JP6996631B2 - 接眼光学系およびヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

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Description

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。
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においては、薄型化、軽量化、広角化を図り、収差を良好に補正するため、フレネルレンズが用いられつつある。しかしながら、従来のフレネルレンズではフレアが発生し易かった。
特開２０１５－４９３０５号公報
第１の態様に係る接眼光学系は、観察物体側のレンズ面に形成された複数のフレネル輪帯を有するフレネルレンズを備え、前記複数のフレネル輪帯は、前記フレネルレンズの中心軸に対して回転対称な形状を有する非球面に沿って同心円状に並んで配置され、前記非球面が次式を用いて表され、
Figure 0006996631000001
 但し、Ｚ d ：前記フレネルレンズの中心軸からの距離ｙにおける前記非球面のサグ量
Ｒ d ：基準球面の曲率半径
ｋ d ：コーニック定数
Ａ 2i ：（２×ｉ）次の非球面係数
以下の条件式を満足する。
０＜ＰＡＥ１／ＰＡＣ１≦０．５０
ｋ d ≦－５．０
但し、ＰＡＥ１：前記複数のフレネル輪帯のうち、前記フレネルレンズの中心軸から半径１５ｍｍ以上の部分に形成されたフレネル輪帯の径方向の平均ピッチ
ＰＡＣ１：前記複数のフレネル輪帯のうち、前記フレネルレンズの最も中心軸側に位置する第１フレネル輪帯を除いた、前記フレネルレンズの中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に形成されたフレネル輪帯の径方向の平均ピッチ
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、前記接眼光学系が第１の態様に係る接眼光学系である。
第１実施例に係る接眼光学系のレンズ構成図である。 第１実施例に係る接眼光学系のフレネルレンズの形状を示す拡大図である。 第１実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。 第１実施例に係る接眼光学系の横収差図である。 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。 第１実施例に係る接眼光学系のフレアの比較図である。 第２実施例に係る接眼光学系のレンズ構成図である。 第２実施例に係る接眼光学系のフレネルレンズの形状を示す拡大図である。 第２実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。 第２実施例に係る接眼光学系の横収差図である。 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。 第２実施例に係る接眼光学系のフレアの比較図である。 第３実施例に係る接眼光学系のレンズ構成図である。 第３実施例に係る接眼光学系のフレネルレンズの形状を示す拡大図である。 第３実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。 第３実施例に係る接眼光学系の横収差図である。 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。 第３実施例に係る接眼光学系のフレアの比較図である。 第４実施例に係る接眼光学系のレンズ構成図である。 第４実施例に係る接眼光学系のフレネルレンズの形状を示す拡大図である。 第４実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。 第４実施例に係る接眼光学系の横収差図である。 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。 第４実施例に係る接眼光学系のフレアの比較図である。 第５実施例に係る接眼光学系のレンズ構成図である。 第５実施例に係る接眼光学系のフレネルレンズの形状を示す拡大図である。 第５実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。 第５実施例に係る接眼光学系の横収差図である。 第５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。 第５実施例に係る接眼光学系のフレアの比較図である。 本実施形態のフレネルレンズと従来のフレネルレンズとの比較図である。 （Ａ）はフレアを測定する測定装置の概略図であり、（Ｂ）はフレネル輪帯の一部を示す断面図である。 ヘッドマウントディスプレイの外観図である。
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、観察物体側のレンズ面に形成された複数のフレネル輪帯ＦＲを有するフレネルレンズＬ１を備えて構成される。本実施形態に係る接眼光学系ＥＬは、図７に示す接眼光学系ＥＬ（２）でも良く、図１３に示す接眼光学系ＥＬ（３）でも良く、図１９に示す接眼光学系ＥＬ（４）でも良く、図２５に示す接眼光学系ＥＬ（５）でも良い。
例えば、図３１に示すように、複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、フレネルレンズＬ１の最も中心軸側に位置する第１フレネル輪帯ＦＲ（１）は、フレネルレンズＬ１の中心軸と同軸の円盤状に形成される。第１フレネル輪帯ＦＲ（１）は、非球面形状のフレネル面部ＦＲａ（１）を有している。複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、フレネルレンズＬ１の中心軸側から数えて２番目以降のフレネル輪帯ＦＲは、フレネルレンズＬ１の中心軸と同軸の円環状に形成される。２番目以降のフレネル輪帯ＦＲは、非球面形状のフレネル面部ＦＲａと、段差壁状の壁面部ＦＲｂとを有している。なお、第１フレネル輪帯ＦＲ（１）は、輪帯状（円環状）ではない形状（円盤状）に形成されているが、本実施形態では、第１フレネル輪帯ＦＲ（１）も複数のフレネル輪帯ＦＲ中に含まれるものとする。図３１および、後述する図２、図８、図１４、図２０、図２６において、複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、フレネルレンズＬ１の中心軸側から数えて２番目および３番目のフレネル輪帯（第２フレネル輪帯ＦＲ（２）および第３フレネル輪帯ＦＲ（３））におけるフレネル面部ＦＲａおよび壁面部ＦＲｂの符号を図示し、４番目以降のフレネル輪帯ＦＲにおけるフレネル面部ＦＲａおよび壁面部ＦＲｂの符号の図示を省略している。
複数のフレネル輪帯ＦＲは、フレネルレンズＬ１の中心軸に対して回転対称な形状を有する非球面（以下便宜上、配置基準非球面と称する場合がある）に沿って同心円状に並んで配置される。例えば、各フレネル輪帯ＦＲの頂部が、フレネルレンズＬ１の中心軸に対して回転対称な非球面に沿って並んで配置される。また例えば、隣り合うフレネル輪帯ＦＲの境界に形成される谷部が、フレネルレンズＬ１の中心軸に対して回転対称な非球面に沿って並んで配置されてもよい。
各フレネル輪帯ＦＲのフレネル面部ＦＲａの形状は、所望の光学性能が得られる非球面レンズ（例えば、図３１の二点鎖線を参照）を構成する非球面（以下便宜上、形状基準非球面と称する）を輪帯状に分割した分割面の形状である。これにより、通常の非球面レンズよりも薄いフレネルレンズＬ１を得ることが可能になる。本実施形態において、複数のフレネル輪帯ＦＲは、従来のフレネルレンズ（例えば、図３１の二点鎖線を参照）のように中心軸に対して垂直な平面ではなく、平面の曲率よりも大きくて形状基準非球面（フレネル面部ＦＲａ）の曲率よりも小さい中間の曲率を有する非球面（配置基準非球面）に沿って配置される。これにより、従来のフレネルレンズと比較して、フレネルレンズＬ１が厚くなるのを抑えつつ、複数のフレネル輪帯ＦＲの径方向のピッチ（頂部の間隔）を、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分でより大きくすることができる。すなわち、従来のフレネルレンズと比較して、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分における、フレネル輪帯ＦＲの不連続部（壁面部ＦＲｂ）の数を少なくすることができる。そのため、ヘッドマウントディスプレイの使用時に視認されることが多い、視野中心部（すなわち、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分）で発生するフレアを低減させることが可能になる。
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、次の条件式（１）を満足することが好ましい。
０＜ＰＡＥ１／ＰＡＣ１≦０．５０ ・・・（１）
但し、ＰＡＥ１：複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以上の部分に形成されたフレネル輪帯ＦＲの径方向の平均ピッチ
ＰＡＣ１：複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、フレネルレンズＬ１の最も中心軸側に位置する第１フレネル輪帯ＦＲ（１）を除いた、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に形成されたフレネル輪帯ＦＲの径方向の平均ピッチ
条件式（１）は、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に並んで形成されたフレネル輪帯ＦＲの径方向の平均ピッチに対する、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以上の部分に並んで形成されたフレネル輪帯ＦＲの径方向の平均ピッチの比を規定する条件式である。条件式（１）を満足することで、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分において、フレネル輪帯ＦＲの径方向の平均ピッチが大きくなり、フレネル輪帯ＦＲの不連続部（壁面部ＦＲｂ）の数が少なくなる。そのため、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分で発生するフレアを低減させることができる。
条件式（１）の対応値が上限値を上回ると、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分において、フレネル輪帯ＦＲの径方向の平均ピッチが小さくなり、フレネル輪帯ＦＲの不連続部（壁面部ＦＲｂ）の数が多くなる。そのため、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分で発生するフレアを低減させることが困難になる。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（１）の上限値を好ましくは０．４５としてもよい。フレネルレンズＬ１の作製が困難になるのを避けるため、条件式（１）の下限値を好ましくは０．３０以上としてもよい。
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、次の条件式（２）を満足してもよい。
０＜ＰＡＥ２／ＰＡＣ１≦０．５５ ・・・（２）
但し、ＰＡＥ２：複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ～２２．５ｍｍの部分に形成されたフレネル輪帯ＦＲの径方向の平均ピッチ
条件式（２）は、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に並んで形成されたフレネル輪帯ＦＲの径方向の平均ピッチに対する、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ～２２．５ｍｍの部分に並んで形成されたフレネル輪帯ＦＲの径方向の平均ピッチの比を規定する条件式である。条件式（２）を満足することで、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分において、フレネル輪帯ＦＲの径方向の平均ピッチが大きくなり、フレネル輪帯ＦＲの不連続部（壁面部ＦＲｂ）の数が少なくなる。そのため、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分で発生するフレアを低減させることができる。
条件式（２）の対応値が上限値を上回ると、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分において、フレネル輪帯ＦＲの径方向の平均ピッチが小さくなり、フレネル輪帯ＦＲの不連続部（壁面部ＦＲｂ）の数が多くなる。そのため、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分で発生するフレアを低減させることが困難になる。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０．５１としてもよい。フレネルレンズＬ１の作製が困難になるのを避けるため、条件式（２）の下限値を好ましくは０．３０以上としてもよい。
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、次の条件式（３）を満足してもよい。
０＜ＰＡＥ３／ＰＡＣ１≦０．６０ ・・・（３）
但し、ＰＡＥ３：複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ～２０ｍｍの部分に形成されたフレネル輪帯ＦＲの径方向の平均ピッチ
条件式（３）は、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に並んで形成されたフレネル輪帯ＦＲの径方向の平均ピッチに対する、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ～２０ｍｍの部分に並んで形成されたフレネル輪帯ＦＲの径方向の平均ピッチの比を規定する条件式である。条件式（３）を満足することで、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分において、フレネル輪帯ＦＲの径方向の平均ピッチが大きくなり、フレネル輪帯ＦＲの不連続部（壁面部ＦＲｂ）の数が少なくなる。そのため、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分で発生するフレアを低減させることができる。
条件式（３）の対応値が上限値を上回ると、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分において、フレネル輪帯ＦＲの径方向の平均ピッチが小さくなり、フレネル輪帯ＦＲの不連続部（壁面部ＦＲｂ）の数が多くなる。そのため、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分で発生するフレアを低減させることが困難になる。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０．５５としてもよい。フレネルレンズＬ１の作製が困難になるのを避けるため、条件式（３）の下限値を好ましくは０．３０以上としてもよい。
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、次の条件式（４）を満足してもよい。
ＰＡＣ１≧１．０［ｍｍ］ ・・・（４）
条件式（４）は、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に並んで形成されたフレネル輪帯ＦＲの径方向の平均ピッチを規定する条件式である。条件式（４）を満足することで、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分において、フレネル輪帯ＦＲの径方向の平均ピッチが大きくなり、フレネル輪帯ＦＲの不連続部（壁面部ＦＲｂ）の数が少なくなる。そのため、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分で発生するフレアを低減させることができる。
条件式（４）の対応値が下限値を下回ると、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分において、フレネル輪帯ＦＲの径方向の平均ピッチが小さくなり、フレネル輪帯ＦＲの不連続部（壁面部ＦＲｂ）の数が多くなる。そのため、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分で発生するフレアを低減させることが困難になる。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（４）の下限値を好ましくは１．５［ｍｍ］としてもよい。フレネルレンズＬ１が大型化するのを避けるため、条件式（４）の上限値を好ましくは３．５［ｍｍ］以下としてもよい。
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、次の条件式（５）を満足してもよい。
ＰＭＸ１／ＰＭＮ１≧１０．０ ・・・（５）
但し、ＰＭＸ１：複数のフレネル輪帯ＦＲの径方向の最大ピッチ
ＰＭＮ１：複数のフレネル輪帯ＦＲの径方向の最小ピッチ
条件式（５）は、複数のフレネル輪帯ＦＲの径方向の最小ピッチに対する、複数のフレネル輪帯ＦＲの径方向の最大ピッチの比を規定する条件式である。フレネル輪帯ＦＲの径方向のピッチは、フレネルレンズＬ１の中心軸側に位置するほど相対的に大きくなる。条件式（５）を満足することで、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分において、フレネル輪帯ＦＲの径方向のピッチが大きくなり、フレネル輪帯ＦＲの不連続部（壁面部ＦＲｂ）の数が少なくなる。そのため、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分で発生するフレアを低減させることが可能になる。
条件式（５）の対応値が下限値を下回ると、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分において、フレネル輪帯ＦＲの径方向のピッチが小さくなり、フレネル輪帯ＦＲの不連続部（壁面部ＦＲｂ）の数が多くなる。そのため、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分で発生するフレアを低減させることが困難になる。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（５）の下限値を好ましくは１５．０としてもよい。フレネルレンズＬ１の作製が困難になるのを避けるため、条件式（５）の上限値を好ましくは３５．５以下としてもよい。
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、次の条件式（６）を満足してもよい。
１＜ＰＭＸ２／ＰＭＮ２≦７．５ ・・・（６）
但し、ＰＭＸ２：複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に形成されたフレネル輪帯ＦＲの径方向の最大ピッチ
ＰＭＮ２：複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に形成されたフレネル輪帯ＦＲの径方向の最小ピッチ
条件式（６）は、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に並んで形成されたフレネル輪帯ＦＲの径方向の最小ピッチに対する、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に並んで形成されたフレネル輪帯ＦＲの径方向の最大ピッチの比を規定する条件式である。条件式（６）を満足することで、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分において、フレネル輪帯ＦＲの径方向のピッチの変化が緩やかになり、フレネル輪帯ＦＲの不連続部（壁面部ＦＲｂ）の数が少なくなる。そのため、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分で発生するフレアを低減させることが可能になる。
条件式（６）の対応値が上限値を上回ると、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分において、フレネル輪帯ＦＲの径方向のピッチの変化が急になり、フレネル輪帯ＦＲの不連続部（壁面部ＦＲｂ）の数が多くなる。そのため、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分で発生するフレアを低減させることが困難になる。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（６）の上限値を好ましくは６．５としてもよい。
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、次の条件式（７）を満足してもよい。
１＜ＰＭＸ３／ＰＭＮ３≦２．５ ・・・（７）
但し、ＰＭＸ３：複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、第１フレネル輪帯ＦＲ（１）を除いた、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に形成されたフレネル輪帯ＦＲの径方向の最大ピッチ
ＰＭＮ３：複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、第１フレネル輪帯ＦＲ（１）を除いた、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に形成されたフレネル輪帯ＦＲの径方向の最小ピッチ
条件式（７）は、第１フレネル輪帯ＦＲ（１）を除いた場合における、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に並んで形成されたフレネル輪帯ＦＲの径方向の最小ピッチに対する、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に並んで形成されたフレネル輪帯ＦＲの径方向の最大ピッチの比を規定する条件式である。条件式（７）を満足することで、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分において、フレネル輪帯ＦＲの径方向のピッチの変化が緩やかになり、フレネル輪帯ＦＲの不連続部（壁面部ＦＲｂ）の数が少なくなる。そのため、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分で発生するフレアを低減させることが可能になる。
条件式（７）の対応値が上限値を上回ると、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分において、フレネル輪帯ＦＲの径方向のピッチの変化が急になり、フレネル輪帯ＦＲの不連続部（壁面部ＦＲｂ）の数が多くなる。そのため、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分で発生するフレアを低減させることが困難になる。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（７）の上限値を好ましくは２．０としてもよい。
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、次の条件式（８）を満足してもよい。
ＱＥ１／ＱＣ１≧２．０ ・・・（８）
但し、ＱＥ１：複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ～２２．５ｍｍの部分に形成されたフレネル輪帯ＦＲの数
ＱＣ１：複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、第１フレネル輪帯ＦＲ（１）を除いた、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に形成されたフレネル輪帯ＦＲの数
条件式（８）は、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に並んで形成されたフレネル輪帯ＦＲの数に対する、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ～２２．５ｍｍの部分に並んで形成されたフレネル輪帯ＦＲの数を規定する条件式である。条件式（８）を満足することで、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分におけるフレネル輪帯ＦＲの数が少なくなるため、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分で発生するフレアを低減させることができる。
条件式（８）の対応値が下限値を下回ると、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分におけるフレネル輪帯ＦＲの数が多くなるため、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分で発生するフレアを低減させることが困難になる。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（８）の下限値を好ましくは２．５としてもよい。フレネルレンズＬ１の作製が困難になるのを避けるため、条件式（８）の上限値を好ましくは５．０以下としてもよい。
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、次の条件式（９）を満足してもよい。
ＱＥ２／ＱＣ１≧１．０ ・・・（９）
但し、ＱＥ２：複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ～２０ｍｍの部分に形成されたフレネル輪帯ＦＲの数
ＱＣ１：複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、第１フレネル輪帯ＦＲ（１）を除いた、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に形成されたフレネル輪帯ＦＲの数
条件式（９）は、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に並んで形成されたフレネル輪帯ＦＲの数に対する、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ～２０ｍｍの部分に並んで形成されたフレネル輪帯ＦＲの数を規定する条件式である。条件式（９）を満足することで、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分におけるフレネル輪帯ＦＲの数が少なくなるため、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分で発生するフレアを低減させることができる。
条件式（９）の対応値が下限値を下回ると、フレネルレンズＬ１の中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分におけるフレネル輪帯ＦＲの数が多くなるため、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分で発生するフレアを低減させることが困難になる。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（９）の下限値を好ましくは１．５としてもよい。フレネルレンズＬ１の作製が困難になるのを避けるため、条件式（９）の上限値を好ましくは３．０以下としてもよい。
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、複数のフレネル輪帯ＦＲにおける壁面部ＦＲｂは、フレネルレンズＬ１の中心軸に対して平行に延びているが、これに限られるものではない。例えば図３２（Ｂ）に示すように、フレネル輪帯ＦＲの壁面部ＦＲｂは、（フレネルレンズＬ１の中心軸に対して）フレネル面部ＦＲａが傾斜する向きと反対側の向きに傾斜してもよい。これにより、フレネル輪帯ＦＲにおけるフレネル面部ＦＲａに入射した光が壁面部ＦＲｂに到達し難くなるため、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分で発生するフレアを低減させることが可能になる。
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、複数のフレネル輪帯ＦＲにおける壁面部ＦＲｂに不図示の遮光部材が設けられてもよい。これにより、フレネル輪帯ＦＲにおけるフレネル面部ＦＲａに入射した光が壁面部ＦＲｂに到達しても、遮光部材により遮光されるため、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分で発生するフレアを低減させることが可能になる。フレネル輪帯ＦＲの壁面部ＦＲｂに設けられる遮光部材として、例えば、壁面部ＦＲｂに塗布可能な硬化型アクリルウレタン塗料、フタル酸樹脂エナメル塗料等の黒色合成樹脂を用いた塗料が挙げられる。
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、各フレネル輪帯ＦＲの頂部が配置される非球面（配置基準非球面）は、次式（Ａ）を用いて表される。
Figure 0006996631000002
 但し、Ｚd：フレネルレンズＬ１の中心軸からの距離ｙにおける配置基準非球面の（フレネルレンズＬ１の中心軸方向の）サグ量
Ｒd：配置基準非球面における基準球面の曲率半径（近軸曲率半径）
ｋd：配置基準非球面のコーニック定数
Ａ2i：（２×ｉ）次の非球面係数
また、フレネル輪帯ＦＲにおけるフレネル面部ＦＲａのベースとなる形状基準非球面は、次式（Ｂ）を用いて表される。
Figure 0006996631000003
 但し、Ｚr：フレネルレンズＬ１の中心軸からの距離ｙにおける形状基準非球面の（フレネルレンズＬ１の中心軸方向の）サグ量
Ｒr：形状基準非球面における基準球面の曲率半径（近軸曲率半径）
ｋr：形状基準非球面のコーニック定数
Ｂ2i：（２×ｉ）次の非球面係数
ここで、配置基準非球面のサグ量Ｚdと、形状基準非球面のサグ量Ｚrとの関係について、次式（Ｃ）を用いて定義することが可能である。
Figure 0006996631000004
 但し、Ｓｇ：フレネル輪帯ＦＲにおける壁面部ＦＲｂの中心軸方向の長さ
ｑ：式（Ｃ）の左辺における除算の商
ｍ：式（Ｃ）の左辺における除算の剰余
そして、フレネル輪帯ＦＲにおけるフレネル面部ＦＲａは、式（Ａ）～（Ｃ）に基づいて、次式（Ｄ）を用いて表される。なお、図３１および、後述する図２、図８、図１４、図２０、図２６において、非球面の頂点を通る接平面（基準面）からアイポイント側へ進む方向の値にマイナス（－）の符号を付して、フレネル面部ＦＲａのサグ量Ｚf（配置基準非球面のサグ量Ｚdおよび形状基準非球面のサグ量Ｚr）を示している。
Figure 0006996631000005
 但し、Ｚf：フレネルレンズＬ１の中心軸からの距離ｙにおけるフレネル面部ＦＲａの（フレネルレンズＬ１の中心軸方向の）サグ量
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、次の条件式（１０）を満足してもよい。
ｋd≦－５．０ ・・・（１０）
条件式（１０）は、複数のフレネル輪帯ＦＲが配置される非球面（配置基準非球面）の式（Ａ）におけるコーニック定数を規定する条件式である。条件式（１０）を満足することで、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分で発生するフレアを低減させることが可能になる。
条件式（１０）の対応値が上限値を上回ると、フレネルレンズＬ１の中心軸に近い領域におけるフレネル輪帯ＦＲの不連続部（壁面部ＦＲｂ）の数が増えるため、好ましくない。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（１０）の上限値を好ましくは－１０．０としてもよい。フレアの低減が困難になるのを避けるため、条件式（１０）の下限値を好ましくは－３０．０以上としてもよい。
本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、次の条件式（１１）を満足してもよい。
ｋd＜ｋr ・・・（１１）
条件式（１１）は、配置基準非球面におけるコーニック定数と、形状基準非球面におけるコーニック定数との関係を規定する条件式である。条件式（１１）を満足することで、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分で発生するフレアを低減させることが可能になる。
なお、各フレネル輪帯ＦＲの頂部が配置基準非球面に沿って並んで配置される場合に限らず、各フレネル輪帯ＦＲの谷部が配置基準非球面に沿って並んで配置される場合であっても、式（Ａ）に基づいて配置基準非球面を表すことが可能である。フレネル輪帯ＦＲの壁面部ＦＲｂがフレネルレンズＬ１の中心軸に対して平行に延びる場合に限らず、フレネル輪帯ＦＲの壁面部ＦＲｂがフレネルレンズＬ１の中心軸に対して傾斜する場合であっても、式（Ａ）に基づいて、配置基準非球面を表すことが可能である。フレネル輪帯ＦＲにおける壁面部ＦＲｂの中心軸方向の長さＳｇは、一定の値としているが、フレネル輪帯ＦＲごとに異なる値であってもよい。また、フレネルレンズＬ１の外径は、直径３０ｍｍ～７５ｍｍであることが望ましい。
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３３に基づいて説明する。図３３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３３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。
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。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、非点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。
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。また、画像表示部１１は、ハウジング１２と一体的に設けられる構成に限られるものではない。例えば、ハウジングと別体に設けられて画像を表示可能な携帯端末等を、画像表示部としてハウジングに装着して用いる構成であってもよい。
以下、本実施形態の実施例に係る接眼光学系ＥＬを図面に基づいて説明する。図１、図７、図１３、図１９、および図２５は、第１～第５実施例に係る接眼光学系ＥＬ｛ＥＬ（１）～ＥＬ（５）｝のレンズ構成を示す図である。図２、図８、図１４、図２０、および図２６は第１～第５実施例に係る接眼光学系ＥＬ｛ＥＬ（１）～ＥＬ（５）｝のフレネルレンズＬ１の形状を示す拡大図である。
これら図１、図２、図７、図８、図１３、図１４、図１９、図２０、図２５および図２６において、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。
以下に表１～表５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、表５は第５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。
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、ωは視野角（単位は「°」）を、ＥＲはアイレリーフを、ＴＬは接眼光学系の全長（アイポイントから画像表示部（観察物体）までの距離）を、ＤＡはフレネルレンズの外径をそれぞれ示す。また、［諸元データ］において示す、ＰＡＣ１、ＰＡＥ１、ＰＡＥ２、およびＰＡＥ３は、上述の実施形態で説明したものと同じである。［諸元データ］において示す、ＰＭＸ１、ＰＭＮ１、ＰＭＸ２、ＰＭＮ２、ＰＭＸ３、およびＰＭＮ３は、上述の実施形態で説明したものと同じである。［諸元データ］において示す、ＱＣ１、ＱＥ１、およびＱＥ２は、上述の実施形態で説明したものと同じである。
［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、ｎｄはｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を、νｄはｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数をそれぞれ示す。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（フレネル輪帯ＦＲのフレネル面部）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＝1.0000の記載は省略している。
［非球面データ］において、該当するレンズ面が非球面形状のフレネル面である場合、配置基準非球面について前述した式（Ａ）の非球面係数および、形状基準非球面について前述した式（Ｂ）の非球面係数を示す。該当するレンズ面が一般的な非球面である場合、次式（Ｅ）を用いて表される非球面係数を示す。
Figure 0006996631000006
 但し、Ｚ：レンズの中心軸からの距離ｙにおける非球面の（レンズの中心軸方向の）サグ量
Ｒ：非球面における基準球面の曲率半径（近軸曲率半径）
ｋ：非球面のコーニック定数
Ｃ2i：（２×ｉ）次の非球面係数
また、［非球面データ］において、「E-n」は「×１０-n」を示す。例えば、「1.234E-05」は「１．２３４×１０-5」を示す。［フレネルデータ］において、「輪帯」はフレネルレンズの中心軸から数えたフレネル輪帯の順番を示す。「谷座標ｙ」は「輪帯」の示す順番（Ｎ）－（Ｎ＋１）に対応する第（Ｎ）フレネル輪帯と第（Ｎ＋１）フレネル輪帯との境界に形成される谷部のフレネルレンズの中心軸からの距離を示す。「谷座標ｚ」は第（Ｎ）フレネル輪帯と第（Ｎ＋１）フレネル輪帯との境界に形成される谷部の（フレネルレンズの中心軸方向の）サグ量を示す。「山座標ｙ」は第（Ｎ＋１）フレネル輪帯の頂部のフレネルレンズの中心軸からの距離を示す。「山座標ｚ」は第（Ｎ＋１）フレネル輪帯の頂部の（フレネルレンズの中心軸方向の）サグ量を示す。「ピッチ」は第（Ｎ）フレネル輪帯と第（Ｎ＋１）フレネル輪帯との間の径方向（ｙ方向）のピッチを示す。［条件式対応値］には、各条件式の対応値をそれぞれ示す。
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。
（第１実施例）
第１実施例について、図１～図６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、本実施形態の第１実施例に係る接眼光学系のレンズ構成を示す図である。第１実施例に係る接眼光学系ＥＬ（１）は、正の屈折力を有する両凸形状のフレネルレンズＬ１から構成される。
フレネルレンズＬ１におけるアイポイントＥＰ側のレンズ面に、非球面が形成される。フレネルレンズＬ１における画像表示部１１側（観察物体側）のレンズ面に、複数のフレネル輪帯ＦＲが形成される。図２に示すように、複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、フレネルレンズＬ１の最も中心軸側に位置する第１フレネル輪帯ＦＲ（１）は、フレネルレンズＬ１の中心軸と同軸の円盤状に形成される。第１フレネル輪帯ＦＲ（１）は、非球面形状のフレネル面部ＦＲａ（１）を有している。複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、フレネルレンズＬ１の中心軸側から数えて２番目以降のフレネル輪帯ＦＲは、フレネルレンズＬ１の中心軸と同軸の円環状に形成される。２番目以降のフレネル輪帯ＦＲは、非球面形状のフレネル面部ＦＲａと、段差壁状の壁面部ＦＲｂとを有している。各フレネル輪帯ＦＲの頂部が、前述の配置基準非球面に沿って並んで配置される。
以下の表１に、第１実施例に係る接眼光学系の諸元の値を掲げる。
（表１）
［諸元データ］
ｆ＝41.65
ω＝±55°
ＥＲ＝14.30
ＴＬ＝68.91
ＤＡ＝66.00
ＰＡＣ１＝2.02
ＰＡＥ１＝0.69
ＰＡＥ２＝0.96
ＰＡＥ３＝1.11
ＰＭＸ１＝9.60
ＰＭＮ１＝0.45
ＰＭＸ２＝9.60
ＰＭＮ２＝1.70
ＰＭＸ３＝2.34
ＰＭＮ３＝1.70
ＱＣ１＝2
ＱＥ１＝9
ＱＥ２＝5
［レンズデータ］
面番号 Ｒ Ｄ νｄ ｎｄ
1*a 86.8649804 15.40 57.07 1.4929
2*b -25.30952683 39.21
［非球面データ］
第１面
k=-2.29
C4=0.00E+00,C6=-2.62E-09,C8=4.41E-12,C10=-2.34E-15,C12=2.14E-19
C14=0.00E+00,C16=0.00E+00,C18=0.00E+00,C20=0.00E+00
第２面（配置基準非球面）
kd=-12.45
A4=0.00E+00,A6=0.00E+00,A8=0.00E+00,A10=0.00E+00,A12=0.00E+00
A14=0.00E+00,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
第２面（形状基準非球面）
kr=-1.48
B4=0.00E+00,B6=-8.98E-09,B8=1.22E-11,B10=-4.89E-15,B12=0.00E+00
B14=0.00E+00,B16=0.00E+00,B18=0.00E+00,B20=0.00E+00
［フレネルデータ］
輪帯 谷座標ｙ 谷座標ｚ 山座標ｙ 山座標ｚ ピッチ
1-2 9.6008 -1.7968 9.6508 -1.4153 9.60
2-3 11.9393 -2.3659 11.9987 -1.9932 2.34
3-4 13.6438 -2.8019 13.7094 -2.4363 1.70
4-5 15.0395 -3.1685 15.1095 -2.8090 1.40
5-6 16.2448 -3.4906 16.3183 -3.1364 1.21
6-7 17.3188 -3.7810 17.3950 -3.4317 1.07
7-8 18.2956 -4.0477 18.3740 -3.7028 0.98
8-9 19.1974 -4.2956 19.2776 -3.9547 0.90
9-10 20.0394 -4.5284 20.1210 -4.1912 0.84
10-11 20.8326 -4.7489 20.9153 -4.4150 0.79
11-12 21.5853 -4.9589 21.6690 -4.6280 0.75
12-13 22.3040 -5.1602 22.3884 -4.8320 0.72
13-14 22.9938 -5.3541 23.0788 -5.0283 0.69
14-15 23.6589 -5.5414 23.7443 -5.2179 0.67
15-16 24.3027 -5.7232 24.3883 -5.4016 0.64
16-17 24.9279 -5.9002 25.0137 -5.5803 0.63
17-18 25.5369 -6.0729 25.6227 -5.7545 0.61
18-19 26.1316 -6.2419 26.2174 -5.9248 0.59
19-20 26.7136 -6.4076 26.7993 -6.0915 0.58
20-21 27.2842 -6.5702 27.3696 -6.2551 0.57
21-22 27.8444 -6.7301 27.9294 -6.4158 0.56
22-23 28.3948 -6.8874 28.4793 -6.5737 0.55
23-24 28.9358 -7.0422 29.0198 -6.7291 0.54
24-25 29.4676 -7.1946 29.5510 -6.8819 0.53
25-26 29.9900 -7.3444 30.0726 -7.0321 0.52
26-27 30.5026 -7.4916 30.5844 -7.1796 0.51
27-28 31.0048 -7.6359 31.0856 -7.3243 0.50
28-29 31.4957 -7.7771 31.5754 -7.4659 0.49
29-30 31.9743 -7.9148 32.0528 -7.6041 0.48
30-31 32.4394 -8.0488 32.5166 -7.7387 0.47
31-32 32.8900 -8.1787 32.9658 -7.8692 0.45
［条件式対応値］
条件式（１） ＰＡＥ１／ＰＡＣ１＝0.34
条件式（２） ＰＡＥ２／ＰＡＣ１＝0.48
条件式（３） ＰＡＥ３／ＰＡＣ１＝0.45
条件式（４） ＰＡＣ１＝2.02
条件式（５） ＰＭＸ１／ＰＭＮ１＝21.31
条件式（６） ＰＭＸ２／ＰＭＮ２＝5.63
条件式（７） ＰＭＸ３／ＰＭＮ３＝1.37
条件式（８） ＱＥ１／ＱＣ１＝4.5
条件式（９） ＱＥ２／ＱＣ１＝2.5
条件式（１０） ｋd＝-12.45
条件式（１１） ｋr＝-1.48（＞ｋd）
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。
図６は、第１実施例に係る接眼光学系のフレアの比較図である。ここで、図６に示すフレアの測定方法について述べる。図６に示すフレアを測定する測定装置として、図３２（Ａ）に示すものを仮定し、光線追跡シミュレーションによりフレアを計算した。図３２（Ａ）に示す測定装置は、光源側から順に、点光源Ｐｍと、被験レンズである接眼光学系ＥＬ｛ＥＬ（１）～ＥＬ（５）｝と、絞りＳｍと、測定光学系Ｌｍと、受光器Ｄｍとが配置される。接眼光学系ＥＬにおけるアイポイントＥＰの位置に、絞りＳｍが配置される。絞りＳｍは、人間の眼の虹彩絞りに相当する。図３２（Ａ）に示すθは、人間の眼に入射する光線の角度を示す。
点光源Ｐｍからの光は、被験レンズである接眼光学系ＥＬを通り、絞りＳｍで制限され、測定光学系Ｌｍを通って受光器Ｄｍに到達する。そして、受光器Ｄｍで検出される光の検出信号に基づいて、点光源Ｐｍからの光およびフレアの信号値を算出することができる。信号値を算出する際、点光源Ｐｍからの光の信号値を示す範囲が明確になる程度に、点光源Ｐｍに大きさを持たせている。複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、フレネルレンズＬ１の中心軸側から数えて２番目以降のフレネル輪帯ＦＲの頂部は、実際には完全なエッジ形状ではなく、図３２（Ｂ）に示すように丸みを帯びている。そのため、信号値を算出する際、２番目以降のフレネル輪帯ＦＲの頂部の曲率半径Ｒｍを５０μｍとする近似を行っている。このような測定装置を利用して、光線追跡により算出した点光源Ｐｍからの光およびフレアの信号値（信号強度）を、図６のフレアの比較図に示す。
図６のフレアの比較図において、縦軸の光強度（信号強度）は、点光源Ｐｍから出射する出射光の光強度に対応する信号強度が１となるように規格化して、対数表示したものである。横軸の位置ｘは、受光器Ｄｍにおける受光面上の相対位置である。位置ｘが約５５～６５［ピクセル］の領域における相対的に高い信号強度が点光源Ｐｍからの光の信号強度を示し、それよりも外側の領域における相対的に低い信号強度がフレアの信号強度を示す。
なお、図３１の二点鎖線に示すような比較用フレネルレンズを被験レンズとして光線追跡シミュレーションにより算出した、点光源Ｐｍからの光およびフレアの信号値（信号強度）を比較データとして示す。比較用フレネルレンズは、複数のフレネル輪帯が球面に沿って同心円状に並んで配置されたフレネルレンズである。図３１からわかるように、比較用フレネルレンズにおけるフレネル輪帯の不連続部（壁面部）の数は、従来のフレネルレンズよりも少なく、各実施例に係るフレネルレンズＬ１よりも多い。そのため、各実施例に係る接眼光学系ＥＬ｛ＥＬ（１）～ＥＬ（５）｝を被験レンズとして算出されるフレアが、比較用フレネルレンズを被験レンズとして算出されるフレアよりも小さければ、フレネル輪帯の不連続部（壁面部）の数の相関から、従来のフレネルレンズと比較してフレアが低減されていると評価することが可能である。
なお、以下に示す各実施例の収差図およびフレアの比較図においても、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、各収差図およびフレアの比較図より、第１実施例では、諸収差が良好に補正され、従来のフレネルレンズと比較してフレアも低減され、優れた結像性能を有していることがわかる。
（第２実施例）
第２実施例について、図７～図１２および表２を用いて説明する。図７は、本実施形態の第２実施例に係る接眼光学系のレンズ構成を示す図である。第２実施例に係る接眼光学系ＥＬ（２）は、正の屈折力を有する両凸形状のフレネルレンズＬ１から構成される。
フレネルレンズＬ１におけるアイポイントＥＰ側のレンズ面に、非球面が形成される。フレネルレンズＬ１における画像表示部１１側（観察物体側）のレンズ面に、複数のフレネル輪帯ＦＲが形成される。図８に示すように、複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、フレネルレンズＬ１の最も中心軸側に位置する第１フレネル輪帯ＦＲ（１）は、フレネルレンズＬ１の中心軸と同軸の円盤状に形成される。第１フレネル輪帯ＦＲ（１）は、非球面形状のフレネル面部ＦＲａ（１）を有している。複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、フレネルレンズＬ１の中心軸側から数えて２番目以降のフレネル輪帯ＦＲは、フレネルレンズＬ１の中心軸と同軸の円環状に形成される。２番目以降のフレネル輪帯ＦＲは、非球面形状のフレネル面部ＦＲａと、段差壁状の壁面部ＦＲｂとを有している。各フレネル輪帯ＦＲの頂部が、前述の配置基準非球面に沿って並んで配置される。
以下の表２に、第２実施例に係る接眼光学系の諸元の値を掲げる。
（表２）
［諸元データ］
ｆ＝41.96
ω＝±55°
ＥＲ＝14.30
ＴＬ＝69.29
ＤＡ＝64.00
ＰＡＣ１＝2.03
ＰＡＥ１＝0.65
ＰＡＥ２＝1.00
ＰＡＥ３＝1.12
ＰＭＸ１＝10.20
ＰＭＮ１＝0.29
ＰＭＸ２＝10.20
ＰＭＮ２＝1.71
ＰＭＸ３＝2.34
ＰＭＮ３＝1.71
ＱＣ１＝2
ＱＥ１＝8
ＱＥ２＝5
［レンズデータ］
面番号 Ｒ Ｄ νｄ ｎｄ
1*a 94.1114448 15.40 56.46 1.5273
2*b -27.28884363 39.59
［非球面データ］
第１面
k=-2.02
C4=0.00E+00,C6=-4.33E-09,C8=8.40E-12,C10=-6.13E-15,C12=5.79E-19
C14=0.00E+00,C16=0.00E+00,C18=0.00E+00,C20=0.00E+00
第２面（配置基準非球面）
kd=-14.00
A4=0.00E+00,A6=0.00E+00,A8=0.00E+00,A10=0.00E+00,A12=0.00E+00
A14=0.00E+00,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
第２面（形状基準非球面）
kr=-1.67
B4=0.00E+00,B6=-1.37E-08,B8=2.32E-11,B10=-1.29E-14,B12=0.00E+00
B14=0.00E+00,B16=0.00E+00,B18=0.00E+00,B20=0.00E+00
［フレネルデータ］
輪帯 谷座標ｙ 谷座標ｚ 山座標ｙ 山座標ｚ ピッチ
1-2 10.1972 -1.8757 10.2499 -1.4949 10.20
2-3 12.5364 -2.4251 12.5984 -2.0529 2.34
3-4 14.2489 -2.8444 14.3169 -2.4791 1.71
4-5 15.6527 -3.1960 15.7251 -2.8367 1.40
5-6 16.8664 -3.5043 16.9421 -3.1503 1.21
6-7 17.9492 -3.7823 18.0275 -3.4330 1.08
7-8 18.9358 -4.0376 19.0162 -3.6926 0.99
8-9 19.8485 -4.2753 19.9306 -3.9341 0.91
9-10 20.7025 -4.4988 20.7859 -4.1610 0.85
10-11 21.5085 -4.7106 21.5930 -4.3760 0.81
11-12 22.2744 -4.9126 22.3597 -4.5809 0.77
12-13 23.0058 -5.1062 23.0916 -4.7770 0.73
13-14 23.7067 -5.2921 23.7930 -4.9654 0.70
14-15 24.3800 -5.4712 24.4665 -5.1468 0.67
15-16 25.0275 -5.6438 25.1140 -5.3215 0.65
16-17 25.6501 -5.8100 25.7365 -5.4899 0.62
17-18 26.2482 -5.9700 26.3343 -5.6520 0.60
18-19 26.8216 -6.1236 26.9072 -5.8078 0.57
19-20 27.3699 -6.2707 27.4548 -5.9572 0.55
20-21 27.8926 -6.4111 27.9767 -6.1000 0.52
21-22 28.3893 -6.5447 28.4725 -6.2362 0.50
22-23 28.8598 -6.6713 28.9419 -6.3656 0.47
23-24 29.3042 -6.7911 29.3852 -6.4883 0.44
24-25 29.7232 -6.9040 29.8028 -6.6043 0.42
25-26 30.1173 -7.0104 30.1956 -6.7139 0.39
26-27 30.4878 -7.1104 30.5647 -6.8173 0.37
27-28 30.8360 -7.2045 30.9114 -6.9148 0.35
28-29 31.1631 -7.2929 31.2370 -7.0068 0.33
29-30 31.4707 -7.3761 31.5431 -7.0935 0.31
30-31 31.7601 -7.4544 31.8311 -7.1754 0.29
［条件式対応値］
条件式（１） ＰＡＥ１／ＰＡＣ１＝0.32
条件式（２） ＰＡＥ２／ＰＡＣ１＝0.50
条件式（３） ＰＡＥ３／ＰＡＣ１＝0.55
条件式（４） ＰＡＣ１＝2.03
条件式（５） ＰＭＸ１／ＰＭＮ１＝35.23
条件式（６） ＰＭＸ２／ＰＭＮ２＝5.95
条件式（７） ＰＭＸ３／ＰＭＮ３＝1.37
条件式（８） ＱＥ１／ＱＣ１＝4.0
条件式（９） ＱＥ２／ＱＣ１＝2.5
条件式（１０） ｋd＝-14.00
条件式（１１） ｋr＝-1.67（＞ｋd）
図９は、第２実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。図１０は、第２実施例に係る接眼光学系の横収差図である。図１１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。図１２は、第２実施例に係る接眼光学系のフレアの比較図である。そして、各収差図およびフレアの比較図より、第２実施例では、諸収差が良好に補正され、従来のフレネルレンズと比較してフレアも低減され、優れた結像性能を有していることがわかる。
（第３実施例）
第３実施例について、図１３～図１８および表３を用いて説明する。図１３は、本実施形態の第３実施例に係る接眼光学系のレンズ構成を示す図である。第３実施例に係る接眼光学系ＥＬ（３）は、正の屈折力を有する両凸形状のフレネルレンズＬ１から構成される。
フレネルレンズＬ１におけるアイポイントＥＰ側のレンズ面に、非球面が形成される。フレネルレンズＬ１における画像表示部１１側（観察物体側）のレンズ面に、複数のフレネル輪帯ＦＲが形成される。図１４に示すように、複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、フレネルレンズＬ１の最も中心軸側に位置する第１フレネル輪帯ＦＲ（１）は、フレネルレンズＬ１の中心軸と同軸の円盤状に形成される。第１フレネル輪帯ＦＲ（１）は、非球面形状のフレネル面部ＦＲａ（１）を有している。複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、フレネルレンズＬ１の中心軸側から数えて２番目以降のフレネル輪帯ＦＲは、フレネルレンズＬ１の中心軸と同軸の円環状に形成される。２番目以降のフレネル輪帯ＦＲは、非球面形状のフレネル面部ＦＲａと、段差壁状の壁面部ＦＲｂとを有している。各フレネル輪帯ＦＲの頂部が、前述の配置基準非球面に沿って並んで配置される。
以下の表３に、第３実施例に係る接眼光学系の諸元の値を掲げる。
（表３）
［諸元データ］
ｆ＝41.82
ω＝±55°
ＥＲ＝14.30
ＴＬ＝66.83
ＤＡ＝64.00
ＰＡＣ１＝2.37
ＰＡＥ１＝0.70
ＰＡＥ２＝1.16
ＰＡＥ３＝1.26
ＰＭＸ１＝8.90
ＰＭＮ１＝0.28
ＰＭＸ２＝8.90
ＰＭＮ２＝1.97
ＰＭＸ３＝2.76
ＰＭＮ３＝1.97
ＱＣ１＝2
ＱＥ１＝7
ＱＥ２＝5
［レンズデータ］
面番号 Ｒ Ｄ νｄ ｎｄ
1*a 142.1977939 12.10 23.89 1.6417
2*b -31.98001155 40.43
［非球面データ］
第１面
k=18.64
C4=0.00E+00,C6=-4.59E-09,C8=2.76E-12,C10=3.29E-15,C12=-5.20E-18
C14=0.00E+00,C16=0.00E+00,C18=0.00E+00,C20=0.00E+00
第２面（配置基準非球面）
kd=-20.34
A4=0.00E+00,A6=0.00E+00,A8=0.00E+00,A10=0.00E+00,A12=0.00E+00
A14=0.00E+00,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
第２面（形状基準非球面）
kr=-1.72
B4=0.00E+00,B6=-9.08E-09,B8=1.46E-11,B10=-8.80E-15,B12=0.00E+00
B14=0.00E+00,B16=0.00E+00,B18=0.00E+00,B20=0.00E+00
［フレネルデータ］
輪帯 谷座標ｙ 谷座標ｚ 山座標ｙ 山座標ｚ ピッチ
1-2 8.8989 -1.2252 8.9463 -0.8382 8.90
2-3 11.6559 -1.6936 11.7150 -1.3148 2.76
3-4 13.6301 -2.0578 13.6968 -1.6857 1.97
4-5 15.2287 -2.3652 15.3008 -1.9990 1.60
5-6 16.5985 -2.6355 16.6748 -2.2746 1.37
6-7 17.8116 -2.8794 17.8911 -2.5232 1.21
7-8 18.9094 -3.1030 18.9914 -2.7512 1.10
8-9 19.9182 -3.3107 20.0021 -2.9628 1.01
9-10 20.8555 -3.5054 20.9410 -3.1610 0.94
10-11 21.7336 -3.6889 21.8202 -3.3479 0.88
11-12 22.5611 -3.8630 22.6485 -3.5250 0.83
12-13 23.3442 -4.0285 23.4321 -3.6934 0.78
13-14 24.0873 -4.1863 24.1755 -3.8539 0.74
14-15 24.7934 -4.3368 24.8817 -4.0071 0.71
15-16 25.4647 -4.4803 25.5528 -4.1532 0.67
16-17 26.1025 -4.6170 26.1902 -4.2926 0.64
17-18 26.7078 -4.7472 26.7950 -4.4254 0.61
18-19 27.2813 -4.8707 27.3678 -4.5516 0.57
19-20 27.8238 -4.9879 27.9094 -4.6716 0.54
20-21 28.3360 -5.0987 28.4206 -4.7853 0.51
21-22 28.8189 -5.2033 28.9023 -4.8929 0.48
22-23 29.2736 -5.3019 29.3557 -4.9947 0.45
23-24 29.7013 -5.3949 29.7821 -5.0909 0.43
24-25 30.1036 -5.4824 30.1830 -5.1816 0.40
25-26 30.4818 -5.5648 30.5598 -5.2674 0.38
26-27 30.8377 -5.6423 30.9142 -5.3483 0.36
27-28 31.1728 -5.7154 31.2478 -5.4248 0.34
28-29 31.4885 -5.7844 31.5621 -5.4971 0.32
29-30 31.7864 -5.8495 31.8586 -5.5656 0.30
［条件式対応値］
条件式（１） ＰＡＥ１／ＰＡＣ１＝0.30
条件式（２） ＰＡＥ２／ＰＡＣ１＝0.49
条件式（３） ＰＡＥ３／ＰＡＣ１＝0.53
条件式（４） ＰＡＣ１＝2.37
条件式（５） ＰＭＸ１／ＰＭＮ１＝31.61
条件式（６） ＰＭＸ２／ＰＭＮ２＝4.51
条件式（７） ＰＭＸ３／ＰＭＮ３＝1.40
条件式（８） ＱＥ１／ＱＣ１＝3.5
条件式（９） ＱＥ２／ＱＣ１＝2.5
条件式（１０） ｋd＝-20.34
条件式（１１） ｋr＝-1.72（＞ｋd）
図１５は、第３実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。図１６は、第３実施例に係る接眼光学系の横収差図である。図１７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。図１８は、第３実施例に係る接眼光学系のフレアの比較図である。そして、各収差図およびフレアの比較図より、第３実施例では、諸収差が良好に補正され、従来のフレネルレンズと比較してフレアも低減され、優れた結像性能を有していることがわかる。
（第４実施例）
第４実施例について、図１９～図２４および表４を用いて説明する。図１９は、本実施形態の第４実施例に係る接眼光学系のレンズ構成を示す図である。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両凸形状のフレネルレンズＬ１と、両側のレンズ面が非球面である非球面レンズＬ２とから構成される。
フレネルレンズＬ１におけるアイポイントＥＰ側のレンズ面に、非球面が形成される。フレネルレンズＬ１における画像表示部１１側（観察物体側）のレンズ面に、複数のフレネル輪帯ＦＲが形成される。図２０に示すように、複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、フレネルレンズＬ１の最も中心軸側に位置する第１フレネル輪帯ＦＲ（１）は、フレネルレンズＬ１の中心軸と同軸の円盤状に形成される。第１フレネル輪帯ＦＲ（１）は、非球面形状のフレネル面部ＦＲａ（１）を有している。複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、フレネルレンズＬ１の中心軸側から数えて２番目以降のフレネル輪帯ＦＲは、フレネルレンズＬ１の中心軸と同軸の円環状に形成される。２番目以降のフレネル輪帯ＦＲは、非球面形状のフレネル面部ＦＲａと、段差壁状の壁面部ＦＲｂとを有している。各フレネル輪帯ＦＲの頂部が、前述の配置基準非球面に沿って並んで配置される。
以下の表４に、第４実施例に係る接眼光学系の諸元の値を掲げる。
（表４）
［諸元データ］
ｆ＝35.80
ω＝±55°
ＥＲ＝14.30
ＴＬ＝63.80
ＤＡ＝62.00
ＰＡＣ１＝1.62
ＰＡＥ１＝0.59
ＰＡＥ２＝0.75
ＰＡＥ３＝0.83
ＰＭＸ１＝8.13
ＰＭＮ１＝0.49
ＰＭＸ２＝8.13
ＰＭＮ２＝1.15
ＰＭＸ３＝2.31
ＰＭＮ３＝1.15
ＱＣ１＝4
ＱＥ１＝10
ＱＥ２＝6
［レンズデータ］
面番号 Ｒ Ｄ νｄ ｎｄ
1*a 72.11677126 14.00 57.07 1.4929
2*b -22.23898 0.14
3*a 344.5294151 6.51 57.07 1.4929
4*a 407.0421741 28.85
［非球面データ］
第１面
k=-3.92
C4=0.00E+00,C6=-9.21E-09,C8=1.20E-11,C10=-2.09E-15,C12=-2.57E-18
C14=0.00E+00,C16=0.00E+00,C18=0.00E+00,C20=0.00E+00
第２面（配置基準非球面）
kd=-12.45
A4=0.00E+00,A6=0.00E+00,A8=0.00E+00,A10=0.00E+00,A12=0.00E+00
A14=0.00E+00,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
第２面（形状基準非球面）
kr=-1.58
B4=0.00E+00,B6=-1.77E-08,B8=2.29E-11,B10=-8.01E-15,B12=0.00E+00
B14=0.00E+00,B16=0.00E+00,B18=0.00E+00,B20=0.00E+00
第３面
k=100.00
C4=0.00E+00,C6=-1.11E-09,C8=3.55E-13,C10=5.83E-17,C12=0.00E+00
C14=0.00E+00,C16=0.00E+00,C18=0.00E+00,C20=0.00E+00
第４面
k=-100.00
C4=0.00E+00,C6=-2.18E-09,C8=-3.24E-12,C10=2.36E-15,C12=0.00E+00
C14=0.00E+00,C16=0.00E+00,C18=0.00E+00,C20=0.00E+00
［フレネルデータ］
輪帯 谷座標ｙ 谷座標ｚ 山座標ｙ 山座標ｚ ピッチ
1-2 8.1313 -1.4634 8.1704 -1.0773 8.13
2-3 10.4394 -1.9962 10.4883 -1.6184 2.31
3-4 12.0991 -2.4061 12.1547 -2.0353 1.66
4-5 13.4457 -2.7505 13.5064 -2.3860 1.35
5-6 14.5998 -3.0522 14.6646 -2.6934 1.15
6-7 15.6207 -3.3233 15.6889 -2.9697 1.02
7-8 16.5430 -3.5709 16.6139 -3.2223 0.92
8-9 17.3889 -3.8001 17.4621 -3.4561 0.85
9-10 18.1737 -4.0143 18.2488 -3.6746 0.78
10-11 18.9085 -4.2160 18.9853 -3.8804 0.73
11-12 19.6019 -4.4073 19.6801 -4.0754 0.69
12-13 20.2604 -4.5898 20.3398 -4.2614 0.66
13-14 20.8892 -4.7647 20.9697 -4.4395 0.63
14-15 21.4928 -4.9331 21.5742 -4.6110 0.60
15-16 22.0747 -5.0959 22.1568 -4.7766 0.58
16-17 22.6379 -5.2540 22.7207 -4.9371 0.56
17-18 23.1851 -5.4079 23.2685 -5.0933 0.55
18-19 23.7186 -5.5583 23.8025 -5.2457 0.53
19-20 24.2405 -5.7057 24.3249 -5.3950 0.52
20-21 24.7525 -5.8505 24.8373 -5.5414 0.51
21-22 25.2565 -5.9934 25.3416 -5.6856 0.50
22-23 25.7539 -6.1346 25.8393 -5.8279 0.50
23-24 26.2462 -6.2745 26.3318 -5.9688 0.49
24-25 26.7348 -6.4136 26.8207 -6.1086 0.49
25-26 27.2211 -6.5522 27.3071 -6.2476 0.49
26-27 27.7063 -6.6907 27.7925 -6.3863 0.49
27-28 28.1917 -6.8294 28.2780 -6.5250 0.49
28-29 28.6786 -6.9686 28.7650 -6.6641 0.49
29-30 29.1682 -7.1088 29.2545 -6.8038 0.49
30-31 29.6616 -7.2502 29.7478 -6.9446 0.49
31-32 30.1598 -7.3932 30.2459 -7.0866 0.50
32-33 30.6637 -7.5379 30.7497 -7.2303 0.50
［条件式対応値］
条件式（１） ＰＡＥ１／ＰＡＣ１＝0.37
条件式（２） ＰＡＥ２／ＰＡＣ１＝0.46
条件式（３） ＰＡＥ３／ＰＡＣ１＝0.52
条件式（４） ＰＡＣ１＝1.62
条件式（５） ＰＭＸ１／ＰＭＮ１＝16.76
条件式（６） ＰＭＸ２／ＰＭＮ２＝7.05
条件式（７） ＰＭＸ３／ＰＭＮ３＝2.00
条件式（８） ＱＥ１／ＱＣ１＝2.5
条件式（９） ＱＥ２／ＱＣ１＝1.5
条件式（１０） ｋd＝-12.45
条件式（１１） ｋr＝-1.58（＞ｋd）
図２１は、第４実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。図２２は、第４実施例に係る接眼光学系の横収差図である。図２３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。図２４は、第４実施例に係る接眼光学系のフレアの比較図である。そして、各収差図およびフレアの比較図より、第４実施例では、諸収差が良好に補正され、従来のフレネルレンズと比較してフレアも低減され、優れた結像性能を有していることがわかる。
（第５実施例）
第５実施例について、図２５～図３０および表５を用いて説明する。図２５は、本実施形態の第５実施例に係る接眼光学系のレンズ構成を示す図である。第５実施例に係る接眼光学系ＥＬ（５）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両凸形状の第１のフレネルレンズＬ１と、正の屈折力を有する両凸形状の第２のフレネルレンズＬ２とから構成される。
第１のフレネルレンズＬ１におけるアイポイントＥＰ側のレンズ面に、非球面が形成される。第１のフレネルレンズＬ１における画像表示部１１側（観察物体側）のレンズ面に、複数のフレネル輪帯ＦＲが形成される。図２６に示すように、複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、フレネルレンズＬ１の最も中心軸側に位置する第１フレネル輪帯ＦＲ（１）は、フレネルレンズＬ１の中心軸と同軸の円盤状に形成される。第１フレネル輪帯ＦＲ（１）は、非球面形状のフレネル面部ＦＲａ（１）を有している。複数のフレネル輪帯ＦＲのうち、フレネルレンズＬ１の中心軸側から数えて２番目以降のフレネル輪帯ＦＲは、フレネルレンズＬ１の中心軸と同軸の円環状に形成される。２番目以降のフレネル輪帯ＦＲは、非球面形状のフレネル面部ＦＲａと、段差壁状の壁面部ＦＲｂとを有している。各フレネル輪帯ＦＲの頂部が、前述の配置基準非球面に沿って並んで配置される。
第２のフレネルレンズＬ２におけるアイポイントＥＰ側のレンズ面に、非球面が形成される。第２のフレネルレンズＬ２における画像表示部１１側（観察物体側）のレンズ面に、複数のフレネル輪帯ＦＳが形成される。第２のフレネルレンズＬ２の各フレネル輪帯ＦＳは、第１のフレネルレンズＬ１の各フレネル輪帯ＦＲと同様の形状を有しているが、条件式（１）等の条件を満足していない。
以下の表５に、第５実施例に係る接眼光学系の諸元の値を掲げる。
（表５）
［諸元データ］
ｆ＝33.15
ω＝±55°
ＥＲ＝14.30
ＴＬ＝62.26
ＤＡ＝58.00
ＰＡＣ１＝1.76
ＰＡＥ１＝0.76
ＰＡＥ２＝0.89
ＰＡＥ３＝0.96
ＰＭＸ１＝8.59
ＰＭＮ１＝0.52
ＰＭＸ２＝8.59
ＰＭＮ２＝1.36
ＰＭＸ３＝2.28
ＰＭＮ３＝1.36
ＱＣ１＝3
ＱＥ１＝9
ＱＥ２＝6
［レンズデータ］
面番号 Ｒ Ｄ νｄ ｎｄ
1*a 133.7615567 12.12 57.07 1.4929
2*b -23.56616307 0.10
3*a 118.0305422 9.70 57.07 1.4929
4*b -180.0000000 26.05
［非球面データ］
第１面
k=-5.69
C4=0.00E+00,C6=-4.13E-09,C8=9.50E-12,C10=-6.03E-15,C12=-3.33E-19
C14=0.00E+00,C16=0.00E+00,C18=0.00E+00,C20=0.00E+00
第２面（配置基準非球面）
kd=-13.00
A4=0.00E+00,A6=0.00E+00,A8=0.00E+00,A10=0.00E+00,A12=0.00E+00
A14=0.00E+00,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
第２面（形状基準非球面）
kr=-1.25
B4=0.00E+00,B6=-7.41E-09,B8=2.01E-11,B10=-1.30E-14,B12=0.00E+00
B14=0.00E+00,B16=0.00E+00,B18=0.00E+00,B20=0.00E+00
第３面
k=0.72
C4=0.00E+00,C6=-5.61E-09,C8=9.74E-12,C10=-3.75E-15,C12=-1.97E-18
C14=0.00E+00,C16=0.00E+00,C18=0.00E+00,C20=0.00E+00
第４面（配置基準非球面）
kd=-10.00
A4=0.00E+00,A6=0.00E+00,A8=0.00E+00,A10=0.00E+00,A12=0.00E+00
A14=0.00E+00,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
第４面（形状基準非球面）
kr=-3.05
B4=0.00E+00,B6=-1.55E-08,B8=1.88E-11,B10=-8.57E-15,B12=0.00E+00
B14=0.00E+00,B16=0.00E+00,B18=0.00E+00,B20=0.00E+00
［フレネルデータ］
輪帯 谷座標ｙ 谷座標ｚ 山座標ｙ 山座標ｚ ピッチ
1-1 8.5915 -1.5557 8.6404 -1.1734 8.59
2-3 10.8706 -2.0833 10.9301 -1.7104 2.28
3-4 12.5259 -2.4898 12.5926 -2.1246 1.66
4-5 13.8843 -2.8338 13.9566 -2.4755 1.36
5-6 15.0634 -3.1384 15.1401 -2.7861 1.18
6-7 16.1209 -3.4154 16.2014 -3.0687 1.06
7-8 17.0906 -3.6721 17.1743 -3.3304 0.97
8-9 17.9938 -3.9132 18.0803 -3.5761 0.90
9-10 18.8454 -4.1421 18.9345 -3.8092 0.85
10-11 19.6561 -4.3613 19.7475 -4.0322 0.81
11-12 20.4340 -4.5725 20.5274 -4.2470 0.78
12-13 21.1852 -4.7774 21.2805 -4.4551 0.75
13-14 21.9145 -4.9771 22.0116 -4.6577 0.73
14-15 22.6255 -5.1723 22.7241 -4.8557 0.71
15-16 23.3208 -5.3638 23.4209 -5.0497 0.70
16-17 24.0021 -5.5519 24.1036 -5.2402 0.68
17-18 24.6703 -5.7368 24.7729 -5.4274 0.67
18-19 25.3250 -5.9184 25.4286 -5.6113 0.65
19-20 25.9650 -6.0963 26.0694 -5.7916 0.64
20-21 26.5882 -6.2697 26.6932 -5.9676 0.62
21-22 27.1916 -6.4380 27.2968 -6.1387 0.60
22-23 27.7718 -6.6000 27.8771 -6.3039 0.58
23-24 28.3256 -6.7548 28.4305 -6.4623 0.55
［条件式対応値］
条件式（１） ＰＡＥ１／ＰＡＣ１＝0.43
条件式（２） ＰＡＥ２／ＰＡＣ１＝0.51
条件式（３） ＰＡＥ３／ＰＡＣ１＝0.55
条件式（４） ＰＡＣ１＝1.76
条件式（５） ＰＭＸ１／ＰＭＮ１＝16.38
条件式（６） ＰＭＸ２／ＰＭＮ２＝6.32
条件式（７） ＰＭＸ３／ＰＭＮ３＝1.68
条件式（８） ＱＥ１／ＱＣ１＝3.0
条件式（９） ＱＥ２／ＱＣ１＝2.0
条件式（１０） ｋd＝-13.00
条件式（１１） ｋr＝-1.25（＞ｋd）
図２７は、第５実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。図２８は、第５実施例に係る接眼光学系の横収差図である。図２９は、第５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３０は、第５実施例に係る接眼光学系のフレアの比較図である。そして、各収差図およびフレアの比較図より、第５実施例では、諸収差が良好に補正され、従来のフレネルレンズと比較してフレアも低減され、優れた結像性能を有していることがわかる。
以上、各実施例によれば、フレネルレンズＬ１の中心軸近傍の部分で発生するフレアを低減させた接眼光学系を実現することができる。
各実施例において、複数のフレネル輪帯ＦＲにおける壁面部ＦＲｂに、黒色合成樹脂を用いた塗料からなる不図示の遮光部材が塗布されてもよい。黒色合成樹脂を用いた塗料として、例えば、硬化型アクリルウレタン塗料、フタル酸樹脂エナメル塗料等が挙げられる。
なお、以下の内容は、本実施形態の光学系の光学性能を損なわない範囲で適宜採用することが可能である。
本実施形態の接眼光学系の数値実施例として１枚および２枚構成のものを示したが、本願はこれに限られず、その他の構成（例えば、３枚等）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。
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。
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。
１ ヘッドマウントディスプレイ １１ 画像表示部（観察物体）
ＥＬ 接眼光学系
Ｌ１ フレネルレンズ ＦＲ フレネル輪帯
ＥＰ アイポイント

Claims (13)

  1. 観察物体側のレンズ面に形成された複数のフレネル輪帯を有するフレネルレンズを備え、
    前記複数のフレネル輪帯は、前記フレネルレンズの中心軸に対して回転対称な形状を有する非球面に沿って同心円状に並んで配置され、
    前記非球面が次式を用いて表され、
    Figure 0006996631000007
     但し、Ｚ d ：前記フレネルレンズの中心軸からの距離ｙにおける前記非球面のサグ量
    Ｒ d ：基準球面の曲率半径
    ｋ d ：コーニック定数
    Ａ 2i ：（２×ｉ）次の非球面係数
    以下の条件式を満足する接眼光学系。
    ０＜ＰＡＥ１／ＰＡＣ１≦０．５０
    ｋ d ≦－５．０
    但し、ＰＡＥ１：前記複数のフレネル輪帯のうち、前記フレネルレンズの中心軸から半径１５ｍｍ以上の部分に形成されたフレネル輪帯の径方向の平均ピッチ
    ＰＡＣ１：前記複数のフレネル輪帯のうち、前記フレネルレンズの最も中心軸側に位置する第１フレネル輪帯を除いた、前記フレネルレンズの中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に形成されたフレネル輪帯の径方向の平均ピッチ
  2. 以下の条件式を満足する請求項１に記載の接眼光学系。
    ０＜ＰＡＥ２／ＰＡＣ１≦０．５５
    但し、ＰＡＥ２：前記複数のフレネル輪帯のうち、前記フレネルレンズの中心軸から半径１５ｍｍ～２２．５ｍｍの部分に形成されたフレネル輪帯の径方向の平均ピッチ
  3. 以下の条件式を満足する請求項１または２に記載の接眼光学系。
    ０＜ＰＡＥ３／ＰＡＣ１≦０．６０
    但し、ＰＡＥ３：前記複数のフレネル輪帯のうち、前記フレネルレンズの中心軸から半
    径１５ｍｍ～２０ｍｍの部分に形成されたフレネル輪帯の径方向の平均ピッチ
  4. 以下の条件式を満足する請求項１～３のいずれか一項に記載の接眼光学系。
    ＰＡＣ１≧１．０［ｍｍ］
  5. 以下の条件式を満足する請求項１～４のいずれか一項に記載の接眼光学系。
    ＰＭＸ１／ＰＭＮ１≧１０．０
    但し、ＰＭＸ１：前記複数のフレネル輪帯の径方向の最大ピッチ
    ＰＭＮ１：前記複数のフレネル輪帯の径方向の最小ピッチ
  6. 以下の条件式を満足する請求項１～５のいずれか一項に記載の接眼光学系。
    １＜ＰＭＸ２／ＰＭＮ２≦７．５
    但し、ＰＭＸ２：前記複数のフレネル輪帯のうち、前記フレネルレンズの中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に形成されたフレネル輪帯の径方向の最大ピッチ
    ＰＭＮ２：前記複数のフレネル輪帯のうち、前記フレネルレンズの中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に形成されたフレネル輪帯の径方向の最小ピッチ
  7. 以下の条件式を満足する請求項１～６のいずれか一項に記載の接眼光学系。
    １＜ＰＭＸ３／ＰＭＮ３≦２．５
    但し、ＰＭＸ３：前記複数のフレネル輪帯のうち、前記第１フレネル輪帯を除いた、前記フレネルレンズの中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に形成されたフレネル輪帯の径方向の最大ピッチ
    ＰＭＮ３：前記複数のフレネル輪帯のうち、前記第１フレネル輪帯を除いた、前記フレネルレンズの中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に形成されたフレネル輪帯の径方向の最小ピッチ
  8. 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。
    ＱＥ１／ＱＣ１≧２．０
    但し、ＱＥ１：前記複数のフレネル輪帯のうち、前記フレネルレンズの中心軸から半径１５ｍｍ～２２．５ｍｍの部分に形成されたフレネル輪帯の数
    ＱＣ１：前記複数のフレネル輪帯のうち、前記第１フレネル輪帯を除いた、前記フレネルレンズの中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に形成されたフレネル輪帯の数
  9. 以下の条件式を満足する請求項１～８のいずれか一項に記載の接眼光学系。
    ＱＥ２／ＱＣ１≧１．０
    但し、ＱＥ２：前記複数のフレネル輪帯のうち、前記フレネルレンズの中心軸から半径１５ｍｍ～２０ｍｍの部分に形成されたフレネル輪帯の数
    ＱＣ１：前記複数のフレネル輪帯のうち、前記第１フレネル輪帯を除いた、前記フレネルレンズの中心軸から半径１５ｍｍ以下の部分に形成されたフレネル輪帯の数
  10. 前記複数のフレネル輪帯が配置される前記非球面を配置基準非球面とすると、前記基準球面の曲率半径を前記配置基準非球面における基準球面の曲率半径とし、前記コーニック定数を前記配置基準非球面のコーニック定数として、前記配置基準非球面が前記式を用いて表され、
    前記複数のフレネル輪帯は、非球面の形状を有するフレネル面部を有し、前記フレネル面部における前記非球面を形状基準非球面とすると、前記形状基準非球面が次式を用いて表され、
    Figure 0006996631000008
     但し、Ｚ r ：前記フレネルレンズの中心軸からの距離ｙにおける前記形状基準非球面の
    サグ量
    Ｒ r ：前記形状基準非球面における基準球面の曲率半径
    ｋ r ：前記形状基準非球面のコーニック定数
    Ｂ 2i ：（２×ｉ）次の非球面係数
    以下の条件式を満足する請求項１～９のいずれか一項に記載の接眼光学系。
    ｋ d ＜ｋ r
  11. 前記複数のフレネル輪帯における壁面部に遮光部材が設けられる請求項１～１０のいずれか一項に記載の接眼光学系。
  12. 前記フレネルレンズの外径が４５ｍｍ～７０ｍｍである請求項１～１１のいずれか一項に記載の接眼光学系。
  13. 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１～１２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。
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