TW201809774A - 目鏡光學系統及頭戴式顯示器 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種既薄型且具有廣視角並良好地修正了色像差等之各像差之目鏡光學系統。
目鏡光學系統EL具備從視點EP側依序排列之具有正折射力之第1透鏡群G1與具有正折射力之第2透鏡群G2，第2透鏡群G2具有接合有兩個光學構件之接合透鏡，該接合透鏡之接合面係構成繞射光柵之繞射光學面，構成第1透鏡群G1之透鏡中之一側之透鏡面為第1菲涅爾面FSa，第2透鏡群G2之接合透鏡中之一側之透鏡面為第2菲涅爾面FSb。

Description

目鏡光學系統及頭戴式顯示器
本發明係關於一種目鏡光學系統及頭戴式顯示器。
於例如專利文獻1中，揭示有一種具備目鏡光學系統之頭戴式顯示器。此種目鏡光學系統從減輕重量之觀點來看較佳為薄型。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】特開2015-49305號公報
第1態樣之目鏡光學系統，具備從視點側依序排列之具有正折射力之第1透鏡群與具有正折射力之第2透鏡群，前述第1透鏡群以及前述第2透鏡群中之一方，具有接合有至少兩個光學構件之接合透鏡，前述接合透鏡之接合面係構成繞射光柵之繞射光學面，構成前述第1透鏡群及前述第2透鏡群之透鏡中至少任一透鏡面為菲涅爾面。
第2態樣之頭戴式顯示器，具備可顯示影像之影像顯示部與用以觀察於前述影像顯示部顯示出之影像之目鏡光學系統，前述目鏡光學系統為上述之目鏡光學系統。
1‧‧‧頭戴式顯示器
11‧‧‧影像顯示部
EL‧‧‧目鏡光學系統
G1‧‧‧第1透鏡群
G2‧‧‧第2透鏡群
G3‧‧‧第3透鏡群
L1‧‧‧第1透鏡
L2‧‧‧第2透鏡
L3‧‧‧第3透鏡
L4‧‧‧第4透鏡
EP‧‧‧視點
DOE‧‧‧繞射光學元件
DG‧‧‧繞射光柵
DE1‧‧‧第1光學元件要素
DE2‧‧‧第2光學元件要素
FSa‧‧‧第1菲涅爾面
FSb‧‧‧第2菲涅爾面
圖1係第1實施例之目鏡光學系統之透鏡構成圖。
圖2係第1實施例之目鏡光學系統之光路圖。
圖3係第1實施例之目鏡光學系統之各像差圖。
圖4係第1實施例之目鏡光學系統之橫像差圖。
圖5係第1實施例之目鏡光學系統之光點圖。
圖6係第2實施例之目鏡光學系統之透鏡構成圖。
圖7係第2實施例之目鏡光學系統之光路圖。
圖8係第2實施例之目鏡光學系統之各像差圖。
圖9係第2實施例之目鏡光學系統之橫像差圖。
圖10係第2實施例之目鏡光學系統之光點圖。
圖11係第3實施例之目鏡光學系統之透鏡構成圖。
圖12係第3實施例之目鏡光學系統之光路圖。
圖13係第3實施例之目鏡光學系統之各像差圖。
圖14係第3實施例之目鏡光學系統之橫像差圖。
圖15係第3實施例之目鏡光學系統之光點圖。
圖16係第4實施例之目鏡光學系統之透鏡構成圖。
圖17係第4實施例之目鏡光學系統之光路圖。
圖18係第4實施例之目鏡光學系統之各像差圖。
圖19係第4實施例之目鏡光學系統之橫像差圖。
圖20係第4實施例之目鏡光學系統之光點圖。
圖21係顯示繞射光學元件之一例之示意圖。
圖22(a)係顯示菲涅爾面之一例之示意圖，(b)係用以說明菲涅爾面之高 寬比之示意圖。
圖23係頭戴式顯示器之外觀圖。
以下，參照圖式說明本實施形態之目鏡光學系統及頭戴式顯示器。作為本實施形態之目鏡光學系統EL之一例之目鏡光學系統EL(1)，如圖1所示，具備從視點EP側依序排列之具有正折射力之第1透鏡群G1與具有正折射力之第2透鏡群G2而構成。第1透鏡群G1及第2透鏡群G2中之一方(圖1之例中之第2透鏡群G2)具有接合有兩個光學構件(圖1之例中之第2透鏡L2及第3透鏡L3)之接合透鏡。該接合透鏡之接合面係構成繞射光柵DG之繞射光學面。構成第1透鏡群G1及第2透鏡群G2之透鏡中之至少任一透鏡面為菲涅爾面。據此，便可獲得一種既薄型且具有廣視角並良好地修正了色像差等之各像差之目鏡光學系統。此外，本說明書中之菲涅爾面係藉由使光折射來改變光行進方向之面，而繞射光學面係藉由使光繞射來改變光行進方向之面。
本實施形態之目鏡光學系統EL，可用以觀察例如以影像顯示部11顯示之影像。本實施形態之目鏡光學系統EL，亦可係圖6所示之目鏡光學系統EL(2)，亦可係圖11所示之目鏡光學系統EL(3)，亦可係圖16所示之目鏡光學系統EL(4)。
本實施形態之目鏡光學系統EL較佳為，接合透鏡中之一側之透鏡面為菲涅爾面。據此，可將目鏡光學系統薄型化。此外，本說明書中之菲涅爾面或非球面之透鏡面，係不包含接合透鏡之接合面的概念。
本實施形態之目鏡光學系統EL較佳為，接合透鏡中與菲涅 爾面相異之透鏡面為非球面。據此，可良好地修正像散等之各像差。
本實施形態之目鏡光學系統EL亦可為，第1透鏡群G1及第2透鏡群G2中不包含接合透鏡之透鏡群(圖1之例中之第1透鏡群G1)中，具有至少一個透鏡，該一個透鏡中之一側之透鏡面係菲涅爾面。據此，可將目鏡光學系統薄型化。
本實施形態之目鏡光學系統EL較佳為，第1透鏡群G1及第2透鏡群G2中之一方由具有正折射力之接合透鏡所構成，第1透鏡群G1及第2透鏡群G2中之另一方由具有正折射力之一個透鏡所構成。據此，可做成薄型的目鏡光學系統，同時可擴大視角，良好地修正像散等之各像差。又，可將菲涅爾面之菲涅爾段差之高寬比設計得較小，從而使目鏡光學系統之製造更為容易。
本實施形態之目鏡光學系統EL亦可為，第2透鏡群G2由具有正折射力之接合透鏡所構成，第1透鏡群G1由具有正折射力之一個透鏡所構成。據此，可做成薄型的目鏡光學系統，同時可擴大視角，良好地修正像散等之各像差。又，可將菲涅爾面之菲涅爾段差之高寬比設計得較小，從而使目鏡光學系統之製造更為容易。
本實施形態之目鏡光學系統EL亦可為，具備從視點EP側依序排列之前述第1透鏡群G1、前述第2透鏡群G2、以及具有非球面透鏡面之第3透鏡群G3而構成。據此，可良好地修正像散等之各像差。又，可將菲涅爾面之菲涅爾段差之高寬比設計得較小，從而使目鏡光學系統之製造更為容易。
本實施形態之目鏡光學系統EL亦可為，第1透鏡群G1之 焦距短於第2透鏡群G2之焦距。據此，可藉由使靠近目鏡光學系統EL之瞳位置(射出瞳位置)之第1透鏡群G1具有強折射力(power)來良好地修正球面像差等之諸像差。
本實施形態之目鏡光學系統EL較佳為，第1透鏡群G1及第2透鏡群分別具有形成有菲涅爾面之透鏡，並滿足以下條件式(1)。
1．00<fR2/fR1‧‧‧(1)其中，fR1：第1透鏡群G1中形成有菲涅爾面之透鏡之焦距，fR2：第2透鏡群G2中形成有菲涅爾面之透鏡之焦距。
條件式(1)係針對第1透鏡群G1中形成有菲涅爾面之透鏡與第2透鏡群G2中形成有菲涅爾面之透鏡之焦距之比值，規定適當範圍之條件式。藉由滿足條件式1，第1透鏡群G1中形成有菲涅爾面之透鏡之焦距，將短於第2透鏡群G2中形成有菲涅爾面之透鏡之焦距。亦即，第1透鏡群G1中形成有菲涅爾面之透鏡之折射力(power)，大於第2透鏡群G2中形成有菲涅爾面之透鏡之折射力。如此，可藉由使靠近目鏡光學系統EL之瞳位置(射出瞳位置)之第1透鏡群G1之形成有菲涅爾面之透鏡具有強折射力來良好地修正球面像差等之各像差。
若條件式(1)之對應值低於下限值，則第1透鏡群G1中形成有菲涅爾面之透鏡之焦距，將較第2透鏡群G2中形成有菲涅爾面之透鏡之焦距長。因此，將難以使第1透鏡群G1中形成有菲涅爾面之透鏡具有強折射力，從而難以修正球面像差等之各像差。
此外，較佳為將條件式(1)之上限值設為未滿1.80，更佳為設 為未滿1.70。據此，可防止由於第1透鏡群G1中形成有菲涅爾面之透鏡之折射力過強，導致該菲涅爾面之菲涅爾段差之高寬比過大，從而難以製造具備形成有菲涅爾面之透鏡之目鏡光學系統EL。
本實施形態之目鏡光學系統EL較佳為，接合透鏡透過由第1光學元件要素DE1與第2光學元件要素DE2所構成之密着複層型之繞射光學元件DOE接合而成，並於第1光學元件要素DE1與第2光學元件要素DE2之界面，形成構成繞射光柵DG之繞射光學面。據此，可在所欲之波長區域(例如可見光區域)中可保持高繞射效率，波長特性變得良好。
本實施形態之繞射光學元件DOE係由，例如圖21所示，由第1光學材料所構成之第1光學元件要素DE1、以及由折射率或色散值與第1光學材料相異之第2光學材料所構成之第2光學元件要素DE2所構成。於第1光學元件要素DE1與第2光學元件要素DE2之界面，構成剖面觀察時為鋸齒狀之繞射光柵DG之繞射光學面形成為輪帶狀。本實施形態之繞射光學元件DOE中之繞射光柵DG之光柵節距，隨繞射光學元件DOE中之半徑方向之位置而不同。繞射光柵DG之壁面部DW，雖在繞射光學元件DOE之中心側會沿光軸延伸，但隨著往繞射光學元件DOE之外周側其相對於光軸傾斜越大。如此，藉由以在繞射光學面之各輪帶中於射出光線之最大角大於入射光線之最小角時會成為射出光線之最大角與入射光線之最小角之平均值附近之傾斜角、於射出光線之最大角小於入射光線之最小角時會成為入射光線之最小角附近之傾斜角之方式使壁面部DW傾斜，來減低於壁面部DW之光線之折射或反射。
本實施形態之菲涅爾面(FSa，FSb)，例如圖22(a) 所示，形成為剖面觀察時為鋸齒狀之輪帶狀。各菲涅爾面之菲涅爾段差之節距，隨形成有菲涅爾面之菲涅爾透鏡中之半徑方向之位置而不同。菲涅爾面之壁面部FW，雖在菲涅爾透鏡之中心側會沿光軸延伸，但於菲涅爾透鏡之外周側，隨著菲涅爾面之菲涅爾段差之節距越小，其相對於光軸傾斜越大。如此，藉由以在菲涅爾面之各輪帶中，於出射光之最大角大於入射光之最小角時，會成為出射光之最大角與入射光之最小角之平均值附近之傾斜角，於出射光之最大角小於入射光之最小角時，會成為入射光之最小角附近之傾斜角之方式使壁面部FW傾斜，來減低於壁面部FW之光線之折射或反射。此處，如圖22(b)所示，將菲涅爾面之切線與光軸之夾角設為α，將以θ=90°-α表示之角度設為切線角θ。本說明書中，將基於此接線角θ而以｜b/a｜=｜tan θ｜表示之比值，定義為各菲涅爾面之菲涅爾段差之高寬比。此外，菲涅爾面可形成為球面形狀，亦可形成為非球面形狀，亦可形成為剖面觀察時為直線狀。
本實施形態之目鏡光學系統EL較佳為滿足以下條件式(2)。
0<f/fDOE<0．15‧‧‧(2)其中，f：目鏡光學系統EL之焦距，f DOE：繞射光學元件DOE之焦距。
條件式(2)係針對目鏡光學系統EL與繞射光學元件DOE之焦距之比值，規定適當範圍之條件式。若條件式(2)之對應值超過上限值，則由於對於目鏡光學系統EL，繞射光學元件DOE之折射力會過強，導致形成於繞射光學元件DOE之繞射光柵DG之節距過小，從而難以製造具備繞 射光學元件DOE之目鏡光學系統EL。為確保實現本實施形態之效果，條件式(2)之上限值較佳可設為0.10。
本實施形態之目鏡光學系統EL較佳為，第1透鏡群G1具有形成有菲涅爾面之透鏡，並滿足以下條件式(3)。
0<f/fR1<0．60‧‧‧(3)其中，f：目鏡光學系統EL之焦距，fR1：第1透鏡群G1中之形成菲涅爾面之透鏡之焦距。
條件式(3)係針對目鏡光學系統EL與第1透鏡群G1中形成有菲涅爾面之透鏡之焦距之比值，規定適當範圍之條件式。若條件式(3)之對應值超過上限值，則由於對於目鏡光學系統EL，第1透鏡群G1中形成有菲涅爾面之透鏡之折射力會過強，導致該菲涅爾面之菲涅爾段差之高寬比過大，從而難以製造具備形成有菲涅爾面之透鏡之目鏡光學系統EL。為確保實現本實施形態之效果，條件式(3)之上限值較佳可設為0.50。
本實施形態之目鏡光學系統EL較佳為，第1透鏡群G1具有形成有菲涅爾面之透鏡，並滿足以下條件式(4)。
0<AS1<5．0‧‧‧(4)其中，AS1：第1透鏡群G1中之菲涅爾面之菲涅爾段差之高寬比之最大值。
條件式(4)係針對第1透鏡群G1中之菲涅爾面之菲涅爾段差之高寬比之最大值，規定適當範圍之條件式。若條件式(4)之對應值超過上限值，則第1透鏡群G1中之菲涅爾面之菲涅爾段差之高寬比之最大值會過 大，從而難以製造具備形成有菲涅爾面之透鏡之目鏡光學系統EL。為確保實現本實施形態之效果，條件式(4)之上限值較佳可設為1.5。
本實施形態之目鏡光學系統EL較佳為，第1透鏡群G1及第2透鏡群G2分別具有形成有菲涅爾面之透鏡，並滿足以下條件式(5)。
0<AS2<2．5‧‧‧(5)其中，AS2：第2透鏡群G2中之菲涅爾面之菲涅爾段差之高寬比之最大值。
條件式(5)係針對第2透鏡群G2中之菲涅爾面之菲涅爾段差之高寬比之最大值，規定適當範圍之條件式。若條件式(5)之對應值超過上限值，則第2透鏡群G2中之菲涅爾面之菲涅爾段差之高寬比之最大值會過大，從而難以製造具備形成有菲涅爾面之透鏡之目鏡光學系統EL。為確保實現本實施形態之效果，條件式(5)之上限值較佳可設為1.5。
本實施形態之頭戴式顯示器，具備上述構成之目鏡光學系統而構成。作為其具體例，基於圖23說明具備上述目鏡光學系統EL之頭戴式顯示器。圖23所示之頭戴式顯示器1，係在固定於使用者頭部之狀態下使用。頭戴式顯示器1具有影像顯示部11、目鏡光學系統EL(於圖23未圖示)、與收容此等部件之外殼12而構成。又，於外殼12之左右側部配設用以向使用者提供聲音資訊之揚聲器14。又，於外殼12之後部安裝有用以將外殼12固定於使用者頭部之頭帶16。
影像顯示部11及目鏡光學系統EL，係在外殼12固定於使用者頭部之狀態下，與使用者之眼對向配置而構成。影像顯示部11，此處雖省略詳細圖示，但係採用例如液晶顯示元件等而構成。又，目鏡光學系 統EL對應於使用者之雙眼而設有2組。此種頭戴式顯示器中，若影像顯示部11顯示既定影像，則來自影像顯示部11之光線將透過目鏡光學系統EL到達使用者之眼。據此，使用者可透過目鏡光學系統EL看見以影像顯示部11顯示之影像。此外，影像顯示部11顯示之影像，可為靜止影像亦可為動畫。又，影像顯示部11，亦可構成為將右眼用之視差影像與左眼用之視差影像分別顯示，藉由使用者透過目鏡光學系統EL觀看該視差影像，使其能被辨識為立體影像。根據以上構成，藉由搭載目鏡光學系統EL，便可獲得一種既薄型且具有廣視角並良好地修正了色像差等之各像差之頭戴式顯示器。
【實施例】
以下，基於附圖說明本申請之各實施例。於圖1、圖6、圖11、及圖16顯示第1~第4實施例之目鏡光學系統EL{EL(1)~EL(4)}之透鏡構成及折射力分配。於各透鏡群之記號處所附之(+)或(-)符號表示各透鏡群之折射力。
於此等圖1、圖6、圖11、及圖16中，分別將各透鏡群由符號G與數字(或字母)之組合，將各透鏡由符號L與數字(或字母)之組合來表示。於此情形下，為避免因符號、數字之種類及數量過多而複雜化，就各實施例分別獨立使用符號與數字之組合來表示透鏡群等。因此，即使於實施例間使用同一符號與數字之組合，亦不意味其代表同一構成。
以下表示表1~表4，其中表1係表示第1實施例，表2係表示第2實施例，表3係表示第3實施例，表4係表示第4實施例中之各參數之值之表。於各實施例中，選取d線(波長λ=587．6nm)、e線(波 長λ=546．1nm)、g線(波長λ=435．8nm)、C線(波長λ=656．3nm)、F線(波長λ=486．1nm)作為像差特性之計算對象。
於各表之[各參數資料]中，f表示目鏡光學系統之焦距，fDOE表示繞射光學元件之焦距，fR1表示形成有第1菲涅爾面之透鏡之焦距，fR2表示形成有第2菲涅爾面之透鏡之焦距。又，於[各參數資料]中，ω表示視角(單位為「°」)，ER表示適瞳距，TL表示從視點最側之透鏡面至影像顯示部之距離。於[透鏡資料]中，面編號表示從視點側計數之各透鏡面之編號，R表示各透鏡面之曲率半徑，D表示各透鏡面之間隔，νd表示對應d線(波長λ=587．6nm)之阿貝數，nd表示對應d線(波長λ=587．6nm)之折射率。此外，附於第1行(面編號)右側之*a，表示其透鏡面為非球面。附於第1行(面編號)右側之*b，表示其透鏡面為非球面形狀之菲涅爾面。附於第1行(面編號)右側之*c，表示其透鏡面為構成繞射光柵之繞射光學面。曲率半徑之「∞」表示平面或開口，省略空氣之折射率nd=1.000000之記載。
於[非球面資料]中表示之非球面係數，當與光軸垂直方向之高度(輪帶位置)設為y，光軸方向之弛度量設為X(y)，基準球面之曲率半徑(近軸曲率半徑)設為r，圓錐常數設為κ，n次(n=2，4，6，8，10)之非球面係數設為An之時，由下式(A)來表示。此外，2次之非球面係數A2為0，其記載省略。「E-n」表示「×10-n」。例如，「1.234E-05」表示「1.234×10-5」。
X(y)=(y2/r)/{1+(1-(1+κ)×y2/r2)1/2} +A4×y4+A6×y6+A8×y8+A10×y10…(A)
於[繞射光學面資料]中，顯示使用相位函數法計算之繞射光學面之相位係數。相位係數之基準波長設為587.6nm。決定繞射光學面之形狀之相位多項式由以下數式(B)來表示。
此處於(B)式中，j，m，n之間，滿足由以下數式(C)表示之關係。
於[菲涅爾面資料]中，ASa表示各菲涅爾面中之最大視角主光線通過位置處之高寬比，ASb表示從各菲涅爾面中之最大視角主光線通過位置之中心側之第1中間位置(從中心至最大視角主光線通過位置之7成之到達位置)處之高寬比，ASc表示從各菲涅爾面中之第1中間位置之中心側之第2中間位置(從中心至最大視角主光線通過位置之5成之到達位置)處之高寬比。於[條件式對應值]中，分別顯示各條件式之對應值。
此外，於以下所有各參數中刊載之焦距f，曲率半徑R，雖其他長度一般使用「mm」作為單位，但對於光學系統，即使比例擴大或比例縮小亦可獲得同等之光學性能，因此並不限於此單位。至此之表之說明於所有實施例中皆通用，省略於以下之重復說明。
(第1實施例)
首先，針對本申請之第1實施例使用圖1~圖5及表1予以說明。各實施例之目鏡光學系統，係作為用以觀察以影像顯示部11顯示之影像之目鏡光學系統而被使用者。圖1係第1實施例之目鏡光學系統EL(1)之透鏡構成圖，圖2係第1實施例之目鏡光學系統EL(1)之光路圖。第1實施例之目鏡光學系統EL(1)係由從視點EP側依序排列之具有正折射力之第1透鏡群G1、具有正折射力之第2透鏡群G2及具有正折射力之第3透鏡群G3所構成。
第1透鏡群G1係由具有正折射力之平凸形狀之第1透鏡L1所構成。第1透鏡L1係於影像顯示部11側之透鏡面形成有非球面形狀之第1菲涅爾面FSa之菲涅爾透鏡。
第2透鏡群G2係由接合正透鏡所構成，該接合正透鏡由具有正折射力之平凸形狀之第2透鏡L2及具有正折射力之平凸形狀之第3透鏡L3所構成。第2透鏡L2與第3透鏡L3，係透過於界面中形成有構成繞射光柵DG之繞射光學面之密着複層型之繞射光學元件DOE而接合。第2透鏡L2係視點EP側之透鏡面形成為非球面形狀之非球面透鏡。第3透鏡L3係於影像顯示部11側之透鏡面形成有非球面形狀之第2菲涅爾面FSb之菲涅爾透鏡。
第3透鏡群G3係由具有正折射力之彎月形狀之第4透鏡L4所構成。第4透鏡L4係兩側之透鏡面形成為非球面形狀之非球面透鏡。第4透鏡L4係其凹面朝向影像顯示部11而配置。
於以下表1中，顯示第1實施例中之各參數。
(表1)
圖3係第1實施例之目鏡光學系統之諸像差圖。圖4係第1實施例之目鏡光學系統之橫像差圖。圖5係第1實施例之目鏡光學系統之光點圖。於各像差圖中，d表示d線(波長λ=587．6nm)、e表示e線(波長λ=546．1nm)、g表示g線(波長λ=435．8nm)、C表示C線(波長λ=656．3nm)、F表示F線(波長λ=486．1nm)。於非點像差圖中，實線表示徑向像面，虛線表示經向像面。於橫像差圖中，RFH表示像高比(Relative Field Height)。於光點圖中，於縱軸表示景象方位，於橫軸表示散焦量。此外，於以下所示之各實施例之像差圖中，亦使用與本實施例相同之符號，並省略重復之說明。而且，由各像差圖可知，第1實施例中，各像差被良好地修正，並具有極佳的成像性能。
(第2實施例)
以下，針對本申請之第2實施例使用圖6~圖10及表2予以說明。圖6係第2實施例之目鏡光學系統EL(2)之透鏡構成圖，圖7係第2實施例之目鏡光學系統EL(2)之光路圖。第2實施例之目鏡光學系統EL(2)，係由從視點EP側依序排列之具有正折射力之第1透鏡群G1、具有正折射力之第2透鏡群G2及具有正折射力之第3透鏡群G3所構成。
第1透鏡群G1係由接合正透鏡所構成，該接合正透鏡由具有正折射力之平凸形狀之第1透鏡L1及具有正折射力之平凸形狀之第2透鏡L2所構成。第1透鏡L1與第2透鏡L2，係透過於界面中形成有構成繞射光柵DG之繞射光學面之密着複層型之繞射光學元件DOE而接合。第1透鏡L1係視點EP側之透鏡面形成為非球面形狀之非球面透鏡。第2透鏡L2係於影像顯示部11側之透鏡面形成有非球面形狀之第1菲涅爾面FSa之菲涅爾透鏡。
第2透鏡群G2係由具有正折射力之平凸形狀之第3透鏡L3所構成。第3透鏡L3係於影像顯示部11側之透鏡面形成有非球面形狀之第2菲涅爾面FSb之菲涅爾透鏡。
第3透鏡群G3係由具有正折射力之彎月形狀之第4透鏡L4所構成。第4透鏡L4係兩側之透鏡面形成為非球面形狀之非球面透鏡。第4透鏡L4係其凹面朝向影像顯示部11而配置。
於以下表2中，顯示第2實施例中之各參數。
(表2)[各參數資料]f=21.45 fDOE=235.86 fR1=49.44 fR2=66.94 ω=±60° ER=10.0
圖8係第2實施例之目鏡光學系統之各像差圖。圖9係第2實施例之目鏡光學系統之橫像差圖。圖10係第2實施例之目鏡光學系統之光點圖。而且，由各像差圖可知，於第2實施例中，各像差被良好地修正，並具有極佳的成像性能。
(第3實施例)
以下，針對本申請之第3實施例使用圖11~圖15及表3予以說明。圖11係第3實施例之目鏡光學系統EL(3)之透鏡構成圖，圖12係第3實施例之目鏡光學系統EL(3)之光路圖。第3實施例之目鏡光學系統EL(3)，係由從視點EP側依序排列之具有正折射力之第1透鏡群G1及具有正折射力之第2透鏡群G2所構成。
第1透鏡群G1係由接合正透鏡所構成，該接合正透鏡由具有正折射力之平凸形狀之第1透鏡L1及具有正折射力之平凸形狀之第2透鏡L2所構成。第1透鏡L1與第2透鏡L2，係透過於界面中形成有構成繞射光柵DG之繞射光學面之密着複層型之繞射光學元件DOE而接合。第1透鏡L1係視點EP側之透鏡面形成為非球面形狀之非球面透鏡。第2透鏡L2係於影像顯示部11側之透鏡面形成有非球面形狀之第1菲涅爾面FSa之菲涅爾透鏡。
第2透鏡群G2係由具有正折射力之平凸形狀之第3透鏡L3所構成。第3透鏡L3係於影像顯示部11側之透鏡面形成有非球面形狀之第2菲涅爾面FSb之菲涅爾透鏡。
於以下表3中，顯示第3實施例中之各參數。
圖13係第3實施例之目鏡光學系統之各像差圖。圖14係第3實施例之目鏡光學系統之橫像差圖。圖15係第3實施例之目鏡光學系統之光點圖。而且，由各像差圖可知，於第3實施例中，各像差被良好地修正，並具有極佳的成像性能。
(第4實施例)
以下，針對本申請之第4實施例使用圖16~圖20及表4予以說明。圖16係第4實施例之目鏡光學系統EL(4)之透鏡構成圖，圖17係第4實施例之目鏡光學系統EL(4)之光路圖。第4實施例之目鏡光學系統EL(4)係由從視點EP側依序排列之具有正折射力之第1透鏡群G1及具有正折射力之第2透鏡群G2所構成。
第1透鏡群G1係由接合正透鏡所構成，該接合正透鏡由具有正折射力之平凸形狀之第1透鏡L1及具有正折射力之平凸形狀之第2透鏡L2所構成。第1透鏡L1與第2透鏡L2，係透過於界面中形成有構成繞射光柵DG之繞射光學面之密着複層型之繞射光學元件DOE而接合。第1透鏡L1係視點EP側之透鏡面形成為非球面形狀之非球面透鏡。第2透鏡L2係於影像顯示部11側之透鏡面形成有非球面形狀之第1菲涅爾面FSa之菲涅爾透鏡。
第2透鏡群G2係由具有正折射力之彎月形狀之第3透鏡L3所構成。第3透鏡L3係兩側之透鏡面形成為非球面形狀之非球面透鏡。第 3透鏡L3係其凹面朝向影像顯示部11而配置。
於以下表4中，顯示第4實施例中之各參數。
圖18係第4實施例之目鏡光學系統之各像差圖。圖19係第4實施例之目鏡光學系統之橫像差圖。圖20係第4實施例之目鏡光學系統之光點圖。而且，由各像差圖可知，於第4實施例中，各像差被良好地修正，並具有極佳的成像性能。
根據以上之各實施例可知，可實現一種既薄型且具有廣視角並良好地修正了色像差等之各像差之目鏡光學系統。
雖作為本實施形態之目鏡光學系統之數值實施例展示了2群及3群構成者，但本申請不限於此，亦可構成其他群構成(例如，4群等)之目鏡光學系統。具體而言，亦可係於本實施形態之目鏡光學系統之最靠物體側或最靠像面側追加了透鏡或透鏡群之構成。
透鏡面可係以球面或平面形成，亦可以非球面形成。在透鏡面為球面或平面之情形時，透鏡加工及組裝調整會變得容易，能防止因加工及組裝調整之誤差所導致之光學性能之劣化。
在透鏡面為非球面之情形時，非球面可係藉研磨加工作成之非球面、將玻璃透過模具形成為非球面形狀之玻璃模具非球面、於玻璃之表面將樹脂形成為非球面形狀之復合型非球面之任一種。又，透鏡面可作成為繞射光學面，透鏡亦可採用折射率分佈型透鏡(GRIN透鏡)或塑膠透鏡。
為減輕光暈(flare)及重影並達成高對比度之光學性能，亦可對各透鏡面施以寬波長區域中具有高穿透率之防反射膜。據此，可減輕光暈及重影並可達成高對比度之高光學性能。
EL(1)‧‧‧目鏡光學系統
FSa‧‧‧第1菲涅爾面
FSb‧‧‧第2菲涅爾面
EP‧‧‧視點
DOE‧‧‧繞射光學元件
DG‧‧‧繞射光柵
L1‧‧‧第1透鏡
L2‧‧‧第2透鏡
L3‧‧‧第3透鏡
L4‧‧‧第4透鏡
G1‧‧‧第1透鏡群
G2‧‧‧第2透鏡群
G3‧‧‧第3透鏡群
(+)‧‧‧透鏡群之折射力
11‧‧‧影像顯示部

Claims (15)

  1. 一種目鏡光學系統，具備從視點側依序排列之具有正折射力之第1透鏡群與具有正折射力之第2透鏡群；前述第1透鏡群及前述第2透鏡群中之一方具有接合有至少兩個光學構件之接合透鏡；前述接合透鏡之接合面係構成繞射光柵之繞射光學面；構成前述第1透鏡群及前述第2透鏡群之透鏡中之至少任一方之透鏡面為菲涅爾面。
  2. 如申請專利範圍第1項之目鏡光學系統，其中，前述接合透鏡中之一側之透鏡面為前述菲涅爾面。
  3. 如申請專利範圍第2項之目鏡光學系統，其中，前述接合透鏡中與前述菲涅爾面相異之透鏡面為非球面。
  4. 如申請專利範圍第1項之目鏡光學系統，其中，前述第1透鏡群及前述第2透鏡群之中不包含前述接合透鏡之透鏡群，具有至少一個透鏡，在前述一透鏡之一側之透鏡面為前述菲涅爾面。
  5. 如申請專利範圍第1項之目鏡光學系統，其中，前述第1透鏡群及前述第2透鏡群中之一方由具有正折射力之前述接合透鏡構成；前述第1透鏡群及前述第2透鏡群中之另一方由具有正折射力之一個透鏡構成。
  6. 如申請專利範圍第1項之目鏡光學系統，其中，前述第2透鏡群由具有正折射力之前述接合透鏡構成； 前述第1透鏡群由具有正折射力之一個透鏡構成。
  7. 如申請專利範圍第1項之目鏡光學系統，其中，具備從視點側依序排列之前述第1透鏡群、前述第2透鏡群、以及具有非球面透鏡之第3透鏡群。
  8. 如申請專利範圍第1項之目鏡光學系統，其中，前述第1透鏡群及前述第2透鏡群分別具有形成有前述菲涅爾面之透鏡，並滿足以下條件式：1.00<fR2/fR1其中，fR1：前述第1透鏡群中形成有前述菲涅爾面之透鏡之焦距；fR2：前述第2透鏡群中形成有前述菲涅爾面之透鏡之焦距。
  9. 如申請專利範圍第1項之目鏡光學系統，其中，前述接合透鏡透過由第1光學元件要素與第2光學元件要素所構成之密着複層型之繞射光學元件接合而成，並於前述第1光學元件要素與前述第2光學元件要素之界面形成前述繞射光學面。
  10. 如申請專利範圍第9項之目鏡光學系統，其中滿足以下條件式：0<f/fDOE<0．15其中，f：前述目鏡光學系統之焦距；fDOE：前述繞射光學元件之焦距。
  11. 如申請專利範圍第1項之目鏡光學系統，其中，前述第1透鏡群具有形成有前述菲涅爾面之透鏡，並滿足以下條件式：0<f/fR1<0．60其中，f：前述目鏡光學系統之焦距； fR1：前述第1透鏡群中形成有前述菲涅爾面之透鏡的焦距。
  12. 如申請專利範圍第1項之目鏡光學系統，其中，前述第1透鏡群具有形成有前述菲涅爾面之透鏡，並滿足以下條件式：0<AS1<5．0其中，AS1：前述第1透鏡群中之前述菲涅爾面之菲涅爾段差高寬比之最大值。
  13. 如申請專利範圍第1項之目鏡光學系統，其中，前述第1透鏡群及前述第2透鏡群分別具有形成有前述菲涅爾面之透鏡，並滿足以下條件式：0<AS2<2．5其中，AS2：前述第2透鏡群中之前述菲涅爾面之菲涅爾段差之高寬比最大值。
  14. 如申請專利範圍第1項之目鏡光學系統，其中，前述第1透鏡群及前述第2透鏡群分別具有形成有前述菲涅爾面之透鏡；前述第1透鏡群中形成有前述菲涅爾面之透鏡之折射力，較前述第2透鏡群中形成有前述菲涅爾面之透鏡之折射力大。
  15. 一種頭戴式顯示器，其具備：可顯示影像的影像顯示部；以及用以觀察顯示於前述影像顯示部之影像之目鏡光學系統；前述目鏡光學系統為申請專利範圍第1項之目鏡光學系統。
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