[发明专利]光学系统、图像显示装置和成像装置

说明书

技术领域

本发明涉及具有自由形状表面棱镜的光学系统、图像显示装置以及成像装置，该棱镜含有衍射光学元件。 

背景技术

近年来，正开始使用关于光轴不对称的非球面表面，即，“自由形状表面（free-shaped surface）”。与旋转对称的光学系统不同，自由形状表面具有布局上的自由度和像差校正上的自由度，且因此有益于使得有可能获得小的且高性能的光学系统。特别地，涉及具有自由形状表面的棱镜的技术使得有可能利用用于注射模制的玻璃和/或树脂的材料上的和模制技术上的进步来获得高度精确的形状，且由此具有实现小的、高规格和高性能的光学系统的高潜力。但是，棱镜的分光性能可导致光学系统的色差。 

专利文件1公开了一种光学系统，其中衍射光学元件（DOE）被设置在具有自由形状表面的偏心棱镜和入瞳之间，以便校正由偏心棱镜引起的色差，由此有可能校正在单一偏心棱镜中剩余的剩余色差。 

现有技术列表 

专利文件 

专利文件1：日本专利公开号3559624（B2） 

发明内容

本发明要解决的问题 

然而，在专利文件1公开的光学系统中，衍射光学元件的折射率差是0.59，且栅格（lattice）的制造误差灵敏度太大。 

本发明的一个目的是提供一种高性能的光学系统，其中由棱镜引起的色差可以以更令人满意的方式被校正。 

解决问题的手段 

根据第一方面的光学系统包括棱镜和衍射光学元件。所述棱镜具有用于校正偏心像差的非旋转对称的非球面表面，且所述衍射光学元件包括衍射光学表面，所述衍射光学表面具有关于所述光学系统的光轴不对称的栅格结构。满足以下条件： 

0.53>ΔNe>0.005    (1) 

其中ΔNe表示所述衍射光学表面对于e线（546.074nm）的折射率差。 

根据第二方面的图像显示装置包括根据第一方面的光学系统以及用于显示通过所述光学系统引导并形成的图像的显示元件。 

根据第三方面的图像显示装置包括根据第一方面的光学系统以及用于对通过所述光学系统引导并形成的图像进行成像的成像元件。 

本发明的有益效果 

本发明使得可以获得这样的高性能的光学系统：在该光学系统中，可以以令人满意的方式来校正由棱镜引起的色差。 

附图说明

图1是光学系统100的侧视图； 

图2A是衍射光学元件13的示意性横截面图，图2B是示出使用等高线CL1从+Z侧观看的衍射光学元件13的实例的平面图，图2C是示出使用等高线CL2从+Z侧观看的衍射光学元件13的另一实例的平面图； 

图3是示出根据第一实施例的像差校正状态的点列图（spot diagram）； 

图4是根据第二实施例的光学系统200的侧视图； 

图5是衍射光学元件23的示意性横截面图； 

图6是示出根据第二实施例的像差校正状态的点列图； 

图7是根据第三实施例的光学系统300的侧视图； 

图8是示出根据第三实施例的像差校正状态的点列图； 

图9是根据第四实施例的光学系统400的侧视图； 

图10是示出根据第四实施例的像差校正状态的点列图； 

图11A是示出头戴式图像显示器50的整体配置的透视图，图11B是安装主体501的侧视图； 

图12是示出投影装置60的配置的示意图；以及 

图13A是示出照相机（camera）70的整体配置的透视图，图13B是示出照相机70的配置的示意图。 

具体实施方式

(第一实施例) 

<光学系统100的整体配置> 

图1是示出根据第一实施例的光学系统100的整体配置的侧视图。参考图1，将使用入射在光阑（stop）14上的光的光轴Ax的方向作为Z轴方向并使用垂直于Z轴方向的平面作为XY平面来进行描述。在图1中绘制了图像元件（image element）11和光阑14以帮助理解；但是，图像元件11和光阑14不包括在光学系统100中。如果例如光学系统100被用于诸如投影仪的图像显示装置，则图像元件11是诸如液晶面板的图像显示元件（见图12）。如果例如光学系统100被用于诸如照相机的成像装置，则图像元件11是诸如CCD的成像元件（见图13）。