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技術 観察装置

出願人 キヤノン株式会社
発明者 石田和外
出願日 2018年1月26日 (2年1ヶ月経過) 出願番号 2018-011375
公開日 2019年8月1日 (7ヶ月経過) 公開番号 2019-128527
状態 未査定
技術分野 レンズ系 顕微鏡、コンデンサー
主要キーワード 曲率形状 レンズ形 多項式係数 各数値データ 観察視野角 対角線長 画像表示面側 長さの単位
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年8月1日)のものです。
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図面 (11)

課題

画像表示面の画像を高い視野角観察可能で、諸収差を良好に補正し高い光学性能を確保しつつ、長いアイポイントの確保が容易な観察装置を得ること。

解決手段

画像を表示する画像表示素子と、画像表示素子の画像表示面に表示される画像を観察する接眼光学系を有する観察装置において、接眼光学系は、画像表示面から観察側へ順に配置された、正の屈折力の第1レンズ、負の屈折力の第2レンズ、正の屈折力の第3レンズを有し、第1レンズの焦点距離f1、第3レンズの焦点距離f3、接眼光学系の焦点距離f、画像表示面の対角線長の半分Hを各々適切に設定すること。

概要

背景

従来、電子ビューファインダー観察装置)においては、液晶画面等の画像表示素子に表示された画像を拡大観察する為に接眼光学系が用いられている。

この接眼光学系には、画像表示面視認性を高めるために、十分に広い視野角(高い観察倍率)と、十分に長いアイレリーフ観察側レンズ面からアイポイントまでの距離)、収差が良好に補正された高い光学性能を有すること等が要望されている。更に観察装置の小型化の要望より、観察装置に用いる画像表示素子は小さな寸法(例えば対角長で10もmm〜20mm)であることが要求されている。

従来、観察視野角の大きい接眼光学系が種々と提案されている(特許文献1、2)。特許文献1では画像表示面側より観察側に向かって、正の屈折力の第1レンズ、画像表示面側に凹面を向けたメニスカス形状の負の屈折力の第2レンズ、正の屈折力の第3レンズを有した接眼光学系を開示している。

特許文献1では、第2レンズの焦点距離と、第1レンズと第2レンズの光軸上の間隔、第2レンズと第3レンズの光軸上の間隔、第1レンズの観察側のレンズ面の曲率半径、第2レンズの画像表示面側のレンズ面の曲率半径等を適切に設定している。これにより、視野角(観察視野角)が広く、各レンズの敏感度を軽減した高性能な接眼光学系を提案している。

また、特許文献2では画像表示面側より観察側へ向かって、正の屈折力の第1レンズ、負の屈折力の第2レンズ、正の屈折力の第3レンズを有した接眼光学系を開示している。特許文献2では、第1レンズの焦点距離、第2レンズの焦点距離、全系の焦点距離を各々適切に設定することで、視野角が大きく像面湾曲歪曲収差の諸収差を良好に補正した接眼光学系を提案している。

概要

画像表示面の画像を高い視野角で観察可能で、諸収差を良好に補正し高い光学性能を確保しつつ、長いアイポイントの確保が容易な観察装置を得ること。 画像を表示する画像表示素子と、画像表示素子の画像表示面に表示される画像を観察する接眼光学系を有する観察装置において、接眼光学系は、画像表示面から観察側へ順に配置された、正の屈折力の第1レンズ、負の屈折力の第2レンズ、正の屈折力の第3レンズを有し、第1レンズの焦点距離f1、第3レンズの焦点距離f3、接眼光学系の焦点距離f、画像表示面の対角線長の半分Hを各々適切に設定すること。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

画像を表示する画像表示素子と、該画像表示素子の画像表示面に表示される画像を観察する接眼光学系を有する観察装置において、前記接眼光学系は、前記画像表示面から観察側へ順に配置された、正の屈折力の第1レンズ、負の屈折力の第2レンズ、正の屈折力の第3レンズを有し、前記第1レンズの焦点距離をf1、前記第3レンズの焦点距離をf3、前記接眼光学系の焦点距離をf、前記画像表示面の対角線長の半分をHとするとき、0.305<H/f<0.4400.48<f1/f3<1.24なる条件式満足することを特徴とする観察装置。

請求項2

前記第2レンズの画像表示面側のレンズ面の近軸曲率半径をr21、前記第2レンズの観察側のレンズ面の近軸曲率半径をr22とするとき、−40.0<(r21+r22)/(r21−r22)<−0.9なる条件式を満足することを特徴とする請求項1に記載の観察装置。

請求項3

前記第1レンズの観察側のレンズ面の近軸曲率半径をr12(mm)、前記第2レンズの画像表示面側のレンズ面の近軸曲率半径をr21(mm)、前記第1レンズの観察側のレンズ面と第2レンズの画像表示面側のレンズ面との光軸上の間隔をd12(mm)とするとき、0.00(1/mm)<(1/r12−1/r21+d12/(r12×r21×3))<0.12(1/mm)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に記載の観察装置。

請求項4

前記接眼光学系は、前記画像表示面から観察側へ順に配置された、前記第1レンズ、前記第2レンズ、前記第3レンズ、正の屈折力の第4レンズより構成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の観察装置。

請求項5

前記接眼光学系は、視度調整機構を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の観察装置。

技術分野

0001

本発明は、観察装置に関する。

背景技術

0002

従来、電子ビューファインダー(観察装置)においては、液晶画面等の画像表示素子に表示された画像を拡大観察する為に接眼光学系が用いられている。

0003

この接眼光学系には、画像表示面視認性を高めるために、十分に広い視野角(高い観察倍率)と、十分に長いアイレリーフ観察側レンズ面からアイポイントまでの距離)、収差が良好に補正された高い光学性能を有すること等が要望されている。更に観察装置の小型化の要望より、観察装置に用いる画像表示素子は小さな寸法(例えば対角長で10もmm〜20mm)であることが要求されている。

0004

従来、観察視野角の大きい接眼光学系が種々と提案されている(特許文献1、2)。特許文献1では画像表示面側より観察側に向かって、正の屈折力の第1レンズ、画像表示面側に凹面を向けたメニスカス形状の負の屈折力の第2レンズ、正の屈折力の第3レンズを有した接眼光学系を開示している。

0005

特許文献1では、第2レンズの焦点距離と、第1レンズと第2レンズの光軸上の間隔、第2レンズと第3レンズの光軸上の間隔、第1レンズの観察側のレンズ面の曲率半径、第2レンズの画像表示面側のレンズ面の曲率半径等を適切に設定している。これにより、視野角(観察視野角)が広く、各レンズの敏感度を軽減した高性能な接眼光学系を提案している。

0006

また、特許文献2では画像表示面側より観察側へ向かって、正の屈折力の第1レンズ、負の屈折力の第2レンズ、正の屈折力の第3レンズを有した接眼光学系を開示している。特許文献2では、第1レンズの焦点距離、第2レンズの焦点距離、全系の焦点距離を各々適切に設定することで、視野角が大きく像面湾曲歪曲収差の諸収差を良好に補正した接眼光学系を提案している。

先行技術

0007

特開2014−202770号公報
特開2014−228583号公報

発明が解決しようとする課題

0008

観察装置に用いられる接眼光学系において、視野角が広く、しかもアイレリーフを長く確保するには、接眼光学系のレンズ構成及び各レンズの屈折力等を適切に設定することが重要になってくる。この他、小型の画像表示面を有する画像表示素子を用いるときは、画像表示面の大きさに対する接眼光学系の屈折力の比等を適切に設定することが重要になってくる。

0009

例えば全系の屈折力が弱くなると、広い視野角を得るのが困難になる。また、各レンズの屈折力配置が適切に配置されていないと、アイレリーフを長くするのが困難になる。また接眼光学系より離れて観察すると、観察視野周辺で像が陰り易くなる。

0010

本発明は、画像表示面の画像を高い視野角で観察可能で、諸収差を良好に補正し高い光学性能を確保しつつ、長いアイポイントの確保が容易な観察装置の提供を目的としている。

課題を解決するための手段

0011

本発明の観察装置は、画像を表示する画像表示素子と、該画像表示素子の画像表示面に表示される画像を観察する接眼光学系を有する観察装置において、
前記接眼光学系は、前記画像表示面から観察側へ順に配置された、正の屈折力の第1レンズ、負の屈折力の第2レンズ、正の屈折力の第3レンズを有し、
前記第1レンズの焦点距離をf1、前記第3レンズの焦点距離をf3、前記接眼光学系の焦点距離をf、前記画像表示面の対角線長の半分をHとするとき、
0.305<H/f<0.440
0.48<f1/f3<1.24
なる条件式満足することを特徴としている。

発明の効果

0012

本発明によれば、画像表示面の画像を高い視野角で観察可能で、諸収差を良好に補正し高い光学性能を確保しつつ、長いアイポイントの確保が容易な観察装置が得られる。

図面の簡単な説明

0013

実施例1の観察装置に係る接眼光学系の断面図
実施例1の観察装置に係る接眼光学系の収差図
実施例2の観察装置に係る接眼光学系の断面図
実施例2の観察装置に係る接眼光学系の収差図
実施例3の観察装置に係る接眼光学系の断面図
実施例3の観察装置に係る接眼光学系の収差図
実施例4の観察装置に係る接眼光学系の断面図
実施例4の観察装置に係る接眼光学系の収差図
実施例5の観察装置に係る接眼光学系の断面図
実施例5の観察装置に係る接眼光学系の収差図

実施例

0014

以下、実施例にかかる接眼光学系及びそれを有する観察装置について説明する。本発明の観察装置は、画像を表示する画像表示素子と、画像表示素子の画像表示面に表示される画像を観察する接眼光学系を有する。

0015

各実施例に係る接眼光学系は、画像表示面に表示された画像を観察する。接眼光学系は画像表示面から観察側へ順に配置された、正の屈折力の第1レンズ、負の屈折力の第2レンズ、正の屈折力の第3レンズを有する。第3レンズの観察側に正又は負の屈折力の第4レンズを有していても良い。

0016

図1は実施例1の観察装置のレンズ断面図である。図2は本発明の実施例1に係る接眼光学系の視度が−1.0ディオプター標準視度)における収差図である。

0017

図3は実施例2の観察装置のレンズ断面図である。図4は実施例2に係る接眼光学系の視度が−1.0ディオプターにおける収差図である。

0018

図5は実施例3の観察装置のレンズ断面図である。図6は実施例3に係る接眼光学系の視度が−1.0ディオプターにおける収差図である。

0019

図7は実施例4の観察装置のレンズ断面図である。図8は実施例4に係る接眼光学系の視度が−1.0ディオプターにおける収差図である。

0020

図9は実施例5の観察装置のレンズ断面図である。図10は実施例5に係る接眼光学系の視度が−1.0ディオプターにおける収差図である。

0021

各実施例は、デジタルカメラビデオカメラ等の撮像装置の電子ビューファインダー(観察装置)に用いられる。レンズ断面図において左方は画像表示面側、右方は観察側(射出瞳側)である。レンズ断面図においてL0は接眼光学系である。Liは第iレンズである。IPは液晶又は有機EL等よりなる画像表示素子の画像表示面である。EPは観察のための観察面(アイポイント)(射出瞳)である。CG1はカバーガラスである。

0022

各収差図のうち球面収差図において、実線のdはd線(波長587.6nm)、点線のFはF線(波長486.1nm)を示す。非点収差図においてS(実線)はd線のサジタル像面、M(破線)はd線のメリディナル像面を示す。歪曲はd線について示している。倍率色収差はF線について示している。Hは画像表示面の対角線長の半分(最大像高)である。数値は後述する数値データをmm単位で表したときの値である。

0023

画像表示素子の画像表示面の対角長が10mm〜25mmの小型の画像表示面(表示パネル)を視野角が30度〜45度で拡大観察するためには、接眼光学系に強い正の屈折力(パワー)が必要である。さらに、アイレリーフを長くするためには、接眼光学系のFナンバーを明るくする必要があり、そのためには、接眼光学系の光線有効範囲を広くする必要がある。

0024

このようにすると接眼光学系より、球面収差、像面湾曲、非点収差色収差が多く発生し、これらの諸収差の補正が難しくなる。このときの球面収差、像面湾曲、非点収差、色収差等の残存収差により、画像表示面の全体、特に画像表示面の周辺の観察の際の光学性能が低下してくる。

0025

このときの諸収差を改善するため、各実施例に係る接眼光学系L0では、次の構成を有している。画像表示面(物体面)IPより観察面(アイポイント)EP側に順に配置した、正の屈折力の第1レンズL1と、負の屈折力の第2レンズL2と、正の屈折力の第3レンズL3を有するようにしている。

0026

尚、各実施例において好ましくは第3レンズの観察面側に正の屈折力の第4レンズを有するように構成しても良い。

0027

各実施例において、接眼光学系L0は、視度調整機構を有する。各実施例において、第1レンズL1の焦点距離をf1、第3レンズL3の焦点距離をf3、接眼光学系L0の焦点距離をfとする。画像表示面IPの対角線長の半分をHとする。

0028

このとき、
0.305<H/f<0.440 ・・・(1)
0.48<f1/f3<1.24 ・・・(2)
なる条件式を満足する。

0029

各実施例に係る接眼光学系は、前述の如く構成することにより、視野角が広く、アイレリーフが長く、かつ球面収差、像面湾曲、非点収差、色収差を始めとする諸収差が十分に補正された高い光学性能を得ている。

0030

次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。条件式(1)は、画像表示面IPの対角線長の半分(物体面の最大高さ)と接眼光学系の焦点距離の関係を規定している。広い視野角(観察視野角)と球面収差、像面湾曲、非点収差等の諸収差を補正するためのものである。

0031

この条件式(1)の上限値を超えると、画像表示面IPの最大高さの光線の光路を確保するために、接眼光学系L0の有効系が大きくなり各レンズのパワーバランスが低下する。かつ、画像表示面IPの最大高さに対する接眼光学系L0の焦点距離が小さくなる。これらの理由から、球面収差、像面湾曲、非点収差等の諸収差の補正効果が不十分となる。この条件式(1)の下限値を越えると、画像表示面IPの最大高さに対して、接眼光学系L0の焦点距離が大きくなりすぎ、視野角を広くすることが困難になる。

0032

条件式(2)は、第1レンズL1と第3レンズL3の焦点距離の比を規定する。条件式(2)は主に球面収差、像面湾曲、非点収差等の諸収差を良好に補正しつつ、広い視野角と長いアイレリーフを得るためのものである。

0033

この条件式(2)の上限値を超えて、第1レンズL1の正のパワー(屈折力)が弱くなると、球面収差、像面湾曲、非点収差等の諸収差の補正が不十分となる。この条件式(2)の下限を越えて、第1レンズL1のパワーが強くなりすぎると、広い観察視野を確保しつつアイレリーフを長くすることが難しい。更に好ましくは条件式(1)、(2)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

0034

0.306<H/f<0.435 ・・・(1a)
0.49<f1/f3<1.22 ・・・(2a)

0035

第2レンズL2の画像表示面側のレンズ面の近軸曲率半径をr21(mm)、第2レンズL2の観察側のレンズ面の近軸曲率半径をr22(mm)とする。第1レンズL1の観察側のレンズ面の近軸曲率半径 をr12(mm)、第1レンズL1と第2レンズL2の間隔をd12(mm)とする。このとき、次の条件式のうち1つ以上を満足するのが良い。

0036

−40.0<(r21+r22)/(r21−r22)<−0.9 ・・・(3)
0.00(1/mm)<(1/r12−1/r21+d12/(r12×r21×3))<0.12(1/mm)
・・・(4)
後述する数値データにおいてはr2がr12、r3がr21、r4がr22に相当する。

0037

次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。

0038

条件式(3)は、第2レンズL2のレンズ形状を規定する。条件式(3)は、広い視野角と長いアイレリーフを確保しつつ、諸収差を良好に補正するためのものである。

0039

この条件式(3)の上限値を超えると、第2レンズL2のパワーバランスが低下し、アイレリーフが短くなる。この条件式(3)の下限値を超えると、第2レンズL2の観察側のレンズ面の曲率形状が急になり、球面収差、像面湾曲、非点収差等の諸収差の補正が困難となる。

0040

条件式(4)は、第1レンズL1と第2レンズL2の間で形状される空気レンズの負のパワーを規定している。条件式(4)は主に像面湾曲、非点収差、歪曲収差の諸収差を良好に補正しつつ、長いアイレリーフを確保するためのものである。

0041

この条件式(4)の上限を超えると、空気レンズの負のパワーが強くなり過ぎる(負の屈折力の絶対値が大きくなりすぎる)ため、球面収差、像面湾曲、非点収差等の諸収差の補正が不十分となる。この条件式(4)の下限を越えると、空気レンズの負の屈折力が弱くなり(負の屈折力の絶対値が小さくなり)、空気レンズで光線が集光されるため、アイレリーフがみじかくなる。

0042

更に好ましくは条件式(3)、(4)の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

0043

−35.0<(r21+r22)/(r21−r22)<−1.0 ・・・(3a)
0.005<(1/r12−1/r21+d12/(r12×r21×3))
<0.100
・・・(4a)

0044

以下に本発明の各実施例の接眼光学系に対応する数値データを示す。画像表示面IPから観察側EPへ順に「ri」は第i番目の面の近軸曲率半径を示す。r0は表示パネル(画像表示面)である。数値データ1、3乃至5においてr7、r8はカバーガラス、数値データ2においてr9、r10はカバーガラスである。

0045

diは画像表示面IPから順に第i番目の面と第i+1番目の面との間の軸上面間隔を示す。さらに、Ndiは第i番目の材料のd線(波長=578.6nm)に対する屈折率を示し、νdiは第i番目の材料のd線に対するアッベ数を示す。

0046

なお、数値データでは、記載されている長さの単位は、特記の無い場合[mm]が使われている。ただし、接眼光学系は、比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は[mm]に限定されることなく、他の適当な単位を用いることが出来る。なお、数値データにおいて近軸曲率半径の欄に「*」の添え字が書かれている面は次の数1式によって定義される非球面形状である。

0047

0048

なお、(数1)において、xはレンズ面の頂点からの光軸方向の距離、hは光軸と垂直な方向の高さ、Rはレンズ面の頂点での近軸曲率半径、kは円錐定数、c2、c4、c6、c8は多項式係数である。非球面係数において、「E−i」は10を底とする指数表現、すなわち「10−i」を表している。各数値データにおける前述の各条件式の計算結果を表1に示す。

0049

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。

0050

0051

0052

0053

0054

0055

0056

L0接眼レンズL1 第1レンズL2 第2レンズ
L3 第3レンズ L4 第4レンズ

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