(57)【要約】【課題】広い画角で像を拡大でき、例えばヘッドマウントディスプレイに好適に使用可能な性能を得ることができるようにする。【解決手段】像を拡大するために用いられ、アイポイント側から順に、前記アイポイント側に凸面を向けた正の屈折力を持つ第１レンズと、前記アイポイント側に凸面を向けた正の屈折力を持つ第２レンズとから構成され、以下の条件式を満足する。  ３．０＞（ｈ×ω）1/2／Ｅ＞１．２  ……（１）  ２．３＞（Ｌ−Ｅ）／ｈ＞１．５  ……（２）ただし、  ｈ：前記像の水平端における高さ  ω：水平方向の半画角  Ｅ：前記アイポイントから前記第１レンズまでの距離（アイレリーフ）  Ｌ：前記アイポイントから前記像までの距離【選択図】図１
2014228716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像を拡大するために用いられ、アイポイント側から順に、
前記アイポイント側に凸面を向けた正の屈折力を持つ第１レンズと、
前記アイポイント側に凸面を向けた正の屈折力を持つ第２レンズと
から構成され、以下の条件式を満足する
接眼レンズ。
３．０＞（ｈ×ω）1/2／Ｅ＞１．２  ……（１）
２．３＞（Ｌ−Ｅ）／ｈ＞１．５  ……（２）
ただし、
ｈ：前記像の水平端における高さ
ω：水平方向の半画角
Ｅ：前記アイポイントから前記第１レンズまでの距離（アイレリーフ）
Ｌ：前記アイポイントから前記像までの距離
とする。
【請求項２】
以下の条件式を満足する
請求項１に記載の接眼レンズ。
３．７＞（ｆ１×ｆ２）1/2／ｆ＞１．４  ……（３）
ただし、
ｆ：全体の焦点距離
ｆ１：前記第１レンズの焦点距離
ｆ２：前記第２レンズの焦点距離
とする。
【請求項３】
以下の条件式を満足する
請求項１に記載の接眼レンズ。
４０＞｜（Ｒ３＋Ｒ５）／（Ｒ３−Ｒ５）｜  ……（４）
ただし、
Ｒ３：前記第１レンズの像側の面の近軸曲率半径
Ｒ５：前記第２レンズの像側の面の近軸曲率半径
とする。
【請求項４】
以下の条件式を満足する
請求項１に記載の接眼レンズ。
１．９＞Ｒ４／ｆ２＞０．４  ……（５）
ただし、
Ｒ４：前記第２レンズの前記アイポイント側の面の近軸曲率半径
とする。
【請求項５】
以下の条件式を満足する
請求項１に記載の接眼レンズ。
１．０＞Ｒ２／ｆ１＞０．１  ……（６）
ただし、
Ｒ２：前記第１レンズの前記アイポイント側の面の近軸曲率半径
とする。
【請求項６】
以下の条件式を満足する
請求項１に記載の接眼レンズ。
１．２＞（Ｄ２＋Ｄ４）／（Ｄ３＋Ｄ５）＞０．２  ……（７）
ただし、
Ｄ２：前記第１レンズの中心厚
Ｄ３：前記第１レンズと前記第２レンズとの間隔
Ｄ４：前記第２レンズの中心厚
Ｄ５：前記第２レンズと前記像との間隔
とする。
【請求項７】
前記第１レンズの像側の面と前記第２レンズの像側の面とが、非球面形状である
請求項１に記載の接眼レンズ。
【請求項８】
前記第１レンズのアイポイント側の面が、変曲点を有する非球面形状である
請求項１に記載の接眼レンズ。
【請求項９】
前記第１レンズと前記第２レンズとが、線膨張係数２０×１０-6／℃以上の材料で構成されている
請求項１に記載の接眼レンズ。
【請求項１０】
画像表示素子と、前記画像表示素子に表示された像を拡大する接眼レンズとを含み、
前記接眼レンズは、
アイポイント側から順に、
前記アイポイント側に凸面を向けた正の屈折力を持つ第１レンズと、
前記アイポイント側に凸面を向けた正の屈折力を持つ第２レンズと
から構成され、以下の条件式を満足する
表示装置。
３．０＞（ｈ×ω）1/2／Ｅ＞１．２  ……（１）
２．３＞（Ｌ−Ｅ）／ｈ＞１．５  ……（２）
ただし、
ｈ：前記像の水平端における高さ
ω：水平方向の半画角
Ｅ：前記アイポイントから前記第１レンズまでの距離（アイレリーフ）
Ｌ：前記アイポイントから前記像までの距離
とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、像（例えば画像表示素子に表示された画像）を拡大する接眼レンズ、およびそのような接眼レンズを用いた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などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１３４８６７号公報
【特許文献２】特開２００９−１４５９０９号公報
【特許文献３】特開２０１０−２６６７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。しかしながら、画像・映像にひきこまれるような没入感を出すために画角を広くする必要があり、そのために接眼光学系にガラスを用いるケースがあった。また、収差補正、特に色収差を補正するために屈折率や分散の異なる複数枚のガラスを使用するケースがあった。そうした場合、広い画角を確保しつつ、光学性能も良く、高い没入感が演出できるものの、ガラスを使っていることにより眼前に重量のある接眼光学系および表示装置本体を装着することになり、長時間の使用においては非常に疲れを伴うものとなっている。
【０００５】
上記した特許文献１および特許文献２に記載の接眼光学系は、ガラスを複数枚使って広い画角を稼いでいる。屈折率や分散の異なる複数枚のガラスを使って良好に色収差をはじめとする諸収差の補正を行い、綺麗な画像を見せることで、高い没入感を演出することに成功している。しかしながらこの接眼光学系は、ガラスを多用していることで重量が非常に重く、長時間の使用においては首や肩の疲れなど、健康を害するような症状が発生する可能性があることが懸念事項である。また、高価なガラスを多用していることからコストがかさみ、顧客に買いやすい価格で提供することが困難となる。
【０００６】
上記した特許文献３に記載の接眼光学系は、材料に樹脂レンズを多用しており、軽量に仕上がっていることが考えられる。そのため、長時間の装着でも健康を害するようなことがなく、装着性に優れていることが考えられる。収差も良好に補正されており、光学系としての性能も高く、画像の見えもよいと思われる。しかしながらこの接眼光学系は、広い画角を確保することには向いていないため、高い没入感を演出することが困難である。
【０００７】
そこで、低コストで、画像表示素子の画像を可能なかぎり拡大し、ヘッドマウントディスプレイとして重要な広い画角を提供して高い没入感を演出しつつ、軽くて装着性が良く、長時間使用しても疲れない接眼光学系、およびそれを使用した表示装置の開発が望まれている。
【０００８】
本開示の目的は、広い画角で像を拡大でき、例えばヘッドマウントディスプレイに好適に使用可能な性能を得ることができる接眼レンズおよび表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示による接眼レンズは、像を拡大するために用いられ、アイポイント側から順に、アイポイント側に凸面を向けた正の屈折力を持つ第１レンズと、アイポイント側に凸面を向けた正の屈折力を持つ第２レンズとから構成され、以下の条件式を満足するものである。
３．０＞（ｈ×ω）1/2／Ｅ＞１．２  ……（１）
２．３＞（Ｌ−Ｅ）／ｈ＞１．５  ……（２）
ただし、
ｈ：像の水平端における高さ
ω：水平方向の半画角
Ｅ：アイポイントから第１レンズまでの距離（アイレリーフ）
Ｌ：アイポイントから像までの距離
とする。
【００１０】
本開示による表示装置は、画像表示素子と、画像表示素子に表示された像を拡大する接眼レンズとを含み、接眼レンズを、上記本開示による接眼レンズによって構成したものである。
【００１１】
本開示による接眼レンズまたは表示装置では、アイポイント側から順に、第１レンズと第２レンズとを配設し、各レンズの構成が最適化されていることで、広い画角で像が拡大可能となり、例えばヘッドマウントディスプレイに好適に使用可能な性能が得られる。
【発明の効果】
【００１２】
本開示の接眼レンズまたは表示装置によれば、アイポイント側から順に、第１レンズと第２レンズとを配設し、各レンズの構成を最適化するようにしたので、広い画角で像を拡大でき、例えばヘッドマウントディスプレイに好適に使用可能な性能を得ることができる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また付加的な効果があってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の一実施の形態に係る接眼レンズの第１の構成例を示すものであり、数値実施例１に対応するレンズ断面図である。
【図２】数値実施例１に対応する接眼レンズの諸収差を示す収差図である。
【図３】接眼レンズの第２の構成例を示すものであり、数値実施例２に対応するレンズ断面図である。
【図４】数値実施例２に対応する接眼レンズの諸収差を示す収差図である。
【図５】接眼レンズの第３の構成例を示すものであり、数値実施例３に対応するレンズ断面図である。
【図６】数値実施例３に対応する接眼レンズの諸収差を示す収差図である。
【図７】接眼レンズの第４の構成例を示すものであり、数値実施例４に対応するレンズ断面図である。
【図８】数値実施例４に対応する接眼レンズの諸収差を示す収差図である。
【図９】接眼レンズの第５の構成例を示すものであり、数値実施例５に対応するレンズ断面図である。
【図１０】数値実施例５に対応する接眼レンズの諸収差を示す収差図である。
【図１１】接眼レンズの第６の構成例を示すものであり、数値実施例６に対応するレンズ断面図である。
【図１２】数値実施例６に対応する接眼レンズの諸収差を示す収差図である。
【図１３】接眼レンズの第７の構成例を示すものであり、数値実施例７に対応するレンズ断面図である。
【図１４】数値実施例７に対応する接眼レンズの諸収差を示す収差図である。
【図１５】接眼レンズの第８の構成例を示すものであり、数値実施例８に対応するレンズ断面図である。
【図１６】数値実施例８に対応する接眼レンズの諸収差を示す収差図である。
【図１７】接眼レンズの第９の構成例を示すものであり、数値実施例９に対応するレンズ断面図である。
【図１８】数値実施例９に対応する接眼レンズの諸収差を示す収差図である。
【図１９】接眼レンズの第１０の構成例を示すものであり、数値実施例１０に対応するレンズ断面図である。
【図２０】数値実施例１０に対応する接眼レンズの諸収差を示す収差図である。
【図２１】接眼レンズの第１１の構成例を示すものであり、数値実施例１１に対応するレンズ断面図である。
【図２２】数値実施例１１に対応する接眼レンズの諸収差を示す収差図である。
【図２３】接眼レンズの第１２の構成例を示すものであり、数値実施例１２に対応するレンズ断面図である。
【図２４】数値実施例１２に対応する接眼レンズの諸収差を示す収差図である。
【図２５】接眼レンズの第１３の構成例を示すものであり、数値実施例１３に対応するレンズ断面図である。
【図２６】数値実施例１３に対応する接眼レンズの諸収差を示す収差図である。
【図２７】接眼レンズの第１４の構成例を示すものであり、数値実施例１４に対応するレンズ断面図である。
【図２８】数値実施例１４に対応する接眼レンズの諸収差を示す収差図である。
【図２９】接眼レンズの第１５の構成例を示すものであり、数値実施例１５に対応するレンズ断面図である。
【図３０】数値実施例１５に対応する接眼レンズの諸収差を示す収差図である。
【図３１】接眼レンズの第１６の構成例を示すものであり、数値実施例１６に対応するレンズ断面図である。
【図３２】数値実施例１６に対応する接眼レンズの諸収差を示す収差図である。
【図３３】接眼レンズの第１７の構成例を示すものであり、数値実施例１７に対応するレンズ断面図である。
【図３４】数値実施例１７に対応する接眼レンズの諸収差を示す収差図である。
【図３５】接眼レンズの第１８の構成例を示すものであり、数値実施例１８に対応するレンズ断面図である。
【図３６】数値実施例１８に対応する接眼レンズの諸収差を示す収差図である。
【図３７】接眼レンズの第１９の構成例を示すものであり、数値実施例１９に対応するレンズ断面図である。
【図３８】数値実施例１９に対応する接眼レンズの諸収差を示す収差図である。
【図３９】接眼レンズの第２０の構成例を示すものであり、数値実施例２０に対応するレンズ断面図である。
【図４０】数値実施例２０に対応する接眼レンズの諸収差を示す収差図である。
【図４１】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４２】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】
【００１４】
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。
１．レンズの基本構成
２．作用・効果
３．表示装置への適用例
４．レンズの数値実施例
５．その他の実施の形態
【００１５】
［１．レンズの基本構成］
図１は、本開示の一実施の形態に係る接眼レンズの第１の構成例を示している。この構成例は、後述の数値実施例１のレンズ構成に対応している。以下、本実施の形態に係る接眼レンズの構成を、適宜図１に示した構成例に対応付けて説明するが、本開示による技術は、図示した構成例に限定されるものではない。
【００１６】
本実施の形態に係る接眼レンズは、光軸Ｚ１に沿ってアイポイントＥ．Ｐ．側より順に、第１レンズＬ１と、第２レンズＬ２とが配置された、実質的に２つのレンズで構成されている。
【００１７】
この接眼レンズは、例えば後述のヘッドマウントディスプレイ２００（図４１、図４２）等の表示装置における接眼光学系に適用可能なものである。ヘッドマウントディスプレイ２００等の表示装置に適用する場合、図１に示したように、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）や有機ＥＬディスプレイ等の画像表示素子１００に表示された画像を拡大表示するために用いられる。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。
【００１８】
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。第１レンズＬ１は、正の屈折力を有し、アイポイントＥ．Ｐ．側に凸面を向けている。第２レンズＬ２は、正の屈折力を有し、アイポイントＥ．Ｐ．側に凸面を向けている。
【００１９】
第１レンズＬ１の像側の面と第２レンズＬ２の像側の面は、非球面形状であることが望ましい。第１レンズＬ１のアイポイントＥ．Ｐ．側の面は、変曲点を有する非球面形状であることが望ましい。第１レンズＬ１と第２レンズＬ２は、線膨張係数２０×１０-6／℃以上の材料で構成されていることが望ましい。
【００２０】
その他、本実施の形態に係る接眼レンズは、後述する所定の条件式等を満足することが望ましい。
【００２１】
［２．作用・効果］
次に、本実施の形態に係る接眼レンズの作用および効果を説明する。
【００２２】
本実施の形態の接眼レンズによれば、基本的な構成として、アイポイントＥ．Ｐ．に近い第１レンズＬ１が、アイポイントＥ．Ｐ．側に凸面を向けている凸レンズであることにより、高い没入感を演出するための広い画角を確保することが可能となる。また、基本的な構成として、画像表示素子１００に近い第２レンズＬ２が、アイポイントＥ．Ｐ．側に凸面を向けた凸レンズであることにより、第１レンズＬ１と合わせて、像をさらに拡大することができ、広い画角を確保することが可能となる。
【００２３】
また好ましい構成として、第１レンズＬ１の像側の面と第２レンズＬ２の像側の面とを非球面形状にすることによって、少ない枚数ながらも良好な収差補正、特にコマ収差の補正をすることが可能となる。また、光軸Ｚ１に対して観察時に眼の位置が動き、例えば観察位置が左右ずれや上下ずれを起こしたときにも、画像表示素子１００の画像がそれほど崩れることなく、良好な視認性を確保することにも貢献する。特に、第２レンズＬ２の像側の面が非球面であることにより、画像表示素子１００からの光線が、それほど角度を持つことなく光学系に入射する。その結果、画像表示素子１００のカラーフィルタによる色ずれを防止することができ、色ずれの少ない良好な画像・映像の拡大に貢献する。
【００２４】
また好ましい構成として、第１レンズＬ１のアイポイントＥ．Ｐ．側の面を変曲点を有する非球面形状にすることにより、光軸Ｚ１に対して観察時に眼の位置が動いたときの収差の発生を、良好に補正することができる。これにより、観察時に眼の位置が動いた場合でも、画像表示素子１００の画像がそれほど崩れることなく、良好な視認性を確保することにも貢献する。
【００２５】
また好ましくは、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とを、線膨張係数２０×１０-6／℃以上の材料で構成することにより、画像表示素子１００からの像を大きく拡大し、広い画角を確保しつつ、非常に軽量で長時間眼前に装着して使用しても疲れにくい接眼レンズを提供できる。
【００２６】
（条件式の説明）
本実施の形態に係る接眼レンズは、以下の条件式を少なくとも１つ、好ましくは２つ以上の条件式を組み合わせて満足するように各レンズの構成の最適化を図ることで、より良好な性能を得ることができる。
【００２７】
３．０＞（ｈ×ω）1/2／Ｅ＞１．２  ……（１）
ただし、
ｈ：像の水平端における高さ（図１参照）
ω：水平方向の半画角
Ｅ：アイポイントＥ．Ｐ．から第１レンズＬ１までの距離（アイレリーフ）（図１参照）
とする。
なお、後述のヘッドマウントディスプレイ２００（図４１、図４２）等の表示装置に適用する場合には、ｈは画像表示素子１００に表示された画像の水平端の高さである。例えば画像表示素子１００が四角形状である場合、最大像高は対角端での高さｈ’となるが、水平端の高さｈは図１に示したように対角端での高さｈ’よりも小さい値となる。ヘッドマウントディスプレイ２００等の表示装置に適用した場合の視認性を考慮して、水平端の高さｈを条件式に使用している。
【００２８】
条件式（１）は、上記した基本構成のもとで、像の水平端の高さｈに対する、水平半画角ωおよびアイレリーフＥの関係を表す条件式である。基本的に拡大しようとする像が大きければ大きいほど、広い画角を確保しやすく、またアイポイントＥ．Ｐ．と第１レンズＬ１との距離を近づければ、同じく広い画角を確保しやすい。すなわち条件式（１）の範囲を下回れば、良好な画質を保ったまま広い画角を提供できなくなることになり、例えばヘッドマウントディスプレイに適用した場合の表示装置としての魅力を失うことに繋がる。条件式（１）の範囲を上回った場合には、アイポイントＥ．Ｐ．と第１レンズＬ１との距離が近くなりすぎ、例えばヘッドマウントディスプレイに適用した場合の装着性を損ねる結果となる。例えば観察者が眼鏡をかけている場合には装着できなくなるなど、ヘッドマウントディスプレイの装着に条件が伴ってしまう結果となる。
なお、より良好な画質を保ったまま広い画角を提供するために、条件式（１）の数値範囲は以下の条件式（１）’の通り、設定することが好ましい。
２．６＞（ｈ×ω）1/2／Ｅ＞１．４  ……（１）’
【００２９】
２．３＞（Ｌ−Ｅ）／ｈ＞１．５  ……（２）
ただし、
Ｌ：アイポイントＥ．Ｐ．から像までの距離（図１参照）
とする。
【００３０】
条件式（２）は、上記した基本構成において、像の水平端の高さｈに対する、光学系全系の長さＬからアイレリーフＥの長さ分を差し引いた条件式である。条件式（２）の範囲を上回れば、第１レンズＬ１のアイポイントＥ．Ｐ．側の面から画像表示素子１００までの長さが長くなり、良好な収差補正ができるものの、例えばヘッドマウントディスプレイに適用した場合、眼前に装着するには長すぎて、装着性を損ねるものとなってしまう。また、眼から離れた位置に重量物である画像表示素子１００が位置することになるため、眼の位置を起点としたモーメントがかかり、さらに装着性を悪化させるものとなってしまう。条件式（２）の範囲を下回れば、上記のような点が改善されて装着性は改善するものの、逆に光学系で収差補正をすることが困難となり、光学性能が劣化する。結果、例えばヘッドマウントディスプレイに適用した場合に、綺麗な画像で没入感を演出することが困難となる。
なお、より良い装着性と高い光学性能を得るために、条件式（２）の数値範囲は以下の条件式（２）’の通り、設定することが好ましい。
２．１＞（Ｌ−Ｅ）／ｈ＞１．７  ……（２）’
【００３１】
３．７＞（ｆ１×ｆ２）1/2／ｆ＞１．４  ……（３）
ただし、
ｆ：全体の焦点距離
ｆ１：第１レンズＬ１の焦点距離
ｆ２：第２レンズＬ２の焦点距離
とする。
【００３２】
条件式（３）は、この接眼レンズにおける全体の焦点距離ｆに対する、第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１および第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２の関係性を表したものである。条件式（３）の範囲を上回る場合、第１レンズＬ１、または第２レンズＬ２のいずれかのパワーが弱くなりすぎてしまい、広い画角を維持することが困難となる。例えばヘッドマウントディスプレイに適用した場合、歪曲収差をある程度発生させて、画面中心付近の凝集感を出し、高解像を演出することが望ましい。条件式（３）の範囲を下回る場合には、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２のパワーが近くなりすぎてしまい、画面中心付近の凝集感を出し、高解像を演出することが困難となる。
なお、より高い光学性能を得るために、条件式（３）の数値範囲は以下の条件式（３）’の通り、設定することが好ましい。
３．３＞（ｆ１×ｆ２）1/2／ｆ＞１．７  ……（３）’
【００３３】
４０＞｜（Ｒ３＋Ｒ５）／（Ｒ３−Ｒ５）｜  ……（４）
ただし、
Ｒ３：第１レンズＬ１の像側の面の近軸曲率半径
Ｒ５：第２レンズＬ２の像側の面の近軸曲率半径
とする。
【００３４】
条件式（４）は、第１レンズＬ１の像側の面の近軸曲率半径Ｒ３と、第２レンズＬ２の像側の面の近軸曲率半径Ｒ５との関係式を表したものである。条件式（４）を満たすことで、諸収差、特にペッツバール和を整え、非点収差を補正する効果がある。
なお、より高い光学性能を得るために、条件式（４）の数値範囲は以下の条件式（４）’の通り、設定することが好ましい。
３５＞｜（Ｒ３＋Ｒ５）／（Ｒ３−Ｒ５）｜  ……（４）’
【００３５】
１．９＞Ｒ４／ｆ２＞０．４  ……（５）
ただし、
Ｒ４：第２レンズＬ２のアイポイントＥ．Ｐ．側の面の近軸曲率半径
とする。
【００３６】
条件式（５）は、第２レンズＬ２のアイポイントＥ．Ｐ．側の面の近軸曲率半径Ｒ４に対しての、第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２の関係性を表した式である。条件式（５）を満たすことで、第２レンズＬ２のパワーをそれほど強くすることなく、収差補正を行い、良好な視認性を確保したまま広い画角を確保することが可能となる。条件式（５）の上限値を超えると、第２レンズＬ２のパワーが強くなりすぎ、広い画角を確保することはできるものの、強いパワーによって製造誤差に対しての誤差感度が高くなり、製造性を損なう結果となる。条件式（５）の下限値を超えると、第２レンズＬ２のパワーが弱くなりすぎ、広い画角を維持することが困難となる。また、歪曲収差を出すことによる画面の凝集感の演出も困難となる。
なお、より高い光学性能を得るために、条件式（５）の数値範囲は以下の条件式（５）’の通り、設定することが好ましい。
１．８＞Ｒ４／ｆ２＞０．６  ……（５）’
【００３７】
１．０＞Ｒ２／ｆ１＞０．１  ……（６）
ただし、
Ｒ２：第１レンズＬ１のアイポイントＥ．Ｐ．側の面の近軸曲率半径
とする。
【００３８】
条件式（６）は、第１レンズＬ１のアイポイントＥ．Ｐ．側の面の近軸曲率半径に対しての、第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１の関係性を表したものである。条件式（６）の上限値を超えると、第１レンズＬ１のパワーが強くなりすぎ、製造誤差に関しての誤差感度が高く、製造性を損なう結果となる。条件式（６）の下限値を超えると、第１レンズＬ１のパワーが弱くなりすぎ、収差補正をすることが困難となる。特に光軸Ｚ１に対して観察時に眼の位置が動き、例えば観察位置が左右ずれや上下ずれを起こしたとき、視認性を損なう結果となる。
なお、より高い光学性能を得るために、条件式（６）の数値範囲は以下の条件式（６）’の通り、設定することが好ましい。
０．８＞Ｒ２／ｆ１＞０．１９  ……（６）’
【００３９】
１．２＞（Ｄ２＋Ｄ４）／（Ｄ３＋Ｄ５）＞０．２  ……（７）
ただし、
Ｄ２：第１レンズＬ１の中心厚
Ｄ３：第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間隔
Ｄ４：第２レンズＬ２の中心厚
Ｄ５：第２レンズＬ２と像との間隔
とする。
【００４０】
条件式（７）は、第１レンズＬ１の中心厚Ｄ２および第２レンズＬ２の中心厚Ｄ４に対しての、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間隔Ｄ３、および第２レンズＬ２と像との間隔Ｄ５、すなわち空気レンズの厚さ（Ｄ３，Ｄ５）の関係性を表した式である。条件式（７）の上限値を超えると、第１レンズＬ１の中心厚Ｄ２および第２レンズＬ２の中心厚Ｄ４が厚くなりすぎてしまい、光学系の重量がかさむ結果となる。重くなってしまった結果、例えばヘッドマウントディスプレイに適用した場合の装着性を損なう結果となってしまう。条件式（７）の下限値を下回ると、第１レンズＬ１または第２レンズＬ２、または両方のレンズの厚さが薄くなりすぎてしまい、広い画角を維持するためのパワーが稼げなくなる。広い画角と高い没入感を損なう結果となる。
なお、より高い光学性能を得るために、条件式（７）の数値範囲は以下の条件式（７）’の通り、設定することが好ましい。
１．０＞（Ｄ２＋Ｄ４）／（Ｄ３＋Ｄ５）＞０．４  ……（７）’
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、低コストで、画像表示素子１００の画像を可能なかぎり拡大することができる。また、例えばヘッドマウントディスプレイに適用した場合に重要な広い画角を提供して高い没入感を演出しつつ、軽くて装着性が良く、長時間使用しても疲れない接眼光学系を実現できる。
【００４２】
［３．表示装置への適用例］
図４１および図４２は、本実施の形態に係る接眼レンズを適用した表示装置の一例としての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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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４２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１００と、左眼用の画像表示素子１００に表示された画像を拡大する左眼用の接眼光学系とが設けられている。右眼表示部２１０Ｒには、右眼用の画像表示素子１００と、右眼用の画像表示素子１００に表示された画像を拡大する右眼用の接眼光学系とが設けられている。これら左眼用の接眼光学系および右眼用の接眼光学系として、本実施の形態に係る接眼レンズを適用可能である。
【００４６】
なお、画像表示素子１００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。
【００４７】
なお、ここでは表示装置をヘッドマウントディスプレイ２００に適用した例を示したが、表示装置の適用範囲はヘッドマウントディスプレイ２００に限られることはなく、例えば、電子双眼鏡や、カメラの電子ビューファインダ等に適用しても良い。
【００４８】
また、本実施の形態に係る接眼レンズは、画像表示素子１００に表示された画像を拡大する用途だけでなく、対物レンズによって形成された光学像を拡大するような観察装置にも適用可能である。
【実施例】
【００４９】
＜４．レンズの数値実施例＞
次に、本実施の形態に係る接眼レンズの具体的な数値実施例について説明する。
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）であることを示す。
【００５０】
非球面の形状は次式で表される。後述する非球面係数を示す各表において、例えば「Ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現、すなわち、「１０-i」を表しており、例えば、「０．１２３４５Ｅ−０５」は「０．１２３４５×１０-5」を表している。
【００５１】
（非球面の式）
Ｚ＝（Ｙ2／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（Ｙ2／Ｒ2）｝1/2］＋ΣＡｉ・Ｙi
ただし、
Ｚ：非球面の深さ
Ｙ：光軸からの高さ
Ｒ：近軸曲率半径
Ｋ：円錐定数
Ａｉ：第ｉ次（ｉは３以上の整数）の非球面係数
とする。
【００５２】
（各数値実施例に共通の構成）
以下の各数値実施例に係る接眼レンズはいずれも、上記したレンズの基本構成を満足した構成となっている。また、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２の各レンズ面が非球面となっている。
【００５３】
［数値実施例１］
［表１］、［表２］は、図１に示した第１の構成例に係る接眼レンズ１に対応する具体的なレンズデータを示している。特に［表１］にはその基本的なレンズデータを示し、［表２］には非球面に関するデータを示す。図２には、この数値実施例１に係る接眼レンズ１の諸収差として、球面収差、非点収差、およびディストーション（歪曲収差）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。各収差図は、５４５ｎｍにおける収差を実線で、４６０ｎｍにおける収差を一点鎖線で、６２０ｎｍにおける収差を破線で示す。非点収差図において、Ｘはサジタル方向、Ｙはメリディオナル方向の収差を示す。後述の数値実施例２〜２０の収差図についても同様である。
【００５４】
【表１】
2014228716.tif 000003
【００５５】
【表２】
2014228716.tif 000004
【００５６】
［数値実施例２］
［表３］、［表４］は、図３に示した第２の構成例に係る接眼レンズ２に対応する具体的なレンズデータを示している。特に［表３］にはその基本的なレンズデータを示し、［表４］には非球面に関するデータを示す。図４には、この数値実施例２に係る接眼レンズ２の諸収差を示す。
【００５７】
【表３】
2014228716.tif 000005
【００５８】
【表４】
2014228716.tif 000006
【００５９】
［数値実施例３］
［表５］、［表６］は、図５に示した第３の構成例に係る接眼レンズ３に対応する具体的なレンズデータを示している。特に［表５］にはその基本的なレンズデータを示し、［表６］には非球面に関するデータを示す。図６には、この数値実施例３に係る接眼レンズ３の諸収差を示す。
【００６０】
【表５】
2014228716.tif 000007
【００６１】
【表６】
2014228716.tif 000008
【００６２】
［数値実施例４］
［表７］、［表８］は、図７に示した第４の構成例に係る接眼レンズ４に対応する具体的なレンズデータを示している。特に［表７］にはその基本的なレンズデータを示し、［表８］には非球面に関するデータを示す。図８には、この数値実施例４に係る接眼レンズ４の諸収差を示す。
【００６３】
【表７】
2014228716.tif 000009
【００６４】
【表８】
2014228716.tif 000010
【００６５】
［数値実施例５］
［表９］、［表１０］は、図９に示した第５の構成例に係る接眼レンズ５に対応する具体的なレンズデータを示している。特に［表９］にはその基本的なレンズデータを示し、［表１０］には非球面に関するデータを示す。図１０には、この数値実施例５に係る接眼レンズ５の諸収差を示す。
【００６６】
【表９】
2014228716.tif 000011
【００６７】
【表１０】
2014228716.tif 000012
【００６８】
［数値実施例６］
［表１１］、［表１２］は、図１１に示した第６の構成例に係る接眼レンズ６に対応する具体的なレンズデータを示している。特に［表１１］にはその基本的なレンズデータを示し、［表１２］には非球面に関するデータを示す。図１２には、この数値実施例６に係る接眼レンズ６の諸収差を示す。
【００６９】
【表１１】
2014228716.tif 000013
【００７０】
【表１２】
2014228716.tif 000014
【００７１】
［数値実施例７］
［表１３］、［表１４］は、図１３に示した第７の構成例に係る接眼レンズ７に対応する具体的なレンズデータを示している。特に［表１３］にはその基本的なレンズデータを示し、［表１４］には非球面に関するデータを示す。図１４には、この数値実施例７に係る接眼レンズ７の諸収差を示す。
【００７２】
【表１３】
2014228716.tif 000015
【００７３】
【表１４】
2014228716.tif 000016
【００７４】
［数値実施例８］
［表１５］、［表１６］は、図１５に示した第８の構成例に係る接眼レンズ８に対応する具体的なレンズデータを示している。特に［表１５］にはその基本的なレンズデータを示し、［表１６］には非球面に関するデータを示す。図１６には、この数値実施例８に係る接眼レンズ８の諸収差を示す。
【００７５】
【表１５】
2014228716.tif 000017
【００７６】
【表１６】
2014228716.tif 000018
【００７７】
［数値実施例９］
［表１７］、［表１８］は、図１７に示した第９の構成例に係る接眼レンズ９に対応する具体的なレンズデータを示している。特に［表１７］にはその基本的なレンズデータを示し、［表１８］には非球面に関するデータを示す。図１８には、この数値実施例９に係る接眼レンズ９の諸収差を示す。
【００７８】
【表１７】
2014228716.tif 000019
【００７９】
【表１８】
2014228716.tif 000020
【００８０】
［数値実施例１０］
［表１９］、［表２０］は、図１９に示した第１０の構成例に係る接眼レンズ１０に対応する具体的なレンズデータを示している。特に［表１９］にはその基本的なレンズデータを示し、［表２０］には非球面に関するデータを示す。図２０には、この数値実施例１０に係る接眼レンズ１０の諸収差を示す。
【００８１】
【表１９】
2014228716.tif 000021
【００８２】
【表２０】
2014228716.tif 000022
【００８３】
［数値実施例１１］
［表２１］、［表２２］は、図２１に示した第１１の構成例に係る接眼レンズ１１に対応する具体的なレンズデータを示している。特に［表２１］にはその基本的なレンズデータを示し、［表２２］には非球面に関するデータを示す。図２２には、この数値実施例１１に係る接眼レンズ１１の諸収差を示す。
【００８４】
【表２１】
2014228716.tif 000023
【００８５】
【表２２】
2014228716.tif 000024
【００８６】
［数値実施例１２］
［表２３］、［表２４］は、図２３に示した第１２の構成例に係る接眼レンズ１２に対応する具体的なレンズデータを示している。特に［表２３］にはその基本的なレンズデータを示し、［表２４］には非球面に関するデータを示す。図２４には、この数値実施例１２に係る接眼レンズ１２の諸収差を示す。
【００８７】
【表２３】
2014228716.tif 000025
【００８８】
【表２４】
2014228716.tif 000026
【００８９】
［数値実施例１３］
［表２５］、［表２６］は、図２５に示した第１３の構成例に係る接眼レンズ１３に対応する具体的なレンズデータを示している。特に［表２５］にはその基本的なレンズデータを示し、［表２６］には非球面に関するデータを示す。図２６には、この数値実施例１３に係る接眼レンズ１３の諸収差を示す。
【００９０】
【表２５】
2014228716.tif 000027
【００９１】
【表２６】
2014228716.tif 000028
【００９２】
［数値実施例１４］
［表２７］、［表２８］は、図２７に示した第１４の構成例に係る接眼レンズ１４に対応する具体的なレンズデータを示している。特に［表２７］にはその基本的なレンズデータを示し、［表２８］には非球面に関するデータを示す。図２８には、この数値実施例１４に係る接眼レンズ１４の諸収差を示す。
【００９３】
【表２７】
2014228716.tif 000029
【００９４】
【表２８】
2014228716.tif 000030
【００９５】
［数値実施例１５］
［表２９］、［表３０］は、図２９に示した第１５の構成例に係る接眼レンズ１５に対応する具体的なレンズデータを示している。特に［表２９］にはその基本的なレンズデータを示し、［表３０］には非球面に関するデータを示す。図３０には、この数値実施例１５に係る接眼レンズ１５の諸収差を示す。
【００９６】
【表２９】
2014228716.tif 000031
【００９７】
【表３０】
2014228716.tif 000032
【００９８】
［数値実施例１６］
［表３１］、［表３２］は、図３１に示した第１６の構成例に係る接眼レンズ１６に対応する具体的なレンズデータを示している。特に［表３１］にはその基本的なレンズデータを示し、［表３２］には非球面に関するデータを示す。図３２には、この数値実施例１６に係る接眼レンズ１６の諸収差を示す。
【００９９】
【表３１】
2014228716.tif 000033
【０１００】
【表３２】
2014228716.tif 000034
【０１０１】
［数値実施例１７］
［表３３］、［表３４］は、図３３に示した第１７の構成例に係る接眼レンズ１７に対応する具体的なレンズデータを示している。特に［表３３］にはその基本的なレンズデータを示し、［表３４］には非球面に関するデータを示す。図３４には、この数値実施例１７に係る接眼レンズ１７の諸収差を示す。
【０１０２】
【表３３】
2014228716.tif 000035
【０１０３】
【表３４】
2014228716.tif 000036
【０１０４】
［数値実施例１８］
［表３５］、［表３６］は、図３５に示した第１８の構成例に係る接眼レンズ１８に対応する具体的なレンズデータを示している。特に［表３５］にはその基本的なレンズデータを示し、［表３６］には非球面に関するデータを示す。図３６には、この数値実施例１８に係る接眼レンズ１８の諸収差を示す。
【０１０５】
【表３５】
2014228716.tif 000037
【０１０６】
【表３６】
2014228716.tif 000038
【０１０７】
［数値実施例１９］
［表３７］、［表３８］は、図３７に示した第１９の構成例に係る接眼レンズ１９に対応する具体的なレンズデータを示している。特に［表３７］にはその基本的なレンズデータを示し、［表３８］には非球面に関するデータを示す。図３８には、この数値実施例１９に係る接眼レンズ１９の諸収差を示す。
【０１０８】
【表３７】
2014228716.tif 000039
【０１０９】
【表３８】
2014228716.tif 000040
【０１１０】
［数値実施例２０］
［表３９］、［表４０］は、図３９に示した第２０の構成例に係る接眼レンズ２０に対応する具体的なレンズデータを示している。特に［表３９］にはその基本的なレンズデータを示し、［表４０］には非球面に関するデータを示す。図４０には、この数値実施例２０に係る接眼レンズ２０の諸収差を示す。
【０１１１】
【表３９】
2014228716.tif 000041
【０１１２】
【表４０】
2014228716.tif 000042
【０１１３】
［各実施例のその他の数値データ］
［表４１］には、上述の各条件式に関する値を、各数値実施例についてまとめたものを示す。［表４２］，［表４３］には、上述の各条件式に用いられているパラメータの値を各数値実施例についてまとめたものを示す。［表４１］から分かるように、各条件式について、各数値実施例の値がその数値範囲内となっている。
【０１１４】
【表４１】
2014228716.tif 000043
【０１１５】
【表４２】
2014228716.tif 000044
【０１１６】
【表４３】
2014228716.tif 000045
【０１１７】
＜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。
【０１１８】
また、上記実施の形態および実施例では、実質的に２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良い。
【０１１９】
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］
像を拡大するために用いられ、アイポイント側から順に、
前記アイポイント側に凸面を向けた正の屈折力を持つ第１レンズと、
前記アイポイント側に凸面を向けた正の屈折力を持つ第２レンズと
から構成され、以下の条件式を満足する
接眼レンズ。
３．０＞（ｈ×ω）1/2／Ｅ＞１．２  ……（１）
２．３＞（Ｌ−Ｅ）／ｈ＞１．５  ……（２）
ただし、
ｈ：前記像の水平端における高さ
ω：水平方向の半画角
Ｅ：前記アイポイントから前記第１レンズまでの距離（アイレリーフ）
Ｌ：前記アイポイントから前記像までの距離
とする。
［２］
以下の条件式を満足する
上記［１］に記載の接眼レンズ。
３．７＞｜（ｆ１×ｆ２）｜1/2／ｆ＞１．４  ……（３）
ただし、
ｆ：全体の焦点距離
ｆ１：前記第１レンズの焦点距離
ｆ２：前記第２レンズの焦点距離
とする。
［３］
以下の条件式を満足する
上記［１］または［２］に記載の接眼レンズ。
｜（Ｒ３＋Ｒ５）／（Ｒ３−Ｒ５）｜＜４０  ……（４）
ただし、
Ｒ３：前記第１レンズの像側の面の近軸曲率半径
Ｒ５：前記第２レンズの像側の面の近軸曲率半径
とする。
［４］
以下の条件式を満足する
上記［１］ないし［３］のいずれか１つに記載の接眼レンズ。
１．９＞Ｒ４／ｆ２＞０．４  ……（５）
ただし、
Ｒ４：前記第２レンズの前記アイポイント側の面の近軸曲率半径
とする。
［５］
以下の条件式を満足する
上記［１］ないし［４］のいずれか１つに記載の接眼レンズ。
１．０＞Ｒ２／ｆ１＞０．１  ……（６）
ただし、
Ｒ２：前記第１レンズの前記アイポイント側の面の近軸曲率半径
とする。
［６］
以下の条件式を満足する
上記［１］ないし［５］のいずれか１つに記載の接眼レンズ。
１．２＞（Ｄ２＋Ｄ４）／（Ｄ３＋Ｄ５）＞０．２  ……（７）
ただし、
Ｄ２：前記第１レンズの中心厚
Ｄ３：前記第１レンズと前記第２レンズとの間隔
Ｄ４：前記第２レンズの中心厚
Ｄ５：前記第２レンズと前記像との間隔
とする。
［７］
前記第１レンズの像側の面と前記第２レンズの像側の面とが、非球面形状である
上記［１］ないし［６］のいずれか１つに記載の接眼レンズ。
［８］
前記第１レンズのアイポイント側の面が、変曲点を有する非球面形状である
上記［１］ないし［７］のいずれか１つに記載の接眼レンズ。
［９］
前記第１レンズと前記第２レンズとが、線膨張係数２０×１０-6／℃以上の材料で構成されている
上記［１］ないし［８］のいずれか１つに記載の接眼レンズ。
［１０］
実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備えた
上記［１］ないし［９］のいずれか１つに記載の接眼レンズ。
［１１］
画像表示素子と、前記画像表示素子に表示された像を拡大する接眼レンズとを含み、
前記接眼レンズは、
アイポイント側から順に、
前記アイポイント側に凸面を向けた正の屈折力を持つ第１レンズと、
前記アイポイント側に凸面を向けた正の屈折力を持つ第２レンズと
から構成され、以下の条件式を満足する
表示装置。
３．０＞（ｈ×ω）1/2／Ｅ＞１．２  ……（１）
２．３＞（Ｌ−Ｅ）／ｈ＞１．５  ……（２）
ただし、
ｈ：前記像の水平端における高さ
ω：水平方向の半画角
Ｅ：前記アイポイントから前記第１レンズまでの距離（アイレリーフ）
Ｌ：前記アイポイントから前記像までの距離
とする。
［１２］
前記接眼レンズは、実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備える
上記［１１］に記載の表示装置。
【符号の説明】
【０１２０】
Ｌ１…第１レンズ、Ｌ２…第２レンズ、Ｅ…アイレリーフ、Ｅ．Ｐ．…アイポイント、ｈ…像の水平端における高さ、ｈ’…像の対角端における高さ、Ｚ１…光軸、１〜２０…接眼レンズ、１００…画像表示素子、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。
【図１】
2014228716.tif 000046
【図２】
2014228716.tif 000047
【図３】
2014228716.tif 000048
【図４】
2014228716.tif 000049
【図５】
2014228716.tif 000050
【図６】
2014228716.tif 000051
【図７】
2014228716.tif 000052
【図８】
2014228716.tif 000053
【図９】
2014228716.tif 000054
【図１０】
2014228716.tif 000055
【図１１】
2014228716.tif 000056
【図１２】
2014228716.tif 000057
【図１３】
2014228716.tif 000058
【図１４】
2014228716.tif 000059
【図１５】
2014228716.tif 000060
【図１６】
2014228716.tif 000061
【図１７】
2014228716.tif 000062
【図１８】
2014228716.tif 000063
【図１９】
2014228716.tif 000064
【図２０】
2014228716.tif 000065
【図２１】
2014228716.tif 000066
【図２２】
2014228716.tif 000067
【図２３】
2014228716.tif 000068
【図２４】
2014228716.tif 000069
【図２５】
2014228716.tif 000070
【図２６】
2014228716.tif 000071
【図２７】
2014228716.tif 000072
【図２８】
2014228716.tif 000073
【図２９】
2014228716.tif 000074
【図３０】
2014228716.tif 000075
【図３１】
2014228716.tif 000076
【図３２】
2014228716.tif 000077
【図３３】
2014228716.tif 000078
【図３４】
2014228716.tif 000079
【図３５】
2014228716.tif 000080
【図３６】
2014228716.tif 000081
【図３７】
2014228716.tif 000082
【図３８】
2014228716.tif 000083
【図３９】
2014228716.tif 000084
【図４０】
2014228716.tif 000085
【図４１】
2014228716.tif 000086
【図４２】
2014228716.tif 000087