JP2022136208A - 観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像表示面の画像を高い視野角で観察可能で、諸収差を良好に補正し高い光学性能を確保しつつ、長いアイポイントの確保が容易な観察装置を得ること。
【解決手段】 画像を表示する画像表示素子と、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接眼光学系を有する観察装置において、接眼光学系は、画像表示面から観察側へ順に配置された、正の屈折力の第１レンズ、負の屈折力の第２レンズ、正の屈折力の第３レンズを有し、第１レンズの焦点距離ｆ１、第３レンズの焦点距離ｆ３、接眼光学系の焦点距離ｆ、画像表示面の対角線長の半分Ｈを各々適切に設定すること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、観察装置に関する。

従来、電子ビューファインダー（観察装置）においては、液晶画面等の画像表示素子に表示された画像を拡大観察する為に接眼光学系が用いられている。

この接眼光学系には、画像表示面の視認性を高めるために、十分に広い視野角（高い観察倍率）と、十分に長いアイレリーフ（観察側のレンズ面からアイポイントまでの距離）、収差が良好に補正された高い光学性能を有すること等が要望されている。更に観察装置の小型化の要望より、観察装置に用いる画像表示素子は小さな寸法（例えば対角長で１０もｍｍ～２０ｍｍ）であることが要求されている。

従来、観察視野角の大きい接眼光学系が種々と提案されている（特許文献１、２）。特許文献１では画像表示面側より観察側に向かって、正の屈折力の第１レンズ、画像表示面側に凹面を向けたメニスカス形状の負の屈折力の第２レンズ、正の屈折力の第３レンズを有した接眼光学系を開示している。

特許文献１では、第２レンズの焦点距離と、第１レンズと第２レンズの光軸上の間隔、第２レンズと第３レンズの光軸上の間隔、第１レンズの観察側のレンズ面の曲率半径、第２レンズの画像表示面側のレンズ面の曲率半径等を適切に設定している。これにより、視野角（観察視野角）が広く、各レンズの敏感度を軽減した高性能な接眼光学系を提案している。

また、特許文献２では画像表示面側より観察側へ向かって、正の屈折力の第１レンズ、負の屈折力の第２レンズ、正の屈折力の第３レンズを有した接眼光学系を開示している。特許文献２では、第１レンズの焦点距離、第２レンズの焦点距離、全系の焦点距離を各々適切に設定することで、視野角が大きく像面湾曲、歪曲収差の諸収差を良好に補正した接眼光学系を提案している。

特開２０１４－２０２７７０号公報 特開２０１４－２２８５８３号公報

観察装置に用いられる接眼光学系において、視野角が広く、しかもアイレリーフを長く確保するには、接眼光学系のレンズ構成及び各レンズの屈折力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接眼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。

例えば全系の屈折力が弱くなると、広い視野角を得るのが困難になる。また、各レンズの屈折力配置が適切に配置されていないと、アイレリーフを長くするのが困難になる。また接眼光学系より離れて観察すると、観察視野の周辺で像が陰り易くなる。

本発明は、画像表示面の画像を高い視野角で観察可能で、諸収差を良好に補正し高い光学性能を確保しつつ、長いアイポイントの確保が容易な観察装置の提供を目的としている。

本発明の観察装置は、画像を表示する画像表示素子と、該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接眼光学系を有する観察装置において、
前記接眼光学系は、前記画像表示面から観察側へ順に配置された、正の屈折力の第１レンズ、負の屈折力の第２レンズ、正の屈折力の第３レンズを有し、
最も観察側に平板であるカバーガラスを配置し、
前記第３レンズは、観察側に凸面を向けたメニスカス形状であり、
前記第１レンズの焦点距離をｆ１、前記第３レンズの焦点距離をｆ３、前記接眼光学系の焦点距離をｆ、前記画像表示面の対角線長の半分をＨ、前記第２レンズの画像表示面側のレンズ面の近軸曲率半径をｒ２１、前記第２レンズの観察側のレンズ面の近軸曲率半径をｒ２２とするとき、
０．３０５＜Ｈ／ｆ＜０．４４０
０．４８＜ｆ１／ｆ３＜１．２４
－４０．０＜（ｒ２１＋ｒ２２）／（ｒ２１－ｒ２２）≦－１．０２２
なる条件式を満足することを特徴としている。

本発明によれば、画像表示面の画像を高い視野角で観察可能で、諸収差を良好に補正し高い光学性能を確保しつつ、長いアイポイントの確保が容易な観察装置が得られる。

実施例１の観察装置に係る接眼光学系の断面図 実施例１の観察装置に係る接眼光学系の収差図 実施例２の観察装置に係る接眼光学系の断面図 実施例２の観察装置に係る接眼光学系の収差図 実施例３の観察装置に係る接眼光学系の断面図 実施例３の観察装置に係る接眼光学系の収差図 実施例４の観察装置に係る接眼光学系の断面図 実施例４の観察装置に係る接眼光学系の収差図 参考例１の観察装置に係る接眼光学系の断面図 参考例１の観察装置に係る接眼光学系の収差図

以下、実施例にかかる接眼光学系及びそれを有する観察装置について説明する。本発明の観察装置は、画像を表示する画像表示素子と、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接眼光学系を有する。

各実施例に係る接眼光学系は、画像表示面に表示された画像を観察する。接眼光学系は画像表示面から観察側へ順に配置された、正の屈折力の第１レンズ、負の屈折力の第２レンズ、正の屈折力の第３レンズを有する。第３レンズの観察側に正又は負の屈折力の第４レンズを有していても良い。

図１は実施例１の観察装置のレンズ断面図である。図２は本発明の実施例１に係る接眼光学系の視度が－１．０ディオプター（標準視度）における収差図である。

図３は実施例２の観察装置のレンズ断面図である。図４は実施例２に係る接眼光学系の視度が－１．０ディオプターにおける収差図である。

図５は実施例３の観察装置のレンズ断面図である。図６は実施例３に係る接眼光学系の視度が－１．０ディオプターにおける収差図である。

図７は実施例４の観察装置のレンズ断面図である。図８は実施例４に係る接眼光学系の視度が－１．０ディオプターにおける収差図である。

図９は参考例１の観察装置のレンズ断面図である。図１０は参考例１に係る接眼光学系の視度が－１．０ディオプターにおける収差図である。

各実施例は、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は接眼光学系である。Ｌｉは第ｉレンズである。ＩＰ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。ＣＧ１はカバーガラスである。

各収差図のうち球面収差図において、実線のｄはｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、点線のＦはＦ線（波長４８６．１ｎｍ）を示す。非点収差図においてＳ（実線）はｄ線のサジタル像面、Ｍ（破線）はｄ線のメリディオナル像面を示す。歪曲はｄ線について示している。倍率色収差はＦ線について示している。Ｈ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。

画像表示素子の画像表示面の対角長が１０ｍｍ～２５ｍｍの小型の画像表示面（表示パネル）を視野角が３０度～４５度で拡大観察するためには、接眼光学系に強い正の屈折力（パワー）が必要である。さらに、アイレリーフを長くするためには、接眼光学系のＦナンバーを明るくする必要があり、そのためには、接眼光学系の光線有効範囲を広くする必要がある。

このようにすると接眼光学系より、球面収差、像面湾曲、非点収差、色収差が多く発生し、これらの諸収差の補正が難しくなる。このときの球面収差、像面湾曲、非点収差、色収差等の残存収差により、画像表示面の全体、特に画像表示面の周辺の観察の際の光学性能が低下してくる。

このときの諸収差を改善するため、各実施例に係る接眼光学系Ｌ０では、次の構成を有している。画像表示面（物体面）ＩＰより観察面（アイポイント）ＥＰ側に順に配置した、正の屈折力の第１レンズＬ１と、負の屈折力の第２レンズＬ２と、正の屈折力の第３レンズＬ３を有するようにしている。

尚、各実施例において好ましくは第３レンズの観察面側に正の屈折力の第４レンズを有するように構成しても良い。

各実施例において、接眼光学系Ｌ０は、視度調整機構を有する。

各実施例において、第１レンズＬ１の焦点距離をｆ１、第３レンズＬ３の焦点距離をｆ３、接眼光学系Ｌ０の焦点距離をｆとする。画像表示面ＩＰの対角線長の半分をＨとする。

このとき、
０．３０５＜Ｈ／ｆ＜０．４４０ ・・・（１）
０．４８＜ｆ１／ｆ３＜１．２４ ・・・（２）
なる条件式を満足する。

各実施例に係る接眼光学系は、前述の如く構成することにより、視野角が広く、アイレリーフが長く、かつ球面収差、像面湾曲、非点収差、色収差を始めとする諸収差が十分に補正された高い光学性能を得ている。

次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。条件式（１）は、画像表示面ＩＰの対角線長の半分（物体面の最大高さ）と接眼光学系の焦点距離の関係を規定している。広い視野角（観察視野角）と球面収差、像面湾曲、非点収差等の諸収差を補正するためのものである。

この条件式（１）の上限値を超えると、画像表示面ＩＰの最大高さの光線の光路を確保するために、接眼光学系Ｌ０の有効系が大きくなり各レンズのパワーバランスが低下する。かつ、画像表示面ＩＰの最大高さに対する接眼光学系Ｌ０の焦点距離が小さくなる。これらの理由から、球面収差、像面湾曲、非点収差等の諸収差の補正効果が不十分となる。この条件式（１）の下限値を越えると、画像表示面ＩＰの最大高さに対して、接眼光学系Ｌ０の焦点距離が大きくなりすぎ、視野角を広くすることが困難になる。

条件式（２）は、第１レンズＬ１と第３レンズＬ３の焦点距離の比を規定する。条件式（２）は主に球面収差、像面湾曲、非点収差等の諸収差を良好に補正しつつ、広い視野角と長いアイレリーフを得るためのものである。

この条件式（２）の上限値を超えて、第１レンズＬ１の正のパワー（屈折力）が弱くなると、球面収差、像面湾曲、非点収差等の諸収差の補正が不十分となる。この条件式（２）の下限を越えて、第１レンズＬ１のパワーが強くなりすぎると、広い観察視野を確保しつつアイレリーフを長くすることが難しい。更に好ましくは条件式（１）、（２）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
０．３０６＜Ｈ／ｆ＜０．４３５ ・・・（１ａ）
０．４９＜ｆ１／ｆ３＜１．２２ ・・・（２ａ）

第２レンズＬ２の画像表示面側のレンズ面の近軸曲率半径をｒ２１、第２レンズＬ２の観察側のレンズ面の近軸曲率半径をｒ２２とする。第１レンズＬ１の観察側のレンズ面の近軸曲率半径 をｒ１２、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の間隔をｄ１２とする。このとき、次の条件式のうち１つ以上を満足するのが良い。
－４０．０＜（ｒ２１＋ｒ２２）／（ｒ２１－ｒ２２）＜－０．９ ・・・（３）
０．００＜（１／ｒ１２－１／ｒ２１＋ｄ１２／（ｒ１２×ｒ２１×３））＜０．１２
・・・（４）

後述する数値データにおいてはｒ２がｒ１２、ｒ３がｒ２１、ｒ４がｒ２２に相当する。

次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。

条件式（３）は、第２レンズＬ２のレンズ形状を規定する。条件式（３）は、広い視野角と長いアイレリーフを確保しつつ、諸収差を良好に補正するためのものである。

この条件式（３）の上限値を超えると、第２レンズＬ２のパワーバランスが低下し、アイレリーフが短くなる。この条件式（３）の下限値を超えると、第２レンズＬ２の観察側のレンズ面の曲率形状が急になり、球面収差、像面湾曲、非点収差等の諸収差の補正が困難となる。

条件式（４）は、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２の間で形状される空気レンズの負のパワーを規定している。条件式（４）は主に像面湾曲、非点収差、歪曲収差の諸収差を良好に補正しつつ、長いアイレリーフを確保するためのものである。

この条件式（４）の上限を超えると、空気レンズの負のパワーが強くなり過ぎる（負の屈折力の絶対値が大きくなりすぎる）ため、球面収差、像面湾曲、非点収差等の諸収差の補正が不十分となる。この条件式（４）の下限を越えると、空気レンズの負の屈折力が弱くなり（負の屈折力の絶対値が小さくなり）、空気レンズで光線が集光されるため、アイレリーフがみじかくなる。

更に好ましくは条件式（３）、（４）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
－３５．０＜（ｒ２１＋ｒ２２）／（ｒ２１－ｒ２２）＜－１．０ ・・・（３ａ）
０．００５＜（１／ｒ１２－１／ｒ２１＋ｄ１２／（ｒ１２×ｒ２１×３））
＜０．１００
・・・（４ａ）

以下に本発明の各実施例の接眼光学系に対応する数値データを示す。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。ｒ０は表示パネル（画像表示面）である。数値データ１、３乃至５においてｒ７、ｒ８はカバーガラス、数値データ２においてｒ９、ｒ１０はカバーガラスである。

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。

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、接眼光学系は、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近軸曲率半径の欄に「＊」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。

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、ｃ２、ｃ４、ｃ６、ｃ８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。各数値データにおける前述の各条件式の計算結果を表１に示す。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

［数値データ１］
単位 ｍｍ

［数値データ２］
単位 ｍｍ

［数値データ３］
単位 ｍｍ

［数値データ４］
単位 ｍｍ

［数値データ５］
単位 ｍｍ

Ｌ０ 接眼レンズ
Ｌ１ 第１レンズ
Ｌ２ 第２レンズ
Ｌ３ 第３レンズ
Ｌ４ 第４レンズ

Claims (6)

1. 画像を表示する画像表示素子と、該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接眼光学系を有する観察装置において、
   前記接眼光学系は、前記画像表示面から観察側へ順に配置された、正の屈折力の第１レンズ、負の屈折力の第２レンズ、正の屈折力の第３レンズを有し、
   最も観察側に平板であるカバーガラスを配置し、
   前記第３レンズは、観察側に凸面を向けたメニスカス形状であり、
   前記第１レンズの焦点距離をｆ１、前記第３レンズの焦点距離をｆ３、前記接眼光学系の焦点距離をｆ、前記画像表示面の対角線長の半分をＨ、前記第２レンズの画像表示面側のレンズ面の近軸曲率半径をｒ２１、前記第２レンズの観察側のレンズ面の近軸曲率半径をｒ２２とするとき、
   ０．３０５＜Ｈ／ｆ＜０．４４０
   ０．４８＜ｆ１／ｆ３＜１．２４
   －４０．０＜（ｒ２１＋ｒ２２）／（ｒ２１－ｒ２２）≦－１．０２２
   なる条件式を満足することを特徴とする観察装置。
2. 前記第１レンズの観察側のレンズ面の近軸曲率半径をｒ１２、前記第２レンズの画像表示面側のレンズ面の近軸曲率半径 をｒ２１、前記第１レンズの観察側のレンズ面と第２レンズの画像表示側のレンズ面との光軸上の間隔をｄ１２とするとき、
   ０．００＜（１／ｒ１２－１／ｒ２１＋ｄ１２／（ｒ１２×ｒ２１×３））＜０．１２
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の観察装置。
3. 前記接眼光学系は、前記画像表示面から観察側へ順に配置された、前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ、正の屈折力の第４レンズより構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の観察装置。
4. 前記第１レンズは、両凸形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の観察装置。
5. 前記第４レンズは、観察側に凸面を向けたレンズであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の観察装置。
6. 前記接眼光学系は、視度調整機構を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の観察装置。

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