特開 2024-103428 光学系

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024103428

(43)【公開日】2024-08-01

(54)【発明の名称】光学系

(51)【国際特許分類】

   G02B 17/08 20060101AFI20240725BHJP

   G02B 25/00 20060101ALI20240725BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20240725BHJP

   G02B 27/28 20060101ALI20240725BHJP

   G02B 27/02 20060101ALI20240725BHJP

【ＦＩ】

G02B17/08

G02B25/00

G02B5/30

G02B27/28

G02B27/02 Z

【審査請求】有

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023086476

(22)【出願日】2023-05-25

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-12-26

(31)【優先権主張番号】202310075205.5

(32)【優先日】2023-01-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(71)【出願人】

【識別番号】520128543

【氏名又は名称】エーエーシー オプティクス （チャンジョウ）カンパニーリミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100199819

【弁理士】

【氏名又は名称】大行 尚哉

(74)【代理人】

【識別番号】100087859

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 秀治

(72)【発明者】

【氏名】姜思遠

【テーマコード（参考）】

2H087

2H149

2H199

【Ｆターム（参考）】

2H087KA23

2H087LA12

2H087PA02

2H087PA18

2H087PB03

2H087QA03

2H087QA07

2H087QA18

2H087QA21

2H087QA25

2H087QA26

2H087QA32

2H087QA34

2H087QA39

2H087QA41

2H087QA46

2H087RA04

2H087RA05

2H087RA12

2H087RA13

2H087RA33

2H087RA45

2H087TA01

2H087TA04

2H087TA06

2H149AA17

2H149AB23

2H149BA01

2H149BA11

2H149DA04

2H149DA11

2H149EA02

2H149EA03

2H149EA22

2H149FC01

2H149FC07

2H149FD09

2H149FD10

2H149FD46

2H149FD48

2H199AB12

2H199AB42

2H199AB47

2H199AB52

2H199CA42

2H199CA47

2H199CA59

2H199CA63

2H199CA65

2H199CA84

2H199CA87

(57)【要約】      （修正有）

【課題】光学レンズの分野に関し、光学系を開示する。
【解決手段】光を発射するための映像面と、円偏光板と、第３レンズと、ビームスプリッタと、第２レンズと、１／４波長板と、第１レンズと、反射型偏光フィルムと、絞りとを含み、円偏光板は、映像面の裏側に貼り付けられるように設けられ、ビームスプリッタは、第２レンズの前側面に貼り付けられるように設けられ、第１レンズは、第２レンズと接着され、１／４波長板は、第１レンズと第２レンズとの間に設けられ、反射型偏光フィルムは第１レンズの裏側面に貼り付けられるように設けられ、光学系の最大可視径をＶＤ、光学系における各レンズの最大有効半径をＳＤｍａｘ、光学系の射出瞳距離をＬ、第１レンズと第２レンズの合成焦点距離をｆ１２、光学系の焦点距離をｆにしたときに、ＶＤ≧１６．００ｍｍ、ＳＤｍａｘ≦３０．００ｍｍ、Ｌ≦１５．００ｍｍ、ｆ１２／ｆ≦１．００という関係式を満たす。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学系であって、前側から裏側に向かって、順に、光線を発するための映像面と、円偏光板と、第３レンズと、ビームスプリッタと、第２レンズと、１／４波長板と、第１レンズと、反射型偏光フィルムと、絞りとを含み、
前記円偏光板は、前記映像面の裏側に貼り付けられるように設けられ、前記ビームスプリッタは、前記第２レンズの前側面に貼り付けられるように設けられ、前記第１レンズは、前記第２レンズと接着されており、前記１／４波長板は、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に設けられており、前記反射型偏光フィルムは前記第１レンズの裏側面に貼り付けられるように設けられ、
前記光学系の最大可視径をＶＤ、前記光学系における各レンズの最大有効半径をＳＤｍａｘ、前記光学系の射出瞳距離をＬ、前記第１レンズと前記第２レンズの合成焦点距離をｆ１２、前記光学系の焦点距離をｆにしたときに、以下の関係式を満たすことを特徴とする光学系。
ＶＤ≧１６．００ｍｍ
ＳＤｍａｘ≦３０．００ｍｍ
Ｌ≦１５．００ｍｍ
ｆ１２／ｆ≦１．００

【請求項2】

前記第１レンズと前記第２レンズとの接着面は平面であることを特徴とする請求項１に記載の光学系。

【請求項3】

前記第１レンズの裏側面、前記第２レンズの前側面、前記第３レンズの前側面および前記第３レンズの裏側面はいずれも非球面であることを特徴とする請求項１に記載の光学系。

【請求項4】

前記ビームスプリッタは半透過半反射膜層であり、その反射率をＸにしたときに、４５．００％≦Ｘ≦６５．００％となることを特徴とする請求項１に記載の光学系。

【請求項5】

前記光学系の画角をＦＯＶにしたときに、８５．００°≦ＦＯＶ≦９５．００°を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学系。

【請求項6】

前記光学系の光学全長をＴＴＬにしたときに、ＴＴＬ≦１５．００ｍｍを満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学系。

【請求項7】

前記反射型偏光フィルムの透過軸の透過率は９１．００％以上であり、前記反射型偏光フィルムの反射軸の反射率は９８．００％以上であることを特徴とする請求項１に記載の光学系。

【請求項8】

前記光学系の光学歪曲収差をＤＩＳＴにしたときに、｜ＤＩＳＴ｜≦３０．００％を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学系。

【請求項9】

前記光学系の色収差をＬｃにしたときに、Ｌｃ≦３０．００μｍを満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学系。

【請求項10】

前記光学系の最大可視径内における二乗平均平方根半径の最大値をＲＭにしたときに、ＲＭ≦３０．００μｍを満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学系。

【請求項11】

前記光学系の主光線入射角をＣＡＲにしたときに、ＣＡＲ≦２５．００°を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学系。

【請求項12】

前記光学系の光学全長をＴＴＬ、前記光学系の焦点距離をｆにしたときに、ＴＴＬ／ｆ≦１．００を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光学系。

【請求項13】

前記映像面は、ディスプレイであり、そのサイズが１．３インチであることを特徴とする請求項１に記載の光学系。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、接眼ディスプレイ技術の分野に関し、特に光学系に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、スマートヘッドマウントデバイスに関する技術が急速に発展しており、光学レンズを搭載した電子機器の応用がより広くなり、光学レンズに対する要求もより多様化になり、仮想現実、拡張現実と複合現実などの分野での応用が急速に成長し、ユーザー体験の観点から、小型で優れた結像方式を兼ね備えた光学系に対する需要が非常に急務となっている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

上記の問題に鑑みて、本発明は、優れた光学性能を有するとともに、小型で軽量の設計要件を満たす光学系を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0004】

上記の技術的課題を解決するために、本発明の実施形態には、光学系が提供され、前側から裏側に向かって、順に、光線を発するための映像面と、円偏光板と、第３レンズと、ビームスプリッタと、第２レンズと、１／４波長板と、第１レンズと、反射型偏光フィルムと、絞りとを含み、
前記円偏光板は、前記映像面の裏側に貼り付けられるように設けられ、前記ビームスプリッタは、前記第２レンズの前側面に貼り付けられるように設けられ、前記第１レンズは、前記第２レンズと接着されており、前記１／４波長板は、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に設けられており、前記反射型偏光フィルムは前記第１レンズの裏側面に貼り付けられるように設けられ、
前記光学系の最大可視径をＶＤ、前記光学系における各レンズの最大有効半径をＳＤｍａｘ、前記光学系の射出瞳距離をＬ、前記第１レンズと前記第２レンズの合成焦点距離をｆ１２、前記光学系の焦点距離をｆにしたときに、以下の関係式を満たす。
ＶＤ≧１６．００ｍｍ
ＳＤｍａｘ≦３０．００ｍｍ
Ｌ≦１５．００ｍｍ
ｆ１２／ｆ≦１．００

【0005】

好ましくは、前記第１レンズと前記第２レンズとの接着面は平面である。

【0006】

好ましくは、前記第１レンズの裏側面、前記第２レンズの前側面、前記第３レンズの前側面および前記第３レンズの裏側面はいずれも非球面である。

【0007】

好ましくは、前記ビームスプリッタは半透過半反射膜層であり、その反射率をＸにしたときに、４５．００％≦Ｘ≦６５．００％となる。

【0008】

好ましくは、前記光学系の画角をＦＯＶにしたときに、８５．００°≦ＦＯＶ≦９５．００°を満たす。

【0009】

好ましくは、前記光学系の光学全長をＴＴＬにしたときに、ＴＴＬ≦１５．００ｍｍを満たす。

【0010】

好ましくは、前記反射型偏光フィルムの透過軸の透過率は９１．００％以上であり、前記反射型偏光フィルムの反射軸の反射率は９８．００％以上である。

【0011】

好ましくは、前記光学系の光学歪曲収差をＤＩＳＴにしたときに、｜ＤＩＳＴ｜≦３０．００％を満たす。

【0012】

好ましくは、前記光学系の色収差をＬｃにしたときに、Ｌｃ≦３０．００μｍを満たす。

【0013】

好ましくは、前記光学系の最大可視径内における二乗平均平方根半径の最大値をＲＭにしたときに、ＲＭ≦３０．００μｍを満たす。

【0014】

好ましくは、前記光学系の主光線入射角をＣＡＲにしたときに、ＣＡＲ≦２５．００°を満たす。

【0015】

好ましくは、前記光学系の光学全長をＴＴＬ、前記光学系の焦点距離をｆにしたときに、ＴＴＬ／ｆ≦１．００を満たす。

【0016】

好ましくは、前記映像面は、ディスプレイであり、そのサイズが１．３インチである。

【発明の効果】

【0017】

本発明の有益な効果は、以下のことにある。
第１レンズと第２レンズを接着し、ビームスプリッタを第２レンズの前側面に貼り付け、１／４波長板を第１レンズと第２レンズの間に設け、反射型偏光フィルムを第１レンズの裏側面に貼り付けることで、光路折り畳み構造を実現し、レンズの半径を制御し、光学系の体積を小さくすることができると同時に、最大可視径を１６．００ｍｍ以上にすることで、ユーザーが面倒な調整を行わずに、最適な表示効果を得ることができ、小型で高い結像性能を兼ね備えている。

【図面の簡単な説明】

【0018】

本発明の実施形態における技術考案をより明確に説明し、以下、実施形態の説明に必要な図面を簡単に説明する。明らかに、以下の図面の説明が、本発明のいくつかの実施例のみを説明するためのものであり、当業者にとっては、創造的な努力を払わなくても、これらの図面からほかの図面も得られる。ここで、

【図1】図１は、本発明の第１実施形態に係る光学系の構成を示す図である。

【図2】図２は、図１に示す光学系のスポットダイヤグラムである。

【図3】図３は、図１に示す光学系の倍率色収差を示す図である。

【図4】図４は、図１に示す光学系の像面湾曲及び歪曲収差を示す図である。

【図5】図５は、図１に示す光学系が膜層構造を備える模式図である。

【図6】図６は、本発明の第２実施形態に係る光学系の一部の構成を示す図である。

【図7】図７は、図６に示す光学系のスポットダイヤグラムである。

【図8】図８は、図６に示す光学系の倍率色収差を示す図である。

【図9】図９は、図６に示す光学系の像面湾曲及び歪曲収差を示す図である。

【図10】図１０は、図６に示す光学系が膜層構造を備える模式図である。

【図11】図１１は、本発明の第２実施形態に係る光学系の一部の構成を示す図である。

【図12】図１２は、図１１に示す光学系のスポットダイヤグラムである。

【図13】図１３は、図１１に示す光学系の倍率色収差を示す図である。

【図14】図１４は、図１１に示す光学系の像面湾曲及び歪曲収差を示す図である。

【図15】図１５は、図１１に示す光学系が膜層構造を備える模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明の目的、技術案及び利点をより明確にするために、以下、図面を参照しながら本発明の各実施形態を詳しく説明する。しかし、本発明の各実施形態において、本発明に対する理解を便宜にするために、多くの技術的細部まで記載されているが、これらの技術的細部および以下の各実施形態に基づく種々の変化及び修正がなくても、本発明が保護しようとする技術考案を実現可能であることは、当業者にとっては自明なことである。
（第１実施形態）

【0020】

図１と図５に示すように、前側から裏側に向かって、順に、光線を発するための映像面１１と、円偏光板１２と、第３レンズ１３と、ビームスプリッタ１４と、第２レンズ１５と、１／４波長板１６と、第１レンズ１７と、反射型偏光フィルム１８と、絞り１９とを含む光学系１０が提供されている。

【0021】

前記円偏光板１２は、前記映像面１１の裏側に貼り付けられるように設けられる。本実施形態では、映像面１１は、ディスプレイであり、そのサイズが１．３インチであり、ディスプレイから発する光線が円偏光板１２を通過した後、左回り円偏光ＬＣＰを形成し、左回り円偏光ＬＣＰは、前記第３レンズ１３によって屈折されてから、前記ビームスプリッタ１４に出射される。

【0022】

前記ビームスプリッタ１４は、前記第２レンズ１５の前側面１５１に貼り付けられるように設けられる。前記ビームスプリッタ１４に出射された左回り円偏光ＬＣＰは、一部が前記ビームスプリッタ１４によって反射され、一部が前記第２レンズ１５に入射され、この時、前記第２レンズ１５に入射される光線が依然として左回り円偏光ＬＣＰである。

【0023】

前記第１レンズ１７は、前記第２レンズ１５と接着されている。接着方式によって光学モジュール全体の体積を小さくすることができる。また、接着によって２枚のレンズを一体構造として形成することで、光学モジュールを組み立てる時、１回の配置だけで２枚のレンズの取り付けを実現することができる。

【0024】

本実施形態では、前記第１レンズ１７と前記第２レンズ１５との接着面は平面である。つまり、第１レンズ１７の前側面１７１と第２レンズ１５の裏側面１５３はいずれも平面である。

【0025】

前記１／４波長板１６は、前記第１レンズ１７と前記第２レンズ１５との間に設けられている。前記第２レンズ１５に入射された左回り円偏光ＬＣＰは、前記第２レンズ１５によって屈折されてから前記１／４波長板１６に出射され、左回り円偏光ＬＣＰは１／４波長板１６を初回に通過してから直線偏光Ｓに変換され、直線偏光Ｓは前記第１レンズ１７によって屈折されてから反射型偏光フィルム１８に出射され、その後、反射型偏光フィルム１８にて再び前記第１レンズ１７に反射され、そして前記第１レンズ１７によって屈折された後に、１／４波長板１６に出射され、このときの光線は依然として直線偏光Ｓであり、２回目に１／４波長板１６を通過した後、左回り円偏光ＬＣＰに変換され、２回目に第２レンズ１５に入射され、且つ第２レンズ１５によって屈折されてから、ビームスプリッタ１４に入射され、ビームスプリッタ１４にて部分的に反射され、反射された光線が右回り円偏光ＲＣＰに変換され、３回目に第２レンズ１５に入射され、且つ第２レンズ１５によって屈折されてから、１／４波長板１６に入射され、１／４波長板１６によって直線偏光Ｐに変換され、前記第１レンズ１７に入射され、前記第１レンズ１７によって屈折されてから、反射型偏光フィルム１８に出射され、反射型偏光フィルム１８が直線偏光Ｓを反射しかつ直線偏光Ｐを透過させる特性を有しているため、直線偏光Ｐが反射型偏光フィルム１８によって透過されてから絞り１９に入射する。

【0026】

絞り１９の位置は人間の目の表面をシミュレーションする位置であり、前記絞り１９の直径ＥＰＤは４．００ｍｍであり、光学系１０の最大可視径をＶＤと定義し、ＶＤ＝ＥＰＤ＋ＥＹＥＳＨＩＦＴ＊２になり、ここで、ＥＹＥＳＨＩＦＴ＝眼球直径＊ｓｉｎ（眼球回転角度）で、眼球直径＝１２ｍｍと仮定し、眼球回転角度＝３０°である場合、ＥＹＥＳＨＩＦＴ＝６ｍｍになり、ＶＤが１６．００ｍｍであり、ＶＤ≧１６．００ｍｍを満たす。つまり、人間の目が直径１６．００ｍｍ以上の範囲内に移動した時、鮮明な画像を見ることができ、ユーザーは面倒な調整なしに最適な位置で最高の表示効果を見ることができ、ＦＯＶを増やし、ＦＯＶを９０°以上に達することができる。

【0027】

光学系１０における各レンズの最大有効半径をＳＤｍａｘとし、本実施例では、第１レンズ１７の有効半径が２４．００ｍｍ、第２レンズ１５の有効半径が２４．００ｍｍ、第３レンズ１３の有効半径が１７．２０ｍｍで、いずれもＳＤｍａｘ≦３０．００ｍｍを満たし、これによって、光学系の体積を減らすことに役立つ。

【0028】

光学系１０の射出瞳距離（光学系における第１レンズ１７の裏側面１７３の頂点から射出瞳平面と光軸との交点までの距離）をＬとし、本実施形態において、Ｌは１５．００ｍｍであり、Ｌ≦１５．００ｍｍを満たす。

【0029】

前記第１レンズ１７と前記第２レンズ１５の合成焦点距離をｆ１２、前記光学系１０の焦点距離をｆとし、本実施形態では、ｆ１２は１２．３７０ｍｍ、ｆは１７．７０８ｍｍ、ｆ１２／ｆは０．６９９であり、ｆ１２／ｆ≦１．００を満たす。

【0030】

本実施形態では、前記第１レンズ１７の裏側面１７３、前記第２レンズ１５の前側面１５１、前記第３レンズ１３の前側面１３１および前記第３レンズ１３の裏側面１３３はいずれも非球面である。第１レンズ１７、第２レンズ１５を非球面に設計することによって、表示画像のフォーカス位置を調整することができ、表示画像の色収差及び歪曲収差を低減し、結像品質を高めることができる。前記第３レンズ１３における非球面の適用は、光学系の収差を補正するのに役立つ。他の選択可能な実施形態では、自由曲面を使用することもできる。

【0031】

本実施形態では、第１レンズ１７の裏側面１７３は凹面であり、前記第２レンズ１５の前側面１５１は凸面であり、第３レンズ１３の前側面１３１は凸面であり、第３レンズ１３の裏側面１３３は凹面である。

【0032】

本実施形態では、ビームスプリッタ１４は半透過半反射膜層であり、その反射率をＸにしたときに、４５．００％≦Ｘ≦６５．００％となる。ビームスプリッタの反射透過比率は、具体的な設計需要に応じて調整できる。

【0033】

光学系１０の画角をＦＯＶとし、本実施形態では、ＦＯＶは８９．７３°であり、８５．００°≦ＦＯＶ≦９５．００°を満たし、広い画角がより良好なユーザ体験をもたらす。

【0034】

光学系の光学全長（第３レンズ１３の前側面１３１から第１レンズ１７の裏側面１７３までの軸上距離）をＴＴＬとし、本実施形態では、ＴＴＬが１３．６０９ｍｍであり、ＴＴＬ≦１５．００ｍｍを満たし、光学系の体積を減らすことに役立つ。

【0035】

本実施形態では、前記反射型偏光フィルム１８の透過軸の透過率は９１．００％以上であり、前記反射型偏光フィルム１８の反射軸の反射率は９８．００％以上であり、より高い反射率で光学系１０の光線効率を高め、表示輝度を高めることができる。

【0036】

光学系の光学歪曲収差をＤＩＳＴとし、本実施形態では、ＤＩＳＴは－２９．５０％であり、｜ＤＩＳＴ｜≦３０．００％を満たし、歪曲収差が小さく、ユーザーによりリアルなＶＲ環境を提供できる。

【0037】

光学系１０の色収差をＬｃとし、本実施形態では、Ｌｃは１５．１４μｍであり、Ｌｃ≦３０．００μｍを満たす。

【0038】

光学系１０の最大可視径内における二乗平均平方根半径の最大値をＲＭとし、本実施形態では、ＲＭは１９．２００μｍであり、ＲＭ≦３０．００μｍを満たす。なお、ＲＭは眼球回転角度と１対１で対応しており、例えば、眼球回転角度が３０°の場合、ＲＭは人間の目が３０°回転した時に得られた結像効果の二乗平均平方根半径の最大値であり、本実施例では１９．２００μｍであり、眼球回転角度が０°の場合、ＲＭは人間の目がレンズの光軸に正対した時に得られた結像効果の二乗平均平方根半径の最大値であり、本実施例では１．８７３μｍであり、本実施形態では、最大値は即ち眼球回転角度が３０°の場合にある。他の選択可能な実施形態では、最大値は眼球回転角度３０°内における他の角度の二乗平均平方根半径であってもよく、好ましくはＲＭ≦２０．００μｍを満たす。光学系の設計では、各眼球回転角度の対応する位置の光学性能を管理することで、設計効果が使用者の真実な感覚により近くなり、人間の目はＶＤ範囲内で最適な視覚効果を獲得し、ユーザ体験を高めることができる。

【0039】

光学系の主光線入射角をＣＡＲとし、本実施形態では、ＣＡＲは２４．５１°であり、ＣＡＲ≦２５．００°を満たす。

【0040】

光学系１０の焦点距離をｆとし、本実施形態では、ＴＴＬは１３．６０９ｍｍ、ｆは１７．７０８ｍｍ、ＴＴＬ／ｆは０．７６９であり、ＴＴＬ／ｆ≦１．００を満たし、光学系の体積を減らすことに役立つ。

【0041】

以下、実施例を用いて本発明の光学系１０を説明する。各実施例に記載された記号は下記の通りである。焦点距離、軸上距離、中心曲率半径、軸上厚み、変曲点位置、停留点位置の単位はｍｍである。

【0042】

表１、表２には、本発明の第１実施形態における光学系１０の設定データを示す。

【0043】

【表1】

【0044】

ここで、各記号の意味は下記の通りである。
Ｒ：光学面の中心における曲率半径
Ｒ１：第１レンズ１７の裏側面１７３の中心曲率半径
Ｒ２：第１レンズ１７の前側面１７１の中心曲率半径
Ｒ３：第２レンズ１５の裏側面１５３の中心曲率半径
Ｒ４：第２レンズ１５の前側面１５１の中心曲率半径
Ｒ５：第３レンズ１３の裏側面１３３の中心曲率半径
Ｒ６：第３レンズ１３の前側面１３１の中心曲率半径
ｄ：レンズの軸上厚み、レンズ間の軸上距離（光路を分かりやすくするために、光が裏側から前側に伝播することをプラス値とし、光が前側から裏側に伝播することをマイナス値とする）
ｄ０：絞り１９から第１レンズ１７の裏側面１７３までの軸上距離
ｄ１：第１レンズ１７の軸上厚み
ｄ２：第１レンズ１７の前側面１７１から第２レンズ１５の裏側面１５３までの軸上距離
ｄ３：第２レンズ１５の軸上厚み
ｄ４：第２レンズ１５の軸上厚みのマイナス値
ｄ５：第１レンズ１７の前側面１７１から第２レンズ１５の裏側面１５３までの軸上距離のマイナス値
ｄ６：第１レンズ１７の軸上厚みのマイナス値
ｄ７：第２レンズ１５の前側面１５１から第３レンズ１３の裏側面１３３までの軸上距離
ｄ８：第３レンズ１３の軸上厚み
ｄ９：第３レンズ１３の前側面１３１から映像面１１までの軸上距離
ｎｄ：ｄ線の屈折率
ｎ１：第１レンズ１７のｄ線の屈折率
ｎ２：１／４波長板１６のｄ線の屈折率
ｎ３：第２レンズ１５のｄ線の屈折率
ｎ４：第３レンズ１３のｄ線の屈折率
ｖｄ：アッベ数
ｖ１：第１レンズ１７のアッベ数
ｖ２：１／４波長板１６のアッベ数
ｖ３：第２レンズ１５のアッベ数
ｖ４：第３レンズ１３のアッベ数

【0045】

表２には、本発明の第１実施形態における光学系１０の各レンズの非球面データを示す。

【0046】

【表2】

【0047】

便宜上、各レンズ面の非球面は下記の式（１）に示す非球面を使用する。ただし、本発明は、この式（１）に示す非球面多項式形式に限定されていない。
ｚ＝（ｃｒ^２）／｛１＋［１－（ｋ＋１）（ｃ^２ｒ^２）］^１／２｝＋Ａ４ｒ^４＋Ａ６ｒ^６＋Ａ８ｒ^８＋Ａ１０ｒ^１０＋Ａ１２ｒ^１２＋Ａ１４ｒ^１４＋Ａ１６ｒ^１６＋Ａ１８ｒ^１８＋Ａ２０ｒ^２０＋Ａ２２ｒ^２２＋Ａ２４ｒ^２４ （１）

【0048】

ここで、ｋは円錐係数であり、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１６、Ａ１８、Ａ２０、Ａ２２、Ａ２４は非球面係数であり、ｃは光学面の中心の曲率であり、ｒは非球面曲線上の点と光軸との垂直距離であり、ｚは非球面深さ（非球面における光軸から離れた距離がｒである点と、非球面光軸上の頂点に接する接平面との垂直距離）である。

【0049】

図２と図３は、それぞれ、波長５００ｎｍ、５５５ｎｍ、５６０ｎｍ、５６５ｎｍ、５８０ｎｍ、６００ｎｍの光が第１実施形態における光学系１０を通過した後のスポットダイアグラム及び倍率色収差を示す図である。図４は、波長５６０ｎｍの光が第１実施形態の光学系１０を通過した後の像面湾曲および歪曲収差を示す図であり、図４の像面湾曲Ｓはサジタル方向の像面湾曲、Ｔは子午方向の像面湾曲である。

【0050】

本実施形態では、前記第１レンズ１７の焦点距離ｆ１は－９９．８３１ｍｍ、前記第２レンズ１５の焦点距離ｆ２は６６．１６９ｍｍ、前記第３レンズ１３の焦点距離ｆ３は１９２．９９２ｍｍ、前記光学系１０の入射瞳径ＥＮＰＤは４．０００ｍｍ、全視野像高ＩＨは１２．５００ｍｍ、対角線方向の画角ＦＯＶは８９．７３°であり、光学系１０は、小型で、最大可視径が１６．００ｍｍ以上である設計要求を満たし、その軸上、軸外色収差が十分に補正され、優れた光学特性を備えている。
（第２実施形態）

【0051】

図６は、本発明の第２実施形態における光学系２０を示し、図１０は、図６に示す光学系が膜層を含む模式図である。第２実施形態は第１実施形態と基本的に同じであり、その記号の意味が第１実施形態と同じであり、以下では相違点のみを列挙する。

【0052】

本実施形態では、第３レンズ１３の前側面１３１は凹面である。

【0053】

表３と表４には、本発明の第２実施形態における光学系２０の設定データを示す。

【0054】

【表3】

【0055】

表４には、本発明の第２実施形態における光学系２０の各レンズの非球面データを示す。

【0056】

【表4】

【0057】

図７と図８は、それぞれ、波長５５０ｎｍ、５５５ｎｍ、５６０ｎｍ、５６５ｎｍ、５７０ｎｍ、５７５ｎｍ、５８０ｎｍの光が第２実施形態の光学系２０を通過した後のスポットダイアグラム及び倍率色収差を示す図である。図９は、波長５６５ｎｍの光が第２実施形態の光学系２０を通過した後の像面湾曲および歪曲収差を示す図である。図９の像面湾曲Ｓはサジタル方向の像面湾曲、Ｔは子午方向の像面湾曲である。

【0058】

本実施形態では、前記第１レンズ１７の焦点距離ｆ１は－９８５．２３８ｍｍ、前記第２レンズ１５の焦点距離ｆ２は１７．９８３ｍｍ、前記第３レンズ１３の焦点距離ｆ３は－３０９．２３９ｍｍ、前記光学系１０の入射瞳径ＥＮＰＤは４．０００ｍｍ、ＴＴＬは１３．４７７ｍｍ、最大可視径ＶＤは１６．００ｍｍ、最大有効半径ＳＤｍａｘは２４．６２ｍｍ、射出瞳距離Ｌは１５．００ｍｍ、第１レンズ１７と第２レンズ１５の合成焦点距離ｆ１２は１８．２１７ｍｍ、焦点距離ｆは１８．３０４ｍｍ、ｆ１２／ｆは０．９９５、ＴＴＬ／ｆは０．７３４、光学歪曲収差｜ＤＩＳＴ｜は２９．９０％、色収差Ｌｃは２６．５２μｍ、最大可視径における二乗平均平方根半径の最大値ＲＭは２１．３４２μｍ、主光線入射角ＣＡＲは１９．７６°、全視野像高ＩＨは１２．５００ｍｍ、対角線方向の画角ＦＯＶは８８．５５°であり、光学系２０は、小型で、最大可視径が１６．００ｍｍ以上である設計要求を満たし、その軸上、軸外色収差が十分に補正されており、優れた光学特性を備えている。
（第３実施形態）

【0059】

図１１には、本発明の第３実施形態における光学系３０を示し、図１５は、図１１に示す光学系が膜層を含む模式図である。第３実施形態は第１実施形態と基本的に同じであり、その記号の意味は第１実施形態と同じであり、以下では相違点のみを列挙する。

【0060】

本実施形態では、第３レンズ１３の裏側面１３３は凸面である。

【0061】

表５と表６には、本発明の第３実施形態における光学系３０の設定データを示す。

【0062】

【表5】

【0063】

表６に本発明の第３実施形態における光学系３０の各レンズの非球面データを示す。

【0064】

【表6】

【0065】

図１２と図１３は、それぞれ波長５００ｎｍ、５５５ｎｍ、５６０ｎｍ、５６５ｎｍ、５８０ｎｍ、６００ｎｍの光が第３実施形態における光学系３０を通過した後のスポットダイアグラム及び倍率色収差を示す図である。図１４は、波長５６０ｎｍの光が第３実施形態の光学系３０を通過した後の像面湾曲および歪曲収差を示す図である。図１４の像面湾曲Ｓはサジタル方向の像面湾曲、Ｔは子午方向の像面湾曲である。

【0066】

本実施形態では、前記第１レンズ１７の焦点距離ｆ１は－１０２．１５６ｍｍ、前記第２レンズ１５の焦点距離ｆ２は１１．０７４ｍｍ、前記第３レンズ１３の焦点距離ｆ３は３５．７６４ｍｍ、前記光学系１０の入射瞳径ＥＮＰＤは４．０００ｍｍ、ＴＴＬは１４．８３５ｍｍ、最大可視径ＶＤは１６．００ｍｍ、最大有効半径ＳＤｍａｘは２４．００ｍｍ、射出瞳距離Ｌは１５．００ｍｍ、第１レンズ１７と第２レンズ１５の合成焦点距離ｆ１２は１１．７３７ｍｍ、焦点距離ｆは１４．８８８ｍｍ、ｆ１２／ｆは０．６６２、ＴＴＬ／ｆは０．９９３、光学歪曲収差｜ＤＩＳＴ｜は１９．３０％、色収差Ｌｃは２２．４０μｍ、最大可視径における二乗平均平方根半径の最大値ＲＭは２２．３２３μｍ、主光線入射角ＣＡＲは２４．９０°、全視野像高ＩＨは１２．５００ｍｍ、対角線方向の画角ＦＯＶは９３．０７°であり、光学系３０は、小型で、最大可視径が１６．００ｍｍである設計要求を満たし、その軸上、軸外色収差が十分に補正されており、優れた光学特性を備えている。

【0067】

上記の各実施形態は本発明を実現するための具体的な実施形態であるが、実際の応用において、本発明の主旨及び範囲から逸脱しない範囲での形式及び細部に対する各種の変更は、いずれも本発明の保護範囲に属することは、当業者であれば理解できるはずである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【手続補正書】

【提出日】2023-11-13

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【請求項1】

光学系であって、前側から裏側に向かって、順に、光線を発するための映像面と、円偏光板と、第３レンズと、ビームスプリッタと、第２レンズと、１／４波長板と、第１レンズと、反射型偏光フィルムと、絞りとから構成され、
前記円偏光板は、前記映像面の裏側に貼り付けられるように設けられ、前記ビームスプリッタは、前記第２レンズの前側面に貼り付けられるように設けられ、前記第１レンズは、前記第２レンズと接着されており、前記１／４波長板は、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に設けられており、前記反射型偏光フィルムは前記第１レンズの裏側面に貼り付けられるように設けられ、
前記光学系の最大可視径をＶＤ、前記光学系における各レンズの最大有効半径をＳＤｍａｘ、前記光学系の射出瞳距離をＬ、前記第１レンズと前記第２レンズの合成焦点距離をｆ１２、前記光学系の焦点距離をｆにしたときに、以下の関係式を満たすことを特徴とする光学系。
ＶＤ≧１６．００ｍｍ
ＳＤｍａｘ≦３０．００ｍｍ
Ｌ≦１５．００ｍｍ
ｆ１２／ｆ≦１．００