(57)【要約】【課題】軽量化と広画角化とを図りつつ、高精細な映像美を提供可能にする。【解決手段】本開示の表示装置は、画像表示素子と画像表示素子に表示された表示画像をアイポイントに導く接眼光学系とを含む接眼表示ユニットを備え、接眼光学系による像倍率が２倍以上であり、接眼光学系は、複数の単レンズからなる共軸系であり、複数の単レンズのうち少なくとも１枚の単レンズが、樹脂材料からなる非球面レンズであり、画像表示素子は、表示画像として、接眼光学系において発生する歪曲収差と倍率色収差とを補正する画像を表示する。【選択図】図４
2020020935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示素子と前記画像表示素子に表示された表示画像をアイポイントに導く接眼光学系とを含む接眼表示ユニットを備え、
前記接眼光学系による像倍率が２倍以上であり、
前記接眼光学系は、複数の単レンズからなる共軸系であり、
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、樹脂材料からなる非球面レンズであり、
前記画像表示素子は、前記表示画像として、前記接眼光学系において発生する歪曲収差と倍率色収差とを補正する画像を表示する
表示装置。
【請求項２】
前記接眼光学系は、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】
前記接眼光学系における倍率色収差の最大発生量は、６００μｍ以下である
請求項２に記載の表示装置。
【請求項５】
以下の条件式を満足する
請求項２に記載の表示装置。
０．４５０＜ｆ／Ｌ’＜０．８００  ……（１Ａ）
ただし、
ｆ：実効焦点距離
Ｌ’：前記複数の単レンズにおける最もアイポイント側のレンズ面から前記像までの距離
とする。
【請求項６】
以下の条件式を満足する
請求項２に記載の表示装置。
０．４００＜ｔ’／Ｌ’  ……（２Ａ）
ただし、
ｔ’：前記複数の単レンズの各中心厚の総和
Ｌ’：前記複数の単レンズにおける最もアイポイント側のレンズ面から前記像までの距離
とする。
【請求項７】
前記接眼光学系は、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８】
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７に記載の表示装置。
【請求項９】
前記接眼光学系における倍率色収差の最大発生量は、６００μｍ以下である
請求項７に記載の表示装置。
【請求項１０】
以下の条件式を満足する
請求項７に記載の表示装置。
０．４５０＜ｆ／Ｌ’＜０．７００  ……（１Ｂ）
ただし、
ｆ：実効焦点距離
Ｌ’：前記複数の単レンズにおける最もアイポイント側のレンズ面から前記像までの距離
とする。
【請求項１１】
以下の条件式を満足する
請求項７に記載の表示装置。
０．５５０＜ｔ’／Ｌ’  ……（２Ｂ）
ただし、
ｔ’：前記複数の単レンズの各中心厚の総和
Ｌ’：前記複数の単レンズにおける最もアイポイント側のレンズ面から前記像までの距離
とする。
【請求項１２】
前記接眼表示ユニットは、左眼接眼表示ユニットと右眼接眼表示ユニットとを含み、
前記画像表示素子は、前記左眼接眼表示ユニット内に配置された左眼画像表示素子と、前記右眼接眼表示ユニット内に配置された右眼画像表示素子とを含み、
前記接眼光学系は、前記左眼接眼表示ユニット内に配置され、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、前記右眼接眼表示ユニット内に配置され、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み、
前記左眼接眼光学系および前記右眼接眼光学系がそれぞれ、前記複数の単レンズからなり、
両眼で観察した際の像倍率が２倍以上である
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、かつ高い倍率で像を観察可能であることが要求されている。特許文献１に記載の接眼光学系では、高屈折率かつ高アッベ数の硝材からなるレンズを複数枚用いることで、高い解像度と高い倍率を両立した光学系を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２３９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高屈折率かつ高アッベ数の硝材を用いることは、密度の高いガラスレンズを用いることになり、光学系が重たくなる。
【０００５】
軽量化と広画角化とを図りつつ、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、画像表示素子と画像表示素子に表示された表示画像をアイポイントに導く接眼光学系とを含む接眼表示ユニットを備え、接眼光学系による像倍率が２倍以上であり、接眼光学系は、複数の単レンズからなる共軸系であり、複数の単レンズのうち少なくとも１枚の単レンズが、樹脂材料からなる非球面レンズであり、画像表示素子は、表示画像として、接眼光学系において発生する歪曲収差と倍率色収差とを補正する画像を表示する。
【０００７】
本開示の一実施の形態に係る表示装置では、複数の単レンズからなる共軸系の接眼光学系を備え、各単レンズの構成の最適化が図られる。画像表示素子は、接眼光学系において発生する歪曲収差と倍率色収差とを補正する表示画像を表示する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の一実施の形態に係る表示装置によれば、樹脂材料からなる非球面レンズを含むようにして接眼光学系を構成する複数の単レンズの構成の最適化を図り、また、接眼光学系において発生する歪曲収差と倍率色収差とを補正する表示画像を表示するようにしたので、軽量化と広画角化とを図りつつ、高精細な映像美を提供可能となる。
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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】画像表示素子への出力画像と歪曲収差のある接眼光学系を通して実際に見える画像との対応関係を示す説明図である。
【図７】画像表示素子への出力画像と倍率色収差のある接眼光学系を通して実際に見える画像との対応関係を示す説明図である。
【図８】焦点距離ｆの光学系における理想光線到達位置と、歪曲収差の発生により歪められた光線到達位置（実光線到達位置）とを示した説明図である。
【図９】マージナル光線を揃えた場合における理想光線到達位置および実光線到達位置と、理想光線到達位置と実光線到達位置との乖離量とを模式的に示す説明図である。
【図１０】複数の色の光線の理想到達位置を模式的に示す説明図である。
【図１１】倍率色収差の発生により変化した各色の光線到達位置を模式的に示す説明図である。
【図１２】標準的な画像表示素子の緑色スペクトルを示す説明図である。
【図１３】光学系に発生した倍率色収差と、緑色のみを発光させた場合における緑色の短波長側波長と緑色の長波長側波長との光線到達位置の乖離量との関係性を示す説明図である。
【図１４】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１５】実施例１に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図１６】実施例１に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。
【図１７】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１８】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１９】実施例２に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図２０】実施例２に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。
【図２１】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２２】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２３】実施例３に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図２４】実施例３に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。
【図２５】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２６】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２７】実施例４に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図２８】実施例４に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。
【図２９】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３０】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３１】実施例５に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図３２】実施例５に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。
【図３３】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３４】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３５】実施例６に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図３６】実施例６に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。
【図３７】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３８】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３９】実施例７に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図４０】実施例７に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。
【図４１】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４２】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４３】実施例８に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図４４】実施例８に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。
【図４５】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４６】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４７】実施例９に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図４８】実施例９に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。
【図４９】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５０】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５１】実施例１０に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図５２】実施例１０に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。
【図５３】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５４】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５５】実施例１１に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図５６】実施例１１に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。
【図５７】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５８】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５９】実施例１２に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図６０】実施例１２に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。
【図６１】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６２】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６３】実施例１３に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図６４】実施例１３に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。
【図６５】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６６】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６７】実施例１４に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図６８】実施例１４に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。
【図６９】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７０】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７１】実施例１５に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図７２】実施例１５に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。
【図７３】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７４】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７５】実施例１６に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図７６】実施例１６に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。
【図７７】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７８】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７９】実施例１７に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図８０】実施例１７に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。
【図８１】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８２】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８３】実施例１８に係る接眼レンズのレンズ断面図である。
【図８４】実施例１８に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。
【図８５】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８６】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８７】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８８】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】
【００１０】
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説明
１．１．一実施の形態に係る表示装置の概要
１．２．歪曲収差と倍率色収差の補正の説明
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
【００１１】
＜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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、共軸系の接眼光学系１０１を用いて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。
【００２０】
上記を改善する手段の１つとして、接眼光学系１０１を構成するレンズに高屈折率かつ高アッベ数の硝材を複数枚用いる方法がある。特許文献１（特開平１１−２３９８４号公報）では、この方法を用いることで、高い解像度と高い倍率を両立した接眼光学系１０１を実現している。しかし、この方法では密度の高いガラスレンズを用いねばならず、接眼光学系１０１が重たくなる。
【００２１】
そこで、軽量化と広画角化とを図り、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。
【００２２】
＜１．一実施の形態に係る表示装置の説明＞
［１．１．一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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
左眼接眼表示ユニット１０２Ｌ内には、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２Ｌに導く左眼接眼光学系１０１Ｌとが配置されている。
【００２６】
右眼接眼表示ユニット１０２Ｒ内には、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を右眼２Ｒに導く右眼接眼光学系１０１Ｒとが配置されている。
【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。左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒはそれぞれ、共軸系であり、それぞれ（片眼）による像倍率が２倍以上となるように構成されている。
【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、樹脂材料からなる非球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枚の単レンズを非球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。
【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】
表示装置１をヘッドマウントディスプレイ等に適用する場合、通常、左眼画像表示素子１００Ｌと右眼画像表示素子１００Ｒとで、左眼表示画像および右眼表示画像として、それぞれ同一の画像が表示され、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、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】
左眼画像表示素子１００Ｌは、左眼表示画像として、左眼接眼光学系１０１Ｌにおいて発生する歪曲収差と倍率色収差とを補正する画像を表示する。同様に、右眼画像表示素子１００Ｒは、右眼表示画像として、右眼接眼光学系１０１Ｒにおいて発生する歪曲収差と倍率色収差とを補正する画像を表示する。
【００３２】
これにより、左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒにおいて発生する歪曲収差と倍率色収差とをある程度許容し、実質的に、左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒにおいて、歪曲収差と倍率色収差とが発生していない場合と変わらない見え方を維持しつつ、高倍率および光学系重量の軽減を実現できる。
【００３３】
［１．２．歪曲収差と倍率色収差の補正の説明］
以下、左眼画像表示素子１００Ｌおよび右眼画像表示素子１００Ｒが表示する左眼表示画像および右眼表示画像による歪曲収差および倍率色収差の補正の具体例を説明する。左眼画像表示素子１００Ｌおよび右眼画像表示素子１００Ｒに表示する画像の補正方法は左右で実質的に同じであるため、以下では、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。同様に、左眼接眼光学系１０１Ｌまたは右眼接眼光学系１０１Ｒのことを、左右の区別無く、接眼光学系１０１と記す。同様に、左眼表示画像または右眼表示画像のことを、左右の区別無く、表示画像と記す。また、以降の他の説明においても、同様に必要に応じて適宜、左右の区別無く説明する。
【００３４】
（歪曲収差と倍率色収差の補正）
図６は、画像表示素子１００への出力画像と歪曲収差のある接眼光学系１０１を通して実際に見える画像との対応関係を示している。図７は、画像表示素子１００への出力画像と倍率色収差のある接眼光学系１０１を通して実際に見える画像との対応関係を示している。
【００３５】
図６および図７に示したように、画像表示素子１００に何の補正処理も施していない画像を出力した場合、接眼光学系１０１に発生した歪曲収差と倍率色収差とにより、接眼光学系１０１を通して実際に見える画像は歪で見栄えの悪いものとなる。それに対し、接眼光学系１０１に発生した歪曲収差と倍率色収差とにそれぞれ対応した補正画像を画像表示素子１００に出力した場合、両収差は打ち消され良好な見栄えとなる。
【００３６】
（歪曲収差の補正方法）
図８は、焦点距離ｆの接眼光学系１０１における理想光線到達位置と、歪曲収差の発生により歪められた光線到達位置（実光線到達位置）とを示している。図９は、マージナル光線を揃えた場合における理想光線到達位置および実光線到達位置と、理想光線到達位置と実光線到達位置との乖離量とを模式的に示している。図９において、角度θａの理想光線到達位置をｒi,a、角度θｂの理想光線到達位置をｒi,b、角度θｃの理想光線到達位置をｒi,cとする。また、歪曲収差が発生した場合における角度θａの実光線到達位置をｒr,a、歪曲収差が発生した場合における角度θｂの実光線到達位置をｒr,b、歪曲収差が発生した場合における角度θｃの実光線到達位置をｒr,cとする。ここで、θａ＜θｂ＜θｃとし、マージナル光線は、角度θｃの光線とする。マージナル光線の理想光線到達位置ｒi,cと実光線到達位置ｒr,cとを揃えた場合（ｒi,c＝ｒr,c）、角度θａの光線到達位置乖離量はｒr,a−ｒi,a、角度θｂの光線到達位置乖離量はｒr,b−ｒi,bとなる。
【００３７】
図８に示したように、各角度の理想光線到達位置と実光線到達位置との間には、乖離が生じている。この乖離を無くし、発生した歪曲収差を打ち消す手法について以下に示す。まず、図９に示したように、マージナル光線（接眼光学系１０１の最も外側を通る光線）の理想光線到達位置ｒi,cと実光線到達位置ｒr,cとを揃える。次に各角度における光線到達位置の乖離量を求め、それぞれを画像表示素子１００への出力画像に反映させる。以上の手順により、歪曲収差を補正する画像が生成可能となる。
【００３８】
（倍率色収差の補正方法）
図１０は、３色（ＲＧＢ）の光源を持つ画像表示素子１００の出力した各色の光線の理想光線到達位置を示している。図１１は、倍率色収差の発生により変化した各色の光線到達位置（実光線到達位置）を示している。
【００３９】
倍率色収差がある場合、図１１に示したように、ＲＧＢそれぞれの光線到達位置に乖離が生じる。この乖離を無くすためには、各角度の各色における光線到達位置を求め、それぞれを画像表示素子１００への出力画像に反映させることで、倍率色収差を補正する画像が生成可能となる。
【００４０】
（倍率色収差の補正限界）
図１２は、標準的な画像表示素子１００の緑色スペクトルを示している。図１２に示したように、標準的な画像表示素子１００の緑色スペクトルは、例えば中心波長５４０ｎｍ、分散が２０ｎｍとなる。ここで、中心波長５４０ｎｍに対して−２０ｎｍの短波長側波長（５２０ｎｍ）をλ２、中心波長５４０ｎｍに対して＋２０ｎｍの長波長側波長（５６０ｎｍ）をλ１とする。
【００４１】
図１３に、接眼光学系１０１に発生した倍率色収差（赤色の中心波長と青色の中心波長との乖離量）と、緑色のみを発光させた場合における緑色の長波長側波長λ１（５６０ｎｍ）と緑色の短波長側波長λ２（５２０ｎｍ）との光線到達位置ｒλ1，ｒλ2の乖離量（ｒλ1−ｒλ2）との関係性を示す。
【００４２】
図１３に示したように、接眼光学系１０１に発生した倍率色収差が６００μｍを超えると、緑色の長波長側波長λ１と緑色の短波長側波長λ２との光線到達位置の乖離量（ｒλ1−ｒλ2）が１２０μｍを超え、単波長で観察した場合においても、画像がぼけ、見え方に違和感を生じさせると推測される。このことから、倍率色収差の許容量は６００μｍとなる。
【００４３】
＜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および第２の構成例を説明する。
【００４４】
［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１〜９に係る接眼レンズ（図１５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１〜９に係る接眼レンズ（図１５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。
【００４５】
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。
【００４６】
第１の構成例に係る接眼レンズにおいて、倍率色収差の最大発生量は、６００μｍ以下であることが好ましい。倍率色収差の最大発生量は、６００μｍを超えると、良好な結像性能を得ることが困難となる。また、上述の図１３に示したように、倍率色収差の発生量が６００μｍを超える場合、画像表示素子１００に補正画像を出力しても、見え方に違和感が生ずる。
【００４７】
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、非球面レンズであることが好ましい。非球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。
【００４８】
また、第１の構成例に係る接眼レンズは、以下の条件式（１Ａ）を満足することが好ましい。
０．４５０＜ｆ／Ｌ’＜０．８００  ……（１Ａ）
ただし、
ｆ：実効焦点距離
Ｌ’：複数の単レンズ（第１ないし第３レンズＬ１〜Ｌ３）における最もアイポイントＥ．Ｐ．側のレンズ面から像（画像表示素子１００の表示面）までの距離
とする。
【００４９】
条件式（１Ａ）を満足することで、光学系の小型化を図りつつ、良好な結像特性を得ることができる。条件式（１Ａ）の上限を超えると、実効焦点距離ｆに対して十分な光学系全長を確保することが困難となり、所定の像倍率を持つ光学系を実現しようとすると周辺部の解像度、像面湾曲、および歪曲収差が悪化することが懸念される。条件式（１Ａ）の下限を下回ると、実効焦点距離ｆに対して光学系全長が長くなりすぎ、所定の像倍率を持つ光学系を実現しようとすると、光学系体積が増加し、表示装置１全体としての小型化を妨げることが懸念される。
【００５０】
また、第１の構成例に係る接眼レンズは、以下の条件式（２Ａ）を満足することが好ましい。
０．４００＜ｔ’／Ｌ’  ……（２Ａ）
ただし、
ｔ’：複数の単レンズ（第１ないし第３レンズＬ１〜Ｌ３）の各中心厚の総和
Ｌ’：複数の単レンズ（第１ないし第３レンズＬ１〜Ｌ３）における最もアイポイントＥ．Ｐ．側のレンズ面から像（画像表示素子１００の表示面）までの距離
とする。
【００５１】
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）。条件式（２Ａ）を満たすことで、十分なレンズ厚みを確保でき、眼振りに対してロバストな特性を実現できる。条件式（２Ａ）の下限を下回ると、十分なレンズ厚みが確保することが困難となり、目振りに対するロバスト性が失われることが懸念される。
【００５２】
［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１０〜１８に係る接眼レンズ（図５１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１０〜１８に係る接眼レンズ（図５１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Ｌ３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。
【００５３】
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。
【００５４】
第２の構成例に係る接眼レンズにおいて、倍率色収差の最大発生量は、６００μｍ以下であることが好ましい。倍率色収差の最大発生量は、６００μｍを超えると、良好な結像性能を得ることが困難となる。また、上述の図１３に示したように、倍率色収差の発生量が６００μｍを超える場合、画像表示素子１００に補正画像を出力しても、見え方に違和感が生ずる。
【００５５】
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、非球面レンズであることが好ましい。非球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。
【００５６】
また、第２の構成例に係る接眼レンズは、以下の条件式（１Ｂ）を満足することが好ましい。
０．４５０＜ｆ／Ｌ’＜０．７００  ……（１Ｂ）
ただし、
ｆ：実効焦点距離
Ｌ’：複数の単レンズ（第１ないし第４レンズＬ１〜Ｌ４）における最もアイポイントＥ．Ｐ．側のレンズ面から像（画像表示素子１００の表示面）までの距離
とする。
【００５７】
条件式（１Ｂ）を満足することで、光学系の小型化を図りつつ、良好な結像特性を得ることができる。条件式（１Ｂ）の上限を超えると、実効焦点距離ｆに対して十分な光学系全長を確保することが困難となり、所定の像倍率を持つ光学系を実現しようとすると周辺部の解像度、像面湾曲、および歪曲収差が悪化することが懸念される。条件式（１Ｂ）の下限を下回ると、実効焦点距離ｆに対して光学系全長が長くなりすぎ、所定の像倍率を持つ光学系を実現しようとすると、光学系体積が増加し、表示装置１全体としての小型化を妨げることが懸念される。
【００５８】
また、第２の構成例に係る接眼レンズは、以下の条件式（２Ｂ）を満足することが好ましい。
０．５５０＜ｔ’／Ｌ’  ……（２Ｂ）
ただし、
ｔ’：複数の単レンズ（第１ないし第４レンズＬ１〜Ｌ４）の各中心厚の総和
Ｌ’：複数の単レンズ（第１ないし第４レンズＬ１〜Ｌ４）における最もアイポイントＥ．Ｐ．側のレンズ面から像（画像表示素子１００の表示面）までの距離
とする。
【００５９】
条件式（２Ｂ）を満たすことで、十分なレンズ厚みを確保でき、眼振りに対してロバストな特性を実現できる。条件式（２Ｂ）の下限を下回ると、十分なレンズ厚みが確保することが困難となり、目振りに対するロバスト性が失われることが懸念される。
【００６０】
［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、樹脂材料からなる非球面レンズを含むようにして左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒを構成する複数の単レンズの構成の最適化を図り、また、左眼接眼光学系１０１Ｌおよび右眼接眼光学系１０１Ｒにおいて発生する歪曲収差と倍率色収差とを補正する表示画像を表示するようにしたので、軽量化と広画角化とを図りつつ、高精細な映像美を提供可能となる。
【００６１】
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、樹脂材料からなる非球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、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。
【００６２】
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（眼振り）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。
【００６３】
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。
【００６４】
＜３．ヘッドマウントディスプレイへの適用例＞
図８７および図８８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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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８８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。
【００６８】
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】
【００６９】
［実施例の概要］
図１４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。
【００７０】
図１４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１００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。
【００７１】
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１〜９は、上記第１の構成例の接眼レンズ（３群３枚構成の接眼レンズ）に対応する。実施例１０〜１８は、上記第２の構成例の接眼レンズ（４群４枚構成の接眼レンズ）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。
【００７２】
【表１】
2020020935.tif 000003
【００７３】
【表２】
2020020935.tif 000004
【００７４】
＜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。
【００７５】
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。「Ｄｉ」はｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の光軸上の間隔（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。
【００７６】
（非球面の式）
各実施例に係る接眼レンズは、非球面レンズを含んでいる。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。なお、以下の非球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。
【００７７】
【数１】
2020020935.tif 000005
【００７８】
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
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）
Ｒ：曲率半径
ｋ：円錐定数
Ａｉ：ｉ次の非球面係数
とする。
【００７９】
［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、非球面のデータを［表４］に示す。
【００８０】
【表３】
2020020935.tif 000006
【００８１】
【表４】
2020020935.tif 000007
【００８２】
図１５には、実施例１に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図１６〜図１８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１６には、球面収差を示す。特に、図１７には、非点収差（像面湾曲）、および歪曲収差を示す。図１８には、倍率色収差を示す。球面収差図には、波長４８６．１（ｎｍ）、波長５８７．６（ｎｍ）、波長６５６．３（ｎｍ）の値を示す。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。
【００８３】
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。
【００８４】
［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、非球面のデータを［表６］に示す。
【００８５】
【表５】
2020020935.tif 000008
【００８６】
【表６】
2020020935.tif 000009
【００８７】
図１９には、実施例２に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図２０〜図２２には、実施例２に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【００８８】
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。
【００８９】
［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、非球面のデータを［表８］に示す。
【００９０】
【表７】
2020020935.tif 000010
【００９１】
【表８】
2020020935.tif 000011
【００９２】
図２３には、実施例３に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図２４〜図２６には、実施例３に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【００９３】
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。
【００９４】
［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、非球面のデータを［表１０］に示す。
【００９５】
【表９】
2020020935.tif 000012
【００９６】
【表１０】
2020020935.tif 000013
【００９７】
図２７には、実施例４に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図２８〜図３０には、実施例４に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【００９８】
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。
【００９９】
［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、非球面のデータを［表１２］に示す。
【０１００】
【表１１】
2020020935.tif 000014
【０１０１】
【表１２】
2020020935.tif 000015
【０１０２】
図３１には、実施例５に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図３２〜図３４には、実施例５に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１０３】
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。
【０１０４】
［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、非球面のデータを［表１４］に示す。
【０１０５】
【表１３】
2020020935.tif 000016
【０１０６】
【表１４】
2020020935.tif 000017
【０１０７】
図３５には、実施例６に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図３６〜図３８には、実施例６に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１０８】
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。
【０１０９】
［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、非球面のデータを［表１６］に示す。
【０１１０】
【表１５】
2020020935.tif 000018
【０１１１】
【表１６】
2020020935.tif 000019
【０１１２】
図３９には、実施例７に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図４０〜図４２には、実施例７に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１１３】
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。
【０１１４】
［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、非球面のデータを［表１８］に示す。
【０１１５】
【表１７】
2020020935.tif 000020
【０１１６】
【表１８】
2020020935.tif 000021
【０１１７】
図４３には、実施例８に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図４４〜図４６には、実施例８に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１１８】
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。
【０１１９】
［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、非球面のデータを［表２０］に示す。
【０１２０】
【表１９】
2020020935.tif 000022
【０１２１】
【表２０】
2020020935.tif 000023
【０１２２】
図４７には、実施例９に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図４８〜図５０には、実施例９に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１２３】
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。
【０１２４】
［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、非球面のデータを［表２２］に示す。
【０１２５】
【表２１】
2020020935.tif 000024
【０１２６】
【表２２】
2020020935.tif 000025
【０１２７】
図５１には、実施例１０に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図５２〜図５４には、実施例１０に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１２８】
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。
【０１２９】
［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、非球面のデータを［表２４］に示す。
【０１３０】
【表２３】
2020020935.tif 000026
【０１３１】
【表２４】
2020020935.tif 000027
【０１３２】
図５５には、実施例１１に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図５６〜図５８には、実施例１１に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１３３】
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。
【０１３４】
［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。
【０１３５】
【表２５】
2020020935.tif 000028
【０１３６】
【表２６】
2020020935.tif 000029
【０１３７】
図５９には、実施例１２に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図６０〜図６２には、実施例１２に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１３８】
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。
【０１３９】
［実施例１３］
［表２７］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２８］に示す。
【０１４０】
【表２７】
2020020935.tif 000030
【０１４１】
【表２８】
2020020935.tif 000031
【０１４２】
図６３には、実施例１３に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図６４〜図６６には、実施例１３に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１４３】
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。
【０１４４】
［実施例１４］
［表２９］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３０］に示す。
【０１４５】
【表２９】
2020020935.tif 000032
【０１４６】
【表３０】
2020020935.tif 000033
【０１４７】
図６７には、実施例１４に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図６８〜図７０には、実施例１４に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１４８】
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。
【０１４９】
［実施例１５］
［表３１］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３２］に示す。
【０１５０】
【表３１】
2020020935.tif 000034
【０１５１】
【表３２】
2020020935.tif 000035
【０１５２】
図７１には、実施例１５に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図７２〜図７４には、実施例１５に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１５３】
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。
【０１５４】
［実施例１６］
［表３３］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３４］に示す。
【０１５５】
【表３３】
2020020935.tif 000036
【０１５６】
【表３４】
2020020935.tif 000037
【０１５７】
図７５には、実施例１６に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図７６〜図７８には、実施例１６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。
【０１５９】
［実施例１７］
［表３５］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３６］に示す。
【０１６０】
【表３５】
2020020935.tif 000038
【０１６１】
【表３６】
2020020935.tif 000039
【０１６２】
図７９には、実施例１７に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図８０〜図８２には、実施例１７に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１６３】
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。
【０１６４】
［実施例１８］
［表３７］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３８］に示す。
【０１６５】
【表３７】
2020020935.tif 000040
【０１６６】
【表３８】
2020020935.tif 000041
【０１６７】
図８３には、実施例１８に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図８４〜図８６には、実施例１８に係る接眼レンズの諸収差を示す。
【０１６８】
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。
【０１６９】
［各実施例のその他の数値データ］
［表３９］，［表４０］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３９］，［表４０］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３９］，［表４０］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、条件式（１Ａ），（２Ａ）および（１Ｂ），（２Ｂ）の関係を満足している。
【０１７０】
【表３９】
2020020935.tif 000042
【０１７１】
【表４０】
2020020935.tif 000043
【０１７２】
＜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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
また、非球面を形成する面は、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にしてもよい。
【０１７５】
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。
［１］
画像表示素子と前記画像表示素子に表示された表示画像をアイポイントに導く接眼光学系とを含む接眼表示ユニットを備え、
前記接眼光学系による像倍率が２倍以上であり、
前記接眼光学系は、複数の単レンズからなる共軸系であり、
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、樹脂材料からなる非球面レンズであり、
前記画像表示素子は、前記表示画像として、前記接眼光学系において発生する歪曲収差と倍率色収差とを補正する画像を表示する
表示装置。
［２］
前記接眼光学系は、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］
前記接眼光学系における倍率色収差の最大発生量は、６００μｍ以下である
上記［２］または［３］に記載の表示装置。
［５］
以下の条件式を満足する
上記［２］ないし［４］のいずれか１つに記載の表示装置。
０．４５０＜ｆ／Ｌ’＜０．８００  ……（１Ａ）
ただし、
ｆ：実効焦点距離
Ｌ’：前記複数の単レンズにおける最もアイポイント側のレンズ面から前記像までの距離
とする。
［６］
以下の条件式を満足する
上記［２］ないし［５］のいずれか１つに記載の表示装置。
０．４００＜ｔ’／Ｌ’  ……（２Ａ）
ただし、
ｔ’：前記複数の単レンズの各中心厚の総和
Ｌ’：前記複数の単レンズにおける最もアイポイント側のレンズ面から前記像までの距離
とする。
［７］
前記接眼光学系は、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。
［８］
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［７］に記載の表示装置。
［９］
前記接眼光学系における倍率色収差の最大発生量は、６００μｍ以下である
上記［７］または［８］に記載の表示装置。
［１０］
以下の条件式を満足する
上記［７］ないし［９］のいずれか１つに記載の表示装置。
０．４５０＜ｆ／Ｌ’＜０．７００  ……（１Ｂ）
ただし、
ｆ：実効焦点距離
Ｌ’：前記複数の単レンズにおける最もアイポイント側のレンズ面から前記像までの距離
とする。
［１１］
以下の条件式を満足する
上記［７］ないし［１０］のいずれか１つに記載の表示装置。
０．５５０＜ｔ’／Ｌ’  ……（２Ｂ）
ただし、
ｔ’：前記複数の単レンズの各中心厚の総和
Ｌ’：前記複数の単レンズにおける最もアイポイント側のレンズ面から前記像までの距離
とする。
［１２］
前記接眼表示ユニットは、左眼接眼表示ユニットと右眼接眼表示ユニットとを含み、
前記画像表示素子は、前記左眼接眼表示ユニット内に配置された左眼画像表示素子と、前記右眼接眼表示ユニット内に配置された右眼画像表示素子とを含み、
前記接眼光学系は、前記左眼接眼表示ユニット内に配置され、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、前記右眼接眼表示ユニット内に配置され、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み、
前記左眼接眼光学系および前記右眼接眼光学系がそれぞれ、前記複数の単レンズからなり、
両眼で観察した際の像倍率が２倍以上である
上記［１］ないし［１１］のいずれか１つに記載の表示装置。
【符号の説明】
【０１７６】
１…表示装置、２Ｌ…左眼、２Ｒ…右眼、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、Ｉｍ…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、ＳＴＯ…開口絞り、Ｅ．Ｐ．…アイポイント、Ｅ．Ｒ．…アイレリーフ、Ｚ１…光軸。
【図１】
2020020935.tif 000044
【図２】
2020020935.tif 000045
【図３】
2020020935.tif 000046
【図４】
2020020935.tif 000047
【図５】
2020020935.tif 000048
【図６】
2020020935.tif 000049
【図７】
2020020935.tif 000050
【図８】
2020020935.tif 000051
【図９】
2020020935.tif 000052
【図１０】
2020020935.tif 000053
【図１１】
2020020935.tif 000054
【図１２】
2020020935.tif 000055
【図１３】
2020020935.tif 000056
【図１４】
2020020935.tif 000057
【図１５】
2020020935.tif 000058
【図１６】
2020020935.tif 000059
【図１７】
2020020935.tif 000060
【図１８】
2020020935.tif 000061
【図１９】
2020020935.tif 000062
【図２０】
2020020935.tif 000063
【図２１】
2020020935.tif 000064
【図２２】
2020020935.tif 000065
【図２３】
2020020935.tif 000066
【図２４】
2020020935.tif 000067
【図２５】
2020020935.tif 000068
【図２６】
2020020935.tif 000069
【図２７】
2020020935.tif 000070
【図２８】
2020020935.tif 000071
【図２９】
2020020935.tif 000072
【図３０】
2020020935.tif 000073
【図３１】
2020020935.tif 000074
【図３２】
2020020935.tif 000075
【図３３】
2020020935.tif 000076
【図３４】
2020020935.tif 000077
【図３５】
2020020935.tif 000078
【図３６】
2020020935.tif 000079
【図３７】
2020020935.tif 000080
【図３８】
2020020935.tif 000081
【図３９】
2020020935.tif 000082
【図４０】
2020020935.tif 000083
【図４１】
2020020935.tif 000084
【図４２】
2020020935.tif 000085
【図４３】
2020020935.tif 000086
【図４４】
2020020935.tif 000087
【図４５】
2020020935.tif 000088
【図４６】
2020020935.tif 000089
【図４７】
2020020935.tif 000090
【図４８】
2020020935.tif 000091
【図４９】
2020020935.tif 000092
【図５０】
2020020935.tif 000093
【図５１】
2020020935.tif 000094
【図５２】
2020020935.tif 000095
【図５３】
2020020935.tif 000096
【図５４】
2020020935.tif 000097
【図５５】
2020020935.tif 000098
【図５６】
2020020935.tif 000099
【図５７】
2020020935.tif 000100
【図５８】
2020020935.tif 000101
【図５９】
2020020935.tif 000102
【図６０】
2020020935.tif 000103
【図６１】
2020020935.tif 000104
【図６２】
2020020935.tif 000105
【図６３】
2020020935.tif 000106
【図６４】
2020020935.tif 000107
【図６５】
2020020935.tif 000108
【図６６】
2020020935.tif 000109
【図６７】
2020020935.tif 000110
【図６８】
2020020935.tif 000111
【図６９】
2020020935.tif 000112
【図７０】
2020020935.tif 000113
【図７１】
2020020935.tif 000114
【図７２】
2020020935.tif 000115
【図７３】
2020020935.tif 000116
【図７４】
2020020935.tif 000117
【図７５】
2020020935.tif 000118
【図７６】
2020020935.tif 000119
【図７７】
2020020935.tif 000120
【図７８】
2020020935.tif 000121
【図７９】
2020020935.tif 000122
【図８０】
2020020935.tif 000123
【図８１】
2020020935.tif 000124
【図８２】
2020020935.tif 000125
【図８３】
2020020935.tif 000126
【図８４】
2020020935.tif 000127
【図８５】
2020020935.tif 000128
【図８６】
2020020935.tif 000129
【図８７】
2020020935.tif 000130
【図８８】
2020020935.tif 000131