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公開番号2024101347
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-29
出願番号2023005290
出願日2023-01-17
発明の名称光学系及び表示装置
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G02B 25/00 20060101AFI20240722BHJP(光学)
要約【課題】広視野かつ高い光学性能を有する光学系を提供することを目的とする。
【解決手段】光学系は、画像表示素子からの光束を射出瞳に導く光学系であって、射出瞳の側から画像表示素子の側へ順に配置された、第1透過反射面と第2透過反射面とを含み、射出瞳の側から画像表示素子の側へ順に配置された、第1光学素子と第2光学素子とを有し、第1光学素子と第2光学素子の少なくとも一方は回折面を含み、回折面における第1輪帯の半径、回折面と射出瞳との間の光軸上の距離を各々適切に設定すること。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
画像表示素子からの光束を射出瞳に導く光学系であって、
前記射出瞳の側から前記画像表示素子の側へ順に配置された、第１透過反射面と第２透過反射面とを含み、
前記射出瞳の側から前記画像表示素子の側へ順に配置された、第１光学素子と第２光学素子とを有し、
前記第１光学素子と前記第２光学素子の少なくとも一方は回折面を含み、
前記回折面における第１輪帯の半径をＲｍ１［ｍｍ］、前記回折面と前記射出瞳との間の光軸上の距離をＤ［ｍｍ］とするとき、
０．１７＜Ｒｍ１／Ｄ＜０．５８
なる条件式を満足することを特徴とする光学系。
続きを表示（約 940 文字）【請求項２】
２＜Ｒｍ１
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記回折面の前記射出瞳の側の媒質と前記画像表示素子の側の媒質の屈折率差をΔｎ、前記回折面上の回折格子の格子高さをｄ［μｍ］とするとき、
０．３＜ａｂｓ（Δｎ）・ｄ＜２．０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
【請求項４】
前記回折面上の回折格子の格子高さをｄ［μｍ］とするとき、
０＜ｄ＜２５
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
【請求項５】
前記回折面上の回折格子の頂点部の包絡線と前記回折格子の谷部の包絡線との間の、前記回折面のベース曲面に垂直な方向の距離をΔＥｎｖ［μｍ］とするとき、
０＜ａｂｓ（ΔＥｎｖ）＜２５
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
【請求項６】
前記回折面は、前記第１透過反射面と前記第２透過反射面とは異なる面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
【請求項７】
前記回折面の有効径の９５％より光軸に近い領域内において、光路差関数をＦとするとき、
０．００２＜ｍａｘ（ａｂｓ（∇Ｆ））＜０．０４０
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
【請求項８】
波長４２０ｎｍから６７０ｎｍにおける平均の設計回折次数の回折効率をＥｆｆＤＯとするとき、
０．８０≦ＥｆｆＤＯ≦０．９９
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
【請求項９】
前記回折面を含む素子のパワーをＰＤＯ、前記光学系のパワーをＰｔｏｔａｌとするとき、
０≦ａｂｓ（ＰＤＯ／Ｐｔｏｔａｌ）≦０．１
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
【請求項１０】
半視野角が３５°以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系に関し、例えばヘッドマウントディスプレイ等の画像表示素子に表示された元画像を拡大表示して観察する表示装置に好適なものである。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）等の表示装置内に設けられた光学系の全長の短縮化が求められている。全長を短くすることが可能な光学系として、折り曲げ光学系が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特表２０１９－５０３５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
折り曲げ光学系では、視野角を広くすると広視野角域での収差が大きくなってしまう。回折光学素子を用いることで、倍率色収差を補正することはできるが、回折フレアや輪帯の段差によって精細感が低減されてしまう。
【０００５】
本発明は、広視野かつ高い光学性能を有する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】
本発明の一側面としての光学系は、画像表示素子からの光束を射出瞳に導く光学系であって、射出瞳の側から画像表示素子の側へ順に配置された、第１透過反射面と第２透過反射面とを含み、射出瞳の側から画像表示素子の側へ順に配置された、第１光学素子と第２光学素子とを有し、第１光学素子と第２光学素子の少なくとも一方は回折面を含み、回折面における第１輪帯の半径をＲｍ１［ｍｍ］、回折面と射出瞳との間の光軸上の距離をＤ［ｍｍ］とするとき、
０．１７＜Ｒｍ１／Ｄ＜０．５８
なる条件式を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、広視野かつ高い光学性能を有する光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
実施例１の観察光学系を有する観察装置の断面図である。
実施例１の観察光学系の収差図である。
実施例２の観察光学系を有する観察装置の断面図である。
実施例２の観察光学系の収差図である。
実施例３の観察光学系を有する観察装置の断面図である。
実施例３の観察光学系の収差図である。
観察光学系の光路を表す模式図である。
回折格子の模式図である。
回折格子の形状を表す模式図である。
回折格子の形態を表す模式図である。
回折格子の模式図である。
数値実施例の格子高さを表す図である。
数値実施例の格子高さを表す図である。
数値実施例の値ａｂｓ（ΔＥｎｖ）を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１０】
図１、図３、図５はそれぞれ、実施例１乃至３の観察光学系（光学系）を有する観察装置（表示装置）１の断面図である。観察装置１は、観察光学系１０及び画像表示素子（光変調素子）２０を有する。観察光学系１０は、画像表示素子２０からの光束を射出瞳に導く光学系であって、射出瞳が位置するユーザの瞳面ＳＰから画像表示素子２０の画像表示面ＩＤに表示される原画の光学像を観察可能とする。画像表示素子２０は例えば、液晶表示素子（ＬＣＤ）や有機ＥＬ素子である。観察光学系は、射出瞳の側から画像表示素子２０の側へ順に配置された、第１光学素子１０１と第２光学素子１０２とを有する。光学素子とは、例えばレンズである。第１光学素子１０１と第２光学素子１０２の少なくとも一方は回折面ＤＯを含む。また、観察光学系１０は、射出瞳の側から画像表示素子２０の側へ順に配置された、第１透過反射面ＨＭ１と第２透過反射面ＨＭ２とを含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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