(57)【要約】【課題】撮影中又は撮影後の電子像を２次元表示素子に表示し、それを曲面反射鏡により構成された小型の拡大光学系により虚像として拡大表示して、高精細な撮影画像を観察できる小型の電子カメラ。【解決手段】撮影光学系２により結像された被写体像を２次元撮像素子９により光電変換して電子像として記録する電子カメラにおいて、記録中あるいは記録された電子像を表示する２次元表示素子４と、２次元表示素子４に表示された画像を虚像として拡大する拡大光学系５とを備え、拡大光学系５が、透過面と、少なくとも１つの曲面反射鏡と、反射と透過作用を有する面とから構成される屈折率が１より大きい透明媒質からなり、２次元撮像素子９と２次元表示素子４とが背中合わせで近接して配置されてなる。【選択図】図９
2006262504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系により結像された被写体像を２次元撮像素子により光電変換して電子像として記録する電子カメラにおいて、
前記の記録中あるいは記録された電子像を表示する２次元表示素子と、該２次元表示素子に表示された画像を虚像として拡大する拡大光学系とを備え、
前記拡大光学系が、透過面と、少なくとも１つの曲面反射鏡と、反射と透過作用を有する面とから構成される屈折率が１より大きい透明媒質からなり、
前記２次元撮像素子と前記２次元表示素子とが背中合わせで近接して配置されてなることを特徴とする電子カメラ。
【請求項２】
撮影光学系により結像された被写体像を２次元撮像素子により光電変換して電子像として記録する電子カメラにおいて、
前記の記録中あるいは記録された電子像を表示する２次元表示素子と、該２次元表示素子に表示された画像を虚像として拡大する拡大光学系とを備え、
前記拡大光学系が、透過面と、少なくとも１つの曲面反射鏡と、反射と透過作用を有する面とから構成される屈折率が１より大きい透明媒質からなり、
前記２次元表示素子が前記拡大光学系の上側に配置されてなることを特徴とする電子カメラ。
【請求項３】
撮影光学系により結像された被写体像を２次元撮像素子により光電変換して電子像として記録する電子カメラにおいて、
前記の記録中あるいは記録された電子像を表示する２次元表示素子と、該２次元表示素子に表示された画像を虚像として拡大する拡大光学系とを備え、
前記拡大光学系が、透過面と、少なくとも１つの曲面反射鏡と、反射と透過作用を有する面とから構成される屈折率が１より大きい透明媒質からなり、
前記２次元表示素子が前記拡大光学系の下側に配置されてなることを特徴とする電子カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体を２次元撮像素子を用いて撮影する電子カメラに関し、特に、撮影中又は撮影後の電子像を表示する表示手段を有する電子スチルカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子スチルカメラのファインダーには、光学式ファインダーと電子ビューファインダーとが知られている。
【０００３】
しかし、従来の光学式ファインダーでは、撮影済みの電子像を撮影終了後に再生して観察することはできない。また、電子ビューファインダーには、小型の液晶表示素子をカメラ背面に取り付けたものや、表示素子に表示された電子像をルーペ光学系を介して拡大表示するものしかなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のカメラ背面に２次元表示素子を配置して、観察者が直接観察するタイプの電子ビューファインダーでは、カメラの大きさを大きくすることはできないために小型の２次元表示素子にならざるを得ず、高精細な像を表示しても表示画面が小さすぎ肉眼で十分に観察することは難しかった。また、ルーペ光学系で拡大するものでは、光軸方向の大きさ、すなわち、カメラ奥行き方向の寸法が大きくなり、小型の電子カメラを実現することは困難であった。
【０００５】
本発明は従来技術のこのような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、撮影中又は撮影後の電子像を２次元表示素子に表示し、それを曲面反射鏡により構成された小型の拡大光学系により虚像として拡大表示して、高精細な撮影画像を観察できる小型の電子カメラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明の電子カメラは、撮影光学系により結像された被写体像を２次元撮像素子により光電変換して電子像として記録する電子カメラにおいて、
前記の記録中あるいは記録された電子像を表示する２次元表示素子と、該２次元表示素子に表示された画像を虚像として拡大する拡大光学系とを備え、
前記拡大光学系が、透過面と、少なくとも１つの曲面反射鏡と、反射と透過作用を有する面とから構成される屈折率が１より大きい透明媒質からなり、
前記２次元撮像素子と前記２次元表示素子とが背中合わせで近接して配置されてなることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明のもう１つの電子カメラは、撮影光学系により結像された被写体像を２次元撮像素子により光電変換して電子像として記録する電子カメラにおいて、
前記の記録中あるいは記録された電子像を表示する２次元表示素子と、該２次元表示素子に表示された画像を虚像として拡大する拡大光学系とを備え、
前記拡大光学系が、透過面と、少なくとも１つの曲面反射鏡と、反射と透過作用を有する面とから構成される屈折率が１より大きい透明媒質からなり、
前記２次元表示素子が前記拡大光学系の上側に配置されてなることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明のさらにもう１つの電子カメラは、撮影光学系により結像された被写体像を２次元撮像素子により光電変換して電子像として記録する電子カメラにおいて、
前記の記録中あるいは記録された電子像を表示する２次元表示素子と、該２次元表示素子に表示された画像を虚像として拡大する拡大光学系とを備え、
前記拡大光学系が、透過面と、少なくとも１つの曲面反射鏡と、反射と透過作用を有する面とから構成される屈折率が１より大きい透明媒質からなり、
前記２次元表示素子が前記拡大光学系の下側に配置されてなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、撮影中又は撮影後の電子像を２次元表示素子に表示し、それを曲面反射鏡により構成された小型の拡大光学系により虚像として拡大表示して、高精細な撮影画像を観察できる小型の電子カメラを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の電子カメラについて、まず簡単に説明する。
【００１１】
まず、電子像を虚像として拡大投影する拡大光学系を透過面と、少なくとも１つの曲面反射鏡と、反射と透過作用を有する面とから構成される屈折率が１より大きい透明媒質から構成することにより、射出瞳径の大きい接眼光学系を構成することが可能となり、撮影中又は撮影後の電子像を２次元表示素子に表示させ、その拡大光学系を通して虚像として観察するときに、観察しやすい電子像を構成することが可能となる。
【００１２】
また、拡大光学系を屈折率が１より大きい透明媒質からなるプリズム体から構成することにより、拡大光学系の反射面と透過と反射作用を有する面とを一体に構成することが可能となり、組立が容易にできる。
【００１３】
また、拡大光学系の曲面反射鏡を裏面鏡で構成することにより、曲面反射鏡の曲率が小さくなり（曲率半径が大きくなり）、反射面で発生する収差が少なくてすむ。このことは、観察者の瞳が移動したとき収差変化が少なくてすみ、高精細で観察しやすい電子像を提供することが可能となる。
【００１４】
また、拡大光学系の焦点距離をｆ（ｍｍ）とするとき、
ｆ＜３０                                                      ・・・（１）
を満足することが望ましい。すなわち、本発明の電子カメラの拡大光学系の焦点距離を短くすることによって、光学系全体を小型に構成することが可能となる。従来の透過レンズ系によるファインダー光学系では、透過面により光学系の主なパワーを得ているために収差の発生が大きく、接眼光学系の焦点距離を短くすることができなかった。
【００１５】
さらに好ましくは、
ｆ＜２０                                                      ・・・（２）
なる条件式を満足することが好ましく、より小型の光学系を構成することができる。
【００１６】
また、２次元表示素子の対角長をＬ（ｍｍ）とするとき、
Ｌ＜２５                                                      ・・・（３）
を満足することが望ましい。すなわち、ファインダー光学系の２次元表示素子の対角の大きさを小さくすることによって、小型の光学系を構成することが可能となる。上記（３）なる条件を満足することが重要である。この条件を越えると、電子カメラ内に内蔵する２次元表示素子が大きくなりすぎ、小型の電子カメラを構成することが不可能となる。
【００１７】
さらに好ましくは、
Ｌ＜１８                                                      ・・・（４）
なる条件を満足することが好ましく、
さらにまた、
Ｌ＜１５                                                      ・・・（５）
なる条件を満足することがより好ましい。
【００１８】
さらに、本発明の目的である小型の電子カメラを構成するための電子ビューファインダーと光学式ファインダーとを兼用にすることにより、撮影の終了した画像と撮影しようとしている物体像とを重畳して表示することが可能となる。物体像とすでに撮影された電子像を合成したり、位置情報を表示しながらファインダーを覗いて撮影したりすることが可能となる。
【００１９】
次に、本発明の電子カメラの具体的な実施例を説明する。
【００２０】
本発明による電子カメラの外観を示す概念図を図１に示す。電子カメラ１は、撮影レンズ（対物レンズ）２を備え、後記するように、この撮影レンズ２によって結像された画像をカメラ匡体内部に配置された不図示のＣＣＤ等の２次元撮像素子により映像信号に変換し、記録再生ユニット内に記録するものであり、光学式ファインダーを採用している電子カメラ１の場合には、ファインダー３を備えている。
【００２１】
図２はこのような電子カメラ１に採用できる奥行き寸法の短い撮影レンズ２の１例を示した断面図であり、ズームレンズとして構成されている。この撮影レンズ２は、第１レンズ群Ｌ1 、第２レンズ群Ｌ2 、第３レンズ群Ｌ3 、第４レンズ群Ｌ4 の４群からなり、第４レンズ群Ｌ4 は、透過面の第１面１１と、偏心して配置された透過と反射作用を有する回転非対称面の第２面１２と、偏心して配置された反射作用を有する回転非対称裏面鏡の第３面１３とで囲まれた屈折率が１より大きい透明媒質からなり、第１面１１から入射した光は、第２面１２で反射され、次いで第３面１３で反射され、最後に第２面１２を透過して外へ出る形状のものである。そして、第１レンズ群Ｌ1 と第２レンズ群Ｌ2 の群間隔Ｄ1 、第２レンズ群Ｌ2 と第３レンズ群Ｌ3 の群間隔Ｄ2 、第３レンズ群Ｌ3 と第４レンズ群Ｌ4 の群間隔Ｄ3 の中の少なくとも２つを可変とすることで変倍する撮影光学系である。なお、回転非対称面については後記する。
（第１実施例）
図１のような電子カメラ１の第１実施例の電子ビューファインダー光学系の光路図を図３に示す。このファインダー光学系は、液晶表示素子（ＬＣＤ）のような２次元表示素子４と接眼光学系５からなり、接眼光学系５は、２次元表示素子４に面していて偏心して配置された透過と反射作用を有する回転非対称面の第１面６と、偏心して配置された反射作用を有する回転非対称裏面鏡の第２面７と、透過面の第３面８とで囲まれた屈折率が１より大きい透明媒質からなり、所定の有限の焦点距離を有するものである。この光学系において、２次元表示素子４上の電子像から出た表示光は、第１面６を透過して入射し、第２面７で反射され、次いで今度は第１面６で反射され、最後に第３面８を透過して観察者眼球Ｅに達するものである。
【００２２】
ここで、上記の回転非対称面は、対称面が１つのみ存在する面対称自由曲面で構成することも可能であり、また、対称面が存在しないアシンメトリック・ポリノミナル・サーフェス（ＡＰＳ）で構成することも可能である。後者の場合は、面の偏心は３次元となり、１断面内のみの偏心ではなくなることが特徴となる。
【００２３】
ここで、面対称自由曲面、ＡＰＳとは以下の式で定義されるものである。
【００２４】
Ｚ＝Ｃ2 
＋Ｃ3 ｙ＋Ｃ4 ｘ
＋Ｃ5 ｙ2 ＋Ｃ6 ｙｘ＋Ｃ7 ｘ2 
＋Ｃ8 ｙ3 ＋Ｃ9 ｙ2 ｘ＋Ｃ10ｙｘ2 ＋Ｃ11ｘ3 
＋Ｃ12ｙ4 ＋Ｃ13ｙ3 ｘ＋Ｃ14ｙ2 ｘ2 ＋Ｃ15ｙｘ3 ＋Ｃ16ｘ4 
＋Ｃ17ｙ5 ＋Ｃ18ｙ4 ｘ＋Ｃ19ｙ3 ｘ2 ＋Ｃ20ｙ2 ｘ3 ＋Ｃ21ｙｘ4 
＋Ｃ22ｘ5 
＋Ｃ23ｙ6 ＋Ｃ24ｙ5 ｘ＋Ｃ25ｙ4 ｘ2 ＋Ｃ26ｙ3 ｘ3 ＋Ｃ27ｙ2 ｘ4 
＋Ｃ28ｙｘ5 ＋Ｃ29ｘ6 
＋Ｃ30ｙ7 ＋Ｃ31ｙ6 ｘ＋Ｃ32ｙ5 ｘ2 ＋Ｃ33ｙ4 ｘ3 ＋Ｃ34ｙ3 ｘ4 
＋Ｃ35ｙ2 ｘ5 ＋Ｃ36ｙｘ6 ＋Ｃ37ｘ7 
・・・・・
・・・（ａ）
ただし、Ｃm （ｍは２以上の整数）は係数である。
【００２５】
上記（ａ）式で定義される曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはない（ＡＰＳ）が、ｘの奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する面対称自由曲面となる。例えば、上記定義式（ａ）においては、Ｃ4 ，Ｃ6 ，Ｃ9 ，Ｃ11，Ｃ13，Ｃ15，Ｃ18，Ｃ20，Ｃ22，Ｃ24，Ｃ26，Ｃ28，Ｃ31，Ｃ33，Ｃ35，Ｃ37，・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。
【００２６】
また、ｙの奇数次項を全て０にすることによって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する面対称自由曲面となる。例えば、上記定義式（ａ）においては、Ｃ3 ，Ｃ6 ，Ｃ8 ，Ｃ10，Ｃ13，Ｃ15，Ｃ17，Ｃ19，Ｃ21，Ｃ24，Ｃ26，Ｃ28，Ｃ30，Ｃ32，Ｃ34，Ｃ36，・・・の各項の係数を０にすることによって可能であり、また、以上のような対称面を持つことにより製作性を向上することが可能となる。
【００２７】
上記Ｙ−Ｚ面と平行な対称面、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面の何れか一方を対称面とすることにより、偏心により発生する回転非対称な収差を効果的に補正することが可能となる。
【００２８】
さて、このような電子ビューファインダーに撮影中又は撮影後の電子像を表示するには、図４に概略の構成を示したように、図２のような撮影レンズ２の像面に配置した２次元撮像素子９により被写体の像を光電変換し、その被写体信号は、信号処理回路１４、コントローラ１５を介して記録再生ユニット１７に記録されると共に、撮影中は、コントローラ１５を介してドライバ１６により２次元表示素子４に電子像として同時に表示され、撮影後は、記録再生ユニット１７に記録された信号が再生され、コントローラ１５を介してドライバ１６により２次元表示素子４に電子像として表示される。
（第２実施例）
第２実施例の電子ビューファインダー光学系の光路図を図５に示す。このファインダー光学系は、２次元表示素子４と接眼光学系５からなり、接眼光学系５は、図２の第４レンズ群Ｌ4 に類似したもので、２次元表示素子４に面していて透過面の第１面２１と、偏心して配置された透過と反射作用を有する回転非対称面の第２面２２と、偏心して配置された反射作用を有する回転非対称裏面鏡の第３面２３とで囲まれた屈折率が１より大きい透明媒質からなり、所定の有限の焦点距離を有するものである。この光学系において、２次元表示素子４上の電子像から出た表示光は、第１面２１を透過して入射し、第２面２２で反射され、次いで第３面２３で反射され、最後に第２面２２を透過して観察者眼球Ｅに達するものである。
（第３実施例）
第３実施例の電子ビューファインダー光学系の光路図を図６に示す。このファインダー光学系は、２次元表示素子４と接眼光学系５からなり、接眼光学系５はビームスプリッタープリズム状をしており、第１面２４、第２面２５、第３面２６、第４面２７で囲まれた屈折率が１より大きい透明媒質からなり、その中に斜めに反射と透過作用を有する面として半透過反射面２８が設けられている。この半透過反射面２８は、例えば１０〜９０％の反射率と９０〜１０％の透過率を有する面で構成されている。また、２次元表示素子４と反対側の第３面２６は裏面凹面鏡となっている。
【００２９】
このような構成において、２次元表示素子４上の電子像から出た表示光は、第１面２４を透過して入射し、半透過反射面２８を透過して、裏面鏡の反射面２６で反射され、今度は半透過反射面２８で反射され、最後に第４面２７を透過して観察者眼球Ｅに達するものである。
【００３０】
このように、接眼光学系５をプリズム体で構成し、主たるパワーを有する面を裏面反射鏡２６で構成することにより、収差発生の少ない接眼光学系とすることができる。
【００３１】
また、接眼光学系５の最も２次元表示素子４側の入射面２４を回転非球面にすることにより、像歪みの補正を効果的に行うことが可能となる。さらに、反射作用と透過作用を持つ半透過反射面２８を光軸に対して傾けて配置することにより、２次元表示素子４の電子カメラの観察者側への突出を防ぐことも可能である。
（第４実施例）
第４実施例の電子カメラ光学系の光路図を図７に示す。この実施例は、第３実施例のファインダー光学系を用いて電子カメラを構成した例である。撮像レンズ２としては回転対称な光学系を使用している。また、接眼光学系５は、第１面２４、第２面２５、第３面２６、第４面２７で囲まれた屈折率が１より大きい透明媒質からなり、その中に斜めに反射と透過作用を有する面として半透過反射面２８が設けられており、２次元表示素子４と反対側の第３面２６が裏面凹面鏡となっているものを用いている。
【００３２】
この実施例においては、接眼光学系５の第２面２５、半透過反射面２８、第４面２７を透過して、凹面鏡２６に当たらないシースルー光路をとり、２次元表示素子４の表示像（電子像）とは別に、外界の像を観察する構成にすることが可能である。これにより、撮影するときは、接眼光学系５の上記シースルー光路を光学式ファインダーとして用い、以前に撮影した画像を観察する場合は、２次元表示素子４に記録された電子像を表示させて、接眼光学系５を用いて拡大表示することが可能となる。これにより、常時２次元表示素子４を駆動する必要がなくなり、電力を節約でき、電源の寿命が長くなる。
【００３３】
また、電子カメラの設定、例えば残りの電池量やメモリーの残量、撮影可能枚数、物体の距離情報、方位の情報、ＧＳＰによる位置情報等を２次元表示素子４に表示し、これらを接眼光学系５により拡大しながら、被写体はシースルー光路で確認する、等の利用ができる。
【００３４】
なお、上記のシースルー光路を経た被写体の観察を行う必要がない場合、あるいは、撮影後の画像の確認時には、シースルー光路を液晶シャッター、メカニカルシッター等で遮蔽又は減衰する構成にすることにより、電子像拡大光路の画像の視認性を向上させることが可能となる。
【００３５】
また、撮影中の画像を２次元表示素子４に表示し続けるようにすると、特に人物等を撮影する場合には、良い表情の瞬間のみを撮影画像として保存することが可能となり、無駄な画像を保存しなくてよくなる。
【００３６】
さらに、上記のシースルー光路に透過型レンズ系を付加してシースルー倍率（光学式ファインダーの倍率）を変えるようにすることも可能である。
（第５実施例）
第５実施例の光学式ファインダーと電子ビューファインダーが切り換えあるいは重畳可能なファインダー光学系の光路図を図８に示す。このファインダー光学系は、第２実施例の接眼光学系５の第３面２３を反射と透過作用を有する半透過反射面に変更し、その前側に補償光学素子２９を貼り付け、第４実施例と同様に、電子像を拡大観察する光路と一部が重なるようにシースルー光路を持たせるようにした実施例である。補償光学素子２９は、第３面２３に貼り合わせる面はその第３面２３と同じ形状の回転非対称面であり、この面と反対側の面３０は、接眼光学系５の第２面２２と略同じ回転非対称面からなり、また、その屈折率も接眼光学系５と略同じ透明材料から構成されている。
【００３７】
したがって、補償光学素子２９の前面３０、半透過反射面２３、接眼光学系５の第２面２２を透過してシースルー光路となり、２次元表示素子４の表示像（電子像）とは別に、外界の像を観察することが可能である。
【００３８】
図９はこの実施例のファインダー光学系を用いた電子カメラ光学系の光路図である。なお、この実施例では撮像レンズ２としては、第２実施例の接眼光学系５と同様の光学系を光路を逆にして用いている。
【００３９】
このような構成により、被写体を撮影するときは、上記シースルー光路を光学式ファインダーとして用いながら撮影レンズ２の像面に配置した２次元撮像素子９により被写体の像を光電変換して記録再生ユニット１７に取り込む（図４）。以前に撮影した画像を観察する場合は、記録再生ユニット１７に記録された電子像を２次元表示素子４に表示させて、第２実施例で説明したようにその電子像を拡大表示する。
（第６実施例）
第６実施例の実像ファインダー兼用の電子カメラ光学系の光路図を図１０に示す。この実施例は、撮像レンズ２としては図１の光学系を使用し、また、接眼光学系５としては、２次元表示素子４に面していて偏心して配置された透過と反射作用を有する回転非対称面の第１面３１と、偏心して配置された透過と反射作用を有する回転非対称裏面鏡の第２面３２と、反射面の第３面３３とで囲まれた屈折率が１より大きい透明媒質からなり、所定の有限の焦点距離を有するものを用いている。そして、２次元撮像素子９と２次元表示素子４は背中合せで近接して配置してある。この接眼光学系５においては、２次元表示素子４上の電子像から出た表示光は、第１面３１を透過して入射し、第２面３２で反射され、次に第３面３３で反射され、次いで今度は第１面３１で反射され、最後に第２面３２を透過して観察者眼球Ｅに達する。なお、この電子カメラ光学系においては、撮影レンズ２の入射光軸と接眼光学系５の射出光軸が略一致するようになっている。
【００４０】
このような構成により、電子ビューファインダーを見ながら被写体を撮影するとき、あるいは、以前に撮影した画像を観察する場合は、撮影中あるいは記録再生ユニット１７から再生された電子像を２次元表示素子４に表示させて、拡大表示する。また、可変倍率実像ファインダー（望遠鏡）として用いる場合には、図１１に示すように、背中合わせで配置してある２次元撮像素子９と２次元表示素子４を光路外に外すと、元の２次元撮像素子９の位置が中間像面になり、撮像レンズ２を通った光束はこの位置で一旦結像し、その中間像は接眼光学系５で拡大観察できるようになる。なお、２次元撮像素子９の撮像面と２次元表示素子４の表示面は若干距離があるが、その距離は撮像レンズ２のフォーカシングにより補償することができる。
（第７実施例）
第７実施例の実像ファインダー兼用の電子カメラ光学系の光路図を図１２に示す。この光学系は、図１の撮影レンズ２と図３（第１実施例）の接眼光学系５を組み合わせ、撮影レンズ２の入射光軸と接眼光学系５の射出光軸を略一致させるようにしたものである。接眼光学系５の構成が異なる点以外は、第６実施例と同様であるので、説明は省く。
【００４１】
以下の第８〜第１３実施例に接眼光学系の数値実施例を示す。また、第１４実施例に撮影光学系（撮影レンズ）の数値実施例を示す。以下の説明において、接眼光学系は逆光線追跡の順で説明されるが、実際には物体面が像面になり、像面が２次元表示素子が配置される物体面になる。撮影光学系は順光線追跡の順で説明される。
【００４２】
各実施例の説明に先立って、接眼光学系を構成する偏心面の位置と傾きを定義する座標の定義について、以下に説明する。なお、各実施例の数値データは後記するが、その数値データにおいて、面番号は、接眼光学系は逆光線追跡の順に与えられており、撮影光学系は順光線追跡の順で与えられている。
【００４３】
図１４に示すように、物点中心を通り、瞳中心を通過し、像面中心に到達する光線を軸上主光線とし、光学系の絞り面（接眼光学系の場合は射出瞳面）に交差するまでの直線によって定義される光軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交し、絞り面の中心を通り、かつ、光学系を構成する各面の偏心面内の軸（図１４の紙面内にある軸）をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交し、かつ、Ｙ軸と直交する軸をＸ軸とし、軸上主光線が物点から像面に到る方向をＺ軸の正方向、図１４において下から上へ向かう方向をＹ軸の正方向、図１４の紙面に垂直で紙面の表から裏へ向かう方向をＸ軸の正方向とする。
【００４４】
後記の数値データにおいて、第８、第９、第１４実施例の光学系を構成する自由曲面は前記の（ａ）式で定義され、各面の偏心は、光学系の絞り面からのその面の面頂位置のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の偏心量と、その面の中心軸（（ａ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれα、β、γ）とで与えられている。なお、その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対しての反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対しての時計回りを意味する。その他、曲率半径、間隔、屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。
【００４５】
第１０〜第１３実施例においては、基本的に同軸光学系と等価であり、各面の曲率半径、面間隔、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。また、光学系中に光軸に対して斜めに挿入されている反射と透過作用を有する半透過反射面（面番号３）の偏心が前記の定義に従って与えられている。
【００４６】
なお、屈折率はｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。
（第８実施例）
この実施例の電子カメラの外観は図１に示すようなものであり、その光路図を図１３に示す。この実施例は図３に示したような電子ビューファインダーを採用した電子カメラである。図１３において、撮像レンズ２としては図１の光学系を使用し、また、ファインダー光学系は、２次元表示素子４と接眼光学系５からなり、接眼光学系５は、２次元表示素子４に面していて偏心して配置された透過と反射作用を有する回転非対称面の第１面６と、偏心して配置された反射作用を有する回転非対称裏面鏡の第２面７と、透過面で回転非対称面の第３面８とで囲まれた屈折率が１より大きい透明媒質からなり、所定の有限の焦点距離を有するものである。この光学系において、２次元表示素子４上の電子像から出た表示光は、第１面６を透過して入射し、第２面７で反射され、次いで今度は第１面６で反射され、最後に第３面８を透過して射出瞳４０面に瞳孔を一致させた観察者眼球Ｅに達するものである。
【００４７】
本実施例の接眼光学系５の断面図を図１４に示す。この実施例の数値データは後記するが、光線追跡は逆光線追跡で行っている。なお、この実施例の瞳径は４ｍｍ、観察画角は水平３５°、垂直２６．６°であり、２次元表示素子４の対角長は１３．９４ｍｍである。また、Ｘ−Ｚ断面内の焦点距離ｆx は１８．９２９ｍｍ、Ｙ−Ｚ断面内の焦点距離ｆy は１７．６１２ｍｍである。
（第９実施例）
この実施例の電子カメラの光路図を図１５に示す。この実施例は図５に示したような電子ビューファインダーを採用した電子カメラである。図１５において、撮像レンズ２としては図１の光学系を使用し、また、ファインダー光学系は、２次元表示素子４と接眼光学系５からなり、接眼光学系５は、２次元表示素子４に面していて透過面で回転非対称面の第１面２１と、偏心して配置された透過と反射作用を有する回転非対称面の第２面２２と、偏心して配置された反射作用を有する回転非対称裏面鏡の第３面２３とで囲まれた屈折率が１より大きい透明媒質からなり、所定の有限の焦点距離を有するものである。この光学系において、２次元表示素子４上の電子像から出た表示光は、第１面２１を透過して入射し、第２面２２で反射され、次いで第３面２３で反射され、最後に第２面２２を透過して射出瞳４０面に瞳孔を一致させた観察者眼球Ｅに達するものである。
【００４８】
本実施例の接眼光学系５の断面図を図１６に示す。この実施例の数値データは後記するが、光線追跡は逆光線追跡で行っている。なお、この実施例の瞳径は４ｍｍ、観察画角は水平３５°、垂直２６．６°であり、２次元表示素子４の対角長は１３．９４ｍｍである。また、Ｘ−Ｚ断面内の焦点距離ｆx は１８．２８２ｍｍ、Ｙ−Ｚ断面内の焦点距離ｆy は１７．９７３ｍｍである。
（第１０実施例）
この実施例の電子カメラの光路図を図１７に示す。この実施例は図６に示したような電子ビューファインダーを採用した電子カメラである。ただし、電子カメラ上面から環境光、例えば室内の照明機器や野外の太陽光線等をＬＣＤのような２次元表示素子４の照明光源として使用することが可能なように、接眼光学系５の上側に２次元表示素子４を配置するようにしている。図１７において、撮像レンズ２としては図１の光学系を使用し、また、ファインダー光学系は、２次元表示素子４と接眼光学系５からなり、接眼光学系５はビームスプリッタープリズム状をしており、第１面２４、第２面２５、第３面２６、第４面２７で囲まれた屈折率が１より大きい透明媒質からなり、その中に斜めに反射と透過作用を有する面として半透過反射面２８が設けられている。この半透過反射面２８は、例えば１０〜９０％の反射率と９０〜１０％の透過率を有する面で構成されている。また、２次元表示素子４と反対側の第３面２６は裏面凹面鏡となっている。
【００４９】
このような構成において、２次元表示素子４上の電子像から出た表示光は、球面の第１面２４を透過して入射し、半透過反射面２８を透過して、裏面鏡の球面の反射面２６で反射され、今度は半透過反射面２８で反射され、最後に球面の第４面２７を透過して射出瞳４０面に瞳孔を一致させた観察者眼球Ｅに達するものである。
【００５０】
本実施例の接眼光学系５の断面図を図１８に示す。この実施例の数値データは後記するが、光線追跡は逆光線追跡で行っている。なお、この実施例の瞳径は４ｍｍ、観察画角は水平３５°、垂直２６．６°であり、２次元表示素子４の対角長は１３．９４ｍｍである。また、焦点距離ｆは１８．３６４ｍｍである。
（第１１実施例）
この実施例の接眼光学系５のシースルー時の断面図を図１９に示す。この実施例は第４実施例のシースルー時の接眼光学系５の数値例に関するものであり、この実施例は、接眼光学系５のビームスプリッタープリズム状の光学系のシースルー光路入射側に凹レンズ４１を配置して、シースルー光路のパワーを略ゼロにすることによってアフォーカル光学系を形成し、虚像式ファインダーとして使用する場合の例である。外界の像を観察する場合には、外界からの光は、凹レンズ４１、第２面２５、半透過反射面２８、第４面２７を透過して、凹面鏡に当たらないシースルー光路をとり、２次元表示素子４の表示像（電子像）とは別に、外界の像を観察する構成にすることが可能である。さらに好ましくは、物体側の凹レンズ４１の表面反射を用いてアルバダ式ファインダーを構成することも可能である。なお、この実施例の数値データは後記するが、光線追跡は逆光線追跡で行っている。そのアフォーカル倍率は０．８５４７倍である。
（第１２実施例）
この実施例は、第１０実施例の接眼光学系５の他の形態の実施例であり、その断面図を図２０に示す。この実施例の数値データは後記するが、光線追跡は逆光線追跡で行っている。なお、この実施例の瞳径は４ｍｍ、観察画角は水平３０°、垂直２２．７°であり、２次元表示素子４の対角長は１３．９４ｍｍである。また、焦点距離ｆは２１．１８１ｍｍである。
（第１３実施例）
この実施例は、第１０実施例の接眼光学系５の別の形態の実施例であり、その断面図を図２１に示す。この実施例の数値データは後記するが、光線追跡は逆光線追跡で行っている。なお、この実施例の瞳径は４ｍｍ、観察画角は水平３５°、垂直２６．６°であり、２次元表示素子４の対角長は１３．９４ｍｍである。また、焦点距離ｆは２２．１４５ｍｍである。
（第１４実施例）
この実施例は本発明の電子カメラに採用できる撮影レンズ２に関するものであり、その断面図を図２２に示す。この撮影レンズ２は、図２の第４レンズ群Ｌ4 と同様の構成の偏心プリズムからなる単一光学系であり、絞り４２の後側に配置され、偏心して配置された回転非対称面の透過面の第１面１１と、偏心して配置された透過と反射作用を有する回転非対称面の第２面１２と、偏心して配置された反射作用を有する回転非対称裏面鏡の第３面１３とで囲まれた屈折率が１より大きい透明媒質からなり、絞り４２を経て第１面１１から入射した被写体からの光が、第２面１２で反射され、次いで第３面１３で反射され、最後に第２面１２を透過して、フィルター及びカバーガッラス４３と一体の２次元撮像素子９上に達して結像するように配置されている。なお、さらに好ましくは、第２面１２での反射は全反射であることが、光学系を小型にする上で好ましい。このように、撮影レンズ２を偏心プリズムで構成することによって、さらに小型にすることが可能である。
【００５１】
この実施例の数値データは後記するが、光線追跡は順光線追跡で行っている。この実施例の入射瞳径は１．７８５ｍｍ、水平画角は４２．６４°、垂直画角は３２．６２°であり、面の偏心面内をＹ軸方向、これと直交する方向をＸ軸方向とするとき（図１４参照）、撮影レンズ２の入射側から軸上主光線とＹ方向に１ｍｍ離れた平行光束を入射させ、撮影レンズ２から射出する側でその２つの光線がＹ−Ｚ面内でなす角をＮＡ’ｙｉ、そのＮＡ’ｙｉの逆数をＹ方向の焦点距離ｆy とし、同様にＸ−Ｚ面内でＸ方向の焦点距離ｆx を定義すると、本実施例においては、ｆx は８．２９２ｍｍ、ｆy は８．０７６ｍｍである。
【００５２】
また、本数値実施例の横収差図を図２３〜図２５に示す。これら横収差図において、括弧内に示された数字は（水平（Ｘ方向）画角，垂直（Ｙ方向）画角）を表し、その画角における横収差図を示す。また、図２６に本数値実施例の像歪みを表す収差図を示す。
（第１５実施例）
この実施例の斜視図を図２７に示す。この実施例は、以上の各実施例に示した小型の電子カメラ１を携帯電話５０と接続又は一体にすることによって、撮影した画像を電話回線で離れた場所にあるパソコン等に高速に送ることが可能なシステムとして構成した実施例である。また、パソコンに収納された画像データの中から必要なものを転送して電子カメラ１の２次元表示素子に表示させ、その画像を虚像として大きく拡大した高密度画素表示で観察することが可能となるものである。なお、図中、５１は携帯電話５０のダイヤル・ボタン、５２はマイク、５３はスピーカー、５４はアンテナを示す。
（第１６実施例）
この実施例の斜視図を図２８に示す。図２８（ａ）に全体のシステムの構成を、図２８（ｂ）に電子カメラ１の構成を示す。この実施例は、以上の各実施例に示した小型の電子カメラ１（図の場合は、撮影レンズ２は第１４実施例、接眼光学系５は第１０実施例）を携帯電話５０に取り外し可能な構成にしたものである。
【００５３】
以下に、上記第８実施例〜第１４実施例の数値データを示す。
【００５４】
第８実施例
面番号    曲率半径        間隔        偏心      屈折率      アッベ数
物体面      ∞         -2000.0000                                   
1         ∞（絞り）                                              
2       自由曲面(1)                 偏心(1)   1.4922        57.5  
3       自由曲面(2)                 偏心(2)   1.4922        57.5  
4       自由曲面(3)                 偏心(3)   1.4922        57.5  
5       自由曲面(2)                 偏心(2)                       
像  面      ∞                        偏心(4)                       
自由曲面(1) 
Ｃ5   2.2153×10-2      Ｃ7   2.8411×10-2      Ｃ8   0 
Ｃ10  0                 Ｃ12  0                 Ｃ14 -3.1319×10-5
自由曲面(2) 
Ｃ5   2.0409×10-3      Ｃ7   6.6975×10-3      Ｃ8  -1.8605×10-5 
Ｃ10 -7.9159×10-5      Ｃ12  0                 Ｃ14 -7.5458×10-6 
自由曲面(3) 
Ｃ5   9.9446×10-3      Ｃ7   1.1558×10-2      Ｃ8  -7.0627×10-5 
Ｃ10 -1.1373×10-4      Ｃ12  0                 Ｃ14 -4.6407×10-6 
Ｘ        Ｙ        Ｚ      α（°）  β（°）  γ（°）
偏心(1)   0.000     0.000    20.124      0.00      0.00      0.00   
偏心(2)   0.000     0.000    30.714     47.72      0.00      0.00   
偏心(3)   0.000   -10.321    31.697     75.96      0.00      0.00   
偏心(4)   0.000     3.586    40.230     52.31      0.00      0.00           。
【００５５】
第９実施例
面番号    曲率半径        間隔        偏心      屈折率      アッベ数
物体面      ∞         -2000.0000                                   
1         ∞（絞り）                                              
2       自由曲面(1)                 偏心(1)   1.4922        57.5  
3       自由曲面(2)                 偏心(2)   1.4922        57.5  
4       自由曲面(1)                 偏心(1)   1.4922        57.5  
5       自由曲面(3)                 偏心(3)                       
像  面      ∞                        偏心(4)                       
自由曲面(1) 
Ｃ5   1.8566×10-4      Ｃ7  -5.9960×10-3      Ｃ8  -9.3755×10-6 
Ｃ10 -1.2098×10-4 
自由曲面(2) 
Ｃ5  -7.8289×10-3      Ｃ7  -1.1744×10-2      Ｃ8  -1.4839×10-5 
Ｃ10  1.2340×10-5 
自由曲面(3) 
Ｃ5  -1.9292×10-4      Ｃ7  -1.8773×10-1      Ｃ8   1.2657×10-6 
Ｃ10  4.7538×10-4 
Ｘ        Ｙ        Ｚ      α（°）  β（°）  γ（°）
偏心(1)   0.000     7.230    19.284      8.28      0.00      0.00   
偏心(2)   0.000     0.330    27.044    -19.41      0.00      0.00   
偏心(3)   0.000     2.351   369.458     92.61      0.00      0.00   
偏心(4)   0.000    19.316    27.698     52.14      0.00      0.00           。
【００５６】
第１０実施例
面番号    曲率半径        間隔        偏心      屈折率      アッベ数
物体面      ∞         -1000.00                                     
1         ∞（絞り）    20.00                                     
2        65.895          8.00                 1.4922        57.5  
3         ∞           -10.00       偏心(1)   1.4922        57.5  
4        57.009         18.00                 1.4922        57.5  
5       187.069          4.16                                     
像  面      ∞                                                      
Ｘ        Ｙ        Ｚ      α（°）  β（°）  γ（°）
偏心(1)   0.000     0.000     0.000     45.00      0.00      0.00   。
第１１実施例
面番号    曲率半径        間隔        偏心      屈折率      アッベ数
物体面      ∞         -1000.00                                     
1         ∞（絞り）    27.00                                     
2        75.396         10.00                 1.4922        57.5  
3         ∞            10.00       偏心(1)   1.4922        57.5  
4         ∞             1.00                                     
5       -65.000          3.00                 1.4922        57.5  
6        65.000        971.98                                     
像  面      ∞                                                      
Ｘ        Ｙ        Ｚ      α（°）  β（°）  γ（°）
偏心(1)   0.000     0.000     0.000     45.00      0.00      0.00           。
【００５７】
第１２実施例
面番号    曲率半径        間隔        偏心      屈折率      アッベ数
物体面      ∞         -1000.00                                     
1         ∞（絞り）    27.00                                     
2        75.396         10.00                 1.4922        57.5  
3         ∞           -12.00       偏心(1)   1.4922        57.5  
4        64.455         20.00                 1.4922        57.5  
5       108.418          4.96                                     
像  面      ∞                                                      
Ｘ        Ｙ        Ｚ      α（°）  β（°）  γ（°）
偏心(1)   0.000     0.000     0.000     45.00      0.00      0.00           。
【００５８】
第１３実施例
面番号    曲率半径        間隔        偏心      屈折率      アッベ数
物体面      ∞         -1000.00                                     
1         ∞（絞り）    27.00                                     
2         ∞            10.00                 1.4922        57.5  
3         ∞           -12.00       偏心(1)   1.4922        57.5  
4        52.292         20.00                 1.4922        57.5  
5         9.711          4.78                                     
像  面      ∞                                                      
Ｘ        Ｙ        Ｚ      α（°）  β（°）  γ（°）
偏心(1)   0.000     0.000     0.000     45.00      0.00      0.00           。
【００５９】
第１４実施例
面番号    曲率半径        間隔        偏心      屈折率      アッベ数
物体面      ∞            ∞                                        
1         ∞（絞り）                                              
2       自由曲面(1)                 偏心(1)   1.8061        50.9  
3       自由曲面(2)                 偏心(2)   1.8061        50.9  
4       自由曲面(3)                 偏心(3)   1.8061        50.9  
5       自由曲面(2)                 偏心(2)                       
6         ∞             1.00       偏心(4)   1.5163        64.1  
7         ∞             0.40                 1.5163        64.1  
像  面      ∞                                                      
自由曲面(1) 
Ｃ5   6.9172×10-3      Ｃ7  -6.1395×10-2      Ｃ8  -8.6695×10-3
Ｃ10  9.3979×10-3      Ｃ12 -1.1168×10-4      Ｃ14 -6.6955×10-3
Ｃ16 -1.0032×10-3 
自由曲面(2) 
Ｃ5   2.9915×10-2      Ｃ7   1.8072×10-2      Ｃ8  -1.4235×10-3
Ｃ10 -1.3855×10-4      Ｃ12  1.7627×10-4      Ｃ14 -5.1449×10-4
Ｃ16  2.9926×10-5      Ｃ17 -2.0752×10-5      Ｃ19  2.2598×10-4
Ｃ21  2.8425×10-5      Ｃ23 -8.5787×10-6      Ｃ25 -3.9807×10-5
Ｃ27  4.2915×10-6                                                                                            自由曲面(3) 
Ｃ5  -5.3125×10-2      Ｃ7  -4.1643×10-2      Ｃ8   6.4987×10-4
Ｃ10  3.2017×10-5      Ｃ12 -2.1358×10-4      Ｃ14 -2.5418×10-4
Ｃ16 -1.4899×10-4      Ｃ17  2.0960×10-6      Ｃ19  3.5556×10-5
Ｃ21  1.6431×10-5 
Ｘ        Ｙ        Ｚ      α（°）  β（°）  γ（°）
偏心(1)   0.000     0.000     0.487     14.82      0.00      0.00   
偏心(2)   0.000     1.030     3.861    -43.09      0.00      0.00   
偏心(3)   0.000     3.587     4.807    100.40      0.00      0.00   
偏心(4)   0.000    -3.356     7.512    -56.54      0.00      0.00           。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明による電子カメラの外観を示す概念図である。
【図２】本発明による電子カメラに用いる撮影レンズの１例の断面図である。
【図３】第１実施例の電子ビューファインダー光学系の光路図である。
【図４】電子像を表示するための概略の構成を示す図である。
【図５】第２実施例の電子ビューファインダー光学系の光路図である。
【図６】第３実施例の電子ビューファインダー光学系の光路図である。
【図７】第４実施例の電子カメラ光学系の光路図である。
【図８】第５実施例のファインダー光学系の光路図である。
【図９】第５実施例のファインダー光学系を用いた電子カメラ光学系の光路図である。
【図１０】第６実施例の電子カメラ光学系の光路図である。
【図１１】第６実施例の光学系を可変倍率実像ファインダーとして用いる場合の光路図である。
【図１２】第７実施例の電子カメラ光学系の光路図である。
【図１３】第８実施例の電子カメラ光学系の光路図である。
【図１４】第８実施例の接眼光学系の断面図である。
【図１５】第９実施例の電子カメラ光学系の光路図である。
【図１６】第９実施例の接眼光学系の断面図である。
【図１７】第１０実施例の電子カメラ光学系の光路図である。
【図１８】第１０実施例の接眼光学系の断面図である。
【図１９】第１１実施例の接眼光学系のシースルー時の断面図である。
【図２０】第１２実施例の接眼光学系の断面図である。
【図２１】第１３実施例の接眼光学系の断面図である。
【図２２】第１４実施例の撮影レンズの断面図である。
【図２３】第１４実施例の撮影レンズの横収差図の一部である。
【図２４】第１４実施例の撮影レンズの横収差図の他の一部である。
【図２５】第１４実施例の撮影レンズの横収差図の残りの部分である。
【図２６】第１４実施例の撮影レンズの像歪みを表す収差図である。
【図２７】第１５実施例の携帯電話システムの斜視図である。
【図２８】第１６実施例の携帯電話システムの斜視図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…電子カメラ
２…撮影レンズ（対物レンズ）
３…ファインダー
４…２次元表示素子
５…接眼光学系
６…第１面
７…第２面
８…第３面
９…２次元撮像素子
１１…第１面
１２…第２面
１３…第３面
１４…信号処理回路
１５…コントローラ
１６…ドライバ
１７…記録再生ユニット
２１…第１面
２２…第２面
２３…第３面
２４…第１面
２５…第２面
２６…第３面（裏面凹面鏡）
２７…第４面
２８…半透過反射面
２９…補償光学素子
３０…補償光学素子の前面
３１…第１面
３２…第２面
３３…第３面
４０…射出瞳
４１…凹レンズ
４２…絞り
４３…フィルター及びカバーガッラス
５０…携帯電話
５１…携帯電話のダイヤル・ボタン
５２…携帯電話のマイク
５３…携帯電話のスピーカー
５４…携帯電話のアンテナ
Ｌ1 …第１レンズ群
Ｌ2 …第２レンズ群
Ｌ3 …第３レンズ群
Ｌ4 …第４レンズ群
Ｄ1 …第１レンズ群と第２レンズ群の群間隔
Ｄ2 …第２レンズ群と第３レンズ群の群間隔
Ｄ3 …第３レンズ群と第４レンズ群の群間隔
Ｅ…観察者眼球
【図１】
2006262504.tif 000003
【図２】
2006262504.tif 000004
【図３】
2006262504.tif 000005
【図４】
2006262504.tif 000006
【図５】
2006262504.tif 000007
【図６】
2006262504.tif 000008
【図７】
2006262504.tif 000009
【図８】
2006262504.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2006262504.tif 000012
【図１１】
2006262504.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
2006262504.tif 000030