WO2020166390A1 - 観察光学系およびそれを備えた画像表示装置 - Google Patents

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修一 茂木
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キヤノン株式会社
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    • G02B3/08Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens

Definitions

  • the present invention relates to an observation optical system suitable for an image display device such as an electronic viewfinder.
  • an observation optical system having a plurality of lenses for observing an image display surface such as a liquid crystal panel.
  • Such an observation optical system is required to secure a wide field of view (high magnification) and eye relief in order to improve visibility, and to correct various aberrations satisfactorily. Further, in order to make the observation optical system smaller (thinner), it is desired to use a small image display surface.
  • Patent Document 1 discloses an observation optical system having a wide field of view and a small size.
  • Patent Document 2 discloses an electronic viewfinder in which a diffractive optical element is applied to an eyepiece lens and a design wavelength with high diffraction efficiency is appropriately set.
  • an object of the present invention is to provide a small observation optical system and image display device having high optical performance.
  • An observation optical system is an observation optical system for observing an image displayed on an image display surface, the observation optical system having a negative lens and a positive lens, and the negative lens and the positive lens. At least one has a lens surface having a Fresnel shape, and the power of the Fresnel-shaped lens surface (however, the maximum value of the power when there are a plurality of the Fresnel-shaped lens surfaces) is ⁇ r, When the power of the entire observation optical system is ⁇ f, the maximum wall length (mm) of the Fresnel-shaped lens surface is hsag, and the wavelength of the d-line (mm) is ⁇ , the predetermined conditional expressions are satisfied. To do.
  • An image display device as another aspect of the present invention is an image display device and the observation according to any one of claims 1 to 10 for observing an image displayed on an image display surface of the image display device. And an optical system.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an observation optical system in Example 1.
  • FIG. 7 is an aberration diagram of an observation optical system in Example 1.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of an observation optical system in Example 2.
  • FIG. 9 is an aberration diagram of an observation optical system in Example 2.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of an observation optical system in Example 3.
  • FIG. 9 is an aberration diagram of an observation optical system in Example 3.
  • 9 is a cross-sectional view of an observation optical system in Example 4.
  • FIG. 16 is an aberration diagram of an observation optical system in Example 4.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of an observation optical system in Example 5.
  • FIG. 19 is an aberration diagram of an observation optical system in Example 5.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of the observation optical system in Example 6.
  • FIG. 16 is an aberration diagram of an observation optical system in Example 6.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of an observation optical system in Example 7.
  • FIG. 16 is an aberration diagram of the observation optical system in Example 7.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of the observation optical system in Example 8.
  • FIG. 19 is an aberration diagram of an observation optical system in Example 8.
  • FIG. 16 is a sectional view of an observation optical system in Example 9.
  • FIG. 16 is an aberration diagram of an observation optical system in Example 9.
  • FIG. 16 is a sectional view of an observation optical system in Example 10.
  • FIG. 16 is an aberration diagram of the observation optical system in Example 10.
  • FIG. 16 is a sectional view of an observation optical system in Example 11.
  • FIG. 16 is an aberration diagram of the observation optical system in Example 11.
  • FIG. 16 is a sectional view of an observation optical system in Example 12.
  • FIG. 16 is an aberration diagram of the observation optical system in Example 12.
  • FIG. 16 is a sectional view of an observation optical system in Example 13.
  • FIG. 16 is an aberration diagram of the observation optical system in Example 13.
  • FIG. It is explanatory drawing of the Fresnel lens in each Example. It is explanatory drawing of the Fresnel lens in each Example. It is a block diagram of the imaging system in this embodiment.
  • FIG. 1 is a sectional view showing a lens configuration of an observation optical system in Example 1.
  • FIG. 2 is an aberration diagram showing each aberration (spherical aberration, astigmatism, distortion, chromatic aberration) of the observation optical system in Example 1.
  • FIG. 3 and FIG. 4 are a sectional view and an aberration diagram of the observation optical system in Example 2, respectively.
  • 5 and 6 are a sectional view and an aberration diagram of the observation optical system in Example 3, respectively.
  • 7 and 8 are a sectional view and an aberration diagram of the observation optical system in Example 4, respectively.
  • 9 and 10 are a sectional view and an aberration diagram of an observation optical system in Example 5, respectively.
  • 11 and 12 are a sectional view and an aberration diagram of the observation optical system in Example 6, respectively.
  • 13 and 14 are a sectional view and an aberration diagram of the observation optical system in Example 7, respectively.
  • 15 and 16 are a cross-sectional view and an aberration diagram of the observation optical system in Example 8, respectively.
  • 17 and 18 are a sectional view and an aberration diagram of the observation optical system in Example 9, respectively.
  • 19 and 20 are a sectional view and an aberration diagram of the observation optical system in Example 10, respectively.
  • 21 and 22 are a sectional view and an aberration diagram of the observation optical system in Example 11, respectively.
  • 23 and 24 are a sectional view and an aberration diagram of the observation optical system in Example 12, respectively.
  • 25 and 26 are a sectional view and an aberration diagram of the observation optical system in Example 13, respectively.
  • 27 and 28 are explanatory views of the Fresnel lens LF in each example.
  • FIGS. 27 and 28 show the length in the optical axis direction from the surface apex of the central ring zone of the Fresnel lens LF to the end portion and the wall length (step), and the surface apex of the center ring zone of the Fresnel lens LF to the edge.
  • the figure to the part and the explanatory view of the definition of the effective diameter of Fresnel lens LF are shown.
  • the entire observation optical system has a strong positive power.
  • strong positive and negative refracting powers are required for each lens group that constitutes the observation optical system.
  • the observation optical system of this embodiment has a negative lens and a positive lens, and at least one of the negative lens and the positive lens has a Fresnel surface (Fresnel surface). And satisfy a predetermined condition.
  • Fre is a Fresnel surface (Fresnel-shaped lens surface), and a plurality of concentric Fresnel gratings FP are arranged at a predetermined grating pitch.
  • La is the optical axis.
  • hea is the effective diameter of the Fresnel lens LF.
  • Fr is a Fresnel ring zone in which a Fresnel lattice is formed.
  • the length from the surface vertex FL1 of the Fresnel lens LF to the end portion FL2 in the direction along the optical axis La (optical axis direction) is h1, and is the n-th number when counted from the optical axis La.
  • the length of the wall surface of the Fresnel grating (ring zone) is set to hn.
  • Each aberration diagram (FIG. 2, FIG. 4, FIG. 6, FIG. 8, FIG. 10, FIG. 12, FIG. 14, FIG. 16, FIG. 18, FIG. 20, FIG. 22, FIG. 22, FIG. 24, FIG. 26) is a view of the observation optical system.
  • the figure shows the case where the degree is ⁇ 1 diopter (standard diopter).
  • the observation optical system of each example is suitable for use as an observation optical system of an image pickup device such as a digital camera or a video camera.
  • Sectional views showing the lens configuration of the observation optical system (FIG. 1, FIG. 3, FIG. 5, FIG. 7, FIG. 9, FIG. 11, FIG. 13, FIG. 15, FIG. 17, FIG. 19, FIG. 21, FIG. 23, FIG. ), the left side is the image display surface side and the right side is the observation side.
  • L1 is the first lens group
  • L2 is the second lens group
  • L3 is the third lens group
  • L4 is the fourth lens group
  • L5 is the fifth lens group
  • DI is the image display surface
  • EP is the eyepoint.
  • CG1 and CG2 are cover glasses.
  • the eye point EP may move in the optical axis direction as long as the light rays from the outermost periphery of the image display surface pass through the observer's pupil. Further, the distance from the last lens surface to the eye point EP is the eye relief.
  • the cover glasses CG1 and CG2 are plates that protect the image display surface and the lenses, and may be provided between the image display surface and the lens group or between the lens group and the eyepoint EP. Since the cover glasses CG1 and CG2 are not essential, they need not be provided in the observation optical system.
  • d and c are represented by d and c lines
  • ⁇ M and ⁇ S are represented by meridional image plane and sagittal image plane
  • chromatic aberration of magnification is represented by c line, respectively.
  • an ideal lens having a focal length of about 32 mm is arranged at the position of the eye point EP, and the image is displayed in a state of being further imaged.
  • the wavelength indicates the wavelength of the d line.
  • the first to second lens groups, the first to third lens groups, the first to fourth lens groups, or the second to fourth lens groups are integrated.
  • the diopter is changed by moving it along the optical axis.
  • the diopter is changed from the + side to the ⁇ side by moving the lens group to the observation side.
  • one lens, two adjacent lens groups, or three lens groups can be moved integrally to perform diopter adjustment.
  • the first lens unit L1 is composed of one negative lens.
  • the second lens unit L2 is composed of one positive lens.
  • the first lens group L1 and the second lens group L2 generate all aberrations because the paraxial ray of the pupil and the paraxial ray of the object pass through a high position.
  • chromatic aberration and spherical aberration are corrected.
  • the Petzval sum is corrected by the negative refractive power to control the field curvature.
  • coma and astigmatism are corrected by disposing the second lens unit L2 having a high paraxial ray of the object.
  • Example 1 the first lens unit L1 and the second lens unit L2 have aspherical surfaces.
  • Example 2 to Example 5 the second lens unit L2 has an aspherical surface. Thereby, spherical aberration, coma, and field curvature can be corrected.
  • the second lens unit L2 having a positive refractive power in the first embodiment has a Fresnel structure (Fresnel-shaped lens surface).
  • the first lens unit L1 having negative refractive power in the second and fifth embodiments has a Fresnel structure.
  • the first lens unit L1 having a negative refractive power and the second lens unit L2 having a positive refractive power in the third and fourth embodiments have a Fresnel structure.
  • the first embodiment may be designed with the first lens L1 as a spherical surface. As a result, it is possible to realize an observation optical system that is easy to manufacture by reducing the difficulty of manufacturing.
  • the first lens unit L1 is composed of one positive lens.
  • the second lens unit L2 is composed of one negative lens.
  • the third lens unit L3 is composed of one positive lens.
  • the second lens unit L2 and the third lens unit L3 generate all aberrations because both the paraxial ray of the pupil and the paraxial ray of the object pass through a high position.
  • the chromatic aberration and the spherical aberration are corrected by disposing the negative lens at a position where the paraxial ray of the pupil of the second lens unit L2 is high with respect to these aberrations.
  • the Petzval sum is corrected by the negative refractive power to control the field curvature.
  • the first lens group L1, the second lens group L2, and the third lens group L3 have aspherical surfaces. Thereby, spherical aberration, coma, and field curvature can be corrected.
  • the first lens unit L1 having a positive refractive power in the sixth embodiment has a Fresnel structure (Fresnel-shaped lens surface).
  • the third lens unit L3 having a positive refractive power in Example 7 has a Fresnel structure.
  • the sixth and seventh embodiments may be designed with the second lens L2 as a spherical surface. As a result, it is possible to realize an observation optical system that is easy to manufacture by reducing the difficulty of manufacturing.
  • the first lens unit L1 is composed of one positive lens.
  • the second lens unit L2 is composed of one negative lens.
  • the third lens unit L3 is composed of one positive lens.
  • the fourth lens unit L4 is composed of one positive lens.
  • the second lens group L2, the third lens group L3, and the fourth lens group L4 generate all aberrations because the pupil paraxial ray and the object paraxial ray both pass through a high position.
  • the chromatic aberration and the spherical aberration are corrected by disposing the negative lens at a position where the paraxial ray of the pupil of the second lens unit L2 is high with respect to these aberrations.
  • the Petzval sum is corrected by the negative refractive power to control the field curvature.
  • Example 8 and Example 9 the first lens unit L1, the second lens unit L2, the third lens unit L3, and the fourth lens unit L4 have aspherical surfaces. Thereby, spherical aberration, coma, and field curvature can be corrected.
  • the fourth lens unit L4 having a positive refractive power in Example 9 has a Fresnel structure (Fresnel-shaped lens surface).
  • the second lens unit L2 having a negative refractive power in Example 10 has a Fresnel structure.
  • the first lens unit L1 and the second lens unit L2 in Example 11 have a Fresnel structure. Examples 8 to 11 may be designed with the second lens unit L2 as a spherical surface. As a result, it is possible to realize an observation optical system that is easy to manufacture by reducing the difficulty of manufacturing.
  • the first lens unit L1 is composed of one negative lens.
  • the second lens unit L2 is composed of one positive lens.
  • the third lens unit L3 is composed of one negative lens.
  • the fourth lens unit L4 is composed of one positive lens.
  • the fifth lens unit L5 is composed of one positive lens.
  • the third lens group L3 and the fourth lens group L4 generate all aberrations because the paraxial ray of the pupil and the paraxial ray of the object pass through a high position.
  • the chromatic aberration and the spherical aberration are corrected by disposing the negative lens at a position where the paraxial ray of the pupil of the third lens unit L3 is high with respect to these aberrations.
  • the Petzval sum is corrected by the negative refractive power to control the field curvature.
  • coma and astigmatism are corrected by disposing the fourth lens unit L4 having a high paraxial ray of the object.
  • the fourth lens unit L4 having a high paraxial ray of the object.
  • the first lens group L1, the second lens group L2, the third lens group L3, the fourth lens group L4, and the fifth lens group L5 have aspherical surfaces. Thereby, spherical aberration, coma, and field curvature can be corrected.
  • the first lens group L1, the second lens group L2, the fourth lens group L4, and the fifth lens group L5 in Example 12 have a Fresnel structure (Fresnel-shaped lens surface).
  • the twelfth embodiment may be designed with the third lens unit L3 as a spherical surface. As a result, it is possible to realize an observation optical system that is easy to manufacture by reducing the difficulty of manufacturing.
  • the first lens unit L1 is composed of one positive lens.
  • the second lens unit L3 is composed of one negative lens.
  • the third lens unit L3 is composed of one positive lens.
  • the fourth lens unit L4 is composed of one positive lens.
  • the fifth lens unit L5 is composed of one positive lens.
  • the second lens unit L2, the third lens unit L3, and the fourth lens unit L4 generate all aberrations because both the paraxial ray of the pupil and the paraxial ray of the object pass through a high position.
  • the chromatic aberration and the spherical aberration are corrected by disposing the negative lens at a position where the paraxial ray of the pupil of the third lens unit L3 is high with respect to these aberrations.
  • the Petzval sum is corrected by the negative refractive power to control the field curvature.
  • coma and astigmatism are corrected by disposing the fourth lens unit L4 having a high paraxial ray of the object.
  • Example 13 the first lens group L1, the second lens group L2, the third lens group L3, the fourth lens group L4, and the fifth lens group L5 have aspherical surfaces. Thereby, spherical aberration, coma, and field curvature can be corrected.
  • the fifth lens unit L5 in Example 13 has a Fresnel structure (Fresnel-shaped lens surface).
  • the thirteenth embodiment may be designed with the second lens unit L2 as a spherical surface. As a result, it is possible to realize an observation optical system that is easy to manufacture by reducing the difficulty of manufacturing.
  • the observation optical system of each example includes a negative lens and a positive lens, and at least one of the negative lens and the positive lens has a Fresnel surface having a Fresnel shape.
  • the power of the Fresnel-shaped lens surface is ⁇ r
  • the power of the entire observation optical system is ⁇ f
  • the maximum wall length of the Fresnel-shaped lens surface that is, the step amount (mm) is hsag
  • the d-line wavelength (mm) is d-line wavelength
  • N′ is the refractive index of the medium on the light exit side of the Fresnel-shaped lens surface.
  • N is the refractive index of the medium on the light incident side of the Fresnel-shaped lens surface.
  • R is the radius of curvature of the Fresnel lens surface.
  • the lens surface is an aspherical surface, the radius of curvature R is the paraxial radius of curvature of the lens surface.
  • conditional expression (1) If the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, the power of the Fresnel-shaped lens surface becomes too strong, and chromatic aberration of magnification, coma, and field curvature increase, making it difficult to correct these various aberrations. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (1) is exceeded, the power of the Fresnel-shaped lens surface becomes too weak, and the length on the optical axis from the first lens surface to the eye point EP increases.
  • Conditional expression (2) is a conditional expression for appropriately setting the ratio of the maximum wall length (step difference) on the Fresnel-shaped lens surface and the wavelength of the d-line. If the upper limit of conditional expression (2) is exceeded, the maximum wall length (step amount) on the Fresnel-shaped lens surface becomes too large, and the proportion of light incident on the wall surface increases, so unnecessary light (ghost) is generated. Increased, resulting in reduced optical performance. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (2) is exceeded, the length of the wall surface (step difference) on the Fresnel lens surface becomes too small, the intensity of diffracted light increases, and the optical performance deteriorates.
  • the observation optical system preferably satisfies the following conditional expressions (1a) and (2a).
  • the observation optical system satisfies the following conditional expressions (1b) and (2b).
  • the observation optical system satisfies at least one of the following conditional expressions (3) to (12).
  • ⁇ fl is the power of the lens having the Fresnel lens surface
  • ⁇ fp is the power of the positive lens having the Fresnel lens surface
  • ⁇ fn is the power of the negative lens having the Fresnel lens surface.
  • the power ⁇ fn is the minimum value of the power when there are a plurality of Fresnel-shaped lens surfaces.
  • Tfd is the length on the optical axis from the lens surface on the image display surface side of the observation optical system to the lens surface on the observation side
  • Tfr is the thickness on the optical axis of the lens having the Fresnel-shaped lens surface of the observation optical system.
  • .. f is the focal length of the entire observation optical system
  • ep is the distance (eye relief) from the final lens surface of the observation optical system (the lens on the most observation side among the lenses having refractive power in the observation optical system) to the eye point EP
  • hea is the Fresnel-shaped lens surface. It is the effective diameter.
  • ⁇ l is the maximum power of the lens of the observation optical system
  • ⁇ lp is the maximum power of the positive lens of the observation optical system
  • ⁇ ln is the maximum power of the negative lens of the observation optical system.
  • Conditional expression (3) is a conditional expression for appropriately setting the ratio between the power of the lens having the Fresnel lens surface and the power of the entire observation optical system. If the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, the power of the lens having the Fresnel-shaped lens surface will become too strong, and chromatic aberration of magnification, coma, and field curvature will increase, making it difficult to correct these various aberrations. Become. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (3) is exceeded, the power of the lens having the Fresnel lens surface becomes too weak, and the length on the optical axis from the first lens surface to the eye point EP increases.
  • Conditional expression (4) is a conditional expression for appropriately setting the ratio of the power of the positive lens having the Fresnel-shaped lens surface to the power of the entire observation optical system. If the upper limit of conditional expression (4) is exceeded, the power of the positive lens having a Fresnel-shaped lens surface will become too strong, and chromatic aberration of magnification, coma, and field curvature will increase, making it difficult to correct these various aberrations. Becomes On the other hand, if the lower limit of conditional expression (4) is exceeded, the power of the surface of the positive lens having the Fresnel lens surface becomes too weak, and the length on the optical axis from the first lens surface to the eye point EP increases. ..
  • Conditional expression (5) is a conditional expression for appropriately setting the ratio between the power of the negative lens having the Fresnel-shaped lens surface and the power of the entire observation optical system. If the upper limit of conditional expression (5) is exceeded, the power of the positive lens having the Fresnel lens surface becomes too weak, and the length on the optical axis from the first lens surface to the eye point EP increases. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (5) is exceeded, the power of the positive lens having the Fresnel-shaped lens surface becomes too strong, and chromatic aberration of magnification, coma, and field curvature increase, and correction of these various aberrations is performed. Will be difficult.
  • Conditional expression (6) is a conditional expression for appropriately setting the ratio between the thickness on the optical axis of the lens having the Fresnel-shaped lens surface of the observation optical system and the focal length of the observation optical system. If the upper limit of conditional expression (6) is exceeded, the thickness on the optical axis of the lens having the Fresnel-shaped lens surface of the observation optical system will increase excessively, and the length from the first lens surface to the eye point EP on the optical axis will increase. Will increase.
  • Conditional expression (8) is a conditional expression for appropriately setting the ratio between the half length of the diagonal line of the image display surface and the focal length of the observation optical system. If the upper limit of conditional expression (8) is exceeded, the focal length of the observation optical system becomes too short, chromatic aberration of magnification, coma, and field curvature increase, making it difficult to correct these various aberrations. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (8) is exceeded, it will be difficult to obtain a desired viewing angle.
  • Conditional expression (9) is defined by the distance from the final lens surface of the observation optical system to the eye point EP (eye relief), the effective diameter of the lens having the Fresnel-shaped lens surface, and the maximum wall length (step amount). This is a conditional expression for appropriately setting the relationship. If the upper limit of conditional expression (9) is exceeded, the proportion of light incident on the wall surface increases, so unnecessary light increases and optical performance deteriorates. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (9) is exceeded, the maximum wall length (step difference) in a lens having a Fresnel lens surface becomes too small, the intensity of diffracted light increases, and the optical performance increases. descend.
  • Conditional expression (10) is a conditional expression for appropriately setting the ratio of the power of the lens of the observation optical system to the power of the entire observation optical system. If the upper limit of conditional expression (10) is exceeded, the power of the lens of the observation optical system will become too strong, and chromatic aberration of magnification, coma, and field curvature will increase, making it difficult to correct these various aberrations. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (10) is exceeded, the power of the lens having the Fresnel-shaped lens surface becomes too weak, and the length on the optical axis from the first lens surface to the eye point EP increases.
  • Conditional expression (11) is a conditional expression for appropriately setting the ratio between the power of the positive lens of the observation optical system and the power of the entire observation optical system. If the upper limit of conditional expression (11) is exceeded, the power of the lens having the Fresnel lens surface becomes too strong, and chromatic aberration of magnification, coma, and field curvature increase, making it difficult to correct these various aberrations. Become. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (11) is exceeded, the power of the lens having the Fresnel lens surface becomes too weak, and the length on the optical axis from the first lens surface to the eye point EP increases.
  • Conditional expression (12) is a conditional expression for appropriately setting the ratio between the power of the negative lens of the observation optical system and the power of the entire observation optical system. If the upper limit of conditional expression (12) is exceeded, the power of the lens having the Fresnel-shaped lens surface becomes too weak, and the length on the optical axis from the first lens surface to the eye point EP increases. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (12) is exceeded, the power of the lens having the Fresnel-shaped lens surface becomes too strong, and chromatic aberration of magnification, coma aberration, and field curvature increase, and correction of these various aberrations is not possible. It will be difficult.
  • the observation optical system satisfies at least one of the following conditional expressions (3a) to (12a).
  • Numerical Examples 1 to 16 corresponding to the respective Examples 1 to 16 of the present invention will be shown.
  • the surface numbers are shown in order from the image display surface side, r is the radius of curvature, d is the interval, and nd and vd are the refractive index and Abbe number based on the d line, respectively.
  • the Abbe number ⁇ d of a certain material is the refractive index of d-line (587.6 nm), F-line (486.1 nm), C-line (656.3 nm) and g-line (wavelength 435.8 nm) of the Fraunhofer line.
  • the two surfaces closest to the image are planes corresponding to the optical block G.
  • K is a conic constant
  • A4, A6, A8, and A10 are fourth-order, sixth-order, eighth-order, and tenth-order aspherical coefficients, respectively.
  • the aspherical surface is marked with * to the right of the surface number.
  • r is a paraxial radius of curvature.
  • the display of "eZ" means "10- Z ".
  • the Fresnel surface (Fresnel-shaped lens surface) represents an ideal thin state having an aspherical surface effect, and the actual shape is a Fresnel shape within the indicated center thickness d.
  • the Fresnel surface is shown as fr to the right of the surface number. Tables 1 to 12 show the correspondence with the above-mentioned conditional expressions in each numerical example.
  • FIG. 29 is a block diagram of the imaging system 100.
  • the image pickup system 100 includes an image pickup optical system 101, an image pickup element 102, an image processing circuit 103, a recording medium 104, and a finder optical system unit (image display device) 105.
  • the image pickup optical system 101 is included in the lens device (interchangeable lens).
  • the imaging device 102, the image processing circuit 103, the recording medium 104, and the finder optical system unit (image display device) 105 are included in the imaging device main body.
  • the imaging system 100 includes an imaging device main body and a lens device that can be attached to and detached from the imaging device main body.
  • the present invention is not limited to this, and is also applicable to an image pickup apparatus in which an image pickup apparatus main body and a lens device are integrally configured.
  • the image pickup element 102 photoelectrically converts an optical image (subject image) formed via the image pickup optical system 101 and outputs image data.
  • the image processing circuit 103 performs predetermined image processing on the image data output from the image sensor 102 to form an image.
  • the formed image is recorded on the recording medium 104 such as a semiconductor memory, a magnetic tape, or an optical disk.
  • the image formed by the image processing circuit 103 is displayed on the finder optical system unit 105.
  • the finder optical system unit 105 has an image display element 1051 and a finder optical system (observation optical system of each embodiment) 1052.
  • the image display element 1051 is composed of a liquid crystal display element LCD, an organic EL element, or the like.
  • the finder optical system 1052 is an observation optical system for observing the image displayed on the image display surface of the image display element 1051.
  • each embodiment it is possible to provide a small observation optical system and image display device having high optical performance.

Abstract

【課題】高い光学性能を有する、小型の観察光学系を提供する。 【解決手段】画像表示面に表示された画像を観察するための観察光学系であって、負レンズと正レンズとを有し、負レンズと正レンズの少なくとも一方は、フレネル形状を有するレンズ面を有し、フレネル形状のレンズ面のパワー(ただし、フレネル形状のレンズ面が複数存在する場合にはパワーの最大値)をΦr、観察光学系の全系のパワーをΦf、フレネル形状のレンズ面における最大の壁面の長さ(mm)をhsag、d線の波長(mm)をλとするとき、所定の条件式を満足する。

Description

観察光学系およびそれを備えた画像表示装置
 本発明は、電子ビューファインダ等の画像表示装置に好適な観察光学系に関する。
 従来、液晶パネルなどの画像表示面を観察するため、複数のレンズを有する観察光学系が知られている。このような観察光学系は、視認性を高めるために広い視野(高倍率)とアイレリーフを確保し、諸収差が良好に補正されていることが求められている。また、観察光学系を小型化(薄型化)するため、小型の画像表示面を用いることが望まれている。
 特許文献1には、広視野かつ小型の観察光学系が開示されている。特許文献2には、接眼レンズに回折光学素子を適用し、回折効率の高い設計波長を好適に設定する電子ビューファインダが開示されている。
特開2018-101131号公報 特開2003-329935号公報
 しかしながら、特許文献1および特許文献2のそれぞれに開示された観察光学系では、光学性能を高めるために正レンズのパワーを強めると、正レンズの中心肉厚が増大する。このため、観察光学系の小型化(薄型化、軽量化)を図ることが難しい。
 そこで本発明は、高い光学性能を有する、小型の観察光学系および画像表示装置を提供することを目的とする。
 本発明の一側面としての観察光学系は、画像表示面に表示された画像を観察するための観察光学系であって、負レンズと正レンズとを有し、前記負レンズと前記正レンズの少なくとも一方は、フレネル形状を有するレンズ面を有し、前記フレネル形状の前記レンズ面のパワー(ただし、前記フレネル形状の前記レンズ面が複数存在する場合には前記パワーの最大値)をΦr、前記観察光学系の全系のパワーをΦf、前記フレネル形状の前記レンズ面における最大の壁面の長さ(mm)をhsag、d線の波長(mm)をλとするとき、所定の条件式を満足する。
 本発明の他の側面としての画像表示装置は、画像表示素子と、前記画像表示素子の画像表示面に表示された画像を観察するための請求項1乃至10のいずれか一項に記載の観察光学系とを有する。
 本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
 本発明によれば、高い光学性能を有する、小型の観察光学系および画像表示装置を提供することができる。
実施例1における観察光学系の断面図である。 実施例1における観察光学系の収差図である。 実施例2における観察光学系の断面図である。 実施例2における観察光学系の収差図である。 実施例3における観察光学系の断面図である。 実施例3における観察光学系の収差図である。 実施例4における観察光学系の断面図である。 実施例4における観察光学系の収差図である。 実施例5における観察光学系の断面図である。 実施例5における観察光学系の収差図である。 実施例6における観察光学系の断面図である。 実施例6における観察光学系の収差図である。 実施例7における観察光学系の断面図である。 実施例7における観察光学系の収差図である。 実施例8における観察光学系の断面図である。 実施例8における観察光学系の収差図である。 実施例9における観察光学系の断面図である。 実施例9における観察光学系の収差図である。 実施例10における観察光学系の断面図である。 実施例10における観察光学系の収差図である。 実施例11における観察光学系の断面図である。 実施例11における観察光学系の収差図である。 実施例12における観察光学系の断面図である。 実施例12における観察光学系の収差図である。 実施例13における観察光学系の断面図である。 実施例13における観察光学系の収差図である。 各実施例におけるフレネルレンズの説明図である。 各実施例におけるフレネルレンズの説明図である。 本実施形態における撮像システムのブロック図である。
 以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
 図1は、実施例1における観察光学系のレンズ構成を示す断面図である。図2は、実施例1における観察光学系の各収差(球面収差、非点収差、歪曲、色収差)を示す収差図である。同様に、図3および図4はそれぞれ、実施例2における観察光学系の断面図および収差図である。図5および図6はそれぞれ、実施例3における観察光学系の断面図および収差図である。図7および図8はそれぞれ、実施例4における観察光学系の断面図および収差図である。図9および図10はそれぞれ、実施例5における観察光学系の断面図および収差図である。図11および図12はそれぞれ、実施例6における観察光学系の断面図および収差図である。図13および図14はそれぞれ、実施例7における観察光学系の断面図および収差図である。図15および図16はそれぞれ、実施例8における観察光学系の断面図および収差図である。図17および図18はそれぞれ、実施例9における観察光学系の断面図および収差図である。図19および図20はそれぞれ、実施例10における観察光学系の断面図および収差図である。図21および図22はそれぞれ、実施例11における観察光学系の断面図および収差図である。図23および図24はそれぞれ、実施例12における観察光学系の断面図および収差図である。図25および図26はそれぞれ、実施例13における観察光学系の断面図および収差図である。図27および図28は、各実施例におけるフレネルレンズLFの説明図である。図27および図28は、フレネルレンズLFの中心輪帯の面頂点から端部までの光軸方向の長さと壁面の長さ(段差)、および、フレネルレンズLFの中心輪帯の面頂点から端部までの直径、フレネルレンズLFの有効径の定義の説明図を示している。
 画像表示面の対角長が約20mm以下の小型の表示パネル(画像表示素子)を広い視野(視野角約30度以上)で観察するには、観察光学系の全体は強い正のパワーを持つ必要がある。このため、観察光学系を構成する各レンズ群に強い正の屈折力、負の屈折力が必要になる。ただし、各レンズのパワーを強めると、レンズの中心部または周辺部の肉厚が増大するため、小型化(薄型化)の観点で改善の余地がある。そこで本実施形態の観察光学系は、図1乃至図26に示されるように、負レンズと正レンズとを有し、負レンズと正レンズの少なくとも一方はフレネル形状を有するレンズ面(フレネル面)を有し、所定の条件を満足する。
 図27および図28において、Freはフレネル面(フレネル形状のレンズ面)であり、同心円状の複数のフレネル格子FPが所定の格子ピッチで配列されている。Laは光軸である。heaはフレネルレンズLFの有効径である。Frはフレネル格子が形成されたフレネル輪帯である。また図27および図28では、フレネルレンズLFの面頂点FL1から端部FL2までの光軸Laに沿った方向(光軸方向)の長さをh1、光軸Laから数えたときの第n番目のフレネル格子(輪帯)の壁面の長さをhnとしている。
 各収差図(図2、図4、図6、図8、図10、図12、図14、図16、図18、図20、図22、図24、図26)は、観察光学系の視度が-1ディオプター(標準視度)のときを示している。各実施例の観察光学系は、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置の観察光学系に適して用いられる。観察光学系のレンズ構成を示す各断面図(図1、図3、図5、図7、図9、図11、図13、図15、図17、図19、図21、図23、図25)において、左方が画像表示面側、右方が観察側である。
 各断面図において、L1は第1レンズ群、L2は第2レンズ群、L3は第3レンズ群、L4は第4レンズ群、L5は第5レンズ群、DIは画像表示面、EPはアイポイント、CG1、CG2はカバーガラスを示している。アイポイントEPは、画像表示面の最周辺からの光線が観測者の瞳を通過する範囲内であれば光軸方向に移動してもよい。また、レンズ最終面からアイポイントEPまでの距離をアイレリーフとする。カバーガラスCG1、CG2は、画像表示面やレンズを保護するプレートであり、画像表示面からレンズ群との間やレンズ群とアイポイントEPとの間に設けてもよい。なお、カバーガラスCG1、CG2は必須ではないため、観察光学系に設けなくてもよい。
 各収差図において、d、cはd線およびc線、ΔM、ΔSはメリディオナル像面およびサジタル像面、倍率色収差はc線によりそれぞれ表されている。光路図と収差図においては、アイポイントEPの位置に焦点距離約32mmの理想レンズを配置し、さらに結像させた状態で表示している。波長は、d線の波長を示している。
 各実施例では、視度調整に際し、第1から第2レンズ群、もしくは、第1から第3レンズ群、または、第1から第4レンズ群、もしくは、第2から第4レンズ群を一体的に光軸に沿って移動させることにより視度を変化させている。各実施例において、レンズ群を観察側に移動させることで、視度を+側から-側に変化させる。なお各実施例において、例えば、1つのレンズ、隣接する2つのレンズ群、または、3つのレンズ群を一体的に移動させて視度調整を行うことができる。
 実施例1から実施例5において、第1レンズ群L1は1枚の負レンズにより構成される。第2レンズ群L2は、1枚の正レンズにより構成される。第1レンズ群L1および第2レンズ群L2は、瞳近軸光線および物体近軸光線が共に高い位置を通るため、全ての諸収差を発生させている。これらの収差に対して第1レンズ群L1の瞳近軸光線が高い位置に負レンズを配置することで、色収差および球面収差を補正する。また、負の屈折力でペッツバール和を補正し、像面湾曲を制御する。また、物体近軸光線の高い第2レンズ群L2を配置することで、コマ収差および非点収差を補正する。このように負レンズに対して正レンズを並べて配置することにより、非対称収差をキャンセルして収差補正が容易になる。
 実施例1において、第1レンズ群L1および第2レンズ群L2は非球面を有する。実施例2~実施例5において、第2レンズ群L2は非球面を有する。これにより、球面収差、コマ収差、および、像面湾曲を補正することができる。実施例1における正の屈折力を有する第2レンズ群L2は、フレネル構造(フレネル形状のレンズ面)を有する。実施例2および実施例5における負の屈折力を有する第1レンズ群L1は、フレネル構造を有する。実施例3および実施例4における負の屈折力を有する第1レンズ群L1、および、正の屈折力を有する第2レンズ群L2は、フレネル構造を有する。実施例1は第1レンズL1を球面として設計を行ってもよい。これにより、製造難易度を下げて製造容易な観察光学系を実現することができる。
 実施例6および実施例7において、第1レンズ群L1は1枚の正レンズにより構成される。第2レンズ群L2は、1枚の負レンズにより構成される。第3レンズ群L3は、1枚の正レンズにより構成される。第2レンズ群L2および第3レンズ群L3は、瞳近軸光線および物体近軸光線が共に高い位置を通るため、全ての諸収差を発生させている。これらの収差に対して第2レンズ群L2の瞳近軸光線が高い位置に負レンズを配置することで、色収差および球面収差を補正する。また、負の屈折力でペッツバール和を補正し、像面湾曲を制御する。また、物体近軸光線の高い第3レンズ群L3を配置することで、コマ収差および非点収差を補正する。このように負レンズに対して正レンズを並べて配置することにより、非対称収差をキャンセルして収差補正が容易になる。
 実施例6および実施例7において、第1レンズ群L1、第2レンズ群L2、および、第3レンズ群L3は、非球面を有する。これにより、球面収差、コマ収差、および、像面湾曲を補正することができる。実施例6における正の屈折力を有する第1レンズ群L1は、フレネル構造(フレネル形状のレンズ面)を有する。実施例7における正の屈折力を有する第3レンズ群L3は、フレネル構造を有する。実施例6および実施例7は第2レンズL2を球面として設計を行ってもよい。これにより、製造難易度を下げて製造容易な観察光学系を実現することができる。
 実施例8から実施例11において、第1レンズ群L1は、1枚の正レンズにより構成される。第2レンズ群L2は、1枚の負レンズにより構成される。第3レンズ群L3は、1枚の正レンズにより構成される。第4レンズ群L4は、1枚の正レンズにより構成される。第2レンズ群L2、第3レンズ群L3、および、第4レンズ群L4は、瞳近軸光線および物体近軸光線が共に高い位置を通るため、全ての諸収差を発生させている。これらの収差に対して第2レンズ群L2の瞳近軸光線が高い位置に負レンズを配置することで、色収差および球面収差を補正する。また、負の屈折力でペッツバール和を補正し、像面湾曲を制御する。また、物体近軸光線の高い第3レンズ群L3を配置することで、コマ収差および非点収差を補正する。このように負レンズに対して正レンズを並べて配置することにより、非対称収差をキャンセルして収差補正が容易になる。
 実施例8および実施例9は、第1レンズ群L1、第2レンズ群L2、第3レンズ群L3、および、第4レンズ群L4は、非球面を有する。これにより、球面収差、コマ収差、および、像面湾曲を補正することができる。実施例9における正の屈折力を有する第4レンズ群L4は、フレネル構造(フレネル形状のレンズ面)を有する。実施例10における負の屈折力を有する第2レンズ群L2は、フレネル構造を有する。実施例11における第1レンズ群L1および第2レンズ群L2は、フレネル構造を有する。実施例8から実施例11は、第2レンズ群L2を球面として設計を行ってもよい。これにより、製造難易度を下げて製造容易な観察光学系を実現することができる。
 実施例12において、第1レンズ群L1は、1枚の負レンズにより構成される。第2レンズ群L2は、1枚の正レンズにより構成される。第3レンズ群L3は、1枚の負レンズにより構成される。第4レンズ群L4は、1枚の正レンズにより構成される。第5レンズ群L5は、1枚の正レンズにより構成される。第3レンズ群L3および第4レンズ群L4は、瞳近軸光線および物体近軸光線が共に高い位置を通るため、全ての諸収差を発生させている。これらの収差に対して第3レンズ群L3の瞳近軸光線が高い位置に負レンズを配置することで、色収差および球面収差を補正する。また、負の屈折力でペッツバール和を補正し、像面湾曲を制御する。また、物体近軸光線の高い第4レンズ群L4を配置することで、コマ収差および非点収差を補正する。このように負レンズに対して正レンズを並べて配置することにより、非対称収差をキャンセルして収差補正が容易になる。
 実施例12において、第1レンズ群L1、第2レンズ群L2、第3レンズ群L3、第4レンズ群L4、および、第5レンズ群L5は、非球面を有する。これにより、球面収差、コマ収差、および、像面湾曲を補正することができる。実施例12における第1レンズ群L1、第2レンズ群L2、第4レンズ群L4、および、第5レンズ群L5は、フレネル構造(フレネル形状のレンズ面)を有する。実施例12は、第3レンズ群L3を球面として設計を行ってもよい。これにより、製造難易度を下げて製造容易な観察光学系を実現することができる。
 実施例13において、第1レンズ群L1は、1枚の正レンズにより構成される。第2レンズ群L3は、1枚の負レンズにより構成される。第3レンズ群L3は、1枚の正レンズにより構成される。第4レンズ群L4は、1枚の正レンズにより構成される。第5レンズ群L5は、1枚の正レンズにより構成される。第2レンズ群L2、第3レンズ群L3、おおび、第4レンズ群L4は、瞳近軸光線および物体近軸光線が共に高い位置を通るため、全ての諸収差を発生させている。これらの収差に対して第3レンズ群L3の瞳近軸光線が高い位置に負レンズを配置することで、色収差および球面収差を補正する。また、負の屈折力でペッツバール和を補正し、像面湾曲を制御する。また、物体近軸光線の高い第4レンズ群L4を配置することで、コマ収差および非点収差を補正する。このように負レンズに対して正レンズを並べて配置することにより、非対称収差をキャンセルして収差補正が容易になる。
 実施例13において、第1レンズ群L1、第2レンズ群L2、第3レンズ群L3、第4レンズ群L4、および、第5レンズ群L5は、非球面を有する。これにより、球面収差、コマ収差、および、像面湾曲を補正することができる。実施例13における第5レンズ群L5は、フレネル構造(フレネル形状のレンズ面)を有する。実施例13は、第2レンズ群L2を球面として設計を行ってもよい。これにより、製造難易度を下げて製造容易な観察光学系を実現することができる。
 次に、各実施例における観察光学系が満足する条件について説明する。各実施例の観察光学系は、負レンズと正レンズとを有し、負レンズと正レンズの少なくとも一方はフレネル形状を有するレンズ面(フレネル面)を有する。フレネル形状のレンズ面のパワーをΦr、観察光学系の全系のパワーをΦf、フレネル形状のレンズ面における最大の壁面の長さ、すなわち段差量(mm)をhsag、d線の波長(mm)をλとするとき、以下の条件式(1)、(2)を満足する。なお、フレネル形状のレンズ面が複数存在する場合には、パワーΦrは、パワーの最大値である。
  0.1<|Φr/Φf|<5.0 ・・・(1)
  20<hsag/λ<180   ・・・(2)
 フレネル形状のレンズ面における最大のレンズ面のパワーΦrは、以下のように表される。
 (i)レンズ面が光入斜側の場合
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 (ii)レンズ面が光射出側の場合
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 ここで、N’は、フレネル形状のレンズ面の光射出側の媒質の屈折率である。Nは、フレネル形状のレンズ面の光入射側の媒体の屈折率である。Rは、フレネル形状のレンズ面の曲率半径である。なお、レンズ面が非球面の場合、曲率半径Rはレンズ面の近軸の曲率半径である。次に、条件式(1)、(2)の技術的意味について説明する。条件式(1)は、フレネル形状のレンズ面における最大の壁面の長さ(段差量)と観察光学系の全系のパワーとの比を適切に設定するための条件式である。条件式(1)の上限を超えると、フレネル形状のレンズ面のパワーが強くなり過ぎ、倍率色収差、コマ収差、および、像面湾曲が増大し、これらの諸収差の補正が困難となる。一方、条件式(1)の下限を超えると、フレネル形状のレンズ面のパワーが弱くなり過ぎ、第1レンズ面からアイポイントEPまでの光軸上の長さが増大してしまう。
 条件式(2)は、フレネル形状のレンズ面における最大の壁面の長さ(段差量)とd線の波長との比を適切に設定するための条件式である。条件式(2)の上限を超えると、フレネル形状のレンズ面における最大の壁面の長さ(段差量)が大きくなり過ぎ、壁面に入射する光の割合が増加するため、不要光(ゴースト)が増加し、結果光学性能が低下する。一方、条件式(2)の下限を超えると、フレネル形状のレンズ面における壁面の長さ(段差量)が小さくなり過ぎ、回折光の強度が増加し、光学性能が低下する。
 更に小型の観察光学系を実現するため、好ましくは、観察光学系は、以下の条件式(1a)、(2a)を満足する。
  0.09<|Φr/Φf|<4.50   ・・・(1a)
  23<hsag/λ<176       ・・・(2a)
 より好ましくは、観察光学系は、以下の条件式(1b)、(2b)を満足する。
  0.085<|Φr/Φf|<4.000 ・・・(1b)
  25.52<hsag/λ<170.20 ・・・(2b)
 更に好ましくは、観察光学系は、以下の条件式(3)~(12)の少なくとも一つを満足する。
  0.01<|Φfl/Φf|<3.00  ・・・(3)
  0.02<Φfp/Φf<3.00    ・・・(4)
  ―0.30<Φfn/Φf<-0.20  ・・・(5)
  0.05<Tfd/f<3.00     ・・・(6)
  0.01<Tfr/f<0.30     ・・・(7)
  0.05<Yp/f<0.60      ・・・(8)
  0.1<atan((α-β)/(1-αβ))*60<12.0 (単位:min) ・・・(9)
  0.2<|Φl|/Φf<6.0     ・・・(10)
  1.0<Φlp/Φf<3.0      ・・・(11)
  -5.0<Φln/Φf<-0.5    ・・・(12)
 前述の各条件式において、Φflはフレネル形状のレンズ面を有するレンズのパワー、Φfpはフレネル形状のレンズ面を有する正レンズのパワー、Φfnはフレネル形状のレンズ面を有する負レンズのパワーである。なおパワーΦfnは、フレネル形状のレンズ面が複数存在する場合にはパワーの最小値である。Tfdは観察光学系の画像表示面側のレンズ面から観察側のレンズ面までの光軸上の長さ、Tfrは観察光学系のフレネル形状のレンズ面を有するレンズにおける光軸上の厚みである。fは観察光学系の全系の焦点距離、Ypは画像表示面の対角線長の半分の長さである。α=(ep+hsag)/(hea/2)、β=ep/(hea/2)を満足する。ここで、epは観察光学系の最終レンズ面(観察光学系において屈折力を有するレンズのうち最も観察側のレンズ)からアイポイントEPまでの距離(アイレリーフ)、heaはフレネル形状のレンズ面における有効径である。Φlは観察光学系のレンズのパワーの最大値、Φlpは観察光学系の正レンズのパワーの最大値、Φlnは観察光学系の負レンズのパワーの最大値である。
 次に、条件式(3)~(12)の技術的意味について説明する。条件式(3)は、フレネル形状のレンズ面を有するレンズのパワーと観察光学系の全系のパワーとの比を適切に設定するための条件式である。条件式(3)の上限を超えると、フレネル形状のレンズ面を有するレンズのパワーが強くなり過ぎ、倍率色収差、コマ収差、および、像面湾曲が増大し、これらの諸収差の補正が困難となる。一方、条件式(3)の下限を超えると、フレネル形状のレンズ面を有するレンズのパワーが弱くなり過ぎ、第1レンズ面からアイポイントEPまでの光軸上の長さが増大する。
 条件式(4)は、フレネル形状のレンズ面を有する正レンズのパワーと観察光学系の全系のパワーとの比を適切に設定するための条件式である。条件式(4)の上限を超えると、フレネル形状のレンズ面を有する正レンズのパワーが強くなり過ぎ、倍率色収差、コマ収差、および、像面湾曲が増大し、これらの諸収差の補正が困難となる。一方、条件式(4)の下限を超えると、フレネル形状のレンズ面を有する正レンズの面のパワーが弱くなり過ぎ、第1レンズ面からアイポイントEPまでの光軸上の長さが増大する。
 条件式(5)は、フレネル形状のレンズ面を有する負レンズのパワーと観察光学系の全系のパワーとの比を適切に設定するための条件式である。条件式(5)の上限を超えると、フレネル形状のレンズ面を有する正レンズのパワーが弱くなり過ぎ、第1レンズ面からアイポイントEPまでの光軸上の長さが増大する。一方、条件式(5)の下限を超えると、フレネル形状のレンズ面を有する正レンズのパワーが強くなり過ぎ、倍率色収差、コマ収差、および、像面湾曲が増大し、これらの諸収差の補正が困難となる。
 条件式(6)は、観察光学系のフレネル形状のレンズ面を有するレンズにおける光軸上の厚みと観察光学系の焦点距離との比を適切に設定するための条件式である。条件式(6)の上限を超えると、観察光学系のフレネル形状のレンズ面を有するレンズにおける光軸上の厚みが増大し過ぎ、第1レンズ面からアイポイントEPまでの光軸上の長さが増大する。一方、条件式(6)の下限を超えると、観察光学系のフレネル形状のレンズ面を有するレンズにおける光軸上の厚みが減少し過ぎ、各レンズのコバ厚および中心肉厚の確保が困難となる。
 条件式(7)は、観察光学系のフレネル形状のレンズ面を有するレンズにおける光軸上の厚みと観察光学系の焦点距離との比を適切に設定するための条件式である。条件式(7)の上限を超えると、観察光学系のフレネル形状のレンズ面を有するレンズにおける光軸上の厚みが増大し過ぎ、第1レンズ面からアイポイントEPまでの光軸上の長さが増大する。一方、条件式(7)の下限を超えると、コバ厚および中心肉厚の確保が困難となる。
 条件式(8)は、画像表示面の対角線長の半分の長さと観察光学系の焦点距離との比を適切に設定するための条件式である。条件式(8)の上限を超えると、観察光学系の焦点距離が短くなり過ぎ、倍率色収差、コマ収差、および、像面湾曲が増大し、これらの諸収差の補正が困難となる。一方、条件式(8)の下限を超えると、所望の視野角を得ることが困難となる。
 条件式(9)は、観察光学系の最終レンズ面からアイポイントEPまでの距離(アイレリーフ)とフレネル形状のレンズ面を有するレンズにおける有効径と最大の壁面の長さ(段差量)との関係を適切に設定するための条件式である。条件式(9)の上限を超えると、壁面に入射する光の割合が増加するため、不要光が増加し、光学性能が低下する。一方、条件式(9)の下限を超えると、フレネル形状のレンズ面を有するレンズにおける最大の壁面の長さ(段差量)の量が小さくなり過ぎ、回折光の強度が増加し、光学性能が低下する。
 条件式(10)は、観察光学系のレンズのパワーと観察光学系の全系のパワーとの比を適切に設定するための条件式である。条件式(10)の上限を超えると、観察光学系のレンズのパワーが強くなり過ぎ、倍率色収差、コマ収差、および、像面湾曲が増大し、これらの諸収差の補正が困難となる。一方、条件式(10)の下限を超えると、フレネル形状のレンズ面を有するレンズのパワーが弱くなり過ぎ、第1レンズ面からアイポイントEPまでの光軸上の長さが増大する。
 条件式(11)は、観察光学系の正レンズのパワーと観察光学系の全系のパワーとの比を適切に設定するための条件式である。条件式(11)の上限を超えると、フレネル形状のレンズ面を有するレンズのパワーが強くなり過ぎ、倍率色収差、コマ収差、および、像面湾曲が増大し、これらの諸収差の補正が困難となる。一方、条件式(11)の下限を超えると、フレネル形状のレンズ面を有するレンズのパワーが弱くなり過ぎ、第1レンズ面からアイポイントEPまでの光軸上の長さが増大する。
 条件式(12)は、観察光学系の負レンズのパワーと観察光学系の全系のパワーとの比を適切に設定するための条件式である。条件式(12)の上限を超えると、フレネル形状のレンズ面を有するレンズのパワーが弱くなり過ぎ、第1レンズ面からアイポイントEPまでの光軸上の長さが増大する。一方、条件式(12)の下限を超えると、フレネル形状のレンズ面を有するレンズのパワーが強くなり過ぎ、倍率色収差、コマ収差、および、像面湾曲が増大し、これらの諸収差の補正が困難となる。
 より好ましくは、観察光学系は、以下の条件式(3a)~(12a)の少なくとも一つを満足する。
  0.04<|Φfl/Φf|<2.50  ・・・(3a)
  0.04<Φfp/Φf<2.40    ・・・(4a)
  ―2.40<Φfn/Φf<-0.60  ・・・(5a)
  0.1<Tfd/f<2.20      ・・・(6a)
  0.03<Tfr/f<0.2      ・・・(7a)
  0.13<Yp/f<0.50      ・・・(8a)
0.4<atan((α-β)/(1-αβ))*60<9.9(単位:min) ・・・(9a)
  0.66<|Φl|/Φf<5.0    ・・・(10a)
  0.96<Φflp/Φf<2.7    ・・・(11a)
  -4.43<Φfln/Φf<-0.7  ・・・(12a)
 更に好ましくは、観察光学系は、以下の条件式(3b)~(12b)の少なくとも一つを満足する。
  0.076<|Φfl/Φf|<1.813・・・(3b)
  0.076<Φfp/Φf<1.783  ・・・(4b)
  -1.813<Φfn/Φf<-0.892・・・(5b)
  0.151<Tfd/f<1.34    ・・・(6b)
  0.066<Tfr/f<0.102   ・・・(7b)
  0.221<Yp/f<0.358    ・・・(8b)
  0.715<atan((α-β)/(1-αβ))*60<7.74(単位:min) ・・・(9b)
  1.127<|Φl|/Φf<3.878 ・・・(10b)
  0.931<Φlp/Φf<2.292  ・・・(11b)
  -3.878<Φln/Φf<-0.858・・・(12b)
 なお、各実施例の観察光学系は、諸収差のうち歪曲収差および倍率色収差を電気的な画像処理により補正してもよい。
 次に、本発明の実施例1~16のそれぞれに対応する数値実施例1~16を示す。各数値実施例において、画像表示面側から面番号を順に示し、rは曲率半径、dは間隔、nd、vdはそれぞれd線を基準とした屈折率、アッベ数を示す。ある材料のアッベ数νdは、フラウンホーファ線のd線(587.6nm)、F線(486.1nm)、C線(656.3nm)、g線(波長435.8nm)における屈折率をNd、NF、NC、Ngとするとき、νd=(Nd-1)/(NF-NC)で表される。また、各数値実施例において最像側の2面は光学ブロックGに相当する平面である。また、Kを円錐定数、A4、A6、A8、A10はそれぞれ4次、6次、8次、10次の非球面係数である。非球面は面番号の右隣に*と表記している。
 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とするとき、x=(h/r)/[1+{1-(1+K)(h/r)1/2]+A4・h+A6・h+A8・h+A10・h10で表される。ただし、rは近軸曲率半径である。また、例えば「e-Z」の表示は「10-」を意味する。フレネル面(フレネル形状のレンズ面)は、非球面効果を有する理想的な薄肉状態を表しており、実形状としては、表記した中心厚d内でフレネル形状とする。フレネル面は面番号の右隣にfreと表記している。表1~12は、各数値実施例における前述の各条件式との対応を示す。
 
 (数値実施例1)
単位 mm
全体緒元
焦点距離     21.89
表示対角長    9.98
2ω[deg]     26.17
 
面データ
面番号    r         d          nd        vd    有効径
1         ∞       0.7      1.52310     65.0    20.0
2         ∞       1.35                         20.0
3         ∞       0.8      1.49171     57.4    20.0
4         ∞      (可変)                        20.0
5*     -11.8870    1.7      1.63550     23.9    10.0
6      -61.5263    0.1                          10.7
7*fre   14.5041    1.501    1.53160     55.8    11.0
8*fre  -11.4468   (可変)                        11.0
9         ∞       0.8      1.49171     57.4    10.5
10        ∞      16.0                          10.4
EP                                               7.5
 
非球面データ
第5面 
K=0.0  A4=1.06325e-004
第7面 
K=0.0  A4=-2.95063e-004  A6=8.34934e-006  A8=-1.73516e-007  
A10=1.81211e-009
第8面 
K=0.0 A4=9.19120e-005  A6=1.93888e-006 
 
可変間隔
      0dptr   +1dptr   -1dptr
D4   16.232   16.762   15.794
D8    2.696    2.167    3.134
 
フレネル格子Aにおける壁面の長さh1:0.05
フレネル格子Aにおける壁面の長さhn:0.05
 
フレネル格子Bにおける壁面の長さh1:0.08
フレネル格子Bにおける壁面の長さhn:0.08
 
 (数値実施例2)
全体緒元
焦点距離     21.82
表示対角長    9.98
2ω[deg]     26.16
 
単位 mm
面データ
面番号    r        d        nd       vd    有効径
1        ∞       0.7     1.52310   65.0    20.0
2        ∞       1.35                      20.0
3        ∞       0.8     1.49171   57.4    20.0
4        ∞      (可変)                     20.0
5fre   -11.2667   1.7     1.63550   23.9    10.0
6fre   -58.1379   0.1                       10.7
7*      15.8160   3.795   1.53160   55.8    11.0
8*     -10.5072  (可変)                     11.0
9       ∞        0.8     1.49171   57.4    10.5
10      ∞       16.0                       10.4
EP                                           7.5
 
非球面データ
第7面
K=0.0  A4=-1.94884e-004  A6=4.16216e-006  A8=-1.44112e-007
A10=1.61792e-009
第8面
K=0.0  A4=9.93356e-005  A6=-2.89266e-007
 
可変間隔
        0dptr   +1dptr   -1dptr
D4    14.469   14.997   14.036
D10    1.185    0.657    1.619
 
フレネル格子Aにおける壁面の長さh1:0.04
フレネル格子Aにおける壁面の長さhn:0.04
 
フレネル格子Bにおける壁面の長さh1:0.07
フレネル格子Bにおける壁面の長さhn:0.07
 
 (数値実施例3)
単位 mm
全体緒元
焦点距離     21.80
表示対角長    9.98
2ω[deg]     26.16
 
面データ
 
面番号     r       d         nd       vd    有効径
1         ∞      1.5      1.52310   65.0    20.0
2         ∞      1.35                       20.0
3         ∞      (可変)                     20.0
4fre     -9.6061  1.7      1.63550   23.9    10.0
5fre    -26.9385  0.3                        10.7
6*fre    20.7423  1.5011   1.53160   55.8    11.0
7*fre    -9.8387  (可変)                     11.0
8         ∞      0.8      1.49171   57.4    10.5
9         ∞     16.0                        10.4
EP                                            7.5
 
第6面
K=0.0  A4=-2.47882e-004  A6=9.35287e-006  A8=-1.90201e-007
A10=1.96341e-009
第7面
K=0.0  A4=-1.14659e-006  A6=3.23812e-006
 
可変間隔
      0dptr    1dptr   -1dptr
D3   15.452   15.978   15.018
D7    2.636    2.110    3.070
 
フレネル格子Aにおける壁面の長さh1:0.034
フレネル格子Aにおける壁面の長さhn:0.034
 
フレネル格子Bにおける壁面の長さh1:0.065
フレネル格子Bにおける壁面の長さhn:0.065
 
 (数値実施例4)
単位 mm
全体緒元
焦点距離     21.78
表示対角長    9.98
2ω[deg]     26.16
 
面データ
面番号    r        d        nd       vd    有効径
1         ∞      1.5     1.52310   65.0     20.0
2         ∞      1.35                       20.0
3         ∞     (可変)                      20.0
4fre   -11.8756   1.7     1.63550   23.9     10.0
5      -47.5094   0.1                        10.7
6*fre   16.7894   1.5014  1.53160   55.8     11.0
7*fre  -10.9428  (可変)                      11.0
8         ∞      0.8     1.49171   57.4     10.5
9         ∞     16.0                        10.4
EP                                            7.5
 
第6面
K=0.0  A4=-3.08279e-004  A6=1.04626e-005  A8=-1.94268e-007  
A10=2.03695e-009
第7面
K=0.0  A4=-4.77431e-005  A6=3.86916e-006
 
可変間隔
      0dptr    1dptr    -1dptr
D4   16.093   16.618   15.660
D10   2.623    2.097    3.055
 
フレネル格子Aにおける壁面の長さh1:0.048
フレネル格子Aにおける壁面の長さhn:0.048
 
フレネル格子Bにおける壁面の長さh1:0.08
フレネル格子Bにおける壁面の長さhn:0.08
 
 (数値実施例5)
全体緒元
焦点距離     21.80
表示対角長    9.98
2ω[deg]     26.16
 
単位 mm
面データ
面番号    r        d          nd     vd    有効径
1         ∞      0.7     1.52310    65.0   20.0
2         ∞      1.35                      20.0
3         ∞      0.8     1.49171    57.4   20.0
4         ∞     (可変)                     20.0
5fre   -9.8384    1.7     1.63550    23.9   10.0
6     -35.4628    0.1                       10.7
7*     17.8086   3.8008   1.53160    55.8   11.0
8*     -9.8996   (可変)                     11.0
9         ∞      0.8     1.49171    57.4   10.5
10        ∞     16.0                       10.4
EP                                           7.5
 
第7面
K=0.0  A4=-1.60262e-004  A6=3.66117e-006  A8=-1.39628e-007  
A10=1.58356e-009  
第8面
K=0.0  A4=1.09095e-004  A6=-2.78560e-007 
 
可変間隔
      0dptr    +1 dptr   -1 dptr
D4   14.160    14.687    13.727
D8    1.089     0.562     1.522
 
フレネル格子Aにおける壁面の長さh1:0.035
フレネル格子Aにおける壁面の長さhn:0.035
 
フレネル格子Bにおける壁面の長さh1:0.068
フレネル格子Bにおける壁面の長さhn:0.068
 
 (数値実施例6)
単位 mm
全体緒元
焦点距離     16.09
表示対角長    9.98
2ω[deg]     34.15
 
面データ
 
面番号    r         d         nd       vd     有効径
1        ∞        1.2     1.51680    64.2     20.0
2        ∞        4.0                         20.0
3        ∞       (可変)                       20.0
4fre    31.1922    1.5001  1.85135    40.1     14.3
5*fre  -16.0024    3.3887                      14.3
6*      -8.4382    2.7     1.63550    23.9     14.5
7      166.0096    0.554                       16.5
8       29.0269    6.5     1.53480    55.7     17.7
9*     -10.0612   (可変)                       17.7
10       ∞        0.8     1.49171    57.4     20.0
11       ∞       19.0                         20.0
EP                                              9.0
 
第5面
K=2.07138e+000  A4=1.34595e-004  A6=8.71566e-007  
第6面
K=-1.24408e+000  A4=-1.60114e-004  
第9面
K=-2.37653e+000  A4=-1.56240e-004  A6=1.01492e-006  A8=-2.12223e-009  
 
      0dptr    1dptr   -1dptr
D3   3.832     4.062    3.541
D9   1.000     0.770    1.291
 
フレネル格子Aにおける壁面の長さh1:0.053
フレネル格子Aにおける壁面の長さhn:0.053
 
フレネル格子Bにおける壁面の長さh1:0.09
フレネル格子Bにおける壁面の長さhn:0.09
 
 (数値実施例7)
全体緒元
焦点距離     16.25
表示対角長    9.98
2ω[deg]     34.15
 
単位 mm
面データ
面番号     r         d       nd        vd     有効径
1         ∞      1.2      1.51680    64.2     20.0
2         ∞      4.0                          20.0
3         ∞      (可変)                       20.0
4      360.5328   3.98     1.85135    40.1     14.3
5*     -10.741    3.4941                       14.3
6*      -3.9583   2.7      1.63550    23.9     14.5
7      -24.0245   1.1973                       16.5
8*fre   15.7773   1.5013   1.53480    55.7     17.7
9*fre   -8.5918   (可変)                       17.7
10        ∞      0.8      1.49171    57.4     20.0
11        ∞     19.0                          20.0
EP                                             9.0
 
第5面
K=0.0  A4=1.41723e-004  A6=8.71566e-007
第6面
K=-1.58996e+000  A4=-4.43891e-005
第8面
K=0.0  A4=-2.16380e-004  A6=1.23073e-006
第9面
K=-2.37653e+000  A4=2.80757e-004  A6=-6.01656e-006  A8=7.36244e-008  
A10=-3.23183e-010  
 
可変間隔
      0dptr    1dptr   -1dptr  
D3   2.653    2.888    2.356   
D9   1.000    0.765    1.296   
 
フレネル格子Aにおける壁面の長さh1:0.05
フレネル格子Aにおける壁面の長さhn:0.05
 
フレネル格子Bにおける壁面の長さh1:0.08
フレネル格子Bにおける壁面の長さhn:0.08
 
 (数値実施例8)
単位 mm
全体緒元
焦点距離     19.00
表示対角長   12.87
2ω[deg]     37.40
 
面データ
 
面番号    r        d         nd       vd    有効径
1         ∞      1.2      1.52100    65.1    15.5
2         ∞      4.0                         15.5
3         ∞     (可変)                       15.5
4fre    35.0816   1.5      1.53480    56.0    16.0
5*fre  -15.3885   4.1534                      16.0
6*      -9.0437   1.9      1.65100    21.5    16.0
7*     -55.8029   0.3                         21.0
8     1182.3437   6.6      1.76802    49.2    21.7
9*     -14.4515   0.3                         21.7
10     -38.6615   1.9      1.53480    56.0    21.0
11*    -20.3385  (可変)                       21.0
12        ∞      0.8      1.49171    57.4    20.0
13        ∞     23.0                         20.0
EP                                             10.0
 
第5面
K=-1.90130e+000  A4=1.44492e-004  A6=-1.56292e-006  A8=1.24662e-008  
第6面
K=-1.09467e+000  A4=2.56093e-005  A6=-4.44964e-006  A8=5.09270e-008  
A10=-4.41561e-010  
第7面
K=-4.63251e-001  A4=3.88818e-005  A6=-1.72257e-007  A8=3.11891e-010  
第9面
K=-2.08074e+000  A4=-8.72954e-005  A6=2.69143e-007  A8=-1.93777e-009  
A10=4.42260e-012  
第11面
K=-9.75863e+000  A4=-7.63496e-005  A6=1.44143e-007  A8=6.49972e-010  
A10=-3.70039e-012  
 
可変間隔
      0dptr   2dptr  -1dptr
D3   3.936   4.659   3.576
D11  1.760   1.038   2.121
 
フレネル格子Aにおける壁面の長さh1:0.06
フレネル格子Aにおける壁面の長さhn:0.06
 
フレネル格子Bにおける壁面の長さh1:0.1
フレネル格子Bにおける壁面の長さhn:0.1
 
 (数値実施例9)
単位 mm
全体緒元
焦点距離     19.04
表示対角長   12.87
2ω[deg]     37.40
 
面データ
面番号         r       d       nd       vd      有効径
1             ∞      1.2    1.52100    65.1      15.5
2             ∞      4.0                         15.5
3             ∞     (可変)                       15.5
4          176.4372   5.06   1.53480    56.0      16.0
5*          -9.6425   2.83                        16.0
6*          -6.8394   1.9    1.65100    21.5      16.0
7*         -25.541    0.3                         21.0
8          -73.8443   6.6    1.76802    49.2      21.7
9*         -12.0165   0.3                         21.7
10fre      117.3179   1.5    1.53480    56.0      21.0
11*fre   -1701.0019  (可変)                       21.0
12           ∞       0.8    1.49171    57.4      20.0
13           ∞      23.0                         20.0
EP                                                10.0
 
第5面
K=-1.45977e-001  A4=2.72146e-004  A6=-1.73561e-006  A8=2.19236e-008
第6面
K=-1.09467e+000  A4=2.56093e-005  A6=-4.44964e-006  A8=5.09270e-008
A10=-4.41561e-010
第7面
K=-4.63251e-001  A4=3.88818e-005  A6=-1.72257e-007  A8=3.11891e-010
第9面
K=-2.08074e+000  A4=-8.72954e-005  A6=2.69143e-007  A8=-1.93777e-009
A10=4.42260e-012
第11面
K=-2.28176e+006  A4=-1.19689e-005  A6=-4.67141e-007  A8=5.52036e-009
A10=-1.99171e-011
 
可変間隔
      0dptr   2dptr    -1dptr
D3    2.989   3.718    2.627       
D11   1.487   0.758    1.849       
 
フレネル格子Aにおける壁面の長さh1:0.05
フレネル格子Aにおける壁面の長さhn:0.05
 
フレネル格子Bにおける壁面の長さh1:0.09
フレネル格子Bにおける壁面の長さhn:0.09
 
 (数値実施例10)
単位 mm
全体緒元
焦点距離     18.63
表示対角長   12.87
2ω[deg]     37.40
 
面データ
面番号       r        d         nd      vd    有効径    
1           ∞       1.2     1.52100    65.1    15.5
2           ∞       4.0                        15.5
3           ∞      (可変)                      15.5
4         53.3049    5.06    1.53480    56.0    16.0
5*       -12.5161    2.83                       16.0
6*        -8.6235    1.9     1.65100    21.5    16.0
7*fre    -70.5875    0.3                        21.0
8        311.0313    7.0     1.76802    49.2    21.7
9*       -14.8901    0.3                        21.7
10       -53.539     2.7     1.53480    56.0    21.0
11*      -20.9022   (可変)                      21.0
12         ∞        0.8     1.49171    57.4    20.0
13         ∞       23.0                        20.0
EP                                              10.0
 
第5面
K=-1.45977e-001  A4=2.72146e-004  A6=-1.73561e-006  A8=2.19236e-008
第6面
K=-1.09467e+000  A4=2.56093e-005  A6=-4.44964e-006  A8=5.09270e-008  
A10=-4.41561e-010
第7面
K=-4.63251e-001  A4=3.88818e-005  A6=-1.72257e-007  A8=3.11891e-010 
第9面
K=-2.08074e+000  A4=-8.72954e-005  A6=2.69143e-007  A8=-1.93777e-009  
A10=4.42260e-012
第11面
K=-9.75863e+000  A4=-7.63496e-005  A6=1.44143e-007  A8=6.49972e-010  
A10=-3.70039e-012  
 
可変間隔
       0dptr   2dptr  -1dptr
D3    1.581   2.273   1.233
D11   4.767   4.075   5.115
 
フレネル格子Aにおける壁面の長さh1:0.09
フレネル格子Aにおける壁面の長さhn:0.09
 
フレネル格子Bにおける壁面の長さh1:0.1
フレネル格子Bにおける壁面の長さhn:0.1
 
 (数値実施例11)
単位 mm
全体緒元
焦点距離     18.83
表示対角長   12.87
2ω[deg]     37.40
 
面データ
面番号      r        d          nd      vd     有効径
1          ∞      1.2      1.52100    65.1     15.5
2          ∞      4.0                          15.5
3          ∞      (可変)                       15.5
4fre    -83.7739   1.5      1.53480    56.0     16.0
5*fre    -9.1108   2.1818                       16.0
6*fre    -7.9417   1.9      1.65100    21.5     16.0
7*fre  -123.7592   0.3                          21.0
8       201.5594   8.4938   1.76802    49.2     21.7
9*      -16.5682   0.3                          21.7
10     -125.9546   4.705    1.53480    56.0     21.0
11*     -19.5914   (可変)                       21.0
12         ∞      0.8      1.49171    57.4     20.0
13         ∞     23.0                          20.0
EP                                              10.0
 
第5面
K=-7.79739e+000  A4=-4.73562e-004  A6=4.06421e-006  A8=2.58803e-008
第6面
K=-4.79729e+000  A4=-6.05517e-004  A6=2.42123e-006  A8=5.09270e-008  
A10=-4.41561e-010
第7面
K=0.0  A4=1.19583e-004  A6=-8.70038e-007  A8=3.11891e-010
第9面
K=-2.08074e+000  A4=-1.14944e-004  A6=3.43704e-007  A8=-1.93777e-009  
A10=4.42260e-012
第11面
K=-9.75863e+000  A4=-7.63496e-005  A6=1.44143e-007  A8=6.49972e-010  
A10=-3.70039e-012
 
可変間隔
      0dptr   2dptr   -1dptr
D3    2.205   2.920   1.852
D11   1.000   0.285   1.353
 
フレネル格子Aにおける壁面の長さh1:0.03
フレネル格子Aにおける壁面の長さhn:0.03
 
フレネル格子Bにおける壁面の長さh1:0.063
フレネル格子Bにおける壁面の長さhn:0.063
 
 (数値実施例12)
単位 mm
全体緒元
焦点距離     22.57
表示対角長    9.98
2ω[deg]     25.42
 
面データ             
面番号      r        d        nd         vd    有効径
1          ∞      0.7       1.51680    64.2    10.0
2          ∞      1.8825                        9.9
3          ∞      1.5       1.48749    70.4     9.3
4*fre    25.8763   (可変)                        9.0
5fre     -4.657    1.4986    1.74397    44.9     7.9
6*fre    -4.2025   2.0916                        9.4
7*       -5.5419   2.0       1.68190    31.3     9.3
8        16.0227   1.2716                       11.0
9fre     15.117    1.5004    1.64838    55.4    11.4
10*fre  -10.6245   (可変)                       11.9
11*fre   18.6506   1.0       1.56069    63.9    10.6
12         ∞     19.0                          10.3
EP                                               4.2
 
第4面
K=0.0  A4=3.26544e-004  A6=-2.58067e-005
第6面
K=-5.04712e-001  A4=1.55251e-004  A6=8.71566e-007
第7面
K=-1.24408e+000  A4=-1.60114e-004
第10面
K=-2.37653e+000  A4=-1.56240e-004  A6=1.01492e-006  A8=-2.12223e-009
第11面
K=0.0  A4=-1.20623e-004  A6=1.29036e-006
 
可変間隔
      0dptr   1dptr   -1dptr
D4   5.240   5.927    4.392
D10  4.411   3.724    5.259
 
フレネル格子Aにおける壁面の長さh1:0.015
フレネル格子Aにおける壁面の長さhn:0.015
 
フレネル格子Bにおける壁面の長さh1:0.035
フレネル格子Bにおける壁面の長さhn:0.035
 
 (数値実施例13)
全体緒元
焦点距離     17.45
表示対角長   12.48
2ω[deg]     38.82
単位 mm
面データ
 
面番号     r       d         nd         vd    有効径
1         ∞      1.2      1.52100     65.1    20.0
2         ∞      4.0                          20.0
3         ∞      (可変)                       20.0
4       38.776    6.3687   1.81600     46.6    20.2
5*     -12.5871   3.5857                       20.4
6*      -6.6567   1.9      1.80810     22.8    18.7
7      -32.3748   0.3                          22.2
8      -57.5405   4.834    1.81600     46.6    22.7
9*     -10.639    0.3                          23.3
10     -25.5308   2.9964   1.51633     64.1    23.2
11*    -23.8389   (可変)                       23.6
12*fre  96.2992   1.5      1.49171     57.4    19.6
13*    648.2457  23.0                          19.0
EP                                             10.0
 
第5面
K=-1.08884e+000  A4=8.42000e-005  A6=-8.15000e-007 
A8=5.98000e-009  A10=-2.31000e-011  
第6面
K=-9.03298e-001  A4=1.76342e-004  A6=-6.18000e-007
A8=-1.99000e-011  A10=1.23000e-011
第9面
K=-1.06676e+000  A4=9.97000e-005  A6=-1.37000e-007
A8=-1.31000e-009  A10=9.42000e-012
第11面
K=0.0  A4=-1.25046e-004  A6=7.77000e-007  A8=-2.66000e-009
第12面
K=0.0  A4=-4.76149e-006  A6=3.10404e-007  A8=-8.18407e-010
第13面
K=0.0  A4=0.0  A6=1.81911e-007
 
可変間隔
       0dptr   2dptr   -1dptr
D3    2.334   2.930    2.022       
D11   1.595   1.000    1.905       
 
フレネル格子Aにおける壁面の長さh1:0.050
フレネル格子Aにおける壁面の長さhn:0.050
 
フレネル格子Bにおける壁面の長さh1:0.1
フレネル格子Bにおける壁面の長さhn:0.1
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
 次に、図29を参照して、本実施形態における撮像システムについて説明する。図29は、撮像システム100のブロック図である。撮像システム100は、撮像光学系101、撮像素子102、画像処理回路103、記録媒体104、および、ファインダ光学系ユニット(画像表示装置)105を有する。
 撮像光学系101は、レンズ装置(交換レンズ)に含まれている。撮像素子102、画像処理回路103、記録媒体104、および、ファインダ光学系ユニット(画像表示装置)105は、撮像装置本体に含まれている。本実施形態において、撮像システム100は、撮像装置本体と、撮像装置本体に着脱可能なレンズ装置とを備えて構成される。ただし本発明は、これに限定されるものではなく、撮像装置本体とレンズ装置とが一体的に構成された撮像装置にも適用可能である。
 撮像素子102は、撮像光学系101を介して形成された光学像(被写体像)を光電変換して画像データを出力する。画像処理回路103は、撮像素子102から出力された画像データに対して所定の画像処理を行い、画像を形成する。形成された画像は、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において形成された画像は、ファインダ光学系ユニット105に表示される。ファインダ光学系ユニット105は、画像表示素子1051およびファインダ光学系(各実施例の観察光学系)1052を有する。画像表示素子1051は、液晶表示素子LCDや有機EL素子等から構成される。ファインダ光学系1052は、画像表示素子1051の画像表示面に表示された画像を観察するための観察光学系である。
 各実施例によれば、高い光学性能を有する、小型の観察光学系および画像表示装置を提供することができる。
 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。
 

Claims (12)

  1.  画像表示面に表示された画像を観察するための観察光学系であって、
     負レンズと正レンズとを有し、
     前記負レンズと前記正レンズの少なくとも一方は、フレネル形状を有するレンズ面を有し、
     前記フレネル形状の前記レンズ面のパワー(ただし、前記フレネル形状の前記レンズ面が複数存在する場合には前記パワーの最大値)をΦr、前記観察光学系の全系のパワーをΦf、前記フレネル形状の前記レンズ面における最大の壁面の長さ(mm)をhsag、d線の波長(mm)をλとするとき、
      0.1<|Φr/Φf|<5.0
      20<hsag/λ<180
    なる条件式を満足することを特徴とする観察光学系。
  2.  前記負レンズと前記正レンズのうち前記フレネル形状の前記レンズ面を有するレンズのパワー(ただし、前記フレネル形状の前記レンズ面が複数存在する場合には前記パワーの最大値)をΦflとするとき、
      0.01<|Φfl/Φf|<3.00
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載の観察光学系。
  3.  前記正レンズが前記フレネル形状の前記レンズ面を有する場合において、前記正レンズのパワー(ただし、前記フレネル形状の前記レンズ面が複数存在する場合には前記パワーの最大値)をΦfpとするとき、
      0.02<Φfp/Φf<3.00
    なる条件式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。
  4.  前記負レンズが前記フレネル形状の前記レンズ面を有する場合において、前記負レンズのパワー(ただし、前記フレネル形状の前記レンズ面が複数存在する場合には前記パワーの最小値)をΦfnとするとき、
      -0.30<Φfn/Φf<-0.20
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の観察光学系。
  5.  前記観察光学系の画像表示面側のレンズ面から観察側のレンズ面までの光軸上の長さをTfd、前記観察光学系の全系の焦点距離をfとするとき、
      0.05<Tfd/f<3.00
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の観察光学系。
  6.  前記負レンズと前記正レンズのうち前記フレネル形状の前記レンズ面を有するレンズの光軸上の厚みをTfr、前記観察光学系の全系の焦点距離をfとするとき、
      0.01<Tfr/f<0.30
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の観察光学系。
  7.  前記画像表示面の対角線長の半分の長さをYp、前記観察光学系の全系の焦点距離をfとするとき、
      0.05<Yp/f<0.60
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の観察光学系。
  8.  前記観察光学系において屈折力を有するレンズのうち最も観察側のレンズからアイポイントまでの距離をep、前記フレネル形状のレンズ面の有効径をheaとするとき、
      0.1<atan((α-β)/(1-αβ))*60<12.0(min)
      α=(ep+hsag)/(hea/2)
      β=ep/(hea/2)
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の観察光学系。
  9.  前記観察光学系のレンズのパワーの最大値をΦflとするとき、
      0.2<|Φfl/Φf|<6.0
    なる条件式を満足する請求項1乃至8のいずれか一項に記載の観察光学系。
  10.  前記正レンズのパワーの最大値をΦlpとするとき、
      1.0<Φlp/Φf<3.0
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の観察光学系。
  11.  前記負レンズのパワーの最小値をΦflnとするとき、
      -5.0<Φln/Φf<-0.5
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の観察光学系。
  12.  画像表示素子と、
     前記画像表示素子の画像表示面に表示された画像を観察するための請求項1乃至11のいずれか一項に記載の観察光学系と、を有することを特徴とする画像表示装置。
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