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公開番号2025124104
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-26
出願番号2024019913
出願日2024-02-14
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 27/02 20060101AFI20250819BHJP(光学)
要約【課題】光学ユニットとレンズとを貼り合わせる接着層に起因する表示画像の画像劣化を低減する。
【解決手段】光学系は、表示素子110からの光を観察側へ導き、半透過反射面114、偏光分離面116、偏光素子115、117および樹脂材料が用いられたレンズ105を有する。半透過反射面または偏光分離面と偏光素子は、互いに一体化されて光学ユニットを構成している。光学ユニットとレンズは、第1の接着層を119介して互いに接合されている。光が第1の接着層を複数回透過する。第1の接着層の厚さd1(mm)、レンズのd線における屈折率N1および第1の接着層のd線における屈折率N2が、0.009<N2×d1<0.031および0.95≦N1/N2≦1.10なる条件を満足する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
表示素子からの光を観察側へ導く光学系であって、
半透過反射面、偏光分離面、偏光素子および樹脂材料が用いられたレンズを有し、
前記半透過反射面または前記偏光分離面と前記偏光素子は、互いに一体化されて光学ユニットを構成しており、
前記光学ユニットと前記レンズは、第１の接着層を介して互いに接合されており、
前記光が前記第１の接着層を複数回透過し、
前記第１の接着層の厚さをｄ１（ｍｍ）、前記レンズのｄ線における屈折率をＮ１、前記第１の接着層のｄ線における屈折率をＮ２とするとき、
０．００９＜Ｎ２×ｄ１＜０．０３１
０．９５≦Ｎ１／Ｎ２≦１．１０
なる条件を満足することを特徴とする光学系。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記レンズの複屈折による位相差量をＲｅ（ｎｍ）とするとき、
Ｒｅ≦３０
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３】
前記光学系の焦点距離をｆ（ｍｍ）とするとき、
０．０００２≦ｄ１／ｆ≦０．００２０
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４】
前記光が前記第１の接着層を３回透過することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項５】
前記半透過反射面および前記偏光分離面のうち少なくとも一方がフィルム素子により構成され、該フィルム素子が前記複数の偏光素子のいずれかに第２の接着層を介して貼り付けられており、
前記第２の接着層の厚さをｄ２（ｍｍ）とするとき、
０．００５≦ｄ２＜０．０２０
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】
それぞれ樹脂製のレンズである表示素子側の第１のレンズおよび観察側の第２のレンズとが互いに接合され、これらの第１および第２のレンズの接合部に前記半透過反射面が配置されており、
前記第２のレンズにおける観察側の面に、前記偏光分離面を含む前記光学ユニットが前記第１の接着層を介して貼り合わ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７】
それぞれ樹脂製のレンズである表示素子側の第１のレンズおよび観察側の第２のレンズとが互いに接合され、前記第２のレンズの前記第１のレンズとの接合面に前記偏光分離面を含む第１の光学ユニットが第１の接着層を介して貼り合わされ、
前記第２のレンズの観察側の面に、前記半透過反射面を含む第２の光学ユニットが前記第１の接着層を介して貼り合わ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８】
前記光学系における最も表示素子側のレンズ面は、前記光学系の光軸を含む中央領域において表示素子側に向かって凸形状を有し、かつ光学有効領域内に変曲点を有する非球面であることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項９】
前記非球面における前記光軸から前記変曲点までの距離をＹｉｐ、前記光学有効領域の前記光軸からの最大距離をＹｅａとするとき、
０．２≦Ｙｉｐ／Ｙｅａ≦０．７５
なる条件を満足することを特徴とする請求項８に記載の光学系
【請求項１０】
それぞれ樹脂製のレンズである表示素子側の第１のレンズおよび観察側の第２のレンズとが互いに接合され、これら第１および第２のレンズの接合部に前記半透過反射面または前記偏光分離面が配置されており、
前記光学系の光軸上における前記第１のレンズの光学パワーをΦ１、前記光軸上における前記第２のレンズの光軸上のパワーをΦ２とするとき、
０．２≦｜Φ１／Φ２｜≦０．８
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、表示素子に表示された原画像を拡大して表示する、ヘッドウントディスプレイ（ＨＭＤ）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 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
上記のような光学系として、偏光を利用して光路を折り畳む光学系であって、偏光選択素子（偏光分離素子）、ハーフミラー、位相板および偏光板等を積層した光学ユニットをレンズに貼り合わせて用いるものが特許文献１、２に開示されている。ただし、光学ユニットとレンズとの間の接着層に混入した気泡や接着層自体の複屈折の影響により、表示画像の画質が低下するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０００―２７５５６６号公報
特開２０１９－１４８６２６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、２には、光学ユニットとレンズとの間の接着層に関する記載自体がなく、接着層の気泡や複屈折の影響を低減する方法についても記載されていない。
【０００５】
本発明は、光学ユニットとレンズとを貼り合わせる接着層に起因する表示画像の画像劣化を低減できるようした光学系を提供する。
【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へ導く光学系であり、半透過反射面、偏光分離面、偏光素子および樹脂材料が用いられたレンズを有する。半透過反射面または偏光分離面と偏光素子は、互いに一体化されて光学ユニットを構成している。光学ユニットとレンズは、第１の接着層を介して互いに接合されている。光が第１の接着層を複数回透過する。第１の接着層の厚さをｄ１（ｍｍ）、レンズのｄ線における屈折率をＮ１、第１の接着層のｄ線における屈折率をＮ２とするとき、
０．００９＜Ｎ２×ｄ１＜０．０３１
０．９５≦Ｎ１／Ｎ２≦１．１０
なる条件を満足することを特徴とする。なお、上記光学系を用いた画像表示装置も、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、光学ユニットとレンズとを貼り合わせる接着層を原因とした表示画像の画像劣化を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
実施例１の光学系を備えた画像表示装置の構成を示す図。
実施例１の光学系の構成を示す図。
実施例１の光学系の光路図。
実施例１の光学系の光学ユニットとレンズとの接合部の構成を示す拡大図。
実施例２の光学系を備えた画像表示装置の構成を示す図。
実施例２の光学系の構成を示す図。
実施例２の光学系の光路図。
実施例２の光学系の光学ユニットとレンズとの接合部の構成を示す拡大図。
実施例３の光学系を備えた画像表示装置の構成を示す図。
実施例３の光学系の構成を示す図。
実施例３の光学系の光路図。
実施例３の光学系の光学ユニットとレンズとの接合部の構成を示す拡大図。
実施例３の光学系のＰＢＳおよび位相板とレンズとの接合部の構成を示す拡大図。
図１の画像表示装置の外観図。
【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説明する。
【実施例】
【００１０】
（画像表示装置）
図１は、実施例１の光学系（表示光学系、観察光学系、接眼光学系）を用いた画像表示装置としてのＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）１０１を上方から見て示している。１０２は観察者の右眼、１０３は観察者の左眼である。レンズ１０４～１０６は右眼用光学系の一部を構成し、レンズ１０７～１０９は左眼用光学系の一部を構成している。１１０は右眼用表示素子、１１１は左眼用表示素子であり、それぞれ無偏光の光を発する有機ＥＬ素子により構成されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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