JP2016001209A - 接眼レンズおよび撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型の構成、高倍率での観察、観察物体側のテレセントリック性の確保、諸収差の良好な補正が実現される接眼レンズと、この接眼レンズを備えた撮像装置を提供する。【解決手段】接眼レンズは、観察物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズＬ１、負の屈折力を有する第２レンズとＬ２、正の屈折力を有する第３レンズＬ３、正の屈折力を有する第４レンズＬ４から実質的に構成される。全系の焦点距離をｆとし、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の合成焦点距離をｆＡとしたとき、条件式（１）：−３．５＜ｆ／ｆＡ＜０．０を満足する。【選択図】図１

Description

本発明は、接眼レンズおよび撮像装置に関し、より詳しくは、画像表示面に表示された画像の拡大観察に好適な接眼レンズおよびこの接眼レンズを搭載した撮像装置に関するものである。

従来、デジタルカメラ、ビデオカメラ等のビューファインダーにおいて、液晶表示素子等の画像表示面に表示された画像を拡大して肉眼で観察するための接眼レンズが用いられている。例えば、下記特許文献１に記載されているような、観察物体側から順に、正レンズ、負レンズ、正レンズを配置した３枚構成の接眼レンズが提案されている。また、下記特許文献２、３では４枚構成の接眼レンズが提案されている。

特開２００６−１０６４９１号公報 特開２００２−４８９８５号公報 特開２００７−２６４１７９号公報

デジタルカメラ等のビューファインダー用の接眼レンズには小型であることが求められる。最近では液晶表示素子の高画素化が進んだことから、小型でありながら高い結像性能を有することが求められている。さらに、小型の画像表示面に対応するためや、大きな観察画像を得たいという要望に応えるために、高倍率での観察が可能な接眼レンズが求められている。しかし、高倍率の接眼レンズでは観察物体側のテレセントリック性の確保が難しく、液晶表示素子のような指向性を有するものを観察物体とする場合、観察物体側のテレセントリック性が低いと減光や色調の変動が発生し、良好な観察像が得られ難いという問題がある。

特許文献１に記載されているような接眼レンズで良好な光学性能を維持したまま高倍率化を実現しようとすると、３枚のレンズでは困難になる。特許文献２、３には４枚構成の接眼レンズが記載されているが、近年の高画素化に対応するにはより良好な収差補正が望まれる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型に構成され、高倍率での観察を可能にしながら、観察物体側のテレセントリック性が確保され、諸収差が良好に補正されて高い光学性能を有する接眼レンズ、およびこの接眼レンズを備えた撮像装置を提供することを目的とするものである。

本発明の接眼レンズは、観察物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズとから実質的に構成され、全系の焦点距離をｆとし、第１レンズと第２レンズの合成焦点距離をｆＡとしたとき、下記条件式（１）を満足するものである。
−３．５＜ｆ／ｆＡ＜０．０ （１）

本発明の接眼レンズにおいては、下記条件式（１−２）を満足することが好ましく、下記条件式（１−３）を満足することがより好ましい。
−２．０＜ｆ／ｆＡ＜０．０ （１−２）
−１．５＜ｆ／ｆＡ＜−０．５ （１−３）

本発明の接眼レンズにおいては、第３レンズと第４レンズの合成焦点距離をｆＢとしたとき、下記条件式（２）を満足することが好ましく、下記条件式（２−２）を満足することがより好ましい。
１．０＜ｆ／ｆＢ＜２．１ （２）
１．５＜ｆ／ｆＢ＜２．０ （２−２）

本発明の接眼レンズにおいては、第２レンズの焦点距離をｆ２としたとき、下記条件式（３）を満足することが好ましく、下記条件式（３−２）を満足することがより好ましい。
−５．０＜ｆ／ｆ２＜−１．２ （３）
−２．５＜ｆ／ｆ２＜−１．５ （３−２）

本発明の接眼レンズにおいては、第２レンズの物体側の面の近軸曲率半径をＲ２ｆとしたとき、下記条件式（４）を満足することが好ましく、下記条件式（４−２）を満足することがより好ましい。
−４．０＜ｆ／Ｒ２ｆ＜−２．０ （４）
−３．５＜ｆ／Ｒ２ｆ＜−２．５ （４−２）

本発明の撮像装置は、上記記載の本発明の接眼レンズを備えたものである。

なお、上記の「実質的に」とは、構成要素として挙げたもの以外に、実質的にパワーを有さないレンズ、絞りやカバーガラス等レンズ以外の光学要素、レンズフランジ、レンズバレル等を含んでもよいことを意図するものである。

なお、上記のレンズの屈折力の符号や焦点距離は、非球面が含まれているものについては近軸領域で考えるものとする。また、近軸曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸の場合を正、アイポイント側に凸の場合を負とする。

本発明によれば、４枚のレンズからなるレンズ系において、正負レンズの枚数およびこれらの配列を好適に設定し、所定の条件式を満足するように構成しているため、小型に構成され、高倍率での観察を可能にしながら、観察物体側のテレセントリック性が確保され、諸収差が良好に補正されて高い光学性能を有する接眼レンズ、およびこの接眼レンズを備えた撮像装置を実現することができる。

本発明の実施例１の接眼レンズの構成と光路を示す断面図 本発明の実施例２の接眼レンズの構成と光路を示す断面図 本発明の実施例３の接眼レンズの構成と光路を示す断面図 本発明の実施例１の接眼レンズの諸収差図であり、紙面左側から球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図 本発明の実施例２の接眼レンズの諸収差図であり、紙面左側から球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図 本発明の実施例３の接眼レンズの諸収差図であり、紙面左側から球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図 本発明の一実施形態にかかる撮像装置の背面側の概略構成を示す斜視図 本発明の別の実施形態にかかる撮像装置の正面側の概略構成を示す斜視図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る接眼レンズの構成を示す断面図である。図１に示す構成例は、後述の実施例１の接眼レンズに対応している。同様にして、後述の実施例２、実施例３の接眼レンズに対応する構成例の断面図を図２、図３に示す。図１〜図３では図示方法や基本的な構成は同じであるため、以下では、主に図１を参照しながら説明する。

図１では、画像表示面１を観察物体としており、画像表示面１上の各点からアイポイントＥＰへ向かう光束も合わせて示している。図１に示すアイポイントＥＰは大きさや形状を示すものではなく光軸方向の位置を示すものである。図１では左側が観察物体側、右側がアイポイント側として図示している。なお、以下の説明では観察物体側を物体側と称する。

この接眼レンズ３は、表示装置の画像表示面１に表示された画像を拡大して観察する際に用いられるものである。表示装置としては例えば液晶表示素子等を挙げることができる。図１には、画像表示面１と接眼レンズ３の間、接眼レンズ３とアイポイントＥＰの間にそれぞれ、平行平板状の光学部材２、４を配置した例を示している。光学部材２、４は、保護用のカバーガラスや各種フィルタ等を想定したものであり、本発明の接眼レンズではこれらを除いた構成も可能である。

この接眼レンズ３は、光軸Ｚに沿って物体側からアイポイント側へ順に配列された、正の屈折力を有する第１レンズＬ１と、負の屈折力を有する第２レンズＬ２と、正の屈折力を有する第３レンズＬ３と、正の屈折力を有する第４レンズＬ４とから実質的に構成される。このような４枚構成を採ることにより諸収差を良好に補正しながら拡大倍率の高い接眼レンズを実現することが可能となる。

接眼レンズ３は、全系の焦点距離をｆとし、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の合成焦点距離をｆＡとしたとき下記条件式（１）を満足するように構成されている。
−３．５＜ｆ／ｆＡ＜０．０ （１）

条件式（１）は、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の合成焦点距離に対する全系の焦点距離の比を規定しており、いわば、全系の屈折力に対する第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の合成屈折力の比を規定したものである。条件式（１）を満足することで、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の合成光学系が全体として負の屈折力を有することになる。条件式（１）の上限以上とならないように構成することで、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２による収差補正の効果を好適に得ることができ、像面湾曲の補正を行うことが容易になる。条件式（１）の下限以下とならないように構成することで、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の合成屈折力が強くなりすぎるのを回避でき、高倍率を維持したまま物体側でのテレセントリック性を確保することが容易になる。

条件式（１）に関する効果をより高めるためには下記条件式（１−２）を満足することがより好ましく、さらにより高めるためには下記条件式（１−３）を満足することがより好ましい。
−２．０＜ｆ／ｆＡ＜０．０ （１−２）
−１．５＜ｆ／ｆＡ＜−０．５ （１−３）

また、この接眼レンズ３は、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の合成焦点距離をｆＢとしたとき、下記条件式（２）を満足することが好ましい。
１．０＜ｆ／ｆＢ＜２．１ （２）

条件式（２）は、第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の合成焦点距離に対する全系の焦点距離の比を規定しており、いわば、全系の屈折力に対する第３レンズＬ３と第４レンズＬ４の合成屈折力の比を規定したものである。条件式（２）の上限以上とならないように構成することで、球面収差を良好に補正しながら糸巻き型の歪曲収差を抑えることが容易になる。条件式（２）の下限以下とならないように構成することで、球面収差を良好に補正しながら樽型の歪曲収差を抑えることが容易になる。

条件式（２）に関する効果をより高めるためには下記条件式（２−２）を満足することがより好ましい。
１．５＜ｆ／ｆＢ＜２．０ （２−２）

また、この接眼レンズ３は、全系の焦点距離をｆとし、第２レンズＬ２の焦点距離をｆ２としたとき、下記条件式（３）を満足することが好ましい。
−５．０＜ｆ／ｆ２＜−１．２ （３）

条件式（３）は、第２レンズＬ２の焦点距離に対する全系の焦点距離の比を規定しており、いわば、全系の屈折力に対する第２レンズＬ２の屈折力の比を規定したものである。条件式（３）の上限以上とならないように構成することで、第２レンズＬ２の屈折力が不足するのを回避でき、色収差の補正が容易になる。条件式（３）の下限以下とならないように構成することで、第２レンズＬ２の屈折力が過剰となるのを回避でき、色収差を抑制することが容易になる。

条件式（３）に関する効果をより高めるためには下記条件式（３−２）を満足することがより好ましい。
−２．５＜ｆ／ｆ２＜−１．５ （３−２）

また、この接眼レンズ３は、全系の焦点距離をｆとし、第２レンズＬ２の物体側の面の近軸曲率半径をＲ２ｆとしたとき、下記条件式（４）を満足することが好ましい。
−４．０＜ｆ／Ｒ２ｆ＜−２．０ （４）

条件式（４）は、第２レンズＬ２の物体側の面の近軸曲率半径に対する全系の焦点距離の比を規定したものである。条件式（４）の上限以上とならないように構成することで、第２レンズＬ２の物体側の面による収差補正の効果を好適に得ることができ、特に非点収差の補正を良好に行うことが容易になる。条件式（４）の下限以下とならないように構成することで、第２レンズＬ２の物体側の面の近軸曲率半径の絶対値が小さくなりすぎるのを回避でき、非点収差の過剰補正を抑制することが容易になる。

条件式（４）に関する効果をより高めるためには下記条件式（４−２）を満足することがより好ましい。
−３．５＜ｆ／Ｒ２ｆ＜−２．５ （４−２）

接眼レンズ３は、例えば図１に示すように、アイポイント側に凸面を向けた正メニスカスレンズの第１レンズＬ１、アイポイント側に凸面を向けた負メニスカスレンズの第２レンズＬ２、物体側に平面を向けた平凸レンズの第３レンズＬ３、アイポイント側に凸面を向けた正メニスカスレンズの第４レンズＬ４からなるように構成することができる。または、接眼レンズ３は、図２に示すように、両凸レンズの第１レンズＬ１、両凹レンズの第２レンズＬ２、アイポイント側に凸面を向けた正メニスカスレンズの第３レンズＬ３、アイポイント側に凸面を向けた正メニスカスレンズの第４レンズＬ４からなるように構成してもよい。あるいは、接眼レンズ３は、図３に示すように、アイポイント側に凸面を向けた正メニスカスレンズの第１レンズＬ１、両凹レンズの第２レンズＬ２、両凸レンズの第３レンズＬ３、アイポイント側に凸面を向けた正メニスカスレンズの第４レンズＬ４からなるように構成してもよい。

接眼レンズ３を構成する４枚のレンズは全て接合されていない単レンズとしてもよく、このようにした場合は接合レンズを含む場合に比べて設計自由度が高くなりより良好な結像性能を得ることが容易になる。特に、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２は空気間隔を挟んで配置されていることが好ましく、このようにした場合は、像面湾曲の補正に有利となる。

接眼レンズ３は非球面レンズを有していてもよい。非球面レンズを用いることでテレセントリック性の確保や良好な結像性能の実現に有利となる。例えば、図１に示す例の接眼レンズ３は２枚の非球面レンズを用いている。最も物体側のレンズおよび最もアイポイント側のレンズの少なくとも一方を非球面レンズとするようにしてもよい。最も物体側のレンズを非球面レンズとすることで高次の非点収差を良好に補正することが容易になる。最もアイポイント側のレンズを非球面レンズとすることで高次の球面収差を良好に補正することが容易になる。

上述した好ましい構成や可能な構成は、任意の組合せが可能であり、要求される仕様に応じて適宜選択的に採用されることが好ましい。

次に、本発明の接眼レンズの数値実施例について説明する。

［実施例１］
実施例１の接眼レンズのレンズ構成図は図１に示したものである。表１、表２に実施例１の接眼レンズの基本レンズデータと諸元、非球面係数をそれぞれ示す。表１のＳｉの欄には画像表示面１の面を０番目としてアイポイント側に向かうに従い順次増加するように構成要素の各面に面番号を付したときのｉ番目（ｉ＝０、１、２、３、…）の面番号を示し、Ｒｉの欄はｉ番目の面の曲率半径を示し、Ｄｉの欄はｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ上の面間隔を示し、Ｎｄｊの欄は物体側からｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の光学要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｊの欄は物体側からｊ番目の光学要素のｄ線に対するアッベ数を示している。

なお、基本レンズデータには光学部材２、４も含めて記載している。画像表示面１に対応する面、アイポイントＥＰに対応する面のＳｉの欄には面番号と合わせてそれぞれ（ＯＢＪ）、（ＥＰ）を記載している。曲率半径の符号は、面形状が物体側に凸の場合を正、アイポイント側に凸の場合を負としている。

表１の枠外下方に実施例１の接眼レンズの諸元として、全系の焦点距離ｆ、視度、見掛け視界の値を示す。表１では、長さの単位にはｍｍ、視度の単位にはdiopter、見掛け視界の単位には度を用いている。表１に示す諸元はｄ線に対する値である。

表１の基本レンズデータの面番号に＊印が付いた面は非球面であり、曲率半径の欄には近軸曲率半径の数値を示している。表２にこれら非球面の非球面係数を示す。表２の非球面係数の数値の「Ｅ−ｎ」（ｎ：整数）は「×１０^−ｎ」を意味する。非球面係数は、下式で表される非球面式における各係数ＫＡ、Ａｍ（ｍ＝４、６、８、１０）の値である。

ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さｈの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に下ろした垂線の長さ）
ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：近軸曲率
ＫＡ、Ａｍ：非球面係数（ｍ＝４、６、８、１０）

図４に、実施例１の接眼レンズの球面収差図、非点収差図、歪曲収差（ディストーション）図、倍率色収差（倍率の色収差）図を紙面左から順に示す。球面収差図では、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）、Ｆ線（波長４８６．１ｎｍ）に関する収差をそれぞれ実線、長破線、短破線で示し、非点収差図では、サジタル方向、タンジェンシャル方向のｄ線に関する収差をそれぞれ実線、短破線で示し、歪曲収差図では、ｄ線に関する収差を実線で示し、倍率色収差図では、Ｃ線、Ｆ線に関する収差をそれぞれ長破線、短破線で示している。球面収差図、非点収差図の横軸の単位はdiopterであり、歪曲収差図の横軸の単位は％であり、倍率色収差図の横軸の単位は分である。球面収差図のφは単位をｍｍとした場合のアイポイントの直径、その他の収差図のωは見掛け視界の半分の角度を意味する。

上記の実施例１のものに関する各種データの記号、意味、記載方法は、特に断りがない限り以下の実施例のものについても同様であるため、以下では重複説明を省略する。

［実施例２］
実施例２の接眼レンズのレンズ構成図は図２に示したものである。表３、表４にそれぞれ実施例２の接眼レンズの基本レンズデータと諸元、非球面係数を示す。図５に実施例２の接眼レンズの球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図を紙面左から順に示す。

［実施例３］
実施例３の接眼レンズのレンズ構成図は図３に示したものである。表５、表６にそれぞれ実施例３の接眼レンズの基本レンズデータと諸元、非球面係数を示す。図６に実施例３の接眼レンズの球面収差図、非点収差図、歪曲収差図、倍率色収差図を紙面左から順に示す。

表７に、上記実施例１〜３の上述した条件式（１）〜（４）の対応値を示す。表７のデータはｄ線に関するものである。

以上のデータからわかるように、実施例１〜３の接眼レンズは、見掛け視界が約３１°あり十分な広さを有し、４枚という少ないレンズ枚数で小型に構成され、全系の焦点距離が１７ｍｍ程度であり高倍率の観察が可能な構成としながら、物体側のテレセントリック性が確保されており、諸収差が良好に補正されて高い光学性能を有するものである。

次に、本発明にかかる撮像装置の実施形態について説明する。図７は、本発明の撮像装置の一実施形態にかかるカメラ１００の背面側の概略構成を示す斜視図である。カメラ１００は、カメラボディ１０２の上部にファインダー１０１を備える。ファインダー１０１は、本発明の実施形態にかかる接眼レンズを有するものである。また、カメラ１００は、カメラボディ１０２の背面に各種設定を行うための操作ボタン１０３と、変倍を行うためのズームレバー１０４と、画像や各種設定画面を表示するモニタ１０６を備え、カメラボディ１０２の上面にシャッターボタン１０５を備える。カメラ１００においては、カメラボディ１０２の前面に配設された撮像レンズ（不図示）による被写体像が撮像素子（不図示）の撮像面に形成される。使用者は、背面側からファインダー１０１を覗いて被写体のファインダー像を観察する。

図８は、本発明の撮像装置の別の実施形態にかかるカメラ２００の正面側の概略構成を示す斜視図である。カメラ２００は、ファインダーを内蔵するのではなく外付けファインダー２０１として本発明の実施形態にかかるファインダーを備える。外付けファインダー２０１は、本発明の実施形態にかかる接眼レンズを有するものである。カメラ２００は、カメラボディ２０２の上面にシャッターボタン２０５と、電源ボタン２０７と、ホットシュー２０８を備え、カメラボディ２０２の前面中央部に撮像レンズ２０９が装着されている。外付けファインダー２０１は、ホットシュー２０８に着脱自在に装着される。カメラ２００においては、撮像レンズ２０９による被写体像が撮像素子（不図示）の撮像面に形成される。使用者は、背面側からファインダー２０１を覗いて被写体のファインダー像を観察する。

以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、各レンズの曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、非球面係数等の値は、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得るものである。

１ 画像表示面
２、４ 光学部材
３ 接眼レンズ
１００、２００ カメラ
１０１、２０１ ファインダー
１０２、２０２カメラボディ
１０３ 操作ボタン
１０４ ズームレバー
１０５、２０５ シャッターボタン
１０６ モニタ
２０７ 電源ボタン
２０８ ホットシュー
２０９ 撮像レンズ
ＥＰ アイポイント
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｚ 光軸

Claims (10)

1. 観察物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズと、負の屈折力を有する第２レンズと、正の屈折力を有する第３レンズと、正の屈折力を有する第４レンズとから実質的に構成され、
   全系の焦点距離をｆとし、前記第１レンズと前記第２レンズの合成焦点距離をｆＡとしたとき、下記条件式（１）を満足することを特徴とする接眼レンズ。
   −３．５＜ｆ／ｆＡ＜０．０ （１）
2. 前記第３レンズと前記第４レンズの合成焦点距離をｆＢとしたとき、下記条件式（２）を満足する請求項１記載の接眼レンズ。
   １．０＜ｆ／ｆＢ＜２．１ （２）
3. 前記第２レンズの焦点距離をｆ２としたとき、下記条件式（３）を満足する請求項１または２記載の接眼レンズ。
   −５．０＜ｆ／ｆ２＜−１．２ （３）
4. 前記第２レンズの物体側の面の近軸曲率半径をＲ２ｆとしたとき、下記条件式（４）を満足する請求項１から３のいずれか１項記載の接眼レンズ。
   −４．０＜ｆ／Ｒ２ｆ＜−２．０ （４）
5. 下記条件式（１−２）を満足する請求項１から４のいずれか１項記載の接眼レンズ。
   −２．０＜ｆ／ｆＡ＜０．０ （１−２）
6. 下記条件式（１−３）を満足する請求項１から５のいずれか１項記載の接眼レンズ。
   −１．５＜ｆ／ｆＡ＜−０．５ （１−３）
7. 前記第３レンズと前記第４レンズの合成焦点距離をｆＢとしたとき、下記条件式（２−２）を満足する請求項１から６のいずれか１項記載の接眼レンズ。
   １．５＜ｆ／ｆＢ＜２．０ （２−２）
8. 前記第２レンズの焦点距離をｆ２としたとき、下記条件式（３−２）を満足する請求項１から７のいずれか１項記載の接眼レンズ。
   −２．５＜ｆ／ｆ２＜−１．５ （３−２）
9. 前記第２レンズの物体側の面の近軸曲率半径をＲ２ｆとしたとき、下記条件式（４−２）を満足する請求項１から８のいずれか１項記載の接眼レンズ。
   −３．５＜ｆ／Ｒ２ｆ＜−２．５ （４−２）
10. 請求項１から９のいずれか１項記載の接眼レンズを備えた撮像装置。