目鏡透鏡和顯示單元的制作方法
【專利摘要】一種目鏡透鏡包括：具有正折光力的第一透鏡，第一透鏡具有面朝視點側(cè)的凸面；以及具有正折光力的第二透鏡，第二透鏡具有面朝視點側(cè)的凸面。從視點側(cè)依次布置第一和第二透鏡。滿足以下條件表達式，3.0>(h×ω)1/2/E>1.2……(1)，2.3>(L-E)/h>1.5……(2)，其中h是水平端部處的圖像的高度，ω是水平方向上的半視角，E是從視點到第一透鏡的距離，所述距離是出瞳距離，并且L是從視點到圖像的距離。
【專利說明】目鏡透鏡和顯示單元
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年5月23日提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請JP2013-108669的權(quán)益，該曰本優(yōu)先權(quán)專利申請的整體內(nèi)容通過引用被并入于此。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開涉及放大圖像(諸如在圖像顯示裝置上顯示的圖像)的目鏡透鏡,并且涉及適合作為使用這種目鏡透鏡的諸如頭戴式顯示器之類的單元的顯示單元。

【背景技術(shù)】
[0004]作為使用圖像顯示裝置的顯示單元，已知電子取景器、電子雙目鏡(binocular)、頭戴式顯示器等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在頭戴式顯示器中，特別地,期望的是目鏡光學(xué)系統(tǒng)和顯示單元的主體是緊湊的和重量輕的,這是因為顯示單元的主體被戴在一個人的眼睛前面并且被長時間使用。然而，必須允許視角較寬以便產(chǎn)生沉浸的感覺使得用戶被吸引到圖像或圖片。因此,在一些情況下玻璃已經(jīng)被用于目鏡光學(xué)系統(tǒng)。此外,在一些情況下為了校正像差(特別地,色差)已經(jīng)使用具有不同折射率和色散特性的多塊玻璃。在這種情況下，可以實現(xiàn)有利的光學(xué)性能并且在保證廣視角的同時產(chǎn)生高的沉浸感覺。然而，由于玻璃的使用，用戶在他的或她的眼睛前面戴較重的目鏡光學(xué)系統(tǒng)和較重的顯示單元主體。這種目鏡光學(xué)系統(tǒng)和顯示單元的長期使用使得用戶非常累。
[0006]在日本未經(jīng)審查的專利申請公開N0.2005-134867和2009-145909中公開的目鏡光學(xué)系統(tǒng)中的每一個使用多塊玻璃實現(xiàn)廣視角。具有不同折射率和不同色散特性的多塊眼鏡被用來有利地校正各種像差，諸如色差。通過如此呈現(xiàn)清楚的圖像，成功地產(chǎn)生高的沉浸感覺。然而，由于許多塊玻璃的使用，這些目鏡光學(xué)系統(tǒng)非常重。因此,這種目鏡光學(xué)系統(tǒng)的長期使用可能導(dǎo)致?lián)p害^-個人的健康的癥狀,諸如頸或肩的疲勞。此外,許多塊昂貴的玻璃的使用導(dǎo)致高成本。因此，難以以容易擔(dān)負得起的價格將這種目鏡光學(xué)系統(tǒng)提供給顧客。
[0007]在日本未經(jīng)審查的專利申請公開N0.2010-266776中公開的目鏡光學(xué)系統(tǒng)使用許多樹脂透鏡，并且因此它可以被認為是重量輕的。因此，可以認為這種目鏡光學(xué)系統(tǒng)即使被戴較長時間也不損害一個人的健康,并且具有優(yōu)良的穿戴特性?？梢哉J為目鏡光學(xué)系統(tǒng)有利地校正像差，作為光學(xué)系統(tǒng)具有高性能，并且實現(xiàn)圖像的有利的觀看。然而，這種目鏡光學(xué)系統(tǒng)不利于保證廣視角。因此,難以產(chǎn)生高的沉浸感覺。
[0008]因此，期望的是開發(fā)如下的目鏡光學(xué)系統(tǒng),該目鏡光學(xué)系統(tǒng)以低成本被制造，盡可能大地放大圖像顯示裝置上的圖像,通過實現(xiàn)對于頭戴式顯示器重要的廣視角來產(chǎn)生高的沉浸感覺,具有輕重量，具有有利的穿戴特性，并且即使長時間使用也不導(dǎo)致用戶累。還期望的是開發(fā)使用這種目鏡光學(xué)系統(tǒng)的顯示單元。
[0009]期望的是提供能夠在廣視角的情況下放大圖像而且能夠?qū)崿F(xiàn)適合用于諸如頭戴式顯示器之類的單元的性能的目鏡透鏡和顯示單元。
[0010]根據(jù)本公開的一個實施例，提供了一種目鏡透鏡,包括:具有正折光力的第一透鏡，第一透鏡具有面朝視點(eye point)側(cè)的凸面；以及具有正折光力的第二透鏡，第二透鏡具有面朝視點側(cè)的凸面。從視點側(cè)依次布置第一和第二透鏡。滿足以下條件表達式，
[0011]3.0XhX ω)1/2/Ε>1.2......(I)
[0012]2.3>(L-E) /h>l.5......(2)
[0013]其中h是水平端部處的圖像的高度，ω是水平方向上的半視角,E是從視點到第一透鏡的距離，所述距離是出瞳距離(eye relief),并且L是從視點到圖的距離。
[0014]根據(jù)本公開的一個實施例，提供了一種顯示單元,包括:圖像顯示裝置；以及目鏡透鏡，被配置為能夠放大在圖像顯示裝置上顯示的像。所述目鏡透鏡包括:具有正折光力的第一透鏡,第一透鏡具有面朝視點側(cè)的凸面；以及具有正折光力的第二透鏡,第二透鏡具有面朝視點側(cè)的凸面。從視點側(cè)依次布置第^-和第二透鏡。滿足以下條件表達式，
[0015]3.0XhX ω)1/2/Ε>1.2......(I)
[0016]2.3>(L-E) /h>l.5......(2)
[0017]其中h是水平端部處的圖像的高度，ω是水平方向上的半視角,E是從視點到第一透鏡的距離，所述距離是出瞳距離，并且L是從視點到像的距離。
[0018]在根據(jù)本公開的上述實施例的目鏡透鏡和顯示單元中，從視點側(cè)依次布置第一和第二透鏡，并且優(yōu)化各個透鏡的配置。這使得能夠在廣視角的情況下放大圖像。因此，可以實現(xiàn)適合用于諸如頭戴式顯示器之類的單元的性能。
[0019]依據(jù)根據(jù)本公開的上述實施例的目鏡透鏡和顯示單元,從視點側(cè)依次布置第^-和第二透鏡，并且優(yōu)化各個透鏡的配置。因此,能夠在廣視角的情況下放大圖像。因此,可以實現(xiàn)適合用于諸如頭戴式顯示器之類的單元的性能。
[0020]要注意在本說明書中公開的效果僅僅是示例，并且本公開的實施例的效果不限于此。此外,本公開的實施例可以具有額外的效果。
[0021]應(yīng)當(dāng)理解，先前的一般的描述和下面的詳細描述兩者是示例性的，并且意圖提供如權(quán)利要求所述的技術(shù)的進一步說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]附圖被包括以提供本公開的進一步理解，并且被并入本說明書中且構(gòu)成本說明書的一部分。附圖示出了實施例并且和說明書一起用來說明本技術(shù)的原理。
[0023]圖1示出根據(jù)本公開的一個實施例的目鏡透鏡的第一配置示例，并且是與數(shù)值示例I對應(yīng)的透鏡的截面圖。
[0024]圖2是示出與數(shù)值示例I對應(yīng)的目鏡透鏡的各種像差的像差圖。
[0025]圖3示出根據(jù)本公開的實施例的目鏡透鏡的第二配置示例，并且是與數(shù)值示例2對應(yīng)的透鏡的截面圖。
[0026]圖4是示出與數(shù)值示例2對應(yīng)的目鏡透鏡的各種像差的像差圖。
[0027]圖5示出根據(jù)本公開的實施例的目鏡透鏡的第三配置示例，并且是與數(shù)值示例3對應(yīng)的透鏡的截面圖。
[0028]圖6是示出與數(shù)值示例3對應(yīng)的目鏡透鏡的各種像差的像差圖。
[0029]圖7示出根據(jù)本公開的實施例的目鏡透鏡的第四配置示例，并且是與數(shù)值示例4對應(yīng)的透鏡的截面圖。
[0030]圖8是示出與數(shù)值示例4對應(yīng)的目鏡透鏡的各種像差的像差圖。
[0031]圖9示出根據(jù)本公開的實施例的目鏡透鏡的第五配置示例，并且是與數(shù)值示例5對應(yīng)的透鏡的截面圖。
[0032]圖10是示出與數(shù)值示例5對應(yīng)的目鏡透鏡的各種像差的像差圖。
[0033]圖11示出根據(jù)本公開的實施例的目鏡透鏡的第六配置示例，并且是與數(shù)值示例6對應(yīng)的透鏡的截面圖。
[0034]圖12是示出與數(shù)值示例6對應(yīng)的目鏡透鏡的各種像差的像差圖。
[0035]圖13示出根據(jù)本公開的實施例的目鏡透鏡的第七配置示例，并且是與數(shù)值示例7對應(yīng)的透鏡的截面圖。
[0036]圖14是示出與數(shù)值示例7對應(yīng)的目鏡透鏡的各種像差的像差圖。
[0037]圖15示出根據(jù)本公開的實施例的目鏡透鏡的第八配置示例，并且是與數(shù)值示例8對應(yīng)的透鏡的截面圖。
[0038]圖16是示出與數(shù)值示例8對應(yīng)的目鏡透鏡的各種像差的像差圖。
[0039]圖17示出根據(jù)本公開的實施例的目鏡透鏡的第九配置示例，并且是與數(shù)值示例9對應(yīng)的透鏡的截面圖。
[0040]圖18是示出與數(shù)值示例9對應(yīng)的目鏡透鏡的各種像差的像差圖。
[0041]圖19示出根據(jù)本公開的實施例的目鏡透鏡的第卜配置示例，并且是與數(shù)值示例1對應(yīng)的透鏡的截面圖。
[0042]圖20是示出與數(shù)值示例10對應(yīng)的目鏡透鏡的各種像差的像差圖。
[0043]圖21示出根據(jù)本公開的實施例的目鏡透鏡的第十一配置示例，并且是與數(shù)值示例11對應(yīng)的透鏡的截面圖。
[0044]圖22是示出與數(shù)值示例11對應(yīng)的目鏡透鏡的各種像差的像差圖。
[0045]圖23示出根據(jù)本公開的實施例的目鏡透鏡的第十二配置示例，并且是與數(shù)值示例12對應(yīng)的透鏡的截面圖。
[0046]圖24是示出與數(shù)值示例12對應(yīng)的目鏡透鏡的各種像差的像差圖。
[0047]圖25示出根據(jù)本公開的實施例的目鏡透鏡的第十三配置示例，并且是與數(shù)值示例13對應(yīng)的透鏡的截面圖。
[0048]圖26是示出與數(shù)值示例13對應(yīng)的目鏡透鏡的各種像差的像差圖。
[0049]圖27示出根據(jù)本公開的實施例的目鏡透鏡的第十四配置示例，并且是與數(shù)值示例14對應(yīng)的透鏡的截面圖。
[0050]圖28是示出與數(shù)值示例14對應(yīng)的目鏡透鏡的各種像差的像差圖。
[0051]圖29示出根據(jù)本公開的實施例的目鏡透鏡的第十五配置示例，并且是與數(shù)值示例15對應(yīng)的透鏡的截面圖。
[0052]圖30是示出與數(shù)值示例15對應(yīng)的目鏡透鏡的各種像差的像差圖。
[0053]圖31示出根據(jù)本公開的實施例的目鏡透鏡的第十六配置示例，并且是與數(shù)值示例16對應(yīng)的透鏡的截面圖。
[0054]圖32是示出與數(shù)值示例16對應(yīng)的目鏡透鏡的各種像差的像差圖。
[0055]圖33示出根據(jù)本公開的實施例的目鏡透鏡的第十七配置示例，并且是與數(shù)值示例17對應(yīng)的透鏡的截面圖。
[0056]圖34是示出與數(shù)值示例17對應(yīng)的目鏡透鏡的各種像差的像差圖。
[0057]圖35示出根據(jù)本公開的實施例的目鏡透鏡的第十八配置示例，并且是與數(shù)值示例18對應(yīng)的透鏡的截面圖。
[0058]圖36是示出與數(shù)值示例18對應(yīng)的目鏡透鏡的各種像差的像差圖。
[0059]圖37示出根據(jù)本公開的實施例的目鏡透鏡的第十九配置示例，并且是與數(shù)值示例19對應(yīng)的透鏡的截面圖。
[0060]圖38是示出與數(shù)值示例19對應(yīng)的目鏡透鏡的各種像差的像差圖。
[0061]圖39示出根據(jù)本公開的實施例的目鏡透鏡的第二十配置示例，并且是與數(shù)值示例20對應(yīng)的透鏡的截面圖。
[0062]圖40是示出與數(shù)值示例20對應(yīng)的目鏡透鏡的各種像差的像差圖。
[0063]圖41是從正面傾斜地觀看的作為顯示單元的示例的頭戴式顯示器的外觀的透視圖。
[0064]圖42是從背面傾斜地觀看的作為顯示單元的示例的頭戴式顯示器的外觀的透視圖。

【具體實施方式】
[0065]下面將參考附圖詳細描述本公開的實施例。將按以下順序提供描述。
[0066]1、透鏡的基本配置
[0067]2、功能和效果
[0068]3、到顯示單元的應(yīng)用示例
[0069]4、透鏡的數(shù)值示例
[0070]5、其它實施例
[0071][1、透鏡的基本配置]
[0072]圖1示出根據(jù)本公開的一個實施例的目鏡透鏡的第一配置示例。該配置示例對應(yīng)于將在稍后描述的數(shù)值示例I中的透鏡的配置。下面將與圖1中示出的配置示例對應(yīng)地適當(dāng)?shù)孛枋龈鶕?jù)本實施例的目鏡透鏡的配置。然而,本公開的技術(shù)不限于在附圖中示出的配置示例。
[0073]根據(jù)本實施例的目鏡透鏡基本上由兩個透鏡構(gòu)成，這兩個透鏡是沿著光軸Zl從視點E.P.側(cè)依次布置的第一透鏡LI和第二透鏡L2。
[0074]這個目鏡透鏡可以例如適用作為將在稍后描述的顯示單元(諸如頭戴式顯示器200(圖41和42))中的目鏡光學(xué)系統(tǒng)。在這個目鏡透鏡被應(yīng)用于諸如頭戴式顯示器200之類的顯示單元的情況下，這個目鏡透鏡被用于放大圖像顯示裝置100 (諸如如圖1所示的有機EL顯示器和LCD (液晶顯示器))上顯示的圖像。諸如密封玻璃之類的用于保護圖像顯示裝置100的組件可以被布置在圖像顯示裝置100的正表面上。
[0075]視點E.P.對應(yīng)于觀看者的瞳孔的位置,并且也用作孔徑光闌ST0。第一透鏡LI具有正折光力，并且具有面朝視點E.P.側(cè)的凸面。第二透鏡L2具有正折光力，并且具有面朝視點E.P.側(cè)的凸面。
[0076]第一透鏡LI的像側(cè)表面和第二透鏡L2的像側(cè)表面中的每一個可以期望地具有非球面形狀。第一透鏡LI的視點E.P.側(cè)表面可以期望地具有非球面形狀，該非球面形狀具有拐點(inflect1n point) 0第一透鏡LI和第二透鏡1..2中的每一個可以期望地由具有20 X 10_6/°C或更大的線膨脹系數(shù)的材料構(gòu)成。
[0077]除了....t述之外，根據(jù)本實施例的目鏡透鏡還可以期望地滿足將在稍后描述的預(yù)定的條件表達式等。
[0078][2、功能和效果]
[0079]接下來,將描述根據(jù)本實施例的目鏡透鏡的功能和效果。
[0080]根據(jù)本實施例的目鏡透鏡，作為基本配置，更接近于視點E.P.的第一透鏡LI是凸透鏡，其具有面朝視點E.P.側(cè)的凸面。因此,可以保證用于產(chǎn)生高沉浸感覺的廣視角。此夕卜，作為基本配置，更接近于圖像顯示裝置100的第二透鏡L2是凸透鏡，其具有面朝視點E.P.側(cè)的凸面。因此,與第一透鏡LI結(jié)合的第二透鏡L2允許進一步放大圖像。因此,保證廣視角。
[0081]此外,作為優(yōu)選的配置，通過允許第一透鏡LI的像側(cè)表面和第二透鏡L2的像側(cè)表面具有非球面形狀,在少量透鏡的情況下有利地校正像差,特別是彗形像差。此外，即使在一個人的眼睛的位置在觀看期間相對于光軸Zi移動時,例如，即使在觀看位置在橫向或垂直方向上偏移時，圖像顯示裝置100上的圖像也不被千擾(disturb)很多。因此,這種配置有助于保證有利的可見性(visibility)。特別是，第二透鏡L2的像側(cè)表面的非球面形狀允許來自圖像顯示裝置100的光線以不太大的角度進入光學(xué)系統(tǒng)。結(jié)果，防止可能由圖像顯示裝置100中的濾色器引起的色移。因此,這種配置有助于在更少色移的情況下有利地放大圖像或圖片。
[0082]作為優(yōu)選的配置,通過允許第一透鏡LI的視點E.P.側(cè)表面具有含拐點的非球面形狀,可以在一個人的眼睛的位置在觀看期間相對于光軸Zl移動的情況下有利地校正像差的出現(xiàn)。因此,這種配置有助于即使在一個人的眼睛的位置在觀看期間移動時也在沒有使得圖像顯示裝置100上的圖像被千擾很多的情況下保證有利的可見性。
[0083]此外，通過有利地由具有20X 10 7°C的線膨脹系數(shù)的材料構(gòu)成第一透鏡LI和第二透鏡L2中的每一個,可以提供非常輕的目鏡透鏡,其即使在一個人的眼睛前面長時間戴目鏡透鏡的情況下也更少可能導(dǎo)致用戶累，并且較大地放大來自圖像顯示裝置100的圖像并且保證廣視角。
[0084][條件表達式的描述]
[0085]根據(jù)本實施例的目鏡透鏡通過優(yōu)化各個透鏡的配置使得滿足下面的條件表達式中的至少一個(優(yōu)選地，結(jié)合地滿足兩個或更多個)來實現(xiàn)更有利的性能。
[0086]3.0XhX ω)1/2/Ε>1.2......(I)
[0087]在上述條件表達式(I)中，h是水平端部處的圖像的高度(參見圖1) , ω是水平方向上的半視角，并且E是從視點Ε.P.到第一透鏡LI的距離(出瞳距離)(參見圖1)。
[0088]要注意，當(dāng)根據(jù)本實施例的目鏡透鏡被應(yīng)用于顯示單元(諸如將在稍后描述的頭戴式顯示器200 (圖41和42))時，h是圖像顯示裝置100....t顯示的圖像的水平端部處的高度。例如，當(dāng)圖像顯示裝置100具有四邊形的形狀時，圖像的最大高度是對角線端部處的高度h’。水平端部處的高度h具有比對角線端部處的高度h’的值小的值,如圖1所示?？紤]在目鏡透鏡被應(yīng)用于諸如頭戴式顯示器200之類的顯示單元的情況下的可見性，水平端部處的高度h被用在條件表達式中。
[0089]條件表達式(I)示出基于上述基本配置的水平半視角ω和出瞳距離E相對于圖像的水平端部處的高度h的關(guān)系?；旧?要被放大的圖像越大,越易于保證廣視角。此外，視點E.P.和第一透鏡LI之間的距離越短，也越易于保證廣視角。具體地，當(dāng)0ιΧω)1/2/E的值比條件表達式(1)中示出的范圍小時,難以在保持有利的圖像質(zhì)量的同時實現(xiàn)廣視角。這可能例如導(dǎo)致在目鏡透鏡被應(yīng)用于頭戴式顯示器的情況下作為顯示單元的吸引力的損失。當(dāng)0ιΧω)1/2/Ε的值大于條件表達式(I)中示出的范圍時,視點Ε.Ρ.和第^-透鏡LI之間的距離變得過度地短。這可能例如導(dǎo)致在目鏡透鏡被應(yīng)用于頭戴式顯示器的情況F的穿戴特性的劣化。例如,這可能設(shè)定穿戴頭戴式顯示器時的條件。這種條件的示例可以包括當(dāng)觀看者戴眼鏡時頭戴式顯示器是不可穿戴的。
[0090]要注意,條件表達式⑴的數(shù)值范圍可以優(yōu)選地被設(shè)定為以下條件表達式(I)’中的數(shù)值范圍以便在保持更有利的圖像質(zhì)量的同時實現(xiàn)廣視角。
[0091 ] 2.6> (h X ω) 1/2/Ε>1.4......(I)’
[0092]2.3>([廠E)/h>l.5......(2)
[0093]在上述條件表達式(2)中，L是從視點E.P.到像的距離(參見圖1)。
[0094]條件表達式⑵示出基于....t述基本配置的通過從光學(xué)系統(tǒng)的總長度L中減去出瞳距離E的長度獲得的值相對于圖像的水平端部處的高度h的關(guān)系。當(dāng)(L-E)/h的值大于條件表達式(2)中示出的范圍時,從第一透鏡LI的視點E.P.側(cè)表面到圖像顯示裝置100的長度變長。因此,雖然有利地校正像差，但是例如在目鏡透鏡被應(yīng)用于頭戴式顯示器的情況下，頭戴式顯示器變得太長而不能戴在一個人的眼睛前面。因此，這種配置使穿戴特性劣化。此外,在這種配置中，作為重量物的圖像顯示裝置100位于離開一個人的眼睛的位置。因此，導(dǎo)致以一個人的眼睛的位置為起點的力矩,其進一步使穿戴特性劣化。當(dāng)(L-E)/h的值小于條件表達式(2)中示出的范圍時,上述的點被改善并且穿戴特性被改善。然而，相反，變得難以通過光學(xué)系統(tǒng)校正像差，并且因此，光學(xué)性能劣化。結(jié)果，例如，在目鏡透鏡被應(yīng)用于頭戴式顯示器的情況下，難以在清楚的圖像的情況下產(chǎn)生沉浸感覺。
[0095]要注意條件表達式(2)的數(shù)值范圍可以優(yōu)選地被設(shè)定為以下條件表達式(2)’中的數(shù)值范圍以便實現(xiàn)更有利的穿戴特性和高光學(xué)性能。
[0096]2.D(L-E)/h>1.7......(2)，
[0097]3.7>(flXf2)1/2/f>l.4......(3)
[0098]在上述的條件表達式(3)中，f是總焦距，fl是第一透鏡LI的焦距,并且?’2是第二透鏡L2的焦距。
[0099]條件表達式(3)示出第一透鏡LI的焦距Π和第二透鏡L2的焦距f2相對于這個目鏡透鏡的總焦距f的關(guān)系。當(dāng)(flXf2)1/2/f的值大于條件表達式⑶中示出的范圍時,第一透鏡LI和第二透鏡L2中的一個的焦度(power)變得過度地弱。因此,難以維持廣視角。例如，當(dāng)目鏡透鏡被應(yīng)用于頭戴式顯示器時,可以期望的是允許在一些程度上發(fā)生畸變,并且產(chǎn)生屏幕中心附近的聚集狀(aggregat1n-like)狀態(tài)以便產(chǎn)生高分辨率狀的狀態(tài)。當(dāng)(flXf2)1/2/f的值小于條件表達式(3)中示出的范圍時，第一透鏡LI的焦度變得過度地接近于第二透鏡L2的焦度。因此,難以產(chǎn)生屏幕中心附近的聚集狀狀態(tài)并且產(chǎn)生高分辨率狀的狀態(tài)。
[0100]要注意條件表達式(3)的數(shù)值范圍可以優(yōu)選地被設(shè)定為以下條件表達式(3)’中的數(shù)值范圍以便實現(xiàn)更高光學(xué)性能。
[0101]3.3>(flXf2)i/2/f>l.7......(3)，
[0102]40> I (R3+R5) / (R3-R5) |......(4)
[0103]在上述條件表達式(4)中，R3是第一透鏡LI的像側(cè)表面的近軸曲率半徑,并且R5是第二透鏡L2的像側(cè)表面的近軸曲率半徑。
[0104]條件表達式(4)示出第一透鏡LI的像側(cè)表面的近軸曲率半徑R3與第二透鏡L2的像側(cè)表面的近軸曲率半徑R5之間的關(guān)系。通過允許滿足條件表達式(4)，調(diào)節(jié)各種像差，特別是匹茲伐和(Petzval sum),并且校正像散。
[0105]要注意條件表達式(4)的數(shù)值范圍可以優(yōu)選地被設(shè)定為以下條件表達式(4)’中的數(shù)值范圍以便實現(xiàn)更高光學(xué)性能。
[0106]35> I (R3+R5) / (R3-R5) |......⑷，
[0107]1.9>R4/f2>0.4......(5)
[0108]在上述條件表達式(5)中，R4是第二透鏡L2的視點E.P.側(cè)表面的近軸曲率半徑。
[0109]條件表達式(5)示出第二透鏡L2的焦距f2相對于第二透鏡L2的視點E.P.側(cè)表面的近軸曲率半徑R2的關(guān)系。通過允許滿足條件表達式(5),可以在沒有允許第二透鏡L2的焦度如此強的情況下校正像差并且在保證有利的可見性的同時保證廣視角。當(dāng)R4/f2的值大于條件表達式(5)中的上限時,第二透鏡L2的焦度變得過度地強。因此,雖然保證廣視角，但是對于制造誤差的誤差敏感度(error sensitivity)由于強焦度而變得較高,其導(dǎo)致制造特性的劣化。當(dāng)R4/f2的值小于條件表達式(5)中的下限時，第二透鏡L2的焦度變得過度地弱。因此,難以保持廣視角。此外,難以通過允許發(fā)生畸變而在屏幕中產(chǎn)生聚集狀狀態(tài)。
[0110]要注意條件表達式(5)的數(shù)值范圍可以優(yōu)選地被設(shè)定為以下條件表達式(5)，中的數(shù)值范圍以便實現(xiàn)更高光學(xué)性能。
[0111]1.8>R4/f2>0.6......(5)，
[0112]1.0>R2/fl>().1......(6)
[0113]在上述條件表達式(6)中，R2是第一透鏡LI的視點E.P.側(cè)表面的近軸曲率半徑。
[0114]條件表達式(6)不出第一透鏡LI的焦距fl相對于第一透鏡LI的視點E.P.側(cè)表面的近軸曲率半徑的關(guān)系。當(dāng)R2/H的值大于條件表達式(6)的上限時,第一透鏡LI的焦度變得過度地強。因此,對于制造誤差的誤差敏感度變得較高,其導(dǎo)致制造特性的劣化。當(dāng)R2/fl的值小于條件表達式(6)的下限時,第^-透鏡LI的焦度變得過度地弱。因此,難以校正像差。特別地，當(dāng)在觀看期間一個人的眼睛的位置相對于光軸Zl移動時，例如，當(dāng)觀看位置在橫向或垂直方向上偏移時，結(jié)果可見性劣化。
[0115]要注意條件表達式(6)的數(shù)值范圍可以優(yōu)選地被設(shè)定為以下條件表達式00’中的數(shù)值范圍以便實現(xiàn)更高光學(xué)性能。
[0116]0.8>R2/fl>0.19......(6)，
[0117]1.2> (D2+D4) / (D3+D5) >0.2......(7)
[0118]在上述條件表達式(7)中，D2是第一透鏡LI的中心厚度，D3是第一透鏡LI和第二透鏡L2之間的間距，D4是第二透鏡L2的中心厚度,并且D5是第二透鏡L2和像之間的間距。
[0119]條件表達式(7)示出第一透鏡LI和第二透鏡L2之間的間距D3與第二透鏡L2和像之間的間距D5相對于第^-透鏡LI的中心厚度D2與第二透鏡L2的中心厚度D4的關(guān)系，這些間距是空氣透鏡的厚度(D3和D5)。當(dāng)(D2+D4)/(D3+D5)的值大于條件表達式(7)中的上限時,第一透鏡LI的中心厚度D2和第二透鏡L2的中心厚度D4變得過度地厚。結(jié)果，光學(xué)系統(tǒng)的重量增大。由于光學(xué)系統(tǒng)的重量重，因此例如，在目鏡透鏡被應(yīng)用于頭戴式顯不器的情況下，結(jié)果穿戴特性劣化。當(dāng)(D2+D4)/(D3+D5)的值小于條件表達式(7)中的下限時，第一透鏡LI或第二透鏡L2的厚度或兩者變得過度地薄。因此,不允許焦度足夠地強以便保持廣視角。結(jié)果，廣視角和高沉浸感覺劣化。
[0120]要注意條件表達式(7)的數(shù)值范圍可以優(yōu)選地被設(shè)定為以下條件表達式(7)’中的數(shù)值范圍以便實現(xiàn)更高光學(xué)性能。
[0121]1.0> (D2+D4) / (D3+D5) >0.4......(7)，
[0122]如上所述,根據(jù)本實施例,可以以低成本盡可能大地放大圖像顯示裝置100上的圖像。此外,例如,可以實現(xiàn)如下的目鏡光學(xué)系統(tǒng),該目鏡光學(xué)系統(tǒng)重量輕,具有有利的穿戴特性,并且即使長期使用也不使得用戶累,而同時實現(xiàn)廣視角并且創(chuàng)建高沉浸感覺,這例如在目鏡光學(xué)系統(tǒng)被應(yīng)用于諸如頭戴式顯示器之類的單元的情況下是重要的。
[0123][3、到顯示單元的應(yīng)用示例]
[0124]圖41和圖42示出作為根據(jù)本實施例的目鏡透鏡被應(yīng)用到的顯示單元的示例的頭戴式顯示器200的配置示例。頭戴式顯示器200包括主體部201、前額支撐部202、鼻子支撐部203、頭帶204和頭戴耳機(headphone) 205 0前額支撐部202被提供在主體部201的上中部處。鼻子支撐部203被提供在主體部201的下中部處。
[0125]當(dāng)用戶在一個人的頭部處戴頭戴式顯示器200時,前額支撐部202變得與用戶的前額接觸,并且鼻子支撐部203變得與用戶的鼻子接觸。此外，頭帶204變得與用戶的頭的后部接觸。因此，在這個頭戴式顯示器200中單元的重量被分散到整個頭部。因此，可以在減少用戶上的負荷的情況下戴這個頭戴式顯示器200。
[0126]提供用于左耳和右耳的頭戴耳機205。這允許音頻聲音被獨立地提供到一個人的左耳和一個人的右耳。
[0127]主體部201包括用于顯示圖像的電路襯底、光學(xué)系統(tǒng)等。主體部201包括左眼顯示部210L和右眼顯示部210R,如圖42所示。這允許圖像被獨立地提供到一個人的左眼和一個人的右眼。左眼顯示部210L包括用于左眼的圖像顯示裝置100和放大用于左眼的圖像顯示裝置100上顯示的圖像的用于左眼的目鏡光學(xué)系統(tǒng)。右眼顯示部210R包括用于右眼的圖像顯示裝置100和放大用于右眼的圖像顯示裝置100....t顯示的圖像的用于右眼的目鏡光學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)本實施例的目鏡透鏡可應(yīng)用作為上述的用于左眼和右眼的相應(yīng)目鏡光學(xué)系統(tǒng)。
[0128]要注意從未示出的圖像再現(xiàn)單元向圖像顯示裝置100供應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。還可以通過從圖像再現(xiàn)單元供應(yīng)三維圖像數(shù)據(jù)并且在左眼顯示部210L和右眼顯示部210R上顯示具有視差的圖像來執(zhí)行三維顯示。
[0129]要注意，雖然上面已經(jīng)描述了其中顯示單元被應(yīng)用于頭戴式顯示器200的示例，但是根據(jù)本實施例的顯示單元的應(yīng)用的范圍不限于頭戴式顯示器200。根據(jù)本實施例的顯示單元可應(yīng)用于諸如電子雙目鏡和照相機中的電子取景器之類的單元。
[0130]此外,根據(jù)本實施例的目鏡透鏡不限于被用于放大在圖像顯示裝置100上顯示的圖像,并且還可應(yīng)用于諸如放大由物鏡透鏡形成的光學(xué)像的那些之類的觀看單元。
[0131]示例
[0132][4、透鏡的數(shù)值示例]
[0133]接下來,將描述根據(jù)本實施例的目鏡透鏡的具體的數(shù)值示例。
[0134]下面表和描述中的符號等表示以下。“Si”表示第i個表面的編號,其中I附于視點E.P.，并且該編號隨著相關(guān)的表面更接近于像側(cè)而依次變大?！癛i”表示第i個表面的曲率半徑(臟)?！癉i”表不第i個表面和第(i+Ι)個表面之間的光軸上的間距(mm)?！癗di”表示具有第i個表面的光學(xué)組件的材料(介質(zhì))的d線(具有587.6nm的波長)的折射率的值?！?V di”表示具有第i個表面的光學(xué)組件的材料的相對于d線的阿貝數(shù)(Abbe number)的值。具有的曲率半徑的表面是平坦表面或孔徑表面(孔徑光闌ST0)。
[0135]非球面表面的形狀由以下表達式表示。在示出非球面表面系數(shù)的后面描述的各個表中，例如，“E-1”表示具有10為底的指數(shù)表示，即，“1(產(chǎn)。舉例來說，“0.12345E-05”表示 “0.12345 X 1(Γ5”。
[0136][非球面表面的表達式]
[0137]Z = (Y2ZR) / [1+ {I— (1+K) (Y2/R2)}1/2] + Σ Ai * Yi
[0138]在上述的表達式中,Z是非球面表面的深度,Y是距離光軸的高度,R是近軸曲率半徑，K是圓錐常數(shù),并且Ai是第i次(order)的非球面表面系數(shù)(i是3或更大的整數(shù))。
[0139][各個數(shù)值示例共有的配置]
[0140]根據(jù)下面各個數(shù)值示例的目鏡透鏡中的任意一個具有滿足透鏡的上述的基本配置的配置。此外,第一透鏡LI和第二透鏡L2的各個透鏡表面是非球面的。
[0141][數(shù)值示例I]
[0142]表I和2示出與根據(jù)圖1中示出的第一配置示例的目鏡透鏡I對應(yīng)的具體的透鏡數(shù)據(jù)。特別地，表I示出其基本透鏡數(shù)據(jù)，并且表2示出與非球面表面有關(guān)的數(shù)據(jù)。圖2示出作為根據(jù)該數(shù)值示例I的目鏡透鏡1.的各種像差的球面像差、像散和畸變。每個像差是通過跟蹤來自視點E.P.側(cè)的光線而獲得的。在每個像差圖中，實線表示545nm的波長處的像差，點劃線表示460nm的波長處的像差，虛線表示620nm的波長處的像差。在像散圖中,X表示弧矢方向上的像差，并且Y表示子午方向上的像差。同樣適用于稍后將描述的數(shù)值示例2-20中的像差圖。
[0143][表 I]

【權(quán)利要求】
1.一種目鏡透鏡,包括: 具有正折光力的第^-透鏡，第一透鏡具有面朝視點側(cè)的凸面?’以及 具有正折光力的第二透鏡，第二透鏡具有面朝視點側(cè)的凸面， 從視點側(cè)依次布置第一透鏡和第二透鏡，用于放大像,其中 滿足以下條件表達式， 3.0XhX ω)1/2/Ε>1.2......(I)
2.3> (L-E) /h>l.5......(2) 其中h是水平端部處的像的高度， ω是水平方向上的半視角， E是從視點到第一透鏡的距離,所述距離是出瞳距離，并且 L是從視點到像的距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目鏡透鏡，其中滿足以下條件表達式，
3.7>(f.lXf.2)1/2/f.>l.4......(3) 其中f是總焦距， Π是第一透鏡的焦距，以及 Γ2是第二透鏡的焦距。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目鏡透鏡,其中滿足以下條件表達式，
40> I (R3+R5) / (R3-R5) |......(4) 其中R3是第一透鏡的像側(cè)表面的近軸曲率半徑，以及 R5是第二透鏡的像側(cè)表面的近軸曲率半徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目鏡透鏡,其中滿足以下條件表達式， 1.9>R4/f2>0.4......(5) 其中R4是第二透鏡的視點側(cè)表面的近軸曲率半徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目鏡透鏡,其中滿足以下條件表達式，
1.0>R2/fl>().1......(6) 其中R2是第一透鏡的視點側(cè)表面的近軸曲率半徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目鏡透鏡,其中滿足以下條件表達式，其中
1.2> (D2+D4) / (D3+D5) >0.2......(7) 其中1)2是第一透鏡的中心厚度， D3是第一透鏡和第二透鏡之間的間距， D4是第二透鏡的中心厚度，以及 D5是第二透鏡和像之間的間距。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目鏡透鏡，其中第一透鏡的像側(cè)表面和第二透鏡的像側(cè)表面中的每一個具有非球面形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目鏡透鏡，其中第一透鏡的視點側(cè)表面具有非球面形狀，該非球面形狀具有拐點。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的目鏡透鏡，其中第一透鏡和第二透鏡中的每一個由具有20 X 10_6/°C或更大的線膨脹系數(shù)的材料構(gòu)成。
10.一種顯示單元,包括: 圖像顯示裝置；以及 目鏡透鏡，被配置為能夠放大在圖像顯示裝置--1顯示的像， 所述目鏡透鏡包括 具有正折光力的第一透鏡，第一透鏡具有面朝視點側(cè)的凸面，以及具有正折光力的第二透鏡,第二透鏡具有面朝視點側(cè)的凸面，從視點側(cè)依次布置第--透鏡和第二透鏡，其中滿足以下條件表達式， .3.0XhX ω)1/2/Ε>1.2......(I) . 2.3> (L-E) /h>l.5......(2) 其中h是水平端部處的像的高度， ω是水平方問上的半視角， E是從視點到第一透鏡的距離，所述距離是出瞳距離，并且L是從視點到像的距離。
【文檔編號】G02B25/00GK104181689SQ201410206560
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月23日
【發(fā)明者】岡野英曉 申請人:索尼公司