CN1185539C - 电子取景器装置 - Google Patents

Abstract

一种通过使LCD和目镜组之间的相对位置适当而能够减小旋转极化特性，并能由此提高图像的对比度的用于视频摄相机装置的电子取景器。当液晶显像屏表面具有视角特性使得屏幕表面看上去其对比度和亮度随观看屏幕表面的方向而不同时，在目镜组(2)的光出射面上的眼罩开口部分(6)的中心偏离目镜组(2)的光轴(3)。从而观察者的眼睛被引向偏离对应于光轴(3)的位置而从倾斜方向来看液晶显像屏表面(1)。从而能够观看具有极佳对比度的液晶显像屏表面。

Description

电子取景器装置

本发明涉及适合用于例如视频摄像机装置的电子取景器装置。更具体地说，本发明涉及适合于通过使用目镜组将其放大来观察具有视角特性的诸如LCD的视频显示装置的电子取景器装置，它可以通过使视频显示装置与目镜组的相对配置适当、依靠视角特性来提高图像的对比度。

按照常规，在用于视频摄像机装置的电子取景器中，主要用小型CRT(阴极射线管)、LCD等作为视频显示装置。并且可以这样安排，以便通过使用目镜组放大来观察视频显示装置的图像。但是，因为从显像屏表面测量起，CRT在深度方向上具有长的尺寸，所以它不适合用于小型视频摄像机装置。而且，LCD尺寸小且重量轻，另外其像素的数量近年来已经显著地得到提高。因而，它也变得足以实用以执行对于取景器的图像的聚焦，所以LCD也已经在高级装置上广泛地传播了。

另外，在使用CRT的视频显示装置中，甚至当从与正面观察它的方向或多或少偏移的倾斜方向来看显像屏表面时，不会发生图像的亮度或对比度敏感地改变。但是，在LCD的情况下，当从倾斜方向观看显像屏表面时，亮度或对比度敏感地变化了。另外，当已经从正面观察显像屏表面时，并不总是获得最佳对比度。并且有这种情况，当从相对于指定的方位角倾斜一个指定角度的方向观察显像屏表面时，对比度变为最佳。这种亮度或对比度取决于观察方向的性质称为“视角特性”。

作为用于LCD的液晶有很多种类，最广泛使用的液晶是TN(扭曲向列)型液晶。本发明还涉及其中使用了采用TN型液晶的LCD的电子取景器装置。

这里，将给出以下工作原理的说明：TN型液晶的视角特性不对称，并且当从指定方向和在指定角度观看这种液晶时，它具有最佳的对比度。

图4说明当没有电压加在TN型液晶上时液晶分子的排列。

在两片极化方向垂直相交的极化板10，11之间，液晶盒12和13以夹于其间的方式被夹紧。关于液晶盒12和13，在一个液晶盒12一侧的液晶分子14与在光的入射面的极化板10平行。另一方面，在另一个液晶盒13一侧，它们扭转90°的角，并且在这种状态下，它们变得与在光的出射面的极化板11平行。因此，从在光的入射面的极化板10一侧射入液晶的背光被极化板10线性极化。由此，象在液晶分子14的场合下，背光扭转(转动)90°并且从极化板11穿出。也就是说，LCD看上去是白的。

图5说明当电压已经通过未示出的透明电极加在液晶盒12和13之间时液晶分子的排列。

按照这种排列，液晶分子14变成沿着上述施加的电场的方向而与液晶盒12和13垂直。因而，不发生旋转动作。因此，从在光的入射面的极化板10一侧射入的背光被在光的出射面的极化板阻断。结果，LCD看上去是黑的。

同时，严格地讲，图5中所示的液晶分子14中仅仅与液晶盒12和13接触的液晶分子受他们本身与液晶盒表面上覆盖的高分子薄膜表面之间的分子间引力的影响。为此，由于这种影响，那些液晶分子不能完全变成与液晶盒12和13垂直而是变为略有转动。也就是说，LCD不会完全看上去是黑的。

图6说明加在液晶盒两端的电压(V)与透射率(T)之间的关系。这个曲线图是在LCD的垂直方向上测量的V-T特性(θ＝0°)的实例。从该曲线图可以明白，在液晶盒上加高电压导致透射率变为零。但是，由于如上所述液晶分子变为略有转动，所述透射率不完全变为零。而且，由于在构成驱动电路的器件的耐压、电压消耗上的不必要增加等方面的问题，加高电压不现实。因此，一般，LCD的黑色信号电压电平设为4伏。

而且，LCD的白色信号电压设为1.5伏，由此通过加4至1.5伏的信号电压来显示从黑至灰至白的颜色。

这里，以加白信号电压时的透射率与加黑信号电压时的透射率之间的反差比从数量上定义LCD亮度的对比的优良程度。也就是说，由于对应于4伏的透射率为2％，这种情况下的反差比为100/2＝50。

除了图6的关于LCD的垂直方向的V-T特性(θ＝0°)之外，图7说明关于倾斜方向的V-T特性。也就是说，如上所述，甚至在加了高电压时，与液晶盒接触的液晶分子也不完全与液晶盒垂直。即，他们或多或少倾斜并且由此具有一定低程度的可转动性。当从所述倾斜方向看LCD时，低程度的可转动性相对被减轻。因此，甚至当加同样的黑色信号电压时，LCD看起来是黑的。

例如，V-T特性(θ＝10°)是这样的，使得当黑色信号电压为4伏时，透射率大约为0.1％。因而，反差比变为100/0.1＝1000。因而大大提高了反差比。相反，当从促进旋转极化的一侧看LCD时，V-T特性(θ＝-10°)是这样的，使得当黑色信号电压为4伏时，透射率大约为10％。因而，反差比变为100/10＝10，这表明反差比极大地恶化了。

本发明是为了解决上述问题而做的并且其目的是提供这样的电子取景器装置：所述装置通过使LCD和目镜之间的相对位置适当可以减轻旋转极化并且能够由此提高图像的对比度。

为了达到上述目的，本发明提供一种电子取景器装置，它是这样配置的，使得液晶显像屏表面具有这样的视角特性，以致这种显像屏表面看上去其对比度或亮度随着看显像屏表面的方向而不同；以中心偏离目镜组的光轴的方式布置目镜组的光射出面上的开口部分的中心；因而观察者的眼睛被引向与对应于光轴的位置分开的位置；以及，结果，当使观察者从倾斜方向看液晶显像屏表面时，通过满足下列条件而使显像屏表面看起来比当观察者从沿着光轴的方向看显像屏表面时具有更高的对比度：

            0.3h＜Δ＜1.5h

其中，在θ代表由最清楚地看到图像的方向相对于光轴形成的角、以及f代表目镜组的焦距的假定下，当屈光度设为具有0值时，对于在θ角度看图像、从h＝f·tanθ得到光轴和视线之间的偏移量h；并且Δ代表光轴与视线之间的实际偏移量。

根据上述电子取景器装置，能够观看具有极佳对比度的视频显示装置，在该视频显示装置中，当从其正面看时对比度由于视角特性而变低。

图1是说明按照本发明的电子取景器装置的原理的示意图；

图2是按照本发明的目镜组的结构图；

图3用图解法说明所述目镜组的像散和畸变像差；

图4说明当没有电压加在LCD的TN型液晶上时液晶分子的排列；

图5说明当有电压加在LCD的TN型液晶上时液晶分子的排列；

图6是说明加在TN型液晶上的电压与LCD的透射率之间的关系的V-T特性曲线图；而

图7是特性曲线图，其中关于倾斜方向的V-T特性叠加在图6的特性曲线图上。

下面将参照附图对按照本发明的电子取景器装置的实施例作说明。

图1是说明电子取景器装置的原理的示意图。其结构如下。液晶的显像屏表面1对于视角特性具有高敏感性。并且假定当基本上以相对于显像屏表面1的正面为θ的前述方位角观察显像屏表面1时，对比度看起来最好。而且，假定把从显像屏表面1的中心发出并且向着角θ前进的光线表示成中心光线4，这条中心光线4穿过目镜组2。此后，该中心光线继续以基本上与光轴3平行的光线5前进。然后，该中心光线进入观察者的眼睛。

在目镜组2由小厚度透镜组成、屈光度被调为0值、从显像屏表面1至目镜2的距离为焦距f这样的假定下，用傍轴原理执行计算。然后，通过把光轴3与视线7之间的距离h设置为h＝f·tan θ，可以获得上述结构。实际上，甚至在没有设置Δ＝h的情况下，光轴3与视线7之间的偏移量Δ也具有一个使显像屏表面实质上看起来极好的范围。因而，最好把Δ的范围设置成如上述一样。当超过条件表达式的下限时，就失去了本发明的效果，因而与当从显像屏表面的正面观察它时相比在优点方面没有不同。而当Δ的值变大时，取景器装置的高度总体上会变大。而且，当超过该条件表达式的上限时，尺寸变大，因而取景器装置变得不实用。同时，由于光轴3与视线7之间的偏离变得不容忽视，目镜组2的性能下降，因而象差校正变得难以执行。因此，通过以眼罩的上部和下部关于距光轴3的偏移量Δ对称的方式设置眼罩的开口6，观察者自然能使其视线7基本上与光线5一致。

图2说明目镜组2的实例。这里，当按照从观察者一侧观看的顺序来讲时，目镜组包括凸镜L₁、凹镜L₂、凸镜L₃三片塑料透镜。所述各个透镜的共六个透镜面每个包括非球面。并且非球面与基准球面的偏离量具有非球面表面系数，在所述系数下，当按照从观察者一侧观看的顺序来讲时，第一表面r₁变为指向离开显像屏表面的方向，第二表面r₂变为指向移向显像屏表面的方向，第三表面r₃变为指向离开显像屏表面的方向，第四表面r₄变为指向离开显像屏表面的方向，第五表面r₅变为指向离开显像屏表面的方向，以及第六表面r₆变为指向离开显像屏表面的方向。

同时，下面说明的数值的实例表明构造的成像系统的状态，其中与当取景装置(finder apparatus)用作取景器(finder)时发生的光线路径相反，使光线从观察者入射到取景器上以便由此形成真实的图像。

每个符号对其相关数值的实例都通用，这些符号如下：

ri：第(i)个表面的曲率半径，

di：第(i)个表面的背面的表面间隔，

ni：透镜Li的材料性质在线d的折射率，

vi：透镜Li的材料性质的阿贝数。

非球面的定义：假定xi代表非球面的深度而H代表从光轴量起的高度，以下列等式的形式来表达非球面：

Xi＝H²/ri{1+(1-H²/ri²)^1/2}+∑ AkH^k

非球面系数中的(e-3)代表(×10^-3)。

数值实例：

r₁ 27.892   d₁ 5.66  n₁ 1.492  v₁ 57.2

r₂ -45.778  d₂ 5.03

r₃ -29.923  d₃ 2.4   n₂ 1.492  v₂ 57.2

r₄ 108.108  d₄ 4.94

r₅ -421.525 d₅ 5.88  n₃ 1.492  v₃ 57.2

r₆ -17.143

非球面：          A4           A6           A8            A10

    

r₁           -0.7951 e-5  +0.3539 e-8  -0.5582 e-10  -0.3591 e-11

    

r₂           +0.1608 e-4  -0.1423 e-6  +0.5582 e-9   -0.3876 e-11

    

r₃           -0.1841 e-4  +0.3188 e-7  +0.5581 e-9   -0.6217 e-12

    

r₄           -0.6944 e-4  +0.3416 e-6  -0.3349 e-10  +0.3876 e-11

    

r₅           -0.7957 e-4  +0.2271 e-7  +0.5582 e-9   +0.3876 e-11

    

r₆           -0.4060 e-5  +0.3363 e-7  -0.5076 e-9   +0.3456 e-11

    

焦距：33.73

这里，当执行屈光时，或者把三片透镜L₁、L₂、和L₃整体移向显像屏表面1或者使上述数值进入负屈光状态。并且，甚至当在这种状态下仅有一片最接近观察者的透镜L₁被移动，并且由此执行屈光度的校正时，也获得了优异的性能。

图3说明在具有-1的屈光度的图像系统的情况下的散光和畸变象差。应该注意，在象散性的曲线图中，实线表示弧矢图像曲面；而虚线表示子午图像曲面。

如上文已经说明的，这样安排按照本发明的电子取景器，使得液晶显像屏表面具有视角特性，即这个屏幕表面看上去其对比度或亮度随着观看屏幕表面的方向不同而不同；所述目镜组的光出射面上的开口部分的中心布置成该中心偏离目镜组的光轴；由此观察者的眼睛被引向与光轴对应的位置偏离的位置；并且当因而使观察者从倾斜的方向看到液晶显像屏表面时，屏幕表面看起来具有更高的对比度。因此，所述电子取景器装置非常适合用于视频摄像机装置等。

而且，当按照从观察者一侧观看的顺序来讲时，所述目镜组包括凸镜、凹镜、凸镜三片塑料透镜。所述各个透镜的共六个透镜面每个包括非球面。并且非球面与基准球面的偏离量具有非球面表面系数，在所述系数下，当按照从观察者一侧观看的顺序来讲时，第一表面变成指向离开显像屏表面的方向，第二表面变成指向移向显像屏表面的方向，第三表面变成指向离开显像屏表面的方向，第四表面变成指向离开显像屏表面的方向，第五表面变成指向离开显像屏表面的方向，以及第六表面变成指向离开显像屏表面的方向。并且，当执行屈光时，或者把三片透镜L₁、L₂、和L₃整体移向显像屏表面，或者仅有一片最接近观察者的透镜能被移动，而其余两片透镜对于显像屏表面是固定的。通过这样做，可能容易校正由于视线与光轴偏离而引起的象差。

已经参照附图描述了本发明的最佳实施例，但应该明白，本发明并不限于这些明确的实施例，并且只要不背离在所附权利要求书中定义的本发明的精神或范围，本专业的技术人员可以进行各种变化和修改。

Claims (5)

1.一种电子取景器装置，所述电子取景器装置具有通过使用目镜组放大液晶显像屏表面而适合于观看液晶显像屏表面的电子取景器，其中当所述液晶显像屏表面具有屏幕表面看上去其对比度或亮度随观看屏幕表面的方向而不同的所述视角特性时，把所述目镜组的光出射面上的开口部分的所述中心布置成所述中心偏离所述目镜组的光轴；观察者的眼睛由此被引向与所述光轴对应的位置偏离的位置；并且当因而使观察者从倾斜的方向看所述液晶显像屏表面时，与所述观察者从沿着光轴的方向观察所述屏幕表面时相比，所述屏幕表面看起来具有更高的对比度。

2.权利要求1的电子取景器装置，其特征在于：所述目镜组的光出射面的开口部分的中心从所述目镜的光轴偏移的量满足下列条件：

0.3h＜Δ＜1.5h

其中，在θ代表由最清楚地看到图像的方向相对于所述光轴形成的角、以及f代表所述目镜组的焦距的假定下，当所述屈光度设为具有0值时，对于以θ角度看图像、从h＝f·tanθ得到所述光轴和所述视线之间的所述偏移量h；并且Δ代表所述光轴与所述视线之间的所述实际偏移量。

3.权利要求1的电子取景器装置，其特征在于：所述具有视角特征的液晶装置是TN(扭曲向列)液晶。

4.权利要求1的电子取景器装置，其特征在于：当按照从观察者一侧观看的顺序来讲这些透镜时，所述目镜组包括凸镜、凹镜、凸镜三片塑料透镜；所述各个透镜的共六个透镜面每个包括非球面；并且所述非球面与基准球面的偏离量具有非球面表面系数，在所述系数下，当按照从观察者一侧观看的顺序来讲时，第一表面变成指向离开所述显像屏表面的方向，第二表面变成指向移向所述显像屏表面的方向，第三表面变成指向离开所述显像屏表面的方向，第四表面变成指向离开所述显像屏表面的方向，第五表面变成指向离开所述显像屏表面的方向，第六表面变成指向离开所述显像屏表面的方向。

5.权利要求1的电子取景器装置，其特征在于：对所述目镜的屈光的调整是通过把所述三片透镜相对所述显像屏表面整体移动，或者使两片透镜对于显像屏表面是固定的并且使仅有一片最接近观察者的透镜能移动来执行的。

Images