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公開番号2024167818
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-04
出願番号2023084164
出願日2023-05-22
発明の名称光学系および画像表示装置
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 20060101AFI20241127BHJP(光学)
要約【課題】広視野かつ小型で高い光学性能を有する光学系を提供する。
【解決手段】光学系は、表示素子IDからの光を観察側に導き、第1半透過反射面HM1を有する第1レンズG1と、第2半透過反射面HM2を有する第2レンズG2とを少なくとも有する。表示素子からの光を、第2半透過反射面の透過、第1半透過反射面での反射、第2半透過反射面での反射および第1半透過反射面の透過を介して観察側に導く。第1レンズ、第2レンズおよび他のレンズのうちいずれかとして負レンズを含む。負レンズの焦点距離をfn、光学系の焦点距離をfとするとき、1.0≦|fn/f|≦20.0なる条件を満足する構成または表示素子からの光が1回のみ負レンズを透過して観察側に導かれる構成を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
表示素子からの光を観察側に導く光学系であって、
第１半透過反射面を有する第１レンズと、
第２半透過反射面を有する第２レンズとを少なくとも有し、
前記表示素子からの前記光を、前記第２半透過反射面の透過、前記第１半透過反射面での反射、前記第２半透過反射面での反射および前記第１半透過反射面の透過を介して観察側に導き、
前記第１レンズ、前記第２レンズおよび他のレンズのうちいずれかとして負レンズを含み、
前記負レンズの焦点距離をｆｎ、前記光学系の焦点距離をｆとするとき、
１．０≦｜ｆｎ／ｆ｜≦２０．０
なる条件を満足する構成と、
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記表示素子からの前記光が１回のみ前記負レンズを透過して観察側に導かれることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記第１半透過反射面は、前記第１レンズの表示素子側の面に設けられ、
前記第２半透過反射面は、前記第２レンズの観察側または表示素子側の面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項４】
前記負レンズは、樹脂材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項５】
前記負レンズのｄ線を基準とするアッベ数をνｄｎとするとき、
１０．０≦νｄｎ≦４０．０
なる条件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６】
前記光学系に含まれる少なくとも１つの正レンズのうち最も屈折力が大きい正レンズの焦点距離をｆｐとするとき、
－１．１≦ｆｐ／ｆｎ≦－０．１
なる条件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７】
前記光学系に含まれる少なくとも１つの正レンズのうち最も屈折力が大きい正レンズの焦点距離をｆｐとするとき、
１．０≦ｆｐ／ｆ≦８．０
なる条件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８】
前記光学系の光軸上での前記第２半透過反射面の面頂点と該第２半透過反射面の光学有効径の端位置とを通る球面の曲率半径をＨＭ２＿ｒｅｆＲとするとき、
－５．０≦ＨＭ２＿ｒｅｆＲ／ｆ≦－１．０
なる条件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９】
前記光学系の光軸上での前記第１半透過反射面の面頂点と該第１半透過反射面の光学有効径の端位置とを通る球面の曲率半径をＨＭ１＿ｒｅｆＲ、前記光学系の光軸上での前記第２半透過反射面の面頂点と該第２半透過反射面の光学有効径の端位置とを通る球面の曲率半径をＨＭ２＿ｒｅｆＲとするとき、
－０．２≦ＨＭ２＿ｒｅｆＲ／ＨＭ１＿ｒｅｆＲ≦１．０
なる条件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１０】
前記光学系における最も観察側の面から前記表示素子の表示面までの光軸上での距離をＯＡＬとするとき、
０．５≦ＯＡＬ／ｆ≦１．５
なる条件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、ヘッドマウントディスプレイやスマートグラス等の画像表示装置に好適な光学系に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
ＬＣＤ等の表示素子に表示された原画像を拡大表示してユーザに観察させる観察光学系は、広視野で高い光学性能を有し、かつ小型であることが求められる。特許文献１には、観察側の正の屈折力の第１レンズと表示素子側の正の屈折力の第２レンズとを有し、第１レンズの表示素子側の面に平面の半透過反射面を設け、第２レンズの表示素子側の面に観察側に向かって凹形状の半透過反射面を設けた観察光学系が開示されている。この観察光学系において、表示素子からの光は、第２レンズの半透過反射面を透過し、第２レンズで正の光学パワーを受けて屈折し、第１レンズの半透過反射面で反射する。次に該光は、第２レンズで正の光学パワーを受けて屈折し、第２レンズの半透過反射面で正の光学パワーを受けて反射する。さらに該光は、第１レンズの半透過反射面を透過し、第１レンズで正の光学パワーを受けて屈折し、観察側に射出する。このように、特許文献１の観察光学系では、屈折と反射において光学パワーを受ける際には、全て正の光学パワーを受ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０２２／０３８７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の観察光学系は、屈折に起因して発生する色収差を光学的に補正しないように構成されている。表示素子としてＬＣＤ等の電子表示素子を用いる場合、観察光学系の倍率色収差はＲＧＢの色チャンネル毎に表示する画像の倍率を調整することで電子的に補正することは可能である。しかしながら、ＲＧＢの各色チャンネル内で発生する色収差は電子的に補正できない。このため、狭小画素ピッチの高精細な表示素子を用いる際に、観察光学系の色収差に起因して表示される画像の画質が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明は、広視野かつ小型でありながらも、色収差を良好に補正する高い光学性能を有する光学系およびこれを用いた画像表示装置を提供する。
【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、表示素子からの光を観察側に導く光学系である。該光学系は、第１半透過反射面を有する第１レンズと、第２半透過反射面を有する第２レンズとを少なくとも有する。表示素子からの光を、第２半透過反射面の透過、第１半透過反射面での反射、第２半透過反射面での反射および第１半透過反射面の透過を介して観察側に導く。第１レンズ、第２レンズおよび他のレンズのうちいずれかとして負レンズを含む。負レンズの焦点距離をｆｎ、光学系の焦点距離をｆとするとき、
１．０≦｜ｆｎ／ｆ｜≦２０．０
なる条件を満足することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の他の一側面としての光学系は、表示素子からの光を観察側に導く光学系である。該光学系は、第１半透過反射面を有する第１レンズと、第２半透過反射面を有する第２レンズとを少なくとも有する。表示素子からの光を、第２半透過反射面の透過、第１半透過反射面での反射、第２半透過反射面での反射および第１半透過反射面の透過を介して観察側に導く。第１レンズ、第２レンズおよび他のレンズのうちいずれかとして負レンズを含み、表示素子からの光が１回のみ負レンズを透過して観察側に導かれることを特徴とする。なお、上記光学系を有する画像表示装置も、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、広視野かつ小型の光学系において、色収差を良好に補正する高い光学性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施例１の観察光学系の断面図。
実施例１の観察光学系の縦収差図。
実施例２の観察光学系の断面図。
実施例２の観察光学系の縦収差図。
実施例３の観察光学系の断面図。
実施例３の観察光学系の縦収差図。
実施例４の観察光学系の断面図。
実施例４の観察光学系の縦収差図。
偏光を利用する構成を説明する図。
偏光を利用する別の構成を説明する図。
実施例１～３の観察光学系を用いたＨＭＤを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１、図３、図５および図７はそれぞれ、本発明の実施例１、２、３および４の観察光学系の構成を示している。
（【００１１】以降は省略されています）

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