目镜光学系统以及头戴式显示器
技术领域
本发明涉及一种目镜光学系统以及头戴式显示器。
背景技术
例如，在专利文献1中公开有一种具备目镜光学系统的头戴式显示器。就减轻重量的观点而言，此种目镜光学系统优选为薄型。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-49305号公报
发明内容
第1方面的目镜光学系统具备：第1菲涅耳透镜，其在观察物体侧的透镜面形成有第1菲涅耳面；及第2菲涅耳透镜，其配置在比所述第1菲涅耳透镜更靠观察物体侧的位置，且在观察物体侧的透镜面形成有第2菲涅耳面，在所述第1菲涅耳面及所述第2菲涅耳面中的自光轴起至少半径10mm的范围内，在构成所述第1菲涅耳面的多个壁面部及构成所述第2菲涅耳面的多个壁面部中，所述第1菲涅耳面的壁面部相对于光轴的倾斜角大于所述第2菲涅耳面的自光轴侧起算为相同顺序的壁面部相对于光轴的倾斜角。
第2方面的头戴式显示器具备：图像显示部，其可显示图像；及目镜光学系统，其用于观察显示于所述图像显示部的图像，所述目镜光学系统为上述的目镜光学系统。
附图说明
图1是第1实施例的目镜光学系统的透镜构成图。
图2是第1实施例的目镜光学系统的各种像差图。
图3是第1实施例的目镜光学系统的横向像差图。
图4是表示第1实施例的目镜光学系统的菲涅耳面的倾斜角的曲线。
图5是第2实施例的目镜光学系统的透镜构成图。
图6是第2实施例的目镜光学系统的各种像差图。
图7是第2实施例的目镜光学系统的横向像差图。
图8是第3实施例的目镜光学系统的透镜构成图。
图9是第3实施例的目镜光学系统的各种像差图。
图10是第3实施例的目镜光学系统的横向像差图。
图11是第4实施例的目镜光学系统的透镜构成图。
图12是第4实施例的目镜光学系统的各种像差图。
图13是第4实施例的目镜光学系统的横向像差图。
图14是第5实施例的目镜光学系统的透镜构成图。
图15是第5实施例的目镜光学系统的各种像差图。
图16是第5实施例的目镜光学系统的横向像差图。
图17是第6实施例的目镜光学系统的透镜构成图。
图18是第6实施例的目镜光学系统的各种像差图。
图19是第6实施例的目镜光学系统的横向像差图。
图20的(A)是表示菲涅耳面的一例的示意图，(B)是用于说明菲涅耳面的纵横比及倾斜角的示意图。
图21是头戴式显示器的外观图。
具体实施方式
以下，参照附图对本实施方式的目镜光学系统以及头戴式显示器进行说明。如图1所示，作为本实施方式的目镜光学系统EL的一例的目镜光学系统EL(1)构成为具备在观察物体侧的透镜面形成有第1菲涅耳面Fsa的第1菲涅耳透镜(第1透镜L1)、及配置在比第1菲涅耳透镜更靠观察物体侧的位置且在观察物体侧的透镜面形成有第2菲涅耳面FSb的第2菲涅耳透镜(第2透镜L2)。在第1菲涅耳面FSa及第2菲涅耳面FSb中的自光轴起至少半径10mm的范围内，在构成第1菲涅耳面FSa的多个壁面部及构成第2菲涅耳面FSb的多个壁面部中，第1菲涅耳面FSa的壁面部相对于光轴的倾斜角大于第2菲涅耳面FSb的自光轴侧起算为相同顺序的壁面部相对于光轴的倾斜角。由此，可获得虽为薄型，但具有较广的视场角，像散等各种像差得到良好校正的目镜光学系统。并且，亦可减少各菲涅耳面的壁面部中的光线的折射或反射。此外，亦可在第1菲涅耳面FSa及第2菲涅耳面FSb中的整体的(有效径的)范围内，使第1菲涅耳面FSa的壁面部相对于光轴的倾斜角大于第2菲涅耳面FSb的自光轴侧起算为相同顺序的壁面部相对于光轴的倾斜角。并且，在自光轴起至少半径10mm的范围内，亦可使第1菲涅耳面FSa的全部壁面部相对于光轴的倾斜角大于第2菲涅耳面FSb的任一壁面部相对于光轴的倾斜角。
本实施方式的目镜光学系统EL可用于观察作为观察物体的例如由图像显示部11显示的图像。本实施方式的目镜光学系统EL可为图5所示的目镜光学系统EL(2)，亦可为图8所示的目镜光学系统EL(3)，亦可为图11所示的目镜光学系统EL(4)，亦可为图14所示的目镜光学系统EL(5)，亦可为图17所示的目镜光学系统EL(6)。
此外，本实施方式中的各菲涅耳面FSa、FSb是通过使光折射而改变光的行进方向的面。例如，如图20的(A)所示，各菲涅耳面FSa、FSb形成为剖面视时呈锯齿形状的环带状。各菲涅耳面FSa、FSb的菲涅耳台阶的间距在菲涅耳透镜中的半径方向的每个位置不同。在各菲涅耳面FSa、FSb的壁面部FW中，有相对于光轴倾斜的壁面部FW，各菲涅耳面FSa、FSb的壁面部FW相对于光轴的倾斜角在菲涅耳透镜中的半径方向的每个位置不同。此处，如图20的(B)所示，将菲涅耳面的切线与光轴所成的角设为α，将由θ＝90°－α所表示的角度设为切线角θ。在本说明书中，基于该切线角θ，将由|b/a|＝|tanθ|所表示之比定义为各菲涅耳面的菲涅耳台阶的纵横比。并且，将各菲涅耳面的壁面部相对于光轴的倾斜角设为Φ1、Φ2，将第1菲涅耳面FSa及第2菲涅耳面FSb中的既定范围内(例如自光轴起至少半径10mm的范围内、或整体的(有效径的)范围内)的倾斜角的最大值设为Φ1mx、Φ2mx，将倾斜角的平均值设为Φ1av、Φ2av。此外，菲涅耳面可形成为球面形状，亦可形成为非球面形状，亦可形成为剖面视直线形状。
在本实施方式的目镜光学系统EL中，优选为在第1菲涅耳面FSa及第2菲涅耳面FSb中的自光轴起至少半径10mm的范围内，满足以下的条件式(1)。
2.5≤Φ1mx/Φ2mx···(1)
其中，Φ1mx：第1菲涅耳面FSa的壁面部相对于光轴的倾斜角的最大值，
Φ2mx：第2菲涅耳面FSb的壁面部相对于光轴的倾斜角的最大值。
条件式(1)是针对第1菲涅耳面FSa的壁面部相对于光轴的倾斜角的最大值、与第2菲涅耳面FSb的壁面部相对于光轴的倾斜角的最大值之比，规定适当的范围的条件式。通过满足条件式(1)，第1菲涅耳面FSa的壁面部的倾斜角相对变大，因此可防止通过第1菲涅耳面Fsa的光通过第1菲涅耳面FSa的壁面部，可减少眩光。
若条件式(1)的对应值低于下限值，则第1菲涅耳面FSa的壁面部的倾斜角相对变小，因此难以减少眩光。为了可靠地实现本实施方式的效果，亦可将条件式(1)的下限值设为优选为3.8。并且，亦可将条件式(1)的上限值设为优选为20.0以下。在第1菲涅耳面FSa及第2菲涅耳面FSb中的整体的(有效径的)范围内，可满足条件式(1)。
在本实施方式的目镜光学系统EL中，优选为在第1菲涅耳面FSa及第2菲涅耳面FSb中的自光轴起至少半径10mm的范围内，满足以下的条件式(2)。
2.5≤Φ1av/Φ2av···(2)
其中，Φ1av：第1菲涅耳面FSa的壁面部相对于光轴的倾斜角的平均值，
Φ2av：第2菲涅耳面FSb的壁面部相对于光轴的倾斜角的平均值。
条件式(2)是针对第1菲涅耳面FSa的壁面部相对于光轴的倾斜角的平均值、与第2菲涅耳面FSb的壁面部相对于光轴的倾斜角的平均值之比，规定适当的范围的条件式。通过满足条件式(2)，第1菲涅耳面FSa的壁面部的倾斜角相对变大，因此可防止通过第1菲涅耳面Fsa的光通过第1菲涅耳面FSa的壁面部，可减少眩光。
若条件式(2)的对应值低于下限值，则第1菲涅耳面FSa的壁面部的倾斜角相对变小，因此难以减少眩光。为了可靠地实现本实施方式的效果，可将条件式(2)的下限值设为优选为3.8。并且，亦可将条件式(2)的上限值设为优选为15.0以下。在第1菲涅耳面FSa及第2菲涅耳面FSb中的整体的(有效径的)范围内，可满足条件式(2)。
在本实施方式的目镜光学系统EL中，优选为满足以下的条件式(3)。
0.3≤fR1/fR2≤1.5 ···(3)
其中，fR1：第1菲涅耳透镜的焦距，
fR2：第2菲涅耳透镜的焦距。
条件式(3)是针对第1菲涅耳透镜与第2菲涅耳透镜的焦距之比规定适当的范围的条件式。通过满足条件式(3)，可使配置在靠近视点EP侧的位置的第1菲涅耳透镜具有较强的光学倍率(power)(屈光力)，可良好地校正像散或彗形像差等各种像差。
若条件式(3)的对应值低于下限值，则第1菲涅耳透镜的光学倍率相对变得过强，难以校正像散或彗形像差等。为了可靠地实现本实施方式的效果，可将条件式(3)的下限值设为优选为0.4。若条件式(3)的对应值超过上限值，则第1菲涅耳透镜的光学倍率相对变弱，难以校正像散或彗形像差等。为了可靠地实现本实施方式的效果，可将条件式(3)的上限值设为优选为1.2。
在本实施方式的目镜光学系统EL中，优选为满足以下的条件式(4)。
0＜AS1≤1.4 ···(4)
其中，AS1：第1菲涅耳面FSa的菲涅耳台阶的纵横比的最大值。
条件式(4)是针对第1菲涅耳面FSa的菲涅耳台阶的纵横比的最大值规定适当的范围的条件式。若条件式(4)的对应值超过上限值，则第1菲涅耳面FSa的菲涅耳台阶的纵横比的最大值变得过大，难以制造具备第1菲涅耳透镜的目镜光学系统EL。为了可靠地实现本实施方式的效果，可将条件式(4)的上限值设为优选为1.1。
在本实施方式的目镜光学系统EL中，优选为满足以下的条件式(5)。
0＜AS2≤1.7 ···(5)
其中，AS2：第2菲涅耳面FSb的菲涅耳台阶的纵横比的最大值。
条件式(5)是针对第2菲涅耳面FSb的菲涅耳台阶的纵横比的最大值规定适当的范围的条件式。若条件式(5)的对应值超过上限值，则第2菲涅耳面FSb的菲涅耳台阶的纵横比的最大值变得过大，难以制造具备第2菲涅耳透镜的目镜光学系统EL。为了可靠地实现本实施方式的效果，可将条件式(5)的上限值设为优选为1.4。
在本实施方式的目镜光学系统EL中，优选为满足以下的条件式(6)。
2.0≤(2×ω)/TL ···(6)
其中，ω：目镜光学系统EL的视场角，
TL：目镜光学系统EL的总长。
条件式(6)是针对目镜光学系统EL的视场角与总长之比规定适当的范围的条件式。通过满足条件式(6)，可实现总长较短且视场角较广的目镜光学系统EL。若条件式(6)的对应值低于下限值，则难以缩短目镜光学系统EL的总长且扩大视场角。为了可靠地实现本实施方式的效果，可将条件式(6)的下限值设为优选为3.0[Deg/mm]。并且，亦可将条件式(6)的上限值设为优选为4.5[Deg/mm]以下。
在本实施方式的目镜光学系统EL中，优选为满足以下的条件式(7)。
0＜X1/TL≤0.80 ···(7)
其中，X1：第1菲涅耳透镜中的视点EP侧的透镜面至观察物体的距离，
TL：目镜光学系统EL的总长。
条件式(7)是针对第1菲涅耳透镜中的视点EP侧的透镜面至观察物体的距离、与目镜光学系统EL的总长之比，规定适当的范围的条件式。通过满足条件式(7)，可实现总长较短且视场角较广的目镜光学系统EL。若条件式(7)的对应值超过上限值，则难以缩短目镜光学系统EL的总长而确保适瞳距。为了可靠地实现本实施方式的效果，可将条件式(7)的上限值设为优选为0.75。
在本实施方式的目镜光学系统EL中，优选为第1菲涅耳透镜的光轴上的厚度为第2菲涅耳透镜的光轴上的厚度以下。由此，第1菲涅耳透镜的光轴上的厚度相对较小，因此可使第1菲涅耳面Fsa靠近视点EP侧，可良好地校正像散或彗形像差等各种像差。
在本实施方式的目镜光学系统EL中，优选为满足以下的条件式(8)。
0＜1－(SG1/TH1)≤0.97···(8)
其中，SG1：第1菲涅耳面FSa的凹陷量的平均值，
TH1：第1菲涅耳透镜的光轴上的厚度。
条件式(8)是针对第1菲涅耳面FSa的凹陷量的平均值、与第1菲涅耳透镜的光轴上的厚度之比，规定适当的范围的条件式。通过满足条件式(8)，第1菲涅耳面FSa的凹陷量变大，可减少第1菲涅耳面Fsa中的环带的数量，因此可减少第1菲涅耳面FSa的不连续部、壁面部、前端部等所引起的眩光。若条件式(8)的对应值超过上限值，则第1菲涅耳面FSa的凹陷量变小，难以减少眩光。为了可靠地实现本实施方式的效果，可将条件式(8)的上限值设为优选为0.95。
在本实施方式的目镜光学系统EL中，优选为满足以下的条件式(9)。
0＜1－(SG2/TH2)≤0.97···(9)
其中，SG2：第2菲涅耳面FSb的凹陷量的平均值，
TH2：第2菲涅耳透镜的光轴上的厚度。
条件式(9)是针对第2菲涅耳面FSb的凹陷量的平均值、与第2菲涅耳透镜的光轴上的厚度之比，规定适当的范围的条件式。通过满足条件式(9)，第2菲涅耳面FSb的凹陷量变大，可减少第2菲涅耳面FSb中的环带的数量，因此可减少第2菲涅耳面FSb的不连续部、壁面部、前端部等所引起的眩光。若条件式(9)的对应值超过上限值，则第2菲涅耳面FSb的凹陷量变小，难以减少眩光。为了可靠地实现本实施方式的效果，可将条件式(9)的上限值设为优选为0.95。
在本实施方式的目镜光学系统EL中，优选为第1菲涅耳透镜及第2菲涅耳透镜具有正屈光力。由此，可良好地校正像差，并且扩大目镜光学系统EL的视场角且缩短总长。
在本实施方式的目镜光学系统EL中，优选为第1菲涅耳透镜中的视点EP侧的透镜面为平面，第2菲涅耳透镜中的视点EP侧的透镜面为平面或非球面。由此可良好地校正像差，并且可扩大目镜光学系统EL的视场角且缩短总长。
本实施方式的目镜光学系统EL优选为由第1菲涅耳透镜、第2菲涅耳透镜、及具有非球面的非球面透镜构成，且非球面透镜配置在比第2菲涅耳透镜更靠像侧的位置，或者配置在第1菲涅耳透镜与第2菲涅耳透镜之间。由此，可良好地校正像差，并且扩大目镜光学系统EL的视场角且缩短总长。
本实施方式的头戴式显示器构成为具备上述的构成的目镜光学系统。作为其具体例，基于图21对具备上述目镜光学系统EL的头戴式显示器进行说明。图21所示的头戴式显示器1以固定于使用者的头部的状态使用。头戴式显示器1构成为具有图像显示部11、目镜光学系统EL(在图21中未图示)、及收容它们的壳体12。并且，在壳体12的左右侧部配设扬声器14，该扬声器14用于对用户提供声音信息。并且，在壳体12的后部安装带16，该带16用于将壳体12固定于使用者的头部。
图像显示部11及目镜光学系统EL构成为以将壳体12固定于使用者的头部的状态，与使用者的眼对置地配置。图像显示部11省略详细的图标，例如使用液晶显示元件等而构成。并且，目镜光学系统EL与用户的两眼对应地设置2组。在此种头戴式显示器1中，若图像显示部11显示既定的图像，则来自图像显示部11的光透过目镜光学系统EL而到达至用户的眼。由此，用户可经由目镜光学系统EL观察由图像显示部11显示的图像。根据以上的构成，通过搭载目镜光学系统EL，可获得虽为薄型，但具有较广的视场角，像散等各种像差得到良好校正的头戴式显示器。
此外，图像显示部11所显示的图像可为静态图像亦可为动态图像。并且，图像显示部11可构成为分别显示右眼用的视差图像及左眼用的视差图像，用户经由目镜光学系统EL观察该视差图像，由此识别为立体图像。并且，图像显示部11并不限定于与壳体12一体地设置的构成。例如，亦可为以下的构成，即，将与壳体分体地设置且可显示图像的便携终端等作为图像显示部安装于壳体而使用。
[实施例]
以下，基于附图对本申请的各实施例进行说明。在图1、图5、图8、图11、图14、及图17中表示第1～第6实施例的目镜光学系统EL{EL(1)～EL(6)}的透镜构成及屈光力分配。
在这些图1、图5、图8、图11、图14、及图17中，通过符号L与数字(或字母)的组合，分别表示各透镜。此时，为了防止符号、数字的种类及数量变多而复杂化，对每个实施例分别独立地使用符号与数字的组合而表示透镜组等。因此，即便在实施例间使用相同的符号与数字的组合，亦并非表示相同的构成。
以下表示表1～表6，其中，表1是表示第1实施例中的规格值的表，表2是表示第2实施例中的规格值的表，表3是表示第3实施例中的规格值的表，表4是表示第4实施例中的规格值的表，表5是表示第5实施例中的规格值的表，表6是表示第6实施例中的规格值的表。在各实施例中，作为像差特性的计算对象，选择出d线(波长λ＝587.6nm)、e线(波长λ＝546.1nm)、g线(波长λ＝435.8nm)、C线(波长λ＝656.3nm)、F线(波长λ＝486.1nm)。
在各表的[规格数据]中，f表示目镜光学系统的焦距，fR1表示第1菲涅耳透镜的焦距，fR2表示第2菲涅耳透镜的焦距，fAS表示非球面透镜的焦距。并且，在[规格数据]中，ω表示视场角(单位为“°”)，ER表示适瞳距，X1表示第1菲涅耳透镜中的视点侧的透镜面至图像显示部(观察物体)的距离，TL表示目镜光学系统的总长(视点至图像显示部(观察物体)的距离)。在[透镜数据]中，面序号表示自视点侧起算的各透镜面的序号，R表示各透镜面的曲率半径，D表示各透镜面的间隔，nd表示对于d线(波长λ＝587.6nm)的折射率，νd表示对于d线(波长λ＝587.6nm)的阿贝数。此外，第1列(面序号)的右侧所标附的*a表示其透镜面为非球面。第1列(面序号)的右侧所标附的*b表示其透镜面为非球面形状的菲涅耳面。曲率半径的“∞”表示平面或开口，且省略空气的折射率nd＝1.0000的记载。
关于[非球面数据]中所示的非球面系数，在将与光轴垂直的方向的高度(环带位置)设为y，将光轴方向的凹陷量设为X(y)，将基准球面的曲率半径(近轴曲率半径)设为r，将锥形常数设为κ，将n次(n＝2、4、6、8、10、12、14、16、18、20)的非球面系数设为An时，由下式(A)表示。此外，二次非球面系数A2为0，且省略其记载。“E-n”表示“×10-n”。例如，“1.234E-05”表示“1.234×10-5”。
X(y)＝(y2/r)/{1+(1－(1+κ)×y2/r2)1/2}
+A4×y4+A6×y6+A8×y8+A10×y10+A12×y12
+A14×y14+A16×y16+A18×y18+A20×y20…(A)
在[菲涅耳面数据]中，Φ1mx表示第1菲涅耳面的壁面部相对于光轴的倾斜角的最大值，Φ2mx表示第2菲涅耳面的壁面部相对于光轴的倾斜角的最大值，Φ1av表示第1菲涅耳面的壁面部相对于光轴的倾斜角的平均值，Φ2av表示第2菲涅耳面的壁面部相对于光轴的倾斜角的平均值。并且，在[菲涅耳面数据]中，AS1表示第1菲涅耳面的菲涅耳台阶的纵横比的最大值，AS2表示第2菲涅耳面的菲涅耳台阶的纵横比的最大值，SG1表示第1菲涅耳面的凹陷量的平均值，SG2表示第2菲涅耳面的凹陷量的平均值。此外，在[菲涅耳面数据]中，分别表示第1菲涅耳面FSa及第2菲涅耳面FSb中的自光轴起半径10mm的范围内的值、以及第1菲涅耳面FSa及第2菲涅耳面FSb中的整体的(有效径的)范围内的值。在[条件式对应值]中分别表示各条件式的对应值。
此外，以下的全部的规格值中所记载的焦距f、曲率半径R、其他长度的单位一般使用“mm”，但光学系统即便比例放大或比例缩小，亦可获得同等的光学性能，因此并不限定于此。至此为止的表的说明在全部的实施例中通用，以下省略重复的说明。
(第1实施例)
首先，使用图1～图4及表1对本申请的第1实施例进行说明。各实施例的目镜光学系统用作用于观察由图像显示部11显示的图像的目镜光学系统。图1是第1实施例的目镜光学系统EL(1)的透镜构成图。第1实施例的目镜光学系统EL(1)由自视点EP侧起依次排列的具有正屈光力的平凸形状的第1透镜L1、具有正屈光力的平凸形状的第2透镜L2、及具有负屈光力的弯月形状的第3透镜L3构成。
第1透镜L1是在图像显示部11侧(观察物体侧)的透镜面形成有非球面形状的第1菲涅耳面Fsa的第1菲涅耳透镜。第2透镜L2是在图像显示部11侧的透镜面形成有非球面形状的第2菲涅耳面FSb的第2菲涅耳透镜。图4是示意性地表示第1菲涅耳面FSa的壁面部(相对于光轴)的倾斜角Φ1、及第2菲涅耳面FSb的壁面部的倾斜角Φ2的变化的曲线。如图4所示，在第1菲涅耳面FSa及第2菲涅耳面FSb中的整体的(有效径的)范围内，在构成第1菲涅耳面FSa的多个壁面部及构成第2菲涅耳面FSb的多个壁面部中，第1菲涅耳面FSa的壁面部的倾斜角Φ1大于第2菲涅耳面FSb的自光轴侧起算为相同顺序的壁面部的倾斜角Φ2。并且，第1透镜L1(第1菲涅耳透镜)的光轴上的厚度小于第2透镜L2(第2菲涅耳透镜)的光轴上的厚度。第3透镜L3是两侧的透镜面形成为非球面形状的非球面透镜。第3透镜L3配置为凹面朝向图像显示部11侧。
在以下的表1中表示第1实施例中的各规格。
(表1)
[规格数据]
f＝23.75
fR1＝41.06
fR2＝52.36
fAS＝-464.38
ω＝±60°
ER＝10.00
X1＝27.59
TL＝37.59
[透镜数据]
[非球面数据]
第2面
κ＝0.0000
A4＝-3.02E-06，A6＝4.26E-08，A8＝4.40E-12，A10＝-2.29E-14，A12＝3.82E-18
A14＝-1.21E-20，A16＝1.34E-22，A18＝-1.71E-25，A20＝1.54E-29
第4面
κ＝-4.8481
A4＝0.00E+00，A6＝-1.31E-08，A8＝1.49E-11，A10＝-1.72E-14，A12＝-3.05E-17
A14＝2.43E-20，A16＝3.81E-23，A18＝-5.73E-27，A20＝-1.08E-29
第5面
κ＝0.0000
A4＝-3.64E-06，A6＝5.06E-08，A8＝-6.35E-11，A10＝4.79E-14，A12＝-1.06E-16
A14＝1.78E-19，A16＝-1.82E-22，A18＝1.21E-25，A20＝-3.69E-29
第6面
κ＝0.0000
A4＝-1.26E-05，A6＝2.09E-08，A8＝2.53E-12，A10＝2.06E-14，A12＝-9.58E-17
A14＝3.18E-20，A16＝-5.92E-23，A18＝1.08E-26，A20＝1.67E-28
[菲涅耳面数据]
[条件式对应值]
条件式(1)Φ1mx/Φ2mx＝3.9(半径10mm)，2.7(有效径)
条件式(2)Φ1av/Φ2av＝3.9(半径10mm)，3.4(有效径)
条件式(3)fR1/fR2＝0.8
条件式(4)AS1＝0.55
条件式(5)AS2＝0.78
条件式(6)(2×ω)/TL＝3.2
条件式(7)X1/TL＝0.73
条件式(8)1－(SG1/TH1)＝0.70
条件式(9)1－(SG2/TH2)＝0.72
图2是第1实施例的目镜光学系统的各种像差图。图3是第1实施例的目镜光学系统的横向像差图。在各像差图中，d表示d线(波长λ＝587.6nm)，e表示e线(波长λ＝546.1nm)，g表示g线(波长λ＝435.8nm)，C表示C线(波长λ＝656.3nm)，F表示F线(波长λ＝486.1nm)。在像散图中，实线表示弧矢像面，虚线表示子午像面。在横向像差图中，RFH表示像高比(Relative Field Height)。此外，在以下所示的各实施例的像差图中，亦使用与本实施例相同的符号，且省略重复的说明。并且，根据各像差图，可知在第1实施例中，各种像差得到良好校正，具有优异的成像性能。
(第2实施例)
以下，使用图5～图7及表2对本申请的第2实施例进行说明。图5是第2实施例的目镜光学系统EL(2)的透镜构成图。第2实施例的目镜光学系统EL(2)由自视点EP侧起依次排列的具有正屈光力的平凸形状的第1透镜L1、具有正屈光力的两凸形状的第2透镜L2、及具有正屈光力的弯月形状的第3透镜L3构成。
第1透镜L1是在图像显示部11侧(观察物体侧)的透镜面形成有非球面形状的第1菲涅耳面Fsa的第1菲涅耳透镜。第2透镜L2是在图像显示部11侧的透镜面形成有非球面形状的第2菲涅耳面FSb的第2菲涅耳透镜。在第1菲涅耳面FSa及第2菲涅耳面FSb中的整体的(有效径的)范围内，在构成第1菲涅耳面FSa的多个壁面部及构成第2菲涅耳面FSb的多个壁面部中，第1菲涅耳面FSa的壁面部(相对于光轴)的倾斜角Φ1大于第2菲涅耳面FSb的自光轴侧起算为相同顺序的壁面部的倾斜角Φ2。并且，第1透镜L1(第1菲涅耳透镜)的光轴上的厚度小于第2透镜L2(第2菲涅耳透镜)的光轴上的厚度。第3透镜L3是两侧的透镜面形成为非球面形状的非球面透镜。第3透镜L3配置为凹面朝向图像显示部11侧。
在以下的表2中表示第2实施例中的各规格。
(表2)
[规格数据]
f＝21.43
fR1＝38.85
fR2＝47.20
fAS＝5259.46
ω＝±60°
ER＝10.00
X1＝25.00
TL＝35.00
[透镜数据]
[非球面数据]
第2面
κ＝0.0000
A4＝-4.64E-07，A6＝6.19E-08，A8＝-1.98E-11，A10＝-7.69E-14，A12＝7.49E-17
A14＝-2.68E-19，A16＝5.85E-22，A18＝-7.31E-25，A20＝1.26E-27
第3面
κ＝131.6841
A4＝0.00E+00，A6＝8.32E-09，A8＝1.10E-11，A10＝2.56E-16，A12＝1.51E-17
A14＝-9.59E-20，A16＝5.42E-23，A18＝-1.52E-25，A20＝-6.15E-28
第4面
κ＝-2.8009
A4＝0.00E+00，A6＝-8.67E-09，A8＝1.23E-11，A10＝-9.93E-15，A12＝-3.43E-17
A14＝-3.00E-20，A16＝0.00E+00，A18＝0.00E+00，A20＝0.00E+00
第5面
κ＝5.6643
A4＝0.00E+00，A6＝8.80E-08，A8＝-1.01E-10，A10＝-4.09E-14，A12＝0.00E+00
A14＝0.00E+00，A16＝0.00E+00，A18＝0.00E+00，A20＝0.00E+00
第6面
κ＝0.0000
A4＝3.32E-06，A6＝4.74E-08，A8＝-4.93E-11，A10＝9.21E-14，A12＝-1.65E-16
A14＝1.81E-19，A16＝-1.02E-22，A18＝-3.35E-25，A20＝-7.80E-28
[菲涅耳面数据]
[条件式对应值]
条件式(1)Φ1mx/Φ2mx＝7.3(半径10mm)，7.6(有效径)
条件式(2)Φ1av/Φ2av＝5.9(半径10mm)，6.8(有效径)
条件式(3)fR1/fR2＝0.8
条件式(4)AS1＝0.63
条件式(5)AS2＝1.04
条件式(6)(2×ω)/TL＝3.4
条件式(7)X1/TL＝0.71
条件式(8)1－(SG1/TH1)＝0.64
条件式(9)1－(SG2/TH2)＝0.87
图6是第2实施例的目镜光学系统的各种像差图。图7是第2实施例的目镜光学系统的横向像差图。并且，根据各像差图，可知在第2实施例中，各种像差得到良好校正，具有优异的成像性能。
(第3实施例)
以下，使用图8～图10及表3对本申请的第3实施例进行说明。图8是第3实施例的目镜光学系统EL(3)的透镜构成图。第3实施例的目镜光学系统EL(3)由自视点EP侧起依次排列的具有正屈光力的平凸形状的第1透镜L1、具有正屈光力的平凸形状的第2透镜L2、及具有正屈光力的弯月形状的第3透镜L3构成。
第1透镜L1是在图像显示部11侧(观察物体侧)的透镜面形成有非球面形状的第1菲涅耳面Fsa的第1菲涅耳透镜。第2透镜L2是在图像显示部11侧的透镜面形成有非球面形状的第2菲涅耳面FSb的第2菲涅耳透镜。在第1菲涅耳面FSa及第2菲涅耳面FSb中的整体的(有效径的)范围内，在构成第1菲涅耳面FSa的多个壁面部及构成第2菲涅耳面FSb的多个壁面部中，第1菲涅耳面FSa的壁面部(相对于光轴)的倾斜角Φ1大于第2菲涅耳面FSb的自光轴侧起算为相同顺序的壁面部的倾斜角Φ2。并且，第1透镜L1(第1菲涅耳透镜)的光轴上的厚度小于第2透镜L2(第2菲涅耳透镜)的光轴上的厚度。第3透镜L3是两侧的透镜面形成为非球面形状的非球面透镜。第3透镜L3配置为凹面朝向图像显示部11侧。
在以下的表3中表示第3实施例中的各规格。
(表3)
[规格数据]
f＝21.83
fR1＝45.93
fR2＝45.72
fAS＝1697.11
ω＝±60°
ER＝10.00
X1＝25.02
TL＝35.02
[透镜数据]
[非球面数据]
第2面
κ＝0.0000
A4＝-6.48E-06，A6＝5.57E-08，A8＝-2.56E-12，A10＝-1.96E-14，A12＝1.12E-17
A14＝-2.83E-19，A16＝6.60E-22，A18＝-4.59E-25，A20＝2.04E-27
第4面
κ＝-3.0432
A4＝0.00E+00，A6＝-1.36E-08，A8＝1.99E-11，A10＝-6.89E-14，A12＝-6.72E-17
A14＝-1.51E-21，A16＝3.45E-22，A18＝0.00E+00，A20＝0.00E+00
第5面
κ＝0.0000
A4＝-2.98E-06，A6＝7.93E-08，A8＝-1.48E-10，A10＝1.42E-13，A12＝-2.25E-16
A14＝7.13E-19，A16＝-7.41E-22，A18＝3.69E-25，A20＝-1.01E-27
第6面
κ＝0.0000
A4＝-1.24E-05，A6＝4.50E-08，A8＝2.30E-11，A10＝2.93E-14，A12＝-2.78E-16
A14＝9.06E-20，A16＝-1.03E-22，A18＝-1.48E-26，A20＝5.03E-29
[菲涅耳面数据]
[条件式对应值]
条件式(1)Φ1mx/Φ2mx＝4.3(半径10mm)，4.2(有效径)
条件式(2)Φ1av/Φ2av＝4.3(半径10mm)，4.1(有效径)
条件式(3)fR1/fR2＝1.0
条件式(4)AS1＝1.00
条件式(5)AS2＝1.01
条件式(6)(2×ω)/TL＝3.4
条件式(7)X1/TL＝0.71
条件式(8)1－(SG1/TH1)＝0.64
条件式(9)1－(SG2/TH2)＝0.67
图9是第3实施例的目镜光学系统的各种像差图。图10是第3实施例的目镜光学系统的横向像差图。并且，根据各像差图，可知在第3实施例中，各种像差得到良好校正，具有优异的成像性能。
(第4实施例)
以下，使用图11～图13及表4对本申请的第4实施例进行说明。图11是第4实施例的目镜光学系统EL(4)的透镜构成图。第4实施例的目镜光学系统EL(4)由自视点EP侧起依次排列的具有正屈光力的平凸形状的第1透镜L1、具有正屈光力的两凸形状的第2透镜L2、及具有正屈光力的两凸形状的第3透镜L3构成。
第1透镜L1是在图像显示部11侧(观察物体侧)的透镜面形成有非球面形状的第1菲涅耳面FSa的第1菲涅耳透镜。第2透镜L2是两侧的透镜面形成为非球面形状的非球面透镜。第3透镜L3是在图像显示部11侧的透镜面形成有非球面形状的第2菲涅耳面FSb的第2菲涅耳透镜。在第1菲涅耳面FSa及第2菲涅耳面FSb中的整体的(有效径的)范围内，在构成第1菲涅耳面FSa的多个壁面部及构成第2菲涅耳面FSb的多个壁面部中，第1菲涅耳面FSa的壁面部(相对于光轴)的倾斜角Φ1大于第2菲涅耳面FSb的自光轴侧起算为相同顺序的壁面部的倾斜角Φ2。并且，第1透镜L1(第1菲涅耳透镜)的光轴上的厚度小于第3透镜L3(第2菲涅耳透镜)的光轴上的厚度。
在以下的表4中表示第4实施例中的各规格。
(表4)
[规格数据]
f＝22.88
fR1＝41.82
fR2＝88.17
fAS＝96.83
ω＝±55°
ER＝10.00
X1＝27.30
TL＝37.29
[透镜数据]
[非球面数据]
第2面
κ＝0.0000
A4＝-1.14E-05，A6＝5.21E-08，A8＝-8.48E-11，A10＝9.98E-14，A12＝0.00E+00
A14＝0.00E+00，A16＝0.00E+00，A18＝0.00E+00，A20＝0.00E+00
第3面
κ＝0.0000
A4＝7.15E-07，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
κ＝0.0000
A4＝1.80E-05，A6＝-5.08E-08，A8＝2.05E-10，A10＝-7.54E-13，A12＝2.43E-15
A14＝-5.85E-18，A16＝9.73E-21，A18＝-9.48E-24，A20＝4.12E-27
第5面
κ＝0.0000
A4＝-5.31E-06，A6＝8.07E-09，A8＝7.20E-12，A10＝8.05E-15，A12＝0.00E+00
A14＝0.00E+00，A16＝0.00E+00，A18＝0.00E+00，A20＝0.00E+00
第6面
κ＝0.0000
A4＝-1.26E-06，A6＝-3.27E-09，A8＝-1.03E-11，A10＝2.41E-14，A12＝-8.99E-17
A14＝2.24E-19，A16＝-2.88E-22，A18＝3.28E-25，A20＝-1.26E-28
[菲涅耳面数据]
[条件式对应值]
条件式(1)Φ1mx/Φ2mx＝14.4(半径10mm)，15.6(有效径)
条件式(2)Φ1av/Φ2av＝12.1(半径10mm)，28.6(有效径)
条件式(3)fR1/fR2＝0.5
条件式(4)AS1＝0.83
条件式(5)AS2＝0.58
条件式(6)(2×ω)/TL＝2.9
条件式(7)X1/TL＝0.73
条件式(8)1－(SG1/TH1)＝0.60
条件式(9)1－(SG2/TH2)＝0.80
图12是第4实施例的目镜光学系统的各种像差图。图13是第4实施例的目镜光学系统的横向像差图。并且，根据各像差图，可知在第4实施例中，各种像差得到良好校正，具有优异的成像性能。
(第5实施例)
以下，使用图14～图16及表5对本申请的第5实施例进行说明。图14是第5实施例的目镜光学系统EL(5)的透镜构成图。第5实施例的目镜光学系统EL(5)由自视点EP侧起依次排列的具有正屈光力的平凸形状的第1透镜L1、及具有正屈光力的两凸形状的第2透镜L2构成。
第1透镜L1是在图像显示部11侧(观察物体侧)的透镜面形成有非球面形状的第1菲涅耳面Fsa的第1菲涅耳透镜。第2透镜L2是在图像显示部11侧的透镜面形成有非球面形状的第2菲涅耳面FSb的第2菲涅耳透镜。在第1菲涅耳面FSa及第2菲涅耳面FSb中的整体的(有效径的)范围内，在构成第1菲涅耳面FSa的多个壁面部及构成第2菲涅耳面FSb的多个壁面部中，第1菲涅耳面FSa的壁面部(相对于光轴)的倾斜角Φ1大于第2菲涅耳面FSb的自光轴侧起算为相同顺序的壁面部的倾斜角Φ2。并且，第1透镜L1(第1菲涅耳透镜)的光轴上的厚度小于第2透镜L2(第2菲涅耳透镜)的光轴上的厚度。
在以下的表5中表示第5实施例中的各规格。
(表5)
[规格数据]
f＝22.40
fR1＝45.48
fR2＝40.54
ω＝±55°
ER＝10.00
X1＝27.50
TL＝37.50
[透镜数据]
[非球面数据]
第2面
κ＝-0.9038
A4＝0.00E+00，A6＝-1.21E-08，A8＝-9.16E-11，A10＝-2.85E-14，A12＝5.48E-16
A14＝0.00E+00，A16＝0.00E+00，A18＝0.00E+00，A20＝0.00E+00
第3面
κ＝8.0000
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
κ＝-0.9318
A4＝0.00E+00，A6＝2.60E-08，A8＝1.75E-10，A10＝-9.77E-13，A12＝2.57E-16
A14＝4.85E-18，A16＝-6.10E-21，A18＝0.00E+00，A20＝0.00E+00
[菲涅耳面数据]
[条件式对应值]
条件式(1)Φ1mx/Φ2mx＝11.8(半径10mm)，13.8(有效径)
条件式(2)Φ1av/Φ2av＝8.4(半径10mm)，17.5(有效径)
条件式(3)fR1/fR2＝1.1
条件式(4)AS1＝1.06
条件式(5)AS2＝0.64
条件式(6)(2×ω)/TL＝2.9
条件式(7)X1/TL＝0.73
条件式(8)1－(SG1/TH1)＝0.60
条件式(9)1－(SG2/TH2)＝0.94
图15是第5实施例的目镜光学系统的各种像差图。图16是第5实施例的目镜光学系统的横向像差图。并且，根据各像差图，可知在第5实施例中，各种像差得到良好校正，具有优异的成像性能。
(第6实施例)
以下，使用图17～图19及表6对本申请的第6实施例进行说明。图17是第6实施例的目镜光学系统EL(6)的透镜构成图。第6实施例的目镜光学系统EL(6)由自视点EP侧起依次排列的具有正屈光力的平凸形状的第1透镜L1、及具有正屈光力的两凸形状的第2透镜L2构成。
第1透镜L1是在图像显示部11侧(观察物体侧)的透镜面形成有非球面形状的第1菲涅耳面Fsa的第1菲涅耳透镜。第2透镜L2是在图像显示部11侧的透镜面形成有非球面形状的第2菲涅耳面FSb的第2菲涅耳透镜。在第1菲涅耳面FSa及第2菲涅耳面FSb中的整体的(有效径的)范围内，在构成第1菲涅耳面FSa的多个壁面部及构成第2菲涅耳面FSb的多个壁面部中，第1菲涅耳面FSa的壁面部(相对于光轴)的倾斜角Φ1大于第2菲涅耳面FSb的自光轴侧起算为相同顺序的壁面部的倾斜角Φ2。并且，第1透镜L1(第1菲涅耳透镜)的光轴上的厚度小于第2透镜L2(第2菲涅耳透镜)的光轴上的厚度。
在以下的表6中表示第6实施例中的各规格。
(表6)
[规格数据]
f＝23.82
fR1＝44.35
fR2＝49.98
ω＝±55°
ER＝10.00
X1＝26.10
TL＝36.10
[透镜数据]
[非球面数据]
第2面
κ＝-0.8947
A4＝0.00E+00，A6＝-1.03E-08，A8＝-7.80E-11，A10＝-2.51E-15，A12＝7.46E-16
A14＝4.47E-20，A16＝0.00E+00，A18＝0.00E+00，A20＝0.00E+00
第3面
κ＝8.0000
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
κ＝-0.7110
A4＝0.00E+00，A6＝1.41E-08，A8＝3.51E-12，A10＝-1.96E-13，A12＝2.81E-15
A14＝-1.26E-17，A16＝1.50E-20，A18＝0.00E+00，A20＝0.00E+00
[菲涅耳面数据]
[条件式对应值]
条件式(1)Φ1mx/Φ2mx＝5.1(半径10mm)，5.9(有效径)
条件式(2)Φ1av/Φ2av＝4.6(半径10mm)，6.3(有效径)
条件式(3)fR1/fR2＝0.9
条件式(4)AS1＝0.84
条件式(5)AS2＝1.17
条件式(6)(2×ω)/TL＝3.0
条件式(7)X1/TL＝0.72
条件式(8)1－(SG1/TH1)＝0.60
条件式(9)1－(SG2/TH2)＝0.80
图18是第6实施例的目镜光学系统的各种像差图。图19是第6实施例的目镜光学系统的横向像差图。并且，根据各像差图，可知在第6实施例中，各种像差得到良好校正，具有优异的成像性能。
以上，根据各实施例，可实现虽为薄型，但具有较广的视场角，像散等各种像差得到良好校正的目镜光学系统。
此外，以下的内容可在无损本实施方式的光学系统的光学性能的范围内适宜采用。
作为本实施方式的目镜光学系统的数值实施例，示出2片及3片构成的情况，但本申请并不限定于此，亦可构成其他构成(例如4片等)的目镜光学系统。具体而言，亦可为在本实施方式的目镜光学系统的最靠物体侧或最靠像面侧追加透镜或透镜组的构成。
透镜面可以球面或平面形成，亦可以非球面形成。在透镜面为球面或平面时，透镜加工及组装调整变得容易，可防止加工及组装调整的误差导致的光学性能的劣化。
在透镜面为非球面时，非球面可为利用研磨加工形成的非球面、使玻璃在模具中形成为非球面形状的玻璃铸模非球面、在玻璃的表面使树脂形成为非球面形状的复合型非球面中的任一种。并且，透镜面可设为衍射光学面，亦可将透镜设为折射率分布型透镜(GRIN透镜)或塑料透镜。
对于各透镜面，为了减轻眩光或重像而达成对比度较高的光学性能，亦可施加在较广的波长区域内具有较高的透射率的抗反射膜。由此，可减轻眩光或重像，而达成高对比度度较高的光学性能。
【符号说明】
1：头戴式显示器
11：图像显示部(观察物体)
EL：目镜光学系统
L1：第1透镜
L2：第2透镜
L3：第3透镜
EP：视点
FSa：第1菲涅耳面
FSb：第2菲涅耳面
