JP2023109777A - 光学ユニット、光学装置、及び画像表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】装置への接触による観察者の違和感を軽減する。【解決手段】光学ユニット（４２）は、対象物の表示画像（Ｉｍ）が設定される位置に光の入射側の焦点を有し、焦点面からの光を平行光として射出する光学系と、光学系を収容する収容部と、を備え、表示画像を目視可能な目視可能領域をＩＢとした場合、ＩＢ≧７５７０ｍｍ３で示される条件式を満たすように構成する。【選択図】図１

Description

本開示は、光学ユニット、光学装置、及び画像表示システムに関する。

眼科における眼の診断及び眼への外科的処置を目的として対象者の眼（以下、被検眼という。）の観察を可能とする眼科装置が各種実現されている。眼科装置の一例として、被検眼に対して顕微鏡を自在に移動可能に構成し、観察者による被検眼の観察における自由度を向上させた手術用顕微鏡が知られている（特許文献１参照）。

特開２００４－３２９７６２号公報

本開示の第１の態様は、
対象物の表示画像が設定される位置に光の入射側の焦点を有し、焦点面からの光を平行光として射出する光学系と、
前記光学系を収容する収容部と、を備え、
前記表示画像を目視可能な目視可能領域をＩＢとした場合、
ＩＢ≧７５７０ｍｍ^３
で示される条件式を満たすように構成した光学ユニットである。

本開示の第２の態様は、
対象物の表示画像が設定される位置に光の入射側の焦点を有し、焦点面からの光を平行光として射出する光学系を備え、
前記光学系は、第１レンズと第２レンズとを含むレンズ群を備え、
前記入射側に配置された前記第１レンズの端部から前記光の射出側に配置された前記第２レンズの端部までの距離をｄ１とし、前記表示画像が設定される位置から前記光の射出側の前記第２レンズの端部までの距離をｄ２とした場合、
ｄ１／ｄ２＞０．５
で示される条件式を満たすように構成した光学ユニットである。

本開示の第３の態様は、
対象物の表示画像が設定される位置に光の入射側の焦点を有し、焦点面からの光を平行光として射出する光学系を備え、
前記光学系は、第１レンズと第２レンズとを含むレンズ群を備え、
前記光学系は、前記表示画像の光による最大画角の主光線が入射される前記第１レンズの有効径の１／２より大きい径の位置を通過するように構成した光学ユニットである。

本開示の第４の態様は、
複数の前記光学ユニット
を備える光学装置である。

本開示の第５の態様は、
対象物の表示画像として左眼用表示画像が設定される位置に光の入射側の焦点を有し、焦点面からの光を平行光として射出し、前記左眼用表示画像を目視可能な左眼用目視可能領域を形成する左側光学系と、
前記左眼用表示画像と異なる右眼用表示画像が設定される位置に光の入射側の焦点を有し、焦点面からの光を平行光として射出し、前記右眼用表示画像を目視可能な右眼用目視可能領域を形成する右側光学系と、
前記左側光学系及び前記右側光学系を収容する収容部と、
を備え、
前記左側光学系及び前記右側光学系の少なくとも一方の光学系において、光の入射側のレンズ面の端部から射出側のレンズ面の端部までの距離をｄ１とし、前記表示画像の位置から前記光の射出側のレンズ面の端部までの距離をｄ２とした場合、
ｄ１／ｄ２＞０．５
で示される条件式を満たすように構成する
光学装置である。

本開示の第６の態様は、
前記光学装置と、
前記対象物を撮影する撮影部と、
前記撮影部が配置されるアーム部と、
を備える画像表示システムである。

本開示の第７の態様は、
対象物を撮影する撮影部と、
各々前記光学装置である複数の光学装置と、
前記複数の光学装置の各々を独立して移動可能に設置する設置部と、
を備える画像表示システムである。

実施形態に係る眼科システムの全体構成の一例を示すブロック図である。 実施形態に係る画像表示装置の構成の一例を示すイメージ図である。 実施形態に係る眼科システムの光学ユニットにおける観察者側のレンズと、観察者の眼との関係の一例を示すイメージ図である。 実施形態に係る眼科システムの光学ユニットにおけるレンズと、半画角に依存するアイボックス領域の関係の一例を示すイメージ図である。 実施形態に係る眼科システムで観察者が表示部を両眼視した場合の表示部と光学ユニットとの関係を示す模式図である。 レンズ面の端部の一例の説明図である。 レンズ面の端部の一例の説明図である。 レンズ面の端部の一例の説明図である。 実施形態に係る光学ユニットの構成の模式図である。 実施形態に係る瞳周辺の拡大図である。 光学ユニットのレンズ例１を示すイメージ図である。 光学ユニットのレンズ例２を示すイメージ図である。 光学ユニットのレンズ例３を示すイメージ図である。 光学ユニットのレンズ例４を示すイメージ図である。 光学ユニットのレンズ例５を示すイメージ図である。 光学ユニットのレンズ例６を示すイメージ図である。 光学ユニットのレンズ例７を示すイメージ図である。 光学ユニットのレンズ例８を示すイメージ図である。 光学ユニットのレンズ例９を示すイメージ図である。 実施形態に係る眼科システムに含まれる表示装置における射出瞳の一例を示すイメージ図である。 光学ユニットの構成の一例を示すイメージ図である。 実施形態に係る抑制部材の一例を示すイメージ図である。 実施形態に係る抑制部材の他例を示すイメージ図である。 実施形態に係る眼科システムにおける画像表示装置の変形例を示す概念図である。 実施形態に係る眼科システムの一例を示すイメージ図である。 実施形態に係る眼科システムの一例を示すイメージ図である。

以下、図面を参照して本開示の技術を実施するための実施形態の一例を説明する。
本開示は、画像を表示する装置であれば適用可能であり、また、画像を表示する装置を備えたシステム（例えば、画像表示システム）にも適用可能である。本実施形態では、以下の説明を簡単にするため、眼科における眼の診断（又は検査）及び眼への外科的処置（例えば、眼科手術）を目的として患者等の眼（被検眼）及び被検眼周辺を医師等の観察者が観察する眼科システムに本開示を適用した場合を説明する。なお、各図面において同一又は等価な構成要素及び部分には同一の参照符号を付与している。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張され、実際の比率とは異なる場合がある。なお、本実施形態では、患者等の眼が対象物の一例である。

本開示に係る画像表示システムは、眼科装置に適用した眼科システムに限定されるものではない。すなわち、眼科用に被検眼及び被検眼周辺を撮影する撮影装置による撮影画像を表示する画像表示装置に限定されず、眼科用に限定されない対象物を撮影して、撮影した画像を表示する画像表示装置（例えば、検査又は手術に用いる医療用画像表示装置）、及び画像表示システムに適用可能である。例えば、医学の分野で言えば、医学の何れかの分科（例えば、脳神経外科）に用いられる画像表示装置及び画像表示システムにも適用可能である。そして、本開示に係る画像表示システムは、医学の何れかの分科に用いられる画像表示装置及び画像表示システムにも限定されるものでもなく、画像を表示することが可能な画像表示装置及び画像表示システムへの適用が可能であることは言うまでもない。なお、本明細書では、「眼科」とは、眼に対処する医学の分科をいう。

また、本開示に係る画像表示システムで用いる画像（表示画像）は、静止画像であってもよく、また動画像であってもよい。また、本開示に係る画像表示システムで用いる画像は、撮影画像に限定されるものでない。すなわち、撮影装置により撮影した画像を撮影画像として用いることは本開示の一例である。例えば、予め準備した画像を表示する画像表示装置及び画像表示システムに対しても本開示は適用可能である。

なお、本開示に係る画像表示システムの一例として説明する眼科システムの適用例としては、患者等の被検眼及び被検眼周辺を医師等の観察者が観察しながら施術する際に用いる手術用画像表示システム（例えば、眼科手術用顕微鏡を含むシステム）が挙げられる。この眼科手術用顕微鏡の適用も、本開示に係る画像表示システムの一例であり、医学の分野で言えば、医学の何れかの分科に用いられる手術用顕微鏡にも適用可能である。そして、本開示に係る画像表示システムは、医学の分野に用いられる手術用顕微鏡にも限定されるものでもなく、対象物を観察するための顕微鏡を含む他の光学装置への適用が可能であることは言うまでもない。

図１に、本開示の実施形態に係る眼科システム１０の構成の一例を示す。
図１に示すように、眼科システム１０は、対象物ＯＢとしての被検眼及び被検眼周辺を撮影する撮影部２０と、撮影部２０で撮影した撮影画像を観察者ＯＰ用に表示する画像表示装置４０と、を含む。画像表示装置４０は、撮影部２０で撮影した撮影画像を表示する液晶又は有機ＥＬディスプレイ等の表示部３０と、表示部３０で表示された撮影画像を観察者ＯＰ用に提供する光学ユニット４２とを含む。なお、本実施形態における画像表示装置４０は、表示部３０と光学ユニット４２とを備える光学装置の一例である。

画像表示装置４０は光学ユニット４２に対してディスプレイ等の表示部３０が着脱可能に取り付けられる。また、光学ユニット４２の光の入射側に一部分に取付機構４２Ｐを備え、取付機構４２Ｐは、表示部を、光学ユニット４２に、着脱するための取付部の一例である。光学ユニット４２に表示部３０が取り付けられることにより画像表示装置４０が形成される。本実施形態に係る眼科システム１０は、撮影部２０と、表示部３０を備えた画像表示装置４０とが独立して形成されており、撮影部２０と、画像表示装置４０とは別々に移動可能になっている。

本実施形態に係る眼科システム１０は、観察者ＯＰ（例えば、医師、助手、研究者など）が対象物ＯＢである眼（被検眼）及び被検眼周辺を観察者ＯＰの両眼にて目視（両眼視）する場合を一例として説明する。なお、両眼視の一例に立体視が挙げられる。立体視による眼科システム１０は、観察者ＯＰの右眼用に表示する画像の右側光路と、左眼用に表示する画像の左側光路とを独立して形成する。例えば、右側光路と左側光路とは、観察者ＯＰの左右眼及び観察者ＯＰの眼幅方向に対応させて、所定の一方向に沿って離間して配置される。そして、観察者ＯＰから見た場合において、右側光路は右側に配置され、左側光路は左側に配置される。なお、以下の説明では、右眼用と左眼用とを区別して説明する場合には、右眼用の構成要素にＲ、左眼用の構成要素にＬの符号を付し、区別不要の場合には、Ｒ、Ｌの符号を省略する。また、以下の説明では、眼科システム１０が水平面に設置された場合に観察者ＯＰの眼幅方向を「Ｙ方向」、水平面に対する垂直方向を「Ｘ方向」とし、Ｘ方向及びＹ方向と直交し、対象物ＯＢの画像を観察者ＯＰが目視する際の光が観察者ＯＰに向かう方向を「Ｚ方向」とする。

撮影部２０は、顕微鏡２２、カメラ２４、及びカメラコントローラ２６を備える。顕微鏡２２は、対象物ＯＢである被検眼及び被検眼周辺を観察者ＯＰ等に観察させるための光学系を備える。カメラ２４は、対象物ＯＢである被検眼及び被検眼周辺の顕微鏡２２による像を映像信号に変換する電子機器である。カメラコントローラ２６は、映像信号をディスプレイ信号に変換する電子機器である。カメラコントローラ２６は、表示部３０に接続されており、ディスプレイ信号を表示部３０へ出力する。これにより、表示部３０にはカメラ２４で撮影された画像が撮影画像（表示画像）Ｉｍとして形成される。

本実施形態では、観察者ＯＰの右眼用に表示する画像及び左眼用に表示する画像の各々を得るために、撮影部２０は、右眼用の撮影部２０Ｒと、左眼用の撮影部２０Ｌとを備える。詳細には、右眼用の顕微鏡２２Ｒ及び左眼用の顕微鏡２２Ｌと、右眼用のカメラ２４Ｒ及び左眼用のカメラ２４Ｌとを備える。コントローラ２６は、右眼用のコントローラ２６Ｒと左眼用のコントローラ２６Ｌとを独立して構成してもよく、単体のコントローラ２６で構成してもよい。単体のコントローラ２６を用いる場合は、右眼用のカメラ２４Ｒ及び左眼用のカメラ２４Ｌからの映像信号の各々を画像処理して、画像処理後の右眼用のディスプレイ信号及び左眼用のディスプレイ信号を、後述する右眼用の表示部３０Ｒ及び左眼用の表示部３０Ｌへ出力するようにすればよい。なお、顕微鏡２２は、２つの顕微鏡（２２Ｒ、２２Ｌ）を備えることなく、単体の顕微鏡によって立体視用の視差画像（立体画像）を形成する構成にしてもよい。また、立体画像を表示しない場合、顕微鏡２２は、対象物ＯＢの２次元画像を表示可能である。本実施形態における撮影部２０は、右眼用及び左眼用の各々に同じ構成であるため、個別の説明は省略する。

本実施形態に係る眼科システム１０における信号授受（例えば、画像データの送受信）は、無線通信でもよく有線通信でもよい。例えば、カメラ２４、カメラコントローラ２６、及び表示部３０の間における通信は、有線通信でもよく、無線通信でもよい。なお、表示部３０は、右眼用及び左眼用の各々に同じ構成であるため、個別の説明は省略する。観察者ＯＰは、顕微鏡２２を操作して対象物ＯＢである被検眼及び被検眼周辺の観察位置を設定する。

画像表示装置４０に含まれる光学ユニット４２は、本開示の光学ユニットの一例であり、撮影画像Ｉｍから入射された光を少なくとも屈折させて射出する対物レンズとして機能する光学系である（詳細は後述）。なお、光学ユニット４２は、本開示の光学系の一例であり、対象物の撮影画像（表示画像）Ｉｍが設定される位置に光の入射側の焦点を有し、その焦点面（この場合、撮影画像Ｉｍ、又は撮影画像Ｉｍが配置される面）からの光を平行光として射出する。この光学ユニット４２は、少なくとも１つのダブレットレンズを含むことができる。画像表示装置４０は、図示を省略した台座に取り付けられており、撮影部２０から独立して形成され、かつ観察者ＯＰに対して非接触に形成される。画像表示装置４０が観察者ＯＰに対して非接触に形成されることによって、画像表示装置４０への観察者ＯＰの接触により生じる観察者ＯＰの違和感が抑制される。

本実施形態に係る眼科システム１０は、撮影部２０と、画像表示装置４０とが独立して別体で形成され、各々が別々に移動可能になっている。従って、観察者ＯＰが対象物ＯＢ（例えば被検眼及び被検眼周辺）を画像表示装置４０で目視しながら観察位置変更のために撮影部２０を移動した場合であっても、画像表示装置４０（例えば、表示部３０）は移動しないので、観察者ＯＰは頭部を移動することなく撮影画像Ｉｍを目視可能である。このことは、撮影部２０に眼科手術用顕微鏡を適用した場合等に有効に作用する。例えば、術野を移動しながら施術する場合に、医者等の観察者ＯＰは、目視する位置を変更することなく、術野を視認しつつ施術に集中できる。また、撮影部２０と、画像表示装置４０とを独立形成可能とすることで、撮影部２０は対象物ＯＢを撮影できればよく、撮影部自体の形状の自由度が増加される。

なお、本実施形態に係る眼科システム１０は、観察者ＯＰから画像表示装置４０を不自然な姿勢による目視を抑制することが可能になる。例えば、観察者ＯＰの身長に拘らず、最適な位置で観察することが可能になる。
また、本実施形態に係る眼科システム１０は、対象物ＯＢ（例えば被検眼及び被検眼周辺）を、術者と助手との複数の観察者ＯＰが目視する場合に有効に機能する。すなわち、本実施形態に係る眼科システム１０として、少なくとも画像表示装置４０を複数備え、撮影部２０と、複数の画像表示装置４０の各々とが独立して別体で形成され、各々別々の観察者ＯＰが各々の画像表示装置４０で、対象物ＯＢの同じ撮影画像または各々の撮影画像を目視する場合に有効に機能する。例えば、術者及び助手は、椅子等に座った状態（座位状態）で対象物ＯＢの同じ部位を目視すると考えられるが、対象物ＯＢを目視する部位の特定及び移動は術者が主体となる。ところが、眼科システム１０が一体で形成される場合、術者が目視する部位の特定又は移動させる際に顕微鏡等を移動させると、術者の移動に伴って助手も移動する必要がある。例えば、対象物ＯＢの観察中に術者が顕微鏡等を、Ｘ方向（対象物ＯＢから離間する方向）に移動させると、予期しない移動により助手は接眼部分に押し当てられるように接触してしまう場合があった。一方、本実施形態に係る眼科システム１０は、撮影部２０と画像表示装置４０とが独立かつ別体で形成されると共に、各々独立移動可能であるため、眼科システム１０における予期しない移動を気にすることなく、術者は施術に、助手は観察に専念できる。

図２４に、本実施形態に係る画像表示装置を備えた眼科システムの構成の一例を示す。
図２４に示す例では、眼科システム１０として、撮影部２０で撮影された対象物ＯＢ（例えば被検眼及び被検眼周辺）の表示画像を、座位状態において施術しつつ目視する観察者ＯＰ（ここでは、第１ユーザとして術者ＯＰ１という。）に対して、ディスプレイである３Ｄ表示装置３０－１に表示する。３Ｄ表示装置３０－１は、視差を有して撮影部２０で撮影された対象物ＯＢの右眼用の画像（右眼用表示画像）と左眼用の画像（左眼用表示画像）とを用いて、術者ＯＰ１へ立体像を提示する表示画像を表示するものである。なお、本開示は、立体表示に限定されるものではなく、撮影部２０で撮影された対象物ＯＢの２次元画像をそのまま表示してもよい。また、術者ＯＰ１が目視する表示画像と同じ表示画像を、座位状態において目視する他の観察者ＯＰ（ここでは、第２ユーザとして助手ＯＰ２という。）に対して、画像表示装置４０に取り付けられた表示部３０に表示する。

撮影部２０は、ベース部２８に取り付けられたアーム部２９Ａに配置されており、術者ＯＰ１の操作により自在に移動可能になっている。３Ｄ表示装置３０－１は、術者ＯＰ１の前方（図２４のＹ方向）に、位置調整可能に設置される。また、画像表示装置４０は、助手ＯＰ２の頭部の移動に伴って移動可能にベース部２８に取り付けられた設置部２９Ｂに設置されており、助手ＯＰ２の操作により上下左右前後の各々の方向に自在に移動可能になっている。これにより、撮影部２０と画像表示装置４０とは、独立して移動可能である。アーム部２９Ａは本開示のアーム部の一例であり、設置部２９Ｂは本開示の設置部の一例であり、ベース部２８はアーム部２９Ａ及び設置部２９Ｂを取り付けるベース部分の一例である。図２４に示す例では、ベース部２８にアーム部２９Ａ及び設置部２９Ｂを取り付けた一例を示すが、アーム部２９Ａ及び設置部２９Ｂは、各々地面等の接地面から独立するように構成してもよい。

図２４に示す例では、ベース部２８には、３Ｄ表示装置３０－１と異なるディスプレイ３０－２、３０－３が配置される。ディスプレイ３０－２、３０－３には、術者ＯＰ１が目視する表示画像と同じ表示画像を表示することが可能である。例えば、ディスプレイ３０－２には術者ＯＰ１へ立体像を提示するための表示画像を２次元画像（例えば、右眼用の画像又は左眼用の画像）に変換して表示したり、３Ｄ表示装置３０－１に表示される画像の一部を拡大表示したりすることが可能である。また、ディスプレイ３０－３には、助手ＯＰ２用に立体像を提示するための表示画像を表示することが可能である。また、ディスプレイ３０－３には、その他の観察者ＯＰ（ここでは、第３ユーザとして見学者ＯＰ３という。）に対して、術者ＯＰ１又は助手ＯＰ２へ提示する表示画像を表示することが可能である。

このように構成した眼科システム１０は、撮影部２０と画像表示装置４０とが独立かつ別体で形成されると共に、各々独立移動可能であるため、術者は施術に、助手は観察に専念できる。

なお、３Ｄ表示装置３０－１は、ベース部２８を介して設置してもよい。また、図２４に示す例では、術者ＯＰ１に３Ｄ表示装置３０－１により表示画像を表示し、助手ＯＰ２に画像表示装置４０により表示画像を表示したが、その逆でもよい。

また、術者ＯＰ１及び助手ＯＰ２の位置は、図２４に示す位置に限定しない。例えば対象物ＯＢとして、患者が仰向けの状態における患者の頭部の側面部位から施術する場合（耳側切開）、術者ＯＰ１が図２４に示す助手ＯＰ２の位置に、助手ＯＰ２が図２４に示す術者ＯＰ１の位置になるようにしてもよい。この場合、術者ＯＰ１は、術者ＯＰ１の前方（図２４のＺ方向と逆方向）に位置調整される３Ｄ表示装置３０－１を目視したり、ディスプレイ３０－３を目視したりすればよい。一方、助手ＯＰ２に画像表示する画像表示装置４０は、助手ＯＰ２の操作により自在に移動可能であるため、助手ＯＰ２が図２４に示す術者ＯＰ１の位置で画像を目視可能に助手ＯＰ２が画像表示装置４０を移動すればよい。

さらに、眼科システム１０で画像を目視する観察者ＯＰは、術者ＯＰ１及び助手ＯＰ２の２名に限定されない。例えば、３人以上であってもよい。例えば、術者ＯＰ１が一人で、助手ＯＰ２が２人の３人で施術する場合を考える。この場合、例えば、術者ＯＰ１が図２４に示す術者ＯＰ１の位置で施術し、２人の助手ＯＰ２が術者ＯＰ１の両脇の位置で補助することが考えられる。この場合、術者ＯＰ１は、正面モニタである３Ｄ表示装置３０－１を目視しながら施術し、図２４に示す位置の助手ＯＰ２はディスプレイ３０－３を目視又は画像表示装置４０を目視し、図２４に示す位置の助手ＯＰ２と反対側の位置の助手は画像表示装置４０を目視すればよい。

図２５に、本実施形態に係る画像表示装置を備えた眼科システムの構成の他例を示す。
図２５に示す例では、眼科システム１０として、複数の画像表示装置４０－１、４０－２を備えている。画像表示装置４０－１は、術者ＯＰ１に対して表示画像を表示し、画像表示装置４０－２は、助手ＯＰ２に対して表示画像を表示する。撮影部２０は、ベース部２８に取り付けられたアーム部２９Ａに配置されており、術者ＯＰ１の操作により自在に移動可能になっている。図２５に示す例では、術者ＯＰ１及び助手ＯＰ２の各々に、画像表示装置４０－１、４０－２が配置される。画像表示装置４０－１は、術者ＯＰ１の頭部の移動に伴って移動可能にベース部２８に取り付けられた設置部２９Ｃに設置されており、術者ＯＰ１の操作により上下左右前後の各々の方向に自在に移動可能になっている。また、画像表示装置４０－２は、助手ＯＰ２の頭部の移動に伴って移動可能にベース部２８に取り付けられた設置部２９Ｂに設置されており、助手ＯＰ２の操作により上下左右前後の各々の方向に自在に移動可能になっている。これにより、撮影部２０と画像表示装置４０－１、４０－２とは、独立して移動可能である。さらに、画像表示装置４０－１、４０－２の各々は、独立して移動可能である。このように、撮影部２０と画像表示装置４０（この場合、画像表示装置４０－１、４０－２）の各々とが独立かつ別体で形成されると共に、各々独立移動可能であるため、術者は施術に、助手は観察に専念できる。図２５に示す例では、ベース部２８にアーム部２９Ａ、設置部２９Ｂ及び設置部２９Ｃを取り付けた一例を示すが、アーム部２９Ａ、設置部２９Ｂ及び設置部２９Ｃは、各々地面等の接地面から独立するように構成してもよい。

図２に、画像表示装置４０の構成の一例を示す。なお、図２では、画像表示装置４０を上面図で示し、観察者ＯＰの右眼用及び左眼用に独立した光学ユニット４２を配置した場合の一例を示している。光学ユニット４２は、右側光学系の一例である右眼用の光学ユニット４２Ｒと、左側光学系の一例である左眼用の光学ユニット４２Ｌとを備える。右眼用の光学ユニット４２Ｒと、左眼用の光学ユニット４２Ｌとは、観察者ＯＰの両眼の眼幅方向（例、図２のＹ方向）に対応する方向に沿ってそれぞれ配置される。なお、右眼用の光学ユニット４２Ｒと、左眼用の光学ユニット４２Ｌとは、観察者ＯＰが視差をつけたい視差方向に対応する方向に沿ってそれぞれ配置されてもよい。例えば、右眼用の光学ユニット４２Ｒと左眼用の光学ユニット４２Ｌとは、観察者ＯＰの左右眼及び観察者ＯＰの眼幅方向に対応させて、所定の一方向に沿って離間して配置される。そして、観察者ＯＰから見た場合において、右眼用の光学ユニット４２Ｒは右側に配置され、左眼用の光学ユニット４２Ｌは左側に配置される。また、右眼用の光学ユニット４２Ｒは、右眼用の表示部３０Ｒを、右眼用の光学ユニット４２Ｒに、取付部の一例としての右側の取付機構４２ＰＲを右眼用の光学ユニット４２Ｒの光の入射側に備え、左眼用の光学ユニット４２Ｌは、左眼用の表示部３０Ｌを、左眼用の光学ユニット４２Ｌに、取付部の一例としての左側の取付機構４２ＰＬを左眼用の光学ユニット４２Ｌの光の入射側に備えている。

図２に示すように、画像表示装置４０は、右側撮影部の一例である右眼用の撮影部２０Ｒによる画像（右側表示画像の一例である右眼用表示画像）を、撮影画像ＩｍＲとして表示部３０Ｒに形成し、右眼用の光学ユニット４２Ｒを介して観察者ＯＰの右眼用に提供する。また、左側撮影部の一例である左眼用の撮影部２０Ｌによる画像（左側表示画像の一例である左眼用表示画像）を、撮影画像ＩｍＬとして表示部３０Ｌに形成し、左眼用の光学ユニット４２Ｌを介して観察者ＯＰの左眼用に提供する。これらの右眼用の光学ユニット４２Ｒ及び左眼用の光学ユニット４２Ｌは、光学ユニット４２の光路以外から入射する外部の光（例、ノイズ光）を遮光する収容ケース４１に収容される。また、収容ケース４１は、右眼用の光学ユニット４２Ｒ及び左眼用の光学ユニット４２Ｌを収容して固定する収容部の一例であり、右眼用の光学ユニット４２Ｒ及び左眼用の光学ユニット４２Ｌを、各々の光軸が互いに平行になるように固定することができる。収容ケース４１は、右眼用の光学ユニット４２Ｒ及び左眼用の光学ユニット４２Ｌの各々を独立して収容する第１の収容ケースと、第１の収容ケースを収容する第２の収容ケースとから構成してもよい。

また、画像表示装置４０の右眼用の光学ユニット４２Ｒ及び左眼用の光学ユニット４２Ｌは、瞳を有する。すなわち、光学ユニット４２Ｒ及び左眼用の光学ユニット４２Ｌは、光の射出側に瞳を形成する。瞳には、入射瞳と射出瞳とがあり、画像表示装置４０は、右側光学系の右眼用の入射瞳ＩｎｐＲと、左側光学系の左眼用の入射瞳ＩｎｐＬとを、光学系の外の光路における画像表示装置４０の光の射出側、すなわち、観察者ＯＰの前方に形成する。なお、以下の説明では、右眼用の入射瞳ＩｎｐＲと、左眼用の入射瞳ＩｎｐＬとについて、左右を区別して説明する必要がない場合には、総称して「入射瞳Ｉｎｐ」という（図９Ａ、図９Ｂ参照）。また、画像表示装置４０は、右眼用の射出瞳ＥｘｐＲと、左眼用の射出瞳ＥｘｐＬとを、光学系の外の光路における画像表示装置４０の光の射出側、すなわち、観察者ＯＰの前方に形成する。なお、以下の説明では、右眼用の射出瞳ＥｘｐＲと、左眼用の射出瞳ＥｘｐＬとについて、左右を区別して説明する必要がない場合には、総称して「射出瞳Ｅｘｐ」という（図９Ａ、図９Ｂ参照）。

本実施形態に係る眼科システム１０は、視差に対応して相違する右眼用の撮影画像ＩｍＲ及び左眼用の撮影画像ＩｍＬの各々を空間（例えば、後述する目視可能領域）に表示させ、観察者ＯＰが右眼及び左眼で目視することで、対象物ＯＢを立体像として視認させることができる。

ここで、撮影部２０から独立して形成され、かつ観察者ＯＰに対して非接触に形成された画像表示装置４０は、観察者ＯＰから離間するに従って、画像表示装置４０への観察者ＯＰの接触により生じる観察者ＯＰの違和感を抑制可能である。ところが、一般的に、画像表示装置４０と観察者ＯＰとは離間するに従って、観察者ＯＰの目視可能な撮影画像Ｉｍが小さくなる。すなわち、所謂アイポイントとして知られている光学ユニット４２から射出される光の全画角を網羅して目視可能な範囲内では、撮影画像Ｉｍを目視可能である。一方、観察者ＯＰの目視位置がアイポイントから外れると、光学ユニット４２から射出される光の少なくとも一部の画角の光が観察者ＯＰに到達しない。この場合、該少なくとも一部の画角の光が遮られた状態が生じるために、観察者ＯＰが対象物ＯＢの全体像を見えなくなる。従って、アイポイントを大きくすることによって、画像表示装置４０への観察者ＯＰの接触により生じる観察者ＯＰの違和感の抑制向上又は画像の見え方が変わらない観察領域の拡大に寄与できる。そこで、本実施形態では、アイポイントを大きくすることが可能な光学ユニット４２を提供する。

なお、光学ユニット４２から射出される光は、光学ユニット４２の光軸を軸とする回転対称の光束である。従って、アイポイントである光学ユニット４２から射出される光の全画角を網羅して目視可能な範囲は、光学ユニット４２の光軸を軸とする略円錐形状の領域である。本実施形態では、光学ユニット４２から射出される光の全画角を網羅して目視可能な範囲である、光学ユニット４２の光軸を軸とする略円錐形状の領域を、アイボックス領域という。例えば、アイボックス領域は、光学ユニット４２の光の射出側（又は観察者ＯＰの前方）に形成され、所定の空間において画像を目視可能な位置群で形成される目視可能領域である。また、アイボックス領域は、空間に観察者ＯＰの眼を配置した時にその領域内であれば、表示画像（この場合、撮影画像Ｉｍ）の見え方が変わらない領域を含む。光学ユニット４２が後述のアフォーカル光学系で構成されている場合、表示画像の見え方とは、画像の大きさが一例である。さらに、アイボックス領域は、空間に眼を配置した時にその領域内であれば、観察範囲が変わらない領域を含む。

表示画像を観察者ＯＰが目視可能な目視可能領域であるアイボックス領域は、光学ユニット４２に含まれるレンズ系と、最大画角の主光線と光学ユニット４２の光軸とのなす角度に基づいて導出可能である。なお、最大画角の主光線とは、表示画像の最大物高から発せられる主光線であり、照射見込角度の主光線でもある。

図３に、光学ユニット４２のレンズ群のうち観察者側に配置されたレンズＬｅと、観察者ＯＰの眼との関係を示す。
図３に示すように、半画角（最大画角の主光線と光軸との成す角度）である角度をω（以下、画角という場合がある。）、アイレリーフをＥＲ、アイポイント径をφ_ＥＰ、とする場合、アイボックスの領域である表示画像を観察者ＯＰが目視可能な目視可能領域（以下、アイボックス領域という。）ＩＢは、次の式で表すことができる。

ＩＢ＝{(φ_ＥＰ/2)／ｔａｎω＋ＥＲ}・{(φ_ＥＰ/2)＋ＥＲ・ｔａｎω}^２・π・(1/3)

半画角ωは、光学ユニット４２のレンズ群において観察者ＯＰの眼に最も近い光学ユニット４２のレンズＬｅ（例えば、光学ユニット４２の光の射出側の最外面に位置するレンズ）から観察者ＯＰの眼に到達する光線と、光軸ＣＬとの成す角度である。また、アイレリーフＥＲは、レンズＬｅの頂点から想定している観察者ＯＰの眼の頂点（アイポイント）までの距離である。また、アイポイント径φ_ＥＰは、アイレリーフＥＲの位置において観察者ＯＰが眼を一方向（例えば上下）に移動させた場合にレンズＬｅから射出される全ての角度の光線が観察者ＯＰの眼に到達する領域の長さである。

また、観察者ＯＰの眼に最も近い光学ユニット４２のレンズＬｅの有効径をφ_ＬSとする場合、アイボックス領域ＩＢは次の式でも表すことができる。
ＩＢ＝(π/3)・(φ_ＬＳ/2)^２・{(φ_ＬＳ/2)／ｔａｎω}

ここで、光学ユニット４２のレンズ群のうち観察者ＯＰの眼側のレンズの有効径φ_ＬSと、光学ユニット４２から射出される光の半画角ωとに依存するアイボックス領域ＩＢについて説明する。

図４に、観察者ＯＰの眼側のレンズの有効径φＬSと、光学ユニット４２から射出される光の半画角ωとに依存するアイボックス領域ＩＢ、の関係の一例を示す。図４では、画角ωとして、光学ユニット４２の光軸ＣＬと光学ユニット４２から射出される光との成す角を示す半画角（ω）を用いている。

図４に示すように、例えば、１００００ｍｍ^３以上のアイボックス領域ＩＢを得るためには、図４に示す曲線Ｃｖ１を境界として、１００００ｍｍ^３以上のアイボックス領域ＩＢとなる有効径φ_ＬSと半画角ωとの関係（図４に示す例では、曲線Ｃｖ１を境界として図中の右側領域を示すエリアＡＲ－Ｙに含まれる関係）になる光学ユニット４２を形成すればよい。一方、図４に示す例で、曲線Ｃｖ１を境界として図中の左側領域を示すエリアＡＲ－Ｘに含まれる関係の光学ユニット４２では、１００００ｍｍ^３以上のアイボックス領域ＩＢを得ることが困難である。また、例えば、２００００ｍｍ^３ 以上のアイボックス領域ＩＢを得るためには、図４に示す曲線Ｃｖ３を境界として、２００００ｍｍ^３ 以上のアイボックス領域ＩＢとなる有効径φ_ＬSと半画角ωとの関係（図４に示す例では、曲線Ｃｖ３を境界として図中の右側領域を示すエリアＡＲ－Ｙに含まれる関係）になる光学ユニット４２を形成すればよい。同様に、３００００ｍｍ^３ 以上のアイボックス領域ＩＢを得るためには、図４に示す曲線Ｃｖ４を境界として、３００００ｍｍ^３ 以上のアイボックス領域ＩＢとなる有効径φ_ＬSと半画角ωとの関係（図４に示す例では、曲線Ｃｖ４を境界として図中の右側領域を示すエリアＡＲ－Ｙに含まれる関係）になる光学ユニット４２を形成すればよく、４００００ｍｍ^３ 以上のアイボックス領域ＩＢを得るためには、図４に示す曲線Ｃｖ５を境界として、４００００ｍｍ^３ 以上のアイボックス領域ＩＢとなる有効径φ_ＬSと半画角ωとの関係（図４に示す例では、曲線Ｃｖ５を境界として図中の右側領域を示すエリアＡＲ－Ｙに含まれる関係）になる光学ユニット４２を形成すればよい。

次に、観察者ＯＰの眼側のレンズの有効径φ_ＬSと、光学ユニット４２から射出される光の半画角ωとの各々について検討する。

本実施形態に係る眼科システム１０では、観察者ＯＰが対象物ＯＢを両眼視するので、左眼用の光学ユニット４２Ｌの光軸と右眼用の光学ユニット４２Ｒの光軸との距離は、観察者ＯＰの瞳孔間距離である両眼の眼幅（Pupil Distance）ＰＤに対応する。人間の眼幅ＰＤは、統計的に、４１ｍｍから７３ｍｍの範囲で分布する。従って、眼幅ＰＤは中心値である５７ｍｍを考え、瞳孔径を標準的な２ｍｍとすると、アイポイント径φ_ＥＰを１８ｍｍとすれば、略全ての眼幅ＰＤを網羅可能である。また、眼球径を標準的な２４ｍｍとし、回旋３０度の範囲においても目視可能とすると、アイポイント径φ_ＥＰを３０ｍｍとすれば、略全ての観察者ＯＰの眼に光が入射される。また、観察者ＯＰのまつ毛が眼側のレンズに接触することを考慮すると、アイレリーフＥＲは、１５ｍｍ以上であることが好ましい。そして、標準的な顕微鏡の接眼レンズの半画角は、２０度である。以上のことから、観察者ＯＰの眼側のレンズの有効径φ_ＬSは、４１ｍｍを最小値とすることが好ましい。

なお、情報識別能力は低いが、主観的な空間座標系に影響を及ぼす領域を視野として想定した場合、例えば、没入感を生み出す視野を想定した場合は、半画角を±５０度以下とすることが好ましい。半画角を±５０度以下とすることは、主観的な空間座標系に影響を及ぼす領域として知られる誘導視野を網羅できる。また、眼球・頭部運動で無理なく注視でき、効果的な情報受容ができる領域として知られる安定注視野を想定した場合は、半画角を±４５度以下とすることが好ましい。さらに、眼球運動だけで瞬時に情報受容できる領域として知られる有効視野を想定した場合は、半画角で±１５度を少なくとも含むようにすればよい。さらにまた、視力等の視機能が優れている中心視領域として知られる弁別視野を想定した場合は、半画角で±２．５度を少なくとも含むようにすればよい。

従って、上述のように誘導視野を想定した場合は、半画角ωを±５０度以下とすることが好ましい。
すなわち、アイボックス領域ＩＢは、
ω≦５０度
で示される条件を満たすように光学ユニット４２を構成することが好ましい。

この場合、観察者ＯＰの眼側のレンズの有効径φ_ＬＳが４１ｍｍで、かつ半画角ωが５０度である光学ユニット４２により射出される光により形成されるアイボックス領域ＩＢは、上記の式に、φ_ＬＳ＝４１、ω＝５０を代入すると、約７５７０ｍｍ^３ （例えば、図４の交点ＳＴ）になる。これによって、アイボックス領域ＩＢが、７５７０ｍｍ^３ 以上になるように光学ユニット４２を構成すれば、略全ての観察者ＯＰが、誘導視野によって、表示画像（例えば、撮影画像）を目視可能で、かつ光学ユニット４２に観察者ＯＰが接触することなく、画像表示装置４０を形成することができる。例えば、図４に示すように、７５７０ｍｍ^３以上のアイボックス領域ＩＢを得るためには、図４に示す曲線Ｃｖ２を境界として、７５７０ｍｍ^３以上のアイボックス領域ＩＢとなる有効径φ_ＬSと半画角ωとの関係（図４に示す例では、曲線Ｃｖ２を境界として図中の右側領域を示すエリアＡＲ－Ｙに含まれる関係）になる光学ユニット４２を形成すればよい。

以上のことにより、本実施形態における光学ユニット４２は、次の設計条件を用いて形成することが好ましい。
第１の設計条件は、アイボックス領域ＩＢが、
ＩＢ≧７５７０ｍｍ^３
で示される第１の条件式を満たすように光学ユニット４２（光学ユニット４２Ｒ及び光学ユニット４２Ｌ）を構成することである。

また、例えば、大人の眼幅ＰＤを想定すると、上記の第１設計条件における観察者ＯＰの眼側のレンズの有効径φ_ＬSは、５３．５ｍｍ以上とすることが可能であり、第１の条件式における７５７０ｍｍ^３ は、１６８００ｍｍ^３ と置き換えることが可能である。
すなわち、アイボックス領域ＩＢは、
ＩＢ≧１６８００ｍｍ^３
で示される拡張された第１の条件式を満たすように光学ユニット４２を構成することも可能である。

また、上述のように安定注視野を想定した場合は、半画角を±４５度以下とすることが好ましい。この場合、観察者ＯＰの眼側のレンズの有効径φ_ＬＳが４１ｍｍで、かつ半画角ωが４５度である光学ユニット４２により射出される光により形成されるアイボックス領域ＩＢは、上記の式に、φ_ＬＳ＝４１、ω＝４５を代入すると、約９０００ｍｍ^３ になる。これによって、アイボックス領域ＩＢが、９０００ｍｍ^３ 以上になるように光学ユニット４２を構成すれば、略全ての観察者ＯＰが、安定注視野によって、表示画像（例えば、撮影画像）を目視可能で、かつ光学ユニット４２に観察者ＯＰが接触することなく、画像表示装置４０を形成することができる。

以上のことにより、本実施形態における光学ユニット４２は、安定注視野を想定した場合、次の設計条件を用いて形成することが好ましい。
第１の設計条件は、アイボックス領域ＩＢが、
ＩＢ≧９０００ｍｍ^３
で示される第１の条件式を満たすように光学ユニット４２（光学ユニット４２Ｒ及び光学ユニット４２Ｌ）を構成すればよい。

また、例えば、安定注視野及び大人の眼幅ＰＤを想定した場合、観察者ＯＰの眼側のレンズの有効径φ_ＬＳは、５３．５ｍｍ以上とすることが可能であり、第１の条件式における９０００ｍｍ^３ は、２００００ｍｍ^３ と置き換えることが可能である。
すなわち、アイボックス領域ＩＢは、
ＩＢ≧２００００ｍｍ^３
で示される拡張された第１の条件式を満たすように光学ユニット４２を構成することも可能である。

ところで、一般的な顕微鏡の半画角ωは２０度以上であり、観察者ＯＰの眼側のレンズの有効径φ_ＬＳを４１ｍｍとした場合、光学ユニット４２により射出される光により形成されるアイボックス領域ＩＢは、上記の式に、φ_ＬＳ＝４１、ω＝２０を代入すると、約２４８００ｍｍ^３ になる。これによって、アイボックス領域ＩＢが、２４８００ｍｍ^３ 以上になるように光学ユニット４２を構成すれば、一般的な顕微鏡の視野と同等の視野を確保しつつ、略全ての観察者ＯＰが、表示画像（例えば、撮影画像）を目視可能で、かつ光学ユニット４２に観察者ＯＰが接触することなく、画像表示装置４０を形成することができる。また、更に、大人の眼幅ＰＤを想定して、観察者ＯＰの眼側のレンズの有効径φ_ＬＳを５３．５ｍｍとした場合、上記の式により、アイボックス領域ＩＢは、５５０００ｍｍ^３ になる。

従って、アイボックス領域ＩＢは、
ＩＢ≧２４８００ｍｍ^３
で示されるさらに拡張された第１の条件式を満たすように光学ユニット４２を構成することも可能である。
また、好ましくは、アイボックス領域ＩＢは、
ＩＢ≧５５０００ｍｍ^３ で示される拡張された第１の条件式を満たすように光学ユニット４２を構成することも可能である。

ここで、上記の半画角（この場合、ω＝２０）は変えずに、観察者ＯＰの眼側のレンズの有効径φ_ＬＳについて、眼球の回旋の有無を考慮して検討する。眼球の回旋は、眼球運動による眼球の移動範囲を含む。
回旋を±１５度の範囲において目視可能とした場合、有効径φ_ＬＳは、３５．２ｍｍとなり、アイボックス領域ＩＢは、１５７００ｍｍ^３ となる。このように、回旋±１５度を想定した場合、観察者ＯＰの頭部の自由度を考慮すると、アイボックス領域ＩＢは、１５７００ｍｍ^３ 以上が好ましい。
従って、アイボックス領域ＩＢは、
ＩＢ≧１５７００ｍｍ^３
で示される拡張された第１の条件式を満たすように光学ユニット４２を構成することも可能である。
なお、回旋を±２０度の範囲において目視可能とした場合、有効径φ_ＬＳは、３７．２ｍｍとなり、アイボックス領域ＩＢは、１８５００ｍｍ^３ となる。また、回旋を±３０度の範囲において目視可能とした場合、有効径φ_ＬＳは、４１ｍｍとなり、アイボックス領域ＩＢは、２４８００ｍｍ^３ となる。従って、アイボックス領域ＩＢが１５７００ｍｍ^３ 以上である条件に含まれることになる。

ところで、観察者ＯＰが観察する顕微鏡等の光学機器では、視野角が１１度以上であり、標準的な眼幅ＰＤを想定すると、観察者ＯＰの眼側のレンズの有効径φ_ＬSは、６５ｍｍ程度の大きさまでを許容することが好ましい。この場合、アイボックス領域ＩＢは、１８５０００ｍｍ^３ 程度までの大きさを許容することで、本開示の画像表示装置４０の機能は達成可能であると考える。
すなわち、アイボックス領域ＩＢは、
ＩＢ≦１８５０００ｍｍ^３
で示される上限値を示す条件式を満たすように光学ユニット４２を構成することが好ましい。

ところで、統計的に平均的な眼幅ＰＤは６５ｍｍである。これにより、観察者ＯＰの眼側のレンズの有効径φ_ＬSは、６５ｍｍを最大値とすることが好ましい。
第２の設計条件は、観察者ＯＰの眼側のレンズの有効径φ_ＬSが、
φ_ＬS≦６５ｍｍ
で示される第２の条件式を満たすように光学ユニット４２を構成することである。

また、上述のように、観察者ＯＰの眼側のレンズの有効径φ_ＬSが４１ｍｍを最小値とすることが好ましい。
第３の設計条件は、観察者ＯＰの眼側のレンズの有効径φ_ＬSが、
φ_ＬS≧４１ｍｍ
で示される第３の条件式を満たすように光学ユニット４２を構成することである。

なお、眼幅ＰＤ又はレンズの有効径φ_ＬSが大きい場合、アイボックス領域ＩＢは、大きい領域に形成されることが好ましい。この場合、１００００ｍｍ^３ 以上のアイボックス領域ＩＢを得るためには、例えば、図４に示す曲線Ｃｖ１を境界として図中の右側領域を示すエリアＡＲ－Ｙに含まれるように、有効径φ_ＬSと半画角ωとの関係に光学ユニット４２を形成すればよい。また、２００００ｍｍ^３ 以上のアイボックス領域ＩＢを得るためには、図４に示す曲線Ｃｖ３を境界として図中の右側領域を示すエリアＡＲ－Ｙに含まれるように、有効径φ_ＬSと半画角ωとの関係になる光学ユニット４２を形成すればよい。さらに、３００００ｍｍ^３ 以上のアイボックス領域ＩＢを得るためには、図４に示す曲線Ｃｖ４を境界として図中の右側領域を示すエリアＡＲ－Ｙに含まれるように、有効径φ_ＬSと半画角ωとの関係になる光学ユニット４２を形成すればよく、４００００ｍｍ^３ 以上のアイボックス領域ＩＢを得るためには、図４に示す曲線Ｃｖ５を境界として図中の右側領域を示すエリアＡＲ－Ｙに含まれるように、有効径φ_ＬSと半画角ωとの関係になる光学ユニット４２を形成すればよい。

目視可能領域であるアイボックス領域ＩＢは、光学ユニット４２（右眼用の光学ユニット４２Ｒ及び左眼用の光学ユニット４２Ｌ）に含まれるレンズの有効径と、最大画角の主光線と光学ユニット４２（右眼用の光学ユニット４２Ｒ及び左眼用の光学ユニット４２Ｌ）の各々の光軸との成す角度とに基づいて導出することができる。この場合、目視可能領域であるアイボックス領域ＩＢは、半画角ωを５０度以下（ω≦５０）の条件を満たすように形成することが好ましい。

図５に、観察者ＯＰが表示部３０を両眼視した場合における表示部３０と光学ユニット４２との関係を模式的に示す。なお、左右各々の眼の光路に対する関係は同様のため、図５では、右側光路の一例である右眼ｅｙｅＲの光路に対する関係について符号を付して説明し、左側光路の一例である左眼ｅｙｅＬの光路に対する関係の説明を省略する。

観察者ＯＰの瞳孔間距離である眼幅ＰＤが標準的に６０ｍｍから７０ｍｍであることを考慮すると、対象物を両眼視する場合における左右各々の眼の光路に対応する表示部３０の内接円ＭＤの最大径は６０ｍｍから７０ｍｍである。ここで、軸外光には、軸上光には存在しない非対称な収差が存在することが知られている。しかしながら、例えば、軸上光と軸外光とが重なっている領域にレンズを配置した場合、配置したレンズで軸外光に特有の収差を補正することは困難である。従って、本実施形態の図５に示すように、軸上光（例えば、軸上光の主光線）と軸外光（例えば、軸外光の主光線）とが重ならずに、軸上光と軸外光との光線間隔が広い領域に光学ユニット４２のレンズ（例えば、後述の図９Ａに示すレンズＬｆ）を配置することによって、収差を補正することができる。また、図５に示すように、軸上光ＪＩと軸外光ＪＥとは、光学ユニット４２のレンズ面から表示部３０に近づくにつれ分離する。これらの事項を考慮し、アイボックス領域の大型化を検討する各種実験を行った結果、光学ユニット４２のうち眼に最も近い側のレンズ面（例えば、後述の図９Ａに示すレンズＬｅの眼側のレンズ面）から表示部３０に最も近い側のレンズ面（例えば、後述の図９Ａに示すレンズＬｆの表示部３０側のレンズ面）の端部までの距離ｄ１の２倍の距離を、眼に最も近い側のレンズ面から表示部３０までの距離ｄ２を超えた距離にすることで、光学ユニット４２は、アイボックス領域を大型化した場合でも軸外光のコマ収差、倍率色収差、及びディストーションの少なくとも１つについて軸上光の収差を悪化させずに収差補正が可能であるという知見を得た。

そこで、第４の設計条件は、
上記の通り、空間（例えば、アイボックス領域）に配置される観察者ＯＰの眼に最も近いレンズ面から表示部３０に最も近いレンズ面の端部までの距離をｄ１、観察者ＯＰの眼に最も近いレンズ面から表示部３０までの距離をｄ２とした場合、
ｄ１／ｄ２＞０．５
で示される第４の条件式を満たすように光学ユニット４２を構成することである。なお、ここでは、アイレリーフを２０ｍｍとした場合を想定している。

従って、第４の設計条件による第４の条件式を満たすように光学ユニット４２を構成することで、光学ユニット４２により形成されるアイボックス領域を大型化した場合でも、軸外光のコマ収差、倍率色収差、及びディストーションについて、軸上光の収差を悪化させずに収差補正が可能である。

本実施形態に係る画像表示装置は、対象物の表示画像として左眼用表示画像が設定される位置に光の入射側の焦点を有し、焦点面からの光を平行光として射出し、前記左眼用表示画像を目視可能な左眼用目視可能領域を形成する左側光学系としての左眼用の光学ユニット４２Ｌと、
前記左眼用表示画像と異なる右眼用表示画像が設定される位置に光の入射側の焦点を有し、焦点面からの光を平行光として射出し、前記右眼用表示画像を目視可能な右眼用目視可能領域を形成する右側光学系としての右眼用の光学ユニット４２Ｒと、
前記左側光学系及び前記右側光学系を収容する収容部としての収容ケース４１と、
を備え、
前記左側光学系及び前記右側光学系の少なくとも一方の光学系において、光の入射側のレンズ面の端部から射出側のレンズ面の端部までの距離をｄ１とし、前記表示画像の位置から前記光の射出側のレンズ面の端部までの距離をｄ２とした場合、
ｄ１／ｄ２＞０．５
で示される条件式を満たすように構成することが可能である。

なお、距離ｄ１は、距離ｄ２を超えると本開示の画像表示装置４０を構成することが困難になるため、第４の条件式における（ｄ１／ｄ２）の値の上限値は「１」である。よって、
１＞ｄ１／ｄ２＞０．５
で示される第４の条件式に上限値を規定した条件式を満たすように光学ユニット４２を構成することが好ましい。

ここで、上記の距離ｄ１、ｄ２の起点であるレンズ面の端部は、レンズ面の形状に依存して変化する。本実施形態では、レンズ面の端部は、光軸に直交する平面で、かつレンズ面の頂点のみが接触する平面の位置とする。例えば、光学ユニット４２のうち表示部３０に最も近い側のレンズ面の端部とは、光学ユニット４２の光軸方向で表示部３０側に最もせり出している部分をいう。

図６から図８に、各種形状のレンズ面の端部を示す。図６は、凸面を有するレンズＬｆ１のレンズ面の端部を示し、図７は、凹面を有するレンズＬｆ２のレンズ面の端部を示し、図８は、非球面を有するレンズＬｆ３のレンズ面の端部を示す。図６に示すように、凸面の場合は、光軸とレンズ面が交わる位置と一致する部分であり、図７に示すように、凹面の場合は、レンズの縁部分である。図８に示すように、非球面の場合は、光軸方向で表示部３０側に最も突出している部分である。

ところで、立体視等のように観察者ＯＰが撮影画像Ｉｍを両眼にて目視する場合、観察者ＯＰの両眼の眼幅ＰＤに対応して、左右の画像を分離して表示することが好ましい。このため、光学ユニット４２Ｒ、４２Ｌ各々のレンズ径は、眼幅ＰＤ以下にすることが好ましい。例えば、眼幅ＰＤが６５ｍｍである観察者を標準とした場合、光学ユニット４２Ｒ、４２Ｌ各々のレンズ径を６５ｍｍ以下にすることが好ましい。
このため、光学ユニット４２は、次に示す第５の設計条件及び第６の設計条件を用いて形成することが好ましい。

第５の設計条件は、
光学ユニット４２の焦点距離をｆ、表示部３０により表示される撮影画像Ｉｍの距離（例えば、画像表示領域の、内接円の径、外接円の径、辺及び対角線等の長さを示す距離、又は大きさ）をＤ、光学ユニット４２による光軸からの光の照射見込角度をθとするとき、
ｆ≦（Ｄ／２）／ｓｉｎθ
で示される第５の条件式を満たすように焦点距離を１００ｍｍ以下に光学ユニット４２を形成することである。

撮影画像Ｉｍの距離Ｄは、表示される撮影画像Ｉｍ上で撮影画像Ｉｍの中心を通る直線のうち最も短い直線の長さ以上の距離を設定することが好ましい。この場合、撮影画像Ｉｍの距離Ｄは、表示部３０の画像表示領域の長さ又は大きさであり、その画像表示領域において領域（又は画像）の中心を通る直線の長さ以上の距離を含む。例えば、撮影画像Ｉｍが円形状である場合には直径を距離Ｄとする。また、撮影画像Ｉｍが楕円形状である場合には短径を距離Ｄとする。なお、撮影画像Ｉｍの中心は、光軸でもよく、観察者が目視する視軸でもよいし、撮影画像Ｉｍ内の何れの位置でもよい。

第５の設計条件を用いることで、表示部３０に表示される撮影画像Ｉｍの大きさの制約と、光学ユニット４２による光軸からの光の照射見込角度の制約とを考慮して、光学ユニット４２を形成することができる。例えば、撮影画像Ｉｍの距離を両眼視による眼幅ＰＤで規定する予め定めた６５ｍｍ以下を用いるものとし、照射見込角度θを倍率１０ｘで視野数１８の標準的な接眼レンズと同等以上とする場合、焦点距離ｆは１００ｍｍ以下となる。また、照射見込角度θは、半画角ωに対応する。

また、第６の設計条件は、
光学ユニット４２の焦点距離をｆ、表示部３０に表示される撮影画像Ｉｍを構成する画素の大きさ（ピクセルサイズ）をＳ、眼の分解能をＲとするとき、
ｆ≧Ｓ／ｔａｎＲ
で示される第６の条件式を満たすように焦点距離を２５ｍｍ以上に光学ユニット４２を形成することである。

第６の設計条件を用いることで、表示部３０による撮影画像Ｉｍを構成する画素の大きさの制約と、眼の分解能の制約とを考慮して、光学ユニット４２を形成することができる。すなわち、眼の分解能により撮影画像Ｉｍを構成する画素の大きさが知覚される、撮影画像Ｉｍの画質低下を抑制することができる。例えば、表示部３０による撮影画像Ｉｍを構成する画素の大きさ（ピクセルサイズ）Ｓが１５μｍ以上で、眼の分解能Ｒが２分以下の場合、焦点距離ｆは２５ｍｍ以上となる。

これらの第５の設計条件及び第６の設計条件から、眼幅ＰＤが６５ｍｍである観察者ＯＰに対して、ピクセルサイズＳが１５μｍ以上の表示部３０により撮影画像Ｉｍを形成する場合、光学ユニット４２の焦点距離ｆは、２５ｍｍ以上で１００ｍｍ以下とすることが好ましい。画像表示装置４０は、光学ユニット４２の焦点距離ｆを、２５ｍｍ以上で１００ｍｍ以下とすることによって、半画角を維持しつつ、個々のピクセルの目視判別による画像のざらつき感を抑制して画質を向上することが可能になる。

上述の通り、軸上光ＪＩと軸外光ＪＥと（図５参照）が重なっている領域にレンズを配置した場合、配置したレンズで軸外光ＪＥに特有の収差を補正することは困難である。このため、光の入射側のレンズ面において、軸上光ＪＩ（例えば、軸上光の主光線）と軸外光ＪＥ（例えば、軸外光の主光線）とが可能な限り重ならずに、軸上光ＪＩの主光線と軸外光ＪＥの主光線との光線間隔がより分離していることが望ましい。すなわち、光の入射側のレンズ面（例えば、図９Ａに示すレンズＬｆの表示部３０側のレンズ面）において、焦点面である撮影画像Ｉｍ、又は撮影画像Ｉｍが配置される面からの光のうち軸上光の主光線と軸外光の主光線とが重ならないように光線間隔を有するように光学ユニット４２を構成することが好ましい。

本実施形態における光学ユニット４２では、主光線が最も分離されるレンズ面は、表示部３０に最も近いレンズ面であり、そのレンズ面（例えば、後述する図９ＡのレンズＬｆの表示部３０側のレンズ面）において、軸上光ＪＩの主光線（以下、中心画角の主光線という。）と、撮影画像Ｉｍを表示可能な領域の最外部で最大の画角となる軸外光ＪＥの主光線（以下、最大画角の主光線という。）とはそれぞれ分離している。そして、光学ユニット４２は、最大画角の主光線が、光学ユニット４２の表示部３０に最も近いレンズ面を透過する際に、その主光線が透過するレンズの有効径において、光軸（例えば、光軸ＣＬ）からレンズの有効径までの距離の半分の長さよりも長く、かつ光軸から離れた位置でその主光線がレンズ面を通過するように構成している。例えば、レンズの有効径において、レンズの有効径の半分の長さを直径とする同心円領域よりも外側を、最大画角の主光線が通過するようにすることである。これは、表示部３０に最も近いレンズ面で軸上光ＪＩと軸外光ＪＥとのそれぞれの主光線が分離されることで各々に最適な屈折を与える球面または非球面を定義できるからである。

その結果、アイボックス領域を大型化した場合でも軸外光のコマ収差、倍率色収差、及びディストーションを軸上光の収差を悪化させずに収差補正が可能であるという知見を得た。なお、第４の設計条件を満たすよう光学ユニット４２を構成することで、アイボックス領域を大型化した場合でも軸外光のコマ収差、倍率色収差、及びディストーションを軸上光の収差を悪化させずに収差補正が可能であるが、光学系のレンズの有効径において、レンズの有効径の半分の長さを直径とする同心円領域よりも外側の領域を、最大画角の主光線が通過するようにすることで、より詳細な収差補正を可能とすることができる。

そこで、第７の設計条件は、
最大画角の主光線が、光学ユニット４２の表示部３０に最も近いレンズ面を透過する際に、レンズの有効径において、レンズの有効径の半分の長さを直径とする同心円領域よりも外側の領域（例えば、光軸から離れた領域）を通過することである。すなわち、光学ユニット４２は、撮影画像（表示画像）Ｉｍの光による最大画角の主光線が入射されるレンズ（例えば、図９Ａに示すレンズＬｆ）の有効径の１／２より大きい径の位置を通過するように構成することが好ましい。
すなわち、第７の設計条件は、
表示部３０により表示される撮影画像Ｉｍの距離（例えば、画像表示領域の、内接円の径、外接円の径、辺及び対角線等の長さを示す距離、又は大きさ）をＤ、光学ユニット４２の表示部３０に最も近いレンズの有効径をφ_ＬＦ、表示部３０と光学ユニット４２の表示部３０に最も近いレンズとの距離をｄ３、表示部３０と入射瞳Ｉｎｐとの距離をＰ_ＩＮとする場合、条件値Ｑが
１／２＜Ｑ＜１
Ｑ＝［Ｄ・｛１－（ｄ３／Ｐ_ＩＮ）｝］／φ_ＬＦ
で示される第７の条件式を満たすように光学ユニット４２を構成することである。

図９Ａに、光学ユニット４２の構成を模式的に示す。図９Ｂに瞳周辺の拡大図を示す。なお、図９Ａでは、入射瞳Ｉｎｐと射出瞳Ｅｘｐとが接近するため、射出瞳Ｅｘｐの記載を省略した。なお、図９Ｂでは、入射瞳Ｉｎｐと射出瞳Ｅｘｐとの位置関係を誇張して示している。入射瞳Ｉｎｐは、撮影画像Ｉｍからの光による各画角の主光線を直進させた場合に主光線が交差する位置になる。例えば、図９Ｂに示すように、光学ユニット４２に入射される最大画角の主光線が直進したと想定する光線（図９Ｂに点線で示す光線）と中心画角の主光線が直進したと想定する光線（図９Ｂに一点鎖線で示す光線）との交差する位置が入射瞳Ｉｎｐの位置になる。一方、射出瞳Ｅｘｐの位置は、像面に至る各画角の主光線を逆進させた場合に主光線が交差する位置、すなわち屈折した主光線（図９Ｂに二点鎖線で示す光線）が交差する位置になる。

図９Ａに示すように、最大画角の主光線は、
（Ｄ／２）／Ｐ_ＩＮ
で示される傾きで、光学ユニット４２へ入射される。
このとき、光学ユニット４２の表示部３０に最も近いレンズＬｆのレンズ面における光軸からの高さｈは次の式で表される。
ｈ＝（Ｄ／２）－｛（Ｄ／２）／Ｐ_ＩＮ｝・ｄ３
＝（Ｄ／２）・｛１－（ｄ３／Ｐ_ＩＮ）｝
従って、条件値Ｑは、次の式で表すことができ、光学ユニット４２の表示部３０に最も近いレンズの有効径φ_ＬＦ、と、そのレンズを最大画角の主光線が通過する位置を示す高さｈとの関係から光学ユニット４２を定めることができる。
Ｑ＝ｈ・（２／φ_ＬＦ）

図９Ａに示す例では、光学ユニット４２のうち、レンズＬｆの表示部３０側のレンズ面が、本開示の撮影画像Ｉｍの光が入射される第１面を光の入射側に凸面を向けた第１屈折面の一例である。また、光学ユニット４２のうち、レンズＬｅの観察者ＯＰ側のレンズ面が、本開示の光が射出される第２面を光の射出側に凸面を向けた第２屈折面の一例である。そして、レンズＬｆの表示部３０側のレンズ面は、光学ユニット４２に光が入射される最初の面の一例であり、レンズＬｅの観察者ＯＰ側のレンズ面は、光学ユニット４２から光が射出される最後の面の一例である。さらに、レンズＬｆは本開示の第１レンズの一例であり、レンズＬｅは本開示の第２レンズの一例であり、レンズＬｆとレンズＬｅを含む光学ユニット４２は、本開示のレンズ群の一例である。

次に、光学ユニット４２の具体的なレンズ例を用いて上記設計条件を検証する。

まず、大きいアイボックス領域ＩＢを形成しつつ、軸外収差を補正可能な光学ユニット４２は、単一レンズでは困難であると考えられる。この軸外収差の補正が困難であった単一レンズによる光学ユニット４２を説明する。

＜レンズ例１＞
図１０に、レンズ例１として、１群１枚のレンズによる光学ユニット４２の構成の一例及び光路の一例を示す。以下、光学ユニット４２Ｒ及び光学ユニット４２Ｌは、同様の構成であるため、個別の説明を省略する。
図１０に示すように、光学ユニット４２は、撮影画像Ｉｍから順に、面番号Ｐ１、Ｐ２の光学面を備えた単一レンズで形成されている。光学面は、光学面を境界とした一方側の媒質の屈折率と他方側の媒質の屈折率とが相違する場合には屈折面となる。なお、図１０に示す例では、光学ユニット４２を、撮影画像Ｉｍから表示部３０に最も近いレンズ面の端部までの距離ｄ０だけ６９．７ｍｍ離間して配置した場合を示している。

次の表１に、レンズ例１の光学ユニット４２の諸元の値を示す。
表１において、面番号ｍは図１０に示す光学面の面番号に対応する。また、曲率半径ｒは各光学面の曲率半径を示し、面間隔ｄは各光学面から次の光学面までの光軸上の距離を示し、屈折率ｎｄはｄ線に対する屈折率を示し、分散νｄはアッベ数を示している。表１に示す諸元では、曲率半径ｒ、及び面間隔ｄの単位として「ｍｍ」を採用したが、光学ユニット４２は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることはなく、他の単位を用いることもできる。

なお、表１は、光軸ＣＬを軸とした球面形状の光学面の一例であり、光学面が球面形状に限定されるものではなく、非球面形状であってもよい。以下に説明する他のレンズ例についても同様である。また、レンズ例１におけるレンズの有効径は２４．８３であり、撮影画像Ｉｍの距離（画像表示領域の距離、又は大きさ）を３１．６６とした場合を想定している。

光学ユニット４２は、撮影画像Ｉｍからの光を平行光として射出する、アフォーカル光学系である対物レンズとして機能する。すなわち、光学ユニット４２は、焦点距離ｆを有しており、光の入射側の焦点に表示部３０による対象物の撮影画像Ｉｍが位置するように設定されて、光学ユニット４２に対して表示部３０が取り付けられる。このように、光学ユニット（上記のレンズを有する光学系）４２は、対象物の撮影画像（表示画像）Ｉｍが設定される位置に光の入射側の焦点を有し、その焦点面（この場合、撮影画像Ｉｍ、又は撮影画像Ｉｍが配置される面）からの光を平行光として射出する。

図１０に示すように、光学ユニット４２は、表示部３０側の焦点距離ｆの焦点位置に表示部３０による対象物の撮影画像Ｉｍ（表示画像）が位置するように設定されてアフォーカルの光学系とされ、光学ユニット４２から観察者ＯＰへ向けて射出される光は平行光となる。この光学ユニット４２から射出された平行光は、観察者ＯＰの眼に到達し、観察者ＯＰの網膜上に結像し、撮影画像Ｉｍが観察者ＯＰに知覚される。

図１０に示すレンズ例１の光学ユニット４２は、第４の条件式による値（＝ｄ１／ｄ２）が、０．１９であり、第７の条件式による値（＝Ｑ）が、０．３２３である。レンズ例１の光学ユニット４２は、第４の設計条件を満たしておらず、光学ユニット４２により形成されるアイボックス領域を大型化可能であるものの、軸外光のコマ収差、倍率色収差、及びディストーションによる収差補正が困難であった。すなわち、軸外光の収差補正を行うことによって、軸上光の収差が悪化した。

また、レンズ例１の光学ユニット４２は、第７の設計条件を満たしておらず、光学ユニット４２における表示部３０に最も近いレンズ面において、中心画角の主光線と最大画角の主光線とのそれぞれの分離が不十分である。このため、中心画角と最大画角の各々について適切な屈折を与える球面または非球面を定義することが困難であった。従って、光学ユニット４２を単一レンズにより構成することで、アイボックス領域を大型化可能であるが、補正困難な収差が残存するので、観察者ＯＰが目視する画像の画質劣化が生じると考えられる。

＜レンズ例２＞
次に、単一レンズによって、大きいアイボックス領域ＩＢを形成しつつ、収差補正を試みた光学ユニット４２を説明する。
図１１に、レンズ例１とは諸元の異なる１群１枚のレンズによる光学ユニット４２の構成の一例及び光路の一例を示す。
図１１に示す光学ユニット４２は、撮影画像Ｉｍから表示部３０に最も近いレンズ面の端部までの距離ｄ０を７３．７６ｍｍ離間して配置した場合を示している。

次の表２に、レンズ例２の光学ユニット４２の諸元の値を示す。
表２において、面番号ｍは図３に示す光学面の面番号に対応する。また、曲率半径ｒは各光学面の曲率半径を示し、面間隔ｄは各光学面から次の光学面までの光軸上の距離を示し、屈折率ｎｄはｄ線に対する屈折率を示し、分散νｄはアッベ数を示している。表２に示す諸元では、曲率半径ｒ、及び面間隔ｄの単位として「ｍｍ」を採用したが、光学ユニット４２は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることはなく、他の単位を用いることもできる。また、レンズ例２におけるレンズの有効径は２９．０２であり、撮影画像Ｉｍの距離（画像表示領域の距離、又は大きさ）を３０．９９とした場合を想定している。

レンズ例２の光学ユニット４２は、第４の条件式による値（＝ｄ１／ｄ２）が、０．４５５であり、第７の条件式による値（＝Ｑ）が、０．５５３である。レンズ例２の光学ユニット４２は、第７の設計条件を満たしている。従って、表示部３０に最も近いレンズ面において、中心画角と最大画角の各々について適切な屈折を与える球面または非球面を定義することが可能である。しかし、レンズ例２の光学ユニット４２は、第４の設計条件を満たしていない。従って、光学ユニット４２により形成されるアイボックス領域を大型化可能であるものの、軸外光のコマ収差、倍率色収差、及びディストーションによる収差補正が困難であり、軸外光の収差補正を行うことによって、軸上光の収差が悪化する。

このように、光学ユニット４２を単一レンズで構成すると、光学ユニット４２により形成されるアイボックス領域を大型化可能であるものの、軸外光のコマ収差、倍率色収差、及びディストーションによる収差補正が困難である場合がある。しかし、第７の設計条件を満たすことで、画質向上を期待できる収差補正が可能と考えられる。すなわち、レンズ例２では、アイボックス領域を大型化が可能であり、各種収差の補正が困難な状況を生じるものの、中心画角と最大画角の各々について適切な屈折を与える球面または非球面を定義することが可能であることから、第７の設計条件を満たさないレンズに比較して、観察者ＯＰが目視する画像の画質向上を期待できる。

＜レンズ例３＞
図１２に、レンズ例３として、１群２枚のレンズによる光学ユニット４２の構成の一例及び光路の一例を示す。
図１２に示す光学ユニット４２は、撮影画像Ｉｍから順に、面番号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の光学面を備えた１群２枚のレンズで形成されている。なお、図１２に示す例では、光学ユニット４２を、撮影画像Ｉｍから距離ｄ０として６９．７ｍｍ離間して配置した場合を示している。

次の表３に、レンズ例３による光学ユニット４２の諸元の値を示す。なお、レンズ例３におけるレンズの有効径は３１．２０であり、撮影画像Ｉｍの距離（画像表示領域の距離、又は大きさ）を３１．１９とした場合を想定している。

レンズ例３による光学ユニット４２は、第４の条件式による値（＝ｄ１／ｄ２）が、０．５３であり、第７の条件式による値（＝Ｑ）が、０．６４３である。レンズ例３の光学ユニット４２は、第４の設計条件を満たしており、光学ユニット４２により形成されるアイボックス領域を大型化可能であって、軸外光のコマ収差、倍率色収差、及びディストーションによる収差補正が可能である。

また、レンズ例３による光学ユニット４２は、第７の設計条件も満たしており、光学ユニット４２における表示部３０に最も近いレンズ面において、中心画角と最大画角の主光線それぞれ分離できる。このため、中心画角と最大画角の各々について適切な屈折を与える球面または非球面を定義することが可能であった。従って、レンズ例３では、アイボックス領域を大型化が可能であり、各種収差の補正も可能であるので、観察者ＯＰが目視する画像の画質向上を期待できる。

なお、１群２枚のレンズ構成で光学ユニット４２を形成した場合、第２面を硝材で満たすので、コスト面及び重量面で好ましくなく、２群以上の構成が好ましい。

＜レンズ例４＞
図１３に、レンズ例４として、２群３枚のレンズによる光学ユニット４２の構成の一例及び光路の一例を示す。
図１３に示す光学ユニット４２は、撮影画像Ｉｍから順に、面番号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５の光学面を備えた２群３枚のレンズで形成されている。なお、図１３に示す例では、光学ユニット４２を、撮影画像Ｉｍから距離ｄ０として６２．８ｍｍ離間して配置した場合を示している。

次の表４に、レンズ例４による光学ユニット４２の諸元の値を示す。なお、レンズ例４におけるレンズの有効径は３３．４５であり、撮影画像Ｉｍの距離（画像表示領域の距離、又は大きさ）を３１．２６とした場合を想定している。

レンズ例４による光学ユニット４２は、第４の条件式による値（＝ｄ１／ｄ２）が、０．６０であり、第７の条件式による値（＝Ｑ）が、０．７３７である。レンズ例４の光学ユニット４２は、第４の設計条件を満たしており、光学ユニット４２により形成されるアイボックス領域を大型化可能であって、軸外光のコマ収差、倍率色収差、及びディストーションによる収差補正が可能である。また、レンズ例４による光学ユニット４２は、第７の設計条件も満たしており、光学ユニット４２における表示部３０に最も近いレンズ面において、中心画角と最大画角の主光線それぞれ分離できる。このため、中心画角と最大画角の各々について適切な屈折を与える球面または非球面を定義することが可能であった。
従って、レンズ例４では、アイボックス領域を大型化が可能であり、各種収差の補正も可能であるので、観察者ＯＰが目視する画像の画質向上を期待できる。

＜レンズ例５＞
図１４に、レンズ例５として、３群３枚のレンズによる光学ユニット４２の構成の一例及び光路の一例を示す。
図１４に示す光学ユニット４２は、撮影画像Ｉｍから順に、面番号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６の光学面を備えた３群３枚のレンズで形成されている。なお、図１４に示す例では、光学ユニット４２を、撮影画像Ｉｍから距離ｄ０として４３．８ｍｍ離間して配置した場合を示している。

次の表５に、レンズ例５による光学ユニット４２の諸元の値を示す。なお、レンズ例５におけるレンズの有効径は３２．１６であり、撮影画像Ｉｍの距離（画像表示領域の距離、又は大きさ）を３１．５９とした場合を想定している。

レンズ例５による光学ユニット４２は、第４の条件式による値（＝ｄ１／ｄ２）が、０．６９であり、第４の設計条件を満たしている。また、第７の条件式による値（＝Ｑ）が、０．８１６であり、第７の設計条件も満たしている。従って、レンズ例５の光学ユニット４２は、アイボックス領域を大型化可能であって、軸外光のコマ収差、倍率色収差、及びディストーションによる収差補正が可能である。また、表示部３０に最も近いレンズ面において、中心画角と最大画角の主光線それぞれ分離でき、中心画角と最大画角の各々について独立して適切な屈折を与える球面または非球面を定義することが可能である。
従って、レンズ例５では、アイボックス領域を大型化が可能であり、各種収差の補正も可能であるので、観察者ＯＰが目視する画像の画質向上を期待できる。

＜レンズ例６＞
図１５に、レンズ例６として、３群４枚のレンズによる光学ユニット４２の構成の一例及び光路の一例を示す。
図１５に示す光学ユニット４２は、撮影画像Ｉｍから順に、面番号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７の光学面を備えた３群４枚のレンズで形成されている。なお、図１５に示す例では、光学ユニット４２を、撮影画像Ｉｍから距離ｄ０として１９．５ｍｍ離間して配置した場合を示している。

次の表６に、レンズ例６による光学ユニット４２の諸元の値を示す。なお、レンズ例６におけるレンズの有効径は２８．３８であり、撮影画像Ｉｍの距離（画像表示領域の距離、又は大きさ）を３１．８０とした場合を想定している。

レンズ例６による光学ユニット４２は、第４の条件式による値（＝ｄ１／ｄ２）が、０．８５であり、第４の設計条件を満たしている。また、第７の条件式による値（＝Ｑ）が、０．８０であり、第７の設計条件も満たしている。従って、レンズ例６の光学ユニット４２は、アイボックス領域を大型化可能であって、軸外光のコマ収差、倍率色収差、及びディストーションによる収差補正が可能である。また、表示部３０に最も近いレンズ面において、中心画角と最大画角の主光線それぞれ分離でき、中心画角と最大画角の各々について独立して適切な屈折を与える球面または非球面を定義することが可能である。
従って、レンズ例６では、アイボックス領域を大型化が可能であり、各種収差の補正も可能であるので、観察者ＯＰが目視する画像の画質向上を期待できる。

＜レンズ例７＞
図１６に、レンズ例７として、レンズ例４とは諸元の異なる２群３枚のレンズによる光学ユニット４２の構成の一例及び光路の一例を示す。
図１６に示す光学ユニット４２は、撮影画像Ｉｍから順に、面番号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５の光学面を備えた２群３枚のレンズで形成されている。なお、図１６に示す例では、光学ユニット４２を、撮影画像Ｉｍから距離ｄ０として１０．０ｍｍ離間して配置した場合を示している。

次の表７に、レンズ例７による光学ユニット４２の諸元の値を示す。なお、レンズ例７におけるレンズの有効径は２９．４６であり、撮影画像Ｉｍの距離（画像表示領域の距離、又は大きさ）を３０．４７とした場合を想定している。

レンズ例７による光学ユニット４２は、第４の条件式による値（＝ｄ１／ｄ２）が、０．９７であり、第４の設計条件を満たしている。また、第７の条件式による値（＝Ｑ）が、０．９１１であり、第７の設計条件も満たしている。従って、レンズ例７の光学ユニット４２は、アイボックス領域を大型化可能であって、軸外光のコマ収差、倍率色収差、及びディストーションによる収差補正が可能である。また、表示部３０に最も近いレンズ面において、中心画角と最大画角の主光線それぞれ分離でき、中心画角と最大画角の各々について独立して適切な屈折を与える球面または非球面を定義することが可能である。
従って、レンズ例７では、アイボックス領域を大型化が可能であり、各種収差の補正も可能であるので、観察者ＯＰが目視する画像の画質向上を期待できる。

＜レンズ例８＞
図１７に、レンズ例８として、レンズ例５とは諸元の異なる３群３枚のレンズによる光学ユニット４２の構成の一例及び光路の一例を示す。
図１７に示す光学ユニット４２は、撮影画像Ｉｍから順に、面番号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６の光学面を備えた３群３枚のレンズで形成されている。なお、図１７に示す例では、光学ユニット４２を、撮影画像Ｉｍから距離ｄ０として８．３ｍｍ離間して配置した場合を示している。

次の表８に、レンズ例８による光学ユニット４２の諸元の値を示す。なお、レンズ例８におけるレンズの有効径は２９．２７であり、撮影画像Ｉｍの距離（画像表示領域の距離、又は大きさ）を２９．４１とした場合を想定している。

レンズ例８による光学ユニット４２は、第４の条件式による値（＝ｄ１／ｄ２）が、０．９９であり、第４の設計条件を満たしている。また、第７の条件式による値（＝Ｑ）が、０．９１９であり、第７の設計条件も満たしている。従って、レンズ例８の光学ユニット４２は、アイボックス領域を大型化可能であって、軸外光のコマ収差、倍率色収差、及びディストーションによる収差補正が可能である。また、表示部３０に最も近いレンズ面において、中心画角と最大画角の主光線それぞれ分離でき、中心画角と最大画角との各々について独立して適切な屈折を与える球面または非球面を定義することが可能である。
従って、レンズ例８では、アイボックス領域を大型化が可能であり、各種収差の補正も可能であるので、観察者ＯＰが目視する画像の画質向上を期待できる。

＜レンズ例９＞
図１８に、レンズ例９として、レンズ例５及びレンズ例８とは諸元の異なる３群３枚のレンズによる光学ユニット４２の構成の一例及び光路の一例を示す。
図１８に示す光学ユニット４２は、撮影画像Ｉｍから順に、面番号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６の光学面を備えた３群３枚のレンズで形成されている。なお、図１８に示す例では、光学ユニット４２を、撮影画像Ｉｍから距離ｄ０として６３．８ｍｍ離間して配置した場合を示している。

次の表９に、レンズ例９による光学ユニット４２の諸元の値を示す。なお、レンズ例９におけるレンズの有効径は２７．３８であり、撮影画像Ｉｍの距離（画像表示領域の距離、又は大きさ）を３１．９４とした場合を想定している。

レンズ例９の光学ユニット４２は、第４の条件式による値（＝ｄ１／ｄ２）が、０．４８であり、第７の条件式による値（＝Ｑ）が、０．５７２である。レンズ例９の光学ユニット４２は、第７の設計条件を満たしている。従って、表示部３０に最も近いレンズ面において、中心画角と最大画角との各々について適切な屈折を与える球面または非球面を定義することが可能である。しかし、レンズ例９の光学ユニット４２は、第４の設計条件を満たしていない。従って、光学ユニット４２により形成されるアイボックス領域を大型化可能であるものの、軸外光のコマ収差、倍率色収差、及びディストーションによる収差補正が困難であり、軸外光の収差補正を行うことによって、軸上光の収差が悪化する。
従って、レンズ例９では、アイボックス領域を大型化が可能であり、各種収差の補正が困難な状況を生じるものの、中心画角と最大画角の各々について適切な屈折を与える球面または非球面を定義することが可能であることから、第７の設計条件を満たさないレンズに比較して、観察者ＯＰが目視する画像の画質向上を期待できる。

以上説明したように、上記設計条件を満たすように光学ユニット４２を構成することで、光学ユニット４２は、アイボックス領域を大型化可能であって、軸外光のコマ収差、倍率色収差、及びディストーションによる収差補正が可能である。また、表示部３０に最も近いレンズ面において、中心画角の主光線と最大画角の主光線とを分離でき、中心画角と最大画角の各々について独立して適切な屈折を与える球面または非球面を定義することが可能である。

本実施形態では、光学ユニット４２は、光の射出側に射出瞳Ｅｘｐが位置するように構成される。これにより、光学ユニット４２の光の射出側、すなわち観察者ＯＰの目視側に広いアイボックス領域ＩＢが形成され、観察者ＯＰの頭部位置設定の自由度を向上させることができる。

図１９に、本実施形態に係る画像表示装置４０における射出瞳Ｅｘｐの一例を示す。
図１９に示すように、画像表示装置４０における射出瞳Ｅｘｐは、右眼用の射出瞳ＥｘｐＲと、左眼用の射出瞳ＥｘｐＬとが形成される。

また、本実施形態では、光学ユニット４２における光の射出側に射出瞳Ｅｘｐが位置するように形成される。これにより、光学ユニット４２の射出瞳を光学ユニット４２のレンズ径に対応する大きさに形成することが可能となり、右眼用の射出瞳ＥｘｐＲ、及び左眼用の射出瞳ＥｘｐＬの直径の最大値は、光学ユニット４２のレンズ径に対応する大きさまで拡張することができる。これら右眼用の射出瞳ＥｘｐＲ、及び左眼用の射出瞳ＥｘｐＬの各々の射出瞳内に観察者ＯＰの各々の眼を位置するようにすれば、観察者ＯＰの右眼用の撮影画像ＩｍＲ、及び左眼用の撮影画像ＩｍＬの各々を観察者ＯＰは視認することができる。従って、本実施形態の眼科システム１０では、従来の両眼視の顕微鏡に装備されている眼幅ＰＤを調整する機構は不要である。

ところで、右眼用の射出瞳ＥｘｐＲ、及び左眼用の射出瞳ＥｘｐＬの大きさ、すなわち直径は、光学ユニット４２のレンズ径によって制限される。一方では、射出瞳Ｅｘｐの大きさを、より大きくして観察者ＯＰが視認可能な範囲を拡張することが要求される場合がある。この場合、光学ユニット４２のレンズ径を眼幅ＰＤより大きくして、光学ユニット４２の一部が重複するようにすればよい。

すなわち、右眼用の光学ユニット各々４２Ｒと左眼用の光学ユニット４２Ｌを備えて画像表示装置４０を構成する場合、右眼用の光学ユニット各々４２Ｒと左眼用の光学ユニット４２Ｌの各々の直径は、撮影画像（表示画像）Ｉｍを観察する観察者ＯＰの眼幅ＰＤに対応する距離以下の直径に形成することが好ましい。
画像表示装置４０を、観察者ＯＰの眼幅ＰＤに対応する距離の直径を超えて、右眼用の光学ユニット各々４２Ｒ及び左眼用の光学ユニット４２Ｌの少なくとも一方を構成する場合、右眼用の光学ユニット各々４２Ｒと左眼用の光学ユニット４２Ｌとが重なり合う重複部分が生じる。この場合には、右眼用の光学ユニット各々４２Ｒと左眼用の光学ユニット４２Ｌとが重複しないように、重複部分について右眼用の光学ユニット各々４２Ｒ及び左眼用の光学ユニット４２Ｌの少なくとも一方の光学ユニットの一部を削除（例えば、所謂Ｄカット）すればよい。

図２０に、レンズ径を眼幅ＰＤより大きくした光学ユニット４２の構成の一例を示す。
光学ユニット４２のレンズ径を眼幅ＰＤより大きくした場合、右眼用の光学ユニット４２Ｒと左眼用の光学ユニット４２Ｌとが干渉するため、右眼用の光学ユニット４２Ｒと左眼用の光学ユニット４２Ｌとの少なくとも一方の光学ユニット４２を、干渉する部分を削って形成すればよい。図２０に示す例では、右眼用の光学ユニット４２Ｒと左眼用の光学ユニット４２Ｌとから均等に光学ユニット４２の一部を削り出して形成した場合を示している。このようにすることで、右眼用の光学ユニット４２Ｒの光軸と左眼用の光学ユニット４２Ｌの光軸との間隔を、予め設定された眼幅ＰＤを維持した状態で、眼幅ＰＤに対応する直径で光学ユニット４２を形成した場合に比べて、大きい射出瞳Ｅｘｐを形成することができる。

ところで、光学ユニット４２の射出側の外部に、広いアイボックス領域ＩＢを形成することで、観察者ＯＰの頭部位置設定の自由度は向上されるが、観察者ＯＰの眼に外乱光が進入する虞が生じる。これを解消するには、外乱光として観察者ＯＰの眼に至る光路に、外乱光を抑制する抑制部材を設けて外乱光の進入を抑制すればよい。

図２１に、観察者ＯＰの眼に進入する外乱光を抑制する抑制部材の一例を示す。
図２１に示すように、本実施形態に係る画像表示装置４０は、右眼用の光学ユニット４２Ｒと左眼用の光学ユニット４２Ｌとを収容する収容ケース４１を備えている。収容ケース４１は、少なくとも右眼用の光学ユニット４２Ｒと左眼用の光学ユニット４２Ｌとを覆い、右眼用の光学ユニット４２Ｒと左眼用の光学ユニット４２Ｌとへの外乱光を遮光する機能を有している。また、収容ケース４１は、右眼用の光学ユニット４２Ｒ及び左眼用の光学ユニット４２Ｌの各々の光の射出側に、開口部４１Ｈを有している。この開口部４１Ｈは、射出瞳Ｅｘｐに至る光路を遮光しないように形成される。

収容ケース４１には、開口部４１Ｈの光の射出側、すなわち、観察者ＯＰ側に、抑制部材として遮光板４３Ａが取り付けられている。遮光板４３Ａは、外乱光を抑制する機能を有すればよく、外乱光を遮光する板などの光学部材、またはＮＤフィルタなど光の透過を減衰する光学部材を用いることができる。なお、図２１に示す例では、上方及び左右の三方向に遮光板４３Ａを取り付けた一例を示しているが、外乱光として主要な少なくとも１つの方向の光を抑制する部位に設けてもよく、上下左右を覆うように設けてもよい。遮光板４３Ａは、本開示の光抑制部の一例である。

図２２に、観察者ＯＰの眼に進入する外乱光を抑制する抑制部材の他例を示す。
図２２に示す例では、収容ケース４１に、右眼用の抑制部材４３ＢＲと左眼用の抑制部材４３ＢＬとが取り付けられている。抑制部材４３ＢＲ、４３ＢＬの各々は、観察者ＯＰの頭部の接触時に違和感を抑制するゴムなどの弾性部材により形成されている。これにより、観察者ＯＰは、頭部を抑制部材４３ＢＲ、４３ＢＬの各々に接触させることで、外乱光を抑制することができる。なお、図２２に示す例では、図２１に示す開口部４１Ｈより小さい径の開口部４１Ｈａが抑制部材４３ＢＲ、４３ＢＬの各々に設けられた一例が示されている。開口部４１Ｈａの大きさは、観察者ＯＰが頭部を抑制部材４３ＢＲ、４３ＢＬに接触した場合のアイレリーフを想定して、予め定めた形状にしたものである。なお、開口部４１Ｈａの大きさは、図２２に示した大きさに限定されないことは勿論である。抑制部材４３ＢＲ、４３ＢＬは、本開示の光抑制部の一例である。

・変形例
なお、本実施形態では、眼科装置に適用したシステム（眼科システム）を本開示に係る画像表示装置の一例として説明したが、本開示に係る画像表示装置は、立体視を可能とする他の眼科装置にも適用可能である。例えば、本開示は、アイボックス領域ＩＢを、より大きくして空中像を提示する、すなわちリレーされた射出瞳を提供する他の眼科装置にも適用可能である。このアイボックス領域ＩＢを大きくした画像表示装置を変形例として説明する。

図２３に、アイボックス領域ＩＢをより大きくした変形例の画像表示装置４０Ａの構成の一例を示す。
図２３に示すように、変形例は、上述した画像表示装置４０に、瞳をリレーするリレー部４４が取り付けられる。変形例の画像表示装置４０Ａは、観察対象者の被検眼及び被検眼周辺を撮影部２０で撮影し、撮影した撮影画像を上述した画像表示装置４０により提示し、リレー部４４によって観察者ＯＰに提供する。

リレー部４４は、筐体４６及び光学部材４８を含む。筐体４６には、光学ユニット４２を含む上述した画像表示装置４０が取り付けられており、筐体４６の内部に光学ユニット４２を射出された光が入射される。また、筐体４６の内部で光学ユニット４２の光の射出側には、光学部材４８が光学ユニット４２の射出光軸と交差する方向（観察者ＯＰに向う方向）に光を反射するように取り付けられている。リレー部４４は、光学ユニット４２を射出した光を光学ユニット４２の射出光軸と交差する方向に反射し、かつ光学ユニット４２の射出瞳Ｅｘｐと共役関係にある位置を反射側に形成する。すなわち、リレー部４４は、光学ユニット４２の射出瞳Ｅｘｐを観察者ＯＰに向う方向である反射側に再形成することで、射出瞳をリレーする。

上述した画像表示装置４０が取り付けられたリレー部４４の筐体４６は、図示を省略した台座に取り付けられており、撮影部２０から独立して形成され、かつ観察者ＯＰに対して非接触に形成される。変形例の画像表示装置４０Ａが観察者ＯＰに対して非接触に形成されることによって、変形例の画像表示装置４０Ａへの観察者ＯＰの接触により生じる観察者ＯＰの違和感が抑制される。

変形例で示される光学部材４８の一例には、複数の反射面による複数回の反射によって、等倍の像を結像する光学結像素子を用いることができる。例えば、光学結像素子は、反射面が複数積層され、一方の積層端面から入射された光が反射面で反射されて他方の積層端面から出射される反射部材を複数備える。そして、複数の反射部材が、１つの反射部材の反射面と他の反射部材の反射面とが交差した向きとなり、かつ１つの反射部材の積層端面から出射された光が他の反射部材の積層端面に入射するように配置される。

すなわち、光学部材４８の一例である光学結像素子に入射された入射光は、第１反射面で反射され、その反射光が第２反射面で反射されて、光学結像素子から出射される。一方、光学結像素子では、第１反射面及び第２反射面が、互いの反射面が交差（直交）した向きに配置される。このように、第１反射面、及び第２反射面が平面視して直交させて配置されている場合、光学結像素子への入射光と光学結像素子から出射光は、光学結像素子を平面視した状態において平行になる。このため、光学結像素子の入射側の物点である複数の光点の各々は、光学結像素子の出射側に集束されて像点として結像される。従って、リレー部４４は、光学ユニット４２の射出瞳Ｅｘｐと共役関係にある位置に、射出瞳Ｅｘｐを再形成する。

なお、光学部材４８の一例である光学結像素子は、再帰素子、さらに詳細には再帰透過素子と扱うことができる。再帰反射は、直交する複数の反射面で、素子へ入射された光の方向と逆方向に光を反射する。一方、光学結像素子は、入射光を、入射面とは反対側の面へ透過させ、その際、方向を変えて射出させる性質を有し、光束が光学結像素子の法線に直交する平面を基準として面対称に折り返される。このことは、光学結像素子が空間を折り返す際に、光学結像素子の垂直方向に関しては光束の進行方向を変えない、再帰的に作用させることに対応するので、再帰透過素子と考えることができる。

光学結像素子の他例には、交差する複数の反射面を単位光学系とし、その単位光学系を前記複数の反射面と交差する平面方向に複数配列した光制御パネルが挙げられる。制御パネルは所定の平面に略垂直な２つの鏡面を相互に略直交させた構成の単位光学系、例えば、２面コーナーリフレクタを複数並べて形成される。

また、本実施形態では、眼科装置に適用したシステムを本開示に係る画像表示装置の一例として説明したが、本開示に係る画像表示装置は、眼科装置に適用した眼科システムに限定されるものではない。すなわち、本開示は、画像を表示する装置であれば本開示に係る画像表示装置は適用可能であり、また、画像を表示する装置を備えたシステムであれば本開示に係る画像表示システムは適用可能である。次に、本開示が適用可能な画像表示装置、及び画像表示装置を備えた画像表示システムの応用例を例示する。

・応用例
応用例には、双眼鏡及び潜望鏡等の光学機器によって遠方の対象物を観察する観察システムの表示装置への適用が挙げられる。この遠方の対象物を観察する観察システムに、本開示に係る画像表示装置を適用することで、観察者ＯＰは、画像表示装置４０に非接触の状態で遠方の対象物を観察でき、接触により生じる観察者ＯＰの違和感が抑制される。また、光学ユニット４２により目視する画像の見かけの大きさは変化しないので、観察者ＯＰの頭部がアイボックス領域内で移動可能になる。従って、双眼鏡及び潜望鏡等の光学機器に観察者ＯＰの頭部を接触する姿勢に比べて、観察者ＯＰの姿勢に大きな許容度が生じる。
また、本実施形態では、眼科装置に適用したシステムを本開示に係る画像表示装置の一例として説明したが、本開示に係る画像表示装置は、複数の観察者の各々が対象物を目視を可能とする場合にも適用可能である。例えば、該システムは、本開示に係る画像表示装置を複数備え、複数の画像表示装置の各々に同一画像を表示させるようにしてもよいし、一部の画像表示装置に画像処理した画像を表示させるようにしてもよい。

なお、本開示に関する実施形態を説明したが、本開示の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。本開示の要旨を逸脱しない範囲で上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることができ、当該変更または改良を加えた形態も本開示の技術的範囲に含まれる。また、本明細書に記載された全ての文献、特許出願及び技術規格は、個々の文献、特許出願及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

１０ 眼科システム
２０ 撮影部
２２ 顕微鏡
２４ カメラ
２６ カメラコントローラ
３０ 表示部
４０ 画像表示装置
４２ 光学ユニット
ＩＢ アイボックス領域
Ｉｍ 撮影画像
ＯＢ 対象物
ＯＰ 観察者

Claims (1)

1. 対象物の表示画像が設定される位置に光の入射側の焦点を有し、焦点面からの光を平行光として射出する光学系と、
   前記光学系を収容する収容部と、を備え、
   前記表示画像を目視可能な目視可能領域は、前記光学系に含まれるレンズの有効径と、最大画角の主光線と前記光学系の光軸との成す角度とに基づいて導出され、
   前記光学系における最大画角の主光線と前記光学系の光軸との成す角度をωとした場合、
   １５度≦ω≦５０度
   で示される条件式を満たすように前記目視可能領域を形成し、
   前記表示画像を目視可能な目視可能領域をＩＢとした場合、
   １８５０００≧ＩＢ≧７５７０ｍｍ^３
   で示される条件式を満たし、
   前記光学系は、第１レンズと第２レンズとを有し、
   前記第１レンズにおける光の入射側のレンズ面の端部から、前記第２レンズにおける光の射出側のレンズ面の端部までの距離をｄ１とし、前記表示画像の位置から前記第２レンズにおける前記光の射出側のレンズ面の端部までの距離をｄ２とした場合、
   １＞ｄ１／ｄ２＞０．５
   で示される条件式を満たすように構成し、軸外光のコマ収差、倍率色収差、及びディストーションの少なくとも１つの軸外光の収差を補正する
   光学ユニット。