特許 7478885 光学系

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-24

(45)【発行日】2024-05-07

(54)【発明の名称】光学系

(51)【国際特許分類】

   G02B 25/00 20060101AFI20240425BHJP

   G02B 17/08 20060101ALI20240425BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20240425BHJP

【ＦＩ】

G02B25/00

G02B17/08

G02B13/18

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2023087351

(22)【出願日】2023-05-28

【審査請求日】2023-05-28

(31)【優先権主張番号】202310075232.2

(32)【優先日】2023-01-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】520357958

【氏名又は名称】ジョウシュウシ エーエーシー レイテック オプトロニクス カンパニーリミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100123559

【弁理士】

【氏名又は名称】梶 俊和

(74)【代理人】

【識別番号】100177437

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 英子

(72)【発明者】

【氏名】史 秀▲ティン▼

【審査官】殿岡 雅仁

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１１４６７５４１９（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１４２３６８６３（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１０７６４２６６（ＣＮ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５１１８１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５１０２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１３２１９６６６（ＣＮ，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

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学系であって、前側から後側へ順に、映像面と、レンズと、絞りとを含み、かつ、前記レンズは、前側から後ろ側へ順に、第３レンズと、第２レンズと、第１レンズとの３枚のみであり、
前記映像面は、その後側に貼り付けられた円偏光子を有し、光線を放射するために用いられ、
前記第３レンズは、光軸に沿って前後に移動して前記光学系の屈折力を変更することができ、かつ前記第３レンズの前側面に部分反射素子が設けられ、
前記第１レンズは、その前側面に複合膜が設けられ、前記複合膜は、偏光反射膜及び四分の一波長板を含み、前記偏光反射膜は、前記第１レンズの前側面に貼り付けられ、前記四分の一波長板は、前記偏光反射膜の前側に貼り付けられ、
前記絞りは、前記光学系の後側に位置し、
前記絞りの直径をＶＤとし、前記光学系における各レンズの最大有効半径をＳＤｍａｘとしたとき、条件式ＶＤ≧１０．００ミリメートル、ＳＤｍａｘ≦２２．２５ミリメートルを満たすことを特徴とする光学系。

【請求項2】

前記第１レンズの後側面は、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3】

前記第２レンズの前側面、前記第２レンズの後側面、前記第３レンズの前側面及び前記第３レンズの後側面は、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】

前記光学系の画角をＦＯＶとしたとき、条件式９５．００°≦ＦＯＶ≦１１５．００°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5】

前記光学系の光学長をＴＴＬとしたとき、条件式ＴＴＬ≦１８．６０ミリメートル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】

前記部分反射素子は、半透過・半反射膜であり、その透過率及び反射率がいずれも５０％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7】

前記偏光反射膜の反射率は、９５％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】

前記光学系の光学ディストーションをＤＩＳＴとしたとき、０Ｄ屈折力状態で前記光学ディストーションは、条件式ＤＩＳＴ≦３０．２５％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は、１８５．００μｍ以下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10】

前記光学系の光学長をＴＴＬとし、前記光学系の焦点距離をｆとしたときに、条件式ＴＴＬ／ｆ≦０．８５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】

前記映像面は、ディスプレイであり、サイズが２．１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、ニアアイディスプレイ（Ｎｅａｒ－ｅｙｅ ｄｉｓｐｌａｙ）技術分野に関し、特に光学系に関する。

【背景技術】

【0002】

インテリジェント頭部装着装置の関連技術が今年に急速に発展することに伴い、光学レンズを備える電子装置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し、仮想現実、拡張現実及び混合現実等の分野への応用が急速に成長し、ユーザ体験から、小体積と優れた結像方式を兼ね備えた光学系の需要が非常に切実である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

上記問題に対して、本発明は、良好な光学性能を有するとともに、小体積、軽い重量の設計要求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】

上記のような技術課題を解決するために、本発明の実施形態は、光学系を提供し、この光学系は、前側から後側まで順に、映像面と、第３レンズと、第２レンズと、第１レンズと、絞りとを含み、
前記映像面は、その後側に貼り付けられた円偏光子を有し、光線を放射するために用いられ、
前記第３レンズは、光軸に沿って前後に移動して前記光学系の屈折力を変更することができ、かつ前記第３レンズの前側面に部分反射素子が設けられ、
前記第１レンズは、その前側面に複合膜が設けられ、前記複合膜は、偏光反射膜及び四分の一波長板を含み、前記偏光反射膜は、前記第１レンズの前側面に貼り付けられ、前記四分の一波長板は、前記偏光反射膜の前側に貼り付けられ、
前記絞りは、前記光学系の後側に位置し、
前記光学系の最大可視直径をＶＤとし、前記光学系における各レンズの最大有効半径をＳＤｍａｘとしたとき、条件式ＶＤ≧１０．００ミリメートル、ＳＤｍａｘ≦２２．２５ミリメートルを満たす。

【0005】

好ましくは、前記第１レンズの後側面は、非球面である。

【0006】

好ましくは、前記第２レンズの前側面、前記第２レンズの後側面、前記第３レンズの前側面、及び前記第３レンズの後側面は、いずれも非球面である。

【0007】

好ましくは、前記光学系の画角をＦＯＶとしたとき、条件式９５．００°≦ＦＯＶ≦１１５．００°を満たす。

【0008】

好ましくは、前記光学系の光学長をＴＴＬとしたとき、条件式ＴＴＬ≦１８．６０ミリメートルを満たす。

【0009】

好ましくは、前記部分反射素子は、半透過・半反射膜であり、その透過率及び反射率がいずれも５０％である。

【0010】

好ましくは、前記偏光反射膜の反射率は、９５％以上である。

【0011】

好ましくは、前記光学系の光学ディストーションをＤＩＳＴとしたとき、０Ｄ屈折力状態における前記光学ディストーションは、条件式ＤＩＳＴ≦３０．２５％を満たす。

【0012】

好ましくは、前記光学系の色収差は、１８５．００μｍ以下である。

【0013】

好ましくは、前記光学系の光学長をＴＴＬとし、前記光学系の焦点距離をｆとしたとき、条件式ＴＴＬ／ｆ≦０．８５を満たす。

【0014】

好ましくは、前記映像面は、ディスプレイであり、サイズが２．１インチである。

【発明の効果】

【0015】

本発明による有益な効果は、以下の通りである。
第３レンズの前側面に部分反射素子が設けられ、第１レンズに偏光反射膜と四分の一波長板とを順に含む複合膜が設けられることにより、３枚のレンズ光路折り畳み構造を実現し、かつレンズの半口径を制御し、光学系の体積を減少させて、設計の自由度を増加させ、より高い性能を得ることができ、それにより結像品質を向上させ、最大可視直径が１０．００ミリメートル以上であり、ユーザが煩雑な調整を必要とせずに最適な表示効果を得ることができ、小体積及び高い結像性能を兼ね備える。それとともに、第３レンズが前後に移動可能にすることによって、第３レンズの位置を変更することにより、異なる程度の屈折力（０Ｄ～８Ｄ）を実現して、異なる近視程度に適応することができる。

【0016】

本発明の実施形態における技術案をより明確に説明するために、以下に実施形態の説明に必要な図面を簡単に紹介し、明らかに、以下に説明する図面は単に本発明のいくつかの実施形態であり、当業者にとって、創造的労働をしない前提で、さらにこれらの図面に基づいて他の図面を取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の第１実施形態に係る光学系の構成を示す模式図である。

【図2】図１に示す光学系のスポットダイアグラムである。

【図3】図１に示す光学系の倍率色収差模式図である。

【図4】図１に示す光学系の像面湾曲及びディストーション模式図である。

【図5】図１に示す光学系の膜層構造を含む模式図である。

【図6】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模式図である。

【図7】図６に示す撮像光学レンズのスポットダイアグラムである。

【図8】図６に示す撮像光学レンズの倍率色収差模式図である。

【図9】図６に示す撮像光学レンズの像面湾曲及びディストーション模式図である。

【図10】図６に示す光学系の膜層構造を含む模式図である。

【図11】本発明の第３実施形態に係る光学系の一部の構成を示す模式図である。

【図12】図１１に示す撮像光学レンズのスポットダイアグラムである。

【図13】図１１に示す撮像光学レンズの倍率色収差模式図である。

【図14】図１１に示す撮像光学レンズの像面湾曲及びディストーション模式図である。

【図15】図１１に示す光学系の膜層構造を含む模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の目的、解決手段及びメリットがより明瞭になるように、本発明の各実施形態について図面を参照しながら以下に詳細に説明する。本発明の各実施形態において本発明をより良好に理解するために多くの技術的詳細を述べることは、当業者に理解され得る。しかし、本発明の各実施形態において、本発明が良く理解されるように多くの技術的詳細が与えられているが、それらの技術的詳細および以下の各実施形態に基づく各種の変化及び修正が存在しなくとも、本発明の保護しようとするものを実現可能であることは、当業者に理解されるべきである。

【0019】

（第１実施形態）
図１及び図５を参照して、光学系１０を提供し、この光学系１０は、前側から後側へ順に、映像面１１と、円偏光子１２と、部分反射素子１３と、第３レンズ１４と、第２レンズ１５と、四分の一波長板１６と、偏光反射膜１７と、第１レンズ１８と、絞り１９とを含む。

【0020】

映像面１１は、光線を放射し、映像面１１は、その後側に貼り付けられた円偏光子１２を有し、本実施形態では、映像面１１は、ディスプレイであり、サイズが２．１インチであり、ディスプレイから発光した光線は、円偏光子１２を介した後、左回り円偏光ＬＣＰを形成する。

【0021】

第３レンズ１４は、光軸に沿って前後に移動して前記光学系１０の屈折力を変更することができる。光軸に沿って第３レンズ１４を前後に移動することにより第３レンズ１４の光軸上における位置を変更することができ、それにより光学系１０に異なる程度の屈折力を実現させて、異なる近視程度に適応することができる。

【0022】

第３レンズ１４の前側面１４１には、部分反射素子１３が設けられ、一部の光線が反射され、一部の光線が第３レンズ１４に入射し、この時に、光線は、左回り円偏光ＬＣＰとなる。

【0023】

第３レンズ１４に入射した左回り円偏光ＬＣＰは、第３レンズ１４を介して屈折された後に第２レンズ１５に出射され、かつ第２レンズ１５を介して屈折された後に前記第１レンズ１８に出射される。

【0024】

第１レンズ１８の前側面１８１には、複合膜が設けられ、前記複合膜は、偏光反射膜１７と、四分の一波長板１６とを含み、前記偏光反射膜１７は、前記第１レンズ１８の前側面１８１に貼り付けられ、前記四分の一波長板１６は、前記偏光反射膜１７の前側に貼り付けられ、左回り円偏光ＬＣＰは、一回目に四分の一波長板１６を通過した後に直線偏光Ｓ光に変換され、その後に偏光反射膜１７でさらに四分の一波長板１６によって反射され、この時の反射光線は、依然として直線偏光Ｓ光であり、二回目に四分の一波長板１６を通過した後に左回り円偏光ＬＣＰに変換されて二回目に第２レンズ１５に入射し、かつ順に第２レンズ１５と前記第３レンズ１４とで屈折された後に部分反射素子１３に入射し、部分反射素子１３で部分的に反射され、反射された光線は、右回り円偏光ＲＣＰに変換されて三回目に第３レンズ１４に入射し、かつ順に前記第３レンズ１４と第２レンズ１５とで屈折された後に四分の一波長板１６に入射し、四分の一波長板１６を介して直線偏光Ｐ光に変換されて偏光反射膜１７に入射し、偏光反射膜１７は、直線偏光Ｓ光を反射し且つ直線偏光Ｐ光を透過する特性を有するため、直線偏光Ｐ光は、第１レンズ１８に入射し、第１レンズ１８で屈折された後に絞り１９に入る。

【0025】

絞り１９の位置は、人目の面をシミュレーションする位置であり、前記絞り１９の直径は、１０．００ｍｍであり、光学系１０の最大可視直径は、ＶＤとして定義され、ＶＤは、１０ミリメートルであり、条件式ＶＤ≧１０ミリメートルを満たし、すなわち、人目は、直径が少なくとも１０ｍｍの範囲内に移動するときに明瞭な画像を見ることができ、それによりユーザは、煩雑な調整を必要とせずに最適な位置で最も好ましい表示効果を見ることができ、ＦＯＶを増大させ、ＦＯＶが９０°以上に達することができる。

【0026】

本実施形態では、光学系１０の屈折力は、０Ｄである。なお、光線が一つの物体から別の光学濃度の異なる物質に入射する時に、その光線の伝播方向が屈折し、このような現象は、屈折現象と呼ばれ、このような屈折現象寸法（屈折力）の単位は、屈折力（「Ｄ」と略称する）であることを示す。１屈折力又は１Ｄは、一般的な１００近視度数に等しい。

【0027】

第１レンズ１８の有効半径は、２２．２５ｍｍであり、第２レンズ１５の有効半径は、２２．２５ｍｍであり、第３レンズ１４の有効半径は、２２．２５ｍｍであり、光学系１０における各レンズの最大有効半径は、ＳＤｍａｘとして定義され、条件式ＳＤｍａｘ≦２２．２５ミリメートルを満たし、光学系の体積を小さくすることに寄与する。

【0028】

本実施形態では、第１レンズ１８の後側面１８３は、非球面であり、少なくとも一つの非球面を設けることは、光学長を縮小することに寄与する。他の好ましい実施形態において、自由曲面を使用してもよい。

【0029】

本実施形態では、前記第２レンズ１５の前側面１５１、前記第２レンズ１５の後側面１５３、前記第３レンズ１４の前側面１４１及び前記第３レンズ１４の後側面１４３は、いずれも非球面であり、非球面の応用は、光学系の収差を補正することに寄与する。他の好ましい実施形態において、自由曲面を使用してもよい。

【0030】

本実施形態では、第１レンズ１８の前側面１８１は、平面であり、第１レンズ１８の後側面１８３は、凸面であり、前記第２レンズ１５の前側面１５１は、凹面であり、前記第２レンズ１５の後側面１５３は、凸面であり、第３レンズ１４の前側面１４１は、凸面であり、第３レンズ１４の後側面１４３は、凸面である。

【0031】

本実施形態では、光学系１０の画角は、ＦＯＶとして定義され、ＦＯＶは、９６．６５°であり、条件式９５．００°≦ＦＯＶ≦１１５．００°を満たし、広い画角は、より良好なユーザ体験をもたらす。

【0032】

光学系の光学長（映像面１１から第１レンズ１８の後側面１８３までの軸上距離）は、ＴＴＬとして定義され、本実施形態では、ＴＴＬは、１８．５３４ミリメートルであり、条件式ＴＴＬ≦１８．６０ミリメートルを満たし、光学系の体積を減少することに寄与する。

【0033】

本実施形態では、部分反射素子は、半透過・半反射膜であり、その透過率及び反射率は、いずれも５０％であり、他の好ましい実施形態において、部分反射素子の反射透過率は、具体的な設計要求に応じて調整することができ、５５：４５、６０：４０などであってもよい。

【0034】

本実施形態では、偏光反射膜１７の反射率は、９５％以上であり、より高い反射率は、光学系１０の光線性能を向上させ、表示輝度を増加させる。

【0035】

本実施形態では、第３レンズ１４は、光軸上において０Ｄ屈折力の位置にある。この状態で、ＲＭＳ ｒａｄｉｕｓ≦３０．００μｍを実現することができる。ここで、ＲＭＳ ｒａｄｉｕｓ（二乗平均平方根半径）が小さいほど、システムの結像品質が高いことを示す。

【0036】

光学系の光学ディストーションは、ＤＩＳＴとして定義され、本実施形態では、０Ｄ屈折力状態における光学ディストーションＤＩＳＴは、条件式ＤＩＳＴ≦３０．２５％を満たし、ディストーションが小さくされることによって、ユーザによりリアルなＶＲ環境を提供することができる。

【0037】

本実施形態では、前記光学系１０の色収差は、１８５．００μｍ以下である。

【0038】

光学系１０の焦点距離は、ｆとして定義され、本実施形態では、ｆは、２５．３４３ミリメートルであり、ＴＴＬ／ｆは、０．７３１であり、条件式ＴＴＬ／ｆ≦０．８５を満たし、光学系の体積を減少することに寄与する。好ましくは、条件式ＴＴＬ／ｆ≦０．８２を満たす。

【0039】

本実施形態では、第１レンズ１８の後側面１８３、第２レンズ１５の前側面１５１、第２レンズ１５の後側面１５３及び第３レンズ１４の後側面１４３には、いずれも反射防止膜が設けられ、それにより光学系１０の光線性能を向上させ、輝度を向上させることができる。

【0040】

次に、本発明の光学系１０について、実施例を用いて説明する。各実施例に記載された符号は、以下の通りである。焦点距離、軸上距離、中心曲率半径、軸上厚み、変曲点位置及び停留点位置の単位は、ｍｍである。

【0041】

表１及び表２には、本発明の第１実施形態に係る光学系１０の設計データを示す。

【0042】

【表1】

ここで、各符号の意味は、以下の通りである。
Ｒ：光学面の中心での曲率半径
Ｒ１：第１レンズ１８の後側面の中心曲率半径
Ｒ２：第１レンズ１８の前側面の中心曲率半径
Ｒ３：第２レンズ１５の後側面の中心曲率半径
Ｒ４：第２レンズ１５の前側面の中心曲率半径
Ｒ５：第３レンズ１４の後側面の中心曲率半径
Ｒ６：第３レンズ１４の前側面の中心曲率半径
ｄ：レンズの軸上厚み、レンズの間の軸上距離（光路を理解しやすくするために、光線の後側から前側への伝播を正の値とし、光線の前側から後側への伝播を負の値とする）
ｄ０：絞り１９から第１レンズ１８の後側面１８３までの軸上距離
ｄ１：第１レンズ１８の軸上厚み
ｄ２：第１レンズ１８の前側面１８１から第２レンズ１５の後側面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の前側面１５１から第３レンズ１４の後側面１４３までの軸上距離
ｄ５：第３レンズ１４の軸上厚み
ｄ６：第３レンズ１４の軸上厚みの負の値
ｄ７：第２レンズ１５の前側面１５１から第３レンズ１４の後側面１４３までの軸上距離の負の値
ｄ８：第２レンズ１５の軸上厚みの負の値
ｄ９：第１レンズ１８の前側面１８１から第２レンズ１５の後側面１５３までの軸上距離の負の値
ｄ１０：第３レンズ１４の前側面１４１から映像面１１までの軸上距離
ｎｄ：ｄ線の屈折率（ｄ線は、波長が５４０ｎｍの緑色光である）
ｎｄ１：第１レンズ１８のｄ線の屈折率
ｎｄ２：第２レンズ１５のｄ線の屈折率
ｎｄ３：第３レンズ１４のｄ線の屈折率
ｖｄ：アッベ数
ｖ１：第１レンズ１８のアッベ数
ｖ２：第２レンズ１５のアッベ数
ν２：第３レンズ１４のアッベ数

【0043】

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

【0044】

【表2】

【0045】

各レンズ面の非球面は、便宜上、下記の式（１）で表される非球面を使用している。しかしながら、本発明は、この式（１）で表される非球面多項式に限定されるものではない。
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＋Ａ２６ｒ^２６＋Ａ２８ｒ^２８＋Ａ３０ｒ^３０ （１）
ここで、ｋは、円錐係数であり、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１６、Ａ１８、Ａ２０、Ａ２２、Ａ２４、Ａ２６、Ａ２８、Ａ３０は、非球面係数であり、ｃは、光学面の中心での曲率であり、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（非球面での光軸までの距離がｒである点と、非球面光軸上の頂点に接する切断面との両者間の垂直距離）である。

【0046】

図２及び図３はそれぞれ、波長が４７０ｎｍ、５４０ｎｍ、６３０ｎｍの光が第１実施形態の光学系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模式図を示している。図４は、波長が５４０ｎｍ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及びディストーション模式図を示し、図４の像面湾曲Ｓは、サジタル方向の像面湾曲であり、Ｔは、タンジェンシャル方向の像面湾曲である。

【0047】

本実施形態では、前記光学系１０の入射瞳径ＥＮＰＤは、１０．０００ｍｍであり、全視野像高ＩＨは、１９．１５２ｍｍであり、対角線方向の画角ＦＯＶは、９６．６５°であり、光学系１０は、小体積、最大可視直径が１０．００ｍｍ以上の設計要求を満たし、その軸上、軸外色収差が十分に補正され、かつ優れた光学特性を有する。

【0048】

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係る光学系２０を示す。第２実施形態は、第１実施形態と基本的に同じであり、符号の意味も第１実施形態と同じであるため、相違点のみを以下に示す。

【0049】

本実施形態では、第３レンズ１４は、光軸上において４Ｄ屈折力の位置にある。この状態で、ＲＭＳ ｒａｄｉｕｓ≦３０．００μｍを実現することができる。

【0050】

本実施形態では、光学系２０の４Ｄ屈折力状態における光学ディストーションＤＩＳＴは、条件式ＤＩＳＴ≦３６．６２％を満たし、ディストーションが小さくされることによって、よりリアルなＶＲ環境をユーザに提供することができる。

【0051】

本実施形態では、光学系２０で形成された虚像距離は、２５０ｍｍであり、それは４Ｄ（近視４００度）の人々がメガネを着用しない状況で画像を見ることに適する。

【0052】

表３及び表４には、本発明の第２実施形態に係る光学系２０の設計データを示す。

【0053】

【表3】

【0054】

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

【0055】

【表4】

【0056】

図７及び図８はそれぞれ、波長が４７０ｎｍ、５４０ｎｍ、６３０ｎｍ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模式図を示している。図９は、波長が５４０ｎｍ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及びディストーション模式図を示す。図９の像面湾曲Ｓは、サジタル方向の像面湾曲であり、Ｔは、タンジェンシャル方向の像面湾曲である。

【0057】

本実施形態では、前記光学系１０の入射瞳径ＥＮＰＤは、１０．０００ｍｍであり、ＴＴＬは、１８．３８７ｍｍであり、焦点距離ｆは、２３．９０９ｍｍであり、ＴＴＬ／ｆは、０．７６９であり、全視野像高ＩＨは、１９．１５２ｍｍであり、対角線方向の画角ＦＯＶは、１０３．７５°であり、光学系２０は、小体積、最大可視直径が１０．００ｍｍ以上の設計要求を満たし、その軸上、軸外色収差が十分に補正され、かつ優れた光学特性を有する。

【0058】

（第３実施形態）
図１１は、本発明の第３実施形態に係る光学系３０を示す。第３実施形態は、第１実施形態と基本的に同じであり、符号の意味も第１実施形態と同じであり、異なる点のみを以下に示す。

【0059】

本実施形態では、第３レンズ１４は、光軸上において８Ｄ屈折力の位置にある。この状態で、ＲＭＳ ｒａｄｉｕｓ≦８０．００μｍを実現することができる。

【0060】

本実施形態では、光学系３０の８Ｄ屈折力状態における光学ディストーションＤＩＳＴは、条件式ＤＩＳＴ≦４２．３７％を満たし、ディストーションが小さくされることによって、よりリアルなＶＲ環境をユーザに提供することができる。

【0061】

本実施形態では、光学系３０で形成された虚像距離は、１２５ｍｍであり、それは８Ｄ（近視８００度）の人々がメガネを着用しない状況で画像を見ることに適する。

【0062】

表５及び表６には、本発明の第３実施形態に係る光学系３０の設計データを示す。

【0063】

【表5】

【0064】

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

【0065】

【表6】

【0066】

図１２及び図１３はそれぞれ、波長が４７０ｎｍ、５４０ｎｍ、６３０ｎｍの光が第３実施形態の光学系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模式図を示している。図１４は、波長が５４０ｎｍの光が第３実施形態の光学系２０を通過した後の像面湾曲及びディストーション模式図を示す。図１４の像面湾曲Ｓは、サジタル方向の像面湾曲であり、Ｔは、タンジェンシャル方向の像面湾曲である。

【0067】

本実施形態では、前記光学系１０の入射瞳径ＥＮＰＤは、１０．０００ｍｍであり、ＴＴＬは、１８．４０９ｍｍであり、焦点距離ｆは、２２．６３６ｍｍであり、ＴＴＬ／ｆは、０．８１３であり、全視野像高ＩＨは、１９．１５２ｍｍであり、対角線方向の画角ＦＯＶは、１１２．３９°であり、光学系３０は、小体積、最大可視直径が１０．００ｍｍ以上の設計要求を満たし、その軸上、軸外色収差が十分に補正され、かつ優れた光学特性を有する。

【0068】

当業者であれば理解されるように、上記各実施形態が本発明を実現するための具体的な実施形態であり、実際の応用において、本発明の要旨と範囲から逸脱しない限り、形式及び詳細に対する各種の変更は可能である。

【要約】

【課題】本発明は、光学レンズ分野に関し、光学系を開示する。
【解決手段】光学系は、前側から後側へ順に、その後側に貼り付けられた円偏光子を有し、光線を放射するために用いられる映像面と、光軸に沿って前後に移動して前記光学系の屈折力を変更することができ、かつ前側面に部分反射素子が設けられる第３レンズと、第２レンズと、その前側面に複合膜が設けられ、前記複合膜が偏光反射膜及び四分の一波長板を含み、前記偏光反射膜が前記前側面に貼り付けられ、前記四分の一波長板が前記偏光反射膜の前側に貼り付けられる第１レンズと、前記光学系の後側に位置する絞りとを含む。前記光学系の最大可視直径をＶＤとし、前記光学系における各レンズの最大有効半径をＳＤｍａｘとしたとき、条件式ＶＤ≧１０．００ミリメートル、ＳＤｍａｘ≦２２．２５ミリメートルを満たす。
【選択図】図１

【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】