JP7427430B2 - Observation optics and optical equipment - Google Patents
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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。 The present invention relates to an observation optical system that enables observation of an optical image of an original image, and relates to an observation optical system suitable for a head-mounted display (HMD), an electronic viewfinder (EVF), and the like.
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。 The above-mentioned observation optical system is provided with a diopter adjustment function to adjust the diopter to an observer who is nearsighted or farsighted. Furthermore, in order to miniaturize the optical equipment equipped with the observation optical system, it is necessary to miniaturize the observation optical system. Patent Document 1 discloses an observation optical system using two semi-transparent surfaces.
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。 Although there is no explanation about diopter adjustment in Patent Document 1, it is possible to adjust the diopter by moving the entire observation optical system. However, moving the entire observation optical system causes field curvature (curvature of the observation virtual image plane), which is difficult to correct.
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。 The present invention provides an observation optical system that uses two semi-transmissive surfaces and is small in size yet less prone to field curvature during diopter adjustment.
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おり、観察光学系のうち最も表示面側のレンズ面から表示面までの距離をskdとし、観察光学系の全系の焦点距離をfとし、観察光学系の視度が0Dのときの第1のレンズ群と第2のレンズ群との光軸上の間隔をDFRとし、第1のレンズ群の焦点距離をfFとするとき、
0.01≦skd/f≦0.23
0.08≦DFR/fF≦0.50
なる条件を満足す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。
An observation optical system as one aspect of the present invention enables observation of an optical image of an original image displayed on a display surface from a pupil plane. The observation optical system includes a first lens group having a first semi-transparent surface and a second semi-transmissive surface arranged in order from the pupil surface side to the display surface side, and a first lens group having at least one positive lens. It has two lens groups. The diopter can be adjusted by fixing the second lens group to the display surface and moving the first lens group in the optical axis direction , and the lens closest to the display surface in the observation optical system The distance from the surface to the display surface is skd, the focal length of the entire observation optical system is f, and the optical axis of the first lens group and the second lens group when the diopter of the observation optical system is 0D. When the upper interval is DFR and the focal length of the first lens group is fF,
0.01≦skd/f≦0.23
0.08≦DFR/fF≦0.50
It is characterized by satisfying the following conditions . Note that an optical instrument having this observation optical system also constitutes another aspect of the present invention.
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。 According to the present invention, by using two semi-transparent surfaces, it is possible to realize a compact observation optical system in which field curvature is less likely to occur during diopter adjustment.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1, 4, 7, and 10 are cross-sectional views of observation optical systems of Examples 1 to 4 of the present invention.
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。 As shown in FIGS. 1, 4, 7, and 10, the observation optical system of each embodiment is capable of observing an optical image of the display surface ID on which the original image is displayed from the pupil plane SP where the exit pupil is located. do. The original image is an image displayed on an image display element (light modulation element) such as a liquid crystal display element or an organic EL element.
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。 The observation optical system of each embodiment includes a first lens group (hereinafter referred to as diopter LF (referred to as an adjustment lens group) and a second lens group (hereinafter referred to as a subsequent lens group LR) having at least one positive lens. An observer whose eyes are placed on the pupil plane SP can observe an optical image (virtual image) of the original image enlarged by the observation optical system. A light amount diaphragm may be arranged on the pupil plane SP.
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。 Furthermore, the observation optical system of each embodiment is configured such that the diopter can be adjusted by fixing the subsequent lens group LR to the display surface ID (immovable) and moving the diopter adjustment lens group LR in the optical axis direction. has been done.
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。 In the observation optical system of each embodiment, the distance between the pupil plane SP as an eye point on the optical axis and the lens surface closest to the pupil plane is called eye relief. In evaluating aberrations, there is a one-to-one correspondence between the aberration of a light ray that has a light emitting point on the display surface side and reaches the pupil plane SP, and the aberration of a light ray that has a light emitting point on the pupil surface side and reaches the display surface ID. Therefore, in each example, the aberration of the light beam reaching the display surface ID is evaluated. 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11, and 12 show the observation optical systems of Examples 1 to 4 in which the pupil diameter of the observer (human being) is Φ3.5 mm, and the eye-leaf This figure shows a longitudinal aberration diagram when the distance is 18 mm.
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。 The observation optical system of each embodiment adopts a triple-pass configuration in which light from the display surface ID travels back and forth between the first semi-transparent surface HM1 and the second semi-transparent surface HM2 and heads toward the pupil plane SP. The total length of the observation optical system is shortened. The first semi-transmissive surface HM1 and the second semi-transmissive surface HM2 are provided in the diopter adjustment lens group LF because the triple-pass configuration has high aberration sensitivity to changes in their spacing.
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。 Furthermore, the subsequent lens group LR has at least one positive lens, and thus shares a part of the refractive power of the entire observation optical system.
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。 Furthermore, by adopting a configuration in which the diopter adjustment lens group LF is moved in the optical axis direction while fixing the subsequent lens group LR to the display surface ID when adjusting the diopter, the peripheral part of the observed image when adjusting the diopter can be adjusted. To satisfactorily correct variations in field curvature (diopter deviation).
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。 When dust adheres to the vicinity of the display screen ID, there is a possibility that the dust can be clearly observed by the focus adjustment function of the observer's eyes. In order to avoid observing dust as described above when adjusting the diopter by moving the entire observation optical system in the optical axis direction, it is necessary to move the observation optical system from the lens surface closest to the display surface to the display surface. It is necessary to ensure a long back focus, which is the distance to the ID. However, by providing the trailing lens group LR fixed to the display surface ID when adjusting the diopter as in each embodiment, the space near the display surface ID can be made into a sealed structure using the trailing lens group LR. Can be done. This makes it possible to avoid dust from adhering to the vicinity of the display screen ID, and as a result, it is possible to shorten the back focus of the observation optical system and further reduce the thickness of the observation optical system in the optical axis direction. be able to.
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。 With the above-described basic configuration, the observation optical system of each embodiment can achieve both miniaturization and wide viewing angle, and has high optical performance that suppresses the occurrence of field curvature during diopter adjustment.
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。 It is desirable that the observation optical system of each example satisfies at least one of the conditions shown in equations (1) to (9) below. In equations (1) to (9), as described above, the back focus as the distance from the lens surface closest to the display surface in the observation optical system (subsequent lens group LR) to the display surface ID is defined as skd. The diopter of the observation optical system at this time is 0D (diopter), and if a glass block is placed between the lens surface closest to the display surface and the display surface ID, its air equivalent length is set to the back focus skd. include. Let RHM2 be the radius of curvature of the second semi-transparent surface HM2. Let the total length of the observation optical system be OAL. The total length OAL is the distance from the surface apex on the optical axis of the first surface closest to the pupil plane of the observation optical system excluding the pupil plane SP to the display surface ID when the diopter of the observation optical system is 0D. . If a glass block is arranged between the lens surface closest to the display surface and the display surface ID, the air equivalent length of the glass block for the d-line is included in the total length OAL.
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。 Furthermore, the maximum effective diameter of the diopter adjustment lens group LF is DF, and the maximum effective diameter of the subsequent lens group LR is DR. The maximum effective diameter of the diopter adjustment lens group LF and the subsequent lens group LR is the maximum diameter of the area through which light from the display surface ID passes among those lens groups. Further, the focal length of the diopter adjustment lens group LF is fF, the focal length of the subsequent lens group LR is fR, and the focal length of the entire observation optical system is f. Further, the distance on the optical axis between the diopter adjustment lens group LF and the subsequent lens group LR when the diopter is 0D (reference state) is defined as DFR.
-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。
-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)
The condition of equation (1) is a condition regarding the ratio between the back focus of the observation optical system and the radius of curvature of the second semi-transparent surface HM2. When skd/RHM2 satisfies the condition of formula (1), it is possible to reduce the thickness of the observation optical system while maintaining a wide viewing angle and high optical performance. When skd/RHM2 is less than the lower limit of equation (1), the radius of curvature of the second semi-transparent surface RHM2 becomes too small compared to the back focus. As a result, the action of the second semi-transmissive surface RHM2 as a positive power reflecting surface becomes too strong, making it difficult to correct the Petzval term generated at the reflecting surface. Furthermore, if the back focus becomes too large, the total length of the observation optical system increases. On the other hand, when skd/RHM2 exceeds the upper limit of equation (1), the second semi-transmissive surface RHM2 functions as a reflecting surface equivalent to a plane mirror or a convex mirror, and the reflecting surface cannot share positive power. As a result, if it is attempted to increase the refractive power of the entire observation optical system in order to ensure a wide viewing angle, it becomes difficult to correct the curvature of field, which is not preferable.
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。 The condition of equation (2) is a condition regarding the ratio of the total length of the observation optical system to the back focus. When OAL/skd satisfies the condition of formula (2), it is possible to make the entire observation optical system smaller and to ensure an appropriate back focus. When OAL/skd falls below the lower limit of equation (2), the ratio of back focus to the total length becomes too large. As a result, the focal length of the entire observation optical system increases (refractive power decreases), the virtual image magnification of the observation optical system decreases, and it becomes difficult to widen the viewing angle. On the other hand, if OAL/skd exceeds the upper limit of equation (2), the ratio of the back focus to the total length becomes too small. As a result, the overall length is increased by ensuring an interval for arranging glass blocks such as glass plates that protect the display surface of the image display element that displays the original image.
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。 The condition of equation (3) is a condition regarding the ratio of the maximum effective diameter of the diopter adjustment lens group LF and the subsequent lens group LR. When DF/DR satisfies the condition of formula (3), it is possible to realize an observation optical system that can accommodate a small-sized image display element while ensuring a wide viewing angle and long eye relief. When DF/DR falls below the lower limit of equation (3), the lens outer diameter of the diopter adjustment lens group LF becomes too small relative to the lens outer diameter of the subsequent lens group LR. As a result, the eye relief for ensuring a desired viewing angle becomes too short, or the observation optical system becomes large because it can only accommodate large-sized image display elements. On the other hand, if DF/DR exceeds the upper limit of equation (3), the lens outer diameter of the diopter adjustment lens group LF becomes too large relative to the lens outer diameter of the subsequent lens group LR, causing the diopter to move during diopter adjustment. This is not preferable because the power adjustment lens group LF becomes larger in diameter and the mechanism for driving it also becomes larger.
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。 The condition of equation (4) is a condition regarding the ratio of the focal length of the diopter adjustment lens group LF and the focal length of the subsequent lens group LR. When fF/fR satisfies the condition of equation (4), high optical performance can be achieved even during diopter adjustment. When fF/fR falls below the lower limit of equation (4), the focal length of the diopter adjustment lens group LF becomes too small compared to the focal length of the subsequent lens group LR. As a result, the refractive power of the diopter adjustment lens group LF becomes too strong, making it difficult to correct variations in field curvature, which is a problem when adjusting the diopter by moving the entire observation optical system. On the other hand, if fF/fR exceeds the upper limit of equation (4), the focal length of the diopter adjustment lens group LF becomes too large compared to the focal length of the subsequent lens group LR, and the focal length of the lens group LF during diopter adjustment becomes This is not preferable because the amount of movement increases and the observation optical system becomes larger.
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。 The condition of equation (5) is a condition regarding the ratio between the radius of curvature of the second semi-transparent surface HM2 and the focal length of the entire observation optical system. When f/RHM2 satisfies the condition of equation (5), it is possible to reduce the thickness of the observation optical system while relaxing the curvature of the second semi-transmissive surface RHM2 and achieving high optical performance. When f/RHM2 falls below the lower limit of equation (5), the radius of curvature of the second semi-transparent surface RHM2 becomes too small. As a result, it becomes difficult to correct the Petzval term generated on the second semi-transmissive surface RHM2 as a reflective surface, and the thickness of the observation optical system increases, which is not preferable. On the other hand, when f/RHM2 exceeds the upper limit of equation (5), the action of the second semi-transmissive surface RHM2 as a reflecting surface is equivalent to that of a plane mirror or a convex mirror, and the positive power cannot be shared by the reflecting surface, resulting in a wide field of view. This is not preferable because it becomes difficult to secure the corners.
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。 The condition of equation (6) is a condition regarding the ratio between the back focus of the observation optical system and the focal length of the entire system. When skd/f satisfies the condition of equation (6), the thickness of the observation optical system can be reduced. When skd/f falls below the lower limit of equation (6), the back focus becomes too small compared to the focal length of the entire system. As a result, it becomes difficult to widen the viewing angle of the observation optical system, and it becomes difficult to arrange the glass blocks described above. On the other hand, if skd/f exceeds the upper limit of equation (6), the back focus will become too large compared to the focal length of the entire system, and the total length of the observation optical system will increase, which is not preferable.
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。 The condition of equation (7) is a condition regarding the ratio of the focal length of the diopter adjustment lens group LF to the focal length of the entire observation optical system. When fF/f satisfies the condition of equation (7), the sensitivity of the diopter adjustment of the diopter adjustment lens group LF can be made appropriate. When fF/f falls below the lower limit of equation (7), the focal length of the diopter adjustment lens group LF becomes too small compared to the focal length of the entire system. As a result, the power of the diopter adjustment lens group LF becomes too strong, making it difficult to correct aberration fluctuations during diopter adjustment. On the other hand, if fF/f exceeds the upper limit of equation (7), the focal length of the diopter adjustment lens group LF becomes too large compared to the focal length of the entire system, and the sensitivity of diopter adjustment decreases, causing the diopter This is not preferable because the amount of movement of the adjustment lens group LF increases and the size of the observation optical system increases.
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。 The condition of equation (8) is a condition regarding the ratio of the focal length of the subsequent lens group LR to the focal length of the entire observation optical system. When fR/f satisfies the condition of equation (8), the aberration correction during diopter adjustment can be appropriately assigned to the diopter adjustment lens group LF. When fR/f falls below the lower limit of equation (8), the focal length of the subsequent lens group LR becomes too small compared to the focal length of the entire system. As a result, the power of the subsequent lens group LR becomes too strong, making it difficult to correct field curvature in the reference state (diopter 0D) of the observation optical system. On the other hand, if fR/f exceeds the upper limit of equation (8), the focal length of the subsequent lens group LR will become too large compared to the focal length of the entire system, and its contribution to aberration correction will decrease, resulting in a reduction in diopter adjustment. This is undesirable because it becomes difficult to correct variations in field curvature in .
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。 The condition of equation (9) is the distance on the optical axis between the surface vertex of the lens surface closest to the display surface in the diopter adjustment lens group LF and the surface vertex of the lens surface closest to the pupil surface in the subsequent lens group LR. , is a condition regarding the ratio of the focal length of the diopter adjustment lens group LF. When DFR/fF satisfies the condition of equation (9), a space is secured for the movement of the diopter adjustment lens group LF during diopter adjustment. When DFR/fF falls below the lower limit of equation (9), the distance between the diopter adjustment lens group LF and the subsequent lens group LR on the optical axis becomes too small. As a result, when adjusting the diopter to the minus side, the diopter adjustment lens group LF and the subsequent lens group LR interfere. On the other hand, if DFR/fF exceeds the upper limit of equation (9), the distance between the diopter adjustment lens group LF and the subsequent lens group LR on the optical axis becomes too large, and the total length of the observation optical system increases, which is preferable. do not have.
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。 In Examples 1 to 3, it is more preferable that the numerical ranges of formulas (1) to (9) are as follows. However, equation (4a) only needs to be satisfied in Examples 1 to 3.
-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。
-0.06≦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)
Further, it is more preferable that the numerical ranges of formulas (1a) to (9a) are as follows. However, equations (4b) and (7) only need to be satisfied in Examples 1 to 3.
-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。
-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)
In the observation optical system of each example, the first semi-transparent surface HM1 is a flat surface. Furthermore, it is preferable to use a polarization selective semi-transmissive reflective element as the first semi-transmissive surface HM1. An example of the polarization selective transflective element is "WGF" manufactured by Asahi Kasei Corporation. Such film-shaped polarizing elements can be applied to curved surfaces, but by arranging them as flat surfaces, disadvantages such as misalignment of the axis, changes in surface shape, and poor appearance caused by stress when the film is bent are reduced. be able to.
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。 Further, as in the observation optical system of the fourth embodiment, a lens group L1 fixed with respect to the display surface ID may be disposed between the pupil plane SP and the diopter adjustment lens group LF during diopter adjustment. By arranging the lens group L1 in this manner, the movable diopter adjustment lens group LF does not need to be touched directly from the pupil surface side with a hand, etc., making it possible to provide an observation optical system that is more robust against external disturbances. .
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。 The observation optical systems of Examples 1 to 4 have the following configurations to prevent ghost light (leakage of unnecessary light) from the optical path that passes through the semi-transparent surface without being reflected even once while suppressing a decrease in light intensity. ) can be reduced. FIG. 13 shows the configuration of an observation optical system using polarized light. In FIG. 13, the first semi-transmissive surface HM1 includes a polarization-selective transflective element A and a first quarter-wave plate B, which are arranged in order from the pupil surface side to the display surface side. Further, the second semi-transparent surface HM2 is constituted by a half mirror C. A second quarter-wave plate D and a polarizing plate E are arranged between the second semi-transparent surface HM2 and the display surface ID. Straight arrows, circular arrows, and symbols with a dot inside a circle in the figure indicate the polarization direction of light traveling through the position to which they are attached.
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。 The polarization-selective transflective element A is an element configured to reflect linearly polarized light having the same polarization direction as when it passes through the polarizing plate E, and to transmit linearly polarized light having a polarization direction perpendicular to this. , for example a wire grid polarizer. The wire grid forming surface of the wire grid polarizer functions as a semi-transparent surface. Further, the first quarter-wave plate B and the second quarter-wave plate D are arranged with their respective slow axes tilted by 90 degrees with respect to the polarization transmission axis of the polarizing plate E. The slow axis of the first quarter-wave plate B is arranged at an angle of 45°. The half mirror C is formed by, for example, a dielectric multilayer film or metal vapor deposition, and functions as a semi-transparent surface.
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。 In the observation optical system configured in this way, the light emitted from the display surface ID is converted into linearly polarized light by the polarizing plate E, converted into circularly polarized light by the second 1/4 wavelength plate D, and then sent to the half mirror C. incident on . A portion of the light incident on the half mirror C is reflected, becomes circularly polarized light in the opposite direction, and returns to the second quarter-wave plate D. The reversely circularly polarized light returned to the second quarter-wave plate D has a polarization direction perpendicular to the polarization direction when it first passes through the polarizing plate E by the second quarter-wave plate D. It is converted into linearly polarized light, returns to the polarizing plate E, and is absorbed by the polarizing plate E.
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。 On the other hand, the remainder of the light incident on the half mirror C is transmitted through it and converted into linearly polarized light in the same polarization direction as when it passed through the polarizing plate E by the first 1/4 wavelength plate B. The light enters the transmissive/reflective element A. This linearly polarized light is reflected by the polarization selectivity of the polarization selective transflective element A. The light reflected by the polarization-selective transflective element A is circularly polarized in the opposite direction to that when it is first converted into circularly polarized light by the first quarter-wave plate B and the second quarter-wave plate D. The light is converted into polarized light, enters the half mirror C, and is reflected there.
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。 The light reflected by the half mirror C becomes circularly polarized light in the opposite direction to the light before reflection and enters the first 1/4 wavelength plate B, and the polarization direction is different from that when it first passed through the polarizing plate E. The light is converted into linearly polarized light having orthogonal polarization directions, and is incident on the polarization-selective transflective element A. This linearly polarized light passes through the polarization selective transflective element A due to its polarization selectivity and is guided to the pupil plane SP.
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。 In this way, only the light that transmitted through the second semi-transparent surface HM2, was reflected on the first semi-transparent surface HM1, was reflected on the second semi-transmissive surface HM2, and transmitted through the first semi-transparent surface HM1. is guided to the pupil plane SP.
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。 The observation optical system of Example 1 shown in FIG. 1 has a first semi-transparent surface HM1 and a second semi-transparent surface HM2 arranged in order from the pupil plane (SP) side to the display surface (ID) side. It is composed of a power adjustment lens group LF and a subsequent lens group LR consisting of one positive lens. When adjusting the diopter, the subsequent lens group LR is fixed to the display surface ID, and the diopter adjusting lens group LF is moved in the optical axis direction. More specifically, the diopter adjustment lens group LF includes a plano-convex lens having a first semi-transparent surface HM1 and a biconcave non-concave lens having a second semi-transparent surface HM2, which are arranged in order from the pupil surface side. It is composed of a spherical lens. The subsequent lens group LR is composed of one plano-convex lens.
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。 A specific numerical example of this example is shown in Table 1 as Numerical Example 1. Further, FIG. 2 shows a longitudinal aberration diagram of the observation optical system of Numerical Example 1 with a pupil diameter of Φ3.5 mm, an eye relief of 18 mm, and a diopter of 0D, and FIG. A longitudinal aberration diagram at a diopter of -4D is shown.
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。 The basic configuration of the observation optical system of the second embodiment shown in FIG. 4 is the same as that of the first embodiment. However, the diopter adjustment lens group LF is composed of a cemented lens of a plano-convex lens having a first semi-transparent surface HM1 and a plano-concave lens having a second semi-transparent surface HM2, which are arranged in order from the pupil surface side. . By arranging the second semi-transparent surface HM2 on the cemented surface of the cemented lens and eliminating the contact surface with air, the environmental resistance of the semi-transparent metal film against oxidation and the like can be improved. Furthermore, the subsequent lens group LR is composed of one biconvex lens.
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。 A specific numerical example of this example is shown in Table 2 as Numerical Example 2. Further, FIG. 5 shows a longitudinal aberration diagram of the observation optical system of Numerical Example 2 with a pupil diameter of Φ3.5 mm, an eye relief of 18 mm, and a diopter of 0D, and FIG. A longitudinal aberration diagram at a diopter of -4D is shown.
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。 The basic configuration of the observation optical system of the third embodiment shown in FIG. 7 is the same as that of the first embodiment. However, by increasing the size of the image display element compared to the first embodiment, the viewing angle is made wider, and the shape of each lens is different from the first embodiment.
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。 A specific numerical example of this example is shown in Table 3 as Numerical Example 3. Further, FIG. 8 shows a longitudinal aberration diagram of the observation optical system of Numerical Example 3 with a pupil diameter of Φ3.5 mm, an eye relief of 18 mm, and a diopter of 0D, and FIG. A longitudinal aberration diagram at a diopter of -4D is shown.
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。 The basic configuration of the observation optical system of the fourth embodiment shown in FIG. 10 is the same as that of the first embodiment. However, in addition to reducing the size of the image display element compared to Embodiment 1, as described above, a lens fixed to the display surface ID is provided between the pupil plane SP and the diopter adjustment lens group LF during diopter adjustment. A group L1 is provided, and the shape of each lens is different from that of the first embodiment.
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。 The lens group L1 is composed of one positive aspherical lens having a meniscus shape and convex toward the pupil surface. The diopter adjustment lens group LF includes a parallel flat plate having a first semi-transparent surface HM1 and a meniscus having a second semi-transmissive surface HM2 and convex toward the display surface ID, which are arranged in order from the pupil surface side. It is composed of a negative shaped lens.
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。 The subsequent lens group LR includes a biconvex aspheric lens and a plano-convex lens, which are arranged in order from the pupil surface side.
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。 A specific numerical example of this example is shown in Table 4 as Numerical Example 4. In addition, FIG. 11 shows a longitudinal aberration diagram of the observation optical system of Numerical Example 4 with a pupil diameter of Φ3.5 mm, an eye relief of 18 mm, and a diopter of 0D, and FIG. A longitudinal aberration diagram at a diopter of -4D is shown.
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。 The observation optical system of each of the above embodiments is both compact and wide viewing angle, and has high optical performance even when adjusting the diopter.
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。 Note that it is also possible to electronically correct distortion aberration and chromatic aberration of magnification generated in the observation optical system by correcting the original image displayed on the image display element.
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。 Numerical values of Numerical Examples 1 to 4 are shown below. In the surface data of each numerical example, the surface number i indicates the i-th surface when counted from the pupil surface side. r is the radius of curvature of the i-th surface (mm), d is the lens thickness or air gap (mm) between the i-th and (i+1)-th surfaces, and nd is the refractive index at the d-line of the material of the i-th optical member It is. νd is the Abbe number of the material of the i-th optical member based on the d-line. The Abbe number νd is expressed as νd=(Nd-1 )/(NF-NC). The effective diameter indicates the maximum diameter of the area through which light from the original image passes on each surface.
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。 The "*" attached to the surface number means that the surface has an aspherical shape. For the aspherical shape, x is the displacement in the optical axis direction at a height h from the optical axis with respect to the surface vertex, R is the paraxial radius of curvature, k is the conic constant, A4, A6, A8, and A10. When is the aspheric coefficient, it is expressed by the following formula.
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。
x=(h 2 /R)/[1+{1-(1+k)(h/R) 2 } 1/2 ]
+A4・h 4 +A6・h 6 +A8・h 8 +A10・h 10
"e±XXX" in each aspheric coefficient means "×10 ±XXX ".
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。 In addition, various data include focal length (mm), F number, half angle of view (°), image height (mm), total length OAL of the observation optical system (mm), and back focus skd (mm). In the lens group data and single lens data, G indicates a glass block.
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
Further, the values of formulas (1) to (9) in Numerical Examples 1 to 4 are summarized in Table 5.
(Table 1)
Numerical example 1
Unit: mm
Surface data Surface number rd nd νd Effective diameter
1(SP) ∞ (variable) 3.50
2 ∞ 3.87 1.48749 70.2 25.50
3 -42.003 0.80 25.50
4* -40.519 -0.80 Reflective surface 25.50
5 -42.003 -3.87 1.48749 70.2 25.50
6 ∞ 3.87 Reflective surface 25.50
7 -42.003 0.80 25.50
8* -40.519 2.10 1.63550 23.9 25.50
9* 223.601 (variable) 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 ∞
Aspheric data 4th surface
K = 0.00000e+000 A 4= 2.02196e-006 A 6= 3.03993e-008 A 8=-1.05562e-010 A10= 5.55446e-013
Side 8
K = 0.00000e+000 A 4= 2.02196e-006 A 6= 3.03993e-008 A 8=-1.05562e-010 A10= 5.55446e-013
9th page
K = 0.00000e+000 A 4=-3.85813e-005 A 6= 2.95674e-008 A 8= 5.59443e-010 A10=-5.30609e-014
Various data focal length 13.99
F number 4.00
Half angle of view 24.41
Image height 6.35
OAL 14.45
skd(in air) 1.38
0.0D -4.0D
d 1 18.00 18.87
d9 2.63 1.76
Entrance pupil position 0.00
Exit pupil position 17.59
Front principal point position 25.31
Back principal point position -13.69
Lens group data group Starting surface Focal length Lens length Front principal point position Rear principal point position
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
Single lens data lens starting surface focal length
1 1 86.16
2 8 -53.81
3 10 38.48
G12 0.00
(Table 2)
Numerical example 2
Unit: mm
Surface data Surface number rd nd νd Effective diameter
1(SP) ∞ (variable) 3.50
2 ∞ 3.63 1.48749 70.2 26.00
3 -40.438 -3.63 Reflective surface 26.00
4 ∞ 3.63 Reflective surface 26.00
5 -40.438 1.86 1.87070 40.7 26.00
6 ∞ (variable) 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 ∞
Various data focal length 13.26
F number 3.79
Half angle of view 25.60
Image height 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
Entrance pupil position 0.00
Exit pupil position 15.44
Front principal point position 24.86
Back principal point position -12.96
Lens group data group Starting surface Focal length Lens length Front principal point position Rear principal point position
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
Single lens data lens Starting surface Focal length
1 1 82.95
2 5 -46.44
3 7 29.46
G9 0.00
(Table 3)
Numerical example 3
Unit: mm
Surface data Surface number rd nd νd Effective diameter
1(SP) ∞ (variable) 4.99
2 ∞ 5.23 1.48749 70.2 31.50
3 -47.003 0.83 31.50
4* -45.303 -0.83 Reflective surface 32.00
5 -47.003 -5.23 1.48749 70.2 31.50
6 ∞ 5.23 Reflective surface 31.50
7 -47.003 0.83 31.50
8* -45.303 1.73 1.63550 23.9 32.00
9* 287.628 (variable) 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 ∞
Aspheric data 4th surface
K = 0.00000e+000 A 4= 2.46248e-007 A 6= 1.38723e-008 A 8=-4.08353e-011 A10= 1.26569e-013
Side 8
K = 0.00000e+000 A 4= 2.46248e-007 A 6= 1.38723e-008 A 8=-4.08353e-011 A10= 1.26569e-013
9th page
K = 0.00000e+000 A 4=-3.20201e-005 A 6= 1.27623e-007 A 8=-4.33897e-010 A10= 7.63002e-013
Various data focal length 15.86
F number 4.53
Half angle of view 29.27
Image height 8.89
OAL 46.05
skd(in air) 0.85
0.0D -4.0D
d 1 18.00 19.06
d9 1.99 0.93
Entrance pupil position 0.00
Exit pupil position 25.91
Front principal point position 25.60
Back principal point position -15.76
Lens group data group Starting surface Focal length Lens length Front principal point position Rear principal point position
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
Single lens data lens Starting surface Focal length
1 1 96.42
2 8 -61.46
3 10 57.11
G12 0.00
(Table 4)
Numerical example 4
Unit: mm
Surface data Surface number rd nd νd Effective diameter
1(SP) ∞ 18.00 3.50
2 43.600 1.38 1.53110 55.9 18.00
3* 122.693 (variable) 18.00
4 ∞ 1.00 1.51633 64.1 19.00
5 ∞ 2.43 19.00
6 -38.943 -2.43 Reflective surface 19.50
7 ∞ -1.00 1.51633 64.1 19.00
8 ∞ 1.00 Reflective surface 19.00
9 ∞ 2.43 19.00
10 -38.943 0.80 2.00272 19.3 19.50
11 -70.526 (variable) 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 ∞
Aspheric data 3rd surface
K = 0.00000e+000 A 4= 2.14652e-007 A 6=-2.01734e-008 A 8= 2.91421e-010
Side 12
K = 0.00000e+000 A 4=-1.55694e-004 A 6=-1.25143e-006
Page 13
K = 0.00000e+000 A 4= 1.49295e-004 A 6=-1.35522e-006 A 8= 6.11466e-009 A10=-3.33498e-011
Various data focal length 13.78
F number 3.94
Half angle of view 19.95
Image height 5.00
OAL 18.80
skd(in air) 1.50
0.0D -4.0D
d3 1.24 2.96
d11 3.43 1.71
Entrance pupil position 0.00
Exit pupil position 8.62
Front principal point position 36.60
Back principal point position -13.48
Lens group data group Starting surface Focal length Lens length Front principal point position Rear principal point position
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
Single lens data lens Starting surface Focal length
1 1 126.58
2 4 0.00
3 10 -87.84
4 12 18.62
5 14 32.39
G16 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。 FIG. 14 shows an optical device as a fifth embodiment of the present invention, and is a schematic diagram of an imaging device 100 equipped with an eyepiece optical system of each embodiment. In FIG. 14, a subject image formed by a photographic lens (imaging optical system) 101 is converted into an electrical signal by an image sensor 102, which is a photoelectric conversion element. As the image sensor 102, a CCD sensor, a CMOS sensor, or the like is used.
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。 Image data is formed by processing the output from the image sensor 102 in the image processing circuit 103. This image data is recorded on a recording medium 104 such as a semiconductor memory, magnetic tape, or optical disk. Further, image data formed by the image processing circuit 103 is displayed on an electronic viewfinder (EVF) 105. The electronic viewfinder 105 includes a display element (liquid crystal display element, organic EL element, etc.) 1051 and an eyepiece optical system 1052 of each embodiment. The user 106 can capture an image while observing the electronic viewfinder.
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。 The eyepiece optical system of each embodiment is applicable to various imaging devices such as digital cameras and video cameras.
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。 The embodiments described above are merely representative examples, and various modifications and changes can be made to each embodiment when implementing the present invention.
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
LF Diopter adjustment lens group LR Subsequent lens group HM1 First semi-transparent surface HM2 Second semi-transparent surface SP Pupil plane ID Display surface
Claims (11)
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おり、
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とし、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、
0.01≦skd/f≦0.23
0.08≦DFR/fF≦0.50
なる条件を満足することを特徴とする観察光学系。 An observation optical system that enables observation of an optical image of an original image displayed on a display surface from a pupil plane,
arranged in order from the pupil surface side to the display surface side,
a first lens group having a first semi-transparent surface and a second semi-transparent surface;
a second lens group having at least one positive lens;
The diopter can be adjusted by fixing the second lens group to the display surface and moving the first lens group in the optical axis direction ,
The distance from the lens surface closest to the display surface of the observation optical system to the display surface is skd, the focal length of the entire system of the observation optical system is f, and the diopter of the observation optical system is 0D. When the distance on the optical axis between the first lens group and the second lens group is DFR, and the focal length of the first lens group is fF,
0.01≦skd/f≦0.23
0.08≦DFR/fF≦0.50
An observation optical system characterized by satisfying the following conditions .
-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。 When the radius of curvature of the second semi-transparent surface is RHM2,
-0.08≦skd/RHM2<0.0
The observation optical system according to claim 1, wherein the observation optical system satisfies the following conditions.
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。 When the total length of the optical system is OA L ,
5.0≦OAL/skd≦20.0
The observation optical system according to claim 1 or 2, wherein the observation optical system satisfies the following conditions.
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。 When the maximum diameters of the areas through which light from the original image passes among the first lens group and the second lens group are respectively DF and DR,
1.0≦DF/DR≦2.0
4. The observation optical system according to claim 1, wherein the observation optical system satisfies the following conditions.
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。 When the focal length of the second lens group is fR,
0.1≦fF/fR≦2.0
5. The observation optical system according to claim 1, wherein the observation optical system satisfies the following conditions.
-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。 When the radius of curvature of the second semi-transparent surface is RHM 2 ,
-1.0≦f/RHM2<0.0
The observation optical system according to any one of claims 1 to 5, wherein the observation optical system satisfies the following conditions.
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。 0 . 8≦fF/f≦2.0
7. The observation optical system according to claim 1, wherein the observation optical system satisfies the following conditions.
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7のいずれか一項に記載の観察光学系。 When the focal length of the second lens group is fR ,
0.5≦fR/f≦10.0
8. The observation optical system according to claim 1, wherein the observation optical system satisfies the following conditions.
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