JP3674341B2

JP3674341B2 - 情報表示機能を有する観察光学系

Info

Publication number: JP3674341B2
Application number: JP29799198A
Authority: JP
Inventors: 一郎笠井
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 1998-10-20
Filing date: 1998-10-20
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2018-10-20
Also published as: US20030123114A1; JP2000122158A; US6914726B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は観察光学系に関するものであり、例えば、一眼レフカメラ，レンズシャッターカメラ等に用いられるファインダー光学系として好適な、情報表示機能を有する観察光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラムを備えた観察光学系が従来より知られている。ホログラムは対物系と接眼系との瞳合わせを行うコンデンサーレンズとして利用される場合もあるが(特開昭５１−１９５３０号公報等)、情報表示用として用いられる場合もある。例えば特公昭５８−２７５０４号公報や特開昭５９−１８５３１９号公報で提案されている観察光学系は、特定の表示パターンが予め記録されたホログラムを備えており、その記録された表示パターンを再生して被写体像と共に表示する構成になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記観察光学系では、ホログラム作成時に記録された特定の表示パターンのみが表示可能であり、ホログラムに記録されていない任意の情報を表示することはできない。
【０００４】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、ホログラムを用いて任意の情報表示を行うことができる観察光学系を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の観察光学系は、外界の物体を拡大又は縮小観察することができるように、前記物体の像を実像から成る対物像として形成する対物系と、前記対物像を拡大して瞳に導く接眼系と、を備えたケプラー式の観察光学系であって、体積型で位相型で反射型のホログラムから成り、かつ、前記瞳から見て対物像面と光学的に等価な面を前記対物像とは別の位置に構成する光学的パワーを有するホログラムコンバイナと、前記等価な面の位置で情報表示を行う情報表示手段と、前記物体が正立正像として観察されるように像反転を行う反転系と、を備え、前記ホログラムコンバイナが前記接眼系よりも物体側で前記反転系中に配置されており、前記情報表示が前記対物像に重ね合わされた状態で前記物体と共に観察されるように、前記ホログラムコンバイナが前記対物像からの光を透過させるとともに前記情報表示手段からの光を反射させることを特徴とする。
【０００６】
第２の発明の観察光学系は、上記第１の発明の構成において、前記反転系がペンタダハプリズムから成ることを特徴とする。
【０００７】
第３の発明の観察光学系は、上記第２の発明の構成において、前記情報表示手段が前記等価な面の位置での情報表示を再結像系により行うことを特徴とする。
【０００８】
第４の発明の観察光学系は、上記第１の発明の構成において、前記ホログラムコンバイナが２光束干渉記録により作成された位相型ホログラムであり、その作成光の一つが前記接眼系と同一の光学系で構成されることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施した観察光学系を、図面を参照しつつ説明する。なお、実施の形態相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００１０】
《第１の実施の形態(図１)》
図１に、第１の実施の形態の光学構成を示す。第１の実施の形態は、外界の物体(つまり被写体)を拡大又は縮小観察することができるように、物体の像を対物像(I1)として形成する対物系(LO)と、対物像(I1)を拡大して瞳(EP)に導く接眼系(LE)と、を備えた、一眼レフカメラのファインダー光学系である。このファインダー光学系は、対物系(LO)，ミラー(M1)，焦点板(P1)，コンデンサーレンズ(LC)，ペンタダハプリズム(PD)，接眼系(LE)，保護ガラス(P2)等で構成された一般的なファインダー系の構成に加えて、照明光源(LT)，表示素子(DD)，ホログラムコンバイナ(HC)等で構成された情報表示系を備えている。なお、図中のFLはフィルム面である。
【００１１】
焦点板(P1)上には対物系(LO)によって対物像(I1)が形成され、焦点板(P1)から発せられた被写体光でファインダー画面が構成される。対物像(I1)からの被写体光は、コンデンサーレンズ(LC)で集光されてペンタダハプリズム(PD)に入射する。ペンタダハプリズム(PD)は、被写体が正立正像として観察されるように像反転を行う反転系を構成している。ペンタダハプリズム(PD)での像反転後、ペンタダハプリズム(PD)を射出した被写体光は、接眼系(LE)と保護ガラス(P2)を通過して瞳(EP)に到達する。
【００１２】
ペンタダハプリズム(PD)は、入射面(S1)，ダハ反射面(第１，第２反射面)(SD)，最終反射面(第３反射面)(SR)，射出面(S2)等の複数の端面を有しているが、そのうちの最終反射面(SR)にホログラムコンバイナ(HC)が配置されている。つまり、ペンタダハプリズム(PD)の前方の面が透過面(ST)になっており、その透過面(ST)と最終反射面(SR)との間にホログラムコンバイナ(HC)が位置しているのである。このホログラムコンバイナ(HC)は、体積型で位相型で反射型のホログラムから成っており、対物像(I1)からの被写体光を透過させるとともに表示素子(DD)の表示面(IM)からの情報表示光を反射させる機能を有している。また、ホログラムコンバイナ(HC)を構成しているホログラムは、それ自体に特定の表示画像が記録されているわけではなく、情報表示光を被写体光と重ね合わせるコンバイナレンズとして機能するものである。
【００１３】
表示素子(DD)と照明光源(LT)は情報表示手段を構成している。表示素子(DD)はＬＣＤ(liquid crystal display)に代表される光変調素子であり、照明光源(LT)からの光を変調して表示面(IM)で任意の情報表示を行う。表示される情報としては、露出関連データ(シャッター速度，絞り値，露出補正値等)，撮影エリア(視野枠表示)，測距エリア(ＡＦフレーム表示)，測光エリア(測光フレーム表示)，焦点検出結果(合焦／非合焦，前ピン／後ピン)，焦点調節方向，フラッシュ光関連データ等が挙げられる。なお、ＬＣＤ等の光変調素子の代わりに、表示面(IM)位置で差し替え可能なマスクを用いてもよい。また、ＬＥＤ(light emitting diode)等の発光素子を備えた自己発光タイプの表示装置を、情報表示手段として用いてもよい。
【００１４】
ホログラムコンバイナ(HC)は、瞳(EP)から見て対物像面(I1)と光学的に等価な面を対物像(I1)とは別の位置に構成する光学的パワーを有している。また、表示素子(DD)の表示面(IM)は、瞳(EP)から見て対物像面(I1)と光学的に等価な面に位置している。つまり、瞳(EP)からの平行光束がホログラムコンバイナ(HC)で反射されて表示面(IM)位置で結像するように、表示素子(DD)が配置されているのである。したがって、対物像(I1)からの被写体光は反射面(SR)での反射前後にホログラムコンバイナ(HC)を透過し、一方、表示面(IM)からの情報表示光はホログラムコンバイナ(HC)で反射する。そして、ホログラムコンバイナ(HC)での透過光(被写体光)と反射光(情報表示光)が、共に接眼系(LE)に向かって進み、透過光で構成される被写体像と反射光で構成される情報表示像とが接眼系(LE)によって同一位置に虚像として投影される。つまり、情報表示は対物像(I1)に重ね合わされた状態で被写体と共にファインダー視野内に観察されることになる。
【００１５】
ホログラムコンバイナ(HC)には、波長選択性の高いホログラムを用いる必要がある。波長選択性が低いと、情報表示光の波長以外の波長の被写体光が、ホログラムコンバイナ(HC)で反射されてしまうからである。ホログラムコンバイナ(HC)に反射型ホログラムを用いているのは、このためである。反射型ホログラムは、透過型ホログラムに比べて波長選択性が非常に高い。つまり、特定の波長には反応するが、その他の波長には反応しないのである。被写体光の一部の波長(情報表示光と同じ波長)以外には反応しないので、被写体光はほとんどホログラムコンバイナ(HC)の影響を受けない。したがって、被写体像，情報表示像とも明るく良好な観察が可能となる。これは透過型ホログラムでは達成できない大きな特長である。
【００１６】
上記波長選択性を更に詳しく説明する。図６(Ａ)にホログラム記録時の感光材料(H)と作成光(La,Lb)との関係を示し、図６(Ｂ)にホログラム再生時のホログラム(H')と再生光等(La',Lb')との関係を示す。Laが物体光(波長λ0)、Lbが参照光(波長λ0)、La'が再生光、Lb'が再生照明光(波長λc)である。ここでは、感光材料(H)に物体光(La)を垂直に入射させた場合のホログラム(H')を考える。
【００１７】
再生光波長(λc)を記録波長(λ0)からずらしていった場合の再生光強度は、角度選択性の場合と同様な振る舞いを示し、強度が最大の波長(λ0)から最初に０となる波長までの巾(Δλ)、及びこれに伴う角度変化量(Δθ)は、以下の式(1),(2)でそれぞれ近似的に表される。
Δλ＝(dz・λ0)／T＝λ0²／[T・{n±√(n²−sin²θr)}] …(1)
Δθ＝−(sinθr)×(Δλ／λ0) …(2)
ここで、
θr：参照光(Lb)の入射角度、
n ：感光材料(H)の屈折率、
λ0：記録波長、
dz ：干渉縞の感光材料厚み方向の間隔、
T ：感光材料(H)の厚み、
である。
【００１８】
Δλが小さいほど、波長選択性は良い。したがって、上記式(1),(2)より、
▲１▼感光材料(ホログラム)が厚い(Tが大きい)
▲２▼dzが小さい(＝θrが大きい)
▲３▼感光材料の屈折率(n)が大きい
▲４▼記録波長(λ0)が短い
ほど、波長選択性は高まることが分かる。
【００１９】
図７に、感光材料の屈折率n＝1.5，作成波長λ0＝500nm，感光材料の厚みT＝5μｍのときの２光束の角度差(θr)に対する、反射型ホログラム(HR)と透過型ホログラム(HT)の波長選択性(波長巾Δλ)を示す。２光束の角度差(θr)が90度以上となるとき{すなわち反射型ホログラム(HR)の場合}、透過型ホログラム(HT)に比べて波長選択性がかなり高いことが分かる。
【００２０】
ところで、平面型ホログラム(いわゆる薄いホログラム)では高次の回折光に相当する光が再生されるが、体積型ホログラム(いわゆる厚いホログラム)では１つの次数の光しか再生されない。したがって、ホログラムコンバイナ(HC)としては、高い回折効率を得ることができる体積型ホログラムが望ましい。また、振幅型ホログラムでは再生照明光がホログラムを通過するときに吸収されるが、位相型ホログラムでは光の吸収がない。したがって、ホログラムコンバイナ(HC)としては、明るい情報表示像を得ることができる位相型ホログラムが望ましい。なお、体積型ホログラムの場合、反射型の方が透過型に比べて高い角度選択性を持たせることができるので、体積型で反射型のホログラムを用いることには、ホログラムコンバイナ(HC)の配置の自由度が高くなるというメリットがある。以上のような理由から、本実施の形態ではホログラムコンバイナ(HC)に体積型・位相型・反射型のホログラムを用いている。
【００２１】
前述したように、ホログラムコンバイナ(HC)は、瞳(EP)から見て対物像面(I1)と光学的に等価な面を対物像(I1)とは別の位置に構成する光学的パワーを有している。この光学的パワーは、表示面(IM)からの情報表示光を接眼系(LE)に向けて偏向するパワーと、表示面(IM)の位置をペンタダハプリズム(PD)に寄せるレンズ的な正のパワーと、を含んでいる。対物像面(I1)と光学的に等価な面は、情報表示光を偏向するパワーにより対物像(I1)とは違う方向に向けて配され、一方、レンズ的な正のパワーによりペンタダハプリズム(PD)の端面位置に配される。先に述べたように、この等価な面に表示素子(DD)の表示面(IM)を配置することにより、任意の表示パターンでの表示が可能となる。
【００２２】
ホログラムコンバイナ(HC)のレンズ的なパワーにより、情報表示像と被写体像とで観察者に対する拡大率(言い換えれば焦点距離)が異なるようにすることができる。このため、情報表示像の大きさ、すなわち表示面(IM)の大きさを小さくすることができる。さらに、表示素子(DD)の配置にも自由度を与えることができるため、表示面(IM)位置をペンタダハプリズム(PD)の適当な面に配置することができる。なお、ホログラムコンバイナ(HC)にレンズ的なパワーを持たせないと、ペンタダハプリズム(PD)から離れた位置に表示面(IM)の大きな表示素子(DD)を配置しなければならなくなり、ファインダー光学系全体が大型化することになる。以上のように、ホログラムコンバイナ(HC)にレンズ的なパワーを持たせることにより、広い表示領域が得られ、コンパクトな配置構成が可能となる。
【００２３】
ホログラムコンバイナ(HC)の配置に関しては、本実施の形態のようにホログラムコンバイナ(HC)を接眼系(LE)よりも物体側(すなわち前方)に配置するのが望ましい。ホログラムコンバイナ(HC)を接眼系(LE)よりも物体側に配置すると、情報表示像も被写体像{対物像(I1)}とあわせて接眼系(LE)により拡大観察されることになるため、情報表示系のトータルの焦点距離を短く構成することができる。したがって、表示面(IM)を小さくすることができ、ファインダー光学系のコンパクト化を図ることができる。また、ホログラムコンバイナ(HC)に必要とされるレンズ的なパワーも弱くすることができるので、情報表示系としての収差の劣化が低減されて収差的に有利になる。その結果、高精細な情報表示像を良好に得ることが可能となる。
【００２４】
ホログラムコンバイナ(HC)が２光束干渉記録により作成された位相型ホログラムであり、その作成光(物体光，参照光)の一つが接眼系(LE)と同一の光学系で構成されるのが望ましい。ホログラムコンバイナ(HC)を使用時と同じ光束で作成すると最も高い回折効率が得られ、これを用いれば周辺まで明るい情報表示像を得ることができる。また、これは最も良好な収差補正をホログラムで行うことができる条件でもある。したがって、上記構成を有するホログラムコンバイナ(HC)を用いることにより、明るく高精細な情報表示を行うことができる。
【００２５】
また、本実施の形態のように対物像(I1)が実像から成るケプラー式(実像式)のファインダー光学系においては、被写体が正立正像として観察されるように、像反転を行う反転系が必要である。その反転系を構成しているのが、ペンタダハプリズム(PD)である。ペンタダハプリズム(HC)中には、ホログラムコンバイナ(HC)が配置されている。このように反転系中にホログラムコンバイナ(HC)を配置することは、コンパクトで効率良くホログラムコンバイナ(HC)を配置する上で望ましい。
【００２６】
本実施の形態のように反転系が複数の端面から成るペンタダハプリズム(PD)等のブロック体で構成される場合には、そのブロック体の端面(すなわち反転系の端面)にホログラムコンバイナ(HC)を配置すると、ホログラムコンバイナ(HC)専用のスペースを確保する必要がなくなる。このため、コンパクトで効率の良い配置構成を達成することができる。このようにブロック体の端面にホログラムコンバイナ(HC)を設けた場合、情報表示光をホログラムコンバイナ(HC)で反射させて被写体光と合流させようとすると、ブロック体の内部方向に情報表示光を反射させる必要が生じる。このため、ブロック体の他の端面から情報表示光をブロック体内に入射させる構成をとることになる。本実施の形態では、反転系がペンタダハ構成を含んでいるので、最終反射面(SR)上にホログラムコンバイナ(HC)を配置し、情報表示光をダハ反射面(SD)と射出面(S2)との隙間から入射させる構成をとっている。一眼レフカメラ用のペンタダハタイプのファインダー光学系においては、この配置構成が効率的である。
【００２７】
《第２の実施の形態(図２)》
図２に、第２の実施の形態の光学構成を示す。第２の実施の形態の特徴は、情報表示系が再結像系を含む点にあり、そのほかは第１の実施の形態と同様に構成されている。再結像系は、表示面(IM)とホログラムコンバイナ(HC)との間に配置された、ミラー(M2)，結像レンズ(L1)及びレンズ面を成す入射面(S1')から成っている。
【００２８】
情報表示の明るさの点では、情報表示光のペンタダハプリズム(PD)への入射を、被写体光の光路に使っていない光学面(つまり被写体光の光路間の隙間の光学面)から行うことが望ましい。そのためには、情報表示光の入射光束をできるだけ小さくする必要がある。そこで本実施の形態では、結像面(I2)が再結像系によって表示面(IM)位置で再結像するように表示素子(DD)を配置するとともに、再結像系により入射面(S1')と瞳(EP)とを略共役な関係とし、ホログラムコンバイナ(HC)により情報表示光の瞳を入射面(S1')に一致させている。情報表示光の瞳が入射面(S1')に一致しているため、入射面(S1')位置での情報表示光の入射光束は小さくなっている。また、再結像系の結像倍率に自由度があるため、表示領域の拡大が達成されて、第１の実施の形態に比べて領域の広い表示が可能となる。更に表示素子(DD)も小さくすることができるので、コンパクトなファインダー構成を実現することができる。
【００２９】
《第３の実施の形態(図３)》
図３に、第３の実施の形態の光学構成を示す。第３の実施の形態の特徴は、パンケーキタイプの結像レンズ(L2)から成る再結像系を情報表示系が含む点にある。そのほかは第２の実施の形態と同様に構成されており、再結像系により得られる効果も第２の実施の形態と同様である。結像レンズ(L2)はペンタダハプリズム(PD)側に選択反射面(SP)を有しており、選択反射面(SP)にはコレステリック液晶等が用いられている。また、結像レンズ(L2)を構成している凹反射面により、第１の実施の形態に比べて情報表示光の収差性能の向上が図られ、高精細な表示観察が達成される。
【００３０】
《第４の実施の形態(図４)》
図４に、第４の実施の形態の光学構成を示す。第４の実施の形態の特徴は、ペンタダハプリズム(PD)の被写体光入射面(S1)にホログラムコンバイナ(HC)が配置され、結像プリズム(L3)から成る再結像系を情報表示系が含む点にある。そのほかは第１の実施の形態とほぼ同様に構成されており、再結像系により得られる効果も第２の実施の形態と同様である。
【００３１】
本実施の形態では、結像面(I2)が結像プリズム(L3)によって表示面(IM)位置で再結像するように表示素子(DD)を配置するとともに、結像プリズム(L3)により入射面(S1')と瞳(EP)とを略共役な関係とし、ホログラムコンバイナ(HC)により情報表示光の瞳を入射面(S1')に一致させている。また、反転系がペンタダハ構成を含んでいるので、被写体光の入射面(S1)上にホログラムコンバイナ(HC)を配置し、情報表示光をダハ反射面(SD)と最終反射面(SR)との隙間から入射させる構成をとっている。一眼レフカメラ用のペンタダハタイプのファインダー光学系においては、この配置構成も効率的である。
【００３２】
《第５の実施の形態(図５)》
図５に、第５の実施の形態の光学構成を示す。第５の実施の形態は、被写体を拡大又は縮小観察することができるように、被写体像を対物像(I1)として形成する対物系(LO)と、対物像(I1)を拡大して瞳(EP)に導く接眼系(LE)と、を備えた、レンズシャッターカメラの別体型実像式ファインダー光学系である。このファインダー光学系は、対物系(LO)，視野枠(MS)，第１プリズム(Pr1)，第２プリズム(Pr2)，接眼系(LE)等で構成された一般的なファインダー系の構成に加えて、照明光源(LT)，表示素子(DD)，ホログラムコンバイナ(HC)等で構成された情報表示系を備えている。
【００３３】
本実施の形態における反転系は、ダハ反射面(SD)を有する第１プリズム(Pr1)と、第１プリズム(Pr1)との間に微小な空間をもって配置された第２プリズム(Pr2)と、で構成されている。第１プリズム(Pr1)と第２プリズム(Pr2)との隙間は、全反射，透過を行うＴＩＲ面(SS)を構成しており、これにより被写体光を瞳(EP)に導いている。このＴＩＲ面(SS)の第２プリズム(Pr2)側にはホログラムコンバイナ(HC)が配置されており、被写体光はホログラムコンバイナ(HC)を透過し、一方、表示面(IM)からの情報表示光はホログラムコンバイナ(HC)で反射する。そして、ホログラムコンバイナ(HC)での透過光(被写体光)と反射光(情報表示光)が、共に接眼系(LE)に向かって進み、透過光で構成される被写体像と反射光で構成される情報表示像とが接眼系(LE)によって同一位置に虚像として投影される。つまり、情報表示は対物像(I1)に重ね合わされた状態で被写体と共にファインダー視野内に観察されることになる。
【００３４】
実像式ファインダーの場合、対物像面(I1)の位置にＡＦフレーム等のターゲットマークが配置されるが、その配置のためには対物像面(I1)の位置に物理的な面が必要とされる。この物理的な面にゴミ等が付着すれば、そのゴミも対物像(I1)と共に接眼系(LE)により拡大されて、視野にゴミが重なって見えてしまうことになり、品位が損なわれる。本実施の形態のファインダー光学系では、ホログラムコンバイナ(HC)によってターゲットマーク等の情報表示が行われるので、対物像面(I1)には物理的な面は必要ない。したがって、ゴミが見えることのないすっきりした視界が得られる。
【００３５】
《その他の実施の形態等》
前記各実施の形態のようにホログラムコンバイナ(HC)を用いる構成は、実像式ファインダー光学系に限らず、図８に示すような逆ガリレオ式等の虚像式ファインダー光学系にも適用可能であり、また、反転系としてリレーレンズ(LR)を用いた、図９に示すようなリレー式ファインダー光学系にも適用可能である。このリレー式ファインダー構成(図９)では、対物像(I1)の２次像と表示面(IM)の情報表示像とが結像面(I2)位置で重ね合わされることになる。さらに、ホログラムコンバイナ(HC)を用いる構成は、カメラのファインダー光学系に限らず、双眼鏡，顕微鏡等の観察光学系についても同様の適用が可能である。なお、前述した第１〜第５の実施の形態では反転系をプリズムで構成しているが、中空ペンタミラー等の表面反射を組み合わせたもので反転系を構成してもよい。その場合、平面ミラーの表面にホログラムコンバイナ(HC)を貼り付ければ、前述した実施の形態の場合と同様の作用効果を得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ホログラムを用いて任意の情報表示を行うことができる観察光学系を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示す光学構成図。
【図２】第２の実施の形態を示す光学構成図。
【図３】第３の実施の形態を示す光学構成図。
【図４】第４の実施の形態を示す光学構成図。
【図５】第５の実施の形態を示す光学構成図。
【図６】ホログラムの記録・再生を説明するための模式図。
【図７】ホログラムの２光束角度差に対する波長選択性を示すグラフ。
【図８】逆ガリレオ式ファインダー光学系の実施の形態を示す光学構成図。
【図９】リレー式ファインダー光学系の実施の形態を示す光学構成図。
【符号の説明】
LO …対物系
LE …接眼系
PD …ペンタダハプリズム(反転系)
HC …ホログラムコンバイナ
DD …表示素子(情報表示手段)
IM …表示面

Claims

外界の物体を拡大又は縮小観察することができるように、前記物体の像を実像から成る対物像として形成する対物系と、前記対物像を拡大して瞳に導く接眼系と、を備えたケプラー式の観察光学系であって、
体積型で位相型で反射型のホログラムから成り、かつ、前記瞳から見て対物像面と光学的に等価な面を前記対物像とは別の位置に構成する光学的パワーを有するホログラムコンバイナと、前記等価な面の位置で情報表示を行う情報表示手段と、前記物体が正立正像として観察されるように像反転を行う反転系と、を備え、前記ホログラムコンバイナが前記接眼系よりも物体側で前記反転系中に配置されており、前記情報表示が前記対物像に重ね合わされた状態で前記物体と共に観察されるように、前記ホログラムコンバイナが前記対物像からの光を透過させるとともに前記情報表示手段からの光を反射させることを特徴とする観察光学系。
前記反転系がペンタダハプリズムから成ることを特徴とする請求項１記載の観察光学系。
前記情報表示手段が前記等価な面の位置での情報表示を再結像系により行うことを特徴とする請求項２記載の観察光学系。
前記ホログラムコンバイナが２光束干渉記録により作成された位相型ホログラムであり、その作成光の一つが前記接眼系と同一の光学系で構成されることを特徴とする請求項１記載の観察光学系。