TW202008032A - 目鏡光學系統以及頭戴式顯示器 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少的目鏡光學系統。 本發明之目鏡光學系統具備具有形成於觀察物體側之透鏡面之複數個菲涅耳環帶FR的菲涅耳透鏡L1，複數個菲涅耳環帶FR沿著具有相對於菲涅耳透鏡L1之中心軸旋轉對稱之形狀的非球面呈同心圓狀排列配置，且滿足以下之條件式： 0＜PAE1／PAC1≦0.50； 其中，PAE1：形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以上之部分的菲涅耳環帶FR之徑向之平均間距， PAC1：除了第1菲涅耳環帶FR（1）以外之形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分的菲涅耳環帶FR之徑向之平均間距。

Description

目鏡光學系統以及頭戴式顯示器
本發明係關於一種目鏡光學系統以及頭戴式顯示器。
例如，於專利文獻1中，揭示有具備目鏡光學系統之頭戴式顯示器。於此種目鏡光學系統中，為了謀求薄型化、輕量化、廣角化，良好地修正像差，正在使用菲涅耳透鏡。然而，於習知之菲涅耳透鏡中容易產生眩光（flare）。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2015-49305號公報
第1態樣之目鏡光學系統具備具有菲涅耳透鏡，該菲涅耳透鏡形成於觀察物體側之透鏡面的複數個菲涅耳環帶，上述複數個菲涅耳環帶沿著具有相對於上述菲涅耳透鏡之中心軸旋轉對稱之形狀的非球面而呈同心圓狀排列配置，且滿足以下之條件式： 0＜PAE1／PAC1≦0.50； 其中，PAE1：上述複數個菲涅耳環帶中，形成於距上述菲涅耳透鏡之中心軸而半徑為15 mm以上之部分之菲涅耳環帶之徑向的平均間距， PAC1：上述複數個菲涅耳環帶中，除了位於上述菲涅耳透鏡之最靠中心軸側之第1菲涅耳環帶以外之形成於距上述菲涅耳透鏡之中心軸而半徑為15 mm以下之部分之菲涅耳環帶之徑向的平均間距。
第2態樣之頭戴式顯示器具備：圖像顯示部，其能夠顯示圖像；以及目鏡光學系統，其用以觀察顯示於上述圖像顯示部之圖像；且上述目鏡光學系統為第1態樣之目鏡光學系統。
以下，參照圖對本實施形態之目鏡光學系統、以及頭戴式顯示器進行說明。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，具備具有形成於觀察物體側之透鏡面之複數個菲涅耳環帶FR之菲涅耳透鏡L1而構成。本實施形態之目鏡光學系統EL亦可為圖7所示之目鏡光學系統EL（2），亦可為圖13所示之目鏡光學系統EL（3），亦可為圖19所示之目鏡光學系統EL（4），亦可為圖25所示之目鏡光學系統EL（5）。
例如，如圖31所示，複數個菲涅耳環帶FR中，位於菲涅耳透鏡L1之最靠中心軸側之第1菲涅耳環帶FR（1）形成為與菲涅耳透鏡L1之中心軸同軸之圓盤狀。第1菲涅耳環帶FR（1）具有非球面形狀之菲涅耳面部FRa（1）。複數個菲涅耳環帶FR中，自菲涅耳透鏡L1之中心軸側起數第2個以後之菲涅耳環帶FR形成為與菲涅耳透鏡L1之中心軸同軸之圓環狀。第2個以後之菲涅耳環帶FR具有非球面形狀之菲涅耳面部FRa、以及階差壁狀之壁面部FRb。再者，第1菲涅耳環帶FR（1）形成為並非環帶狀（圓環狀）之形狀（圓盤狀），但於本實施形態中，設為第1菲涅耳環帶FR（1）亦包含於複數個菲涅耳環帶FR中。於圖31以及下述圖2、圖8、圖14、圖20、圖26中，圖示了複數個菲涅耳環帶FR中，自菲涅耳透鏡L1之中心軸側起數第2個以及第3個之菲涅耳環帶（第2菲涅耳環帶FR（2）以及第3菲涅耳環帶FR（3））中之菲涅耳面部FRa以及壁面部FRb之符號，省略了第4個以後之菲涅耳環帶FR中之菲涅耳面部FRa以及壁面部FRb之符號之圖示。
複數個菲涅耳環帶FR沿著具有相對於菲涅耳透鏡L1之中心軸旋轉對稱之形狀之非球面（以下為方便起見，存在稱為配置基準非球面之情形）呈同心圓狀排列配置。例如，各菲涅耳環帶FR之頂部沿著相對於菲涅耳透鏡L1之中心軸旋轉對稱之非球面排列配置。又，例如，形成於相鄰之菲涅耳環帶FR之交界之谷部亦可沿著相對於菲涅耳透鏡L1之中心軸旋轉對稱之非球面排列配置。
各菲涅耳環帶FR之菲涅耳面部FRa之形狀為將構成獲得所期望之光學性能之非球面透鏡（例如，參照圖31之兩點鏈線）之非球面（以下為方便起見，稱為形狀基準非球面）分割為環帶狀之分割面之形狀。藉此，能夠獲得較通常之非球面透鏡薄之菲涅耳透鏡L1。於本實施形態中，複數個菲涅耳環帶FR沿著具有較平面之曲率大且較形狀基準非球面（菲涅耳面部FRa）之曲率小之中間之曲率的非球面（配置基準非球面）配置，而並非如習知之菲涅耳透鏡（例如，參照圖31之兩點鏈線）般沿著相對於中心軸垂直之平面配置。藉此，與習知之菲涅耳透鏡相比，可抑制菲涅耳透鏡L1變厚，且可使複數個菲涅耳環帶FR之徑向之間距（頂部之間隔）於菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分更大。即，與習知之菲涅耳透鏡相比，可使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分中之菲涅耳環帶FR之不連續部（壁面部FRb）之數量變少。因此，能夠使於使用頭戴式顯示器時被視認之情況較複數之視野中心部（即，菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分）所產生之眩光減少。
於本實施形態之目鏡光學系統EL中，較佳為滿足以下條件式（1）。
0＜PAE1／PAC1≦0.50…（1） 其中，PAE1：複數個菲涅耳環帶FR中，形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以上之部分之菲涅耳環帶FR之徑向之平均間距， PAC1：複數個菲涅耳環帶FR中，除了位於菲涅耳透鏡L1之最靠中心軸側之第1菲涅耳環帶FR（1）以外之形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分之菲涅耳環帶FR之徑向之平均間距。
條件式（1）為規定排列形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以上之部分之菲涅耳環帶FR之徑向的平均間距相對於排列形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分之菲涅耳環帶FR之徑向的平均間距之比之條件式。藉由滿足條件式（1），於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分中，菲涅耳環帶FR之徑向之平均間距變大，菲涅耳環帶FR之不連續部（壁面部FRb）之數量變少。因此，可使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少。
若條件式（1）之對應值高於上限值，則於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分中，菲涅耳環帶FR之徑向之平均間距變小，菲涅耳環帶FR之不連續部（壁面部FRb）之數量變多。因此，難以使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少。為了使本實施形態之效果確實，亦可使條件式（1）之上限值較佳為0.45。為了避免菲涅耳透鏡L1之製作變得困難，亦可使條件式（1）之下限值較佳為0.30以上。
於本實施形態之目鏡光學系統EL中，亦可滿足以下條件式（2）。
0＜PAE2／PAC1≦0.55…（2） 其中，PAE2：複數個菲涅耳環帶FR中，形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm〜22.5 mm之部分之菲涅耳環帶FR之徑向之平均間距。
條件式（2）為規定排列形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm〜22.5 mm之部分之菲涅耳環帶FR之徑向的平均間距相對於排列形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分之菲涅耳環帶FR之徑向的平均間距之比之條件式。藉由滿足條件式（2），於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分中，菲涅耳環帶FR之徑向之平均間距變大，菲涅耳環帶FR之不連續部（壁面部FRb）之數量變少。因此，可使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少。
若條件式（2）之對應值高於上限值，則於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分中，菲涅耳環帶FR之徑向之平均間距變小，菲涅耳環帶FR之不連續部（壁面部FRb）之數量變多。因此，難以使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少。為了使本實施形態之效果確實，亦可使條件式（2）之上限值較佳為0.51。為了避免菲涅耳透鏡L1之製作變得困難，亦可使條件式（2）之下限值較佳為0.30以上。
於本實施形態之目鏡光學系統EL中，亦可滿足以下條件式（3）。
0＜PAE3／PAC1≦0.60…（3） 其中，PAE3：複數個菲涅耳環帶FR中，形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm〜20 mm之部分之菲涅耳環帶FR之徑向之平均間距。
條件式（3）為規定排列形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm〜20 mm之部分之菲涅耳環帶FR之徑向的平均間距相對於排列形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分之菲涅耳環帶FR之徑向的平均間距之比之條件式。藉由滿足條件式（3），於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分中，菲涅耳環帶FR之徑向之平均間距變大，菲涅耳環帶FR之不連續部（壁面部FRb）之數量變少。因此，可使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少。
若條件式（3）之對應值高於上限值，則於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分中，菲涅耳環帶FR之徑向之平均間距變小，菲涅耳環帶FR之不連續部（壁面部FRb）之數量變多。因此，難以使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少。為了使本實施形態之效果確實，亦可使條件式（3）之上限值較佳為0.55。為了避免菲涅耳透鏡L1之製作變得困難，亦可使條件式（3）之下限值較佳為0.30以上。
於本實施形態之目鏡光學系統EL中，亦可滿足以下條件式（4）。
PAC1≧1.0[mm]…（4）
條件式（4）為規定排列形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分之菲涅耳環帶FR之徑向之平均間距的條件式。藉由滿足條件式（4），於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分中，菲涅耳環帶FR之徑向之平均間距變大，菲涅耳環帶FR之不連續部（壁面部FRb）之數量變少。因此，可使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少。
若條件式（4）之對應值低於下限值，則於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分中，菲涅耳環帶FR之徑向之平均間距變小，菲涅耳環帶FR之不連續部（壁面部FRb）之數量變多。因此，難以使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少。為了使本實施形態之效果確實，亦可使條件式（4）之下限值較佳為1.5[mm]。為了避免菲涅耳透鏡L1大型化，亦可使條件式（4）之上限值較佳為3.5[mm]以下。
於本實施形態之目鏡光學系統EL中，亦可滿足以下條件式（5）。
PMX1／PMN1≧10.0…（5） 其中，PMX1：複數個菲涅耳環帶FR之徑向之最大間距， PMN1：複數個菲涅耳環帶FR之徑向之最小間距。
條件式（5）為規定複數個菲涅耳環帶FR之徑向之最大間距相對於複數個菲涅耳環帶FR之徑向之最小間距之比的條件式。菲涅耳環帶FR之徑向之間距越位於菲涅耳透鏡L1之中心軸側則越相對性地變大。藉由滿足條件式（5），於菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分中，菲涅耳環帶FR之徑向之間距變大，菲涅耳環帶FR之不連續部（壁面部FRb）之數量變少。因此，可使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少。
若條件式（5）之對應值低於下限值，則於菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分中，菲涅耳環帶FR之徑向之間距變小，菲涅耳環帶FR之不連續部（壁面部FRb）之數量變多。因此，難以使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少。為了使本實施形態之效果確實，亦可使條件式（5）之下限值較佳為15.0。為了避免菲涅耳透鏡L1之製作變得困難，亦可使條件式（5）之上限值較佳為35.5以下。
於本實施形態之目鏡光學系統EL中，亦可滿足以下條件式（6）。
1＜PMX2／PMN2≦7.5…（6） 其中，PMX2：複數個菲涅耳環帶FR中，形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分之菲涅耳環帶FR之徑向之最大間距， PMN2：複數個菲涅耳環帶FR中，形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分之菲涅耳環帶FR之徑向之最小間距。
條件式（6）為規定排列形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分之菲涅耳環帶FR之徑向的最大間距相對於排列形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分之菲涅耳環帶FR之徑向的最小間距之比之條件式。藉由滿足條件式（6），於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分中，菲涅耳環帶FR之徑向之間距之變化變得平緩，菲涅耳環帶FR之不連續部（壁面部FRb）之數量變少。因此，可使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少。
若條件式（6）之對應值高於上限值，則於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分中，菲涅耳環帶FR之徑向之間距之變化變得陡峭，菲涅耳環帶FR之不連續部（壁面部FRb）之數量變多。因此，難以使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少。為了使本實施形態之效果確實，亦可使條件式（6）之上限值較佳為6.5。
於本實施形態之目鏡光學系統EL中，亦可滿足以下條件式（7）。
1＜PMX3／PMN3≦2.5…（7） 其中，PMX3：複數個菲涅耳環帶FR中，除了第1菲涅耳環帶FR（1）以外之形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分之菲涅耳環帶FR之徑向之最大間距， PMN3：複數個菲涅耳環帶FR中，除了第1菲涅耳環帶FR（1）以外之形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分之菲涅耳環帶FR之徑向之最小間距。
條件式（7）為規定排列形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分之菲涅耳環帶FR之徑向的最大間距相對於除了第1菲涅耳環帶FR（1）以外之情形時之排列形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分之菲涅耳環帶FR之徑向的最小間距之比之條件式。藉由滿足條件式（7），於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分中，菲涅耳環帶FR之徑向之間距之變化變得平緩，菲涅耳環帶FR之不連續部（壁面部FRb）之數量變少。因此，可使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少。
若條件式（7）之對應值高於上限值，則於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分中，菲涅耳環帶FR之徑向之間距之變化變得陡峭，菲涅耳環帶FR之不連續部（壁面部FRb）之數量變多。因此，難以使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少。為了使本實施形態之效果確實，亦可使條件式（7）之上限值較佳為2.0。
於本實施形態之目鏡光學系統EL中，亦可滿足以下條件式（8）。
QE1／QC1≧2.0…（8） 其中，QE1：複數個菲涅耳環帶FR中，形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm〜22.5 mm之部分之菲涅耳環帶FR之數量， QC1：複數個菲涅耳環帶FR中，除了第1菲涅耳環帶FR（1）以外之形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分之菲涅耳環帶FR之數量。
條件式（8）為規定排列形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm〜22.5 mm之部分之菲涅耳環帶FR之數量相對於排列形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分之菲涅耳環帶FR之數量的條件式。藉由滿足條件式（8），於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分中之菲涅耳環帶FR之數量變少，故而可使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少。
若條件式（8）之對應值低於下限值，則距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分中之菲涅耳環帶FR之數量變多，故而難以使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少。為了使本實施形態之效果確實，亦可使條件式（8）之下限值較佳為2.5。為了避免菲涅耳透鏡L1之製作變得困難，亦可使條件式（8）之上限值較佳為5.0以下。
於本實施形態之目鏡光學系統EL中，亦可滿足以下條件式（9）。
QE2／QC1≧1.0…（9） 其中，QE2：複數個菲涅耳環帶FR中，形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm〜20 mm之部分之菲涅耳環帶FR之數量， QC1：複數個菲涅耳環帶FR中，除了第1菲涅耳環帶FR（1）以外之形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分之菲涅耳環帶FR之數量。
條件式（9）為規定排列形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm〜20 mm之部分之菲涅耳環帶FR之數量相對於排列形成於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分之菲涅耳環帶FR之數量的條件式。藉由滿足條件式（9），於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分中之菲涅耳環帶FR之數量變少，故而可使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少。
若條件式（9）之對應值低於下限值，則於距菲涅耳透鏡L1之中心軸而半徑為15 mm以下之部分中之菲涅耳環帶FR之數量變多，故而難以使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少。為了使本實施形態之效果確實，亦可使條件式（9）之下限值較佳為1.5。為了避免菲涅耳透鏡L1之製作變得困難，亦可使條件式（9）之上限值較佳為3.0以下。
於本實施形態之目鏡光學系統EL中，複數個菲涅耳環帶FR中之壁面部FRb相對於菲涅耳透鏡L1之中心軸平行地延伸，但並不限定於此。例如，如圖32（B）所示，菲涅耳環帶FR之壁面部FRb亦可向與（相對於菲涅耳透鏡L1之中心軸）菲涅耳面部FRa傾斜之方向相反側之方向傾斜。藉此，入射至菲涅耳環帶FR中之菲涅耳面部FRa之光難以到達至壁面部FRb，故而可使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少。
於本實施形態之目鏡光學系統EL中，亦可於複數個菲涅耳環帶FR中之壁面部FRb設置未圖示之遮光構件。藉此，即便入射至菲涅耳環帶FR中之菲涅耳面部FRa之光到達至壁面部FRb，亦藉由遮光構件而遮光，故而可使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少。作為設置於菲涅耳環帶FR之壁面部FRb之遮光構件，例如，可列舉能夠塗佈於壁面部FRb之硬化型丙烯酸胺基甲酸酯塗料、苯二甲酸樹脂琺瑯塗料等使用黑色合成樹脂之塗料。
於本實施形態之目鏡光學系統EL中，供各菲涅耳環帶FR之頂部配置之非球面（配置基準非球面）使用下式（A）表示。
[數1]
Figure 02_image001
其中，Zd ：距菲涅耳透鏡L1之中心軸之距離y中之配置基準非球面之（菲涅耳透鏡L1之中心軸方向之）凹陷量， Rd ：配置基準非球面中之基準球面之曲率半徑（近軸曲率半徑）， kd ：配置基準非球面之圓錐常數， A2i ：（2×i）次之非球面係數。
又，成為菲涅耳環帶FR中之菲涅耳面部FRa之基礎之形狀基準非球面使用下式（B）表示。
[數2]
Figure 02_image003
其中，Zr ：距菲涅耳透鏡L1之中心軸之距離y中之形狀基準非球面之（菲涅耳透鏡L1之中心軸方向之）凹陷量， Rr ：形狀基準非球面中之基準球面之曲率半徑（近軸曲率半徑）， kr ：形狀基準非球面之圓錐常數， B2i ：（2×i）次之非球面係數。
此處，關於配置基準非球面之凹陷量Zd 與形狀基準非球面之凹陷量Zr 之關係，可使用下式（C）來定義。
[數3]
Figure 02_image005
其中，Sg：菲涅耳環帶FR中之壁面部FRb之中心軸方向之長度， q：式（C）之左邊中之除法運算之商， m：式（C）之左邊中之除法運算之餘數。
而且，菲涅耳環帶FR中之菲涅耳面部FRa基於式（A）〜（C）使用下式（D）表示。再者，於圖31以及下述圖2、圖8、圖14、圖20、圖26中，對自通過非球面之頂點之切平面（基準面）向眼點（eye point）側前進之方向之值標註負（-）之符號，表示菲涅耳面部FRa之凹陷量Zf （配置基準非球面之凹陷量Zd 以及形狀基準非球面之凹陷量Zr ）。
[數4]
Figure 02_image007
其中，Zf ：距菲涅耳透鏡L1之中心軸之距離y中之菲涅耳面部FRa之（菲涅耳透鏡L1之中心軸方向之）凹陷量。
於本實施形態之目鏡光學系統EL中，亦可滿足以下條件式（10）。
kd ≦-5.0…（10）
條件式（10）為規定供複數個菲涅耳環帶FR配置之非球面（配置基準非球面）之式（A）中之圓錐常數之條件式。藉由滿足條件式（10），可使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少。
若條件式（10）之對應值高於上限值，則於接近菲涅耳透鏡L1之中心軸之區域中之菲涅耳環帶FR之不連續部（壁面部FRb）之數量增加，故而欠佳。為了使本實施形態之效果確實，亦可使條件式（10）之上限值較佳為-10.0。為了避免眩光之減少變得困難，亦可使條件式（10）之下限值較佳為-30.0以上。
於本實施形態之目鏡光學系統EL中，亦可滿足以下條件式（11）。
kd ＜kr …（11）
條件式（11）為規定配置基準非球面中之圓錐常數與形狀基準非球面中之圓錐常數之關係之條件式。藉由滿足條件式（11），可使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少。
再者，並不限定於各菲涅耳環帶FR之頂部沿著配置基準非球面排列配置之情形時，即便於各菲涅耳環帶FR之谷部沿著配置基準非球面排列配置之情形時，亦可基於式（A）表示配置基準非球面。並不限定於菲涅耳環帶FR之壁面部FRb相對於菲涅耳透鏡L1之中心軸平行地延伸之情形時，即便於菲涅耳環帶FR之壁面部FRb相對於菲涅耳透鏡L1之中心軸傾斜之情形時，亦可基於式（A）表示配置基準非球面。菲涅耳環帶FR中之壁面部FRb之中心軸方向之長度Sg設為固定之值，但亦可為針對每個菲涅耳環帶FR而不同之值。又，菲涅耳透鏡L1之外徑較理想的是直徑為30 mm〜75 mm。
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33對具備上述目鏡光學系統EL之頭戴式顯示器進行說明。圖33所示之頭戴式顯示器1於固定於使用者之頭部之狀態下使用。頭戴式顯示器1具有圖像顯示部11、目鏡光學系統EL（於圖33中未圖示）、以及收容該等之殼體12而構成。又，於殼體12之左右側部，配設用以對使用者提供聲音資訊之揚聲器14。又，於殼體12之後部，安裝用以將殼體12固定於使用者之頭部之帶16。
圖像顯示部11以及目鏡光學系統EL係以於將殼體12固定於使用者之頭部之狀態下，與使用者之眼睛對向地配置之方式構成。圖像顯示部11雖然省略詳細之圖示，但例如使用液晶顯示元件等構成。又，目鏡光學系統EL與使用者之兩眼對應地設置2組。於此種頭戴式顯示器1中，若圖像顯示部11顯示既定之圖像，則來自圖像顯示部11之光透過目鏡光學系統EL到達至使用者之眼睛。藉此，使用者可經由目鏡光學系統EL觀察由圖像顯示部11顯示之圖像。根據以上之構成，藉由搭載目鏡光學系統EL，可獲得薄型而且具有廣視野角，良好地修正了像散等諸多像差之頭戴式顯示器。
再者，圖像顯示部11所顯示之圖像既可為靜止圖像亦可為動態圖像。又，圖像顯示部11分別顯示右眼用之視差圖像與左眼用之視差圖像，亦可以藉由使用者經由目鏡光學系統EL觀察該視差圖像而識別為立體圖像之方式構成。又，圖像顯示部11並不限定於與殼體12一體地設置之構成。例如，亦可為將與殼體分開設置能夠顯示圖像之移動終端等作為圖像顯示部裝設於殼體而使用之構成。 [實施例]
以下，基於圖式對本實施形態之實施例之目鏡光學系統EL進行說明。圖1、圖7、圖13、圖19、以及圖25係表示第1〜第5實施例之目鏡光學系統EL{EL（1）〜EL（5）}之透鏡構成之圖。圖2、圖8、圖14、圖20、以及圖26係表示第1〜第5實施例之目鏡光學系統EL{EL（1）〜EL（5）}之菲涅耳透鏡L1之形狀之放大圖。
於該等圖1、圖2、圖7、圖8、圖13、圖14、圖19、圖20、圖25以及圖26中，藉由符號L與數字（或字母）之組合而分別表示各透鏡。於該情形時，為了防止符號、數字之種類以及數量變多而繁雜化，針對每個實施例分別獨立地使用符號與數字之組合來表示透鏡群等。因此，即便於實施例間使用相同之符號與數字之組合，也並非係指相同之構成。
以下，表示表1〜表5，其中，表1為第1實施例，表2為第2實施例，表3為第3實施例，表4為第4實施例，表5為表示第5實施例中之規格之值之表。於各實施例中作為像差特性之算出對象，選擇d射線（波長λ=587.6 nm）、e射線（波長λ=546.1 nm）、g射線（波長λ=435.8 nm）、C射線（波長λ=656.3 nm）、F線（波長λ=486.1 nm）。
於各表之[規格資料]中，分別f表示目鏡光學系統之焦點距離，ω表示視野角（單位為「°」），ER表示鏡目距（eye relief），TL表示目鏡光學系統之全長（自眼點至圖像顯示部（觀察物體）之距離），DA表示菲涅耳透鏡之外徑。又，[規格資料]中所示之PAC1、PAE1、PAE2、以及PAE3與上述實施形態中所說明者相同。[規格資料]中所示之PMX1、PMN1、PMX2、PMN2、PMX3、以及PMN3與上述實施形態中所說明者相同。[規格資料]中所示之QC1、QE1、以及QE2與上述實施形態中所說明者相同。
於[透鏡資料]中，分別面編號表示自眼點側起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，nd表示相對於d射線（波長λ=587.6 nm）之折射率，νd表示相對於d射線（波長λ=587.6 nm）之阿貝數。再者，標註於第1欄（面編號）之右之*a表示該透鏡面為非球面。標註於第1欄（面編號）之右之*b表示該透鏡面為非球面形狀之菲涅耳面（菲涅耳環帶FR之菲涅耳面部）。曲率半徑之「∞」表示平面或開口，省略了空氣之折射率nd=1.0000之記載。
於[非球面資料]中，於相應之透鏡面為非球面形狀之菲涅耳面之情形時，關於配置基準非球面表示上述式（A）之非球面係數，關於形狀基準非球面表示上述式（B）之非球面係數。於相應之透鏡面為一般性的非球面之情形時，表示使用下式（E）所表示之非球面係數。
[數5]
Figure 02_image009
其中，Z：距透鏡之中心軸之距離y中之非球面之（透鏡之中心軸方向之）凹陷量， R：非球面中之基準球面之曲率半徑（近軸曲率半徑）， k：非球面之圓錐常數， C2i ：（2×i）次之非球面係數。
又，於[非球面資料]中，「E-n」表示「×10-n 」。例如，「1.234E-05」表示「1.234×10-5 」。於[菲涅耳資料]中，「環帶」表示自菲涅耳透鏡之中心軸起數之菲涅耳環帶之順序。「谷座標y」表示距形成於與「環帶」所示之順序（N）－（N+1）對應之第（N）菲涅耳環帶與第（N+1）菲涅耳環帶之交界的谷部之菲涅耳透鏡之中心軸的距離。「谷座標z」表示形成於第（N）菲涅耳環帶與第（N+1）菲涅耳環帶之交界之谷部之（菲涅耳透鏡之中心軸方向之）凹陷量。「山座標y」表示距第（N+1）菲涅耳環帶之頂部之菲涅耳透鏡之中心軸的距離。「山座標z」表示第（N+1）菲涅耳環帶之頂部之（菲涅耳透鏡之中心軸方向之）凹陷量。「間距」表示第（N）菲涅耳環帶與第（N+1）菲涅耳環帶之間之徑向（y方向）之間距。於[條件式對應值]中，分別表示各條件式之對應值。
再者，以下所有規格值中所揭載之焦點距離f、曲率半徑R、其他長度之單位一般使用「mm」，但光學系統由於即便比例放大或比例縮小亦可獲得同等之光學性能，故而並不限定於此。上文之表之說明於所有實施例中共通，省略以下之重複說明。
（第1實施例） 使用圖1〜圖6以及表1對第1實施例進行說明。各實施例之目鏡光學系統係用作用以觀察由圖像顯示部11顯示之圖像之目鏡光學系統者。圖1係表示本實施形態之第1實施例之目鏡光學系統之透鏡構成的圖。第1實施例之目鏡光學系統EL（1）由具有正折射力之兩凸形狀之菲涅耳透鏡L1所構成。
於菲涅耳透鏡L1中之眼點EP側之透鏡面，形成非球面。於菲涅耳透鏡L1中之圖像顯示部11側（觀察物體側）之透鏡面，形成複數個菲涅耳環帶FR。如圖2所示，複數個菲涅耳環帶FR中，位於菲涅耳透鏡L1之最靠中心軸側之第1菲涅耳環帶FR（1）形成為與菲涅耳透鏡L1之中心軸同軸之圓盤狀。第1菲涅耳環帶FR（1）具有非球面形狀之菲涅耳面部FRa（1）。複數個菲涅耳環帶FR中，自菲涅耳透鏡L1之中心軸側起數第2個以後之菲涅耳環帶FR形成為與菲涅耳透鏡L1之中心軸同軸之圓環狀。第2個以後之菲涅耳環帶FR具有非球面形狀之菲涅耳面部FRa、以及階差壁狀之壁面部FRb。各菲涅耳環帶FR之頂部沿著上述配置基準非球面排列配置。
於以下之表1中揭示第1實施例之目鏡光學系統之規格之值。
（表1） [規格資料] f=41.65 ω=±55° ER=14.30 TL=68.91 DA=66.00 PAC1=2.02 PAE1=0.69 PAE2=0.96 PAE3=1.11 PMX1=9.60 PMN1=0.45 PMX2=9.60 PMN2=1.70 PMX3=2.34 PMN3=1.70 QC1=2 QE1=9 QE2=5 [透鏡資料]
Figure 108122366-A0304-0001
 [非球面資料] 第1面 k=-2.29 C4=0.00E+00,C6=-2.62E-09,C8=4.41E-12,C10=-2.34E-15,C12=2.14E-19 C14=0.00E+00,C16=0.00E+00,C18=0.00E+00,C20=0.00E+00 第2面（配置基準非球面） kd=-12.45 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2面（形狀基準非球面） kr=-1.48 B4=0.00E+00,B6=-8.98E-09,B8=1.22E-11,B10=-4.89E-15,B12=0.00E+00 B14=0.00E+00,B16=0.00E+00,B18=0.00E+00,B20=0.00E+00 [菲涅耳資料]
Figure 108122366-A0304-0002
 [條件式對應值] 條件式（1）PAE1／PAC1=0.34 條件式（2）PAE2／PAC1=0.48 條件式（3）PAE3／PAC1=0.45 條件式（4）PAC1=2.02 條件式（5）PMX1／PMN1=21.31 條件式（6）PMX2／PMN2=5.63 條件式（7）PMX3／PMN3=1.37 條件式（8）QE1／QC1=4.5 條件式（9）QE2／QC1=2.5 條件式（10）kd =-12.45 條件式（11）kr =-1.48（＞kd ）
圖3係第1實施例之目鏡光學系統之諸多像差圖。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點狀圖。於各像差圖中，分別為：d表示d射線（波長λ=587.6 nm），e表示e射線（波長λ=546.1 nm），g表示g射線（波長λ=435.8 nm），C表示C射線（波長λ=656.3 nm），F表示F射線（波長λ=486.1 nm）。於像散圖中，分別為：實線表示弧矢像面，虛線表示子午像面。於橫像差圖中，RFH表示像高比（Relative Field Height）。於點狀圖中，在縱軸表示場位置，在橫軸表示散焦量。
圖6係第1實施例之目鏡光學系統之眩光之比較圖。此處，對圖6所示之眩光之測定方法進行敍述。作為圖6所示之測定眩光之測定裝置，假定圖32（A）所示者，藉由光線追蹤模擬而計算眩光。圖32（A）所示之測定裝置係自光源側起依序配置點光源Pm、作為受驗透鏡之目鏡光學系統EL{EL（1）〜EL（5）}、光圈Sm、測定光學系統Lm、以及受光器Dm。於目鏡光學系統EL中之眼點EP之位置，配置光圈Sm。光圈Sm相當於人眼之虹膜光圈。圖32（A）所示之θ表示入射至人眼之光線之角度。
來自點光源Pm之光通過作為受驗透鏡之目鏡光學系統EL，由光圈Sm限制，通過測定光學系統Lm到達至受光器Dm。而且，可基於由受光器Dm檢測之光之檢測信號，算出來自點光源Pm之光以及眩光之信號值。於算出信號值時，以表示來自點光源Pm之光之信號值之範圍變得明確之程度，使點光源Pm具有大小。複數個菲涅耳環帶FR中，自菲涅耳透鏡L1之中心軸側起數第2個以後之菲涅耳環帶FR之頂部實際上並非完全之邊緣形狀，如圖32（B）所示帶有弧度。因此，於算出信號值時，進行將第2個以後之菲涅耳環帶FR之頂部之曲率半徑Rm設為50 µm之近似。將利用此種測定裝置，藉由光線追蹤而算出之來自點光源Pm之光以及眩光之信號值（信號強度）表示於圖6之眩光之比較圖。
於圖6之眩光之比較圖中，縱軸之光強度（信號強度）係以與自點光源Pm出射之出射光之光強度對應之信號強度成為1的方式標準化，且對數顯示者。橫軸之位置x為受光器Dm中之受光面上之相對位置。位置x為約55〜65[像素]之區域中之相對較高之信號強度表示來自點光源Pm之光之信號強度，較其靠外側之區域中之相對較低之信號強度表示眩光之信號強度。
再者，將如圖31之兩點鏈線所示之比較用菲涅耳透鏡作為受驗透鏡藉由光線追蹤模擬而算出之來自點光源Pm之光以及眩光之信號值（信號強度）作為比較資料表示。比較用菲涅耳透鏡為複數個菲涅耳環帶沿著球面呈同心圓狀排列配置之菲涅耳透鏡。根據圖31可知，比較用菲涅耳透鏡中之菲涅耳環帶之不連續部（壁面部）之數量較習知之菲涅耳透鏡少，較各實施例之菲涅耳透鏡L1多。因此，若將各實施例之目鏡光學系統EL{EL（1）〜EL（5）}作為受驗透鏡算出之眩光小於將比較用菲涅耳透鏡作為受驗透鏡算出之眩光，則根據菲涅耳環帶之不連續部（壁面部）之數量之關聯，能夠評價為與習知之菲涅耳透鏡相比眩光減少。
再者，於以下所示之各實施例之像差圖以及眩光之比較圖中，使用與本實施例同樣之符號，並省略重複之說明。而且，根據各像差圖以及眩光之比較圖可知，於第1實施例中，良好地修正諸多像差，與習知之菲涅耳透鏡相比眩光亦減少，具有優異之成像性能。
（第2實施例） 使用圖7〜圖12以及表2對第2實施例進行說明。圖7係表示本實施形態之第2實施例之目鏡光學系統之透鏡構成的圖。第2實施例之目鏡光學系統EL（2）由具有正之折射力之兩凸形狀之菲涅耳透鏡L1所構成。
於菲涅耳透鏡L1中之眼點EP側之透鏡面，形成非球面。於菲涅耳透鏡L1中之圖像顯示部11側（觀察物體側）之透鏡面，形成複數個菲涅耳環帶FR。如圖8所示，複數個菲涅耳環帶FR中，位於菲涅耳透鏡L1之最靠中心軸側之第1菲涅耳環帶FR（1）形成為與菲涅耳透鏡L1之中心軸同軸之圓盤狀。第1菲涅耳環帶FR（1）具有非球面形狀之菲涅耳面部FRa（1）。複數個菲涅耳環帶FR中，自菲涅耳透鏡L1之中心軸側起數第2個以後之菲涅耳環帶FR形成為與菲涅耳透鏡L1之中心軸同軸之圓環狀。第2個以後之菲涅耳環帶FR具有非球面形狀之菲涅耳面部FRa、以及階差壁狀之壁面部FRb。各菲涅耳環帶FR之頂部沿著上述配置基準非球面排列配置。
以下之表2揭示第2實施例之目鏡光學系統之規格之值。
（表2） [規格資料] f=41.96 ω=±55° ER=14.30 TL=69.29 DA=64.00 PAC1=2.03 PAE1=0.65 PAE2=1.00 PAE3=1.12 PMX1=10.20 PMN1=0.29 PMX2=10.20 PMN2=1.71 PMX3=2.34 PMN3=1.71 QC1=2 QE1=8 QE2=5 [透鏡資料]
Figure 108122366-A0304-0003
 [非球面資料] 第1面k=-2.02 C4=0.00E+00,C6=-4.33E-09,C8=8.40E-12,C10=-6.13E-15,C12=5.79E-19 C14=0.00E+00,C16=0.00E+00,C18=0.00E+00,C20=0.00E+00 第2面（配置基準非球面） kd=-14.00 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2面（形狀基準非球面） kr=-1.67 B4=0.00E+00,B6=-1.37E-08,B8=2.32E-11,B10=-1.29E-14,B12=0.00E+00 B14=0.00E+00,B16=0.00E+00,B18=0.00E+00,B20=0.00E+00 [菲涅耳資料]
Figure 108122366-A0304-0004
 [條件式對應值] 條件式（1）PAE1／PAC1=0.32 條件式（2）PAE2／PAC1=0.50 條件式（3）PAE3／PAC1=0.55 條件式（4）PAC1=2.03 條件式（5）PMX1／PMN1=35.23 條件式（6）PMX2／PMN2=5.95 條件式（7）PMX3／PMN3=1.37 條件式（8）QE1／QC1=4.0 條件式（9）QE2／QC1=2.5 條件式（10）kd =-14.00 條件式（11）kr =-1.67（＞kd ）
圖9係第2實施例之目鏡光學系統之諸多像差圖。圖10係第2實施例之目鏡光學系統之橫像差圖。圖11係第2實施例之目鏡光學系統之點狀圖。圖12係第2實施例之目鏡光學系統之眩光之比較圖。而且，根據各像差圖以及眩光之比較圖可知，於第2實施例中，良好地修正諸多像差，與習知之菲涅耳透鏡相比眩光亦減少，具有優異之成像性能。
（第3實施例） 使用圖13〜圖18以及表3對第3實施例進行說明。圖13係表示本實施形態之第3實施例之目鏡光學系統之透鏡構成的圖。第3實施例之目鏡光學系統EL（3）由具有正之折射力之兩凸形狀之菲涅耳透鏡L1所構成。
於菲涅耳透鏡L1中之眼點EP側之透鏡面，形成非球面。於菲涅耳透鏡L1中之圖像顯示部11側（觀察物體側）之透鏡面，形成複數個菲涅耳環帶FR。如圖14所示，複數個菲涅耳環帶FR中，位於菲涅耳透鏡L1之最靠中心軸側之第1菲涅耳環帶FR（1）形成為與菲涅耳透鏡L1之中心軸同軸之圓盤狀。第1菲涅耳環帶FR（1）具有非球面形狀之菲涅耳面部FRa（1）。複數個菲涅耳環帶FR中，自菲涅耳透鏡L1之中心軸側起數第2個以後之菲涅耳環帶FR形成為與菲涅耳透鏡L1之中心軸同軸之圓環狀。第2個以後之菲涅耳環帶FR具有非球面形狀之菲涅耳面部FRa、以及階差壁狀之壁面部FRb。各菲涅耳環帶FR之頂部沿著上述配置基準非球面排列配置。
以下之表3揭示第3實施例之目鏡光學系統之規格之值。
（表3） [規格資料] f=41.82 ω=±55° ER=14.30 TL=66.83 DA=64.00 PAC1=2.37 PAE1=0.70 PAE2=1.16 PAE3=1.26 PMX1=8.90 PMN1=0.28 PMX2=8.90 PMN2=1.97 PMX3=2.76 PMN3=1.97 QC1=2 QE1=7 QE2=5 [透鏡資料]
Figure 108122366-A0304-0005
 [非球面資料] 第1面 k=18.64 C4=0.00E+00,C6=-4.59E-09,C8=2.76E-12,C10=3.29E-15,C12=-5.20E-18 C14=0.00E+00,C16=0.00E+00,C18=0.00E+00,C20=0.00E+00 第2面（配置基準非球面） kd=-20.34 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2面（形狀基準非球面） kr=-1.72 B4=0.00E+00,B6=-9.08E-09,B8=1.46E-11,B10=-8.80E-15,B12=0.00E+00 B14=0.00E+00,B16=0.00E+00,B18=0.00E+00,B20=0.00E+00 [菲涅耳資料]
Figure 108122366-A0304-0006
 [條件式對應值] 條件式（1）PAE1／PAC1=0.30 條件式（2）PAE2／PAC1=0.49 條件式（3）PAE3／PAC1=0.53 條件式（4）PAC1=2.37 條件式（5）PMX1／PMN1=31.61 條件式（6）PMX2／PMN2=4.51 條件式（7）PMX3／PMN3=1.40 條件式（8）QE1／QC1=3.5 條件式（9）QE2／QC1=2.5 條件式（10）kd =-20.34 條件式（11）kr =-1.72（＞kd ）
圖15係第3實施例之目鏡光學系統之諸多像差圖。圖16係第3實施例之目鏡光學系統之橫像差圖。圖17係第3實施例之目鏡光學系統之點狀圖。圖18係第3實施例之目鏡光學系統之眩光之比較圖。而且，根據各像差圖以及眩光之比較圖可知，於第3實施例中，良好地修正諸多像差，與習知之菲涅耳透鏡相比眩光亦減少，具有優異之成像性能。
（第4實施例） 使用圖19〜圖24以及表4對第4實施例進行說明。圖19係表示本實施形態之第4實施例之目鏡光學系統之透鏡構成的圖。第4實施例之目鏡光學系統EL（4）由自眼點EP側起依序排列之具有正之折射力之兩凸形狀之菲涅耳透鏡L1、以及兩側之透鏡面為非球面之非球面透鏡L2所構成。
於菲涅耳透鏡L1中之眼點EP側之透鏡面，形成非球面。於菲涅耳透鏡L1中之圖像顯示部11側（觀察物體側）之透鏡面，形成複數個菲涅耳環帶FR。如圖20所示，複數個菲涅耳環帶FR中，位於菲涅耳透鏡L1之最靠中心軸側之第1菲涅耳環帶FR（1）形成為與菲涅耳透鏡L1之中心軸同軸之圓盤狀。第1菲涅耳環帶FR（1）具有非球面形狀之菲涅耳面部FRa（1）。複數個菲涅耳環帶FR中，自菲涅耳透鏡L1之中心軸側起數第2個以後之菲涅耳環帶FR形成為與菲涅耳透鏡L1之中心軸同軸之圓環狀。第2個以後之菲涅耳環帶FR具有非球面形狀之菲涅耳面部FRa、以及階差壁狀之壁面部FRb。各菲涅耳環帶FR之頂部沿著上述配置基準非球面排列配置。
以下之表4揭示第4實施例之目鏡光學系統之規格之值。
（表4） [規格資料] f=35.80 ω=±55° ER=14.30 TL=63.80 DA=62.00 PAC1=1.62 PAE1=0.59 PAE2=0.75 PAE3=0.83 PMX1=8.13 PMN1=0.49 PMX2=8.13 PMN2=1.15 PMX3=2.31 PMN3=1.15 QC1=4 QE1=10 QE2=6 [透鏡資料]
Figure 108122366-A0304-0007
 [非球面資料] 第1面 k=-3.92 C4=0.00E+00,C6=-9.21E-09,C8=1.20E-11,C10=-2.09E-15,C12=-2.57E-18 C14=0.00E+00,C16=0.00E+00,C18=0.00E+00,C20=0.00E+00 第2面（配置基準非球面） kd=-12.45 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2面（形狀基準非球面） kr=-1.58 B4=0.00E+00,B6=-1.77E-08,B8=2.29E-11,B10=-8.01E-15,B12=0.00E+00 B14=0.00E+00,B16=0.00E+00,B18=0.00E+00,B20=0.00E+00 第3面 k=100.00 C4=0.00E+00,C6=-1.11E-09,C8=3.55E-13,C10=5.83E-17,C12=0.00E+00 C14=0.00E+00,C16=0.00E+00,C18=0.00E+00,C20=0.00E+00 第4面 k=-100.00 C4=0.00E+00,C6=-2.18E-09,C8=-3.24E-12,C10=2.36E-15,C12=0.00E+00 C14=0.00E+00,C16=0.00E+00,C18=0.00E+00,C20=0.00E+00 [菲涅耳資料]
Figure 108122366-A0304-0008
 [條件式對應值] 條件式（1）PAE1／PAC1=0.37 條件式（2）PAE2／PAC1=0.46 條件式（3）PAE3／PAC1=0.52 條件式（4）PAC1=1.62 條件式（5）PMX1／PMN1=16.76 條件式（6）PMX2／PMN2=7.05 條件式（7）PMX3／PMN3=2.00 條件式（8）QE1／QC1=2.5 條件式（9）QE2／QC1=1.5 條件式（10）kd =-12.45 條件式（11）kr =-1.58（＞kd ）
圖21係第4實施例之目鏡光學系統之諸多像差圖。圖22係第4實施例之目鏡光學系統之橫像差圖。圖23係第4實施例之目鏡光學系統之點狀圖。圖24係第4實施例之目鏡光學系統之眩光之比較圖。而且，根據各像差圖以及眩光之比較圖可知，於第4實施例中，良好地修正諸多像差，與習知之菲涅耳透鏡相比眩光亦減少，具有優異之成像性能。
（第5實施例） 使用圖25〜圖30以及表5對第5實施例進行說明。圖25係表示本實施形態之第5實施例之目鏡光學系統之透鏡構成的圖。第5實施例之目鏡光學系統EL（5）由自眼點EP側起依序排列之具有正之折射力之兩凸形狀之第1菲涅耳透鏡L1、以及具有正之折射力之兩凸形狀之第2菲涅耳透鏡L2所構成。
於第1菲涅耳透鏡L1中之眼點EP側之透鏡面，形成非球面。於第1菲涅耳透鏡L1中之圖像顯示部11側（觀察物體側）之透鏡面，形成複數個菲涅耳環帶FR。如圖26所示，複數個菲涅耳環帶FR中，位於菲涅耳透鏡L1之最靠中心軸側之第1菲涅耳環帶FR（1）形成為與菲涅耳透鏡L1之中心軸同軸之圓盤狀。第1菲涅耳環帶FR（1）具有非球面形狀之菲涅耳面部FRa（1）。複數個菲涅耳環帶FR中，自菲涅耳透鏡L1之中心軸側起數第2個以後之菲涅耳環帶FR形成為與菲涅耳透鏡L1之中心軸同軸之圓環狀。第2個以後之菲涅耳環帶FR具有非球面形狀之菲涅耳面部FRa、以及階差壁狀之壁面部FRb。各菲涅耳環帶FR之頂部沿著上述配置基準非球面排列配置。
於第2菲涅耳透鏡L2中之眼點EP側之透鏡面，形成非球面。於第2菲涅耳透鏡L2中之圖像顯示部11側（觀察物體側）之透鏡面，形成複數個菲涅耳環帶FS。第2菲涅耳透鏡L2之各菲涅耳環帶FS具有與第1菲涅耳透鏡L1之各菲涅耳環帶FR同樣之形狀，但不滿足條件式（1）等條件。
以下之表5揭示第5實施例之目鏡光學系統之規格之值。
（表5） [規格資料] f=33.15 ω=±55° ER=14.30 TL=62.26 DA=58.00 PAC1=1.76 PAE1=0.76 PAE2=0.89 PAE3=0.96 PMX1=8.59 PMN1=0.52 PMX2=8.59 PMN2=1.36 PMX3=2.28 PMN3=1.36 QC1=3 QE1=9 QE2=6 [透鏡資料]
Figure 108122366-A0304-0009
 [非球面資料] 第1面 k=-5.69 C4=0.00E+00,C6=-4.13E-09,C8=9.50E-12,C10=-6.03E-15,C12=-3.33E-19 C14=0.00E+00,C16=0.00E+00,C18=0.00E+00,C20=0.00E+00 第2面（配置基準非球面） kd=-13.00 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2面（形狀基準非球面） kr=-1.25 B4=0.00E+00,B6=-7.41E-09,B8=2.01E-11,B10=-1.30E-14,B12=0.00E+00 B14=0.00E+00,B16=0.00E+00,B18=0.00E+00,B20=0.00E+00 第3面 k=0.72 C4=0.00E+00,C6=-5.61E-09,C8=9.74E-12,C10=-3.75E-15,C12=-1.97E-18 C14=0.00E+00,C16=0.00E+00,C18=0.00E+00,C20=0.00E+00 第4面（配置基準非球面） kd=-10.00 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（形狀基準非球面） kr=-3.05 B4=0.00E+00,B6=-1.55E-08,B8=1.88E-11,B10=-8.57E-15,B12=0.00E+00 B14=0.00E+00,B16=0.00E+00,B18=0.00E+00,B20=0.00E+00 [菲涅耳資料]
Figure 108122366-A0304-0010
 [條件式對應值] 條件式（1）PAE1／PAC1=0.43 條件式（2）PAE2／PAC1=0.51 條件式（3）PAE3／PAC1=0.55 條件式（4）PAC1=1.76 條件式（5）PMX1／PMN1=16.38 條件式（6）PMX2／PMN2=6.32 條件式（7）PMX3／PMN3=1.68 條件式（8）QE1／QC1=3.0 條件式（9）QE2／QC1=2.0 條件式（10）kd =-13.00 條件式（11）kr =-1.25（＞kd ）
圖27係第5實施例之目鏡光學系統之諸多像差圖。圖28係第5實施例之目鏡光學系統之橫像差圖。圖29係第5實施例之目鏡光學系統之點狀圖。圖30係第5實施例之目鏡光學系統之眩光之比較圖。而且，根據各像差圖以及眩光之比較圖可知，於第5實施例中，良好地修正諸多像差，與習知之菲涅耳透鏡相比眩光亦減少，具有優異之成像性能。
以上，根據各實施例，可實現使菲涅耳透鏡L1之中心軸附近之部分所產生之眩光減少的目鏡光學系統。
於各實施例中，亦可於複數個菲涅耳環帶FR中之壁面部FRb，塗佈由使用黑色合成樹脂之塗料所構成之未圖示之遮光構件。作為使用黑色合成樹脂之塗料，例如，可列舉硬化型丙烯酸胺基甲酸酯塗料、苯二甲酸樹脂琺瑯塗料等。
再者，以下之內容能夠於不損以及本實施形態之光學系統之光學性能之範圍內適當採用。
作為本實施形態之目鏡光學系統之數值實施例表示了1片以及2片構成者，但本案並不限定於此，亦可構成其他構成（例如，3片等）之目鏡光學系統。具體而言，亦可為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透鏡或透鏡群而成之構成。
透鏡面可由球面或平面形成，亦可由非球面形成。於透鏡面為球面或平面之情形時，透鏡加工以及組裝調整變得容易，可防止由加工以及組裝調整之誤差所致之光學性能之劣化。
於透鏡面為非球面之情形時，非球面亦可為研削加工之非球面、以玻璃為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複合型非球面之任一者。又，透鏡面亦可設為繞射光學面，亦可將透鏡設為折射率分佈型透鏡（GRIN透鏡）或塑膠透鏡。
1‧‧‧頭戴式顯示器 11‧‧‧圖像顯示部（觀察物體） EL‧‧‧目鏡光學系統 L1‧‧‧菲涅耳透鏡 FR‧‧‧菲涅耳環帶 FR（1）‧‧‧第1菲涅耳環帶 FR（2）‧‧‧第2菲涅耳環帶 FR（3）‧‧‧第3菲涅耳環帶 FRa‧‧‧菲涅耳面部 FRa（1）‧‧‧菲涅耳面部 FRb‧‧‧壁面部 EP‧‧‧眼點
圖1係第1實施例之目鏡光學系統之透鏡構成圖。 圖2係表示第1實施例之目鏡光學系統之菲涅耳透鏡之形狀的放大圖。 圖3係第1實施例之目鏡光學系統之諸多像差圖。 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點狀圖。 圖6係第1實施例之目鏡光學系統之眩光之比較圖。 圖7係第2實施例之目鏡光學系統之透鏡構成圖。 圖8係表示第2實施例之目鏡光學系統之菲涅耳透鏡之形狀的放大圖。 圖9係第2實施例之目鏡光學系統之諸多像差圖。 圖10係第2實施例之目鏡光學系統之橫像差圖。 圖11係第2實施例之目鏡光學系統之點狀圖。 圖12係第2實施例之目鏡光學系統之眩光之比較圖。 圖13係第3實施例之目鏡光學系統之透鏡構成圖。 圖14係表示第3實施例之目鏡光學系統之菲涅耳透鏡之形狀的放大圖。 圖15係第3實施例之目鏡光學系統之諸多像差圖。 圖16係第3實施例之目鏡光學系統之橫像差圖。 圖17係第3實施例之目鏡光學系統之點狀圖。 圖18係第3實施例之目鏡光學系統之眩光之比較圖。 圖19係第4實施例之目鏡光學系統之透鏡構成圖。 圖20係表示第4實施例之目鏡光學系統之菲涅耳透鏡之形狀的放大圖。 圖21係第4實施例之目鏡光學系統之諸多像差圖。 圖22係第4實施例之目鏡光學系統之橫像差圖。 圖23係第4實施例之目鏡光學系統之點狀圖。 圖24係第4實施例之目鏡光學系統之眩光之比較圖。 圖25係第5實施例之目鏡光學系統之透鏡構成圖。 圖26係表示第5實施例之目鏡光學系統之菲涅耳透鏡之形狀的放大圖。 圖27係第5實施例之目鏡光學系統之諸多像差圖。 圖28係第5實施例之目鏡光學系統之橫像差圖。 圖29係第5實施例之目鏡光學系統之點狀圖。 圖30係第5實施例之目鏡光學系統之眩光之比較圖。 圖31係本實施形態之菲涅耳透鏡與習知之菲涅耳透鏡之比較圖。 圖32（A）係測定眩光之測定裝置之概略圖，（B）係表示菲涅耳環帶之一部分之剖視圖。 圖33係頭戴式顯示器之外觀圖。
FR‧‧‧菲涅耳環帶
FR(1)‧‧‧第1菲涅耳環帶
FR(2)‧‧‧第2菲涅耳環帶
FR(3)‧‧‧第3菲涅耳環帶
FRa‧‧‧菲涅耳面部
FRa(1)‧‧‧菲涅耳面部
FRb‧‧‧壁面部
L1‧‧‧菲涅耳透鏡

Claims (13)

  1. 一種目鏡光學系統，其具備菲涅耳透鏡，該菲涅耳透鏡具有形成於觀察物體側之透鏡面的複數個菲涅耳環帶， 上述複數個菲涅耳環帶沿著具有相對於上述菲涅耳透鏡之中心軸旋轉對稱之形狀的非球面而呈同心圓狀排列配置，且 滿足以下之條件式： 0＜PAE1／PAC1≦0.50； 其中，PAE1：上述複數個菲涅耳環帶中，形成於距上述菲涅耳透鏡之中心軸而半徑為15 mm以上之部分的菲涅耳環帶之徑向之平均間距， PAC1：上述複數個菲涅耳環帶中，除了位於上述菲涅耳透鏡之最靠中心軸側之第1菲涅耳環帶以外之形成於距上述菲涅耳透鏡之中心軸而半徑為15 mm以下之部分的菲涅耳環帶之徑向之平均間距。
  2. 如請求項1所述之目鏡光學系統，其滿足以下之條件式： 0＜PAE2／PAC1≦0.55； 其中，PAE2：上述複數個菲涅耳環帶中，形成於距上述菲涅耳透鏡之中心軸而半徑為15 mm〜22.5 mm之部分的菲涅耳環帶之徑向之平均間距。
  3. 如請求項1或2所述之目鏡光學系統，其滿足以下之條件式： 0＜PAE3／PAC1≦0.60； 其中，PAE3：上述複數個菲涅耳環帶中，形成於距上述菲涅耳透鏡之中心軸而半徑為15 mm〜20 mm之部分的菲涅耳環帶之徑向之平均間距。
  4. 如請求項1或2所述之目鏡光學系統，其滿足以下之條件式： PAC1≧1.0[mm]。
  5. 如請求項1或2所述之目鏡光學系統，其滿足以下之條件式： PMX1／PMN1≧10.0； 其中，PMX1：上述複數個菲涅耳環帶之徑向之最大間距， PMN1：上述複數個菲涅耳環帶之徑向之最小間距。
  6. 如請求項1或2所述之目鏡光學系統，其滿足以下之條件式： 1＜PMX2／PMN2≦7.5； 其中，PMX2：上述複數個菲涅耳環帶中，形成於距上述菲涅耳透鏡之中心軸而半徑為15 mm以下之部分的菲涅耳環帶之徑向之最大間距， PMN2：上述複數個菲涅耳環帶中，形成於距上述菲涅耳透鏡之中心軸而半徑為15 mm以下之部分的菲涅耳環帶之徑向之最小間距。
  7. 如請求項1或2所述之目鏡光學系統，其滿足以下之條件式： 1＜PMX3／PMN3≦2.5； 其中，PMX3：上述複數個菲涅耳環帶中，除了上述第1菲涅耳環帶以外之形成於距上述菲涅耳透鏡之中心軸而半徑為15 mm以下之部分的菲涅耳環帶之徑向之最大間距， PMN3：上述複數個菲涅耳環帶中，除了上述第1菲涅耳環帶以外之形成於距上述菲涅耳透鏡之中心軸而半徑為15 mm以下之部分的菲涅耳環帶之徑向之最小間距。
  8. 如請求項1或2所述之目鏡光學系統，其滿足以下之條件式： QE1／QC1≧2.0； 其中，QE1：上述複數個菲涅耳環帶中，形成於距上述菲涅耳透鏡之中心軸而半徑為15 mm〜22.5 mm之部分的菲涅耳環帶之數量， QC1：上述複數個菲涅耳環帶中，除了上述第1菲涅耳環帶以外之形成於距上述菲涅耳透鏡之中心軸而半徑為15 mm以下之部分的菲涅耳環帶之數量。
  9. 如請求項1或2所述之目鏡光學系統，其滿足以下之條件式： QE2／QC1≧1.0； 其中，QE2：上述複數個菲涅耳環帶中，形成於距上述菲涅耳透鏡之中心軸而半徑為15 mm〜20 mm之部分的菲涅耳環帶之數量， QC1：上述複數個菲涅耳環帶中，除了上述第1菲涅耳環帶以外之形成於距上述菲涅耳透鏡之中心軸而半徑為15 mm以下之部分的菲涅耳環帶之數量。
  10. 如請求項1或2所述之目鏡光學系統，其中上述非球面係使用下式表示： [數1]
    Figure 03_image011
    ，其中，Zd ：距上述菲涅耳透鏡之中心軸之距離y中的上述非球面之凹陷量， Rd ：基準球面之曲率半徑， kd ：圓錐常數， A2i ：（2×i）次之非球面係數； 且滿足以下之條件式： kd ≦-5.0。
  11. 如請求項1或2所述之目鏡光學系統，其中於上述複數個菲涅耳環帶中之壁面部設置遮光構件。
  12. 如請求項1或2所述之目鏡光學系統，其中上述菲涅耳透鏡之外徑為45 mm〜70 mm。
  13. 一種頭戴式顯示器，其具備： 圖像顯示部，其能夠顯示圖像；以及 目鏡光學系統，其用以觀察顯示於上述圖像顯示部之圖像；且 上述目鏡光學系統係如請求項1至12中任一項所述之目鏡光學系統。
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