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(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】P2024173489
(43)【公開日】2024-12-12
(54)【発明の名称】光学系
(51)【国際特許分類】
G02B 25/00 20060101AFI20241205BHJP
G02B 17/08 20060101ALI20241205BHJP
G02B 13/18 20060101ALI20241205BHJP
G02B 5/30 20060101ALI20241205BHJP
G02B 27/02 20060101ALI20241205BHJP
【ＦＩ】
G02B25/00
G02B17/08
G02B13/18
G02B5/30
G02B27/02 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023091935
(22)【出願日】2023-06-02
(71)【出願人】
【識別番号】391014055
【氏名又は名称】カンタツ株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】520487808
【氏名又は名称】シャープディスプレイテクノロジー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002848
【氏名又は名称】弁理士法人ＮＩＰ＆ＳＢＰＪ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】丸山 凌
(72)【発明者】
【氏名】臼倉 奈留
【テーマコード（参考）】
2H087
2H149
2H199
【Ｆターム（参考）】
2H087KA14
2H087LA12
2H087PA02
2H087PA17
2H087PB02
2H087QA02
2H087QA07
2H087QA14
2H087QA21
2H087QA34
2H087QA41
2H087RA04
2H087RA05
2H087RA12
2H087RA13
2H087RA42
2H087RA43
2H087RA45
2H087TA01
2H087TA04
2H149AA17
2H149AB03
2H149AB23
2H149BA04
2H149DA02
2H149DA04
2H149DA12
2H149EA02
2H149EA03
2H149EA05
2H149EA22
2H149FA61
2H149FC01
2H149FD46
2H199CA23
2H199CA25
2H199CA42
2H199CA47
2H199CA64
2H199CA65
2H199CA83
2H199CA84
2H199CA87
(57)【要約】
【課題】小型化および光量効率の改善要求を満足しながらも、良好な光学特性を備える光学系を提供する。
【解決手段】光学系は、瞳面側から表示面側に向かって順に、第１の反射偏光板と、正の屈折力を有する第１レンズと、ハーフミラーと、正の屈折力を有する第２レンズと、第２の反射偏光板とを有するとともに、瞳面とハーフミラーとの間に配置された第１の１／４波長板と、ハーフミラーと表示面との間に配置された第２の１／４波長板とを有する。第１レンズは、近軸において瞳面側が凸面であり、第２レンズは、近軸において表示面側が凸面であるとともに、第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径ｒ１、第１レンズの表示面側の面から第２レンズの瞳面側の面までの光軸上の距離Ｔ１、第２レンズＬ２の光軸上の厚みＤ２、第２レンズの焦点距離ｆ２としたとき、次の条件式を満足する。
（１）１４＜ｒ１／Ｔ１＜２５０
（２）０．７＜（Ｄ２／ｆ２）×１００＜５．０
【選択図】図１
【解決手段】光学系は、瞳面側から表示面側に向かって順に、第１の反射偏光板と、正の屈折力を有する第１レンズと、ハーフミラーと、正の屈折力を有する第２レンズと、第２の反射偏光板とを有するとともに、瞳面とハーフミラーとの間に配置された第１の１／４波長板と、ハーフミラーと表示面との間に配置された第２の１／４波長板とを有する。第１レンズは、近軸において瞳面側が凸面であり、第２レンズは、近軸において表示面側が凸面であるとともに、第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径ｒ１、第１レンズの表示面側の面から第２レンズの瞳面側の面までの光軸上の距離Ｔ１、第２レンズＬ２の光軸上の厚みＤ２、第２レンズの焦点距離ｆ２としたとき、次の条件式を満足する。
（１）１４＜ｒ１／Ｔ１＜２５０
（２）０．７＜（Ｄ２／ｆ２）×１００＜５．０
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
瞳面側から表示面側に向かって順に、
第１の反射偏光板と、
正の屈折力を有する第１レンズと、
ハーフミラーと、
正の屈折力を有する第２レンズと、
第２の反射偏光板とを有するとともに、
瞳面と前記ハーフミラーとの間に配置された第１の１／４波長板と、
前記ハーフミラーと表示面との間に配置された第２の１／４波長板とを有し、
前記第１レンズは、近軸において瞳面側が凸面であり、
前記第２レンズは、近軸において表示面側が凸面であり、
以下の条件式（１）および（２）を満足することを特徴とする光学系。
（１）１４＜ｒ１／Ｔ１＜２５０
（２）０．７＜（Ｄ２／ｆ２）×１００＜５．０
ただし、
ｒ１：第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径、
Ｔ１：第１レンズの表示面側の面から第２レンズの瞳面側の面までの光軸上の距離、
Ｄ２：第２レンズの光軸上の厚み、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
とする。
第１の反射偏光板と、
正の屈折力を有する第１レンズと、
ハーフミラーと、
正の屈折力を有する第２レンズと、
第２の反射偏光板とを有するとともに、
瞳面と前記ハーフミラーとの間に配置された第１の１／４波長板と、
前記ハーフミラーと表示面との間に配置された第２の１／４波長板とを有し、
前記第１レンズは、近軸において瞳面側が凸面であり、
前記第２レンズは、近軸において表示面側が凸面であり、
以下の条件式（１）および（２）を満足することを特徴とする光学系。
（１）１４＜ｒ１／Ｔ１＜２５０
（２）０．７＜（Ｄ２／ｆ２）×１００＜５．０
ただし、
ｒ１：第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径、
Ｔ１：第１レンズの表示面側の面から第２レンズの瞳面側の面までの光軸上の距離、
Ｄ２：第２レンズの光軸上の厚み、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
とする。
【請求項2】
以下の条件式（３）を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
（３）５５＜ｆ２／ｈｍ２＜３１００
ただし、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
ｈｍ２：ハーフミラーの表示面側の面から第２レンズの瞳面側の面までの光軸上の距離、
とする。
（３）５５＜ｆ２／ｈｍ２＜３１００
ただし、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
ｈｍ２：ハーフミラーの表示面側の面から第２レンズの瞳面側の面までの光軸上の距離、
とする。
【請求項3】
以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
（４）３＜ｆ２／ｆ＜１１
ただし、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
ｆ：光学系全系の焦点距離、
とする。
（４）３＜ｆ２／ｆ＜１１
ただし、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
ｆ：光学系全系の焦点距離、
とする。
【請求項4】
以下の条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
（５）１０＜（ｆ１＋ｆ２）／ｆ＜２２
ただし、
ｆ１：第１レンズの焦点距離、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
ｆ：光学系全系の焦点距離、
とする。
（５）１０＜（ｆ１＋ｆ２）／ｆ＜２２
ただし、
ｆ１：第１レンズの焦点距離、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
ｆ：光学系全系の焦点距離、
とする。
【請求項5】
以下の条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
（６）０．２５＜ｒ１／ｆ１＜１．００
ただし、
ｒ１：第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径、
ｆ１：第１レンズの焦点距離、
とする。
（６）０．２５＜ｒ１／ｆ１＜１．００
ただし、
ｒ１：第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径、
ｆ１：第１レンズの焦点距離、
とする。
【請求項6】
以下の条件式（７）を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
（７）０．１＜ｒ１／（ｆ１＋ｆ２）＜０．５
ただし、
ｒ１：第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径、
ｆ１：第１レンズの焦点距離、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
とする。
（７）０．１＜ｒ１／（ｆ１＋ｆ２）＜０．５
ただし、
ｒ１：第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径、
ｆ１：第１レンズの焦点距離、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
とする。
【請求項7】
以下の条件式（８）を満足することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
（８）－１．００＜ｒ４／ｆ２＜－０．２５
ただし、
ｒ４：第２レンズの表示面側の面の近軸曲率半径、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
とする。
（８）－１．００＜ｒ４／ｆ２＜－０．２５
ただし、
ｒ４：第２レンズの表示面側の面の近軸曲率半径、
ｆ２：第２レンズの焦点距離、
とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、像（例えば画像表示素子に表示された画像）を拡大する光学系に関するものである。
【背景技術】
【0002】
画像表示素子を用いた表示装置として、電子ビューファインダ、電子双眼鏡およびヘッドマウントディスプレイなどが知られている。
【0003】
このような表示装置では、画像表示素子と眼との間の距離を可能な限り短くしつつ、当該画像表示素子に表示された画像を拡大するための光学系を限られた空間内に収容する必要がある。このため、当該光学系においては諸収差の除去が困難になることが多く、その補正の範囲も限られてしまう。
【0004】
周知のように、視力は視細胞の錘体の密度に依存しており、眼は、黄斑部中心窩、すなわち瞳の中心付近で鮮明な像を結ぶという特性を有する。そこで、この眼の生理光学的特性を活用して上記光学系の収差補正を補完することで良好な光学性能を得ることが可能になる。具体的には、瞳を絞ることによって焦点深度が深くなり、球面収差やコマ収差の影響が軽減されるため、当該収差や屈折補正に過不足があってもボケに対する感度を軽減することができる。また、周辺から入射した光線の感度が瞳中心部を通った光線の感度よりも低くなるという現象、いわゆるＳｔｉｌｅｓ－Ｃｒａｗｆｏｒｄ効果を利用することにより、球面収差、コマ収差および色収差の影響を軽減できる。さらに、この状態を維持することによって次第に慣れが生じることから、歪曲収差などの影響を軽減することも可能になる。
【0005】
なお、このような表示装置に搭載される光学系には、小型化とともに高い光量効率が求められる。ここで、光量効率とは、画像表示素子の表示面の光量を１００％としたときの眼（瞳面）へ届く光量の割合を指すものとする。
【0006】
従来の光学系としては、例えば以下の特許文献１に記載の光学系が知られている。特許文献１には、２つの半透過面を有する部分光学系と、パワーを有する屈折光学素子とを備える光学系が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特許第３４４１１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献１に記載の光学系により小型化および光量効率の改善を図ろうとしても、２つの半透過面によって光量効率の改善が困難であり、良好な光学性能を得ることができない。
【0009】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、小型化および光量効率の改善要求をバランスよく満足しながらも、諸収差が良好に補正された高い解像力を備える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】
【0010】
本発明による光学系は、瞳面側から表示面側に向かって順に、第１の反射偏光板と、正の屈折力を有する第１レンズと、ハーフミラーと、正の屈折力を有する第２レンズと、第２の反射偏光板とを有するとともに、瞳面とハーフミラーとの間に配置された第１の１／４波長板と、ハーフミラーと表示面との間に配置された第２の１／４波長板とを有する。第１レンズは、近軸において瞳面側が凸面であり、第２レンズは、近軸において表示面側が凸面である。なお、本明細書においては、レンズの面の凸面、凹面、平面とは近軸における形状を指すものとし、屈折力は、特に言及しない限り近軸における屈折力を指すものとする。
【0011】
反射偏光板は、ある偏光方向を有する直線偏光を反射し、これに直交する偏光方向を有する直線偏光を透過する。
【0012】
１／４波長板は偏光の位相を１/４λ分遅らせることで、直線偏光を円偏光に、円偏光を直線偏光に変換する。
【0013】
第１レンズは、正の屈折力を有するとともに、近軸において瞳面側の面が凸面であるため、球面収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差を抑制する。
【0014】
ハーフミラーは、５０％の光線を透過し、残り５０％の光線を反射する。
【0015】
第２レンズは、正の屈折力を有するとともに、近軸において表示面側の面が凸面であるため、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差を良好に補正する。
【0016】
本発明の光学系では、第１の反射偏光板と、正の屈折力を有する第１レンズと、第１の１／４波長板とが瞳側の素子群を構成し、第２の１／４波長板と、正の屈折力を有する第２レンズと、第２の反射偏光板とが表示面側の素子群を構成する。これら瞳側の素子群と表示面側の素子群とが、ハーフミラーの半透過面を中心として、略対称となるように配置されるため、ハーフミラーで反射する光と透過する光の二つの光を最終的に重ね合わせることにより、光学系の小型化を図りつつ光量効率の向上を実現することができる。
【0017】
上記構成の光学系は以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
（１）１４＜ｒ１／Ｔ１＜２５０
ただし、ｒ１は第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径、Ｔ１は第１レンズの表示面側の面から第２レンズの瞳面側の面までの光軸上の距離である。
（１）１４＜ｒ１／Ｔ１＜２５０
ただし、ｒ１は第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径、Ｔ１は第１レンズの表示面側の面から第２レンズの瞳面側の面までの光軸上の距離である。
【0018】
条件式（１）の範囲を満足することにより、低背化を図りつつ、球面収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差の良好な補正が可能になる。
【0019】
上記構成の光学系は以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
（２）０．７＜（Ｄ２／ｆ２）×１００＜５．０
ただし、Ｄ２は第２レンズの光軸上の厚み、ｆ２は第２レンズの焦点距離である。
（２）０．７＜（Ｄ２／ｆ２）×１００＜５．０
ただし、Ｄ２は第２レンズの光軸上の厚み、ｆ２は第２レンズの焦点距離である。
【0020】
条件式（２）の範囲を満足することにより、低背化を図りつつ、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差の良好な補正が可能になる。
【0021】
上記構成の光学系は以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）５５＜ｆ２／ｈｍ２＜３１００
ただし、ｆ２は第２レンズの焦点距離、ｈｍ２はハーフミラーの表示面側の面から第２レンズの瞳面側の面までの光軸上の距離である。
（３）５５＜ｆ２／ｈｍ２＜３１００
ただし、ｆ２は第２レンズの焦点距離、ｈｍ２はハーフミラーの表示面側の面から第２レンズの瞳面側の面までの光軸上の距離である。
【0022】
条件式（３）の範囲を満足することにより、低背化を図りつつ、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差の良好な補正が可能になる。
【0023】
上記構成の光学系は以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４）３＜ｆ２／ｆ＜１１
ただし、ｆ２は第２レンズの焦点距離、ｆは光学系全系の焦点距離である。
（４）３＜ｆ２／ｆ＜１１
ただし、ｆ２は第２レンズの焦点距離、ｆは光学系全系の焦点距離である。
【0024】
条件式（４）の範囲を満足することにより、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差の良好な補正が可能になる。
【0025】
上記構成の光学系は以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
（５）１０＜（ｆ１＋ｆ２）／ｆ＜２２
ただし、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離、ｆは光学系全系の焦点距離である。
（５）１０＜（ｆ１＋ｆ２）／ｆ＜２２
ただし、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離、ｆは光学系全系の焦点距離である。
【0026】
条件式（５）の範囲を満足することにより、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差の良好な補正が可能になる。
【0027】
上記構成の光学系は以下の条件式（６）を満足することが望ましい。
（６）０．２５＜ｒ１／ｆ１＜１．００
ただし、ｒ１は第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径、ｆ１は第１レンズの焦点距離である。
（６）０．２５＜ｒ１／ｆ１＜１．００
ただし、ｒ１は第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径、ｆ１は第１レンズの焦点距離である。
【0028】
条件式（６）の範囲を満足することにより、球面収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差の良好な補正が可能になる。
【0029】
上記構成の光学系は以下の条件式（７）を満足することが望ましい。
（７）０．１＜ｒ１／（ｆ１＋ｆ２）＜０．５
ただし、ｒ１は第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離である。
（７）０．１＜ｒ１／（ｆ１＋ｆ２）＜０．５
ただし、ｒ１は第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離である。
【0030】
条件式（７）の範囲を満足することにより、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差の良好な補正が可能になる。
【0031】
上記構成の光学系は以下の条件式（８）を満足することが望ましい。
（８）－１．００＜ｒ４／ｆ２＜－０．２５
ただし、ｒ４は第２レンズの表示面側の面の近軸曲率半径、ｆ２は第２レンズの焦点距離である。
（８）－１．００＜ｒ４／ｆ２＜－０．２５
ただし、ｒ４は第２レンズの表示面側の面の近軸曲率半径、ｆ２は第２レンズの焦点距離である。
【0032】
条件式（８）の範囲を満足することにより、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差の良好な補正が可能になる。
【0033】
上記構成の光学系は以下の条件式（９）を満足することが望ましい。
（９）－３．５０＜ｒ４／ｆ２×Ｄ２＜－０．８５
ただし、ｒ４は第２レンズの表示面側の面の近軸曲率半径、ｆ２は第２レンズの焦点距離、Ｄ２は第２レンズの光軸上の厚みである。
（９）－３．５０＜ｒ４／ｆ２×Ｄ２＜－０．８５
ただし、ｒ４は第２レンズの表示面側の面の近軸曲率半径、ｆ２は第２レンズの焦点距離、Ｄ２は第２レンズの光軸上の厚みである。
【0034】
条件式（９）の範囲を満足することにより、低背化を図りつつ、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差の良好な補正が可能になる。
【0035】
上記構成の光学系は以下の条件式（１０）を満足することが望ましい。
（１０）４１＜νｄ２＜７０
ただし、νｄ２は第２レンズのｄ線に対するアッべ数である。
（１０）４１＜νｄ２＜７０
ただし、νｄ２は第２レンズのｄ線に対するアッべ数である。
【0036】
条件式（１０）の範囲を満足することで色収差の良好な補正が可能になる。
【0037】
上記構成の光学系は以下の条件式（１１）を満足することが望ましい。
（１１）０．９＜（Ｄ１／ｆ１）×１００＜４．０
ただし、Ｄ１は第１レンズの光軸上の厚み、ｆ１は第１レンズの焦点距離である。
（１１）０．９＜（Ｄ１／ｆ１）×１００＜４．０
ただし、Ｄ１は第１レンズの光軸上の厚み、ｆ１は第１レンズの焦点距離である。
【0038】
条件式（１１）の範囲を満足することにより、低背化を図りつつ、球面収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差の良好な補正が可能になる。
【0039】
上記構成の光学系は以下の条件式（１２）を満足することが望ましい。
（１２）３＜ｆ１／ｆ＜１１
ただし、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆは光学系全系の焦点距離である。
（１２）３＜ｆ１／ｆ＜１１
ただし、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆは光学系全系の焦点距離である。
【0040】
条件式（１２）の範囲を満足することにより、球面収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差の良好な補正が可能になる。
【0041】
上記構成の光学系は以下の条件式（１３）を満足することが望ましい。
（１３）０．５＜ｆ１／ｆ２＜１．５
ただし、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離である。
（１３）０．５＜ｆ１／ｆ２＜１．５
ただし、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離である。
【0042】
条件式（１３）の範囲を満足することにより、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差の良好な補正が可能になる。
【0043】
上記構成の光学系は以下の条件式（１４）を満足することが望ましい。
（１４）－１．５＜ｒ１／ｒ４＜－０．５
ただし、ｒ１は第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径、ｒ４は第２レンズの表示面側の面の近軸曲率半径である。
（１４）－１．５＜ｒ１／ｒ４＜－０．５
ただし、ｒ１は第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径、ｒ４は第２レンズの表示面側の面の近軸曲率半径である。
【0044】
条件式（１４）の範囲を満足することにより、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差の良好な補正が可能になる。
【0045】
上記構成の光学系は以下の条件式（１５）を満足することが望ましい。
（１５）１．９＜ｒ１／ｆ＜６．５
ただし、ｒ１は第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径、ｆは光学系全系の焦点距離である。
（１５）１．９＜ｒ１／ｆ＜６．５
ただし、ｒ１は第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径、ｆは光学系全系の焦点距離である。
【0046】
条件式（１５）の範囲を満足することにより、球面収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差の良好な補正が可能になる。
【0047】
上記構成の光学系は以下の条件式（１６）を満足することが望ましい。
（１６）７．０＜ｒ１／（Ｄ１＋Ｔ１）＜３４．５
ただし、ｒ１は第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径、Ｄ１は第１レンズの光軸上の厚み、Ｔ１は第１レンズの表示面側の面から第２レンズの瞳面側の面までの光軸上の距離である。
（１６）７．０＜ｒ１／（Ｄ１＋Ｔ１）＜３４．５
ただし、ｒ１は第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径、Ｄ１は第１レンズの光軸上の厚み、Ｔ１は第１レンズの表示面側の面から第２レンズの瞳面側の面までの光軸上の距離である。
【0048】
条件式（１６）の範囲を満足することにより、非点収差、像面湾曲、歪曲収差の良好な補正が可能になる。
【0049】
上記構成の光学系は以下の条件式（１７）を満足することが望ましい。
（１７）－６．５＜ｒ４／ｆ＜－１．９
ただし、ｒ４は第２レンズの表示面側の面の近軸曲率半径、ｆは光学系全系の焦点距離である。
（１７）－６．５＜ｒ４／ｆ＜－１．９
ただし、ｒ４は第２レンズの表示面側の面の近軸曲率半径、ｆは光学系全系の焦点距離である。
【0050】
条件式（１７）の範囲を満足することにより、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差の良好な補正が可能になる。
【0051】
上記構成の光学系は以下の条件式（１８）を満足することが望ましい。
（１８）－４５．５＜ｒ４／Ｄ２＜－１０．０
ただし、ｒ４は第２レンズの表示面側の面の近軸曲率半径、Ｄ２は第２レンズの光軸上の厚みである。
（１８）－４５．５＜ｒ４／Ｄ２＜－１０．０
ただし、ｒ４は第２レンズの表示面側の面の近軸曲率半径、Ｄ２は第２レンズの光軸上の厚みである。
【0052】
条件式（１８）の範囲を満足することにより、低背化を図りつつ、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差の良好な補正が可能になる。
【0053】
上記構成の光学系は以下の条件式（１９）を満足することが望ましい。
（１９）－２３＜ｒ４／（Ｄ１＋Ｄ２）＜－５
ただし、ｒ４は第２レンズの表示面側の面の近軸曲率半径、Ｄ１は第１レンズの光軸上の厚み、Ｄ２は第２レンズの光軸上の厚みである。
（１９）－２３＜ｒ４／（Ｄ１＋Ｄ２）＜－５
ただし、ｒ４は第２レンズの表示面側の面の近軸曲率半径、Ｄ１は第１レンズの光軸上の厚み、Ｄ２は第２レンズの光軸上の厚みである。
【0054】
条件式（１９）の範囲を満足することにより、低背化を図りつつ、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差の良好な補正が可能になる。
【0055】
上記構成の光学系は以下の条件式（２０）を満足することが望ましい。
（２０）－０．５＜ｒ４／（ｆ１＋ｆ２）＜－０．１
ただし、ｒ４は第２レンズの表示面側の面の近軸曲率半径、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離である。
（２０）－０．５＜ｒ４／（ｆ１＋ｆ２）＜－０．１
ただし、ｒ４は第２レンズの表示面側の面の近軸曲率半径、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離である。
【0056】
条件式（２０）の範囲を満足することにより、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差の良好な補正が可能になる。
【0057】
上記構成の光学系は以下の条件式（２１）を満足することが望ましい。
（２１）－１．５＜（ｒ１／ｒ４）／（ｆ１／ｆ２）＜－０．５
ただし、ｒ１は第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径、ｒ４は第２レンズの表示面側の面の近軸曲率半径、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離である。
（２１）－１．５＜（ｒ１／ｒ４）／（ｆ１／ｆ２）＜－０．５
ただし、ｒ１は第１レンズの瞳面側の面の近軸曲率半径、ｒ４は第２レンズの表示面側の面の近軸曲率半径、ｆ１は第１レンズの焦点距離、ｆ２は第２レンズの焦点距離である。
【0058】
条件式（２１）の範囲を満足することにより、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差の良好な補正が可能になる。
【発明の効果】
【0059】
本発明により、小型化および光量効率の改善要求をバランスよく満足しながらも、諸収差が良好に補正された解像力の高い光学系を得ることができる。また、本発明に係る光学系によれば、光量効率が改善されることから、画像表示素子における消費電力の低減を通じて、環境に優しい光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0060】
【図1】本発明の実施例１に係る光学系の概略構成を示す断面図である。
【図4】本発明の実施例２に係る光学系の概略構成を示す断面図である。
【図7】本発明の実施例３に係る光学系の概略構成を示す断面図である。
【図10】本発明の実施例４に係る光学系の概略構成を示す断面図である。
【図13】本発明の実施例５に係る光学系の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0061】
以下、本発明を具体化した一実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0062】
図１、図４、図７、図１０および図１３はそれぞれ、本実施の形態に係る実施例１から５の光学系について概略構成を示す断面図である。また、図２、図５、図８、図１１および図１４には実施例１から５に係る光学系の部分拡大図をそれぞれ示す。以下、実施例１の光学系を参照しながら本実施の形態に係る光学系について詳細を説明する。
【0063】
図１に示すように、本実施の形態に係る光学系は、瞳面ＥＰから画像表示素子の表示面ＩＭＧに向かって順に、第１の反射偏光板１１と、正の屈折力を有する第１レンズＬ１と、ハーフミラーＨＭと、正の屈折力を有する第２レンズＬ２と第２の反射偏光板１２とを有する。また、当該光学系は、瞳面ＥＰとハーフミラーＨＭとの間に配置される第１の１／４波長板２１と、ハーフミラーＨＭと表示面ＩＭＧとの間に配置される第２の１／４波長板２２とを有する。光学系と表示面ＩＭＧとの間には、ガラスブロック等のフィルタＩＲを配置する。なお、このフィルタＩＲは省略することが可能である。
【0064】
当該光学系では、第１の反射偏光板１１と、第１レンズＬ１と、第１の１／４波長板２１とが瞳ＥＰ側の素子群を構成し、第２の１／４波長板２２と、第２レンズＬ２と、第２の反射偏光板１２とが表示面ＩＭＧ側の素子群を構成する。これら瞳側の素子群と表示面ＩＭＧ側の素子群とは、ハーフミラーＨＭの半透過面を中心として、略対称配置である。
【0065】
本実施の形態に係る光学系の搭載対象は限定されないが、例えばヘッドマウントディスプレイに、表示面ＩＭＧに表示された画像を拡大するための光学系として搭載できる。この場合、瞳面ＥＰには観察者の瞳が位置することになる。当該瞳面ＥＰには、光量絞りを配置してもよい。
【0066】
また、本実施の形態に係る光学系では、ハーフミラーＨＭの両面に反射防止タイプのフィルムを付着してもよい。反射防止タイプのフィルムは光の反射を防止する機能を有するため、このような構成にすることにより、外光の反射による映像のコントラストの低下を防止できる。
【0067】
図２に示すように、第１の反射偏光板１１の表示面ＩＭＧ側の面と第１レンズＬ１の瞳面側の面とは同一形状であり、両者は接着剤等によって貼付されている。第１レンズＬ１は、近軸において瞳面側が凸面である。本実施の形態の第１レンズＬ１は、近軸において両凸形状である。第１レンズＬ１の当該形状によれば、第１の反射偏光板１１からハーフミラーＨＭの間隔を小さくできるためレンズの有効径を小さくすることで光学系の小型化を図りつつ、球面収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差を抑制できる。なお、第１レンズＬ１の形状は、実施例４および５に記載の光学系のように、近軸において瞳面ＥＰ側の面が凸面であるとともに、近軸において表示面ＩＭＧ側の面が平面であってもよい。この場合、組立容易性の向上が図られる。
【0068】
また、本実施の形態に係る光学系においては、第１の１／４波長板２１を、ハーフミラーＨＭの瞳面ＥＰ側の面に貼付し、第２の１／４波長板２２を、ハーフミラーＨＭの表示面ＩＭＧ側の面に貼付している。これにより、光学系の小型化を図りつつ、組立容易性の向上を図っている。しかしながら、第１の１／４波長板２１および第２の１／４波長板２２の位置はこれに限定されない。第１の１／４波長板２１の位置は瞳面ＥＰとハーフミラーＨＭとの間であればよく、第２の１／４波長板２２の位置はハーフミラーＨＭと表示面ＩＭＧとの間であればよい。
【0069】
実施例２に係る光学系は、図５に示すように、第１の１／４波長板２１を、第１の反射偏光板１１と第１レンズＬ１との間に配置し、第２の１／４波長板２２を、第２レンズＬ２と第２の反射偏光板１２との間に配置した例である。第１の１／４波長板２１および第２の１／４波長板２２をこのような位置に配置した場合には、第１の反射偏光板１１（第２の反射偏光板１２）と第１の１／４波長板２１（第２の１／４波長板２２）を貼り付けて一体化した複合フィルムを第１レンズＬ１（第２レンズＬ２）に貼付すれば良くなり工業的に製造し易くなるため、コストの低減を図りつつ、第１の反射偏光板１１（第２の反射偏光板１２）と第１の１／４波長板１１（第２の１／４波長板２２）との軸精度の向上を図ることができる。
【0070】
また実施例３に係る光学系は、図８に示すように、第１の１／４波長板２１を、第１レンズＬ１の表示面ＩＭＧ側の面に貼付し、第２の１／４波長板２２を、第２レンズＬ２の瞳面ＥＰ側の面に貼付した例である。第１の１／４波長板２１および第２の１／４波長板２２をこのような位置に配置した場合には、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２の軸調整を行うことにより光学性能を確保できる。また、レンズの一方の面に反射偏光板が貼付され、他方の面に１／４波長板が貼付されることから、反射偏光板および１／４波長板を貼り易くなる。
【0071】
さらに、実施例５に係る光学系は、図１４に示すように、第１の１／４波長板２１を第１レンズＬ１とハーフミラーＨＭとの間、第２の１／４波長板２２をハーフミラーＨＭと第２レンズＬ２との間にそれぞれ配置し、第１の１／４波長板２１を、第１レンズＬ１とハーフミラーＨＭとで挟みこむ態様で貼付するとともに、第２の１／４波長板２２を、ハーフミラーＨＭと第２レンズＬ２とで挟みこむ態様で貼付した例である。このような構成にすれば、第１の反射偏光板１１、第１レンズＬ１、第１の１／４波長板２１、ハーフミラーＨＭ、第２の１／４波長板２２、第２レンズＬ２および第２の反射偏光板１２を一体化した光学系として構成できる。
【0072】
図１に示すように、第２レンズＬ２は、近軸において表示面側が凸面である。本実施の形態の第２レンズＬ２は、近軸において両凸形状である。第２レンズＬ２の当該形状によれば、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差を良好に補正できる。この第２レンズＬ２の形状は両凸形状に限定されない。実施例４および実施例５に記載の光学系は、近軸において瞳面ＥＰ側の面が平面であるとともに、近軸において表示面ＩＭＧ側の面が凸形状である形状、すなわち近軸において平凸形状の例である。
【0073】
第２レンズＬ２の表示面ＩＭＧ側の面と第２の反射偏光板１２の瞳面ＥＰ側の面とは同一形状であり、両者は接着剤等によって貼付されている。
【0074】
以上説明したように、本実施の形態に係る光学系では、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２が、ハーフミラーＨＭを両側から挟み込む態様で配置される。このような基本的な構成に加えて、第１の反射偏光板１１、第１の１／４波長板２１、第２の１／４波長板２２および第２の反射偏光板１２のそれぞれを適切な位置に配置することにより、当該光学系における光量効率の改善を図っている。この点について、以下詳細に説明する。
【0075】
表示面ＩＭＧを備えたデバイスとしては、例えば液晶ディスプレイやマイクロＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）ディスプレイを採用することができる。
【0076】
図１６のＦｉｇ．１６Ａに示すように、表示面ＩＭＧから出射された光は、第２の反射偏光板１２で直線偏光に変換され、第２の１／４波長板２２によって円偏光に変換されてハーフミラーＨＭに入射する。ハーフミラーＨＭに入射した光の一部は、これを透過して第１の１／４波長板２１によって第２の反射偏光板１２を通過したときと同じ偏光方向の直線偏光に変換されて第１の反射偏光板１１に入射する。この直線偏光は、第１の反射偏光板１１の偏光選択性により反射される。第１の反射偏光板１１で反射された光は、第１の１／４波長板２１によって円偏光に変換されてハーフミラーＨＭに入射し、ここで反射される。ハーフミラーＨＭで反射された光は、反射前の光と逆回りの円偏光となる。以下、この経路を進む光を便宜上、「経路１の光」という。図１、図４、図７、図１０および図１３に示される本実施の形態に係る光学系の断面図では、当該光学系の概略構成を明瞭にするため、この経路１の光のみを図示している。
【0077】
一方、図１６のＦｉｇ．１６Ｂに示すように、第２の１／４波長板２２によって円偏光に変換されてハーフミラーＨＭに入射した光の一部は反射されて逆回りの円偏光となり、第２の１／４波長板２２に戻る。第２の１／４波長板２２に戻った円偏光は、第２の１／４波長板２２によって、最初に第２の反射偏光板１２を通過したときの偏光方向に対して直交する偏光方向を有する直線偏光に変換されて第２の反射偏光板１２に入射する。この直線偏光は、第２の反射偏光板１２の偏光選択性により反射される。第２の反射偏光板１２で反射された光は、第２の１／４波長板２２によって円偏光に変換され、ハーフミラーＨＭに入射し透過される。以下、この経路を進む光を便宜上、「経路２の光」という。
【0078】
上記経路１の光および上記経路２の光はハーフミラーＨＭ部で合流する。ハーフミラーＨＭ部で合流した円偏光は、第１の１／４波長板２１によって最初に第２の反射偏光板１２を通過したときの偏光方向に対して直交する偏光方向を有する直線偏光に変換されて第１の反射偏光板１１に入射する。この直線偏光は、第１の反射偏光板１１をその偏光選択性により透過して瞳面ＥＰに導かれる。このため、本実施の形態に係る光学系によれば、当該光学系の光量効率が改善され、光量効率を最大５０％まで向上させることができる。併せて、画像表示素子における消費電力の低減を図ることができる。
【0079】
一方、この種の従来の一般的な光学系は光量効率が２５％以下と低く、瞳面において明るい画像を得るためには、表示面の輝度を上げる必要があった。ここで、この従来の光学系について簡単に説明する。従来の光学系は一般的に、瞳面側から表示面側に向かって順に、反射偏光板と、第１の１／４波長板と、屈折力を有するレンズと、ハーフミラーと、第２の１／４波長板とを備えて構成される。当該光学系において表示面から出射した光は、第２の１／４波長板、ハーフミラー、レンズ、第１の１／４波長板を透過し、反射偏光板で反射された後、ハーフミラーに再び入射する。ハーフミラーに入射した光は、当該ハーフミラーにおいて反射された後、第１の１／４波長板および反射偏光板を透過して瞳面へと到達する。この光線経路では、光がハーフミラーに２回入射するため、表示面から瞳面へと届く光量は最終的に２５％以下になる。このことは、従来の当該光学系では、瞳面において本実施の形態に係る光学系と同程度の明るさを得ようとすると、表示面の輝度を上げる必要があり、画像表示素子の消費電力が増大することを意味する。
【0080】
この点、本実施の形態に係る光学系では、表示面ＩＭＧから出射してハーフミラーＨＭにおいて反射された光を、上記経路２の光として積極的に利用することにより、従来にも増して高い光量効率を実現している。
【0081】
本実施の形態における光学系は、以下の条件式（１）から（２１）を満足することにより、好ましい効果を奏する。
（１）１４＜ｒ１／Ｔ１＜２５０
（２）０．７＜（Ｄ２／ｆ２）×１００＜５．０
（３）５５＜ｆ２／ｈｍ２＜３１００
（４）３＜ｆ２／ｆ＜１１
（５）１０＜（ｆ１＋ｆ２）／ｆ＜２２
（６）０．２５＜ｒ１／ｆ１＜１．００
（７）０．１＜ｒ１／（ｆ１＋ｆ２）＜０．５
（８）－１．００＜ｒ４／ｆ２＜－０．２５
（９）－３．５０＜ｒ４／ｆ２×Ｄ２＜－０．８５
（１０）４１＜νｄ２＜７０
（１１）０．９＜（Ｄ１／ｆ１）×１００＜４．０
（１２）３＜ｆ１／ｆ＜１１
（１３）０．５＜ｆ１／ｆ２＜１．５
（１４）－１．５＜ｒ１／ｒ４＜－０．５
（１５）１．９＜ｒ１／ｆ＜６．５
（１６）７．０＜ｒ１／（Ｄ１＋Ｔ１）＜３４．５
（１７）－６．５＜ｒ４／ｆ＜－１．９
（１８）－４５．５＜ｒ４／Ｄ２＜－１０．０
（１９）－２３＜ｒ４／（Ｄ１＋Ｄ２）＜－５
（２０）－０．５＜ｒ４／（ｆ１＋ｆ２）＜－０．１
（２１）－１．５＜（ｒ１／ｒ４）／（ｆ１／ｆ２）＜－０．５
ただし、
νｄ２：第２レンズＬ２のｄ線に対するアッべ数
Ｄ１：第１レンズＬ１の光軸Ｘ上の厚み
Ｄ２：第２レンズＬ２の光軸Ｘ上の厚み
Ｔ１：第１レンズＬ１の表示面側の面から第２レンズＬ２の瞳面側の面までの光軸Ｘ上の距離
ｈｍ２：ハーフミラーＨＭの表示面側の面から第２レンズＬ２の瞳面側の面までの光軸Ｘ上の距離
ｆ：光学系全系の焦点距離
ｆ１：第１レンズＬ１の焦点距離
ｆ２：第２レンズＬ２の焦点距離
ｒ１：第１レンズＬ１の瞳面側の面の近軸曲率半径
ｒ４：第２レンズＬ２の表示面側の面の近軸曲率半径
（１）１４＜ｒ１／Ｔ１＜２５０
（２）０．７＜（Ｄ２／ｆ２）×１００＜５．０
（３）５５＜ｆ２／ｈｍ２＜３１００
（４）３＜ｆ２／ｆ＜１１
（５）１０＜（ｆ１＋ｆ２）／ｆ＜２２
（６）０．２５＜ｒ１／ｆ１＜１．００
（７）０．１＜ｒ１／（ｆ１＋ｆ２）＜０．５
（８）－１．００＜ｒ４／ｆ２＜－０．２５
（９）－３．５０＜ｒ４／ｆ２×Ｄ２＜－０．８５
（１０）４１＜νｄ２＜７０
（１１）０．９＜（Ｄ１／ｆ１）×１００＜４．０
（１２）３＜ｆ１／ｆ＜１１
（１３）０．５＜ｆ１／ｆ２＜１．５
（１４）－１．５＜ｒ１／ｒ４＜－０．５
（１５）１．９＜ｒ１／ｆ＜６．５
（１６）７．０＜ｒ１／（Ｄ１＋Ｔ１）＜３４．５
（１７）－６．５＜ｒ４／ｆ＜－１．９
（１８）－４５．５＜ｒ４／Ｄ２＜－１０．０
（１９）－２３＜ｒ４／（Ｄ１＋Ｄ２）＜－５
（２０）－０．５＜ｒ４／（ｆ１＋ｆ２）＜－０．１
（２１）－１．５＜（ｒ１／ｒ４）／（ｆ１／ｆ２）＜－０．５
ただし、
νｄ２：第２レンズＬ２のｄ線に対するアッべ数
Ｄ１：第１レンズＬ１の光軸Ｘ上の厚み
Ｄ２：第２レンズＬ２の光軸Ｘ上の厚み
Ｔ１：第１レンズＬ１の表示面側の面から第２レンズＬ２の瞳面側の面までの光軸Ｘ上の距離
ｈｍ２：ハーフミラーＨＭの表示面側の面から第２レンズＬ２の瞳面側の面までの光軸Ｘ上の距離
ｆ：光学系全系の焦点距離
ｆ１：第１レンズＬ１の焦点距離
ｆ２：第２レンズＬ２の焦点距離
ｒ１：第１レンズＬ１の瞳面側の面の近軸曲率半径
ｒ４：第２レンズＬ２の表示面側の面の近軸曲率半径
【0082】
なお、上記の各条件式をすべて満足する必要はなく、それぞれの条件式を単独に満たすことで、各条件式に対応した作用効果を得ることができる。
【0083】
また、本実施の形態における光学系は、以下の条件式（１ａ）から（２１ａ）を満足することにより、より好ましい効果を奏するものである。
（１ａ）２１＜ｒ１／Ｔ１＜１８０
（２ａ）１．３＜（Ｄ２／ｆ２）×１００＜３．５
（３ａ）９０＜ｆ２／ｈｍ２＜２５００
（４ａ）４．５＜ｆ２／ｆ＜９．０
（５ａ）１１．５＜（ｆ１＋ｆ２）／ｆ＜１８．５
（６ａ）０．４０＜ｒ１／ｆ１＜０．８５
（７ａ）０．２＜ｒ１／（ｆ１＋ｆ２）＜０．４
（８ａ）－０．８５＜ｒ４／ｆ２＜－０．４０
（９ａ）－２．８＜ｒ４／ｆ２×Ｄ２＜－１．４
（１０ａ）４９＜νｄ２＜６３
（１１ａ）１．４＜（Ｄ１／ｆ１）×１００＜３．３
（１２ａ）４．５＜ｆ１／ｆ＜９．０
（１３ａ）０．７５＜ｆ１／ｆ２＜１．２５
（１４ａ）－１．２５＜ｒ１／ｒ４＜－０．７５
（１５ａ）２．９＜ｒ１／ｆ＜５．５
（１６ａ）１１＜ｒ１／（Ｄ１＋Ｔ１）＜２８
（１７ａ）－５．５＜ｒ４／ｆ＜－２．９
（１８ａ）－３８＜ｒ４／Ｄ２＜－１５
（１９ａ）－１９＜ｒ４／（Ｄ１＋Ｄ２）＜－８
（２０ａ）－０．４＜ｒ４／（ｆ１＋ｆ２）＜－０．２
（２１ａ）－１．２５＜（ｒ１／ｒ４）／（ｆ１／ｆ２）＜－０．７５
ただし、各条件式の符号は前の段落での説明と同様である。なお、条件式（１ａ）から（２１ａ）については、その下限値または上限値として、それぞれ対応する条件式（１）から（２１）の下限値や上限値を適用するようにしてもよい。
（１ａ）２１＜ｒ１／Ｔ１＜１８０
（２ａ）１．３＜（Ｄ２／ｆ２）×１００＜３．５
（３ａ）９０＜ｆ２／ｈｍ２＜２５００
（４ａ）４．５＜ｆ２／ｆ＜９．０
（５ａ）１１．５＜（ｆ１＋ｆ２）／ｆ＜１８．５
（６ａ）０．４０＜ｒ１／ｆ１＜０．８５
（７ａ）０．２＜ｒ１／（ｆ１＋ｆ２）＜０．４
（８ａ）－０．８５＜ｒ４／ｆ２＜－０．４０
（９ａ）－２．８＜ｒ４／ｆ２×Ｄ２＜－１．４
（１０ａ）４９＜νｄ２＜６３
（１１ａ）１．４＜（Ｄ１／ｆ１）×１００＜３．３
（１２ａ）４．５＜ｆ１／ｆ＜９．０
（１３ａ）０．７５＜ｆ１／ｆ２＜１．２５
（１４ａ）－１．２５＜ｒ１／ｒ４＜－０．７５
（１５ａ）２．９＜ｒ１／ｆ＜５．５
（１６ａ）１１＜ｒ１／（Ｄ１＋Ｔ１）＜２８
（１７ａ）－５．５＜ｒ４／ｆ＜－２．９
（１８ａ）－３８＜ｒ４／Ｄ２＜－１５
（１９ａ）－１９＜ｒ４／（Ｄ１＋Ｄ２）＜－８
（２０ａ）－０．４＜ｒ４／（ｆ１＋ｆ２）＜－０．２
（２１ａ）－１．２５＜（ｒ１／ｒ４）／（ｆ１／ｆ２）＜－０．７５
ただし、各条件式の符号は前の段落での説明と同様である。なお、条件式（１ａ）から（２１ａ）については、その下限値または上限値として、それぞれ対応する条件式（１）から（２１）の下限値や上限値を適用するようにしてもよい。
【0084】
本実施の形態において、レンズ面の非球面に採用する非球面形状は、光軸方向の軸をＺ、光軸に直交する方向の高さをＨ、近軸曲率半径をＲ、円錐係数をｋ、非球面係数をＡ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１６、Ａ１８、Ａ２０としたとき数式１により表わされる。
【0085】
【数1】
【0086】
次に、本実施の形態に係る光学系の実施例を示す。各実施例において、ｆは光学系全系の焦点距離を、ＦｎｏはＦナンバーを、ωは半画角を、ｉｈは最大像高を、ＴＴＬは光学全長をそれぞれ示す。ここで光学全長は、瞳面から表示面までの光軸上の距離とする。なお、光学全長やバックフォーカスの値は、光学系と表示面ＩＭＧとの間に配置されるフィルタＩＲの厚みを空気換算して得られる距離とする。
【0087】
また、ｉは瞳面側から数えた面番号、ｒは近軸曲率半径、ｄは光軸上のレンズ面間の距離（面間隔）、Ｎｄはｄ線（基準波長）の屈折率、νｄはｄ線に対するアッベ数をそれぞれ示す。非球面に関しては、面番号ｉの後に＊（アスタリスク）の符号を付加して示す。
【0088】
各実施例の光学系において、光軸上におけるアイポイントとしての瞳面ＥＰと最も瞳面側のレンズ面との間の間隔を瞳距離という。収差の評価において、表示面側に発光点を設けて瞳面ＥＰに到達した光線の収差と、瞳面ＥＰ側に発光点を設けて表示面ＩＭＧに到達した光線の収差は一対一で対応する。このため各実施例では、表示面ＩＭＧに到達した光線の収差を評価することにする。図３、図６、図９、図１２および図１５は、実施例１から５の光学系において観察者（人間）の瞳径をΦ２．０ｍｍとし、瞳距離を１２ｍｍとした時の収差図を示している。
【0089】
（実施例１）
【0090】
基本的なレンズデータを以下の表１に示す。
【0091】
【表1】
【0092】
実施例１の光学系は、表６に示すように条件式（１）から（２１）を満たしている。
【0093】
図３は実施例１の光学系について、球面収差（ｍｍ）、非点収差（ｍｍ）、歪曲収差（％）を示したものである。球面収差図には、Ｆ線（４８６ｎｍ）、ｄ線（５８８ｎｍ）、Ｃ線（６５６ｎｍ）の各波長に対する収差量を示す。また、非点収差図にはサジタル像面Ｓにおけるｄ線の収差量（実線）、タンジェンシャル像面Ｔにおけるｄ線の収差量（破線）をそれぞれ示す（図６、図９、図１２および図１５においても同じ）。図３に示すように、各収差は良好に補正される。
【0094】
（実施例２）
【0095】
基本的なレンズデータを以下の表２に示す。
【0096】
【表2】
【0097】
実施例２の光学系は、表６に示すように条件式（１）から（２１）を満たしている。
【0098】
【0099】
（実施例３）
【0100】
基本的なレンズデータを以下の表３に示す。
【0101】
【表3】
【0102】
実施例３の光学系は、表６に示すように条件式（１）から（２１）を満たしている。
【0103】
【0104】
（実施例４）
【0105】
基本的なレンズデータを以下の表４に示す。
【0106】
【表4】
【0107】
実施例４の光学系は、表６に示すように条件式（１）から（２１）を満たしている。
【0108】
【0109】
（実施例５）
【0110】
基本的なレンズデータを以下の表５に示す。
【0111】
【表5】
【0112】
実施例５の光学系は、表６に示すように条件式（１）から（２１）を満たしている。
【0113】
【0114】
表６には、実施例１から実施例５の光学系における条件式（１）から（２１）の値を示す。
【0115】
【表6】
【産業上の利用可能性】
【0116】
本発明に係る光学系を画像表示装置へ適用した場合、当該画像表示装置の小型化および光量効率の改善への寄与とともに、高性能化を図ることができる。
【符号の説明】
【0117】
ＥＰ 瞳面
１１ 第１の反射偏光板
Ｌ１ 第１レンズ
２１ 第１の１／４波長板
ＨＭ ハーフミラー
２２ 第２の１／４波長板
Ｌ２ 第２レンズ
１２ 第２の反射偏光板
ＩＲ フィルタ
ＩＭＧ 表示面
１１ 第１の反射偏光板
Ｌ１ 第１レンズ
２１ 第１の１／４波長板
ＨＭ ハーフミラー
２２ 第２の１／４波長板
Ｌ２ 第２レンズ
１２ 第２の反射偏光板
ＩＲ フィルタ
ＩＭＧ 表示面
【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】
【図16】
