JPWO2019163415A1 - 接眼光学系およびヘッドマウントディスプレイ - Google Patents
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Abstract
Description
但し、Φ1mx:第1フレネル面FSaの壁面部の光軸に対する傾斜角の最大値、
Φ2mx:第2フレネル面FSbの壁面部の光軸に対する傾斜角の最大値。
但し、Φ1av:第1フレネル面FSaの壁面部の光軸に対する傾斜角の平均値、
Φ2av:第2フレネル面FSbの壁面部の光軸に対する傾斜角の平均値。
但し、fR1:第1フレネルレンズの焦点距離、
fR2:第2フレネルレンズの焦点距離。
但し、AS1:第1フレネル面FSaのフレネル段差のアスペクト比の最大値。
但し、AS2:第2フレネル面FSbのフレネル段差のアスペクト比の最大値。
但し、ω:接眼光学系ELの視野角、
TL:接眼光学系ELの全長。
但し、X1:第1フレネルレンズにおけるアイポイントEP側のレンズ面から観察物体までの距離、
TL:接眼光学系ELの全長。
但し、SG1:第1フレネル面FSaのサグ量の平均値、
TH1:第1フレネルレンズの光軸上の厚さ。
但し、SG2:第2フレネル面FSbのサグ量の平均値、
TH2:第2フレネルレンズの光軸上の厚さ。
+A4×y4+A6×y6+A8×y8+A10×y10+A12×y12
+A14×y14+A16×y16+A18×y18+A20×y20 …(A)
まず、本願の第1実施例について図1〜図4および表1を用いて説明する。各実施例の接眼光学系は、画像表示部11で表示される画像を観察するための接眼光学系として用いられるものである。図1は第1実施例に係る接眼光学系EL(1)のレンズ構成図である。第1実施例に係る接眼光学系EL(1)は、アイポイントEP側から順に並んだ、正の屈折力を有する平凸形状の第1レンズL1と、正の屈折力を有する平凸形状の第2レンズL2と、負の屈折力を有するメニスカス形状の第3レンズL3とから構成される。
[諸元データ]
f=23.75
fR1=41.06
fR2=52.36
fAS=-464.38
ω=±60°
ER=10.00
X1=27.59
TL=37.59
[レンズデータ]
面番号 R D nd νd
1 ∞ 1.32 1.6417 23.9
2*b -26.345 0.11
3 ∞ 1.43 1.4929 57.1
4*b -25.80658841 0.11
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6*a 74.9845136 19.12174528
[非球面データ]
第2面
κ=0.0000
A4=-3.02E-06,A6=4.26E-08,A8=4.40E-12,A10=-2.29E-14,A12=3.82E-18
A14=-1.21E-20,A16=1.34E-22,A18=-1.71E-25,A20=1.54E-29
第4面
κ=-4.8481
A4=0.00E+00,A6=-1.31E-08,A8=1.49E-11,A10=-1.72E-14,A12=-3.05E-17
A14=2.43E-20,A16=3.81E-23,A18=-5.73E-27,A20=-1.08E-29
第5面
κ=0.0000
A4=-3.64E-06,A6=5.06E-08,A8=-6.35E-11,A10=4.79E-14,A12=-1.06E-16
A14=1.78E-19,A16=-1.82E-22,A18=1.21E-25,A20=-3.69E-29
第6面
κ=0.0000
A4=-1.26E-05,A6=2.09E-08,A8=2.53E-12,A10=2.06E-14,A12=-9.58E-17
A14=3.18E-20,A16=-5.92E-23,A18=1.08E-26,A20=1.67E-28
[フレネル面データ]
半径10mmの範囲内 有効径の範囲内
Φ1mx 14.52° 17.06°
Φ2mx 3.75° 6.27°
Φ1av 9.79° 13.33°
Φ2av 2.54° 3.89°
AS1 0.40 0.55
AS2 0.32 0.78
SG1 0.40 0.40
SG2 0.40 0.40
[条件式対応値]
条件式(1) Φ1mx/Φ2mx
=3.9(半径10mm),2.7(有効径)
条件式(2) Φ1av/Φ2av
=3.9(半径10mm),3.4(有効径)
条件式(3) fR1/fR2=0.8
条件式(4) AS1=0.55
条件式(5) AS2=0.78
条件式(6) (2×ω)/TL=3.2
条件式(7) X1/TL=0.73
条件式(8) 1−(SG1/TH1)=0.70
条件式(9) 1−(SG2/TH2)=0.72
以下、本願の第2実施例について図5〜図7および表2を用いて説明する。図5は第2実施例に係る接眼光学系EL(2)のレンズ構成図である。第2実施例に係る接眼光学系EL(2)は、アイポイントEP側から順に並んだ、正の屈折力を有する平凸形状の第1レンズL1と、正の屈折力を有する両凸形状の第2レンズL2と、正の屈折力を有するメニスカス形状の第3レンズL3とから構成される。
[諸元データ]
f=21.43
fR1=38.85
fR2=47.20
fAS=5259.46
ω=±60°
ER=10.00
X1=25.00
TL=35.00
[レンズデータ]
面番号 R D nd νd
1 ∞ 1.1 1.6417 23.9
2*b -24.93289768 0.1
3*a 285.5784198 3.0 1.4929 57.1
4*b -25.23933282 0.1
5*a 62.44932864 2.2 1.6417 23.9
6*a 62.75050821 18.49922142
[非球面データ]
第2面
κ=0.0000
A4=-4.64E-07,A6=6.19E-08,A8=-1.98E-11,A10=-7.69E-14,A12=7.49E-17
A14=-2.68E-19,A16=5.85E-22,A18=-7.31E-25,A20=1.26E-27
第3面
κ=131.6841
A4=0.00E+00,A6=8.32E-09,A8=1.10E-11,A10=2.56E-16,A12=1.51E-17
A14=-9.59E-20,A16=5.42E-23,A18=-1.52E-25,A20=-6.15E-28
第4面
κ=-2.8009
A4=0.00E+00,A6=-8.67E-09,A8=1.23E-11,A10=-9.93E-15,A12=-3.43E-17
A14=-3.00E-20,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
第5面
κ=5.6643
A4=0.00E+00,A6=8.80E-08,A8=-1.01E-10,A10=-4.09E-14,A12=0.00E+00
A14=0.00E+00,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
第6面
κ=0.0000
A4=3.32E-06,A6=4.74E-08,A8=-4.93E-11,A10=9.21E-14,A12=-1.65E-16
A14=1.81E-19,A16=-1.02E-22,A18=-3.35E-25,A20=-7.80E-28
[フレネル面データ]
半径10mmの範囲内 有効径の範囲内
Φ1mx 14.52° 17.23°
Φ2mx 1.98° 2.27°
Φ1av 9.74° 13.19°
Φ2av 1.66° 1.94°
AS1 0.40 0.63
AS2 0.35 1.04
SG1 0.40 0.40
SG2 0.40 0.40
[条件式対応値]
条件式(1) Φ1mx/Φ2mx
=7.3(半径10mm),7.6(有効径)
条件式(2) Φ1av/Φ2av
=5.9(半径10mm),6.8(有効径)
条件式(3) fR1/fR2=0.8
条件式(4) AS1=0.63
条件式(5) AS2=1.04
条件式(6) (2×ω)/TL=3.4
条件式(7) X1/TL=0.71
条件式(8) 1−(SG1/TH1)=0.64
条件式(9) 1−(SG2/TH2)=0.87
以下、本願の第3実施例について図8〜図10および表3を用いて説明する。図8は第3実施例に係る接眼光学系EL(3)のレンズ構成図である。第3実施例に係る接眼光学系EL(3)は、アイポイントEP側から順に並んだ、正の屈折力を有する平凸形状の第1レンズL1と、正の屈折力を有する平凸形状の第2レンズL2と、正の屈折力を有するメニスカス形状の第3レンズL3とから構成される。
[諸元データ]
f=21.83
fR1=45.93
fR2=45.72
fAS=1697.11
ω=±60°
ER=10.00
X1=25.02
TL=35.02
[レンズデータ]
面番号 R D nd νd
1 ∞ 1.1 1.4929 57.1
2*b -22.63809936 0.1
3 ∞ 1.2 1.4929 57.1
4*b -22.53696051 0.1
5*a 42.28425339 6.0 1.4929 57.1
6*a 42.44901922 16.51779778
[非球面データ]
第2面
κ=0.0000
A4=-6.48E-06,A6=5.57E-08,A8=-2.56E-12,A10=-1.96E-14,A12=1.12E-17
A14=-2.83E-19,A16=6.60E-22,A18=-4.59E-25,A20=2.04E-27
第4面
κ=-3.0432
A4=0.00E+00,A6=-1.36E-08,A8=1.99E-11,A10=-6.89E-14,A12=-6.72E-17
A14=-1.51E-21,A16=3.45E-22,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
第5面
κ=0.0000
A4=-2.98E-06,A6=7.93E-08,A8=-1.48E-10,A10=1.42E-13,A12=-2.25E-16
A14=7.13E-19,A16=-7.41E-22,A18=3.69E-25,A20=-1.01E-27
第6面
κ=0.0000
A4=-1.24E-05,A6=4.50E-08,A8=2.30E-11,A10=2.93E-14,A12=-2.78E-16
A14=9.06E-20,A16=-1.03E-22,A18=-1.48E-26,A20=5.03E-29
[フレネル面データ]
半径10mmの範囲内 有効径の範囲内
Φ1mx 15.98° 18.60°
Φ2mx 3.71° 4.46°
Φ1av 10.58° 14.22°
Φ2av 2.46° 3.47°
AS1 0.49 1.00
AS2 0.38 1.01
SG1 0.40 0.40
SG2 0.40 0.40
[条件式対応値]
条件式(1) Φ1mx/Φ2mx
=4.3(半径10mm),4.2(有効径)
条件式(2) Φ1av/Φ2av
=4.3(半径10mm),4.1(有効径)
条件式(3) fR1/fR2=1.0
条件式(4) AS1=1.00
条件式(5) AS2=1.01
条件式(6) (2×ω)/TL=3.4
条件式(7) X1/TL=0.71
条件式(8) 1−(SG1/TH1)=0.64
条件式(9) 1−(SG2/TH2)=0.67
以下、本願の第4実施例について図11〜図13および表4を用いて説明する。図11は第4実施例に係る接眼光学系EL(4)のレンズ構成図である。第4実施例に係る接眼光学系EL(4)は、アイポイントEP側から順に並んだ、正の屈折力を有する平凸形状の第1レンズL1と、正の屈折力を有する両凸形状の第2レンズL2と、正の屈折力を有する両凸形状の第3レンズL3とから構成される。
[諸元データ]
f=22.88
fR1=41.82
fR2=88.17
fAS=96.83
ω=±55°
ER=10.00
X1=27.30
TL=37.29
[レンズデータ]
面番号 R D nd νd
1 ∞ 1.0 1.6417 23.9
2*b -26.83854337 0.23
3*a 169.4608931 4.02 1.4929 57.1
4*a -65.92241449 0.1
5*a 242.729204 2.0 1.4929 57.1
6*b -52.78935144 19.9392062
[非球面データ]
第2面
κ=0.0000
A4=-1.14E-05,A6=5.21E-08,A8=-8.48E-11,A10=9.98E-14,A12=0.00E+00
A14=0.00E+00,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
第3面
κ=0.0000
A4=7.15E-07,A6=0.00E+00,A8=0.00E+00,A10=0.00E+00,A12=0.00E+00
A14=0.00E+00,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
第4面
κ=0.0000
A4=1.80E-05,A6=-5.08E-08,A8=2.05E-10,A10=-7.54E-13,A12=2.43E-15
A14=-5.85E-18,A16=9.73E-21,A18=-9.48E-24,A20=4.12E-27
第5面
κ=0.0000
A4=-5.31E-06,A6=8.07E-09,A8=7.20E-12,A10=8.05E-15,A12=0.00E+00
A14=0.00E+00,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
第6面
κ=0.0000
A4=-1.26E-06,A6=-3.27E-09,A8=-1.03E-11,A10=2.41E-14,A12=-8.99E-17
A14=2.24E-19,A16=-2.88E-22,A18=3.28E-25,A20=-1.26E-28
[フレネル面データ]
半径10mmの範囲内 有効径の範囲内
Φ1mx 14.28° 15.47°
Φ2mx 0.99° 0.99°
Φ1av 9.83° 8.02°
Φ2av 0.81° 0.28°
AS1 0.42 0.83
AS2 0.20 0.58
SG1 0.40 0.40
SG2 0.40 0.40
[条件式対応値]
条件式(1) Φ1mx/Φ2mx
=14.4(半径10mm),15.6(有効径)
条件式(2) Φ1av/Φ2av
=12.1(半径10mm),28.6(有効径)
条件式(3) fR1/fR2=0.5
条件式(4) AS1=0.83
条件式(5) AS2=0.58
条件式(6) (2×ω)/TL=2.9
条件式(7) X1/TL=0.73
条件式(8) 1−(SG1/TH1)=0.60
条件式(9) 1−(SG2/TH2)=0.80
以下、本願の第5実施例について図14〜図16および表5を用いて説明する。図14は第5実施例に係る接眼光学系EL(5)のレンズ構成図である。第5実施例に係る接眼光学系EL(5)は、アイポイントEP側から順に並んだ、正の屈折力を有する平凸形状の第1レンズL1と、正の屈折力を有する両凸形状の第2レンズL2とから構成される。
[諸元データ]
f=22.40
fR1=45.48
fR2=40.54
ω=±55°
ER=10.00
X1=27.50
TL=37.50
[レンズデータ]
面番号 R D nd νd
1 ∞ 1.0 1.4929 57.1
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3*a 80.0 7.0 1.4929 57.1
4*b -25.86626893 19.4
[非球面データ]
第2面
κ=-0.9038
A4=0.00E+00,A6=-1.21E-08,A8=-9.16E-11,A10=-2.85E-14,A12=5.48E-16
A14=0.00E+00,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
第3面
κ=8.0000
A4=0.00E+00,A6=0.00E+00,A8=0.00E+00,A10=0.00E+00,A12=0.00E+00
A14=0.00E+00,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
第4面
κ=-0.9318
A4=0.00E+00,A6=2.60E-08,A8=1.75E-10,A10=-9.77E-13,A12=2.57E-16
A14=4.85E-18,A16=-6.10E-21,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
[フレネル面データ]
半径10mmの範囲内 有効径の範囲内
Φ1mx 16.09° 18.83°
Φ2mx 1.36° 1.36°
Φ1av 10.65° 9.29°
Φ2av 1.27° 0.53°
AS1 0.46 1.06
AS2 0.37 0.64
SG1 0.40 0.40
SG2 0.40 0.40
[条件式対応値]
条件式(1) Φ1mx/Φ2mx
=11.8(半径10mm),13.8(有効径)
条件式(2) Φ1av/Φ2av
=8.4(半径10mm),17.5(有効径)
条件式(3) fR1/fR2=1.1
条件式(4) AS1=1.06
条件式(5) AS2=0.64
条件式(6) (2×ω)/TL=2.9
条件式(7) X1/TL=0.73
条件式(8) 1−(SG1/TH1)=0.60
条件式(9) 1−(SG2/TH2)=0.94
以下、本願の第6実施例について図17〜図19および表6を用いて説明する。図17は第6実施例に係る接眼光学系EL(6)のレンズ構成図である。第6実施例に係る接眼光学系EL(6)は、アイポイントEP側から順に並んだ、正の屈折力を有する平凸形状の第1レンズL1と、正の屈折力を有する両凸形状の第2レンズL2とから構成される。
[諸元データ]
f=23.82
fR1=44.35
fR2=49.98
ω=±55°
ER=10.00
X1=26.10
TL=36.10
[レンズデータ]
面番号 R D nd νd
1 ∞ 1.0 1.4929 57.1
2*b -21.85902417 0.1
3*a 200.0 2.0 1.4929 57.1
4*b -28.0 22.96794732
[非球面データ]
第2面
κ=-0.8947
A4=0.00E+00,A6=-1.03E-08,A8=-7.80E-11,A10=-2.51E-15,A12=7.46E-16
A14=4.47E-20,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
第3面
κ=8.0000
A4=0.00E+00,A6=0.00E+00,A8=0.00E+00,A10=0.00E+00,A12=0.00E+00
A14=0.00E+00,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
第4面
κ=-0.7110
A4=0.00E+00,A6=1.41E-08,A8=3.51E-12,A10=-1.96E-13,A12=2.81E-15
A14=-1.26E-17,A16=1.50E-20,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
[フレネル面データ]
半径10mmの範囲内 有効径の範囲内
Φ1mx 15.94° 18.53°
Φ2mx 3.12° 3.12°
Φ1av 10.58° 9.19°
Φ2av 2.32° 1.46°
AS1 0.47 0.84
AS2 0.36 1.17
SG1 0.40 0.40
SG2 0.40 0.40
[条件式対応値]
条件式(1) Φ1mx/Φ2mx
=5.1(半径10mm),5.9(有効径)
条件式(2) Φ1av/Φ2av
=4.6(半径10mm),6.3(有効径)
条件式(3) fR1/fR2=0.9
条件式(4) AS1=0.84
条件式(5) AS2=1.17
条件式(6) (2×ω)/TL=3.0
条件式(7) X1/TL=0.72
条件式(8) 1−(SG1/TH1)=0.60
条件式(9) 1−(SG2/TH2)=0.80
EL 接眼光学系
L1 第1レンズ L2 第2レンズ
L3 第3レンズ
EP アイポイント
FSa 第1フレネル面 FSb 第2フレネル面
2.5≦Φ1mx/Φ2mx
但し、Φ1mx:前記第1フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角の最大値、
Φ2mx:前記第2フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角の最大値。
第3の態様に係る接眼光学系は、観察物体側のレンズ面に第1フレネル面が形成された第1フレネルレンズと、前記第1フレネルレンズよりも観察物体側に配置されて観察物体側のレンズ面に第2フレネル面が形成された第2フレネルレンズとを備え、前記第1フレネル面および前記第2フレネル面における光軸から少なくとも半径10mmの範囲内で、前記第1フレネル面を構成する複数の壁面部および前記第2フレネル面を構成する複数の壁面部において、以下の条件式を満足する。
2.5≦Φ1av/Φ2av
但し、Φ1av:前記第1フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角の平均値、
Φ2av:前記第2フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角の平均値。
第4の態様に係るヘッドマウントディスプレイは、画像を表示可能な画像表示部と、前記画像表示部に表示された画像を観察するための接眼光学系とを備え、前記接眼光学系が上述の接眼光学系となっている。
Claims (16)
- 観察物体側のレンズ面に第1フレネル面が形成された第1フレネルレンズと、前記第1フレネルレンズよりも観察物体側に配置されて観察物体側のレンズ面に第2フレネル面が形成された第2フレネルレンズとを備え、
前記第1フレネル面および前記第2フレネル面における光軸から少なくとも半径10mmの範囲内で、前記第1フレネル面を構成する複数の壁面部および前記第2フレネル面を構成する複数の壁面部において、前記第1フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角は、光軸側から数えて同じ順番の前記第2フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角よりも大きい接眼光学系。 - 前記光軸から少なくとも半径10mmの範囲内で、前記第1フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角は、前記第2フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角よりも大きい請求項1に記載の接眼光学系。
- 前記第1フレネル面および前記第2フレネル面における光軸から少なくとも半径10mmの範囲内で、以下の条件式を満足する請求項1または2に記載の接眼光学系。
2.5≦Φ1mx/Φ2mx
但し、Φ1mx:前記第1フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角の最大値、
Φ2mx:前記第2フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角の最大値。 - 前記第1フレネル面および前記第2フレネル面における光軸から少なくとも半径10mmの範囲内で、以下の条件式を満足する請求項1〜3のいずれか一項に記載の接眼光学系。
2.5≦Φ1av/Φ2av
但し、Φ1av:前記第1フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角の平均値、
Φ2av:前記第2フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角の平均値。 - 以下の条件式を満足する請求項1〜4のいずれか一項に記載の接眼光学系。
0.3≦fR1/fR2≦1.5
但し、fR1:前記第1フレネルレンズの焦点距離、
fR2:前記第2フレネルレンズの焦点距離。 - 以下の条件式を満足する請求項1〜5のいずれか一項に記載の接眼光学系。
0<AS1≦1.4
但し、AS1:前記第1フレネル面のフレネル段差のアスペクト比の最大値。 - 以下の条件式を満足する請求項1〜6のいずれか一項に記載の接眼光学系。
0<AS2≦1.7
但し、AS2:前記第2フレネル面のフレネル段差のアスペクト比の最大値。 - 以下の条件式を満足する請求項1〜7のいずれか一項に記載の接眼光学系。
2.0≦(2×ω)/TL
但し、ω:前記接眼光学系の視野角、
TL:前記接眼光学系の全長。 - 以下の条件式を満足する請求項1〜8のいずれか一項に記載の接眼光学系。
0<X1/TL≦0.80
但し、X1:前記第1フレネルレンズにおけるアイポイント側のレンズ面から観察物体までの距離、
TL:前記接眼光学系の全長。 - 前記第1フレネルレンズの光軸上の厚さは、前記第2フレネルレンズの光軸上の厚さ以下である請求項1〜9のいずれか一項に記載の接眼光学系。
- 以下の条件式を満足する請求項1〜10のいずれか一項に記載の接眼光学系。
0<1−(SG1/TH1)≦0.97
但し、SG1:前記第1フレネル面のサグ量の平均値、
TH1:前記第1フレネルレンズの光軸上の厚さ。 - 以下の条件式を満足する請求項1〜11のいずれか一項に記載の接眼光学系。
0<1−(SG2/TH2)≦0.97
但し、SG2:前記第2フレネル面のサグ量の平均値、
TH2:前記第2フレネルレンズの光軸上の厚さ。 - 前記第1フレネルレンズおよび前記第2フレネルレンズが正の屈折力を有する請求項1〜12のいずれか一項に記載の接眼光学系。
- 前記第1フレネルレンズにおけるアイポイント側のレンズ面が平面であり、前記第2フレネルレンズにおけるアイポイント側のレンズ面が平面もしくは非球面である請求項1〜13のいずれか一項に記載の接眼光学系。
- 前記第1フレネルレンズと、前記第2フレネルレンズと、非球面を有する非球面レンズとからなり、
前記非球面レンズは、前記第2フレネルレンズよりも観察物体側に、もしくは、前記第1フレネルレンズと前記第2フレネルレンズとの間に配置される請求項1〜14のいずれか一項に記載の接眼光学系。 - 画像を表示可能な画像表示部と、
前記画像表示部に表示された画像を観察するための接眼光学系とを備え、
前記接眼光学系が請求項1〜15のいずれか一項に記載の接眼光学系であるヘッドマウントディスプレイ。
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