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公開番号2025042759
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-28
出願番号2023149875
出願日2023-09-15
発明の名称光学系
出願人カンタツ株式会社
代理人
主分類G02B 25/00 20060101AFI20250321BHJP(光学)
要約【課題】小型化および光量効率の改善要求を満足しながらも、良好な光学特性を備える光学系を提供する。
【解決手段】
光学系は、瞳面EP側から表示面IMG側に向かって順に、正の屈折力を有する第1レンズL1と、正の屈折力を有する第2レンズL2と、第3レンズL3とを有する光学系であって、ハーフミラーHMを備え、瞳面EPとハーフミラーHMとの間に配置された第1の反射偏光板11と、瞳面EPとハーフミラーHMとの間に配置された第1の1/4波長板21と、ハーフミラーHMと表示面IMGとの間に配置された第2の1/4波長板22と、ハーフミラーHMと表示面IMGとの間に配置された第2の反射偏光板12とを有し、予め定められた条件式を満足する。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
瞳面側から表示面側に向かって順に、
正の屈折力を有する第１レンズと、
正の屈折力を有する第２レンズと、
第３レンズとを有する光学系であって、
前記光学系は、
ハーフミラーを備え、
瞳面と前記ハーフミラーとの間に配置された第１の反射偏光板と、
瞳面と前記ハーフミラーとの間に配置された第１の１／４波長板と、
前記ハーフミラーと表示面との間に配置された第２の１／４波長板と、
前記ハーフミラーと表示面との間に配置された第２の反射偏光板とを有し、
以下の条件式（１）、（２）および（３）を満足することを特徴とする光学系。
（１）１．０＜（Ｄ３／|ｆ３|）×１００＜１６．５
（２）８．２５＜|ｒ１|／Ｄ１
（３）０．７５＜Ｄｔｈ１／Ｄｔｈ２＜１．２５
ただし、
Ｄ３：第３レンズの光軸上の厚み、
ｆ３：第３レンズの焦点距離、
ｒ１：第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径、
Ｄ１：第１レンズの光軸上の厚み、
Ｄｔｈ１：第１レンズ、第２レンズおよび第３レンズのうち一番厚いレンズの光軸上の厚み、
Ｄｔｈ２：第１レンズ、第２レンズおよび第３レンズのうち二番目に厚いレンズの光軸上の厚み、
とする。
続きを表示（約 850 文字）【請求項２】
以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
（４）０．７５＜（Ｔ１／ｆ）×１００＜１２．００
ただし、
Ｔ１：第１レンズの表示面側の面から第２レンズの瞳面側の面までの光軸上の距離、
ｆ：光学系全系の焦点距離、
とする。
【請求項３】
以下の条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
（５）０．１５＜（Ｄ１／ｆ１）×１００＜８．８０
ただし、
Ｄ１：第１レンズの光軸上の厚み、
ｆ１：第１レンズの焦点距離、
とする。
【請求項４】
以下の条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
（６）１．２５＜（Ｄ２／ｆ２）×１００＜１６．５０
ただし、
Ｄ２：第２レンズの光軸上の厚み、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
とする。
【請求項５】
以下の条件式（７）を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
（７）２＜ｆ２／ｆ＜１５
ただし、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
ｆ：光学系全系の焦点距離、
とする。
【請求項６】
以下の条件式（８）を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
（８）２．０５＜|ｆ３|／ｆ＜１２．４０
ただし、
ｆ３：第３レンズの焦点距離、
ｆ：光学系全系の焦点距離、
とする。
【請求項７】
以下の条件式（９）を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
（９）０．０４５＜|ｒ１|／（ｆ２＋|ｆ３|）＜０．９５０
ただし、
ｒ１：第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
ｆ３：第３レンズの焦点距離、
とする。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、像（例えば画像表示素子に表示された画像）を拡大する光学系に関するものである。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
画像表示素子を用いた表示装置として、電子ビューファインダ、電子双眼鏡およびヘッドマウントディスプレイなどが知られている。
【０００３】
このような表示装置では、画像表示素子と眼との間の距離を可能な限り短くしつつ、当該画像表示素子に表示された画像を拡大するための光学系を限られた空間内に収容する必要がある。このため、当該光学系においては諸収差の除去が困難になることが多く、その補正の範囲も限られてしまう。
【０００４】
周知のように、視力は視細胞の錘体の密度に依存しており、眼は、黄斑部中心窩、すなわち瞳の中心付近で鮮明な像を結ぶという特性を有する。そこで、この眼の生理光学的特性を活用して上記光学系の収差補正を補完することで良好な光学性能を得ることが可能になる。具体的には、瞳を絞ることによって焦点深度が深くなり、球面収差やコマ収差の影響が軽減されるため、当該収差や屈折補正に過不足があってもボケに対する感度を軽減することができる。また、周辺から入射した光線の感度が瞳中心部を通った光線の感度よりも低くなるという現象、いわゆるＳｔｉｌｅｓ－Ｃｒａｗｆｏｒｄ効果を利用することにより、球面収差、コマ収差および色収差の影響を軽減できる。さらに、この状態を維持することによって次第に慣れが生じることから、歪曲収差などの影響を軽減することも可能になる。
【０００５】
なお、このような表示装置に搭載される光学系には、小型化とともに高い光量効率が求められる。ここで、光量効率とは、画像表示素子の表示面の光量を１００％としたときの眼（瞳面）へ届く光量の割合を指すものとする。
【０００６】
従来の光学系としては、例えば以下の特許文献１に記載の光学系が知られている。特許文献１には、第１の半透過面ＨＭ１および第２の半透過面ＨＭ２を有する第１のレンズ群ＬＦと、少なくとも１枚の正レンズを有する第２のレンズ群ＬＲとを有した光学系が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０２１―８１５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の光学系により小型化および光量効率の改善を図ろうとしても、２つの半透過面の存在によって光量効率の改善は困難であり、良好な光学性能を得ることができない。
【０００９】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、小型化および光量効率の改善要求をバランスよく満足しながらも、諸収差が良好に補正された高い解像力を備え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】
【００１０】
本発明による光学系は、瞳面側から表示面側に向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズと、正の屈折力を有する第２レンズと、第３レンズとを有する光学系であって、前記光学系は、ハーフミラーを備え、瞳面と前記ハーフミラーとの間に配置された第１の反射偏光板と、瞳面と前記ハーフミラーとの間に配置された第１の１／４波長板と、前記ハーフミラーと表示面との間に配置された第２の１／４波長板と、前記ハーフミラーと表示面との間に配置された第２の反射偏光板とを有する。なお、本明細書においては、レンズの面の凸面、凹面、平面とは近軸における形状を指すものとし、屈折力は、特に言及しない限り近軸における屈折力を指すものとする。
（【００１１】以降は省略されています）

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