JP7328051B2 - 観察光学系および画像観察装置 - Google Patents

観察光学系および画像観察装置 Download PDF

Info

Publication number
JP7328051B2
JP7328051B2 JP2019138509A JP2019138509A JP7328051B2 JP 7328051 B2 JP7328051 B2 JP 7328051B2 JP 2019138509 A JP2019138509 A JP 2019138509A JP 2019138509 A JP2019138509 A JP 2019138509A JP 7328051 B2 JP7328051 B2 JP 7328051B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lens
optical system
observation
optical element
observation optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019138509A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2021021841A (ja
JP2021021841A5 (ja
Inventor
和隆 猪口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2019138509A priority Critical patent/JP7328051B2/ja
Priority to US16/934,411 priority patent/US11940623B2/en
Publication of JP2021021841A publication Critical patent/JP2021021841A/ja
Publication of JP2021021841A5 publication Critical patent/JP2021021841A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7328051B2 publication Critical patent/JP7328051B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/017Head mounted
    • G02B27/0172Head mounted characterised by optical features
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08Catadioptric systems
    • G02B17/0804Catadioptric systems using two curved mirrors
    • G02B17/0816Catadioptric systems using two curved mirrors off-axis or unobscured systems in which not all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry, e.g. at least one of the mirrors is warped, tilted or decentered with respect to the other elements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08Catadioptric systems
    • G02B17/0852Catadioptric systems having a field corrector only
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08Catadioptric systems
    • G02B17/0856Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B9/00Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or -
    • G02B9/12Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having three components only
    • G02B9/14Optical objectives characterised both by the number of the components and their arrangements according to their sign, i.e. + or - having three components only arranged + - +
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/0101Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/011Head-up displays characterised by optical features comprising device for correcting geometrical aberrations, distortion
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/0101Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0112Head-up displays characterised by optical features comprising device for genereting colour display
    • G02B2027/0116Head-up displays characterised by optical features comprising device for genereting colour display comprising devices for correcting chromatic aberration

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lenses (AREA)

Description

本発明は、ヘッドマウントディスプレイ(HMD)等の観察装置に好適な観察光学系に関する。
従来、薄型で広画角の画像を観察可能な観察光学系が知られている。特許文献1には、表示素子と偏心光学素子との間に偏心光学素子に接合させた凹レンズを配置した光学装置が開示されている。特許文献2には、表示素子と偏心光学素子との間に回折光学素子(DOE)を配置した光学系が開示されている。
特開平8-313829号公報 特開平9-258104号公報
しかしながら、特許文献1に開示されている光学装置では、像面湾曲を十分に補正することができない。特許文献2に開示されている光学系では、表示面の近傍に回折面が存在するため、回折格子パターンが視認される可能性がある。
そこで本発明は、不要なパターンが視認されることなく、色収差および像面湾曲を良好に補正することが可能な小型の観察光学系および観察装置を提供することを目的とする。
本発明の一側面としての観察光学系は、表示素子からの光束を導光する観察光学系であって、正レンズと、負レンズと、三つの光学面を有する光学素子とを有し、前記表示素子からの光束は、前記正レンズおよび前記負レンズを含む3枚以下のレンズを介して前記光学素子に入射し、前記光学素子の内部で複数回反射してから射出瞳へ向かい、前記正レンズおよび前記負レンズのd線に対する屈折率np、nn、前記正レンズおよび前記負レンズのd線を基準としたアッベ数νp、νnは、所定の条件式を満足する。
本発明の他の側面としての観察装置は、表示素子と前記観察光学系とを有する。
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。
本発明によれば、不要なパターンが視認されることなく、色収差および像面湾曲を良好に補正することが可能な小型の観察光学系および観察装置を提供することができる。
第1実施形態における観察装置の要部構成図である。 第1実施形態における光学素子の像面湾曲の説明図である。 第2実施形態における観察装置の要部構成図である。 実施例1における観察装置の断面図である。 実施例2における観察装置の断面図である。 実施例3における観察装置の断面図である。 実施例4における観察装置の断面図である。 実施例5における観察装置の断面図である。 実施例1における観察光学系の横収差図である。 実施例2における観察光学系の横収差図である。 実施例3における観察光学系の横収差図である。 実施例4における観察光学系の横収差図である。 実施例5における観察光学系の横収差図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
〔第1実施形態〕
まず、本発明の第1実施形態における観察装置(画像表示装置)の構成について説明する。図1は、本実施形態における観察装置100の要部構成図である。
観察装置100は、観察光学系1と画像表示素子2とを備えて構成される。観察光学系1は、画像表示素子2からの光束を射出瞳に導く光学系であって、光学素子(例えば自由曲面プリズム)11、凹レンズ(負レンズ)12、および、凸レンズ(正レンズ)13を備えて構成される。光学素子11において、入射面、少なくとも一つの反射面、および、射出面が屈折率n>1の媒質上に形成されている。このように光学素子11は、少なくとも三つの光学面(入射面、反射面、射出面)を有する。画像表示素子2の表面21において、画像が表示される。Sは、観察光学系1の射出瞳である。
画像表示素子2から発した光(画像光)は、凸レンズ13および凹レンズ12を通って、入射面11Cにおいて光学素子11に入射する。光学素子11に入射した光は、反射透過面11A、反射面11Bで反射されて光学素子11内で光路が折り畳まれた状態となった後、反射透過面11Aを通って光学素子11から射出する。光学素子11から射出した光は、観察光学系1の射出瞳Sに導かれ、射出瞳Sの近傍に瞳孔を置いた観察者に対して、画像表示素子2に表示された画像を射出瞳Sから遠方の拡大虚像として表示する。
このように観察光学系1は、画像表示素子2からの光束を凸レンズ13および凹レンズ12を介して光学素子11に入射させ、光学素子11の内部で複数回反射して(複数回の偏心反射の後に)光学素子11から射出し、中間像を形成することなく観察者の瞳に導く。
本実施形態の観察光学系1において、光学素子11と画像表示素子2との間には凹レンズ12と凸レンズ13とが配置されており、凸レンズ13と凹レンズ12とを通った光を光学素子11に導くように構成されている。光学素子11は、正パワー(集光作用)の光学素子であり、且つ、集光作用の主パワーを凹面鏡である反射面11Bに持たせた光学系である。このため、色収差の発生は少ないが、軸上色収差に比べると倍率色収差の方が発生しやすい。従って、マージナル光線の高さが低くなり画角主光線の高さが高くなる光学素子11と画像表示素子2との間に、分散の高い凹レンズ12を配置することで、軸上色収差の補正効果よりも倍率色収差の補正効果が高くなるように構成されている。
また、観察時のアイレリーフを長くするため、光学素子11と射出瞳Sとの間隔を大きくとると、射出瞳Sを入射瞳として表示面側に逆光線追跡した場合に、光学素子11により形成される像面がオーバーになる傾向がある。ここで、図2を参照して、本実施形態における光学素子11の像面湾曲について説明する。図2は、光学素子11の像面湾曲の説明図である。
射出瞳Sを通った光束が光学素子11により結像する位置付近に結像平面112をとり、射出瞳Sの端を通る周辺光線が中心画角、周辺画角でそれぞれ交わる点を求める。その際に、結像平面112の法線方向にz112軸をとった場合の交点のz座標値が、周辺画角>中心画角となっている。すなわち、光学素子11の像面113はオーバー状態となる。従って、光学素子11と画像表示素子2との間に像面113をオーバー方向に向かわせる凹レンズ12のみを配置すると、像面湾曲が悪化する。このため、凸レンズ13を配置して像面113をアンダーにし、像面湾曲を補正している。特に、凹レンズ12によるオーバー側への像面湾曲発生を少なくしつつ、凸レンズ13によるアンダー側への像面湾曲をより発生させるため、凹レンズ12には高屈折率の媒質を用い、凸レンズ13には低屈折率の媒質を用いることが好ましい。すなわち、凸レンズ13および凹レンズ12の屈折率をそれぞれnp、nnとするとき、以下の条件式(1)を満足する。なお、屈折率np、nnはd線(587.56nm)波長での屈折率により計算される。
0.28<nn-np <0.60 ・・・(1)
条件式(1)の下限値を超えると、凹レンズ12と凸レンズ13とを合わせたレンズ系での像面湾曲アンダー化効果が不足するため、好ましくない。一方、条件式(1)の上限値を超えると、凹レンズ12と凸レンズ13とを合わせたレンズ系での像面湾曲アンダー化効果が過剰となるため、好ましくない。
また、像面補正のために凸レンズ13を加えると、光学素子11により生じる倍率色収差を凹レンズ12で補正する効果が不足する。このため、凹レンズ12の分散を大きくし、且つ、凸レンズ13の分散を低くすることが、観察光学系1全体での倍率色収差補正のために好ましい。すなわち、凸レンズ13および凹レンズ12のアッベ数をそれぞれνp、νnとするとき、以下の条件式(2)を満足する。なお、アッベ数νp、νnはF線(486.13nm)波長での屈折率nF、d線波長での屈折率nd、C線(656.27nm)波長での屈折率nCとするとき、ν=(nd-1)/(nF-nC)によりそれぞれ計算される。
38<νp-νn<80 ・・・(2)
条件式(2)の下限値を超えると、光学素子11により生じる倍率色収差に対して、凹レンズ12と凸レンズ13とを合わせたレンズ系で発生する逆方向の倍率色収差発生が不足するため、好ましくない。一方、条件式(2)の上限値を超えると、光学素子11により生じる倍率色収差に対して、凹レンズ12と凸レンズ13とを合わせたレンズ系での逆方向の倍率色収差発生が過剰となるため、好ましくない。また、軸上色収差発生も過剰となるため、好ましくない。
より好ましくは、条件式(1)、(2)の数値範囲は、以下の条件式(1’)、(2’)のようにそれぞれ設定される。
0.28<nn-np<0.50 ・・・(1’)
38<νp-νn<60 ・・・(2’)
条件式(1’)を満足することで、レンズ系での像面湾曲アンダー化効果が過剰をより効果的に防ぐことができる。条件式(2’)を満足することで、レンズ系での色収差補正が過剰になることをより効果的に防ぐことができる。
より好ましくは、凸レンズ13および凹レンズ12のパワーφp、φn、観察光学系1の全系のパワーΦが以下の条件式(3)、(4)を満足する。
0<(φp/np+φn/nn)/Φ<0.6 ・・・(3)
-0.03<(φp/νp+φn/νn)/Φ<0 ・・・(4)
条件式(3)の下限値を超えると、凹レンズ12と凸レンズ13とを合わせたレンズ系での像面湾曲アンダー化効果が不足するため、好ましくない。一方、条件式(3)の上限値を超えると、凹レンズ12と凸レンズ13とを合わせたレンズ系での像面湾曲アンダー化効果が過剰となるため、好ましくない。
条件式(4)の下限値を超えると、光学素子11により生じる倍率色収差に対して、凹レンズ12と凸レンズ13とを合わせたレンズ系で発生する逆方向の倍率色収差発生が不足するため、好ましくない。一方、条件式(4)の上限値を超えると、光学素子11により生じる倍率色収差に対して、凹レンズ12と凸レンズ13とを合わせたレンズ系での逆方向の倍率色収差発生が過剰となるため、好ましくない。
より好ましくは、条件式(3)、(4)の数値範囲は、以下の条件式(3’)、(4’)のようにそれぞれ設定される。
0.35<(φp/np+φn/nn)/Φ<0.55 ・・・(3’)
-0.025<(φp/νp+φn/νn)/Φ<-0.005 ・・・(4’)
条件式(3’)、(4’)を満足することで、光学素子11により生じる像面湾曲および倍率色収差を凹レンズ12と凸レンズ13とを合わせたレンズ系でより適切に補正することができる。
また好ましくは、本実施形態において、凸レンズ13のパワーの絶対値は、凹レンズ12のパワーの絶対値よりも大きくなるよう設定されている。このため、画像表示素子2からの発散光束が凸レンズ13と凹レンズ12とを通って収束されて光学素子11に導かれることとなり、光学素子11を小型化することができる。
本実施形態の観察光学系1は、画像中心と射出瞳Sの中心とを結ぶ中心画角主光線に対して反射面(偏心反射面)11A、11Bにより折り畳む光路を有する光学素子11を有する偏心光学系である。反射面11A、11Bにより光路を折り畳むことで、図1中のz軸方向において観察光学系1を薄型化することができる。偏心光学系でのパワーは、中心画角主光線が各面のヒットポイントでのローカル曲率半径、および、ヒットポイント間の光路長に基づいて、通常の近軸焦点距離を求める場合と同様に計算することができる。全系のパワーΦは、このようにして求められた数値を用いる。なおローカル曲率半径とは、ヒットポイント近傍での曲率半径のことであり、図1中のyz断面での曲率半径ryと、xz断面に平行な断面での曲率半径rxとがあるが、全系のパワーΦは各面のyz断面での曲率半径ryを用いて求められる。また、凹レンズ12と凸レンズ13とは共軸レンズであるため、凸レンズ13および凹レンズ12のパワーφp、φnはそれぞれ、通常のレンズパワー計算によって求められる。
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態における観察装置(画像表示装置)の構成について説明する。図3は、本実施形態における観察装置100aの要部構成図である。
本実施形態の観察装置100aは、導光板10を備えた観察光学系1aを有する点で、導光板10を有しない観察光学系1を有する第1実施形態の観察装置100と異なる。なお、観察装置100aのその他の構成は、第1実施形態の観察装置100と同様であるため、その説明を省略する。
光学素子11から射出した光は、導光板10に導かれ、導光板10内に配置された反射面10Aによって導光板10内を全反射で伝搬するように反射される。導光板10内を全反射で伝搬した光は、導光板10内に配置された反射面(半透過反射面)10B、10Cによってその一部が導光板10から射出し、観察光学系1の射出瞳Sに導かれる。すなわち観察光学系1aは、画像表示素子2からの光束を、凸レンズ13、凹レンズ13、および、光学素子11を介して導光板10に入射させ、導光板10から出射した光束を観察者の瞳に導く。
このような構成により、射出瞳Sの近傍に瞳孔を置いた観察者に対して、画像表示素子2に表示された画像を射出瞳Sから遠方の拡大虚像として表示することができる。なお本実施形態の観察光学系1aにおいても、第1実施形態と同様に、条件式(1)~(4)を満足することが好ましい。
次に、図4乃至図13を参照して、本発明の実施例1乃至5について説明する。
図4は、実施例1における観察装置100bの断面図である。本実施例の観察装置100bの各部は、光学素子11、凹レンズ12、凸レンズ13、および、画像表示素子2の順に配置されている。凹レンズ12は、凸レンズ13よりも光学素子11側に配置されている(凹レンズ12は、光学素子11と凸レンズ13との間に配置されている)。これにより、凹レンズ12と凸レンズ13のレンズ系の主点位置がレンズ後方に配置されるため、凸レンズ13と画像表示素子2との間の間隔を確保することが容易になる。
図5は、実施例2における観察装置100cの断面図である。本実施例の観察装置100cの各部は、光学素子11、凹レンズ12、凸レンズ13、および、画像表示素子2の順に配置されている。凹レンズ12は、凸レンズ13よりも光学素子11側に配置されている(凹レンズ12は、光学素子11と凸レンズ13との間に配置されている)。これにより、凹レンズ12と凸レンズ13のレンズ系の主点位置がレンズ後方に配置されるため、凸レンズ13と画像表示素子2との間の間隔を確保することが容易になる。また、凸レンズ13および凹レンズ12は、凸レンズ13と凹レンズ12とが接合された接合レンズを構成する。凹レンズ12と凸レンズ13とを接合することで小型化を図り、且つ全反射による光束ケラレや接合面の形状誤差による性能劣化が生じにくい構成となっている。
図6は、実施例3における観察装置100dの断面図である。本実施例の観察装置100dの各部は、光学素子11、凸レンズ13、凹レンズ12、および、画像表示素子2の順に配置されている。凸レンズ13は、凹レンズ12よりも光学素子11側に配置されている(凸レンズ13は、光学素子11と凹レンズ12との間に配置されている)。これにより、凹レンズ12と凸レンズ13のレンズ系の主点位置がレンズ前方に配置されるため、観察光学系の全系のパワーを強めることが容易になる。また、凸レンズ13および凹レンズ12は、凸レンズ13と凹レンズ12とが接合された接合レンズを構成する。凸レンズ13と凹レンズ12とを接合することで小型化を図り、且つ全反射による光束ケラレや接合面の形状誤差による性能劣化が生じにくい構成となっている。
図7は、実施例4における観察装置100eの断面図である。本実施例の観察装置100eでは、射出瞳Sに相当する面S2が偏心しており、その前後に導光板10の射出面、入射面にそれぞれ相当する面S1、面S3が設けられており、屈折率n>1の媒質で満たされている点で、前述の各実施例と異なる。また観察装置100eの各部は、光学素子11、凹レンズ12、凸レンズ13、および、画像表示素子2の順に配置されている。凹レンズ12は、凸レンズ13よりも光学素子11側に配置されている(凹レンズ12は、光学素子11と凸レンズ13との間に配置されている)。これにより、凹レンズ12と凸レンズ13のレンズ系の主点位置がレンズ後方に配置されるため、凸レンズ13と画像表示素子2との間の間隔を確保することが容易になる。また、凸レンズ13および凹レンズ12は、凸レンズ13と凹レンズ12とが接合された接合レンズを構成する。凹レンズ12と凸レンズ13とを接合することで小型化を図り、且つ全反射による光束ケラレや接合面の形状誤差による性能劣化が生じにくい構成となっている。
図8は、実施例5における観察装置100fの断面図である。本実施例の観察装置100fは、1つの凸レンズ13の代わりに2つの凸レンズ131、132を有する点で、実施例4と異なる。本実施例の観察装置100fの各部は、光学素子11、凹レンズ12、凸レンズ131、凸レンズ132、および、画像表示素子2の順に配置されている。凹レンズ12は、凸レンズ131、132よりも光学素子11側に配置されている(凹レンズ12は、光学素子11と凸レンズ131、132との間に配置されている)。これにより、凹レンズ12と凸レンズ131、132とから成るレンズ系の主点位置がレンズ後方に配置されるため、凸レンズ13と画像表示素子2との間の間隔を確保することが容易になる。また、凸レンズ131および凹レンズ12は、凸レンズ131と凹レンズ12とが接合された接合レンズを構成する。凹レンズ12と凸レンズ131とを接合することで小型化を図り、且つ全反射による光束ケラレや接合面の形状誤差による性能劣化が生じにくい構成となっている。
本実施例において、条件式(1)、(2)は、凹レンズ12と凸レンズ131との組、または、凹レンズ12と凸レンズ132との組の少なくとも一方に関して満足されていればよい。なお本実施例に相当する以下の数値実施例6では、条件式(1)、(2)は、凹レンズ12と凸レンズ131との組では前述の条件外であるが、凹レンズ12と凸レンズ132との組が前述の条件式を満足する。
一方、条件式(3)、(4)は、凸レンズ131と凸レンズ132とのそれぞれの和をφp/np、φp/νpとすることにより計算される。すなわち、凸レンズ131の屈折力をφp1、媒質の屈折率をnp1とし、凸レンズ132の屈折力をφp2、媒質の屈折率をnp2とするとき、φp/np=φp1/np1+φp2/np2として計算すればよい。同様に、凸レンズ131の媒質のアッベ数をνp1、凸レンズ132の媒質のアッベ数をνp2とするとき、φp/νp=φp1/νp1+φp2/νp2として計算すればよい。
なお観察光学系が3つ以上の凸レンズを有する場合、条件式(3)、(4)は、同様に、φp/np=φp1/np1+φp2/np2+φp3/np3+・・・、φp/νp=φp1/νp1+φp2/νp2+φp3/νp3+・・・として計算すればよい。また、観察光学系が複数の凹レンズを有する場合、同様に、φn/nn=φn1/nn1+φn2/nn2+・・・、φn/νn=φn1/νn1+φn2/νn2+・・・として計算すればよい。
図9、図10、図11、図12、および図13は、実施例1乃至5のそれぞれに対応する数値実施例1乃至5の観察光学系の横収差図である。図9乃至図13に示されるように、各実施例の観察光学系は、像面の湾曲が少なく、且つ倍率色収差の発生が少ない光学系となっている。
表1乃至表15は、実施例1乃至5のそれぞれに対応する数値実施例1乃至5のデータを示す。各データにおいて、SURは面の番号をSの後に付けて表しており、RDYはその面の曲率半径、THIはその面から次の面までの面間隔を表している。後述のように、GLO項とそれに続くY、Z、Aに面の基準座標値が示されている場合、THIの記載を省略している。Nd、Vdはそれぞれ、面以降の媒質の屈折率、アッベ数を示しており、特に記載のない場合は面以降の媒質が空気である。また、その面が反射面の場合、その面の前後でNdの正負の符号が変化するように記載している。GLOは座標の基準点を表しており、Gで始まる箇所はその後に続く数字の面の座標を基準にしていることを表す。Y、Z、Aは各面を定義する面頂点座標系のy、zの座標値、並びにx軸回りの回転角度(左回りを正方向とする度単位)である回転aを表している。なお、GLO項がGで始まる場合、その数字の面の座標系においてのy、z位置、回転aを表し、記載がない場合には前面に対しての面相対y、z位置、回転aを表している。TYP項がFFSで始まる場合、その後に続く数字の番号の非球面係数をRDYで示された曲率半径のベース形状(RDY項が∞の場合は0)に加えた形状であることを示している。
各実施例でのFFS面は、YZ断面に対して対称形状であるため、z=Y*y+X2*x^2+Y2*y^2+X2Y*x^2*y+・Y3*y^3+X4*x^4+X2Y2*x^2*y^2+Y4*y^4+・・・で表される非回転対称面となっている。また各数値実施例において、条件式(1)~(4)のそれぞれの数値を示している。

(数値実施例1)
(数値実施例2)
(数値実施例3)
(数値実施例4)

(数値実施例5)

各実施形態によれば、不要なパターンが視認されることなく、色収差および像面湾曲を良好に補正することが可能な小型の観察光学系および観察装置を提供することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
1、1a 観察光学系
11 光学素子
12 凹レンズ(負レンズ)
13 凸レンズ(正レンズ)

Claims (9)

  1. 表示素子からの光束を導光する観察光学系であって、
    正レンズと、
    負レンズと、
    つの光学面を有する光学素子と、を有し、
    前記表示素子からの光束は、前記正レンズおよび前記負レンズを含む3枚以下のレンズを介して前記光学素子に入射し、前記光学素子の内部で複数回反射してから射出瞳へ向かい、
    前記正レンズおよび前記負レンズのd線に対する屈折率をそれぞれnp、nn、前記正レンズおよび前記負レンズのd線を基準としたアッベ数をそれぞれνp、νnとするとき、
    0.28<nn-np<0.60
    38<νp-νn<80
    なる条件式を満足することを特徴とする観察光学系。
  2. 前記観察光学系は、中間像を形成することなく前記射出瞳に光束を導くことを特徴とする請求項1に記載の観察光学系。
  3. 前記正レンズおよび前記負レンズのパワーをそれぞれφp、φn、前記観察光学系のパワーをΦとするとき、
    0.0<(φp/np+φn/nn)/Φ<0.6
    -0.03<(φp/νp+φn/νn)/Φ<0.00
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項1または2に記載の観察光学系。
  4. 前記正レンズおよび前記負レンズは、互いに接合されていることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の観察光学系。
  5. 前記負レンズは、前記正レンズと前記光学素子との間に配置されていることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の観察光学系。
  6. 前記正レンズは、前記負レンズと前記光学素子との間に配置されていることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の観察光学系。
  7. 前記光学素子から出射した光束を前記射出瞳に導く導光板を更に有することを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の観察光学系。
  8. 前記観察光学系は、前記光学素子により光路が折り畳まれる偏心光学系であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の観察光学系。
  9. 表示素子と、
    請求項1乃至8のいずれか一項に記載の観察光学系と、を有することを特徴とする観察装置。
JP2019138509A 2019-07-29 2019-07-29 観察光学系および画像観察装置 Active JP7328051B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019138509A JP7328051B2 (ja) 2019-07-29 2019-07-29 観察光学系および画像観察装置
US16/934,411 US11940623B2 (en) 2019-07-29 2020-07-21 Observation optical system and display apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019138509A JP7328051B2 (ja) 2019-07-29 2019-07-29 観察光学系および画像観察装置

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2021021841A JP2021021841A (ja) 2021-02-18
JP2021021841A5 JP2021021841A5 (ja) 2022-08-01
JP7328051B2 true JP7328051B2 (ja) 2023-08-16

Family

ID=74260303

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019138509A Active JP7328051B2 (ja) 2019-07-29 2019-07-29 観察光学系および画像観察装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11940623B2 (ja)
JP (1) JP7328051B2 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107861247B (zh) * 2017-12-22 2020-08-25 联想(北京)有限公司 光学部件及增强现实设备
CN113204119A (zh) * 2021-04-30 2021-08-03 歌尔股份有限公司 胶合镜组和头戴显示设备
JP2023043250A (ja) * 2021-09-16 2023-03-29 株式会社リコー 伝搬光学系、虚像表示装置及びヘッドマウントディスプレイ
JP2024007060A (ja) * 2022-07-05 2024-01-18 マクセル株式会社 投影光学装置およびヘッドアップディスプレイ装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000241705A (ja) 1999-02-23 2000-09-08 Minolta Co Ltd 映像表示光学系
JP2001255489A (ja) 2001-01-29 2001-09-21 Olympus Optical Co Ltd 映像表示装置
JP2015175967A (ja) 2014-03-14 2015-10-05 ソニー株式会社 光学装置及びその組立方法、ホログラム回折格子、表示装置並びにアライメント装置
JP2020510238A (ja) 2017-03-08 2020-04-02 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 光学システム

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3155360B2 (ja) * 1992-07-27 2001-04-09 オリンパス光学工業株式会社 視覚表示装置
JP3486465B2 (ja) 1994-09-05 2004-01-13 オリンパス株式会社 視覚表示装置
JP3486468B2 (ja) 1994-10-21 2004-01-13 オリンパス株式会社 プリズム光学系
JPH08146341A (ja) * 1994-11-25 1996-06-07 Olympus Optical Co Ltd 画像表示装置
JP3599828B2 (ja) * 1995-05-18 2004-12-08 オリンパス株式会社 光学装置
JP3636240B2 (ja) 1996-03-25 2005-04-06 オリンパス株式会社 光学系
JP3683317B2 (ja) 1995-11-28 2005-08-17 オリンパス株式会社 画像表示装置
JP3929153B2 (ja) * 1998-01-07 2007-06-13 オリンパス株式会社 結像光学系
US6147807A (en) * 1999-05-04 2000-11-14 Honeywell, Inc. High brightness see-through head-mounted display
JP2001242412A (ja) 2000-02-28 2001-09-07 Sony Corp 虚像視光学系
US6747611B1 (en) 2000-07-27 2004-06-08 International Business Machines Corporation Compact optical system and packaging for head mounted display
JP4943580B2 (ja) * 2000-12-25 2012-05-30 オリンパス株式会社 結像光学系
JP5031272B2 (ja) * 2006-06-06 2012-09-19 キヤノン株式会社 表示光学系及びそれを有する画像表示装置
US7515345B2 (en) * 2006-10-09 2009-04-07 Drs Sensors & Targeting Systems, Inc. Compact objective lens assembly
US9086569B1 (en) 2014-02-05 2015-07-21 Google Inc. Head mounted display with color correcting doublet eyepiece
US10111585B2 (en) 2014-10-20 2018-10-30 Crewt Medical Systems, Inc. Vision testing device and head mount type display device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000241705A (ja) 1999-02-23 2000-09-08 Minolta Co Ltd 映像表示光学系
JP2001255489A (ja) 2001-01-29 2001-09-21 Olympus Optical Co Ltd 映像表示装置
JP2015175967A (ja) 2014-03-14 2015-10-05 ソニー株式会社 光学装置及びその組立方法、ホログラム回折格子、表示装置並びにアライメント装置
JP2020510238A (ja) 2017-03-08 2020-04-02 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 光学システム

Also Published As

Publication number Publication date
US20210033868A1 (en) 2021-02-04
JP2021021841A (ja) 2021-02-18
US11940623B2 (en) 2024-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7328051B2 (ja) 観察光学系および画像観察装置
WO2016027442A1 (en) Light guide device and virtual image display apparatus
US11275234B2 (en) Projection objective and waveguide display device
JPH09219832A (ja) 画像表示装置
JP2002258208A (ja) 光学素子及びそれを用いた複合表示装置
JPH08313829A (ja) 光学装置
JPH1075407A (ja) 画像表示装置
JP2001147400A (ja) 画像表示装置
JPH09146037A (ja) 画像表示装置
JPH07181391A (ja) 映像表示装置
JP6393906B2 (ja) 投写光学系および画像投写装置
WO2018117025A1 (ja) 観察光学系及びそれを有する観察装置
JP2019529987A (ja) 光学システム及びそれを用いたヘッドマウント表示装置
JP2019012259A (ja) 虚像表示装置
JP6268028B2 (ja) 投射光学系およびプロジェクタ装置および撮像装置
JP6549729B2 (ja) 眼球投影型表示装置
JP2018101131A (ja) 観察光学系及びそれを有する観察装置
JP2004233907A (ja) 光学系
JP2020034690A (ja) 投射光学系および画像投射装置
JP7330796B2 (ja) 光学系およびそれを用いた表示装置
JP2016170203A (ja) 画像表示装置
JP2006091477A (ja) ホログラフィック反射面を有する広角観察光学系
US20180067290A1 (en) Prism optical system, prism optical system-incorporated image display apparatus, and prism optical system-incorporated imaging apparatus
JP3482396B2 (ja) 映像表示装置
JP2023121413A (ja) 虚像表示装置用光学系、虚像表示装置及びヘッドマウントディスプレイ

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220722

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220722

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230501

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230502

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230627

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230704

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230803

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7328051

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151