板の拡散特性の説明図本発明の実施例４に係る焦点板の表面形状の説明図本発明の実施例４に係る単位ユニットの面頂点の配置を決定する説明図本発明の実施例４に係る焦点板の要部断面図（Ａ）、（Ｂ）本発明の実施例４に係る焦点板の拡散特性の説明図本発明の撮像装置の要部概略図

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。本発明の焦点板は、光入射面と光出射面のうち少なくとも一方の面に凸形状の複数の単位ユニットが配置されている。複数の単位ユニットには所定平面からの高さが同一の第１の単位ユニットと、第１の単位ユニットの所定平面からの高さと異なる第２の単位ユニットが含まれている。

図１は本発明の実施例１の焦点板の表面形状の説明図である。図２は実施例１の焦点板の単位ユニットの頂点の配置の説明図である。図３は実施例１の焦点板の要部断面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）は実施例１の焦点板の拡散特性の説明図である。図５は本発明の実施例２の焦点板の表面形状の説明図である。図６は実施例２の焦点板の単位ユニットの頂点の配置の説明図である。図７は実施例２の焦点板の要部断面図である。図８（Ａ）、（Ｂ）は実施例２の焦点板の拡散特性の説明図である。

図９は本発明の実施例３の焦点板の表面形状の説明図である。図１０は実施例３の焦点板の単位ユニットの頂点の配置の説明図である。図１１は実施例３の焦点板の要部断面図である。図１２（Ａ）、（Ｂ）は実施例３の焦点板の拡散特性の説明図である。図１３は本発明の実施例４の焦点板の表面形状の説明図である。図１４は実施例４の焦点板の単位ユニットの頂点の配置の説明図である。図１５は実施例４の焦点板の要部断面図である。図１６（Ａ）、（Ｂ）は実施例４の焦点板の拡散特性の説明図である。

図１７は本発明の撮像装置の要部概略図である。図中、１はファインダー系に用いられ、撮影レンズによって形成される像が結像する焦点板である。２は所定平面であり、例えば焦点板の光入射面である。３は焦点板のマット面である。

ＣＳ１、ＣＳ２・・・は凸形状のマイクロレンズよりなる単位ユニットである。Ｐ１、Ｐ２・・・は単位ユニットＣＳ１、ＣＳ２の頂点（レンズ面頂点）である。Ｌ１、Ｌ２・・・は単位ユニットＣＳ１、ＣＳ２・・・の頂点間隔である。ここで１つの単位ユニットに複数の頂点間隔があるときは、その最小値を頂点間隔としている。Ｈ１、Ｈ２・・・は単位ユニットＣＳ１、ＣＳ２・・・の所定平面２からの高さである。Ｈは単位ユニットの凸形状の頂点と凸形状の底部との高低差のうち最大値を示している。図３では焦点板１のマット面全体の高低差を示している。

各実施例において単位ユニットの頂点は所定平面上に六方格子状に並べられている。各実施例において単位ユニットは、例えば複数枚のフォトマスクを用いて連続的に多段露光して形成している。

各実施例において、所定平面２からの高さの等しい単位ユニットの頂点間隔を複数の頂点間隔があるときは、その最小値を頂点間隔としたとき、頂点間隔の小さい順に単位ユニットＣＳ１、ＣＳ２・・・としている。単位ユニットＣＳｉ（ｉ＝１、２・・・）の頂点間隔をＬｉ、所定平面からの高さをＨｉ、複数の単位ユニットの凸形状の頂点と底部との高低差のうち最大値をＨとする。このとき、
Ｌ_i+1＞１．７×Ｌ_i ・・・（１）
０．０５＜（｜Ｈ_i+1−Ｈ_i｜／Ｈ）＜０．３０・・・（２）
なる条件を満足している。

条件（１）式の技術的な意味について説明する。単位ユニットが規則的に配列された焦点板において、単位ユニット（マイクロレンズ）のピッチ（配置ピッチ）Ｐと拡散分布の輝点配列の角度ピッチθＰの関係は、
θＰ＝λ／Ｐ・・・（ａ）
である。

角度ピッチθＰはピッチＰの逆数に比例する。ここでλは光の波長である。このような焦点板では、点光源のボケ像は輝点の集まりとして観察される。線状物体は点光源が線上に並んだものと考えられるので、線状物体のボケ像も点光源のボケ像が線上に並んだものとなる。さらに、任意の形状、面積を持つ物体のボケ像も同様に点光源の集まりと考えることが出来る。すなわち、ボケ像がより自然に見えるためには、拡散分布の輝点配列の角度ピッチθＰが小さいほど良い。

つまり、ボケ味だけに注目すると、単位ユニットのピッチＰが大きいほど望ましいことになる。しかし、ピッチＰが大きい単位ユニットだけを配列させると、拡散角度が小さい領域に輝点が集中してピント合わせが困難になることと、観察者の目に単位ユニットが直接見え易くなるといった問題が発生する。

そこで、拡散角度の大きい領域に輝点を分布させ、単位ユニットが観察者に直接見えないようにするためにはピッチＰはある程度小さいほうが望ましい。したがって、これらの相反する機能を同時に満足するためには、焦点板にピッチＰの大きい単位ユニットとピッチＰの小さい単位ユニットの両方を配置することが望ましい。具体的には条件式（１）を満足するようにピッチ（頂点間隔）の異なる単位ユニットを有するように構成するのが良い。条件式（１）を外れると自然なボケ味を得るのが難しくなる。

条件式（２）の下限を越えると、焦点板１の拡散特性がピッチＰの小さい単位ユニットＣＳ１が一様に配置された焦点板と等価となり、ボケ味が悪くなる。また条件式（２）の上限を越えると、高さの異なる単位ユニット間の高低差が大きくなりすぎるため、焦点板に形成される像を観察した時に単位ユニット間の部分が暗くケラレが発生する。そのため、適切な拡散特性と焦点板の見えを良好に保つためには条件式（２）を満たすのが良い。次に各実施例の焦点板１の具体的な構成について説明する。

［実施例１］
図１はファインダー系に用いられる本発明の実施例１に係る焦点板の表面形状を示している。本実施例の焦点板では、マイクロレンズにより成る単位ユニットの頂点（レンズ面頂点）の基準面（所定平面）２からの高さが２種類の単位ユニットＣＳ１、ＣＳ２が配列されている。本実施例では単位ユニットの頂点Ｐ１、Ｐ２、頂点間隔の最小値の小さい順に単位ユニットＣＳ１、単位ユニットＣＳ２としている。

単位ユニットＣＳ１、ＣＳ２の頂点Ｐ１、Ｐ２の頂点間隔の最小値Ｌ１、Ｌ２、および頂点の基準面２からの高さＨ１、Ｈ２、および焦点板１のマット面３からの高低差Ｈは以下の通りである。
Ｌ１＝２０μｍ、Ｌ２＝４０μｍ
Ｈ１＝３６．０μｍ、Ｈ２＝３６．５μｍ、Ｈ＝２．４μｍ
単位ユニットＣＳ１の頂点間隔の最小値Ｌ１と単位ユニットＣＳ２の頂点間隔の最小値Ｌ２は条件式（１）を満たしている。

次に図３の本発明の実施例１に係る焦点板の要部断面図を用いて単位ユニットＣＳ１、ＣＳ２について説明する。本実施例では、単位ユニットＣＳ２の頂点の所定平面２からの高さＨ２が単位ユニットＣＳ１の頂点の所定平面２からの高さＨ１よりも高く設定されており、条件式（２）を満たしている。

本実施例の焦点板１の拡散特性は図４（Ａ）、（Ｂ）のようになり、拡散角±５°〜１０°の角度範囲に拡散量が集中している。一般的なカメラ（撮像装置）のファインダー光学系では、光線を入射させた時の拡散特性が主として±５°〜±１０°の範囲にあることが望ましい。これはカメラの撮影レンズはＦナンバーがおよそ２．８〜５．６の範囲にあるからである。本実施例の焦点板は、自然なボケ味を持ちつつ、必要な拡散角に拡散量を集中させピントの合わせ易い焦点板を実現している。

［実施例２］
図５はファインダー光学系に用いられる本発明の実施例２に係る焦点板の表面形状を示している。本実施例の焦点板１では、マイクロレンズよりなる単位ユニットの頂点の基準面（所定平面）２からの高さが２種類の単位ユニットが配列されている。本実施例では実施例１と同様に単位ユニットの頂点間隔の最小値の小さい順に単位ユニットＣＳ１、単位ユニットＣＳ２としている。単位ユニットＣＳ１、ＣＳ２の頂点間隔の最小値Ｌ１、Ｌ２、および頂点の基準面２からの高さＨ１、Ｈ２、および焦点板１のマット面３からの高低差Ｈは以下の通りである。

Ｌ１＝２０μｍ、Ｌ２＝４０μｍ
Ｈ１＝３６．５μｍ、Ｈ２＝３６．０μｍ、Ｈ＝２．１μｍ
図６は、図５の焦点板１の単位ユニットＣＳ１、ＣＳ２の頂点の配置を示している。単位ユニットＣＳ１の頂点間隔の最小値Ｌ１と単位ユニットＣＳ２の頂点間隔の最小値Ｌ２は条件式（１）を満たしている。

図７は本実施例の焦点板１の要部断面図である。本実施例では、単位ユニットＣＳ１の頂点の所定平面２からの高さＨ１が単位ユニットＣＳ２の頂点の所定平面２からの高さＨ２よりも高く設定されており、条件式（２）を満たしている。

条件式（２）の下限を越えると、焦点板１の拡散特性がピッチＰの小さい単位ユニットＣＳ２が一様に配置された焦点板と等価となり、ボケ味が悪くなる。また条件式（２）の上限を越えると、高さの異なる単位ユニット間の高低差が大きくなりすぎるため、焦点板に形成された像を観察した時に単位ユニット間の部分が暗くケラレが発生する。そのため、適切な拡散特性と焦点板の見えを良好に保つためには条件式（２）を満たすのが良い。

本実施例の焦点板１の拡散特性は実施例１と同様に図８（Ａ）、（Ｂ）のようになる。本実施例では、拡散角±５°近辺に拡散量が集中しており、Ｆナンバー５．６の撮影レンズでも明るく、ピントの合わせ易い焦点板が得られる。

［実施例３］
図９はファインダー光学系に用いられる本発明の実施例３に係る焦点板の表面形状を示している。本実施例の焦点板ではマイクロレンズよりなる単位ユニットの頂点の基準面（所定平面）からの高さが３種類の単位ユニットが配列されている。本実施例では実施例１と同様に単位ユニットの頂点間隔の最小値の小さい順に単位ユニットＣＳ１、単位ユニットＣＳ２、単位ユニットＣＳ３としている。単位ユニットＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３の頂点間隔の最小値Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、および頂点の基準面２からの高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３、および焦点板１のマット面３の高低差Ｈは以下の通りである。
Ｌ１＝２０μｍ、Ｌ２＝４０μｍ、Ｌ３＝８０μｍ
Ｈ１＝３５．５μｍ、Ｈ２＝３５．７μｍ、Ｈ３＝３６．０μｍ
Ｈ＝２．５μｍ
図１０は、焦点板１の単位ユニットＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３の頂点の配置を示している。単位ユニットＣＳ１の頂点間隔の最小値Ｌ１と単位ユニットＣＳ２の頂点間隔の最小値Ｌ２、単位ユニットＣＳ３の頂点間隔の最小値Ｌ３はそれぞれ前記条件式(1)を満たしている。

図１１は本実施例の焦点板１の要部断面図である。本実施例では、各単位ユニットＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３の頂点の所定平面からの高さが高い順にＣＳ３、ＣＳ２、ＣＳ１であり、各頂点の所定平面２からの高さＨ３、Ｈ２、Ｈ１は、条件式（２）を満たしている。

条件式（２）の下限を越えると、焦点板１の拡散特性がピッチＰの小さい単位ユニットＣＳ１が一様に配置された焦点板と等価となり、ボケ味が悪くなる。また条件式（２）の上限を越えると、高さの異なる単位ユニット間の高低差が大きくなりすぎるため、焦点板に形成された像を観察した時に単位ユニット間の部分が暗くケラレが発生する。そのため、適切な拡散特性と焦点板の見えを良好に保つためには条件式（２）を満たすのが良い。

本実施例の焦点板の拡散特性は図１２（Ａ）、（Ｂ）のようになる。本実施例では、拡散角±５°近辺に拡散量が集中しており、Ｆナンバー５．６の撮影レンズでも明るく、ピントの合わせ易い焦点板を実現することが出来る。

［実施例４］
図１３はファインダー光学系に用いられる本発明の実施例４に係る焦点板の表面形状を示している。本実施例の焦点板では、マイクロレンズよりなる単位ユニットの頂点の基準面（所定平面）からの高さが３種類の単位ユニットが配列されている。本実施例では実施例１と同様に、頂点間隔の最小値の小さい順に単位ユニットＣＳ１、単位ユニットＣＳ２、単位ユニットＣＳ３としている。単位ユニットＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３の頂点間隔の最小値Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、および頂点の基準面２からの高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３、および焦点板１のマット面３の高低差Ｈは以下の通りである。

Ｌ１＝２０μｍ、Ｌ２＝４０μｍ、Ｌ３＝８０μｍ
Ｈ１＝３５．５μｍ、Ｈ２＝３６．０μｍ、Ｈ３＝３５．８μｍ
Ｈ＝２．５μｍ
図１４は、焦点板１の単位ユニットの頂点の配置を示している。単位ユニットＣＳ１の頂点間隔の最小値Ｌ１と単位ユニットＣＳ２の頂点間隔の最小値Ｌ２、単位ユニットＣＳ３の頂点間隔の最小値Ｌ３はそれぞれ前記条件式（１）を満たしている。

図１５は本実施例の焦点板１の要部断面図である。本実施例では、各単位ユニットは頂点の高い順に単位ユニットＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ１であり、各頂点の所定平面２からの高さＨ２、Ｈ３、Ｈ１は、条件式（２）を満たしている。

条件式（２）の下限を越えると、焦点板１の拡散特性がピッチＰの小さい単位ユニットＣＳ１が一様に配置された焦点板と等価となり、ボケ味が悪くなる。また条件式（２）の上限を越えると、高さの異なる単位ユニット間の高低差が大きくなりすぎるため、焦点板に形成される像を観察した時に単位ユニット間の部分が暗くケラレが発生する。そのため、適切な拡散特性と焦点板の見えを良好に保つためには条件式（２）を満たすのが良い。

なお、各単位ユニットの頂点の高さに関して、条件式（２）を満たしていれば、本実施例に対して高さの順番が入れ替わっていても、所望の拡散特性を得ることが出来る。本実施例の焦点板の拡散特性は図１６（Ａ）、（Ｂ）のようになる。本実施例では、拡散角±５°〜１０°の範囲に拡散量が集中しており、Ｆナンバー２．８〜５．６の撮影レンズに最適化された、広い拡散角度と自然なボケ味を持った焦点板を実現することが出来る。次に実施例１〜４における条件式（１）、（２）に関する数値を以下の表１に示す。

各実施例においては、単位ユニットの高さの種類が、２種類と３種類の焦点板を提示したが、４種類以上の焦点板でも自然なボケ味と広い拡散角度を持つ焦点板を実現することができる。しかし、単位ユニットの高さの種類を多くしすぎると、高さの異なるマイクロレンズの境界でのケラレや、ピッチの大きすぎる単位ユニットが直接見えてしまうことがある。このため単位ユニットの種類は２種類または３種類が望ましい。

本発明によれば、広い拡散特性を有し、ボケ味の不自然さの少ないファインダー像を観察することができる焦点板が得られる。以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

図１７は、本実施例の焦点板を有する一眼レフカメラ（撮像装置）の光学ファインダーの構成を示した要部構成図である。同図において被写体からの光束は、撮影レンズ２１を通過してクイックリターンミラー２２で反射された後、マイクロレンズアレイより成る焦点板２３上に結像する。焦点板２３上に結像した被写体像は、マイクロレンズアレイによって拡散され、ペンタプリズム２４により反転され、正立像として接眼レンズ２５を通してアイポイント２６にて観察される。２７はＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子（撮像手段）である。

本実施例のように上述したマイクロレンズアレイを焦点板２３に用いることにより、焦点板に必要な特性を良好に満たすことができる。尚、本実施例ではカメラ用の光学ファインダーに用いられる焦点板について説明したが、本発明は各種光学機器に使用される焦点板に適用することが可能である。

ＣＳ_ｉ回転対称な凸曲面上の単位ユニット
Ｌ_ｉ基本パターンにおける単位ユニットの面頂点間隔Ｐ_ｉ単位ユニットの頂点

Claims

光入射面と光出射面のうち少なくとも一方の面に凸形状の複数の単位ユニットが配置されている焦点板において、前記複数の単位ユニットは、所定平面からの高さが互いに異なる単位ユニットを含み、前記所定平面からの高さが互いに等しい単位ユニットについて、頂点間隔の最小値の小さい順に、それぞれ単位ユニットＣＳ１、ＣＳ２・・・とし、前記単位ユニットＣＳｉ（ｉ＝１、２・・・）の頂点間隔の最小値をＬｉ、前記所定平面からの高さをＨｉ、前記複数の単位ユニットの頂点と底部との高低差の最大値をＨとするとき、
Ｌ_i+1＞１．７×Ｌ_i
０．０５＜（｜Ｈ_i+1−Ｈ_i｜／Ｈ）＜０．３０
なる条件を満足することを特徴とする焦点板。
前記単位ユニットの頂点は六方格子状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の焦点板。
前記単位ユニットは、複数枚のフォトマスクを用いて連続的に多段露光して形成されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の焦点板。
請求項１乃至３のいずれか１項の焦点板を有することを特徴とするファインダー系。
請求項４のファインダー系を有することを特徴とする撮像装置。