JP2013250506A - Eyepiece and display device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、像(例えば画像表示素子に表示された画像)を拡大する接眼レンズ、およびそのような接眼レンズを用いたヘッドマウントディスプレイ等に好適な表示装置に関する。 The present disclosure relates to an eyepiece for enlarging an image (for example, an image displayed on an image display element), a display device suitable for a head mounted display using the eyepiece, and the like.
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やヘッドマウントディスプレイなどがある。 Examples of display devices using image display elements include electronic viewfinders and head mounted displays.
特にヘッドマウントディスプレイにおいては、装置本体を眼前に装着して長時間使用するため、接眼光学系および装置本体が小さく軽量であることが要求されている。しかしながら、画像・映像にひきこまれるような没入感を出すために画角を広くする必要があり、そのために接眼光学系にガラスを用いるケースがあった。そうした場合、高い没入感が演出できるものの、ガラスを使っていることにより眼前に重量のある接眼光学系および装置本体を装着することになり、長時間の使用においては非常に疲れを伴うものとなっている。 In particular, in a head-mounted display, the eyepiece optical system and the apparatus main body are required to be small and lightweight because the apparatus main body is mounted in front of the eye and used for a long time. However, it is necessary to widen the angle of view in order to create an immersive feeling that is attracted to images and videos. For this reason, there are cases in which glass is used for the eyepiece optical system. In such a case, although a high immersive feeling can be produced, it is necessary to wear a heavy eyepiece optical system and device body in front of the eyes due to the use of glass. ing.
特許文献1および特許文献2に記載の接眼光学系は、光学系を折り曲げて光路長をかせぎ、屈折面に自由曲面を使用することで、良好な歪曲収差補正と長いアイレリーフを確保するものである。レンズが1枚であることから軽量であり、長時間の使用においても健康を害するような疲れは出にくいことが特徴である。しかしながらこの接眼光学系は、基本的に単レンズであることから、色収差の改善ができず、画像表示素子の画像を拡大することには向かない。ヘッドマウントディスプレイとして重要な広い画角を維持するためには、画像表示素子そのものを大きくしておかなければならないため、画像表示素子にコストがかかってしまうことが懸念事項である。
The eyepiece optical systems described in
特許文献3に記載の接眼光学系は、共軸光学系を用いており、焦点距離を短くし、画角を拡大することで発生する諸収差を良好に補正することができる。接合レンズを用いることで、製造性、色消しにも優れている。また、画像表示素子からの光線をテレセントリック性を保ったままレンズに入射させることで、画像表示素子の色ずれを防ぐことができ、優れた画質を提供できる。しかしながらこの接眼光学系は、ガラスを使っていることから重くなってしまい、ファインダなどの短時間での使用に関しては、健康上の害はないと考えられるものの、ヘッドマウントディスプレイなど長時間の使用を前提とする用途に対しては、不向きであることが考えられる。
The eyepiece optical system described in
本開示の目的は、広い画角で像を拡大でき、例えばヘッドマウントディスプレイに好適に使用可能な性能を得ることができる接眼レンズおよび表示装置を提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide an eyepiece and a display device capable of enlarging an image with a wide angle of view and obtaining performance that can be suitably used for a head mounted display, for example.
本開示による接眼レンズは、アイポイント側から順に、正の屈折力を有する第1レンズと、アイポイント側に凸面を向けた正の屈折力を有する第2レンズと、アイポイント側に凸面を向けた正の屈折力を有する第3レンズと、像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第4レンズと、アイポイント側に凸面を向けた第5レンズとから構成されているものである。 An eyepiece according to the present disclosure includes, in order from the eye point side, a first lens having a positive refractive power, a second lens having a positive refractive power with a convex surface facing the eye point side, and a convex surface facing the eye point side. A third lens having a positive refractive power, a fourth lens having a negative refractive power with a concave surface facing the image side, and a fifth lens having a convex surface facing the eye point side. .
本開示による表示装置は、画像表示素子と、画像表示素子に表示された像を拡大する接眼レンズとを含み、接眼レンズを、上記本開示による接眼レンズによって構成したものである。 A display device according to the present disclosure includes an image display element and an eyepiece that enlarges an image displayed on the image display element, and the eyepiece is configured by the eyepiece according to the present disclosure.
本開示による接眼レンズまたは表示装置では、アイポイント側から順に、第1ないし第5レンズを配設し、各レンズの構成が最適化されていることで、広い画角で像が拡大可能となり、例えばヘッドマウントディスプレイに好適に使用可能な性能が得られる。 In the eyepiece or display device according to the present disclosure, the first to fifth lenses are arranged in order from the eye point side, and the configuration of each lens is optimized, so that an image can be enlarged with a wide angle of view. For example, performance that can be suitably used for a head mounted display can be obtained.
本開示の接眼レンズまたは表示装置によれば、アイポイント側から順に、第1ないし第5レンズを配設し、各レンズの構成を最適化するようにしたので、広い画角で像を拡大でき、例えばヘッドマウントディスプレイに好適に使用可能な性能を得ることができる。 According to the eyepiece or display device of the present disclosure, the first to fifth lenses are arranged in order from the eyepoint side, and the configuration of each lens is optimized, so that the image can be enlarged with a wide angle of view. For example, it is possible to obtain performance that can be suitably used for a head-mounted display.
以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.レンズの基本構成
2.作用・効果
3.表示装置への適用例
4.レンズの数値実施例
5.その他の実施の形態
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
1. 1. Basic configuration of lens Action and
[1.レンズの基本構成]
図1は、本開示の一実施の形態に係る接眼レンズの第1の構成例を示している。この構成例は、後述の数値実施例1のレンズ構成に対応している。図1を適宜参照して本実施の形態に係る接眼レンズの基本構成を説明する。
[1. Basic lens configuration]
FIG. 1 illustrates a first configuration example of an eyepiece according to an embodiment of the present disclosure. This configuration example corresponds to the lens configuration of Numerical Example 1 described later. The basic configuration of the eyepiece according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1 as appropriate.
本実施の形態に係る接眼レンズは、光軸Z1に沿ってアイポイントE.P.側より順に、第1レンズL1と、第2レンズL2と、第3レンズL3と、第4レンズL4と、第5レンズL5とが配置された、実質的に5つのレンズで構成されている。 The eyepiece according to the present embodiment has an eye point E.D. along the optical axis Z1. P. In order from the side, the first lens L1, the second lens L2, the third lens L3, the fourth lens L4, and the fifth lens L5 are substantially constituted by five lenses.
この接眼レンズは、例えば後述のヘッドマウントディスプレイ200(図25、図26)等の表示装置における接眼光学系に適用可能なものである。ヘッドマウントディスプレイ200等の表示装置に適用する場合、図1に示したように、LCD(Liquid Crystal Display)や有機ELディスプレイ等の画像表示素子100に表示された画像を拡大表示するために用いられる。画像表示素子100の前面には、画像表示素子100を保護するためのシールガラスSGが配置されていても良い。
This eyepiece is applicable to an eyepiece optical system in a display device such as a head mounted display 200 (FIGS. 25 and 26) described later. When applied to a display device such as a head mounted
アイポイントE.P.は、観察者の瞳孔位置に対応し、開口絞りSTOとしても機能する。第1レンズL1は、正の屈折力を有している。第2レンズL2は、正の屈折力を有し、アイポイントE.P.側に凸面を向けている。第3レンズL3は、正の屈折力を有し、アイポイントE.P.側に凸面を向けている。第4レンズL4は、負の屈折力を有し、像側(画像表示素子100側)に凹面を向けている。第5レンズL5は、正の屈折力を有し、アイポイントE.P.側に凸面を向けている。各レンズは非球面であることが好ましい。
Eyepoint E.E. P. Corresponds to the pupil position of the observer and also functions as an aperture stop STO. The first lens L1 has a positive refractive power. The second lens L2 has a positive refractive power, and the eye point E.E. P. The convex surface is directed to the side. The third lens L3 has a positive refractive power, and the eye point E.E. P. The convex surface is directed to the side. The fourth lens L4 has negative refractive power and has a concave surface facing the image side (
その他、本実施の形態に係る接眼レンズは、後述する所定の条件式を満足することが好ましい。 In addition, the eyepiece according to the present embodiment preferably satisfies a predetermined conditional expression described later.
[2.作用・効果]
次に、本実施の形態に係る接眼レンズの作用および効果を説明する。
[2. Action / Effect]
Next, functions and effects of the eyepiece according to the present embodiment will be described.
本実施の形態に係る接眼レンズでは、アイポイントE.P.側より順に、正、正、正、負、正の構成とされ、正の屈折力が先行する。画像表示素子100に近い第5レンズL5から説明すると、第5レンズL5がアイポイントE.P.側に凸面を向けていることにより、画像表示素子100から出射された光線をテレセントリック性を保ったまま接眼光学系に取り込むことができる。これにより、テレセントリック性が維持されない、すなわち斜めからの光線が入射することによる、画像表示素子100のカラーフィルタによる色ずれを防止することができ、色ずれのない良好な画像・映像を拡大することに貢献する。
In the eyepiece according to the present embodiment, the eye point E.E. P. In order from the side, the configuration is positive, positive, positive, negative, and positive, and is preceded by positive refractive power. The fifth lens L5 close to the
第4レンズL4が負の屈折力を持つことで、続く第3レンズL3、第2レンズL2、第1レンズL1が正の屈折力を持つ。このことで良好な色収差補正を行いつつ、画像表示素子100からの画像を拡大することに優れ、ヘッドマウントディスプレイで重要な広い画角を提供し、高い没入感を得ることができる。
Since the fourth lens L4 has negative refractive power, the subsequent third lens L3, second lens L2, and first lens L1 have positive refractive power. Thus, it is excellent in enlarging the image from the
(条件式の説明)
本実施の形態に係る接眼レンズでは、以下の条件式を少なくとも1つ、好ましくは2つ以上の条件式を組み合わせて満足するように各レンズの構成の最適化を図ることで、より良好な性能を得ることができる。
(Explanation of conditional expressions)
In the eyepiece according to the present embodiment, by optimizing the configuration of each lens so as to satisfy at least one of the following conditional expressions, preferably a combination of two or more conditional expressions, better performance Can be obtained.
本実施の形態に係る接眼レンズは、以下の条件式(1)を満足することが望ましい。
h×ω/E>4 ……(1)
ただし、
h:像の水平端の高さ
ω:アイポイントE.P.側の水平方向の半画角
E:アイポイントE.P.から第1レンズL1までの距離(アイレリーフ)(図1参照)
とする。
なお、後述のヘッドマウントディスプレイ200(図25、図26)等の表示装置に適用する場合には、hは画像表示素子100に表示された画像の水平端の高さである。
It is desirable that the eyepiece according to the present embodiment satisfies the following conditional expression (1).
h × ω / E> 4 (1)
However,
h: Height of horizontal edge of image ω: Eye point P. Horizontal half angle of view E: Eye point P. To the first lens L1 (eye relief) (see FIG. 1)
And
When applied to a display device such as a head-mounted display 200 (FIGS. 25 and 26) described later, h is the height of the horizontal edge of the image displayed on the
条件式(1)は、上記した構成のもとで、像の水平端の高さhに対する、水平半画角ωおよびアイレリーフEの関係を表す条件式である。基本的に拡大しようとする像(画像表示素子100)が大きければ大きいほど、広い画角を確保しやすく、またアイポイントE.P.からの第1レンズL1の距離を近づければ、同じく広い画角を確保しやすい。すなわち条件式(1)の範囲を下回れば、良好な画質を保ったまま広い画角を提供できなくなることになり、ヘッドマウントディスプレイの魅力を失うことに繋がる。 Conditional expression (1) is a conditional expression representing the relationship between the horizontal half angle of view ω and the eye relief E with respect to the height h of the horizontal edge of the image under the above-described configuration. Basically, the larger the image (image display element 100) to be enlarged, the easier it is to secure a wider angle of view. P. If the distance of the first lens L1 from the lens is reduced, it is easy to ensure a wide angle of view. That is, if it falls below the range of conditional expression (1), it becomes impossible to provide a wide angle of view while maintaining good image quality, leading to the loss of the attractiveness of the head mounted display.
なお、より良好な画質を保ったまま広い画角を提供するために、上記条件式(1)の数値範囲を以下の条件式(1)’の通り、設定することが好ましい。
h×ω/E>5 ……(1)’
In order to provide a wide angle of view while maintaining better image quality, it is preferable to set the numerical range of the conditional expression (1) as the following conditional expression (1) ′.
h × ω / E> 5 (1) ′
本実施の形態に係る接眼レンズは、以下の条件式(2)を満足することが望ましい。
5<|(f1+f2+f3)/f4|<18 ……(2)
ただし、
f1:第1レンズL1の焦点距離
f2:第2レンズL2の焦点距離
f3:第3レンズL3の焦点距離
f4:第4レンズL4の焦点距離
とする。
It is desirable that the eyepiece according to the present embodiment satisfies the following conditional expression (2).
5 <| (f1 + f2 + f3) / f4 | <18 (2)
However,
f1: focal length of the first lens L1 f2: focal length of the second lens L2 f3: focal length of the third lens L3 f4: focal length of the fourth lens L4.
条件式(2)は、負の屈折力をもつ第4レンズL4と、正の屈折力をもつ第3レンズL3、第2レンズL2および第1レンズL1との関連性を表した条件式である。条件式(2)が上限値を超えると、第3レンズL3から第1レンズL1までの正の屈折力に対する、第4レンズL4の負の屈折力が強くなりすぎ、良好な色収差補正ができるものの、広い画角を確保できなくなる。反対に条件式(2)が下限値を超えると、第4レンズL4の負の屈折力が弱くなりすぎ、広い画角は確保できるものの、色収差補正を行うことが困難となる。また全系の焦点距離が強くなりすぎ、ペッツバール和も大きくなりがちであることから、像面湾曲も多大に発生し、補正が困難となり、良好な画質が提供できなくなる。さらに、全系の焦点距離が短くなるということは充分なアイレリーフを確保することが困難となることも懸念事項である。 Conditional expression (2) is a conditional expression representing the relationship between the fourth lens L4 having negative refractive power and the third lens L3, second lens L2, and first lens L1 having positive refractive power. . If the conditional expression (2) exceeds the upper limit value, the negative refractive power of the fourth lens L4 with respect to the positive refractive power from the third lens L3 to the first lens L1 becomes too strong, and good chromatic aberration correction can be performed. A wide angle of view cannot be secured. On the other hand, if the conditional expression (2) exceeds the lower limit value, the negative refractive power of the fourth lens L4 becomes too weak, and a wide angle of view can be secured, but it becomes difficult to correct chromatic aberration. Further, since the focal length of the entire system becomes too strong and the Petzval sum tends to be large, field curvature also occurs greatly, making correction difficult, and it becomes impossible to provide good image quality. Furthermore, the fact that the focal length of the entire system is shortened makes it difficult to secure sufficient eye relief.
なお、より良好な光学性能を得るために、上記条件式(2)の数値範囲を以下の条件式(2)’の通り、設定することが好ましい。
7<|(f1+f2+f3)/f4|<16 ……(2)’
In order to obtain better optical performance, it is preferable to set the numerical range of the conditional expression (2) as the following conditional expression (2) ′.
7 <| (f1 + f2 + f3) / f4 | <16 (2) ′
本実施の形態に係る接眼レンズは、以下の条件式(3)を満足することが望ましい。
(νd1+νd2+νd3)/3−νd4>22 ……(3)
ただし、
νd1:第1レンズL1のアッベ数
νd2:第2レンズL2のアッベ数
νd3:第3レンズL3のアッベ数
νd4:第4レンズL4のアッベ数
とする。
It is desirable that the eyepiece according to the present embodiment satisfies the following conditional expression (3).
(Νd1 + νd2 + νd3) / 3−νd4> 22 (3)
However,
νd1: Abbe number of the first lens L1 νd2: Abbe number of the second lens L2 νd3: Abbe number of the third lens L3 νd4: Abbe number of the fourth lens L4.
条件式(3)は、第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3および第4レンズL4のd線におけるアッベ数を規定する条件式である。アッベ数が条件式(3)の範囲の硝材を第1レンズL1から第4レンズL4に使用することで、レンズのパワーをそれほど強くすることなく良好な色収差補正を行うことができる。レンズのパワーが強くないことで周辺部で発生するコマ収差、および像面湾曲の発生を抑えることもできる。さらに、レンズのパワーが強くないことで製造敏感度、すなわち設計値からのシフトずれなどが起こった場合の収差発生量を抑制することができ、優れた製造性をもたせることができる。 Conditional expression (3) is a conditional expression that defines the Abbe number of the first lens L1, the second lens L2, the third lens L3, and the fourth lens L4 on the d-line. By using a glass material whose Abbe number is in the range of the conditional expression (3) for the first lens L1 to the fourth lens L4, it is possible to perform good chromatic aberration correction without increasing the power of the lens so much. Since the lens power is not strong, the occurrence of coma aberration and field curvature in the peripheral portion can be suppressed. Further, since the lens power is not strong, the production sensitivity, that is, the amount of aberration generated when a shift from the design value occurs can be suppressed, and excellent manufacturability can be provided.
なお、より良好な光学性能を得るために、上記条件式(3)の数値範囲を以下の条件式(3)’の通り、設定することが好ましい。
(νd1+νd2+νd3)/3−νd4>25 ……(3)’
In order to obtain better optical performance, it is preferable to set the numerical range of the conditional expression (3) as the following conditional expression (3) ′.
(Νd1 + νd2 + νd3) / 3−νd4> 25 (3) ′
本実施の形態に係る接眼レンズは、以下の条件式(4)を満足することが望ましい。
0.8<|f5/f4|<2.0 ……(4)
ただし、
f5:第5レンズL5の焦点距離
とする。
It is desirable that the eyepiece according to the present embodiment satisfies the following conditional expression (4).
0.8 <| f5 / f4 | <2.0 (4)
However,
f5: The focal length of the fifth lens L5.
条件式(4)は、第5レンズL5に対する、第4レンズL4の関係を表した条件式である。この条件式の上限を超えると、負の屈折力をもつ第4レンズL4の屈折力が強くなりすぎ、第5レンズL5の屈折力が弱くなることで、画像表示素子100から第5レンズL5へ入射する光線に対してテレセントリック性を保つことが困難となる。また、第5レンズL5は歪曲収差の補正についても大きな役割を担っていることから、第5レンズL5の屈折力が弱くなることは歪曲収差の補正にも支障をきたし、良好な画質を提供することが困難となる。反対に条件式(4)が下限値を超えると、第4レンズL4の屈折力が弱くなりすぎることから、色収差補正を行うことが困難となり、良好な画質を提供することが困難となる。
Conditional expression (4) is a conditional expression representing the relationship of the fourth lens L4 with respect to the fifth lens L5. When the upper limit of this conditional expression is exceeded, the refractive power of the fourth lens L4 having negative refractive power becomes too strong and the refractive power of the fifth lens L5 becomes weak, so that the
なお、より良好な光学性能を得るために、上記条件式(4)の数値範囲を以下の条件式(4)’の通り、設定することが好ましい。
0.9<|f5/f4|<1.7 ……(4)’
In order to obtain better optical performance, it is preferable to set the numerical range of the conditional expression (4) as the following conditional expression (4) ′.
0.9 <| f5 / f4 | <1.7 (4) ′
本実施の形態に係る接眼レンズは、以下の条件式(5)を満足することが望ましい。
−50<(R8/R9)/f4<50 ……(5)
ただし、
R8:第4レンズL4のアイポイントE.P.側の面の近軸曲率半径
R9:第4レンズL4の像側の面の近軸曲率半径
とする。
It is desirable that the eyepiece according to the present embodiment satisfies the following conditional expression (5).
−50 <(R8 / R9) / f4 <50 (5)
However,
R8: Eye point E of the fourth lens L4 P. Side paraxial radius of curvature R9: The paraxial radius of curvature of the image side surface of the fourth lens L4.
条件式(5)は、第4レンズL4のそれぞれのレンズ面の曲率半径に対する、第4レンズL4の屈折力の関係を規定する条件式である。条件式(5)がこの範囲のなかに入っていないと、球面収差の補正が困難となる。 Conditional expression (5) is a conditional expression that defines the relationship of the refractive power of the fourth lens L4 with respect to the radius of curvature of each lens surface of the fourth lens L4. If conditional expression (5) does not fall within this range, it will be difficult to correct spherical aberration.
なお、より良好な光学性能を得るために、上記条件式(5)の数値範囲を以下の条件式(5)’の通り、設定することが好ましい。
−40<(R8/R9)/f4<40 ……(5)’
In order to obtain better optical performance, it is preferable to set the numerical range of the conditional expression (5) as the following conditional expression (5) ′.
−40 <(R8 / R9) / f4 <40 (5) ′
また、第1レンズL1ないし第5レンズL5がすべて、線膨張係数50×10-6/℃以上の材料で構成されていることが望ましい。これにより、レンズ材料として軽量な樹脂レンズを使うことができ、画像表示素子100からの像を大きく拡大し、広い画角を確保しつつ、非常に軽量で長時間眼前に装着して使用しても疲れにくい接眼光学系となる。
Further, it is desirable that all of the first lens L1 to the fifth lens L5 are made of a material having a linear expansion coefficient of 50 × 10 −6 / ° C. or more. As a result, a lightweight resin lens can be used as a lens material, the image from the
以上のように本実施の形態によれば、アイポイントE.P.側から順に、第1レンズL1ないし第5レンズL5を配設し、各レンズの構成を最適化するようにしたので、広い画角で像を拡大でき、例えばヘッドマウントディスプレイに好適に使用可能な性能を得ることができる。 As described above, according to the present embodiment, the eye point E.E. P. Since the first lens L1 to the fifth lens L5 are arranged in order from the side and the configuration of each lens is optimized, the image can be enlarged with a wide angle of view, and can be suitably used for a head mounted display, for example. Performance can be obtained.
[3.表示装置への適用例]
図25および図26は、本実施の形態に係る接眼レンズを適用した表示装置の一例としてのヘッドマウントディスプレイ200の一構成例を示している。ヘッドマウントディスプレイ200は、本体部201と、額当て部202と、鼻当て部203と、ヘッドバンド204と、ヘッドフォン205とを備えている。額当て部202は、本体部201の中央上部に設けられている。鼻当て部203は、本体部201の中央下部に設けられている。
[3. Example of application to display device]
25 and 26 show a configuration example of a head mounted
ユーザがヘッドマウントディスプレイ200を頭部に装着したとき、額当て部202がユーザの額に当接するとともに、鼻当て部203が鼻に当接する。さらに、ヘッドバンド204が頭部の後方に当接する。これにより、このヘッドマウントディスプレイ200では、装置の荷重を頭部全体に分散させて、ユーザの負担を軽減して装着することができる。
When the user wears the head mounted
ヘッドフォン205は、左耳用のものと右耳用のものとが設けられ、左耳と右耳とに独立して音声を提供可能となっている。
The
本体部201には、映像を表示するための回路基板や光学系等が内蔵されている。本体部201には、左眼表示部210Lおよび右眼表示部210Rが設けられ、左眼と右眼とに独立して映像を提供可能となっている。左眼表示部210Lには、左眼用の画像表示素子100と、左眼用の画像表示素子100に表示された画像を拡大する左眼用の接眼レンズとが設けられている。右眼表示部210Rには、右眼用の画像表示素子100と、右眼用の画像表示素子100に表示された画像を拡大する右眼用の接眼レンズとが設けられている。これら左眼用の接眼レンズおよび右眼用の接眼レンズとして、本実施の形態に係る接眼レンズを適用可能である。
The
なお、画像表示素子100には、図示しない画像再生装置から画像データが供給される。画像再生装置から3次元画像データを供給し、左眼表示部210Lと右眼表示部210Rとで互いに視差のある画像を表示することで、3次元表示を行うことも可能である。
Note that image data is supplied to the
なお、ここでは表示装置をヘッドマウントディスプレイ200に適用した例を示したが、表示装置の適用範囲はヘッドマウントディスプレイ200に限られることはなく、例えば、カメラの電子ビューファインダ等に適用しても良い。
Although an example in which the display device is applied to the head mounted
また、本実施の形態に係る接眼レンズは、画像表示素子100に表示された画像を拡大する用途だけでなく、対物レンズによって形成された光学像を拡大するような観察装置にも適用可能である。
Further, the eyepiece according to the present embodiment can be applied not only to an application for enlarging an image displayed on the
<4.レンズの数値実施例>
次に、本実施の形態に係る接眼レンズの具体的な数値実施例について説明する。
なお、以下の各表や説明において示した記号の意味等については、下記に示す通りである。「Si」は、アイポイントE.P.を1番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したi番目の面の番号を示している。「Ri」は、i番目の面の曲率半径(mm)を示す。「Di」はi番目の面とi+1番目の面との間の光軸上の間隔(mm)を示す。「Ndi」はi番目の面を有する光学要素の材質(媒質)のd線(波長587.6nm)における屈折率の値を示す。「νdi」はi番目の面を有する光学要素の材質のd線におけるアッベ数の値を示す。また、h’は像(画像表示素子100に表示された画像)の対角端の高さ、Eはアイレリーフ、ωはアイポイントE.P.側の水平方向の半画角を示す。曲率半径が「∞」である面は平面または絞り面であることを示す。
<4. Numerical Examples of Lens>
Next, specific numerical examples of the eyepiece according to the present embodiment will be described.
In addition, the meanings of symbols shown in the following tables and descriptions are as shown below. “Si” is an eye point E.I. P. Is the number of the i-th surface that is numbered sequentially so as to increase toward the image side. “Ri” indicates the radius of curvature (mm) of the i-th surface. “Di” indicates a distance (mm) on the optical axis between the i-th surface and the (i + 1) -th surface. “Ndi” indicates the value of the refractive index at the d-line (wavelength: 587.6 nm) of the material (medium) of the optical element having the i-th surface. “Νdi” indicates the value of the Abbe number in the d-line of the material of the optical element having the i-th surface. H ′ is the height of the diagonal end of the image (the image displayed on the image display element 100), E is the eye relief, and ω is the eye point E.E. P. The horizontal half angle of view is shown. A surface having a radius of curvature of “∞” indicates that it is a flat surface or a diaphragm surface.
以下の各数値実施例に係る接眼レンズはいずれも、上記したレンズの基本構成および、望ましい条件を満足した構成となっている。また、第1レンズL1ないし第5レンズL5の各レンズ面が非球面となっている。 All of the eyepiece lenses according to the following numerical examples have the basic configuration of the lens described above and a configuration that satisfies desirable conditions. In addition, each lens surface of the first lens L1 to the fifth lens L5 is aspheric.
非球面の形状は次式で表される。非球面係数のデータにおいて、記号“E”は、その次に続く数値が10を底とした“べき指数”であることを示し、その10を底とした指数関数で表される数値が“E”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「1.0E−05」であれば、「1.0×10-5」であることを示す。
The aspherical shape is expressed by the following equation. In the aspheric coefficient data, the symbol “E” indicates that the next numerical value is a “power exponent” with a base of 10, and the numerical value represented by an exponential function with the
(非球面の式)
Z=(Y2/R)/[1+{1−(1+K)(Y2/R2)}1/2]+ΣAi・Yi
ただし、
Z:非球面の深さ
Y:光軸からの高さ
R:近軸曲率半径
K:円錐定数
Ai:第i次(iは3以上の整数)の非球面係数
とする。
(Aspherical formula)
Z = (Y 2 / R) / [1+ {1− (1 + K) (Y 2 / R 2 )} 1/2 ] + ΣAi · Y i
However,
Z: Depth of aspheric surface Y: Height from optical axis R: Paraxial radius of curvature K: Conic constant Ai: An aspherical coefficient of i-th order (i is an integer of 3 or more).
[数値実施例1]
[表1]、[表2]は、図1に示した第1の構成例に係る接眼レンズ1に対応する具体的なレンズデータを示している。特に[表1]にはその基本的なレンズデータを示し、[表2]には非球面に関するデータを示す。
[Numerical Example 1]
[Table 1] and [Table 2] show specific lens data corresponding to the
[数値実施例2]
[表3]、[表4]は、図3に示した第2の構成例に係る接眼レンズ2に対応する具体的なレンズデータを示している。特に[表3]にはその基本的なレンズデータを示し、[表4]には非球面に関するデータを示す。
[Numerical Example 2]
[Table 3] and [Table 4] show specific lens data corresponding to the
[数値実施例3]
[表5]、[表6]は、図5に示した第3の構成例に係る接眼レンズ3に対応する具体的なレンズデータを示している。特に[表5]にはその基本的なレンズデータを示し、[表6]には非球面に関するデータを示す。
[Numerical Example 3]
[Table 5] and [Table 6] show specific lens data corresponding to the
[数値実施例4]
[表7]、[表8]は、図7に示した第4の構成例に係る接眼レンズ4に対応する具体的なレンズデータを示している。特に[表7]にはその基本的なレンズデータを示し、[表8]には非球面に関するデータを示す。
[Numerical Example 4]
[Table 7] and [Table 8] show specific lens data corresponding to the
[数値実施例5]
[表9]、[表10]は、図9に示した第5の構成例に係る接眼レンズ5に対応する具体的なレンズデータを示している。特に[表9]にはその基本的なレンズデータを示し、[表10]には非球面に関するデータを示す。
[Numerical Example 5]
[Table 9] and [Table 10] show specific lens data corresponding to the
[数値実施例6]
[表11]、[表12]は、図11に示した第6の構成例に係る接眼レンズ6に対応する具体的なレンズデータを示している。特に[表11]にはその基本的なレンズデータを示し、[表12]には非球面に関するデータを示す。
[Numerical Example 6]
[Table 11] and [Table 12] show specific lens data corresponding to the eyepiece 6 according to the sixth configuration example shown in FIG. In particular, [Table 11] shows the basic lens data, and [Table 12] shows data related to the aspherical surface.
[数値実施例7]
[表13]、[表14]は、図13に示した第7の構成例に係る接眼レンズ7に対応する具体的なレンズデータを示している。特に[表13]にはその基本的なレンズデータを示し、[表14]には非球面に関するデータを示す。
[Numerical Example 7]
[Table 13] and [Table 14] show specific lens data corresponding to the
[数値実施例8]
[表15]、[表16]は、図15に示した第8の構成例に係る接眼レンズ8に対応する具体的なレンズデータを示している。特に[表15]にはその基本的なレンズデータを示し、[表16]には非球面に関するデータを示す。
[Numerical Example 8]
[Table 15] and [Table 16] show specific lens data corresponding to the
[数値実施例9]
[表17]、[表18]は、図17に示した第9の構成例に係る接眼レンズ9に対応する具体的なレンズデータを示している。特に[表17]にはその基本的なレンズデータを示し、[表18]には非球面に関するデータを示す。
[Numerical Example 9]
[Table 17] and [Table 18] show specific lens data corresponding to the eyepiece 9 according to the ninth configuration example shown in FIG. In particular, [Table 17] shows the basic lens data, and [Table 18] shows data related to the aspherical surface.
[数値実施例10]
[表19]、[表20]は、図19に示した第10の構成例に係る接眼レンズ10に対応する具体的なレンズデータを示している。特に[表19]にはその基本的なレンズデータを示し、[表20]には非球面に関するデータを示す。
[Numerical Example 10]
[Table 19] and [Table 20] show specific lens data corresponding to the
[数値実施例11]
[表21]、[表22]は、図21に示した第11の構成例に係る接眼レンズ11に対応する具体的なレンズデータを示している。特に[表21]にはその基本的なレンズデータを示し、[表22]には非球面に関するデータを示す。
[Numerical Example 11]
[Table 21] and [Table 22] show specific lens data corresponding to the
[数値実施例12]
[表23]、[表24]は、図23に示した第12の構成例に係る接眼レンズ12に対応する具体的なレンズデータを示している。特に[表23]にはその基本的なレンズデータを示し、[表24]には非球面に関するデータを示す。
[Numerical Example 12]
[Table 23] and [Table 24] show specific lens data corresponding to the
[各実施例のその他の数値データ]
[表25]、[表26]には、上述の各条件式に関する値を、各数値実施例についてまとめたものを示す。[表25]から分かるように、各条件式について、各数値実施例の値がその数値範囲内となっている。
[Other numerical data of each example]
[Table 25] and [Table 26] show values relating to the above-described conditional expressions for the numerical examples. As can be seen from [Table 25], for each conditional expression, the value of each numerical example falls within the numerical range.
[収差性能]
図2、図4、図6、図8、図10、図12、図14、図16、図18、図20、図22、および図24に、各数値実施例の収差性能を示す。各収差は、アイポイントE.P.側から光線追跡したものである。
[Aberration performance]
The aberration performance of each numerical example is shown in FIGS. 2, 4, 6, 8, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, and 24. FIG. Each aberration is represented by eye point E.E. P. The ray traced from the side.
これらの各図には収差図として、球面収差、非点収差、およびディストーション(歪曲収差)を示す。各収差図は、538nmにおける収差を実線で、458nmにおける収差を一点鎖線で、629nmにおける収差を破線で示す。非点収差図において、X1,X2,X3はサジタル方向、Y1,Y2,Y3はメリディオナル方向の収差を示す。 In these drawings, spherical aberration, astigmatism, and distortion (distortion aberration) are shown as aberration diagrams. In each aberration diagram, the aberration at 538 nm is indicated by a solid line, the aberration at 458 nm is indicated by a one-dot chain line, and the aberration at 629 nm is indicated by a broken line. In the graph showing astigmatism, X1, X2, and X3 indicate aberrations in the sagittal direction, and Y1, Y2, and Y3 indicate aberrations in the meridional direction.
以上の各収差図から分かるように、各実施例について、良好に収差補正された接眼レンズを実現できている。 As can be seen from each of the above aberration diagrams, an eyepiece lens in which aberrations are satisfactorily corrected can be realized for each example.
<5.その他の実施の形態>
本開示による技術は、上記実施の形態および実施例の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。
例えば、上記各数値実施例において示した各部の形状および数値は、いずれも本技術を実施するための具体化のほんの一例に過ぎず、これらによって本技術の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
<5. Other Embodiments>
The technology according to the present disclosure is not limited to the description of the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made.
For example, the shapes and numerical values of the respective parts shown in the numerical examples are merely examples of embodiments for carrying out the present technology, and the technical scope of the present technology is interpreted in a limited manner by these. There should be no such thing.
また、上記実施の形態および実施例では、5つのレンズからなる構成について説明したが、実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備えた構成であっても良い。 In the above-described embodiments and examples, the configuration including five lenses has been described. However, a configuration further including a lens having substantially no refractive power may be used.
また例えば、本技術は以下のような構成を取ることができる。
[1]
アイポイント側から順に、
正の屈折力を有する第1レンズと、
アイポイント側に凸面を向けた正の屈折力を有する第2レンズと、
アイポイント側に凸面を向けた正の屈折力を有する第3レンズと、
像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第4レンズと、
アイポイント側に凸面を向けた第5レンズと
から構成されている接眼レンズ。
[2]
以下の条件式を満足する上記[1]に記載の接眼レンズ。
h×ω/E>4 ……(1)
ただし、
h:像の水平端の高さ
ω:アイポイント側の水平方向の半画角
E:アイポイントから前記第1レンズまでの距離(アイレリーフ)
とする。
[3]
以下の条件式を満足する、上記[1]または[2]に記載の接眼レンズ。
5<|(f1+f2+f3)/f4|<18 ……(2)
ただし、
f1:前記第1レンズの焦点距離
f2:前記第2レンズの焦点距離
f3:前記第3レンズの焦点距離
f4:前記第4レンズの焦点距離
とする。
[4]
以下の条件式を満足する、上記[1]ないし[3]のいずれか1つに記載の接眼レンズ。
(νd1+νd2+νd3)/3−νd4>22 ……(3)
ただし、
νd1:前記第1レンズのアッベ数
νd2:前記第2レンズのアッベ数
νd3:前記第3レンズのアッベ数
νd4:前記第4レンズのアッベ数
とする。
[5]
以下の条件式を満足する、上記[1]ないし[4]のいずれか1つに記載の接眼レンズ。
0.8<|f5/f4|<2.0 ……(4)
ただし、
f5:前記第5レンズの焦点距離
とする。
[6]
以下の条件式を満足する、上記[1]ないし[5]のいずれか1つに記載の接眼レンズ。
−50<(R8/R9)/f4<50 ……(5)
ただし、
R8:前記第4レンズのアイポイント側の面の近軸曲率半径
R9:前記第4レンズの像側の面の近軸曲率半径
とする。
[7]
前記第1ないし第5レンズがすべて、線膨張係数50×10-6/℃以上の材料で構成されている
上記[1]ないし[6]のいずれか1つに記載の接眼レンズ。
[8]
実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備えた
上記[1]ないし[7]のいずれか1つに記載の接眼レンズ。
[9]
画像表示素子と、前記画像表示素子に表示された像を拡大する接眼レンズとを含み、
前記接眼レンズは、
アイポイント側から順に、
正の屈折力をもつ第1レンズと、
アイポイント側に凸面を向けた正の屈折力をもつ第2レンズと、
アイポイント側に凸面を向けた正の屈折力をもつ第3レンズと、
像側に凹面を向けた負の屈折力をもつ第4レンズと、
アイポイント側に凸面を向けた第5レンズと
から構成されている表示装置。
[10]
前記接眼レンズは、実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備える
上記[9]に記載の表示装置。
For example, this technique can take the following composition.
[1]
From the eyepoint side,
A first lens having a positive refractive power;
A second lens having positive refractive power with a convex surface facing the eye point side;
A third lens having a positive refractive power with a convex surface facing the eye point,
A fourth lens having negative refractive power with the concave surface facing the image side;
An eyepiece comprising a fifth lens having a convex surface facing the eye point.
[2]
The eyepiece according to [1], which satisfies the following conditional expression.
h × ω / E> 4 (1)
However,
h: Height of the horizontal edge of the image ω: Horizontal half angle of view on the eye point side E: Distance from the eye point to the first lens (eye relief)
And
[3]
The eyepiece according to [1] or [2], which satisfies the following conditional expression.
5 <| (f1 + f2 + f3) / f4 | <18 (2)
However,
f1: focal length of the first lens f2: focal length of the second lens f3: focal length of the third lens f4: focal length of the fourth lens
[4]
The eyepiece lens according to any one of [1] to [3], wherein the following conditional expression is satisfied.
(Νd1 + νd2 + νd3) / 3−νd4> 22 (3)
However,
νd1: Abbe number of the first lens νd2: Abbe number of the second lens νd3: Abbe number of the third lens νd4: Abbe number of the fourth lens
[5]
The eyepiece lens according to any one of [1] to [4], wherein the following conditional expression is satisfied.
0.8 <| f5 / f4 | <2.0 (4)
However,
f5: The focal length of the fifth lens.
[6]
The eyepiece lens according to any one of [1] to [5], wherein the following conditional expression is satisfied.
−50 <(R8 / R9) / f4 <50 (5)
However,
R8: Paraxial radius of curvature of eye point side surface of the fourth lens R9: Paraxial radius of curvature of the image side surface of the fourth lens.
[7]
The eyepiece lens according to any one of [1] to [6], wherein all of the first to fifth lenses are made of a material having a linear expansion coefficient of 50 × 10 −6 / ° C. or more.
[8]
The eyepiece lens according to any one of [1] to [7], further including a lens having substantially no refractive power.
[9]
An image display element, and an eyepiece for enlarging an image displayed on the image display element,
The eyepiece is
From the eyepoint side,
A first lens having a positive refractive power;
A second lens having a positive refractive power with the convex surface facing the eye point side;
A third lens having a positive refractive power with a convex surface facing the eye point side;
A fourth lens having negative refractive power with the concave surface facing the image side;
And a fifth lens having a convex surface facing the eye point side.
[10]
The display device according to [9], wherein the eyepiece further includes a lens having substantially no refractive power.
L1…第1レンズ、L2…第2レンズ、L3…第3レンズ、L4…第4レンズ、SG…シールガラス、E…アイレリーフ、E.P.…アイポイント、h…像の水平端の高さ、h’…像の対角端の高さ、Z1…光軸、1〜12…接眼レンズ、100…画像表示素子、200…ヘッドマウントディスプレイ、201…本体部、202…額当て部、203…鼻当て部、204…ヘッドバンド、205…ヘッドフォン、210L…左眼表示部、210R…右眼表示部。
L1 ... 1st lens, L2 ... 2nd lens, L3 ... 3rd lens, L4 ... 4th lens, SG ... Seal glass, E ... Eye relief, E. P. ... eye point, h ... height at the horizontal end of the image, h '... height at the diagonal end of the image, Z1 ... optical axis, 1-12 ... eyepiece, 100 ... image display element, 200 ... head mounted display, DESCRIPTION OF
Claims (8)
正の屈折力を有する第1レンズと、
アイポイント側に凸面を向けた正の屈折力を有する第2レンズと、
アイポイント側に凸面を向けた正の屈折力を有する第3レンズと、
像側に凹面を向けた負の屈折力を有する第4レンズと、
アイポイント側に凸面を向けた第5レンズと
から構成されている接眼レンズ。 From the eyepoint side,
A first lens having a positive refractive power;
A second lens having positive refractive power with a convex surface facing the eye point side;
A third lens having a positive refractive power with a convex surface facing the eye point,
A fourth lens having negative refractive power with the concave surface facing the image side;
An eyepiece comprising a fifth lens having a convex surface facing the eye point.
請求項1に記載の接眼レンズ。
h×ω/E>4 ……(1)
ただし、
h:像の水平端の高さ
ω:アイポイント側の水平方向の半画角
E:アイポイントから前記第1レンズまでの距離(アイレリーフ)
とする。 The eyepiece according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
h × ω / E> 4 (1)
However,
h: Height of the horizontal edge of the image ω: Horizontal half angle of view on the eye point side E: Distance from the eye point to the first lens (eye relief)
And
請求項1に記載の接眼レンズ。
5<|(f1+f2+f3)/f4|<18 ……(2)
ただし、
f1:前記第1レンズの焦点距離
f2:前記第2レンズの焦点距離
f3:前記第3レンズの焦点距離
f4:前記第4レンズの焦点距離
とする。 The eyepiece according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
5 <| (f1 + f2 + f3) / f4 | <18 (2)
However,
f1: focal length of the first lens f2: focal length of the second lens f3: focal length of the third lens f4: focal length of the fourth lens
請求項1に記載の接眼レンズ。
(νd1+νd2+νd3)/3−νd4>22 ……(3)
ただし、
νd1:前記第1レンズのアッベ数
νd2:前記第2レンズのアッベ数
νd3:前記第3レンズのアッベ数
νd4:前記第4レンズのアッベ数
とする。 The eyepiece according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
(Νd1 + νd2 + νd3) / 3−νd4> 22 (3)
However,
νd1: Abbe number of the first lens νd2: Abbe number of the second lens νd3: Abbe number of the third lens νd4: Abbe number of the fourth lens
請求項1に記載の接眼レンズ。
0.8<|f5/f4|<2.0 ……(4)
ただし、
f5:前記第5レンズの焦点距離
とする。 The eyepiece according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
0.8 <| f5 / f4 | <2.0 (4)
However,
f5: The focal length of the fifth lens.
請求項1に記載の接眼レンズ。
−50<(R8/R9)/f4<50 ……(5)
ただし、
R8:前記第4レンズのアイポイント側の面の近軸曲率半径
R9:前記第4レンズの像側の面の近軸曲率半径
とする。 The eyepiece according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
−50 <(R8 / R9) / f4 <50 (5)
However,
R8: Paraxial radius of curvature of eye point side surface of the fourth lens R9: Paraxial radius of curvature of the image side surface of the fourth lens.
請求項1に記載の接眼レンズ。 The eyepiece according to claim 1, wherein all of the first to fifth lenses are made of a material having a linear expansion coefficient of 50 × 10 −6 / ° C. or more.
前記接眼レンズは、
アイポイント側から順に、
正の屈折力をもつ第1レンズと、
アイポイント側に凸面を向けた正の屈折力をもつ第2レンズと、
アイポイント側に凸面を向けた正の屈折力をもつ第3レンズと、
像側に凹面を向けた負の屈折力をもつ第4レンズと、
アイポイント側に凸面を向けた第5レンズと
から構成されている表示装置。 An image display element, and an eyepiece for enlarging an image displayed on the image display element,
The eyepiece is
From the eyepoint side,
A first lens having a positive refractive power;
A second lens having a positive refractive power with the convex surface facing the eye point side;
A third lens having a positive refractive power with a convex surface facing the eye point side;
A fourth lens having negative refractive power with the concave surface facing the image side;
And a fifth lens having a convex surface facing the eye point side.
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