JP2002040364A - Optical system for stereoscopic vision observation - Google Patents

Optical system for stereoscopic vision observation

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JP2002040364A
JP2002040364A JP2000221262A JP2000221262A JP2002040364A JP 2002040364 A JP2002040364 A JP 2002040364A JP 2000221262 A JP2000221262 A JP 2000221262A JP 2000221262 A JP2000221262 A JP 2000221262A JP 2002040364 A JP2002040364 A JP 2002040364A
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JP
Japan
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diopter
distance
optical system
eyepiece
observation
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JP2000221262A
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Japanese (ja)
Inventor
Moriyasu Kanai
守康 金井
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Pentax Corp
Original Assignee
Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical system for stereoscopic vision with which three- dimensional observation of right and left images on a display board can be realize in a diopter scale and convergence correspondent to a distance relaxing observer's right and left eyes. SOLUTION: The right and left images displayed on the right and left display areas 120b and 120a of a LCD panel 120, respectively, are observed through right and left ocular lenses 2 and 1, respectively. Each ocular lens 2 and 1 is a single spherical lens which turns its convex face having large power to the LCD panel 120 side. When the power of the lens is ψ, the inverse number of the distance from the principal plane of the object side lens to the LCD panel 120 is u, the pitch between the centers of the right and left display areas 120b and 120a is p and the distance between the optical axes of the right and left ocular lenses 2 and 1 is t, each of ocular lenses 1 and 2 satisfies the following equations (1) and (2): (1) -0.00500<; ψ+u<; -0.00051 (2) -0.0008<; -u-t.ψ/p<; 0.0008.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、所定の基線長を隔
てて配置された一対の対物光学系により同一の観察対象
物を撮像することによって得られた左右の映像を、ディ
スプレイにおける左右の表示領域に同時に表示させ、こ
れら左右の映像を一対の接眼レンズを介して観察者の両
眼によって立体像として観察せしめる立体視観察用光学
系に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of displaying left and right images on a display by capturing images of the same observation object with a pair of objective optical systems arranged at a predetermined base line distance. The present invention relates to a stereoscopic observation optical system that simultaneously displays images in an area and allows these left and right images to be observed as a stereoscopic image by both eyes of an observer via a pair of eyepieces.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の立体視観察用光学系を構成する
左右一対の接眼レンズは、横長の表示面を左右に二分し
てなる左右の表示領域に夫々表示された画像を歪みなく
観察できるように、並びに、左右の映像のほぼ全域の立
体観察を可能にするために、その光軸が、対応する表示
領域の中心に対して直交するように配置されている。同
様の理由により、これら左右一対の接眼レンズは、光軸
上に存在する観察眼から覗かれることを前提として設計
される。従って、この様な立体視観察用光学系における
左右一対の接眼レンズの光軸間距離は、人間の平均的な
眼幅に一致するように設定されている。
2. Description of the Related Art A pair of left and right eyepieces constituting a stereoscopic viewing optical system of this kind can observe images displayed on left and right display areas formed by dividing a horizontally long display surface into right and left without distortion. As described above, and in order to enable stereoscopic observation of substantially the entire left and right images, the optical axes are arranged so as to be orthogonal to the center of the corresponding display area. For the same reason, these pair of left and right eyepieces are designed on the assumption that they can be seen from an observation eye existing on the optical axis. Therefore, the distance between the optical axes of the pair of left and right eyepieces in such a stereoscopic observation optical system is set to match the average eye width of a human.

【0003】そのため、このような立体視観察用光学系
を覗く観察者の左右の視線は、夫々、対応する接眼レン
ズの中心を通るので、互いに平行となる。換言すると、
この場合に、観察者の左右の観察眼の輻輳は、無限遠に
存在する物体を見るときのものと一致する。
[0003] Therefore, the left and right lines of sight of the observer looking into such a stereoscopic observation optical system are parallel to each other because they pass through the centers of the corresponding eyepieces. In other words,
In this case, the convergence of the left and right observation eyes of the observer coincides with that when viewing an object at infinity.

【0004】ところで、人間が物体の距離を感知するた
めの要素としては、物体の見かけ上の大きさの他に、上
述した輻輳と視度(即ち、観察眼の水晶体における焦点
調整の度合を通じて感知される対象物までの距離の逆
数)という二つの要素がある。そのため、輻輳に基づい
て感知される距離に対して、視度に基づいて感知される
距離が一致しなければ、正確な立体視を行うことは不可
能である。
[0004] By the way, factors that allow a human to sense the distance of an object include, in addition to the apparent size of the object, the above-mentioned convergence and diopter (that is, the degree of focus adjustment in the lens of the observation eye). (Reciprocal of the distance to the target object). Therefore, if the distance sensed based on the diopter does not match the distance sensed based on convergence, accurate stereoscopic vision cannot be performed.

【0005】このような理由から、上述したように、観
察眼の輻輳が無限遠となるように左右一対の接眼レンズ
の光軸間距離が設定されている場合には、これら各接眼
レンズの視度(表示面に表示された画像の当該接眼レン
ズによる虚像の形成位置から観察眼までの距離の逆数)
も、無限遠に対応した値(−0Diopter)に設定されて
いなければならない。
[0005] For this reason, as described above, when the distance between the optical axes of the pair of left and right eyepieces is set so that the convergence of the observation eye becomes infinity, the eyesight of each of these eyepieces is set. Degree (reciprocal of the distance from the virtual image formation position of the image displayed on the display surface by the eyepiece to the observation eye)
Must be set to a value (-0 Diopter) corresponding to infinity.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
に、正視眼の人がリラックスした状態の眼の視度は−
0.5〜−2Diopterであることが知られている。ま
た、正視眼の人は−4Diopter程度までさほど無理なく
視度を調節することができる。一方、無限に視度を合わ
せることは正視眼の人でもある程度の緊張が必要であ
る。従って、上述したようにして各接眼レンズの視度を
無限遠に対応した値に設定すると、観察者の観察眼は無
限遠に存在する物体を眺める状態に強制され続けるの
で、観察者の疲労を招くことになる。
However, in general, the diopter of an eye in a relaxed state of a normal eye is-
0.5 to -2 Diopter. In addition, a person with normal eyes can adjust the diopter so easily to about -4 Diopter. On the other hand, adjusting the diopter to infinity requires a certain amount of tension even for people with normal eyes. Therefore, when the diopter of each eyepiece is set to a value corresponding to infinity as described above, the observer's observation eye is continuously forced to look at an object at infinity, thereby reducing the fatigue of the observer. Will be invited.

【0007】なお、視度に対応する距離と輻輳に対応す
る距離とを一致させるために表示面と接眼レンズとの間
に楔プリズムを介在させる提案も特開平11−5229
2号等においてなされているが、接眼レンズの他に楔プ
リズムが必要になるために、加工の手間が余計に掛かる
とともに、コスト増の原因ともなる。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-5229 proposes that a wedge prism is interposed between the display surface and the eyepiece in order to make the distance corresponding to the diopter coincide with the distance corresponding to the convergence.
As described in No. 2, etc., since a wedge prism is required in addition to the eyepiece lens, it takes extra time and effort in processing and causes an increase in cost.

【0008】本発明は、従来における上記問題点の認識
に基づいてなされたものであり、その課題は、接眼レン
ズ以外に楔プリズム等の光学部材を用いることなく、観
察者の左右の観察眼がリラックスできる距離に対応した
視度及び輻輳にて表示板上の左右の像を立体観察するこ
とができる立体視観察用光学系を提供することである。
The present invention has been made based on the recognition of the above-mentioned problems in the related art. The problem is that the left and right observation eyes of the observer can be used without using an optical member such as a wedge prism other than the eyepiece lens. An object of the present invention is to provide a stereoscopic observation optical system that can stereoscopically observe left and right images on a display board with diopter and convergence corresponding to a relaxing distance.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明による立体視観察
用光学系は、上記課題を解決するために、同一の観察対
象物について得られた二つの映像を左右の表示領域に夫
々表示するディスプレイと、このディスプレイの各表示
領域に夫々表示された各映像を個別に観察させるために
平行に配置された左右の接眼光学系とからなる立体視観
察用光学系であって、下記条件(1)及び(2)を満足
することを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, a stereoscopic observation optical system according to the present invention provides a display for displaying two images obtained on the same observation object in left and right display areas, respectively. And a left and right eyepiece optical system arranged in parallel for individually observing each image displayed in each display area of the display, wherein the following condition (1) is satisfied. And (2) are satisfied.

【0010】 -0.00500<ψ+u<-0.00051 ……(1) -0.0008<-u-t・ψ/p<0.0008 ……(2) 但し、ψは、各接眼光学系のパワーであり、uは、各接
眼光学系の物体側主平面から各表示領域までの距離の逆
数であり、tは、左右の接眼光学系の光軸間距離であ
り、pは、左右の表示領域の中心間距離である。
-0.00500 <ψ + u <-0.00051 (1) -0.0008 <-ut · ψ / p <0.0008 (2) where ψ is the power of each eyepiece optical system, and u is T is the reciprocal of the distance from the object-side principal plane of each eyepiece optical system to each display area, t is the distance between the optical axes of the left and right eyepiece optical systems, and p is the distance between the centers of the left and right display areas. .

【0011】このように構成された本発明による立体視
観察用光学系は、条件(1)を満足することにより、視
度に関して、観察者の眼がリラックスできる状態で、デ
ィスプレイの各表示領域に表示された映像を観察させる
ことができる。これに反して、条件(1)が定める上限
又は下限を超えると、観察者の眼の疲労を招いてしま
う。また、本発明による立体視観察用光学系は、条件
(2)を満足することにより、楔プリズムを要すること
なく、各表示領域の中心を見る観察者の視線に対して、
輻輳を与えることができる。しかも、その輻輳に対応す
る距離を、視度に対応する距離に近づけることができる
ので、自然な状態で立体視を可能にすることができる。
The optical system for stereoscopic observation according to the present invention having the above-described configuration satisfies the condition (1), so that the diopter can be relaxed in each display area of the display with the observer's eyes relaxing. The displayed image can be observed. On the other hand, if the upper limit or the lower limit defined by the condition (1) is exceeded, the eyes of the observer will be tired. In addition, the optical system for stereoscopic observation according to the present invention satisfies the condition (2), and does not require a wedge prism, and can be used with respect to the line of sight of the observer who looks at the center of each display area.
Congestion can be given. Moreover, since the distance corresponding to the convergence can be made closer to the distance corresponding to the diopter, stereoscopic vision can be realized in a natural state.

【0012】本発明において、各接眼レンズをその光軸
に沿って移動させれば、視度を調整することができる。
また、両接眼レンズの光軸に対してともに直交する方向
へ両接眼レンズを移動可能とすれば、輻輳量を調整する
ことも可能となる。この場合、下記条件(3)を満たせ
ば、輻輳に対応する距離を視度に対応する距離に対して
完全に一致させなくても、ある程度両者を近づけること
ができるので、自然な状態での立体視が維持される。
In the present invention, the diopter can be adjusted by moving each eyepiece along its optical axis.
Further, if the both eyepieces can be moved in a direction orthogonal to the optical axis of both eyepieces, the amount of convergence can be adjusted. In this case, if the following condition (3) is satisfied, it is possible to bring the distance corresponding to the convergence to a certain extent without completely matching the distance corresponding to the diopter, so that the three-dimensional object in a natural state can be obtained. Vision is maintained.

【0013】 t'>0.0007・D'・p/ψ ……(3) 但し、D'は、視度Dの変化量であり、t'は、視度D0がD'
だけ変化したときの光軸間距離tの変化量である。
T ′> 0.0007 · D ′ · p / ψ (3) where D ′ is the amount of change in diopter D, and t ′ is the diopter D 0 is D ′.
Is the amount of change in the distance t between the optical axes when the distance t changes.

【0014】なお、本発明において、ディスプレイは、
同一の表示面を有し、その左右の領域が夫々表示領域と
なっていても良いし、独立した二つの表示面を有し、夫
々が表示領域となっていても良い。
In the present invention, the display comprises:
It may have the same display surface, and the left and right regions may be display regions, respectively, or may have two independent display surfaces, each of which is a display region.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0016】以下に説明する第1実施形態によるビデオ
型立体顕微鏡(以下、単に「立体顕微鏡」という)は、
例えば脳神経外科手術の際に用いられる手術支援システ
ムに組み込まれて使用される。この手術支援システム
は、立体顕微鏡によって患者の組織をビデオ撮影して得
られた立体映像(ステレオ映像)を、予め得られていた
患部のデータに基づいて作成したCG(コンピュータグ
ラフィック)映像と合成して、手術者専用の立体視ビュ
ーアーや他のスタッフ用のモニタ等に表示し、また、録
画装置に録画するシステムである。 (手術支援システムの全体構成)図1は、この手術支援
システムの概略を示すシステム構成図である。この図1
に示されるように、手術支援システムは、立体顕微鏡1
01と、この立体顕微鏡101の背面の上端近傍に取り
付けられたハイビジョンCCDカメラ102と、立体顕
微鏡101の上面に取り付けられたカウンターウェイト
104と、このカウンターウェイト104に開けられた
貫通孔を貫通して立体顕微鏡101の内部に導通された
ライトガイドファイバ105と、このライトガイドファ
イバ105を通じて立体顕微鏡101に照明光を導入す
る光源装置106と、ハイビジョンCCDカメラ102
に接続された分配器111と、この分配器111に接続
された録画装置115,モニタ114及び立体視ビュー
ア113等から、構成されている。
A video stereo microscope (hereinafter simply referred to as “stereo microscope”) according to a first embodiment described below is:
For example, it is used by being incorporated into an operation support system used in neurosurgery. This surgical support system combines a stereoscopic image (stereo image) obtained by video-taking a patient's tissue with a stereoscopic microscope with a CG (computer graphic) image created based on data of an affected part obtained in advance. This is a system for displaying on a stereoscopic viewer dedicated to a surgeon, a monitor for other staff, or the like, and recording on a recording device. (Overall Configuration of Surgery Support System) FIG. 1 is a system configuration diagram showing an outline of the surgery support system. This figure 1
As shown in FIG.
01, a high-vision CCD camera 102 attached near the upper end of the back of the stereoscopic microscope 101, a counterweight 104 attached to the upper surface of the stereoscopic microscope 101, and a through hole formed in the counterweight 104. A light guide fiber 105 conducted inside the stereo microscope 101, a light source device 106 for introducing illumination light to the stereo microscope 101 through the light guide fiber 105, and a high-vision CCD camera 102
And a recording device 115, a monitor 114, a stereoscopic viewer 113, and the like connected to the distributor 111.

【0017】上述した立体顕微鏡101は、その背面に
取付られたマウントを介して、第1スタンド100のフ
リーアーム100aの先端に、着脱自在に固定されてい
る。従って、この立体顕微鏡101は、第1スタンド1
00のフリーアーム100aの先端が届く半径内で、移
動自在であるとともに、任意の向きに向くことができ
る。但し、ここでは、便宜上、立体顕微鏡101に対す
るその被写体の向きを「下」と定義し、逆向きを「上」
と定義するものとする。
The above-mentioned stereo microscope 101 is detachably fixed to the tip of the free arm 100a of the first stand 100 via a mount mounted on the back surface. Therefore, this stereoscopic microscope 101 is
The free arm 100a can move freely within a radius that can reach the tip of the free arm 100a and can face any direction. However, here, for convenience, the direction of the subject with respect to the stereo microscope 101 is defined as “down”, and the opposite direction is “up”.
Shall be defined as

【0018】この立体顕微鏡101内の立体視観察用光
学系の概略構成を述べると、図2に示すように、観察対
象物は、単一の光軸を持つ大径のクローズアップ光学系
210,及びこのクローズアップ光学系210における
互いに異なる箇所を透過した光を夫々収束させる左右一
対のズーム光学系220,230からなる対物光学系に
よって、左右の視野絞り270,271の位置に、夫
々、一次像として結像される。これら左右の一次像は、
左右一対のリレー光学系240,250によってリレー
されてハイビジョンCCDカメラ102内に導入され、
ハイビジョンサイズ(縦横のアスペクト比=9:16)
の撮像面を有するCCD116における左右の各撮像領
域(縦横のアスペクト比=9:8)に、夫々二次像とし
て再結像される。
Referring to the schematic configuration of the optical system for stereoscopic observation in the stereoscopic microscope 101, as shown in FIG. 2, the observation object is a large-diameter close-up optical system 210 having a single optical axis. And a primary image at the positions of the left and right field stops 270 and 271 by an objective optical system including a pair of left and right zoom optical systems 220 and 230 that converge light transmitted through different portions of the close-up optical system 210, respectively. It is imaged as. These left and right primary images are
It is relayed by a pair of left and right relay optical systems 240 and 250 and introduced into the high-vision CCD camera 102,
Hi-vision size (vertical and horizontal aspect ratio = 9:16)
The image is re-imaged as a secondary image on each of the left and right image pickup areas (vertical and horizontal aspect ratio = 9: 8) in the CCD 116 having the image pickup surface.

【0019】このような一対の撮影光学系によってCC
D116の撮像面上における左右の各撮像領域(撮像面
における基線長の方向において区分された二つの領域)
に形成された像は、所定の基線長を隔てた二箇所から同
一の観察対象物を夫々撮影した画像を左右に並べたステ
レオ画像と等価である。そして、このCCD116の出
力信号は、画像プロセッサ117によってハイビジョン
信号として生成されて、ハイビジョンCCDカメラ10
2から分配器111へ向けて出力される。
With such a pair of photographing optical systems, CC
Left and right imaging regions on the imaging surface of D116 (two regions divided in the direction of the base line length on the imaging surface)
Is equivalent to a stereo image in which images obtained by photographing the same observation object from two locations separated by a predetermined base line length are arranged on the left and right. The output signal of the CCD 116 is generated as a Hi-Vision signal by the image processor 117 and is output to the Hi-Vision CCD camera 10.
2 to the distributor 111.

【0020】なお、この立体顕微鏡101内には、クロ
ーズアップ光学系210の焦点位置近傍に存在する観察
対象物を照明する照明光学系(図示略)が内蔵されてい
る。そして、この照明光学系には、光源装置106から
ライトガイドファイババンドル105介して照明光が導
入される。
The stereoscopic microscope 101 has a built-in illumination optical system (not shown) for illuminating an observation object existing near the focal point of the close-up optical system 210. Then, illumination light is introduced from the light source device 106 into the illumination optical system via the light guide fiber bundle 105.

【0021】図1に戻り、ハイビジョンCCDカメラ1
02から出力されたハイビジョン信号は、分配器111
によって、主術者D用の立体視ビューワ113,その他
の手術スタッフ用又は遠隔地に居るアドバイザ用のモニ
タ114,及び、録画装置115へ、夫々供給される。
Returning to FIG. 1, a high-vision CCD camera 1
02 is output to the distributor 111
Thus, the image data is supplied to the stereoscopic viewer 113 for the main operator D, the monitor 114 for other surgical staff or an advisor at a remote place, and the recording device 115, respectively.

【0022】立体視ビューワ113は、第2スタンド1
12のフリーアーム112aの先端から垂下して取り付
けられている。従って、主術者Dが処置を施し易い姿勢
に合わせて、立体視ビューワ113を配置することが可
能になっている。
The stereoscopic viewer 113 includes the second stand 1
Twelve free arms 112a are attached by hanging from the tips. Therefore, it is possible to arrange the stereoscopic viewer 113 according to a posture in which the main operator D can easily perform the treatment.

【0023】この立体視ビューワ113は、図3に示す
ようなハイビジョンサイズのLCDパネル(ディスプレ
イ)120を、モニタとして内蔵している。このLCD
パネル120に分配器からのハイビジョン信号による映
像(同一の観察対象物について得られた二つの映像)が
表示された場合には、その左半分の表示領域120bに
は、CCD116における左側撮像領域にて撮影された
映像が表示され、右半分の表示領域120aには、CC
D116における右側撮影領域にて撮影された映像が表
示される。これら左右の表示領域120a,120bの
夫々の中心間の距離は、図3に示すように、平均的な人
間の眼幅Pと一致するように設定されている。
The stereoscopic viewer 113 has a high-definition LCD panel (display) 120 as shown in FIG. This LCD
When an image based on a high-definition signal from the distributor (two images obtained for the same observation object) is displayed on the panel 120, a left-side display area 120b of the left half thereof has a left-side imaging area of the CCD 116. The photographed video is displayed, and the right half display area 120a displays the CC
The image photographed in the right photographing area in D116 is displayed. The distance between the centers of the left and right display areas 120a and 120b is set to be equal to the average human eye width P as shown in FIG.

【0024】また、立体視ビューワ113内の光路は、
境界線120cに対して垂直に設置された隔壁121に
より、左右に区分けされている。この隔壁121の両側
には、夫々、各区表示領域120a、120bに対応し
た接眼レンズ1,2が配置されている。これら各接眼レ
ンズ1,2は、夫々に対応する表示領域120a、12
0b上に表示された映像の虚像を観察者の眼(以下、
「観察眼」という)IR,ILから所定の距離の位置に
拡大して形成する機能の他、各観察眼IR,ILの視線
を外側へ偏向させる機能を有している。前者の機能を奏
するために、各接眼レンズ1,2は、その物体側焦点と
物体側主平面との間にLCDパネル120が存在するよ
うに配置されている。また、後者の機能を奏するため
に、各接眼レンズ1,2は、それら相互間の光軸l,l
間の距離tが観察者の眼幅Pよりも広くなるように配置
されている。その結果、各表示領域120a,120b
の中心を見る際の視線αは、観察眼IR,ILから一旦
隔壁121に向かった後に、各区接眼レンズ1,2の周
辺を透過することによって隔壁121から離れる方向へ
偏向されて、各表示領域120a,120bの中心に達
する。同様に、各表示領域120a、120bの周辺を
見る際の視線も、夫々、各接眼レンズ1,2の周辺領域
(光軸以外の領域)を透過することによって、各接眼レ
ンズ1,2がない場合と比較して、隔壁121からより
離れた領域を通るように偏向される。
The optical path in the stereoscopic viewer 113 is
It is divided into right and left by a partition wall 121 installed perpendicularly to the boundary line 120c. On both sides of the partition 121, eyepieces 1 and 2 corresponding to the respective display areas 120a and 120b are arranged. Each of these eyepieces 1 and 2 has a corresponding display area 120a, 12a.
0b is displayed on the observer's eye (hereinafter, referred to as a virtual image).
In addition to the function of enlarging and forming a predetermined distance from the IR and IL (referred to as the “observation eye”), it has a function of deflecting the line of sight of each observation eye IR and IL outward. In order to perform the former function, the eyepieces 1 and 2 are arranged such that the LCD panel 120 exists between the object-side focal point and the object-side main plane. In order to perform the latter function, each of the eyepieces 1 and 2 has an optical axis l between them.
They are arranged such that the distance t between them is wider than the eye width P of the observer. As a result, each display area 120a, 120b
Is temporarily deflected in a direction away from the partition 121 by passing around the partition eyepieces 1 and 2 from the observation eyes IR and IL, and then deflected in a direction away from the partition 121. It reaches the center of 120a, 120b. Similarly, the line of sight when viewing the periphery of each of the display areas 120a and 120b also passes through the peripheral area (the area other than the optical axis) of each of the eyepieces 1 and 2, thereby eliminating the eyepieces 1 and 2. In comparison with the case, the light is deflected to pass through a region farther from the partition 121.

【0025】以下、図3を用いて、立体視ビューワ11
3内の立体視観察用光学系の詳細な配置を説明する。な
お、図3において、光軸に沿った方向の距離は、視度
(Diopter)によって表現される場合もあり、物体側か
ら眼側を見たときの向き(図3における右向き)におい
て正の符号をとり、逆向きにおいて負の符号をとる。
Hereinafter, the stereoscopic viewer 11 will be described with reference to FIG.
The detailed arrangement of the stereoscopic optical system in 3 will be described. In FIG. 3, the distance in the direction along the optical axis may be represented by a diopter (Diopter), and has a positive sign in the direction when viewing the eye side from the object side (rightward in FIG. 3). And take a negative sign in the opposite direction.

【0026】図3に示されるように、本実施形態におけ
る立体視観察用光学系を構成する左右一対の接眼レンズ
1,2は、物体側(各表示領域120a,120b側)
に強い凸形状を有する単レンズであり、その各面は、下
記式(4)に示した関係(シェイピングファクター)を
満たす球面(もしくは平面)となっている。
As shown in FIG. 3, a pair of right and left eyepieces 1 and 2 constituting the optical system for stereoscopic observation in this embodiment are arranged on the object side (each display area 120a, 120b side).
Is a single lens having a strong convex shape, and each surface is a spherical surface (or a plane) satisfying a relationship (shaping factor) shown in the following equation (4).

【0027】 -3.0<(r1-r2)/(r1+r2)<-0.4 ……(4) 但し、r1は物体側の第1面の曲率半径であり、r2は
眼側の第2面の曲率半径である。
-3.0 <(r1-r2) / (r1 + r2) <-0.4 (4) where r1 is a radius of curvature of the first surface on the object side, and r2 is a radius of curvature of the second surface on the eye side. The radius of curvature.

【0028】この式(4)が満たされることにより、本
実施形態では、立体視観察用光学系の接眼レンズ1,2
が最も低コストな単レンズから構成されているにも拘わ
らず、比較的目立ち易いディストーション(歪曲収差)
が、小さく抑えられている。特に第1面及び第2面によ
る光線の屈折がおよそ均等になる場合に、ディストーシ
ョンが最も小さくなるが、上記式(4)の範囲内であれ
ば、第1面及び第2面の形状が適切にバランスを保た
れ、ディストーションが十分に抑えられる。この式
(4)の上限又は下限を越えてしまうと、ディストーシ
ョンが無視できぬ程に大きくなってしまう。
By satisfying the expression (4), in this embodiment, the eyepieces 1 and 2 of the optical system for stereoscopic observation are provided.
Is relatively noticeable, despite being constructed from the lowest cost single lens
However, it is kept small. In particular, when the refraction of the light beam by the first surface and the second surface is approximately equal, the distortion is minimized. However, when the refraction is within the range of the above expression (4), the shapes of the first surface and the second surface are appropriate. The balance is maintained, and the distortion is sufficiently suppressed. When the value exceeds the upper limit or the lower limit of Expression (4), the distortion becomes so large that it cannot be ignored.

【0029】また、各接眼レンズ1,2の焦点距離及び
各表示領域120a,120bに対する相対位置は、各
表示領域120a,120b上に表示された映像の各接
眼レンズ1,2による虚像を観察者が自然な視度で観察
できる位置に形成させるために、下記式(1)に示す関
係を満足している。
The focal lengths of the eyepieces 1 and 2 and the relative positions of the eyepieces 1 and 2 with respect to the display areas 120a and 120b are determined by the virtual images of the images displayed on the display areas 120a and 120b by the eyepieces 1 and 2 Satisfies the relationship shown in the following expression (1) in order to form a position at which the image can be observed with a natural diopter.

【0030】 -0.00500<ψ+u<-0.00051 ……(1) 但し、ψは、焦点距離fの逆数(即ち、パワー)であ
り、uは、各接眼レンズ1,2の物体側主平面から物体
面(即ち、各表示領域120a,120b)までの距離
S[mm]の逆数である。
-0.00500 <ψ + u <-0.00051 (1) where ψ is the reciprocal (ie, power) of the focal length f, and u is the distance from the object-side principal plane of each of the eyepieces 1 and 2. It is the reciprocal of the distance S [mm] to the object plane (that is, each display area 120a, 120b).

【0031】この式(1)の数値的根拠を、右側の接眼
レンズ1を例にとって、以下に説明する。まず、接眼レ
ンズ1の眼側主平面1bから各表示領域120aの虚像
120a’までの距離S’は、周知のように、下記式
(1−1)によって表される。
The numerical basis of the equation (1) will be described below by taking the right eyepiece 1 as an example. First, the distance S 'from the eye-side main plane 1b of the eyepiece 1 to the virtual image 120a' of each display area 120a is expressed by the following equation (1-1), as is well known.

【0032】 S'=1/(ψ+u) ……(1−1) 但し、観察眼IRは、通常、接眼レンズ1の眼側主平面
1bに置くことは不可能であり、眼側主平面との間にあ
る程度のアイレリーフeを空けた位置に配置されなけれ
ばならない。従って、観察眼IRから虚像120a’ま
での距離は、s’−eとなり、これを観察眼ILの視度
0として表すと、下記式(1−2)に示す通りとな
る。
S ′ = 1 / (ψ + u) (1-1) However, it is usually impossible to place the observation eye IR on the eye-side main plane 1 b of the eyepiece 1. It must be located at a position with some eye relief e between it and the plane. Accordingly, the distance from the observing eye IR to the virtual image 120a 'is, s'-e next, expressed this as diopter D 0 of the observing eye IL, it is as shown in the following formula (1-2).

【0033】 D0=1000/(s'-e) ……(1−2) 一方、正視眼の観察眼IRがリラックスした状態で物体
を観察するときの視度D0は、-2<D0<-0.5であるが、上
述した視度調整力によってD0=-4程度まで接近可能であ
るので、結局、観察眼IRの視度D0の範囲が下記式
(1−3)に示す範囲内であることが望ましいことにな
る。
D 0 = 1000 / (s′-e) (1-2) On the other hand, the diopter D 0 when observing the object with the observation eye IR of the emmetropic eye relaxed is −2 <D Although 0 <−0.5, since it is possible to approach up to about D 0 = −4 by the above-described diopter adjustment force, the range of the diopter D 0 of the observation eye IR is eventually expressed by the following equation (1-3) It would be desirable to be within the range.

【0034】 -4<D0<-0.5 ……(1−3) 上記式(1−1)を式(1−2)に代入し、更に、式
(1−3)に代入すると、下記式(1−4)が得られ
る。
-4 <D 0 <-0.5 (1-3) When the above equation (1-1) is substituted into the equation (1-2) and further substituted into the equation (1-3), the following equation is obtained. (1-4) is obtained.

【0035】 -4<1000/(1/(ψ+u)-e)<-0.5 ……(1−4) ここで、アイレリーフeは、個人差に依って20〜50mm程
度の幅を持つ。そこで、大きい方のe=50を採用すると、
上記式(1−4)は以下のように変形されて、上記式
(1)が得られるのである。
-4 <1000 / (1 / (ψ + u) -e) <-0.5 (1-4) Here, the eye relief e has a width of about 20 to 50 mm depending on individual differences. . So, if you use the larger e = 50,
The above equation (1-4) is modified as follows, and the above equation (1) is obtained.

【0036】 -4<1000/(1/(ψ+u)-50)<-0.5 -0.00500<ψ+u<-0.00051 ……(1) 以上に示した数値的根拠から明らかなように、式(1)
の上限又は下限を越えてしまうと、観察眼IL,IRが
リラックスできる視度の範囲を越えてしまうので、観察
者の疲労を招いてしまう。
-4 <1000 / (1 / (ψ + u) -50) <-0.5 -0.00500 <ψ + u <-0.00051 (1) As is clear from the numerical basis shown above, the expression (1)
If the upper limit or lower limit is exceeded, the observer's eyes IL and IR will exceed the relaxed diopter range, and this will lead to fatigue of the observer.

【0037】また、各接眼レンズ1,2の光軸間距離t
は、それに基づく輻輳に対応した距離を視度D0に対応し
た距離と一致させて自然な状態で観察可能とするため
に、上記u及び両表示領域120a,120bの中心間
の距離pに対して、下記式(2)に示す関係を満たして
いる。
The distance t between the optical axes of the eyepieces 1 and 2 is t
In order to match the distance corresponding to the convergence based on the distance with the distance corresponding to the diopter D 0 and enable observation in a natural state, the distance u between the center of the display areas 120a and 120b is set to Thus, the relationship shown in the following equation (2) is satisfied.

【0038】 -0.0008<-u-t・ψ/p<0.0008 ……(2) この式(2)の数値的根拠を、以下に説明する。左右の
表示領域120b,120aの中心から夫々射出し、対
応する接眼レンズ2,1の周辺領域を透過することによ
って偏向されて観察眼IL,IRに入射する光束の主光
線は、これを逆に辿ると、表示領域120b,120a
の中心を見る際の観察眼IL,IRの視線α,βと一致
する。観察眼IL,IRの輻輳に対応する距離と視度D0
に対応する距離とを一致させるということは、両観察眼
IL,IRから各表示領域120b,120aに向かう
視線β,αを各接眼レンズ1,2透過後もそのまま直線
状に延長した場合に(図3においては破線α’によって
図示)、その延長線β’,α’同士が両表示領域120
a,120bの虚像120a’,120b’の形成位置
にて交差させる、ということである。より具体的には、
各表示領域120a,120bの中心点A,B同士を結
ぶ線分ABを等分する点Cを通り、各接眼レンズ1,2
の光軸lと平行な直線X(隔壁121に相当)を想定し
た場合に、その直線Xと各虚像120a’,120b’
とが交わる点Oに、両延長線α’,β’同士の交差点
(以下、「輻輳点O’」という)が一致するということ
である。
-0.0008 <-ut · ψ / p <0.0008 (2) The numerical basis of the equation (2) will be described below. The principal rays of the light beams emitted from the centers of the left and right display areas 120b and 120a and deflected by passing through the peripheral areas of the corresponding eyepieces 2 and 1 and entering the observation eyes IL and IR are reversed. When tracing, the display areas 120b, 120a
Coincide with the eyes α, β of the observation eyes IL, IR when looking at the center of. Distance and diopter D 0 corresponding to the convergence of observation eyes IL and IR
Means that the lines of sight β and α directed from the observation eyes IL and IR to the respective display areas 120b and 120a are linearly extended even after transmission through the eyepieces 1 and 2 ( In FIG. 3, the extended lines β ′ and α ′ are indicated by broken lines α ′),
a and 120b at the formation positions of the virtual images 120a 'and 120b'. More specifically,
Each eyepiece lens 1, 2 passes through a point C that equally divides a line segment AB connecting the center points A, B of the display areas 120a, 120b.
Is assumed to be a straight line X (corresponding to the partition wall 121) parallel to the optical axis l of the virtual image 120a ′ and the virtual images 120a ′ and 120b ′.
At the intersection O of the two extended lines α ′ and β ′ (hereinafter, referred to as “convergence point O ′”).

【0039】一般的に、レンズ光軸に垂直な方向におけ
る近軸的な像点移動量yは、レンズの偏心量をq、倍率
をmとおくと、下記式(2−1)によって表される。
Generally, the paraxial image point moving amount y in the direction perpendicular to the lens optical axis is expressed by the following equation (2-1), where q is the eccentricity of the lens and m is the magnification. You.

【0040】 y=(1-m)・q ……(2−1) ここで、レンズの眼側主点から輻輳点O’までの距離を
S”とおき、物体距離Sの逆数uを用いてmを表すと、
下記式(2−2)で示す通りとなる。
Y = (1-m) · q (2-1) Here, the distance from the eye-side principal point of the lens to the convergence point O ′ is S ”, and the reciprocal u of the object distance S is used. Represents m
It becomes as showing by following formula (2-2).

【0041】 m=s"/s=s"・u ……(2−2) この式(2−2)を式(2−1)に代入すると、下記式
(2−3)が得られる。
M = s "/ s = s" .u (2-2) By substituting this equation (2-2) into the equation (2-1), the following equation (2-3) is obtained.

【0042】 y=(1-s"・u)・q ……(2−3) 一方、図3において、点Aを通り直線Xに平行な線XA
を基準に考えると、上記点Oは、直線XAに対して垂直
な方向に−p/2(図3の下方を負とする)だけずれて
いることになる。よって、右側の接眼レンズ1に関する
光軸に垂直な方向における近軸的な像点移動量y及び偏
心量qは、夫々、下記式(2−4),(2−5)に示す
通りとなる。
Y = (1-s ″ · u) · q (2-3) On the other hand, in FIG. 3, a line XA that passes through the point A and is parallel to the straight line X
Considering the above as a reference, the point O is shifted by −p / 2 (the lower part in FIG. 3 is negative) in a direction perpendicular to the straight line XA. Therefore, the paraxial image point moving amount y and the eccentric amount q in the direction perpendicular to the optical axis with respect to the right eyepiece 1 are as shown in the following equations (2-4) and (2-5), respectively. .

【0043】 y=-p/2 ……(2−4) q=(t-p)/2 ……(2−5) これら式(2−4)及び(2−5)を上記式(2−3)
に代入して整理すると、下記式(2−6)が得られる。
Y = -p / 2 (2-4) q = (tp) / 2 (2-5) These equations (2-4) and (2-5) are converted into the above equation (2-3). )
And rearranging by the following expression, the following equation (2-6) is obtained.

【0044】 -p/2=(1-s"・u)・(t-p)/2 s"=t/(u・(t-p)) ……(2−6) 同様にして、左側の接眼レンズ2に関して同様の式を求
めると、式(2−4)及び式(2−5)については符号
が正負逆になるものの、上記式(2−6)がそのままの
形で得られる。これは、左右の表示領域120b,12
0aの中心B,Aを夫々観察している左右の観察眼I
L,IRの視線β,αの延長線β’,α’が、直線X上
における同一位置で交差することを示している。従っ
て、このs"からアイレリーフeを減じた距離が、観察眼
IL,IRの輻輳に対応した距離である。 上述した通
り、各観察眼IL,IRから各表示領域120b,12
0aの虚像120b’,120a’までの距離,即ち、
視度に対応した距離は、s’−eである。従って、下記
式(2−7)が満たされれば、視度に対応する距離と輻
輳に対応する距離とが一致することになる。
-P / 2 = (1−s ”· u) · (tp) / 2 s” = t / (u · (tp)) (2-6) Similarly, the left eyepiece lens 2 When a similar expression is obtained for, the sign of the expression (2-4) and the expression (2-5) is reversed, but the expression (2-6) is obtained as it is. This is because the left and right display areas 120b, 12b
Right and left observation eyes I observing the centers B and A of 0a, respectively.
The lines β ′ and α ′ of the lines of sight β and α of L and IR intersect at the same position on the straight line X. Therefore, the distance obtained by subtracting the eye relief e from s "is the distance corresponding to the convergence of the observation eyes IL and IR. As described above, the display areas 120b and 12 are obtained from the observation eyes IL and IR.
0a to the virtual images 120b ′, 120a ′, ie,
The distance corresponding to the diopter is s'-e. Therefore, if the following expression (2-7) is satisfied, the distance corresponding to the diopter and the distance corresponding to the convergence will match.

【0045】 s'=s" ……(2−7) 但し、実際には、若干のズレは許容可能であるので、式
(2−7)の両辺の逆数を採るとともに視度と輻輳との
ズレをΔと置くことによって、視度と輻輳との関係を表
すと、下記式(2−8)の通りとなる。
S '= s "(2-7) However, in practice, since a slight deviation is acceptable, the reciprocal of both sides of the equation (2-7) is taken, and the difference between the diopter and the convergence is obtained. Expressing the relationship between diopter and convergence by placing the deviation as Δ is given by the following equation (2-8).

【0046】 1/s"=1/s'+Δ ……(2−8) なお、この式(2−8)において、Δ=0であると、近
軸的な視度に対応する距離と輻輳に対応する距離とが一
致することになる。
1 / s ″ = 1 / s ′ + Δ (2-8) In this equation (2-8), if Δ = 0, the distance corresponding to the paraxial diopter is The distance corresponding to the congestion will match.

【0047】この式(2−8)に上記式(2−6)及び
式(1−1)を代入して整理すると、下記式(2−9)
が得られる。
By substituting the equations (2-6) and (1-1) into the equation (2-8) and rearranging, the following equation (2-9) is obtained.
Is obtained.

【0048】 1/s"=1/s'+Δ ……(2−8) u・(t-p)/t=ψ+u+Δ -u・p/t=ψ+Δ Δ・t/p=-u-t・ψ/p ……(2−9) この式(2−9)においてt/p≒1としてズレ量Δを含
む左辺の値を-0.0008〜0.0008と規定することにより、
下記式(2)が得られるのである。
1 / s ″ = 1 / s ′ + Δ (2-8) u · (tp) / t = ψ + u + Δ −u · p / t = ψ + ΔΔ · t / p = -ut · ψ / p (2-9) In this equation (2-9), by defining the value on the left side including the deviation amount Δ as t / p ≒ 1 to be -0.0008 to 0.0008,
The following equation (2) is obtained.

【0049】 -0.0008<-u-t・ψ/p<0.0008 ……(2) 以上に示した式(2)の導出過程から明らかなように、
式(2)の下限を越えると虚像の位置に対して輻輳点O
が眼側に寄りすぎ、逆に、上限を越えると輻輳点Oが離
れすぎてしまい、何れにしても自然な状態での観察がで
きなくなるために、観察眼IL,IRの疲労を招いてし
まう。
-0.0008 <-ut · ψ / p <0.0008 (2) As is clear from the derivation process of Expression (2) shown above,
If the lower limit of the equation (2) is exceeded, the point of convergence O
Is too close to the eye side, and conversely, if it exceeds the upper limit, the convergence point O is too far away, and in any case, observation in a natural state cannot be performed, which causes fatigue of the observation eyes IL and IR. .

【0050】上述した構成を有する本実施形態による立
体視ビューワ113内の立体視観察用光学系は、上記式
(1−1)及び式(1−2)から明らかなように、各接
眼レンズ1R,1Lの物体側主平面から物体面(即ち、
各表示領域120a,120b)までの距離S(=1/u)
を変化させることにより、視度D0 ,即ち、距離S'-e
を、変化させることができる。このとき、比較的狭い範
囲で視度調整(s=1/uの調整)をするのであれば、輻輳
に対応する距離を調整しなくても、式(2)の範囲であ
る限り、比較的疲労が無く、観察をすることが可能であ
る。しかしながら、この範囲を越えて視度調整を行うの
であれば、輻輳に対応した距離S"-eを、視度に合わせて
調整しなければならない。
The optical system for stereoscopic observation in the stereoscopic viewer 113 according to the present embodiment having the above-described configuration has the respective eyepieces 1R as apparent from the above equations (1-1) and (1-2). , 1L from the object-side principal plane to the object plane (ie,
Distance S (= 1 / u) to each display area 120a, 120b)
To change the diopter D 0 , that is, the distance S′-e
Can be changed. At this time, if the diopter adjustment (adjustment of s = 1 / u) is performed in a relatively narrow range, the diopter can be relatively adjusted without adjusting the distance corresponding to the convergence as long as the distance is within the range of Expression (2). It is possible to observe without fatigue. However, if the diopter is adjusted beyond this range, the distance S "-e corresponding to the convergence must be adjusted according to the diopter.

【0051】本実施形態においては、両接眼レンズ1,
2の光軸間距離tを変化させ、これに伴い、上記式(2
−6)に従って、輻輳に対応した距離に対応した距離S"
-eを変化させることができる。視度に対応した距離と輻
輳に対応した距離とをほぼ一致させるためには、調整前
後における両接眼レンズIL,IRの光軸間距離tの変
化量t'を、調整前後の視度D0の変化量D'に対して下記式
(3)に示す関係を満足させる必要がある。
In this embodiment, the binocular lenses 1,
2 is changed, and accordingly, the above equation (2) is changed.
According to -6), the distance S "corresponding to the distance corresponding to the congestion
-e can be changed. In order to make the distance corresponding to the diopter substantially equal to the distance corresponding to the convergence, the change amount t ′ of the distance t ′ between the optical axes of the eyepieces IL and IR before and after the adjustment is determined by the diopter D 0 before and after the adjustment. It is necessary to satisfy the relationship shown in the following expression (3) with respect to the amount of change D ′.

【0052】 t'>0.0007・D'・p/ψ ……(3) この式(3)の数値的根拠を、以下に説明する。今、上
記式(2−9)においてΔ=0と代入して変形すると、
下記式(3−1)が得られる。
T ′> 0.0007 · D ′ · p / ψ (3) The numerical basis of the equation (3) will be described below. Now, by substituting Δ = 0 in the above equation (2-9) and deforming,
The following formula (3-1) is obtained.

【0053】 0=-u-t・ψ/p t=-u・p/ψ ……(3−1) この式(3−1)に、上記式(1−1)を変形した式u=
1/s'-ψを代入すると、下記式(3−2)が得られる。
0 = −ut · ψ / pt = −u · p / ψ (3-1) In the equation (3-1), the equation u =
By substituting 1 / s'-ψ, the following equation (3-2) is obtained.

【0054】 t=-(1/s'-ψ)・p/ψ ……(3−2) この式(3−2)において、1/s'=D/1000と置いて、視
度の関数に変換すると、下記式(3−3)の通りとな
る。
T = − (1 / s′−ψ) · p / ψ (3-2) In this equation (3-2), 1 / s ′ = D / 1000, and a function of diopter Is converted into the following equation (3-3).

【0055】 t=-(0.001D-ψ)・p/ψ ……(3−3) この式(3−3)に基づいて、視度Dの変化量D'に対す
る光軸間距離tの変化量t'の関係を求めるために、この
式(3−3)をDについて微分すると、下記式(3−
4)が得られる。
T = − (0.001D−ψ) · p / ψ (3-3) Based on the equation (3-3), the change of the distance t between the optical axes with respect to the change amount D ′ of the diopter D In order to find the relation of the quantity t ′, when this equation (3-3) is differentiated with respect to D, the following equation (3-
4) is obtained.

【0056】 t'=-0.001D'・p/ψ ……(3−4) この式(3−4)は、視度DをD'だけ変化させた時に、
輻輳を近軸的にほぼ一致させるための光軸間距離tの変
化量t'の条件を示すものである。但し、実際には、ある
程度のズレは許容され得るので、式(3−4)左辺は、
右辺に対して許容係数0.7を乗じた値よりも大きけれ
ば良い。従って、上記式(3−4)は下記式(3)のよ
うに変形されるのである。
T ′ = − 0.001D ′ · p / ψ (3-4) This equation (3-4) is obtained by changing the diopter D by D ′.
It shows the condition of the amount of change t 'of the distance t between the optical axes to make the convergence substantially coincide with each other paraxially. However, in practice, a certain amount of deviation can be tolerated.
It is sufficient if the value is larger than a value obtained by multiplying the right side by the allowable coefficient 0.7. Therefore, the above equation (3-4) is transformed into the following equation (3).

【0057】 t'>-0.0007・D'・p/ψ ……(3) 以上に示した式(3)の導出過程から明らかなように、
t'が式(3)の下限を越えると、視度調整により変化し
た視度に輻輳が追いつかないので、観察眼IL,IRの
疲労を招く。
T ′> − 0.0007 · D ′ · p / ψ (3) As is clear from the derivation process of Expression (3) shown above,
If t ′ is below the lower limit of the expression (3), the convergence cannot catch up with the diopter changed by the diopter adjustment, thereby causing fatigue of the observation eyes IL and IR.

【0058】また、上述した条件を満たす光学特性を有
する本実施形態による接眼レンズ1,2は、倍率色収差
を小さく保つために、下記式(5)が示すアッベ数νd
のガラスから、成形されている。
The eyepieces 1 and 2 according to the present embodiment having the optical characteristics satisfying the above-mentioned conditions have the Abbe number ν d represented by the following equation (5) in order to keep the chromatic aberration of magnification small.
From glass.

【0059】 |(65-t)・ψ/(2・νd)|<0.00175 ……(5) 本実施形態においては、上記式(2)に示されるよに、
LCD表示パネル120の左右の表示領域120a,1
20bの中心に対して、左右の接眼レンズ1,2が偏心
して配置されている。従って、各接眼レンズ1,2に入
射する光束は、主に、各接眼レンズ1,2の周辺領域を
透過する。ことろが、単レンズにおいては、偏心量が大
きくなると、倍率色収差が大きくなってしまう。そこ
で、上記(5)の条件が設定されたのである。この式
(5)の左辺に含まれる定数65は、人間の大人の平均的
な眼幅である。また、右辺の定数0.00175は、角度0.1度
に対応する平面角:0.00175radである。即ち、人間の眼
の解像度は、0.1度程度であるので、それよりも狭い範
囲において色ズレが生じても、人間の眼には検知できな
いから、その範囲での色ズレが許容されているのであ
る。従って、この式(5)の上限を越えて、人間の眼の
解像度を越えて色ズレが大きくなると、その色ズレが観
察者によって認識されて目立ってしまうのである。
| (65−t) · ψ / (2 · ν d ) | <0.00175 (5) In the present embodiment, as shown in the above equation (2),
Left and right display areas 120a, 1 of the LCD display panel 120
The left and right eyepieces 1 and 2 are arranged eccentrically with respect to the center of 20b. Therefore, the light beam incident on each of the eyepieces 1 and 2 mainly passes through the peripheral area of each of the eyepieces 1 and 2. In the single lens, as the amount of eccentricity increases, the chromatic aberration of magnification increases. Therefore, the condition (5) is set. The constant 65 included in the left side of the equation (5) is an average eye width of a human adult. The constant 0.00175 on the right side is a plane angle: 0.00175 rad corresponding to an angle of 0.1 degree. That is, since the resolution of the human eye is about 0.1 degree, even if a color shift occurs in a narrower range, it cannot be detected by the human eye, and color shift in that range is allowed. is there. Therefore, if the color shift exceeds the upper limit of Expression (5) and exceeds the resolution of the human eye and the color shift increases, the color shift is recognized by the observer and becomes noticeable.

【0060】なお、各接眼レンズ1,2は、メニスカス
単レンズでも良く、両凸単レンズでも良いが、平凸レン
ズとすれば、組立、加工性が良くなる。即ち、平面加工
は球面に比べて研磨が容易であるので、低コストに製造
することができる。また、平面側を当付面とすれば、上
述した光軸間距離を調整するために、各接眼レンズ1,
2をその光軸に直交する方向へシフトさせる際の、ガイ
ドとして機能させることができる。
Each of the eyepieces 1 and 2 may be a single meniscus lens or a single biconvex lens, but if it is a plano-convex lens, the assembling and workability are improved. In other words, planar processing is easier to polish than spherical processing, and can be manufactured at low cost. In addition, if the plane side is an abutment surface, each eyepiece lens 1,
2 can function as a guide when shifting in the direction orthogonal to the optical axis.

【0061】以下、上述した各条件(式(3)について
は実施例4のみ)を満たす立体視観察用光学系の実施例
を、4例、挙げる。
Hereinafter, four examples of the stereoscopic observation optical system satisfying the above-described conditions (Equation (3) is only Example 4) will be described.

【0062】[0062]

【実施例1】実施例1は、眼側が平面である平凸レンズ
として各接眼レンズ1,2を構成した例である。なお、
本実施例1においては、各接眼レンズ1,2同士の光軸
間距離を調整することができないので、式(3)は問題
とはならないが、上述した各式(1),(2),(4)
及び(5)中の各パラメータの具体値,及びその他の値
は、下記表1に示した通りである。
Embodiment 1 Embodiment 1 is an example in which each of the eyepieces 1 and 2 is configured as a plano-convex lens having a flat eye side. In addition,
In the first embodiment, since the distance between the optical axes of the eyepieces 1 and 2 cannot be adjusted, Expression (3) does not cause any problem. However, Expressions (1), (2), and (4)
Specific values and other values of each parameter in (5) and (5) are as shown in Table 1 below.

【0063】表1 r1 130[mm] r2 ∽ d 14[mm] n 1.51633 ν 64.1 D0 -1.8〜-3.1[Diopter] e 20[mm] f 251.8[mm] s -170〜-135[mm] p 66[mm] t 110[mm] D' 1.3[Diopter] 輻輳 -2.5[Diopter] なお、表1において、D'は視度D0の調整幅である。ま
た、「輻輳」とは、(s"-e)の逆数の1000倍の値であ
り、視度の単位(Diopter)によって距離を表したもの
である。また、nは、各接眼レンズ1,2を構成するガ
ラスの屈折率である。
Table 1 r1 130 [mm] r2 ∽ d 14 [mm] n 1.51633 ν 64.1 D 0 -1.8 to -3.1 [Diopter] e 20 [mm] f 251.8 [mm] s -170 to -135 [mm] p 66 [mm] t 110 [ mm] D '1.3 [diopter] congestion -2.5 [diopter] in Table 1, D' is the adjustment range of the diopter D 0. Further, “convergence” is a value 1000 times the reciprocal of (s ”−e) and represents a distance in units of diopter (Diopter). 2 is the refractive index of the glass that constitutes No. 2.

【0064】本実施例1において、上記式(1),
(2),(4)及び(5)の値を算出した結果を、下記
表2に示す。
In the first embodiment, the above equations (1) and (2)
The results of calculating the values of (2), (4) and (5) are shown in Table 2 below.

【0065】表2 式(1):ψ+u =-0.00191〜-0.00344 式(2):-u-t・ψ/p =-0.000737〜0.000788 式(4):(r1-r2)/(r1+r2) =-1.00 式(5):|(65-t)・ψ/(2・νd)|=0.00139 この表2に示されるように、実施例1は、式(1)及び
(2)を満足している。従って、1.3Diopterの視度調整
幅を有するにも拘わらず、観察者が観察眼IL,IRに
疲労を感じることなく、見易い視度で立体視することが
できる。
Table 2 Equation (1): ψ + u = −0.00191 to −0.00344 Equation (2): −ut · ψ / p = −0.000737 to 0.000788 Equation (4): (r1−r2) / (r1 + r2) ) = − 1.00 Equation (5): | (65−t) · ψ / (2 · ν d ) | = 0.00139 As shown in Table 2, the first embodiment calculates Equations (1) and (2) Is pleased. Therefore, despite having a diopter adjustment range of 1.3 Diopter, the observer can stereoscopically view with an easily viewable diopter without feeling tired of the observation eyes IL and IR.

【0066】また、表2に示されるように、実施例1
は、式(4)及び式(5)を満足している。従って、球
面単レンズである接眼レンズ1,2をオフセットして配
置しているにも拘わらず、図4に示すように、ディスト
ーション及び倍率色収差が小さく保たれている。図4
(a)は、実施例1において、S=-151に固定した状態に
おける倍率色収差図であり、両接眼レンズ1,2の光軸
に共に直交し且つ図3の点A,Bを結ぶ直線と平行な方
向における射出角Bを縦軸(単位:度)とし、各射出角
Bにて射出された場合においてd線の射出方向を基準と
するc線及びF線の射出方向のズレ量(収差量)を横軸
(単位:度)としている。また、図4(b)は、実施例
1において、S=-151に固定した状態における歪曲収差図
であり、両接眼レンズ1,2の光軸に共に直交し且つ図
3の点A,Bを結ぶ直線と平行な方向における射出角B
を縦軸(単位:度)とし、各射出角Bにて射出された場
合における歪曲度を横軸(単位:%)としている。
As shown in Table 2, Example 1
Satisfies the equations (4) and (5). Therefore, despite the offset arrangement of the eyepiece lenses 1 and 2 as spherical single lenses, distortion and chromatic aberration of magnification are kept small as shown in FIG. FIG.
(A) is a magnification chromatic aberration diagram in the state fixed to S = -151 in Example 1, and is a line that is orthogonal to the optical axes of both eyepieces 1 and 2 and that connects points A and B in FIG. The emission angle B in the parallel direction is represented by the vertical axis (unit: degree), and when the light is emitted at each emission angle B, the deviation amount (the aberration) between the emission directions of the c-line and the F-line with respect to the emission direction of the d-line. Amount) is on the horizontal axis (unit: degree). FIG. 4B is a distortion aberration diagram in Example 1 in a state where S is fixed at −151, and is perpendicular to the optical axes of both eyepieces 1 and 2 and points A and B in FIG. Angle B in the direction parallel to the straight line connecting
Is the vertical axis (unit: degree), and the degree of distortion in the case where the light is emitted at each emission angle B is the horizontal axis (unit:%).

【0067】[0067]

【実施例2】実施例2は、眼側が凹面であるメニスカス
レンズとして各接眼レンズ1,2を構成した例である。
なお、本実施例2においては、各接眼レンズ1,2同士
の光軸間距離を調整することができないので、式(3)
は問題とはならないが、上述した各式(1),(2),
(4)及び(5)中の各パラメータの具体値,及びその
他の値は、下記表3に示した通りである。
Embodiment 2 Embodiment 2 is an example in which each of the eyepieces 1 and 2 is configured as a meniscus lens having a concave surface on the eye side.
In the second embodiment, the distance between the optical axes of the eyepieces 1 and 2 cannot be adjusted.
Is not a problem, but each of the above equations (1), (2),
Specific values of each parameter in (4) and (5) and other values are as shown in Table 3 below.

【0068】 表3 r1 100[mm] r2 278[mm] d 20[mm] n 1.58913 ν 61.2 D0 -1.0〜-2.0 e 20[mm] f 254.6[mm] s -201〜-165[mm] p 80[mm] t 115[mm] D' 1.0[Diopter] 輻輳 -1.6[Diopter] 本実施例2において、上記式(1),(2),(4)及
び(5)の値を算出した結果を、下記表4に示す。
Table 3 r1 100 [mm] r2 278 [mm] d 20 [mm] n 1.58913 ν 61.2 D 0 -1.0 to -2.0 e 20 [mm] f 254.6 [mm] s -201 to -165 [mm] p 80 [mm] t 115 [mm] D '1.0 [Diopter] Congestion -1.6 [Diopter] In the second embodiment, the values of the above equations (1), (2), (4) and (5) were calculated. The results are shown in Table 4 below.

【0069】表4 式(1):ψ+u =-0.00105〜-0.00213 式(2):-u-t・ψ/p =-0.000671〜0.000415 式(4):(r1-r2)/(r1+r2) =-0.47 式(5):|(65-t)・ψ/(2・νd)|=0.00160 この表4に示されるように、実施例2は、式(1)及び
(2)を満足している。従って、1.0Diopterの視度調整
幅を有するにも拘わらず、観察者が観察眼IL,IRに
疲労を感じることなく、見易い視度で立体視することが
できる。
Table 4 Formula (1): ψ + u = −0.00105 to −0.00213 Formula (2): −ut · ψ / p = −0.000671 to 0.000415 Formula (4): (r1−r2) / (r1 + r2) ) = − 0.47 Equation (5): | (65−t) · ψ / (2 · ν d ) | = 0.00160 As shown in Table 4, the second embodiment is based on Equations (1) and (2). Is pleased. Therefore, despite having a diopter adjustment range of 1.0 Diopter, the observer can stereoscopically view with an easily viewable diopter without feeling tired of the observation eyes IL and IR.

【0070】また、表4に示されるように、実施例2
は、式(4)及び式(5)を満足している。従って、球
面単レンズである接眼レンズ1,2をオフセットして配
置しているにも拘わらず、図5に示すように、ディスト
ーション及び倍率色収差が小さく保たれている。図5
は、実施例2において、S=-177に固定した状態における
倍率色収差図(同図a)及び歪曲収差図(同図b)であ
る。これら各図における各軸の意味は、図4のものと同
じである。
As shown in Table 4, Example 2
Satisfies the equations (4) and (5). Therefore, despite the offset arrangement of the eyepiece lenses 1 and 2 as spherical single lenses, distortion and chromatic aberration of magnification are kept small as shown in FIG. FIG.
FIGS. 7A and 7B are a chromatic aberration of magnification (FIG. 7A) and a distortion (FIG. 8B) in a state where S = −177 in Example 2. FIG. The meaning of each axis in each of these figures is the same as that in FIG.

【0071】[0071]

【実施例3】実施例3は、両凸レンズとして各接眼レン
ズ1,2を構成した例である。なお、本実施例3におい
ては、各接眼レンズ1,2同士の光軸間距離を調整する
ことができないので、式(3)は問題とはならないが、
上述した各式(1),(2),(4)及び(5)中の各
パラメータの具体値,及びその他の値は、下記表5に示
した通りである。
Embodiment 3 Embodiment 3 is an example in which the eyepieces 1 and 2 are configured as biconvex lenses. In the third embodiment, since the distance between the optical axes of the eyepieces 1 and 2 cannot be adjusted, the equation (3) does not cause a problem.
Specific values and other values of each parameter in the above-described equations (1), (2), (4) and (5) are as shown in Table 5 below.

【0072】表5 r1 170[mm] r2 -500[mm] d 14[mm] n 1.51633 ν 64.1 D0 -1.0〜-2.0[Diopter] e 50[mm] f 247.6[mm] s -196〜-158[mm] p 70[mm] t 98.5[mm] D' 1.0[Diopter] 輻輳 -1.5[Diopter] 本実施例3において、上記式(1),(2),(4)及
び(5)の値を算出した結果を、下記表6に示す。
Table 5 r1 170 [mm] r2 -500 [mm] d 14 [mm] n 1.51633 ν 64.1 D 0 -1.0 to -2.0 [Diopter] e 50 [mm] f 247.6 [mm] s -196 to- 158 [mm] p 70 [mm] t 98.5 [mm] D '1.0 [Diopter] Congestion -1.5 [Diopter] In the third embodiment, the above equations (1), (2), (4) and (5) The results of calculating the values are shown in Table 6 below.

【0073】表6 式(1):ψ+u =-0.00106〜-0.00229 式(2):-u-t・ψ/p =-0.000583〜0.000644 式(4):(r1-r2)/(r1+r2) =-2.03 式(5):|(65-t)・ψ/(2・νd)|=0.00106 この表6に示されるように、実施例3は、式(1)及び
(2)を満足している。従って、1.0Diopterの視度調整
幅を有するにも拘わらず、観察者が観察眼IL,IRに
疲労を感じることなく、見易い視度で立体視することが
できる。
Table 6 Equation (1): ψ + u = −0.00106 to −0.00229 Equation (2): −ut · ψ / p = −0.000583 to 0.000644 Equation (4): (r1−r2) / (r1 + r2) ) = − 2.03 Equation (5): | (65−t) · ψ / (2 · ν d ) | = 0.00106 As shown in Table 6, the third embodiment uses Equations (1) and (2) Is pleased. Therefore, despite having a diopter adjustment range of 1.0 Diopter, the observer can stereoscopically view with an easily viewable diopter without feeling tired of the observation eyes IL and IR.

【0074】また、表6に示されるように、実施例3
は、式(4)及び式(5)を満足している。従って、球
面単レンズである接眼レンズ1,2をオフセットして配
置しているにも拘わらず、図6に示すように、ディスト
ーション及び倍率色収差が小さく保たれている。図6
は、実施例3において、S=-176に固定した状態における
倍率色収差図(同図a)及び歪曲収差図(同図b)であ
る。これら各図における各軸の意味は、図4のものと同
じである。
Further, as shown in Table 6, Example 3
Satisfies the equations (4) and (5). Accordingly, despite the offset arrangement of the eyepiece lenses 1 and 2 as spherical single lenses, distortion and lateral chromatic aberration are kept small as shown in FIG. FIG.
FIGS. 7A and 7B are a chromatic aberration of magnification (FIG. 7A) and a distortion (FIG. 7B) in a state where S = −176 in Example 3. FIG. The meaning of each axis in each of these figures is the same as that in FIG.

【0075】[0075]

【実施例4】実施例4は、眼側が平面である平凸レンズ
として各接眼レンズ1,2を構成した例である。なお、
本実施例4においては、各接眼レンズ1,2同士の光軸
間距離tを調整可能としてあるので、上述した式(3)
中のパラメータの具体値をも、式(1),(2),
(4)及び(5)中の各パラメータの具体値とともに、
下記表7に示す。
Fourth Embodiment A fourth embodiment is an example in which each of the eyepieces 1 and 2 is configured as a plano-convex lens having a flat eye side. In addition,
In the fourth embodiment, the distance t between the optical axes of the eyepieces 1 and 2 can be adjusted.
Equations (1), (2),
With specific values of each parameter in (4) and (5),
It is shown in Table 7 below.

【0076】表7 r1 130[mm] r2 ∽ d 14[mm] n 1.51633 ν 64.1 D0 -1.1〜-3.1[Diopter] e 20[mm] f 251.8[mm] s -195〜-135[mm] p 66[mm] t 95〜120[mm] D' 2.0[Diopter] t' 25[mm] 輻輳 -1.7〜-3.0[Diopter] なお、表1において、t'は、光軸間距離tの調整幅であ
る。
Table 7 r1 130 [mm] r2 ∽ d 14 [mm] n 1.51633 ν 64.1 D 0 -1.1 to -3.1 [Diopter] e 20 [mm] f 251.8 [mm] s -195 to -135 [mm] p 66 [mm] t 95-120 [mm] D '2.0 [Diopter] t' 25 [mm] Congestion -1.7--3.0 [Diopter] In Table 1, t 'is the adjustment of the distance t between optical axes. Width.

【0077】本実施例4において、上記式(1),
(2),(4)及び(5)の値を算出した結果を、下記
表8に示す。
In the fourth embodiment, the above equations (1) and (2)
The results of calculating the values of (2), (4) and (5) are shown in Table 8 below.

【0078】表8 式(1):ψ+u =-0.00116〜-0.00344 式(2):-u-t・ψ/p =-0.000589〜0.000132 式(3):-0.0007D'・p/ψ =23.26 式(4):(r1-r2)/(r1+r2) =-1.00 式(5):|(65-t)・ψ/(2・νd)|=0.00093〜0.00170 この表8に示されるように、実施例4は、式(1),
(2)に加えて式(3)をも満足している。従って、2.
0Diopterの視度調整幅を実現することができる。このう
ち、tを調整によって変化される輻輳に対応した距離の
範囲内においては、輻輳に対応した距離と視度に対応し
た距離とを完全に一致させることができる。また、その
前後の範囲内においても、式(2)を満足しているの
で、観察者が観察眼IL,IRに疲労を感じることな
く、見易い視度で立体視することができる。
Table 8 Equation (1): ψ + u = −0.00116 to −0.00344 Equation (2): −ut · ψ / p = −0.000589 to 0.0000132 Equation (3): −0.0007D ′ · p / ψ = 23.26 Equation (4): (r1-r2) / (r1 + r2) =-1.00 Equation (5): | (65-t) · ψ / (2 · ν d ) | = 0.0993 to 0.00170 As described above, in the fourth embodiment, the expression (1),
Equation (3) is satisfied in addition to (2). Therefore, 2.
A diopter adjustment range of 0 Diopter can be realized. Of these, within the range of the distance corresponding to the convergence changed by adjusting t, the distance corresponding to the convergence and the distance corresponding to the diopter can be completely matched. In addition, since Expression (2) is satisfied in the range before and after that, it is possible for the observer to perform stereoscopic viewing with an easy-to-see diopter without feeling tired of the observation eyes IL and IR.

【0079】また、表8に示されるように、実施例4
は、式(4)及び式(5)を満足している。従って、球
面単レンズである接眼レンズ1,2をオフセットして配
置しているにも拘わらず、図7に示すように、ディスト
ーション及び倍率色収差が小さく保たれている。図7
は、実施例4において、S=-195に固定した状態における
倍率色収差図(同図a)及び歪曲収差図(同図b)、及
びS=-135に固定した状態における倍率色収差図(同図
c)及び歪曲収差図(同図d)である。これら各図にお
ける各軸の意味は、図4のものと同じである。
Further, as shown in Table 8, Example 4
Satisfies the equations (4) and (5). Accordingly, despite the offset arrangement of the eyepiece lenses 1 and 2 as spherical single lenses, distortion and chromatic aberration of magnification are kept small as shown in FIG. FIG.
In Example 4, the chromatic aberration of magnification (FIG. 7A) and the distortion (FIG. 8B) in the state where S = −195, and the chromatic aberration of magnification in the state where S = −135 are fixed (FIG. 7). c) and a distortion diagram (d in the same figure). The meaning of each axis in each of these figures is the same as that in FIG.

【0080】[0080]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の立体視
観察用光学系によると、接眼レンズ以外に楔プリズム等
の光学部材を用いることなしに、観察者の左右の観察眼
がリラックスできる距離に対応した視度及び輻輳にて、
表示板上の左右の像が立体観察される。
As described above, according to the optical system for stereoscopic observation of the present invention, the left and right observation eyes of the observer can be relaxed without using an optical member such as a wedge prism other than the eyepiece. With diopter and convergence corresponding to the distance,
The left and right images on the display panel are stereoscopically observed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施形態による立体視観察用光学
系を組み込んだ立体視ビューワを含む手術支援システム
の全体構成を示す概略図
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a surgery support system including a stereoscopic viewer incorporating a stereoscopic observation optical system according to an embodiment of the present invention.

【図2】 ビデオ型立体顕微鏡内の光学構成の概略を示
す光学構成図
FIG. 2 is an optical configuration diagram showing an outline of an optical configuration in a video stereo microscope.

【図3】 立体視観察光学系の概略を示す光学構成図FIG. 3 is an optical configuration diagram schematically showing a stereoscopic observation optical system.

【図4】 実施例1についての倍率色収差図及び歪曲収
差図
FIG. 4 is a chromatic aberration of magnification diagram and a distortion diagram for Example 1.

【図5】 実施例2についての倍率色収差図及び歪曲収
差図
FIG. 5 is a chromatic aberration of magnification and distortion diagram for Example 2.

【図6】 実施例3についての倍率色収差図及び歪曲収
差図
FIG. 6 is a chromatic aberration of magnification diagram and a distortion diagram of Example 3.

【図7】 実施例4についての倍率色収差図及び歪曲収
差図
FIG. 7 is a chromatic aberration of magnification and distortion diagram for Example 4.

【符号の説明】 1,2 接眼レンズ 120 LCDパネル[Description of Signs] 1, 2 Eyepiece 120 LCD Panel

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】同一の観察対象物について得られた二つの
映像を左右の表示領域に夫々表示するディスプレイと、
このディスプレイの各表示領域に夫々表示された各映像
を個別に観察させるために平行に配置された左右の接眼
光学系とからなる立体視観察用光学系であって、 下記条件(1)及び(2)を満足することを特徴とする
立体視観察用光学系。 -0.00500<ψ+u<-0.00051 ……(1) -0.0008<-u-t・ψ/p<0.0008 ……(2) 但し、ψは、各接眼光学系のパワー、uは、各接眼光学
系の物体側主平面から各表示領域までの距離の逆数、t
は、左右の接眼光学系の光軸間距離、pは、左右の表示
領域の中心間距離。
A display for displaying two images obtained for the same observation target object in left and right display areas, respectively;
An optical system for stereoscopic observation comprising left and right eyepiece optical systems arranged in parallel for individually observing each image displayed in each display area of the display, and the following conditions (1) and ( An optical system for stereoscopic observation, characterized by satisfying 2). -0.00500 <ψ + u <-0.00051 (1) -0.0008 <-ut · ψ / p <0.0008 (2) where ψ is the power of each eyepiece optical system, and u is the power of each eyepiece optical system. Reciprocal of the distance from the object-side main plane to each display area, t
Is the distance between the optical axes of the left and right eyepiece optical systems, and p is the distance between the centers of the left and right display areas.
【請求項2】各接眼レンズが各表示領域に対してその光
軸方向に移動することによって視度の調整が可能である
とともに、下記条件(3)を満足することを特徴とする
請求項1記載の立体視観察用光学系。 t'>0.0007・D'・p/ψ ……(3) 但し、D'は、視度Dの変化量,t'は、視度D0がD'だけ変
化したときの光軸間距離tの変化量。
2. The diopter can be adjusted by moving each eyepiece in the optical axis direction with respect to each display area, and the following condition (3) is satisfied. The optical system for stereoscopic observation described in the above. t ′> 0.0007 · D ′ · p / ψ (3) where D ′ is the amount of change in diopter D, and t ′ is the distance t between optical axes when diopter D 0 changes by D ′. The amount of change.
【請求項3】前記各接眼レンズは、物体側が強い凸形状
を有する単レンズであり、下記条件(4)を満足するこ
とを特徴とする請求項1又は2記載の立体視観察用光学
系。 -3.0<(r1-r2)/(r1+r2)<-0.4 ……(4) 但し、r1は各接眼レンズの物体側の第1面の曲率半
径,r2は眼側の第2面の曲率半径。
3. The stereoscopic optical system according to claim 1, wherein each of the eyepieces is a single lens having a strong convex shape on the object side, and satisfies the following condition (4). -3.0 <(r1-r2) / (r1 + r2) <-0.4 (4) where r1 is the radius of curvature of the first surface on the object side of each eyepiece, and r2 is the curvature of the second surface on the eye side. radius.
【請求項4】前記各接眼レンズは、下記条件(5)を満
足することを特徴とする請求項3記載の立体視観察用光
学系。 |(65-t)・ψ/(2・νd)|<0.00175 ……(5) 但し、νdは、各接眼レンズを構成する材料のアッベ
数。
4. The optical system for stereoscopic observation according to claim 3, wherein each eyepiece lens satisfies the following condition (5). | (65−t) · ψ / (2 · ν d ) | <0.00175 (5) where ν d is the Abbe number of the material constituting each eyepiece.
【請求項5】前記各接眼レンズは、眼側が平面である平
凸レンズであることを特徴とする請求項3又は4記載の
立体視観察用光学系。
5. The optical system for stereoscopic observation according to claim 3, wherein each eyepiece is a plano-convex lens having a flat surface on the eye side.
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