光学系统的制作方法

本发明涉及对像(例如显示于图像显示元件的图像)进行放大的光学系统。

背景技术：

1、作为使用图像显示元件的显示装置，已知有电子取景器、电子双筒望远镜以及头戴式显示器等。

2、在这样的显示装置中，需要尽可能地缩短图像显示元件与眼睛之间的距离。由于搭载于该显示装置的光学系统收纳于有限的空间内，因此难以去除各像差，其修正的范围也有限。因此，有效利用眼睛的生理光学特性而相互补充在该光学系统的设计中变得重要。

3、视力依赖于感光细胞的锥体的密度，眼睛具有在黄斑部中心凹，即瞳孔的中心附近形成清晰图像的特性。通过缩小瞳孔，焦点深度变深，球面像差和彗差的影响减轻，因此，即使这些像差和折射修正存在过度或不足，也能够减轻对模糊的灵敏度。另外，通过利用从周边入射的光线的灵敏度比穿过瞳孔中心部的光线的灵敏度低的现象、即所谓的stiles-crawford效应，能够减轻球面像差、彗差以及色像差的影响。通过维持该状态，也逐渐产生习惯，因此也能够减轻畸变等的影响。

4、此外，对于搭载于这样的显示装置的光学系统，大多在要求小型化的同时要求高光量效率。在此，光量效率是指将图像显示元件的显示面的光量设为100％时到达眼睛(光瞳面)的光量的比例。

5、作为以往的光学系统，例如已知有以下的专利文献1所记载的光学系统。在专利文献1中，公开了具备具有2个半透射面的部分光学系统和具有光焦度的折射光学元件的光学系统。

6、即使想要通过专利文献1中记载的光学系统实现小型化和光量效率的改善，也难以由于2个半透射面改善光量效率，无法得到良好的光学性能。

7、专利文献1：日本专利第3441188号公报

技术实现思路

1、本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种平衡良好地满足小型化及光量效率的改善要求，并且具备良好地修正各像差的高分辨率的光学系统。

2、本发明的光学系统从光瞳面侧朝向显示面侧依次具有第一反射偏光板；第一透镜，其具有正的光焦度；半透半反镜；第二透镜，其具有正的光焦度；第2反射偏光板，并且具有第一1/4波长板，其配置在光瞳面与半透半反镜之间；以及第二1/4波长板，其配置在半透半反镜与显示面之间。第二透镜在近轴处光瞳面侧为凸面。另外，在本说明书中，透镜的面的凸面、凹面、平面是指近轴处的形状，只要没有特别提及，光焦度是指近轴处的光焦度。

3、反射偏光板反射具有某偏光方向的直线偏光，并透射具有与其正交的偏光方向的直线偏光。

4、1/4波长板通过使偏光的相位延迟1/4λ，将直线偏光转换为圆偏光，将圆偏光转换为直线偏光。

5、第一透镜具有正的光焦度，从而抑制球面像差、像散、像面弯曲、畸变。

6、半透半反镜使50％的光线透射，将剩余50％的光线反射。

7、第二透镜具有正的光焦度，从而良好地修正球面像差、彗差、像散、像面弯曲、畸变。

8、在本发明的光学系统中，第一反射偏光板、具有正的光焦度的第一透镜和第一1/4波长板构成光瞳侧的元件组，第二1/4波长板、具有正的光焦度的第二透镜和第二反射偏光板构成显示面侧的元件组。这些光瞳侧的元件组和显示面侧的元件组以半透半反镜的半透射面为中心大致对称地配置，因此通过使由半透半反镜反射的光和透射的光这两种光最终重合，能够实现光学系统的小型化并且实现光量效率的提高。

9、在上述结构的光学系统中，优选第一透镜在近轴处光瞳面侧为凸面。

10、通过将第一透镜的光瞳面侧的面在近轴处设为凸面，能够良好地修正球面像差、像散、像面弯曲、畸变。

11、另外，在上述结构的光学系统中，优选第一透镜在近轴处显示面侧为凸面。

12、通过将第一透镜的显示面侧的面在近轴处设为凸面，能够良好地修正像散、像面弯曲、畸变。

13、在上述结构的光学系统中，优选第二透镜在近轴处显示面侧为凸面。

14、通过将第二透镜的显示面侧的面在近轴处设为凸面，能够良好地修正彗差、像散、像面弯曲、畸变。

15、上述结构的光学系统优选满足以下的条件式(1)。

16、(1)-3.2＜r1/r2＜-0.9

17、其中，r1是第一透镜的光瞳面侧的面的近轴曲率半径，r2是第一透镜的显示面侧的面的近轴曲率半径。

18、通过满足条件式(1)的范围，能够良好地修正球面像差、像散、像面弯曲、畸变。

19、上述结构的光学系统优选满足以下的条件式(2)。

20、(2)1.5<(t1/f1)×100<7.0

21、其中，t1是从第一透镜的显示面侧的面至第二透镜的光瞳面侧的面为止的光轴上的距离，f1是第一透镜的焦距。

22、通过满足条件式(2)的范围，能够实现薄型化，并且能够良好地修正球面像差、像散、像面弯曲、畸变。

23、上述结构的光学系统优选满足以下的条件式(3)。

24、(3)2.0＜f1/f＜6.5

25、其中，f1是第一透镜的焦距，f是整个光学系统的焦距。

26、通过满足条件式(3)的范围，能够良好地修正球面像差、像散、像面弯曲、畸变。

27、上述结构的光学系统优选满足以下的条件式(4)。

28、(4)0.5＜f1/f2＜1.5

29、其中，f1是第一透镜的焦距，f2是第二透镜的焦距。

30、通过满足条件式(4)的范围，能够良好地修正球面像差、彗差、像散、像面弯曲、畸变。

31、上述结构的光学系统优选满足以下的条件式(5)。

32、(5)-1.5＜r1/r4＜-0.5

33、其中，r1是第一透镜的光瞳面侧的面的近轴曲率半径，r4是第二透镜的显示面侧的面的近轴曲率半径。

34、通过满足条件式(5)的范围，能够良好地修正球面像差、彗差、像散、像面弯曲、畸变。

35、上述结构的光学系统优选满足以下的条件式(6)。

36、(6)-79<r2/hm1<-20

37、其中，r2是第一透镜的显示面侧的面的近轴曲率半径，hm1是从第一透镜的显示面侧的面到半透半反镜的光瞳面侧的面为止的光轴上的距离。

38、通过满足条件式(6)的范围，能够实现薄型化，并且能够良好地修正像散、像面弯曲、畸变。

39、上述结构的光学系统优选满足以下的条件式(7)。

40、(7)55＜f2/hm2＜285

41、其中，f2是第二透镜的焦距，hm2是从半透半反镜的显示面侧的面到第二透镜的光瞳面侧的面为止的光轴上的距离。

42、通过满足条件式(7)的范围，能够实现薄型化，并且能够良好地修正球面像差、彗差、像散、像面弯曲、畸变。

43、上述结构的光学系统优选满足以下的条件式(8)。

44、(8)27＜νd2＜84

45、其中，νd2是第二透镜的相对于d线的阿贝数。

46、通过满足条件式(8)的范围，能够良好地修正色像差。

47、上述结构的光学系统优选满足以下的条件式(9)。

48、(9)4.25＜(d1/f1)×100＜16.50

49、其中，d1是第一透镜的光轴上的厚度，f1是第一透镜的焦距。

50、通过满足条件式(9)的范围，能够实现薄型化，并且能够良好地修正球面像差、像散、像面弯曲、畸变。

51、上述结构的光学系统优选满足以下的条件式(10)。

52、(10)4.25＜(d2/f2)×100＜16.50

53、其中，d2是第二透镜的光轴上的厚度，f2是第二透镜的焦距。

54、通过满足条件式(10)的范围，能够实现薄型化，并且能够良好地修正球面像差、彗差、像散、像面弯曲、畸变。

55、上述结构的光学系统优选满足以下的条件式(11)。

56、(11)2.0＜f2/f＜6.5

57、其中，f2是第二透镜的焦距，f是整个光学系统的焦距。

58、通过满足条件式(11)的范围，能够良好地修正球面像差、彗差、像散、像面弯曲、畸变。

59、上述结构的光学系统优选满足以下的条件式(12)。

60、(12)3＜r1/f＜10

61、其中，r1是第一透镜的光瞳面侧的面的近轴曲率半径，f是整个光学系统的焦距。

62、通过满足条件式(12)的范围，能够良好地修正球面像差、像散、像面弯曲、畸变。

63、上述结构的光学系统优选满足以下的条件式(13)。

64、(13)17.5＜r1/t1＜71.0

65、其中，r1是第一透镜的光瞳面侧的面的近轴曲率半径，t1是从第一透镜的显示面侧的面到第二透镜的光瞳面侧的面的光轴上的距离。

66、通过满足条件式(13)的范围，能够实现薄型化，并且能够良好地修正球面像差、像散、像面弯曲、畸变。

67、上述结构的光学系统优选满足以下的条件式(14)。

68、(14)5.0＜r1/(d1+t1)＜18.5

69、其中，r1是第一透镜的光瞳面侧的面的近轴曲率半径，d1是第一透镜的光轴上的厚度，t1是从第一透镜的显示面侧的面到第二透镜的光瞳面侧的面为止的光轴上的距离。

70、通过满足条件式(14)的范围，能够实现薄型化，并且能够良好地修正球面像差、像散、像面弯曲、畸变。

71、上述结构的光学系统优选满足以下的条件式(15)。

72、(15)-1.5＜r2/r3＜-0.5

73、其中，r2是第一透镜的显示面侧的面的近轴曲率半径，r3是第二透镜的光瞳面侧的面的近轴曲率半径。

74、通过满足条件式(15)的范围，能够良好地修正彗差、像散、像面弯曲、畸变。

75、上述结构的光学系统优选满足以下的条件式(16)。

76、(16)-5.5＜r2/f＜-1.5

77、其中，r2是第一透镜的显示面侧的面的近轴曲率半径，f是整个光学系统的焦距。

78、通过满足条件式(16)的范围，能够良好地修正像散、像面弯曲、畸变。

79、上述结构的光学系统优选满足以下的条件式(17)。

80、(17)-40.0＜r2/t1＜-8.5

81、其中，r2是第一透镜的显示面侧的面的近轴曲率半径，t1是从第一透镜的显示面侧的面到第二透镜的光瞳面侧的面为止的光轴上的距离。

82、通过满足条件式(17)的范围，能够实现薄型化，并且能够良好地修正像散、像面弯曲、畸变。

83、上述结构的光学系统优选满足以下的条件式(18)。

84、(18)1.5＜r3/f＜5.5

85、其中，r3是第二透镜的光瞳面侧的面的近轴曲率半径，f是整个光学系统的焦距。

86、通过满足条件式(18)的范围，能够良好地修正彗差、像散、像面弯曲、畸变。

87、上述结构的光学系统优选满足以下的条件式(19)。

88、(19)0.35＜r3/f2＜1.25

89、其中，r3是第二透镜的光瞳面侧的面的近轴曲率半径，f2是第二透镜的焦距。

90、通过满足条件式(19)的范围，能够良好地修正球面像差、彗差、像散、像面弯曲、畸变。

91、上述结构的光学系统优选满足以下的条件式(20)。

92、(20)-0.85＜r3/r4＜-0.20

93、其中，r3是第二透镜的光瞳面侧的面的近轴曲率半径，r4是第二透镜的显示面侧的面的近轴曲率半径。

94、通过满足条件式(20)的范围，能够良好地修正彗差、像散、像面弯曲、畸变。

95、上述结构的光学系统优选满足以下的条件式(21)。

96、(21)-10＜r4/f＜-3

97、其中，r4是第二透镜的显示面侧的面的近轴曲率半径，f是整个光学系统的焦距。

98、通过满足条件式(21)的范围，能够良好地修正彗差、像散、像面弯曲、畸变。

99、上述结构的光学系统优选满足以下的条件式(22)。

100、(22)-2.5＜r4/f2＜-0.7

101、其中，r4是第二透镜的显示面侧的面的近轴曲率半径，f2是第二透镜的焦距。

102、通过满足条件式(22)的范围，能够良好地修正球面像差、彗差、像散、像面弯曲、畸变。

103、根据本发明，能够得到平衡良好地满足小型化及光量效率的改善要求，并且各像差得到良好修正的分辨率高的光学系统。另外，根据本发明的光学系统，由于光量效率得到改善，因此通过图像显示元件中的功耗的降低，能够提供环保的光学系统。