JP7374688B2 - 画像表示装置 - Google Patents
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Description
本発明は、画像表示装置に関し、特に画像表示素子に表示された画像を拡大観察する電子ビューファインダー等に好適な接眼レンズに関するものである。
従来から、画像表示素子等を用いた画像表示装置として、観察倍率が大きく且つ諸収差を良好に補正した画像表示装置が求められている。
観察倍率を大きくしながらも、諸収差を良好に補正しようとしたものが従来から各種提案されている（特許文献１～３）。
特許文献１には、観察物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ、負の屈折力を有する第２レンズ、正の屈折力を有する第３レンズ、正の屈折力を有する第４レンズからなる構成が開示されている。該特許文献１では前記第３レンズと第４レンズの焦点距離を所定の条件式を満足する構成が開示されている。該構成により高倍率化を実現している。
また、特許文献２には、観察物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ、負の屈折力を有する第２レンズ、正の屈折力を有する第３レンズ、正の屈折力を有する第４レンズから構成が開示されている。該特許文献２では、前記第１レンズと第２レンズの合成焦点距離を所定の条件式を満足する構成が開示されている。該構成により小型で高倍率な接眼レンズを実現している。
さらに、特許文献３には、画像表示素子面に曲率を設けた構成が開示されている。該特許文献３では接眼レンズの構成と画像表示素子面の曲率半径が所定の条件式を満足する構成が開示されている。該構成により小型で諸収差が良好な接眼レンズを実現している。
しかしながら、上記の特許文献１に開示された従来技術では、像面湾曲は補正されているものの、非点収差が大きい。
また、上記特許文献２に開示された従来技術では、諸収差は良好に補正されているが、画像表示素子の大きさが小さいため視野角が小さい。また小型化の為にアイレリーフが短くなってしまっている。
また、上記特許文献３に開示された従来技術では、像面湾曲は十分に補正されているが、非点収差が大きい。
そこで、本発明の目的は、画像表示素子等を用いた画像表示装置において、高い観察倍率、十分なアイレリーフを有しながらも、像面湾曲、非点収差等の諸収差を良好に補正することを可能にした画像表示装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明に係る画像表示装置は、画像表示素子と接眼レンズから構成される画像表示装置であり、前記接眼レンズは前記画像表示素子側から順に、正の屈折力の第１レンズと、負の屈折力の第２レンズと、正の屈折力の第３レンズと、正の屈折力の第４レンズと、からなり下記の条件式を満足することを特徴とする。
１．０＜ｆ１／ｆ＜１．５
－１．５＜ｆ２／ｆ＜－１．０
１．２＜ｆ４／ｆ＜２．０
ここで、ｆ１は前記第１レンズの焦点距離、ｆ２は前記第２レンズの焦点距離、ｆは接眼レンズ全系の焦点距離、ｆ４は前記第４レンズの焦点距離を表す。
１．０＜ｆ１／ｆ＜１．５
－１．５＜ｆ２／ｆ＜－１．０
１．２＜ｆ４／ｆ＜２．０
ここで、ｆ１は前記第１レンズの焦点距離、ｆ２は前記第２レンズの焦点距離、ｆは接眼レンズ全系の焦点距離、ｆ４は前記第４レンズの焦点距離を表す。
本発明によれば、画像表示素子を用いた画像表示装置において、高い観察倍率と十分なアイレリーフを有しながらも、像面湾曲、非点収差を良好に補正することを可能にした画像表示装置の提供を実現できる。
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかわる画像表示装置の要部断面図である。図２、図３は本発明の数値実施例１の光路図と収差図である。図４、図５は本発明の数値実施例２の光路図と収差図である。図６、図７は本発明の数値実施例３の光路図と収差図である。図８、図９は本発明の数値実施例４の光路図と収差図である。光路図と収差図においてはファインダー視度が―１ディオプトリーの時を示している。
図１において、１は画像表示素子、２は接眼レンズ、３はカバーガラス、４はアイポイントを表している。
本発明に係る画像表示装置は画像表示素子と接眼レンズから構成され、接眼レンズは前記画像表示素子側から順に、少なくとも正の屈折力の第１レンズと負の屈折力の第２レンズを有し、下記の条件式を満足することを特徴とした画像表示装置である。
１．０＜ｆ１／ｆ＜１．５ ・・・（１）
－１．５＜ｆ２／ｆ＜－１．０ ・・・（２）
ここで、ｆ１は前記第１レンズの焦点距離、ｆ２は前記第２レンズの焦点距離、ｆは接眼レンズ全系の焦点距離を表す。
１．０＜ｆ１／ｆ＜１．５ ・・・（１）
－１．５＜ｆ２／ｆ＜－１．０ ・・・（２）
ここで、ｆ１は前記第１レンズの焦点距離、ｆ２は前記第２レンズの焦点距離、ｆは接眼レンズ全系の焦点距離を表す。
ここで、上記条件式（１）は前記正の屈折力の第１レンズの焦点距離を規定したものであり、条件式（２）は前記負の屈折力の第２レンズの焦点距離を規定するものである。
これらの条件式は観察倍率を高倍率化しながらも、非点収差、像面湾曲を良好に補正するための条件式である。
条件式（１）は像面湾曲と非点収差を良好に補正するための条件である。該条件式の下限を超えると前記第１レンズの屈折力が強くなる為、ペッツバール和が大きくなり、像面湾曲の補正が困難となる。一方、上限を超えると前記第１レンズの屈折力が弱くなるため、非点収差の補正が困難となる。
条件式（２）は像面湾曲と非点収差を良好に補正するための条件である。該条件式の下限を超えると前記第２レンズの屈折力が弱まるため、ペッツバール和が大きくなり、像面湾曲の補正が困難となる。一方、上限を超えると前記第２レンズの屈折力が強くなり、非点収差の補正が困難となる。
また、本発明の画像表示装置においては、前記画像表示素子が下記の条件式を満足することを特徴とする。
１＜Ｒ／ｆ１＜３ ・・・（３）
ここで、Ｒは前記画像表示素子の表示面の曲率半径、ｆ１は第１レンズの焦点距離を表す。
１＜Ｒ／ｆ１＜３ ・・・（３）
ここで、Ｒは前記画像表示素子の表示面の曲率半径、ｆ１は第１レンズの焦点距離を表す。
条件式（３）は像面湾曲を良好に補正するための条件である。該条件式の下限を超えると、接眼レンズ２で発生する像面湾曲の補正が過補正となる。また、上限を超えると像面湾曲の補正が不足となる。
また、本発明の前記接眼レンズは正の屈折力の第１レンズと負の屈折力の第２レンズと正の屈折力の第３レンズと正の屈折力の第４レンズから構成され下記の条件式を満足することを特徴とする画像表示装置である。
１．０＜ｆ３／ｆ＜１．７ ・・・（４）
１．２＜ｆ４／ｆ＜２．０ ・・・（５）
ここで、ｆ３は前記第３レンズの焦点距離、ｆ４は前記第４レンズの焦点距離、ｆは接眼レンズ全系の焦点距離を表す。
１．０＜ｆ３／ｆ＜１．７ ・・・（４）
１．２＜ｆ４／ｆ＜２．０ ・・・（５）
ここで、ｆ３は前記第３レンズの焦点距離、ｆ４は前記第４レンズの焦点距離、ｆは接眼レンズ全系の焦点距離を表す。
条件式（４）は像面湾曲と非点収差を良好に補正するための条件である。該条件式の下限を超えると前記第３レンズの屈折力が強くなる為、ペッツバール和が大きくなり、像面湾曲の補正が困難となる。一方、上限を超えると前記第３レンズの屈折力が弱くなるため、非点収差の補正が困難となる。
条件式（５）は像面湾曲と非点収差を良好に補正するための条件である。該条件式の下限を超えると前記第４レンズの屈折力が強くなる為、ペッツバール和が大きくなり、像面湾曲の補正が困難となる。一方、上限を超えると前記第４レンズの屈折力が弱くなるため、非点収差の補正が困難となる。
また、前記正の屈折力の第１レンズは下記の条件式を満足することを特徴とする画像表示装置である。
－２＜ＳＦ１＜－０．９ ・・・（６）
ここで、ＳＦ１は前記第１レンズの表示素子側の曲率半径をｒ１１、表示素子と反対側の曲率半径をｒ１２とした時に、以下の式で与えられる。
ＳＦ１＝（ｒ１１＋ｒ１２）／（ｒ１１－ｒ１２）
条件式（６）は像面湾曲と非点収差を良好に補正するための条件である。該条件式の下限を超えると前記第１レンズの画像表示素子側の屈折力が強くなる為、非点収差の補正が困難となる。一方、上限式の上限を超えると前記第１レンズと前記第２レンズの主点間隔が近づくため前記第１レンズの屈折力が強くなってしまい、像面湾曲の補正が困難となる。
－２＜ＳＦ１＜－０．９ ・・・（６）
ここで、ＳＦ１は前記第１レンズの表示素子側の曲率半径をｒ１１、表示素子と反対側の曲率半径をｒ１２とした時に、以下の式で与えられる。
ＳＦ１＝（ｒ１１＋ｒ１２）／（ｒ１１－ｒ１２）
条件式（６）は像面湾曲と非点収差を良好に補正するための条件である。該条件式の下限を超えると前記第１レンズの画像表示素子側の屈折力が強くなる為、非点収差の補正が困難となる。一方、上限式の上限を超えると前記第１レンズと前記第２レンズの主点間隔が近づくため前記第１レンズの屈折力が強くなってしまい、像面湾曲の補正が困難となる。
また、前記負の屈折力の第２レンズは両凹レンズであり、下記の条件式を満足することを特徴とする画像表示装置である
－０．７＜ＳＦ２＜０．３ ・・・（７）
ここで、ＳＦ２は前記第２レンズの表示素子側の曲率半径をｒ２１、表示素子と反対側の曲率半径をｒ２２とした時に、以下の式で与えられる。
ＳＦ１＝（ｒ２１＋ｒ２２）／（ｒ２１－ｒ２２）
前記負の屈折力の第２レンズを両凹レンズで構成することで、前記第１レンズとの主点間隔が長くなり、前記第１、第２レンズの屈折力を弱くすることが可能となる。これにより、非点収差、像面湾曲を良好に補正することが可能となる。
－０．７＜ＳＦ２＜０．３ ・・・（７）
ここで、ＳＦ２は前記第２レンズの表示素子側の曲率半径をｒ２１、表示素子と反対側の曲率半径をｒ２２とした時に、以下の式で与えられる。
ＳＦ１＝（ｒ２１＋ｒ２２）／（ｒ２１－ｒ２２）
前記負の屈折力の第２レンズを両凹レンズで構成することで、前記第１レンズとの主点間隔が長くなり、前記第１、第２レンズの屈折力を弱くすることが可能となる。これにより、非点収差、像面湾曲を良好に補正することが可能となる。
条件式（７）はコマ収差、歪曲を良好に補正するための条件式であり、該条件式の下限を超えると前記第２レンズの画像表示素子側の屈折力が強くなり、歪曲収差の補正が困難となる。一方、上限式の上限を超えると前記第２レンズの画像表示素子と反対側の屈折力が強くなり、コマ収差の補正が困難となる。
さらに、前記接眼レンズは、下記の条件式を満足することを特徴とする画像表示装置である。
０．１＜ｄ１／ｆ＜０．４ ・・・（８）
ここで、ｄ１は前記第１レンズと第２レンズの間隔、ｆは接眼レンズ前景の焦点距離を表す。
０．１＜ｄ１／ｆ＜０．４ ・・・（８）
ここで、ｄ１は前記第１レンズと第２レンズの間隔、ｆは接眼レンズ前景の焦点距離を表す。
条件式（８）は像面湾曲、色収差を良好に補正するための条件式であり、該条件式の下限を超えると前記第１、第２レンズの主点間隔が近づくため、それぞれのレンズの屈折力が強くなり、像面湾曲の補正が困難となる。一方、上限式の上限を超えると前記第２レンズの屈折力が弱くなりすぎるため色収差の補正が困難となる。
次に本発明の接眼レンズの数値実施例を図１、図３、図５、図７、図９、図に示す光学系を基に示す。
各実施例において、第１面の曲率半径は前記画像表示素子面の曲率半径を表している。また、非球面には面番号の右側に＊印を付けている。非球面は光軸に垂直な高さをＨとし、高さＨにおける光軸方向の変位量をＸ、基準面の曲率半径をＲとし、コーニック定数をＫ、ｎ次の非球面係数をＡｎとしたとき以下の数式で表される。
以下、図１を参照して、本発明の第１の実施例による、接眼レンズについて説明する。
接眼レンズは表示素子側から順に正の屈折力の第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、正の屈折力の第４レンズから構成されている。
単位mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 35.0 (可変)
2* 9.814 2.14 1.53110 56.0
3 80.449 3.85
4* -15.808 2.47 1.65100 21.5
5 78.370 0.58
6 53.220 7.01 1.58313 59.4
7* -18.191 0.56
8 24.772 10.00 1.53110 56.0
9* -70.363 (可変)
10 ∞ 0.50 1.51633 64.1
11 ∞ 20.00
12 (アイポイント)
非球面データ
第2面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.43705e-004 A 6=-9.47732e-006 A 8= 2.03428e-007 A10=-1.54144e-009
第4面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.17176e-004 A 6= 2.96678e-006 A 8=-8.28662e-008 A10= 5.01420e-010
第7面
K = 0.00000e+000 A 4= 6.06161e-005 A 6=-8.79559e-007 A 8= 1.85380e-009
第9面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.22458e-005 A 6= 9.32189e-007 A 8=-6.52516e-009 A10= 2.17248e-011
各種データ
視度 -3 -1 +3
焦点距離 18.50 18.50 18.50
全長 55.75 55.75 55.75
アイレリーフ 20.00 20.00 20.00
d 1 5.53 6.28 7.63
d 9 3.10 2.35 1.00
以下、図３を参照して、本発明の第２の実施例による、接眼レンズについて説明する。
接眼レンズは表示素子側から順に正の屈折力の第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、正の屈折力の第４レンズから構成されている。
単位mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 28.0 (可変)
2* 11.080 2.40 1.53110 56.0
3 -1788.705 7.11
4* -40.826 1.61 1.65100 21.5
5 27.483 0.58
6 25.287 6.43 1.58313 59.4
7* -27.502 0.56
8 24.669 8.68 1.53110 56.0
9* -58.128 (可変)
10 ∞ 0.50 1.51633 64.1
11 ∞ 20.00
12 (アイポイント)
非球面データ
第2面
K = 0.00000e+000 A 4=-5.42997e-004 A 6= 2.33216e-006 A 8= 3.86906e-009 A10=-1.75037e-010
第4面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.80505e-004 A 6=-1.47356e-006 A 8= 1.54516e-009 A10= 2.57290e-011
第7面
K = 0.00000e+000 A 4= 9.00133e-005 A 6=-1.26575e-006 A 8= 4.12076e-009
第9面
K = 0.00000e+000 A 4= 9.33993e-006 A 6= 1.05069e-006 A 8=-6.49395e-009 A10= 2.42208e-011
各種データ
視度 -3 -1 +3
焦点距離 18.50 18.50 18.50
全長 55.45 55.45 55.45
アイレリーフ 20.00 20.00 20.00
d 1 4.48 5.23 6.58
d 9 3.10 2.35 1.00
d12 0.00 0.00 0.00
以下、図５を参照して、本発明の第３の実施例による、接眼レンズについて説明する。
接眼レンズは表示素子側から順に正の屈折力の第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、正の屈折力の第４レンズから構成されている。
単位mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 35.0 (可変)
2* 10.048 1.87 1.53110 56.0
3 41.910 4.00
4* -15.593 2.00 1.65100 21.5
5 82.890 0.58
6 64.515 6.47 1.58313 59.4
7* -17.656 0.56
8 21.411 10.00 1.53110 56.0
9* -60.736 (可変)
10 ∞ 0.50 1.51633 64.1
11 ∞ 20.00
12 (アイポイント)
非球面データ
第2面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.38974e-004 A 6=-1.29021e-005 A 8= 2.35079e-007 A10=-1.68140e-009
第4面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.99857e-005 A 6= 4.33231e-006 A 8=-8.45079e-008 A10= 4.39765e-010
第7面
K = 0.00000e+000 A 4= 4.35503e-005 A 6=-5.78865e-007 A 8=-3.44323e-010
第9面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.71763e-005 A 6= 6.95316e-007 A 8=-3.67354e-009 A10= 1.19825e-011
各種データ
視度 -3 -1 +3
焦点距離 18.50 18.50 18.50
全長 54.28 54.28 54.28
アイレリーフ 20.00 20.00 20.00
d 1 5.30 6.00 7.35
d 9 3.00 2.30 0.95
d12 0.00 0.00 0.00
以下、図７を参照して、本発明の第４の実施例による、接眼レンズについて説明する。
接眼レンズは表示素子側から順に正の屈折力の第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、正の屈折力の第４レンズから構成されている。
単位mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 33.0 (可変)
2* 10.440 2.05 1.53110 56.0
3 50.132 4.63
4* -20.174 1.97 1.65100 21.5
5 53.102 0.58
6 37.732 5.50 1.58313 59.4
7* -27.696 0.56
8 19.596 9.98 1.53110 56.0
9* -40.838 (可変)
10 ∞ 0.50 1.51633 64.1
11 ∞ 20.00
12 (アイポイント)
非球面データ
第2面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.39739e-004 A 6=-1.27779e-006 A 8= 3.48529e-008 A10=-4.03598e-010
第4面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.32602e-004 A 6=-1.16549e-006 A 8=-4.17388e-009 A10= 8.85100e-011
第7面
K = 0.00000e+000 A 4= 6.21485e-005 A 6=-1.23875e-006 A 8= 3.50131e-009
第9面
K = 0.00000e+000 A 4= 5.30390e-005 A 6= 7.08990e-007 A 8=-1.74303e-009 A10= 2.20919e-012
各種データ
視度 -3 -1 +3
焦点距離 18.50 18.50 18.50
全長 54.32 54.32 54.32
アイレリーフ 20.00 20.00 20.00
d 1 5.40 6.15 7.50
d 9 3.15 2.40 1.05
d12 0.00 0.00 0.00
以下の表に各実施例における条件式（１）から（８）に対応した数値を示す。
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。
１ 画像表示素子、２ 接眼レンズ、３ アイポイント
Claims (6)
- 画像表示素子と接眼レンズから構成される画像表示装置であり、
前記接眼レンズは前記画像表示素子側から順に、
正の屈折力の第１レンズと、負の屈折力の第２レンズと、正の屈折力の第３レンズと、正の屈折力の第４レンズと、からなり、
下記の条件式を満足することを特徴とした画像表示装置。
１．０＜ｆ１／ｆ＜１．５
－１．５＜ｆ２／ｆ＜－１．０
１．２＜ｆ４／ｆ＜２．０
ここで、ｆ１は前記第１レンズの焦点距離、ｆ２は前記第２レンズの焦点距離、ｆは接眼レンズ全系の焦点距離、ｆ４は前記第４レンズの焦点距離を表す。 - 前記画像表示素子が下記の条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
１＜Ｒ／ｆ１＜３
ここで、Ｒは前記画像表示素子の表示面の曲率半径を表す。 - 下記の条件式を満足することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像表示装置。
１．０＜ｆ３／ｆ＜１．７
ここで、ｆ３は前記第３レンズの焦点距離を表す。 - 下記の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の画像表示装置。
－２＜ＳＦ１＜－０．９
ここで、ＳＦ１は前記第１レンズの前記画像表示素子側の曲率半径をｒ１１、前記画像表示素子と反対側の曲率半径をｒ１２とした時に、以下の式で与えられる。
ＳＦ１＝（ｒ１１＋ｒ１２）／（ｒ１１－ｒ１２） - 下記の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の画像表示装置。
－０．７＜ＳＦ２＜０．３
ここで、ＳＦ２は前記第２レンズの前記画像表示素子側の曲率半径をｒ２１、前記画像表示素子と反対側の曲率半径をｒ２２とした時に、以下の式で与えられる。
ＳＦ１＝（ｒ２１＋ｒ２２）／（ｒ２１－ｒ２２） - 下記の条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の画像表示装置。
０．１＜ｄ１／ｆ＜０．４
ここで、ｄ１は前記第１レンズと前記第２レンズとの光軸上の空気間隔を表す。
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