JP7015928B2 - レンズユニット及び画像観察装置 - Google Patents
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Description
第1レンズL1は、表示面ID側に向いているレンズ面L1aと、第2レンズL2に向いている(観察面SP側に向いている)レンズ面L1bとを有している。第2レンズL2は、第1レンズL1に向いている(表示面ID側に向いている)レンズ面L2aと、観察面SP側に向いているレンズ面L2bとを有している。観察面SPに観察者の瞳が位置する。
条件:0.6×Φ-4.0≦F≦0.6×Φ+8.0
合成焦点距離Fがこの範囲よりも小さくなると、イメージサークル内においてもユーザはピントを合わせることが難しくなる。反対に、合成焦点距離Fがこの範囲よりも大きくなると、十分な屈折力が得られなくなり、望ましい広視野角を実現するのが難しくなる。
図3は、レンズユニットの他の例であるレンズユニット1Bの構成を示す図である。
条件:
n1≦1.54、
n2≦1.54、及び
n3≧1.6
を満たすことが望ましい。
こうすると、第3レンズL3によって視野角を効果的に増すことができる。なお、本明細書の説明で、屈折率はいずれもd線(587.6nm)を基準とする。
条件:
ν1≧55、
ν2≧55、及び
ν3≦28
を満たすことが望ましい。こうすることによって、色収差を良好に補正することが可能となる。なお、本明細書の説明で、アッベ数はいずれもd線(587.6nm)を基準とする。
条件:T3>T1>T2
を満たすのが望ましい。このレンズユニット1Bによると、像面湾曲(非点収差)を適切に補正できる。
条件:
0.5mm≦T1≦4.0mm、
0.5mm≦T2≦4.0mm、及び
2.4mm≦T3≦6.5mm
を満たすのが望ましい。このレンズユニット1Bによると、像面湾曲(及び非点収差)を適切に補正できる。なお、第1レンズL1と第2レンズL2の厚さは、望ましくは、2mm以下である。
条件:0.6×Φ-4.0≦F≦0.6×Φ+8.0
合成焦点距離Fがこの範囲よりも小さくなると、イメージサークル内においても像面湾曲の変化量が大きくなり、ユーザはピントを合わせることが難しくなる。反対に、合成焦点距離Fがこの範囲よりも大きくなると、十分な屈折力が得られなくなり、望ましい広視野角を実現するのが難しくなる。
条件:0.6×Φ≦F≦0.6×Φ+6.0
合成焦点距離Fがこの範囲にあることにより、合成焦点距離Fがこの範囲にあることにより、ユーザがピントを合わせることが容易となり、また、望ましい広視野角を実現するのが容易となる。
条件:25mm≦F≦35mm
を満たすのが望ましい。合成焦点距離Fがこの範囲よりも小さくなると、イメージサークル内においてもユーザはピントを合わせることが難しくなる。反対に、合成焦点距離Fがこの範囲よりも大きくなると、十分な屈折力が得られなくなり、望ましい広視野角を実現するのが難しくなる。
条件:28mm≦Fa≦38mm
を満たすのが望ましい。
合成焦点距離Faがこの範囲よりも小さくなると、イメージサークル内においてもユーザはピントを合わせることが難しくなる。反対に、合成焦点距離Faがこの範囲よりも大きくなると、十分な屈折力が得られなくなり、望ましい広視野角を実現するのが難しくなる。
図4はレンズユニットの他の例であるレンズユニット1Cの構成を示す図である。
条件:ν1≦28、ν2≧55
を満たすことが望ましい。こうすることによって、色収差を適切に補正することが可能となる。
条件:T3>T1>T2
を満たすのが望ましい。このレンズユニット1Cによると、像面湾曲(非点収差)を適切に補正できる。
条件:
0.5mm≦T1≦4.0mm、
0.5mm≦T2≦4.0mm、
2.4mm≦T3≦6.5mm
を満たすのが望ましい。このレンズユニット1Cによると、像面湾曲(及び非点収差)を適切に補正できる。
条件:0.6×Φ-4.0≦F≦0.6×Φ+8.0
合成焦点距離Fがこの範囲よりも小さくなると、イメージサークル内においても像面湾曲(及び非点収差)の変化量が大きくなり、ユーザはピントを合わせることが難しくなる。反対に、合成焦点距離Fがこの範囲よりも大きくなると、十分な屈折力が得られなくなり、望ましい広視野角を実現するのが難しくなる。
条件:0.6×Φ≦F≦0.6×Φ+6.0
合成焦点距離Fがこの範囲にあることにより、合成焦点距離Fがこの範囲にあることにより、レンズユニットを画像観察装置に搭載したときに、ユーザがピントを合わせることが容易となり、望ましい広視野角を実現するのが容易となる。
条件:25mm≦F≦35mm
を満たすのが望ましい。イメージサークルΦが「60mm≦Φ≦70mm」を満たすとき、合成焦点距離Fは
条件:37mm≦F≦47mm
を満たすのが望ましい。合成焦点距離Fがこの範囲よりも小さくなると、イメージサークル内においても像面湾曲(及び非点収差)の変化量が大きくなり、ユーザはピントを合わせることが難しくなる。反対に、合成焦点距離Fがこの範囲よりも大きくなると、十分な屈折力が得られなくなり、望ましい広視野角を実現するのが難しくなる。
図5は、2枚のレンズL1、L2で構成されるレンズユニット1Cの変形例であるレンズユニット1Dを示す図である。レンズユニット1Dにおいて、第2レンズL2のレンズ面L2bは非球面である。第2レンズL2の外周部の厚さT5は、第2レンズL2の中心厚T4よりも大きい。言い換えると、レンズ面L2bの外周領域R3は、観察面SP側に膨らんでいる。第2レンズL2の中心厚T4は、望ましくは、0.5mm以上、3.0mm以下である。中心厚T4がこの範囲よりも小さくなると、第2レンズL2の剛性が低くなり、第2レンズL2自体が反ってしまい、レンズユニットの結像性能が悪化し、解像力が低下する。第2レンズL2の中心厚T4がこの範囲より大きくなると、外周部T5の厚さが大きくなりすぎ、レンズユニットの全長が大きくなり、小型化が困難になる。
図6は、2枚のレンズL1、L2で構成されるレンズユニット1Cのさらに別の変形例であるレンズユニット1Eを示す図である。レンズユニット1Eにおいて、第2レンズL2のレンズ面L2bは概平面である。レンズユニット1Eのその他の構造は、レンズユニット1Bと同様である。レンズユニット1Eにおいて、第2レンズL2の厚さは、望ましくは、0.5mm以上、3.0mm以下である。
[表1-1]~[表1-3]は、図1に示すレンズユニット1Aのレンズデータ(数値実施例1)を示している。図8は、数値実施例1によるレンズユニットの像面湾曲と非点収差とを示す収差図である。
[表2-1]~[表2-3]は、図1に示すレンズユニット1Aと同様の構成(すなわち、第1レンズと第2レンズとを有し、それらの互いに向き合う2つのレンズ面がフレネル構造を有し、第1レンズの表示面側のレンズ面と第2レンズL2の観察面側のレンズ面が概平面である。)を有する他のレンズユニットのレンズデータ(数値実施例2)を示している。図9Aは、数値実施例2によるレンズユニットの光線図であり、図9Bは、数値実施例2によるレンズユニットの像面湾曲と非点収差とを示す収差図である。
[表3-1]~[表3-3]は、図3に示すレンズユニット1Bのレンズデータ(数値実施例3)を示している。図10は、数値実施例3によるレンズユニットの像面湾曲と非点収差とを示す収差図である。
[表4-1]~[表4-3]は、図4に示すレンズユニット1Cのレンズデータ(数値実施例4)を示している。図11は、数値実施例4によるレンズユニットの像面湾曲と非点収差とを示す収差図である。
[表5-1]~[表5-3]は、図5に示すレンズユニット1Dのレンズデータ(数値実施例5)を示している。図12は、数値実施例5によるレンズユニットの像面湾曲と非点収差とを示す収差図である。
[表6-1]~[表6-3]は、図6に示すレンズユニット1Eのレンズデータ(数値実施例6)を示している。図13は、数値実施例6によるレンズユニットの像面湾曲と非点収差とを示す収差図である。
非球面形状を規定する関数は、次の通りである。
Z=(h2/r)/[1+{1-(1+K)(h2/r2)}1/2]+ΣAi・hi
ただし、
Z:非球面の深さ(mm)
h:光軸からの高さ(mm)
r:曲率半径(mm)
K:コーニック係数A
i:第i次(iは3以上の整数)の非球面係数とする。
なお、後述する非球面係数を示す表において、E±N(Nは整数)は、×10±Nを表し、例えば「0.12345E-05」は「0.12345×10-5」を表している。
Claims (11)
- 第1のレンズと第2のレンズと第3のレンズとを有し、前記第1のレンズと前記第2のレンズと前記第3のレンズが、画像が表示される表示面側から観察面側に向かって、前記第3のレンズ・前記第1のレンズ・前記第2のレンズの順番で並んでいるレンズユニットであって、
前記第1のレンズは、フレネル構造を有する第1レンズ面を前記第2のレンズ側に有し、正の屈折力を有しているフレネルレンズであり、
前記第2のレンズは、フレネル構造を有する第2レンズ面を前記第1のレンズ側に有し、正の屈折力を有しているフレネルレンズであり、
前記第3のレンズは、前記表示面側に向いた第3レンズ面を有し、
前記第3レンズ面は、少なくとも光軸から離れた外周領域に、前記光軸から離れる方向に光を屈折させる面を有し、
前記第3のレンズの屈折率は、前記第1のレンズの屈折率と前記第2のレンズの屈折率のそれぞれよりも高い
レンズユニット。 - 前記第1のレンズの屈折率、前記第2のレンズの屈折率、及び前記前記第3のレンズの屈折率をそれぞれn1、n2、n3としたとき、
条件:
n1≦1.54
n2≦1.54
n3≧1.6
を満たすことを特徴とする請求項1に記載のレンズユニット。 - 第1のレンズと第2のレンズとから実質的に構成され、前記第1のレンズと前記第2のレンズとが、画像が表示される表示面側から観察面側に向かって、前記第1のレンズ・前記第2のレンズの順番で並んでいるレンズユニットであって、
前記第1のレンズは、フレネル構造を有する第1レンズ面を前記第2のレンズ側に有し、正の屈折力を有しているフレネルレンズであり、
前記第2のレンズは、フレネル構造を有する第2レンズ面を前記第1のレンズ側に有し、正の屈折力を有しているフレネルレンズであり、
前記第1のレンズは、前記表示面側に向いた第3レンズ面を有し、
前記第3レンズ面は、少なくとも光軸から離れた外周領域に、前記光軸から離れる方向に光を屈折させる面を有し、
前記第1のレンズの屈折率は、前記第2のレンズの屈折率よりも大きい
レンズユニット。 - 前記第2のレンズの屈折率は1.54以下であることを特徴とする請求項3に記載のレンズユニット。
- 前記第3レンズ面は非球面であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のレンズユニット。
- 第1のレンズと第2のレンズとを有し、前記第1のレンズと前記第2のレンズとが、画像が表示される表示面側から観察面側に向かって、前記第1のレンズ・前記第2のレンズの順番で並んでいるレンズユニットであって、
前記第1のレンズは、フレネル構造を有する第1レンズ面を前記第2のレンズ側に有し、正の屈折力を有しているフレネルレンズであり、
前記第2のレンズは、フレネル構造を有する第2レンズ面を前記第1のレンズ側に有し、正の屈折力を有しているフレネルレンズであり、
前記表示面側に向いた第3レンズ面が、前記第1レンズ面よりも前記表示面側に形成され、
前記第3レンズ面は、少なくとも光軸から離れた外周領域に、前記光軸から離れる方向に光を屈折させる面を有し、
前記第3レンズ面が形成されているレンズは前記光軸と交わる中心と、前記外側領域と、前記中心と前記外側領域との間の領域である中間領域とを含み、
前記中心での厚さをT1とし、
前記中間領域での厚さをT2とし、
前記外周領域での厚さをT3としたとき、
条件:T3>T1>T2を満たす
レンズユニット。 - 前記第3レンズ面が形成されているレンズは前記光軸と交わる中心と、前記外側領域と、前記中心と前記外側領域との間の領域である中間領域とを含み、
前記中心での厚さをT1とし、
前記中間領域での厚さをT2とし、
前記外周領域での厚さをT3としたとき、
条件:0.5mm≦T1≦4.0mm、0.5mm≦T2≦4.0mm、及び2.4mm≦T3≦6.5mm
を満たすことを特徴とする請求項6に記載のレンズユニット。 - 前記レンズユニットの合成焦点距離をFとし、前記レンズユニットのイメージサークルをΦとしたとき、
条件:0.6×Φ-4.0≦F≦0.6×Φ+8.0
を満たすことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のレンズユニット。 - 前記光軸と直交する面と前記第1レンズ面の接平面とがなす角度を第1の接線角とし、前記光軸と直交する面と前記第2レンズ面の接平面とがなす角度を第2の接線角としたとき、
前記第1レンズ面の有効径の範囲内における前記第1の接線角の絶対値の最大が、30度以上、55度以下であり、
前記第2レンズ面の有効径の範囲内における第2の接線角の絶対値の最大も、30度以上、55度以下である
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載のレンズユニット。 - 第1のレンズと第2のレンズとを有し、前記第1のレンズと前記第2のレンズとが、画像が表示される表示面側から観察面側に向かって、前記第1のレンズ・前記第2のレンズの順番で並んでいるレンズユニットであって、
前記第1のレンズは、フレネル構造を有する第1レンズ面を前記第2のレンズ側に有し、正の屈折力を有しているフレネルレンズであり、
前記第2のレンズは、フレネル構造を有する第2レンズ面を前記第1のレンズ側に有し、正の屈折力を有しているフレネルレンズであり、
前記第2のレンズは、前記観察面側に向いている第4レンズ面を有し、
前記第4レンズ面は非球面であり、前記観察面側に向いた凸形状を有し、
前記第2のレンズの外周部の厚さは、前記第2のレンズの中心厚よりも大きい
ことを特徴とするレンズユニット。 - 請求項1、3、6又は10に記載のレンズユニットと、前記表示素子とを有している画像観察装置。
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