JP2020020935A - 表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】軽量化と広画角化とを図りつつ、高精細な映像美を提供可能にする。【解決手段】本開示の表示装置は、画像表示素子と画像表示素子に表示された表示画像をアイポイントに導く接眼光学系とを含む接眼表示ユニットを備え、接眼光学系による像倍率が2倍以上であり、接眼光学系は、複数の単レンズからなる共軸系であり、複数の単レンズのうち少なくとも1枚の単レンズが、樹脂材料からなる非球面レンズであり、画像表示素子は、表示画像として、接眼光学系において発生する歪曲収差と倍率色収差とを補正する画像を表示する。【選択図】図4
Description
本開示は、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。
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(HMD)などが知られている。特にヘッドマウントディスプレイにおいては、表示装置本体を眼前に装着して長時間使用するため、接眼光学系および表示装置本体が小さく軽量であることが要求されている。また、広い視野画角、かつ高い倍率で像を観察可能であることが要求されている。特許文献1に記載の接眼光学系では、高屈折率かつ高アッベ数の硝材からなるレンズを複数枚用いることで、高い解像度と高い倍率を両立した光学系を実現している。
高屈折率かつ高アッベ数の硝材を用いることは、密度の高いガラスレンズを用いることになり、光学系が重たくなる。
軽量化と広画角化とを図りつつ、高精細な映像美を提供可能な表示装置を提供することが望ましい。
本開示の一実施の形態に係る表示装置は、画像表示素子と画像表示素子に表示された表示画像をアイポイントに導く接眼光学系とを含む接眼表示ユニットを備え、接眼光学系による像倍率が2倍以上であり、接眼光学系は、複数の単レンズからなる共軸系であり、複数の単レンズのうち少なくとも1枚の単レンズが、樹脂材料からなる非球面レンズであり、画像表示素子は、表示画像として、接眼光学系において発生する歪曲収差と倍率色収差とを補正する画像を表示する。
本開示の一実施の形態に係る表示装置では、複数の単レンズからなる共軸系の接眼光学系を備え、各単レンズの構成の最適化が図られる。画像表示素子は、接眼光学系において発生する歪曲収差と倍率色収差とを補正する表示画像を表示する。
本開示の一実施の形態に係る表示装置によれば、樹脂材料からなる非球面レンズを含むようにして接眼光学系を構成する複数の単レンズの構成の最適化を図り、また、接眼光学系において発生する歪曲収差と倍率色収差とを補正する表示画像を表示するようにしたので、軽量化と広画角化とを図りつつ、高精細な映像美を提供可能となる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
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。
0.比較例
1.一実施の形態に係る表示装置の説明
1.1.一実施の形態に係る表示装置の概要
1.2.歪曲収差と倍率色収差の補正の説明
2.接眼光学系(接眼レンズ)の構成例および作用・効果
3.ヘッドマウントディスプレイへの適用例
4.接眼光学系(接眼レンズ)の数値実施例
5.その他の実施の形態
0.比較例
1.一実施の形態に係る表示装置の説明
1.1.一実施の形態に係る表示装置の概要
1.2.歪曲収差と倍率色収差の補正の説明
2.接眼光学系(接眼レンズ)の構成例および作用・効果
3.ヘッドマウントディスプレイへの適用例
4.接眼光学系(接眼レンズ)の数値実施例
5.その他の実施の形態
<0.比較例>
図1は、例えばヘッドマウントディスプレイに用いられる接眼表示ユニット102の第1の構成例を示している。図2は、例えばヘッドマウントディスプレイに用いられる接眼表示ユニット102の第2の構成例を示している。
図1は、例えばヘッドマウントディスプレイに用いられる接眼表示ユニット102の第1の構成例を示している。図2は、例えばヘッドマウントディスプレイに用いられる接眼表示ユニット102の第2の構成例を示している。
接眼表示ユニット102は、光軸Z1に沿ってアイポイントE.P.側より順に、接眼光学系101と、画像表示素子100とを備えている。
画像表示素子100は、例えばLCD(Liquid Crystal Display)や有機ELディスプレイ等の表示パネルである。接眼光学系101は、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。接眼光学系101は、例えば複数のレンズを含む接眼レンズで構成されている。接眼光学系101によって、観察者は、拡大表示された虚像Imを観察する。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等が配置されていても良い。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。
ここで、図1は、画像表示素子100のサイズが接眼光学系101の直径に対して小さい場合の構成例を示している。図2は、画像表示素子100のサイズが接眼光学系101の直径に対して大きい場合の構成例を示している。
共軸系の接眼光学系101を用いた、視野画角が70°を超す高視野角のヘッドマウントディスプレイでは、接眼光学系101の直径に対して画像表示素子100が大きいものが多い。このようなヘッドマウントディスプレイでは、像倍率Mvを小さく抑えられるものの、焦点距離fが比較的長くなるため、接眼光学系101の全長が長い問題がある。また、接眼光学系101のサイズが、接眼光学系101ではなく画像表示素子100の大きさで律速されるケースもあり小型化に不向きである課題もある。
例えば図1に示したように、画像表示素子100のサイズが小さい場合、接眼表示ユニット102の全体の大きさは、接眼光学系101の大きさに律速される。一方、図2に示したように、画像表示素子100のサイズが大きい場合、接眼表示ユニット102の全体の大きさは、画像表示素子100の大きさに律速される。
なお、像倍率Mvとは、Mv=α’/αで表される。図3の上段に示したように、αは接眼光学系101が無い場合の視野画角を示す。また、図3の下段に示したように、α’は接眼光学系101がある場合の視野画角(虚像Imに対する視野画角)を示す。図3において、hは観察する像の最大像高であり、例えば、画像表示素子100に表示される画像の最大像高である。例えば画像表示素子100が矩形の場合、hは画像表示素子100の対角のサイズの半値である。fは接眼光学系101の焦点距離を示す。
また、像倍率Mvは、以下の式(A)で表される。
Mv=ω’/(tan-1(h/L)) ……(A)
ω’:最大視野画角の半値(rad)
h:最大像高
L:全長(アイポイントE.P.から像までの距離)
なお、像とは、例えば画像表示素子100に表示された画像のことを意味する。hは、上述したように、例えば画像表示素子100が矩形の場合、画像表示素子100の対角のサイズの半値である。Lは、例えば上記した接眼光学系101の全長(アイポイントE.P.から画像表示素子100の表示面までの距離)に相当する。
Mv=ω’/(tan-1(h/L)) ……(A)
ω’:最大視野画角の半値(rad)
h:最大像高
L:全長(アイポイントE.P.から像までの距離)
なお、像とは、例えば画像表示素子100に表示された画像のことを意味する。hは、上述したように、例えば画像表示素子100が矩形の場合、画像表示素子100の対角のサイズの半値である。Lは、例えば上記した接眼光学系101の全長(アイポイントE.P.から画像表示素子100の表示面までの距離)に相当する。
視野画角が70°を超す高視野角のヘッドマウントディスプレイにおいて、図1の構成例のように、接眼光学系101の直径に対してサイズの小さい小型の画像表示素子100を用いることは、大型の画像表示素子100を用いた場合に比べ、接眼光学系101の全長、サイズを抑えることができる。このため、ヘッドマウントディスプレイの小型化に有利に働くとされている。しかし、このようなヘッドマウントディスプレイを、共軸系の接眼光学系101を用いて実現しようとする場合、結像性能を高めようとすると、像倍率Mvを高めにくいという問題が存在する。
上記を改善する手段の1つとして、接眼光学系101を構成するレンズに高屈折率かつ高アッベ数の硝材を複数枚用いる方法がある。特許文献1(特開平11−23984号公報)では、この方法を用いることで、高い解像度と高い倍率を両立した接眼光学系101を実現している。しかし、この方法では密度の高いガラスレンズを用いねばならず、接眼光学系101が重たくなる。
そこで、軽量化と広画角化とを図り、高精細な映像美を提供可能な、ヘッドマウントディスプレイ等に好適な表示装置の開発が望まれる。
<1.一実施の形態に係る表示装置の説明>
[1.1.一実施の形態に係る表示装置の概要]
本開示の一実施の形態に係る表示装置は、例えばヘッドマウントディスプレイ等に適用可能である。
[1.1.一実施の形態に係る表示装置の概要]
本開示の一実施の形態に係る表示装置は、例えばヘッドマウントディスプレイ等に適用可能である。
図4および図5は、本開示の一実施の形態に係る表示装置1の概要を示している。図4では、表示装置1のxz平面内での構成を示している。図5では、表示装置1を側面(yz平面)から見た構成を示している。
図4および図5に示したように、表示装置1は、両眼部位に対応する位置に並列配置された、左眼接眼表示ユニット102Lと右眼接眼表示ユニット102Rとを備えている。表示装置1は、両眼で観察した際の像倍率Mvが2倍以上となるように構成されている。
左眼接眼表示ユニット102L内には、左眼画像表示素子100Lと、左眼画像表示素子100Lに表示された左眼表示画像を左眼2Lに導く左眼接眼光学系101Lとが配置されている。
右眼接眼表示ユニット102R内には、右眼画像表示素子100Rと、右眼画像表示素子100Rに表示された右眼表示画像を右眼2Rに導く右眼接眼光学系101Rとが配置されている。
左眼接眼光学系101Lおよび右眼接眼光学系101Rはそれぞれ、複数の単レンズからなる接眼レンズで構成されている。左眼接眼光学系101Lおよび右眼接眼光学系101Rはそれぞれ、共軸系であり、それぞれ(片眼)による像倍率が2倍以上となるように構成されている。
左眼接眼光学系101Lおよび右眼接眼光学系101Rにおいて、複数の単レンズのうち少なくとも1枚の単レンズが、樹脂材料からなる非球面レンズとなっている。複数の単レンズのうち少なくとも1枚の単レンズを樹脂材料にすることにより、左眼接眼光学系101Lおよび右眼接眼光学系101Rの重量を軽くすることができる。また、複数の単レンズのうち少なくとも1枚の単レンズを非球面レンズにすることにより、収差の発生を抑えることができる。
左眼画像表示素子100Lおよび右眼画像表示素子100Rはそれぞれ、例えばLCDや有機ELディスプレイ等の平面型の小型表示パネルで構成されている。
表示装置1をヘッドマウントディスプレイ等に適用する場合、通常、左眼画像表示素子100Lと右眼画像表示素子100Rとで、左眼表示画像および右眼表示画像として、それぞれ同一の画像が表示され、左眼2Lおよび右眼2Rで同一の画像が観察される。その結果、両眼による見え方としては、片眼での視野画角と同一の画角で画像が観察される。
左眼画像表示素子100Lは、左眼表示画像として、左眼接眼光学系101Lにおいて発生する歪曲収差と倍率色収差とを補正する画像を表示する。同様に、右眼画像表示素子100Rは、右眼表示画像として、右眼接眼光学系101Rにおいて発生する歪曲収差と倍率色収差とを補正する画像を表示する。
これにより、左眼接眼光学系101Lおよび右眼接眼光学系101Rにおいて発生する歪曲収差と倍率色収差とをある程度許容し、実質的に、左眼接眼光学系101Lおよび右眼接眼光学系101Rにおいて、歪曲収差と倍率色収差とが発生していない場合と変わらない見え方を維持しつつ、高倍率および光学系重量の軽減を実現できる。
[1.2.歪曲収差と倍率色収差の補正の説明]
以下、左眼画像表示素子100Lおよび右眼画像表示素子100Rが表示する左眼表示画像および右眼表示画像による歪曲収差および倍率色収差の補正の具体例を説明する。左眼画像表示素子100Lおよび右眼画像表示素子100Rに表示する画像の補正方法は左右で実質的に同じであるため、以下では、左眼画像表示素子100Lまたは右眼画像表示素子100Rのことを、左右の区別無く、画像表示素子100と記す。同様に、左眼接眼光学系101Lまたは右眼接眼光学系101Rのことを、左右の区別無く、接眼光学系101と記す。同様に、左眼表示画像または右眼表示画像のことを、左右の区別無く、表示画像と記す。また、以降の他の説明においても、同様に必要に応じて適宜、左右の区別無く説明する。
以下、左眼画像表示素子100Lおよび右眼画像表示素子100Rが表示する左眼表示画像および右眼表示画像による歪曲収差および倍率色収差の補正の具体例を説明する。左眼画像表示素子100Lおよび右眼画像表示素子100Rに表示する画像の補正方法は左右で実質的に同じであるため、以下では、左眼画像表示素子100Lまたは右眼画像表示素子100Rのことを、左右の区別無く、画像表示素子100と記す。同様に、左眼接眼光学系101Lまたは右眼接眼光学系101Rのことを、左右の区別無く、接眼光学系101と記す。同様に、左眼表示画像または右眼表示画像のことを、左右の区別無く、表示画像と記す。また、以降の他の説明においても、同様に必要に応じて適宜、左右の区別無く説明する。
(歪曲収差と倍率色収差の補正)
図6は、画像表示素子100への出力画像と歪曲収差のある接眼光学系101を通して実際に見える画像との対応関係を示している。図7は、画像表示素子100への出力画像と倍率色収差のある接眼光学系101を通して実際に見える画像との対応関係を示している。
図6は、画像表示素子100への出力画像と歪曲収差のある接眼光学系101を通して実際に見える画像との対応関係を示している。図7は、画像表示素子100への出力画像と倍率色収差のある接眼光学系101を通して実際に見える画像との対応関係を示している。
図6および図7に示したように、画像表示素子100に何の補正処理も施していない画像を出力した場合、接眼光学系101に発生した歪曲収差と倍率色収差とにより、接眼光学系101を通して実際に見える画像は歪で見栄えの悪いものとなる。それに対し、接眼光学系101に発生した歪曲収差と倍率色収差とにそれぞれ対応した補正画像を画像表示素子100に出力した場合、両収差は打ち消され良好な見栄えとなる。
(歪曲収差の補正方法)
図8は、焦点距離fの接眼光学系101における理想光線到達位置と、歪曲収差の発生により歪められた光線到達位置(実光線到達位置)とを示している。図9は、マージナル光線を揃えた場合における理想光線到達位置および実光線到達位置と、理想光線到達位置と実光線到達位置との乖離量とを模式的に示している。図9において、角度θaの理想光線到達位置をri,a、角度θbの理想光線到達位置をri,b、角度θcの理想光線到達位置をri,cとする。また、歪曲収差が発生した場合における角度θaの実光線到達位置をrr,a、歪曲収差が発生した場合における角度θbの実光線到達位置をrr,b、歪曲収差が発生した場合における角度θcの実光線到達位置をrr,cとする。ここで、θa<θb<θcとし、マージナル光線は、角度θcの光線とする。マージナル光線の理想光線到達位置ri,cと実光線到達位置rr,cとを揃えた場合(ri,c=rr,c)、角度θaの光線到達位置乖離量はrr,a−ri,a、角度θbの光線到達位置乖離量はrr,b−ri,bとなる。
図8は、焦点距離fの接眼光学系101における理想光線到達位置と、歪曲収差の発生により歪められた光線到達位置(実光線到達位置)とを示している。図9は、マージナル光線を揃えた場合における理想光線到達位置および実光線到達位置と、理想光線到達位置と実光線到達位置との乖離量とを模式的に示している。図9において、角度θaの理想光線到達位置をri,a、角度θbの理想光線到達位置をri,b、角度θcの理想光線到達位置をri,cとする。また、歪曲収差が発生した場合における角度θaの実光線到達位置をrr,a、歪曲収差が発生した場合における角度θbの実光線到達位置をrr,b、歪曲収差が発生した場合における角度θcの実光線到達位置をrr,cとする。ここで、θa<θb<θcとし、マージナル光線は、角度θcの光線とする。マージナル光線の理想光線到達位置ri,cと実光線到達位置rr,cとを揃えた場合(ri,c=rr,c)、角度θaの光線到達位置乖離量はrr,a−ri,a、角度θbの光線到達位置乖離量はrr,b−ri,bとなる。
図8に示したように、各角度の理想光線到達位置と実光線到達位置との間には、乖離が生じている。この乖離を無くし、発生した歪曲収差を打ち消す手法について以下に示す。まず、図9に示したように、マージナル光線(接眼光学系101の最も外側を通る光線)の理想光線到達位置ri,cと実光線到達位置rr,cとを揃える。次に各角度における光線到達位置の乖離量を求め、それぞれを画像表示素子100への出力画像に反映させる。以上の手順により、歪曲収差を補正する画像が生成可能となる。
(倍率色収差の補正方法)
図10は、3色(RGB)の光源を持つ画像表示素子100の出力した各色の光線の理想光線到達位置を示している。図11は、倍率色収差の発生により変化した各色の光線到達位置(実光線到達位置)を示している。
図10は、3色(RGB)の光源を持つ画像表示素子100の出力した各色の光線の理想光線到達位置を示している。図11は、倍率色収差の発生により変化した各色の光線到達位置(実光線到達位置)を示している。
倍率色収差がある場合、図11に示したように、RGBそれぞれの光線到達位置に乖離が生じる。この乖離を無くすためには、各角度の各色における光線到達位置を求め、それぞれを画像表示素子100への出力画像に反映させることで、倍率色収差を補正する画像が生成可能となる。
(倍率色収差の補正限界)
図12は、標準的な画像表示素子100の緑色スペクトルを示している。図12に示したように、標準的な画像表示素子100の緑色スペクトルは、例えば中心波長540nm、分散が20nmとなる。ここで、中心波長540nmに対して−20nmの短波長側波長(520nm)をλ2、中心波長540nmに対して+20nmの長波長側波長(560nm)をλ1とする。
図12は、標準的な画像表示素子100の緑色スペクトルを示している。図12に示したように、標準的な画像表示素子100の緑色スペクトルは、例えば中心波長540nm、分散が20nmとなる。ここで、中心波長540nmに対して−20nmの短波長側波長(520nm)をλ2、中心波長540nmに対して+20nmの長波長側波長(560nm)をλ1とする。
図13に、接眼光学系101に発生した倍率色収差(赤色の中心波長と青色の中心波長との乖離量)と、緑色のみを発光させた場合における緑色の長波長側波長λ1(560nm)と緑色の短波長側波長λ2(520nm)との光線到達位置rλ1,rλ2の乖離量(rλ1−rλ2)との関係性を示す。
図13に示したように、接眼光学系101に発生した倍率色収差が600μmを超えると、緑色の長波長側波長λ1と緑色の短波長側波長λ2との光線到達位置の乖離量(rλ1−rλ2)が120μmを超え、単波長で観察した場合においても、画像がぼけ、見え方に違和感を生じさせると推測される。このことから、倍率色収差の許容量は600μmとなる。
<2.接眼光学系(接眼レンズ)の構成例および作用・効果>
次に、表示装置1における左眼接眼光学系101Lおよび右眼接眼光学系101Rを構成する接眼レンズの第1および第2の構成例を説明する。
次に、表示装置1における左眼接眼光学系101Lおよび右眼接眼光学系101Rを構成する接眼レンズの第1および第2の構成例を説明する。
[第1の構成例]
第1の構成例に係る接眼レンズの構成は、後述の実施例1〜9に係る接眼レンズ(図15等)の構成に対応する。左眼接眼光学系101Lおよび右眼接眼光学系101Rはそれぞれ、後述の実施例1〜9に係る接眼レンズ(図15等)のように、アイポイントE.P.側から像側(左眼画像表示素子100L側または右眼画像表示素子100R側)に向かって順に、複数の単レンズとして、第1レンズL1、第2レンズL2、および第3レンズL3が配置された3群3枚構成の接眼レンズで構成されてもよい。
第1の構成例に係る接眼レンズの構成は、後述の実施例1〜9に係る接眼レンズ(図15等)の構成に対応する。左眼接眼光学系101Lおよび右眼接眼光学系101Rはそれぞれ、後述の実施例1〜9に係る接眼レンズ(図15等)のように、アイポイントE.P.側から像側(左眼画像表示素子100L側または右眼画像表示素子100R側)に向かって順に、複数の単レンズとして、第1レンズL1、第2レンズL2、および第3レンズL3が配置された3群3枚構成の接眼レンズで構成されてもよい。
上記3群3枚構成の接眼レンズ(第1の構成例に係る接眼レンズ)において、第1レンズL1は、d線に対する屈折率が1.439以上の材料からなる正の屈折力を有する球面レンズであることが好ましい。また、第1レンズL1のアイポイントE.P.側のレンズ面が、凸形状または平面形状であることが好ましい。第1レンズL1を正の屈折力とし、アイポイントE.P.側のレンズ面を凸形状または平面形状にすることで、マージナル光線の最大高さを抑えることができ、左眼接眼光学系101Lおよび右眼接眼光学系101Rのそれぞれの光学系の容量の縮小、および、軽量化が見込める。また、第1レンズL1として球面レンズを用いることで、非球面レンズを用いた場合に比べて、製造コストを抑えることができる。
第1の構成例に係る接眼レンズにおいて、倍率色収差の最大発生量は、600μm以下であることが好ましい。倍率色収差の最大発生量は、600μmを超えると、良好な結像性能を得ることが困難となる。また、上述の図13に示したように、倍率色収差の発生量が600μmを超える場合、画像表示素子100に補正画像を出力しても、見え方に違和感が生ずる。
また、第1の構成例に係る接眼レンズにおいて、第2レンズL2および第3レンズL3のうち少なくとも1枚のレンズは、非球面レンズであることが好ましい。非球面レンズを用いることで、発生する収差を良好に補正することができる。
また、第1の構成例に係る接眼レンズは、以下の条件式(1A)を満足することが好ましい。
0.450<f/L’<0.800 ……(1A)
ただし、
f:実効焦点距離
L’:複数の単レンズ(第1ないし第3レンズL1〜L3)における最もアイポイントE.P.側のレンズ面から像(画像表示素子100の表示面)までの距離
とする。
0.450<f/L’<0.800 ……(1A)
ただし、
f:実効焦点距離
L’:複数の単レンズ(第1ないし第3レンズL1〜L3)における最もアイポイントE.P.側のレンズ面から像(画像表示素子100の表示面)までの距離
とする。
条件式(1A)を満足することで、光学系の小型化を図りつつ、良好な結像特性を得ることができる。条件式(1A)の上限を超えると、実効焦点距離fに対して十分な光学系全長を確保することが困難となり、所定の像倍率を持つ光学系を実現しようとすると周辺部の解像度、像面湾曲、および歪曲収差が悪化することが懸念される。条件式(1A)の下限を下回ると、実効焦点距離fに対して光学系全長が長くなりすぎ、所定の像倍率を持つ光学系を実現しようとすると、光学系体積が増加し、表示装置1全体としての小型化を妨げることが懸念される。
また、第1の構成例に係る接眼レンズは、以下の条件式(2A)を満足することが好ましい。
0.400<t’/L’ ……(2A)
ただし、
t’:複数の単レンズ(第1ないし第3レンズL1〜L3)の各中心厚の総和
L’:複数の単レンズ(第1ないし第3レンズL1〜L3)における最もアイポイントE.P.側のレンズ面から像(画像表示素子100の表示面)までの距離
とする。
0.400<t’/L’ ……(2A)
ただし、
t’:複数の単レンズ(第1ないし第3レンズL1〜L3)の各中心厚の総和
L’:複数の単レンズ(第1ないし第3レンズL1〜L3)における最もアイポイントE.P.側のレンズ面から像(画像表示素子100の表示面)までの距離
とする。
高視野角なヘッドマウントディスプレイでは、画像の周辺領域を観察する際に瞳孔位置がシフトする(以下『眼振り』と呼称する)。条件式(2A)を満たすことで、十分なレンズ厚みを確保でき、眼振りに対してロバストな特性を実現できる。条件式(2A)の下限を下回ると、十分なレンズ厚みが確保することが困難となり、目振りに対するロバスト性が失われることが懸念される。
[第2の構成例]
第2の構成例に係る接眼レンズの構成は、後述の実施例10〜18に係る接眼レンズ(図51等)の構成に対応する。左眼接眼光学系101Lおよび右眼接眼光学系101Rはそれぞれ、後述の実施例10〜18に係る接眼レンズ(図51等)のように、アイポイントE.P.側から像側(左眼画像表示素子100L側または右眼画像表示素子100R側)に向かって順に、複数の単レンズとして、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L3が配置された4群4枚構成の接眼レンズで構成されてもよい。
第2の構成例に係る接眼レンズの構成は、後述の実施例10〜18に係る接眼レンズ(図51等)の構成に対応する。左眼接眼光学系101Lおよび右眼接眼光学系101Rはそれぞれ、後述の実施例10〜18に係る接眼レンズ(図51等)のように、アイポイントE.P.側から像側(左眼画像表示素子100L側または右眼画像表示素子100R側)に向かって順に、複数の単レンズとして、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L3が配置された4群4枚構成の接眼レンズで構成されてもよい。
上記4群4枚構成の接眼レンズ(第2の構成例に係る接眼レンズ)において、第1レンズL1は、d線に対する屈折率が1.439以上の材料からなる正の屈折力を有する球面レンズであることが好ましい。また、第1レンズL1のアイポイントE.P.側のレンズ面が、凸形状または平面形状であることが好ましい。第1レンズL1を正の屈折力とし、アイポイントE.P.側のレンズ面を凸形状または平面形状にすることで、マージナル光線の最大高さを抑えることができ、左眼接眼光学系101Lおよび右眼接眼光学系101Rのそれぞれの光学系の容量の縮小、および、軽量化が見込める。また、第1レンズL1として球面レンズを用いることで、非球面レンズを用いた場合に比べて、製造コストを抑えることができる。
第2の構成例に係る接眼レンズにおいて、倍率色収差の最大発生量は、600μm以下であることが好ましい。倍率色収差の最大発生量は、600μmを超えると、良好な結像性能を得ることが困難となる。また、上述の図13に示したように、倍率色収差の発生量が600μmを超える場合、画像表示素子100に補正画像を出力しても、見え方に違和感が生ずる。
また、第2の構成例に係る接眼レンズにおいて、第2レンズL2、第3レンズL3、および第4レンズL4のうち少なくとも1枚のレンズは、非球面レンズであることが好ましい。非球面レンズを用いることで、発生する収差を良好に補正することができる。
また、第2の構成例に係る接眼レンズは、以下の条件式(1B)を満足することが好ましい。
0.450<f/L’<0.700 ……(1B)
ただし、
f:実効焦点距離
L’:複数の単レンズ(第1ないし第4レンズL1〜L4)における最もアイポイントE.P.側のレンズ面から像(画像表示素子100の表示面)までの距離
とする。
0.450<f/L’<0.700 ……(1B)
ただし、
f:実効焦点距離
L’:複数の単レンズ(第1ないし第4レンズL1〜L4)における最もアイポイントE.P.側のレンズ面から像(画像表示素子100の表示面)までの距離
とする。
条件式(1B)を満足することで、光学系の小型化を図りつつ、良好な結像特性を得ることができる。条件式(1B)の上限を超えると、実効焦点距離fに対して十分な光学系全長を確保することが困難となり、所定の像倍率を持つ光学系を実現しようとすると周辺部の解像度、像面湾曲、および歪曲収差が悪化することが懸念される。条件式(1B)の下限を下回ると、実効焦点距離fに対して光学系全長が長くなりすぎ、所定の像倍率を持つ光学系を実現しようとすると、光学系体積が増加し、表示装置1全体としての小型化を妨げることが懸念される。
また、第2の構成例に係る接眼レンズは、以下の条件式(2B)を満足することが好ましい。
0.550<t’/L’ ……(2B)
ただし、
t’:複数の単レンズ(第1ないし第4レンズL1〜L4)の各中心厚の総和
L’:複数の単レンズ(第1ないし第4レンズL1〜L4)における最もアイポイントE.P.側のレンズ面から像(画像表示素子100の表示面)までの距離
とする。
0.550<t’/L’ ……(2B)
ただし、
t’:複数の単レンズ(第1ないし第4レンズL1〜L4)の各中心厚の総和
L’:複数の単レンズ(第1ないし第4レンズL1〜L4)における最もアイポイントE.P.側のレンズ面から像(画像表示素子100の表示面)までの距離
とする。
条件式(2B)を満たすことで、十分なレンズ厚みを確保でき、眼振りに対してロバストな特性を実現できる。条件式(2B)の下限を下回ると、十分なレンズ厚みが確保することが困難となり、目振りに対するロバスト性が失われることが懸念される。
[発明の効果]
本開示の一実施の形態に係る表示装置によれば、樹脂材料からなる非球面レンズを含むようにして左眼接眼光学系101Lおよび右眼接眼光学系101Rを構成する複数の単レンズの構成の最適化を図り、また、左眼接眼光学系101Lおよび右眼接眼光学系101Rにおいて発生する歪曲収差と倍率色収差とを補正する表示画像を表示するようにしたので、軽量化と広画角化とを図りつつ、高精細な映像美を提供可能となる。
本開示の一実施の形態に係る表示装置によれば、樹脂材料からなる非球面レンズを含むようにして左眼接眼光学系101Lおよび右眼接眼光学系101Rを構成する複数の単レンズの構成の最適化を図り、また、左眼接眼光学系101Lおよび右眼接眼光学系101Rにおいて発生する歪曲収差と倍率色収差とを補正する表示画像を表示するようにしたので、軽量化と広画角化とを図りつつ、高精細な映像美を提供可能となる。
特に、左眼接眼光学系101Lおよび右眼接眼光学系101Rをそれぞれ、樹脂材料からなる非球面レンズを含む複数の単レンズで構成し、各レンズの構成の最適化を図ったことで、軽量化が図られる。また、樹脂材料を用いることで、材料費および製造費を抑えることができる。
一実施の形態に係る表示装置をヘッドマウントディスプレイに適用することで、高視野角で高精細な映像美を提供できる。高視野角なヘッドマウントディスプレイでは、画像の周辺領域を観察する際に瞳孔位置がシフト(眼振り)する。この際、ヘッドマウントディスプレイで想定される眼振りの量に対して、所望の光学特性を確保するのが困難となる。一実施の形態に係る表示装置によれば、左眼接眼光学系101Lおよび右眼接眼光学系101Rをそれぞれ上記した構成にすることで、眼振りに対してロバストな光学系を実現できる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
<3.ヘッドマウントディスプレイへの適用例>
図87および図88は、本開示の一実施の形態に係る表示装置1を適用した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。
図87および図88は、本開示の一実施の形態に係る表示装置1を適用した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。
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。
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。
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、図88に示したように左眼表示部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と、左眼用の画像表示素子に表示された画像を拡大する左眼用の接眼光学系とを備えた左眼接眼表示ユニットが設けられている。右眼表示部210Rには、右眼用の画像表示素子と、右眼用の画像表示素子に表示された画像を拡大する右眼用の接眼光学系とを備えた右眼接眼表示ユニットが設けられている。これら左眼表示部210Lを構成する左眼接眼表示ユニットおよび右眼表示部210Rを構成する右眼接眼表示ユニットとして、本開示の一実施の形態に係る表示装置1における左眼接眼表示ユニット102Lおよび右眼接眼表示ユニット102Rを適用可能である。
なお、画像表示素子には、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。
[実施例の概要]
図14は、視野画角(FOV)の大きさおよびアイレリーフE.R.の大きさと接眼レンズの第1面における最も外側を通る光線(マージナル光線)の高さとの関係を模式的に示している。
図14は、視野画角(FOV)の大きさおよびアイレリーフE.R.の大きさと接眼レンズの第1面における最も外側を通る光線(マージナル光線)の高さとの関係を模式的に示している。
図14に示したように、視野画角およびアイレリーフE.R.を大きくすると、接眼レンズの第1面におけるマージナル光線の高さが高くなる。マージナル光線を、等しいサイズの画像表示素子100に結像させることを考えた場合、光線高さが高いほど光線を大きく曲げる必要がある。そうすると、収差の発生量が増加し、結像性能は低下する。このように、視野画角およびアイレリーフE.R.の大きさは、結像性能とトレードオフの関係にある。
このような特性を考慮し、以下の実施例では、[表1],[表2]に示したように、視野画角およびアイレリーフE.R.の大きさを変えた仕様の設計例を示す。ここで、実施例1〜9は、上記第1の構成例の接眼レンズ(3群3枚構成の接眼レンズ)に対応する。実施例10〜18は、上記第2の構成例の接眼レンズ(4群4枚構成の接眼レンズ)に対応する。[表1],[表2]に示したように、3群3枚構成の接眼レンズおよび4群4枚構成の接眼レンズのそれぞれにおいて、第1レンズL1のアイポイントE.P.側のレンズ面が、凸形状の実施例と平面形状の実施例とを示す。
<4.接眼光学系(接眼レンズ)の数値実施例>
上述の[表1],[表2]に示した各実施例に係る接眼レンズの具体的なレンズデータを以下に示す。各実施例に係る接眼レンズは、左眼接眼光学系101Lおよび右眼接眼光学系101Rのそれぞれに対応し、左眼接眼表示ユニット102Lおよび右眼接眼表示ユニット102Rのそれぞれに適用される。各実施例に係る接眼レンズにおいて、左眼画像表示素子100Lまたは右眼画像表示素子100Rのことを、左右の区別無く、画像表示素子100と記す。
上述の[表1],[表2]に示した各実施例に係る接眼レンズの具体的なレンズデータを以下に示す。各実施例に係る接眼レンズは、左眼接眼光学系101Lおよび右眼接眼光学系101Rのそれぞれに対応し、左眼接眼表示ユニット102Lおよび右眼接眼表示ユニット102Rのそれぞれに適用される。各実施例に係る接眼レンズにおいて、左眼画像表示素子100Lまたは右眼画像表示素子100Rのことを、左右の区別無く、画像表示素子100と記す。
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番目の面の近軸の曲率半径(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。曲率半径が「∞」である面は平面または絞り面(開口絞りSTO(アイポイントE.P.))であることを示す。
(非球面の式)
各実施例に係る接眼レンズは、非球面レンズを含んでいる。非球面形状は以下の非球面の式(1.1)によって定義される。なお、以下の非球面を示す各表において、「E−n」は10を底とする指数表現、すなわち、「10のマイナスn乗」を表しており、例えば、「0.12345E−05」は「0.12345×(10のマイナス5乗)」を表している。
各実施例に係る接眼レンズは、非球面レンズを含んでいる。非球面形状は以下の非球面の式(1.1)によって定義される。なお、以下の非球面を示す各表において、「E−n」は10を底とする指数表現、すなわち、「10のマイナスn乗」を表しており、例えば、「0.12345E−05」は「0.12345×(10のマイナス5乗)」を表している。
ただし、
Za(s):各レンズエレメントの光軸を基準とした非球面形状のサグ量
s:各レンズエレメントの光軸からの距離(タンジェンシャル方向)
R:曲率半径
k:円錐定数
Ai:i次の非球面係数
とする。
Za(s):各レンズエレメントの光軸を基準とした非球面形状のサグ量
s:各レンズエレメントの光軸からの距離(タンジェンシャル方向)
R:曲率半径
k:円錐定数
Ai:i次の非球面係数
とする。
[実施例1]
[表3]に、実施例1に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表4]に示す。
[表3]に、実施例1に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表4]に示す。
図15には、実施例1に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図16〜図18には、実施例1に係る接眼レンズの諸収差を示す。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。特に、図16には、球面収差を示す。特に、図17には、非点収差(像面湾曲)、および歪曲収差を示す。図18には、倍率色収差を示す。球面収差図には、波長486.1(nm)、波長587.6(nm)、波長656.3(nm)の値を示す。非点収差図および歪曲収差図には、波長587.6(nm)の値を示す。非点収差図において、Sはサジタル像面、Tはタンジェンシャル像面における値を示す。倍率色収差図には、波長587.6(nm)を基準波長とした波長486.1(nm)、および波長656.3(nm)の値を示す。
なお、各収差図には、y方向(図5参照)に光線追跡角度を変化させた場合の収差を示す。以降の他の実施例における収差図についても同様である。
なお、各収差図には、y方向(図5参照)に光線追跡角度を変化させた場合の収差を示す。以降の他の実施例における収差図についても同様である。
各収差図から分かるように、実施例1では、良好な光学性能を有していることが明らかである。
[実施例2]
[表5]に、実施例2に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表6]に示す。
[表5]に、実施例2に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表6]に示す。
図19には、実施例2に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図20〜図22には、実施例2に係る接眼レンズの諸収差を示す。
各収差図から分かるように、実施例2に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
[実施例3]
[表7]に、実施例3に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表8]に示す。
[表7]に、実施例3に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表8]に示す。
図23には、実施例3に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図24〜図26には、実施例3に係る接眼レンズの諸収差を示す。
各収差図から分かるように、実施例3に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
[実施例4]
[表9]に、実施例4に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表10]に示す。
[表9]に、実施例4に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表10]に示す。
図27には、実施例4に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図28〜図30には、実施例4に係る接眼レンズの諸収差を示す。
各収差図から分かるように、実施例4に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
[実施例5]
[表11]に、実施例5に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表12]に示す。
[表11]に、実施例5に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表12]に示す。
図31には、実施例5に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図32〜図34には、実施例5に係る接眼レンズの諸収差を示す。
各収差図から分かるように、実施例5に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
[実施例6]
[表13]に、実施例6に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表14]に示す。
[表13]に、実施例6に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表14]に示す。
図35には、実施例6に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図36〜図38には、実施例6に係る接眼レンズの諸収差を示す。
各収差図から分かるように、実施例6に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
[実施例7]
[表15]に、実施例7に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表16]に示す。
[表15]に、実施例7に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表16]に示す。
図39には、実施例7に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図40〜図42には、実施例7に係る接眼レンズの諸収差を示す。
各収差図から分かるように、実施例7に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
[実施例8]
[表17]に、実施例8に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表18]に示す。
[表17]に、実施例8に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表18]に示す。
図43には、実施例8に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図44〜図46には、実施例8に係る接眼レンズの諸収差を示す。
各収差図から分かるように、実施例8に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
[実施例9]
[表19]に、実施例9に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表20]に示す。
[表19]に、実施例9に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表20]に示す。
図47には、実施例9に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図48〜図50には、実施例9に係る接眼レンズの諸収差を示す。
各収差図から分かるように、実施例9に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
[実施例10]
[表21]に、実施例10に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表22]に示す。
[表21]に、実施例10に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表22]に示す。
図51には、実施例10に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図52〜図54には、実施例10に係る接眼レンズの諸収差を示す。
各収差図から分かるように、実施例10に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
[実施例11]
[表23]に、実施例11に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表24]に示す。
[表23]に、実施例11に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表24]に示す。
図55には、実施例11に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図56〜図58には、実施例11に係る接眼レンズの諸収差を示す。
各収差図から分かるように、実施例11に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
[実施例12]
[表25]に、実施例12に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表26]に示す。
[表25]に、実施例12に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表26]に示す。
図59には、実施例12に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図60〜図62には、実施例12に係る接眼レンズの諸収差を示す。
各収差図から分かるように、実施例12に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
[実施例13]
[表27]に、実施例13に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表28]に示す。
[表27]に、実施例13に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表28]に示す。
図63には、実施例13に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図64〜図66には、実施例13に係る接眼レンズの諸収差を示す。
各収差図から分かるように、実施例13に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
[実施例14]
[表29]に、実施例14に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表30]に示す。
[表29]に、実施例14に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表30]に示す。
図67には、実施例14に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図68〜図70には、実施例14に係る接眼レンズの諸収差を示す。
各収差図から分かるように、実施例14に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
[実施例15]
[表31]に、実施例15に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表32]に示す。
[表31]に、実施例15に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表32]に示す。
図71には、実施例15に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図72〜図74には、実施例15に係る接眼レンズの諸収差を示す。
各収差図から分かるように、実施例15に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
[実施例16]
[表33]に、実施例16に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表34]に示す。
[表33]に、実施例16に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表34]に示す。
図75には、実施例16に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図76〜図78には、実施例16に係る接眼レンズの諸収差を示す。
各収差図から分かるように、実施例16に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
[実施例17]
[表35]に、実施例17に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表36]に示す。
[表35]に、実施例17に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表36]に示す。
図79には、実施例17に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図80〜図82には、実施例17に係る接眼レンズの諸収差を示す。
各収差図から分かるように、実施例17に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
[実施例18]
[表37]に、実施例18に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表38]に示す。
[表37]に、実施例18に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを[表38]に示す。
図83には、実施例18に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図84〜図86には、実施例18に係る接眼レンズの諸収差を示す。
各収差図から分かるように、実施例18に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
[各実施例のその他の数値データ]
[表39],[表40]には、各実施例に係る接眼レンズの仕様、および各実施例に係る接眼レンズが満たす他の数値データの値(条件式に関する値等)を、各実施例についてまとめたものを示す。なお、Lは全長(アイポイントE.P.から像(画像表示素子100)までの距離)を示す。[表39],[表40]から分かるように、各実施例について、所望の構成が満たされている。[表39],[表40]に示したように、各実施例の像倍率Mvは2倍以上となっている。また、各実施例について、第1レンズL1のd線に対する屈折率が1.439以上となっている。また、各実施例について、条件式(1A),(2A)および(1B),(2B)の関係を満足している。
[表39],[表40]には、各実施例に係る接眼レンズの仕様、および各実施例に係る接眼レンズが満たす他の数値データの値(条件式に関する値等)を、各実施例についてまとめたものを示す。なお、Lは全長(アイポイントE.P.から像(画像表示素子100)までの距離)を示す。[表39],[表40]から分かるように、各実施例について、所望の構成が満たされている。[表39],[表40]に示したように、各実施例の像倍率Mvは2倍以上となっている。また、各実施例について、第1レンズL1のd線に対する屈折率が1.439以上となっている。また、各実施例について、条件式(1A),(2A)および(1B),(2B)の関係を満足している。
<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。
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。
また、上記実施の形態および実施例では、実質的に3つまたは4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よい。
また、非球面を形成する面は、各実施例に示したレンズ面に限定されず、各実施例に示したレンズ面以外の他の面を非球面にしてもよい。
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]
画像表示素子と前記画像表示素子に表示された表示画像をアイポイントに導く接眼光学系とを含む接眼表示ユニットを備え、
前記接眼光学系による像倍率が2倍以上であり、
前記接眼光学系は、複数の単レンズからなる共軸系であり、
前記複数の単レンズのうち少なくとも1枚の単レンズが、樹脂材料からなる非球面レンズであり、
前記画像表示素子は、前記表示画像として、前記接眼光学系において発生する歪曲収差と倍率色収差とを補正する画像を表示する
表示装置。
[2]
前記接眼光学系は、アイポイント側から像側に向かって順に、前記複数の単レンズとして、第1レンズ、第2レンズ、および第3レンズが配置された3群3枚構成の接眼レンズからなる
上記[1]に記載の表示装置。
[3]
前記第1レンズは、d線に対する屈折率が1.439以上の材料からなる正の屈折力を有する球面レンズであり、
前記第1レンズの前記アイポイント側のレンズ面が、凸形状または平面形状である
上記[2]に記載の表示装置。
[4]
前記接眼光学系における倍率色収差の最大発生量は、600μm以下である
上記[2]または[3]に記載の表示装置。
[5]
以下の条件式を満足する
上記[2]ないし[4]のいずれか1つに記載の表示装置。
0.450<f/L’<0.800 ……(1A)
ただし、
f:実効焦点距離
L’:前記複数の単レンズにおける最もアイポイント側のレンズ面から前記像までの距離
とする。
[6]
以下の条件式を満足する
上記[2]ないし[5]のいずれか1つに記載の表示装置。
0.400<t’/L’ ……(2A)
ただし、
t’:前記複数の単レンズの各中心厚の総和
L’:前記複数の単レンズにおける最もアイポイント側のレンズ面から前記像までの距離
とする。
[7]
前記接眼光学系は、アイポイント側から像側に向かって順に、前記複数の単レンズとして、第1レンズ、第2レンズ、第3レンズ、および第4レンズが配置された4群4枚構成の接眼レンズからなる
上記[1]に記載の表示装置。
[8]
前記第1レンズは、d線に対する屈折率が1.439以上の材料からなる正の屈折力を有する球面レンズであり、
前記第1レンズの前記アイポイント側のレンズ面が、凸形状または平面形状である
上記[7]に記載の表示装置。
[9]
前記接眼光学系における倍率色収差の最大発生量は、600μm以下である
上記[7]または[8]に記載の表示装置。
[10]
以下の条件式を満足する
上記[7]ないし[9]のいずれか1つに記載の表示装置。
0.450<f/L’<0.700 ……(1B)
ただし、
f:実効焦点距離
L’:前記複数の単レンズにおける最もアイポイント側のレンズ面から前記像までの距離
とする。
[11]
以下の条件式を満足する
上記[7]ないし[10]のいずれか1つに記載の表示装置。
0.550<t’/L’ ……(2B)
ただし、
t’:前記複数の単レンズの各中心厚の総和
L’:前記複数の単レンズにおける最もアイポイント側のレンズ面から前記像までの距離
とする。
[12]
前記接眼表示ユニットは、左眼接眼表示ユニットと右眼接眼表示ユニットとを含み、
前記画像表示素子は、前記左眼接眼表示ユニット内に配置された左眼画像表示素子と、前記右眼接眼表示ユニット内に配置された右眼画像表示素子とを含み、
前記接眼光学系は、前記左眼接眼表示ユニット内に配置され、前記左眼画像表示素子に表示された左眼表示画像を左眼に導く左眼接眼光学系と、前記右眼接眼表示ユニット内に配置され、前記右眼画像表示素子に表示された右眼表示画像を右眼に導く右眼接眼光学系とを含み、
前記左眼接眼光学系および前記右眼接眼光学系がそれぞれ、前記複数の単レンズからなり、
両眼で観察した際の像倍率が2倍以上である
上記[1]ないし[11]のいずれか1つに記載の表示装置。
[1]
画像表示素子と前記画像表示素子に表示された表示画像をアイポイントに導く接眼光学系とを含む接眼表示ユニットを備え、
前記接眼光学系による像倍率が2倍以上であり、
前記接眼光学系は、複数の単レンズからなる共軸系であり、
前記複数の単レンズのうち少なくとも1枚の単レンズが、樹脂材料からなる非球面レンズであり、
前記画像表示素子は、前記表示画像として、前記接眼光学系において発生する歪曲収差と倍率色収差とを補正する画像を表示する
表示装置。
[2]
前記接眼光学系は、アイポイント側から像側に向かって順に、前記複数の単レンズとして、第1レンズ、第2レンズ、および第3レンズが配置された3群3枚構成の接眼レンズからなる
上記[1]に記載の表示装置。
[3]
前記第1レンズは、d線に対する屈折率が1.439以上の材料からなる正の屈折力を有する球面レンズであり、
前記第1レンズの前記アイポイント側のレンズ面が、凸形状または平面形状である
上記[2]に記載の表示装置。
[4]
前記接眼光学系における倍率色収差の最大発生量は、600μm以下である
上記[2]または[3]に記載の表示装置。
[5]
以下の条件式を満足する
上記[2]ないし[4]のいずれか1つに記載の表示装置。
0.450<f/L’<0.800 ……(1A)
ただし、
f:実効焦点距離
L’:前記複数の単レンズにおける最もアイポイント側のレンズ面から前記像までの距離
とする。
[6]
以下の条件式を満足する
上記[2]ないし[5]のいずれか1つに記載の表示装置。
0.400<t’/L’ ……(2A)
ただし、
t’:前記複数の単レンズの各中心厚の総和
L’:前記複数の単レンズにおける最もアイポイント側のレンズ面から前記像までの距離
とする。
[7]
前記接眼光学系は、アイポイント側から像側に向かって順に、前記複数の単レンズとして、第1レンズ、第2レンズ、第3レンズ、および第4レンズが配置された4群4枚構成の接眼レンズからなる
上記[1]に記載の表示装置。
[8]
前記第1レンズは、d線に対する屈折率が1.439以上の材料からなる正の屈折力を有する球面レンズであり、
前記第1レンズの前記アイポイント側のレンズ面が、凸形状または平面形状である
上記[7]に記載の表示装置。
[9]
前記接眼光学系における倍率色収差の最大発生量は、600μm以下である
上記[7]または[8]に記載の表示装置。
[10]
以下の条件式を満足する
上記[7]ないし[9]のいずれか1つに記載の表示装置。
0.450<f/L’<0.700 ……(1B)
ただし、
f:実効焦点距離
L’:前記複数の単レンズにおける最もアイポイント側のレンズ面から前記像までの距離
とする。
[11]
以下の条件式を満足する
上記[7]ないし[10]のいずれか1つに記載の表示装置。
0.550<t’/L’ ……(2B)
ただし、
t’:前記複数の単レンズの各中心厚の総和
L’:前記複数の単レンズにおける最もアイポイント側のレンズ面から前記像までの距離
とする。
[12]
前記接眼表示ユニットは、左眼接眼表示ユニットと右眼接眼表示ユニットとを含み、
前記画像表示素子は、前記左眼接眼表示ユニット内に配置された左眼画像表示素子と、前記右眼接眼表示ユニット内に配置された右眼画像表示素子とを含み、
前記接眼光学系は、前記左眼接眼表示ユニット内に配置され、前記左眼画像表示素子に表示された左眼表示画像を左眼に導く左眼接眼光学系と、前記右眼接眼表示ユニット内に配置され、前記右眼画像表示素子に表示された右眼表示画像を右眼に導く右眼接眼光学系とを含み、
前記左眼接眼光学系および前記右眼接眼光学系がそれぞれ、前記複数の単レンズからなり、
両眼で観察した際の像倍率が2倍以上である
上記[1]ないし[11]のいずれか1つに記載の表示装置。
1…表示装置、2L…左眼、2R…右眼、100…画像表示素子、100L…左眼画像表示素子、100R…右眼画像表示素子、101…接眼光学系、101L…左眼接眼光学系、101R…右眼接眼光学系、102…接眼表示ユニット、102L…左眼接眼表示ユニット、102R…右眼接眼表示ユニット、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、Im…虚像、L1…第1レンズ、L2…第2レンズ、L3…第3レンズ、L4…第4レンズ、STO…開口絞り、E.P.…アイポイント、E.R.…アイレリーフ、Z1…光軸。
Claims (12)
- 画像表示素子と前記画像表示素子に表示された表示画像をアイポイントに導く接眼光学系とを含む接眼表示ユニットを備え、
前記接眼光学系による像倍率が2倍以上であり、
前記接眼光学系は、複数の単レンズからなる共軸系であり、
前記複数の単レンズのうち少なくとも1枚の単レンズが、樹脂材料からなる非球面レンズであり、
前記画像表示素子は、前記表示画像として、前記接眼光学系において発生する歪曲収差と倍率色収差とを補正する画像を表示する
表示装置。 - 前記接眼光学系は、アイポイント側から像側に向かって順に、前記複数の単レンズとして、第1レンズ、第2レンズ、および第3レンズが配置された3群3枚構成の接眼レンズからなる
請求項1に記載の表示装置。 - 前記第1レンズは、d線に対する屈折率が1.439以上の材料からなる正の屈折力を有する球面レンズであり、
前記第1レンズの前記アイポイント側のレンズ面が、凸形状または平面形状である
請求項2に記載の表示装置。 - 前記接眼光学系における倍率色収差の最大発生量は、600μm以下である
請求項2に記載の表示装置。 - 以下の条件式を満足する
請求項2に記載の表示装置。
0.450<f/L’<0.800 ……(1A)
ただし、
f:実効焦点距離
L’:前記複数の単レンズにおける最もアイポイント側のレンズ面から前記像までの距離
とする。 - 以下の条件式を満足する
請求項2に記載の表示装置。
0.400<t’/L’ ……(2A)
ただし、
t’:前記複数の単レンズの各中心厚の総和
L’:前記複数の単レンズにおける最もアイポイント側のレンズ面から前記像までの距離
とする。 - 前記接眼光学系は、アイポイント側から像側に向かって順に、前記複数の単レンズとして、第1レンズ、第2レンズ、第3レンズ、および第4レンズが配置された4群4枚構成の接眼レンズからなる
請求項1に記載の表示装置。 - 前記第1レンズは、d線に対する屈折率が1.439以上の材料からなる正の屈折力を有する球面レンズであり、
前記第1レンズの前記アイポイント側のレンズ面が、凸形状または平面形状である
請求項7に記載の表示装置。 - 前記接眼光学系における倍率色収差の最大発生量は、600μm以下である
請求項7に記載の表示装置。 - 以下の条件式を満足する
請求項7に記載の表示装置。
0.450<f/L’<0.700 ……(1B)
ただし、
f:実効焦点距離
L’:前記複数の単レンズにおける最もアイポイント側のレンズ面から前記像までの距離
とする。 - 以下の条件式を満足する
請求項7に記載の表示装置。
0.550<t’/L’ ……(2B)
ただし、
t’:前記複数の単レンズの各中心厚の総和
L’:前記複数の単レンズにおける最もアイポイント側のレンズ面から前記像までの距離
とする。 - 前記接眼表示ユニットは、左眼接眼表示ユニットと右眼接眼表示ユニットとを含み、
前記画像表示素子は、前記左眼接眼表示ユニット内に配置された左眼画像表示素子と、前記右眼接眼表示ユニット内に配置された右眼画像表示素子とを含み、
前記接眼光学系は、前記左眼接眼表示ユニット内に配置され、前記左眼画像表示素子に表示された左眼表示画像を左眼に導く左眼接眼光学系と、前記右眼接眼表示ユニット内に配置され、前記右眼画像表示素子に表示された右眼表示画像を右眼に導く右眼接眼光学系とを含み、
前記左眼接眼光学系および前記右眼接眼光学系がそれぞれ、前記複数の単レンズからなり、
両眼で観察した際の像倍率が2倍以上である
請求項1に記載の表示装置。
Priority Applications (3)
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---|---|---|---|
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---|---|---|---|
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---|---|
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---|---|---|---|
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JP2004139132A (ja) * | 2004-01-08 | 2004-05-13 | Seiko Epson Corp | 画像表示装置及び頭部装着型表示装置 |
JP4646589B2 (ja) * | 2004-07-29 | 2011-03-09 | オリンパス株式会社 | 一眼レフカメラのファインダー光学系 |
JP5341462B2 (ja) * | 2008-10-14 | 2013-11-13 | キヤノン株式会社 | 収差補正方法、画像処理装置および画像処理システム |
JP5851157B2 (ja) * | 2011-08-25 | 2016-02-03 | リコー光学株式会社 | 接眼レンズ系および画像観察装置 |
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JP5775418B2 (ja) * | 2011-10-18 | 2015-09-09 | リコー光学株式会社 | 接眼レンズ系およびビューファインダおよび画像観察装置および画像撮影装置 |
JP6079111B2 (ja) * | 2012-10-04 | 2017-02-15 | 株式会社ニコン | 接眼光学系、光学機器 |
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-
2018
- 2018-07-31 JP JP2018143853A patent/JP2020020935A/ja active Pending
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2019
- 2019-07-17 WO PCT/JP2019/028102 patent/WO2020026813A1/ja active Application Filing
- 2019-07-17 US US17/250,433 patent/US20210294091A1/en active Pending
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