CN102654640B - 接目光学系统和光学设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及接目光学系统和光学设备。一种用于观察在图像显示元件(Ob)上显示的像的接目光学系统(EL)按照从图像显示元件(Ob)的次序具有：是正透镜的第一透镜(L1)；是具有面向图像显示元件(Ob)的强凹形表面的负透镜的第二透镜(L2)；和是具有面向眼点(EP)的强凸形表面的正透镜的第三透镜(L3)，从而实现高放大率和尺寸减小这两者，其中第一透镜(L1)与图像显示元件(Ob)胶合和集成，从而在确保远心度和足够宽的光束时减小接目光学系统(EL)的尺寸。

Description

接目光学系统和光学设备

相关申请

本发明要求日本专利申请Nos.2011-043729，2011-043734和2012-032403的利益，该专利申请由此通过引用并入。

技术领域

本发明涉及一种用于观察在图像显示元件上显示的像的接目光学系统(OcularOpticalSystem)，和一种具有该接目光学系统的光学设备。

背景技术

已经提出了一种允许使用接目光学系统以高放大率观察在紧凑式图像显示元件上显示的像的电子寻像器(例如见日本专利申请特开No.2004-48371(A))。

然而对于被用于这种寻像器的接目光学系统，要求在保证高放大率时实现光学系统的紧凑性和良好的光学性能。

发明内容

鉴于前述，本发明的目的在于提供一种接目光学系统和一种采用这个接目光学系统的光学设备，该接目光学系统在保证高放大率时是紧凑的并且具有良好的光学性能。

为了实现这个目的，根据本发明的第一接目光学系统是用于观察在图像显示元件上显示的像的接目光学系统，该接目光学系统按照从图像显示元件的次序包括：是正透镜的第一透镜；是负透镜的第二透镜；和是正透镜的第三透镜，其中满足以下条件表达式：

2.50<f1/fe<8.00并且

0.41<d12/fe<0.80，

其中f1表示第一透镜的焦距，fe表示接目光学系统的焦距，并且d12表示在第一透镜和第二透镜之间的距离。

在具有以上配置的第一接目光学系统中，优选的是满足以下条件表达式：

0.00≤d0/d12<0.50，

其中d0表示在图像显示元件和第一透镜之间的距离。

在具有以上配置的第一接目光学系统中，优选的是胶合图像显示元件和第一透镜。

在具有以上配置的第一接目光学系统中，优选的是满足以下条件表达式：

5.00<f1/f3<13.00，

其中f3表示第三透镜的焦距。

在具有以上配置的第一接目光学系统中，优选的是满足以下表达式：

4.00<(-1)×(f1/f2)<12.00，

其中f2表示第二透镜的焦距。

在具有以上配置的第一接目光学系统中，优选的是满足以下条件表达式：

0.00≤d0/TL<0.10，

其中d0表示在图像显示元件和第一透镜之间的距离，并且TL表示从图像显示元件到在最靠近眼点(eyepoint)放置的透镜中的面向眼点的表面的距离。

在具有以上配置的第一接目光学系统中，优选的是满足以下条件表达式：

0.30<d12/TL<0.70，

其中TL表示从图像显示元件到在最靠近眼点放置的透镜中的面向眼点的表面的距离。

在具有以上配置的第一接目光学系统中，优选的是第二透镜和第三透镜中的至少一个具有非球面。

在具有以上配置的第一接目光学系统中，优选的是第二透镜和第三透镜中的至少一个是塑料透镜。

在具有以上配置的第一接目光学系统中，优选的是通过改变在第一透镜和第二透镜之间的距离而校正屈光度(diopter)。

根据本发明的第一光学设备包括：物镜；捕捉由物镜形成的像的成像元件；显示由成像元件捕捉的像的图像显示元件；和用于观察在图像显示元件上显示的像的接目光学系统，其中该接目光学系统是上述第一接目光学系统。

根据本发明的第二接目光学系统是用于观察在图像显示元件上显示的像的接目光学系统，该接目光学系统按照从图像显示元件的次序包括：是正透镜的第一透镜；是负透镜的第二透镜；是正透镜的第三透镜，其中满足以下条件表达式：

0.00≤d0/TL<0.10并且

0.30<d12/TL<0.70

其中d0表示在图像显示元件和第一透镜之间的距离，d12表示在第一透镜和第二透镜之间的距离，并且TL表示从图像显示元件到在最靠近眼点放置的透镜中的面向眼点的表面的距离。

在具有以上配置的第二接目光学系统中，优选的是满足以下条件表达式：

2.50<f1/fe<8.00，

其中f1表示第一透镜的焦距，并且fe表示接目光学系统的焦距。

在具有以上配置的第二接目光学系统中，优选的是满足以下条件表达式：

0.00≤d0/d12<0.50

在具有以上配置的第二接目光学系统中，优选的是胶合图像显示元件和第一透镜。

在具有以上配置的第二接目光学系统中，优选的是满足以下条件表达式：

5.00<f1/f3<13.00，

其中f1表示第一透镜的焦距，并且f3表示第三透镜的焦距。

在具有以上配置的第二接目光学系统中，优选的是满足以下条件表达式：

4.00<(-1)×(f1/f2)<12.00，

其中f1表示第一透镜的焦距，并且f2表示第二透镜的焦距。

在具有以上配置的第二接目光学系统中，优选的是第二透镜和第三透镜中的至少一个具有非球面。

在具有以上配置的第二接目光学系统中，优选的是第二透镜和第三透镜中的至少一个是塑料透镜。

在具有以上配置的第二接目光学系统中，优选的是通过改变在第一透镜和第二透镜之间的距离而校正屈光度。

根据本发明的第二光学设备包括：物镜；捕捉由物镜形成的像的成像元件；显示由成像元件捕捉的像的图像显示元件；和用于观察在图像显示元件上显示的像的接目光学系统，其中该接目光学系统是上述第二接目光学系统。

根据本发明的、一种用于制造第一接目光学系统的方法是一种用于制造用于观察在图像显示元件上显示的像的接目光学系统的方法，该方法包括以下步骤：按照从图像显示元件的次序定位是正透镜的第一透镜、是负透镜的第二透镜和是正透镜的第三透镜，从而满足以下条件表达式：

2.50<f1/fe<8.00并且

0.41<d12/fe<0.80，

其中f1表示第一透镜的焦距，fe表示接目光学系统的焦距，并且d12表示在第一透镜和第二透镜之间的距离。

在用于制造第一接目光学系统的方法中，优选的是满足以下条件表达式：

0.00≤d0/d12<0.50，

其中d0表示在图像显示元件和第一透镜之间的距离。

在用于制造第一接目光学系统的方法中，优选的是胶合图像显示元件和第一透镜。

在用于制造第一接目光学系统的方法中，优选的是满足以下条件表达式：

5.00<f1/f3<13.00，

其中f3表示第三透镜的焦距。

在用于制造第一接目光学系统的方法中，优选的是满足以下条件表达式：

4.00<(-1)×(f1/f2)<12.00，

其中f2表示第二透镜的焦距。

在用于制造第一接目光学系统的方法中，优选的是满足以下条件表达式：

0.00≤d0/TL<0.10，

其中d0表示在图像显示元件和第一透镜之间的距离，并且TL表示从图像显示元件到在最靠近眼点放置的透镜中的面向眼点的表面的距离。

根据本发明的、一种用于制造第二接目光学系统的方法是一种用于制造用于观察在图像显示元件上显示的像的接目光学系统的方法，该方法包括以下步骤：按照从图像显示元件的次序定位是正透镜的第一透镜、是负透镜的第二透镜和是正透镜的第三透镜，从而满足以下条件表达式：

0.00≤d0/TL<0.10并且

0.30<d12/TL<0.70，

其中d0表示在图像显示元件和第一透镜之间的距离，d12表示在第一透镜和第二透镜之间的距离，并且TL表示从图像显示元件到在最靠近眼点放置的透镜中的面向眼点的表面的距离。

在用于制造第二接目光学系统的方法中，优选的是满足以下条件表达式：

2.50<f1/fe<8.00，

其中f1表示第一透镜的焦距，并且fe表示接目光学系统的焦距。

在用于制造第二接目光学系统的方法中，优选的是满足以下条件表达式：

0.00≤d0/d12<0.50

在用于制造第二接目光学系统的方法中，优选的是胶合图像显示元件和第一透镜。

在用于制造第二接目光学系统的方法中，优选的是满足以下条件表达式：

5.00<f1/f3<13.00，

其中f1表示第一透镜的焦距，并且f3表示第三透镜的焦距。

在用于制造第二接目光学系统的方法中，优选的是满足以下条件表达式：

4.00<(-1)×(f1/f2)<12.00，

其中f1表示第一透镜的焦距，并且f2表示第二透镜的焦距。

根据本发明，能够在保证高放大率时实现紧凑性和良好的光学性能。

根据在下文中给出的详细说明，本发明进一步的适用性范围将变得清楚。然而，应该理解，虽然详细说明和具体实例示意了本发明的优选实施例，但是其仅仅以示意目的给出，因为根据该详细说明，对于本领域技术人员而言，在本发明的精神和范围内的各种改变和修改将变得清楚。

附图简要说明

根据在下文中给出的详细说明和仅仅通过示意给出并且因此并不限制本发明的附图，本发明将变得被更加充分地理解。

图1是根据第一实例的接目光学系统的横截面视图；

图2是示出当屈光度是-1[m^-1]时根据第一实例的各种像差的曲线图；

图3是根据第二实例的接目光学系统的横截面视图；

图4是示出当屈光度是-1[m^-1]时根据第二实例的各种像差的曲线图；

图5是根据第三实例的接目光学系统的横截面视图；

图6是示出当屈光度是-1[m^-1]时根据第三实例的各种像差的曲线图；

图7是根据第四实例的接目光学系统的横截面视图；

图8是示出当屈光度是-1[m^-1]时根据第四实例的各种像差的曲线图；并且

图9是数字单反照相机的横截面视图。

图10是用于示出根据第一实施例的接目光学系统EL1的制造方法的流程图。

图11是用于示出根据第二实施例的接目光学系统EL2的制造方法的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图描述本发明的优选实施例。

第一实施例

图9示出采用根据第一实施例的接目光学系统EL1的数字单反照相机CAM。这个数字单反照相机CAM具有物镜OL、诸如CCD和CMOS的成像元件C，和电子寻像器EVF。电子寻像器EVF由诸如液晶显示器元件的图像显示元件Ob和用于观察在图像显示元件Ob上显示的像的接目光学系统EL1构成。

在具有这种配置的数字单反照相机CAM中，来自物体(未被示意)的光被物镜OL收集并且在成像元件C上形成像。在成像元件C上形成的物体像被成像元件C捕捉，并且由成像元件C捕捉的物体像被显示在图像显示元件Ob上。由此使用者能够经由接目光学系统EL1观察由物镜OL形成的物体像。

如果使用者按下释放按钮(未被示意)，则由成像元件C捕捉的图像(即，对应于在图像显示元件Ob上显示并且经由接目光学系统EL1观察的图像的图像)作为物体图像被记录在存储器(未被示意)中。因此使用者能够使用数字单反照相机CAM捕捉物体的像。

如在图1中描绘地，根据第一实施例的接目光学系统EL1按照从图像显示元件Ob的次序具有是正透镜的第一透镜L1、是负透镜的第二透镜L2，和是正透镜的第三透镜L3，并且第一透镜L1设置为靠近图像显示元件Ob。本实施例的目的在于实现一种在保证接目光学系统的紧凑性和25°或者更高的表观视角时良好地校正像差的接目镜。它特别地涉及实现镜头的全长和外侧尺寸(outsidedimension)降低和保证远心度(tele-centricity)这两者。

为了观察诸如液晶的显示元件，保证远心度从而观察被从显示表面竖直地照射的光是重要的。然而保证远心度要求设置大于图像显示元件的透镜系统，并且不适合于实现紧凑性。进而在实现其表观视角是20°或者更高并且其对角长度是大约15mm的高放大率接目光学系统的情形中，要求强折射光焦度(refractivepower)，并且正畸变的产生趋向于在观察视场上引起枕形畸变，这形成了非自然感。

为了减轻这些像差，根据本实施例的接目光学系统EL1，正透镜(第一透镜L1)设置为靠近图像显示元件Ob(或者使得这个正透镜与图像显示元件Ob集成)以在保持小的外部尺寸(externaldimension)时保证远心度。进而设置负透镜(第二透镜L2)用于校正彗差和畸变，并且设置正透镜(第三透镜L3)用于校正彗差、畸变和场曲。然后通过限定将在下文中描述的条件表达式而解决了上述问题。

在具有这种配置的接目光学系统EL1中，优选的是满足以下条件表达式(1)，其中f1表示第一透镜L1的焦距，并且fe表示接目光学系统EL1的焦距。

2.50<f1/fe<8.00(1)

条件表达式(1)用于相对于整个接目光学系统EL1的焦距规定第一透镜L1的焦距以保证远心度和校正畸变。如果未维持远心度，则图像显示元件Ob附近的像由于色差和不足的光量而变得劣化。如果正透镜(第一透镜L1)设置为靠近图像显示元件Ob，则枕形畸变能够被良好地校正。如果没有达到条件表达式(1)的下限值，则畸变被过度校正，并且发生桶形畸变。进而因为光以大入射角进入第二透镜L2，彗差变得难以校正。如果超过条件表达式(1)的上限值，则畸变的校正变得不足并且余留枕形畸变。进而必须增加透镜直径以保证远心度。

如果条件表达式(1)的上限值被设为7.00，则这个实施例的效果被良好地展示。如果条件表达式(1)的下限值被设为3.00，则这个实施例的效果被更加良好地展示。

在接目光学系统EL1中，优选的是满足以下条件表达式(2)，其中d12表示在第一透镜L1和第二透镜L2之间的距离。

0.41<d12/fe<0.80(2)

条件表达式(2)用于相对于整个接目光学系统EL1的焦距规定在第一透镜L1和第二透镜L2之间的距离。如果没有达到条件表达式(2)的下限值，则在第一透镜L1和第二透镜L2之间的距离变窄，并且第二透镜L2的尺寸变大。进而光线在进入第二透镜L2时的位置变高，并且产生彗差。在另一方面，如果超过条件表达式(2)的上限值，则在第一透镜L1和第二透镜L2之间的距离变宽，因此为了实现足够的放大率而要求的、第二透镜L2的折射光焦度变得太强，并且产生场曲。

如果条件表达式(2)的下限值被设为0.45，则这个实施例的效果被良好地展示。进而该下限值被更加优选地设为0.52以使得这个实施例的效果更好。如果条件表达式(2)的上限值被设为0.63，则该实施例的效果被更加良好地展示。

在接目光学系统EL1中，优选的是满足以下条件表达式(3)，其中d0表示在图像显示元件Ob和第一透镜L1之间的距离。

0.00≤d0/d12<0.50(3)

条件表达式(3)用于规定第一透镜L1在图像显示元件Ob和第二透镜L2之间的位置。如果超过条件表达式(3)的上限值，则畸变的校正变得不足，并且余留枕形畸变。在另一方面，条件表达式(3)的下限值是当图像显示元件Ob和第一透镜L1彼此邻近时的条件值。

如果条件表达式(3)的上限值被设为0.10，则这个实施例的效果被良好地展示。

在接目光学系统EL1中，优选的是胶合图像显示元件Ob和第一透镜L1，并且d0＝0.00。通过集成正透镜(第一透镜L1)与图像显示元件Ob，畸变能够被校正，并且通过沿着光轴方向偏转从图像显示元件Ob垂直地发射的光束，在第二透镜L2之后的光学系统能够是更小的。

在接目光学系统EL1中，优选的是满足以下条件表达式(4)，其中f3是第三透镜L3的焦距。

5.00<f1/f3<13.00(4)

条件表达式(4)用于规定第一透镜L1和第三透镜L3之间的焦距以校正畸变。如果没有达到条件表达式(4)的下限值，则第三透镜L3的折射光焦度(power)变弱，并且不能实现足够的寻像器放大率。如果第一透镜L1的焦距是短的，则还产生了彗差。在另一方面，如果超过条件表达式(4)的上限值，则余留负分布(negativedistribution)，并且视场被畸变成桶形形状。球面像差的校正也变得困难。

如果条件表达式(4)的下限值被设为7.00，则这个实施例的效果被良好地展示。如果条件表达式(4)的上限值被设为12.00，则这个实施例的效果被更加良好地展示。

在接目光学系统EL1中，优选的是满足以下条件表达式(5)，其中f2表示第二透镜L2的焦距。

4.00<(-1)×(f1/f2)<12.00(5)

条件表达式(5)用于规定第一透镜L1和第二透镜L2的焦距以良好地校正畸变和彗差。如果没有达到条件表达式(5)的下限值，则第二透镜L2的焦距变长。因此如果第三透镜L3的位置保持相同，则光线在进入第三透镜L3时的高度变低并且眼点是短的，这使得难以使用这个系统。为了使得眼点更长，第三透镜L3应该向后移位，并且整个光学系统的尺寸变大。畸变的校正也变得不足。如果超过条件表达式(5)的上限值，则第二透镜L2的尺寸变大。光线到第三透镜L3的入射角增加，并且产生场曲和球面像差，其校正变得困难。

如果条件表达式(5)的下限值被设为5.00，则这个实施例的效果被良好地展示。如果条件表达式(5)的上限值被设为10.00，则这个实施例的效果被更加良好地展示。

现在将参考图10描述用于制造根据上述第一实施例的接目光学系统EL1的方法。根据这个制造方法，第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3按照从图像显示元件的次序定位，并且然后这些透镜定位成满足以下条件表达式(1)和(2)：

2.50<f1/fe<8.00(1)

0.41<d12/fe<0.80(2)

其中f1表示第一透镜的焦距，fe表示接目光学系统的焦距，并且d12表示在第一透镜和第二透镜之间的距离。

用具体的术语，在柱形镜筒中，按照从图像显示元件的次序，定位是正透镜的第一透镜(步骤S01)，然后定位是负透镜的第二透镜(步骤S02)，以及定位是负透镜的第三透镜(步骤S03)。然后这些透镜定位成满足条件表达式(1)和(2)(步骤S04)。

第二实施例

现在将描述根据第二实施例的接目光学系统EL2。具有根据第二实施例的接目光学系统EL2的数字单反照相机CAM与在第一实施例中描述的、在图9中描绘的照相机相同。因此省略了其说明。

如在图1中描绘地，根据第二实施例的接目光学系统EL2按照从图像显示元件Ob的次序具有是正透镜的第一透镜L1、是负透镜的第二透镜L2，和是正透镜的第三透镜L3，并且第一透镜L1设置为靠近图像显示元件Ob。本实施例的目的在于实现一种在保证接目光学系统的紧凑性和25°或者更高的表观视角时良好地校正像差的接目镜。它特别地涉及实现镜头的全长和外侧尺寸降低和保证远心度这两者。

根据第二实施例的接目光学系统EL2，正透镜(第一透镜L1)设置为靠近图像显示元件Ob(或者使得这个正透镜与图像显示元件Ob集成)以在保持小的外部尺寸时保证远心度。进而设置负透镜(第二透镜L2)用于校正彗差和畸变，并且设置正透镜(第三透镜L3)用于校正彗差、畸变和场曲。然后通过限定将在下文中描述的条件表达式解决了上述问题。

在具有这种配置的接目光学系统EL2中，优选的是满足以下条件表达式(6)，其中d0表示在图像显示元件Ob和第一透镜L1之间的距离，并且TL表示从图像显示元件Ob到眼点EP的距离。

0.00≤d0/TL<0.10(6)

条件表达式(6)用于相对于该系统的全长规定从图像显示元件Ob到第一透镜L1的距离。如果超过条件表达式(6)的上限值，则畸变的校正变得不足，并且余留枕形畸变。在另一方面，条件表达式(6)的下限值是当图像显示元件Ob和第一透镜L1彼此邻近时的条件值。

如果条件表达式(6)的上限值被设为0.05，则这个实施例的效果被良好地展示。

在接目光学系统EL2中，优选的是满足以下条件表达式(7)，其中d12表示在第一透镜L1和第二透镜L2之间的距离。

0.30<d12/TL<0.70(7)

条件表达式(7)用于相对于系统的全长规定在第一透镜L1和第二透镜L2之间的距离。如果没有达到条件表达式(7)的下限值，则在第一透镜L1和第二透镜L2之间的距离变窄，并且第二透镜L2的尺寸变大。进而光线在进入第二透镜L2时的位置变高，并且产生彗差。在另一方面，如果超过条件表达式(7)的上限值，则在第一透镜L1和第二透镜L2之间的距离变宽，因此为了实现足够的放大率而要求的第二透镜L2的折射光焦度变得太强，并且产生场曲。

如果条件表达式(7)的下限值被设为0.40，则这个实施例的效果被良好地展示。如果条件表达式(7)的上限值是0.65，则这个实施例的效果被更加良好地展示。

而且，在具有这种配置的接目光学系统EL2中，优选的是满足以下条件表达式(8)，其中f1表示第一透镜L1的焦距，并且fe表示接目光学系统EL2的焦距。

2.50<f1/fe<8.00(8)

条件表达式(8)用于相对于整个接目光学系统EL2的焦距规定第一透镜L1的焦距以保证远心度和校正畸变。如果未维持远心度，则图像显示元件Ob附近的像由于色差和不足的光量而变得劣化。如果正透镜(第一透镜L1)设置为靠近图像显示元件Ob，则枕形畸变能够被良好地校正。如果没有达到条件表达式(8)的下限值，则畸变被过度校正，并且发生桶形畸变。进而因为光以大入射角进入第二透镜L2，彗差变得难以校正。如果超过条件表达式(8)的上限值，则畸变的校正变得不足并且余留枕形畸变。进而必须增加透镜直径以保证远心度。

如果条件表达式(8)的上限值被设为7.00，则这个实施例的效果被良好地展示。如果条件表达式(8)的下限值被设为3.00，则这个实施例的效果被更加良好地展示。

在接目光学系统EL2中，优选的是满足以下条件表达式(9)。

0.00≤d0/d12<0.50(9)

条件表达式(9)用于规定第一透镜L1在图像显示元件Ob和第二透镜L2之间的位置。如果超过条件表达式(9)的上限值，则畸变的校正变得不足，并且余留枕形畸变。在另一方面，条件表达式(9)的下限值是当图像显示元件Ob和第一透镜L1彼此邻近时的条件值。

如果条件表达式(9)的上限值被设为0.10，则这个实施例的效果被良好地展示。

在接目光学系统EL2中，优选的是胶合图像显示元件Ob和第一透镜L1，并且d0＝0.00。通过集成正透镜(第一透镜L1)与图像显示元件Ob，畸变能够被校正，并且通过沿着光轴方向偏转从图像显示元件Ob垂直地发射的光束，在第二透镜L2之后的光学系统能够是更小的。

在接目光学系统EL2中，优选的是满足以下条件表达式(10)，其中f1是第一透镜L1的焦距并且f3是第三透镜L3的焦距。

5.00<f1/f3<13.00(10)

条件表达式(10)用于规定第一透镜L1和第三透镜L3之间的焦距以校正畸变。如果没有达到条件表达式(10)的下限值，则第三透镜L3的折射光焦度变弱，并且不能实现足够的寻像器放大率。如果第一透镜L1的焦距是短的，则还产生了彗差。在另一方面，如果超过条件表达式(10)的上限值，则余留负分布，并且视场被畸变成桶形形状。球面像差的校正也变得困难。

如果条件表达式(10)的下限值被设为7.00，则这个实施例的效果被良好地展示。如果条件表达式(10)的上限值被设为12.00，则这个实施例的效果被更加良好地展示。

在接目光学系统EL2中，优选的是满足以下条件表达式(11)，其中f2表示第二透镜L2的焦距。

4.00<(-1)×(f1/f2)<12.00(11)

条件表达式(11)用于规定第一透镜L1和第二透镜L2的焦距以良好地校正畸变和彗差。如果没有达到条件表达式(11)的下限值，则第二透镜L2的焦距变长。因此如果第三透镜L3的位置保持相同，则光线在进入第三透镜L3时的高度变低并且眼点是短的，这使得难以使用这个系统。为了使得眼点更长，第三透镜L3应该向后移位，并且整个光学系统的尺寸变大。畸变的校正也变得不足。如果超过条件表达式(11)的上限值，则第二透镜L2的尺寸变大。光线到第三透镜L3的入射角增加，并且产生场曲和球面像差，其校正变得困难。

如果条件表达式(11)的下限值被设为5.00，则这个实施例的效果被良好地展示。如果条件表达式(11)的上限值被设为10.00，则这个实施例的效果被更加良好地展示。

在根据上述第一和第二实施例的接目光学系统EL2中，优选的是第二透镜L2和第三透镜L3中的至少一个具有非球面。如果特别地第二透镜L2具有非球面，则彗差、像散和畸变能够得以改进。如果第三透镜L3具有非球面，则畸变、彗差和球面像差能够得以改进。

在根据第一和第二实施例的接目光学系统EL2中，优选的是第二透镜L2和第三透镜L3中的至少一个是塑料透镜。如果第二透镜L2或者第三透镜L3是塑料透镜，则能够容易地形成非球面，这对于校正像差而言是有利的。即便所有的透镜都是塑料透镜，也能够展示足够的校正能力。

在根据第一和第二实施例的接目光学系统EL2中，优选的是通过改变在第一透镜L1和第二透镜L2之间的距离而校正屈光度。通过改变沿着光轴在第一透镜L1和第二透镜L2之间的距离，能够校正屈光度而不降低光学性能。

根据第一和第二实施例，能够实现在保证高放大率时是紧凑的并且具有良好光学性能的接目光学系统EL2，和采用接目光学系统EL2的光学设备(数字单反照相机CAM)。

现在将参考图11描述用于制造根据上述第二实施例的接目光学系统EL2的方法。根据这个制造方法，第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3按照从图像显示元件的次序定位，并且然后这些透镜定位成满足以下表达式(6)和(7)：

0.00≤d0/TL<0.10(6)

0.30<d12/TL<0.70(7)

其中d0表示在图像显示元件和第一透镜之间的距离，d12表示在第一透镜和第二透镜之间的距离，并且TL表示从图像显示元件到在最靠近眼点放置的透镜中的面向眼点的表面的距离

用具体的术语，在柱形镜筒中，按照从图像显示元件的次序，定位是正透镜的第一透镜(步骤S11)，然后定位是负透镜的第二透镜(步骤S12)，以及定位是正透镜的第三透镜(步骤S13)。然后这些透镜定位成满足条件表达式(6)和(7)(步骤S14)。

实例

将参考附图描述根据上述第一和第二实施例的接目光学系统EL的具体实例。

(第一实例)

将参考图1、图2和表格1描述第一实例。图1是当屈光度是-1[m^-1]时根据第一实例的接目光学系统EL的横截面视图。根据第一实例的接目光学系统EL按照从图像显示元件Ob的次序包括：是正透镜的第一透镜L1；是负透镜的第二透镜L2；和是正透镜的第三透镜L3，并且第一透镜L1设置为邻近于图像显示元件Ob。

第一透镜L1是正透镜，该正透镜通过框架部件(未被示意)与图像显示元件Ob胶合和集成，从而在保证远心度和足够宽的光束时使得接目光学系统EL是紧凑的。第二透镜L2是具有面向图像显示元件Ob的强凹形表面的负透镜(弯月形透镜)，并且第二透镜L2的、面向图像显示元件Ob的透镜表面是非球面。第三透镜L3是具有面向眼点EP的强凸形表面的正透镜(凸透镜)，从而实现高放大率和紧凑性这两者，并且第三透镜L3的、面向眼点EP的透镜表面是非球面。

第一透镜L1是玻璃透镜，并且第二透镜L2和第三透镜L3是塑料透镜。在校正屈光度时，通过图像显示元件Ob和第一透镜L1被固定，并且第二透镜L2和第三透镜L3沿着光轴一起地移动，从而在第一透镜L1和第二透镜L2之间的距离改变。

在下面示出的表格1到表格4列出关于根据第一实例到第四实例的接目光学系统EL(当屈光度是-1[m^-1]时)的每一条数据。在每一个表格中的[总体数据]中，f1到f3是第一到第三透镜L1到L3的每一个焦距，h是物高，TL是从图像显示元件Ob到眼点EP的距离，并且fe是整个接目光学系统EL的焦距。在[透镜数据]中，在表格左侧上的第一列中的数字值是从观察像(显示元件表面)数起的光学表面的编号(表面编号)，并且在第一列的右侧处，顺序地示出了透镜表面的曲率半径、到下一个透镜表面的距离、在d线(波长λ＝587.6nm)处的阿贝数，和在d线(波长λ＝587.6nm)处的折射率。被附于表面编号右侧的“*”示意这个透镜表面是非球面。曲率半径“0”示意平面，并且省略了空气的折射率(nd＝1.00000)。

在[非球面数据]中，非球面系数由以下表达式(12)给出，其中x轴线沿着光轴方向，y轴线沿着垂直于光轴的方向，κ表示锥形系数，An表示n(n＝4、6、8、10)阶非球面系数，并且r表示[透镜数据]所示近轴曲率半径。在每一个实例中，2阶非球面系数即A2是0，这在表格中被省略。在[非球面数据]中，“E-n”示意“×10^–n”。

x＝(y²/r)/[1+{1-κ×(y²/r²)}^1/2}]+A4×y⁴+A6×y⁶+A8×y⁸+A10×y¹⁰(12)

在所有的数据值中，“mm”通常地被用作焦距、曲率半径和其它长度的单位，但是单位不限于“mm”，因为即使光学系统被成比例地扩大或者成比例地减小，也获得了等价的光学性能。同样对于在以后述及的第二到第四实例的数据值，使用了与在该实例中相同的符号。

表格1示出第一实例的每一条数据。在表格1中的表面编号1到6对应于在图1中的表面1到6。在第一实例中，表面3和表面6的透镜表面分别地形成为非球面。

(表格1)

[总体数据]

f1＝153.7755

f2＝-19.2339

f3＝13.6538

h＝6.3

TL＝22.6

fe＝22.59

[透镜数据]

[非球面数据]

表面3

κ＝-0.78767，A4＝-4.1624E-04，A6＝-7.6701E-06，A8＝4.9487E-08，A10＝0.0000E+00

表面6

κ＝1.13318，A4＝2.1110E-04，A6＝-7.1482E-07，A8＝3.7871E-08，A10＝0.00000E+00

图2是示出当屈光度是-1[m^-1]时根据第一实例的接目光学系统EL的各种像差的曲线图。在图2中，按照从左侧的次序，每一幅曲线图分别地示出球面像差、像散、彗差和畸变。在每一幅曲线图中，Y1示意光线在进入正立(erecting)系统时的入射高度，并且Y0示意图像显示元件的高度。在每一幅曲线图中，彗差的“min”示意角度单位“分”，d示意在d线(λ＝587.6nm)处的各种像差，并且g示意在g线(λ＝435.8nm)处的各种像差。在每一幅曲线图中，球面像差和像散的单位是“m^-1”，并且被示意成“D”。[m^-1]是屈光度单位，并且屈光度X[m^-1]示意其中由接目镜(接目光学系统)形成的像能够在光轴上在距离眼点1/X[m(米)]位置的状态。(当从接目镜(接目光学系统)在观察者侧上形成像时，符号是正的。)关于示出像差的曲线图的说明对于其它实例而言是相同的。

如示出像差的每一幅曲线图表明地，根据第一实例的接目光学系统具有优良的成像性能，其中各种像差被理想地校正。结果，通过安装第一实例的接目光学系统EL，能够同样对于数字单反照相机CAM保证优良的光学性能。

(实例2)

现在将参考图3、图4和表格2描述第二实例。图3是当屈光度是-1[m^-1]时根据第二实例的接目光学系统EL的横截面视图。除了第二透镜L2和第三透镜L3的形状的一部分，第二实例的接目光学系统EL具有与第一实例的接目光学系统EL相同的配置，因此与第一实例相同的每一个构件由相同的参考符号表示，对其省略了详细说明。第二实例的第二透镜L2是具有面向图像显示元件Ob的强凹形表面的负透镜(凹透镜)，并且第二透镜L2的、面向图像显示元件Ob的透镜表面是非球面。第二实例的第三透镜L3是具有面向图像显示元件Ob的强凸形表面的正透镜(凸透镜)，从而实现高放大率和紧凑性这两者，并且第三透镜L3的两个透镜表面都是非球面。

表格2示出第二实例的每一条数据。在表格2中的表面编号1到6对应于在图3中的表面1到6。在第二实例中，表面3、表面5和表面6的透镜表面分别地形成为非球面。

(表格2)

[总体数据]

f1＝74.4508

f2＝-8.0912

f3＝9.0291

h＝6.3

TL＝22.58

fe＝24.79

[透镜数据]

[非球面数据]

表面3

κ＝0.27017，A4＝1.8938E-03，A6＝-6.1539E-05，A8＝1.0328E-06，A10＝0.0000E+00

表面5

κ＝-2.20658，A4＝-3.4935E-04，A6＝9.8856E-06，A8＝-8.1919E-08，A10＝0.00000E+00

表面6

κ＝-12.5206，A4＝6.2189E-04，A6＝1.0942E-05，A8＝-6.6859E-08，A10＝0.00000E+00

图4是示出当屈光度是-1[m^-1]时根据第二实例的接目光学系统EL的各种像差的曲线图。如示出像差的每一幅曲线图表明地，根据第二实例的接目光学系统具有优良的成像性能，其中各种像差被理想地校正。结果，通过安装第二实例的接目光学系统EL，能够同样对于数字单反照相机CAM产生优良的光学性能。

(实例3)

现在将参考图5、图6和表格3描述第三实例。图5是当屈光度是-1[m^-1]时根据第三实例的接目光学系统EL的横截面视图。除了第一透镜L1的配置的一部分，第三实例的接目光学系统EL具有与第一实例的接目光学系统EL相同的配置，因此与第一实例相同的每一个构件由相同的参考符号表示，对其省略了详细说明。第三实例的第一透镜L1是正透镜，该正透镜设置为靠近图像显示元件Ob从而在保证远心度和足够宽的光束时使得接目光学系统EL是紧凑的。

表格3示出第三实例的每一条数据。在表格3中的表面编号1到6对应于在图5中的表面1到6。在第三实例中，表面3和表面6的透镜表面分别地形成为非球面。

(表格3)

[总体数据]

f1＝152.1553

f2＝-25.8256

f3＝13.6709

h＝6.3

TL＝24.1

fe＝22.24

[透镜数据]

[非球面数据]

表面3

κ＝-0.50322，A4＝-2.4856E-04，A6＝-1.9770E-08，A8＝5.5301E-08，A10＝0.0000E+00

表面6

κ＝0.70400，A4＝4.5294E-05，A6＝2.1781E-06，A8＝-5.8682E-09，A10＝0.00000E+00

图6是示出当屈光度是-1[m^-1]时根据第三实例的接目光学系统EL的各种像差的曲线图。如示出像差的每一幅曲线图表明地，根据第三实例的接目光学系统具有优良的成像性能，其中各种像差被理想地校正。结果，通过安装第三实例的接目光学系统EL，能够同样对于数字单反照相机CAM产生优良的光学性能。

(实例4)

将在下面参考图7、图8和表格4描述本发明的第四实例。图7是当屈光度是-1[m^-1]时根据第四实例的接目光学系统EL的横截面视图。根据第四实例的接目光学系统EL按照从图像显示元件Ob的次序包括：是正透镜的第一透镜L1；是负透镜的第二透镜L2；和是正透镜的第三透镜L3，并且第一透镜L1设置为邻近于图像显示元件Ob。

第一透镜L1是正透镜，该正透镜通过框架部件(未被示意)与图像显示元件Ob胶合和集成，从而在保证远心度和足够宽的光束时使得接目光学系统EL是紧凑的。第二透镜L2是具有面向图像显示元件Ob的强凹形表面的负透镜(弯月形透镜)，并且第二透镜L2的、面向图像显示元件Ob的透镜表面是非球面。第三透镜L3是具有面向眼点EP的强凸形表面的正透镜(凸透镜)，从而实现高放大率和紧凑性这两者，并且第三透镜L3的、面向眼点EP的透镜表面是非球面。第四透镜L4是具有面向图像显示元件Ob的强凸形表面的正透镜(凸透镜)。

第一透镜L1是玻璃透镜，并且第二到第四透镜L2到L4是塑料透镜。在校正屈光度时，通过图像显示元件Ob和第一透镜L1被固定，并且第二到第四透镜L2到L4沿着光轴一起地移动，从而在第一透镜L1和第二透镜L2之间的距离改变。

表格4示出第四实例的每一条数据。在表格4中的表面编号1到8对应于在图7中的表面1到8。在第四实例中，表面3和表面6的透镜表面分别地形成为非球面。

(表格4)

[总体数据]

f1＝114.9020

f2＝-11.8799

f3＝15.7392

f4＝27.5572

h＝6.3

TL＝22.6

fe＝22.59

[透镜数据]

[非球面数据]

表面3

κ＝-0.12321，A4＝0.54536E-04，A6＝-0.39673E-05，A8＝0.14810E-06，A10＝0.0000E+00

表面6

κ＝1.36687，A4＝0.27848E-03，A6＝-0.79828E-06，A8＝0.54046E-07，A10＝0.00000E+00

图8是示出当屈光度是-1[m^-1]时根据第四实例的接目光学系统EL的各种像差的曲线图。如示出像差的每一幅曲线图表明地，根据第四实例的接目光学系统具有优良的成像性能，其中各种像差被理想地校正。结果，通过安装第四实例的接目光学系统EL，能够同样对于数字单反照相机CAM产生优良的光学性能。

表格5示出根据每一个实例的条件表达式对应值。

(表格5)

因此每一个实例均分别地满足以上条件表达式中的每一个。根据每一个实例，能够实现具有理想光学性能的接目光学系统EL和光学设备(数字单反照相机CAM)。

在以上实施例中，在校正屈光度时，图像显示元件Ob和第一透镜L1固定，并且其它透镜沿着光轴一起地移动，但是本发明不限于此，而是图像显示元件Ob和第一透镜L1可以一起地移动以改变在第一透镜L1和第二透镜L2之间的距离。

在以上实施例中，描述了具有接目光学系统EL的数字单反照相机CAM，但是本发明不限于此，而是如果采用了用于观察在图像显示元件上显示的图像的接目光学系统，则本发明能够应用于任何光学设备，包括摄影机。

如此描述了本发明，将会清楚，能够以很多方式改变本发明。这种变化不应被视为偏离本发明的精神和范围，并且所有这些对于本领域技术人员而言将会是明显的修改意在被包括于以下权利要求的范围内。

Claims (33)

1.一种用于观察在图像显示元件上显示的像的接目光学系统，

所述系统按照从所述图像显示元件的次序包括：

第一透镜，所述第一透镜是正透镜；

第二透镜，所述第二透镜是负透镜；和

第三透镜，所述第三透镜是正透镜的，并且

满足以下条件表达式：

2.50<f1/fe<8.00

0.52<d12/fe<0.80

其中f1表示所述第一透镜的焦距，fe表示所述接目光学系统的焦距，并且d12表示在所述第一透镜和所述第二透镜之间的距离。

2.根据权利要求1的接目光学系统，其中满足以下条件表达式：

0.00≤d0/d12<0.50

其中d0表示在所述图像显示元件和所述第一透镜之间的距离。

3.根据权利要求1的接目光学系统，其中胶合所述图像显示元件和所述第一透镜。

4.根据权利要求1的接目光学系统，其中满足以下条件表达式：

5.00<f1/f3<13.00

其中f3表示所述第三透镜的焦距。

5.根据权利要求1的接目光学系统，其中满足以下表达：

4.00<(-1)×(f1/f2)<12.00

其中f2表示所述第二透镜的焦距。

6.根据权利要求1的接目光学系统，其中满足以下条件表达式：

0.00≤d0/TL<0.10

其中d0表示在所述图像显示元件和所述第一透镜之间的距离，并且TL表示从所述图像显示元件到在最靠近眼点放置的透镜中的面向眼点的表面的距离。

7.根据权利要求1的接目光学系统，其中满足以下条件表达式：

0.30<d12/TL<0.70

其中TL表示从所述图像显示元件到在最靠近眼点放置的透镜中的面向眼点的表面的距离。

8.根据权利要求1的接目光学系统，其中所述第二透镜和所述第三透镜中的至少一个具有非球面。

9.根据权利要求1的接目光学系统，其中所述第二透镜和所述第三透镜中的至少一个是塑料透镜。

10.根据权利要求1的接目光学系统，其中通过改变在所述第一透镜和所述第二透镜之间的距离校正屈光度。

11.一种光学设备，包括：物镜；成像元件，所述成像元件捕捉由所述物镜形成的像；图像显示元件，所述图像显示元件显示由所述成像元件捕捉的所述像；和接目光学系统，所述接目光学系统用于观察在所述图像显示元件上显示的所述像，

所述接目光学系统是根据权利要求1的所述接目光学系统。

12.一种用于观察在图像显示元件上显示的像的接目光学系统，

所述系统按照从所述图像显示元件的次序包括：第一透镜，所述第一透镜是正透镜；第二透镜，所述第二透镜是负透镜；和第三透镜，所述第三透镜是正透镜，并且

满足以下条件表达式：

0.00≤d0/TL<0.10

0.30<d12/TL<0.70

其中d0表示在所述图像显示元件和所述第一透镜之间的距离，d12表示在所述第一透镜和所述第二透镜之间的距离，并且TL表示从所述图像显示元件到在最靠近眼点放置的透镜中的面向眼点的表面的距离。

13.根据权利要求12的接目光学系统，其中满足以下条件表达式：

2.50<f1/fe<8.00

其中f1表示所述第一透镜的焦距，并且fe表示所述接目光学系统的焦距。

14.根据权利要求12的接目光学系统，其中满足以下条件表达式：

0.00≤d0/d12<0.50。

15.根据权利要求12的接目光学系统，其中胶合所述图像显示元件和所述第一透镜。

16.根据权利要求12的接目光学系统，其中满足以下条件表达式：

5.00<f1/f3<13.00

其中f1表示所述第一透镜的焦距，并且f3表示所述第三透镜的焦距。

17.根据权利要求12的接目光学系统，其中满足以下条件表达式：

4.00<(-1)×(f1/f2)<12.00

其中f1表示所述第一透镜的焦距，并且f2表示所述第二透镜的焦距。

18.根据权利要求12的接目光学系统，其中所述第二透镜和所述第三透镜中的至少一个具有非球面。

19.根据权利要求12的接目光学系统，其中所述第二透镜和所述第三透镜中的至少一个是塑料透镜。

20.根据权利要求12的接目光学系统，其中通过改变在所述第一透镜和所述第二透镜之间的距离校正屈光度。

21.一种光学设备，包括：物镜；成像元件，所述成像元件捕捉由所述物镜形成的像；图像显示元件，所述图像显示元件显示由所述成像元件捕捉的所述像；和接目光学系统，所述接目光学系统用于观察在所述图像显示元件上显示的所述像，并且

所述接目光学系统是根据权利要求12的所述接目光学系统。

22.一种用于制造接目光学系统的方法，所述接目光学系统用于观察在图像显示元件上显示的像，

所述方法包括按照从所述图像显示元件的次序定位是正透镜的第一透镜、是负透镜的第二透镜，和是正透镜的第三透镜，从而满足以下条件表达式：

2.50<f1/fe<8.00

0.52<d12/fe<0.80

其中f1表示所述第一透镜的焦距，fe表示所述接目光学系统的焦距，并且d12表示在所述第一透镜和所述第二透镜之间的距离。

23.根据权利要求22的、用于制造接目光学系统的方法，其中满足以下条件表达式：

0.00≤d0/d12<0.50

其中d0表示在所述图像显示元件和所述第一透镜之间的距离。

24.根据权利要求22的、用于制造接目光学系统的方法，其中胶合所述图像显示元件和所述第一透镜。

25.根据权利要求22的、用于制造接目光学系统的方法，其中满足以下条件表达式：

5.00<f1/f3<13.00

其中f3表示所述第三透镜的焦距。

26.根据权利要求22的、用于制造接目光学系统的方法，其中满足以下条件表达式：

4.00<(-1)×(f1/f2)<12.00

其中f2表示所述第二透镜的焦距。

27.根据权利要求22的、用于制造接目光学系统的方法，其中满足以下条件表达式：

0.00≤d0/TL<0.10

其中d0表示在所述图像显示元件和所述第一透镜之间的距离，并且TL表示从所述图像显示元件到在最靠近眼点放置的透镜中的面向眼点的表面的距离。

28.一种用于制造接目光学系统的方法，所述接目光学系统用于观察在图像显示元件上显示的像，所述方法包括按照从所述图像显示元件的次序定位是正透镜的第一透镜、是负透镜的第二透镜和是正透镜的第三透镜，从而满足以下条件表达式：

0.00≤d0/TL<0.10

0.30<d12/TL<0.70

其中d0表示在所述图像显示元件和所述第一透镜之间的距离，d12表示在所述第一透镜和所述第二透镜之间的距离，并且TL表示从所述图像显示元件到在最靠近眼点放置的透镜中的面向眼点的表面的距离。

29.根据权利要求28的、用于制造接目光学系统的方法，其中满足以下条件表达式：

2.50<f1/fe<8.00

其中f1表示所述第一透镜的焦距，并且fe表示所述接目光学系统的焦距。

30.根据权利要求28的、用于制造接目光学系统的方法，其中满足以下条件表达式：

0.00≤d0/d12<0.50。

31.根据权利要求28的、用于制造接目光学系统的方法，其中胶合所述图像显示元件和所述第一透镜。

32.根据权利要求28的、用于制造接目光学系统的方法，其中满足以下条件表达式：

5.00<f1/f3<13.00

其中f1表示所述第一透镜的焦距，并且f3表示所述第三透镜的焦距。

33.根据权利要求28的、用于制造接目光学系统的方法，其中满足以下条件表达式：

4.00<(-1)×(f1/f2)<12.00

其中f1表示所述第一透镜的焦距，并且f2表示所述第二透镜的焦距。