(57)【要約】  接眼光学系（ＥＬ）は、アイポイント（ＥＰ）側から順に並んだ、正の屈折力を有する第１レンズ群（Ｇ１）と、正の屈折力を有する第２レンズ群（Ｇ２）とを備え、第２レンズ群（Ｇ２）は、２つの光学部材が接合された接合レンズを有し、当該接合レンズの接合面は、回折格子を構成する回折光学面であり、第１レンズ群（Ｇ１）を構成するレンズにおける片側のレンズ面が第１フレネル面（ＦＳａ）であり、第２レンズ群（Ｇ２）の接合レンズにおける片側のレンズ面が第２フレネル面（ＦＳｂ）である。
2018008249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アイポイント側から順に並んだ、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、
前記第１レンズ群および前記第２レンズ群のうち一方は、少なくとも２つの光学部材が接合された接合レンズを有し、
前記接合レンズの接合面は、回折格子を構成する回折光学面であり、
前記第１レンズ群および前記第２レンズ群を構成するレンズのうち少なくともいずれかのレンズ面がフレネル面である接眼光学系。
【請求項２】
前記接合レンズにおける片側のレンズ面が前記フレネル面である請求項１に記載の接眼光学系。
【請求項３】
前記接合レンズにおける前記フレネル面とは異なるレンズ面が非球面である請求項２に記載の接眼光学系。
【請求項４】
前記第１レンズ群および前記第２レンズ群のうち前記接合レンズを含まないレンズ群は、少なくとも１つのレンズを有し、前記１つのレンズにおける片側のレンズ面が前記フレネル面である請求項１〜３のいずれか一項に記載の接眼光学系。
【請求項５】
前記第１レンズ群および前記第２レンズ群のうち一方は、正の屈折力を有する前記接合レンズからなり、
前記第１レンズ群および前記第２レンズ群のうち他方は、正の屈折力を有する１つのレンズからなる請求項１〜４のいずれか一項に記載の接眼光学系。
【請求項６】
前記第２レンズ群は、正の屈折力を有する前記接合レンズからなり、
前記第１レンズ群は、正の屈折力を有する１つのレンズからなる請求項１〜５のいずれか一項に記載の接眼光学系。
【請求項７】
アイポイント側から順に並んだ、前記第１レンズ群と、前記第２レンズ群と、非球面レンズを有する第３レンズ群とを備える請求項１〜６のいずれか一項に記載の接眼光学系。
【請求項８】
前記第１レンズ群および前記第２レンズ群はそれぞれ、前記フレネル面が形成されたレンズを有し、
以下の条件式を満足する請求項１〜７のいずれか一項に記載の接眼光学系。
１．００＜ｆＲ２／ｆＲ１
但し、ｆＲ１：前記第１レンズ群における前記フレネル面が形成されたレンズの焦点距離、
ｆＲ２：前記第２レンズ群における前記フレネル面が形成されたレンズの焦点距離。
【請求項９】
前記接合レンズは、第１の光学素子要素と第２の光学素子要素とからなる密着複層型の回折光学素子を介して接合され、前記第１の光学素子要素と前記第２の光学素子要素との界面に、前記回折光学面が形成される請求項１〜８のいずれか一項に記載の接眼光学系。
【請求項１０】
以下の条件式を満足する請求項９に記載の接眼光学系。
０＜ｆ／ｆＤＯＥ＜０．１５
但し、ｆ：前記接眼光学系の焦点距離、
ｆＤＯＥ：前記回折光学素子の焦点距離。
【請求項１１】
前記第１レンズ群は、前記フレネル面が形成されたレンズを有し、
以下の条件式を満足する請求項１〜１０のいずれか一項に記載の接眼光学系。
０＜ｆ／ｆＲ１＜０．６０
但し、ｆ：前記接眼光学系の焦点距離、
ｆＲ１：前記第１レンズ群における前記フレネル面が形成されたレンズの焦点距離。
【請求項１２】
前記第１レンズ群は、前記フレネル面が形成されたレンズを有し、
以下の条件式を満足する請求項１〜１１のいずれか一項に記載の接眼光学系。
０＜ＡＳ１＜５．０
但し、ＡＳ１：前記第１レンズ群における前記フレネル面のフレネル段差のアスペクト比の最大値。
【請求項１３】
前記第１レンズ群および前記第２レンズ群はそれぞれ、前記フレネル面が形成されたレンズを有し、
以下の条件式を満足する請求項１〜１２のいずれか一項に記載の接眼光学系。
０＜ＡＳ２＜２．５
但し、ＡＳ２：前記第２レンズ群における前記フレネル面のフレネル段差のアスペクト比の最大値。
【請求項１４】
前記第１レンズ群および前記第２レンズ群はそれぞれ、前記フレネル面が形成されたレンズを有し、
前記第１レンズ群における前記フレネル面が形成されたレンズの屈折力は、前記第２レンズ群における前記フレネル面が形成されたレンズの屈折力よりも大きい請求項１〜１３のいずれか一項に記載の接眼光学系。
【請求項１５】
画像を表示可能な画像表示部と、
前記画像表示部に表示された画像を観察するための接眼光学系とを備え、
前記接眼光学系が請求項１〜１４のいずれか一項に記載の接眼光学系であるヘッドマウントディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接眼光学系およびヘッドマウントディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、接眼光学系を備えるヘッドマウントディスプレイが開示されている。このような接眼光学系は、重量を軽くする観点から薄型であることが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−４９３０５号公報
【発明の概要】
【０００４】
第１の態様に係る接眼光学系は、アイポイント側から順に並んだ、正の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、前記第１レンズ群および前記第２レンズ群のうち一方は、少なくとも２つの光学部材が接合された接合レンズを有し、前記接合レンズの接合面は、回折格子を構成する回折光学面であり、前記第１レンズ群および前記第２レンズ群を構成するレンズのうち少なくともいずれかのレンズ面がフレネル面となっている。
【０００５】
第２の態様に係るヘッドマウントディスプレイは、画像を表示可能な画像表示部と、前記画像表示部に表示された画像を観察するための接眼光学系とを備え、前記接眼光学系が上述の接眼光学系となっている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施例に係る接眼光学系のレンズ構成図である。
【図２】第１実施例に係る接眼光学系の光路図である。
【図３】第１実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。
【図４】第１実施例に係る接眼光学系の横収差図である。
【図５】第１実施例に係る接眼光学系のスポットダイヤグラムである。
【図６】第２実施例に係る接眼光学系のレンズ構成図である。
【図７】第２実施例に係る接眼光学系の光路図である。
【図８】第２実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。
【図９】第２実施例に係る接眼光学系の横収差図である。
【図１０】第２実施例に係る接眼光学系のスポットダイヤグラムである。
【図１１】第３実施例に係る接眼光学系のレンズ構成図である。
【図１２】第３実施例に係る接眼光学系の光路図である。
【図１３】第３実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。
【図１４】第３実施例に係る接眼光学系の横収差図である。
【図１５】第３実施例に係る接眼光学系のスポットダイヤグラムである。
【図１６】第４実施例に係る接眼光学系のレンズ構成図である。
【図１７】第４実施例に係る接眼光学系の光路図である。
【図１８】第４実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。
【図１９】第４実施例に係る接眼光学系の横収差図である。
【図２０】第４実施例に係る接眼光学系のスポットダイヤグラムである。
【図２１】回折光学素子の一例を示す模式図である。
【図２２】（ａ）はフレネル面の一例を示す模式図であり、（ｂ）はフレネル面のアスペクト比を説明するための模式図である。
【図２３】ヘッドマウントディスプレイの外観図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本実施形態の接眼光学系、およびヘッドマウントディスプレイについて図を参照して説明する。本実施形態に係る接眼光学系ＥＬの一例としての接眼光学系ＥＬ（１）は、図１に示すように、アイポイントＥＰ側から順に並んだ、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とを備えて構成される。第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２のうち一方（図１の例における第２レンズ群Ｇ２）は、２つの光学部材（図１の例における第２レンズＬ２および第３レンズＬ３）が接合された接合レンズを有している。当該接合レンズの接合面は、回折格子ＤＧを構成する回折光学面である。第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２を構成するレンズのうち少なくともいずれかのレンズ面は、フレネル面となっている。これにより、薄型でありながら、広い視野角を有して、色収差等の諸収差が良好に補正された接眼光学系を得ることが可能になる。なお、本明細書におけるフレネル面は、光を屈折させることで光の進行方向を変える面であり、回折光学面は、光を回折させることで光の進行方向を変える面である。
【０００８】
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬは、例えば画像表示部１１で表示される画像を観察するために用いることができる。本実施形態に係る接眼光学系ＥＬは、図６に示す接眼光学系ＥＬ（２）でもよく、図１１に示す接眼光学系ＥＬ（３）でもよく、図１６に示す接眼光学系ＥＬ（４）でもよい。
【０００９】
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、接合レンズにおける片側のレンズ面がフレネル面であることが好ましい。これにより、接眼光学系を薄型にすることができる。なお、本明細書におけるフレネル面もしくは非球面のレンズ面とは、接合レンズの接合面を含まない概念である。
【００１０】
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、接合レンズにおけるフレネル面とは異なるレンズ面が非球面であることが好ましい。これにより、非点収差等の諸収差を良好に補正することができる。
【００１１】
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２のうち接合レンズを含まないレンズ群（図１の例における第１レンズ群Ｇ１）は、少なくとも１つのレンズを有し、当該１つのレンズにおける片側のレンズ面がフレネル面であってもよい。これにより、接眼光学系を薄型にすることができる。
【００１２】
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２のうち一方は、正の屈折力を有する接合レンズからなり、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２のうち他方は、正の屈折力を有する１つのレンズからなることが好ましい。これにより、薄型の接眼光学系でありながら、視野角を広くして、非点収差等の諸収差を良好に補正することができる。また、フレネル面のフレネル段差のアスペクト比を小さく設計することが可能であり、製造が容易な接眼光学系とすることができる。
【００１３】
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、第２レンズ群Ｇ２は、正の屈折力を有する接合レンズからなり、第１レンズ群Ｇ１は、正の屈折力を有する１つのレンズからなってもよい。これにより、薄型の接眼光学系でありながら、視野角を広くして、非点収差等の諸収差を良好に補正することができる。また、フレネル面のフレネル段差のアスペクト比を小さく設計することが可能であり、製造が容易な接眼光学系とすることができる。
【００１４】
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬは、アイポイントＥＰ側から順に並んだ、前述の第１レンズ群Ｇ１と、前述の第２レンズ群Ｇ２と、非球面レンズを有する第３レンズ群Ｇ３とを備えて構成されてもよい。これにより、非点収差等の諸収差を良好に補正することができる。また、フレネル面のフレネル段差のアスペクト比を小さく設計することが可能であり、製造が容易な接眼光学系とすることができる。
【００１５】
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１の焦点距離は、第２レンズ群Ｇ２の焦点距離より短くてもよい。これにより、接眼光学系ＥＬの瞳位置（射出瞳の位置）に近い第１レンズ群Ｇ１に、強い屈折力（パワー）を持たせることで、球面収差等の諸収差を良好に補正することができる。
【００１６】
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２はそれぞれ、フレネル面が形成されたレンズを有し、次の条件式（１）を満足することが好ましい。
【００１７】
１．００＜ｆＲ２／ｆＲ１  ・・・（１）
但し、ｆＲ１：第１レンズ群Ｇ１におけるフレネル面が形成されたレンズの焦点距離、
ｆＲ２：第２レンズ群Ｇ２におけるフレネル面が形成されたレンズの焦点距離。
【００１８】
条件式（１）は、第１レンズ群Ｇ１におけるフレネル面が形成されたレンズと第２レンズ群Ｇ２におけるフレネル面が形成されたレンズとの焦点距離の比について適切な範囲を規定する条件式である。条件式（１）を満足することで、第１レンズ群Ｇ１におけるフレネル面が形成されたレンズの焦点距離は、第２レンズ群Ｇ２におけるフレネル面が形成されたレンズの焦点距離より短くなる。すなわち、第１レンズ群Ｇ１におけるフレネル面が形成されたレンズの屈折力（パワー）は、第２レンズ群Ｇ２におけるフレネル面が形成されたレンズの屈折力よりも大きくなる。このように、接眼光学系ＥＬの瞳位置（射出瞳の位置）に近い第１レンズ群Ｇ１のフレネル面が形成されたレンズに、強いパワーを持たせることで、球面収差等の諸収差を良好に補正することができる。
【００１９】
条件式（１）の対応値が下限値を下回ると、第１レンズ群Ｇ１におけるフレネル面が形成されたレンズの焦点距離は、第２レンズ群Ｇ２におけるフレネル面が形成されたレンズの焦点距離より長くなる。そのため、第１レンズ群Ｇ１におけるフレネル面が形成されたレンズに強いパワーを持たせることが難しくなり、球面収差等の諸収差の補正が困難になる。
【００２０】
なお、条件式（１）の上限値を好ましくは１．８０未満とし、さらに好ましくは１．７０未満としてもよい。これにより、第１レンズ群Ｇ１におけるフレネル面が形成されたレンズのパワーが強すぎるために、当該フレネル面のフレネル段差のアスペクト比が大きくなりすぎて、フレネル面が形成されたレンズを備える接眼光学系ＥＬの製造が困難になるのを防止することができる。
【００２１】
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、接合レンズは、第１の光学素子要素ＤＥ１と第２の光学素子要素ＤＥ２とからなる密着複層型の回折光学素子ＤＯＥを介して接合され、第１の光学素子要素ＤＥ１と第２の光学素子要素ＤＥ２との界面に、回折格子ＤＧを構成する回折光学面が形成されることが好ましい。これにより、所望の波長領域（例えば可視光領域）で高い回折効率が保たれて、波長特性が良好になる。
【００２２】
本実施形態の回折光学素子ＤＯＥは、例えば図２１に示すように、第１の光学材料からなる第１の光学素子要素ＤＥ１と、第１の光学材料とは屈折率や分散値が異なる第２の光学材料からなる第２の光学素子要素ＤＥ２とから構成される。第１の光学素子要素ＤＥ１と第２の光学素子要素ＤＥ２との界面には、断面視鋸歯形状の回折格子ＤＧを構成する回折光学面が輪帯状に形成される。本実施形態の回折光学素子ＤＯＥにおける回折格子ＤＧの格子ピッチは、回折光学素子ＤＯＥにおける半径方向の位置ごとに異なっている。回折格子ＤＧの壁面部ＤＷは、回折光学素子ＤＯＥの中心側では光軸に沿って延びるが、回折光学素子ＤＯＥの外周側に向かうほど、光軸に対して大きく傾斜するようになっている。このように、回折光学面の各輪帯における、射出光線の最大角が入射光線の最小角より大きい時は、射出光線の最大角と入射光線の最小角の平均値付近の傾斜角となるように、射出光線の最大角が入射光線の最小角より小さい時は、入射光線の最小角付近の傾斜角となるように、壁面部ＤＷを傾斜させることにより、壁面部ＤＷでの光線の屈折や反射を低減させることができる。
【００２３】
本実施形態のフレネル面（ＦＳａ，ＦＳｂ）は、例えば図２２（ａ）に示すように、断面視鋸歯形状の輪帯状に形成される。各フレネル面のフレネル段差のピッチは、フレネル面が形成されたフレネルレンズにおける半径方向の位置ごとに異なっている。フレネル面の壁面部ＦＷは、フレネルレンズの中心側では光軸に沿って延びるが、フレネルレンズの外周側では、フレネル面のフレネル段差のピッチが小さいほど、光軸に対して大きく傾斜するようになっている。このように、フレネル面の各輪帯における、射出光線の最大角が入射光線の最小角より大きい時は、射出光線の最大角と入射光線の最小角の平均値付近の傾斜角となるように、射出光線の最大角が入射光線の最小角より小さい時は、入射光線の最小角付近の傾斜角となるように、壁面部ＦＷを傾斜させることにより、壁面部ＦＷでの光線の屈折や反射を低減させることができる。ここで、図２２（ｂ）に示すように、フレネル面の接線と光軸とのなす角をαとし、θ＝９０°−αで表される角度を接線角θとする。本明細書では、この接線角θに基づいて｜ｂ／ａ｜＝｜tanθ｜で表される比を、各フレネル面のフレネル段差のアスペクト比と定義する。なお、フレネル面は球面形状に形成されていてよく、非球面形状に形成されていてもよく、断面視直線形状に形成されていてもよい。
【００２４】
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、次の条件式（２）を満足することが好ましい。
【００２５】
０＜ｆ／ｆＤＯＥ＜０．１５  ・・・（２）
但し、ｆ：接眼光学系ＥＬの焦点距離、
ｆＤＯＥ：回折光学素子ＤＯＥの焦点距離。
【００２６】
条件式（２）は、接眼光学系ＥＬと回折光学素子ＤＯＥとの焦点距離の比について適切な範囲を規定する条件式である。条件式（２）の対応値が上限値を上回ると、接眼光学系ＥＬに対して回折光学素子ＤＯＥのパワーが強すぎるため、回折光学素子ＤＯＥに形成される回折格子ＤＧのピッチが小さくなりすぎて、回折光学素子ＤＯＥを備える接眼光学系ＥＬの製造が困難になる。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（２）の上限値を好ましくは０．１０としてもよい。
【００２７】
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、フレネル面が形成されたレンズを有し、次の条件式（３）を満足することが好ましい。
【００２８】
０＜ｆ／ｆＲ１＜０．６０  ・・・（３）
但し、ｆ：接眼光学系ＥＬの焦点距離、
ｆＲ１：第１レンズ群Ｇ１におけるフレネル面が形成されたレンズの焦点距離。
【００２９】
条件式（３）は、接眼光学系ＥＬと第１レンズ群Ｇ１におけるフレネル面が形成されたレンズとの焦点距離の比について適切な範囲を規定する条件式である。条件式（３）の対応値が上限値を上回ると、接眼光学系ＥＬに対して第１レンズ群Ｇ１におけるフレネル面が形成されたレンズのパワーが強すぎるため、当該フレネル面のフレネル段差のアスペクト比が大きくなりすぎて、フレネル面が形成されたレンズを備える接眼光学系ＥＬの製造が困難になる。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（３）の上限値を好ましくは０．５０としてもよい。
【００３０】
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１は、フレネル面が形成されたレンズを有し、次の条件式（４）を満足することが好ましい。
【００３１】
０＜ＡＳ１＜５．０  ・・・（４）
但し、ＡＳ１：第１レンズ群Ｇ１におけるフレネル面のフレネル段差のアスペクト比の最大値。
【００３２】
条件式（４）は、第１レンズ群Ｇ１におけるフレネル面のフレネル段差のアスペクト比の最大値について適切な範囲を規定する条件式である。条件式（４）の対応値が上限値を上回ると、第１レンズ群Ｇ１におけるフレネル面のフレネル段差のアスペクト比の最大値が大きくなりすぎて、フレネル面が形成されたレンズを備える接眼光学系ＥＬの製造が困難になる。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（４）の上限値を好ましくは１．５としてもよい。
【００３３】
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、第１レンズ群Ｇ１および第２レンズ群Ｇ２はそれぞれ、フレネル面が形成されたレンズを有し、次の条件式（５）を満足することが好ましい。
【００３４】
０＜ＡＳ２＜２．５  ・・・（５）
但し、ＡＳ２：第２レンズ群Ｇ２におけるフレネル面のフレネル段差のアスペクト比の最大値。
【００３５】
条件式（５）は、第２レンズ群Ｇ２におけるフレネル面のフレネル段差のアスペクト比の最大値について適切な範囲を規定する条件式である。条件式（５）の対応値が上限値を上回ると、第２レンズ群Ｇ２におけるフレネル面のフレネル段差のアスペクト比の最大値が大きくなりすぎて、フレネル面が形成されたレンズを備える接眼光学系ＥＬの製造が困難になる。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（５）の上限値を好ましくは１．５としてもよい。
【００３６】
本実施形態のヘッドマウントディスプレイは、上述した構成の接眼光学系を備えて構成される。その具体例として、上記接眼光学系ＥＬを備えたヘッドマウントディスプレイを図２３に基づいて説明する。図２３に示すヘッドマウントディスプレイ１は、使用者の頭部に固定された状態で使用される。ヘッドマウントディスプレイ１は、画像表示部１１と、接眼光学系ＥＬ（図２３においては不図示）と、これらを収容するハウジング１２とを有して構成される。また、ハウジング１２の左右側部に、使用者に音声情報を提供するためのスピーカ１４が配設される。また、ハウジング１２の後部に、ハウジング１２を使用者の頭部に固定するためのバンド１６が取り付けられる。
【００３７】
画像表示部１１および接眼光学系ＥＬは、ハウジング１２が使用者の頭部に固定された状態で、使用者の眼と対向して配置されるように構成される。画像表示部１１は、詳細な図示を省略するが、例えば液晶表示素子等を用いて構成される。また、接眼光学系ＥＬは、使用者の両眼に対応して２組設けられる。このようなヘッドマウントディスプレイ１において、画像表示部１１が所定の画像を表示すると、画像表示部１１からの光が接眼光学系ＥＬを透過して使用者の眼に達する。これにより、使用者は、接眼光学系ＥＬを介して画像表示部１１で表示される画像を見ることができる。なお、画像表示部１１が表示する画像は、静止画であってよいし動画であってもよい。また、画像表示部１１は、右眼用の視差画像と左眼用の視差画像とをそれぞれ表示し、使用者が接眼光学系ＥＬを介して当該視差画像を見ることにより立体画像として認識されるように構成されていてもよい。以上の構成によれば、接眼光学系ＥＬを搭載することにより、薄型でありながら、広い視野角を有して、色収差等の諸収差が良好に補正されたヘッドマウントディスプレイを得ることが可能になる。
【実施例】
【００３８】
以下、本願の各実施例を添付図面に基づいて説明する。図１、図６、図１１、および図１６に、第１〜第４実施例に係る接眼光学系ＥＬ｛ＥＬ（１）〜ＥＬ（４）｝のレンズ構成および屈折力配分を示す。各レンズ群の記号に付けている符号（＋）もしくは（−）は各レンズ群の屈折力を示す。【００３９】
これら図１、図６、図１１、および図１６において、各レンズ群を符号Ｇと数字（もしくはアルファベット）の組み合わせにより、各レンズを符号Ｌと数字（もしくはアルファベット）の組み合わせにより、それぞれ表している。この場合において、符号、数字の種類および数が多くなって煩雑化するのを防止するため、実施例毎にそれぞれ独立して符号と数字の組み合わせを用いてレンズ群等を表している。このため、実施例間で同一の符号と数字の組み合わせが用いられていても、同一の構成であることを意味するものでは無い。【００４０】
以下に表１〜表４を示すが、この内、表１は第１実施例、表２は第２実施例、表３は第３実施例、表４は第４実施例における諸元の値を示す表である。各実施例では収差特性の算出対象として、ｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）、ｅ線（波長λ＝５４６．１ｎｍ）、ｇ線（波長λ＝４３５．８ｎｍ）、Ｃ線（波長λ＝６５６．３ｎｍ）、Ｆ線（波長λ＝４８６．１ｎｍ）を選んでいる。【００４１】
各表の［諸元データ］において、ｆは接眼光学系の焦点距離を、ｆＤＯＥは回折光学素子の焦点距離を、ｆＲ１は第１フレネル面が形成されたレンズの焦点距離を、ｆＲ２は第２フレネル面が形成されたレンズの焦点距離をそれぞれ示す。また、［諸元データ］において、ωは視野角（単位は「°」）を、ＥＲはアイレリーフを、ＴＬは最もアイポイント側のレンズ面から画像表示部までの距離をそれぞれ示す。［レンズデータ］において、面番号はアイポイント側から数えた各レンズ面の番号を、Ｒは各レンズ面の曲率半径を、Ｄは各レンズ面の間隔を、νｄはｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数を、ｎｄはｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率をそれぞれ示す。なお、第１カラム（面番号）の右に付した*aは、そのレンズ面が非球面であることを示す。第１カラム（面番号）の右に付した*bは、そのレンズ面が非球面形状のフレネル面であることを示す。第１カラム（面番号）の右に付した*cは、そのレンズ面が回折格子を構成する回折光学面であることを示す。曲率半径の「∞」は平面又は開口を示し、空気の屈折率ｎｄ＝1.000000の記載は省略している。【００４２】
［非球面データ］において示す非球面係数は、光軸に垂直な方向の高さ（輪帯位置）をｙとし、光軸方向のサグ量をＸ（ｙ）とし、基準球面の曲率半径（近軸曲率半径）をｒとし、円錐定数をκとし、ｎ次（ｎ＝２，４，６，８，１０）の非球面係数をＡnとしたとき、次式（Ａ）で表される。なお、２次の非球面係数Ａ2は０であり、その記載を省略する。「E-n」は「×１０-n」を示す。例えば、「1.234E-05」は「１．２３４×１０-5」を示す。【００４３】
Ｘ（ｙ）＝（ｙ2／ｒ）／｛１＋（１−（１＋κ）×ｙ2／ｒ2）1/2｝
＋Ａ4×ｙ4＋Ａ6×ｙ6＋Ａ8×ｙ8＋Ａ10×ｙ10  …（Ａ）【００４４】
［回折光学面データ］において、位相関数法を用いて計算した回折光学面の位相係数を示す。位相係数の基準波長は５８７．６ｎｍとする。回折光学面の形状を決める位相多項式は、次の数式（Ｂ）で表される。【００４５】
【数１】
2018008249.tif 000003
【００４６】
ここで、数式（Ｂ）において、ｊ、ｍ，ｎの間には、次の数式（Ｃ）で表わされる関係が成立している。【００４７】
【数２】
2018008249.tif 000004
【００４８】
［フレネル面データ］において、ＡＳａは各フレネル面における最大視野角主光線が通る位置でのアスペクト比を、ＡＳｂは各フレネル面における最大視野角主光線が通る位置より中心側の第１中間位置（中心から最大視野角主光線が通る位置までの７割の到達位置）でのアスペクト比を、ＡＳｃは各フレネル面における第１中間位置より中心側の第２中間位置（中心から最大視野角主光線が通る位置までの５割の到達位置）でのアスペクト比をそれぞれ示す。［条件式対応値］には、各条件式の対応値をそれぞれ示す。【００４９】
なお、以下の全ての諸元値において掲載されている焦点距離ｆ、曲率半径Ｒ、その他の長さの単位は一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は、比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、これに限られるものではない。ここまでの表の説明は全ての実施例において共通であり、以下での重複する説明は省略する。【００５０】
（第１実施例）
まず、本願の第１実施例について図１〜図５および表１を用いて説明する。各実施例の接眼光学系は、画像表示部１１で表示される画像を観察するための接眼光学系として用いられるものである。図１は第１実施例に係る接眼光学系ＥＬ（１）のレンズ構成図であり、図２は第１実施例に係る接眼光学系ＥＬ（１）の光路図である。第１実施例に係る接眼光学系ＥＬ（１）は、アイポイントＥＰ側から順に並んだ、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とから構成される。【００５１】
第１レンズ群Ｇ１は、正の屈折力を有する平凸形状の第１レンズＬ１から構成される。第１レンズＬ１は、画像表示部１１側のレンズ面に非球面形状の第１フレネル面ＦＳａが形成されたフレネルレンズである。【００５２】
第２レンズ群Ｇ２は、正の屈折力を有する平凸形状の第２レンズＬ２および正の屈折力を有する平凸形状の第３レンズＬ３からなる接合正レンズから構成される。第２レンズＬ２と第３レンズＬ３とは、界面に回折格子ＤＧを構成する回折光学面が形成された密着複層型の回折光学素子ＤＯＥを介して接合される。第２レンズＬ２は、アイポイントＥＰ側のレンズ面が非球面形状に形成された非球面レンズである。第３レンズＬ３は、画像表示部１１側のレンズ面に非球面形状の第２フレネル面ＦＳｂが形成されたフレネルレンズである。【００５３】
第３レンズ群Ｇ３は、正の屈折力を有するメニスカス形状の第４レンズＬ４から構成される。第４レンズＬ４は、両側のレンズ面が非球面形状に形成された非球面レンズである。第４レンズＬ４は、画像表示部１１に凹面を向けて配置される。【００５４】
下の表１に、第１実施例における各諸元を示す。【００５５】
（表１）
［諸元データ］
ｆ＝21.77
ｆＤＯＥ＝384.62
ｆＲ１＝48.37
ｆＲ２＝69.03
ω＝±60°
ＥＲ＝10.0
ＴＬ＝25.0
［レンズデータ］
面番号          Ｒ        Ｄ        ｎｄ        νｄ
1             ∞        1.0      1.4908      57.1
2*b       -23.73809     0.1
3*a        94.2717      1.7      1.4908      57.1
4             ∞        0.1      1.5571      49.7
5*c           ∞        0.1      1.5278      33.4
6             ∞        1.0      1.4908      57.1
7*b       -33.8777      0.1
8*a        23.21068     4.2      1.4908      57.1
9*a        23.4219     16.7
［非球面データ］
第２面
κ=0.0000
A4=-1.0506E-05,A6=1.1147E-07,A8=-2.4011E-10,A10=2.4908E-13
第３面
κ=-49.695049
A4=-2.47387E-06,A6=-3.30138E-08,A8=5.15408E-11,A10=1.65242E-14
第７面
κ=0.0000
A4=5.91920E-06,A6=-3.81010E-08,A8=-1.16180E-10,A10=2.64530E-13
第８面
κ=0.0000
A4=-5.83107E-06,A6=2.52546E-07,A8=-9.08748E-10,A10=6.64101E-13
第９面
κ=0.0000
A4=1.65842E-06,A6=1.79802E-07,A8=-8.37315E-10,A10=6.78955E-13
［回折光学面データ］
項          第５面係数
C2         -1.30E-03
C4          1.30E-06
［フレネル面データ］
第１フレネル面      第２フレネル面
ＡＳａ          0.8                1.1
ＡＳｂ          0.6                0.6
ＡＳｃ          0.4                0.3
［条件式対応値］
条件式（１）  ｆＲ２／ｆＲ１＝1.43
条件式（２）  ｆ／ｆＤＯＥ＝0.06
条件式（３）  ｆ／ｆＲ１＝0.45
条件式（４）  ＡＳ１＝0.9
条件式（５）  ＡＳ２＝1.1【００５６】
図３は、第１実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。図４は、第１実施例に係る接眼光学系の横収差図である。図５は、第１実施例に係る接眼光学系のスポットダイヤグラムである。各収差図において、ｄはｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）、ｅはｅ線（波長λ＝５４６．１ｎｍ）、ｇはｇ線（波長λ＝４３５．８ｎｍ）、ＣはＣ線（波長λ＝６５６．３ｎｍ）、ＦはＦ線（波長λ＝４８６．１ｎｍ）をそれぞれ示す。非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面をそれぞれ示す。横収差図において、ＲＦＨは像高比（Relative  Field  Height）を示す。スポットダイヤグラムにおいて、縦軸にフィールドポジションを示し、横軸にデフォーカス量を示す。なお、以下に示す各実施例の収差図においても、本実施例と同様の符号を用い、重複する説明は省略する。そして、各収差図より、第１実施例では、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。【００５７】
（第２実施例）
以下、本願の第２実施例について図６〜図１０および表２を用いて説明する。図６は第２実施例に係る接眼光学系ＥＬ（２）のレンズ構成図であり、図７は第２実施例に係る接眼光学系ＥＬ（２）の光路図である。第２実施例に係る接眼光学系ＥＬ（２）は、アイポイントＥＰ側から順に並んだ、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とから構成される。【００５８】
第１レンズ群Ｇ１は、正の屈折力を有する平凸形状の第１レンズＬ１および正の屈折力を有する平凸形状の第２レンズＬ２からなる接合正レンズから構成される。第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とは、界面に回折格子ＤＧを構成する回折光学面が形成された密着複層型の回折光学素子ＤＯＥを介して接合される。第１レンズＬ１は、アイポイントＥＰ側のレンズ面が非球面形状に形成された非球面レンズである。第２レンズＬ２は、画像表示部１１側のレンズ面に非球面形状の第１フレネル面ＦＳａが形成されたフレネルレンズである。【００５９】
第２レンズ群Ｇ２は、正の屈折力を有する平凸形状の第３レンズＬ３から構成される。第３レンズＬ３は、画像表示部１１側のレンズ面に非球面形状の第２フレネル面ＦＳｂが形成されたフレネルレンズである。【００６０】
第３レンズ群Ｇ３は、正の屈折力を有するメニスカス形状の第４レンズＬ４から構成される。第４レンズＬ４は、両側のレンズ面が非球面形状に形成された非球面レンズである。第４レンズＬ４は、画像表示部１１に凹面を向けて配置される。【００６１】
下の表２に、第２実施例における各諸元を示す。【００６２】
（表２）
［諸元データ］
ｆ＝21.45
ｆＤＯＥ＝235.86
ｆＲ１＝49.44
ｆＲ２＝66.94
ω＝±60°
ＥＲ＝10.0
ＴＬ＝25.0
［レンズデータ］
面番号          Ｒ        Ｄ        ｎｄ        νｄ
1*a       171.06597     1.2      1.4908      57.1
2             ∞        0.1      1.5571      49.7
3*c           ∞        0.1      1.5278      33.4
4             ∞        1.0      1.4908      57.1
5*b       -24.26514     0.1
6             ∞        1.0      1.4908      57.1
7*b       -32.85648     0.1
8*a        26.0383      4.7      1.4908      57.1
9*a        28.73545    16.7
［非球面データ］
第１面
κ=0.0000
A4=-9.3810E-06,A6=-1.5637E-08,A8=3.1846E-11,A10=3.9767E-14
第５面
κ=0.0000
A4=-4.50010E-06,A6=1.42080E-08,A8=-7.01920E-12,A10=7.90970E-14
第７面
κ=0.0000
A4=6.43360E-07,A6=5.07060E-09,A8=-1.21920E-10,A10=1.68810E-13
第８面
κ=0.0000
A4=4.04288E-06,A6=1.78012E-08,A8=-2.91991E-10,A10=4.35850E-13
第９面
κ=0.0000
A4=5.64153E-06,A6=-9.48474E-08,A8=5.62078E-11,A10=1.38325E-13
［回折光学面データ］
項          第３面係数
C2         -2.11990E-03
C4          4.22250E-06
C6         -1.13570E-08
C8          3.25700E-11
C10        -3.44010E-14
［フレネル面データ］
第１フレネル面      第２フレネル面
ＡＳａ          1.0                1.1
ＡＳｂ          0.7                0.5
ＡＳｃ          0.5                0.3
［条件式対応値］
条件式（１）  ｆＲ２／ｆＲ１＝1.35
条件式（２）  ｆ／ｆＤＯＥ＝0.09
条件式（３）  ｆ／ｆＲ１＝0.43
条件式（４）  ＡＳ１＝1.0
条件式（５）  ＡＳ２＝1.1【００６３】
図８は、第２実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。図９は、第２実施例に係る接眼光学系の横収差図である。図１０は、第２実施例に係る接眼光学系のスポットダイヤグラムである。そして、各収差図より、第２実施例では、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。【００６４】
（第３実施例）
以下、本願の第３実施例について図１１〜図１５および表３を用いて説明する。図１１は第３実施例に係る接眼光学系ＥＬ（３）のレンズ構成図であり、図１２は第３実施例に係る接眼光学系ＥＬ（３）の光路図である。第３実施例に係る接眼光学系ＥＬ（３）は、アイポイントＥＰ側から順に並んだ、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とから構成される。【００６５】
第１レンズ群Ｇ１は、正の屈折力を有する平凸形状の第１レンズＬ１および正の屈折力を有する平凸形状の第２レンズＬ２からなる接合正レンズから構成される。第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とは、界面に回折格子ＤＧを構成する回折光学面が形成された密着複層型の回折光学素子ＤＯＥを介して接合される。第１レンズＬ１は、アイポイントＥＰ側のレンズ面が非球面形状に形成された非球面レンズである。第２レンズＬ２は、画像表示部１１側のレンズ面に非球面形状の第１フレネル面ＦＳａが形成されたフレネルレンズである。【００６６】
第２レンズ群Ｇ２は、正の屈折力を有する平凸形状の第３レンズＬ３から構成される。第３レンズＬ３は、画像表示部１１側のレンズ面に非球面形状の第２フレネル面ＦＳｂが形成されたフレネルレンズである。【００６７】
下の表３に、第３実施例における各諸元を示す。【００６８】
（表３）
［諸元データ］
ｆ＝20.97
ｆＤＯＥ＝257.85
ｆＲ１＝43.83
ｆＲ２＝72.26
ω＝±60°
ＥＲ＝10.0
ＴＬ＝25.0
［レンズデータ］
面番号          Ｒ        Ｄ        ｎｄ        νｄ
1*a        42.09260     3.08     1.5346      56.3
2             ∞        0.1      1.5571      49.7
3*c           ∞        0.1      1.5278      33.4
4             ∞        1.0      1.5346      56.3
5*b       -28.14944     0.1
6             ∞        1.0      1.5346      56.3
7*b       -38.63184    19.62
［非球面データ］
第１面
κ=0.0000
A4=-1.1562E-05,A6=-4.6672E-09,A8=-8.5258E-11,A10=8.8321E-14
第５面
κ=0.0000
A4=8.89510E-06,A6=-3.17262E-08,A8=3.91456E-11,A10=-7.09111E-14
第７面
κ=0.0000
A4=-4.00176E-06,A6=-6.79858E-09,A8=5.11130E-12,A10=3.43115E-15
［回折光学面データ］
項          第３面係数
C2         -1.93909E-03
C4          3.73947E-07
C6          1.17762E-08
C8         -2.33673E-11
C10         1.27610E-14
［フレネル面データ］
第１フレネル面      第２フレネル面
ＡＳａ          4.0                1.2
ＡＳｂ          0.8                0.6
ＡＳｃ          0.4                0.4
［条件式対応値］
条件式（１）  ｆＲ２／ｆＲ１＝1.65
条件式（２）  ｆ／ｆＤＯＥ＝0.08
条件式（３）  ｆ／ｆＲ１＝0.48
条件式（４）  ＡＳ１＝4.3
条件式（５）  ＡＳ２＝1.9【００６９】
図１３は、第３実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。図１４は、第３実施例に係る接眼光学系の横収差図である。図１５は、第３実施例に係る接眼光学系のスポットダイヤグラムである。そして、各収差図より、第３実施例では、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。【００７０】
（第４実施例）
以下、本願の第４実施例について図１６〜図２０および表４を用いて説明する。図１６は第４実施例に係る接眼光学系ＥＬ（４）のレンズ構成図であり、図１７は第４実施例に係る接眼光学系ＥＬ（４）の光路図である。第４実施例に係る接眼光学系ＥＬ（４）は、アイポイントＥＰ側から順に並んだ、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とから構成される。【００７１】
第１レンズ群Ｇ１は、正の屈折力を有する平凸形状の第１レンズＬ１および正の屈折力を有する平凸形状の第２レンズＬ２からなる接合正レンズから構成される。第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とは、界面に回折格子ＤＧを構成する回折光学面が形成された密着複層型の回折光学素子ＤＯＥを介して接合される。第１レンズＬ１は、アイポイントＥＰ側のレンズ面が非球面形状に形成された非球面レンズである。第２レンズＬ２は、画像表示部１１側のレンズ面に非球面形状の第１フレネル面ＦＳａが形成されたフレネルレンズである。【００７２】
第２レンズ群Ｇ２は、正の屈折力を有するメニスカス形状の第３レンズＬ３から構成される。第３レンズＬ３は、両側のレンズ面が非球面形状に形成された非球面レンズである。第３レンズＬ３は、画像表示部１１に凹面を向けて配置される。【００７３】
下の表４に、第４実施例における各諸元を示す。【００７４】
（表４）
［諸元データ］
ｆ＝24.92
ｆＤＯＥ＝381.01
ｆＲ１＝45.33
ω＝±60°
ＥＲ＝10.0
ＴＬ＝30.0
［レンズデータ］
面番号          Ｒ        Ｄ        ｎｄ        νｄ
1*a        50.96530     2.71     1.5346      56.3
2             ∞        0.1      1.5571      49.7
3*c           ∞        0.1      1.5278      33.4
4             ∞        1.0      1.5346      56.3
5*b       -24.23359     0.1
6*a        38.79071     8.39     1.5346      56.3
7*a        49.05119    17.60
［非球面データ］
第１面
κ=0.777552736
A4=-1.0033E-05,A6=-2.7721E-09,A8=-8.8993E-11,A10=9.1365E-14
第５面
κ=0.0000
A4=1.55037E-05,A6=-4.11524E-08,A8=2.83502E-11,A10=-1.06404E-13
第６面
κ=0.0000
A4=7.69796E-06,A6=1.04884E-08,A8=-3.21843E-11,A10=4.04558E-14
第７面
κ=0.0000
A4=-1.53344E-06,A6=-8.23749E-09,A8=1.95494E-11,A10=1.50775E-14
［回折光学面データ］
項          第３面係数
C2         -1.31230E-03
C4         -2.17308E-06
C6          1.59697E-08
C8         -2.77754E-11
C10         1.52831E-14
［フレネル面データ］
第１フレネル面
ＡＳａ          3.0
ＡＳｂ          0.8
ＡＳｃ          0.5
［条件式対応値］
条件式（２）  ｆ／ｆＤＯＥ＝0.07
条件式（３）  ｆ／ｆＲ１＝0.55
条件式（４）  ＡＳ１＝3.1【００７５】
図１８は、第４実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。図１９は、第４実施例に係る接眼光学系の横収差図である。図２０は、第４実施例に係る接眼光学系のスポットダイヤグラムである。そして、各収差図より、第４実施例では、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。【００７６】
以上、各実施例によれば、薄型でありながら、広い視野角を有して、色収差等の諸収差が良好に補正された接眼光学系を実現することができる。【００７７】
本実施形態の接眼光学系の数値実施例として２群および３群構成のものを示したが、本願はこれに限られず、その他の群構成（例えば、４群等）の接眼光学系を構成することもできる。具体的には、本実施形態の接眼光学系の最も物体側や最も像面側にレンズ又はレンズ群を追加した構成でも構わない。【００７８】
レンズ面は、球面または平面で形成されても、非球面で形成されても構わない。レンズ面が球面または平面の場合、レンズ加工および組立調整が容易になり、加工および組立調整の誤差による光学性能の劣化を防ぐことができる。【００７９】
レンズ面が非球面の場合、非球面は、研削加工による非球面、ガラスを型で非球面形状に形成したガラスモールド非球面、ガラスの表面に樹脂を非球面形状に形成した複合型非球面のいずれでも構わない。また、レンズ面は回折光学面としても良く、レンズを屈折率分布型レンズ（ＧＲＩＮレンズ）あるいはプラスチックレンズとしても良い。【００８０】
各レンズ面には、フレアやゴーストを軽減し、コントラストの高い光学性能を達成するために、広い波長域で高い透過率を有する反射防止膜を施しても良い。これにより、フレアやゴーストを軽減し、高コントラストの高い光学性能を達成することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１  ヘッドマウントディスプレイ        １１  画像表示部
ＥＬ  接眼光学系
Ｇ１  第１レンズ群                      Ｇ２  第２レンズ群
Ｇ３  第３レンズ群
Ｌ１  第１レンズ                        Ｌ２  第２レンズ
Ｌ３  第３レンズ                        Ｌ４  第４レンズ
ＥＰ  アイポイント
ＤＯＥ  回折光学素子                      ＤＧ  回折格子
ＤＥ１  第１の光学素子要素              ＤＥ２  第２の光学素子要素
ＦＳａ  第１フレネル面                  ＦＳｂ  第２フレネル面
【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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【国際調査報告】
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