KR100823570B1

KR100823570B1 - 전자뷰 파인더

Info

Publication number: KR100823570B1
Application number: KR1020010034719A
Authority: KR
Inventors: 난조유스케; 이소가와도시아키
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2008-04-21
Also published as: CN1185539C; KR20020000493A; JP2002010112A; US20020039491A1; CN1329269A; US6633731B2

Abstract

본 발명에 의하면, LCD와 접안렌즈의 상대적 위치를 적정하게 부여함으로써 선광성을 완화하여 영상의 콘트라스트를 향상시킬 수 있는 비디오 카메라 장치 등의 전자뷰 파인더를 얻는다.

액정 영상 화면은 보는 방향에 따라 콘트라스트나 밝기가 상이하게 보이는 시야각 특성을 가지고, 접안렌즈(2)의 출사면측 아이 컵의 개구부(6)의 중심을 당해 접안렌즈(2)의 광축(3)으로부터 어긋나게 배치함으로써 관찰자의 눈이 광축(3)으로부터 벗어난 위치로 유도되어 액정 영상 화면(1)을 비스듬히 보게 하여 액정 영상 화면을 양호한 콘트라스트로 관찰할 수 있게 하였다.

전자뷰 파인더, 접안렌즈, 볼록렌즈, 오목렌즈, 광축, 시축, 선광, 편광판, 영상면, 콘트라스트.

Description

전자뷰 파인더{THE ELECTRONIC VIEW FINDER}

도 1은 본 발명에 의한 전자뷰 파인더의 원리를 설명하는 개요도.

도 2는 본 발명의 전자뷰 파인더의 접안렌즈의 구성도.

도 3은 접안렌즈의 비점 수차와 왜곡 수차의 도면.

도 4는 LCD의 TN형 액정에 전압을 인가하지 않을 때의 액정 분자의 배열도.

도 5는 LCD의 TN형 액정에 전압을 인가할 때의 액정 분자의 배열도.

도 6은 TN형 액정에 인가하는 전압과 LCD의 투과율의 관계를 나타낸 V-T 특성도.

도 7은 도 6의 특성도에 경사 방향의 V-T 특성을 중합한 특성도.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1:영상면, 2:접안렌즈, 3:광축, 4:중심 광축, 6:아이 컵의 개구부, 7:시축, L₁:볼록렌즈, L₂:오목렌즈, L₃:볼록렌즈.

본 발명은 예를 들면 비디오 카메라 장치에 사용하기에 바람직한 전자뷰 파 인더에 관한 것이며, 상세하게는 LCD 등의 시야각 특성을 가지는 영상 표시 장치를 접안렌즈로 확대하여 관찰하는 전자뷰 파인더에 있어서, 영상 표시 장치와 접안렌즈의 상대적 배치를 적정화함으로써 시야각 특성에 의한 영상의 콘트라스트를 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

종래, 비디오 카메라 장치의 전자뷰 파인더는 영상 표시 장치로서 소형의 CRT(음극선관)나 LCD 등이 주로 사용되고, 영상 표시 장치의 영상은 접안렌즈로 확대하여 관찰하도록 되어 있었다. 그러나, CRT는 영상면으로부터의 안쪽 방향의 사이즈가 길어 소형의 비디오 카메라 장치에는 적합하지 않다. 또, LCD는 소형 경량화인 동시에 화소수에 대해서도 최근 현저하게 향상되고 있기 때문에 파인더의 영상으로 포커싱을 행하는 것도 충분히 실용적이어 고급 기종에도 널리 보급되고 있다.

그러나, CRT를 사용한 영상 표시 장치에서는 영상면을 관찰하는 방향이 정면으로부터 다소 어긋나 비스듬히 보더라도 휘도나 콘트라스트가 민감하게 변화되는 일은 없으나, LCD의 경우에는 영상면을 비스듬히 보면 밝기나 콘트라스크가 민감하게 변화되는 데다, 영상면을 정면으로부터 관찰했을 때 최적의 콘트라스트를 얻을 수 있다고 한정지을 수 없고 특정 방위각으로 특정 각도만큼 경사 방향으로부터 보았을 때 콘트라스트가 최적인 경우가 있다. 상기 밝기나 콘트라스트가 관찰하는 방향에 의존하는 성질을 시야각 특성이라 한다.

LCD에 사용되는 액정은 몇 종류가 있으나, 가장 광범위하게 사용되고 있는 것이 TN(Twisted Nematic)형 액정이며, 본 발명도 TN형 액정을 사용한 LCD에 대한 것이다.

여기서, TN형 액정이 시야각 특성이 대칭이 아니어, 정면축 상에서는 최적의 콘트라스트를 얻을 수 없어 특정 방향과 각도에 최적의 콘트라스트가 있다는 동작 원리에 대해 설명한다.

도 4에 TN형 액정에 전압을 인가하지 않을 때의 액정 분자의 배열을 나타낸다.

편광 방향이 직교하는 2매의 편광판(10, 11) 사이에는 액정 셀(12, 13)이 샌드위치형으로 유지되어 있다. 상기 액정 셀(12, 13)의 액정 분자(14)는 한쪽의 액정 셀(12)쪽에서는 입사측 편광판(10)과 평행하며, 다른쪽 액정 셀(13)에 90° 트위스트되어 출사측 편광판(11)과 평행하게 된다. 따라서, 입사측 편광판(10)쪽으로부터 입사한 백 라이트 광은 편광판(10)에 의해 직선 편광되어 액정 분자(14)와 마찬가지로 90° 트위스트되어(선광(旋光)), 편광판(11)으로부터 출사된다. 즉, LCD는 희게 보인다.

도 5는 액정 셀(12, 13)간의 도시되지 않은 투명 전극에 전압을 인가한 경우의 액정 분자의 배열을 나타낸다.

이에 따르면, 액정 분자(14)는 전계를 따라 액정 셀(12, 13)과 수직으로 되어 선광 작용은 해소된다. 따라서, 입사측 편광판(10)쪽으로부터 입사된 백 라이트 광은 출사측 편광판(11)에 차단되어 LCD는 검게 보인다.

그런데, 도 5에서 나타낸 액정 분자(14)는 엄밀하게는 액정 셀(12, 13)에 접 해 있는 액정 분자만은 액정 셀의 표면에 코팅되어 있는 고분자 박막면과 분자간 인력의 영향에 의해, 액정 셀(12, 13)에 대해 완전한 수직으로는 되지 않고, 다소 선광성을 가지고 있다. 즉, LCD는 완전히 검게는 보이지 않는다.

도 6은 액정 셀에 인가하는 전압(V)과 LCD의 투과율(T)의 관계를 나타내고, LCD의 수직 방향의 V-T 특성(θ=0°)의 일례이다. 본 도면으로부터 명백한 바와 같이 액정 셀에 높은 전압을 인가하면 투과율은 0에 근접하나, 전술한 바와 같은 다소 선광성을 가진다는 이유에서 완전하게 0으로는 되지 않는다. 또, 높은 전압을 인가하는 것은 구동 회로를 구성하는 디바이스의 내압 문제나 소비 전압이 헛되이 증대되는 등의 이유에서 현실적이지 않다. 따라서, 일반적으로는 LCD의 흑신호 레벨을 4볼트로 설정하고 있다.

또, LCD의 백신호 전압은 1.5볼트 점도(点度)로 설정하고, 4볼트∼1.5볼트의 신호 전압을 인가함으로써 흑∼회색∼백을 표시하고 있다.

여기서, LCD의 밝기의 콘트라스트가 양호한지 불량한지는 백신호 인가 시의 투과율/흑신호 인가 시의 투과율의 콘트라스트비로 정량적으로 정의되고 있다. 즉, 4볼트에 대응되는 투과율은 2%이므로 이 경우의 콘트라스트비는 100/2=50으로 된다.

도 7은 도 6의 LCD의 수직 방향의 V-T 특성(θ=0°)에 더하여 경사 방향의 V-T 특성을 나타낸 것이다. 즉, 먼저 설명한 바와 같이 높은 전압을 인가해도 액정 셀에 접해 있는 액정 분자는 액정 셀과 완전히 수직이 아니라 다소 경사져 약간의 선광성을 가지고 있으나, 상기 경사진 방향으로부터 LCD를 본 경우, 상대적으로 선광성이 완화되어 같은 흑신호 전압을 인가해도 더욱 검게 보인다.

예를 들면, V-T 특성(θ=10°)은 흑신호 전압이 4볼트인 경우, 투과율은 약 0.1%이며, 콘트라스트비는 100/0.1=1000이 되어 대폭 개선된다. 반대로 선광성을 조장하는 측으로부터 비스듬히 본 경우, 예를 들면 V-T 특성(θ=-10°)은 흑신호 전압이 4볼트인 경우의 투과율은 약 10%이며, 콘트라스트비는 100/10=10이 되어 대폭 악화된다.

본 발명은 전술한 과제를 해소하기 위해 이루어진 것이며, LCD와 접안렌즈의 상대적 위치를 적정하게 부여함으로써 선광성을 완화시켜 영상의 콘트라스트를 향상시킬 수 있는 전자뷰 파인더를 얻는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 전자뷰 파인더는 액정 영상 화면을 보는 방향에 따라 콘트라스트나 밝기가 상이하게 보이는 시야각 특성을 가지고, 접안렌즈의 출사면측의 개구부의 중심을 당해 접안렌즈의 광축으로부터 어긋나게 배치함으로써, 관찰자의 눈이 광축으로부터 벗어난 위치로 유도되어 액정 영상 화면을 비스듬히 보게 함으로써 광축 상으로부터 본 상태보다 콘트라스트가 높게 보이도록 다음의 조건을 만족시키게 한 것이다.

0.3h<△<1.5h

단, 영상이 가장 명료하게 보이는 방향이 광축과 이루는 각을 θ, 접안렌즈의 초점 거리를 f로 했을 때, 시도(視度)를 0디옵터로 맞춘 경우, θ의 각도로 영상을 보기 위한 광축과 시축의 편차량 h는 h=f·tanθ로 얻어진다. △는 실제 광 축과 시축의 편차량이다.

전술한 전자뷰 파인더에 의하면, 시야각 특성을 위해 정면으로부터 보면 콘트라스트가 낮아지는 영상 표시 장치를 최적의 콘트라스트로 관찰할 수 있게 된다.

다음에, 본 발명에 의한 전자뷰 파인더의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 전자뷰 파인더의 원리를 나타낸 개요도이다. 액정의 영상면(1)은 시야각 특성이 민감하며 영상면(1)의 정면에 대해 소정의 방위각으로 약 θ의 방향으로부터 관찰했을 때, 콘트라스트가 가장 양호하게 보이는 것으로 한다. 그리고, 영상면(1)의 중심으로부터 출사되어 θ방향으로 전진하는 광선을 중심 광선(4)으로 하면, 상기 중심 광선(4)이 접안렌즈(2)를 투과한 후에 광축(3)에 대략 평행한 광선(5)으로서 출사되어 관찰자의 눈에 입사되도록 구성되어 있다.

접안렌즈(2)를 얇은 렌즈, 시도를 0디옵터로 조정하여 영상면(1)으로부터 접안렌즈(2)까지를 초점 거리 f로 하여 근축(近軸) 이론으로 계산하면, 광축(3)과 시축(7)의 거리 h를 h=f·tanθ로 설정함으로써 전술한 구성을 얻을 수 있다. 실제로는 광축(3)과 시축(7)의 편차량 △은 △=h로 하지 않아도 대략 양호하게 보이는 범위가 있고, 상기와 같이 △의 범위를 설정하는 것이 바람직하다. 조건식의 하한을 넘으면 본 발명의 효과가 상실되어 정면으로부터 관찰하는 것과 변함이 없게 된다. 또, △가 커지면 그 만큼 파인더 전체의 높이가 높아지고, 상한을 넘으면 커져 실용적이지 않게 되는 동시에 광축(3)과 시축(視軸)(7)이 어긋나는 것에 의한 접안렌즈(2)의 성능 열화가 현저해져 수차 보정이 어려워진다. 따라서, 광축(3)으 로부터 편차량 △에 대해 아이 컵의 개구부(6)를 상하 대칭으로 형성함으로써 관찰자가 자연히 광선(5)에 시축(7)을 대략 일치시킬 수 있도록 구성한다.

도 2에 접안렌즈(2)의 일례를 나타낸다. 여기서, 접안렌즈(2)는 관찰자쪽으로부터 볼록렌즈 L₁, 오목렌즈 L₂, 볼록렌즈 L₃의 3매의 플라스틱 렌즈로 이루어지고, 각 렌즈의 6개의 렌즈면은 비구면(非球面)으로 이루어지고, 비구면의 기준 구면으로부터의 편차량은 관찰자쪽으로부터 순서대로 제1면 r₁은 영상면으로부터 멀어지는 방향, 제2면 r₂는 영상면에 접근하는 방향, 제3면 r₃는 영상면으로부터 멀어지는 방향, 제4면 r₄는 영상면으로부터 멀어지는 방향, 제5면 r₅는 영상면으로부터 멀어지는 방향, 그리고 제6면 r₆는 영상면으로부터 멀어지는 방향으로 되어 있다.

또, 다음에 나타내는 수치예는 파인더로서의 광선 경로와는 반대로 관찰자로부터 광선이 입사되어 실상을 맺는 결상계로 한 상태를 나타낸다.

기호는 각 수치예 공통이며 다음과 같다.

ri: 제i면의 곡률 반경

di: 제i면 뒤쪽의 면 간격

ni: 렌즈 Li의 재질의 d선에 있어서의 굴곡률

i: 렌즈 Li의 재질의 아베(Abbe)수

비구면의 정의: 비구면의 깊이 xi, 광축으로부터의 높이를 H로 하여 다음 식으로 나타낸다.

xi=H²/ri{1+(1-H²/ri²)^1/2}+∑AkH^k

비구면 계수에 있어서의 e-3은 ×10^-3을 나타낸다.

수치예

r₁ 27.892 d₁ 5.66 n₁ 1.492

₁ 57.2

r₂ -45.778 d₂ 5.03

r₃ -29.923 d₃ 2.4 n₂ 1.492

₂ 57.2

r₄ 108.108 d₄ 4.94

r₅ -421.525 d₅ 5.88 n₃ 1.492

₃ 57.2

r₆ -17.143

비구면 A4 A6 A8 A10

r₁ -0.7951 e-5 +0.3539 e-8 -0.5582 e-10 -0.3591 e-11

r₂ +0.1608 e-4 -0.1423 e-6 +0.5582 e-9 -0.3876 e-11

r₃ -0.1841 e-4 +0.3188 e-7 +0.5581 e-9 -0.6217 e-12

r₄ -0.6944 e-4 +0.3416 e-6 -0.3349 e-10 +0.3876 e-11

r₅ -0.7957 e-4 +0.2271 e-7 +0.5582 e-9 +0.3876 e-11

r₆ -0.4060 e-5 +0.3363 e-7 -0.5076 e-9 +0.3456 e-11

초점 거리 33.73

여기서, 시도 조정에 있어서는 영상면(1)에 대해 3매의 각 렌즈 L₁, L₂, L₃를 일체로 이동시키거나 전술한 수치를 -1디옵터의 상태로 하고, 관찰자에 가장 가까운 1매의 렌즈 L₁만을 이동하여 시도 보정을 행해도 양호한 성능을 얻을 수 있다.

또, 도 3에 -1디옵터에서 결상계로서의 비점 수차, 왜곡 수차를 나타낸다. 그리고, 비점 수차 곡선도에서, 화살 모양상의 면 만곡을 실선으로 나타내고, 메리오디날상 면 만곡을 파선으로 나타낸다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 전자뷰 파인더는 액정 영상 화면을 보는 방향에 따라 콘트라스트나 밝기가 상이하게 보이는 시야각 특성을 가지고, 접안렌즈의 출사면측 개구부의 중심을 당해 접안렌즈의 광축으로부터 어긋나게 배치함으로써, 관찰자의 눈이 광축으로부터 벗어난 위치로 유도되어 액정 영상면을 비스듬히 보게 함으로써 액정 영상 화면을 양호한 콘트라스트로 관찰할 수 있고, 비디오 카메라 장치 등에 사용하기에 매우 바람직하다.

또, 접안렌즈는 관찰자쪽으로부터 순서대로 볼록렌즈, 오목렌즈, 볼록렌즈의 3매의 렌즈로 이루어지고, 각 렌즈의 6개의 렌즈면은 비구면으로 이루어지고, 비구면의 기준 구면으로부터의 편차량은 관찰자쪽으로부터 순서대로 제1면은 영상면으로부터 멀어지는 방향, 제2면은 영상면에 접근하는 방향, 제3면은 영상면으로부터 멀어지는 방향, 제4면은 영상면으로부터 멀어지는 방향, 제5면은 영상면으로부터 멀어지는 방향, 제6면은 영상면으로부터 멀어지는 방향으로 되는 비구면 계수로 하고, 시도 조정에 있어서는 영상면에 대해 3매의 각 렌즈를 일체로 이동시키거나 관찰자쪽에 가장 가까운 1매의 렌즈만 이동 가능하며, 다른 2매의 렌즈는 영상면에 대해 고정되도록 하여 시축이 광축으로부터 어긋나는 것에 의한 수차 보정도 용이하게 행할 수 있다.

Claims

보는 방향에 따라 콘트라스트나 밝기가 상이하게 보이는 시야각 특성을 가지는 액정 영상 화면을 접안렌즈로 확대하여 보는 전자뷰 파인더에 있어서,

관찰자의 눈이 광축으로부터 벗어난 위치로 유도되어 상기 액정 영상 화면을 비스듬히 보게 하도록, 상기 접안렌즈의 출사면측 개구부의 중심을 상기 접안 렌즈의 광축으로부터 어긋나게 배치하고,

상기 광축 상에서 본 상태보다 콘트라스트가 높게 보이도록, 다음의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 전자뷰 파인더.

0.3h<△<1.5h

(단, 영상이 가장 명료하게 보이는 방향이 광축과 이루는 각을 θ, 접안렌즈의 초점 거리를 f로 했을 때, 시도(視度)를 0디옵터로 맞춘 경우에, θ의 각도로 영상을 보기 위한 광축과 시축(視軸)의 편차량 h는 h=f·tanθ로 얻어지고, △는 실제 광축과 시축의 편차량임)
제1항에 있어서,

상기 접안렌즈는, 관찰자쪽으로부터 순서대로 볼록렌즈, 오목렌즈, 볼록렌즈 3매의 플라스틱 렌즈로 이루어지고, 각 렌즈의 6개의 렌즈면은 비구면(非球面)으로 이루어지고, 비구면의 기준 구면으로부터의 편차량은 관찰자쪽으로부터 순서대로 제1면은 영상면으로부터 멀어지는 방향, 제2면은 영상면에 접근하는 방향, 제3면은 영상면으로부터 멀어지는 방향, 제4면은 영상면으로부터 멀어지는 방향, 제5면은 영상면으로부터 멀어지는 방향, 제6면은 영상면으로부터 멀어지는 방향으로 되는 비구면 계수로 하고, 시도 조정에 있어서는 영상면에 대해 3매의 상기 각 렌즈를 일체로 이동시키거나 관찰자쪽에 가장 가까운 1매의 렌즈만 이동 가능하며, 다른 2매의 렌즈는 영상면에 대해 고정하는 것을 특징으로 하는 전자뷰 파인더.