JP2020030302A5 - - Google Patents

Description

本発明の観察光学系は、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、観察面側から画像表示面側へ順に、半透過反射の面よりなる第１面、画像表示面側が透過の面よりなる正の屈折力の第１レンズ、観察面側が半透過反射の第２面であり画像表示面側が透過の面よりなる第２レンズを有し、前記第１レンズと前記第２レンズは間隔を隔てて配置されており、前記画像表示面からの光は、前記第２レンズを透過し、前記第１レンズに入射し、前記第１面で前記画像表示面側へ反射した後、第１レンズを透過し、前記第２レンズの第２面で観察面側へ反射し、前記第１レンズを透過した後に、観察面に入射し、前記第１レンズの焦点距離をｆＧ１、前記観察光学系の焦点距離をｆとするとき、
２．０＜ｆＧ１／ｆ＜１０．０
なる条件式を満足することを特徴としている。

ここで、第１レンズＧ１の透過面は半透過反射面ＨＭ１と、半透過反射面ＨＭ２の間に配置している。これにより画像表示面ＩＤからの光束は第１レンズＧ１の内部を光束が３回通過する、所謂トリプルパス構成としている。この構成によれば、第１レンズＧ１の肉厚（レンズ厚）を増やすことなく、第１レンズＧ１の正の屈折力を分担する正の屈折力を強めることができる。このとき、正の屈折力を有する半透過反射面ＨＭ２の屈折力の分担を低減できるため、半透過反射面ＨＭ２のレンズ面の曲率を緩めることができ観察光学系の厚みを薄型化することができる。また、第１レンズＧ１と第２レンズＧ２の間に間隔を配置することで、レンズ面の形状の自由度を確保し、トリプルパス構成にて第１レンズＧ１の屈折力の分担を強めた場合に増加しやすい球面収差を良好に補正している。また、半透過反射面ＨＭ２は第２レンズＧ２の観察面ＳＰ側に配置し、第２レンズＧ２の内部を光束が１回通過する、所謂シングルパス構成としている。各実施例の観察光学系は、後述のように偏光を利用することで、光の利用効率を向上させている。ここで、偏光を利用する場合、光学材料の複屈折に起因して偏光状態が設計上の理想状態から変動する場合がある。この課題はとくに、光学系の軽量化を狙い、光学材料に樹脂材料を用いた場合に生じてくる。つまり、光学系全系において、光学材料中の光路長を短縮する構成をとることが好ましい。各実施例では、前述のように観察光学系の薄型化に寄与する第１レンズＧ１のみをトリプルパス構成で用いることにより、光学材料中の光路長を必要最小限に配置している。

条件式（１）は半透過反射の第２面ＨＭ２の曲率半径と観察光学系の焦点距離の比を規定する。条件式（１）を満足することで、第２面ＨＭ２の曲率を緩める配置として、観察光学系の厚みを薄型化している。

条件式（１）の下限を超えると、第２面ＨＭ２の曲率半径が大きくなりすぎる。このとき、反射面利用時の正の屈折力が緩まりすぎるため、観察光学系が大型化してしまう、若しくは、広い視野角を確保することが困難となる。一方、上限を超えると、第２面ＨＭ２の曲率半径が小さくなりすぎ、観察光学系の厚みを薄型化するのが困難となる。

条件式（２）の下限を超えると、第１レンズＧ１の焦点距離が観察光学系の焦点距離に比して短くなりすぎ、球面収差の補正が困難となる。一方、上限を超えると、第１レンズＧ１の焦点距離が観察光学系の焦点距離に比して長くなりすぎる。このとき、第２面ＨＭ２の屈折力分担が増大しすぎることにより、観察光学系の厚みが増大するのでよくない。

条件式（３）の下限を超えると、第１レンズＧ１のレンズ形状が強い両凸形状となり、コバ厚を確保するため中心肉厚が増大してしまう。一方、上限を超えると、第１レンズＧ１のレンズ形状が観察面ＳＰ側に凹形状で、メニスカス形状となるとともに、所望の屈折力を確保するのが困難となる。このとき、第２面ＨＭ２の屈折力分担が増大しすぎることにより、観察光学系の厚みが増大するのでよくない。

条件式（４）の下限を超えると、第１レンズＧ１の中心肉厚が第２レンズＧ２の中心肉厚に比して小さくなりすぎる。このとき、観察光学系における光学材料中の光路長短縮の観点からは有利であるが、第１レンズＧ１に所望の屈折力を配置しつつ所定の長さのコバ厚を確保することが困難となる。つまり、第２面ＨＭ２の屈折力分担が増大しすぎることにより、観察光学系の厚みが増大してしまう。

条件式（６）の下限を超えると、第１レンズＧ１の中心肉厚が小さくなりすぎる。このとき、第１レンズＧ１に所望の屈折力を配置しつつ十分なコバ厚を確保することが困難となり、第２面ＨＭ２の屈折力分担が増大しすぎることにより、観察光学系の厚みが増大してしまう。一方、上限を超えると第１レンズＧ１の中心肉厚が大きくなりすぎる。ここで、第１レンズＧ１はトリプルパス構成で用いるため、第１レンズＧ１の光学材料中の光路長が増大しすぎることとなる。このとき、後述のように偏光を利用する構成をとる場合、光学材料の複屈折に起因して偏光状態が設計理想状態から変動してしまうのでよくない。

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、観察面側から画像表示面側へ順に、半透過反射の面よりなる第１面、画像表示面側が透過の面よりなる正の屈折力の第１レンズ、観察面側が半透過反射の第２面であり画像表示面側が透過の面よりなる第２レンズを有し、前記第１レンズと前記第２レンズは間隔を隔てて配置されており、前記画像表示面からの光は、前記第２レンズを透過し、前記第１レンズに入射し、前記第１面で前記画像表示面側へ反射した後、第１レンズを透過し、前記第２レンズの第２面で観察面側へ反射し、前記第１レンズを透過した後に、観察面に入射し、
   前記第１レンズの焦点距離をｆＧ１、前記観察光学系の焦点距離をｆとするとき、
   ２．０＜ｆＧ１／ｆ＜１０．０
   なる条件式を満足することを特徴とする観察光学系。
2. 前記第２面の曲率半径をＲＨＭ２、前記観察光学系の焦点距離をｆとするとき、
   −５．０＜ＲＨＭ２／ｆ＜−１．０
   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. 前記第１レンズの焦点距離をｆＧ１、前記観察光学系の焦点距離をｆとするとき、
   ３．０＜ｆＧ１／ｆ＜９．０
   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. 前記第１レンズの観察面側のレンズ面の曲率半径をＲＧ１ａ、前記第１レンズの画像表示面側のレンズ面の曲率半径をＲＧ１ｂとするとき、
   ０．１＜（ＲＧ１ａ＋ＲＧ１ｂ）／（ＲＧ１ａ−ＲＧ１ｂ）＜５．０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の観察光学系。
5. 前記第１レンズの中心肉厚をＤＧ１、前記第２レンズの中心肉厚をＤＧ２とするとき、
   ０．１＜ＤＧ１／ＤＧ２＜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４のいずれか１項に記載の観察光学系。
6. 前記第１面は前記第１レンズの観察面側の面であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の観察光学系。
7. 前記第１面は平面であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の観察光学系。
8. 前記第１レンズの画像表示面側のレンズ面は非球面であり、観察面側から画像表示面側へのサグ量を正として、前記非球面の最大有効径端における近軸曲率面のサグ量と非球面のサグ量の差分をｓａｇＧ１ｂ、前記観察光学系の焦点距離をｆとするとき、
   ０．００１＜ｓａｇＧ１ｂ／ｆ＜０．２００
   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１項に記載の観察光学系。
9. 前記第２レンズの画像表示面側に正の屈折力の第３レンズを有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の観察光学系。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の観察光学系と、画像情報を表示する画像表示素子を有し、前記観察光学系によって、拡大された前記画像表示素子の画像情報を前記観察光学系を介して観察することを特徴とする観察装置。
11. 前記第１面から前記画像表示面までの距離（ガラスブロックは空気換算長）をＯＡＬ、前記第１レンズの中心肉厚をＤＧ１とするとき、
    ０．１＜ＤＧ１／ＯＡＬ＜０．５
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１０に記載の観察装置。
12. 前記第１面から前記画像表示面までの距離（（ガラスブロックは空気換算長）をＯＡＬ、前記観察光学系の焦点距離をｆとするとき、
    ０．４＜ＯＡＬ／ｆ＜２．０
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の観察装置。