(57)【要約】    【課題】  連続的なボケと明るい視界でファインダー像を観察することができる焦点板及びそれを有する撮像装置を得ること。    【解決手段】  光入出射面のうち少なくとも一方の面形状が、曲面より成る複数の単位ユニットが２次元的に配置されて成る形状である焦点板において、前記複数の単位ユニットの曲面の頂点は互いに等間隔であり、前記単位ユニットの曲面は、曲面の頂点から所定平面への垂線を基準軸とすると、該基準軸に対して回転非対称な形状であり、各単位ユニットの曲面の方位角は一様な確率分布により規定されていること。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入出射面のうち少なくとも一方の面形状が、曲面より成る複数の単位ユニットが２次元的に配置されて成る形状である焦点板であって、
前記複数の単位ユニットの各曲面の頂点は互いに等間隔であり、
前記単位ユニットの曲面は、それぞれの頂点から所定平面への垂線を基準軸としたとき、該基準軸に対して回転非対称な形状であり、
前記複数の単位ユニットの各曲面の方位角は、一様な確率分布により規定されていることを特徴とする焦点板。
【請求項２】
前記単位ユニットの曲面は楕円曲面であることを特徴とする請求項１に記載の焦点板。
【請求項３】
前記複数の曲面の頂点間隔をｄ、前記楕円曲面の短径を２ａとするとき、
２ａ＞ｄ
なる条件を満足することを特徴とする請求項２に記載の焦点板。
【請求項４】
請求項１、２又は３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５】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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、２）。
【０００４】
特許文献２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。
【０００５】
又、拡散部材からの光によって形成されるスペックルパターンを用いて、基板（感光基板）上に微細な凹凸形状を形成し拡散性を得た焦点板（拡散板）が知られている（特許文献３）。
【特許文献１】特開平３−１９２２３２号公報
【特許文献２】特開２００３−４９０７号公報
【特許文献３】特開昭５３−４２７２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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るという問題がある。
【０００８】
多線ボケを解消するために、特許文献１では、マイクロレンズの頂点の高さにバラツキを持たせることで、周期的な構造を崩している。しかし、マイクロレンズの頂点の高さにバラツキを持たせると、頂点の高いマイクロレンズと頂点の低いマイクロレンズとの間で出射光の拡散角が大きくなり、光束がファインダーの瞳外へ達するために、ファインダー像が暗くなりやすくなる。
【０００９】
複数のマイクロレンズをランダムに配列した焦点板、即ちランダムな頂点配置とした焦点板を光学ファインダーに用いると、個々のマイクロレンズの端部に入射する光線が各々のマイクロレンズによって異なる方向へ屈折する。
【００１０】
この光学作用により、観察者の瞳に入射する光線となるものと、瞳から外れる光線が生じ、局部的なケラレとなり、ファインダー像の一部が暗部として観察される場合がある。
【００１１】
一方、不規則な形状の微細凹凸を作成した焦点板は、連続的なボケとなり多線ボケは発生しないが、大きな拡散角の部分も存在する。このため、ファインダー像が暗くなりやすい。
【００１２】
本発明は、連続的なボケと明るい視界でファインダー像を観察することができる焦点板及びそれを有する撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の焦点板は、光入出射面のうち少なくとも一方の面形状が、曲面より成る複数の単位ユニットが２次元的に配置されて成る形状である焦点板であって、前記複数の単位ユニットの各曲面の頂点は互いに等間隔であり、前記単位ユニットの曲面は、それぞれの頂点から所定平面への垂線を基準軸としたとき、該基準軸に対して回転非対称な形状であり、前記複数の単位ユニットの各曲面の方位角は、一様な確率分布により規定されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、連続的なボケと明るい視界でファインダー像を観察することができる焦点板及びそれを有する撮像装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
本発明の焦点板は、光入出射面のうち少なくとも一方の面形状が、曲面より成る複数の単位ユニット（マイクロレンズ）が２次元的に配置されて成る形状になっており、いわゆるマイクロレンズアレイを構成している。
【００１７】
複数の単位ユニットの各曲面の頂点は、互いに等間隔であり、規則的に配列されている。
【００１８】
単位ユニットの曲面は、その頂点から所定平面（基板）への垂線を基準軸とすると、基準軸に対して回転非対称な形状であって、例えば、楕円曲面又は放物曲面等の形状である。
【００１９】
複数の単位ユニットの各曲面の方位角は、一様な確率分布により規定されている。例えばあらゆる方位の存在確率が一様である一様分布、正規分布、ガンマ分布等の確率分布にしたがって配置されている。なお、単位ユニットの曲面の方位角は、単位ユニットの特定の方向を基準として判断すれば良く、例えば、楕円曲面にあっては楕円の長軸方向を基準とし、これに基づいて楕円曲面の方位角を判断すれば良い。
【００２０】
［実施例１］
図１は本発明の実施例１に係るファインダー系に用いられる焦点板の表面形状の説明図である。
【００２１】
図１に示した焦点板１１の表面形状を決定する手順について説明する。図２は図１の焦点板１１の曲面の単位ユニット１の形状の説明図である。
【００２２】
この単位ユニット１の曲面の形状は短径２ａが６０μｍ、長径２ｂが１８０μｍで所定面（基板）からの高さ３０μｍの回転楕円体であり、曲面の頂点から所定平面へ下ろした垂線である基準軸２に対して回転非対称な形状である。
【００２３】
各単位ユニット１の曲面の頂点３は、図３に示すように、全て等間隔ｄで配置されている。
【００２４】
実施例１では各単位ユニット１の間隔ｄは２０μｍである。各単位ユニット１は基準軸２の周りに、一様な確率分布を持つ関数によって計算された角度だけ回転させた方向に配置されている。
【００２５】
つまり、ＲＮＤ（）を０〜１の乱数を独立に発生させる関数と定義すると、各単位ユニット１の基準配置（例えば図２のＹ方向）からの方位角Θは、
Θ＝ＲＮＤ（）×２×π    （１）式
となる。
【００２６】
本発明において、単位ユニット１の曲面の頂点３は、互いに等間隔であって規則的に配置されている一方、単位ユニット１の方位角は、一様な確率分布を持つ関数に従い不規則である。このため、単位ユニット１の頂点３の位置が一様な確率分布を持つ関数にしたがって不規則に配置されている従来の焦点板に比べて、視野の暗部の原因となるマイクロレンズ間の大きな溝の発生を防ぐことができる。
【００２７】
設計において、単位ユニット１同士が重なり合う部分の形状は、高さの高い方の単位ユニットの形状としている。
【００２８】
図１はこの方法で作成した焦点板１１の表面形状を示している。単位ユニットの高さ（Ｚ方向）は、明暗で示している。
【００２９】
図４は、本発明の実施例１の焦点板１１の断面と個々の単位ユニット１の端部に入射し、出射する光線Ｌ１、Ｌ２の光路図の説明図である。隣り合う単位ユニットの方位角ΘｎとΘｎ＋１の関係で、
Θｎ＝π／２または３π／２
Θｎ＋１＝π／２または３π／２
（２）
が成り立つ時、単位ユニット１の間の端部に入射する光線の屈折が最小となる。
【００３０】
また、
Θｎ＝０またはπ
Θｎ＋１＝０またはπ
（３）
が成り立つ時、単位ユニット１の間の端部に入射する光線の屈折が最大となる。
【００３１】
ここで、単位ユニット１の短径２ａが各頂点３の間隔ｄ以下となると、式（３）が成り立つ単位ユニット間の光線の屈折が観察者の瞳から外れる光線となる。
【００３２】
このため、局部的なケラレとして観察されてしまう。よって単位ユニット１の短径２ａは各頂点３の間隔（頂点間隔）ｄよりも大きい必要がある。
【００３３】
即ち、
ｄ＜２ａ
なる条件を満足するのが良い。
【００３４】
尚、更に好ましくは、
ｄ＜１．５×ａ
とするのが良い。
【００３５】
図５、図６は本実施例の焦点板１１の拡散特性の説明図である。
【００３６】
図５、図６に示すように、拡散角が±１０°の範囲に拡散量が集中している。一般的なカメラのファインダーでは、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。
【００３７】
これはカメラの撮影レンズはＦナンバーがおよそＦ２．８〜Ｆ５．６の範囲にあるからである。
【００３８】
本実施例では、前述の如く構成することにより、連続的な拡散特性を持ちつつ、必要な拡散角に拡散量を集中させ、明るい視界を実現している。
【００３９】
本実施例において、各曲面の方位角は一様な確率分布を持つ関数（例えば一様分布、正規分布、対数正規分布、ガンマ分布等）によって規定されている。
【００４０】
これによって入射した光が出射するときの光の拡散角が所定の角度範囲内（例えば±１０°以内）に集中するようにしている。
【００４１】
以上のように本実施例の焦点板は、同一形状の曲面より成る単位ユニット１が、所定平面上に２次元的に配置されている。曲面の頂点３は、規則的に配列されており、曲面は、頂点３から所定平面への垂線を回転軸２とすると、回転非対称な形状である。
【００４２】
さらに、各曲面は、方位角が異なっており、各曲面の方位角は一様な確率分布を持つ関数によって規定されている。これによって、ファインダー像を連続的なボケと明るい視界で観察することが出来る。
【００４３】
［実施例２］
図７は本発明の実施例２に係る焦点板の表面形状の説明図である。
【００４４】
図８は本発明の実施例２に係る焦点板の単位ユニット４の形状の説明図である。
【００４５】
本実施例の単位ユニット４は短径２ａが８０μｍ、長径２ｂが２４０μｍ、所定面からの高さ４０μｍの回転楕円体であり、基準軸５に対して回転非対称形状である。
【００４６】
各単位ユニット４の頂点３は、図３に示すように、全て等間隔ｄで配置されている。実施例２では各ユニット４の頂点の間隔ｄは２０μｍである。
【００４７】
各単位ユニット４を基準軸５の周りに、（１）式で示した方位角だけ回転させ、単位ユニット４同士が重なり合う部分については高さの高い方の単位ユニットを残す。これによって、図７に示すような焦点板１２を作成している。
【００４８】
図９、図１０は本実施例の拡散板１２の拡散特性の説明図である。図９、図１０に示すように本実施例では、単位ユニット１２の長軸と短軸の長さを実施例１よりも長く設定している。
【００４９】
つまり、楕円（楕円面）の曲率を実施例１よりも緩く設定している。このため、拡散角は実施例１よりも小さい角度に拡散量が集中している。そのため、Ｆナンバーの大きな暗い撮影レンズを使用しても、ファインダーの視界の明るさを良好に維持している。
【００５０】
本発明によれば、連続的なボケと明るい視界を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。
【００５１】
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。
【００５２】
図１１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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
２７はＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子（撮像手段）である。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施例１に係る焦点板の表面形状の説明図
【図２】本発明の実施例１に係る焦点板の単位ユニットの形状の説明図
【図３】焦点板の単位ユニットの頂点の配置
【図４】本発明の焦点板の断面形状の説明図
【図５】本発明の実施例１に係る焦点板の拡散特性の説明図
【図６】本発明の実施例１に係る焦点板の拡散特性の説明図
【図７】本発明の実施例２に係る焦点板の表面形状の説明図
【図８】本発明の実施例２に係る焦点板の単位ユニットの形状の説明図
【図９】本発明の実施例２に係る焦点板の拡散特性の説明図
【図１０】本発明の実施例２に係る焦点板の拡散特性の説明図
【図１１】本発明の撮像装置の要部概略図
【符号の説明】
【００５９】
１，４  曲面状の単位ユニット
２，５  基準軸
３  曲面状の単位ユニットの頂点位置
１１，１２  焦点板
２１  撮影レンズ
２２  クイックリターンミラー
２３  焦点板
２４  ペンタプリズム
２５  接眼レンズ
２６  アイポイント
２７  固体撮像素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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