JP2022185302A - 観察光学系及びそれを有する観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い光学性能を有しつつ小型で広角な観察光学系及びそれを有する観察装置を提供すること。【解決手段】観察光学系は、画像表示面に表示された画像を観察するための観察光学系であって、観察側から画像表示面側へ順に配置された、第１レンズ群、第２レンズ群からなり、第１レンズ群は、観察側から画像表示面側へ順に配置された、半透過反射素子、画像表示面側のレンズ面が凸面である第１レンズ、画像表示面側のレンズ面で第１レンズと接合する第２レンズを含み、画像表示面側のレンズ面は、半透過反射面であり、第２レンズ群は、少なくとも一つのレンズ面が非球面である第３レンズを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、観察光学系に関する。

近年、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等の画像表示素子に表示された原画像を、観察光学系を介して拡大表示し、大画面画像を使用者に与えることで、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等の画像表示装置が知られている。画像表示装置は、頭部装着するために小型・軽量であることと、頭部装着時のモーメントを低減するために薄型であることが望まれている。また、画像表示装置に用いられる観察光学系は、高い光学性能を有しつつ広角であることが求められている。

従来、小型な構成の観察光学系として反射面を用いた共心光学系が知られている（特許文献１，２参照）

特開２０１９－１４８６２７号公報 特許第３２１２７８４号公報

しかしながら、特許文献１の観察光学系は、ハーフミラーの反射面に殆どの屈折力を有するため、特にコマ収差と像面湾曲収差の補正が十分ではなく、高い光学性能を有することが困難である。

また、特許文献２の観察光学系は、正の屈折力のレンズのみで構成されているため、色収差を十分に補正することができない。

本発明は、高い光学性能を有しつつ小型で広角な観察光学系及びそれを有する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、画像表示面に表示された画像を観察するための観察光学系であって、観察側から画像表示面側へ順に配置された、第１レンズ群、第２レンズ群からなり、第１レンズ群は、観察側から画像表示面側へ順に配置された、半透過反射素子、画像表示面側のレンズ面が凸面である第１レンズ、画像表示面側のレンズ面で第１レンズと接合する第２レンズを含み、画像表示面側のレンズ面は、半透過反射面であり、第２レンズ群は、少なくとも一つのレンズ面が非球面である第３レンズを含むことを特徴とする。

本発明によれば、高い光学性能を有しつつ小型で広角な観察光学系及びそれを有する観察装置を提供することができる。

実施例１の観察光学系のレンズ断面図である。 実施例１の観察光学系の縦収差図である。 実施例２の観察光学系のレンズ断面である。 実施例２の観察光学系の縦収差図である。 実施例３の観察光学系のレンズ断面である。 実施例３の観察光学系の縦収差図である。 実施例４の観察光学系のレンズ断面である。 実施例４の観察光学系の縦収差図である。

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。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１，３，５，７はそれぞれ、画像表示面に表示された画像を観察するための実施例１乃至４の観察光学系のレンズ断面図である。各レンズ断面図において左方が観察側で、右方が画像表示面側である。

各実施例の観察光学系は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等の画像表示素子に表示された原画像を拡大表示し、観察するヘッドウントディスプレイとして用いられるものである。

各実施例の観察光学系は、観察側から画像表示面側へ順に配置された、第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２を有する。

ＳＰは、瞳面（観察面）であり、観察者の瞳が位置する。ＩＤは、画像表示素子の画像表示面である。

第１レンズ群Ｌ１は、観察側から画像表示面側へ順に配置された、半透過反射素子１１、画像表示面側のレンズ面Ｒが凸面である（瞳面側に凹面を向ける）第１レンズＧ１、レンズ面Ｒで第１レンズＧ１と接合する第２レンズＧ２を含む。半透過反射素子１１は、例えば偏光板１４を通過した際の方向と同じ方向に偏光した直線偏光を反射し、偏光板１４を通過した際の方向と直交した方向に偏光した直線偏光を透過するように構成されたワイヤーグリッド偏光子である。

第１レンズＧ１の画像表示面側のレンズ面Ｒは、半透過反射面である。レンズ面Ｒは、例えば誘電体多層膜を形成されたハーフミラーである。

なお、第１レンズ群Ｌ１は、互いに張り合わせられた１つの素子で構成されることが好ましい。

第２レンズ群Ｌ２は、少なくとも一つのレンズ面が非球面である第３レンズＧＰを含む。

図２，４，６，８はそれぞれ、実施例１乃至４の観察光学系の縦収差図（アイレリーフ１８ｍｍ）である。アイレリーフは、光軸上におけるアイポイントと最も観察側のレンズ面との間隔を表す。

球面収差図において、ＦｎｏはＦナンバーであり、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ）に対する球面収差量を示している。非点収差図において、ΔＳはサジタル像面における非点収差量、ΔＭはメリディオナル像面における非点収差量を示している。歪曲収差図においてｄ線に対する歪曲収差量を示している。色収差図ではｇ線における色収差量を示している。ωは撮像半画角（°）である。

なお、収差の評価において、画像表示面側に発光点を設けて観察側に到達した光線の収差と、観察側に発光点を設けて画像表示面側に到達した光線の収差は一対一で対応するため、便宜上、画像表示面における収差を評価している。ここで、人間の瞳径は一例としてΦ３．５ｍｍ程度であるが、各実施例のアイボックスは瞳面位置の変動を考慮してΦ３．５ｍｍより大きくなるように設定されている。

以下、各実施例の観察光学系における光路について説明する。画像表示面ＩＤから射出され、第２レンズ群Ｌ２で屈折した後、レンズ面Ｒを透過した光は半透過反射素子１１に入射する。半透過反射素子１１で反射された光は、レンズ面Ｒに入射する。レンズ面Ｒで反射された光は再度、半透過反射素子１１に入射する。半透過反射素子１１を透過した光は、瞳面ＳＰに到達する。以上の光路を辿る際に、画像表示面ＩＤ上の点から射出された発散光束は、略平行光に変換されて瞳面ＳＰに導かれる。そのため、画像表示面ＩＤ上に表示された画像は、瞳面ＳＰの近傍に瞳孔を置いた観察者により、遠方に形成された虚像として観察される。

次に、各実施例の観察光学系における特徴的な構成について述べる。

第１レンズＧ１の画像表示面側のレンズ面Ｒは反射面として機能する際に正の屈折力を有するため、光路を折りたたむことができ、薄型で広角な観察光学系を実現することができる。

また、レンズ面Ｒが第１レンズＧ１と第２レンズＧ２との接合面として機能するため、半透過反射面が空気と接している場合と比較して、レンズ面Ｒを透過する際の全反射条件を回避することができる。また、第１レンズＧ１が正レンズ、第２レンズＧ２が負レンズになるため、色収差補正が可能になり、高い光学性能を実現することができる。

第１レンズ群Ｌ１はレンズ面Ｒの反射面に殆どの屈折力を持つため、収差補正が必要となる。第２レンズ群Ｌ２は少なくとも一つのレンズ面が非球面である第３レンズＧＰを含むため、特にコマ収差と像面湾曲収差の補正が可能になり、高い光学性能を実現することができる。

上述した構成を有することで、高い光学性能を有しつつ小型で広角な観察光学系及びそれを有する観察装置を実現することができる。

次に、各実施例の観察光学系が満足することが好ましい構成と条件について述べる。各実施例の観察光学系は、以下の条件式（１）乃至（３）のうち１つ以上を満足することが好ましい。ここで、νｄ１は第１レンズＧ１のｄ線に対するアッベ数であり、νｄ２は第２レンズＧ２のｄ線に対するアッベ数である。ｎ１は第１レンズＧ１のｄ線に対する屈折率であり、ｎ２は第２レンズＧ２のｄ線に対する屈折率である。ｆ２は第２レンズ群Ｌ２のｄ線に対する焦点距離であり、ｆは観察光学系のｄ線に対する焦点距離である。

０．２０＜νｄ２／νｄ１＜１．００ （１）
１．００＜ｎ２／ｎ１＜１．３５ （２）
０．８０＜ｆ２／ｆ＜１０．００ （３）
条件式（１）は、第１レンズＧ１と第２レンズＧ２の分散を規定している。条件式（１）を満足することで、色収差を抑える構成となり高い光学性能を実現することができる。条件式（１）の下限値を下回って、第２レンズＧ２の分散が大きくなると、色収差が増加して光学性能が低下してしまうため好ましくない。一方、条件式（１）の上限値を上回ると、色収差の補正が困難になってしまうため好ましくない。

条件式（２）は、第１レンズＧ１と第２レンズＧ２の屈折率を規定している。条件式（２）の下限値を下回ると、第１レンズＧ１の屈折率が第２レンズＧ２の屈折率よりも大きくなる。ここで、第１レンズ群Ｌ１のベッツバール和に注目すると、第１レンズＧ１の屈折率が第２レンズＧ２の屈折率よりも大きい方が０に近づく。しかしながら、各実施例では第２レンズ群Ｌ２が設けられているため、第１レンズ群Ｌ１のベッツバール和を０に近づける必要はない。各実施例の観察光学系は条件式（２）を満足しながらも、第２レンズ群Ｌ２を有するため、全体ではベッツバール和を０に近づけることができる。条件式（２）の下限値を下回ると、実在する硝材の屈折率と分散の関係を考慮すると、硝材の選択上色収差の補正が困難になり、高い光学性能を実現することができないため好ましくない。条件式（２）の上限値を上回ると、第２レンズＧ２の屈折率が第１レンズＧ１の屈折率よりも大きくなり過ぎるため、レンズ面Ｒが透過面として機能する際の負の屈折力が強くなり過ぎる。このため、第１レンズ群Ｌ１のベッツバール和が負方向へ大きくなり過ぎ、第２レンズ群Ｌ２により投写光学系全体でベッツバール和を０に近づけることが困難になる。したがって、像面湾曲を十分に補正できず、高い光学性能を実現することができないため好ましくない。

条件式（３）は、第２レンズ群Ｌ２の屈折力を規定している。条件式（３）の下限値を下回ると、観察光学系に対する第２レンズ群Ｌ２の屈折力が強くなり過ぎる。条件式（３）の上限値を上回ると、観察光学系に対する第１レンズ群Ｌ１の屈折力が強くなり過ぎる。このため、レンズ面Ｒが反射面として機能する際の正の屈折力が強くなり過ぎ、第３レンズＧＰを配置することによる収差補正が困難になる。したがって、高い光学性能を実現することができないため好ましくない。

なお、条件式（１）乃至（３）の数値範囲を以下の条件式（１ａ）乃至（３ａ）の数値範囲とすることが好ましい。

０．２５＜νｄ２／νｄ１＜０．７５ （１ａ）
１．０５＜ｎ２／ｎ１＜１．３０ （２ａ）
０．９０＜ｆ２／ｆ＜８．００ （３ａ）
また、条件式（１）乃至（３）の数値範囲を以下の条件式（１ｂ）乃至（３ｂ）の数値範囲とすることが更に好ましい。

０．３０＜νｄ２／νｄ１＜０．５０ （１ｂ）
１．１０＜ｎ２／ｎ１＜１．２５ （２ｂ）
１．００＜ｆ２／ｆ＜５．００ （３ｂ）
また、各実施例の観察光学系では、第３レンズＧＰは正の屈折力を有し、第３レンズＧＰの少なくとも一つのレンズ面は変曲点を有する非球面であることが好ましい。第３レンズＧＰが正の屈折力を有することで、観察光学系の焦点距離を短くすることができる。また、第３レンズＧＰの少なくとも一つのレンズ面が変曲点を有することで、少ないレンズ枚数でありながら、非点収差、像面湾曲、及び歪曲収差を効率良く補正することができる。
したがって、第３レンズＧＰが上記構成を有することで、高い光学性能を有しつつ軽量で広角な観察光学系を実現することができる。

また、各実施例の観察光学系は、以下の条件式（４）及び（５）のうち１つ以上を満足することが好ましい。ｆｐは、第３レンズＧＰのｄ線に対する焦点距離である。Ｙｐａは、第３レンズＧＰの少なくとも一つのレンズ面が変曲点を有する非球面である場合の第３レンズＧＰの光軸から変曲点までの距離である。Ｙａは、第３レンズＧＰの少なくとも一つのレンズ面が変曲点を有する非球面である場合の第３レンズＧＰの光軸に対する最大光線高である。

１．００＜ｆｐ／ｆ＜１０．００ （４）
０．２０＜Ｙｐａ／Ｙａ＜０．７５ （５）
条件式（４）は、第３レンズＧＰの屈折力を規定している。条件式（４）の下限値を下回ると、第３レンズＧＰの屈折力が強くなり過ぎるため、第３レンズＧＰを配置することによる収差補正が困難になる。条件式（４）の上限値を上回ると、観察光学系に対する第３レンズＧＰの屈折力が弱くなり過ぎるため、観察光学系の焦点距離を十分短くすることができず、広角な観察光学系を実現することができない。

条件式（５）は、第３レンズＧＰの変曲点位置を規定する。各実施例の観察光学系では、レンズ面Ｒの反射面に殆どの屈折力を持つため、反射面で発生するコマ収差や像面湾曲収差を補正する必要がある。そのため、非球面に変曲点を設けてパワー変化を与えることが好ましい。このとき、第３レンズＧＰの変曲点を有する非球面は、条件式（５）を満足することが好ましい。条件式（５）の下限値を下回ると、パワー変化の位置が光軸中心部に近くなりすぎ、コマ収差や像面湾曲の補正が過剰になる、又は高次収差の発生が大きくなりすぎ好ましくない。条件式（５）の上限値を上回ると、パワー変化の位置の位置が画面周辺部になり、画像中心部でのコマ収差や像面湾曲を十分に補正できない。

なお、第３レンズＧＰが変曲点を有する非球面であるレンズ面を複数備える場合、複数の変曲点を有する非球面であるレンズ面のうち少なくとも一つのレンズ面が条件式（５）を満足すればよい。また、変曲点を有する非球面であるレンズ面に複数の変曲点が設けられている場合、光軸からの最も離れた距離に位置する変曲点が条件式（５）を満足すればよい。

なお、条件式（４）及び（５）の数値範囲を以下の条件式（４ａ）及び（５ａ）の数値範囲とすることが好ましい。

１．２５＜ｆｐ／ｆ＜８．００ （４ａ）
０．２３＜Ｙｐａ／Ｙａ＜０．７０ （５ａ）
また、条件式（４）及び（５）の数値範囲を以下の条件式（４ｂ）及び（５ｂ）の数値範囲とすることが更に好ましい。

１．５０＜ｆｐ／ｆ＜６．００ （４ｂ）
０．２５＜Ｙｐａ／Ｙａ＜０．６５ （５ｂ）
以下、各実施例の各レンズ断面図を参照して、各実施例の観察光学系における偏光利用について説明する。

第１の１／４波長板１２は、半透過反射素子１１と第１レンズＧ１との間に配置されている。第２の１／４波長板１３は、第２レンズＧ２の画像表示面側に配置されている。偏光板１４は、第２の１／４波長板１３の画像表示面側に配置されている。

第１の１／４波長板１２及び第２の１／４波長板１３は、それぞれの遅相軸が９０°傾いた状態で配置されている。また、第１の１／４波長板１２は、遅相軸が偏光板１４の偏光透過軸に対して４５°傾いた状態で配置されている。

画像表示面ＩＤから射出された光は、偏光板１４で直線偏光となり、第２の１／４波長板１３によって円偏光となり、レンズ面Ｒに入射する。レンズ面Ｒに入射した光の一部は、レンズ面Ｒで反射されて逆回りの円偏光となり、第２の１／４波長板１３に戻る。第２の１／４波長板１３に戻った逆回りの円偏光の光は、第２の１／４波長板１３によって最初に偏光板１４を通過した際の方向と直交した方向に偏光した直線偏光として偏光板１４に戻り、偏光板１４で吸収される。

一方、レンズ面Ｒに入射した光の他の一部は、レンズ面Ｒを透過して第１の１／４波長板１２によって偏光板１４を通過した際の方向と同じ方向に偏光した直線偏光となり、半透過反射素子１１に入射する。半透過反射素子１１に入射した光は、半透過反射素子１１により反射され、第１の１／４波長板１２によって最初に第２の１／４波長板１３によって円偏光となった際と逆回りの円偏光となり、レンズ面Ｒに入射する。
レンズ面Ｒで反射された光は、レンズ面Ｒで反射される前の光と逆回りの円偏光となり、第１の１／４一波長板１２に入射して最初に偏光板１４を通過した際の方向と直交した方向に偏光した直線偏光になり、半透過反射素子１１に入射する。半透過反射素子１１に入射した光は、半透過反射素子１１を透過して瞳面ＳＰに導かれる。

以上説明したように、レンズ面Ｒを透過し、半透過反射素子１１で反射し、レンズ面Ｒで反射し、半透過反射素子１１を透過した光のみが瞳面ＳＰに導かれる。

また、各実施例の観察光学系では、第１レンズＧ１の観察側の面が平面であることが好ましい。これにより、半透過反射素子１１及び第１の１／４波長板１２を第１レンズＧ１の観察側の面に容易に貼り合わせることができる。したがって、部品数が少なくなり観察光学系の小型化及び軽量化を実現することができる。

また、各実施例の観察光学系では、第２レンズＧ２の画像表示側のレンズ面が平面であることが好ましい。これにより、第２の１／４波長板１３及び偏光板１４を第２レンズＧ２の画面表示側の面に容易に貼り合わせることができる。したがって、部品数が少なくなり、観察光学系の小型化及び軽量化を実現することができる。

第１レンズＧ１の観察側の面が平面であること、及び第２レンズＧ２の画像表示側の面が平面であることにより、第１レンズ群Ｌ１はレンズ面Ｒの反射面に殆どの屈折力を持ち、また収差補正のための自由度が殆どない構成となる。そのため、第３レンズＧＰを設けることで、収差補正が可能になり、高い光学性能を実現することができる。

また、各実施例の観察光学系では、第１レンズ群Ｌ１の第１レンズＧ１及び第２レンズＧ２は共に、ガラスレンズであることが好ましい。半透過反射素子１１は直線偏光の偏光方向に応じて反射と透過を行うため、半透過反射素子１１と偏光板１４との間に複屈折性を有する光学素子が配置されると、瞳面ＳＰにゴースト光が入射するおそれがある。このため、第１レンズ群Ｌ１を構成する各レンズは、複屈折性の低いガラスレンズよりなることが好ましい。

また、各実施例の観察光学系では、第３レンズＧＰは樹脂レンズよりなることが好ましい。第３レンズＧＰは半透過反射素子１１と偏光板１４との間に配置されないため、第３レンズＧＰが複屈折性を有する樹脂レンズであっても、ゴースト光による問題は発生しない。第３レンズＧＰが樹脂レンズよりなることで、少なくとも一つのレンズ面を容易に非球面とすることができると共に、樹脂レンズはガラスレンズに比べて比重が小さいため、軽量化することができる。

次に、各実施例の観察光学系について詳細に述べる。

実施例１の観察光学系は、全画角が７０度、設計上の最大瞳径がΦ１０ｍｍである。第２レンズ群Ｌ２は、観察側から画像表示面側へ順に配置された、第３レンズＧＰ、正レンズより構成される。第２レンズ群Ｌ２が第３レンズＧＰ及び正レンズより構成されることで、より像面湾曲を抑制し、高い光学性能を実現することができる。

実施例２の観察光学系は、全画角が８０度、設計上の最大瞳径がΦ１０ｍｍである。第２レンズ群Ｌ２は、観察側から画像表示面側へ順に配置された、第３レンズＧＰ、正レンズより構成される。実施例２では、実施例１と比較して、第３レンズＧＰにより強い正の屈折力を持たせることで、より広角な観察光学系を実現することができる。

実施例３の観察光学系は、全画角が６５度、設計上の最大瞳径がΦ１０ｍｍである。第２レンズ群Ｌ２は、観察側から画像表示面側へ順に配置された、第３レンズＧＰより構成される。第２レンズ群Ｌ２が第３レンズＧＰのみより構成されることで、より軽量な観察光学系を実現することができる。

実施例４の観察光学系は、全画角が７０度、設計上の最大瞳径がΦ１０ｍｍである。第２レンズ群Ｌ２は、観察側から画像表示面側へ順に配置された、第３レンズＧＰより構成される。実施例４では、実施例３と比較して、第２レンズ群Ｌ２の屈折力をより強くすることで、より広角な観察光学系を実現することができる。

以下に、実施例１乃至４にそれぞれ対応する数値実施例１乃至４を示す。

各数値実施例の面データにおいて、ｒは各光学面の曲率半径、ｄ（ｍｍ）は第ｍ面と第（ｍ＋１）面との間の軸上間隔（光軸上の距離）を表している。ただし、ｍは瞳面ＳＰ側から数えた面の番号である。また、ｎｄは各光学部材のｄ線に対する屈折率、νｄは光学部材のアッベ数を表わしている。なお、ある材料のアッベ数νｄは、フラウンホーファ線のｄ線（５８７．６ｎｍ）、Ｆ線（４８６．１ｎｍ）、Ｃ線（６５６．３ｎｍ）における屈折率をＮｄ，ＮＦ，ＮＣとするとき、
νｄ＝（Ｎｄ－１）／（ＮＦ－ＮＣ）
で表される。

また、光学面が非球面の場合は、面番号の右側に、＊の符号を付している。非球面形状は、Ｘを光軸方向の面頂点からの変位量、ｈを光軸と垂直な方向の光軸からの高さ、Ｒを近軸曲率半径、Ｋを円錐定数、Ａ２，Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０，Ａ１２を各次数の非球面係数とするとき、
Ｘ＝（ｈ²／Ｒ）／［１＋｛１－（１＋Ｋ）（ｈ／Ｒ）²｝^1/2＋Ａ2×ｈ²＋Ａ４×ｈ⁴
＋Ａ６×ｈ⁶＋Ａ８×ｈ⁸＋Ａ１０×ｈ¹⁰
で表している。なお、各非球面係数における「ｅ±ＸＸ」は「×１０±^ＸＸ」を意味している。

［数値実施例１］
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd
1(SP) ∞ 18.00
2 ∞ 0.20 1.51 50.0
3 ∞ 0.20 1.58 50.0
4 ∞ 6.63 1.48749 70.2
5 -57.143 -6.63 反射面
6 ∞ -0.20 1.58 50.0
7 ∞ -0.20 1.51 50.0
8 ∞ 0.20 反射面
9 ∞ 0.20 1.58 50.0
10 ∞ 6.63 1.48749 70.2
11 -57.143 1.34 1.80518 25.4
12 ∞ 0.20 1.58 50.0
13 ∞ 0.20 1.46 50.0
14 ∞ 2.27
15* -64.926 3.00 1.54390 56.0
16* -32.290 1.78
17 36.118 4.98 1.96300 24.1
18 ∞ 0.51
像面 ∞

非球面データ
第15面
K = 0.00000e+000 A 4= 5.22826e-005 A 6=-1.15849e-007 A 8=-1.72985e-010
A10= 2.60573e-012 A12=-4.34549e-015

第16面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.25599e-004 A 6=-7.33671e-007 A 8= 2.74067e-009
A10=-3.57083e-012

焦点距離 18.14
Ｆナンバー 1.81
半画角（度） 35.00
像高 12.70
レンズ全長 53.36
BF 0.51

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
SP 1 ∞
L1 2 20.31
L2 15 28.23

［数値実施例２］
単位mm

面データ
面番号 r d nd νd
1(SP) ∞ 18.00
2 ∞ 0.20 1.51 50.0
3 ∞ 0.20 1.58 50.0
4 ∞ 7.47 1.53996 59.5
5 -56.731 -7.47 反射面
6 ∞ -0.20 1.58 50.0
7 ∞ -0.20 1.51 50.0
8 ∞ 0.20 反射面
9 ∞ 0.20 1.58 50.0
10 ∞ 7.47 1.53996 59.5
11 -56.731 1.50 1.80810 22.8
12 ∞ 0.20 1.58 50.0
13 ∞ 0.20 1.46 50.0
14 ∞ 0.70
15* 49.176 4.19 1.54390 56.0
16* -19.000 0.50
17 39.365 4.10 2.00100 29.1
18 ∞ 0.50
像面 ∞

非球面データ
第15面
K = 0.00000e+000 A 4=-3.78860e-004 A 6= 3.55858e-006 A 8=-1.47846e-008
A10= 2.95192e-011 A12=-2.23370e-014

第16面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.17084e-004 A 6= 1.55977e-007 A 8=-1.50577e-009
A10= 3.53048e-012

焦点距離 15.14
Ｆナンバー 1.51
半画角（度） 40.00
像高 12.70
レンズ全長 53.50
BF 0.50

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
SP 1 ∞
L1 2 19.16
L2 15 15.87

［数値実施例３］
面データ
面番号 r d nd νd
1(SP) ∞ 18.00
2 ∞ 0.20 1.51 50.0
3 ∞ 0.20 1.58 50.0
4 ∞ 5.25 1.48749 70.2
5 -60.425 -5.25 反射面
6 ∞ -0.20 1.58 50.0
7 ∞ -0.20 1.51 50.0
8 ∞ 0.20 反射面
9 ∞ 0.20 1.58 50.0
10 ∞ 5.25 1.48749 70.2
11 -60.425 1.50 1.70585 30.2
12 ∞ 0.20 1.58 50.0
13 ∞ 0.20 1.46 50.0
14 ∞ 6.50
15* -133.015 4.00 1.53110 55.9
16* -18.437 2.95
像面 ∞

非球面データ
第15面
K = 0.00000e+000 A 4=-6.58095e-005 A 6= 4.82916e-008 A 8= 3.03270e-009
A10=-9.81761e-012 A12= 1.08924e-014

第16面
K = 0.00000e+000 A 4= 7.06395e-005 A 6=-3.34017e-007 A 8= 3.39605e-009
A10=-3.40888e-012

焦点距離 19.94
Ｆナンバー 1.99
画角 32.50
像高 12.70
レンズ全長 50.30
BF 2.95

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
SP 1 ∞
L1 2 21.29
L2 15 39.82

［数値実施例４］
単位mm

面データ
面番号 r d nd νd
1(SP) ∞ 18.00
2 ∞ 0.20 1.51 50.0
3 ∞ 0.20 1.58 50.0
4 ∞ 6.27 1.69680 55.5
5 -60.762 -6.27 反射面
6 ∞ -0.20 1.58 50.0
7 ∞ -0.20 1.51 50.0
8 ∞ 0.20 反射面
9 ∞ 0.20 1.58 50.0
10 ∞ 6.27 1.69680 55.5
11 -60.762 1.34 1.96300 24.1
12 ∞ 0.20 1.58 50.0
13 ∞ 0.20 1.46 50.0
14 ∞ 4.69
15* -54.430 3.00 1.53110 55.9
16* -19.707 2.85
像面 ∞

非球面データ
第15面
K = 0.00000e+000 A 4= 7.15880e-007 A 6= 5.69825e-007 A 8=-2.61510e-009
A10= 5.49014e-012 A12=-5.21942e-015

第16面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.51686e-004 A 6= 8.58463e-008 A 8=-1.19285e-009
A10= 1.43287e-012

焦点距離 18.14
Ｆナンバー 1.81
半画角（度） 35.00
像高 12.70
レンズ全長 50.31
BF 2.85

レンズ群データ
群 始面 焦点距離
SP 1 ∞
L1 2 18.72
L2 15 56.47

各数値実施例における種々の値を、以下の表１にまとめて示す。

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。

Ｇ１ 第１レンズ
Ｇ２ 第２レンズ
ＧＰ 第３レンズ
ＩＤ 画像表示面
Ｌ１ 第１レンズ群
Ｌ２ 第２レンズ群
Ｒ レンズ面
１１ 半透過反射素子

Claims (19)

1. 画像表示面に表示された画像を観察するための観察光学系であって、
   観察側から画像表示面側へ順に配置された、第１レンズ群、第２レンズ群からなり、
   前記第１レンズ群は、観察側から画像表示面側へ順に配置された、半透過反射素子、画像表示面側のレンズ面が凸面である第１レンズ、前記画像表示面側のレンズ面で前記第１レンズと接合する第２レンズを含み、
   前記画像表示面側のレンズ面は、半透過反射面であり、
   前記第２レンズ群は、少なくとも一つのレンズ面が非球面である第３レンズを含むことを特徴とする観察光学系。
2. 前記第１レンズのアッベ数をνｄ１、前記第２レンズのアッベ数をνｄ２とするとき、
   ０．２０＜νｄ２／νｄ１＜１．００
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の観察光学系。
3. 前記第１レンズの屈折率をｎ１、前記第２レンズの屈折率をｎ２とするとき、
   １．００＜ｎ２／ｎ１＜１．３５
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の観察光学系。
4. 前記第２レンズ群のｄ線に対する焦点距離をｆ２、前記観察光学系のｄ線に対する焦点距離をｆとするとき
   ０．８０＜ｆ２／ｆ＜１０．００
   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の何れか一項に記載の観察光学系。
5. 前記第３レンズは、正の屈折力を有し、
   前記第３レンズの少なくとも一つのレンズ面は、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乃至４の何れか一項に記載の観察光学系。
6. 前記第３レンズのｄ線に対する焦点距離をｆｐ、前記観察光学系のｄ線に対する焦点距離をｆとするとき、
   １．００＜ｆｐ／ｆ＜１０．００
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の観察光学系。
7. 前記第３レンズの少なくとも一つのレンズ面は、変曲点を有する非球面であり、
   前記第３レンズの光軸から前記変曲点までの距離をＹｐａ、前記第３レンズの光軸に対する前記非球面の最大光線高をＹａとするとき、
   ０．２０＜Ｙｐａ／Ｙａ＜０．７５
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の観察光学系。
8. 前記半透過反射素子と前記第１レンズとの間に配置された第１の１／４波長板を更に有することを請求項１乃至７の何れか一項に記載の観察光学系。
9. 前記第２レンズの画像表示面側に配置された第２の１／４波長板を更に有することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の観察光学系。
10. 前記半透過反射素子と前記第１レンズとの間に配置された第１の１／４波長板と、
    前記第２レンズの画像表示面側に配置された第２の１／４波長板とを更に有し、
    前記第１の１／４波長板及び前記第２の１／４波長板は、それぞれの遅相軸が９０°傾いた状態で配置されることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の観察光学系。
11. 前記半透過反射素子と前記第１レンズとの間に配置された第１の１／４波長板と、
    前記第２レンズの画像表示面側に配置された第２の１／４波長板と、
    前記第２の１／４波長板の画像表示面側に配置された偏光板とを更に有し、
    前記第１の１／４波長板は、遅相軸が前記偏光板の偏光透過軸に対して４５°傾いた状態で配置されることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の観察光学系。
12. 前記第１レンズの観察側のレンズ面は、平面であることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の観察光学系。
13. 前記第２レンズの画像表示側のレンズ面は、平面であることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一項に記載の観察光学系。
14. 前記第１レンズ及び前記第２レンズは共に、ガラスレンズであることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一項に記載の観察光学系。
15. 前記第３レンズは、樹脂レンズよりなることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載の観察光学系。
16. 前記第２レンズ群は、観察側から画像表示面側へ順に配置された、前記第３レンズ、正レンズからなることを特徴とする請求項１乃至１５の何れか一項に記載の観察光学系。
17. 前記第２レンズ群は、観察側から画像表示面側へ順に配置された、前記第３レンズからなることを特徴とする請求項１乃至１５の何れか一項に記載の観察光学系。
18. 前記画像表示面から射出された光は、前記第２レンズ群で屈折し、前記画像表示面側のレンズ面を透過し、前記半透過反射素子で反射され、前記画像表示面側のレンズ面で反射され、前記半透過反射素子を透過し、瞳面に到達することを特徴とする請求項１乃至１７の何れか一項に記載の観察光学系。
19. 請求項１乃至１８の何れか一項に記載の観察光学系を有することを特徴とする観察装置。
    

Images