JP2020154190A - Observation optical system and image display device having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、観察光学系及びそれを有する画像表示装置に関し、例えばビデオカメラ、スチルカメラ、放送用カメラ等に用いられる電子ビューファインダーにおいて、画像表示素子の画像表示面に表示される画像を観察するのに好適なものである。 The present invention relates to an observation optical system and an image display device having the same, and observes an image displayed on an image display surface of an image display element, for example, in an electronic viewfinder used in a video camera, a still camera, a broadcasting camera, or the like. It is suitable for.
従来、液晶パネルなどの画像表示素子の画像表示面に表示された画像を観察するため、複数枚のレンズを有する観察光学系が知られている。これら観察ー光学系は視認性を高めるため、視野が十分に大きく（高倍率化）、アイレリーフ（観察側のレンズ面から観察面（アイポイント）までの距離）が長く、諸収差が良好に補正されていること等が求められている。さらに画像表示装置の小型化の要望より、画像表示装置に用いる画像表示素子は小さな寸法（例えば対角線長で２０ｍｍ以下）であることが要求されている。 Conventionally, an observation optical system having a plurality of lenses is known for observing an image displayed on an image display surface of an image display element such as a liquid crystal panel. In order to improve visibility, these observation-optical systems have a sufficiently large field of view (high magnification), a long eye relief (distance from the lens surface on the observation side to the observation surface (eye point)), and good aberrations. It is required that it is corrected. Further, due to the demand for miniaturization of the image display device, the image display element used in the image display device is required to have a small size (for example, a diagonal length of 20 mm or less).
従来、高倍率の観察光学系としては、画像表示面側（観察物体側）よりアイポイント側（観察者側）に向かって、正の屈折力のレンズ、負の屈折力のレンズ、正の屈折力のレンズの３枚のレンズを有する構成のものが知られている（特許文献１乃至３）。 Conventionally, as a high-magnification observation optical system, a positive refractive power lens, a negative refractive power lens, and a positive refractive power lens are used from the image display surface side (observation object side) toward the eye point side (observer side). A structure having three lenses of a power lens is known (Patent Documents 1 to 3).
特許文献１では、コマ収差と歪曲収差が良好に補正された観察光学系が開示されている。また特許文献２では、視野角が大きく諸収差が良好に補正された観察光学系が開示されている。また特許文献３では、小型で視野角が十分に広く高画素化に対応可能な高い光学性能を有する観察光学系が開示されている。 Patent Document 1 discloses an observation optical system in which coma aberration and distortion are satisfactorily corrected. Further, Patent Document 2 discloses an observation optical system having a large viewing angle and satisfactorily corrected for various aberrations. Further, Patent Document 3 discloses an observation optical system having high optical performance that is small in size, has a sufficiently wide viewing angle, and can cope with a high pixel count.
画像表示装置に用いられる観察光学系において、視野角が広く、高倍率でしかもアイレリーフを長く確保するには、観察光学系のレンズ構成及び各レンズの屈折力や材料等を適切に設定することが重要になってくる。この他、小型の画像表示面を有する画像表示素子を用いるときは、画像表示面の大きさに対する観察光学系の屈折力の比等を適切に設定することが重要になってくる。 In the observation optical system used in the image display device, in order to secure a wide viewing angle, high magnification, and long eye relief, the lens configuration of the observation optical system and the refractive power and material of each lens should be set appropriately. Becomes important. In addition, when using an image display element having a small image display surface, it is important to appropriately set the ratio of the refractive power of the observation optical system to the size of the image display surface.
また従来、光学系に回折光学面を用いると色収差を良好に補正しつつ、高い光学性能を有し、全系の小型化、軽量化を図ることができることが知られている。しかしながら観察光学系に回折光学面を用いても、回折光学面を適切に設定しないと良好な光学性能を得るのが困難になる。この他、小型の画像表示面を有する画像表示素子を用いるときには、画像表示面の大きさの対する観察光学系の屈折力などを適切に設定することが重要になってくる。 Further, conventionally, it is known that when a diffractive optical surface is used for an optical system, it has high optical performance while satisfactorily correcting chromatic aberration, and it is possible to reduce the size and weight of the entire system. However, even if a diffractive optical surface is used for the observation optical system, it becomes difficult to obtain good optical performance unless the diffractive optical surface is set appropriately. In addition, when using an image display element having a small image display surface, it is important to appropriately set the refractive power of the observation optical system with respect to the size of the image display surface.
本発明は、画像表示面に表示された画像を高い視野角で観察でき、しかも色収差を含め、諸収差を良好に補正し高い光学性能が容易に得られる観察光学系の提供を目的としている。 An object of the present invention is to provide an observation optical system capable of observing an image displayed on an image display surface at a high viewing angle, satisfactorily correcting various aberrations including chromatic aberration, and easily obtaining high optical performance.
本発明の観察光学系は、
画像表示面に表示された画像を観察するための観察光学系であって、前記観察光学系は、２枚以上の正レンズと１枚以上の負レンズ有し、材料の屈折率をＮｄ、材料のアッベ数をνｄとするとき、前記２枚以上の正レンズのうち２枚の正レンズは
Ｎｄ＞１．８５
νｄ＜４１．０
の条件式を満たし、正レンズの焦点距離をｆｐ、前記観察光学系の焦点距離をｆとするとき、
０．２＜ｆｐ／ｆ＜１．０
なる条件式を満足し、前記観察光学系は回折光学面を含むレンズを有することを特徴としている。
The observation optical system of the present invention
An observation optical system for observing an image displayed on an image display surface. The observation optical system has two or more positive lenses and one or more negative lenses, and has a material refractive index of Nd and a material. When the Abbe number of is νd, two of the two or more positive lenses are Nd> 1.85.
νd <41.0
When the conditional expression of is satisfied, the focal length of the positive lens is fp, and the focal length of the observation optical system is f.
0.2 <fp / f <1.0
Satisfying the conditional expression, the observation optical system is characterized by having a lens including a diffractive optical surface.
本発明によれば、画像表示面に表示された画像を高い視野角で観察でき、しかも色収差を含め、諸収差を良好に補正し高い光学性能が容易に得られる観察光学系が得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain an observation optical system in which an image displayed on an image display surface can be observed at a high viewing angle, and various aberrations including chromatic aberration can be satisfactorily corrected to easily obtain high optical performance.
以下、実施例にかかる観察光学系及びそれを有する画像表示装置について説明する。 Hereinafter, the observation optical system according to the embodiment and the image display device having the observation optical system will be described.
本発明の観察光学系は、画像表示面に表示された画像を観察するためのものである。観察光学系は、２枚以上の正レンズと１枚以上の負レンズ有している。材料の屈折率をＮｄ、材料のアッベ数をνｄとするとき、２枚以上の正レンズのうち２枚の正レンズは
Ｎｄ＞１．８５
νｄ＜４１．０
の条件式を満たす。
The observation optical system of the present invention is for observing an image displayed on an image display surface. The observation optical system has two or more positive lenses and one or more negative lenses. When the refractive index of the material is Nd and the Abbe number of the material is νd, two of the two or more positive lenses have Nd> 1.85.
νd <41.0
Satisfy the conditional expression of.
また正レンズの焦点距離をｆｐ、観察光学系の焦点距離をｆとするとき、
０．２＜ｆｐ／ｆ＜１．０
なる条件式を満足する。
When the focal length of the positive lens is fp and the focal length of the observation optical system is f,
0.2 <fp / f <1.0
Satisfies the conditional expression.
観察光学系は回折光学面を含むレンズを有する。 The observation optical system has a lens including a diffractive optical surface.
図１は本発明の観察光学系の実施例１のレンズ断面図である。図２は本発明の観察光学系の実施例１の視度が−１．０ディオプター（標準視度）における収差図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a lens of Example 1 of the observation optical system of the present invention. FIG. 2 is an aberration diagram when the diopter of Example 1 of the observation optical system of the present invention is −1.0 diopter (standard diopter).
図３は本発明の観察光学系の実施例２のレンズ断面図である。図４は本発明の観察光学系の実施例２の視度が−１．０ディオプターにおける収差図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the lens of Example 2 of the observation optical system of the present invention. FIG. 4 is an aberration diagram when the diopter of Example 2 of the observation optical system of the present invention is −1.0 diopter.
図５は本発明の観察光学系の実施例３のレンズ断面図である。図６は本発明の観察光学系の実施例３の視度が−１．０ディオプターにおける収差図である。 FIG. 5 is a cross-sectional view of the lens of Example 3 of the observation optical system of the present invention. FIG. 6 is an aberration diagram when the diopter of Example 3 of the observation optical system of the present invention is −1.0 diopter.
図７は本発明の観察光学系の実施例４のレンズ断面図である。図８は本発明の観察光学系の実施例４の視度が−１．０ディオプターにおける収差図である。 FIG. 7 is a cross-sectional view of the lens of Example 4 of the observation optical system of the present invention. FIG. 8 is an aberration diagram when the diopter of Example 4 of the observation optical system of the present invention is −1.0 diopter.
図９は本発明の観察光学系の実施例５のレンズ断面図である。図１０は本発明の観察光学系の実施例５の視度が−１．０ディオプターにおける収差図である。 FIG. 9 is a cross-sectional view of the lens of Example 5 of the observation optical system of the present invention. FIG. 10 is an aberration diagram when the diopter of Example 5 of the observation optical system of the present invention is −1.0 diopter.
図１１は本発明の観察光学系の実施例６のレンズ断面図である。図１２は本発明の観察光学系の実施例６の視度が−１．０ディオプターにおける収差図である。 FIG. 11 is a cross-sectional view of the lens of Example 6 of the observation optical system of the present invention. FIG. 12 is an aberration diagram when the diopter of Example 6 of the observation optical system of the present invention is −1.0 diopter.
図１３は本発明の観察光学系の実施例７のレンズ断面図である。図１４は本発明の観察光学系の実施例７の視度が−１．０ディオプターにおける収差図である。 FIG. 13 is a cross-sectional view of the lens of Example 7 of the observation optical system of the present invention. FIG. 14 is an aberration diagram when the diopter of Example 7 of the observation optical system of the present invention is −1.0 diopter.
図１５は本発明の観察光学系の実施例８のレンズ断面図である。図１６は本発明の観察光学系の実施例８の視度が−１．０ディオプターにおける収差図である。
図１７、図１８、図１９は、本発明に係る回折光学面を有するレンズの説明図である。図２０は本発明の撮像装置の要部概略図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view of the lens of Example 8 of the observation optical system of the present invention. FIG. 16 is an aberration diagram when the diopter of Example 8 of the observation optical system of the present invention is −1.0 diopter.
17, 18 and 19 are explanatory views of a lens having a diffractive optical surface according to the present invention. FIG. 20 is a schematic view of a main part of the image pickup apparatus of the present invention.
各実施例の観察光学系は、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置の電子ビューファインダー（観察装置）に用いられる。レンズ断面図において左方は画像表示面側、右方は観察側（射出瞳側）である。レンズ断面図においてＬ０は観察光学系である。Ｌｉは第ｉレンズである。Ｄ１は液晶又は有機ＥＬ等よりなる画像表示素子の画像表示面である。ＥＰは観察のための観察面（アイポイント）（射出瞳）である。ＣＧはカバーガラスである。 The observation optical system of each embodiment is used as an electronic viewfinder (observation device) of an imaging device such as a digital camera or a video camera. In the cross-sectional view of the lens, the left side is the image display surface side, and the right side is the observation side (exit pupil side). In the lens cross-sectional view, L0 is an observation optical system. Li is the i-th lens. D1 is an image display surface of an image display element made of liquid crystal, organic EL, or the like. EP is an observation surface (eye point) (exit pupil) for observation. CG is a cover glass.
各収差図のうち球面収差図の瞳径は最大１０．２４７ｍｍである。球面収差図において、実線のｄはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、点線のＣはＣ線（波長６５６．３ｎｍ）を示す。非点収差図においてΔＳ（実線）はｄ線のサジタル像面、ΔＭ（破線）はｄ線のメリディオナル像面を示す。 Of each aberration diagram, the pupil diameter of the spherical aberration diagram is 10.247 mm at maximum. In the spherical aberration diagram, the solid line d indicates the d line (wavelength 587.6 nm), and the dotted line C indicates the C line (wavelength 656.3 nm). In the astigmatism diagram, ΔS (solid line) indicates the sagittal image plane of the d line, and ΔM (broken line) indicates the meridional image plane of the d line.
歪曲はｄ線について示している。倍率色収差はＣ線について示している。最大像高は画像表示面の対角線長の半分（最大像高）である。数値は後述する数値データをｍｍ単位で表したときの値である。 The distortion is shown for line d. Chromatic aberration of magnification is shown for line C. The maximum image height is half the diagonal length of the image display surface (maximum image height). The numerical value is a value when the numerical data described later is expressed in millimeters.
レンズ断面図においてＬ１は第１レンズ、Ｌ２は第２レンズ、Ｌ３は第３レンズ、Ｌ４は第４レンズ、Ｌ５は第５レンズ、Ｌ６は第６レンズである。 In the cross-sectional view of the lens, L1 is the first lens, L2 is the second lens, L3 is the third lens, L4 is the fourth lens, L5 is the fifth lens, and L6 is the sixth lens.
アイポイントＥＰの位置は画像表示面の最周辺からの光線が観測者の瞳を通過する範囲内であれば光軸方向に移動しても良い。また、レンズ最終面からアイポインＥＰトまでの距離をアイレリーフとする。カバーガラスＣＧは画像表示面やレンズを保護するプレートであり、画像表示面からレンズの間やレンズとアイポイントＥＰの間に設けても良いし、必ずしも設置する必要はない。 The position of the eye point EP may be moved in the optical axis direction as long as the light beam from the outermost periphery of the image display surface passes through the observer's pupil. The distance from the final surface of the lens to the eye point EP is defined as the eye relief. The cover glass CG is a plate that protects the image display surface and the lens, and may be provided between the image display surface and the lens or between the lens and the eye point EP, and is not necessarily required to be installed.
レンズ断面図と収差図においてはアイポイントＥＰの位置に焦点距離約３２ｍｍの理想レンズを配置して、結像させた状態で表示している。波長はｄ線のものである。 In the cross-sectional view of the lens and the aberration diagram, an ideal lens having a focal length of about 32 mm is arranged at the position of the eye point EP and displayed in an imaged state. The wavelength is that of the d-line.
各実施例では視度調整に際し、実施例１、５、６は第１レンズＬ１から第５レンズＬ５を移動させている。実施例２、３、４、７は第１レンズＬ１から第４レンズＬ４を移動させている。実施例８は第１レンズ群Ｌ１から第３レンズＬ３を移動させている。いずれも各レンズを一体的に光軸に沿って移動させることにより視度を変化させている。 In each of the examples, the first lens L1 to the fifth lens L5 are moved in the first, fifth, and sixth embodiments when the diopter is adjusted. In Examples 2, 3, 4, and 7, the first lens L1 and the fourth lens L4 are moved. In Example 8, the third lens L3 is moved from the first lens group L1. In each case, the diopter is changed by moving each lens integrally along the optical axis.
各実施例ともにレンズをアイポイントＥＰ側に移動させることで視度を＋側から−側に変化させている。尚、各実施例においては３つ又は、４つ又は、５つのレンズを移動させて視度調整を行っているが、１つのレンズ、あるいは隣接した２つのレンズの移動により視度を調整してもよい。 In each embodiment, the diopter is changed from the + side to the-side by moving the lens to the eye point EP side. In each embodiment, the diopter is adjusted by moving three, four, or five lenses, but the diopter is adjusted by moving one lens or two adjacent lenses. May be good.
実施例１、５、６において、観察光学系Ｌ０は画像表示面から観察面側に順に配置された、正レンズ、負レンズ、正レンズ、負レンズ、正レンズ、回折光学面を有する正レンズより構成されている。 In Examples 1, 5 and 6, the observation optical system L0 is a positive lens, a negative lens, a positive lens, a negative lens, a positive lens, and a positive lens having a diffractive optical surface arranged in order from the image display surface to the observation surface side. It is configured.
実施例２乃至４において、観察光学系Ｌ０は画像表示面から観察面側に順に配置された、正レンズ、負レンズ、正レンズ、正レンズ、回折光学面を有する正レンズより構成されている。 In Examples 2 to 4, the observation optical system L0 is composed of a positive lens, a negative lens, a positive lens, a positive lens, and a positive lens having a diffractive optical surface, which are arranged in order from the image display surface to the observation surface side.
実施例７において、観察光学系Ｌ０は画像表示面から観察面側に順に配置された、正レンズ、負レンズ、正レンズ、負レンズ、、回折光学面を有する正レンズより構成されている。 In the seventh embodiment, the observation optical system L0 is composed of a positive lens, a negative lens, a positive lens, a negative lens, and a positive lens having a diffractive optical surface, which are arranged in order from the image display surface to the observation surface side.
実施例８において、観察光学系Ｌ０は画像表示面から観察面側に順に配置された、正レンズ、負レンズ、正レンズ、回折光学面を有する正レンズより構成されている。 In the eighth embodiment, the observation optical system L0 is composed of a positive lens, a negative lens, a positive lens, and a positive lens having a diffractive optical surface, which are arranged in order from the image display surface to the observation surface side.
画像表示面の対角線長が約２０ｍｍ以下の小型の画像表示面（表示パネル）を広い観察視野（視野角約３０度以上）で観察するためには、観察光学系全体で強い正の屈折力（パワー）を持つ必要がある。そのためには正レンズの焦点距離をｆｐとしたとき、少なくとも２つの正レンズは
０．２＜ｆｐ／ｆ＜１．０
の条件式を満たすのが良い。
In order to observe a small image display surface (display panel) with a diagonal length of about 20 mm or less in a wide observation field (viewing angle of about 30 degrees or more), a strong positive refractive power (strong positive refractive power) in the entire observation optical system ( You need to have power). For that purpose, when the focal length of the positive lens is fp, at least two positive lenses have 0.2 <fp / f <1.0.
It is good to satisfy the conditional expression of.
これにより観察光学系全体で強い正の屈折力を持ちつつ諸収差のうち、特に球面収差を良好に補正することができる。さらには、観察光学系全体で強い正の屈折力を持ちつつコマ収差などの諸収差を良好に補正するために、２枚以上の正レンズを有するようにしている。 As a result, among various aberrations, spherical aberration can be satisfactorily corrected while having a strong positive refractive power in the entire observation optical system. Further, in order to satisfactorily correct various aberrations such as coma while having a strong positive refractive power in the entire observation optical system, two or more positive lenses are provided.
さらに、像面湾曲、倍率色収差などの諸収差を良好に補正するために材料の屈折率とアッベ数をそれぞれＮｄ、νｄとしたとき、
Ｎｄ＞１．８５、νｄ＜４１．０
の条件式を満たす正レンズを２枚以上有する構成としている。そうすることで像面湾曲を良好に補正している。
Furthermore, when the refractive index and Abbe number of the material are Nd and νd, respectively, in order to satisfactorily correct various aberrations such as curvature of field and chromatic aberration of magnification,
Nd> 1.85, νd <41.0
It is configured to have two or more positive lenses satisfying the conditional expression of. By doing so, the curvature of field is satisfactorily corrected.
さらには、観察光学系が少なくとも１つの回折光学面を有するようにして倍率色収差を良好に補正している。 Further, the chromatic aberration of magnification is satisfactorily corrected so that the observation optical system has at least one diffractive optical surface.
各実施例において、２枚以上の正レンズのうち最も屈折力の強い第１正レンズの材料の屈折率とアッベ数をそれぞれＮｄｐ１、νｄｐ１とする。 In each embodiment, the refractive index and Abbe number of the material of the first positive lens having the strongest refractive power among the two or more positive lenses are Ndp1 and νdp1, respectively.
２枚以上の正レンズのうち２番目に屈折力の強い第２正レンズの材料の屈折率とアッベ数をそれぞれＮｄｐ２、νｄｐ２とする。 The refractive index and Abbe number of the material of the second positive lens having the second strongest refractive power among the two or more positive lenses are Ndp2 and νdp2, respectively.
屈折率Ｎｄｐ１と屈折率Ｎｄｐ２の平均値を（Ｎｄｐ１，Ｎｄｐ２）ａｖｅ、アッベ数νｄｐ１とアッベ数νｄｐ２の平均値を（νｄｐ１，νｄｐ２）ａｖｅとする。 Let the average value of the refractive index Ndp1 and the refractive index Ndp2 be (Ndp1, Ndp2) ave, and the average value of the Abbe number νdp1 and the Abbe number νdp2 be (νdp1, νdp2) ave.
２枚以上の正レンズのうち最も屈折力の強い第１正レンズの焦点距離をｆｐ１、２枚以上の正レンズのうち２番目に屈折力の強い第２正レンズの焦点距離をｆｐ２とする。 The focal length of the first positive lens having the strongest refractive power among the two or more positive lenses is fp1, and the focal length of the second positive lens having the second strongest refractive power among the two or more positive lenses is fp2.
焦点距離ｆｐ１と焦点距離ｆｐ２の平均値を（ｆｐ１，ｆｐ２）ａｖｅ、観察光学系の焦点距離をｆとする。 Let the average value of the focal length fp1 and the focal length fp2 be (fp1, fp2) ave, and let the focal length of the observation optical system be f.
回折光学面を含むレンズの焦点距離をｆｄとする。 Let fd be the focal length of the lens including the diffractive optical surface.
観察光学系の画像表示面側から回折光学面を有するレンズの画像表示面側のレンズ面までの距離をＬｄｄ、観察光学系の画像表示面側から回折光学面を有するレンズの観察面側のレンズ面までの距離をＴ１ｄとする。
１枚以上の負レンズのうち最も屈折力の強い第１負レンズの焦点距離をｆｎ１、１枚以上の負レンズのうち最も屈折力の強い第１負レンズの材料の屈折率をＮｄｎ１とする。
The distance from the image display surface side of the observation optical system to the lens surface on the image display surface side of the lens having the diffractive optical surface is Ldd, and the lens on the observation surface side of the lens having the diffractive optical surface from the image display surface side of the observation optical system. Let T1d be the distance to the surface.
The focal length of the first negative lens having the strongest refractive power among one or more negative lenses is fn1, and the refractive index of the material of the first negative lens having the strongest refractive power among one or more negative lenses is Ndn1.
１枚以上の負レンズのうち最も屈折力の強い第１負レンズの材料のアッベ数をνｄｎ１とする。 Let νdn1 be the Abbe number of the material of the first negative lens having the strongest refractive power among one or more negative lenses.
画像情報を表示する画像表示素子を有し、観察光学系によって拡大された画像表示素子の画像情報を観察面から観察する画像表示装置において、画像表示面の対角線長の半分をＹとする。 In an image display device having an image display element for displaying image information and observing the image information of the image display element enlarged by the observation optical system from the observation surface, half of the diagonal length of the image display surface is defined as Y.
このとき各実施例においては次の条件式のうち１つ以上を満足するのが良い。 At this time, in each embodiment, it is preferable to satisfy one or more of the following conditional expressions.
０．０３＜（Ｎｄｐ１，Ｎｄｐ２）ａｖｅ／（νｄｐ１，νｄｐ２）ａｖｅ＜０．１２ ・・・（１）
０．１＜（ｆｐ１，ｆｐ２）ａｖｅ／ｆ＜１．０ ・・・（２）
０．８＜ｆｄ／ｆ＜８００．０ ・・・（３）
０．２＜Ｌｄｄ／Ｔｌｄ＜４．０ ・・・（４）
−１．１＜ｆｎ１／ｆ＜−０．１ ・・・（５）
１．５０＜Ｎｄｎ１＜２．１５ ・・・（６）
１７＜νｄｎ１＜３０ ・・・（７）
０．２４＜Ｙ／ｆ＜０．７０ ・・・（８）
次に前述の条件式の技術的説明について説明する。
0.03 <(Ndp1, Ndp2) ave / (νdp1, νdp2) ave <0.12 ... (1)
0.1 <(fp1, fp2) ave / f <1.0 ... (2)
0.8 <fd / f <800.0 ... (3)
0.2 <Ldd / Tld <4.0 ... (4)
-1.1 <fn1 / f <-0.1 ... (5)
1.50 <Ndn1 <2.15 ... (6)
17 <νdn1 <30 ... (7)
0.24 <Y / f <0.70 ... (8)
Next, the technical description of the above conditional expression will be described.
条件式（１）は２枚以上の正レンズのうち最も正の屈折力の強い第１正レンズ、２番目に正の屈折力の強い第２正レンズの材料のｄ線における屈折率の平均値と第１正レンズと第２正レンズの材料のアッベ数の平均値との関係を規定している。これらはペッツバール和と相関のある値である。 Conditional expression (1) is the average value of the refractive index of the material of the first positive lens having the strongest positive refractive power among the two or more positive lenses and the second positive lens having the second strongest positive refractive power in the d line. And the average value of the Abbe numbers of the materials of the first positive lens and the second positive lens are defined. These are values that correlate with the Petzval sum.
条件式（１）の下限を超えて値が小さくなると、ペッツバール和は減少されるが、正レンズの屈折力が強くなり、かつ正レンズの材料の屈折率が小さくなる。このため、正レンズのレンズ面の曲率半径が小さくなり、コマ収差等の諸収差の発生が多くなり、諸収差を良好に補正するのが困難となる。あるいは全系の焦点距離が大きくなるため、所望の視野角を得られなくなる。条件式（１）の上限を超えて値が大きくなると、材料の製造が困難になる。 When the value becomes smaller than the lower limit of the conditional expression (1), the Petzval sum is reduced, but the refractive power of the positive lens becomes stronger and the refractive index of the material of the positive lens becomes smaller. For this reason, the radius of curvature of the lens surface of the positive lens becomes small, various aberrations such as coma increase, and it becomes difficult to satisfactorily correct the various aberrations. Alternatively, the focal length of the entire system becomes large, so that a desired viewing angle cannot be obtained. If the value exceeds the upper limit of the conditional expression (1) and becomes large, it becomes difficult to manufacture the material.
条件式（２）は２枚以上の正レンズのうち最も屈折力の強い第１レンズと、２番目に屈折力の強い第２レンズの焦点距離の平均値と全系の焦点距離の関係を規定している。これらはペッツバール和と相関のある値である。 Conditional expression (2) defines the relationship between the average value of the focal lengths of the first lens with the strongest refractive power and the second lens with the second strongest refractive power among two or more positive lenses and the focal length of the entire system. are doing. These are values that correlate with the Petzval sum.
条件式（２）の下限を超えて値が小さくなると、ペッツバール和は減少されるが、正レンズの屈折力が強くなり、かつ正レンズの材料の屈折率が小さくなる。このため、正レンズのレンズ面の曲率半径が小さくなるため、コマ収差等の諸収差の発生が多くなり諸収差の補正が困難となる。条件式（２）の上限を超えて値が大きくなると、ペッツバール和の補正効果が弱くなりすぎるため、像面湾曲が多くなりまた、画像表示面からの射出光線の角度がきつくなるので画像を見づらくなるため良くない。 When the value exceeds the lower limit of the conditional expression (2) and becomes smaller, the Petzval sum is reduced, but the refractive power of the positive lens becomes stronger and the refractive index of the material of the positive lens becomes smaller. Therefore, since the radius of curvature of the lens surface of the positive lens becomes small, various aberrations such as coma are generated more often, and it becomes difficult to correct the various aberrations. If the value exceeds the upper limit of the conditional expression (2), the correction effect of the Petzval sum becomes too weak, so that the curvature of field increases and the angle of the emitted light beam from the image display surface becomes tight, which makes it difficult to see the image. It is not good because it becomes.
条件式（３）は、回折光学面を有するレンズの焦点距離と観察光学系の焦点距離の関係を規定している。 The conditional expression (3) defines the relationship between the focal length of a lens having a diffractive optical surface and the focal length of the observation optical system.
上限値を超えて値が大きくなると、回折光学面に入射する不要光は少なくなるが、回折光学面での倍率色収差等の補正を効果的に行うが困難になる。また、下限値超えて値が小さくなると、不要光の効果に抑制するのが困難になる。 When the value exceeds the upper limit value, the amount of unnecessary light incident on the diffractive optical surface is reduced, but it becomes difficult to effectively correct the chromatic aberration of magnification on the diffractive optical surface. Further, when the value exceeds the lower limit and becomes smaller, it becomes difficult to suppress the effect of unnecessary light.
条件式（４）は、最も画像表示面側のレンズ面から、回折光学面を有するレンズの観察面側のレンズ面までの距離との比に関する。 The conditional expression (4) relates to the ratio of the distance from the lens surface on the image display surface side to the lens surface on the observation surface side of the lens having the diffractive optical surface.
条件式（４）を満足することで、画像表示面の画面外にある不要光が、回折光学面子に入射し難くし、フレアを抑制している。また、軸上及び周辺光線の入射光が比較的高い位置に回折光学面を用いて、軸上色収差及び倍率色収差の補正している。条件式（４）を満足することにより回折光学面により色収差を良好に補正している。 By satisfying the conditional expression (4), unnecessary light outside the screen of the image display surface is less likely to enter the diffractive optical surface, and flare is suppressed. Further, the axial chromatic aberration and the chromatic aberration of magnification are corrected by using the diffractive optical surface at a position where the incident light of the axial and peripheral rays is relatively high. By satisfying the conditional expression (4), the chromatic aberration is satisfactorily corrected by the diffractive optical surface.
条件式（５）は、１枚以上の負レンズのうち最も屈折力の強い第１負レンズの焦点距離と観察光学系の焦点距離の関係を規定している。 The conditional expression (5) defines the relationship between the focal length of the first negative lens having the strongest refractive power among one or more negative lenses and the focal length of the observation optical system.
条件式（５）の下限を超えて値が小さくなると、ペッツバール和は減少されるが
第１負レンズの屈折力が弱くなる。このため、１枚以上の負レンズのうち最も屈折力の強い第１負レンズのレンズ面の曲率半径が小さくなるため、コマ収差等の諸収差の補正が困難となる。
When the value becomes smaller than the lower limit of the conditional expression (5), the Petzval sum is reduced, but the refractive power of the first negative lens is weakened. Therefore, since the radius of curvature of the lens surface of the first negative lens having the strongest refractive power among one or more negative lenses becomes small, it becomes difficult to correct various aberrations such as coma.
条件式（５）の上限を超えて値が大きくなると、ペッツバール和の補正効果が弱くなる。このため像面湾曲が増大し、また画像表示面からの射出光線の角度がきつくなるので画像を見づらくなるため良くない。 If the value exceeds the upper limit of the conditional expression (5) and becomes large, the correction effect of the Petzval sum becomes weak. For this reason, curvature of field increases, and the angle of the emitted light beam from the image display surface becomes tight, which makes it difficult to see the image, which is not good.
条件式（６）は、１枚以上の負レンズのうち最も屈折力の強い第１負レンズの材料のｄ線における屈折率の関係を規定している。 Conditional expression (6) defines the relationship of the refractive index of the material of the first negative lens having the strongest refractive power among one or more negative lenses in the d-line.
条件式（６）の下限を超えて値が小さくなると、ペッツバール和は減少されるが第１負レンズの材料の屈折率が小さくなる。このため第１負レンズのレンズ面の曲率半径が小さくなるため、コマ収差等の諸収差の補正が困難となる。 When the value becomes smaller than the lower limit of the conditional expression (6), the Petzval sum is reduced, but the refractive index of the material of the first negative lens becomes small. Therefore, since the radius of curvature of the lens surface of the first negative lens becomes small, it becomes difficult to correct various aberrations such as coma.
条件式（７）は、１枚以上の負レンズのうち最も屈折力の強い第１負レンズの材料のｄ線におけるアッベ数の関係を規定している。 The conditional expression (7) defines the relationship between the Abbe numbers on the d-line of the material of the first negative lens having the strongest refractive power among one or more negative lenses.
条件式（７）を満足することで、軸上及び周辺光線の入射光が比較的高い位置に回折光学面を用いて、軸上色収差及び倍率色収差の補正を良好に行っている。これにより回折光学面の本来の色収差を良好に補正している。 By satisfying the conditional expression (7), the axial chromatic aberration and the chromatic aberration of magnification are satisfactorily corrected by using the diffractive optical surface at a position where the incident light of the axial and peripheral rays is relatively high. As a result, the original chromatic aberration of the diffractive optical surface is satisfactorily corrected.
条件式（８）は画像表示素子の画像表示面の大きさと観察光学系Ｌ０の焦点距離の関係を規定している。 The conditional expression (8) defines the relationship between the size of the image display surface of the image display element and the focal length of the observation optical system L0.
条件式（８）の下限を超えて値が小さくなると、所望の観察視野角を得るのが困難になる。また観察光学系の焦点距離が長くなると大きな観察視野角を得るためには大きな画像表示素子が必要となるが、画像表示素子が大きくなると条件式（８）の値は小さくなる。 If the value becomes smaller than the lower limit of the conditional expression (8), it becomes difficult to obtain a desired observation viewing angle. Further, when the focal length of the observation optical system is long, a large image display element is required to obtain a large observation viewing angle, but when the image display element is large, the value of the conditional expression (8) becomes small.
条件式（８）の上限を超えて値が大きくなると、観察光学系Ｌ０の焦点距離が短くなりすぎるため諸収差の補正が困難となる。特に色収差や像面湾曲が増大する。あるいは画像表示素子が大きくなりすぎるため、画像表示装置が大型化するため良くない。
更に好ましくは、条件式（１）乃至（８）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
If the value exceeds the upper limit of the conditional expression (8) and becomes large, the focal length of the observation optical system L0 becomes too short, and it becomes difficult to correct various aberrations. In particular, chromatic aberration and curvature of field increase. Alternatively, the image display element becomes too large, and the image display device becomes large, which is not good.
More preferably, the numerical range of the conditional expressions (1) to (8) is set as follows.
０．０４＜（Ｎｄｐ１，Ｎｄｐ２）ａｖｅ／（νｄｐ１，νｄｐ２）ａｖｅ＜０．１１ ・・・（１ａ）
０．２６＜（ｆｐ１，ｆｐ２）ａｖｅ／ｆ＜０．９０ ・・・（２ａ）
１．６５＜ｆｄ／ｆ＜４１０．００ ・・・（３ａ）
０．４５＜Ｌｄｄ／Ｔｌｄ＜１．９６ ・・・（４ａ）
−０．９１＜ｆｎ１／ｆ＜−０．１７ ・・・（５ａ）
１．５５＜Ｎｄｎ１＜２．１５ ・・・（６ａ）
１７＜νｄｎ１＜２７．０ ・・・（７ａ）
０．２６＜Ｙ／ｆ＜０．６０ ・・・（８ａ）
更に好ましくは、各条件式（１ａ）乃至（８ａ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
0.04 <(Ndp1, Ndp2) ave / (νdp1, νdp2) ave <0.11 ... (1a)
0.26 <(fp1, fp2) ave / f <0.90 ... (2a)
1.65 <fd / f <410.00 ... (3a)
0.45 <Ldd / Tld <1.96 ... (4a)
-0.91 <fn1 / f <-0.17 ... (5a)
1.55 <Ndn1 <2.15 ... (6a)
17 <νdn1 <27.0 ... (7a)
0.26 <Y / f <0.60 ... (8a)
More preferably, it is preferable to set the numerical range of each conditional expression (1a) to (8a) as follows.
０．０４５＜（Ｎｄｐ１，Ｎｄｐ２）ａｖｅ／（νｄｐ１，νｄｐ２）ａｖｅ＜０．１０５ ・・・（１ｂ）
０．５２０＜（ｆｐ１，ｆｐ２）ａｖｅ／ｆ＜０．８９０ ・・・（２ｂ）
３．２５＜ｆｄ／ｆ＜２０５．００ ・・・（３ｂ）
０．８５＜Ｌｄｄ／Ｔｌｄ＜１．００ ・・・（４ｂ）
−０．７３＜ｆｎ１／ｆ＜−０．２５ ・・・（５ｂ）
１．６０＜Ｎｄｎ１＜２．１５ ・・・（６ｂ）
１７＜νｄｎ１＜２４ ・・・（７ｂ）
０．３０＜Ｙ／ｆ＜０．５５ ・・・（８ｂ）
次に各実施例のレンズ構成について説明する。
0.045 <(Ndp1, Ndp2) ave / (νdp1, νdp2) ave <0.105 ... (1b)
0.520 <(fp1, fp2) ave / f <0.890 ... (2b)
3.25 <fd / f <205.00 ... (3b)
0.85 <Ldd / Tld <1.00 ... (4b)
-0.73 <fn1 / f <-0.25 ... (5b)
1.60 <Ndn1 <2.15 ... (6b)
17 <νdn1 <24 ... (7b)
0.30 <Y / f <0.55 ... (8b)
Next, the lens configuration of each embodiment will be described.
実施例１の観察光学系Ｌ０は、画像表示面Ｄ１から観察面ＩＰ側に順に配置された次のレンズより構成されている。正の屈折力の第１レンズＬ１、負の屈折力の第２レンズＬ２、正の屈折力の第３レンズＬ３、負の屈折力の第４レンズＬ４、正の屈折力の第５レンズＬ５、回折光学面を有する正の屈折力の第６レンズＬ６より構成されている。 The observation optical system L0 of the first embodiment is composed of the following lenses arranged in order from the image display surface D1 to the observation surface IP side. 1st lens L1 with positive power, 2nd lens L2 with negative power, 3rd lens L3 with positive power, 4th lens L4 with negative power, 5th lens L5 with positive power, It is composed of a sixth lens L6 having a positive refractive power having a diffraction optical surface.
第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５は軸上及び周辺の光線が共に高い位置を通るため、諸収差の発生が多い。 Since the light rays on and around the third lens L3, the fourth lens L4, and the fifth lens L5 both pass through high positions, various aberrations often occur.
このときの諸収差に対して周辺の光線の入射高が高い位置を通過する第２レンズを負の屈折力とすることで、色収差及び球面収差などの諸収差を補正している。さらに、負の屈折力でペッツバール和を補正し、像面湾曲を軽減している。 With respect to the various aberrations at this time, various aberrations such as chromatic aberration and spherical aberration are corrected by setting the second lens passing through a position where the incident height of the surrounding light rays is high as a negative refractive power. Furthermore, the Petzval field is corrected by the negative refractive power to reduce the curvature of field.
また、近軸光線の入射高が高い位置を通過する第３レンズＬ３と第５レンズＬ５を正の屈折力とすることで、コマ収差、非点収差等を良好に補正している。このように負の屈折力のレンズを挟んで対称なレンズ構成とすることで非対称の補正している。 Further, by setting the third lens L3 and the fifth lens L5 passing through the position where the incident height of the paraxial light ray is high as positive refractive powers, coma aberration, astigmatism and the like are satisfactorily corrected. In this way, the asymmetry is corrected by forming a symmetric lens configuration with a lens having a negative refractive power sandwiched between them.
実施例１では第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５に非球面を使用し、球面収差、コマ収差及び像面湾曲の補正を良好に行っている。 In the first embodiment, an aspherical surface is used for the first lens L1, the second lens L2, the fourth lens L4, and the fifth lens L5, and spherical aberration, coma aberration, and curvature of field are satisfactorily corrected.
実施例２の観察光学系Ｌ０は、画像表示面Ｄ１から観察面ＩＰ側に順に配置された次のレンズより構成されている。正の屈折力の第１レンズＬ１、負の屈折力の第２レンズＬ２、正の屈折力の第３レンズＬ３、正の屈折力の第４レンズＬ４、回折光学面を有する正の屈折力の第５レンズＬ５、より構成されている。 The observation optical system L0 of the second embodiment is composed of the following lenses arranged in order from the image display surface D1 to the observation surface IP side. A first lens L1 with a positive refractive power, a second lens L2 with a negative refractive power, a third lens L3 with a positive refractive power, a fourth lens L4 with a positive refractive power, and a positive refractive power with a diffractive optical surface. It is composed of a fifth lens L5.
第３レンズＬ３、第４レンズＬ４は軸上及び周辺の光線が共に高い位置を通るため、諸収差の発生が多いい。このときの諸収差に対して周辺の光線の入射高が高い位置を通過する第２レンズを負の屈折力とすることで、色収差及び球面収差などの諸収差を補正している。さらに、負の屈折力でペッツバール和を補正し、像面湾曲を軽減している。 Since the third lens L3 and the fourth lens L4 both the on-axis and peripheral light rays pass through high positions, various aberrations are likely to occur. With respect to the various aberrations at this time, various aberrations such as chromatic aberration and spherical aberration are corrected by setting the second lens passing through a position where the incident height of the surrounding light rays is high as a negative refractive power. Furthermore, the Petzval field is corrected by the negative refractive power to reduce the curvature of field.
また、近軸光線の入射高が高い位置を通過する第３レンズＬ３と第４レンズＬ４を正の屈折力とすることで、コマ収差、非点収差等を良好に補正している。このように負の屈折力のレンズを挟んで対称なレンズ構成とすることで非対称の補正している。 Further, by setting the third lens L3 and the fourth lens L4 passing through the position where the incident height of the paraxial ray is high as positive refractive powers, coma aberration, astigmatism and the like are satisfactorily corrected. In this way, the asymmetry is corrected by forming a symmetric lens configuration with a lens having a negative refractive power sandwiched between them.
実施例２では第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４に非球面を使用し、球面収差、コマ収差及び像面湾曲の補正を良好に行っている。 In the second embodiment, an aspherical surface is used for the first lens L1, the second lens L2, the third lens L3, and the fourth lens L4, and spherical aberration, coma aberration, and curvature of field are satisfactorily corrected.
実施例３の観察光学系Ｌ０は、画像表示面Ｄ１から観察面ＩＰ側に順に配置された次のレンズより構成されている。正の屈折力の第１レンズＬ１、負の屈折力の第２レンズＬ２、正の屈折力の第３レンズＬ３、正の屈折力の第４レンズＬ４、回折光学面を有する正の屈折力の第５レンズＬ５より構成されている。 The observation optical system L0 of the third embodiment is composed of the following lenses arranged in order from the image display surface D1 to the observation surface IP side. A first lens L1 with a positive refractive power, a second lens L2 with a negative refractive power, a third lens L3 with a positive refractive power, a fourth lens L4 with a positive refractive power, and a positive refractive power with a diffractive optical surface. It is composed of a fifth lens L5.
第３レンズＬ３、第４レンズＬ４は軸上及び周辺の光線が共に高い位置を通るため、諸収差の発生が多い。このときの諸収差に対して周辺の光線の入射高が高い位置を通過する第２レンズを負の屈折力とすることで、色収差及び球面収差などの諸収差を補正している。さらに、負の屈折力でペッツバール和を補正し、像面湾曲を軽減している。 Since the light rays on and around the third lens L3 and the fourth lens L4 both pass through high positions, various aberrations often occur. With respect to the various aberrations at this time, various aberrations such as chromatic aberration and spherical aberration are corrected by setting the second lens passing through a position where the incident height of the surrounding light rays is high as a negative refractive power. Furthermore, the Petzval field is corrected by the negative refractive power to reduce the curvature of field.
また、近軸光線の入射高が高い位置を通過する第３レンズＬ３と第４レンズＬ４を正の屈折力とすることで、コマ収差、非点収差等を良好に補正している。このように負の屈折力のレンズを挟んで対称なレンズ構成とすることで非対称の補正している。 Further, by setting the third lens L3 and the fourth lens L4 passing through the position where the incident height of the paraxial ray is high as positive refractive powers, coma aberration, astigmatism and the like are satisfactorily corrected. In this way, the asymmetry is corrected by forming a symmetric lens configuration with a lens having a negative refractive power sandwiched between them.
実施例３では第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４に非球面を使用し、球面収差、コマ収差及び像面湾曲の補正を良好に行っている。 In Example 3, an aspherical surface is used for the first lens L1, the second lens L2, the third lens L3, and the fourth lens L4, and spherical aberration, coma aberration, and curvature of field are satisfactorily corrected.
実施例４の観察光学系Ｌ０は、画像表示面Ｄ１から観察面ＩＰ側に順に配置された次のレンズより構成されている。正の屈折力の第１レンズＬ１、負の屈折力の第２レンズＬ２、正の屈折力の第３レンズＬ３、正の屈折力の第４レンズＬ４、回折光学面を有する正の屈折力の第５レンズＬ５より構成されている。 The observation optical system L0 of the fourth embodiment is composed of the following lenses arranged in order from the image display surface D1 to the observation surface IP side. A first lens L1 with a positive refractive power, a second lens L2 with a negative refractive power, a third lens L3 with a positive refractive power, a fourth lens L4 with a positive refractive power, and a positive refractive power with a diffractive optical surface. It is composed of a fifth lens L5.
第３レンズＬ３、第４レンズＬ４は軸上及び周辺の光線が共に高い位置を通るため、諸収差の発生が多い。このときの諸収差に対して周辺の光線の入射高が高い位置を通過する第２レンズを負の屈折力とすることで、色収差及び球面収差などの諸収差を補正している。さらに、負の屈折力でペッツバール和を補正し、像面湾曲を軽減している。 Since the light rays on and around the third lens L3 and the fourth lens L4 both pass through high positions, various aberrations often occur. With respect to the various aberrations at this time, various aberrations such as chromatic aberration and spherical aberration are corrected by setting the second lens passing through a position where the incident height of the surrounding light rays is high as a negative refractive power. Furthermore, the Petzval field is corrected by the negative refractive power to reduce the curvature of field.
また、近軸光線の入射高が高い位置を通過する第３レンズＬ３と第４レンズＬ４を正の屈折力とすることで、コマ収差、非点収差等を良好に補正している。このように負の屈折力のレンズを挟んで対称なレンズ構成とすることで非対称の補正している。 Further, by setting the third lens L3 and the fourth lens L4 passing through the position where the incident height of the paraxial ray is high as positive refractive powers, coma aberration, astigmatism and the like are satisfactorily corrected. In this way, the asymmetry is corrected by forming a symmetric lens configuration with a lens having a negative refractive power sandwiched between them.
実施例４では第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４に非球面を使用し、球面収差、コマ収差及び像面湾曲の補正を良好に行っている。 In the fourth embodiment, an aspherical surface is used for the first lens L1, the second lens L2, the third lens L3, and the fourth lens L4, and spherical aberration, coma aberration, and curvature of field are satisfactorily corrected.
実施例５の観察光学系Ｌ０は、画像表示面Ｄ１から観察面ＩＰ側に順に配置された次のレンズより構成されている。正の屈折力の第１レンズＬ１、負の屈折力の第２レンズＬ２、正の屈折力の第３レンズＬ３、負の屈折力の第４レンズＬ４、正の屈折力の第５レンズＬ５、回折光学面を有する正の屈折力の第６レンズＬ６より構成されている。 The observation optical system L0 of the fifth embodiment is composed of the following lenses arranged in order from the image display surface D1 to the observation surface IP side. 1st lens L1 with positive power, 2nd lens L2 with negative power, 3rd lens L3 with positive power, 4th lens L4 with negative power, 5th lens L5 with positive power, It is composed of a sixth lens L6 having a positive refractive power having a diffraction optical surface.
第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５は軸上及び周辺の光線が共に高い位置を通るため、諸収差の発生が多い。このときの諸収差に対して周辺の光線の入射高が高い位置を通過する第２レンズを負の屈折力とすることで、色収差及び球面収差などの諸収差を補正している。さらに、負の屈折力でペッツバール和を補正し、像面湾曲を軽減している。 Since the light rays on and around the third lens L3, the fourth lens L4, and the fifth lens L5 both pass through high positions, various aberrations often occur. With respect to the various aberrations at this time, various aberrations such as chromatic aberration and spherical aberration are corrected by setting the second lens passing through a position where the incident height of the surrounding light rays is high as a negative refractive power. Furthermore, the Petzval field is corrected by the negative refractive power to reduce the curvature of field.
また、近軸光線の入射高が高い位置を通過する第３レンズＬ３と第５レンズＬ５を正の屈折力とすることで、コマ収差、非点収差等を良好に補正している。このように負の屈折力のレンズを挟んで対称なレンズ構成とすることで非対称の補正している。 Further, by setting the third lens L3 and the fifth lens L5 passing through the position where the incident height of the paraxial light ray is high as positive refractive powers, coma aberration, astigmatism and the like are satisfactorily corrected. In this way, the asymmetry is corrected by forming a symmetric lens configuration with a lens having a negative refractive power sandwiched between them.
実施例５では第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５に非球面を使用し、球面収差、コマ収差及び像面湾曲の補正を良好に行っている。 In the fifth embodiment, an aspherical surface is used for the first lens L1, the second lens L2, the fourth lens L4, and the fifth lens L5, and spherical aberration, coma aberration, and curvature of field are satisfactorily corrected.
実施例６の観察光学系Ｌ０は、画像表示面Ｄ１から観察面ＩＰ側に順に配置された次のレンズより構成されている。正の屈折力の第１レンズＬ１、負の屈折力の第２レンズＬ２、正の屈折力の第３レンズＬ３、負の屈折力の第４レンズＬ４、正の屈折力の第５レンズＬ５、回折光学面を有する正の屈折力の第６レンズＬ６より構成されている。 The observation optical system L0 of the sixth embodiment is composed of the following lenses arranged in order from the image display surface D1 to the observation surface IP side. 1st lens L1 with positive power, 2nd lens L2 with negative power, 3rd lens L3 with positive power, 4th lens L4 with negative power, 5th lens L5 with positive power, It is composed of a sixth lens L6 having a positive refractive power having a diffraction optical surface.
第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５は軸上及び周辺の光線が共に高い位置を通るため、諸収差の発生が多い。このときの諸収差に対して周辺の光線の入射高が高い位置を通過する第２レンズを負の屈折力とすることで、色収差及び球面収差などの諸収差を補正している。さらに、負の屈折力でペッツバール和を補正し、像面湾曲を軽減している。 Since the light rays on and around the third lens L3, the fourth lens L4, and the fifth lens L5 both pass through high positions, various aberrations often occur. With respect to the various aberrations at this time, various aberrations such as chromatic aberration and spherical aberration are corrected by setting the second lens passing through a position where the incident height of the surrounding light rays is high as a negative refractive power. Furthermore, the Petzval field is corrected by the negative refractive power to reduce the curvature of field.
また、近軸光線の入射高が高い位置を通過する第３レンズＬ３と第５レンズＬ５を正の屈折力とすることで、コマ収差、非点収差等を良好に補正している。このように負の屈折力のレンズを挟んで対称なレンズ構成とすることで非対称の補正している。 Further, by setting the third lens L3 and the fifth lens L5 passing through the position where the incident height of the paraxial light ray is high as positive refractive powers, coma aberration, astigmatism and the like are satisfactorily corrected. In this way, the asymmetry is corrected by forming a symmetric lens configuration with a lens having a negative refractive power sandwiched between them.
実施例６では第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第４レンズＬ４、第５レンズＬ５に非球面を使用し、球面収差、コマ収差及び像面湾曲の補正を良好に行っている。 In the sixth embodiment, an aspherical surface is used for the first lens L1, the second lens L2, the fourth lens L4, and the fifth lens L5, and spherical aberration, coma aberration, and curvature of field are satisfactorily corrected.
実施例７の観察光学系Ｌ０は、画像表示面Ｄ１から観察面ＩＰ側に順に配置された次のレンズより構成されている。正の屈折力の第１レンズＬ１、負の屈折力の第２レンズＬ２、正の屈折力の第３レンズＬ３、正の屈折力の第４レンズＬ４、回折光学面を有する正の屈折力の第５レンズＬ５より構成されている。 The observation optical system L0 of the seventh embodiment is composed of the following lenses arranged in order from the image display surface D1 to the observation surface IP side. A first lens L1 with a positive refractive power, a second lens L2 with a negative refractive power, a third lens L3 with a positive refractive power, a fourth lens L4 with a positive refractive power, and a positive refractive power with a diffractive optical surface. It is composed of a fifth lens L5.
第３レンズＬ３、第４レンズＬ４は軸上及び周辺の光線が共に高い位置を通るため、諸収差の発生が多いい。このときの諸収差に対して周辺の光線の入射高が高い位置を通過する第２レンズを負の屈折力とすることで、色収差及び球面収差などの諸収差を補正している。さらに、負の屈折力でペッツバール和を補正し、像面湾曲を軽減している。 Since the third lens L3 and the fourth lens L4 both the on-axis and peripheral light rays pass through high positions, various aberrations are likely to occur. With respect to the various aberrations at this time, various aberrations such as chromatic aberration and spherical aberration are corrected by setting the second lens passing through a position where the incident height of the surrounding light rays is high as a negative refractive power. Furthermore, the Petzval field is corrected by the negative refractive power to reduce the curvature of field.
また、近軸光線の入射高が高い位置を通過する第３レンズＬ３を正の屈折力とすることで、コマ収差、非点収差等を良好に補正している。このように負の屈折力のレンズを挟んで対称なレンズ構成とすることで非対称の補正している。 Further, by setting the third lens L3 passing through the position where the incident height of the paraxial light ray is high as a positive refractive power, coma aberration, astigmatism and the like are satisfactorily corrected. In this way, the asymmetry is corrected by forming a symmetric lens configuration with a lens having a negative refractive power sandwiched between them.
実施例７では第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４に非球面を使用し、球面収差、コマ収差及び像面湾曲の補正を良好に行っている。実施例７では第５レンズＬ５の凸面を回折光学面としている。 In the seventh embodiment, an aspherical surface is used for the first lens L1, the second lens L2, the third lens L3, and the fourth lens L4, and spherical aberration, coma aberration, and curvature of field are satisfactorily corrected. In Example 7, the convex surface of the fifth lens L5 is used as the diffractive optical surface.
実施例８の観察光学系Ｌ０は、画像表示面Ｄ１から観察面ＩＰ側に順に配置された、正の屈折力の第１レンズＬ１、負の屈折力の第２レンズＬ２、正の屈折力の第３レンズＬ３、回折光学面を有する正の屈折力の第４レンズＬ４より構成されている。 The observation optical system L0 of the eighth embodiment has a positive refractive power first lens L1, a negative refractive power second lens L2, and a positive refractive power arranged in order from the image display surface D1 to the observation surface IP side. It is composed of a third lens L3 and a fourth lens L4 having a positive refractive power having a diffractive optical surface.
第３レンズＬ３は軸上及び周辺の光線が共に高い位置を通るため、諸収差の発生が多いい。このときの諸収差に対して周辺の光線の入射高が高い位置を通過する第２レンズを負の屈折力とすることで、色収差及び球面収差などの諸収差を補正している。さらに、負の屈折力でペッツバール和を補正し、像面湾曲を軽減している。 Since the third lens L3 allows light rays on and around the axis to pass at high positions, various aberrations are likely to occur. With respect to the various aberrations at this time, various aberrations such as chromatic aberration and spherical aberration are corrected by setting the second lens passing through a position where the incident height of the surrounding light rays is high as a negative refractive power. Furthermore, the Petzval field is corrected by the negative refractive power to reduce the curvature of field.
また、近軸光線の入射高が高い位置を通過する第３レンズＬ３を正の屈折力とすることで、コマ収差、非点収差等を良好に補正している。このように負の屈折力のレンズを挟んで対称なレンズ構成とすることで非対称の補正している。実施例８では第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３に非球面を使用し、球面収差、コマ収差及び像面湾曲の補正を良好に行っている。 Further, by setting the third lens L3 passing through the position where the incident height of the paraxial light ray is high as a positive refractive power, coma aberration, astigmatism and the like are satisfactorily corrected. In this way, the asymmetry is corrected by forming a symmetric lens configuration with a lens having a negative refractive power sandwiched between them. In the eighth embodiment, an aspherical surface is used for the first lens L1, the second lens L2, and the third lens L3, and spherical aberration, coma aberration, and curvature of field are satisfactorily corrected.
次に本発明に係る回折光学面を有するレンズの構成について説明する。 Next, the configuration of the lens having a diffractive optical surface according to the present invention will be described.
図１７は本発明に係る回折光学面を有するレンズの説明図である。 FIG. 17 is an explanatory view of a lens having a diffractive optical surface according to the present invention.
図１７においてＬａは回折光学面を有するレンズである。図１７においてレンズＬａはエアギャップ１０１をはさんだ２つの回折光学面１０６、１０７を有する。図１７では基材１０２’上に紫外線硬化樹脂からなる第１の回折光学面１０６を形成し、基材１０２上に紫外線硬化樹脂からなる第２の回折光学面１０７を形成している。 In FIG. 17, La is a lens having a diffractive optical surface. In FIG. 17, the lens La has two diffractive optical surfaces 106 and 107 sandwiching the air gap 101. In FIG. 17, a first diffractive optical surface 106 made of an ultraviolet curable resin is formed on the base material 102', and a second diffractive optical surface 107 made of an ultraviolet curable resin is formed on the base material 102.
図１８は本発明に係る回折光学面を有するレンズの説明図である。 FIG. 18 is an explanatory view of a lens having a diffractive optical surface according to the present invention.
図１８においてＬａは回折光学面を有するレンズである。図１８においてレンズＬａはエアギャップ１０１をはさんだ３つの回折光学面１０６〜１０８を有する。図１８では基材１０２’上に紫外線硬化樹脂からなる第１の回折光学面１０６を形成し、基材１０２上に紫外線硬化樹脂からなる第２の回折光学面１０７とその格子光学面を埋めた層１０８を有する。 In FIG. 18, La is a lens having a diffractive optical surface. In FIG. 18, the lens La has three diffractive optical surfaces 106 to 108 sandwiching the air gap 101. In FIG. 18, a first diffractive optical surface 106 made of an ultraviolet curable resin is formed on the base material 102', and a second diffractive optical surface 107 made of an ultraviolet curable resin and its lattice optical surface are embedded on the base material 102. It has a layer 108.
図１９は本発明に係る回折光学面を有するレンズの説明図である。 FIG. 19 is an explanatory view of a lens having a diffractive optical surface according to the present invention.
図１９は格子厚の異なる（または、同一の）２つの回折光学面１０４、１０５を有する。図１９では基材１０２上に紫外線硬化樹脂からなる第１の回折光学面１０４を形成し、その上に別の紫外線硬化樹脂からなる第２の回折光学面１０５を形成している。ｄ１、ｄ２はそれぞれ回折光学面１０４、１０５の光軸方向の高さを示す。 FIG. 19 has two diffractive optical surfaces 104 and 105 with different (or the same) lattice thicknesses. In FIG. 19, a first diffractive optical surface 104 made of an ultraviolet curable resin is formed on the base material 102, and a second diffractive optical surface 105 made of another ultraviolet curable resin is formed on the first diffractive optical surface 104. d1 and d2 indicate the heights of the diffraction optical surfaces 104 and 105 in the optical axis direction, respectively.
次に、各実施例に示した観察装置を用いた撮像装置の実施形態について、図２０を用いて説明する。 Next, an embodiment of an imaging device using the observation device shown in each embodiment will be described with reference to FIG.
撮像光学系１１０１により形成された物体像は、光電変換素子である撮像素子１１０２により電気信号に変換される。撮像素子１１０２としては、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどが用いられる。 The object image formed by the image pickup optical system 1101 is converted into an electric signal by the image pickup element 1102, which is a photoelectric conversion element. As the image sensor 1102, a CCD sensor, a CMOS sensor, or the like is used.
撮像素子１１０２からの出力信号が画像処理回路１１０３において処理され、画像が形成される。形成された画像は、半導体メモリ、磁気テープ、光ディスクなどの記録媒体１１０４に記録される。また、画像処理回路１１０３において形成された画像は、画像表示装置１１０５に表示される。画像表示装置１１０５は、画像表示素子１０５１及び各実施例の観察光学系１０５２を備える。画像表示素子１０５１は、液晶表示素子ＬＣＤや有機ＥＬ素子等から構成される。１１０６は観察面である。 The output signal from the image sensor 1102 is processed by the image processing circuit 1103 to form an image. The formed image is recorded on a recording medium 1104 such as a semiconductor memory, a magnetic tape, or an optical disk. Further, the image formed in the image processing circuit 1103 is displayed on the image display device 1105. The image display device 1105 includes an image display element 1051 and an observation optical system 1052 of each embodiment. The image display element 1051 is composed of a liquid crystal display element LCD, an organic EL element, and the like. Reference numeral 1106 is an observation surface.
このように本発明の画像表示装置を、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に適用することにより、高視野角かつ小型であり、高い光学性能を有する撮像装置を得ている。 As described above, by applying the image display device of the present invention to an image pickup device such as a digital camera or a video camera, an image pickup device having a high viewing angle, a small size, and high optical performance is obtained.
以下に本発明の各実施例に対する数値データを示す。 Numerical data for each embodiment of the present invention is shown below.
数値データにおいて、画像表示面ＩＰから観察側ＥＰへ順に「ｒｉ」は第ｉ番目の面の近軸曲率半径を示す。ｒ１、ｒ２は画像表示素子の面であり、ｒ１は画像表示面である。最後の面は観察面ＥＰである。ｄｉは画像表示面ＩＰから順に第ｉ番目の面と第ｉ＋１番目の面との間の軸上面間隔を示す。さらに、ｎｄｉは第ｉ番目の材料のｄ線（波長＝５７８．６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｄｉは第ｉ番目の材料のｄ線に対するアッベ数を示す。 In the numerical data, "ri" indicates the paraxial radius of curvature of the i-th surface in order from the image display surface IP to the observation side EP. r1 and r2 are surfaces of the image display element, and r1 is an image display surface. The last surface is the observation surface EP. di indicates the axial upper surface distance between the i-th surface and the i + 1-th surface in order from the image display surface IP. Further, ndi indicates the refractive index of the i-th material with respect to the d-line (wavelength = 578.6 nm), and νdi indicates the Abbe number of the i-th material with respect to the d-line.
なお、数値データでは、記載されている長さの単位は、特記の無い場合［ｍｍ］が使われている。ただし、ファインダー光学系は、比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は［ｍｍ］に限定されることなく、他の適当な単位を用いることが出来る。なお、数値データにおいて曲率半径の欄に「＊」の添え字が書かれている面は次の数１式によって定義される非球面形状である。 In the numerical data, the unit of the described length is [mm] unless otherwise specified. However, since the finder optical system can obtain the same optical performance even if it is proportionally expanded or contracted, the unit is not limited to [mm], and other appropriate units can be used. In the numerical data, the surface on which the subscript "*" is written in the column of radius of curvature is an aspherical shape defined by the following equation (1).
なお、数１において、ｘはレンズ面の頂点からの光軸方向の距離、ｈは光軸と垂直な方向の高さ、Ｒはレンズ面の頂点での近軸曲率半径、ｋは円錐定数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０は多項式係数である。非球面係数において、「ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現、すなわち「１０−ｉ」を表している。 In Equation 1, x is the distance from the apex of the lens surface in the optical axis direction, h is the height in the direction perpendicular to the optical axis, R is the radius of curvature of the near axis at the apex of the lens surface, and k is the conical constant. A4, A6, A8, and A10 are paraxial coefficients. In the aspherical coefficient, " ei " represents an exponential notation with a base of 10, that is, "10- i ".
さらに、また各実施例の回折光学面の格子部位相形状ψは、回折光の回折次数をｍ、設計波長をλ０、光軸に対して垂直方向の高さをｈ、位相係数をＣｉ（ｉ＝１，２，３…）としたとき、次式によって表される。 Further, in the lattice portion phase shape ψ of the diffraction optical surface of each embodiment, the diffraction order of the diffracted light is m, the design wavelength is λ0, the height in the direction perpendicular to the optical axis is h, and the phase coefficient is Ci (i). = 1, 2, 3 ...), it is expressed by the following equation.
ψ（ｈ，ｍ）＝（２π／ｍλ０）×（Ｃ１・ｈ２＋Ｃ２・ｈ４＋Ｃ３・ｈ６＋…）
各数値データにおける前述の各条件式に関する各パラメータの値と各条件式の計算結果を表１乃至４に示す。
ψ (h, m) = (2π / mλ0) × (C1, h2 + C2, h4 + C3, h6 + ...)
Tables 1 to 4 show the values of each parameter and the calculation results of each conditional expression for each of the above-mentioned conditional expressions in each numerical data.
表３において、［ｄｏｅ面の焦点距離の定義］を下記する。回折光学素子Ｌｄｏｅの回折光学面における焦点距離ｆｄｏｅとは、後述の撮像光学系における位相係数Ｃ１、設計回折次数ｍ、設計波長λ０、任意の波長λとした際、
ｆｄｏｅ＝−１（２×ｍ×Ｃ１×λ／λ０）
の式によって表される。
In Table 3, [definition of focal length of doe surface] is shown below. The focal length fdoe on the diffractive optical surface of the diffractive optical element Ldoe is defined as a phase coefficient C1 in an imaging optical system described later, a design diffraction order m, a design wavelength λ0, and an arbitrary wavelength λ.
fdoe = -1 (2 x m x C1 x λ / λ0)
It is represented by the formula of.
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ
Ｌ５ 第５レンズ
Ｄ１ 画像表示面
ＥＰ 観察面
L1 1st lens L2 2nd lens L3 3rd lens L4 4th lens L5 5th lens D1 Image display surface EP Observation surface
Claims (15)
Ｎｄ＞１．８５
νｄ＜４１．０
の条件式を満たし、正レンズの焦点距離をｆｐ、前記観察光学系の焦点距離をｆとするとき、
０．２＜ｆｐ／ｆ＜１．０
なる条件式を満足し、前記観察光学系は回折光学面を含むレンズを有することを特徴とする観察光学系。 An observation optical system for observing an image displayed on an image display surface. The observation optical system has two or more positive lenses and one or more negative lenses, and has a material refractive index of Nd and a material. When the Abbe number of is νd, two of the two or more positive lenses are Nd> 1.85.
νd <41.0
When the conditional expression of is satisfied, the focal length of the positive lens is fp, and the focal length of the observation optical system is f.
0.2 <fp / f <1.0
The observation optical system satisfies the above conditional expression, and the observation optical system includes a lens including a diffractive optical surface.
０．０３＜（Ｎｄｐ１，Ｎｄｐ２）ａｖｅ／（νｄｐ１，νｄｐ２）ａｖｅ＜０．１２
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の観察光学系。 The refractive index and Abbe number of the material of the first positive lens having the strongest refractive index among the two or more positive lenses are Ndp1 and νpd1, respectively, and the second strongest refractive index among the two or more positive lenses. The refractive index and Abbe number of the material of the positive lens are Ndp2, νdp2, the average value of the refractive index Ndp1 and the refractive index Ndp2 is (Ndp1, Ndp2) ave, and the average value of the Abbe number νdp1 and the Abbe number νdp2 is (. When νdp1, νpd2) ave,
0.03 <(Ndp1, Ndp2) ave / (νdp1, νdp2) ave <0.12
The observation optical system according to claim 1, wherein the observation optical system satisfies the conditional expression.
０．１＜（ｆｐ１，ｆｐ２）ａｖｅ／ｆ＜１．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の観察光学系。 The focal length of the first positive lens having the strongest refractive power among the two or more positive lenses is fp1, and the focal length of the second positive lens having the second strongest refractive power among the two or more positive lenses is fp2. When the average value of the focal length fp1 and the focal length fp2 is (fp1, fp2) ave and the focal length of the observation optical system is f,
0.1 <(fp1, fp2) ave / f <1.0
The observation optical system according to claim 1 or 2, wherein the conditional expression is satisfied.
０．８＜ｆｄ／ｆ＜８００．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の観察光学系。 When the focal length of the lens including the diffractive optical surface is fd and the focal length of the observation optical system is f,
0.8 <fd / f <800.0
The observation optical system according to any one of claims 1 to 3, wherein the conditional expression is satisfied.
０．２＜Ｌｄｄ／Ｔｌｄ＜４．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の観察光学系。 The distance from the image display surface side of the observation optical system to the lens surface of the lens having the diffractive optical surface on the image display surface side is Ldd, and the observation of the lens having the diffractive optical surface from the image display surface side of the observation optical system. When the distance to the lens surface on the surface side is T1d,
0.2 <Ldd / Tld <4.0
The observation optical system according to any one of claims 1 to 4, wherein the conditional expression is satisfied.
−１．１＜ｆｎ１／ｆ＜−０．１
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の観察光学系。 When the focal length of the first negative lens having the strongest refractive power among the one or more negative lenses is fn1 and the focal length of the observation optical system is f,
-1.1 <fn1 / f <-0.1
The observation optical system according to any one of claims 1 to 5, wherein the conditional expression is satisfied.
１．５０＜Ｎｄｎ１＜２．１５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の観察光学系。 When the refractive index of the material of the first negative lens having the strongest refractive power among the one or more negative lenses is Ndn1.
1.50 <Ndn1 <2.15
The observation optical system according to any one of claims 1 to 6, wherein the conditional expression is satisfied.
１７＜νｄｎ１＜３０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の観察光学系。 When the Abbe number of the material of the first negative lens having the strongest refractive power among the one or more negative lenses is νdn1.
17 <νdn1 <30
The observation optical system according to any one of claims 1 to 7, wherein the conditional expression is satisfied.
０．２４＜Ｙ／ｆ＜０．７０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１３に記載の画像表示装置。 When half of the diagonal length of the image display surface is Y and the focal length of the observation optical system is f,
0.24 <Y / f <0.70
The image display device according to claim 13, wherein the conditional expression is satisfied.
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