(57)【要約】      （修正有）【課題】迷光発生の懸念を生じさせることなく、軽量化と両眼観察時における広画角化とを図り、高精細な映像美を提供可能な表示装置を提供する。【解決手段】表示装置１は、左眼画像表示素子１００Ｌと左眼画像表示素子１００Ｌに表示された左眼表示画像を左眼に導く左眼接眼光学系１０１Ｌとを含む左眼接眼表示ユニット１０２Ｌと、右眼画像表示素子１００Ｒと右眼画像表示素子１００Ｒに表示された右眼表示画像を右眼に導く右眼接眼光学系１０１Ｒとを含む右眼接眼表示ユニット１０２Ｒとを備え、両眼で観察した際の像倍率が２倍以上である。左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒは、少なくとも１枚の単レンズが、樹脂材料からなる自由曲面レンズであり、少なくとも１枚の単レンズが、左眼画像表示素子１００Ｌまたは右眼画像表示素子１００Ｒの光軸に対して、偏心した状態および回転した状態のうち少なくとも１つの状態で配置される。【選択図】図４
2020024363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左眼画像表示素子と前記左眼画像表示素子に表示された左眼表示画像を左眼に導く左眼接眼光学系とを含む左眼接眼表示ユニットと、
右眼画像表示素子と前記右眼画像表示素子に表示された右眼表示画像を右眼に導く右眼接眼光学系とを含む右眼接眼表示ユニットと
を備え、
両眼で観察した際の像倍率が２倍以上であり、
前記左眼接眼光学系および前記右眼接眼光学系はそれぞれ、複数の単レンズからなり、
前記複数の単レンズのうち少なくとも１枚の単レンズが、樹脂材料からなる自由曲面レンズであり、
前記複数の単レンズのうち少なくとも１枚の単レンズが、前記左眼画像表示素子または前記右眼画像表示素子の光軸に対して、偏心した状態および回転した状態のうち少なくとも１つの状態で配置され、
前記左眼表示画像および前記右眼表示画像はそれぞれ、互いに共通の画像部分からなる重複画像領域と、互いに異なる画像部分からなり、互いに前記重複画像領域よりも外側の領域となる非重複画像領域とを含む
表示装置。
【請求項２】
前記左眼接眼光学系および前記右眼接眼光学系はそれぞれ、
アイポイント側から像側に向かって順に、前記複数の単レンズとして、第１レンズ、第２レンズ、および第３レンズが配置された３群３枚構成の接眼レンズからなる
請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記第１レンズは、ｄ線に対する屈折率が１．４３９以上の材料からなる正の屈折力を有する球面レンズであり、
前記第１レンズの前記アイポイント側のレンズ面が、凸形状または平面形状である
請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記第１レンズの光軸は、前記アイポイントを基準とする基準光軸に対して平行である
請求項２に記載の表示装置。
【請求項５】
前記第２レンズおよび前記第３レンズのうち少なくとも１枚のレンズが、自由曲面レンズである
請求項２に記載の表示装置。
【請求項６】
前記アイポイントを基準とする基準光軸に対して、前記第１レンズ、前記第２レンズ、および前記第３レンズのうち少なくとも１枚のレンズが、前記偏心した状態および前記回転した状態のうち少なくとも１つの状態で配置され、
前記基準光軸に対する前記第１レンズ、前記第２レンズ、および前記第３レンズのそれぞれの光軸の前記基準光軸に直交する方向の偏心量の最大絶対値をｓｉ，ｍａｘ、
前記基準光軸に対する前記第１レンズ、前記第２レンズ、および前記第３レンズのそれぞれの光軸の回転量の最大絶対値をθｉ，ｍａｘとしたとき、
ｓｉ，ｍａｘ＜２５（ｍｍ）  ……（１）
θｉ，ｍａｘ＜２５（°）  ……（２）
を満たす
請求項２に記載の表示装置。
【請求項７】
前記第１レンズの光軸は、前記アイポイントを基準とする基準光軸に対して非平行である
請求項２に記載の表示装置。
【請求項８】
前記第１レンズは、フレネルレンズである
請求項２に記載の表示装置。
【請求項９】
前記左眼接眼光学系および前記右眼接眼光学系はそれぞれ、
アイポイント側から像側に向かって順に、前記複数の単レンズとして、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、および第４レンズが配置された４群４枚構成の接眼レンズからなる
請求項１に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記第１レンズは、ｄ線に対する屈折率が１．４３９以上の材料からなる正の屈折力を有する球面レンズであり、
前記第１レンズの前記アイポイント側のレンズ面が、凸形状または平面形状である
請求項９に記載の表示装置。
【請求項１１】
前記第１レンズの光軸は、前記アイポイントを基準とする基準光軸に対して平行である
請求項９に記載の表示装置。
【請求項１２】
前記第２レンズ、前記第３レンズ、および前記第４レンズのうち少なくとも１枚のレンズが、自由曲面レンズである
請求項９に記載の表示装置。
【請求項１３】
前記アイポイントを基準とする基準光軸に対して、前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ、および前記第４レンズのうち少なくとも１枚のレンズが、前記偏心した状態および前記回転した状態のうち少なくとも１つの状態で配置され、
前記基準光軸に対する前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ、および前記第４レンズのそれぞれの光軸の前記基準光軸に直交する方向の偏心量の最大絶対値をｓｉ，ｍａｘ、
前記基準光軸に対する前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ、および前記第４レンズのそれぞれの光軸の回転量の最大絶対値をθｉ，ｍａｘとしたとき、
ｓｉ，ｍａｘ＜２５（ｍｍ）  ……（１）
θｉ，ｍａｘ＜２５（°）  ……（２）
を満たす
請求項９に記載の表示装置。
【請求項１４】
前記第１レンズの光軸は、前記アイポイントを基準とする基準光軸に対して非平行である
請求項９に記載の表示装置。
【請求項１５】
前記第１レンズは、フレネルレンズである
請求項９に記載の表示装置。
【請求項１６】
前記左眼接眼光学系および前記右眼接眼光学系のそれぞれにおいて、
前記複数の単レンズは、可変焦点レンズ群を含む
請求項１に記載の表示装置。
【請求項１７】
前記左眼接眼光学系および前記右眼接眼光学系のそれぞれにおいて、
前記複数の単レンズは、アイポイント側から像側に向かって順に、偏心レンズ群と、前記可変焦点レンズ群とを含む
請求項１６に記載の表示装置。
【請求項１８】
前記左眼表示画像において、前記非重複画像領域は、前記重複画像領域に対して左外側の領域であり、
前記右眼表示画像において、前記非重複画像領域は、前記重複画像領域に対して右外側の領域である
請求項１に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ヘッドマウントディスプレイ等に好適な表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像表示素子を用いた表示装置として、電子ビューファインダ、電子双眼鏡、およびヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）などが知られている。特にヘッドマウントディスプレイにおいては、表示装置本体を眼前に装着して長時間使用するため、接眼光学系および表示装置本体が小さく軽量であることが要求されている。また、広い視野画角で像を観察可能であることが要求されている。接眼光学系の軽量化や全長の短縮化を図るために、フレネルレンズを用いる技術がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２４４２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
接眼光学系にフレネルレンズを用いた場合、フレネルレンズ面の形状によっては迷光が発生しやすくなり、光学的に十分な効果が得られない場合がある。
【０００５】
迷光発生の懸念を生じさせることなく、軽量化と両眼観察時における広画角化とを図り、高精細な映像美を提供可能な表示装置を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一実施の形態に係る表示装置は、左眼画像表示素子と左眼画像表示素子に表示された左眼表示画像を左眼に導く左眼接眼光学系とを含む左眼接眼表示ユニットと、右眼画像表示素子と右眼画像表示素子に表示された右眼表示画像を右眼に導く右眼接眼光学系とを含む右眼接眼表示ユニットとを備え、両眼で観察した際の像倍率が２倍以上であり、左眼接眼光学系および右眼接眼光学系はそれぞれ、複数の単レンズからなり、複数の単レンズのうち少なくとも１枚の単レンズが、樹脂材料からなる自由曲面レンズであり、複数の単レンズのうち少なくとも１枚の単レンズが、左眼画像表示素子または右眼画像表示素子の光軸に対して、偏心した状態および回転した状態のうち少なくとも１つの状態で配置され、左眼表示画像および右眼表示画像はそれぞれ、互いに共通の画像部分からなる重複画像領域と、互いに異なる画像部分からなり、互いに重複画像領域よりも外側の領域となる非重複画像領域とを含む。
【０００７】
本開示の一実施の形態に係る表示装置では、左眼接眼光学系および右眼接眼光学系をそれぞれ、樹脂材料からなる自由曲面レンズを含む複数の単レンズで構成し、各レンズの構成の最適化を図ったことで、迷光発生の懸念を生じさせることなく、軽量化が図られる。また、複数の単レンズのうち少なくとも１枚の単レンズを、左眼画像表示素子または右眼画像表示素子の光軸に対して、偏心した状態および回転した状態のうち少なくとも１つの状態で配置し、かつ、左眼表示画像および右眼表示画像に、互いに重複画像領域よりも外側の領域となる非重複画像領域を含めることで、両眼観察時において広画角化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例えばヘッドマウントディスプレイに用いられる接眼表示ユニットの第１の構成例を示す説明図である。
【図２】例えばヘッドマウントディスプレイに用いられる接眼表示ユニットの第２の構成例を示す説明図である。
【図３】像倍率についての説明図である。
【図４】本開示の一実施の形態に係る表示装置の概要を示す平面図である。
【図５】一実施の形態に係る表示装置の概要を示す側面図である。
【図６】比較例に係る表示装置による画像の見え方の概要を示す説明図である。
【図７】一実施の形態に係る表示装置による画像の見え方の概要を示す説明図である。
【図８】一実施の形態に係る表示装置による左眼表示画像および右眼表示画像の概要を示す説明図である。
【図９】一実施の形態に係る表示装置において、片眼によって観察される観察虚像を模式的に示す説明図である。
【図１０】一実施の形態に係る表示装置において、両眼によって観察される観察虚像を模式的に示す説明図である。
【図１１】視野画角（ＦＯＶ）の大きさおよびアイレリーフ（Ｅ．Ｒ．）の大きさと接眼レンズの第１面における最も外側を通る光線の高さとの関係を模式的に示す説明図である。
【図１２】各実施例に係る接眼レンズの光軸についての説明図である。
【図１３】実施例１に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図１４】実施例１に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図１５】実施例１に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図１６】実施例２に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図１７】実施例２に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図１８】実施例２に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図１９】実施例３に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図２０】実施例３に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図２１】実施例３に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図２２】実施例４に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図２３】実施例４に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図２４】実施例４に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図２５】実施例５に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図２６】実施例５に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図２７】実施例５に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図２８】実施例６に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図２９】実施例６に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図３０】実施例６に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図３１】実施例７に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図３２】実施例７に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図３３】実施例７に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図３４】実施例８に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図３５】実施例８に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図３６】実施例８に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図３７】実施例９に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図３８】実施例９に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図３９】実施例９に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図４０】実施例１０に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図４１】実施例１０に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図４２】実施例１０に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図４３】実施例１１に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図４４】実施例１１に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図４５】実施例１１に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図４６】実施例１２に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図４７】実施例１２に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図４８】実施例１２に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図４９】実施例１３に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図５０】実施例１３に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図５１】実施例１３に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図５２】実施例１４に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図５３】実施例１４に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図５４】実施例１４に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図５５】実施例１５に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図５６】実施例１５に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図５７】実施例１５に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図５８】実施例１６に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図５９】実施例１６に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図６０】実施例１６に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図６１】実施例１７に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図６２】実施例１７に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図６３】実施例１７に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図６４】実施例１８に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図６５】実施例１８に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図６６】実施例１８に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図６７】実施例１９に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図６８】実施例１９に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図６９】実施例１９に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図７０】実施例２０に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図７１】実施例２０に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図７２】実施例２０に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図７３】実施例２１に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図７４】実施例２１に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図７５】実施例２１に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図７６】実施例２２に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図７７】実施例２２に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図７８】実施例２２に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図７９】実施例２３に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図８０】実施例２３に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図８１】実施例２３に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図８２】実施例２４に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図８３】実施例２４に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図８４】実施例２４に係る接眼レンズの倍率色収差を示す収差図である。
【図８５】一実施の形態に係る接眼レンズの第３の構成例の概要を示すレンズ断面図である。
【図８６】実施例２５に係る接眼レンズの視力１．０時のレンズ断面図である。
【図８７】実施例２５に係る接眼レンズの視力０．２時のレンズ断面図である。
【図８８】実施例２５に係る接眼レンズの視力１．０時の像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図８９】実施例２５に係る接眼レンズの視力１．０時の倍率色収差を示す収差図である。
【図９０】実施例２５に係る接眼レンズの視力０．２時の像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。
【図９１】実施例２５に係る接眼レンズの視力０．２時の倍率色収差を示す収差図である。
【図９２】表示装置の一例としてのヘッドマウントディスプレイを斜め前方から見た外観斜視図である。
【図９３】表示装置の一例としてのヘッドマウントディスプレイを斜め後方から見た外観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
０．比較例
１．一実施の形態に係る表示装置の概要
２．接眼光学系（接眼レンズ）の構成例および作用・効果
３．ヘッドマウントディスプレイへの適用例
４．接眼光学系（接眼レンズ）の数値実施例
５．その他の実施の形態
【００１０】
＜０．比較例＞
図１は、例えばヘッドマウントディスプレイに用いられる接眼表示ユニット１０２の第１の構成例を示している。図２は、例えばヘッドマウントディスプレイに用いられる接眼表示ユニット１０２の第２の構成例を示している。
【００１１】
接眼表示ユニット１０２は、光軸Ｚ１に沿ってアイポイントＥ．Ｐ．側より順に、接眼光学系１０１と、画像表示素子１００とを備えている。
【００１２】
画像表示素子１００は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）や有機ＥＬディスプレイ等の表示パネルである。接眼光学系１０１は、画像表示素子１００に表示された画像を拡大表示するために用いられる。接眼光学系１０１は、例えば複数のレンズを含む接眼レンズで構成されている。接眼光学系１０１によって、観察者は、拡大表示された虚像Ｉｍを観察する。画像表示素子１００の前面には、画像表示素子１００を保護するためのシールガラス等が配置されていても良い。アイポイントＥ．Ｐ．は、観察者の瞳孔位置に対応し、開口絞りＳＴＯとしても機能する。
【００１３】
ここで、図１は、画像表示素子１００のサイズが接眼光学系１０１の直径に対して小さい場合の構成例を示している。図２は、画像表示素子１００のサイズが接眼光学系１０１の直径に対して大きい場合の構成例を示している。
【００１４】
共軸系の接眼光学系１０１を用いた、視野画角が７０°を超す高視野角のヘッドマウントディスプレイでは、接眼光学系１０１の直径に対して画像表示素子１００が大きいものが多い。このようなヘッドマウントディスプレイでは、像倍率Ｍｖを小さく抑えられるものの、焦点距離ｆが比較的長くなるため、接眼光学系１０１の全長が長い問題がある。また、接眼光学系１０１のサイズが、接眼光学系１０１ではなく画像表示素子１００の大きさで律速されるケースもあり小型化に不向きである課題もある。
【００１５】
例えば図１に示したように、画像表示素子１００のサイズが小さい場合、接眼表示ユニット１０２の全体の大きさは、接眼光学系１０１の大きさに律速される。一方、図２に示したように、画像表示素子１００のサイズが大きい場合、接眼表示ユニット１０２の全体の大きさは、画像表示素子１００の大きさに律速される。
【００１６】
なお、像倍率Ｍｖとは、Ｍｖ＝α’／αで表される。図３の上段に示したように、αは接眼光学系１０１が無い場合の視野画角を示す。また、図３の下段に示したように、α’は接眼光学系１０１がある場合の視野画角（虚像Ｉｍに対する視野画角）を示す。図３において、ｈは観察する像の最大像高であり、例えば、画像表示素子１００に表示される画像の最大像高である。例えば画像表示素子１００が矩形の場合、ｈは画像表示素子１００の対角のサイズの半値である。ｆは接眼光学系１０１の焦点距離を示す。
【００１７】
また、像倍率Ｍｖは、以下の式（Ａ）で表される。
Ｍｖ＝ω’／（ｔａｎ-1（ｈ／Ｌ））  ……（Ａ）
ω’：最大視野画角の半値（ｒａｄ）
ｈ：最大像高
Ｌ：全長（アイポイントＥ．Ｐ．から像までの距離）
なお、像とは、例えば画像表示素子１００に表示された画像のことを意味する。ｈは、上述したように、例えば画像表示素子１００が矩形の場合、画像表示素子１００の対角のサイズの半値である。Ｌは、例えば上記した接眼光学系１０１の全長（アイポイントＥ．Ｐ．から画像表示素子１００の表示面までの距離）に相当する。
【００１８】
視野画角が７０°を超す高視野角のヘッドマウントディスプレイにおいて、図１の構成例のように、接眼光学系１０１の直径に対してサイズの小さい小型の画像表示素子１００を用いることは、大型の画像表示素子１００を用いた場合に比べ、接眼光学系１０１の全長、サイズを抑えることができる。このため、ヘッドマウントディスプレイの小型化に有利に働くとされている。しかし、このようなヘッドマウントディスプレイを、反射系素子を用いずに実現しようとする場合、結像性能を高めようとすると、像倍率Ｍｖを高めにくいという問題が存在する。
【００１９】
上記の問題に対して、特許文献１（特開平７−２４４２４６号公報）では、フレネルレンズを用いた接眼光学系により解決を図っている。特許文献１に記載の接眼光学系では、メニスカス形状のフレネルレンズを用いることで、高い結像性能と高い像倍率Ｍｖとを両立させている。しかし、フレネルレンズでは、フレネルレンズ面の形状によっては迷光を発生させるため、接眼光学系を通じて画像を観察した際に、違和感を生じさせることが懸念される。
【００２０】
そこで、迷光発生の懸念を生じさせることなく、軽量化と両眼観察時における広画角化とを図り、高精細な映像美を提供可能な、ヘッドマウントディスプレイ等に好適な表示装置の開発が望まれる。
【００２１】
＜１．一実施の形態に係る表示装置の概要＞
本開示の一実施の形態に係る表示装置は、例えばヘッドマウントディスプレイ等に適用可能である。
【００２２】
図４および図５は、本開示の一実施の形態に係る表示装置１の概要を示している。図４では、表示装置１のｘｚ平面内での構成を示している。図５では、表示装置１を側面（ｙｚ平面）から見た構成を示している。図６は、比較例に係る表示装置による画像の見え方の概要を示している。図７は、表示装置１による画像の見え方の概要を示している。図８は、表示装置１による左眼表示画像１０Ｌおよび右眼表示画像１０Ｒの概要を示している。
【００２３】
図４および図５に示したように、表示装置１は、両眼部位に対応する位置に並列配置された、左眼接眼表示ユニット１０２Ｌと右眼接眼表示ユニット１０２Ｒとを備えている。表示装置１は、両眼で観察した際の像倍率Ｍｖが２倍以上となるように構成されている。
【００２４】
左眼接眼表示ユニット１０２Ｌは、左眼画像表示素子１００Ｌと、左眼画像表示素子１００Ｌに表示された左眼表示画像１０Ｌを左眼２Ｌに導く左眼接眼光学系１０１Ｌとを含んでいる。
【００２５】
右眼接眼表示ユニット１０２Ｒは、右眼画像表示素子１００Ｒと、右眼画像表示素子１００Ｒに表示された右眼表示画像１０Ｒを右眼２Ｒに導く右眼接眼光学系１０１Ｒとを含んでいる。
【００２６】
左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒはそれぞれ、複数の単レンズからなる接眼レンズで構成されている。
【００２７】
左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒにおいて、複数の単レンズのうち少なくとも１枚の単レンズが、樹脂材料からなる自由曲面レンズとなっている。複数の単レンズのうち少なくとも１枚の単レンズを樹脂材料にすることにより、左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒの重量を軽くすることができる。また、複数の単レンズのうち少なくとも１枚の単レンズを自由曲面レンズにすることにより、収差の発生を抑えることができる。
【００２８】
左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒにおいて、複数の単レンズのうち少なくとも１枚の単レンズが、左眼画像表示素子１００Ｌまたは右眼画像表示素子１００Ｒの光軸に対して、偏心した状態および回転した状態のうち少なくとも１つの状態で配置されている。このような状態でレンズを配置することにより、収差が抑えられ、また軽量で広画角な光学系を実現することができる。
【００２９】
左眼画像表示素子１００Ｌおよび右眼画像表示素子１００Ｒはそれぞれ、例えばＬＣＤや有機ＥＬディスプレイ等の平面型の小型表示パネルで構成されている。
【００３０】
ここで、図６の比較例に示したように、通常のヘッドマウントディスプレイ等の表示装置では、左眼画像表示素子１００Ｌと右眼画像表示素子１００Ｒとで、同一の画像が表示され、図６の上段に示したように、左眼２Ｌおよび右眼２Ｒで同一の画像が観察される。その結果、図６の下段に示したように、両眼による見え方としては、片眼での視野画角と同一の画角で画像が観察される。
【００３１】
これに対して、本開示による表示装置１では、図７に示したように、左眼画像表示素子１００Ｌと右眼画像表示素子１００Ｒとで、互いに部分的に異なる画像が表示され、図７の上段に示したように、左眼２Ｌおよび右眼２Ｒで互いに部分的に異なる画像が観察される。その結果、図７の下段に示したように、両眼による見え方として、片眼での視野画角よりも広画角で画像が観察される。
【００３２】
図８に示したように、左眼表示画像１０Ｌおよび右眼表示画像１０Ｒはそれぞれ、重複画像領域１１と非重複画像領域１２とを含んでいる。重複画像領域１１は、左眼表示画像１０Ｌと右眼表示画像１０Ｒとで互いに共通の画像部分からなる画像領域である。
【００３３】
非重複画像領域１２は、左眼表示画像１０Ｌと右眼表示画像１０Ｒとで互いに異なる画像部分からなる画像領域であり、左眼表示画像１０Ｌと右眼表示画像１０Ｒとで互いに重複画像領域１１よりも外側の領域となる。例えば、図８に示したように、左眼表示画像１０Ｌにおいて、非重複画像領域１２は、重複画像領域１１に対して左外側の領域となっている。また、右眼表示画像１０Ｒにおいて、非重複画像領域１２は、重複画像領域１１に対して右外側の領域となっている。なお、観察者による左眼表示画像１０Ｌの正面時注視点Ｃ０Ｌと、右眼表示画像１０Ｒの正面時注視点Ｃ０Ｒは、重複画像領域１１内にある。
【００３４】
このように、左眼表示画像１０Ｌおよび右眼表示画像１０Ｒにおいて、重複画像領域１１と非重複画像領域１２とを設けることにより、左眼表示画像１０Ｌおよび右眼表示画像１０Ｒを重複領域のみで構成する場合に比べて、両眼観察時における広画角化が見込める。
【００３５】
（視野画角（ＦＯＶ）について）
図９は、表示装置１において、片眼によって観察される観察虚像（左眼観察虚像ＩｍＬまたは右眼観察虚像ＩｍＲ）を模式的に示している。図１０は、表示装置１において、両眼によって観察される観察虚像（両眼観察虚像ＩｍＬＲ）を模式的に示している。
【００３６】
図９に示したように、片眼観察時における、正面時注視点（Ｃ０Ｌ，Ｃ０Ｒ）を基準とした一方（左側または右側）の最大画角をθａ、他方（右側または左側）の最大画角をθｂとする（θａ＞θｂ）。θｂは、重複画像領域１１の最大画角に相当する。両眼観察時における最大画角は、正面時注視点Ｃ０を基準として、左側および右側共に、最大画角はθａとなり、片眼観察時よりも広画角化される。
【００３７】
＜２．接眼光学系（接眼レンズ）の構成例および作用・効果＞
次に、表示装置１における左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒを構成する接眼レンズの第１ないし第３の構成例を説明する。
【００３８】
［第１の構成例］
第１の構成例に係る接眼レンズの構成は、後述の実施例１〜１１に係る接眼レンズ（図１３等）の構成に対応する。左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒはそれぞれ、後述の実施例１〜１１に係る接眼レンズ（図１３等）のように、アイポイントＥ．Ｐ．側から像側（左眼画像表示素子１００Ｌ側または右眼画像表示素子１００Ｒ側）に向かって順に、複数の単レンズとして、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、および第３レンズＬ３が配置された３群３枚構成の接眼レンズで構成されてもよい。
【００３９】
上記３群３枚構成の接眼レンズ（第１の構成例に係る接眼レンズ）において、第１レンズＬ１は、ｄ線に対する屈折率が１．４３９以上の材料からなる正の屈折力を有する球面レンズであることが好ましい。また、第１レンズＬ１のアイポイントＥ．Ｐ．側のレンズ面が、凸形状または平面形状であることが好ましい。第１レンズＬ１を正の屈折力とし、アイポイントＥ．Ｐ．側のレンズ面を凸形状または平面形状にすることで、マージナル光線の最大高さを抑えることができ、左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒのそれぞれの光学系の容量の縮小、および、軽量化が見込める。また、第１レンズＬ１として球面レンズを用いることで、非球面レンズまたは自由曲面レンズを用いた場合に比べて、製造コストを抑えることができる。
【００４０】
第１の構成例に係る接眼レンズにおいて、第１レンズＬ１の光軸ＡＸ（Ｌ１）は、アイポイントＥ．Ｐ．を基準とする基準光軸ＡＸ（Ｅ．Ｐ．）に対して平行であることが好ましい（後述する図１２、図１３等参照）。これにより、同じアイレリーフに対して、左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒのそれぞれの光学系の容量を最も抑えることができる。
【００４１】
また、第１の構成例に係る接眼レンズにおいて、第２レンズＬ２および第３レンズＬ３のうち少なくとも１枚のレンズは、自由曲面レンズであることが好ましい。自由曲面レンズを用いることで、発生する収差を良好に補正することができる。
【００４２】
また、第１の構成例に係る接眼レンズは、アイポイントＥ．Ｐ．を基準とする基準光軸ＡＸ（Ｅ．Ｐ．）に対して、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、および第３レンズＬ３のうち少なくとも１枚のレンズが、偏心した状態および回転した状態のうち少なくとも１つの状態で配置されていることが好ましい（後述する図１２、図１３等参照）。この場合、第１の構成例に係る接眼レンズは、以下の条件を満たすことが好ましい。
ｓｉ，ｍａｘ＜２５（ｍｍ）  ……（１）
θｉ，ｍａｘ＜２５（°）  ……（２）
【００４３】
ここで、第１の構成例に係る接眼レンズにおいて、ｓｉ，ｍａｘは、基準光軸ＡＸ（Ｅ．Ｐ．）に対する第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、および第３レンズＬ３のそれぞれの光軸ＡＸ（Ｌ１），（Ｌ２），（Ｌ３）の基準光軸ＡＸ（Ｅ．Ｐ．）に直交する方向の偏心量の最大絶対値を示す。また、第１の構成例に係る接眼レンズにおいて、θｉ，ｍａｘは、基準光軸ＡＸ（Ｅ．Ｐ．）に対する第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、および第３レンズＬ３のそれぞれの光軸ＡＸ（Ｌ１），（Ｌ２），（Ｌ３）の回転量の最大絶対値を示す。
【００４４】
第１の構成例に係る接眼レンズにおいて、偏心量および回転量が条件式（１），（２）の値を超えるレンズエレメントが存在する場合、偏心量および回転量が大きくなりすぎることにより、左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒのそれぞれの光学系の体積が増加し、表示装置１全体としての小型化を妨げるおそれがあるので、好ましくない。
【００４５】
（第１の構成例の変形例）
以上で説明した第１の構成例に係る接眼レンズの構成に対して、後述の実施例２３に係る接眼レンズ（図７９）の構成のように、第１レンズＬ１の光軸ＡＸ（Ｌ１）が、アイポイントＥ．Ｐ．を基準とする基準光軸ＡＸ（Ｅ．Ｐ．）に対して平行ではなく、非平行となるように構成することも可能である。
【００４６】
また、以上で説明した第１の構成例に係る接眼レンズの構成に対して、後述の実施例２３に係る接眼レンズ（図７９）の構成のように、第１レンズＬ１を球面レンズではなく、フレネルレンズを用いた構成にすることも可能である。例えば、第１レンズＬ１の像側（アイポイントＥ．Ｐ．とは反対側）のレンズ面がフレネルレンズ面であることが好ましい。
【００４７】
第１レンズＬ１にフレネルレンズを用いることで、左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒのそれぞれについて、光学系全体の重量を抑えつつ、高倍率化を実現できる。また、上述したＦＯＶに対して、第１レンズＬ１を最適な偏心量および回転量を持って配置することが可能となり、第１レンズＬ１の口径を抑えることができる。
【００４８】
［第２の構成例］
第２の構成例に係る接眼レンズの構成は、後述の実施例１２〜２２に係る接眼レンズ（図４６等）の構成に対応する。左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒはそれぞれ、後述の実施例１２〜２２に係る接眼レンズ（図４６等）のように、アイポイントＥ．Ｐ．側から像側（左眼画像表示素子１００Ｌ側または右眼画像表示素子１００Ｒ側）に向かって順に、複数の単レンズとして、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、および第４レンズＬ４が配置された４群４枚構成の接眼レンズで構成されてもよい。
【００４９】
上記４群４枚構成の接眼レンズ（第２の構成例に係る接眼レンズ）において、第１レンズＬ１は、ｄ線に対する屈折率が１．４３９以上の材料からなる正の屈折力を有する球面レンズであることが好ましい。また、第１レンズＬ１のアイポイントＥ．Ｐ．側のレンズ面が、凸形状または平面形状であることが好ましい。第１レンズＬ１を正の屈折力とし、アイポイントＥ．Ｐ．側のレンズ面を凸形状または平面形状にすることで、マージナル光線の最大高さを抑えることができ、左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒのそれぞれの光学系の容量の縮小、および、軽量化が見込める。また、第１レンズＬ１として球面レンズを用いることで、非球面レンズまたは自由曲面レンズを用いた場合に比べて、製造コストを抑えることができる。
【００５０】
第２の構成例に係る接眼レンズにおいて、第１レンズＬ１の光軸ＡＸ（Ｌ１）は、アイポイントＥ．Ｐ．を基準とする基準光軸ＡＸ（Ｅ．Ｐ．）に対して平行であることが好ましい（後述する図１２、図４６等参照）。これにより、同じアイレリーフに対して、左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒのそれぞれの光学系の容量を最も抑えることができる。
【００５１】
また、第２の構成例に係る接眼レンズにおいて、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、および第４レンズＬ４のうち少なくとも１枚のレンズは、自由曲面レンズであることが好ましい。自由曲面レンズを用いることで、発生する収差を良好に補正することができる。
【００５２】
また、第２の構成例に係る接眼レンズは、アイポイントＥ．Ｐ．を基準とする基準光軸ＡＸ（Ｅ．Ｐ．）に対して、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、および第４レンズＬ４のうち少なくとも１枚のレンズが、偏心した状態および回転した状態のうち少なくとも１つの状態で配置されていることが好ましい（後述する図１２、図４６等参照）。この場合、第２の構成例に係る接眼レンズは、以下の条件を満たすことが好ましい。
ｓｉ，ｍａｘ＜２５（ｍｍ）  ……（１）
θｉ，ｍａｘ＜２５（°）  ……（２）
【００５３】
ここで、第２の構成例に係る接眼レンズにおいて、ｓｉ，ｍａｘは、基準光軸ＡＸ（Ｅ．Ｐ．）に対する第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、および第４レンズＬ４のそれぞれの光軸ＡＸ（Ｌ１），（Ｌ２），（Ｌ３），（Ｌ４）の基準光軸ＡＸ（Ｅ．Ｐ．）に直交する方向の偏心量の最大絶対値を示す。また、θｉ，ｍａｘは、第２の構成例に係る接眼レンズにおいて、基準光軸ＡＸ（Ｅ．Ｐ．）に対する第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、および第４レンズＬ４のそれぞれの光軸ＡＸ（Ｌ１），（Ｌ２），（Ｌ３），（Ｌ４）の回転量の最大絶対値を示す。
【００５４】
第２の構成例に係る接眼レンズにおいて、偏心量および回転量が条件式（１），（２）の値を超えるレンズエレメントが存在する場合、偏心量および回転量が大きくなりすぎることにより、左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒのそれぞれの光学系の体積が増加し、表示装置１全体としての小型化を妨げるおそれがあるので、好ましくない。
【００５５】
（第２の構成例の変形例）
以上で説明した第２の構成例に係る接眼レンズの構成に対して、後述の実施例２４に係る接眼レンズ（図８２）の構成のように、第１レンズＬ１の光軸ＡＸ（Ｌ１）が、アイポイントＥ．Ｐ．を基準とする基準光軸ＡＸ（Ｅ．Ｐ．）に対して平行ではなく、非平行となるように構成することも可能である。
【００５６】
また、以上で説明した第２の構成例に係る接眼レンズの構成に対して、後述の実施例２４に係る接眼レンズ（図８２）の構成のように、第１レンズＬ１を球面レンズではなく、フレネルレンズを用いた構成にすることも可能である。例えば、第１レンズＬ１の像側（アイポイントＥ．Ｐ．とは反対側）のレンズ面がフレネルレンズ面であることが好ましい。
【００５７】
第１レンズＬ１にフレネルレンズを用いることで、左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒのそれぞれについて、光学系全体の重量を抑えつつ、高倍率化を実現できる。また、上述したＦＯＶに対して、第１レンズＬ１を最適な偏心量および回転量を持って配置することが可能となり、第１レンズＬ１の口径を抑えることができる。
【００５８】
［第３の構成例］
図８５は、一実施の形態に係る接眼レンズの第３の構成例の概要を示している。第３の構成例に係る接眼レンズの構成は、後述の実施例２５に係る接眼レンズ（図８６、図８７）の構成に対応する。
【００５９】
以上で説明した第１および第２の構成例に係る接眼レンズの構成に対して、可変焦点レンズ群を含む構成であってもよい。例えば、図８５に示した第３の構成例に係る接眼レンズのように、アイポイントＥ．Ｐ．側から像側に向かって順に、偏心レンズ群Ｇ１と、可変焦点レンズ群Ｇ２とを含む構成であってもよい。偏心レンズ群Ｇ１と可変焦点レンズ群Ｇ２はそれぞれ、例えば複数の単レンズで構成されている。
【００６０】
可変焦点レンズ群Ｇ２は、例えばＡｌｖａｒｅｚレンズで構成することができる。Ａｌｖａｒｅｚレンズは、２枚のレンズを光軸とは異なる方向に相互に移動させることで、焦点距離を変化させることができる。
【００６１】
可変焦点レンズ群Ｇ２は、アイポイントＥ．Ｐ．を基準とする基準光軸ＡＸ（Ｅ．Ｐ．）に対して、偏心および回転した状態で配置されていることが好ましい。可変焦点レンズ群Ｇ２をＡｌｖａｒｅｚレンズで構成する場合、例えば、アイポイントＥ．Ｐ．を基準とする基準光軸ＡＸ（Ｅ．Ｐ．）に対して異なる方向に、２枚のレンズを互いに逆方向に相互に移動させることで、焦点距離を変化させることができる。
【００６２】
第３の構成例に係る接眼レンズでは、可変焦点レンズ群Ｇ２を含む構成にしたことにより、視度の調整が可能となる。これにより、幅広い視力（例えば０．１以上）のユーザに対応した映像を提供できる。また、眼鏡ユーザを想定したアイレリーフの確保（例えば１５ｍｍ）が不要になる。このことから、短アイレリーフ化に伴う、高ＦＯＶ化、高精細化、および光学系重量の低減などが波及効果として期待される。
【００６３】
［発明の効果］
本開示の一実施の形態に係る表示装置によれば、左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒを構成する各レンズの構成の最適化を図ると共に、左眼表示画像１０Ｌおよび右眼表示画像１０Ｒに非重複画像領域１２を含めるようにしたので、迷光発生の懸念を生じさせることなく、軽量化と両眼観察時における広画角化とを図り、高精細な映像美を提供可能となる。
【００６４】
特に、左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒをそれぞれ、樹脂材料からなる自由曲面レンズを含む複数の単レンズで構成し、各レンズの構成の最適化を図ったことで、迷光発生の懸念を生じさせることなく、軽量化が図られる。また、樹脂材料を用いることで、材料費および製造費を抑えることができる。また、複数の単レンズのうち少なくとも１枚の単レンズを、左眼画像表示素子１００Ｌまたは右眼画像表示素子１００Ｒの光軸に対して、偏心した状態および回転した状態のうち少なくとも１つの状態で配置し、かつ、左眼表示画像１０Ｌおよび右眼表示画像１０Ｒに、互いに重複画像領域１１よりも外側の領域となる非重複画像領域１２を含めるようにしたことで、両眼観察時における広画角化が図られる。
【００６５】
一実施の形態に係る表示装置をヘッドマウントディスプレイに適用することで、高視野角で高精細な映像美を提供できる。高視野角なヘッドマウントディスプレイでは、画像の周辺領域を観察する際に瞳孔位置がシフトする（以下『眼振り』と呼称する）。この際、ヘッドマウントディスプレイで想定される眼振りの量に対して、所望の光学特性を確保するのが困難となる。一実施の形態に係る表示装置によれば、左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒをそれぞれ上記した構成にすることで、眼振りに対してロバストな光学系を実現できる。
【００６６】
なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
【００６７】
＜３．ヘッドマウントディスプレイへの適用例＞
図９２および図９３は、本開示の一実施の形態に係る表示装置１を適用したヘッドマウントディスプレイ２００の一構成例を示している。ヘッドマウントディスプレイ２００は、本体部２０１と、額当て部２０２と、鼻当て部２０３と、ヘッドバンド２０４と、ヘッドフォン２０５とを備えている。額当て部２０２は、本体部２０１の中央上部に設けられている。鼻当て部２０３は、本体部２０１の中央下部に設けられている。
【００６８】
ユーザがヘッドマウントディスプレイ２００を頭部に装着したとき、額当て部２０２がユーザの額に当接するとともに、鼻当て部２０３が鼻に当接する。さらに、ヘッドバンド２０４が頭部の後方に当接する。これにより、このヘッドマウントディスプレイ２００では、装置の荷重を頭部全体に分散させて、ユーザの負担を軽減して装着することができる。
【００６９】
ヘッドフォン２０５は、左耳用のものと右耳用のものとが設けられ、左耳と右耳とに独立して音声を提供可能となっている。
【００７０】
本体部２０１には、映像を表示するための回路基板や光学系等が内蔵されている。本体部２０１には、図９３に示したように左眼表示部２１０Ｌおよび右眼表示部２１０Ｒが設けられ、左眼と右眼とに独立して映像を提供可能となっている。左眼表示部２１０Ｌには、左眼用の画像表示素子と、左眼用の画像表示素子に表示された画像を拡大する左眼用の接眼光学系とを備えた左眼接眼表示ユニットが設けられている。右眼表示部２１０Ｒには、右眼用の画像表示素子と、右眼用の画像表示素子に表示された画像を拡大する右眼用の接眼光学系とを備えた右眼接眼表示ユニットが設けられている。これら左眼表示部２１０Ｌを構成する左眼接眼表示ユニットおよび右眼表示部２１０Ｒを構成する右眼接眼表示ユニットとして、本開示の一実施の形態に係る表示装置１における左眼接眼表示ユニット１０２Ｌおよび右眼接眼表示ユニット１０２Ｒを適用可能である。
【００７１】
なお、画像表示素子には、図示しない画像再生装置から画像データが供給される。画像再生装置から３次元画像データを供給し、左眼表示部２１０Ｌと右眼表示部２１０Ｒとで互いに視差のある画像を表示することで、３次元表示を行うことも可能である。
【実施例】
【００７２】
［実施例の概要］
図１１は、視野画角（ＦＯＶ）の大きさおよびアイレリーフＥ．Ｒ．の大きさと接眼レンズの第１面における最も外側を通る光線（マージナル光線）の高さとの関係を模式的に示している。
【００７３】
図１１に示したように、視野画角およびアイレリーフＥ．Ｒ．を大きくすると、接眼レンズの第１面におけるマージナル光線の高さが高くなる。マージナル光線を、等しいサイズの画像表示素子に結像させることを考えた場合、光線高さが高いほど光線を大きく曲げる必要がある。そうすると、収差の発生量が増加し、結像性能は低下する。このように、視野画角およびアイレリーフＥ．Ｒ．の大きさは、結像性能とトレードオフの関係にある。
【００７４】
このような特性を考慮し、以下の実施例では、［表１］，［表２］に示したように、視野画角およびアイレリーフＥ．Ｒ．の大きさを変えた仕様の設計例を示す。ここで、実施例１〜１１，２３は、上記第１の構成例およびその変形例の接眼レンズ（３群３枚構成の接眼レンズ）に対応する。実施例１２〜２２，２４は、上記第２の構成例およびその変形例の接眼レンズ（４群４枚構成の接眼レンズ）に対応する。実施例２５は、上記第３の構成例の接眼レンズ（可変焦点レンズ群Ｇ２を含む構成の接眼レンズ）に対応する。［表１］，［表２］に示したように、３群３枚構成の接眼レンズおよび４群４枚構成の接眼レンズのそれぞれにおいて、第１レンズＬ１のアイポイントＥ．Ｐ．側のレンズ面が、凸形状の実施例と平面形状の実施例とを示す。また、［表１］，［表２］に示したように、３群３枚構成の接眼レンズおよび４群４枚構成の接眼レンズのそれぞれにおいて、自由曲面レンズの枚数を変えた設計例を示す。
【００７５】
なお、視野画角は、上述の図９に示したように、片眼観察時における、正面時注視点（Ｃ０Ｌ，Ｃ０Ｒ）を基準とした一方（左側または右側）の最大画角をθａ、他方（右側または左側）の最大画角をθｂとする（θａ＞θｂ）。θｂは、重複画像領域１１の最大画角に相当する。両眼観察時における最大画角は、上述の図１０に示したように、正面時注視点Ｃ０を基準として、左側および右側共に、最大画角はθａとなる。
【００７６】
【表１】
2020024363.tif 000003
【００７７】
【表２】
2020024363.tif 000004
【００７８】
＜４．接眼光学系（接眼レンズ）の数値実施例＞
上述の［表１］，［表２］に示した各実施例に係る接眼レンズの具体的なレンズデータを以下に示す。各実施例に係る接眼レンズは、左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒのそれぞれに対応し、左眼接眼表示ユニット１０２Ｌおよび右眼接眼表示ユニット１０２Ｒのそれぞれに適用される。各実施例に係る接眼レンズにおいて、左眼画像表示素子１００Ｌまたは右眼画像表示素子１００Ｒのことを、左右の区別無く、画像表示素子１００と記す。
【００７９】
なお、以下の各表や説明において示した記号の意味等については、下記に示す通りである。「Ｓｉ」は、アイポイントＥ．Ｐ．を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面の番号を示している。「Ｒｉ」は、ｉ番目の面の近軸の曲率半径（ｍｍ）を示す。「Ｎｄｉ」はｉ番目の面を有する光学要素の材質（媒質）のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）における屈折率の値を示す。「νｄｉ」はｉ番目の面を有する光学要素の材質のｄ線におけるアッベ数の値を示す。曲率半径が「∞」である面は平面または絞り面（開口絞りＳＴＯ（アイポイントＥ．Ｐ．））であることを示す。
【００８０】
（偏心量、回転量、間隔の定義の説明）
図１２に、各実施例に係る接眼レンズの光軸の定義を示す。各実施例に係る接眼レンズは、アイポイントＥ．Ｐ．に対して少なくとも１枚のレンズエレメントと画像表示素子１００とが偏心および／または回転している。なお、図１２では、３群３枚構成の接眼レンズを例にしているが、４群４枚構成の接眼レンズ等についても同様である。
【００８１】
各実施例では、図１２に示したように、アイポイントＥ．Ｐ．の（Ｙ座標，Ｚ座標）を（０，０）とし、アイポイントＥ．Ｐ．の光軸ＡＸ（Ｅ．Ｐ．）を基準光軸とする。また、第ｉレンズＬｉの光軸を光軸ＡＸ（Ｌｉ）と記す。画像表示素子１００の光軸をＡＸ（Ｐａ）と記す。以下の各表における各レンズエレメントおよび画像表示素子１００の位置は、アイポイントＥ．Ｐ．を（０，０）とした場合における、各光軸上の絶対位置（Ｙ座標，Ｚ座標）を示す。また、回転量についても同様に、アイポイントＥ．Ｐ．の光軸ＡＸ（Ｅ．Ｐ．）を基準とした絶対量を示す。
【００８２】
（像倍率の定義の説明）
像倍率Ｍｖは、図３を用いて上述したとおり、Ｍｖ＝α’／αで定義されるが、各実施例に係る接眼レンズは、アイポイントＥ．Ｐ．に対して少なくとも１枚のレンズエレメントと画像表示素子１００とが偏心および／または回転している。そのため、観察角度は偏心方向および回転方向に対して非対称となる。本実施例では、この観察角度に対して平均的な取り扱いを行うため、画像表示素子１００のＺ位置はそのままに、Ｙ位置と回転量は共に０（ｍｍ）、０（ｄｅｇｒｅｅ）と置換した場合における観察角度を用いて、像倍率Ｍｖを計算した。
【００８３】
（非球面および自由曲面の式）
各実施例に係る接眼レンズは、自由曲面レンズを含んでいる。また、非球面レンズを含む場合がある。非球面形状は以下の非球面の式（１．１）によって定義される。また、自由曲面形状は以下の自由曲面の式（１．２）によって定義される。なお、以下の非球面および自由曲面を示す各表において、「Ｅ−ｎ」は１０を底とする指数表現、すなわち、「１０のマイナスｎ乗」を表しており、例えば、「０．１２３４５Ｅ−０５」は「０．１２３４５×（１０のマイナス５乗）」を表している。
【００８４】
【数１】
2020024363.tif 000005
【００８５】
ただし、
Ｚａ（ｓ）：各レンズエレメントの光軸を基準とした非球面形状のサグ量
Ｚｆ（ｓ）：各レンズエレメントの光軸を基準とした自由曲面形状のサグ量
ｓ：各レンズエレメントの光軸からの距離（タンジェンシャル方向）
ｘ：各レンズエレメントの光軸からの距離（ｘ方向；図４を参照）
ｙ：各レンズエレメントの光軸からの距離（ｚ方向；図４を参照）
Ｒ：曲率半径
ｋ：円錐定数
Ａｉ：ｉ次の非球面係数
Ｂｊ：ｊ番目の多項式係数
とする。
【００８６】
［実施例１］
［表３］に、実施例１に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表４］に示す。
【００８７】
【表３】
2020024363.tif 000006
【００８８】
【表４】
2020024363.tif 000007
【００８９】
図１３には、実施例１に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図１４〜図１５には、実施例１に係る接眼レンズの諸収差を示す。各収差は、アイポイントＥ．Ｐ．側から光線追跡したものである。特に、図１４には、非点収差（像面湾曲）、および歪曲収差を示す。図１５には、倍率色収差を示す。非点収差図および歪曲収差図には、波長５８７．６（ｎｍ）の値を示す。非点収差図において、Ｓはサジタル像面、Ｔはタンジェンシャル像面における値を示す。倍率色収差図には、波長５８７．６（ｎｍ）を基準波長とした波長４８６．１（ｎｍ）、および波長６５６．３（ｎｍ）の値を示す。
なお、各収差図には、ｙ方向（図５参照）に光線追跡角度を変化させた場合の収差を示す。以降の他の実施例における収差図についても同様である。
【００９０】
各収差図から分かるように、実施例１では、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【００９１】
［実施例２］
［表５］に、実施例２に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表６］に示す。
【００９２】
【表５】
2020024363.tif 000008
【００９３】
【表６】
2020024363.tif 000009
【００９４】
図１６には、実施例２に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図１７〜図１８には、実施例２に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【００９５】
各収差図から分かるように、実施例２に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【００９６】
［実施例３］
［表７］に、実施例３に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表８］に示す。
【００９７】
【表７】
2020024363.tif 000010
【００９８】
【表８】
2020024363.tif 000011
【００９９】
図１９には、実施例３に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図２０〜図２１には、実施例３に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１００】
各収差図から分かるように、実施例３に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【０１０１】
［実施例４］
［表９］に、実施例４に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表１０］に示す。
【０１０２】
【表９】
2020024363.tif 000012
【０１０３】
【表１０】
2020024363.tif 000013
【０１０４】
図２２には、実施例４に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図２３〜図２４には、実施例４に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１０５】
各収差図から分かるように、実施例４に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【０１０６】
［実施例５］
［表１１］に、実施例５に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表１２］に示す。
【０１０７】
【表１１】
2020024363.tif 000014
【０１０８】
【表１２】
2020024363.tif 000015
【０１０９】
図２５には、実施例５に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図２６〜図２７には、実施例５に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１１０】
各収差図から分かるように、実施例５に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【０１１１】
［実施例６］
［表１３］に、実施例６に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表１４］に示す。
【０１１２】
【表１３】
2020024363.tif 000016
【０１１３】
【表１４】
2020024363.tif 000017
【０１１４】
図２８には、実施例６に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図２９〜図３０には、実施例６に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１１５】
各収差図から分かるように、実施例６に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【０１１６】
［実施例７］
［表１５］に、実施例７に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表１６］に示す。
【０１１７】
【表１５】
2020024363.tif 000018
【０１１８】
【表１６】
2020024363.tif 000019
【０１１９】
図３１には、実施例７に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図３２〜図３３には、実施例７に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１２０】
各収差図から分かるように、実施例７に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【０１２１】
［実施例８］
［表１７］に、実施例８に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表１８］に示す。
【０１２２】
【表１７】
2020024363.tif 000020
【０１２３】
【表１８】
2020024363.tif 000021
【０１２４】
図３４には、実施例８に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図３５〜図３６には、実施例８に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１２５】
各収差図から分かるように、実施例８に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【０１２６】
［実施例９］
［表１９］に、実施例９に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表２０］に示す。
【０１２７】
【表１９】
2020024363.tif 000022
【０１２８】
【表２０】
2020024363.tif 000023
【０１２９】
図３７には、実施例９に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図３８〜図３９には、実施例９に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１３０】
各収差図から分かるように、実施例９に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【０１３１】
［実施例１０］
［表２１］に、実施例１０に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表２２］に示す。
【０１３２】
【表２１】
2020024363.tif 000024
【０１３３】
【表２２】
2020024363.tif 000025
【０１３４】
図４０には、実施例１０に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図４１〜図４２には、実施例１０に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１３５】
各収差図から分かるように、実施例１０に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【０１３６】
［実施例１１］
［表２３］に、実施例１１に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表２４］に示す。
【０１３７】
【表２３】
2020024363.tif 000026
【０１３８】
【表２４】
2020024363.tif 000027
【０１３９】
図４３には、実施例１１に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図４４〜図４５には、実施例１１に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１４０】
各収差図から分かるように、実施例１１に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【０１４１】
［実施例１２］
［表２５］に、実施例１２に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表２６］に示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表２７］に示す。
【０１４２】
【表２５】
2020024363.tif 000028
【０１４３】
【表２６】
2020024363.tif 000029
【０１４４】
【表２７】
2020024363.tif 000030
【０１４５】
図４６には、実施例１２に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図４７〜図４８には、実施例１２に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１４６】
各収差図から分かるように、実施例１２に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【０１４７】
［実施例１３］
［表２８］に、実施例１３に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表２９］に示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表３０］に示す。
【０１４８】
【表２８】
2020024363.tif 000031
【０１４９】
【表２９】
2020024363.tif 000032
【０１５０】
【表３０】
2020024363.tif 000033
【０１５１】
図４９には、実施例１３に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図５０〜図５１には、実施例１３に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１５２】
各収差図から分かるように、実施例１３に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【０１５３】
［実施例１４］
［表３１］に、実施例１４に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表３２］に示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表３３］に示す。
【０１５４】
【表３１】
2020024363.tif 000034
【０１５５】
【表３２】
2020024363.tif 000035
【０１５６】
【表３３】
2020024363.tif 000036
【０１５７】
図５２には、実施例１４に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図５３〜図５４には、実施例１４に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１５８】
各収差図から分かるように、実施例１４に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【０１５９】
［実施例１５］
［表３４］に、実施例１５に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表３５］に示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表３６］に示す。
【０１６０】
【表３４】
2020024363.tif 000037
【０１６１】
【表３５】
2020024363.tif 000038
【０１６２】
【表３６】
2020024363.tif 000039
【０１６３】
図５５には、実施例１５に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図５６〜図５７には、実施例１５に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１６４】
各収差図から分かるように、実施例１５に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【０１６５】
［実施例１６］
［表３７］に、実施例１６に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表３８］に示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表３９］に示す。
【０１６６】
【表３７】
2020024363.tif 000040
【０１６７】
【表３８】
2020024363.tif 000041
【０１６８】
【表３９】
2020024363.tif 000042
【０１６９】
図５８には、実施例１６に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図５９〜図６０には、実施例１６に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１７０】
各収差図から分かるように、実施例１６に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【０１７１】
［実施例１７］
［表４０］に、実施例１７に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表４１］に示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表４２］に示す。
【０１７２】
【表４０】
2020024363.tif 000043
【０１７３】
【表４１】
2020024363.tif 000044
【０１７４】
【表４２】
2020024363.tif 000045
【０１７５】
図６１には、実施例１７に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図６２〜図６３には、実施例１７に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１７６】
各収差図から分かるように、実施例１７に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【０１７７】
［実施例１８］
［表４３］に、実施例１８に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表４４］に示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表４５］に示す。
【０１７８】
【表４３】
2020024363.tif 000046
【０１７９】
【表４４】
2020024363.tif 000047
【０１８０】
【表４５】
2020024363.tif 000048
【０１８１】
図６４には、実施例１８に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図６５〜図６６には、実施例１８に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１８２】
各収差図から分かるように、実施例１８に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【０１８３】
［実施例１９］
［表４６］に、実施例１９に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表４７］に示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表４８］に示す。
【０１８４】
【表４６】
2020024363.tif 000049
【０１８５】
【表４７】
2020024363.tif 000050
【０１８６】
【表４８】
2020024363.tif 000051
【０１８７】
図６７には、実施例１９に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図６８〜図６９には、実施例１９に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１８８】
各収差図から分かるように、実施例１９に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【０１８９】
［実施例２０］
［表４９］に、実施例２０に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表５０］に示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表５１］に示す。
【０１９０】
【表４９】
2020024363.tif 000052
【０１９１】
【表５０】
2020024363.tif 000053
【０１９２】
【表５１】
2020024363.tif 000054
【０１９３】
図７０には、実施例２０に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図７１〜図７２には、実施例２０に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１９４】
各収差図から分かるように、実施例２０に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【０１９５】
［実施例２１］
［表５２］に、実施例２１に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表５３］に示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表５４］に示す。
【０１９６】
【表５２】
2020024363.tif 000055
【０１９７】
【表５３】
2020024363.tif 000056
【０１９８】
【表５４】
2020024363.tif 000057
【０１９９】
図７３には、実施例２１に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図７４〜図７５には、実施例２１に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０２００】
各収差図から分かるように、実施例２１に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【０２０１】
［実施例２２］
［表５５］に、実施例２２に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表５６］に示す。
【０２０２】
【表５５】
2020024363.tif 000058
【０２０３】
【表５６】
2020024363.tif 000059
【０２０４】
図７６には、実施例２２に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図７７〜図７８には、実施例２２に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０２０５】
各収差図から分かるように、実施例２２に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【０２０６】
［実施例２３］
［表５７］に、実施例２３に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表５８］に示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表５９］に示す。実施例２３に係る接眼レンズは、第１レンズＬ１の光軸ＡＸ（Ｌ１）が、アイポイントＥ．Ｐ．を基準とする基準光軸ＡＸ（Ｅ．Ｐ．）に対して平行ではなく、非平行となるように構成されている。また、第１レンズＬ１の像側（アイポイントＥ．Ｐ．とは反対側）のレンズ面がフレネルレンズ面とされている。また、第２レンズＬ２のアイポイントＥ．Ｐ．側のレンズ面がフレネルレンズ面とされている。なお、ここではフレネルレンズ面のデータを非球面のデータとして示す。
【０２０７】
【表５７】
2020024363.tif 000060
【０２０８】
【表５８】
2020024363.tif 000061
【０２０９】
【表５９】
2020024363.tif 000062
【０２１０】
図７９には、実施例２３に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図８０〜図８１には、実施例２３に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０２１１】
各収差図から分かるように、実施例２３に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【０２１２】
［実施例２４］
［表６０］に、実施例２４に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表６１］に示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表６２］に示す。実施例２４に係る接眼レンズは、第１レンズＬ１の光軸ＡＸ（Ｌ１）が、アイポイントＥ．Ｐ．を基準とする基準光軸ＡＸ（Ｅ．Ｐ．）に対して平行ではなく、非平行となるように構成されている。また、第１レンズＬ１の像側（アイポイントＥ．Ｐ．とは反対側）のレンズ面がフレネルレンズ面とされている。また、第２レンズＬ２のアイポイントＥ．Ｐ．側のレンズ面がフレネルレンズ面とされている。なお、ここではフレネルレンズ面のデータを非球面のデータとして示す。
【０２１３】
【表６０】
2020024363.tif 000063
【０２１４】
【表６１】
2020024363.tif 000064
【０２１５】
【表６２】
2020024363.tif 000065
【０２１６】
図８２には、実施例２４に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図８３〜図８４には、実施例２４に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０２１７】
各収差図から分かるように、実施例２４に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【０２１８】
［実施例２５］
［表６３］，［表６４］に、実施例２５に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。［表６３］には視力１．０時のデータ、［表６４］には視力０．２時のデータを示す。また、非球面のデータを［表６５］に示す。また、自由曲面を表す多項式のデータを［表６６］に示す。
【０２１９】
図８６、図８７には、実施例２５に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図８６には視力１．０時のレンズ断面、図８７には視力０．２時のレンズ断面を示す。
【０２２０】
実施例２５に係る接眼レンズは、アイポイントＥ．Ｐ．側から像側に向かって順に、偏心レンズ群Ｇ１と、可変焦点レンズ群Ｇ２とを含む。偏心レンズ群Ｇ１は、アイポイントＥ．Ｐ．側から像側に向かって順に、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、および第３レンズＬ３が配置された構成とされている。可変焦点レンズ群Ｇ２は、アイポイントＥ．Ｐ．側から像側に向かって順に、第４レンズＬ４および第５レンズＬ５が配置された構成とされている。第４レンズＬ４および第５レンズＬ５は、Ａｌｖａｒｅｚレンズであり、アイポイントＥ．Ｐ．を基準とする基準光軸ＡＸ（Ｅ．Ｐ．）に対して異なる方向に、互いに逆方向に相互に移動することで、焦点距離が変化する。また、第１レンズＬ１の像側（アイポイントＥ．Ｐ．とは反対側）のレンズ面がフレネルレンズ面とされている。また、第２レンズＬ２のアイポイントＥ．Ｐ．側のレンズ面がフレネルレンズ面とされている。なお、ここではフレネルレンズ面のデータを非球面のデータとして示す。
【０２２１】
【表６３】
2020024363.tif 000066
【０２２２】
【表６４】
2020024363.tif 000067
【０２２３】
【表６５】
2020024363.tif 000068
【０２２４】
【表６６】
2020024363.tif 000069
【０２２５】
図８８〜図９１には、実施例２５に係る接眼レンズの諸収差を示す。図８８〜図８９には視力１．０時の諸収差、図９０〜図９１には視力０．２時の諸収差を示す。
【０２２６】
各収差図から分かるように、実施例２５に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。
【０２２７】
［各実施例のその他の数値データ］
［表６７］，［表６８］には、各実施例に係る接眼レンズの仕様、および各実施例に係る接眼レンズが満たす他の数値データの値（条件式に関する値等）を、各実施例についてまとめたものを示す。なお、Ｌは全長（アイポイントＥ．Ｐ．から像（画像表示素子１００）までの距離）を示す。［表６７］，［表６８］から分かるように、各実施例について、所望の構成が満たされている。［表６７］，［表６８］に示したように、各実施例の像倍率Ｍｖは２倍以上となっている。また、各実施例について、第１レンズＬ１のｄ線に対する屈折率が１．４３９以上となっている。また、各実施例について、偏心量ｓｉ，ｍａｘおよび回転量θｉ，ｍａｘに関する条件式（１），（２）の関係を満足している。
【０２２８】
【表６７】
2020024363.tif 000070
【０２２９】
【表６８】
2020024363.tif 000071
【０２３０】
＜５．その他の実施の形態＞
本開示による技術は、上記実施の形態および実施例の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。
例えば、上記各数値実施例において示した各部の形状および数値は、いずれも本技術を実施するための具体化のほんの一例に過ぎず、これらによって本技術の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
【０２３１】
また、上記実施の形態および実施例では、実質的に３つまたは４つのレンズからなる構成について説明したが、実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備えた構成であってもよい。
【０２３２】
また、非球面または自由曲面を形成する面は、各実施例に示したレンズ面に限定されず、各実施例に示したレンズ面以外の他の面を非球面または自由曲面にしてもよい。
【０２３３】
また例えば、本技術は以下のような構成を取ることができる。
以下の構成の本技術によれば、左眼接眼光学系および右眼接眼光学系を構成する各レンズの構成の最適化を図ると共に、左眼表示画像および右眼表示画像に非重複画像領域を含めるようにしたので、迷光発生の懸念を生じさせることなく、軽量化と両眼観察時における広画角化とを図り、高精細な映像美を提供可能となる。
【０２３４】
［１］
左眼画像表示素子と前記左眼画像表示素子に表示された左眼表示画像を左眼に導く左眼接眼光学系とを含む左眼接眼表示ユニットと、
右眼画像表示素子と前記右眼画像表示素子に表示された右眼表示画像を右眼に導く右眼接眼光学系とを含む右眼接眼表示ユニットと
を備え、
両眼で観察した際の像倍率が２倍以上であり、
前記左眼接眼光学系および前記右眼接眼光学系はそれぞれ、複数の単レンズからなり、
前記複数の単レンズのうち少なくとも１枚の単レンズが、樹脂材料からなる自由曲面レンズであり、
前記複数の単レンズのうち少なくとも１枚の単レンズが、前記左眼画像表示素子または前記右眼画像表示素子の光軸に対して、偏心した状態および回転した状態のうち少なくとも１つの状態で配置され、
前記左眼表示画像および前記右眼表示画像はそれぞれ、互いに共通の画像部分からなる重複画像領域と、互いに異なる画像部分からなり、互いに前記重複画像領域よりも外側の領域となる非重複画像領域とを含む
表示装置。
［２］
前記左眼接眼光学系および前記右眼接眼光学系はそれぞれ、
アイポイント側から像側に向かって順に、前記複数の単レンズとして、第１レンズ、第２レンズ、および第３レンズが配置された３群３枚構成の接眼レンズからなる
上記［１］に記載の表示装置。
［３］
前記第１レンズは、ｄ線に対する屈折率が１．４３９以上の材料からなる正の屈折力を有する球面レンズであり、
前記第１レンズの前記アイポイント側のレンズ面が、凸形状または平面形状である
上記［２］に記載の表示装置。
［４］
前記第１レンズの光軸は、前記アイポイントを基準とする基準光軸に対して平行である
上記［２］または［３］に記載の表示装置。
［５］
前記第２レンズおよび前記第３レンズのうち少なくとも１枚のレンズが、自由曲面レンズである
上記［２］ないし［４］のいずれか１つに記載の表示装置。
［６］
前記アイポイントを基準とする基準光軸に対して、前記第１レンズ、前記第２レンズ、および前記第３レンズのうち少なくとも１枚のレンズが、前記偏心した状態および前記回転した状態のうち少なくとも１つの状態で配置され、
前記基準光軸に対する前記第１レンズ、前記第２レンズ、および前記第３レンズのそれぞれの光軸の前記基準光軸に直交する方向の偏心量の最大絶対値をｓｉ，ｍａｘ、
前記基準光軸に対する前記第１レンズ、前記第２レンズ、および前記第３レンズのそれぞれの光軸の回転量の最大絶対値をθｉ，ｍａｘとしたとき、
ｓｉ，ｍａｘ＜２５（ｍｍ）  ……（１）
θｉ，ｍａｘ＜２５（°）  ……（２）
を満たす
上記［２］ないし［５］のいずれか１つに記載の表示装置。
［７］
前記第１レンズの光軸は、前記アイポイントを基準とする基準光軸に対して非平行である
上記［２］、［５］、および［６］のいずれか１つに記載の表示装置。
［８］
前記第１レンズは、フレネルレンズである
上記［２］、［５］ないし［７］のいずれか１つに記載の表示装置。
［９］
前記左眼接眼光学系および前記右眼接眼光学系はそれぞれ、
アイポイント側から像側に向かって順に、前記複数の単レンズとして、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、および第４レンズが配置された４群４枚構成の接眼レンズからなる
上記［１］に記載の表示装置。
［１０］
前記第１レンズは、ｄ線に対する屈折率が１．４３９以上の材料からなる正の屈折力を有する球面レンズであり、
前記第１レンズの前記アイポイント側のレンズ面が、凸形状または平面形状である
上記［９］に記載の表示装置。
［１１］
前記第１レンズの光軸は、前記アイポイントを基準とする基準光軸に対して平行である
上記［９］または［１０］に記載の表示装置。
［１２］
前記第２レンズ、前記第３レンズ、および前記第４レンズのうち少なくとも１枚のレンズが、自由曲面レンズである
上記［９］ないし［１１］のいずれか１つに記載の表示装置。
［１３］
前記アイポイントを基準とする基準光軸に対して、前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ、および前記第４レンズのうち少なくとも１枚のレンズが、前記偏心した状態および前記回転した状態のうち少なくとも１つの状態で配置され、
前記基準光軸に対する前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ、および前記第４レンズのそれぞれの光軸の前記基準光軸に直交する方向の偏心量の最大絶対値をｓｉ，ｍａｘ、
前記基準光軸に対する前記第１レンズ、前記第２レンズ、前記第３レンズ、および前記第４レンズのそれぞれの光軸の回転量の最大絶対値をθｉ，ｍａｘとしたとき、
ｓｉ，ｍａｘ＜２５（ｍｍ）  ……（１）
θｉ，ｍａｘ＜２５（°）  ……（２）
を満たす
上記［９］ないし［１２］のいずれか１つに記載の表示装置。
［１４］
前記第１レンズの光軸は、前記アイポイントを基準とする基準光軸に対して非平行である
上記［９］、［１２］、および［１３］のいずれか１つに記載の表示装置。
［１５］
前記第１レンズは、フレネルレンズである
上記［９］、［１２］ないし［１４］のいずれか１つに記載の表示装置。
［１６］
前記左眼接眼光学系および前記右眼接眼光学系のそれぞれにおいて、
前記複数の単レンズは、可変焦点レンズ群を含む
上記［１］に記載の表示装置。
［１７］
前記左眼接眼光学系および前記右眼接眼光学系のそれぞれにおいて、
前記複数の単レンズは、アイポイント側から像側に向かって順に、偏心レンズ群と、前記可変焦点レンズ群とを含む
上記［１６］に記載の表示装置。
［１８］
前記左眼表示画像において、前記非重複画像領域は、前記重複画像領域に対して左外側の領域であり、
前記右眼表示画像において、前記非重複画像領域は、前記重複画像領域に対して右外側の領域である
上記［１］ないし［１７］のいずれか１つに記載の表示装置。
【符号の説明】
【０２３５】
１…表示装置、２Ｌ…左眼、２Ｒ…右眼、１０Ｌ…左眼表示画像、１０Ｒ…右眼表示画像、１１…重複画像領域、１２…非重複画像領域、１００…画像表示素子、１００Ｌ…左眼画像表示素子、１００Ｒ…右眼画像表示素子、１０１…接眼光学系、１０１Ｌ…左眼接眼光学系、１０１Ｒ…右眼接眼光学系、１０２…接眼表示ユニット、１０２Ｌ…左眼接眼表示ユニット、１０２Ｒ…右眼接眼表示ユニット、２００…ヘッドマウントディスプレイ、２０１…本体部、２０２…額当て部、２０３…鼻当て部、２０４…ヘッドバンド、２０５…ヘッドフォン、２１０Ｌ…左眼表示部、２１０Ｒ…右眼表示部、Ｃ０…両眼による正面時注視点、Ｃ０Ｌ，Ｃ０Ｒ…片眼による正面時注視点、Ｉｍ…虚像、ＩｍＬ…左眼観察虚像、ＩｍＲ…右眼観察虚像、ＩｍＬＲ…両眼観察虚像、Ｌ１…第１レンズ、Ｌ２…第２レンズ、Ｌ３…第３レンズ、Ｌ４…第４レンズ、Ｌ５…第５レンズ、Ｇ１…偏心レンズ群、Ｇ２…可変焦点レンズ群、ＳＴＯ…開口絞り、Ｅ．Ｐ．…アイポイント、Ｅ．Ｒ．…アイレリーフ、ＡＸ（Ｅ．Ｐ．）…アイポイントの光軸（基準光軸）、ＡＸ（Ｌ１）…第１レンズの光軸、ＡＸ（Ｌ２）…第２レンズの光軸、ＡＸ（Ｌ３）…第３レンズの光軸、ＡＸ（Ｌ４）…第４レンズの光軸、ＡＸ（Ｌ５）…第５レンズの光軸、ＡＸ（Ｐａ）…画像表示素子の光軸、Ｚ１…光軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
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【図９０】
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【図９１】
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【図９２】
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【図９３】
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