JP5043473B2 - ファインダー光学系及びそれを用いた撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、観察倍率が大きくファインダー像を良好に観察することができるファインダー光学系に関し、特に一眼レフカメラ等の撮像装置に好適なものである。

従来、一眼レフカメラでは撮影レンズによって、焦点板上に形成したファインダー像（物体像）をファインダー光学系を介して観察している。このファインダー光学系は、焦点板上に形成されたファインダー像をペンタプリズム等の像反転手段を介して正立像とした後、接眼レンズによって拡大して観察するように構成されている。

このようなファインダー光学系に用いられる接眼レンズには、高い観察倍率を有すること、十分な長さのアイレリーフがあること、視度調節機能があること、そして高い光学性能を有すること等が求められている。

一般にこのようなファインダー光学系において、観察倍率は撮影レンズと接眼レンズの焦点距離の比で求められる。このため観察倍率を大きくする為には、接眼レンズの焦点距離を短くすることが必要となる。

しかしながら一眼レフカメラのファインダー光学系においては、一般に視度を−１ディオプトリー付近に設定することが必要となる。このため、物体像が形成される焦点板から接眼レンズまでの距離（接眼レンズの主点位置までの光路長）によって接眼レンズの焦点距離は実質的に決定される。

従って一眼レフカメラにおいてファインダー光学系の観察倍率を大きくするにはペンタプリズムの光路長を短くし、接眼レンズをペンタプリズムになるべく近接させて配置するのが良い。

しかしながら、このような構成にすると、ファインダー光学系の観察部（アイポイント）がカメラの後面より物体側（ペンタプリズム側）に移動してしまい、実質的にアイレリーフが短くなってくる。

尚、ここでアイレリーフとは接眼レンズの射出面から観察者の瞳孔（アイポイント）までの距離である。

一方、カメラの軽量化及び簡素化（低コスト化）のため像反転手段としてペンタプリズムの替りにミラーを組み合わせた、所謂ペンタダハミラーを用いたファインダー光学系が種々と提案されている。

このペンタダハミラーを用いたファインダー光学系では、ペンタプリズムを用いたファインダー光学系に比べ、空気換算光路長が長くなり、観察倍率を大きくすることが困難である。

このようなペンタダハミラーを用いたファインダー光学系として、接眼レンズを物体側から観察側へ順に負、正、負レンズの３群構成で構成し、一部のレンズを光軸方向に移動させることで視度調節を行うファインダー光学系が提案されている。（特許文献１参照）。

またペンタダハミラーを用いたファインダー光学系として、該ペンタダハミラーを構成するミラーの一部に集光性のパワーを持たせて高い観察倍率を得るようにしたファインダー光学系が提案されている（特許文献２）。
特開２００１−３１１８８１号公報 特開２０００−３５６７９９号公報

最近のデジタル一眼レフカメラでは、３５ｍｍ銀塩フィルムよりもイメージサークルの小さい所謂ＡＰＳ−Ｃサイズと同程度の大きさの撮像手段が用いられている。

一眼レフカメラではファインダー光学系で観察されるファインダー像が撮像手段面上に形成される物体像と同一または略同一であるように構成されている。このためデジタル一眼レフカメラではファインダー光学系を介して観察されるファインダー像が従来の銀塩カメラで観察されるファインダー像よりも小さくなってくる。前述した従来のファインダー光学系をＡＰＳ−Ｃサイズと同様のデジタル一眼レフカメラに応用することにより、観察倍率（ファインダー倍率）をある程度に高めることができる。しかしながらファインダー像の大きさは従来の銀塩カメラと比較すると小さくファインダー像を大きくすることが難しい。

また、接眼レンズの構成レンズ枚数を前述した従来例の構成枚数よりも増やすと、観察倍率を高めることはできるが、ファインダー光学系が複雑になってくる。

また前述したペンタダハミラーの一部に集光性のパワーを持たせるとファインダー倍率を高めることができる。このとき偏心収差が発生してくるので高い光学性能を維持しつつ、視度調節を行うには偏心収差を良好に補正することが必要になってくる。

本発明は高い光学性能を保ちつつ観察倍率が大きく、大きなファインダー像の観察ができ、しかもアイレリーフを十分に長く確保することのできるファインダー光学系及びそれを用いた撮像装置の提供を目的とする。

本発明のファインダー光学系は、撮影レンズにより形成される物体像からの光を該物体像側へ反射する屋根型形状の第１ミラーと、該第１ミラーで反射した光を観察側に反射する第２ミラーと、該第２ミラーからの光が入射する接眼レンズとを有し、前記第２ミラーは集光性のパワーを持つ回転非対称面であり、前記接眼レンズは、前記第２ミラー側から観察側へ順に、負の屈折力を有する第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、負の屈折力を有する第３レンズより構成され、前記第１レンズは回転非対称面を有し、前記第２レンズが前記接眼レンズの光軸方向に移動することにより視度調節が行われることを特徴としている。

本発明の撮像装置は、上記のファインダー光学系と撮像手段を有することを特徴としている。

本発明によれば簡易なレンズ構成で、高い光学性能を保ちつつ観察倍率が大きく、大きなファインダー像の観察ができ、しかもアイレリーフを十分に長く確保することのできるファインダー光学系及びそれを用いた撮像装置が得られる。

図１は本発明のファインダー光学系を備えたデジタル一眼レフカメラの要部断面図である。図２は本発明のファインダー光学系で観察される物体像の諸収差を焦点板上の位置座標を基準として説明するときの座標系の説明図である。図３と図４は本発明の数値実施例１のファインダー光学系の光路図と収差図である。図５と図６は本発明の数値実施例２のファインダー光学系の光路図と収差図である。図７と図８は本発明の数値実施例３のファインダー光学系の光路図と収差図である。

これらの光路図と収差図は、標準視度である−１ディオプトリーである場合を示している。また、アイポイント８に焦点距離が約３２ｍｍの収差のない理想的なレンズを配置して結像させた状態を表しており、波長はｄ線としている。

収差図では、図２に示される焦点板４での各座標におけるＹ断面、Ｘ断面での横収差を表しており、縦軸の単位はｍｍ、横軸はアイポイント８での光線高さを表している。

図１において、１は不図示のカメラ本体に装着される撮影レンズである。２は回転軸２ａを中心として回転可能なクイックリターンミラーであり、撮影時以外は撮影レンズ１からの光を上方に反射している。３は焦点板（フレネルレンズ）である。４は焦点板（マット面）であり、焦点板には撮影レンズ１によって物体像（ファインダー像）が形成されている。

５は像反転手段としてのペンタダハミラーを構成する屋根型形状の第１ミラーであり、焦点板４に形成された物体像からの光を該物体像側へ反射している。６は第１ミラー５で物体側に反射された光を観察側（アイポイント側）に反射する第２ミラーである。本実施例における第２ミラー６は回転非対称面である。このように、第１ミラー５と第２ミラー６は像反転手段を構成しており、焦点板４に形成される物体像を正立正像としている。

７は接眼レンズであり、第２ミラー側からアイポイント側へ順に、負の屈折力を有する第１レンズ（負レンズ）７ａ、正の屈折力を有する第２レンズ（正レンズ）７ｂ、そして負の屈折力を有する第３レンズ（負レンズ）７ｃを有している。第２ミラー６に最も近い第１レンズ７ａの入射面は回転非対称面である。第２レンズ７ｂは両面が凸形状であって、両面とも回転対称面である。第３レンズ７ｃはアイポイント側が凹形状の回転対称面である。以上の構成によりアイレリーフを十分長くしている。

８はアイポイントを表している。９は撮影レンズ１の像面であり、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子またはフィルム等の撮像手段が配置される。

撮影レンズ１からの光はクイックリターンミラー２で反射されて、焦点板４に物体像（ファインダー像）が形成される。焦点板４に形成された物体像を第１ミラー５と第２ミラー６で正立像とし、該正立像を接眼レンズ７で拡大することによりアイポイント８で観察される。

撮影時には撮像手段に像を形成するため、クイックリターンミラー２が２ａを回転軸として回転し、撮影レンズ１からの光が像面９に入射する。像面９に配置された撮像手段によって焦点板４に形成された物体像に相当する像を受光している。
第２レンズ７ｂを接眼レンズ７の光軸に沿って移動させることで視度調節を行っている。

また、第２ミラー６を回転非対称面として、集光性のパワーを持たせることにより、ファインダー倍率を大きくしている。

また、第２ミラー６への入射光は斜入射光であるため偏心収差が発生するが、第２ミラー６を回転非対称面とすることで偏心収差の発生を低減している。

接眼レンズが回転非対称面を少なくとも１面有することにより偏心収差をさらに良好に補正することができる。本実施例では、第１レンズ７ａの入射面もしくは第１レンズ７ａの入射出面両面を回転非対称面とし、第２ミラー６における残存偏心収差を良好に補正し、且つ該第１レンズ７ａを射出した後の光を共軸系に戻している。これにより、第２レンズ７ｂを接眼レンズ７の光軸に沿って移動させる場合にも高い光学性能を維持したまま視度調節行うことができる。

以下に本発明の実施例を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、光学系の全系にわたる共通の光軸を持たない。そこで、本実施例においては撮影レンズ１の光軸が、クイックリターンミラー２により折り曲げられた軸と焦点板４（マット面）との交点を原点（図１の点Ｏ）とする絶対座標系を設定するとともに、絶対座標系の各軸を以下のように定める。
Ｙ軸：原点を通り、第２レンズ７ｂの面頂点を結ぶ直線に平行で、該第２レンズ７ｂから第３レンズ７ｃに向かう方向をプラス方向とする。
Ｚ軸：原点を通り、Ｙ軸に対して紙面内で時計回りに９０°をなす直線。
Ｘ軸：原点を通り、Ｚ、Ｙ各軸に垂直な直線（図１の紙面に垂直な直線）。

ファインダー光学系を構成する第ｉ番目の面形状を表すには、第ｉ面のローカル座標系を設定して、該ローカル座標系でその面の形状を表記する。

図３および図５では第ｉ番目の面をＲｉで表している。また、第ｉ面のＹＺ面内でのチルト角は絶対座標系のＺ軸に対して反時計回り方向を正とした角度θｉ（単位°）で表す。各面のローカル座標の原点はＹＺ平面状にあり、ＸＺ及びＸＹ面内での面のチルト、シフトはない。

さらに第ｉ面のローカル座標（ｘ、ｙ、ｚ）のｙ軸、ｚ軸は絶対座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に対してＹＺ平面内で角度θｉ傾いており、具体的には以下のように設定する。
ｚ軸：ローカル座標の原点を通り、絶対座標系のＺ方向に対しＹＺ面内において反時計回り方向に角度θｉをなす直線。
ｙ軸：ローカル座標の原点を通り、ｚ方向に対しＹＺ面内において反時計回りに９０°をなす直線。
ｘ軸：ローカル座標の原点を通り、ＹＺ面に対し垂直な直線。

またＮｄｉ、νｄｉはそれぞれ第ｉ面と第（ｉ＋１）面間の媒質の屈折率とアッベ数である。尚、絞りやアイポイントも１つの平面として表示している。

ファインダー光学系は、球面、回転対称な非球面、回転非対称な非球面を有する。球面は球面形状としてその曲率半径Ｒｉを記している。曲率半径の符号は、前記Ｙ軸に沿って曲率中心がＹ軸のプラス側にある場合をプラス、Ｙ軸のマイナス側にある場合をマイナスとする。
球面の形状は以下の式で表される。
ｚ＝｛（ｘ２＋ｙ２）／Ｒｉ｝／〔１＋｛１−（ｘ２＋ｙ２）／Ｒｉ２｝１／２〕
回転対称な非球面の形状は以下の式で表される。
ｚ＝｛（ｘ２＋ｙ２）／Ｒｉ｝／〔１＋｛１−（１＋ｋ）・（ｘ２＋ｙ２）／Ｒｉ２｝１／２〕＋ｋａ（ｘ２＋ｙ２）２＋ｋｂ（ｘ２＋ｙ２）３＋ｋｃ（ｘ２＋ｙ２）６＋・・・
回転非対称な非球面の形状は以下の式により表される。
Ａ＝（ａ＋ｂ）・（ｙ２・ｃｏｓ２ｔ＋ｘ２）
Ｂ＝２ａ・ｂ・ｃｏｓ ｔ［１＋｛（ｂ−ａ）・ｙ・ｓｉｎ ｔ／（２ａ・ｂ）｝＋〔１＋｛（ｂ−ａ）・ｙ・ｓｉｎ ｔ／（ａ・ｂ）｝−｛ｙ２／（ａ・ｂ）｝−｛４ａ・ｂ・ｃｏｓ２ｔ＋（ａ＋ｂ）２ｓｉｎ２ｔ｝ｘ２／（４ａ２ｂ２ｃｏｓ２ｔ）〕１／２］
ｚ＝Ａ／Ｂ＋Ｃ０２ｙ２＋Ｃ１１ｘｙ＋Ｃ２０ｘ２＋Ｃ０３ｙ３＋Ｃ１２ｘｙ２＋Ｃ２１ｘ２ｙ＋Ｃ３０ｘ３＋Ｃ０４ｙ４＋Ｃ１３ｘｙ３＋Ｃ２２ｘ２ｙ２＋Ｃ３１ｘ３ｙ＋Ｃ４０ｘ４・・・
なお、本発明の数値実施例の回転非対称面の形状は、上記の式において、
ａ＝ｂ＝Ｒｉ，ｔ＝０
とする球面ベース非球面であり、ｘに関する偶数次の項のみを使用して奇数次の項を０とすることにより、ｙｚ面を対称面とする面対称な形状である。さらに以下の条件が満たされる場合はｘｚ面に対して対称な形状を表す。
Ｃ０３＝Ｃ２１＝０
さらにＣ０２＝Ｃ２０ Ｃ０４＝Ｃ４０＝Ｃ２２／２が満たされる場合は回転対称な形状を表す。以上の条件を満たさない場合は非回転対称な形状である。なお、数値実施例において「ｅ−Ｘ」の表示は「×１０^−Ｘ」を意味する。

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。

本発明によれば、高い光学性能を保ちつつ観察倍率が大きく、大きなファインダー像の観察ができ、アイレリーフを十分に長く確保することのできるファインダー光学系及びそれを用いた撮像装置を得ることができる。

本発明のファインダー光学系を一眼レフカメラに適用したときの要部断面図 本発明の光学系の定義を説明する説明図 本発明の数値実施例１の光学要素の光路図 本発明の数値実施例１の光学要素の収差図 本発明の数値実施例２の光学要素の光路図 本発明の数値実施例２の光学要素の収差図 本発明の数値実施例３の光学要素の光路図 本発明の数値実施例３の光学要素の収差図

符号の説明

１ 撮影レンズ
２ クイックリターンミラー
３ 焦点板（フレネルレンズ）
４ 焦点板（マット面）
５ 第１ミラー（屋根型形状のミラー）
６ 第２ミラー
７ 接眼レンズ
７ａ 第１レンズ
７ｂ 第２レンズ
７ｃ 第３レンズ
８ アイポイント
９ 像面

Claims (2)

1. 撮影レンズにより形成される物体像からの光を該物体像側へ反射する屋根型形状の第１ミラーと、該第１ミラーで反射した光を観察側に反射する第２ミラーと、該第２ミラーからの光が入射する接眼レンズとを有し、前記第２ミラーは集光性のパワーを持つ回転非対称面であり、前記接眼レンズは、前記第２ミラー側から観察側へ順に、負の屈折力を有する第１レンズ、正の屈折力を有する第２レンズ、負の屈折力を有する第３レンズより構成され、前記第１レンズは回転非対称面を有し、前記第２レンズが前記接眼レンズの光軸方向に移動することにより視度調節が行われることを特徴とするファインダー光学系。
2. 請求項１に記載のファインダー光学系と、撮像手段を有することを特徴とする撮像装置。

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