JP7438811B2 - 光学系および画像表示装置 - Google Patents
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Description
まず、図1を参照して、本発明の第一の実施形態における画像表示装置について説明する。図1は、本実施形態における画像表示装置101の構成図である。図1において、101は画像表示装置であり、不図示の装着機構などと合わせて頭部などに装着して使用され得る。画像表示装置101は、頭部に装着される場合にはヘッドマウントディスプレイ(HMD)とも称される。102は観察者の右眼、103は観察者の左眼である。第二のレンズ104および第一のレンズ105は、右眼用接眼光学系を構成する。第二のレンズ106および第一のレンズ107は、左眼用接眼光学系を構成する。108は画像表示素子(右眼用画像表示素子)、109は画像表示素子(左眼用画像表示素子)であり、例えば有機ELディスプレイであるが、これに限定されるものではない。
次に、図7を参照して、本発明の第二の実施形態における画像表示装置について説明する。図7は、本実施形態における画像表示装置201の構成図である。図7において、201は画像表示装置(HMD)、202は観察者の右眼、203は観察者の左眼である。第二のレンズ204と第一のレンズ205は接合されており、右眼用接眼光学系を構成する。第二のレンズ206と第一のレンズ207は接合されており、左眼用接眼光学系を構成する。208は画像表示素子(右眼用画像表示素子)、209は画像表示素子(左眼用画像表示素子)であり、例えば有機ELディスプレイであるが、これに限定されるものではない。
次に、図11を参照して、本発明の第三の実施形態における画像表示装置について説明する。図11は、本実施形態における画像表示装置301の構成図である。図11において、301は画像表示装置(HMD)、302は観察者の右眼、303は観察者の左眼である。レンズ304、305により第一のレンズ(第一のレンズ群)が構成される。レンズ306は、第二のレンズを構成する。レンズ304、305、306は、右眼用接眼光学系を構成する。レンズ307、308、309は、左眼用接眼光学系を構成する。310は画像表示素子(右眼用画像表示素子)、311は画像表示素子(左眼用画像表示素子)であり、例えば有機ELディスプレイであるが、これに限定されるものではない。
105 第一のレンズ
108 画像表示素子
110 偏光板
111 第一の位相板
112 半透過反射膜(半透過反射面)
113 第二の位相板
114 PBS(反射透過偏光板)
Claims (20)
- 画像表示素子の表示面の拡大像を形成する光学系であって、
前記表示面の側から順に配置された、偏光板、第一の位相板、第一のレンズ、半透過反射面、第二のレンズ、第二の位相板、および、反射透過偏光板を有し、
前記第一のレンズ、および前記第二のレンズは樹脂レンズであり、
前記第一の位相板の遅相軸方向の右回りを正とするとき、前記偏光板を透過する光の偏光方向に対する前記第一の位相板の遅相軸方向の第一の角度の絶対値は、30°以上44°以下または46°以上60°以下であり、
前記第一のレンズで生じる位相差は、前記第二のレンズで生じる位相差よりも大きいことを特徴とする光学系。 - 前記表示面からの光は、前記偏光板を透過した後に直線偏光となり、前記第一の位相板を透過した後に楕円偏光となり、前記第一のレンズを透過した後に円偏光、または前記第一の位相板の遅相軸もしくは進相軸と同じ方向に楕円方位角を有する楕円偏光となることを特徴とする請求項1に記載の光学系。
- 前記第一の角度の前記絶対値は、30°以上40°以下または50°以上60°以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の光学系。
- 前記第一のレンズまたは前記第二のレンズの温度に基づいて前記第一の角度を変更する角度変更手段を更に有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。
- 画像表示素子の表示面の拡大像を形成する光学系であって、
前記表示面の側から順に配置された、偏光板、第一の位相板、第一のレンズ、半透過反射面、第二の位相板、および、反射透過偏光板を有し、
前記第一のレンズは樹脂レンズであり、
前記第一の位相板の遅相軸方向の右回りを正とするとき、前記偏光板を透過する光の偏光方向に対する前記第一の位相板の遅相軸方向の第一の角度の絶対値は、30°以上44°以下または46°以上60°以下であり、
前記光学系は、前記樹脂レンズの温度に基づいて前記第一の角度を変更する角度変更手段を有することを特徴とする光学系。 - 画像表示素子の表示面の拡大像を形成する光学系であって、
前記表示面の側から順に配置された、偏光板、第一の位相板、半透過反射面、第二のレンズ、第二の位相板、および、反射透過偏光板を有し、
前記第二のレンズは樹脂レンズであり、
前記第二の位相板の遅相軸方向の右回りを正とするとき、前記偏光板を透過する光の偏光方向に対する前記第二の位相板の遅相軸方向の第二の角度の絶対値は、30°以上44°以下または46°以上60°以下であり、
前記光学系は、前記樹脂レンズの温度に基づいて前記第二の角度を変更する角度変更手段を有することを特徴とする光学系。 - 前記表示面からの光は、前記偏光板を透過した後に直線偏光となり、前記第一の位相板を透過した後に円偏光となり、前記第二のレンズを透過した後に楕円偏光となり、前記第二の位相板を透過した後に前記反射透過偏光板で反射する方向の直線偏光となることを特徴とする請求項6に記載の光学系。
- 前記第二の角度の前記絶対値は、30°以上40°以下または50°以上60°以下であることを特徴とする請求項6または7に記載の光学系。
- 前記第二の位相板の遅相軸方向の右回りを正とするとき、前記偏光板を透過する光の偏光方向に対する前記第二の位相板の遅相軸方向の第二の角度の絶対値は、30°以上44°以下または46°以上60°以下であり、
前記第一の角度の符号と前記第二の角度の符号は互いに逆であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光学系。 - 前記表示面からの光は、前記偏光板を透過した後に直線偏光となり、前記第一の位相板を透過した後に楕円偏光となり、前記第一のレンズを透過した後に円偏光、または前記第一の位相板の前記遅相軸もしくは進相軸と同じ方向に楕円方位角を有する楕円偏光となり、前記第二のレンズを透過した後に楕円偏光となり、前記第二の位相板を透過した後に前記反射透過偏光板で反射する方向の直線偏光となることを特徴とする請求項9に記載の光学系。
- 前記第二のレンズは、前記表示面に凸面を向けた平凸レンズであることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の光学系。
- 前記表示面からの光の波長をλとするとき、前記樹脂レンズで生じる位相差は、λ/200以上であることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載の光学系。
- 前記表示面からの光の波長をλとするとき、前記樹脂レンズで生じる位相差は、λ/100以上であることを特徴とする請求項12に記載の光学系。
- 前記樹脂レンズで生じる位相差の軸方向は、前記第一の位相板の前記遅相軸方向もしくは進相軸方向、または、前記第二の位相板の前記遅相軸方向もしくは進相軸方向と異なることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載の光学系。
- 前記樹脂レンズの光学有効領域における偏肉比は、1.5以上かつ4.0以下であることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一項に記載の光学系。
- 前記光学系のアイレリーフをE(mm)とするとき、
15≦E≦25
なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至15のいずれか一項に記載の光学系。 - 前記光学系の最も拡大側のレンズ面から前記表示面までの距離をL、前記光学系のアイレリーフをEとするとき、
0.6≦L/E≦1.0
なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至16のいずれか一項に記載の光学系。 - 前記反射透過偏光板よりも拡大側に配置され、第二の直線偏光を透過する第二の偏光板を有することを特徴とする請求項1乃至17のいずれか一項に記載の光学系。
- 請求項1乃至18のいずれか一項に記載の光学系と、前記画像表示素子とを備えることを特徴とする画像表示装置。
- 前記光学系のアイレリーフをE(mm)、最大半画角をθとするとき、
8≦E×tanθ≦20
なる条件式を満足することを特徴とする請求項19に記載の画像表示装置。
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