JP2021081530A - 観察光学系および光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの半透過面を用い、小型化でありながらも視度調節に際して像面湾曲が生じにくい観察光学系を提供する。【解決手段】観察光学系は、瞳面ＳＰから表示面ＩＤに表示された原画の光学像を観察可能とする。観察光学系は、瞳面側から表示面側に順に配置された、第１の半透過面ＨＭ１および第２の半透過面ＨＭ２を有する第１のレンズ群ＬＦと、少なくとも１枚の正レンズを有する第２のレンズ群ＬＲとを有する。第２のレンズ群を表示面に対して固定して第１のレンズ群を光軸方向に移動させることにより視度調節が可能に構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、原画の光学像の観察を可能とする観察光学系に関し、ヘッドウントディスプレイ（ＨＭＤ）や電子ビューファインダ（ＥＶＦ）等に好適な観察光学系に関する。

上記のような観察光学系には、近視や遠視の観察者に視度を合わせるために視度調節機能が設けられる。また、観察光学系を搭載する光学機器の小型化のためには、観察光学系の小型化が必要である。特許文献１には、２つの半透過面を用いた観察光学系が開示されている。

特許第３４４１１８８号公報

特許文献１に視度調節についての説明は無いが、観察光学系全体を移動させることで視度調節が可能である。しかしながら、観察光学系全体を移動させると像面湾曲（観察虚像面の湾曲）が発生し、その補正が困難である。

本発明は、２つの半透過面を用い、小型化でありながらも視度調節に際して像面湾曲が生じにくい観察光学系を提供する。

本発明の一側面としての観察光学系は、瞳面から表示面に表示された原画の光学像を観察可能とする。該観察光学系は、瞳面側から表示面側に順に配置された、第１の半透過面および第２の半透過面を有する第１のレンズ群と、少なくとも１枚の正レンズを有する第２のレンズ群とを有する。第２のレンズ群を表示面に対して固定して第１のレンズ群を光軸方向に移動させることにより視度調節が可能に構成されていることを特徴とする。なお、この観察光学系を有する光学機器も、本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、２つの半透過面を用い、視度調節に際して像面湾曲が生じにくい小型化の観察光学系を実現することができる。

実施例１の観察光学系の断面図。 実施例１の観察光学系の縦収差図（瞳径Φ３．５ｍｍ、アイレリーフ１８ｍｍ、視度０Ｄ）。 実施例１の観察光学系の縦収差図（瞳径Φ３．５ｍｍ、アイレリーフ１８ｍｍ、視度−４Ｄ）。 実施例２の観察光学系の断面図。 実施例２の観察光学系の縦収差図（瞳径Φ３．５ｍｍ、アイレリーフ１８ｍｍ、視度０Ｄ）。 実施例２の観察光学系の縦収差図（瞳径Φ３．５ｍｍ、アイレリーフ１８ｍｍ、視度−４Ｄ）。 実施例３の観察光学系の断面図。 実施例３の観察光学系の縦収差図（瞳径Φ３．５ｍｍ、アイレリーフ１８ｍｍ、視度０Ｄ）。 実施例３の観察光学系の縦収差図（瞳径Φ３．５ｍｍ、アイレリーフ１８ｍｍ、視度−４Ｄ）。 実施例４の観察光学系の断面図。 実施例４の観察光学系の縦収差図（瞳径Φ３．５ｍｍ、アイレリーフ１８ｍｍ、視度０Ｄ）。 実施例４の観察光学系の縦収差図（瞳径Φ３．５ｍｍ、アイレリーフ１８ｍｍ、視度−４Ｄ）。 偏光を利用したの観察光学系を説明する図。 実施例５の光学機器を示す図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１、図４、図７および図１０は、本発明の実施例１〜４の観察光学系の断面図である。

図１、図４、図７および図１０に示すように、各実施例の観察光学系は、その射出瞳が位置する瞳面ＳＰから原画が表示される表示面ＩＤの光学像を観察可能とする。原画は、液晶表示素子や有機ＥＬ素子等の画像表示素子（光変調素子）に表示される画像である。

各実施例の観察光学系は、瞳面側から表示面側に順に配置された、第１の半透過面ＨＭ１とおよび第２の半透過面ＨＭ２を有する第１のレンズ群（以下、視度調節レンズ群という）ＬＦと、少なくとも１枚の正レンズを有する第２のレンズ群（以下、後続レンズ群ＬＲ）とを有する。瞳面ＳＰに配置された眼を配置した観察者は、観察光学系により拡大された原画の光学像（虚像）を観察することができる。瞳面ＳＰには、光量絞りが配置されてもよい。

さらに各実施例の観察光学系は、後続レンズ群ＬＲを表示面ＩＤに対して固定して（不動として）視度調節レンズ群ＬＲを光軸方向に移動させることにより視度調節が可能に構成されている。

各実施例の観察光学系において、光軸上におけるアイポイントとしての瞳面ＳＰと最も瞳面側のレンズ面との間の間隔をアイレリーフという。収差の評価において、表示面側に発光点を設けて瞳面ＳＰに到達した光線の収差と、瞳面側に発光点を設けて表示面ＩＤに到達した光線の収差は一対一で対応する。このため各実施例では、表示面ＩＤに到達した光線の収差を評価する。図２、図３、図５、図６、図８、図９、図１１および図１２は、実施例１から４の観察光学系において観察者（人間）の瞳径をΦ３．５ｍｍとし、アイレイーフを１８ｍｍとしたときの縦収差図を示している。

各実施例の観察光学系は、表示面ＩＤからの光が第１の半透過面ＨＭ１と第２の半透過面ＨＭ２の間を往復して瞳面ＳＰに向かうトリプルパス構成を採ることで、観察光学系の全長を短縮している。第１の半透過面ＨＭ１と第２の半透過面ＨＭ２は、トリプルパス構成によってそれらの間隔の変化に対する収差敏感度が高いため、視度調節レンズ群ＬＦ内に設けている。

また、後続レンズ群ＬＲは、少なくとも１枚の正レンズを有することで、観察光学系全系の屈折力の一部を分担している。

さらに視度調時に後続レンズ群ＬＲを表示面ＩＤに対して固定しつつ、視度調節レンズ群ＬＦを光軸方向に移動させる構成を採ることで、視度調節時における観察画像の周辺部の像面湾曲の変動（視度ずれ）を良好に補正する。

表示面ＩＤの近傍に塵埃が付着した場合に、観察者の眼の焦点調節機能によって該塵埃が明瞭に観察される可能性がある。観察光学系の全体を光軸方向に移動させて視度調節を行う場合において上記のように塵埃が観察されることを避けるためには、観察光学系における最も表示面側のレンズ面から表示面ＩＤまでの距離であるバックフォーカスを長く確保する必要がある。しかし、各実施例のように視度調節時に表示面ＩＤに対して固定の後続レンズ群ＬＲを設けることで、表示面ＩＤの近傍の空間を後続レンズ群ＬＲを利用して密閉構造とすることができる。これにより、表示面ＩＤの近傍への塵埃の付着を避けることが可能となり、この結果、観察光学系のバックフォーカスを短縮することができ、観察光学系の光軸方向での厚みをさらに薄くすることができる。

各実施例の観察光学系は、以上の基本的な構成により、小型化と広視野角化を両立でき、視度調節時における像面湾曲の発生を抑えた高い光学性能を有する。

各実施例の観察光学系は、以下の式（１）〜（９）に示す条件のうち少なくとも１つを満足することが望ましい。式（１）〜（９）において、前述したように観察光学系（後続レンズ群ＬＲ）における最も表示面側のレンズ面から表示面ＩＤまでの距離としてのバックフォーカスをｓｋｄとする。このときの観察光学系の視度は０Ｄ（ディオプタ）であり、最も表示面側のレンズ面から表示面ＩＤとの間にガラスブロックが配置されている場合はその空気換算長をバックフォーカスｓｋｄに含める。第２の半透過面ＨＭ２の曲率半径をＲＨＭ２とする。観察光学系の全長をＯＡＬとする。全長ＯＡＬは、観察光学系の視度が０Ｄであるときの瞳面ＳＰを除く観察光学系の最も瞳面側の第１面の光軸上での面頂点から表示面ＩＤまでの距離である。最も表示面側のレンズ面から表示面ＩＤとの間にガラスブロックが配置されている場合はｄ線に対するガラスブロックの空気換算長を全長ＯＡＬに含める。

また、視度調節レンズ群ＬＦの最大有効径をＤＦとし、後続レンズ群ＬＲの最大有効径をＤＲとする。視度調節レンズ群ＬＦと後続レンズ群ＬＲの最大有効径は、それらのレンズ群のうち表示面ＩＤからの光が通過する領域の最大径である。さらに視度調節レンズ群ＬＦの焦点距離をｆＦとし、後続レンズ群ＬＲの焦点距離をｆＲとし、観察光学系の全系の焦点距離をｆとする。また、視度０Ｄ（基準状態）における視度調節レンズ群ＬＦと後続レンズ群ＬＲとの光軸上での間隔をＤＦＲとする。

−０．０８≦ｓｋｄ／ＲＨＭ２＜０．０ （１）
５．０≦ＯＡＬ／ｓｋｄ≦２０．０ （２）
１．０≦ＤＦ／ＤＲ≦２．０ （３）
０．１≦ｆＦ／ｆＲ≦２．０ （４）
−１．０≦ｆ／ＲＨＭ２＜０．０ （５）
０．０１≦ｓｋｄ／ｆ≦０．３０ （６）
０．８≦ｆＦ／ｆ≦２．０ （７）
０．５≦ｆＲ／ｆ≦１０．０ （８）
０．０５≦ＤＦＲ／ｆＦ≦０．５０ （９）
式（１）の条件は、観察光学系のバックフォーカスと第２の半透過面ＨＭ２の曲率半径との比に関する条件である。ｓｋｄ／ＲＨＭ２が式（１）の条件を満足することで、広い視野角と高い光学性能を有しつつ観察光学系の厚みを薄くすることができる。ｓｋｄ／ＲＨＭ２が式（１）の下限を下回ると、第２の半透過面ＲＨＭ２の曲率半径がバックフォーカスに比べて小さくなりすぎる。この結果、第２の半透過面ＲＨＭ２の正のパワーの反射面としての作用が強まりすぎ、該反射面で発生するペッツバール項の補正が困難となる。また、バックフォーカスが大きくなりすぎると、観察光学系の全長が増加する。一方、ｓｋｄ／ＲＨＭ２が式（１）の上限を上回ると、第２の半透過面ＲＨＭ２の反射面としての作用は平面鏡または凸面鏡と同等となり、該反射面で正のパワーを分担できなくなる。この結果、広い視野角を確保するため観察光学系の全系の屈折力を大きくしようとすると、像面湾曲の補正が困難となるため、好ましくない。

式（２）の条件は、観察光学系の全長とバックフォーカスとの比に関する条件である。ＯＡＬ／ｓｋｄが式（２）の条件を満足することで、観察光学系の全系の小型化と適切なバックフォーカスの確保とを両立させることができる。ＯＡＬ／ｓｋｄが式（２）の下限を下回ると、バックフォーカスが全長に占める比率が大きくなりすぎる。この結果、観察光学系の全系の焦点距離が大きく（屈折力が小さく）なり、観察光学系の虚像倍率が低下して広視野角化が困難となる。一方、ＯＡＬ／ｓｋｄが式（２）の上限を上回ると、バックフォーカスが全長に占める比率が小さくなりすぎる。この結果、原画を表示する画像表示素子の表示面を保護するガラスプレート等のガラスブロックを配置する間隔を確保することで全長が増加する。

式（３）の条件は、視度調節レンズ群ＬＦと後続レンズ群ＬＲの最大有効径の比に関する条件である。ＤＦ／ＤＲが式（３）の条件を満足することで、広視野角かつ長いアイレリーフを確保しつつ、小型の画像表示素子に対応可能な観察光学系を実現できる。ＤＦ／ＤＲが式（３）の下限を下回ると、視度調節レンズ群ＬＦのレンズ外径が後続レンズ群ＬＲのレンズ外径に対して小さくなりすぎる。この結果、所望の視野角を確保するためのアイレリーフが短くなりすぎたり、大型の画像表示素子にしか対応できなくなって観察光学系が大型化したりする。一方、ＤＦ／ＤＲが式（３）の上限を上回ると、視度調節レンズ群ＬＦのレンズ外径が後続レンズ群ＬＲのレンズ外径に対して大きくなりすぎて、視度調節時に移動する視度調節レンズ群ＬＦが大径化してこれを駆動する機構も大型化するため、好ましくない。

式（４）の条件は、視度調節レンズ群ＬＦの焦点距離と後続レンズ群ＬＲの焦点距離との比に関する条件である。ｆＦ／ｆＲが式（４）の条件を満足することで、視度調節時においても高い光学性能を実現することができる。ｆＦ／ｆＲが式（４）の下限を下回ると、視度調節レンズ群ＬＦの焦点距離が後続レンズ群ＬＲの焦点距離に比べて小さくなりすぎる。この結果、視度調節レンズ群ＬＦの屈折力が強くなりすぎ、観察光学系の全体を移動させて視度調節を行う場合の課題である像面湾曲の変動の補正が困難となる。一方、ｆＦ／ｆＲが式（４）の上限を上回るとと、視度調節レンズ群ＬＦの焦点距離が後続レンズ群ＬＲの焦点距離に比べて大きくなりすぎ、視度調節時におけるレンズ群ＬＦの移動量が増加して観察光学系が大型化するため、好ましくない。

式（５）の条件は、第２の半透過面ＨＭ２の曲率半径と観察光学系の全系の焦点距離との比に関する条件である。ｆ／ＲＨＭ２が式（５）の条件を満足することで、第２の半透過面ＲＨＭ２の曲率を緩めて高い光学性能を実現しつつ観察光学系の厚みを薄くすることができる。ｆ／ＲＨＭ２が式（５）の下限を下回ると、第２の半透過面ＲＨＭ２の曲率半径が小さくなりすぎる。この結果、反射面としての第２の半透過面ＲＨＭ２で発生するペッツバール項の補正が困難となるとともに、観察光学系の厚みが増加するため、好ましくない。一方、ｆ／ＲＨＭ２が式（５）の上限を上回ると、第２の半透過面ＲＨＭ２の反射面としての作用は平面鏡または凸面鏡と同等となり、反射面で正のパワーを分担できず、広い視野角を確保することが困難となるため、好ましくない。

式（６）の条件は、観察光学系のバックフォーカスと全系の焦点距離との比に関する条件である。ｓｋｄ／ｆ が式（６）の条件を満足することで、観察光学系の厚みを薄くすることができる。ｓｋｄ／ｆ が式（６）の下限を下回ると、全系の焦点距離に比べてバックフォーカスが小さくなりすぎる。この結果、観察光学系の広視野角化が困難となったり、上述したガラスブロックの配置が困難になったりする。一方、ｓｋｄ／ｆ が式（６）の上限を上回ると、全系の焦点距離に比べてバックフォーカスが大きくなりすぎ、観察光学系の全長が増加するため、好ましくない。

式（７）の条件は、視度調節レンズ群ＬＦの焦点距離と観察光学系の全系の焦点距離との比に関する条件である。ｆＦ／ｆが式（７）の条件を満足することで、視度調節レンズ群ＬＦの視度調節の敏感度を適切にすることができる。ｆＦ／ｆが式（７）の下限を下回ると、全系の焦点距離に比べて視度調節レンズ群ＬＦの焦点距離が小さくなりすぎる。この結果、視度調節レンズ群ＬＦのパワーが強くなりすぎ、視度調節時における収差変動の補正が困難となる。一方、ｆＦ／ｆが式（７）の上限を上回ると、全系の焦点距離に比べて視度調節レンズ群ＬＦの焦点距離が大きくなりすぎ、視度調節の敏感度が低下して視度調節レンズ群ＬＦの移動量が増加し、観察光学系が大型化するため、好ましくない。

式（８）の条件は、後続レンズ群ＬＲの焦点距離と観察光学系の全系の焦点距離との比に関する条件である。ｆＲ／ｆが式（８）の条件を満足することで、視度調節時における収差補正を視度調節レンズ群ＬＦに適切に分担させることができる。ｆＲ／ｆが式（８）の下限を下回ると、全系の焦点距離に比べて後続レンズ群ＬＲの焦点距離が小さくなりすぎる。この結果、後続レンズ群ＬＲのパワーが強くなりすぎる、観察光学系の基準状態（視度０Ｄ）での像面湾曲の補正が困難となる。一方、ｆＲ／ｆが式（８）の上限を上回ると、全系の焦点距離に比べて後続レンズ群ＬＲの焦点距離が大きくなりすぎ、収差補正への寄与が低下することで視度調節時における像面湾曲の変動の補正が困難となるため、好ましくない。

式（９）の条件は、視度調節レンズ群ＬＦにおける最も表示面側のレンズ面の面頂点と後続レンズ群ＬＲにおける最も瞳面側のレンズ面の面頂点との光軸上での間隔と、視度調節レンズ群ＬＦの焦点距離との比に関する条件である。ＤＦＲ／ｆＦが式（９）の条件を満足することで、視度調節時において視度調節レンズ群ＬＦの移動するスペースを確保している。ＤＦＲ／ｆＦが式（９）の下限を下回ると、視度調節レンズ群ＬＦと後続レンズ群ＬＲの光軸上での間隔が小さくなりすぎる。この結果、マイナス側に視度調節をする際に視度調節レンズ群ＬＦと後続レンズ群ＬＲとが干渉する。一方、ＤＦＲ／ｆＦが式（９）の上限を上回ると、視度調節レンズ群ＬＦと後続レンズ群ＬＲの光軸上での間隔が大きくなりすぎ、観察光学系の全長が増加するため、好ましくない。

実施例１〜３では、式（１）から（９）の数値範囲を以下の範囲とするとより好ましい。ただし、式（４ａ）は実施例１〜３のみ満足すればよい。

−０．０６≦ｓｋｄ／ＲＨＭ２≦−０．０１ （１ａ）
７．５≦ＯＡＬ／ｓｋｄ≦１８．０ （２ａ）
１．０５≦ＤＦ／ＤＲ≦１．７５ （３ａ）
０．１５≦ｆＦ／ｆＲ≦１．５０ （４ａ）
−０．７０≦ｆ／ＲＨＭ２≦−０．１５ （５ａ）
０．０３≦ｓｋｄ／ｆ≦０．２３ （６ａ）
０．９≦ｆＦ／ｆ≦１．７ （７ａ）
０．６５≦ｆＲ／ｆ≦７．０ （８ａ）
０．０８≦ＤＦＲ／ｆＦ≦０．４０ （９ａ）
また式（１ａ）から（９ａ）の数値範囲を以下の範囲とするとさらに好ましい。ただし、式（４ｂ）と式（７）は実施例１〜３のみ満足すればよい。

−０．０５≦ｓｋｄ／ＲＨＭ２≦−０．０２ （１ｂ）
９．０≦ＯＡＬ／ｓｋｄ≦１５．０ （２ｂ）
１．１≦ＤＦ／ＤＲ≦１．５ （３ｂ）
０．２≦ｆＦ／ｆＲ≦１．０ （４ｂ）
−０．４≦ｆ／ＲＨＭ２≦−０．３１ （５ｂ）
０．０６≦ｓｋｄ／ｆ≦０．１３ （６ｂ）
１．０≦ｆＦ／ｆ≦１．２ （７ｂ）
０．８≦ｆＲ／ｆ≦４．０ （８ｂ）
０．１≦ＤＦＲ／ｆＦ≦０．３ （９ｂ）
各実施例の観察光学系では、第１の半透過面ＨＭ１を平面としている。また好ましくは第１の半透過面ＨＭ１として、偏光選択性半透過反射素子を用いることが望ましい。偏光選択性半透過反射素子としては、例えば、旭化成株式会社製「ＷＧＦ」がある。このようなフイルム状の偏光素子は曲面への適用も可能であるが、平面として配置することで、フイルム湾曲時の応力による軸方位のずれや面形状の変化、外観不良等のデメリットを低減することができる。

また実施例４の観察光学系のように、瞳面ＳＰと視度調節レンズ群ＬＦとの間に視度調節時に表示面ＩＤに対して固定のレンズ群Ｌ１を配置してもよい。このようなレンズ群Ｌ１を配置することで、可動の視度調節レンズ群ＬＦを瞳面側から直接手等で触れることがなくなるため、外乱に対してより堅牢な観察光学系とすることができる。

実施例１〜４の観察光学系は、以下のような構成を採ることで、光量低下を抑制しつつ半透過面で１度も反射することなく透過する光路からのゴースト光（不要光の漏れ）を低減することができる。図１３は、偏光を利用した観察光学系の構成を示している。図１３において、第１の半透過面ＨＭ１は、瞳面側から表示面側に順に配置された偏光選択性半透過反射素子Ａと第１の１／４波長板Ｂとを有する。また第２の半透過面ＨＭ２は、ハーフミラーＣにより構成されている。第２の半透過面ＨＭ２と表示面ＩＤとの間には、第２の１／４波長板Ｄと偏光板Ｅとが配置されている。図中の直線矢印、円矢印および丸の中に点を有する記号は、それらが付された位置を進む光の偏光方向を示している。

偏光選択性半透過反射素子Ａは、偏光板Ｅを通過したときと同じ偏光方向を有する直線偏光を反射し、これに直交する偏光方向を有する直線偏光を透過するように構成された素子であり、例えばワイヤーグリッド偏光子である。ワイヤーグリッド偏光子のワイヤーグリッド形成面が半透過面として機能する。また、第１の１／４波長板Ｂと第２の１／４波長板Ｄは、それぞれの遅相軸が互いに９０°傾いた状態で配置され、かつ偏光板Ｅの偏光透過軸に対して第１の１／４波長板Ｂの遅相軸が４５°傾いた状態で配置されている。ハーフミラーＣは、例えば誘電体多層膜や金属蒸着により形成されており、半透過面として機能する。

このように構成にされた観察光学系では、表示面ＩＤから出射した光は、偏光板Ｅで直線偏光に変換され、第２の１／４波長板Ｄによって円偏光に変換されてハーフミラーＣに入射する。ハーフミラーＣに入射した光の一部は反射されて逆回りの円偏光となり、第２の１／４波長板Ｄに戻る。第２の１／４波長板Ｄに戻った逆回りの円偏光は、第２の１／４波長板Ｄによって最初に偏光板Ｅを通過したときの偏光方向に対して直交する偏光方向を有する直線偏光に変換されて偏光板Ｅに戻り、該偏光板Ｅで吸収される。

一方、ハーフミラーＣに入射した光のうち残りはこれを透過して第１の１／４波長板Ｂによって偏光板Ｅを通過したときと同じ偏光方向の直線偏光に変換されて偏光選択性半透過反射素子Ａに入射する。この直線偏光は、偏光選択性半透過反射素子Ａの偏光選択性により反射される。偏光選択性半透過反射素子Ａで反射された光は、第１の１／４波長板Ｂによって最初に第２の１／４波長板Ｄによって円偏光に変換されたときとは逆回りの円偏光に変換されてハーフミラーＣに入射し、ここで反射される。

ハーフミラーＣで反射された光は、反射前の光と逆回りの円偏光となって第１の１／４波長板Ｂに入射し、最初に偏光板Ｅを通過したときの偏光方向に対して直交する偏光方向を有する直線偏光に変換されて偏光選択性半透過反射素子Ａに入射する。この直線偏光は、偏光選択性半透過反射素子Ａをその偏光選択性により透過して瞳面ＳＰに導かれる。

このように、第２の半透過面ＨＭ２を透過して第１の半透過面面ＨＭ１で反射し、第２の半透過面ＨＭ２で反射して第１の半透過面ＨＭ１を透過した光のみが瞳面ＳＰに導かれる。

図１に示す実施例１の観察光学系は、瞳面（ＳＰ）側から表示面（ＩＤ）側に順に配置された、第１の半透過面ＨＭ１および第２の半透過面ＨＭ２を有する視度調節レンズ群ＬＦと、１枚の正レンズからなる後続レンズ群ＬＲとにより構成されている。視度調節時には、後続レンズ群ＬＲを表示面ＩＤに対して固定して視度調節レンズ群ＬＦを光軸方向に移動させる。より具体的には、視度調節レンズ群ＬＦは、瞳面側から順に配置された、第１の半透過面ＨＭ１を有する平凸レンズと、第２の半透過面ＨＭ２を有する両凹形状の非球面レンズとにより構成されている。後続レンズ群ＬＲは、１枚の平凸レンズにより構成されている。

本実施例の具体的な数値例を数値例１として表１に示す。また図２は数値例１の観察光学系の瞳径Φ３．５ｍｍ、アイレリーフ１８ｍｍ、視度０Ｄでの縦収差図を示し、図３は数値例１の瞳径Φ３．５ｍｍ、アイレリーフ１８ｍｍ、視度−４Ｄでの縦収差図を示す。

図４に示す実施例２の観察光学系の基本構成は実施例１と同じである。ただし、視度調節レンズ群ＬＦが瞳面側から順に配置された、第１の半透過面ＨＭ１を有する平凸レンズと第２の半透過面ＨＭ２を有する平凹レンズとの接合レンズにより構成されている。第２の半透過面ＨＭ２を接合レンズの接合面に配置して空気との接触面を無くすることで、半透過幕金属膜における酸化等に対する耐環境性を向上することができる。また、後続レンズ群ＬＲは、１枚の両凸レンズにより構成されている。

本実施例の具体的な数値例を数値例２として表２に示す。また図５は数値例２の観察光学系の瞳径Φ３．５ｍｍ、アイレリーフ１８ｍｍ、視度０Ｄでの縦収差図を示し、図６は数値例２の瞳径Φ３．５ｍｍ、アイレリーフ１８ｍｍ、視度−４Ｄでの縦収差図を示す。

図７に示す実施例３の観察光学系の基本構成は実施例１と同じである。ただし、実施例１に比べて画像表示素子のサイズを大型化することでより広視野角化するとともに、各レンズの形状が実施例１と異なる。

本実施例の具体的な数値例を数値例３として表３に示す。また図８は数値例３の観察光学系の瞳径Φ３．５ｍｍ、アイレリーフ１８ｍｍ、視度０Ｄでの縦収差図を示し、図９は数値例３の瞳径Φ３．５ｍｍ、アイレリーフ１８ｍｍ、視度−４Ｄでの縦収差図を示す。

図１０に示す実施例４の観察光学系の基本構成は実施例１と同じである。ただし、実施例１に比べて画像表示素子のサイズを小型化するとともに、前述したように瞳面ＳＰと視度調節レンズ群ＬＦとの間に視度調節時に表示面ＩＤに対して固定のレンズ群Ｌ１を設け、さらに各レンズの形状が実施例１と異なる。

レンズ群Ｌ１は、瞳面側に凸のメニスカス形状の１枚の正の非球面レンズにより構成されている。また視度調節レンズ群ＬＦは、瞳面側から順に配置された、第１の半透過面ＨＭ１を有する平行平板と、第２の半透過面ＨＭ２を有して表示面ＩＤ側に凸のメニスカス形状の負レンズとにより構成されている。

後続レンズ群ＬＲは、瞳面側から順に配置された、両凸形状の非球面レンズと、平凸レンズとにより構成されている。

本実施例の具体的な数値例を数値例４として表４に示す。また図１１は数値例４の観察光学系の瞳径Φ３．５ｍｍ、アイレリーフ１８ｍｍ、視度０Ｄでの縦収差図を示し、図１２は数値例４の瞳径Φ３．５ｍｍ、アイレリーフ１８ｍｍ、視度−４Ｄでの縦収差図を示す。

上記各実施例の観察光学系は、小型化と広視野角化が両立され、視度調節時にも高い光学性能を有する。

なお、観察光学系で発生する歪曲収差や倍率色収差を、画像表示素子に表示する原画を補正することで電子的に補正することも可能である。

以下に数値例１〜４の諸数値を示す。各数値例の面データにおいて、面番号ｉは瞳面側から数えたときのｉ番目の面を示す。ｒはｉ番目の面の曲率半径（mm）、ｄはｉ番目と（ｉ＋１）番目の面間のレンズ厚または空気間隔（mm）、ｎｄはｉ番目の光学部材の材料のｄ線における屈折率である。νｄはｉ番目の光学部材の材料のｄ線を基準としたアッベ数である。アッベ数νｄは、フラウンホーファ線のｄ線（５８７．６ｎｍ）、Ｆ線（４８６．１ｎｍ）、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）における屈折率をＮｄ、ＮＦ、ＮＣとするとき、νｄ＝（Ｎｄ−１）／（ＮＦ−ＮＣ）で表される。有効径は、各面において原画からの光が通過する領域の最大径を示す。

面番号に付された「＊」は、その面が非球面形状を有する面であることを意味する。非球面形状は、光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を面頂点を基準にしてｘとし、Ｒを近軸曲率半径、ｋを円錐定数、Ａ４，Ａ６，Ａ８およびＡ１０を非球面係数とするとき、以下の式で表される。

ｘ＝（ｈ²／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）²｝^1/2］
＋Ａ４・ｈ⁴＋Ａ６・ｈ⁶＋Ａ８・ｈ⁸＋Ａ１０・ｈ¹⁰
各非球面係数における「ｅ±ＸＸＸ」は「×１０^±ＸＸＸ」を意味する。

また、各種データには、焦点距離（mm）、Fナンバー、半画角（°）、像高（mm）、観察光学系の全長OAL(mm)およびバックフォーカスskd(mm)等を示す。レンズ群データおよび単レンズデータにおいて、Ｇはガラスブロックを示す。

さらに数値例１〜４における式（１）〜（９）の値を表５にまとめて示す。
（表１）
数値例１
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1(SP) ∞ (可変) 3.50
2 ∞ 3.87 1.48749 70.2 25.50
3 -42.003 0.80 25.50
4* -40.519 -0.80 反射面 25.50
5 -42.003 -3.87 1.48749 70.2 25.50
6 ∞ 3.87 反射面 25.50
7 -42.003 0.80 25.50
8* -40.519 2.10 1.63550 23.9 25.50
9* 223.601 (可変) 21.00
10 ∞ 3.38 1.69680 55.5 19.00
11 -26.816 0.56 19.00
12 ∞ 0.80 1.51633 64.1 25.00
13 ∞ 0.30 25.00
ID ∞

非球面データ
第4面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.02196e-006 A 6= 3.03993e-008 A 8=-1.05562e-010 A10= 5.55446e-013

第8面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.02196e-006 A 6= 3.03993e-008 A 8=-1.05562e-010 A10= 5.55446e-013

第9面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.85813e-005 A 6= 2.95674e-008 A 8= 5.59443e-010 A10=-5.30609e-014

各種データ
焦点距離 13.99
Ｆナンバー 4.00
半画角 24.41
像高 6.35
OAL 14.45
skd(in air) 1.38

0.0D -4.0D
d 1 18.00 18.87
d 9 2.63 1.76

入射瞳位置 0.00
射出瞳位置 17.59
前側主点位置 25.31
後側主点位置 -13.69

レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
SP 1 ∞ 0.00 0.00 -0.00
LF 2 14.51 6.78 2.55 -8.45
LR 10 38.48 3.38 1.99 0.00
G 12 ∞ 0.80 0.26 -0.26

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 86.16
2 8 -53.81
3 10 38.48
G 12 0.00

（表２）
数値例２
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1(SP) ∞ (可変) 3.50
2 ∞ 3.63 1.48749 70.2 26.00
3 -40.438 -3.63 反射面 26.00
4 ∞ 3.63 反射面 26.00
5 -40.438 1.86 1.87070 40.7 26.00
6 ∞ (可変) 26.00
7 27.178 3.87 1.69680 55.5 18.00
8 -78.998 0.55 18.00
9 ∞ 0.80 1.51633 64.1 25.00
10 ∞ 0.30 25.00
ID ∞

各種データ
焦点距離 13.26
Ｆナンバー 3.79
半画角 25.60
像高 6.35
OAL 15.46
skd(in air) 1.38

0.0D -4.0D
d 1 18.00 18.90
d 6 4.44 3.54

入射瞳位置 0.00
射出瞳位置 15.44
前側主点位置 24.86
後側主点位置 -12.96

レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
SP 1 ∞ 0.00 0.00 -0.00
LF 2 14.82 5.49 1.75 -6.31
LR 7 29.46 3.87 0.59 -1.72
G 9 ∞ 0.80 0.26 -0.26

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 82.95
2 5 -46.44
3 7 29.46
G 9 0.00

（表３）
数値例３
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1(SP) ∞ (可変) 4.99
2 ∞ 5.23 1.48749 70.2 31.50
3 -47.003 0.83 31.50
4* -45.303 -0.83 反射面 32.00
5 -47.003 -5.23 1.48749 70.2 31.50
6 ∞ 5.23 反射面 31.50
7 -47.003 0.83 31.50
8* -45.303 1.73 1.63550 23.9 32.00
9* 287.628 (可変) 27.00
10 ∞ 5.03 1.59522 67.7 25.50
11 -33.994 0.22 25.50
12 ∞ 0.80 1.51633 64.1 30.00
13 ∞ 0.10 30.00
ID ∞

非球面データ
第4面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.46248e-007 A 6= 1.38723e-008 A 8=-4.08353e-011 A10= 1.26569e-013

第8面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.46248e-007 A 6= 1.38723e-008 A 8=-4.08353e-011 A10= 1.26569e-013

第9面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.20201e-005 A 6= 1.27623e-007 A 8=-4.33897e-010 A10= 7.63002e-013

各種データ
焦点距離 15.86
Ｆナンバー 4.53
半画角 29.27
像高 8.89
OAL 46.05
skd(in air) 0.85

0.0D -4.0D
d 1 18.00 19.06
d 9 1.99 0.93

入射瞳位置 0.00
射出瞳位置 25.91
前側主点位置 25.60
後側主点位置 -15.76

レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
SP 1 ∞ 0.00 0.00 -0.00
LF 2 16.10 7.79 3.37 -10.10
LR 10 57.11 5.03 3.15 0.00
G 12 ∞ 0.80 0.26 -0.26

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 96.42
2 8 -61.46
3 10 57.11
G 12 0.00

（表４）
数値例４
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1(SP) ∞ 18.00 3.50
2 43.600 1.38 1.53110 55.9 18.00
3* 122.693 (可変) 18.00
4 ∞ 1.00 1.51633 64.1 19.00
5 ∞ 2.43 19.00
6 -38.943 -2.43 反射面 19.50
7 ∞ -1.00 1.51633 64.1 19.00
8 ∞ 1.00 反射面 19.00
9 ∞ 2.43 19.00
10 -38.943 0.80 2.00272 19.3 19.50
11 -70.526 (可変) 17.60
12* 20.881 3.00 1.54390 56.0 16.50
13* -18.670 0.50 16.50
14 ∞ 3.32 1.48749 70.2 15.50
15 -15.787 0.80 15.00
16 ∞ 0.60 1.51633 64.1 20.00
17 ∞ 0.30 20.00
ID ∞

非球面データ
第3面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.14652e-007 A 6=-2.01734e-008 A 8= 2.91421e-010

第12面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.55694e-004 A 6=-1.25143e-006

第13面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.49295e-004 A 6=-1.35522e-006 A 8= 6.11466e-009 A10=-3.33498e-011

各種データ
焦点距離 13.78
Ｆナンバー 3.94
半画角 19.95
像高 5.00
OAL 18.80
skd(in air) 1.50

0.0D -4.0D
d 3 1.24 2.96
d11 3.43 1.71

入射瞳位置 0.00
射出瞳位置 8.62
前側主点位置 36.60
後側主点位置 -13.48

レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
SP 1 ∞ 0.00 0.00 -0.00
L1 2 126.58 1.38 -0.49 -1.39
LF 4 23.10 4.23 1.60 -7.65
LR 12 12.74 6.82 2.50 -2.51
G 16 ∞ 0.60 0.20 -0.20

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 126.58
2 4 0.00
3 10 -87.84
4 12 18.62
5 14 32.39
G 16 0.00

図１４は、本発明の実施例５としての光学機器を示しており、各実施例の接眼光学系を備えた撮像装置１００の概略図である。図１４において、撮影レンズ（撮像光学系）１０１により形成された被写体像は、光電変換素子である撮像素子１０２により電気信号に変換される。撮像素子１０２としては、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどが用いられる。

撮像素子１０２からの出力が画像処理回路１０３において処理されることにより、画像データが形成される。この画像データは、半導体メモリ、磁気テープ、光ディスクなどの記録媒体１０４に記録される。また、画像処理回路１０３にて形成された画像データは、電子ビューファインダ（ＥＶＦ）１０５に表示される。電子ビューファインダ１０５は、表示素子（液晶表示素子や有機ＥＬ素子等）１０５１および各実施例の接眼光学系１０５２を備えている。ユーザ１０６は、電子ビューファインダを観察しながら撮像を行うことが可能である。

各実施例の接眼光学系は、デジタルカメラやビデオカメラなどの種々の撮像装置に適用可能である。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

ＬＦ 視度調節レンズ群
ＬＲ 後続レンズ群
ＨＭ１ 第１の半透過面
ＨＭ２ 第２の半透過面
ＳＰ 瞳面
ＩＤ 表示面

Claims (13)

1. 瞳面から表示面に表示された原画の光学像を観察可能とする観察光学系であって、
   瞳面側から前記表示面側に順に配置された、
   第１の半透過面および第２の半透過面を有する第１のレンズ群と、
   少なくとも１枚の正レンズを有する第２のレンズ群とを有し、
   前記第２のレンズ群を前記表示面に対して固定して前記第１のレンズ群を光軸方向に移動させることにより視度調節が可能に構成されていることを特徴とする観察光学系。
2. 前記観察光学系のうち最も表示面側のレンズ面から前記表示面までの距離をｓｋｄとし、前記第２の半透過面の曲率半径を ＲＨＭ２とするとき、
   −０．０８≦ｓｋｄ／ＲＨＭ２＜０．０
   なる条件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。
3. 前記光学系の全長をＯＡＬとし、前記観察光学系のうち最も表示面側のレンズ面から前記原画までの距離をｓｋｄとするとき、
   ５．０≦ＯＡＬ／ｓｋｄ≦２０．０
   なる条件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。
4. 前記第１のレンズ群および前記第２のレンズ群のうち前記原画からの光が通過する領域の最大径をそれぞれ、ＤＦおよびＤＲとするとき、
   １．０≦ＤＦ／ＤＲ≦２．０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の観察光学系。
5. 前記第１のレンズ群の焦点距離をｆＦとし、前記第２のレンズ群の焦点距離をｆＲとするとき、
   ０．１≦ｆＦ／ｆＲ≦２．０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の観察光学系。
6. 前記第２の半透過面の曲率半径をＲＨＭ２とし、前記観察光学系の全系の焦点距離を ｆとするとき、
   −１．０≦ｆ／ＲＨＭ２＜０．０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の観察光学系。
7. 前記観察光学系のうち最も表示面側のレンズ面から前記表示面までの距離をｓｋｄとし、前記観察光学系の全系の焦点距離をｆとするとき、
   ０．０１≦ｓｋｄ／ｆ≦０．３０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の観察光学系。
8. 前記第１のレンズ群の焦点距離をｆＦとし、前記観察光学系の全系の焦点距離をｆとするとき、
   ０．８≦ｆＦ／ｆ≦２．０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の観察光学系。
9. 前記第２のレンズ群の焦点距離をｆＲとし、前記観察光学系の全系の焦点距離をｆとするとき、
   ０．５≦ｆＲ／ｆ≦１０．０
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の観察光学系。
10. 前記観察光学系の視度が０Ｄのときの前記第１のレンズ群と前記第２のレンズ群との光軸上の間隔をＤＦＲとし、前記第１のレンズ群の焦点距離をｆＦとするとき、
    ０．０５≦ＤＦＲ／ｆＦ≦０．５０
    なる条件を満足することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の観察光学系。
11. 前記第１の半透過面は平面であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の観察光学系。
12. 前記瞳面と前記第１のレンズ群との間に、前記第１のレンズ群が移動する際に固定のレンズ群を有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の観察光学系。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の観察光学系を有することを特徴する光学機器。

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