特許 7285160 接眼光学系、及び反射型液晶表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-24

(45)【発行日】2023-06-01

(54)【発明の名称】接眼光学系、及び反射型液晶表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 25/00 20060101AFI20230525BHJP

   G02F 1/1335 20060101ALI20230525BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20230525BHJP

【ＦＩ】

G02B25/00

G02F1/1335

G02B13/18

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019141653

(22)【出願日】2019-07-31

(65)【公開番号】P2021026054

(43)【公開日】2021-02-22

【審査請求日】2022-05-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000166948

【氏名又は名称】シチズンファインデバイス株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(72)【発明者】

【氏名】関 克矢

【審査官】瀬戸 息吹

(56)【参考文献】

【文献】特開平０３－０５９５１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０５１０６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０３０７４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ９／００ － １７／０８

Ｇ０２Ｂ ２１／０２ － ２１／０４

Ｇ０２Ｂ ２５／００ － ２５／０４

Ｇ０２Ｆ １／１３３５

Ｇ０２Ｆ １／１３３６３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アイポイント側から順に配置された、
前記アイポイント側および被写体側に凸面を向けた正の単レンズからなる第１レンズと、
前記アイポイント側に凹面を向けた負の単レンズからなるメニスカスレンズで構成された第２レンズと、
前記アイポイント側に凸面を向けた正の単レンズからなるメニスカスレンズで構成された第３レンズと、を有し、
前記第１レンズ、前記第２レンズおよび前記第３レンズは、以下の条件式を満足することを特徴とする接眼光学系。
ｆ１／ｆ ＜ １ ・・・（１）
ｆ２／ｆ ＜ －０．５ ・・・（２）
ｆ３／ｆ ＜ ０．５３ ・・・（３）
但し、
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
ｆ３：第３レンズの焦点距離
ｆ ：レンズ全系の焦点距離
である。

【請求項2】

請求項１に記載の接眼光学系と、
反射型液晶表示パネルと、
前記接眼光学系と前記反射型液晶表示パネルとの間に配置された偏光ビームスプリッターと、
を有することを特徴とする反射型液晶表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、接眼光学系、及び反射型液晶表示装置に関するものである。

【0002】

電子ビューファインダー等に用いられる接眼光学系としては現在までに様々な提案がなされており、種々の光学的特性を有する複数のレンズを組み合わせて収差を良好に補正した接眼光学系として例えば引用文献１により開示されたものが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００３－３５８８１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

収差は画像表示装置の構成等により多様に変化するため、特許文献１により開示されたような接眼光学系では収差を良好に補正することができない場合があるという課題があった。

【0005】

本発明はこのような課題を解決するものであり、収差を良好に補正することが可能な接眼光学系、及び反射型液晶表示装置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】

【0006】

アイポイント側から順に配置された、前記アイポイント側および被写体側に凸面を向けた正の単レンズからなる第１レンズと、前記アイポイント側に凹面を向けた負の単レンズからなるメニスカスレンズで構成された第２レンズと、前記アイポイント側に凸面を向けた正の単レンズからなるメニスカスレンズで構成された第３レンズと、を有する接眼光学系とする。

【0007】

前記第１レンズ、前記第２レンズおよび前記第３レンズのうち少なくとも一つは、非球面からなる光学面を有する接眼光学系であっても良い。

【0008】

前記第１レンズのアイポイント側の面は、トーリック面を有する接眼光学系であっても良い。

【0009】

前記第１レンズ、前記第２レンズおよび前記第３レンズは、以下の条件式を満足する接眼光学系であっても良い。
ｆ１／ｆ ＜ １ ・・・（１）
ｆ２／ｆ ＜ －０．５ ・・・（２）
ｆ３／ｆ ＜ ０．５３ ・・・（３）
但し、
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
ｆ３：第３レンズの焦点距離
ｆ ：レンズ全系の焦点距離
である。

【0010】

上述の何れか一つの接眼光学系と、反射型表示液晶パネルと、前記接眼光学系と前記反射型液晶表示パネルとの間に配置された偏光ビームスプリッターと、を有する反射型液晶表示装置とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、収差を良好に補正することが可能な接眼光学系、及び反射型液晶表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係る接眼光学系を備えた反射型液晶表示装置の断面図。

【図2】本発明の一実施形態に係る接眼光学系の光路図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態に係る接眼光学系を備えた反射型液晶表示装置の断面図である。図２は本発明の一実施形態に係る接眼光学系の光路図である。

【0014】

本発明の一実施形態に係る接眼光学系を備えた反射型液晶表示装置１では、回路基板２の同一面上に反射型液晶表示パネル３と光源４が配置されている。光源４は、光源４から出射した光が反射型液晶表示パネル３の上方に配置された板状の偏光ビームスプリッター７に入射するように配置されている。光源４から偏光ビームスプリッター７へと進む光路上には、光を拡散させる拡散板５と、二種類の直線偏光のうちＰ波のみを透過させる偏光板６とが配置されている。偏光ビームスプリッター７は、Ｐ波を反射し、Ｓ波を透過させるものであり、偏光板６を透過して偏光ビームスプリッター７に入射したＰ波を反射型液晶表示パネル３の画像表示面へほぼ垂直に入射させるように傾斜および湾曲した状態で筐体８に保持されている。筐体８の上部には反射型液晶表示パネル３の画像表示面から出射された光を通過させる開口部９が設けられており、開口部９は筐体８の外側から透明板１０で塞がれている。

【0015】

光源４から出射された光の主光束は、図１中の矢印（光軸Ｘ）で示されるような経路をたどって反射型液晶表示パネル３の画像表示面に垂直に入射する。反射型液晶表示パネル３の画像表示面から出射された光の主光束は、図１中の矢印（光軸Ｘ）で示されるような経路をたどって接眼光学系に入射する。

【0016】

以下、本発明の一実施形態に係る接眼光学系を説明する。図１に示すように接眼光学系は第１レンズ１１と第２レンズ１２と第３レンズ１３とを有している。第１レンズ１１、第２レンズ１２、第３レンズ１３は観察者のアイポイント１６側から光軸Ｘに沿ってこの順番に配置され、筒状のレンズホルダー１４の内部に収容されている。第１レンズ１１の外周部には厚み方向へ一段下がった凹部１１ｃが設けられ、また、第２レンズ１２の外周部には厚み方向へ一段上がった凸部１２ｃが設けられており、凹部１１ｃと凸部１２ｃが互いに篏合することにより、第１レンズ１１と第２レンズ１２が互いに位置決めされている。第２レンズ１２と第３レンズ１３との間には光軸Ｘに沿って通過する光の量を調整する枠状の絞り１５が設けられている。第１レンズ１１、第２レンズ１２、第３レンズ１３、絞り１５はレンズホルダー１４の内部において互いに直接的または間接的に積層された状態で固定されている。

【0017】

レンズホルダー１４は筒状の筐体８の内部に収容され、偏光ビームスプリッター７と透明板１０との間において光軸Ｘに沿って直線的に移動可能に構成されている。レンズホルダー１４を光軸Ｘに沿って移動させ、レンズホルダー１４の内部に固定された第１レンズ１１、第２レンズ１２、第３レンズ１３を光軸Ｘに沿って一体的に移動させることで、視度を調整することができる。

【0018】

第１レンズ１１は正の屈折力を持つ単レンズであり、光を屈折させる光学面１１ａ、１１ｂを有している。光学面１１ａはアイポイント１６側を向く湾曲した凸面であり、光学面１１ｂは反射型液晶表示パネル３側を向く湾曲した凸面である。

【0019】

第２レンズ１２は負の屈折力を持つ単レンズからなるメニスカスレンズであり、光を屈折させる光学面１２ａ、１２ｂを有している。光学面１２ａはアイポイント１６側を向く湾曲した凹面であり、光学面１２ｂは反射型液晶表示パネル３側を向く湾曲した凸面である。

【0020】

第３レンズ１３は正の屈折力を持つ単レンズからなるメニスカスレンズであり、光を屈折させる光学面１３ａ、１３ｂを有している。光学面１３ａはアイポイント１６側を向く湾曲した凸面であり、光学面１３ｂは反射型液晶表示パネル３側を向く湾曲した凹面である。

【0021】

これら３つのレンズを図１に示すように組み合わせて配置することにより色収差、非点収差、湾曲収差などの収差を良好に補正することができる。また、小型で高倍率の接眼光学系とすることができる。

【0022】

第１レンズ１１、第２レンズ１２、第３レンズ１３は、以下の条件式（１）～（３）を満足していることが好ましい。式中、ｆ１は第１レンズ１１の焦点距離、ｆ２は第２レンズ１２の焦点距離、ｆ３は第３レンズ１３の焦点距離、ｆはそれら３つのレンズ全系の焦点距離を示す。このように３つのレンズを設計することで収差をより良好に補正することができる。
ｆ１／ｆ＜１ ・・・（１）
ｆ２／ｆ＜－０．５ ・・・（２）
ｆ３／ｆ＜０．５３ ・・・（３）

【0023】

反射型液晶表示パネル３の画像表示面から出射された光は、偏光ビームスプリッター７を透過した後、図２に示すように放射状に広がりつつ、第３レンズ１３の光学面１３ｂに入射する。光学面１３ｂに入射した光は光学面１３ｂで屈折し、第３レンズ１３の内部を透過して光学面１３ａに入射する。光学面１３ａに入射した光は光学面１３ａで屈折し、第３レンズ１３の外部へ出射する。第３レンズ１３から出射した光は第２レンズ１２の光学面１２ｂに入射する。光学面１２ｂに入射した光は光学面１２ｂで屈折し、第２レンズ１２の内部を透過して光学面１２ａに入射する。光学面１２ａに入射した光は光学面１２ａで屈折し、第２レンズ１２の外部へ出射する。第２レンズ１２から出射した光は第１レンズ１１の光学面１１ｂに入射する。光学面１１ｂに入射した光は光学面１１ｂで屈折し、第１レンズ１１の内部を透過して光学面１１ａに入射する。光学面１１ａに入射した光は光学面１１ａで屈折し、第１レンズ１１の外部へ出射する。第１レンズ１１から出射した光は透明板１０を透過し、アイポイント１６で観察者に画像として視認される。尚、図２に示す光路はあくまで一例である。

【0024】

第１レンズ１１、第２レンズ１２、第３レンズ１３の各光学面（光学面１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ）のうち少なくとも一つは非球面であっても良い。光学面を非球面とすることで収差をより良好に補正することができる。

【0025】

第１レンズ１１のアイポイント１６側の光学面１１ａはトーリック面であっても良い。光学面１１ａをトーリック面とすることで第１レンズ１１へ入射した光の非点収差を良好に補正することができる。特に偏光ビームスプリッター７の傾斜や湾曲により生じる非点収差を効果的に補正することができる。

【0026】

第１レンズ１１、第２レンズ１２、第３レンズ１３は樹脂成型品で構成されていても良く、樹脂成型品を用いることでガラスよりも安価に生産することができる。

【0027】

本発明に係る接眼光学系は反射型液晶表示装置に限らずその他の画像表示装置（ヘッドマウントディスプレイ等）の接眼光学系にも適用することができる。

【0028】

第１レンズ、第２レンズ、第３レンズの形状は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変化させることができる。

【0029】

第１レンズ１１、第２レンズ１２、第３レンズ１３は光軸Ｘに沿って互いに独立して移動可能に構成されていても良い。

【符号の説明】

【0030】

１ 反射型液晶表示装置
２ 回路基板
３ 反射型液晶表示パネル
４ 光源
５ 拡散板
６ 偏光板
７ 偏光ビームスプリッター
８ 筐体
９ 開口部
１０ 透明板
１１ 第１レンズ
１１ａ 光学面
１１ｂ 光学面
１１ｃ 凹部
１２ 第２レンズ
１２ａ 光学面
１２ｂ 光学面
１２ｃ 凸部
１３ 第３レンズ
１３ａ 光学面
１３ｂ 光学面
１４ レンズホルダー
１５ 絞り
１６ アイポイント

【図1】

【図2】