特許ウォッチ

公開番号2025089794
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-16
出願番号2023204659
出願日2023-12-04
発明の名称光学系および表示装置
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G02B 27/02 20060101AFI20250609BHJP(光学)
要約【課題】表示素子からの出射角度を小さくすることが可能な光学系を提供する。
【解決手段】表示面(1400)からの光束を瞳面(SP)へ導く光学系(1000)であって、瞳面側から表示面側へ順に配置された、第1レンズ群(1100)と、第1透過反射面を有する第1透過反射部材(A)と、第2レンズ群(1200)と、第2透過反射面を有する第2透過反射部材(C)と、第3レンズ群(1300)とを有し、第1レンズ群のうち空気との界面となる少なくとも一つの光学面は、第1非球面であり、第3レンズ群のうち空気との界面となる少なくとも一つの光学面は、第2非球面である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
表示面からの光束を瞳面へ導く光学系であって、
瞳面側から表示面側へ順に配置された、第１レンズ群と、第１透過反射面を有する第１透過反射部材と、第２レンズ群と、第２透過反射面を有する第２透過反射部材と、第３レンズ群とを有し、
前記第１レンズ群のうち空気との界面となる少なくとも一つの光学面は、第１非球面であり、
前記第３レンズ群のうち空気との界面となる少なくとも一つの光学面は、第２非球面であることを特徴とする光学系。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記第１透過反射面は、平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３】
前記第１非球面または前記第２非球面の少なくとも一つの光軸を含む断面は、円錐曲線で表現できない形状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４】
前記第１非球面または前記第２非球面の少なくとも一つの光軸を含む断面は、変曲点を有する形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項５】
前記第１非球面または前記第２非球面の少なくとも一つの光軸を含む断面は、二階微分値が３つ以上極値を有する形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに一項に記載の光学系。
【請求項６】
前記第１非球面または前記第２非球面の少なくとも１つの光軸を含む断面において、最大有効径端における、近軸曲率面のサグ量をＳａｇＲ、非球面のサグ量ＳａｇＡとするとき、
０．３≦｜（ＳａｇＡ－ＳａｇＲ）／ＳａｇＲ｜
なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項７】
前記第１レンズ群および第３レンズ群のそれぞれの光軸近傍の屈折力は、正であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項８】
前記第２レンズ群のうち最も表示面側のレンズと前記第３レンズ群のうち最も瞳面側のレンズとは、前記第２透過反射部材を介して接合されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項９】
前記第１レンズ群のうち最も表示面側のレンズと前記第２レンズ群のうち最も瞳面側のレンズとは、前記第１透過反射部材を介して接合されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項１０】
前記第１レンズ群は、第１レンズを有し、
前記第２レンズ群は、第２レンズを有し、
前記第３レンズ群は、第３レンズを有し、
前記第１レンズと前記第２レンズとは、前記第１透過反射部材を介して接合されており、
前記第２レンズと前記第３レンズとは、前記第２透過反射部材を介して接合されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学系。
（【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、光学系および表示装置に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等の表示素子を用いて表示された原画像を、観察光学系を介して拡大表示し、大画面画像をユーザに与えることで、臨場感のある体験を提供するヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）等の表示装置（観察装置）が知られている。表示装置は頭部に装着して用いられるため、表示装置に用いられる観察光学系は、広視野かつ高い光学性能を有しつつ、小型（薄型）であることが求められている。特許文献１には、接合レンズを用いて色収差を低減する光学系が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第６９８４２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的な表示素子の特性として、表示素子から出射される光線の光量は、垂直方向で一番大きく、出射角度に比例して小さくなる。特許文献１に開示された光学系では、端部画角の光束の表示素子からの出射角度が大きいため、端部画角での光量が低下し、ユーザが視野の端部で暗く感じる。
【０００５】
そこで本発明は、表示素子からの出射角度を小さくすることが可能な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、表示面からの光束を瞳面へ導く光学系であって、瞳面側から表示面側へ順に配置された、第１レンズ群と、第１透過反射面を有する第１透過反射部材と、第２レンズ群と、第２透過反射面を有する第２透過反射部材と、第３レンズ群とを有し、前記第１レンズ群のうち空気との界面となる少なくとも一つの光学面は、第１非球面であり、前記第３レンズ群のうち空気との界面となる少なくとも一つの光学面は、第２非球面である。
【０００７】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、表示素子からの出射角度を小さくすることが可能な光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施例１における光学系の断面図および収差図である。
実施例１における光学系の光路を表す模式図である。
第１透過反射面および第２透過反射面の説明図である。
実施例１における半画角αに対する表示素子の出射角度βを示す図である。
実施例１における第１非球面および第２非球面の断面形状を示す図である。
実施例１における第１非球面および第２非球面の断面形状の局所曲率を示す図である。
実施例２における光学系の断面図および収差図である。
実施例２における光学系の光路を表す模式図である。
実施例２における半画角αに対する表示素子の出射角度βを示す図である。
実施例２における第１非球面および第２非球面の断面形状を示す図である。
実施例２における第１非球面および第２非球面の断面形状の局所曲率を示す図である。
実施例３における光学系の断面図および収差図である。
実施例３における光学系の光路を表す模式図である。
実施例３における半画角αに対する表示素子の出射角度βを示す図である。
実施例３における第１非球面および第２非球面の断面形状を示す図である。
実施例３における第１非球面および第２非球面の断面形状の局所曲率を示す図である。
【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詳細に説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許