目鏡系統(tǒng)及圖像觀察裝置制造方法
【專利摘要】實現(xiàn)在物體側(cè)帶有良好的遠心性，可進行良好的像差校正的目鏡系統(tǒng)。是將觀察物體的像作為虛像放大成像的目鏡系統(tǒng)，具有配置于圖像顯示元件側(cè)、帶有負屈光力的第一組G1、以及配置于該第一組的眼球側(cè)、帶有正屈光力的第二組G2，第一組是雙凹透鏡和雙凸透鏡的接合透鏡，第二組G2由兩塊或三塊正透鏡構(gòu)成，在物體側(cè)是遠心的，滿足條件（1）、（2）。
【專利說明】目鏡系統(tǒng)及圖像觀察裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及目鏡(接眼 > > 夂')系統(tǒng)及圖像觀察裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]將物體像作為虛像放大成像的目鏡系統(tǒng)，以往廣泛用于放大鏡(loupe)、顯微鏡等的各種的光學(xué)設(shè)備中。
[0003]或者，也進行以下的操作:使觀察對象部位的像在內(nèi)視鏡的“采用光纖束的像傳輸體”的對物側(cè)端面成像，使該像向光纖束的接眼側(cè)端面?zhèn)鬏?，將傳輸?shù)南褡鳛橛^察物體，利用目鏡系統(tǒng)作為虛像來放大觀察。
[0004]而且，近年來，也有如下的操作:將虛擬現(xiàn)實用或者電影、游戲之類的影像內(nèi)容在液晶顯示元件、EL顯示元件等的小型的圖像顯示元件上二維地顯示,將顯示的二維圖像作為觀察物體，利用目鏡系統(tǒng)作為虛像而放大觀察。
[0005]目鏡系統(tǒng)多將其安裝于觀察者的頭部或臉部使用，優(yōu)選重量輕且緊湊。
[0006]迄今已知能用四塊這樣較少的透鏡塊數(shù)輕量/緊湊地構(gòu)成目鏡系統(tǒng)。
[0007]迄今已知的目鏡系統(tǒng)中，物體側(cè)的遠心(telecentric)性低。
[0008]在經(jīng)由目鏡系統(tǒng)觀察在液晶顯示元件、有機EL顯示元件等顯示的二維圖像、或在內(nèi)視鏡的光纖束的對物側(cè)端面成像的觀察對象部位的像時，物體側(cè)的遠心性低，則導(dǎo)致亮度或顏色隨視角而不同，難以良好地得到高清晰度的觀察圖像。
[0009]近來，用內(nèi)視鏡或電影、游戲之類的影像內(nèi)容觀察的放大虛像，要求有高分辨率，需要尋求在目鏡系統(tǒng)中良好地校正像差。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0011]專利文獻
[0012]專利文獻1:日本特開平11-23984號公報
【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]發(fā)明要解決的課題
[0014]本發(fā)明要解決的課題是實現(xiàn)在物體側(cè)具有良好的遠心性、可進行良好的像差校正的目鏡系統(tǒng)及使用它的圖像觀察裝置。
[0015]解決課題的手段
[0016]1.目鏡系統(tǒng)是將觀察物體的像作為虛像放大成像的目鏡系統(tǒng)，具有如下的特征。即，目鏡系統(tǒng)通過具有配置于物體側(cè)、帶有負屈光力的第一組、以及配置于該第一組的眼球偵U、帶有正屈光力的第二組而構(gòu)成。第一組是雙凹透鏡和雙凸透鏡的接合透鏡，第二組由兩塊或三塊正透鏡構(gòu)成。
[0017]物體側(cè)是遠心的，整個系統(tǒng)的焦點距離F O O)、第一組的焦點距離Fl ? O)、第二組的焦點距離F2 O 0)滿足以下的條件(I)、(2)。
[0018](I) -5 < F1/F < -1[0019](2) 0.5 < F2/F < 3
[0020]2.上述I的目鏡系統(tǒng)能夠在第一組的圖像顯示元件側(cè)，還附加配置凹面朝向物體偵U、兩面為非球面的正彎月透鏡作為像面彎曲校正透鏡。
[0021]3.一種圖像觀察裝置，是以二維方式顯示的圖像的、把虛像放大觀察的圖像觀察裝置，其特征在于，作為形成圖像的虛像的光學(xué)系統(tǒng)，使用上述I或2的目鏡系統(tǒng)。
[0022]4.上述3的圖像觀察裝置能夠是使用顯示二維圖像的圖像顯示元件、以及上述I或2的目鏡系統(tǒng)的頭戴型的圖像觀察裝置。
[0023]補充說明:
[0024]條件(I)、(2)是確定相對于目鏡系統(tǒng)整個系統(tǒng)的屈光力的、第一組和第二組的屈光力的適當范圍的條件。
[0025]第一組具有負屈光力，因而帶有使來自觀察物體的光向眼球側(cè)發(fā)散的作用。
[0026]通過使第一組帶有這樣的發(fā)散作用，即使在觀察小的觀察物體時也能夠擴大視角，能夠使觀察物體成像為廣視角的放大虛像，放大虛像變得易于觀察。
[0027]條件(I)的參數(shù)F1/F的絕對值越小，第一組的負屈光力越強，使物體光向眼球側(cè)發(fā)散的效果越大，但超過條件(I)的下限時，上述發(fā)散效果變得過度，需要增大使來自觀察物體的光束向眼球集光的第二組的“透鏡直徑”，有目鏡系統(tǒng)整體大型化，成本也變高的不良之處。此外,難以確保物體側(cè)的遠心性。
[0028]超過條件(I)的上限時，所述發(fā)散效果變得不充分，要實現(xiàn)例如水平視角40度至45度的范圍作為易于觀察的范圍時，需要使第二組具有大的正屈光力，隨著第二組的正屈光力的增大，容易產(chǎn)生像差，其校正也變得困難起來。
[0029]第二組具有正屈光力，因而使利用第一組而賦予了發(fā)散趨勢的光束向眼球收斂。
[0030]從像差校正的觀點來看，難以用一塊正透鏡構(gòu)成第二組，優(yōu)選使用如上所述的兩至三塊的正透鏡將像差校正功能分散給它們。
[0031]條件(2)的參數(shù)F2/F越小，第二組帶有的正屈光力越大，超過條件(4)的下限時，正屈光力變得過度，容易產(chǎn)生大的像差，像差校正變得困難起來。
[0032]超過條件(2)的上限時，第二組帶有的正屈光力有點不足，目鏡系統(tǒng)和眼球的間隔容易變小，難以實現(xiàn)作為易于觀察的范圍的、以上例示的水平視角40度至45度。
[0033]發(fā)明的效果
[0034]如以上說明的那樣，依據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)新的目鏡系統(tǒng)及圖像觀察裝置。
[0035]如上所述，目鏡系統(tǒng)在物體側(cè)帶有良好的遠心性，觀察圖像的亮度或顏色不會隨視角而不同，能夠如后述的實施例那樣，得到性能良好且高清晰度的放大虛像。
[0036]此外，如上述2的目鏡系統(tǒng)那樣，通過在第一組的圖像顯示元件側(cè)還附加配置像面彎曲校正透鏡，在觀察的放大虛像變大時，也能夠有效減輕像面彎曲帶來的像的變形。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1是示出實施例1的目鏡系統(tǒng)的透鏡結(jié)構(gòu)的圖。
[0038]圖2是示出實施例2的目鏡系統(tǒng)的透鏡結(jié)構(gòu)的圖。
[0039]圖3是示出實施例3的目鏡系統(tǒng)的透鏡結(jié)構(gòu)的圖。
[0040]圖4是說明圖像觀察裝置的實施的一方式的圖。[0041]圖5(a)是實施例1的像差圖。
[0042]圖5(b)是實施例1的像差圖。
[0043]圖6(a)是實施例2的像差圖。
[0044]圖6(b)是實施例2的像差圖。
[0045]圖7(a)是實施例3的像差圖。
[0046]圖7(b)是實施例3的像差圖。
【具體實施方式】
[0047]以下，說明實施方式。
[0048]圖1至圖3例示目鏡系統(tǒng)的三個實施方式。這些目鏡系統(tǒng)分別對應(yīng)后述的實施例1~3的目鏡。這些實施方式的目鏡系統(tǒng)假設(shè)了如下的情況:把在液晶顯示元件、有機EL顯示元件等(以下稱為圖像顯示元件。)顯示的二維圖像作為觀察物體來進行觀察。
[0049]為了避免繁雜，在圖1至圖3中使符號同一化。即，在圖1至圖3中，設(shè)圖的左方為“圖像顯示元件側(cè)”，右方為“眼球側(cè)”，以符號IS表示“圖像顯示元件的圖像顯示面”。圖像在圖像顯示面IS作為二維圖像顯示。
[0050]以符號Gl表不第一組，以符號G2表不第二組。此外，符號E表不眼球中的瞳孔。此外，對構(gòu)成目鏡系統(tǒng)的透鏡 從圖像顯示面IS側(cè)標記編號，如圖1至圖3所示，設(shè)為透鏡LI ~L6。
[0051]在圖1示出實施方式的目鏡系統(tǒng)，如圖所示，由四塊透鏡LI~L4構(gòu)成。在圖像顯示面IS側(cè)的兩塊透鏡L1、L2構(gòu)成負屈光力的第一組Gl。
[0052]透鏡LI是“圖像顯示面?zhèn)鹊那蚀蟮碾p凹透鏡”，透鏡L2是“雙凸透鏡”，這些透鏡L1、L2接合起來成為“接合透鏡”。
[0053]透鏡L3和L4構(gòu)成正屈光力的第二組G2。這些透鏡L3、L4都是正透鏡，透鏡L3是使凸面朝向圖像顯示面IS側(cè)的正彎月透鏡，透鏡L4是雙凸透鏡。透鏡L4兩面都是非球面，圖像顯示面IS側(cè)的面中，周邊部分的曲率(負)與光軸附近的曲率(正)相反。
[0054]即，通過用兩塊透鏡L3、L4構(gòu)成第二組G2，使像差校正功能分散到這些透鏡L3、L4，設(shè)最靠眼球側(cè)的透鏡L4的兩面為非球面，進行扭曲或像面彎曲的校正。
[0055]在圖2示出實施方式的目鏡系統(tǒng)，如圖所示，由六塊透鏡LI~L6構(gòu)成。最靠近圖像顯示面IS側(cè)的透鏡LI是“凹面朝向物體側(cè)、兩面為非球面的正彎月透鏡”，是“像面彎曲校正透鏡”。
[0056]像面彎曲校正透鏡LI是減輕像面彎曲、平坦化虛像的成像面的所謂“視場致平透鏡(field flattener lens)”，“其自身的功率”較弱。
[0057]繼透鏡LI后的透鏡L2、L3構(gòu)成第一組Gl，而配置于眼球側(cè)的三塊透鏡L4、L5、L6構(gòu)成第二組G2。
[0058]構(gòu)成第一組Gl的透鏡L2、L3是相互接合的接合透鏡。透鏡LI是圖像顯示面IS側(cè)的曲率大的雙凹透鏡，透鏡L2是雙凸透鏡。
[0059]構(gòu)成第二組G2的三塊透鏡L4、L5、L6都是正透鏡，透鏡L4是使凹面朝向圖像顯示面IS側(cè)的正彎月透鏡，透鏡L5是雙凸透鏡，透鏡L6是使凸面朝向圖像顯示面IS側(cè)的正彎月透鏡。透鏡L6的兩面是非球面。[0060]在圖3示出實施方式的目鏡系統(tǒng)，如圖所示，由五塊透鏡LI~L5構(gòu)成。最靠近圖像顯示面IS側(cè)的透鏡LI使凹面朝向物體側(cè)，是兩面為非球面的正彎月透鏡，是像面彎曲校正透鏡。像面彎曲校正透鏡LI是視場致平透鏡，是功率較弱的透鏡。
[0061]繼透鏡LI之后的兩塊透鏡L2、L3構(gòu)成第一組G1，而配置于眼球側(cè)的兩塊透鏡L4、L5構(gòu)成第二組G2。
[0062]構(gòu)成第一組Gl的透鏡L2、L3是互相接合的接合透鏡，透鏡LI是圖像顯示面?zhèn)鹊那蚀蟮碾p凹透鏡，透鏡L2是雙凸透鏡。
[0063]構(gòu)成第二組G2的透鏡L4、L5都是正透鏡，透鏡L4為雙凸透鏡，透鏡L5也是雙凸透鏡。透鏡L5的兩面是非球面。
[0064]在圖4，作為目鏡系統(tǒng)的使用的一個方式，示出使用目鏡系統(tǒng)的頭戴型的圖像觀察裝置的一個方式。在圖4中，符號10表示圖像觀察裝置，符號20表示觀察者的頭部。
[0065]圖像觀察裝置10中，作為其主要部分的目鏡系統(tǒng)11L、11R和圖像顯示元件12L、12R以既定的位置關(guān)系收納于殼體13內(nèi)。而且，殼體13利用帶或框架等的適當?shù)陌惭b方式安裝于在觀察者的頭部20。
[0066]目鏡系統(tǒng)11L、圖像顯示元件12L是左眼用的，目鏡11R、圖像顯示元件12R是右眼用的。作為目鏡系統(tǒng)11L、11R，使用如上述I或2所記載的裝置、具體而言后述的實施例1~3所記載的裝置。
[0067]作為圖像顯示元件12L、12R,使用液晶顯示元件或EL顯示元件等,在這些中作為二維圖像而顯示的圖像，是相對于目鏡系統(tǒng)IlLUlR的觀察物體。
[0068]實施例
[0069]以下，說明三個具體的實施例。
`[0070]在以下列舉的實施例1~3中，面編號是從物體側(cè)開始數(shù)的透鏡面的編號，R表示各透鏡面的曲率半徑，D表示鄰接透鏡面的透鏡面間距離。N表示透鏡材質(zhì)的d線的折射率，V表示阿貝數(shù)。
[0071]此外，非球面用以下的眾所周知的式子表示。
[0072]X= (H2/R) / [1+ (l_k (H/r)2}1/2]
[0073]+A ? H4+B ? H6+C ? H8+D ? H10+E.H12...[0074]在該式中，X是以面的頂點為基準時在離光軸高度H的位置處的光軸方向的位移，k是圓錐系數(shù)，A~E……是高次非球面系數(shù)，R是近軸曲率半徑。此外，帶有長度的基準的量的單位是mm。
[0075]實施例1
[0076]實施例1是結(jié)合圖1說明了實施方式的目鏡系統(tǒng)的具體例。表1示出實施例1的透鏡數(shù)據(jù)，表2示出非球面數(shù)據(jù)。
[0077]表1
[0078]
面編號 R_D_N_V_備注_
1—8.0'
2—-11.6 1.0 1.9 19
3—26.3 8.3 1.8 43
4|-31.0 |。.2 I Il
【權(quán)利要求】
1.一種目鏡系統(tǒng)，用于把觀察物體的像作為虛像放大成像，所述目鏡系統(tǒng)的特征在于， 所述目鏡系統(tǒng)具有配置于物體側(cè)、帶有負屈光力的第一組以及配置于該第一組的眼球偵U、帶有正屈光力的第二組， 第一組是雙凹透鏡和雙凸透鏡的接合透鏡， 第二組由兩塊或三塊正透鏡構(gòu)成， 物體側(cè)是遠心的， 整個系統(tǒng)的焦點距離F、第一組的焦點距離F1、第二組的焦點距離F2滿足條件:
(1)-5 < F1/F < -1
(2)0.5 < F2/F < 3 其中，F(xiàn) > 0，F(xiàn)l < 0，F(xiàn)2 > O。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目鏡系統(tǒng)，其特征在于， 在第一組的物體側(cè)還附加配置有凹面朝向圖像顯示元件側(cè)、兩面為非球面的正彎月透鏡作為像面彎曲校正透鏡。
3.一種圖像觀察裝置，是二維顯示的圖像的、把虛像放大觀察的圖像觀察裝置，其特征在于， 使用權(quán)利要求1或2所述的目鏡系統(tǒng)作為形成所述圖像的虛像的光學(xué)系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像觀察裝置，其中， 所述圖像觀察裝置是使用顯示二維圖像的圖像顯示元件以及權(quán)利要求1或2所述的目鏡系統(tǒng)的頭戴型圖像觀察裝置。
【文檔編號】G02B25/00GK103765292SQ201280034980
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月25日
【發(fā)明者】石塚健一 申請人:理光光學(xué)有限公司, 索尼公司