(57)【要約】【課題】  視度調整が可能でありながら、機械的に光学系を移動させる機構が不要な、小型化に有利な観察光学系を提供する。【解決手段】  拡大観察を行う接眼レンズ系を有した観察光学系において、前記接眼レンズ系は、第１液体ＬＱ１と、前記第１液体ＬＱ１と混合しない第２液体ＬＱ２とを備えて容器内に封入し、前記第１液体ＬＱ１と前記第２液体ＬＱ２との境界面ＲＬＱの形状を変化させることで、焦点距離Ｆを変化させて視度調整を行う液体レンズＬを有している。そして、液体レンズＬは、最も被写体側の面（面番号２に該当）と最もアイポイント側の面（面番号６に該当）が曲面であり、少なくとも一方の面が凸曲面に構成されている。【選択図】  図１
2009139397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡大観察を行う接眼レンズ系を有した観察光学系において、
前記接眼レンズ系は、第１液体と、前記第１液体と混合しない第２液体とを備えて容器内に封入し、前記第１液体と前記第２液体との境界面の形状を変化させることにより、焦点距離を変化させて視度調整を行う液体レンズを有し、
前記液体レンズは、最も被写体側の面と最もアイポイント側の面が曲面であり、少なくとも一方の面が凸曲面であることを特徴とする観察光学系。
【請求項２】
視度調整が最も正視度側状態にあるときの前記境界面の曲率半径をｒｐとし、視度調整が最も負視度側状態にあるときの前記境界面の曲率半径をｒｎとし、視度調整が最も正視度側状態にあるときの前記接眼レンズ系の焦点距離をｆｐ、視度調整が最も負視度側状態にあるときの前記接眼レンズ系の焦点距離をｆｎとするとき、次式
｜ｒｐ／ｆｐ｜＞０．２０
｜ｒｎ／ｆｎ｜＞０．２０
の条件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。
【請求項３】
前記第１液体の基準波長における屈折率をｎ１とし、前記第２液体の基準波長における屈折率をｎ２とするとき、次式
０．０３＜｜ｎ１−ｎ２｜＜１．００
の条件を満足することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の観察光学系。
【請求項４】
前記接眼レンズ系は、前記液体レンズのみで構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の観察光学系。
【請求項５】
前記液体レンズの最も被写体側の面の曲率半径をｒ１とし、前記液体レンズの最もアイポイント側の面の曲率半径をｒ２としたとき、次式
−３．００＜（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）＜３．００
の条件を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の観察光学系。
【請求項６】
前記液体レンズは、接合レンズであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の観察光学系。
【請求項７】
前記液体レンズは、いずれかの面のうち、少なくとも１面は非球面であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の観察光学系。
【請求項８】
前記液体レンズは、最も被写体側の面が非球面であることを特徴とする請求項７に記載の観察光学系。
【請求項９】
前記液体レンズは、前記容器内に加える物理量を変化させることで、前記境界面の形状を変化させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の観察光学系。
【請求項１０】
前記第１液体と前記第２液体は、いずれか一方が導電性を有し、他方が絶縁性を有し、
前記物理量は、電圧であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の観察光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一眼レフカメラのファインダー、エレクトリックビューファインダー、ヘッドマウントディスプレイなどに用いられ、視度調整が可能な観察光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、一眼レフカメラのファインダーやエレクトリックビューファインダーなどに用いられ、視度調整が可能な観察光学系は数多く提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３２４６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の観察光学系では、光学系の一部もしくは全部を光軸に沿って移動させて視度調整を行っているため、移動機構が必要になるばかりでなく、移動機構を配置するスペースや、移動機構により光学系を移動させるスペースを確保せねばならず、観察光学系の小型化には不利であった。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、視度調整が可能でありながら、機械的に光学系を移動させる機構が不要な、小型化に有利な観察光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的を達成するため、本発明は、拡大観察を行う接眼レンズ系を有した観察光学系において、前記接眼レンズ系は、第１液体と、前記第１液体と混合しない第２液体とを備えて容器内に封入し、前記第１液体と前記第２液体との境界面の形状を変化させることにより、焦点距離を変化させて視度調整を行う液体レンズを有し、前記液体レンズは、最も被写体側の面と最もアイポイント側の面が曲面であり、少なくとも一方の面が凸曲面であることを特徴とする。
【０００７】
なお、視度調整が最も正視度側状態にあるときの前記境界面の曲率半径をｒｐとし、視度調整が最も負視度側状態にあるときの前記境界面の曲率半径をｒｎとし、視度調整が最も正視度側状態にあるときの前記接眼レンズ系の焦点距離をｆｐ、視度調整が最も負視度側状態にあるときの前記接眼レンズ系の焦点距離をｆｎとするとき、次式｜ｒｐ／ｆｐ｜＞０．２０及び｜ｒｎ／ｆｎ｜＞０．２０の条件を満足することが好ましい。
【０００８】
また、前記第１液体の基準波長における屈折率をｎ１とし、前記第２液体の基準波長における屈折率をｎ２とするとき、次式０．０３＜｜ｎ１−ｎ２｜＜１．００の条件を満足することが好ましい。
【０００９】
また、前記接眼レンズ系は、前記液体レンズのみで構成されていることが好ましい。
【００１０】
また、前記液体レンズの最も被写体側の面の曲率半径をｒ１とし、前記液体レンズの最もアイポイント側の面の曲率半径をｒ２としたとき、次式−３．００＜（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）＜３．００の条件を満足することが好ましい。
【００１１】
また、前記液体レンズは、接合レンズであることが好ましい。
【００１２】
また、前記液体レンズは、いずれかの面のうち、少なくとも１面は非球面であることが好ましい。より好ましくは、最も被写体側の面が非球面であることが好ましい。
【００１３】
また、前記液体レンズは、前記容器内に加える物理量を変化させることで、前記境界面の形状を変化させることが好ましい。
【００１４】
また、前記第１液体と前記第２液体は、いずれか一方が導電性を有し、他方が絶縁性を有し、前記物理量は、電圧であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、視度調整が可能でありながら、機械的に光学系を移動させる機構が不要な、小型化に有利な観察光学系を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、好ましい実施形態について説明する。まず、観察光学系において視度調整を行うためには、観察光学系のアフォーカル度を変化させる必要がある。そこで、本実施形態では、拡大観察を行う接眼レンズ系を有した観察光学系において、前記接眼レンズ系は、第１液体と、前記第１液体と混合しない第２液体とを備えて容器内に封入し、第１液体と第２液体との境界面の形状を変化させることができる液体レンズを有して構成されており、前記液体レンズの境界面の形状を変化させることで観察光学系全体の焦点距離を変化させて、観察光学系の射出構成のアフォーカル度を変更して、視度調整を実現している。この構成により、本光学系では、接眼レンズと被写体との空気間隔を変更することなく、換言すると機械的に光学系を移動させることなく視度調整を行うことが可能となり、従来のように光学系の移動に必要な空気間隔の確保も、光学系の移動機構の設置も不要となり、本観察光学系の小型化を実現できる。
【００１７】
なお、液体レンズは、最も被写体側の面と最もアイポイント側の面が曲面であり、そのうち少なくとも一方の面が凸曲面であることを特徴としている。この構成により、液体レンズ自体に屈折力を持たせつつ、収差補正が可能となり、構成レンズ枚数を減らすことができるため小型化を図りながら、視度調整が可能な観察光学系を提供することができる。
【００１８】
上記構成の観察光学系において、視度調整が最も正視度側状態にあるときの前記境界面の曲率半径をｒｐとし、視度調整が最も負視度側状態にあるときの前記境界面の曲率半径をｒｎとし、視度調整が最も正視度側状態にあるときの前記接眼レンズ系の焦点距離をｆｐ、視度調整が最も負視度側状態にあるときの前記接眼レンズ系の焦点距離をｆｎとするとき、次式（１）及び（２）を満足することが好ましい。
【００１９】
｜ｒｐ／ｆｐ｜＞０．２０  …（１）
｜ｒｎ／ｆｎ｜＞０．２０  …（２）
【００２０】
上記条件式（１）及び（２）は、観察光学系が高い光学性能を維持するために、液体レンズにおける適切な境界面形状を規定するものである。条件式（１）の下限値を下回ると、視度調整が最も正視度側状態にあるときの境界面の曲率半径が小さくなりすぎて、境界面において過剰に球面収差が発生するとともにコマ収差も発生し、視野全体に亘って高い光学性能を維持できなくなってしまう。なお、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（１）の下限値を０．３０にすることが好ましい。
【００２１】
また、条件式（２）の下限値を下回ると、視度調整が最も負視度側状態にあるときの境界面の曲率半径が小さくなりすぎて、境界面において過剰に球面収差が発生するとともにコマ収差も発生し、視野全体に亘って高い光学性能を維持できなくなってしまう。なお、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（２）の下限値を０．３０にすることが好ましい。
【００２２】
また、第１液体の基準波長における屈折率をｎ１とし、第２液体の基準波長における屈折率をｎ２とするとき、次式（３）を満足することが好ましい。
【００２３】
０．０３＜｜ｎ１−ｎ２｜＜１．００  …（３）
【００２４】
上記条件式（３）は、観察光学系において高い光学性能を維持しつつ効率的に視度を変更させるために、液体レンズを構成する第１液体と第２液体の適切な屈折率差を規定するものである。ここで、基準波長とは、本観察光学系で利用される波長範囲内で、基準とする１つの波長のことであり、例えばｄ線（波長587.6nm）などである。この条件式（３）の下限値を下回ると、第１液体と第２液体の屈折率差が小さくなりすぎて、所定の視度調整範囲（例えば、後述の実施例で設定されている−３．０〜＋１．０［ｍ-1］の視度調整範囲）を確保するためには、境界面の曲率半径を大きく変更しなければならない。その結果、視度調整による収差変動、特に球面収差の変動が大きくなってしまい、視度調整範囲の全てに亘って、観察光学系の高い光学性能を維持できなくなってしまう。一方、条件式（３）の上限値を上回ると、第１液体と第２液体の屈折率差が大きくなりすぎて、製造過程でできた液体レンズの境界面の形状誤差に基づくコマ収差などが発生したり、境界面における光線の反射率が過剰に高くなってゴーストやフレアが発生したりして、観察光学系において高い光学性能を達成することが難しい。なお、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（３）の下限値を０．０５にすることが好ましい。また、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（３）の上限値を０．６０とすることが好ましい。
【００２５】
なお、上記接眼レンズ系は、液体レンズのみで構成されていることが好ましい。この構成により、接眼レンズ系の構成レンズ枚数を減らすことができ、観察光学系の小型化により貢献できる。
【００２６】
また、上記構成の観察光学系において、液体レンズの最も被写体側の面の曲率半径をｒ１とし、液体レンズの最もアイポイント側の面の曲率半径をｒ２としたとき、次式（４）を満足することが好ましい。
【００２７】
−３．００＜（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）＜３．００  …（４）
【００２８】
上記条件式（４）は、接眼レンズ系における高い光学性能を得るための条件を規定するものである。この条件式（４）の下限値及び上限値をそれぞれ外れると、液体レンズで発生する歪曲収差、非点収差及び倍率色収差が過剰に大きくなってしまい、高い光学性能を維持できなくなってしまう。なお、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（４）の下限値を−０．８２にすることが好ましい。また、本実施形態の効果を確実にするために、条件式（４）の上限値を０．８２とすることが好ましい。
【００２９】
なお、上記液体レンズは、接眼レンズであることが好ましい。この構成により、色収差や球面収差の補正をより良く行うことができ、優れた光学性能を維持することができる。
【００３０】
また、液体レンズは、いずれかの面のうち、少なくとも１面は非球面であることが好ましい。この構成により、液体レンズで発生する球面収差や非点収差及び歪曲収差の補正を良好に行うことができ、本観察光学系において高い光学性能を達成することができる。
【００３１】
また、液体レンズは、最も被写体側の面が非球面であることが好ましい。このように、液体レンズの最も被写体側の面、すなわち光線の入射側の面を非球面とすることで、球面収差や非点収差の補正がより効果的に行われ、本観察光学系において高い光学性能を達成することができる。
【００３２】
ところで、液体レンズ等の可変焦点距離素子は、様々な手段を用いたものが提案されているが、その中で電子毛管現象あるいはエレクトロウェッティング現象と呼ばれる現象を用いた素子が提案されており、例えば特表２００１−５１９５３９号公報や特開２００１−２４９２８２号公報などに開示されている。すなわち、第１液体と、第１液体と屈折率が異なり混合しない第２液体とを容器内に封入し、第１液体及び第２液体へ加える電圧（物理量）を変化させることによって、第１液体と第２液体の境界面形状を変化させ焦点距離を可変することを可能にしている。なお、特表２００１−５１９５３９号公報や特開２００１−２４９２８２号公報には、第１液体として塩を加えた水などの導電性液体と、第２液体として油などの絶縁性液体との２種類の液体が用いられている。
【００３３】
本実施形態の観察光学系においても、上述のような２つの液体、すなわち一方が導電性を有し、他方が絶縁性を有する液体を用いることで、容易に電圧制御によって視度調整を可能にしている。なお、第１液体には、塩化ナトリウム等の塩類の水溶液、導電性成分あるいはイオン成分を添加して導電性を付与した液体材料等の有極性液体を用いることができる。また、第２液体には、シリコンオイル等の油類、液体炭化水素、液体炭化水素混合物、無極性ハロゲン化物、または第１液体と混合しない絶縁性の液体等の無極性液体を用いることができる。
【００３４】
また、液体レンズは、容器内に加える物理量を変化させることで、前記境界面の形状を変化させることが好ましい。特に、本実施形態においては、物理量は電圧であることが好ましい。これは、電圧は制御が容易であり、加える電圧を変化させることによって第１液体と第２液体との境界面の形状を種々に制御することが可能になるからである。なお、電圧の代わりに、張力、圧力、気圧、温度などの物理量を変化させて、境界面の形状を変化させ、光学系の焦点距離を変化させ、視度調整を行うことも可能である。
【００３５】
以上のような構成の観察光学系においては、観察対象である被写体は、表示装置であってもよいし、対物レンズによって形成された像であってもよい。
【実施例】
【００３６】
以下、本実施形態に係る観察光学系の各実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００３７】
（第１実施例）
第１実施例に係る観察光学系について、図１、図２及び表１を用いて説明する。第１実施例に係る観察光学系は、図１に示すように、光軸に沿って物体側から順に並んで、観察される被写体ＯＢと、接眼レンズ系を構成する液体レンズＬと、アイポイントＥＰとが配置されている。液体レンズＬは、最も被写体側の面が被写体側に凸面を向けた平凸形状のレンズ部材Ｇ１、最もアイポイント側の面が物体側に凹面を向けた平凹形状のレンズ部材Ｇ２および不図示の側面部材からなる容器内に第１液体ＬＱ１と第２液体ＬＱ２を封入して構成されており、屈折率の異なる第１液体ＬＱ１と第２液体ＬＱ２との境界面ＲＬＱの形状を変化させることで、焦点距離を変化させて視度調整を行っている。なお、液体レンズＬは、最も被写体側の面（以下の面番号２に該当）と最もアイポイント側の面（以下の面番号６に該当）が曲面であり、いずれの面も凸曲面に構成されている。また、液体レンズＬの境界面ＲＬＱは、第１液体ＬＱ１と第２液体ＬＱ２とが混合しないようにするため、可塑性薄膜で構成されている。このような構成の液体レンズＬは、視度調整範囲において正の屈折力を有しており、被写体ＯＢの拡大観察ができるようになっている。
【００３８】
表１は、第１実施例に係る観察光学系を構成する各レンズの諸元の表を示している。表１において、Ｄｐは観察光学系の射出光線の視度［ｍ-1］、φはアイポイントＥＰにおける瞳径（ｍｍ）、ｍはルーペ倍率、Ｙは被写体ＯＢの被写体高である。また、ｍは光線の進行する方向に沿った被写体側からのレンズ面の順序（以下、面番号と称する）を、ｒは各レンズ面の曲率半径を、ｄは各光学面から次の光学面（又は像面）までの光軸上の距離（以下、面間隔と称する）を、ｎｄはｄ線（波長587.6nm）に対する屈折率を、νｄはｄ線を基準とするアッベ数をそれぞれ示している。なお、表１に示す面番号１〜７は、図１に示す面１〜７に対応している。また、表１において、上記の条件式（１）〜（４）に対応する値、すなわち条件対応値も示している。
【００３９】
ここで、表中において記載されている視度の単位［ｍ-1］について説明すると、視度Ｘ［ｍ-1］とは、接眼レンズによる像がアイポイントＥＰから光軸上に１／Ｘ［ｍ（メートル）］の位置にできる状態を示すものである。なお、符号は、像がアイポイントよりも物体側にできたときを負としている。
【００４０】
また、表中において、焦点距離Ｆ、曲率半径ｒ、面間隔ｄ、その他の長さの単位は、一般に「ｍｍ」が使われている。但し、光学系は、比例拡大又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可能である。また、表中において、曲率半径の「0.0000」は平面を示し、空気の屈折率「1.00000」の記載は省略している。
【００４１】
また、表中において＊印が付される非球面は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をＳ（ｙ）とし、基準球面の曲率半径（近軸曲率半径）をｒとし、円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＡｎとしたとき、以下の式（ａ）で表される。なお、また、Ｅｎは、×１０nを表す。例えば、1.234E-05＝1.234×10-5である。
【００４２】
Ｓ（ｙ）＝（ｙ2／ｒ）／｛１＋（１−κ・y2／ｒ2）1/2｝
＋Ａ2×ｙ2＋Ａ4×ｙ4＋Ａ6×ｙ6＋Ａ8×ｙ8＋Ａ１０×ｙ10  …（ａ）
【００４３】
（表１）
［全体諸元］
最も負視度側    中間視度    最も正視度側
Ｄｐ      -3.0          -1.0            +1.0
φ      6.0            6.0            6.0
ｍ      7.14          7.51            7.88
Ｙ      5.6            5.6            5.6
［レンズ諸元］
ｍ        ｒ          ｄ            ｎｄ        νｄ      レンズ名
１      （ＯＢ）    30.3000
２＊    44.0759      1.5000       1.516800      64.10      Ｇ１
３      0.0000        Ｄ２        1.516900      43.51      ＬＱ１
４      （ＲＬＱ）    Ｄ３        1.333060      53.98      ＬＱ２
５      0.0000      1.5000        1.516800      64.10      Ｇ２
６     -25.8261      22.0000
７      （ＥＰ）
［非球面データ］
第２面
κ=-12.000、A2=0.000、A4=0.000、A6=0.000、A8=0.000、A10=0.000
［可変間隔］
最も負視度側    中間視度      最も正視度側
ＲＬＱ      50.0200        144.2188      -210.2200
Ｄ２        0.8000          1.0000        1.1000
Ｄ３        1.2000          1.0000        0.9000
［条件対応値］
ｒｐ＝-210.2200
ｆｐ＝31.47
ｒｎ＝50.0200
ｆｎ＝36.41
ｎ１＝1.516900
ｎ２＝1.333060
ｒ１＝44.0759
ｒ２＝-25.8261
条件式（１）｜ｒｐ／ｆｐ｜＝6.68
条件式（２）｜ｒｎ／ｆｎ｜＝1.37
条件式（３）｜ｎ１−ｎ２｜＝0.18
条件式（４）（ｒ２＋ｒ１）／（ｒ２−ｒ１）＝-0.26
【００４４】
表１に示す諸元の表から分かるように、本実施例に係る観察光学系では、上記条件式（１）〜（４）を全て満たすことが分かる。
【００４５】
図２は、第１実施例に係る観察光学系の諸収差図（球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差及び倍率色収差）であり、（ａ）は視度調整が最も負視度側状態（Dp=-3.0[m-1]）のとき、（ｂ）は視度調整が中間視度状態（Dp=-1.0[m-1]）のとき、（ｃ）は視度調整が最も正視度側状態（Dp=+1.0[m-1]）のときを示す。なお、非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示す。また、歪曲収差図において、基準波長としてのｄ線に対する収差を示す。また、コマ収差図において、被写体高でのコマ収差を示す。さらに、図２において、φはアイポイントＥＰにおける瞳径、Ｙは被写体高をそれぞれ示す。また、ｄはｄ線（波長587.6nm）を、ＣはＣ線（波長656.3nm）を、ＦはＦ線（波長486.1nm）の収差曲線をそれぞれ示す。
【００４６】
図２に示す各収差図から明らかであるように、第１実施例に係る観察光学系では、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されていることが分かる。
【００４７】
なお、以上のような本実施形態は、上記に限定されるものではなく、本実施形態に係る要旨を逸脱しない範囲であれば適宜改良可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施形態の第１実施例に係る観察光学系のレンズ構成図であり、図１（ａ）は視度調整が最も負視度側状態のときであり、図１（ｂ）は視度調整が中間視度状態のときであり、図１（ｃ）は視度調整が最も正視度側状態のときである。
【図２】本実施形態の第１実施例に係る観察光学系の諸収差図であり、図２（ａ）は視度調整が最も負視度側状態のときであり、図２（ｂ）は視度調整が中間視度状態のときであり、図２（ｃ）は視度調整が最も正視度側状態のときである。
【符号の説明】
【００４９】
Ｌ      液体レンズ
Ｇｎ    液体レンズのレンズ部材（ｎ＝１，２）
ＬＱ１  第１液体
ＬＱ２  第２液体
ＲＬＱ  液体レンズにおける第１液体と第２液体との境界面
ＯＢ    被写体
ＥＰ    アイポイント
【図１】
2009139397.tif 000003
【図２】
2009139397.tif 000004