KR20210030281A

KR20210030281A - 접안 렌즈 및 표시 장치

Info

Publication number: KR20210030281A
Application number: KR1020207037017A
Authority: KR
Inventors: 마모루 스즈키; 타카토시 마츠야마; 스스무 이치카와; 마사토시 나카무라; 미츠하루 마츠모토
Original assignee: 소니 주식회사
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2021-03-17
Also published as: US20210302627A1; JP2020013106A; JP7259427B2; DE112019003514T5

Abstract

본 개시의 접안 렌즈는, 서로 대향 배치된 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 구비하고, 제1 렌즈는, 제2 렌즈와 대향하는 렌즈면에 있어서의 적어도 주변 영역에 형성된 제1 프레넬 렌즈면을 가지며, 제2 렌즈는, 제1 렌즈와 대향하는 렌즈면에 있어서의 적어도 주변 영역에 형성된 제2 프레넬 렌즈면을 갖는다.

Description

접안 렌즈 및 표시 장치

본 개시는, 상(像)(예를 들면, 화상 표시 소자에 표시된 화상)을 확대하는 접안 렌즈, 및 그러한 접안 렌즈를 사용한 헤드마운트 디스플레이(head-mounted display) 등에 적합한 표시 장치에 관한 것이다.

화상 표시 소자를 사용한 표시 장치로서, 전자 뷰파인더(electronic viewfinder), 전자 쌍안경, 및 헤드마운트 디스플레이(HMD) 등이 알려져 있다. 특히, 헤드마운트 디스플레이에 있어서는, 표시 장치 본체를 눈앞에 장착하여 장시간 사용하기 때문에, 접안 렌즈 및 표시 장치 본체가 작고 경량인 것이 요구되고 있다. 또한, 넓은 시야 화각에서 상을 관찰 가능한 것이 요구되고 있다. 접안 렌즈의 경량화나 전체 길이의 단축화를 도모하기 위해, 프레넬 렌즈(Fresnel lens)를 사용하는 기술이 있다(특허문헌 1 참조).

특허문헌 1: 일본특허공개 평7-244246호 공보 특허문헌 2: 일본특허공개 제2015-59959호 공보

접안 렌즈에 프레넬 렌즈를 사용한다 하더라도, 프레넬 렌즈를 형성하는 면이나 형상에 따라서는 광학적으로 충분한 효과가 얻어지지 않는 경우가 있다.

경량화 및 전체 길이의 단축화를 도모하면서, 넓은 시야 화각과 양호한 수차 보정을 실현 가능한 접안 렌즈, 및 그러한 접안 렌즈를 탑재한 표시 장치를 제공하는 것이 바람직하다.

본 개시의 일 실시형태에 관한 접안 렌즈는, 서로 대향 배치된 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 구비하고, 제1 렌즈는, 제2 렌즈와 대향하는 렌즈면에 있어서의 적어도 주변 영역에 형성된 제1 프레넬 렌즈면(Fresnel lens surface)을 가지며, 제2 렌즈는, 제1 렌즈와 대향하는 렌즈면에 있어서의 적어도 주변 영역에 형성된 제2 프레넬 렌즈면을 갖는다.

본 개시의 일 실시형태에 관한 표시 장치는, 화상 표시 소자와, 화상 표시 소자에 표시된 상을 확대하는 접안 렌즈를 포함하고, 접안 렌즈를, 상기 본 개시의 일 실시형태에 관한 접안 렌즈에 의해 구성하고 있다.

본 개시의 일 실시형태에 관한 접안 렌즈 또는 표시 장치에서는, 서로 대향 배치된 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 구비하고, 프레넬 렌즈를 사용하여 각 렌즈의 구성의 최적화가 도모된다.

도 1은, 예를 들면 헤드마운트 디스플레이에 사용되는 접안 광학계의 제1 구성예를 나타내는 설명도이다.
도 2는, 예를 들면 헤드마운트 디스플레이에 사용되는 접안 광학계의 제2 구성예를 나타내는 설명도이다.
도 3은 상 배율(像倍率; image magnification)에 대한 설명도이다.
도 4는 일반적인 프레넬 렌즈의 구성 및 작용에 대한 설명도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시형태에 관한 접안 렌즈의 제1 구성예를 나타내는 렌즈 단면도이다.
도 6은 프레넬 렌즈의 형상에 대한 설명도이다.
도 7은 비교예에 관한 접안 렌즈와 본 개시의 제1 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서의 전체 길이와 중량을 비교하여 나타내는 설명도이다.
도 8은 프레넬 렌즈면의 형성 방법의 제1 예를 나타내는 설명도이다.
도 9는 프레넬 렌즈면의 형성 방법의 제2 예를 나타내는 설명도이다.
도 10은 제1 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서의 프레넬 렌즈면의 윤대(輪帶; annular section) 높이와 휘도 얼룩 간의 관계의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 11은 제1 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서, 프레넬 렌즈면의 윤대 높이에 따라 휘도 얼룩이 변화하는 이유에 대한 설명도이다.
도 12는 도 11에 있어서의 2개의 프레넬 렌즈면의 대향 부분을 확대하여 나타내는 부분 확대도이다.
도 13은 제1 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서의 미광의 조도 분포의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 14는 제1 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서의 미광의 경로의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 15는 도 14에 있어서의 2개의 프레넬 렌즈면의 대향 부분을 확대하여 나타내는 부분 확대도이다.
도 16은 제1 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서의 2개의 프레넬 렌즈면의 단차면 각도와 미광의 조도 분포 간의 관계의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 17은 제2 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서의 2개의 프레넬 렌즈면의 단차면 각도와 미광의 조도 분포 간의 관계의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 18은 일반적인 프레넬 렌즈를 사용한 광학계의 허상면에 있어서의 윤선(輪線; annular line)의 시인 상태의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 19는 윤선의 발생 원리의 개요를 나타내는 설명도이다.
도 20은 일반적인 윤선의 시인 상태를 개선하는 방법의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 21은 일 실시형태에 관한 접안 렌즈의 제5 구성예를 나타내는 렌즈 단면도이다.
도 22는 제5 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서의 윤선의 시인 상태의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 23은 제5 구성예에 관한 접안 렌즈에 대한 비교예에 관한 접안 렌즈의 구성예를 나타내는 렌즈 단면도이다.
도 24는 제5 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서의 제1 프레넬 렌즈면 및 제2 프레넬 렌즈면의 윤대의 구성예를 비교예와 함께 나타내는 설명도이다.
도 25는 제5 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서의 제1 프레넬 렌즈면을 형성하는 기초가 되는 비구면 형상의 새그량(sag amount)의 일례를 비교예와 함께 나타내는 설명도이다.
도 26은 제5 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서의 제2 프레넬 렌즈면을 형성하는 기초가 되는 비구면 형상의 새그량의 일례를 비교예와 함께 나타내는 설명도이다.
도 27은 제5 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서의 제1 프레넬 렌즈면 및 제2 프레넬 렌즈면의 윤대의 바람직한 구성예를 나타내는 설명도이다.
도 28은 실시예 1-1에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면도이다.
도 29는 실시예 1-1에 관한 접안 렌즈의 구면 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 30은 실시예 1-1에 관한 접안 렌즈의 상면(像面) 만곡 및 왜곡 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 31은 실시예 1-2에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면도이다.
도 32는 실시예 1-2에 관한 접안 렌즈의 구면 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 33은 실시예 1-2에 관한 접안 렌즈의 상면 만곡 및 왜곡 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 34는 실시예 1-3에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면도이다.
도 35는 실시예 1-3에 관한 접안 렌즈의 구면 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 36은 실시예 1-3에 관한 접안 렌즈의 상면 만곡 및 왜곡 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 37은 실시예 1-4에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면도이다.
도 38은 실시예 1-4에 관한 접안 렌즈의 구면 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 39는 실시예 1-4에 관한 접안 렌즈의 상면 만곡 및 왜곡 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 40은 실시예 1-5에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면도이다.
도 41은 실시예 1-5에 관한 접안 렌즈의 구면 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 42는 실시예 1-5에 관한 접안 렌즈의 상면 만곡 및 왜곡 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 43는 실시예 1-6에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면도이다.
도 44는 실시예 1-6에 관한 접안 렌즈의 구면 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 45는 실시예 1-6에 관한 접안 렌즈의 상면 만곡 및 왜곡 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 46은 실시예 1-7에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면도이다.
도 47은 실시예 1-7에 관한 접안 렌즈의 구면 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 48은 실시예 1-7에 관한 접안 렌즈의 상면 만곡 및 왜곡 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 49는 실시예 1-8에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면도이다.
도 50은 실시예 1-8에 관한 접안 렌즈의 구면 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 51은 실시예 1-8에 관한 접안 렌즈의 상면 만곡 및 왜곡 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 52는 실시예 2에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면도이다.
도 53은 실시예 2에 관한 접안 렌즈의 구면 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 54는 실시예 2에 관한 접안 렌즈의 상면 만곡 및 왜곡 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 55는 실시예 3에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면도이다.
도 56은 실시예 3에 관한 접안 렌즈의 구면 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 57은 실시예 3에 관한 접안 렌즈의 상면 만곡 및 왜곡 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 58은 실시예 4에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면도이다.
도 59는 실시예 4에 관한 접안 렌즈의 구면 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 60은 실시예 4에 관한 접안 렌즈의 상면 만곡 및 왜곡 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 61은 실시예 5에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면도이다.
도 62는 실시예 5에 관한 접안 렌즈의 구면 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 63은 실시예 5에 관한 접안 렌즈의 상면 만곡 및 왜곡 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 64는 실시예 6에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면도이다.
도 65는 실시예 6에 관한 접안 렌즈의 구면 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 66은 실시예 6에 관한 접안 렌즈의 상면 만곡 및 왜곡 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 67은 실시예 7에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면도이다.
도 68은 실시예 7에 관한 접안 렌즈의 구면 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 69는 실시예 7에 관한 접안 렌즈의 상면 만곡 및 왜곡 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 70은 실시예 8에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면도이다.
도 71은 실시예 8에 관한 접안 렌즈의 구면 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 72는 실시예 8에 관한 접안 렌즈의 상면 만곡 및 왜곡 수차를 나타내는 수차 도면이다.
도 73은 표시 장치의 일례로서의 헤드마운트 디스플레이를 비스듬히 전방에서 본 외관 사시도이다.
도 74는 표시 장치의 일례로서의 헤드마운트 디스플레이를 비스듬히 후방에서 본 외관 사시도이다.

이하, 본 개시의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 한편, 설명은 이하의 순서로 행한다.

0. 비교예

1. 일 실시형태에 관한 접안 렌즈의 개요(접안 렌즈의 기본 구성)

2. 일 실시형태에 관한 접안 렌즈의 구성예, 작용, 및 효과

3. 표시 장치에의 적용예

4. 렌즈의 수치 실시예

5. 그 밖의 실시형태

<0. 비교예>

도 1은, 예를 들면, 헤드마운트 디스플레이에 사용되는 접안 광학계(102)의 제1 구성예를 나타내고 있다. 도 2는, 예를 들면, 헤드마운트 디스플레이에 사용되는 접안 광학계(102)의 제2 구성예를 나타내고 있다.

접안 광학계(102)는, 광축(Z1)을 따라 아이 포인트(eye point: E.P.) 측에서부터 순서대로, 접안 렌즈(101)와 화상 표시 소자(100)를 구비하고 있다.

화상 표시 소자(100)는, 예를 들면 LCD(Liquid Crystal Display)나 유기 EL 디스플레이 등의 표시 패널이다. 접안 렌즈(101)는, 화상 표시 소자(100)에 표시된 화상을 확대 표시하기 위해 사용된다. 접안 렌즈(101)에 의해, 관찰자는 확대 표시된 허상(Im)을 관찰한다. 화상 표시 소자(100)의 전면에는, 화상 표시 소자(100)를 보호하기 위한 시일 유리 등이 배치되어 있어도 된다. 아이 포인트(E.P.)는 관찰자의 동공 위치에 대응하고, 개구 조리개(aperture stop)(STO)로서도 기능한다.

여기서, 도 1은, 화상 표시 소자(100)의 사이즈가 접안 렌즈(101)의 렌즈 직경에 비해 작은 경우의 구성예를 나타내고 있다. 도 2는 화상 표시 소자(100)의 사이즈가 접안 렌즈(101)의 렌즈 직경에 비해 큰 경우의 구성예를 나타내고 있다.

공축(共軸)계의 접안 광학계(102)를 사용한, 시야 화각이 70°를 초과하는 고시야각의 헤드마운트 디스플레이에서는, 접안 렌즈(101)의 렌즈 직경에 비해 화상 표시 소자(100)가 큰 것이 많다. 이러한 헤드마운트 디스플레이에서는, 상 배율(Mv)을 작게 억제할 수 있지만, 초점거리(f)가 비교적 길게 되기 때문에, 접안 광학계(102)의 전체 길이가 긴 문제가 있다. 또한, 접안 광학계(102)의 사이즈가, 접안 렌즈(101)가 아니라 화상 표시 소자(100)의 크기에 의해 율속(律速)되는 경우도 있어 소형화에 부적합하다는 과제도 있다.

예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 화상 표시 소자(100)의 사이즈가 작은 경우, 접안 광학계(102)의 전체 크기는 접안 렌즈(101)의 크기에 의해 율속된다. 한편, 도 2에 나타낸 바와 같이, 화상 표시 소자(100)의 사이즈가 큰 경우, 접안 광학계(102) 전체의 크기는 화상 표시 소자(100)의 크기에 의해 율속된다.

한편, 상 배율(Mv)이란 Mv=α'/α로 표현된다. 도 3의 상단에 나타낸 바와 같이, α는 접안 렌즈(101)가 없는 경우의 시야 화각을 나타낸다. 또한, 도 3의 하단에 나타낸 바와 같이, α'는 접안 렌즈(101)가 있는 경우의 시야 화각(허상(Im)에 대한 시야 화각)을 나타낸다. 도 3에 있어서, h는 관찰하는 상의 최대 상고(像高; image height)이며, 예를 들면, 화상 표시 소자(100)에 표시되는 화상의 최대 상고이다. 예를 들면, 화상 표시 소자(100)가 사각형인 경우, h는 화상 표시 소자(100)의 대각 사이즈의 반값이다. f는 접안 렌즈(101)의 초점거리를 나타낸다.

또한, 상 배율(Mv)은 이하의 식(A)로 표현된다.

Mv = ω'/(tan^-1(h/L)) …… (A)

ω': 최대 시야 화각의 반값(rad)

h: 최대 상고

L: 전체 길이(아이 포인트(E.P.)에서부터 상까지의 거리)

한편, 상이란, 예를 들면, 화상 표시 소자(100)에 표시된 화상을 의미한다. h는, 전술한 바와 같이, 예를 들면, 화상 표시 소자(100)가 사각형인 경우, 화상 표시 소자(100)의 대각 사이즈의 반값이다. L은, 예를 들면, 상기 접안 광학계(102)의 전체 길이(아이 포인트(E.P.)에서부터 화상 표시 소자(100)의 표시면까지의 거리)에 상당한다.

상 배율(Mv)을 2.1배 이상의 고배율로 하고, 도 1의 구성예와 같이 화상 표시 소자(100)의 사이즈를 접안 렌즈(101)의 렌즈 직경에 비해 작게 함으로써, 접안 광학계(102)의 점유 체적을 억제할 수 있다. 그러나, 그 경우, 고배율이기 때문에, 상면 만곡이나 왜곡 수차와 같은 여러 수차의 발생량이 커져, 충분한 화상 정세도(精細度; image definition)를 확보하기 위해서는, 접안 렌즈(101)에, 예를 들면, 적어도 3매의 렌즈를 사용할 필요가 있을 수 있다. 이 때문에, 접안 렌즈(101)의 중량이 무거워지거나, 전체 길이가 길어지거나 하는 문제가 있다.

이에, 접안 렌즈(101)의 경량화나 전체 길이의 단축화의 수단으로서, 프레넬 렌즈를 사용하는 방법이 널리 알려져 있다. 특허문헌 1(일본특허공개 평7-244246호 공보)에는, 프레넬 렌즈를 사용한 고배율인 헤드마운트 디스플레이의 접안 광학계에 관한 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 프레넬 렌즈를 사용함으로써, 표준적인 렌즈를 사용한 접안 광학계에 비해서, 경량화 및 전체 길이의 단축화를 실현하고 있다. 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 눈측에 가장 가까운 렌즈면을 오목 형상으로 하고, 그 눈측에 가장 가까운 렌즈면을 프레넬 렌즈면으로 함으로써, 결상 성능을 높이고 있다. 이 때문에, 접안 광학계의 전체 길이가 길어지거나, 눈과 눈측에 가장 가까운 렌즈와의 사이의 거리를 충분히 확보하기 위해, 렌즈 직경이 커지거나 하는 문제가 있다.

여기서, 도 4에, 일반적인 프레넬 렌즈(300)의 구성 및 작용을 나타낸다.

프레넬 렌즈(300)는, 광축(Z1)을 중심으로 하여 동심원 형상으로 형성된 복수의 윤대(301)를 갖고 있다. 복수의 윤대(301)의 각각의 경계 부분에는 단차면(302)이 형성되어 있다. 프레넬 렌즈(300)에 있어서의 프레넬 렌즈면(Fr)은 톱니 형상의 단면 형상으로 되어 있다.

프레넬 렌즈(300)를 사용한 접안 광학계에서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 단차면(302)에 기인하여 설계 패스(design path)와는 다른 방향으로 미광(stray light)이 발생한다. 이 미광이 고스트나 플레어(flare)로서 시인되어, 화질(특히, 콘트라스트)이 저하되는 문제가 있다. 이 미광을 저감하는 수단으로서, 특허문헌 2(일본특허공개 제2015-59959호 공보)에 기재된 기술과 같이, 단차면(302)에 가시광을 흡수하는 차광층을 형성하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법에서는, 프로세스의 난이도가 높고, 고정밀도의 막 형성이 어렵거나, 공정수의 증가에 의해 제조 비용이 높아지거나 하는 문제가 있다.

이와 같이, 접안 렌즈에 프레넬 렌즈를 사용한다 하더라도, 프레넬 렌즈를 형성하는 면이나 형상에 따라서는 광학적으로 충분한 효과가 얻어지지 않는 경우가 있다.

이에, 프레넬 렌즈를 사용하여 경량화 및 전체 길이의 단축화를 도모하면서, 넓은 시야 화각과 양호한 수차 보정을 실현 가능한 접안 렌즈의 개발이 요망된다.

<1. 일 실시형태에 관한 접안 렌즈의 개요(접안 렌즈의 기본 구성)>

본 개시의 일 실시형태에 관한 접안 렌즈는, 상기 비교예와 마찬가지로, 예를 들면, 헤드마운트 디스플레이의 접안 광학계(102)에 적용 가능하다.

본 개시의 일 실시형태에 관한 접안 렌즈는, 서로 대향 배치된 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 구비하고 있다. 제1 렌즈는, 제2 렌즈와 대향하는 렌즈면에 있어서의 적어도 주변 영역에 형성된 제1 프레넬 렌즈면(Fr1)을 갖고 있다. 제2 렌즈는, 제1 렌즈와 대향하는 렌즈면에 있어서의 적어도 주변 영역에 형성된 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)을 갖고 있다. 프레넬 렌즈를 2매 사용하고, 또한 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)을 대향하여 배치함으로써, 전체 길이가 짧은 광학계를 실현할 수 있다.

본 개시의 일 실시형태에 관한 접안 렌즈는, 조건식(1)을 만족하여 상 배율(Mv)을 2.1배 이상으로 하고, 도 1의 구성예와 같이 화상 표시 소자(100)의 사이즈가 접안 렌즈(101)의 렌즈 직경에 비해 작은 접안 광학계(102)에 대해 적용하는 것이 바람직하다.

Mv ≥ 2.1 …… (1)

또한, 후술하는 제1 내지 제4 구성예와 같이, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 광축(Z1)에 대한 단차면 각도(θd)가 소정 각도(예를 들면, 15°또는 20°) 이상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 미광의 발생이 억제되어, 고스트나 플레어의 발생을 저감할 수 있다.

또는, 제1 내지 제4 구성예에 대해, 후술하는 제5 내지 제8 구성예와 같이, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)에 있어서의 윤대(301)의 시인 상태를 개선하도록 한 구성으로 하는 것이 바람직하다.

본 개시의 일 실시형태에 관한 접안 렌즈는, 예를 들면, 1.5인치 사이즈 이하의 4k 등의 소형, 고해상도인 화상 표시 소자(100)에 대해 사용함으로써, 경량화 및 전체 길이의 단축화를 도모하면서, 넓은 시야각과 높은 화상 정세도를 확보할 수 있다. 또한, 플레어나 고스트의 발생을 억제할 수 있어, 고콘트라스트의 목시(目視) 화상을 제공할 수 있다.

<2. 일 실시형태에 관한 접안 렌즈의 구성예, 작용, 및 효과>

이하, 상기 접안 렌즈의 기본 구성을 만족하는 제1 내지 제4 구성예를 설명한다. 나아가, 제1 내지 제4 구성예에 대해, 윤대(301)의 시인 상태를 개선한 제5 내지 제8 구성예를 설명한다.

(용어의 정의)

한편, 이하의 구성예 및 실시예에서는, 눈측(아이 포인트(E.P.) 측)에서부터 i번째의 렌즈를 Li로 호칭한다. 예를 들면, 눈측에 가장 가까운 렌즈를 제1 렌즈(L1)로 호칭한다. 또한, 각 렌즈에 있어서, 아이 포인트(E.P.) 측의 면을 R1면, 접안 렌즈에 의해 확대되는 상측(像側)(화상 표시 소자(100) 측)의 면을 R2면으로 호칭한다. 예를 들면, 제1 렌즈(L1)의 아이 포인트(E.P.) 측의 면을 L1(R1)면, 제1 렌즈(L1)의 상측(像側)의 면을 L1(R2)면 등으로 호칭한다.

또한, 이하의 구성예 및 실시예에서는, 프레넬 렌즈면이 아닌, 일반적인 렌즈면을 표준 렌즈면으로 호칭한다. 표준 렌즈면에는, 구면뿐만 아니라, 프레넬(Fresnel) 형상 이외의 비구면이 포함된다.

또한, 이하의 구성예 및 실시예에서는, 도 4 및 도 6의 프레넬 렌즈(300)와 같이, 프레넬 렌즈면(Fr)에 있어서의 유효 렌즈면이 아닌 면을 『단차면』(단차면(302))으로 호칭한다. 프레넬 렌즈면(Fr)에 있어서, 동심원 형상으로 분할된 복수의 윤대(301)의 각각의 높이를 『윤대 높이』(윤대 높이(Rh)), 인접하는 2개의 윤대(301)의 정점간 거리를 『윤대 피치』(윤대 피치(Rp))로 호칭한다.

또한, 아이 포인트(E.P.)와 접안 렌즈의 가장 아이 포인트(E.P.)에 가까운 측의 렌즈면(L1(R1)면)과의 사이의 축상 거리를 『아이 릴리프(eye relief)』(아이 릴리프(E.R.))로 호칭한다.

(미광의 발생량의 시뮬레이션 조건)

미광의 발생량(조도 분포)의 시뮬레이션(도 13, 도 16, 도 17)은, 특별히 언급이 없는 한, 하기 조건 하에서 계산하였다.

·화상 표시 소자(100)의 배광 특성: 램버시안(Lambertian)

·화상 표시 소자(100)의 사이즈: 17mm×27mm(종×횡)

·퓨필 직경(pupil diameter): φ4mm

·프레넬 렌즈면의 형상: 윤대 높이(Rh) = 100㎛ (일정)(윤대 피치(Rp)는 동등하지 않음)

·참조 파장: 587.6nm (d선)

[제1 구성예]

도 5는 일 실시형태에 관한 접안 렌즈의 제1 구성예를 나타내고 있다. 이 제1 구성예는, 후술하는 실시예 1-1 내지 1-8에 관한 접안 렌즈의 구성(도 28 등)에 대응한다.

본 개시의 제1 구성예에 관한 접안 렌즈는, 아이 포인트(E.P.) 측에서부터 상측(像側)을 향해 순서대로, 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)가 배치된 2군 2매 구성으로 이루어진다.

제1 프레넬 렌즈면(Fr1)은, 제1 렌즈(L1)의 제2 렌즈(L2)와 대향하는 렌즈면(L1(R2)면)에 있어서, 중심으로부터 주변에 걸쳐 전체적으로 형성되어 있다.

제2 프레넬 렌즈면(Fr2)은, 제2 렌즈(L2)의 제1 렌즈(L1)와 대향하는 렌즈면(L2(R1)면)에 있어서, 중심으로부터 주변에 걸쳐 전체적으로 형성되어 있다.

또한, 제1 렌즈(L1)의 아이 포인트(E.P.) 측의 렌즈면(L1(R1)면)은, 볼록 형상 또는 평면 형상으로 되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 아이 릴리프(E.R.)를 길게 확보할 수 있어, 보기 쉬운 구조로 된다. 예를 들면, 큰 파워를 갖는 오목 렌즈에서는, 어느 정도의 아이 릴리프(E.R.)를 확보하더라도 렌즈의 에지부와 눈이 간섭하여, 보기 어려운 폐해가 발생한다.

또한, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 광축(Z1)에 대한 단차면 각도(θd)는 15°이상인 것이 바람직하다.

또한, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)은 각각, 정(正)의 굴절력을 갖고 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 여러 수차를 효율적으로 보정할 수 있어, 전체 길이의 단축화 및 경량화를 실현할 수 있다.

또한, 제1 렌즈(L1) 및 제2 렌즈(L2) 중 적어도 일방은, 변곡점을 가지는 비구면을 갖는 것이 바람직하다. 제1 렌즈(L1) 및 제2 렌즈(L2)에 있어서, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2) 이외의 면에 1면 이상의 비구면을 사용하고, 또한 1면 이상의 비구면이 변곡점을 가짐으로써, 적은 렌즈 매수이면서, 비점수차, 상면 만곡, 및 왜곡 수차를 효율적으로 보정할 수 있다. 또한, 변곡점이 있는 비구면 형상으로 함으로써, 왜곡 수차를 효율적으로 보정할 수 있다.

또한, 제1 렌즈(L1) 및 제2 렌즈(L2) 각각의 d선에 대한 굴절률을 nd로 했을 때, 이하의 조건식(2)을 만족하고, 굴절률(nd)이 1.7 이하인 것이 바람직하다. 이에 의해, 접안 렌즈를 경량화할 수 있다.

nd ≤ 1.7 …… (2)

또한, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1)의 굴절력을 ψ1, 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 굴절력을 ψ2로 했을 때,

ψ1 ≤ψ2 …… (3)

을 만족하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 여러 수차를 효율적으로 보정할 수 있어, 전체 길이의 단축화 및 경량화를 실현할 수 있다.

한편, 굴절력(ψ1)은, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1)의 d선에 대한 굴절률을 nd1, 곡률 반경을 R1로 했을 때, (nd1-1)/R1로 표현된다. 굴절력(ψ2)은, 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 d선에 대한 굴절률을 nd2, 곡률 반경을 R2로 했을 때, (nd2-1)/R2로 표현된다.

제1 렌즈(L1) 및 제2 렌즈(L2)의 재료는, 프레넬 렌즈면 및 비구면의 가공 용이성의 관점에서, 아크릴계, 폴리올레핀계, 또는 폴리카보네이트 등의 수지 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 제1 렌즈(L1) 및 제2 렌즈(L2)를 수지 재료만으로 구성함으로써, 1매 이상의 유리 렌즈를 포함하는 구성으로 한 경우에 비해서, 경량화와 소형화를 실현할 수 있다. 이것은, 굴절력을 얻기 위해 사용되는 굴절률이 높은 유리재를, 얇고 경량인 프레넬 렌즈로 치환할 수 있기 때문이다.

(프레넬 렌즈면을 대향 배치하는 것의 효과)

본 개시의 제1 구성예에 관한 접안 렌즈는, 전술한 바와 같이, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1)과 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 2개의 프레넬 렌즈면을 대향 배치하는 것을 특징으로 하고 있다. 이하, 그 이유에 대해 설명한다.

도 7에, 비교예 1∼3에 관한 접안 렌즈와, 본 개시의 제1 구성예에 관한 접안 렌즈(실시예 1)에 있어서의 전체 길이와 중량을 비교하여 나타낸다.

도 7에 있어서 비교예 1에 관한 접안 렌즈는, 제1 렌즈(L1)의 L1(R2)면에만, 프레넬 렌즈면(제1 프레넬 렌즈면(Fr1))을 형성한 구성으로 되어 있다. 비교예 2에 관한 접안 렌즈는, 제2 렌즈(L2)의 L2(R1)면에만, 프레넬 렌즈면(제2 프레넬 렌즈면(Fr2))을 형성한 구성으로 되어 있다. 비교예 3에 관한 접안 렌즈는, 2개의 프레넬 렌즈면을, 대향 배치하지 않고, 제1 렌즈(L1)의 L1(R2)면과 제2 렌즈(L2)의 L2(R2)면에 형성한 구성으로 되어 있다.

도 7의 비교예 1∼3 및 실시예 1에 관한 접안 렌즈의 사양은 이하와 같다.

최대 FOV(Field of view): 100°

아이 릴리프(E.R.): 13mm

화상 표시 소자(100)의 사이즈: 17mm×27mm (종×횡)

도 7로부터, 제1 렌즈(L1)의 L1(R2)면과 제2 렌즈(L2)의 L2(R1)면을 프레넬 렌즈면으로 함으로써, 전체 길이 및 렌즈 중량을 최소화할 수 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 굴절력을 필요로 하는 L1(R2)면 및 L2(R1)면을 프레넬 렌즈로 함으로써, 공간 효율적으로 광선을 굴절시킬 수 있기 때문이다.

본 개시의 제1 구성예에 관한 접안 렌즈는, 전체 길이나 렌즈 중량을 최소화할 뿐만 아니라, 상측(像側) 텔레센트릭 광학계(image-side telecentric optical system)이며, 렌즈나 화상 표시 소자(100)의 편심에 대한 민감도를 낮게 억제할 수 있다. 나아가, 화상 표시 소자(100)의 시야각 특성에 기인하는 휘도 얼룩이나 색얼룩도 저감할 수 있어, 화질의 관점에서도 다른 구성에 비해 우위성을 갖는다.

(프레넬 렌즈면의 윤대의 분할 방법(형성 방법)에 대해)

도 8은 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 형성 방법의 제1 예를 나타내고 있다. 도 9는 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 형성 방법의 제2 예를 나타내고 있다.

도 8의 제1 형성 방법에서는, 윤대 높이(Rh)가 일정(윤대 피치(Rp)는 동등하지 않음)하게 되도록, 볼록 렌즈(400)를 동심원 형상으로 분할하여 복수의 윤대(301)를 형성하고 있다. 도 9의 제2 형성 방법에서는, 윤대 피치(Rp)가 일정(윤대 높이(Rh)는 동등하지 않음)하게 되도록, 볼록 렌즈(400)를 동심원 형상으로 분할하여 복수의 윤대(301)를 형성하고 있다.

본 개시의 접안 렌즈에서는, 도 8의 제1 형성 방법과 같이, 윤대 높이(Rh)가 일정하게 되도록 복수의 윤대(301)를 형성하는 것이 바람직하다. 이것은, 도 9의 제2 형성 방법과 같이, 윤대 피치(Rp)를 일정하게 한 구조와 비교하여, 렌즈의 중심 영역이 분할되지 않아, 헤드마운트 디스플레이 등에서 중요하게 되는 시야 중심 영역의 화질을 확보할 수 있기 때문이다.

나아가, 최적의 윤대 높이(Rh)에 대해 설명한다. 도 10은 제1 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서의 프레넬 렌즈면의 윤대 높이와 휘도 얼룩 간의 관계의 일례를 나타내고 있다. 도 11은 제1 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서, 프레넬 렌즈면의 윤대 높이에 따라 휘도 얼룩이 변화하는 이유에 대한 설명도이다. 도 12는, 도 11에 있어서의 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 대향 부분의 일부의 영역(600)을 확대하여 나타내고 있다.

도 10은 화상 표시 소자(100)에 전체 백색을 표시했을 때의, 허상면에 있어서의 조도 분포를 해석한 결과이며, 조도 분포의 윤대 높이(Rh) 의존을 나타내고 있다. 윤대 높이(Rh)를 크게 해 가면, 휘도 얼룩의 발생이 커지는 것을 알 수 있다. 이는, 도 11, 도 12의 영역(600)에 나타낸 바와 같이, 단차면(302)에 의한 광선의 비네팅(vignetting)의 영향으로, 상고에 따라 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 단차면(302)을 통과하는 광속의 면적이 다르고, 윤대 높이(Rh)가 커질수록, 단차면(302)을 통과하는 광속의 면적이 커지기 때문이다.

도 10으로부터, 400㎛를 초과하면 휘도 얼룩이 현저하게 시인되기 때문에, 윤대 높이(Rh)는 약 400㎛ 이하인 것이 바람직하다. 다만, 복수의 윤대(301)를 너무 잘게 새기면, 회절에 의한 광의 퍼짐의 영향에 의해 정세도가 낮아지는 문제가 있다. 회절에 의해 정세도를 손상시키지 않기 위해, 윤대 높이(Rh)는 약 20㎛ 이상인 것이 바람직하다.

(윤대의 단차면에 대해)

도 13은 제1 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서의 미광의 조도 분포의 일례를 나타내고 있다. 도 14는 제1 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서의 미광의 경로의 일례를 나타내고 있다. 도 15는 도 14에 있어서의 2개의 프레넬 렌즈면의 대향 부분의 일부의 영역(600)을 확대하여 나타내고 있다.

제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)에 있어서, 윤대(301)의 단차면(302)의 구배 각도(단차면 각도(θd))를 변경함으로써, 안구(500)에 입사하는 미광의 광량을 저감할 수 있다. 도 13은 본 개시의 제1 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 각각의 단차면 각도(θd)를 0°로 하여, 화상 표시 소자(100)에 백색을 표시했을 때의 허상면의 조도 분포에 있어서, 미광 성분만을 추출한 결과를 나타내고 있다.

한편, 미광은 플레어나 고스트의 요인으로 되기 때문에, 이상적으로는 발생하지 않는 것이 바람직하고, 즉, 광량이 0으로 되는 것이 바람직하다. 도 14 및 도 15는 이 미광의 지배적인 경로를 해석한 결과이며, 미광이, 단차면(302)을 경유하여 안구(500)에 입사하는 성분인 것을 알 수 있다. 즉, 단차면(302)을 적절히 설정함으로써, 미광의 안구(500)로의 입사량을 저감할 수 있다.

도 16은 제1 구성예(실시예 1)에 관한 접안 렌즈에 있어서의 2개의 프레넬 렌즈면의 단차면 각도(θd(L1), θd(L2))와 미광의 조도 분포 간의 관계의 일례를 나타내고 있다. 한편, 도 16에서 제1 프레넬 렌즈면(Fr1)에 있어서의 단차면 각도를 θd(L1), 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)에 있어서의 단차면 각도를 θd(L2)로 한다.

도 16에는, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)에 있어서의 각각의 단차면 각도(θd(L1), θd(L2))를 다르게 했을 때의, 허상면에 있어서의 미광의 조도 분포를 계산한 결과를 나타낸다. 도 16으로부터, 제1 구성예에 관한 접안 렌즈에서는, 단차면 각도(θd(L1), θd(L2))를 15°이상의 각도로 함으로써, 지배적인 미광을 저감할 수 있어, 고콘트라스트의 목시 화상을 제공할 수 있다.

[제2 구성예]

본 개시의 제2 구성예에 관한 접안 렌즈는, 후술하는 실시예 2에 관한 접안 렌즈의 구성(도 52)에 대응한다.

본 개시의 제2 구성예에 관한 접안 렌즈는, 전술한 제1 구성예에 관한 접안 렌즈의 구성에 대해, 제1 렌즈(L1) 및 제2 렌즈(L2)보다도 상측(像側)에 배치된 제3 렌즈(L3)를 더 구비한 구성으로 되어 있다. 즉, 본 개시의 제2 구성예에 관한 접안 렌즈는, 아이 포인트(E.P.) 측에서부터 상측(像側)을 향해 순서대로, 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)와 제3 렌즈(L3)가 배치된 3군 3매 구성으로 이루어진다.

제3 렌즈(L3)는 프레넬 렌즈면을 사용하지 않는 표준 렌즈이다. 제3 렌즈(L3)는, 적어도 1면에 변곡점을 가지는 비구면이 형성된 비구면 렌즈인 것이 바람직하다.

본 개시의 제2 구성예에 관한 접안 렌즈는, 제1 구성예에 관한 접안 렌즈와 대략 마찬가지로, 제1 렌즈(L1) 및 제2 렌즈(L2)에 있어서, 서로 대향 배치된 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)을 갖고 있다.

본 개시의 제2 구성예에 관한 접안 렌즈는, 제1 구성예에 관한 접안 렌즈와 비교해서, 제3 렌즈(L3)를 추가한 만큼, 중량이나 광학계의 전체 길이가 커지지만, 후술하는 실시예 2에 나타내는 바와 같이, 보다 충분한 수차 보정을 행할 수 있어, 정세도가 높은 영상을 제공할 수 있다.

도 17은 제2 구성예(실시예 2)에 관한 접안 렌즈에 있어서의 2개의 프레넬 렌즈면의 단차면 각도(θd(L1), θd(L2))와 미광의 조도 분포 간의 관계의 일례를 나타내고 있다. 한편, 도 17에서 제1 프레넬 렌즈면(Fr1)에 있어서의 단차면 각도를 θd(L1), 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)에 있어서의 단차면 각도를 θd(L2)로 한다.

도 17에는, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)에 있어서의 각각의 단차면 각도(θd(L1), θd(L2))를 다르게 했을 때의, 허상면에 있어서의 미광의 조도 분포를 계산한 결과를 나타낸다. 도 17로부터, 제2 구성예(실시예 2)에 관한 접안 렌즈에서는, 단차면 각도(θd(L1), θd(L2))를 20°이상의 각도로 함으로써, 지배적인 미광을 저감할 수 있어, 고콘트라스트의 목시 화상을 제공할 수 있다.

그 밖의 구성은, 전술한 제1 구성예에 관한 접안 렌즈와 대략 마찬가지인 것이 바람직하다.

[제3 구성예]

본 개시의 제3 구성예에 관한 접안 렌즈는, 후술하는 실시예 3에 관한 접안 렌즈의 구성(도 55)에 대응한다.

본 개시의 제3 구성예에 관한 접안 렌즈는, 전술한 제1 구성예에 관한 접안 렌즈와 마찬가지로, 아이 포인트(E.P.) 측에서부터 상측(像側)을 향해 순서대로, 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)가 배치된 2군 2매 구성으로 이루어진다.

본 개시의 제3 구성예에 관한 접안 렌즈는, 제1 구성예에 관한 접안 렌즈와 대략 마찬가지로, 제1 렌즈(L1) 및 제2 렌즈(L2)에 있어서, 서로 대향 배치된 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)을 갖고 있다.

다만, 본 개시의 제3 구성예에 관한 접안 렌즈에서는, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)은 주변 영역에만 형성되어 있다.

본 개시의 제3 구성예에 관한 접안 렌즈에서는, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1)은, 제1 렌즈(L1)의 제2 렌즈(L2)와 대향하는 렌즈면(L1(R2)면)에 있어서, 주변 영역에만 형성되어 있다. 제1 렌즈(L1)에 있어서의 L1(R2)면의 중앙 영역은 제1 비프레넬 렌즈면(구면 또는 비구면)으로 되어 있다.

마찬가지로, 본 개시의 제3 구성예에 관한 접안 렌즈에서는, 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)은, 제2 렌즈(L2)의 제1 렌즈(L1)와 대향하는 렌즈면(L2(R1)면)에 있어서, 주변 영역에만 형성되어 있다. 제2 렌즈(L2)에 있어서의 L2(R1)면의 중앙 영역은 제2 비프레넬 렌즈면(구면 또는 비구면)으로 되어 있다.

일반적으로, 프레넬 렌즈는, 표준 렌즈와 비교하면 단차면(302)이나 제조 오차의 영향에 의해, 선예도가 나빠지지만, 본 개시의 제3 구성예에 관한 접안 렌즈에서는, 중앙 영역에 표준 렌즈를 사용하고 있기 때문에, 화상 중심 영역의 정세도를 높게 확보할 수 있다. 중앙 영역과 주변 영역의 광학계는, 경계부가 매끄럽게 접속되어 있음으로써 경계가 시인되는 것을 방지할 수 있다.

후술하는 실시예 3에 관한 접안 렌즈(도 55)에서는, 제1 렌즈(L1)에 있어서의 L1(R2)면의 중앙 영역의 유효 직경(φ_V1)은 25.004, 제2 렌즈(L2)에 있어서의 L2(R1)면의 중앙 영역의 유효 직경(φ_V2)은 27.054이다. 이 중앙 영역의 유효 직경(φ_V1, φ_V2)은, 퓨필 중심이 광축 상에 있는 상태에서, 퓨필에 35°의 각도로 입사하는 광속이 통과할 수 있는 유효 범위로 되어 있다. 이와 같이, 프레넬 렌즈면과 표준 렌즈면과의 경계부를 시야의 약 35°이상으로 설치함으로써, 중앙 영역과 주변 영역과의 경계가 인식되기 어려워져, 자연스러운 외관을 실현할 수 있다. 35°를 크게 하회하면, 경계부가 두드러져, 화상 품질의 저하가 염려된다.

[제4 구성예]

본 개시의 제4 구성예에 관한 접안 렌즈는, 후술하는 실시예 4에 관한 접안 렌즈의 구성(도 58)에 대응한다.

본 개시의 제4 구성예에 관한 접안 렌즈는, 전술한 제3 구성예에 관한 접안 렌즈의 구성에 대해, 제1 렌즈(L1) 및 제2 렌즈(L2)보다도 상측(像側)에 배치된 제3 렌즈(L3)를 더 구비한 구성으로 되어 있다. 즉, 본 개시의 제4 구성예에 관한 접안 렌즈는, 아이 포인트(E.P.) 측에서부터 상측(像側)을 향해 순서대로, 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)와 제3 렌즈(L3)가 배치된 3군 3매 구성으로 이루어진다.

제3 렌즈(L3)는, 프레넬 렌즈면을 사용하지 않는 표준 렌즈이다. 제3 렌즈(L3)는, 적어도 1면에 변곡점을 가지는 비구면이 형성된 비구면 렌즈인 것이 바람직하다.

본 개시의 제4 구성예에 관한 접안 렌즈는, 제3 구성예에 관한 접안 렌즈와 비교해서, 제3 렌즈(L3)를 추가한 만큼, 중량이나 광학계의 전체 길이가 커지지만, 후술하는 실시예 4에 나타내는 바와 같이, 보다 충분한 수차 보정을 행할 수 있어, 정세도가 높은 영상을 제공할 수 있다.

본 개시의 제4 구성예에 관한 접안 렌즈는, 제1 구성예에 관한 접안 렌즈와 대략 마찬가지로, 제1 렌즈(L1) 및 제2 렌즈(L2)에 있어서, 서로 대향 배치된 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)을 갖고 있다.

다만, 본 개시의 제4 구성예에 관한 접안 렌즈에서는, 제3 구성예에 관한 접안 렌즈와 마찬가지로, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)은 주변 영역에만 형성되어 있다.

후술하는 실시예 4에 관한 접안 렌즈(도 58)에서는, 제1 렌즈(L1)에 있어서의 L1(R2)면의 중앙 영역의 유효 직경(φ_V1)은 24.116, 제2 렌즈(L2)에 있어서의 L2(R1)면의 중앙 영역의 유효 직경(φ_V2)은 27.038이다. 이 중앙 영역의 유효 직경(φ_V1, φ_V2)은, 실시예 3에 관한 접안 렌즈와 마찬가지로, 퓨필 중심이 광축 상에 있는 상태에서, 퓨필에 35°의 각도로 입사하는 광속이 통과할 수 있는 유효 범위로 되어 있다.

그 밖의 구성은, 전술한 제3 구성예에 관한 접안 렌즈와 대략 마찬가지인 것이 바람직하다.

(윤대의 시인 상태의 개요)

다음으로, 상기 제1 내지 제4 구성예에 대해, 윤대(301)의 시인 상태를 개선한 제5 내지 제8 구성예를 설명한다. 먼저, 윤대(301)의 시인 상태의 개요를 설명한다.

이상으로 설명한 바와 같이, 상기 제1 내지 제4 구성예에서는, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)에 있어서의 각각의 단차면 각도(θd(L1), θd(L2))를 적절히 설정함으로써, 단차면(302)에 기인하는 미광의 발생을 억제할 수 있다.

한편, 도 18의 (B)에 나타낸 바와 같이, 일반적인 프레넬 렌즈를 사용한 광학계에 있어서, 허상면에서 윤대(301)에 의한 동심원 형상의 선(「윤선」이라고 호칭함)이 시인되는 문제가 있다. 한편, 도 18의 (A)에는, 윤선이 시인되지 않는 상태의 일례를 나타낸다.

도 19는 윤선의 발생 원리의 개요를 나타내고 있다. 도 20은 일반적인 윤선의 시인 상태를 개선하는 방법의 일례를 나타내고 있다. 도 19 및 도 20에서는, 상기 제1 구성예에 관한 접안 렌즈와 같이, 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)가 배치된 2군 2매 구성으로, 서로 대향하는 렌즈면이 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)으로 된 구성을 예로 하고 있다.

도 19에 나타낸 바와 같이, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)에 있어서의 각각의 단차면(302)에 의한 광의 비네팅이 원인이 되어, 비네팅의 발생량은 화각에 따라 변화한다. 이에 의해, 허상면 내에서 윤선이 시인된다. 이를 해결하는 수단으로서, 도 20에 나타낸 바와 같이, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)으로의 광선 입사각도와 단차면 각도(θd)를 일치시키는 방법이 있다. 이 방법에 의하면, 윤선은 개선될 수 있지만, 단차면 각도(θd)를 상기 제1 내지 제4 구성예에서 설명한 소정 각도(예를 들면, 15° 또는 20°)보다 작게 할 필요가 있기 때문에, 미광이 발생하여 콘트라스트가 저하되어 버린다. 이 때문에, 상기 제1 내지 제4 구성예에서는, 미광의 억제와 윤선의 시인의 억제를 양립하는 것이 곤란하다.

이에, 제1 내지 제4 구성예에 대해, 나아가 윤선의 시인 상태를 개선하고, 보다 고화질인 목시 화상을 제공 가능한 접안 렌즈의 구성예를 설명한다. 이하의 제5 내지 제8 구성예에 의하면, 특히, 시야의 중심 영역에 있어서의 화질이 향상된다.

(제5 내지 제8 구성예의 개요)

제5 내지 제8 구성예는, 단차면 각도(θd)는 상기 제1 내지 제4 구성예와는 다른지만, 기본적인 구성은 상기 제1 내지 제4 구성예와 마찬가지이며, 적어도 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)를 구비하고, 서로 대향하는 렌즈면이 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)으로 되어 있다. 제5 내지 제8 구성예에 관한 접안 렌즈는, 상기 조건식(1)을 만족하여 상 배율(Mv)을 2.1배 이상으로 하여, 도 1의 구성예와 같이 화상 표시 소자(100)의 사이즈가 접안 렌즈(101)의 렌즈 직경에 비해 작은 접안 광학계(102)에 대해 적용하는 것이 바람직하다.

(시뮬레이션 조건)

제5 내지 제8 구성예에 있어서의 시뮬레이션은, 특별히 언급이 없는 한, 하기 조건 하에서 계산하였다.

·화상 표시 소자(100)의 배광 특성: 램버시안

·화상 표시 소자(100)의 사이즈: 17mm×27mm (종×횡)

·퓨필 직경: φ4mm

·프레넬 렌즈면의 형상: 윤대 높이(Rh)=150㎛ (일정) (윤대 피치(Rp)는 동등하지 않음)

·참조 파장: 587.6nm (d선)

[제5 구성예]

본 개시의 제5 구성예에 관한 접안 렌즈는, 후술하는 실시예 5에 관한 접안 렌즈의 구성(도 61)에 대응한다.

도 21은 일 실시형태에 관한 접안 렌즈의 제5 구성예를 나타내고 있다. 도 21에 나타낸 바와 같이, 제5 구성예에 관한 접안 렌즈는, 전술한 제1 구성예에 관한 접안 렌즈의 구성에 대해, 제1 렌즈(L1) 및 제2 렌즈(L2)보다도 상측(像側)에 배치된 제3 렌즈(L3)를 더 구비한 구성으로 되어 있다. 즉, 제5 구성예에 관한 접안 렌즈는, 아이 포인트(E.P.) 측에서부터 상측(像側)을 향해 순서대로, 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)와 제3 렌즈(L3)가 배치된 3군 3매 구성으로 이루어진다.

제3 렌즈(L3)는 프레넬 렌즈면을 사용하지 않는 표준 렌즈이다. 제3 렌즈(L3)는 비구면 렌즈인 것이 바람직하다.

제5 구성예에 관한 접안 렌즈는, 도 21에 나타낸 바와 같이, 가장 아이 포인트측의 렌즈면에서부터 상면(像面)까지의 거리를 L', 가장 아이 포인트측의 렌즈면에서부터 가장 상측(像側)의 렌즈면까지의 거리를 d로 했을 때,

0.2 < d/L' < 0.6 …… (4)

를 만족하는 것이 바람직하다.

조건식(4)는, 접안 렌즈의 전체 길이로부터 아이 릴리프(E.R.)를 뺀 거리(L')와 가장 아이 포인트측의 렌즈면에서부터 가장 상측(像側)의 렌즈면까지의 거리(d)와의 비의 적절한 범위에 관한 것이다. 조건식(4)를 만족함으로써, 짧은 전체 길이로, 밸런스 좋게 수차 보정을 행할 수 있다.

(프레넬 렌즈면의 위치와 윤선의 시인 상태 간의 관계)

도 22는 제5 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서의 윤선의 시인 상태의 일례를 나타내고 있다. 도 23은 제5 구성예에 관한 접안 렌즈에 대한 비교예에 관한 접안 렌즈의 구성예를 나타내고 있다.

화상 표시 소자(100)로부터의 광은, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)에 있어서의 각각의 단차면(302)에 의해 비네팅이 생긴다. 이에 의해, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 근방에서의 면내 휘도 분포는, 도 22의 (A)에 나타낸 바와 같이 명암의 차이가 커진다. 제5 구성예에 관한 접안 렌즈는, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)을 안구(500)에 가까운 측(예를 들면, 15mm 정도)에 배치하고 있는 것을 특징으로 하고 있다. 사람의 눈의 초점위치는 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)으로부터 떨어진 위치, 예를 들면 안구(500)로부터 100mm 이상 떨어진 위치에 있다. 사람의 눈은 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 위치에는 포커싱할 수 없기 때문에, 도 22의 (B)에 나타낸 바와 같이 디포커스되어 윤선으로서 시인된다.

이와 같이, 제5 구성예에 관한 접안 렌즈에서는, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)을 안구(500)에 가까운 측에 배치한 것에 의해, 윤선의 블러링량(blurring amount)을 크게 할 수 있고, 윤선의 시인성을 낮추는 것이 가능하다. 이에 대해, 도 23의 비교예에 관한 접안 렌즈에서는, 제2 렌즈(L2)의 상측(像側)의 렌즈면에 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)을 배치하고 있다. 도 23의 비교예에 관한 접안 렌즈에서는, 제5 구성예에 관한 접안 렌즈와 비교해서 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)이 안구(500)로부터 떨어진 위치로 되기 때문에, 제5 구성예에 관한 접안 렌즈에 비해 윤선이 시인되기 쉬워진다.

(프레넬 렌즈면에 있어서의 윤대의 위치와 윤선의 시인 상태 간의 관계)

도 24는 제5 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서의 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 윤대(301)의 구성예를 비교예와 함께 나타내고 있다.

헤드마운트 디스플레이 등의 접안 광학계는, 특히 시야의 중심 영역에서 충분한 정세도를 확보할 수 있는 것이 바람직하다. 도 24의 (A)의 비교예에 나타낸 바와 같이, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 윤대(301)가 중심 영역에 있으면, 윤대(301)에 의해 정세도가 저하되어, 윤선도 시인되기 쉬워진다. 이 때문에, 도 24의 (B)에 나타낸 바와 같이, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)에 있어서, 중심에서부터 1번째의 윤대(제1 윤대)를 가능한 한, 주변 영역에 배치하는 것이 바람직하다.

전술한 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)에 있어서의 복수의 윤대(301)는, 예를 들면 볼록 렌즈(400)를 동심원 형상으로 분할함으로써 형성된다. 복수의 윤대(301)를 형성하는 기초가 되는 볼록 렌즈(400)는, 예를 들면 비구면 형상이다. 제1 윤대를 주변 영역에 배치하기 위해, 기초가 되는 비구면 형상은, 중심 영역의 굴절력을 작게 억제하는 것이 바람직하다.

이 때문에, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1)의 굴절력을 ψ1, 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 굴절력을 ψ2, 접안 렌즈 전체의 굴절력을 ψall로 했을 때,

(ψ1+ψ2)/ψall < 0.30 …… (5)

를 만족하는 것이 바람직하다.

조건식(5)는, 접안 렌즈 전체의 굴절력(ψall)에 차지하는, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 굴절력의 비율을 의미한다. 조건식(5)의 값이 작은 것은, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 축상에 있어서의 굴절력이 작은 것을 의미한다.

도 25는 제5 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서의 제1 프레넬 렌즈면(Fr1)을 형성하는 기초가 되는 비구면 형상의 새그량의 일례를 비교예와 함께 나타내고 있다. 도 26은 제5 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서의 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)을 형성하는 기초가 되는 비구면 형상의 새그량의 일례를 비교예와 함께 나타내고 있다.

도 25 및 도 26에 나타낸 새그량은, 후술하는 실시예 5에 관한 접안 렌즈의 데이터를 사용한 데이터를 나타낸다. 또한, 도 25 및 도 26에는, 비교예로서, 제1 구성예에 상당하는 후술하는 실시예 1-1에 관한 접안 렌즈의 데이터를 사용한 새그량을 나타낸다. 실시예 5에 관한 접안 렌즈에서는, 기초가 되는 비구면 형상은, 실시예 1-1에 관한 접안 렌즈와 비교해서, 중심 영역의 새그량이 비교적 작게 억제되어 있다. 이와 같이 새그량을 작게 억제한 비구면 형상을 기초로 하여 윤대(301)를 형성하면, 렌즈 중심에서부터 제1 윤대까지의 거리를 시야의 주변으로 시프트할 수 있다. 예를 들면, 윤대 높이(Rh)를 150㎛로 하여 윤대(301)를 형성하면, 렌즈 중심에서부터 제1 윤대까지의 거리는, 실시예 1-1과 실시예 5에서, 이하와 같이 된다.

·실시예 1-1

제1 프레넬 렌즈면(Fr1)의 제1 윤대까지의 거리: 2.5mm

　제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 제1 윤대까지의 거리: 2.1mm

·실시예 5

　제1 프레넬 렌즈면(Fr1)의 제1 윤대까지의 거리: 4.1mm

　제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 제1 윤대까지의 거리: 6.6mm

상기와 같은 윤대(301)의 구성으로, 실시예 1-1에 관한 접안 렌즈와 실시예 5에 관한 접안 렌즈와의 윤선의 시인성을 시뮬레이션하여 비교하였더니, 실시예 5에 관한 접안 렌즈에서는, 시야의 중심 영역에서는 윤선이 없고, 양호한 화질이 얻어지는 것이 확인되었다.

한편, 제1 윤대의 윤대 높이(Rh)만을 크게 함으로써, 제1 윤대 위치를 주변으로 시프트하는 것도 가능하지만, 프레넬 렌즈의 축상의 두께가 커지기 때문에, 상기와 같이, 중심 영역의 새그량을 억제하는 쪽이 바람직하다.

(2개의 프레넬 렌즈면끼리의 윤대의 관계)

도 27은 제5 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서의 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 윤대(301)의 바람직한 구성예를 나타내고 있다.

도 22를 참조하여 설명한 바와 같이, 윤선은 프레넬 렌즈면 근방에서의 휘도의 명암이 디포커스되어, 저주파 성분이 시인된다. 이 때문에, 프레넬 렌즈면 근방에서의 명암의 발생 주기를 고주파로 함으로써, 윤선의 시인성을 저감할 수 있다.

이를 실현하기 위해, 도 27에 나타낸 바와 같이, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1)과 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)에 있어서 윤대(301)의 피치가 서로 반주기씩 어긋나 있는 것이 바람직하다. 제5 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서, 피치를 어긋나게 한 경우와, 피치를 어긋나게 하지 않은 경우에서 윤선의 시인성을 시뮬레이션하여 비교하였더니, 피치를 어긋나게 한 경우에는, 윤선의 시인성이 떨어져 있는 것이 확인되었다.

이상을 고려하면, 윤대(301)의 구성에 관하여, 실시예 5에 관한 접안 렌즈는,

0.1 ≤ L1Φr1/Φd1 …… (6)

0.2 ≤ L2Φr1/Φd2 …… (7)

을 만족하는 것이 바람직하다. 여기서, 도 27에 나타낸 바와 같이, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1)에 있어서의 중심에서부터 1번째의 윤대(301)의 직경을 L1Φr1, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1)의 유효 직경을 Φd1, 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)에 있어서의 중심에서부터 1번째의 윤대(301)의 직경을 L2Φr1, 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 유효 직경을 Φd2로 한다.

조건식(6)은 제1 프레넬 렌즈면(Fr1)에 있어서의 제1 윤대의 직경(L1Φr1)과 유효 직경(Φd1)의 비에 관한 것이다. 조건식(6)을 만족함으로써, 시야 중심에 있어서의 정세도를 높게 확보할 수 있다.

조건식(7)은, 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)에 있어서의 제1 윤대의 직경(L2Φr1)과 유효 직경(Φd2)의 비에 관한 것이다. 조건식(7)을 만족함으로써, 시야 중심에 있어서의 정세도를 높게 확보할 수 있다.

그 밖의 구성은, 전술한 제1 또는 제2 구성예에 관한 접안 렌즈와 대략 마찬가지인 것이 바람직하다.

[제6 구성예]

본 개시의 제6 구성예에 관한 접안 렌즈는, 후술하는 실시예 6에 관한 접안 렌즈의 구성(도 64)에 대응한다.

제6 구성예에 관한 접안 렌즈는, 전술한 제5 구성예에 관한 접안 렌즈의 구성에 대하여, 제3 렌즈(L3)를 생략한 구성으로 되어 있다. 즉, 제6 구성예에 관한 접안 렌즈는, 아이 포인트(E.P.) 측에서부터 상측(像側)을 향해 순서대로, 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)가 배치된 2군 2매 구성으로 이루어진다.

제6 구성예에 관한 접안 렌즈는, 전술한 제5 구성예에 관한 접안 렌즈의 구성에 대해, 렌즈를 1매 줄임으로써, 전체 길이의 단축화 및 경량화를 기대할 수 있다. 한편, 제6 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 윤대(301)의 전체적인 구성이나 제1 윤대의 위치 등에 대해서는, 제5 구성예에 관한 접안 렌즈와 마찬가지의 개념으로 설계되어 있다. 제6 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서, 윤선의 시인성을 시뮬레이션하였더니, 제1 구성예에 관한 접안 렌즈에 비해, 윤선의 시인성을 개선할 수 있는 것이 확인되었다.

그 밖의 구성은, 전술한 제5 구성예에 관한 접안 렌즈와 대략 마찬가지인 것이 바람직하다.

[제7 구성예]

본 개시의 제7 구성예에 관한 접안 렌즈는, 후술하는 실시예 7에 관한 접안 렌즈의 구성(도 67)에 대응한다.

본 개시의 제7 구성예에 관한 접안 렌즈는, 전술한 제5 구성예에 관한 접안 렌즈와 마찬가지로, 아이 포인트(E.P.) 측에서부터 상측(像側)을 향해 순서대로, 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)와 제3 렌즈(L3)가 배치된 3군 3매 구성으로 이루어진다.

제7 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 윤대(301)의 전체적인 구성이나 제1 윤대의 위치 등에 대해서는, 기본적으로, 전술한 제5 구성예에 관한 접안 렌즈와 마찬가지의 개념으로 설계되어 있다. 다만, 제7 구성예에 관한 접안 렌즈에서는, 대향하는 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 유효면을 동일형상으로 하고 있는 것을 특징으로 하고 있다. 즉, 후술하는 실시예 7의 [표 38], [표 40]에 나타내는 바와 같이, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 곡률 반경이나 비구면 계수의 절대값이 동일한 값으로 되도록 설계되어 있다.

이와 같이, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)의 유효면을 동일형상으로 함으로써, 예를 들면, 전술한 도 27에 나타낸 바와 같이, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)에 있어서의 윤대(301)의 피치를 서로 반주 기씩 어긋나게 하는 것이 용이해진다. 또한, 2개의 프레넬 렌즈면이 동일형상이기 때문, 2개의 프레넬 렌즈면에 기인하는 윤선의 명암이 대략 동일하게 된다. 이 때문에, 제7 구성예에 관한 접안 렌즈에서는, 윤선의 시인성을 보다 양호하게 개선하는 것이 가능해진다.

[제8 구성예]

본 개시의 제8 구성예에 관한 접안 렌즈는, 후술하는 실시예 8에 관한 접안 렌즈의 구성(도 70)에 대응한다.

본 개시의 제8 구성예에 관한 접안 렌즈는, 전술한 제5 구성예에 관한 접안 렌즈와 마찬가지로, 아이 포인트(E.P.) 측에서부터 상측(像側)을 향해 순서대로, 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)와 제3 렌즈(L3)가 배치된 3군 3매 구성으로 이루어진다.

제8 구성예에 관한 접안 렌즈는, 제5 구성예에 관한 접안 렌즈와 마찬가지로, 제1 렌즈(L1)와 제2 렌즈(L2)의 서로 대향하는 면에, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1)과 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)이 형성되어 있다. 나아가, 제8 구성예에 관한 접안 렌즈에서는, 제1 렌즈(L1)의 아이 포인트(E.P.) 측의 렌즈면(L1(R1)면)이, 제3 프레넬 렌즈면(Fr3)으로 되어 있다. 이 점에서, 제5 구성예에 관한 접안 렌즈의 구성과는 다르다.

제8 구성예에 관한 접안 렌즈에서는, 프레넬 렌즈면을 3개 사용하고 있기 때문에, 제5 구성예에 관한 접안 렌즈와 비교해서, 수차 보정을 충분히 행할 수 있기 때문에, 정세도를 보다 높일 수 있다. 또한, 윤대(301)의 수가 늘어나기 때문에, 3개의 프레넬 렌즈면에 대해, 윤대(301)의 전체적인 구성이나 제1 윤대의 위치 등을, 전술한 제5 구성예에 관한 접안 렌즈와 마찬가지의 개념으로 설계함으로써, 윤선의 주파수를 보다 높게 하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 윤선의 시인성을 보다 낮출 수 있다. 제8 구성예에 관한 접안 렌즈에 있어서, 윤선의 시인성을 시뮬레이션하였더니, 제5 구성예에 관한 접안 렌즈에 비해서, 윤선의 시인성이 보다 개선할 수 있는 것이 확인되었다.

[발명의 효과]

본 개시의 일 실시형태에 관한 접안 렌즈에 의하면, 서로 대향 배치된 제1 렌즈(L1) 및 제2 렌즈(L2)의 구성을 프레넬 렌즈를 사용하여 최적화하도록 하였으므로, 경량화 및 전체 길이의 단축화를 도모하면서, 넓은 시야 화각과 양호한 수차 보정을 실현 가능하게 된다.

일 실시형태에 관한 접안 렌즈를 헤드마운트 디스플레이에 적용함으로써, 고시야각으로 매우 정세한 영상미를 제공할 수 있다. 일 실시형태에 관한 접안 렌즈에 의하면, 전체 길이(아이 포인트(E.P.)에서부터 상까지의 거리(L))를 단축할 수 있다. 또한, 접안 광학계(102)에 적용한 경우의 광학계 사이즈를 작게 억제할 수 있다.

한편, 본 명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시이며 한정되는 것이 아니고, 또한 다른 효과가 있어도 된다.

<3. 표시 장치에의 적용예>

도 73 및 도 74는 본 개시의 일 실시형태에 관한 접안 렌즈를 적용한 표시 장치의 일례로서의 헤드마운트 디스플레이(200)의 일 구성예를 나타내고 있다. 헤드마운트 디스플레이(200)는, 본체부(201)와, 이마 맞댐부(202)와, 코 맞댐부(203)와, 헤드밴드(headband)(204)와, 헤드폰(205)을 구비하고 있다. 이마 맞댐부(202)는 본체부(201)의 중앙 상부에 설치되어 있다. 코 맞댐부(203)는 본체부(201)의 중앙 하부에 설치되어 있다.

사용자가 헤드마운트 디스플레이(200)를 두부(頭部)에 장착했을 때, 이마 맞댐부(202)가 사용자의 이마에 당접함과 함께, 코 맞댐부(203)가 코에 당접한다. 나아가, 헤드밴드(204)가 두부의 후방에 당접한다. 이에 의해, 이 헤드마운트 디스플레이(200)에서는, 장치의 하중을 두부 전체에 분산시켜, 사용자의 부담을 경감하여 장착할 수 있다.

헤드폰(205)은, 왼쪽 귀용의 것과 오른쪽 귀용의 것이 설치되고, 왼쪽 귀와 오른쪽 귀에 독립적으로 음성을 제공 가능하게 되어 있다.

본체부(201)에는, 영상을 표시하기 위한 회로 기판이나 광학계 등이 내장되어 있다. 본체부(201)에는, 도 74에 나타낸 바와 같이 좌안 표시부(210L) 및 우안 표시부(210R)가 설치되고, 좌안과 우안에 독립적으로 영상을 제공 가능하게 되어 있다. 좌안 표시부(210L)에는, 좌안용의 화상 표시 소자(100)와, 좌안용의 화상 표시 소자(100)에 표시된 화상을 확대하는 좌안용의 접안 광학계가 설치되어 있다. 우안 표시부(210R)에는, 우안용의 화상 표시 소자(100)와, 우안용의 화상 표시 소자(100)에 표시된 화상을 확대하는 우안용의 접안 광학계가 설치되어 있다. 이들 좌안용의 접안 광학계 및 우안용의 접안 광학계로서, 본 개시의 일 실시형태에 관한 접안 렌즈를 적용 가능하다.

한편, 화상 표시 소자(100)에는, 도시하지 않는 화상 재생 장치로부터 화상 데이터가 공급된다. 화상 재생 장치로부터 3차원 화상 데이터를 공급하고, 좌안 표시부(210L)와 우안 표시부(210R)에서 서로 시차가 있는 화상을 표시함으로써, 3차원 표시를 행하는 것도 가능하다.

한편, 여기서는 표시 장치를 헤드마운트 디스플레이(200)에 적용한 예를 나타냈지만, 표시 장치의 적용 범위는 헤드마운트 디스플레이(200)에 한정되지 않고, 예를 들면, 전자 쌍안경이나 카메라의 전자 뷰파인더 등에 적용해도 된다.

또한, 본 개시의 일 실시형태에 관한 접안 렌즈는, 화상 표시 소자(100)에 표시된 화상을 확대하는 용도뿐만 아니라, 대물 렌즈에 의해 형성된 광학상을 확대하도록 한 관찰 장치에도 적용 가능하다.

실시예

[실시예의 개요]

이하의 실시예 1-1∼1-8에 관한 접안 렌즈는, 전술한 제1 구성예의 접안 렌즈(도 5)에 대응한다. 실시예 2는 전술한 제2 구성예의 접안 렌즈에 대응한다. 실시예 3은 전술한 제3 구성예의 접안 렌즈에 대응한다. 실시예 4는 전술한 제4 구성예의 접안 렌즈에 대응한다. 실시예 5는 전술한 제5 구성예의 접안 렌즈에 대응한다. 실시예 6은 전술한 제6 구성예의 접안 렌즈에 대응한다. 실시예 7은 전술한 제7 구성예의 접안 렌즈에 대응한다. 실시예 8은 전술한 제8 구성예의 접안 렌즈에 대응한다.

<4. 렌즈의 수치 실시예>

한편, 이하의 각 표나 설명에 있어서 나타낸 기호의 의미 등에 대해서는, 하기에 나타내는 바와 같다. 「Si」는, 아이 포인트(E.P.)를 1번째로 하여, 상측(像側)을 향함에 따라 순차적으로 증가하도록 해서 부호를 붙인 i번째의 면의 번호를 나타내고 있다. 「Ri」는, i번째의 면의 근축(近軸)의 곡률 반경(mm)을 나타낸다. 「Di」는 i번째의 면과 i+1번째의 면 사이의 광축 상의 간격(mm)을 나타낸다. 「Ndi」는 i번째의 면을 갖는 광학요소의 재질(매질)의 d선(파장 587.6nm)에 있어서의 굴절률의 값을 나타낸다. 「νdi」는 i번째의 면을 갖는 광학요소의 재질의 d선에 있어서의 아베수(Abbe's number)의 값을 나타낸다. 곡률 반경이 「∞」인 면은 평면 또는 조리개면(개구 조리개(STO))인 것을 나타낸다. 또한, 「COMMENT」에는 렌즈면의 종류 등을 나타낸다.

각 실시예에 관한 접안 렌즈는 비구면을 포함하고 있다. 비구면 형상은 이하의 비구면의 식에 의해 정의된다. 한편, 이하의 비구면 계수를 나타내는 각 표에 있어서, 「E-n」은 10을 밑(base)으로 하는 지수 표현, 즉, 「10의 마이너스 n승」을 나타내고 있고, 예를 들면, 「0.12345E-05」는 「0.12345×(10의 마이너스 5승)」을 나타내고 있다.

(비구면의 식)

Z = (Y²/R)/[1 + {1 - (1 + K)(Y²/R²)}¹ ^/2] + ΣAi·Yi

Z = (Y²/R)/[1+{1-(1+K)(Y²/R²)}¹ ^/2]+ΣAi·Yi

여기서,

Z: 비구면의 깊이

Y: 광축으로부터의 높이

R: 근축 곡률 반경

K: 원추상수(conic constant)

Ai: 제i차(i는 3 이상의 정수)의 비구면 계수

로 한다.

(프레넬 렌즈면의 데이터에 대해)

또한, 각 실시예에 관한 접안 렌즈는 프레넬 렌즈면을 포함하고 있다. 이하의 각 실시예에서는, 프레넬 렌즈면의 형상을, 상기 비구면의 식에 의해 등가적으로 표현한다. 이하의 각 실시예에서는, 프레넬 렌즈면의 단차면(302)의 높이를 무한소로 한 이상적인 프레넬 렌즈면으로서 나타낸다.

[실시예 1-1]

[표 1]에, 실시예 1-1에 관한 접안 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타낸다. 또한, 비구면 데이터를 [표 2], [표 3]에 나타낸다. [표 2]에는 표준 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다. [표 3]에는 프레넬 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다.

도 28에는, 실시예 1-1에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면을 나타낸다. 도 29∼도 30에는, 실시예 1-1에 관한 접안 렌즈의 여러 수차를 나타낸다. 각 수차는 아이 포인트(E.P.) 측으로부터 광선 추적한 것이다. 특히, 도 29에는, 구면 수차를 나타낸다. 도 30에는, 비점수차(상면 만곡) 및 왜곡 수차를 나타낸다. 구면 수차 도면 및 비점수차 도면에는, 파장 486.1(nm), 파장 587.6(nm), 파장 656.3(nm)의 값을 나타낸다. 왜곡 수차 도면에는, 파장 587.6(nm)의 값을 나타낸다. 비점수차 도면에 있어서, S는 새지털 상면(sagittal image plane), T는 탄젠셜 상면(tangential image plane)에 있어서의 값을 나타낸다. 이후의 다른 실시예에 있어서의 수차 도면에 대해서도 마찬가지이다.

각 수차 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1-1에서는, 양호한 광학 성능을 갖고 있는 것이 명백하다.

[실시예 1-2]

[표 4]에, 실시예 1-2에 관한 접안 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타낸다. 또한, 비구면 데이터를 [표 5], [표 6]에 나타낸다. [표 5]에는 표준 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다. [표 6]에는 프레넬 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다.

도 31에는, 실시예 1-2에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면을 나타낸다. 도 32∼도 33에는, 실시예 1-2에 관한 접안 렌즈의 여러 수차를 나타낸다.

각 수차 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1-2에 관한 접안 렌즈는 양호한 광학 성능을 갖고 있는 것이 명백하다.

[실시예 1-3]

[표 7]에, 실시예 1-3에 관한 접안 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타낸다. 또한, 비구면 데이터를 [표 8], [표 9]에 나타낸다. [표 8]에는 표준 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다. [표 9]에는 프레넬 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다.

도 34에는, 실시예 1-3에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면을 나타낸다. 도 35∼도 36에는, 실시예 1-3에 관한 접안 렌즈의 여러 수차를 나타낸다.

각 수차 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1-3에 관한 접안 렌즈는 양호한 광학 성능을 갖고 있는 것이 명백하다.

[실시예 1-4]

[표 10]에, 실시예 1-4에 관한 접안 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타낸다. 또한, 비구면 데이터를 [표 11], [표 12]에 나타낸다. [표 11]에는 표준 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다. [표 12]에는 프레넬 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다.

도 37에는, 실시예 1-4에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면을 나타낸다. 도 38∼도 39에는, 실시예 1-4에 관한 접안 렌즈의 여러 수차를 나타낸다.

각 수차 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1-4에 관한 접안 렌즈는 양호한 광학 성능을 갖고 있는 것이 명백하다.

[실시예 1-5]

[표 13]에, 실시예 1-5에 관한 접안 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타낸다. 또한, 비구면 데이터를 [표 14], [표 15]에 나타낸다. [표 14]에는 표준 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다. [표 15]에는 프레넬 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다.

도 40에는, 실시예 1-5에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면을 나타낸다. 도 41∼도 42에는, 실시예 1-5에 관한 접안 렌즈의 여러 수차를 나타낸다.

각 수차 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1-5에 관한 접안 렌즈는 양호한 광학 성능을 갖고 있는 것이 명백하다.

[실시예 1-6]

[표 16]에, 실시예 1-6에 관한 접안 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타낸다. 또한, 비구면 데이터를 [표 16], [표 17]에 나타낸다. [표 16]에는 표준 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다. [표 17]에는 프레넬 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다.

도 43에는, 실시예 1-6에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면을 나타낸다. 도 44∼도 45에는, 실시예 1-6에 관한 접안 렌즈의 여러 수차를 나타낸다.

각 수차 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1-6에 관한 접안 렌즈는 양호한 광학 성능을 갖고 있는 것이 명백하다.

[실시예 1-7]

[표 19]에, 실시예 1-7에 관한 접안 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타낸다. 또한, 비구면 데이터를 [표 20], [표 21]에 나타낸다. [표 20]에는 표준 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다. [표 21]에는 프레넬 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다.

도 46에는, 실시예 1-7에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면을 나타낸다. 도 47∼도 48에는, 실시예 1-7에 관한 접안 렌즈의 여러 수차를 나타낸다.

각 수차 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1-7에 관한 접안 렌즈는 양호한 광학 성능을 갖고 있는 것이 명백하다.

[실시예 1-8]

[표 22]에, 실시예 1-8에 관한 접안 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타낸다. 또한, 비구면 데이터를 [표 23], [표 24]에 나타낸다. [표 23]에는 표준 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다. [표 24]에는 프레넬 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다.

도 49에는, 실시예 1-8에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면을 나타낸다. 도 50∼도 51에는, 실시예 1-8에 관한 접안 렌즈의 여러 수차를 나타낸다.

각 수차 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1-8에 관한 접안 렌즈는 양호한 광학 성능을 갖고 있는 것이 명백하다.

[실시예 2]

[표 25]에, 실시예 2에 관한 접안 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타낸다. 또한, 비구면 데이터를 [표 26], [표 27]에 나타낸다. [표 26]에는 표준 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다. [표 27]에는 프레넬 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다.

도 52에는, 실시예 2에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면을 나타낸다. 도 53∼도 54에는, 실시예 2에 관한 접안 렌즈의 여러 수차를 나타낸다.

각 수차 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 2에 관한 접안 렌즈는 양호한 광학 성능을 갖고 있는 것이 명백하다.

[실시예 3]

[표 28]에, 실시예 3에 관한 접안 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타낸다. 또한, 비구면 데이터를 [표 29]에 나타낸다. 한편, 실시예 3에 관한 접안 렌즈의 제1 렌즈(L1)에 있어서의 L1(R2)면의 중앙 영역의 유효 직경(φ_V1)은 25.004, 제2 렌즈(L2)에 있어서의 L2(R1)면의 중앙 영역의 유효 직경(φ_V2)은 27.054이다. 이 중앙 영역의 유효 직경(φ_V1, φ_V2)은, 퓨필 중심이 광축 상에 있는 상태에서, 퓨필에 35°의 각도로 입사하는 광속이 통과할 수 있는 유효 범위로 되어 있다.

도 55에는, 실시예 3에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면을 나타낸다. 도 56∼도 57에는, 실시예 3에 관한 접안 렌즈의 여러 수차를 나타낸다.

각 수차 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 3에 관한 접안 렌즈는 양호한 광학 성능을 갖고 있는 것이 명백하다.

[실시예 4]

[표 30]에, 실시예 4에 관한 접안 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타낸다. 또한, 비구면 데이터를 [표 31]에 나타낸다. 한편, 실시예 4에 관한 접안 렌즈의 제1 렌즈(L1)에 있어서의 L1(R2)면의 중앙 영역의 유효 직경(φ_V1)은 24.116, 제2 렌즈(L2)에 있어서의 L2(R1)면의 중앙 영역의 유효 직경(φ_V2)은 27.038이다. 이 중앙 영역의 유효 직경(φ_V1, φ_V2)은, 퓨필 중심이 광축 상에 있는 상태에서, 퓨필에 35°의 각도로 입사하는 광속이 통과할 수 있는 유효 범위로 되어 있다.

도 58에는, 실시예 4에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면을 나타낸다. 도 59∼도 60에는, 실시예 4에 관한 접안 렌즈의 여러 수차를 나타낸다.

각 수차 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 4에 관한 접안 렌즈는 양호한 광학 성능을 갖고 있는 것이 명백하다.

[실시예 5]

[표 32]에, 실시예 5에 관한 접안 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타낸다. 또한, 비구면 데이터를 [표 33], [표 34]에 나타낸다. [표 33]에는 표준 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다. [표 34]에는 프레넬 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다.

도 61에는, 실시예 5에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면을 나타낸다. 도 62∼도 63에는, 실시예 5에 관한 접안 렌즈의 여러 수차를 나타낸다.

각 수차 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 5에 관한 접안 렌즈는 양호한 광학 성능을 갖고 있는 것이 명백하다.

[실시예 6]

[표 35]에, 실시예 6에 관한 접안 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타낸다. 또한, 비구면 데이터를 [표 36], [표 37]에 나타낸다. [표 36]에는 표준 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다. [표 37]에는 프레넬 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다.

도 64에는, 실시예 6에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면을 나타낸다. 도 65∼도 66에는, 실시예 6에 관한 접안 렌즈의 여러 수차를 나타낸다.

각 수차 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 6에 관한 접안 렌즈는 양호한 광학 성능을 갖고 있는 것이 명백하다.

[실시예 7]

[표 38]에, 실시예 7에 관한 접안 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타낸다. 또한, 비구면 데이터를 [표 39], [표 40]에 나타낸다. [표 39]에는 표준 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다. [표 40]에는 프레넬 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다.

도 67에는, 실시예 7에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면을 나타낸다. 도 68∼도 69에는, 실시예 7에 관한 접안 렌즈의 여러 수차를 나타낸다.

각 수차 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 7에 관한 접안 렌즈는 양호한 광학 성능을 갖고 있는 것이 명백하다.

[실시예 8]

[표 41]에, 실시예 8에 관한 접안 렌즈의 기본적인 렌즈 데이터를 나타낸다. 또한, 비구면 데이터를 [표 42], [표 43]에 나타낸다. [표 42]에는 표준 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다. [표 43]에는 프레넬 렌즈면의 비구면 데이터를 나타낸다.

도 70에는, 실시예 8에 관한 접안 렌즈의 렌즈 단면을 나타낸다. 도 71∼도 72에는, 실시예 8에 관한 접안 렌즈의 여러 수차를 나타낸다.

각 수차 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 8에 관한 접안 렌즈는 양호한 광학 성능을 갖고 있는 것이 명백하다.

[각 실시예의 그 밖의 수치 데이터]

[표 44], [표 45]에는, 각 실시예에 관한 접안 렌즈가 만족하는 여러 특성을 각 실시예에 대해 정리한 것을 나타낸다. [표 44], [표 45]에는 여러 특성으로서, h(최대 상고, 화상 표시 소자(100)의 대각 사이즈의 반값), L(전체 길이, 아이 포인트(E.P.)에서부터 상(화상 표시 소자(100))까지의 거리), ω(반화각), E.R.(아이 릴리프), Mv(상 배율)의 값을 나타낸다. 또한, [표 44], [표 45]에는 여러 특성으로서, 프레넬 렌즈의 매수, 제1 렌즈(L1)의 아이 포인트(E.P.) 측의 면(L1(R1))의 형상, 제1 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr1, Fr2)의 배치 방법, 제1 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr1, Fr2)의 굴절력의 부호, 변곡점을 가지는 비구면 렌즈의 유무를 나타낸다. 또한, [표 44], [표 45]에는 여러 특성으로서, 제1 및 제2 렌즈(L1, L2)의 각각의 d선에 대한 굴절률(nd1, nd2)의 값, 제1 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr1, Fr2)의 각각의 굴절력(ψ1, ψ2)의 값을 나타낸다. 그 밖에, [표 44], [표 45]에는 여러 특성으로서, 전술한 조건식(4)∼(7)에 관한, d/L', (ψ1+ψ2)/ψall, L1Φr1/Φd1, L2Φr1/Φd2의 값을 나타낸다. [표 44], [표 45]에 나타낸 바와 같이, 모든 실시예에 관한 접안 렌즈가, 전술한 조건식(1)∼ (3)을 만족하고 있다. 실시예 5∼8에 관한 접안 렌즈는, 나아가, 전술한 조건식(4)∼ (7)을 만족하고 있다.

<5. 그 밖의 실시형태>

본 개시에 의한 기술은, 상기 실시형태 및 실시예의 설명에 한정되지 않고 다양한 변형 실시가 가능하다.

예를 들면, 상기 각 수치 실시예에 있어서 나타낸 각 부의 형상 및 수치는, 모두 본 기술을 실시하기 위한 구체화의 단지 일례에 불과하고, 이들에 의해 본 기술의 기술적 범위가 한정적으로 해석되는 일이 있어서는 안 된다.

또한, 상기 실시형태 및 실시예에서는, 실질적으로 3개 또는 4개의 렌즈로 이루어지는 구성에 대해 설명하였지만, 실질적으로 굴절력을 갖지 않는 렌즈, 또는 굴절력이 극히 작은 렌즈를 더 구비한 구성이어도 된다.

전술한 각 구성예에 있어서, 복수의 윤대(301)의 각각의 윤대 높이(Rh)는 고정일 필요는 없고, 예를 들면, 렌즈의 중심에 가까운 영역은 윤대 높이(Rh)를 크게 함으로써, 시야의 중심 영역의 윤대 수를 줄인 형성 방법이어도 된다. 또한, 복수의 윤대(301)의 각각에 있어서 윤대 피치(Rp)를 고정으로 하고, 윤대 높이(Rh)를 바꾸어도 된다. 그 외에도, 복수의 윤대(301)의 각각에 있어서 윤대 높이(Rh)와 윤대 피치(Rp)가 랜덤이어도 된다.

또한, 제1 프레넬 렌즈면(Fr1) 및 제2 프레넬 렌즈면(Fr2)은, 평탄한 면에 형성되어 있을 필요는 없고, 볼록면이나 오목면 상에 형성되어 있어도 된다.

또한, 실시예 3, 4에 있어서, 제1 렌즈(L1) 및 제2 렌즈(L2)는, 표준 렌즈면을 형성하는 중앙 영역에 대응하는 렌즈 부분과 프레넬 렌즈면을 형성하는 주변 영역에 대응하는 렌즈 부분이 각각 다른 재료로 구성되어 있어도 된다.

또한, 예를 들면, 본 기술은 이하와 같은 구성을 취할 수 있다.

이하의 구성의 본 기술에 의하면, 서로 대향 배치된 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 구성을 프레넬 렌즈를 사용하여 최적화하도록 했으므로, 경량화 및 전체 길이의 단축화를 도모하면서, 넓은 시야 화각과 양호한 수차 보정을 실현 가능하게 된다.

[1]

서로 대향 배치된 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 구비하고,

상기 제1 렌즈는, 상기 제2 렌즈와 대향하는 렌즈면에 있어서의 적어도 주변 영역에 형성된 제1 프레넬 렌즈면을 가지며,

상기 제2 렌즈는, 상기 제1 렌즈와 대향하는 렌즈면에 있어서의 적어도 주변 영역에 형성된 제2 프레넬 렌즈면을 갖는 접안 렌즈.

[2]

상 배율을 Mv로 했을 때,

Mv ≥ 2.1 …… (1)

을 만족하는 상기 [1]에 기재된 접안 렌즈.

[3]

상기 제1 렌즈는 상기 제2 렌즈보다도 아이 포인트측에 배치되고,

상기 제1 렌즈의 상기 아이 포인트측의 렌즈면이 볼록 형상 또는 평면 형상인 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 접안 렌즈.

[4]

상기 제1 프레넬 렌즈면은, 상기 제1 렌즈의 상기 제2 렌즈와 대향하는 렌즈면에 있어서, 중심으로부터 주변에 걸쳐 형성되고,

상기 제2 프레넬 렌즈면은, 상기 제2 렌즈의 상기 제1 렌즈와 대향하는 렌즈면에 있어서, 중심으로부터 주변에 걸쳐 형성되어 있는 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 접안 렌즈.

[5]

상기 제1 렌즈는, 상기 제2 렌즈와 대향하는 렌즈면에 있어서의 중앙 영역에 형성된 제1 비프레넬 렌즈면을 더 가지며,

상기 제2 렌즈는, 상기 제1 렌즈와 대향하는 렌즈면에 있어서의 중앙 영역에 형성된 제2 비프레넬 렌즈면을 더 가지는 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 접안 렌즈.

[6]

아이 포인트측에서부터 상측(像側)을 향해 순서대로, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈가 배치된 2군 2매 구성으로 이루어지는 상기 [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 접안 렌즈.

[7]

상기 제1 프레넬 렌즈면 및 상기 제2 프레넬 렌즈면은 각각 복수의 윤대를 가지며,

상기 복수의 윤대의 각각의 경계 부분에는 단차면이 형성되고,

상기 제1 프레넬 렌즈면 및 상기 제2 프레넬 렌즈면의 각각에 있어서, 상기 단차면의 광축에 대한 각도가 15°이상인 상기 [6]에 기재된 접안 렌즈.

[8]

상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈보다도 상측(像側)에 배치된 제3 렌즈를 더 구비하고,

아이 포인트측에서부터 상측(像側)을 향해 순서대로, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈와 상기 제3 렌즈의 3군 3매 구성으로 이루어지는 상기 [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 접안 렌즈.

[9]

상기 제1 프레넬 렌즈면 및 상기 제2 프레넬 렌즈면의 각각에 있어서, 상기 단차면의 광축에 대한 각도가 20°이상인 상기 [8]에 기재된 접안 렌즈.

[10]

상기 제1 프레넬 렌즈면 및 상기 제2 프레넬 렌즈면은 각각 정의 굴절력을 갖는 상기 [1] 내지 [9] 중 어느 하나에 기재된 접안 렌즈.

[11]

상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈 중 적어도 일방은 변곡점을 가지는 비구면을 갖는 상기 [1] 내지 [10] 중 어느 하나에 기재된 접안 렌즈.

[12]

상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈의 각각의 d선에 대한 굴절률을 nd로 했을 때,

nd ≤ 1.7 …… (2)

를 만족하는 상기 [1] 내지 [11] 중 어느 하나에 기재된 접안 렌즈.

[13]

상기 제1 프레넬 렌즈면의 굴절력을 ψ1,

상기 제2 프레넬 렌즈면의 굴절력을 ψ2로 했을 때,

ψ1 ≤ψ2 …… (3)

을 만족하는 상기 [1] 내지 [12] 중 어느 하나에 기재된 접안 렌즈.

[14]

가장 아이 포인트측의 렌즈면에서부터 상면까지의 거리를 L',

상기 가장 아이 포인트측의 렌즈면에서부터 가장 상측(像側)의 렌즈면까지의 거리를 d로 했을 때,

0.2 < d/L' < 0.6 …… (4)

를 만족하는 상기 [1] 내지 [4], [6], [8], 및 [10] 내지 [13] 중 어느 하나에 기재된 접안 렌즈.

[15]

상기 제1 프레넬 렌즈면의 굴절력을 ψ1,

상기 제2 프레넬 렌즈면의 굴절력을 ψ2,

상기 접안 렌즈 전체의 굴절력을 ψall로 했을 때,

(ψ1+ψ2)/ψall < 0.30 …… (5)

를 만족하는 상기 [1] 내지 [4], [6], [8], 및 [10] 내지 [14] 중 어느 하나에 기재된 접안 렌즈.

[16]

상기 제1 프레넬 렌즈면에 있어서의 중심에서부터 1번째의 윤대의 직경을 L1Φr1,

상기 제1 프레넬 렌즈면의 유효 직경을 Φd1,

상기 제2 프레넬 렌즈면에 있어서의 중심에서부터 1번째의 윤대의 직경을 L2Φr1,

상기 제2 프레넬 렌즈면의 유효 직경을 Φd2로 했을 때,

0.1 ≤ L1Φr1/Φd1 …… (6)

0.2 ≤ L2Φr1/Φd2 …… (7)

을 만족하는 상기 [1] 내지 [4], [6], [8], 및 [10] 내지 [15] 중 어느 하나에 기재된 접안 렌즈.

[17]

상기 제1 프레넬 렌즈면과 상기 제2 프레넬 렌즈면에 있어서 상기 윤대의 피치가 서로 반주기씩 어긋나 있는 상기 [1] 내지 [4], [6], [8], 및 [10] 내지 [16] 중 어느 하나에 기재된 접안 렌즈.

[18]

상기 제1 렌즈는 아이 포인트측의 렌즈면에 형성된 제3 프레넬 렌즈면을 갖는 상기 [1] 내지 [4], [8], 및 [10] 내지 [17] 중 어느 하나에 기재된 접안 렌즈.

[19]

화상 표시 소자와, 상기 화상 표시 소자에 표시된 상을 확대하는 접안 렌즈를 포함하고,

상기 접안 렌즈는,

서로 대향 배치된 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 구비하고,

상기 제1 렌즈는, 상기 제2 렌즈와 대향하는 렌즈면에 있어서의 적어도 주변 영역에 형성된 프레넬 렌즈 형상의 제1 프레넬면을 가지며,

상기 제2 렌즈는, 상기 제1 렌즈와 대향하는 렌즈면에 있어서의 적어도 주변 영역에 형성된 프레넬 렌즈 형상의 제2 프레넬면을 갖는 표시 장치.

[20]

상기 접안 렌즈의 렌즈 직경은 상기 화상 표시 소자의 사이즈보다 큰 상기 [19]에 기재된 표시 장치.

본 출원은, 일본특허청에 있어서 2018년 7월 9일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2018-130078호, 및 2019년 3월 12일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2019-44847호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 이 출원의 모든 내용을 참조에 의해 본 출원에 원용한다.

당업자라면, 설계상의 요건이나 다른 요인에 따라, 다양한 수정, 콤비네이션, 서브콤비네이션, 및 변경을 생각해낼 수 있지만, 이들은 첨부된 청구범위나 그 균등물의 범위에 포함되는 것이라는 것이 이해된다.

Claims

서로 대향 배치된 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 구비하고,
상기 제1 렌즈는, 상기 제2 렌즈와 대향하는 렌즈면에 있어서의 적어도 주변 영역에 형성된 제1 프레넬 렌즈면(Fresnel lens surface)을 가지며,
상기 제2 렌즈는, 상기 제1 렌즈와 대향하는 렌즈면에 있어서의 적어도 주변 영역에 형성된 제2 프레넬 렌즈면을 갖는, 접안 렌즈.
제1항에 있어서,
상 배율(像倍率; image magnification)을 Mv로 했을 때,
Mv ≥ 2.1 …… (1)
을 만족하는, 접안 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 렌즈는 상기 제2 렌즈보다도 아이 포인트(eye point)측에 배치되고,
상기 제1 렌즈의 상기 아이 포인트측의 렌즈면이 볼록 형상 또는 평면 형상인, 접안 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 프레넬 렌즈면은, 상기 제1 렌즈의 상기 제2 렌즈와 대향하는 렌즈면에 있어서, 중심으로부터 주변에 걸쳐 형성되고,
상기 제2 프레넬 렌즈면은, 상기 제2 렌즈의 상기 제1 렌즈와 대향하는 렌즈면에 있어서, 중심으로부터 주변에 걸쳐 형성되어 있는, 접안 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 렌즈는, 상기 제2 렌즈와 대향하는 렌즈면에 있어서의 중앙 영역에 형성된 제1 비프레넬 렌즈면을 더 가지며,
상기 제2 렌즈는, 상기 제1 렌즈와 대향하는 렌즈면에 있어서의 중앙 영역에 형성된 제2 비프레넬 렌즈면을 더 가지는, 접안 렌즈.
제1항에 있어서,
아이 포인트측에서부터 상측(像側)을 향해 순서대로, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈가 배치된 2군 2매 구성으로 이루어지는, 접안 렌즈.
제6항에 있어서,
상기 제1 프레넬 렌즈면 및 상기 제2 프레넬 렌즈면은 각각,
복수의 윤대(輪帶; annular section)를 가지며,
상기 복수의 윤대의 각각의 경계 부분에는 단차면이 형성되고,
상기 제1 프레넬 렌즈면 및 상기 제2 프레넬 렌즈면의 각각에 있어서, 상기 단차면의 광축에 대한 각도가 15°이상인, 접안 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈보다도 상측(像側)에 배치된 제3 렌즈를 더 구비하고,
아이 포인트측에서부터 상측(像側)을 향해 순서대로, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈와 상기 제3 렌즈의 3군 3매 구성으로 이루어지는, 접안 렌즈.
제8항에 있어서,
상기 제1 프레넬 렌즈면 및 상기 제2 프레넬 렌즈면은 각각 복수의 윤대를 가지며,
상기 복수의 윤대의 각각의 경계 부분에는 단차면이 형성되고,
상기 제1 프레넬 렌즈면 및 상기 제2 프레넬 렌즈면의 각각에 있어서, 상기 단차면의 광축에 대한 각도가 20°이상인, 접안 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 프레넬 렌즈면 및 상기 제2 프레넬 렌즈면은 각각 정(正)의 굴절력을 갖는, 접안 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈 중 적어도 일방은 변곡점을 가지는 비구면을 갖는, 접안 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈의 각각의 d선에 대한 굴절률을 nd로 했을 때,
nd ≤ 1.7 …… (2)
를 만족하는, 접안 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 프레넬 렌즈면의 굴절력을 ψ1,
상기 제2 프레넬 렌즈면의 굴절력을 ψ2로 했을 때,
ψ1 ≤ψ2 …… (3)
을 만족하는, 접안 렌즈.
제1항에 있어서,
가장 아이 포인트측의 렌즈면에서부터 상면(像面)까지의 거리를 L',
상기 가장 아이 포인트측의 렌즈면에서부터 가장 상측(像側)의 렌즈면까지의 거리를 d로 했을 때,
0.2 < d/L' < 0.6 …… (4)
를 만족하는, 접안 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 프레넬 렌즈면의 굴절력을 ψ1,
상기 제2 프레넬 렌즈면의 굴절력을 ψ2,
상기 접안 렌즈 전체의 굴절력을 ψall로 했을 때,
(ψ1+ψ2)/ψall < 0.30 …… (5)
를 만족하는, 접안 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 프레넬 렌즈면 및 상기 제2 프레넬 렌즈면은 각각 복수의 윤대를 가지며,
상기 제1 프레넬 렌즈면에 있어서의 중심에서부터 1번째의 윤대의 직경을 L1Φr1,
상기 제1 프레넬 렌즈면의 유효 직경을 Φd1,
상기 제2 프레넬 렌즈면에 있어서의 중심에서부터 1번째의 윤대의 직경을 L2Φr1,
상기 제2 프레넬 렌즈면의 유효 직경을 Φd2로 했을 때,
0.1 ≤ L1Φr1/Φd1 …… (6)
0.2 ≤ L2Φr1/Φd2 …… (7)
을 만족하는, 접안 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 프레넬 렌즈면 및 상기 제2 프레넬 렌즈면은 각각 복수의 윤대를 가지며,
상기 제1 프레넬 렌즈면과 상기 제2 프레넬 렌즈면에 있어서 상기 윤대의 피치가 서로 반주기씩 어긋나 있는, 접안 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 렌즈는 아이 포인트측의 렌즈면에 형성된 제3 프레넬 렌즈면을 갖는, 접안 렌즈.
화상 표시 소자와, 상기 화상 표시 소자에 표시된 상을 확대하는 접안 렌즈를 포함하고,
상기 접안 렌즈는,
서로 대향 배치된 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 구비하고,
상기 제1 렌즈는, 상기 제2 렌즈와 대향하는 렌즈면에 있어서의 적어도 주변 영역에 형성된 프레넬 렌즈 형상의 제1 프레넬면을 가지며,
상기 제2 렌즈는, 상기 제1 렌즈와 대향하는 렌즈면에 있어서의 적어도 주변 영역에 형성된 프레넬 렌즈 형상의 제2 프레넬면을 갖는, 표시 장치.
제19항에 있어서,
상기 접안 렌즈의 렌즈 직경은 상기 화상 표시 소자의 사이즈보다 큰, 표시 장치.