JPH10206790A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 臨場感ある虚像を、ユーザがリラックスした
状態で観賞することができるようにする。 【解決手段】 例えば、椅子またはソファなどであるユ
ーザ保持機構９の上部には、ユーザの頭部を覆うような
半球状のシステム保持機構８が設けられており、その内
部には、ディスプレイ装置７が固定されている。ディス
プレイ装置７では、ディスプレイパネル１４に表示され
た映像が、レンズ１３によって拡大されることにより虚
像が形成され、ユーザの左眼と右眼とで観察される虚像
が、空間上同一の位置に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示装置に関し、
特に、例えば、臨場感ある虚像を、ユーザがリラックス
した状態で観賞することができるようにする表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ユーザに臨場感を感じさせる
大きな映像を提供することができる表示装置として、例
えば、ビデオプロジェクタや、ＨＭＤ（Head Mount Dis
play）などがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ビデオ
プロジェクタは、図１４５に示すように、映像を光学的
に拡大し、スクリーンに表示するものであるため、映像
を観賞するのに、ビデオプロジェクタだけでなく、スク
リーンも必要となる。また、この場合、スクリーンに大
きな映像を表示させるには、ビデオプロジェクタとスク
リーンとの間に、ある程度の距離が必要であるため、部
屋が狭いと、大きな映像を表示することは困難であっ
た。

【０００４】一方、最近、液晶ディスプレイなどが表示
する映像を、レンズなどの光学系で拡大して虚像を形成
し、この虚像をユーザに提供するＨＭＤやＨＵＤ（Head
UpDisplay）が実用化されている。

【０００５】ここで、虚像は、物体が、焦点距離よりレ
ンズに近い位置にある場合に、その物体側にできるもの
で、その形成原理については、例えば、「レンズの科学
入門（上）」、小倉敏布、朝日ソノラマ社や、「光
学」、村田和美、サイエンス社などに、その詳細が記載
されている。

【０００６】例えば、ＨＭＤは、図１４６に示すよう
に、映像を拡大して虚像を形成するレンズと、そのレン
ズの焦点距離より近い位置に配置されたディスプレイパ
ネル（例えば、液晶ディスプレイなど）を含んで構成さ
れる。ユーザは、ＨＭＤを頭部に装着し、ディスプレイ
パネルに表示された映像をレンズを介して見ることで、
その虚像を観賞することができる。即ち、ユーザは、ビ
デオプロジェクタの場合のように広いスペースがなくて
も、大きな虚像を観賞することができる。

【０００７】ここで、図１４７に示すように、人間の眼
幅（左眼と右眼との距離）は、５６乃至７５ｍｍ程度で
あり、従って、ＨＭＤのレンズとしては、そのような範
囲をカバーできれば良い小型のものを使用することがで
きる。また、眼球の回転中心からレンズ表面までの距離
は、眼鏡をかけた人で平均約３５ｍｍ程度あれば充分で
あることが知られており、従って、ＨＭＤは、ユーザの
頭部に装着されたときに、レンズがユーザの近くに位置
するように構成することができる。

【０００８】以上から、ＨＭＤは小型に構成することが
でき、さらに、それを用いて虚像を観賞するために、大
きなスペースを必要としない。

【０００９】なお、眼球の回転中心からレンズ表面まで
の距離が、平均約３５ｍｍ程度あれば充分であることに
ついては、例えば、「めがね光学」、共立出版、１０１
頁などに記載されている（但し、この文献においては、
眼鏡レンズの厚さを８ｍｍとしている）。

【００１０】しかしながら、ＨＭＤは頭部に装着して使
用するため、ユーザに、その装着感や重量を感じさせる
課題があった。

【００１１】そこで、ＨＭＤを頭部に装着せずに使用す
る方法があるが、ＨＭＤは頭部に装着して使用すること
を前提とすることから、軽量化などのために、一般に、
レンズ径などは必要最小限の大きさにされている。従っ
て、ＨＭＤを頭部に装着せずに使用した場合、図１４８
に示すように、眼球が、必ずしもレンズの正面（光軸上
付近）に位置しなくなり、虚像の一部が欠けて見えなく
なることが多くなる。

【００１２】さらに、ＨＭＤは、通常、頭部に装着した
ときに、レンズの光軸上に瞳が位置するように設計さ
れ、また、レンズの形状も、図１４９（Ａ）に示すよう
に、レンズの光軸上に瞳が位置するときに、収差が最小
となるように設計される。従って、ＨＭＤを頭部に装着
せずに使用し、図１４９（Ｂ）に示すように、瞳が、レ
ンズの光軸上に位置しない状態では、収差が大きくな
り、その結果、鮮明な映像（虚像）を見ることが困難と
なる。

【００１３】一方、ＨＵＤは、例えば、図１５０に示す
ように、ユーザからある程度離れた位置に設置されるた
め、ＨＭＤのように、ユーザが装着感や重量を感じるこ
とはない。

【００１４】ここで、図１５０のＨＵＤでは、ディスプ
レイパネルに表示された映像が、レンズを介して拡大さ
れ、その拡大画像が、ハーフミラーで反射され、その反
射光をユーザが見ることで、虚像が形成されるようにな
されている。また、ハーフミラーは、外部の光を透過す
るようになされており、従って、ユーザは、ハーフミラ
ーを透過する、外部からの光としての周囲の景色（状
況）も、虚像とともに見ることができる。

【００１５】ＨＵＤは、映像の観賞のためのものではな
く、例えば、自動車の運転や、航空機の操縦などの何ら
かの作業をしながら、必要な情報を見る目的のものであ
ることから、上述したように、周囲の状況を見ることが
できるようになされており、これにより、作業に集中し
ながら、その作業に支障をきたさないように、虚像によ
る情報の確認を行うことができるようになされている。

【００１６】しかしながら、ＨＵＤによって形成される
虚像の視野角は、周囲の状況を明確に確認することがで
きるように、例えば、図１５０に示すように狭いものと
されている。

【００１７】従って、ＨＵＤによって映像の観賞をした
場合、その映像は非常に見にくく、また、迫力の欠けた
ものとなる。

【００１８】さらに、ＨＵＤでは、ユーザからの虚像の
位置は、例えば、自動車用のものでは数１０ｍ先程度、
航空機用のものでは無限遠などに固定されているため、
ユーザが所望する位置に、虚像を形成することが困難で
ある。

【００１９】また、自動車の運転や航空機の操縦中は、
ほとんど頭部を動かさないことから、ＨＵＤでは、虚像
が、所定の定位置からのみ見えるように形成されるよう
になされている。このため、ユーザが、ある程度頭部を
動かしながらリラックスして虚像を見ることは困難であ
った。

【００２０】さらに、ＨＵＤは、自動車の運転や航空機
の操縦などの作業の邪魔にならないように、ユーザか
ら、ある程度離れた位置（例えば、自動車や航空機の計
器盤の上部など）に設置されることを前提とする。即
ち、人間が何らかの作業をするには、少なくとも肘が入
るスペースが必要であり、ＨＵＤは、そのようなスペー
スが確保することができるように設置される。従って、
ＨＵＤとユーザとの間には、少なくとも肘が入るスペー
スが必要であった。

【００２１】ここで、例えば、「人体を測る」、小原次
郎、内田謙、上野義雪、内田一利、日本出版サービス社
には、成人男性の前方前腕長（上腕を自然に下垂し、手
掌を内側に向けて前腕を水平前方に屈曲したときの肘顎
後縁から指先点までの距離）が４５．１ｃｍである旨が
記載されており、これによれば、ＨＵＤとユーザとの間
には、それより広いスペースが必要となる。

【００２２】なお、虚像は、上述のＨＭＤやＨＵＤの
他、例えば、図１５１に示すように、ビデオカメラのビ
ューファインダなどによっても観察することが可能であ
るが、この場合、ビデオカメラを手などで持つ必要があ
り、ユーザに煩わしさを感じさせることになる。また、
ビデオカメラを三脚などで固定したとしても、ビューフ
ァインダでは、虚像を片眼でしか見ることができないた
め、臨場感のある映像を得ることは困難である。

【００２３】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、臨場感ある虚像を、ユーザがリラックス
した状態で観賞することができるようにするものであ
る。

【００２４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の表示装
置は、映像提供装置が、映像を表示する表示手段と、表
示手段に表示された映像を拡大することにより虚像を形
成し、ユーザの左眼と右眼とで観察される虚像を、空間
上同一の位置に配置する拡大光学系とを有し、映像提供
装置を、ユーザ以外の所定の物に固定する固定手段をさ
らに備えることを特徴とする。

【００２５】請求項４２に記載の表示装置は、映像を表
示する表示手段に表示された映像を拡大することにより
虚像を形成する拡大光学系を構成する複数のレンズのう
ち、表示手段に最も近い位置に配置されたレンズは、そ
れ以外のレンズに比較して、屈折力が大きく、表示手段
から最も遠い位置に配置されたレンズは、それ以外のレ
ンズに比較して、屈折力が小さいことを特徴とする。

【００２６】請求項１に記載の表示装置においては、固
定手段が、映像提供装置を、ユーザ以外の所定の物に固
定するようになされている。

【００２７】請求項４２に記載の表示装置においては、
拡大光学系を構成する複数のレンズのうち、表示手段に
最も近い位置に配置されたレンズが、それ以外のレンズ
に比較して、屈折力が大きく、表示手段から最も遠い位
置に配置されたレンズが、それ以外のレンズに比較し
て、屈折力が小さくされている。

【００２８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明を適用した虚像提
供システム（システムとは、複数の装置が論理的に集合
した物をいい、各構成の装置が同一筐体中にあるか否か
は問わない）の第１の実施の形態の構成を示している。
この虚像提供システムにおいては、臨場感ある虚像を、
ユーザがリラックスした状態で観賞することができるよ
うになされている。

【００２９】即ち、ユーザ保持機構９は、ユーザを座っ
た状態に保持する、例えば、椅子やソファなどで、ユー
ザは、そこに腰掛けることでリラックスした状態に保持
されるようになされている。

【００３０】ユーザ保持機構９の背もたれ部分と腰掛け
部分との接続部には、背もたれ角度調整機構２７が設け
られており、これは、角度調整機構コントローラ１１に
よって制御されるようになされている。角度調整機構コ
ントローラ１１は、リモコン（リモートコントローラ）
２６の操作にしたがって動作するようになされており、
従って、ユーザがリモコン２６を操作すると、角度調整
機構コントローラ１１は、その操作にしたがって、背も
たれ角度調整機構２７を制御し、これにより、背もたれ
角度調整機構２７は、ユーザ保持機構９の背もたれ部分
の角度を変化させる。

【００３１】以上のように、ユーザはリモコンを操作す
ることにより、ユーザ保持機構９の背もたれ部分の角度
を、自身の所望する角度にすることができ、これによ
り、ユーザは、自身が最もリラックスする姿勢をとるこ
とができるようになされている。

【００３２】また、ユーザ保持機構９の、例えば背もた
れ部分には、低周波振動機構２８が設けられており、こ
の低周波振動機構２８は、後述するローパスフィルタ２
９を介して供給される音響信号に対応して振動するよう
になされている。これにより、ユーザは、音響信号を体
感することができるようになされている。

【００３３】さらに、ユーザ保持機構９の背もたれの上
部には、ユーザがそこに座ったときに、そのユーザの頭
部を覆うように構成された、例えば、半球状のシステム
保持機構８（固定手段）が固定されている。そして、シ
ステム保持機構８の内部には、ディスプレイ装置７およ
びスピーカ２５が設けられている。

【００３４】即ち、ディスプレイ装置７（映像提供装
置）は、ユーザがユーザ保持機構９に保持された状態に
おいて、そのユーザのほぼ前方（正面）に位置するよう
に、システム保持機構８の内部に固定されている。な
お、ユーザ保持機構９は、ユーザの頭部とディスプレイ
装置７との間隔が、例えば４５ｃｍ以内になるように、
ユーザを保持するようになされている。

【００３５】ディスプレイ装置７は、映像音声生成装置
１０から供給される映像を表示する、例えば液晶ディス
プレイなどで構成される小型のディスプレイパネル１４
（表示手段）と、そのディスプレイパネル１４に表示さ
れた映像を拡大することにより虚像を形成し、ユーザの
左眼と右眼とで観察される虚像を、空間上同一の位置に
配置する拡大光学系としてのレンズ１３を有しており、
これにより、ユーザに対して、映像音声生成装置１０か
ら供給される映像を拡大した虚像を提供するようになさ
れている。

【００３６】スピーカ２５は、ユーザがユーザ保持機構
９に保持された状態において、例えば、そのユーザのほ
ぼ上部あるいは右および左側（例えば、耳の近く）など
に位置するように、システム保持機構８の内部に固定さ
れており、映像音声生成装置１０から供給される音響信
号（音声信号）を放音するようになされている。なお、
その音量は、リモコン２６によって制御することができ
るようになされている。

【００３７】システム保持機構８は、例えば、ＥＣＤ
（Electrochromic Display）などの光の透過率が可変な
素子（以下、適宜、透過率可変素子という）などで構成
されており、あるいは、また、透明な部材に、液晶シャ
ッタなどを組み込んで構成されており、この透過率可変
素子や液晶シャッタなどを制御する透過率制御機構１６
を有している。透過率制御機構１６は、リモコン２６の
操作に対応して、透過率可変素子や液晶シャッタなどを
制御し、システム保持機構８に対して、外部から入射す
る光の量を変化させるようになされている。従って、ユ
ーザは、リモコン２６を操作することにより、システム
保持機構８の透過率を変化させ、これにより、外部の景
色（状況）を見たり、あるいは、外部の景色が目に入ら
ないようにすることなどができるようになされている。

【００３８】映像音声生成装置１０は、ディスプレイ装
置７に表示する映像と、スピーカ２５から出力する音響
信号を出力するようになされている。即ち、この実施の
形態においては、映像音声生成装置１０は、ＶＴＲ（ビ
デオテープレコーダ）１７、ＴＶ（Television）チュー
ナ１８、およびコンピュータ１９を有しており、ＶＴＲ
１７では、ビデオテープに記録された映像信号および音
響信号が再生され、ＴＶチューナ１８では、所定のテレ
ビジョン放送の映像信号および音響信号が受信され、コ
ンピュータ１９では、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Rea
d Only Memory）などの記録媒体から映像信号および音
響信号が再生され、あるいは、インターネットなどの通
信網から映像信号および音響信号が受信される。

【００３９】ＶＴＲ１７、ＴＶチューナ１８、およびコ
ンピュータ１９で得られた映像信号および音響信号は、
セレクタ２１に供給されるようになされており、セレク
タ２１は、リモコン２６の操作に対応して、ＶＴＲ１
７、ＴＶチューナ１８、またはコンピュータ１９のうち
のいずれかの出力を選択して出力するようになされてい
る。セレクタ２１で選択された映像信号はディスプレイ
装置７に供給され、また、音響信号は、アンプ２４で増
幅されて、スピーカ２５およびローパスフィルタ２９に
供給される。ローパスフィルタ２９は、音響信号の低周
波数成分を取り出し、低周波振動機構２８に供給するよ
うになされている。

【００４０】以上のように構成される虚像提供システム
においては、例えば、ユーザがユーザ保持機構９に保持
された状態で、リモコン２６を操作し、ＶＴＲ１７、Ｔ
Ｖチューナ１８、またはコンピュータ１９のうちのいず
れかの出力を指定すると、セレクタ２１において、その
出力（映像信号および音響信号）が選択される。

【００４１】セレクタ２１で選択された映像信号は、デ
ィスプレイ装置７に供給され、そのディスプレイパネル
１４に表示される。ディスプレイパネル１４に表示され
た映像は、レンズ１３により拡大され、これにより形成
される虚像が、ユーザ保持機構９に保持されたユーザに
提供される。以上のようにして、ユーザは、遠方に虚像
を観察することができ、その結果、実際の空間と同等
の、あるいは、それ以上に広い空間（虚像空間）を体感
することができる。

【００４２】また、ユーザは、ユーザ保持機構９に保持
された状態で、かつ、ディスプレイ装置７を頭部に装着
したり、あるいは持つことなく、即ち、非常にリラック
スした状態で、疲労感をほとんど感じることなく、虚像
を観賞することができる。

【００４３】なお、このとき、ユーザは、上述したよう
に、リモコン２６を操作することで、透過率制御機構１
６を介して、その頭部を覆っているシステム保持機構８
の透過率を変化させることができる。例えば、透過率を
低くした場合、外部からの光のほとんどが遮断されるた
め、ユーザは、虚像空間に没頭することができる。一
方、透過率を高くした場合、ユーザは、周囲の状況を確
認しながら、虚像を観賞することができる。また、例え
ば、透過率を徐々に下げていった場合、現実の世界から
虚像空間に没入していく感覚を享受することができる。

【００４４】一方、セレクタ２１で選択された音響信号
は、アンプ２４で増幅され、スピーカ２５に供給されて
出力される。さらに、アンプ２４で増幅された音響信号
は、ローパスフィルタ２９において、その低周波数成分
だけが取り出され、低周波信号機構２８に供給される。
これにより、低周波振動機構２８は、スピーカ２５から
出力される音響信号の低周波数成分に対応して振動し、
ユーザは、音響信号を体感することができる。即ち、こ
の場合、迫力ある視聴環境をユーザに提供することがで
きる。なお、振動レベルは、リモコン２６により制御す
ることができるようになされている。

【００４５】ここで、ディスプレイ装置７においては、
水平視野角が１５度以上の映像（虚像）が形成されるよ
うになされており、これにより、臨場感ある虚像（広い
虚像空間）が提供されるようになされている。

【００４６】さらに、映像のちらつきを防止する観点か
ら、ディスプレイ装置７に供給される映像信号は、ノン
インターレースの信号（プログレッシブな映像）（例え
ば、コンピュータ用の信号や、いわゆるクリアビジョン
の信号など）とされている。

【００４７】即ち、例えば、ＮＴＳＣ（National Telev
ision System Committee）方式に準拠したテレビジョン
信号などは、インターレース走査されるため、そのイン
ターレースによるちらつきを感じる。一方、ノンインタ
ーレースの信号であれば、そのようなちらつきを感じる
ことはない（なお、ＮＴＳＣ方式に準拠したテレビジョ
ン信号を、横と縦との比が４：３のテレビジョン受像機
に表示した場合などは、視力が１．０の者がちらつきを
感じることなく映像を見るには、表示画面の高さの７倍
程度離れることが必要であるといわれているが、この場
合、水平視野角は１０度程度になり、臨場感のある映像
を見ることは困難である。一方、横と縦との比が１６：
９の、いわゆる横長のテレビジョン受像機などでは、１
５度程度の水平視野角を確保することが可能であり、臨
場感のある映像を得ることができる）。

【００４８】なお、ディスプレイパネル１４を、ビーム
を走査することにより映像を表示する、例えばＣＲＴ
（Cathode Ray Tube）などで構成した場合は、上述のと
おりであるが、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）液晶デ
ィスプレイなどように、画素値を保持するメモリを有す
るもので構成した場合には、インターレースの信号であ
っても良い。即ち、この場合、メモリに画素値が保持さ
れることにより、映像のちらつきは見え難くなるため、
映像信号は、インターレースの信号およびノンインター
レースの信号のいずれであってもかまわない。

【００４９】以上のように、図１の虚像提供システムに
よれば、ユーザは、臨場感ある虚像を、非常にリラック
スした状態で観賞することができる。

【００５０】なお、ユーザ保持機構９、システム保持機
構８、およびディスプレイ装置７は、いわば一体的に構
成されており、また、システム保持機構８によって固定
されたディスプレイ装置７は、上述したように、ユーザ
保持機構９に保持されたユーザから４５ｃｍ以下の非常
に近い位置に設けられていることから、システム全体を
設置するために、それほど広いスペースは必要としな
い。即ち、広いスペースを占有せずに、ユーザに、広い
虚像空間を提供することが可能となる。

【００５１】さらに、ディスプレイ装置７をユーザから
離れた位置に設置する場合、ディスプレイ装置７自体が
ユーザの目につき、虚像の臨場感が損なわれる。この臨
場感が損なわれるのを防止するために、レンズ１３とし
て大型のものを用い、ディスプレイ装置７全体を大型に
する方法があるが、これでは、システム全体が高コスト
化、大規模化する。一方、ディスプレイ装置７をユーザ
に近い位置に設置する場合、上述のように、虚像の臨場
感が損なわれたり、また、システムが高コスト化、大規
模化することを防止することができる。

【００５２】次に、図２は、図１のディスプレイ装置７
の光学系の構成例（第１の構成例）を示している。な
お、図２は、ディスプレイ装置７を、ユーザ保持機構９
に保持されたユーザの頭上から見た場合の構成例を示し
ている。

【００５３】図２の実施の形態では、ディスプレイ装置
７は、映像を拡大することにより虚像を形成するための
拡大光学系として、光軸の異なる左眼用の光学系である
（を構成する）レンズ１３Ｌと右眼用の光学系であるレ
ンズ１３Ｒとを有している。

【００５４】即ち、レンズ１３Ｒまたは１３Ｌは、右眼
または左眼に対して、ディスプレイパネル１４Ｒまたは
１４Ｌに表示された映像を拡大することにより得られる
虚像ＲまたはＬをそれぞれ提供するための同一特性の、
例えば凸レンズで、これらは同一平面上に配置されてい
る。即ち、レンズ１３Ｒおよび１３Ｌは、その主平面ど
うしが一致するように配置されている。

【００５５】ここで、図２において、Ｏ１またはＯ２
は、レンズ１３Ｒまたは１３Ｌの主点をそれぞれ表して
おり、Ｆ１またはＦ２は、レンズ１３Ｒまたは１３Ｌの
焦点をそれぞれ表している。また、Ｏは、主点Ｏ１とＯ
２との間の中点を表している。

【００５６】ディスプレイパネル１４Ｒまたは１４Ｌ
は、その中心点（例えば、ディスプレイパネル１４Ｒ，
１４Ｌが長方形状をしている場合において、その長方形
の対角線の交点など）が、中点Ｏと焦点Ｆ１またはＦ２
それぞれとを結ぶ直線ＯＦ１またはＯＦ２上にそれぞれ
位置し、かつ両者が同一平面上に位置するように配置さ
れている。

【００５７】以上のように構成されるディスプレイ装置
７によれば、ディスプレイパネル１４Ｒまたは１４Ｌに
表示された映像が、レンズ１３Ｒまたは１３Ｌで拡大さ
れ、この拡大された映像に対応する光が右眼または左眼
にそれぞれ入射することにより、その映像に対応する虚
像が、右眼または左眼で観察される。即ち、レンズ１３
Ｒまたは１３Ｌによって形成される虚像ＲまたはＬが、
右眼または左眼それぞれで観察される。

【００５８】図２の構成によれば、右眼または左眼で観
察される虚像は、別々の光学系であるレンズ１３Ｒまた
は１３Ｌでそれぞれ形成されるが、これらの虚像は、３
次元空間において、同一の位置に配置される。即ち、ユ
ーザの左眼と右眼とで観察される虚像は、空間上同一の
位置に配置される。

【００５９】これは、次のような理由による。即ち、例
えば、いま、主点Ｏ２からＯ１の方向をｄ軸とするとと
もに、レンズ１３Ｌの光軸方向（主点Ｏ２から焦点Ｆ２
の方向）をｓ軸とする。そして、ディスプレイパネル１
４Ｌの中心点をＭ１とし、そのｓｄ平面における座標を
（ｓ１，ｄ１）とするとともに、レンズ１３Ｌが形成す
る虚像Ｌの中心点をＭ１’とし、そのｓｄ平面における
座標を（ｓ１’，ｄ１’）とする。さらに、焦点Ｆ１と
Ｆ２との間の中点をＯ’とする。

【００６０】この場合、上述したように、ディスプレイ
パネル１４Ｒまたは１４Ｌは同一平面内にあり、かつそ
の中心点が、直線ＯＦ１またはＯＦ２上にあるから、デ
ィスプレイパネル１４Ｒおよび１４Ｌは、レンズ１３Ｒ
および１３Ｌの主平面（これも、上述したように同一平
面内にある）から等距離にある。従って、虚像Ｒおよび
Ｌも同一平面内にあるから、この虚像ＲおよびＬの中心
点が、いずれも、中点ＯとＯ’とを結ぶ直線ＯＯ’上に
あれば、虚像ＲおよびＬは同一位置にあることになる。

【００６１】そこで、いま、ディスプレイパネル１４Ｌ
の中心点Ｍ１（ｓ１，ｄ１）は、直線ＯＦ２上にあるこ
とから、次式が成立する。

【００６２】 ｄ１＝Ｌ／２−Ｌ×ｓ１／（２×ｆ） ・・・（１） 但し、Ｌは、主点Ｏ１とＯ２との距離を表し、ｆは、レ
ンズ１３Ｌの焦点距離を表す。

【００６３】一方、結像公式により、次式が成立する。

【００６４】 １／ｆ＝１／ｓ１−１／ｓ１’ ・・・（２）

【００６５】また、主点Ｏ２、中心点Ｍ１，Ｍ１’は、
一直線上にあることから、次式が成立する。

【００６６】 ｓ１／ｓ１’＝ｄ１／ｄ１’ ・・・（３）

【００６７】式（１）乃至（３）から、式 ｄ１’＝Ｌ／２ ・・・（４） が得られる。

【００６８】式（４）より、虚像Ｌの中心点Ｍ１’は、
直線ＯＯ’上にある。

【００６９】レンズ１３Ｌが構成する光学系と、レンズ
１３Ｒが構成する光学系とは、直線ＯＯ’に対して対称
であり、従って、虚像Ｒの中心点も、直線ＯＯ’上にあ
る。

【００７０】以上のように、虚像ＲおよびＬは、同一平
面内にあり、かつ、それらの中心点が、いずれも直線Ｏ
Ｏ’上にあるので、虚像ＲおよびＬは同一位置にあるこ
とになる。

【００７１】従って、ユーザは、両眼の輻輳と調整を一
致させた状態で、即ち、リラックスした状態で、虚像を
観察することができる。

【００７２】なお、ディスプレイパネル１４Ｒまたは１
４Ｌそれぞれは、その中心点が、直線ＯＦ１またはＯＦ
２上を、同一平面内に含まれるように同期して移動する
ようになされており、これにより、虚像ＲおよびＬが形
成される位置も移動するようになされている。ディスプ
レイパネル１４Ｒおよび１４Ｌの移動は、例えば、図示
せぬステッピングモータなどにより、リモコン２６を操
作することで行われるようになされている。また、ディ
スプレイパネル１４Ｒまたは１４Ｌそれぞれは、焦点Ｆ
１またはＦ２よりも、レンズ１３Ｒ側または１３Ｌ側の
範囲を移動するようになされている。これは、前述した
ように、物体の虚像を観察するためには、その物体が、
焦点距離よりレンズに近い位置にある必要があるからで
ある。

【００７３】ところで、レンズ１３Ｒおよび１３Ｌは、
例えば、その外形が矩形状などに加工され、図３（Ａ）
に示すように、直方体形状のレンズホルダに格納されて
いる。同図（Ａ）において、レンズ１３Ｒが格納されて
いる右側のレンズホルダと、レンズ１３Ｌが格納されて
いる左側のレンズホルダとの境界部分の厚みδは、少な
くとも、人間の瞳直径（一般には、３乃至８ｍｍ程度、
あるいは２乃至７ｍｍ程度といわれている）以下とされ
ており、これにより、その境界部分が、ユーザに認識さ
れないようになされている。即ち、境界部分の厚みδ
を、瞳直径以下とすると、その境界部分が網膜上に結像
されず、ぼけた状態となり、その結果、境界部分を、ユ
ーザに認識され難くすることができる。

【００７４】なお、レンズ１３Ｒおよび１３Ｌを、図３
（Ａ）に示したように、レンズホルダに格納するのでは
なく、例えば、透明な接着剤で接着することによって、
その境界の厚みを極力薄くすることも可能である。

【００７５】また、レンズ１３Ｒおよび１３Ｌの境界の
厚みを薄くすることで、図３（Ｂ）に示すように、レン
ズ見込み角を、虚像の視野角（虚像視野角）に対して、
充分大きくすることができる。

【００７６】次に、レンズ１３Ｒおよび１３Ｌは、少な
くとも、ユーザ保持機構９に保持されているユーザの頭
部（眼球）が容易に移動可能な範囲であれば、どこから
でも虚像全体を観察することができるように構成されて
いる。

【００７７】即ち、虚像の水平視野角をαとする場合、
レンズ１３Ｒおよび１３Ｌの水平方向の長さＬ１は、図
４（Ａ）の上面図に示すように、レンズ１３Ｒと１３Ｌ
との境界を通る光軸に平行な直線上の点であって、そこ
からレンズ１３Ｒまたは１３Ｌの右端または左端それぞ
れとを結んだ直線が形成する角度がαとなる点Ｐ１か
ら、レンズ１３Ｒまたは１３Ｌの右端または左端それぞ
れとを結んだ直線で囲まれる範囲から、三角形ＧＨＰ１
を除いた範囲（同図（Ａ）において斜線を付してある部
分）（以下、適宜、水平方向眼球位置許容範囲という）
が、少なくとも、ユーザの移動により眼球が移動する範
囲を含むようにされている。

【００７８】ここで、三角形ＧＨＰ１の辺ＧＨは、レン
ズ１３の主平面と平行な線分であって、その長さが、例
えば、ユーザの左眼と右眼との瞳どうしの平均的な距離
に等しいものとされている。

【００７９】一方に、垂直視野角をβとする場合、レン
ズ１３Ｒおよび１３Ｌの垂直方向の長さＬ２は、図４
（Ｂ）の側面図（左側面図）に示すように、レンズ１３
Ｌ（または１３Ｒ）の光軸上の点であって、そこからレ
ンズ１３Ｌの上端または下端それぞれとを結んだ直線が
形成する角度がβとなる点Ｐ２から、レンズ１３Ｌの上
端または下端それぞれとを結んだ直線で囲まれる範囲
（同図（Ｂ）において斜線を付してある部分）（以下、
適宜、垂直方向眼球位置許容範囲という）が、少なくと
も、ユーザの移動により眼球が移動する範囲を含むよう
にされている。

【００８０】ユーザの眼球が、水平方向眼球位置許容範
囲および垂直方向眼球位置許容範囲の両方に共通の範囲
にある限りは、ユーザがユーザ保持機構９に保持されて
いる状態で頭部を動かしても、虚像全体を観察すること
ができる。これにより、例えば、ユーザが、無意識に頭
部を動かしても、そのことによって、虚像の一部が欠け
たり、また、その全体が見えなくなったりすることはな
い。

【００８１】なお、図４（Ａ）において、ユーザが頭部
を動かすことにより、その右眼または左眼によって観察
される虚像が、レンズ１３Ｒまたは１３Ｌではなく、他
方のレンズ１３Ｌまたは１３Ｒによって形成されるもの
となっても、ユーザは、虚像全体を観賞することができ
る。

【００８２】また、原理的には、レンズ１３Ｒおよび１
３Ｌの水平方向の長さＬ１と垂直方向の長さＬ２とを長
くすればするほど、斜線を付した範囲は大きくなるが、
即ち、ユーザが頭部を動かしたときに虚像全体を観賞す
ることのできる範囲は広くなるが、これでは、システム
が大型化する。従って、Ｌ１およびＬ２は、システムの
規模と、虚像全体を観賞するのに必要な範囲とのバラン
スをとって決めるのが望ましい（例えば、１００ｍｍ程
度など）。

【００８３】さらに、レンズ１３Ｒおよび１３Ｌは、そ
の光軸に対して対称な形状になっている必要はない。即
ち、レンズ１３Ｒおよび１３Ｌは、その右半分と、左半
分とを非対称な形状にすることなどが可能である。

【００８４】ところで、図４に斜線を付した範囲（以
下、適宜、全体可視範囲という）内に、ユーザの右眼お
よび左眼が位置していれば、上述したように、虚像全体
を観賞することができるが、その位置によって収差が大
きく変動したのでは、収差が小さいところでは、鮮明な
虚像が得られるが、収差が大きなところでは、ぼやけた
虚像が得られることになる。

【００８５】そこで、ディスプレイ装置７では、レンズ
１３（１３Ｒおよび１３Ｌ）を、図５に示すように、複
数のレンズで構成することにより、全体可視範囲におけ
る収差およびその変動量を小さくするようになされてい
る。

【００８６】即ち、図５において、ディスプレイパネル
１４に最も近い位置に配置されたレンズは、屈折力が、
他のレンズに比較して大きなものとされており、また、
ディスプレイパネル１４から最も遠い位置に配置された
レンズ、即ち、図５においては、ユーザに最も近い位置
に配置されたレンズは、それ以外のレンズに比較して、
屈折力が小さいものとされている。

【００８７】レンズ１３を複数のレンズで構成すると、
その複数のレンズそれぞれで光が屈折させることができ
るため、１枚あたりの負荷が軽減される。その結果、レ
ンズ１３全体の収差を小さくすることができる。さら
に、ディスプレイパネル１４側に屈折力の大きいレンズ
を配置することで、ユーザ側には、屈折力の小さいレン
ズを配置することができる。この場合、ユーザ側、つま
り眼球側のレンズのパワー（屈折力）が小さいため、瞳
がレンズ１３の光軸上に位置しなくても、光線の軌跡は
それほど変化しない。

【００８８】即ち、図５（Ａ）は、瞳が光軸上に位置し
ている場合の左側面図（または上面図）を、同図（Ｂ）
は、瞳が光軸上に位置していない場合の左側面図をそれ
ぞれ示しているが、両者の光線の軌跡（光路）は、それ
ほど変化せず、虚像面上で光線がほぼ収束しており、瞳
位置がずれても、収差の少ない虚像を観察することがで
きる。

【００８９】なお、レンズ１３を、図５に示したよう
に、複数のレンズで構成する場合において、その中に、
負のパワーを有し、波長の分散が、他のレンズに比較し
て大きいものを含めると、色収差の補正をすることがで
きる。

【００９０】ここで、図５においては、４枚のレンズ
で、レンズ１３が構成されているが、この４枚のレンズ
のパラメータは、例えば、次のような値とすることがで
きる。

【００９１】即ち、いま、４枚のレンズを、ディスプレ
イパネル１４側から、１、２、３、４枚目のレンズとい
うとすると、ディスプレイパネルの表示面、１枚目のレ
ンズのディスプレイパネル１４側の面、その瞳側の面、
２枚目のレンズのディスプレイパネル１４側の面、その
瞳側の面、３枚目のレンズのディスプレイパネル１４側
の面、その瞳側の面、４枚目のレンズのディスプレイパ
ネル１４側の面、またはその瞳側の面の曲率半径（ｍ
ｍ）は、例えば、それぞれ、∞，−２７３．２３５５，
−４３．００９０，１５６．９５３２，−１５８．９３
１８，７１．８０８３，１２１．５６８９，６５．９０
５５、または６１．６６２０とされている。

【００９２】また、ディスプレイパネル１４の表示面か
ら１枚目のレンズのディスプレイパネル１４側の面まで
の距離（光軸上の距離）、１枚目のレンズのディスプレ
イパネル１４側の面からその瞳側の面までの距離、１枚
目のレンズの瞳側の面から２枚目のレンズのディスプレ
イパネル１４側までの距離、２枚目のレンズのディスプ
レイパネル１４側の面からその瞳側の面までの距離、２
枚目のレンズの瞳側の面から３枚目のレンズのディスプ
レイパネル１４側までの距離、３枚目のレンズのディス
プレイパネル１４側の面からその瞳側の面までの距離、
３枚目のレンズの瞳側の面から４枚目のレンズのディス
プレイパネル１４側までの距離、４枚目のレンズのディ
スプレイパネル１４側の面からその瞳側の面までの距
離、または４枚目のレンズの瞳側の面から瞳までの距離
は、例えば、それぞれ２７．０，１８．７６２６，０，
１１．７９０４，０，６．２３７１，０，２．４３４
０、または５０とされている。

【００９３】次に、ディスプレイパネル１４（１４Ｒお
よび１４Ｌ）は、例えば、画素単位で発光する発光素子
によって映像を表示する自発光型デバイスや、光の透過
を制御することによって映像を表示する透過光制御型デ
バイス、光の反射を制御することによって映像を表示す
る反射光制御型デバイスなどで構成することができる。

【００９４】図６は、自発光型デバイスの構成例を示し
ている。

【００９５】自発光型デバイスは、画素に相当する、多
数の発光素子で構成される発光部と、各発光素子の発光
を制御する制御部で構成される。自発光型デバイスは、
構成が単純で、軽量であり、また、自発光であるため、
視野角依存性が小さい。その結果、これによりディスプ
レイパネル１４を構成した場合には、システムの軽量化
を図ることができる。さらに、斜め方向から映像を見た
場合であっても、鮮明な映像を観察することができる。
なお、自発光型デバイスとしては、例えば、ＣＲＴなど
がある。

【００９６】図７は、透過光制御型デバイスの構成例を
示している。

【００９７】透過光制御型デバイスは、光を発するバッ
クライトと、そのバックライトからの光の透過を画素単
位で制御する透過光制御部から構成される。透過光制御
型デバイスによれば、バックライトが発する光の量を調
整することで、容易に必要な明るさを得ることができ
る。これに対して、上述の自発光型デバイスでは、１つ
１つの発光素子の光量を調整する必要がある。さら、自
発光型デバイスは、そのデバイス自身に依存する、発光
量の限界があるが、透過光制御型デバイスでは、バック
ライトは、いわば単なる照明であるため、種々の発光量
のものが存在し、従って、バックライトを換えるだけ
で、所望する明るさの映像を表示することができる。

【００９８】また、透過光制御型デバイスは、ディスプ
レイパネル１４を、比較的平板形状に構成する場合に適
している。

【００９９】なお、透過光制御型デバイスとしては、例
えば、液晶ディスプレイなどがある。

【０１００】図８は、反射光制御型デバイスを用いた場
合のディスプレイパネル１４の構成例を示している。

【０１０１】この場合、光源から光が発せられ、この光
は、ハーフミラーで反射されて、反射型デバイスに入射
する。反射型デバイスは、画素に相当する多数の素子が
平面状に配置されて構成されており、各素子の反射率
が、映像信号に対応して制御されるようになされてい
る。従って、反射型デバイスに入射した光は、映像信号
に対応した反射率で、各素子において反射される。この
反射光としての映像は、ハーフミラーを透過し、レンズ
１３を介して、ユーザの眼球に入射する。これにより、
ユーザの眼球において、虚像が観察される。

【０１０２】従って、反射光制御型デバイスでは、光学
的には、反射型デバイスにおいて映像が表示されている
のと等価な効果が得られる。

【０１０３】なお、上述した透過光制御型デバイス（図
７）では、基本的に、透過光制御部の各画素の境目に、
その透過率を制御する制御機構を設ける必要があり、こ
の機構に起因して、その透過率が幾分低下する。従っ
て、画素数を多くした場合、制御機構の面積比が大きく
なり、全体の透過率が低下するため、所定の光量を得よ
うとするときには、画素数の増加に伴い、バックライト
の光量も増加させる必要がある。これに対して、反射光
制御型デバイス（図８）では、反射型デバイスの反射率
を制御する制御機構は、その反射面とは反対側の面に設
けることができるため、画素数を、容易に増加させるこ
とができる。

【０１０４】次に、図２に示したように、ディスプレイ
装置７を、ディスプレイパネル１４Ｒおよび１４Ｌが、
ユーザの正面に位置するように構成したのでは、システ
ム保持機構８（図１）が光を透過しても、ディスプレイ
パネル１４Ｒおよび１４Ｌによって視野を遮られるた
め、その遮られた視野の範囲に相当する外部の状況（景
色）は確認することができない。

【０１０５】そこで、ユーザの視野を遮らないようにす
るために、ディスプレイ装置７は、例えば、図９に示す
ように構成することが可能である。

【０１０６】即ち、図９は、ディスプレイ装置７の第２
の構成例を示している。

【０１０７】この場合、レンズ１３およびディスプレイ
１４は、ユーザの正面に配置されるのではなく、その視
野を遮らないように、上部（ユーザの頭上方向）に配置
されている。そして、ディスプレイパネル１４に表示さ
れた映像は、レンズ１３において拡大され、その拡大さ
れた映像としての光は、ハーフミラーに入射する。ハー
フミラーでは、レンズ１３からの光が反射され、その反
射光は、ユーザの眼球に入射する。これにより、ユーザ
の眼球において、虚像が観察される。

【０１０８】図９の実施の形態では、ハーフミラーの、
ユーザと対向する側と反対側には、液晶シャッタが設け
られており、外部からの光は、この液晶シャッタを介し
て、ハーフミラーに入射し、さらに、ハーフミラーを透
過して、ユーザの眼球に入射するようになされている。
これにより、ユーザは、自身の正面の状況（景色）を、
虚像に重ねて観察（確認）することができる。

【０１０９】なお、液晶シャッタは、リモコン２６（図
１）の操作に対応して、そこを透過する光量を変化させ
る。これにより、ユーザが、明るさのバランスのとれた
虚像と、外部の景色とを観察することができるようにな
されている。

【０１１０】この場合、虚像に重ねて、外部の状況を確
認することができるので、ユーザは、リラックスした状
態で（外部が見えないことによる不安を感じることな
く）、虚像を観賞することができる。

【０１１１】次に、以上においては、ディスプレイパネ
ル１４に表示された映像を拡大することにより虚像を形
成し、ユーザの左眼と右眼とで観察される虚像を、空間
上同一の位置に配置する拡大光学系を、凸レンズである
レンズ１３を用いて構成するようにしたが、この拡大光
学系は、凸レンズの他、例えば、凹面鏡などを用いて構
成することも可能である。

【０１１２】図１０は、ディスプレイ装置７の拡大光学
系として、凹面鏡３１（３１Ｌおよび３１Ｒ）を用いた
場合の構成例（第３の構成例）を示している。なお、図
１０（Ａ）は、ディスプレイ装置７を、ユーザ側（使用
時にユーザと対向する面側）から見た正面図を、同図
（Ｂ）は、その側面（例えば、使用時にユーザと対向す
る面側から見て、左側の側面）の断面図を、それぞれ示
している。

【０１１３】この実施の形態においては、使用時にユー
ザと対向するように、ハーフミラーが配置されており、
さらに、その後側に凹面鏡３１（３１Ｌおよび３１Ｒ）
が配置されている。また、ハーフミラーの上部（従っ
て、ユーザの頭上方向）に、ディスプレイパネル１４
（１４Ｌおよび１４Ｒ）が配置されている。

【０１１４】以上のように構成されるディスプレイ装置
７では、ディスプレイパネル１４に表示された映像は、
ハーフミラーで反射され、凹面鏡３１に入射する。凹面
鏡３１では、ハーフミラーからの映像が反射されること
により拡大され、この拡大された映像は、ハーフミラー
を透過して、ユーザの眼球に入射する。これにより、ユ
ーザの眼球において、虚像が観察（知覚）される。な
お、ユーザの右眼と左眼とで観察される虚像は、図２に
おける場合と同様に、空間上同一位置に配置されるよう
になされている。

【０１１５】ここで、ハーフミラーにより、凹面鏡３１
Ｒの主点または焦点と等価な点（ハーフミラー反射等価
位置）が、ハーフミラーと垂直な面内にある、凹面鏡３
１Ｒの光軸と垂直な直線上に形成されるが、この主点ま
たは焦点と等価な点を、それぞれＰ_FRまたはＰ_ORと表
す。同様に、凹面鏡３１Ｌについても、ハーフミラーに
より形成される、その主点または焦点と等価な点を、そ
れぞれＰ_FLまたはＰ_OLと表す。また、主点と等価な点Ｐ
_ORとＰ_OLとの間の中点をＰと表す。

【０１１６】この場合、ディスプレイパネル１４Ｒまた
は１４Ｌそれぞれは、その中心点が、点Ｐ_FRとＰとを結
ぶ直線上または点Ｐ_FLとＰとを結ぶ直線上に位置するよ
うに、かつ同一平面内に含まれるように同期して移動
し、これにより、虚像が形成される位置が移動する。デ
ィスプレイパネル１４Ｒおよび１４Ｌの移動は、例え
ば、図示せぬステッピングモータなどにより、リモコン
２６を操作することで行われるようになされている。ま
た、ディスプレイパネル１４Ｒまたは１４Ｌそれぞれ
は、焦点と等価な点Ｐ_FRまたはＰ_FLよりも、ハーフミラ
ー側の範囲を移動するようになされており、これによ
り、ユーザが虚像を観察することができるようになされ
ている。

【０１１７】以上のように、拡大光学系を凹面鏡で構成
する場合においては、凹面鏡は、レンズに比べて、比較
的容易に薄くすることができるので、システムの軽量化
を図ることが可能となる。

【０１１８】なお、凹面鏡３１をハーフミラーで形成
し、さらに、図１０（Ｂ）に示すように、その凹面鏡３
１の背面に、光の透過を変化させることのできる液晶シ
ャッタなどを設けた場合、外部からの光を、液晶シャッ
タ、凹面鏡３１、およびハーフミラーを介して、ユーザ
の眼球に入射させることが可能となり、さらに、この場
合、眼球に入射する光量は、液晶シャッタを制御するこ
とによって調整することができる。従って、この場合、
ユーザは、図９における場合と同様に、自身の正面の状
況を、虚像に重ねて観察することができ、さらに、明る
さのバランスのとれた虚像と、外部の景色とを観察する
ことが可能となる。

【０１１９】次に、以上においては、光軸の異なる左眼
用の光学系（レンズ１３Ｌや凹面鏡３１Ｌ）と右眼用の
光学系（レンズ１３Ｒや凹面鏡１３Ｒ）とで、拡大光学
系を構成するようにしたが、拡大光学系は、光軸が１つ
の光学系だけで構成することも可能である。

【０１２０】即ち、図１１は、拡大光学系を１つの凸レ
ンズで構成した場合のディスプレイ装置７の構成例（第
４の構成例）を示す上面図である。

【０１２１】この場合、レンズ１３は、例えば図２に示
したレンズ１３Ｒ（または１３Ｌ）よりも径が大きいも
のとされており、その光軸上であって、その焦点距離よ
りも近い位置に、１つのディスプレイパネル１４（の中
心）が配置されている。

【０１２２】以上のように構成されるディスプレイ装置
７では、ディスプレイパネル１４に表示された映像が、
レンズ１３により拡大され、この拡大画像が、ユーザの
眼球に入射する。これにより、ユーザの眼球において、
虚像が観察（知覚）される。

【０１２３】次に、図１２は、拡大光学系を１つの凹面
鏡で構成した場合のディスプレイ装置７の構成例（第５
の構成例）を示している。なお、図１２（Ａ）は、その
上面の断面図を、同図（Ｂ）は、その側面の断面図を、
それぞれ示している。

【０１２４】この場合、凹面鏡３１は、例えば図１０に
示した凹面鏡３１Ｒ（または３１Ｌ）よりも径が大きい
ものとされており、その反射面側には、ハーフミラーが
配置されている。ハーフミラーの上部には、ディスプレ
イパネル１４が配置されており、その配置位置は、図１
０で説明した場合と同様に、ハーフミラーにより形成さ
れる凹面鏡３１の焦点と等価な点よりも、ハーフミラー
側とされている。

【０１２５】以上のように構成されるディスプレイ装置
７においては、ディスプレイ１４に表示された映像がハ
ーフミラーで９０度反射され、凹面鏡３１に入射する。
凹面鏡３１では、ハーフミラーからの映像が反射される
ことにより拡大され、この拡大された映像は、ハーフミ
ラーを透過して、ユーザの眼球に入射する。これによ
り、ユーザの眼球において、虚像が観察される。

【０１２６】図１１および図１２に示したように、拡大
光学系を、光軸が１つの光学系だけで構成する場合にお
いては、１つの虚像を、左眼および右眼で観察すること
となるため、両眼の輻輳およびその調節が完全に一致
し、その結果、ほとんど疲労感を感じることなく、虚像
を観賞することができる（なお、光軸の異なる左眼用の
光学系（レンズ１３Ｌや凹面鏡３１Ｌ）と右眼用の光学
系（レンズ１３Ｒや凹面鏡１３Ｒ）とで、拡大光学系を
構成した場合においても、本実施の形態では、図２で説
明したように、ユーザの左眼と右眼とで観察される虚像
は、空間上同一の位置に配置されるため、ほとんど疲労
感を感じることなく、虚像を観賞することができる）。

【０１２７】また、図１１または図１２の実施の形態に
おけるレンズ１３または凹面鏡３１は、その径が大きい
ものとされており、これにより、ユーザが多少頭部を動
かしても、虚像が欠けることなく、その全体を観察する
ことができるようになされている。

【０１２８】但し、拡大光学系を、光軸が１つの光学系
だけで構成する場合に比較して、光軸が２つの光学系、
即ち、左眼用および右眼用の光学系で構成する方が、レ
ンズや凹面鏡の１枚あたりの大きさや収差は小さいもの
とすることができる。

【０１２９】次に、図１３は、ディスプレイ装置７のさ
らに他の構成例（第６の構成例）を示す左側面の断面図
である。この実施の形態においては、ディスプレイ装置
７は、レンズ１３とディスプレイパネル１４との間に、
拡大光学系を構成する光学部品として、シリンドリカル
レンズ４１（湾曲手段）が新たに設けられている他は、
図２における場合と同様に構成されている。

【０１３０】図１３の実施の形態において、シリンドリ
カルレンズ４１は、レンズ１３と対向する面が円柱形状
に窪んでおり、これにより、その中心部分は薄く、その
上部および下部は厚いものとされている。この場合、デ
ィスプレイパネル１４の中心付近（ここでは、垂直方向
の中心付近）からレンズ１３の主平面までの光学的な距
離に比較して、その周辺（ここでは、ディスプレイパネ
ル１４の上部および下部）から主平面までの光学的な距
離が短くなる。

【０１３１】即ち、図１４に示すように、空気中におけ
る光学的な距離がＬである点ＡとＢとの間に、屈折率が
ｎ、厚さがｄの物体が置かれると、一般に、その物体を
介した点ＡとＢとの間の光学的な距離（空気換算した距
離）は、Ｌ−ｄ×（ｎ−１）／ｎとなり、一般に、物体
を介さない場合（Ｌ）に比較して短くなる。

【０１３２】従って、この場合、レンズ１３により形成
される虚像が配置される面は、図１３に示すように、そ
の中心付近より、上部および下部がユーザ側に近い、上
下方向（垂直方向）が湾曲したものとなる。

【０１３３】この場合、ユーザに、虚像に囲まれたよう
な感覚を感じさせることができ、その結果、より臨場感
ある虚像を提供することが可能となる。

【０１３４】なお、図１３の実施の形態では、上部と下
部が湾曲した虚像が得られるが、シリンドリカルレンズ
４１を、図１３における場合から、９０度回転して配置
することにより、その右側と左側が湾曲した虚像（水平
方向が湾曲した虚像）を得ることが可能となる。

【０１３５】また、レンズ４１として、円柱形状に窪ん
だもの（シリンドリカルレンズ）ではなく、例えば、球
状に窪んだもの（平凹レンズ）を用いることにより、上
下左右から取り囲まれたような虚像を提供することが可
能となる。さらに、レンズ４１として用いるレンズの形
状を所望の形状とすることで、その所望の形状に湾曲し
た虚像を得ることができる。

【０１３６】ここで、図１３の実施の形態においては、
凸レンズ（レンズ１３）により映像を拡大するようにし
たが、映像の拡大には、凹面鏡を用いることも可能であ
る。

【０１３７】次に、例えば、図２などにおいては、拡大
光学系として、左眼用のレンズ１３Ｌと右眼用のレンズ
１３Ｒとを設けるとともに、２つのディスプレイパネル
１４Ｌおよび１４Ｒを設け、ディスプレイパネル１４Ｌ
の映像をレンズ１３Ｒによって、また、ディスプレイパ
ネル１４Ｒの映像をレンズ１３Ｒによって、それぞれ拡
大するようにしたが、映像を表示するディスプレイパネ
ルを１つとし、このディスプレイパネルが表示する映像
を、左眼用の光学系と右眼用の光学系とに、別々に入射
させることによって、ユーザに虚像を提供するようにす
ることも可能である。

【０１３８】図１５は、そのようなディスプレイ装置７
の構成例（第７の構成例）を示す上面図である。

【０１３９】ディスプレイパネル１４は、使用時にユー
ザの右眼と左眼が配置される位置の中心線上に配置され
ており、このディスプレイパネル１４が表示する映像
は、ハーフミラー５１に入射する。ハーフミラー５１
（入射手段）は、ディスプレイパネル１４の映像の一部
を透過するとともに、残りを９０度曲げて反射すること
で、ディスプレイパネル１４が表示する映像を、左眼用
の光学系と右眼用の光学系とに、別々に入射させる。

【０１４０】即ち、ハーフミラー５１を透過した映像
は、ミラー５２に入射し、そこで９０度反射され、ミラ
ー５３に入射する。ミラー５３では、ミラー５２からの
映像が９０度反射され、レンズ１３Ｒに入射する。レン
ズ１３Ｒは、ミラー５３からの映像を拡大し、右眼に入
射させる。

【０１４１】一方、ハーフミラー５１で反射された映像
は、ミラー５４で９０度反射され、レンズ１３Ｌに入射
する。レンズ１３Ｌは、ミラー５４からの映像を拡大
し、左眼に入射させる。

【０１４２】以上のようにして、ユーザの左眼または右
眼では、１つのディスプレイ１４に表示された映像を、
レンズ１３Ｌまたは１３Ｒで拡大した虚像が、それぞれ
観察される。

【０１４３】次に、図１５においては、拡大光学系とし
て、凸レンズ（レンズ１３Ｌおよび１３Ｒ）を用いるよ
うにしたが、拡大光学系としては、凹面鏡を用いること
も可能である。

【０１４４】即ち、図１６は、凹面鏡を用いた場合のデ
ィスプレイ装置７の構成例（第８の構成例）を示してい
る。なお、図１６（Ａ）は、ディスプレイ装置７の正面
図を、同図（Ｂ）は、左側面の側面図を、それぞれ示し
ている。

【０１４５】この場合、ユーザの頭上方向に配置された
ディスプレイパネル１４が表示する映像は、ハーフミラ
ー６１に入射する。ハーフミラー６１（入射手段）は、
ディスプレイパネル１４の映像の一部を透過するととも
に、残りを９０度反射することで、ディスプレイパネル
１４が表示する映像を、左眼用の光学系と右眼用の光学
系とに、別々に入射させる。

【０１４６】即ち、ハーフミラー６１を透過した映像
は、ミラー６４に入射し、そこで９０度反射され、ミラ
ー６５に入射する。ミラー６５では、ミラー６４からの
映像が９０度反射され、ハーフミラー６３に入射する。
ハーフミラー６３では、ミラー６５からの映像が９０度
反射され、凹面鏡３１Ｒに入射する。凹面鏡３１Ｒで
は、そこに入射した映像が拡大され、この拡大映像は、
ハーフミラー６３を透過して、右眼に入射する。

【０１４７】一方、ハーフミラー６１で反射された映像
は、ミラー６２で９０度反射され、ハーフミラー６３に
入射する。ハーフミラー６３では、ミラー６２からの映
像が９０度反射され、凹面鏡３１Ｌに入射する。凹面鏡
３１Ｌでは、そこに入射した映像が拡大され、この拡大
映像は、ハーフミラー６３を透過して、左眼に入射す
る。

【０１４８】以上のようにして、ユーザの左眼または右
眼では、１つのディスプレイ１４に表示された映像を、
凹面鏡３１Ｌまたは３１Ｒで拡大した虚像が、それぞれ
観察される。

【０１４９】以上のように、１つのディスプレイパネル
１４でディスプレイ装置７を構成する場合においては、
２つのディスプレイパネル１４Ｒおよび１４Ｌを用いる
場合に比較して、システムを低コストで構成することが
可能となる。さらに、２つのディスプレイパネル１４Ｒ
および１４Ｌを用いる場合は、それらの特性のばらつき
により、右眼と左眼とで観察される画質に差が生じるこ
とも稀にあり得るが、１つのディスプレイパネル１４で
ディスプレイ装置７を構成する場合には、そのような画
質差が生じることもない。その結果、右眼と左眼とで観
察される画質に差があることにより生じる疲労感を感じ
ることもない。

【０１５０】次に、図１７は、本発明を適用した虚像提
供システムの第２の実施の形態の構成を示している。こ
の虚像提供システムは、映像音声生成装置１０に代え
て、右目用映像生成装置７０Ｒおよび左目用映像生成装
置７０Ｌが設けられている他は、図１における場合と同
様に構成されている（但し、図１７においては、一部
（例えば、ユーザ保持機構９や、音響信号の処理に関係
する部分など）の図示を省略してある）。

【０１５１】即ち、図１においては、１つの映像音声生
成装置１０が出力する映像についての虚像を、ユーザの
右眼および左眼の両方で観察させることにより、２次元
の（平面的な）虚像を提供するようにしたが、図１７の
実施の形態では、右眼用映像生成装置７０Ｒまたは左眼
用映像提供装置７０Ｌが出力する映像についての虚像
を、ユーザの右眼または左眼で、それぞれ観察させるこ
とにより、立体的な虚像を提供するようになされてい
る。

【０１５２】具体的には、ＶＴＲ７１Ｒまたは７１Ｌで
は、両眼視差を利用した立体映像が記録されたビデオテ
ープが再生され、右眼用の映像または左眼用の映像が、
それぞれセレクタ７４Ｒまたは７４Ｌに出力されるよう
になされている。なお、ＶＴＲ７１Ｒおよび７１Ｌで
は、互いに同期信号がやりとりされるようになされてお
り、これにより、それぞれからは、右眼用の映像または
左眼用の映像が同期をとれた状態で出力されるようにな
されている。

【０１５３】また、コンピュータ７２Ｒまたは７２Ｌで
は、両眼視差を利用した立体映像を提供するための、コ
ンピュータグラフィックスによる右眼用または左眼用の
映像が生成され、それぞれセレクタ７４Ｒまたは７４Ｌ
に出力されるようになされている。なお、コンピュータ
７２Ｒと７２Ｌとは、例えば、イーサネットの回線な
ど、所定の通信回線によって接続されており、これによ
り、それぞれからは、やはり、右眼用の映像と左眼用の
映像とが同期をとれた状態で出力されるようになされて
いる。

【０１５４】その他の画像生成装置７３Ｒまたは７３Ｌ
でも、両眼視差を利用した立体映像を構成する右眼用ま
たは左眼用の映像が生成され、それらは、互いに同期が
とれた状態で、セレクタ７４Ｒまたは７４Ｌにそれぞれ
出力されるようになされている。

【０１５５】セレクタ７４Ｒでは、ＶＴＲ７１Ｒ、コン
ピュータ７２Ｒ、またはその他画像生成装置７３Ｒのう
ちのいずれかの出力が選択され、その選択された出力、
即ち、右眼用の映像が、ディスプレイパネル１４Ｒに供
給される。セレクタ７４Ｌは、セレクタ７４Ｒと同期し
ており、ＶＴＲ７１Ｌ、コンピュータ７２Ｌ、またはそ
の他画像生成装置７３Ｌのうちの、セレクタ７４が選択
したものに対応するものの出力を選択し、その選択した
出力、即ち、左眼用の映像を、ディスプレイパネル１４
Ｌに供給する。

【０１５６】ディスプレイパネル１４Ｒまたは１４Ｌの
表示は、レンズ１３Ｒまたは１３Ｌで拡大され、ユーザ
の右眼または左眼にそれぞれ入射する。これにより、ユ
ーザの右眼または左眼では、右眼用または左眼用の映像
を拡大した虚像がそれぞれ観察され、これにより、ユー
ザに、両眼視差を利用した立体映像が提供される。

【０１５７】この場合、ユーザの左眼または右眼は、右
眼用または左眼用それぞれの虚像の方向に向き、さら
に、そのピントの調整も、右眼用または左眼用それぞれ
の虚像にあうように行われる。従って、ほとんど疲労感
を感じることなく、立体映像を観察することができる。

【０１５８】即ち、従来の、立体映像を観賞するための
システムとしては、例えば、図１８に示すように、２つ
のプロジェクタに、偏光方向が異なる偏光フィルタを設
置し、各プロジェクタの光を、偏光フィルタを介して、
スクリーンに照射することで、右眼用の映像（右目映
像）と左眼用の映像（左目映像）とを表示するものがあ
る。

【０１５９】このシステムでは、ユーザが、２つのプロ
ジェクタに設置された偏光フィルタそれぞれに対応する
偏光眼鏡を介して、右眼用の映像または左眼用の映像
を、右眼または左眼によってそれぞれ観察することで、
スクリーンよりユーザ側に浮かび上がる立体映像が提供
される。

【０１６０】従って、この場合、ユーザの右眼または左
眼は、右眼用または左眼用の映像の方向にそれぞれ向く
が、そのピントの調整は、立体映像ではなく、スクリー
ン上の映像にあうように行われる。このように、立体映
像位置に対して、ピントの調整が行われないため、ユー
ザは、立体映像の観賞するのに、多大な疲労感を感じ
る。

【０１６１】これに対して、図１７における場合には、
ユーザの左眼または右眼は、右眼用または左眼用それぞ
れの虚像の方向に向き、さらに、ピントの調整も、見て
いる虚像にあうように行われる。従って、ほとんど疲労
感を感じることなく、立体映像を観察することができ
る。

【０１６２】なお、図１７の実施の形態では、拡大光学
系として、凸レンズであるレンズ１３Ｒおよび１３Ｌを
用いたが、凹面鏡を用いても、図１７における場合と同
様に、立体映像を提供することが可能である。

【０１６３】次に、図１の実施の形態においては、ユー
ザ保持機構９に固定した、半球状のシステム保持機構８
の内部にディスプレイ装置７を固定するようにしたが、
ディスプレイ装置７は、例えば、図１９に示すように、
ユーザ保持機構９に、一端を固定したアームスタンド８
１の他端に固定するようにすることなども可能である。

【０１６４】アームスタンド８１は、図２０に示すよう
に、その幾つかの部位に、円柱形状のヒンジ部が設けら
れており、各ヒンジ部は、その中心軸（円柱形の２つの
底面の中心を通る直線）を中心に回転可能なようになさ
れている。

【０１６５】従って、この場合、ユーザは、ディスプレ
イ装置７を所望する位置に移動して虚像を観賞すること
ができる。

【０１６６】なお、以上においては、特に言及しなかっ
たが、図１において、システム保持機構８は、例えば、
ユーザ保持機構９と接続されている部分を中心として、
上方向に回動するようにすることが可能である。この場
合、ユーザは、ユーザ保持機構９に、容易に腰掛けるこ
とが可能となる。

【０１６７】また、上述の場合には、ユーザ保持機構９
を、椅子やソファなどとしたが、ユーザ保持機構９は、
その他、例えば、ユーザがリラックスすることのできる
ベットなどとすることも可能である。

【０１６８】さらに、上述の場合においては、ディスプ
レイ装置７を、ユーザ保持機構９に固定するようにした
が、ディスプレイ装置７は、ユーザ保持機構９に対して
着脱可能に構成することも可能である。そして、この場
合、取り外したディスプレイ装置７は、例えば、図２１
（Ａ）に示すように、棒状のスタンドに固定して使用し
たり、あるいは、図２１（Ｂ）に示すように、机など
に、その一端を固定金具などで固定したアームスタンド
の他端に固定して使用したりすることが可能である。

【０１６９】また、ユーザ保持機構９は、ユーザに観賞
させる虚像に連動して、例えば、上下左右、前後方向に
振動させたり、あるいは傾けたりすることが可能であ
る。例えば、空の映像に連動させて、ユーザ保持機構９
を動かした場合、ユーザに、実際に航空機に乗っている
かのような感覚を与えることが可能となる。

【０１７０】ところで、ディスプレイ装置７を、ユーザ
以外のものに固定した場合、例えば、ユーザが動くこと
によって、ユーザの瞳と、拡大光学系を構成するレンズ
１３Ｌおよび１３Ｒとしての接眼レンズとの相対的な位
置関係が変化する。従って、ユーザが、ある程度、光軸
方向に動いても、ユーザの瞳と、接眼レンズとが接触し
ないように、それらの間隔（アイレリーフ）をとる必要
がある。また、視力の低いユーザは、眼鏡をかけた状態
で、ディスプレイ装置７の使用を行うことがあるから、
眼鏡をかけたユーザが、ある程度、光軸方向に動いて
も、眼鏡と、接眼レンズとが接触しないようにする必要
もあり、このような眼鏡をかけたユーザも考慮すると、
ユーザの瞳と接眼レンズとの間隔、即ち、アイレリーフ
は、さらに長くとる必要がある。

【０１７１】また、ユーザが、光軸と垂直な方向に動い
た場合には、ユーザの瞳位置が、光軸上からずれるが、
接眼レンズは、そのような状態でも、高解像度の映像
（虚像）を提供することができる、瞳位置のずれの許容
量の大きい性能の高いものであるのが望ましい。

【０１７２】さらに、従来、ディスプレイパネル１４Ｌ
および１４Ｒとしては、横×縦の画素数が６４０×４８
０（ＶＧＡ）程度のものが一般的であったが。最近で
は、高画質化の要請等から、例えば、１０２４×７６８
（ＸＧＡ）や、１６００×１２００（ＵＸＧＡ）、１９
２０×１０８０（ハイビジョン）などの画素数を有する
ものが一般的になりつつあり、これに伴い、接眼レンズ
としても、より高解像力で、画角の広いものが必要とな
ってきている。

【０１７３】しかしながら、アイレリーフを長くするこ
とを、瞳位置のずれの許容量を大きくすることとは、背
反する要求であり、さらに、これらの要求と、解像力を
高めることや、画角を広くすることも、それぞれ背反す
る要求である。

【０１７４】一方、接眼レンズの（全系の）焦点距離を
長くすれば、同一構成であっても、アイレリーフを長く
し、さらに、瞳位置のずれの許容量を大きくすることが
できる。

【０１７５】しかしながら、映像の大きさが一定の場合
においては、画角は、焦点距離に反比例するため、接眼
レンズの焦点距離を長くすると、画角が狭くなり、臨場
感が損なわれることになる。

【０１７６】また、画角は、接眼レンズの焦点距離を短
くすることで大きくすることができるが、この場合、ア
イレリーフが短くなり、瞳位置のずれの許容量も小さく
なる。さらに、画角を大きくすると、一般に、非点収差
や、像面歪曲、歪曲収差、倍率色収差などが大きくな
り、解像度を確保することが困難となる。

【０１７７】そこで、図２２は、拡大光学系を構成する
レンズ１３Ｌ，１３Ｒとして用いる接眼レンズの第１実
施の形態の構成例を示している。

【０１７８】上述したように、接眼レンズのアイレリー
フを長くすることと、瞳位置のずれ量に対する許容量を
大きくすることとは、背反する要求であり、従って、ア
イレリーフと瞳位置のずれの許容量ととは、両者のバラ
ンスを考え、実用上許容することができる値を設定する
必要がある。

【０１７９】図２２の第１実施の形態の接眼レンズ（後
述する実施の形態の接眼レンズについても同様）では、
アイレリーフが、例えば３５ｍｍ（ミリメートル）以上
に、瞳位置のずれの許容量が、例えば±９ｍｍに設定さ
れている。さらに、画角は、水平画角（全角）で３５
度、対角画角（全角）で４０度以上確保することができ
るように設定されている。

【０１８０】なお、例えば、双眼鏡などでは、アイレリ
ーフは、一般に２０ｍｍ程度とされているが、ここで
は、接眼レンズが、前述の、ユーザ以外のものに固定さ
れるディスプレイ装置７に使用された場合に、眼鏡をか
けたユーザが、ある程度、光軸方向に動いても、眼鏡
と、接眼レンズとが接触しないようにするために、アイ
レリーフを３５ｍｍ以上に設定している。

【０１８１】また、一般に、臨場感を感じる水平画角は
３０度以上とされているため、水平画角を３５度に設定
している。

【０１８２】図２２において、接眼レンズは、４群５枚
のレンズで構成されている。即ち、接眼レンズ（光学
系）は、第１レンズ群１０１、第２レンズ群１０２、第
３レンズ群１０３、第４レンズ群１０４が、瞳側から順
次配置されて構成されている。なお、図２２において、
第４レンズ群１０４の右側に、例えば、虚像を形成する
像が投影されるスクリーン、あるいは虚像を形成する映
像を表示するディスプレイパネルなどが設置され、その
像を、第１レンズ群１０１の左側から見ることで、その
虚像を観察することができる。

【０１８３】第１レンズ群１０１（第１のレンズ群）
は、正レンズであるレンズ１１１と負レンズであるレン
ズ１１２とが接合されて構成されている。なお、レンズ
１１１が瞳側に、レンズ１１２が瞳と反対側（スクリー
ン側）に、それぞれ配置されている。

【０１８４】第２レンズ群１０２（第２のレンズ群）
は、正レンズであるレンズ１２１で構成されている。さ
らに、第２レンズ群１０２の形状係数は０．５より大き
い値とされている。即ち、第２レンズ群１０２の瞳側の
面の曲率半径をｒ４と、その瞳側と反対側（スクリーン
側）の面の曲率半径をｒ５と、それぞれするとき、第２
レンズ群１０２の形状係数ｓｆ₂は、次式で表される。

【０１８５】 ｓｆ₂＝（ｒ５＋ｒ４）／（ｒ５−ｒ４）・・・（５）

【０１８６】そして、第２レンズ群１０２は、この形状
係数ｓｆ₂が、式 ０．５＜ｓｆ₂・・・（６） を満たすように構成されている

【０１８７】第２レンズ群１０２の形状係数を０．５よ
り大きい値としたのは、これ以下の値であると、非点収
差が大きく、図２３に斜線を付して示すような、接眼レ
ンズを介して観察される虚像の、中央と端との間の中間
領域の解像度が、接眼レンズの解像力の低下により劣化
するからである。

【０１８８】なお、第２レンズ群１０２の形状係数は、
０．５より大きい値とするのが望ましいのであって、そ
れ以下の値にすることができないということではない。

【０１８９】第３レンズ群１０３（第３のレンズ群）
も、正レンズであるレンズ１３１で構成されている。

【０１９０】第４レンズ群１０４（第４のレンズ群）
は、負レンズであるレンズ１４１で構成されている。

【０１９１】そして、以上の第１レンズ群１０１乃至第
４レンズ群１０４のうち、図２２では、第３レンズ群１
０３を構成するレンズ１３１の瞳側の面１３１Ａだけが
非球面とされている。さらに、この場合、第３レンズ群
１０３の瞳側の面１３１Ａの４次の非球面係数をａ
₃₁と、接眼レンズの全系の焦点距離をｆと、所定の係数
をｋ₃₁と、それぞれするとき、式 −１．３＜ｋ₃₁＜０．６、但し、ａ₃₁＝（ｋ₃₁／ｆ）³ ・・・（７） が成立するように、係数ｋ₃₁が設定されている。

【０１９２】これは、係数ｋ₃₁が、−１．３以下となる
場合には、図２３に斜線を付して示した中間領域の像面
（メリジオナル方向の像面）が正方向に曲がりすぎ、ま
た、瞳を動かしたときに、映像の画面の周辺（端）部分
で、コマ収差が大きくなり、いずれにしても、解像力が
劣化するからである。一方、係数ｋ₃₁が０．６以上とな
る場合には、映像の画面の周辺部分の像面が負方向に曲
がりすぎ、解像力が劣化するからである。

【０１９３】なお、レンズの４次の非球面係数は、６次
の非球面係数とともに、そのレンズの非球面のサグ量を
定義するもので、サグ量をＺと、４次または６次の非球
面係数をａまたはｂと、それぞれするとき、サグ量Ｚ
は、次式で表される。

【０１９４】 Ｚ＝ｃｈ²／（１＋（１−（１＋Ｋ）ｃ²ｈ²）^1/2）＋ａｈ⁴＋ｂｈ⁶ ・・・（８） 但し、ｃは面の頂点での曲率を、ｈは光軸からの高さ
を、Ｋは円錐係数を、それぞれ表す。なお、ここでは、
Ｋ＝０としてある。

【０１９５】ここで、係数ｋ₃₁は、式（７）に示した範
囲外の値にすることができないというわけではない。但
し、式（７）の範囲外とする場合には、接眼レンズが、
以下のような性能を下回ることになる。

【０１９６】即ち、図２２に示した接眼レンズの第１実
施の形態では（後述する接眼レンズの実施の形態におい
ても同様）、３本の光路を１組として、５組の光路Ａ乃
至Ｅを図示してあるが、例えば、光軸上の３本の光路を
例にすれば、その３本の光路は、上から順番に、上光
線、主光線、下光線をそれぞれ表している。

【０１９７】そして、ここでは、瞳が光軸上にある場合
において、像面上での上光線と下光線との横収差の差
が、２分５０秒（＝０．０４７２度）以上となるとき
を、接眼レンズの解像力が劣化する範囲としている。

【０１９８】即ち、接眼レンズを介して映像（虚像）を
観察する場合には、その観察映像の画素を区別すること
ができるのが望ましい。この場合、上光線や下光線など
の接眼レンズを通る各光線が１乃至２画素分以下の収差
をもって結像することが要求される。一方、ここでは、
接眼レンズによって、例えば、横×縦が１６００×１２
００画素などの高解像度の映像の虚像を観察することを
想定している。いま、水平視野角を、３０度以上の、例
えば３５度とすると、３５度の水平視野角に対して、上
光線と下光線との横収差の差が２分５０秒であること
は、３５度の水平画角に対して、１／７４１の解像力が
あることに相当する。この解像力は、１６００×１２０
０画素で構成される映像における約２画素分の解像力と
なる。

【０１９９】従って、ここでは、１６００×１２００画
素で構成される映像を、３５度の水平画角を確保して観
察した場合に、２画素の区別ができなくなるときをもっ
て、解像力が劣化するといっている。

【０２００】瞳が光軸上にある場合は、上述の通りであ
るが、瞳が光軸上にない場合（但し、上述した瞳のずれ
の許容量である、光軸から±９ｍｍの範囲にはある場
合）においては、像面の倒れについては、像面上での上
光線と下光線との横収差の差が４分以上のときを、コマ
収差については、上光線と主光線との横収差の差または
下光線と主光線との横収差の差のうちの少なくとも一方
が４分以上のときを、解像力が劣化する範囲としてい
る。

【０２０１】係数ｋ₃₁を式（７）の範囲外とした場合に
は、上述したような意味で、解像力が劣化する。ここ
で、以下に説明する非球面係数に関する条件も、上述し
たような意味で解像力の劣化がないように設定されてい
る。

【０２０２】なお、ここでは、１６００×１２００画素
で構成される映像を、３５度の水平画角を確保して観察
した場合に、最悪でも２画素の区別が可能なように設定
を行うようにしたが、より好ましくは、１画素以下の区
別が可能なように設定を行うことができる。これは、上
光線と下光線との横収差の差が１分２０秒（０．０２２
度）以下となるようにすれば良い。

【０２０３】次に、係数ｋ₃₁を、式（７）に示した範囲
の中間の範囲の値である、例えば−０．８００とした場
合に、図２２の接眼レンズの各パラメータを、第２レン
ズ群１０２の形状係数ｓｆ₂が式（６）を満たすように
設定すると、例えば、以下のようになる。

【０２０４】 r0= ∞ d0=35.000000 r1= 50.24994 d1=19.437488 nd1=1.578294 νd1=62.6745 r2= -41.86735 d2= 3.000000 nd2=1.750353 νd2=32.8672 r3= 392.33990 d3= 0.100000 r4= 38.58461 d4=14.577210 nd4=1.487000 νd4=70.4000 r5= 578.24030 d5=14.098421 r6= 38.98957 d6= 9.615117 nd6=1.600080 νd6=61.3702 r7=-138.62195 d7= 8.369858 r8= -31.64800 d8= 3.000000 nd8=1.755000 νd8=27.6000 r9= 78.58062 ａ₃₁=-0.522192×10^-5 ｂ₃₁=-0.715067×10^-8 ｆ＝46.112 ・・・（９）

【０２０５】ここで、r0乃至r9は、瞳面、レンズ１１１
の瞳側の面、レンズ１１１のスクリーン側の面（レンズ
１１２の瞳側の面）、レンズ１１２のスクリーン側の
面、レンズ１２１の瞳側の面、レンズ１２１のスクリー
ン側の面、レンズ１３１の瞳側の面、レンズ１３１のス
クリーン側の面、レンズ１４１の瞳側の面、またはレン
ズ１４１のスクリーン側の面それぞれにおける曲率半径
（ｍｍ）を表す。また、d0は、瞳から接眼レンズ、即
ち、第１レンズ群１０１のレンズ１１１までの距離（ア
イレリーフ）（ｍｍ）を表し、d1乃至d8は、レンズ１１
１の厚み、レンズ１１２の厚み、レンズ１１２とレンズ
１２１との間の空気間隔、レンズ１２１の厚み、レンズ
１２１とレンズ１３１との間の空気間隔、レンズ１３１
の厚み、レンズ１３１とレンズ１４１との空気間隔、レ
ンズ１４１の厚み（ｍｍ）を、それぞれ表す。さらに、
nd1，nd2，nd4，nd6、またはnd8は、レンズ１１１，１
２，２１，３１、または４１それぞれの硝材のｄ線にお
ける屈折率を表し、νd1，νd2，νd4，νd6、またはν
d8は、レンズ１１１，１２，２１，３１、または４１そ
れぞれの硝材のｄ線におけるアッベ数を表す。また、ａ
₃₁またはｂ₃₁は、非球面である、第３レンズ群１０３の
瞳側の面１３１Ａの４次または６次の非球面係数をそれ
ぞれ表し、ｆは、波長が５２５ｎｍ（ナノメートル）の
光における接眼レンズの焦点距離を表す。

【０２０６】なお、この場合、第２レンズ群１０２の形
状係数ｓｆ₂は、1.143となり、式（６）を満たす。

【０２０７】接眼レンズの各パラメータが、式（９）に
示すように設定されている場合に、瞳が光軸上にあると
きには、図２２に示したような光路図が描かれる。ま
た、この場合の球面収差、非点収差、および歪曲収差
は、図２４に示すようになり、像面上における横収差
は、図２５に示すようになる。

【０２０８】ここで、図２４において、球面収差につい
ては、波長が６１５ｎｍ，５２５ｎｍ，４７０ｎｍの３
種類の光のものを図示してある（従って、各波長の光に
ついての球面収差を見れば、それは、縦の色収差を表し
ていることになる）。また、図２５においても、波長が
６１５ｎｍ，５２５ｎｍ，４７０ｎｍの３種類の光につ
いての横収差を図示してある。但し、図２５において、
横収差は、メリジオナル方向についてだけ図示してあ
る。さらに、図２５では、図２５（Ａ）乃至図２５
（Ｅ）の５つの横収差を図示してあるが、これらは、図
２２の点Ａ乃至Ｅそれぞれにおけるものである。なお、
観察画角は、対角で４０．８度（±２０．４度）として
おり、図２２の点Ａ乃至点Ｅは、それぞれ２０．４度、
１４．３度、０度（光軸上）、−１４．３度、−２０．
４度の画角に相当する点である。また、瞳径は、直径
で、一般に、２乃至７ｍｍ程度、あるいは３乃至８ｍｍ
程度であるため、ここでは、ほぼ、その中間値である４
ｍｍとしてある。

【０２０９】なお、上述のことは、以下に示す球面収
差、非点収差、および歪曲収差、並びに横収差について
も同様である。

【０２１０】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（９）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸上
から９ｍｍだけずれたときに描かれる光路図を、図２６
に示す。さらに、この場合の像面上における横収差を、
図２７に示す。

【０２１１】次に、係数ｋ₃₁を、式（７）に示した範囲
の下限値である−１．３とした場合に、図２２の接眼レ
ンズの各パラメータを、第２レンズ群１０２の形状係数
ｓｆ₂が式（６）を満たすように設定すると、例えば、
以下のようになる。

【０２１２】 r0= ∞ d0=35.000000 r1= 44.98305 d1=21.788580 nd1=1.551875 νd1=64.4815 r2= -40.61049 d2= 3.000000 nd2=1.751778 νd2=31.0426 r3=-525.70221 d3= 7.145805 r4= 36.37975 d4=16.861732 nd4=1.530210 νd4=66.1883 r5=-260.49181 d5= 9.028761 r6= 56.89054 d6= 4.448242 nd6=1.487000 νd6=70.4000 r7=-105.10564 d7= 5.392555 r8= -32.15009 d8= 4.186553 nd8=1.755000 νd8=27.6000 r9= 64.84861 ａ₃₁=-0.224076×10^-4 ｂ₃₁=0.101922×10^-7 ｆ=46.112 ・・・（１０）

【０２１３】なお、この場合、第２レンズ群１０２の形
状係数ｓｆ₂は、0.755となり、式（６）を満たす。

【０２１４】接眼レンズの各パラメータが、式（１０）
に示すように設定されている場合に、瞳が光軸上にある
ときには、球面収差、非点収差、および歪曲収差は、図
２８に示すようになり、像面上における横収差は、図２
９に示すようになる。

【０２１５】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（１０）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸
上から９ｍｍだけずれているときの像面上における横収
差は、図３０に示すようになる。

【０２１６】次に、係数ｋ₃₁を、式（７）に示した範囲
の上限値である０．６とした場合に、図２２の接眼レン
ズの各パラメータを、第２レンズ群１０２の形状係数ｓ
ｆ₂が式（６）を満たすように設定すると、例えば、以
下のようになる。

【０２１７】 r0= ∞ d0=35.000000 r1= 50.05161 d1=19.201337 nd1=1.556786 νd1=64.1245 r2= -42.93164 d2= 3.000000 nd2=1.750946 νd2=32.0814 r3=3414.53698 d3= 0.100000 r4= 38.22049 d4=20.261766 nd4=1.487000 νd4=70.4000 r5=-836.90401 d5=13.906944 r6= 29.70857 d6= 6.730841 nd6=1.591505 νd6=61.8656 r7= 183.26213 d7= 6.224333 r8= -30.65892 d8= 3.00000 nd8=1.755000 νd8=27.6000 r9= 91.55184 ａ₃₁=0.220299×10^-5 ｂ₃₁=-0.245065×10^-7 ｆ=46.112 ・・・（１１）

【０２１８】なお、この場合、第２レンズ群１０２の形
状係数ｓｆ₂は、0.913となり、式（６）を満たす。

【０２１９】接眼レンズの各パラメータが、式（１１）
に示すように設定されている場合に、瞳が光軸上にある
ときには、球面収差、非点収差、および歪曲収差は、図
３１に示すようになり、像面上における横収差は、図３
２に示すようになる。

【０２２０】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（１１）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸
上から９ｍｍだけずれているときの像面上における横収
差は、図３３に示すようになる。

【０２２１】次に、図３４は、拡大光学系を構成するレ
ンズ１３Ｌ，１３Ｒとして用いる接眼レンズの第２実施
の形態の構成例を示している。なお、図中、図２２にお
ける場合と対応する部分については、同一の符号を付し
てある。即ち、この接眼レンズは、基本的に、図２２に
おける場合と同様に構成されている。

【０２２２】従って、第２実施の形態においても、接眼
レンズは、４群５枚のレンズで構成されている。即ち、
接眼レンズは、第１レンズ群１０１、第２レンズ群１０
２、第３レンズ群１０３、第４レンズ群１０４が、瞳側
から順次配置されて構成されている。そして、第１レン
ズ群１０１は、正レンズであるレンズ１１１と負レンズ
であるレンズ１１２とが接合されて構成され、第２レン
ズ群１０２は、正レンズであるレンズ１２１で構成され
ている。さらに、第２レンズ群１０２の形状係数ｓｆ₂
は、ここでも、解像力の劣化を防止するために、式
（６）を満たすような値、即ち、０．５より大きい値と
されている。

【０２２３】そして、第３レンズ群１０３は、正レンズ
であるレンズ１３１で構成され、第４レンズ群１０４
は、負レンズであるレンズ１４１で構成されている。

【０２２４】但し、第２実施の形態では、以上の第１レ
ンズ群１０１乃至第４レンズ群１０４のうち、第３レン
ズ群１０３を構成するレンズ１３１のスクリーン側の面
１３１Ｂだけが非球面とされている。さらに、この場
合、第３レンズ群１０３のスクリーン側の面１３１Ｂの
４次の非球面係数をａ₃₂とするとともに、所定の係数を
ｋ₃₂と、それぞれするとき、式 −０．９＜ｋ₃₂＜１．４、但し、ａ₃₂＝（ｋ₃₂／ｆ）³ ・・・（１２） が成立するように、係数ｋ₃₂が設定されている。

【０２２５】これは、係数ｋ₃₂が、−０．９以下となる
場合には、映像の画面の周辺部分の像面が負方向に曲が
りすぎ、解像力が劣化するからである。一方、係数ｋ₃₂
が１．４以上となる場合には、瞳を動かしたときに、映
像の画面の周辺部分の像面が正方向に曲がりすぎ、やは
り、解像力が劣化するからである。

【０２２６】次に、係数ｋ₃₂を、式（１２）に示した範
囲の中間の範囲の値である、例えば１．０００とした場
合に、図３４の接眼レンズの各パラメータを、第２レン
ズ群１０２の形状係数ｓｆ₂が式（６）を満たすように
設定すると、例えば、以下のようになる。

【０２２７】 r0= ∞ d0=35.000000 r1= 49.57582 d1=18.673001 nd1=1.573581 νd1=62.9774 r2= -45.49569 d2= 3.000000 nd2=1.751542 νd2=31.3301 r3= 239.93171 d3= 0.100000 r4= 43.29904 d4=10.852289 nd4=1.598668 νd4=61.4503 r5= 192.70107 d5=17.389232 r6= 34.67545 d6= 9.794774 nd6=1.620000 νd6=60.3000 r7=-197.44785 d7= 9.494566 r8= -32.76053 d8= 3.000000 nd8=1.755000 νd8=27.6000 r9= 82.51277 ａ₃₂=0.101990×10^-4 ｂ₃₂=-0.956666×10^-8 ｆ=46.121 ・・・（１３）

【０２２８】ここで、ｂ₃₂は、非球面である、第３レン
ズ群１０３のスクリーン側の面１３１Ｂの６次の非球面
係数を表す。

【０２２９】なお、この場合、第２レンズ群１０２の形
状係数ｓｆ₂は、1.580となり、式（６）を満たす。

【０２３０】接眼レンズの各パラメータが、式（１３）
に示すように設定されている場合に、瞳が光軸上にある
ときには、図３４に示したような光路図が描かれる。ま
た、この場合の球面収差、非点収差、および歪曲収差
は、図３５に示すようになり、像面上における横収差
は、図３６に示すようになる。

【０２３１】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（１３）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸
上から９ｍｍだけずれたときに描かれる光路図を、図３
７に示す。さらに、この場合の像面上における横収差
を、図３８に示す。

【０２３２】次に、係数ｋ₃₂を、式（１２）に示した範
囲の下限値である−０．９とした場合に、図３４の接眼
レンズの各パラメータを、第２レンズ群１０２の形状係
数ｓｆ₂が式（６）を満たすように設定すると、例え
ば、以下のようになる。

【０２３３】 r0= ∞ d0=35.000000 r1= 47.66856 d1=21.334572 nd1=1.555536 νd1=64.2144 r2= -43.66090 d2= 3.000000 nd2=1.751888 νd2=30.9106 r3=7046.41554 d3= 0.100000 r4= 35.63434 d4=25.000000 nd4=1.487000 νd4=70.4000 r5=-881.17596 d5= 7.125332 r6= 27.02964 d6= 5.467799 nd6=1.487000 νd6=70.4000 r7= 60.81379 d7= 8.495934 r8= -25.69600 d8= 3.000000 nd8=1.755000 νd8=27.6000 r9= 300.82749 ａ₃₂=-0.743508×10^-5 ｂ₃₂=0.677046×10^-7 ｆ=46.112 ・・・（１４）

【０２３４】なお、この場合、第２レンズ群１０２の形
状係数ｓｆ₂は、0.922となり、式（６）を満たす。

【０２３５】接眼レンズの各パラメータが、式（１４）
に示すように設定されている場合に、瞳が光軸上にある
ときには、球面収差、非点収差、および歪曲収差は、図
３９に示すようになり、像面上における横収差は、図４
０に示すようになる。

【０２３６】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（１４）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸
上から９ｍｍだけずれているときの像面上における横収
差は、図４１に示すようになる。

【０２３７】次に、係数ｋ₃₂を、式（１２）に示した範
囲の上限値である１．４とした場合に、図３４の接眼レ
ンズの各パラメータを、第２レンズ群１０２の形状係数
ｓｆ₂が式（６）を満たすように設定すると、例えば、
以下のようになる。

【０２３８】 r0= ∞ d0=35.000000 r1= 50.34425 d1=16.590908 nd1=1.590853 νd1=61.9042 r2=-55.68133 d2= 3.000000 nd2=1.752327 νd2=30.3944 r3=224.40520 d3= 0.100000 r4= 41.99334 d4= 8.854807 nd4=1.620000 νd4=60.3000 r5=101.12743 d5=21.032002 r6= 27.60385 d6=13.502596 nd6=1.533368 νd6=65.9251 r7=-65.96967 d7= 5.164372 r8=-39.17709 d8= 3.000000 nd8=1.755000 νd8=27.6000 r9= 51.70521 ａ₃₂=0.279861×10^-4 ｂ₃₂=-0.339646×10^-7 ｆ=46.112 ・・・（１５）

【０２３９】なお、この場合、第２レンズ群１０２の形
状係数ｓｆ₂は、2.420となり、式（６）を満たす。

【０２４０】接眼レンズの各パラメータが、式（１５）
に示すように設定されている場合に、瞳が光軸上にある
ときには、球面収差、非点収差、および歪曲収差は、図
４２に示すようになり、像面上における横収差は、図４
３に示すようになる。

【０２４１】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（１５）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸
上から９ｍｍだけずれているときの像面上における横収
差は、図４４に示すようになる。

【０２４２】次に、図４５は、拡大光学系を構成するレ
ンズ１３Ｌ，１３Ｒとして用いる接眼レンズの第３実施
の形態の構成例を示している。なお、図中、図２２にお
ける場合と対応する部分については、同一の符号を付し
てある。即ち、この接眼レンズは、基本的に、図２２に
おける場合と同様に構成されている。

【０２４３】従って、第３実施の形態においても、接眼
レンズは、４群５枚のレンズで構成されている。即ち、
接眼レンズは、第１レンズ群１０１、第２レンズ群１０
２、第３レンズ群１０３、第４レンズ群１０４が、瞳側
から順次配置されて構成されている。そして、第１レン
ズ群１０１は、正レンズであるレンズ１１１と負レンズ
であるレンズ１１２とが接合されて構成され、第２レン
ズ群１０２は、正レンズであるレンズ１２１で構成され
ている。さらに、第２レンズ群１０２の形状係数ｓｆ₂
は、ここでも、解像力の劣化を防止するために、式
（６）を満たすような値、即ち、０．５より大きい値と
されている。

【０２４４】そして、第３レンズ群１０３は、正レンズ
であるレンズ１３１で構成され、第４レンズ群１０４
は、負レンズであるレンズ１４１で構成されている。

【０２４５】但し、第３実施の形態では、以上の第１レ
ンズ群１０１乃至第４レンズ群１０４のうち、第４レン
ズ群１０４を構成するレンズ１４１の瞳側の面１４１Ａ
だけが非球面とされている。さらに、この場合、第４レ
ンズ群１０４の瞳側の面１４１Ａの４次の非球面係数を
ａ₄₁とするとともに、所定の係数をｋ₄₁と、それぞれす
るとき、式 −１．９＜ｋ₄₁＜−１．１、但し、ａ₄₁＝（ｋ₄₁／ｆ）³ ・・・（１６） が成立するように、係数ｋ₄₁が設定されている。

【０２４６】これは、係数ｋ₄₁が、−１．９以下となる
場合には、図２３に斜線を付して示した中間領域の像面
が負方向に曲がりすぎ、解像力が劣化するからである。
一方、係数ｋ₄₁が−１．１以上となる場合には、瞳を動
かしたときに、映像の画面の周辺部分の像面が正方向に
倒れ、解像力が劣化するからである。

【０２４７】次に、係数ｋ₄₁を、式（１６）に示した範
囲の中間の範囲の値である、例えば−１．５００とした
場合に、図４５の接眼レンズの各パラメータを、第２レ
ンズ群１０２の形状係数ｓｆ₂が式（６）を満たすよう
に設定すると、例えば、以下のようになる。

【０２４８】 r0= ∞ d0=35.000000 r1= 46.95438 d1=15.243933 nd1=1.624863 νd1=59.3331 r2= -81.59796 d2= 3.000000 nd2=1.755000 νd2=27.6000 r3= 262.88850 d3= 0.100000 r4= 35.32537 d4= 5.265233 nd4=1.634506 νd4=57.5452 r5= 42.57455 d5=18.825720 r6= 29.86996 d6=13.203455 nd6=1.543031 νd6=65.1511 r7=-118.63999 d7= 2.892257 r8=-251.38234 d8=11.893973 nd8=1.755000 νd8=27.6000 r9= 40.33824 ａ₄₁=-0.344216×10^-4 ｂ₄₁=0.373255×10^-7 ｆ=46.112 ・・・（１７）

【０２４９】ここで、ｂ₄₁は、非球面である、第４レン
ズ群１０４の瞳側の面１４１Ａの６次の非球面係数を表
す。

【０２５０】なお、この場合、第２レンズ群１０２の形
状係数ｓｆ₂は、10.746となり、式（６）を満たす。

【０２５１】接眼レンズの各パラメータが、式（１７）
に示すように設定されている場合に、瞳が光軸上にある
ときには、図４５に示したような光路図が描かれる。ま
た、この場合の球面収差、非点収差、および歪曲収差
は、図４６に示すようになり、像面上における横収差
は、図４７に示すようになる。

【０２５２】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（１７）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸
上から９ｍｍだけずれたときに描かれる光路図を、図４
８に示す。さらに、この場合の像面上における横収差
を、図４９に示す。

【０２５３】次に、係数ｋ₃₂を、式（１６）に示した範
囲の下限値である−１．９とした場合に、図４５の接眼
レンズの各パラメータを、第２レンズ群１０２の形状係
数ｓｆ₂が式（６）を満たすように設定すると、例え
ば、以下のようになる。

【０２５４】 r0= ∞ d0=35.000000 r1= 51.43608 d1=20.175768 nd1=1.620000 νd1=60.3000 r2= -48.86497 d2= 3.000000 nd2=1.755000 νd2=27.6000 r3=2852.31240 d3= 0.100000 r4= 29.02626 d4= 6.819791 nd4=1.563701 νd4=63.6389 r5= 31.02646 d5=14.886732 r6= 29.14243 d6=11.868992 nd6=1.620000 νd6=60.3000 r7= 293.64092 d7= 8.338791 r8=-266.79528 d8= 5.960953 nd8=1.664663 νd8=32.4763 r9= 51.30455 ａ₄₁=-0.699328×10^-4 ｂ₄₁=0.953879×10^-7 ｆ=46.114 ・・・（１８）

【０２５５】なお、この場合、第２レンズ群１０２の形
状係数ｓｆ₂は、30.023となり、式（６）を満たす。

【０２５６】接眼レンズの各パラメータが、式（１８）
に示すように設定されている場合に、瞳が光軸上にある
ときには、球面収差、非点収差、および歪曲収差は、図
５０に示すようになり、像面上における横収差は、図５
１に示すようになる。

【０２５７】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（１８）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸
上から９ｍｍだけずれているときの像面上における横収
差は、図５２に示すようになる。

【０２５８】次に、係数ｋ₄₁を、式（１６）に示した範
囲の上限値である−１．１とした場合に、図４５の接眼
レンズの各パラメータを、第２レンズ群１０２の形状係
数ｓｆ₂が式（６）を満たすように設定すると、例え
ば、以下のようになる。

【０２５９】 r0= ∞ d0=35.000000 r1= 42.73929 d1=16.486633 nd1=1.653513 νd1=54.4529 r2=-90.08130 d2= 3.000000 nd2=1.755000 νd2=27.6000 r3=102.53971 d3= 0.100000 r4= 44.79904 d4= 6.635084 nd4=1.620000 νd4=60.3000 r5= 90.04515 d5=16.723563 r6= 34.62602 d6= 7.621149 nd6=1.487000 νd6=70.4000 r7=180.67253 d7= 1.334160 r8= 74.08869 d8=17.786101 nd8=1.755000 νd8=27.6000 r9= 34.28271 ａ₄₁=-0.135749×10^-4 ｂ₄₁=-0.106893×10^-7 ｆ=46.112 ・・・（１９）

【０２６０】なお、この場合、第２レンズ群１０２の形
状係数ｓｆ₂は、2.980となり、式（６）を満たす。

【０２６１】接眼レンズの各パラメータが、式（１９）
に示すように設定されている場合に、瞳が光軸上にある
ときには、球面収差、非点収差、および歪曲収差は、図
５３に示すようになり、像面上における横収差は、図５
４に示すようになる。

【０２６２】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（１９）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸
上から９ｍｍだけずれているときの像面上における横収
差は、図５５に示すようになる。

【０２６３】次に、図５６は、拡大光学系を構成するレ
ンズ１３Ｌ，１３Ｒとして用いる接眼レンズの第４実施
の形態の構成例を示している。なお、図中、図２２にお
ける場合と対応する部分については、同一の符号を付し
てある。即ち、この接眼レンズは、基本的に、図２２に
おける場合と同様に構成されている。

【０２６４】従って、第４実施の形態においても、接眼
レンズは、４群５枚のレンズで構成されている。即ち、
接眼レンズは、第１レンズ群１０１、第２レンズ群１０
２、第３レンズ群１０３、第４レンズ群１０４が、瞳側
から順次配置されて構成されている。そして、第１レン
ズ群１０１は、正レンズであるレンズ１１１と負レンズ
であるレンズ１１２とが接合されて構成され、第２レン
ズ群１０２は、正レンズであるレンズ１２１で構成され
ている。さらに、第２レンズ群１０２の形状係数ｓｆ₂
は、ここでも、解像力の劣化を防止するために、式
（６）を満たすような値、即ち、０．５より大きい値と
されている。

【０２６５】そして、第３レンズ群１０３は、正レンズ
であるレンズ１３１で構成され、第４レンズ群１０４
は、負レンズであるレンズ１４１で構成されている。

【０２６６】但し、第４実施の形態では、以上の第１レ
ンズ群１０１乃至第４レンズ群１０４のうち、第４レン
ズ群１０４を構成するレンズ１４１のスクリーン側の面
１４１Ｂだけが非球面とされている。さらに、この場
合、第４レンズ群１０４のスクリーン側の面１４１Ｂの
４次の非球面係数をａ₄₂とするとともに、所定の係数を
ｋ₄₂と、それぞれするとき、式 −１．８＜ｋ₄₂＜２．０、但し、ａ₄₂＝（ｋ₄₂／ｆ）³ ・・・（２０） が成立するように、係数ｋ₄₂が設定されている。

【０２６７】これは、係数ｋ₄₂が、−１．８以下となる
場合には、瞳を動かしたときに、映像の画面の周辺部分
でのコマ収差が大きくなり、解像力が劣化するからであ
る。さらに、この場合、歪曲収差も負方向に大きくなる
からである。一方、係数ｋ₄₂が２．０以上となる場合に
は、図２３に斜線を付して示した中間領域では、像面が
負方向に曲がりすぎ、周辺部分では、像面が正方向に曲
がりすぎ、解像力が劣化するからである。さらに、歪曲
収差も正方向に大きくなるからである。

【０２６８】次に、係数ｋ₄₂を、式（２０）に示した範
囲の中間の範囲の値である、例えば１．７００とした場
合に、図５６の接眼レンズの各パラメータを、第２レン
ズ群１０２の形状係数ｓｆ₂が式（６）を満たすように
設定すると、例えば、以下のようになる。

【０２６９】 r0= ∞ d0=35.000000 r1= 57.33885 d1=18.369087 nd1=1.627197 νd1=53.4628 r2=-39.79919 d2= 3.000000 nd2=1.752596 νd2=30.0865 r3=370.26370 d3= 0.100000 r4= 37.88815 d4=14.933140 nd4=1.487000 νd4=70.4000 r5=632.70628 d5=19.132328 r6= 27.34086 d6= 7.538561 nd6=1.620000 νd6=60.3000 r7= 87.43207 d7= 7.581556 r8=-29.49375 d8= 3.000000 nd8=1.755000 νd8=27.6000 r9=327.65071 ａ₄₂=0.501077×10^-4 ｂ₄₂=-0.173207×10^-6 ｆ=46.112 ・・・（２１）

【０２７０】ここで、ｂ₄₂は、非球面である、第４レン
ズ群１０４のスクリーン側の面１４１Ｂの６次の非球面
係数を表す。

【０２７１】なお、この場合、第２レンズ群１０２の形
状係数ｓｆ₂は、1.127となり、式（６）を満たす。

【０２７２】接眼レンズの各パラメータが、式（２１）
に示すように設定されている場合に、瞳が光軸上にある
ときには、図５６に示したような光路図が描かれる。ま
た、この場合の球面収差、非点収差、および歪曲収差
は、図５７に示すようになり、像面上における横収差
は、図５８に示すようになる。

【０２７３】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（２１）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸
上から９ｍｍだけずれたときに描かれる光路図を、図５
９に示す。さらに、この場合の像面上における横収差
を、図６０に示す。

【０２７４】次に、係数ｋ₄₂を、式（２０）に示した範
囲の下限値である−１．８とした場合に、図５６の接眼
レンズの各パラメータを、第２レンズ群１０２の形状係
数ｓｆ₂が式（６）を満たすように設定すると、例え
ば、以下のようになる。

【０２７５】 r0= ∞ d0=35.000000 r1= 63.74873 d1=16.817964 nd1=1.648512 νd1=49.6557 r2=-41.34616 d2= 3.000000 nd2=1.755000 νd2=27.6000 r3=540.21774 d3= 0.100000 r4= 37.57345 d4=13.547257 nd4=1.487000 νd4=70.4000 r5=209.85729 d5=21.708479 r6= 26.83056 d6= 8.662030 nd6=1.620000 νd6=60.3000 r7=130.40070 d7= 7.164270 r8=-30.19076 d8= 3.000000 nd8=1.755000 νd8=27.6000 r9= 32.73832 ａ₄₂=-0.594804×10^-4 ｂ₄₂=0.600080×10^-8 ｆ=46.112 ・・・（２２）

【０２７６】なお、この場合、第２レンズ群１０２の形
状係数ｓｆ₂は、1.436となり、式（６）を満たす。

【０２７７】接眼レンズの各パラメータが、式（２２）
に示すように設定されている場合に、瞳が光軸上にある
ときには、球面収差、非点収差、および歪曲収差は、図
６１に示すようになり、像面上における横収差は、図６
２に示すようになる。

【０２７８】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（２２）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸
上から９ｍｍだけずれているときの像面上における横収
差は、図６３に示すようになる。

【０２７９】次に、係数ｋ₄₂を、式（２０）に示した範
囲の上限値である２．０とした場合に、図５６の接眼レ
ンズの各パラメータを、第２レンズ群１０２の形状係数
ｓｆ₂が式（６）を満たすように設定すると、例えば、
以下のようになる。

【０２８０】 r0= ∞ d0=35.000000 r1= 57.12941 d1=16.680182 nd1=1.614935 νd1=54.1070 r2= -46.27543 d2= 3.000000 nd2=1.753322 νd2=29.2884 r3= 308.46978 d3= 0.100000 r4= 38.05458 d4=13.868119 nd4=1.487000 νd4=70.4000 r5= 293.50877 d5=20.101568 r6= 28.03696 d6= 8.406043 nd6=1.675762 νd6=51.4159 r7= 125.69552 d7= 6.342776 r8= -36.16103 d8= 3.000000 nd8=1.755000 νd8=27.6000 r9=29279.63461 ａ₄₂=0.815921×10^-4 ｂ₄₂=-0.213534×10^-6 ｆ=46.112 ・・・（２３）

【０２８１】なお、この場合、第２レンズ群１０２の形
状係数ｓｆ₂は、1.298となり、式（６）を満たす。

【０２８２】接眼レンズの各パラメータが、式（２３）
に示すように設定されている場合に、瞳が光軸上にある
ときには、球面収差、非点収差、および歪曲収差は、図
６４に示すようになり、像面上における横収差は、図６
５に示すようになる。

【０２８３】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（２３）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸
上から９ｍｍだけずれているときの像面上における横収
差は、図６６に示すようになる。

【０２８４】以上説明した構成によれば、対角で、４０
度以上の画角に亘って、高解像力で、アイレリーフが長
く、また、瞳位置が、ある程度、光軸上からずれても、
高解像力な接眼レンズを提供することができる。

【０２８５】なお、式（９）乃至（１１），（１３）乃
至（１５），（１７）乃至（１９），（２１）乃至（２
３）から明らかなように、アイレリーフは、０．７５ｆ
以上確保されている。

【０２８６】次に、以上説明した接眼レンズによって、
映像の虚像を形成して提供するディスプレイ装置７につ
いて説明する。

【０２８７】図６７は、ディスプレイ装置７の第９の構
成例を示している。

【０２８８】表示素子（画像表示素子）１５１は、自発
光型または透過型の表示デバイス（自発光型デバイスま
たは透過光制御型デバイス）で、ユーザに提供すべき映
像を表示する。

【０２８９】即ち、表示素子１５１は、図６または図７
で説明したように構成される表示デバイスで、そこで表
示された映像は、投影レンズ１５２を介して、透過式ス
クリーン１５３上に投影される。そして、この透過式ス
クリーン１５３上に投影された映像が、図２２、図３
４、図４５、または図５６に示したように構成される接
眼レンズ１５４を介することにより、ユーザの眼球に入
射し、これにより、ユーザの眼球において、表示素子１
５１において表示された映像の虚像が観察される。

【０２９０】なお、以上の構成においては、投影レンズ
１５２、透過式スクリーン１５３、および接眼レンズ１
５４が拡大光学系を構成している。

【０２９１】図６８は、ディスプレイ装置７の第１０の
構成例を示している。なお、図中、図６７における場合
と対応する部分については、同一の符号を付してある。
即ち、このディスプレイ装置７は、透過式スクリーン１
５３が設けられていないことを除けば、図６７における
場合と同様に構成されている。

【０２９２】図６８のディスプレイ装置７では、表示素
子１５１において表示された映像が、投影レンズ１５２
を介することで、その映像の空中像１６１が、例えば、
図６７において透過式スクリーン１５３が設置されてい
た位置に形成される。この空中像１６１が、接眼レンズ
１５４を介することにより、ユーザの眼球に入射し、こ
れにより、ユーザの眼球において、表示素子１５１にお
いて表示された映像の虚像が観察される。なお、この場
合、図６８に一点破線で示すように、空中像１６１の近
くに、フィールドレンズ１５５を配置することが可能で
ある。この場合、接眼レンズ１５４を介して見た画像の
周辺光量を増加させることができる。

【０２９３】図６９は、ディスプレイ装置７の第１１の
構成例を示している。なお、図中、図６７における場合
と対応する部分については、同一の符号を付してある。
即ち、このディスプレイ装置７は、投影レンズ１５２お
よび透過式スクリーン１５３が設けられていないことを
除けば、図６７における場合と同様に構成されている。

【０２９４】このディスプレイ装置７では、表示素子１
５１において表示された映像が、接眼レンズ１５４を、
直接介することにより、ユーザの眼球に入射し、これに
より、ユーザの眼球において、表示素子１５１において
表示された映像の虚像が観察される。

【０２９５】表示素子１５１の表示領域が大きい場合に
は、図６９に示したように、表示素子１５１において表
示された映像を、投影レンズ１５２で拡大することな
く、接眼レンズ１５４だけを介して見るだけでも、画角
を広くするとともに、アイレリーフを長くすることがで
きる。表示素子１５１の表示領域が小さい場合には、接
眼レンズ１５４の焦点距離が短いと、画角は広くなる
が、アイレリーフは短くなる。一方、接眼レンズ１５４
の焦点距離が長いと、アイレリーフは長くなるが、画角
が狭くなる。そこで、表示素子１５１の表示領域が小さ
い場合には、図６７に示したように、表示素子１５１上
の映像を、投影レンズ４２で、透過式スクリーン１５３
上に拡大し、その拡大された映像を、接眼レンズ１５４
を介して見るようにすれば良い。この場合、画角を広く
するとともに、アイレリーフを長くすることができる。

【０２９６】図７０は、ディスプレイ装置７の第１２の
構成例を示している。なお、図中、図６７における場合
と対応する部分については、同一の符号を付してある。
即ち、このディスプレイ装置７は、表示素子１５１に代
えて、表示素子１７１およびＰＢＳ（偏光ビームスプリ
ッタ）１７２が設けられている他は、図６７における場
合と同様に構成されている。

【０２９７】図示せぬ光源から発せられた照明光として
の光は、ＰＢＳ１７２において、９０度反射され、表示
素子（画像表示素子）１７１に入射する。表示素子１７
１は、反射型の表示デバイス（反射光制御型デバイス）
で、図８で説明したように、そこに入射される光を反射
することで、ユーザに提供すべき映像を表示する。

【０２９８】表示素子１７１における反射光としての映
像は、ＰＢＳ１７２を透過して、投影レンズ１５２に入
射し、以下、図６７における場合と同様にして、ユーザ
の眼球において、虚像が観察される。

【０２９９】図７０においても、表示素子１７１で表示
された映像が、投影レンズ１５２によって拡大されるの
で、表示素子１７１の表示領域が小さい場合でも、画角
を広くするとともに、アイレリーフを長くすることがで
きる。

【０３００】なお、ＰＢＳ１７２に代えて、ハーフミラ
ーその他の光を分割する素子を設けることも可能であ
る。

【０３０１】図７１は、ディスプレイ装置７の第１３の
構成例を示している。なお、図中、図６８または図７０
における場合と対応する部分については、同一の符号を
付してある。即ち、このディスプレイ装置７は、表示素
子１５１に代えて、表示素子１７１およびＰＢＳ１７２
が設けられている他は、図６８における場合と同様に構
成されている。

【０３０２】このディスプレイ装置７においては、図示
せぬ光源から発せられた照明光としての光が、ＰＢＳ１
７２において、９０度反射され、表示素子１７１に入射
する。表示素子１７１では、そこに入射される光が反射
され、その反射光としての映像が、ＰＢＳ１７２を透過
して、投影レンズ１５２に入射し、以下、図６８におけ
る場合と同様にして、ユーザの眼球において、虚像が観
察される。なお、この場合にも、図４７における場合と
同様に、フィールドレンズ５５を配置することで、画像
の周辺光量を増加させることができる。

【０３０３】図７２は、ディスプレイ装置７の第１４の
構成例を示している。なお、図中、図７０における場合
と対応する部分については、同一の符号を付してある。
即ち、このディスプレイ装置７は、ＰＢＳ１７２が、表
示素子１５１と投影レンズ１５２との間ではなく、投影
レンズ１５２と接眼レンズ１５４との間に設けられてい
る他は、図７０における場合と同様に構成されている。

【０３０４】この場合、図示せぬ光源から発せられた照
明光としての光が、ＰＢＳ１７２において、９０度反射
され、投影レンズ１５２を介して、表示素子１７１に入
射する。表示素子１７１では、そこに入射される光が反
射され、その反射光としての映像が、投影レンズ１５２
およびＰＢＳ１７２を透過して、透過式スクリーン１５
３に拡大投影され、以下、図７０における場合と同様に
して、ユーザの眼球において、虚像が観察される。

【０３０５】なお、同様の原理で、図７１において、Ｐ
ＢＳ１７２は、表示素子１５１と投影レンズ１５２との
間ではなく、投影レンズ１５２と接眼レンズ１５４との
間に設けることが可能である。

【０３０６】図７３は、ディスプレイ装置７の第１５の
構成例を示している。なお、図中、図６７における場合
と対応する部分については、同一の符号を付してある。

【０３０７】この場合、表示素子１５１において表示さ
れた映像としての光は、投影レンズ１５２を介して、ミ
ラー１８２に入射する。ミラー１８２では、投影レンズ
１５２からの光が、９０度反射され、ミラー１８１に出
射される。ミラー１８１では、ミラー１８２からの反射
光が、さらに、９０度反射され、その反射光が、透過式
スクリーン１５３上に投影される。そして、この透過式
スクリーン１５３上に投影された映像が、接眼レンズ１
５４を介することにより、ユーザの眼球に入射し、これ
により、ユーザの眼球において、表示素子１５１におい
て表示された映像の虚像が観察される。

【０３０８】図７４は、ディスプレイ装置７の第１６の
構成例を示している。なお、図中、図７０または図７３
における場合と対応する部分については、同一の符号を
付してある。

【０３０９】この場合、図示せぬ光源から発せられた照
明光としての光は、ＰＢＳ１７２において、９０度反射
され、表示素子１７１に入射する。表示素子１７１は、
そこに入射される光を反射することで、ユーザに提供す
べき映像を形成し、その映像としての反射光は、ＰＢＳ
１７２および投影レンズ１５２を介して、ミラー１８２
に入射し、以下、図７３における場合と同様にして、ユ
ーザの眼球において、虚像が観察される。

【０３１０】即ち、図６７乃至５１では、表示素子１５
１または１７１、投影レンズ１５２、接眼レンズ１５４
を一直線上に並べた構成としたが、ディスプレイ装置７
は、図７３や図７４に示したように、途中にミラー１８
１および１８２を挿入することで、光路を折り曲げるよ
うな構成とすることができる。この場合、装置の小型化
を図ることができる。

【０３１１】図７５は、ディスプレイ装置７の第１７の
構成例を示している。

【０３１２】発光ダイオード１９１Ｒ，１９１Ｇ，１９
１Ｂでは、それぞれ赤色、緑色、青色の光が、照明光と
して発光され、それぞれの光は、ダイクロイックプリズ
ム１９２、フライアイレンズ１９３、およびフィールド
レンズ１９４を介して、ＰＢＳ１９５に入射する。ＰＢ
Ｓ１９５では、フィールドレンズ１９４からの光が、９
０度反射され、その反射光は、反射型の表示デバイスで
ある反射型映像表示パネル１９６に入射する。反射型映
像表示パネル１９６は、そこに入射される光を反射する
ことで、ユーザに提供すべき映像を形成し、その映像と
しての反射光は、ＰＢＳ１９５および投影レンズ１９７
を介して、透過型スクリーン１９８に拡大投影される。
この拡大投影された像は、図２２、図３４、図４５、ま
たは図５６に示したように構成される接眼レンズ１９９
を介して、ユーザの眼球に入射し、これにより、ユーザ
の眼球において、反射型映像表示パネル１９６において
表示された映像の虚像が観察される。

【０３１３】この場合、反射型映像表示パネル１９６に
は、赤色、緑色、青色の光が、照明光として照射される
ので、いわゆるフィールドシーケンシャル方式により、
カラーの虚像を提供することができる。

【０３１４】図７６は、ディスプレイ装置７の第１８の
構成例を示している。なお、図中、図７５における場合
と対応する部分については、同一の符号を付してある。
即ち、このディスプレイ装置７は、フライアイレンズ１
９３とフィールドレンズ１９４との間に、ミラー２０１
が設けられているとともに、投影レンズ１９７と透過型
スクリーン１９８との間に、ミラー２０２および２０３
が設けられており、さらに、全体が筐体２０４内に固定
されている他は、図７５における場合と同様に構成され
ている。

【０３１５】この実施の形態では、フライアイレンズ１
９３からの照明光としての光は、ミラー２０１で９０度
反射され、フィールドレンズ１９４を介して、ＰＢＳ１
９５に入射する。ＰＢＳ１９５では、フィールドレンズ
１９４からの光が、９０度反射され、その反射光は、反
射型映像表示パネル１９６に入射する。反射型映像表示
パネル１９６は、そこに入射される光を１８０度反射す
ることで、ユーザに提供すべき映像を形成し、その映像
としての反射光は、ＰＢＳ１９５および投影レンズ１９
７を介して、ミラー２０２に入射する。ミラー２０２で
は、投影レンズ１９７からの光が、９０度反射され、そ
の反射光は、ミラー２０３に入射する。ミラー２０３で
は、ミラー２０２からの反射光が、さらに９０度反射さ
れ、これにより、投影レンズ１９７で拡大された像が、
透過型スクリーン１９８に投影される。以下、図７５に
おける場合と同様にして、ユーザの眼球において、反射
型映像表示パネル１９６において表示された映像の虚像
が観察される。

【０３１６】以上のように、ミラー２０１乃至２０３に
よって光路を曲げることで、装置の小型化を図ることが
できる。

【０３１７】図７７は、ディスプレイ装置７の第１９の
構成例を示している。

【０３１８】この実施の形態においては、図７６に示し
たディスプレイ装置７を２組設けて、それぞれにより形
成される虚像を、左眼と右眼で観察することができるよ
うになされている。

【０３１９】即ち、図７７において、発光ダイオード１
９１ＲＬ，１９１ＧＬ，１９１ＢＬ、ダイクロイックプ
リズム１９２Ｌ、フライアイレンズ１９３Ｌ、フィール
ドレンズ１９４Ｌ，ＰＢＳ１９５Ｌ、反射型映像表示パ
ネル１９６Ｌ、投影レンズ１９７Ｌ、透過型スクリーン
１９８Ｌ、接眼レンズ１９９Ｌ、ミラー２０１Ｌ乃至２
０３Ｌは、図７６の発光ダイオード１９１Ｒ，１９１
Ｇ，１９１Ｂ、ダイクロイックプリズム１９２、フライ
アイレンズ１９３、フィールドレンズ１９４，ＰＢＳ１
９５、反射型映像表示パネル１９６、投影レンズ１９
７、透過型スクリーン１９８、接眼レンズ１９９、ミラ
ー２０１乃至２０３とそれぞれ同様に構成され、ユーザ
の左眼に、虚像を提供するようになされている。また、
図７７において、発光ダイオード１９１ＲＲ，１９１Ｇ
Ｒ，１９１ＢＲ、ダイクロイックプリズム１９２Ｒ、フ
ライアイレンズ１９３Ｒ、フィールドレンズ１９４Ｒ，
ＰＢＳ１９５Ｒ、反射型映像表示パネル１９６Ｒ、投影
レンズ１９７Ｒ、透過型スクリーン１９８Ｒ、接眼レン
ズ１９９Ｒ、ミラー２０１Ｒ乃至２０３Ｒも、図７６の
発光ダイオード１９１Ｒ，１９１Ｇ，１９１Ｂ、ダイク
ロイックプリズム１９２、フライアイレンズ１９３、フ
ィールドレンズ１９４，ＰＢＳ１９５、反射型映像表示
パネル１９６、投影レンズ１９７、透過型スクリーン１
９８、接眼レンズ１９９、ミラー２０１乃至２０３とそ
れぞれ同様に構成され、ユーザの右眼に、虚像を提供す
るようになされている。

【０３２０】従って、この場合、ユーザは、虚像を、左
眼と右眼で観察することができる。

【０３２１】なお、図７６におけるミラー２０１乃至２
０３や、図７７におけるミラー２０１Ｌ乃至２０３Ｌお
よび２０１Ｒ乃至２０３Ｒの配置位置は、図７６や図７
７に示した位置に限定されるものではない。即ち、図７
６や図７７の実施の形態では、光路を、図面と平行な方
向に曲げるように、ミラーを配置したが、その他、例え
ば、ミラーは、光路を、図面と垂直な方向に曲げるよう
に配置することも可能である。

【０３２２】以上のように、接眼レンズとして、図２
２、図３４、図４５、または図５６に示したように構成
されるものを利用したディスプレイ装置７によれば、高
解像度で、広画角の映像を提供することが可能となる。
また、そのようなディスプレイ装置７を、ユーザ以外の
ものに固定した場合に、例えば、ユーザが動くことによ
って、ユーザの瞳が光軸からずれても、高解像度の映像
（虚像）を提供することができる。また、図２２、図３
４、図４５、または図５６に示した接眼レンズは、アイ
レリーフを長くすることができるので、ユーザが光軸方
向に動いた場合にも対処可能となる。

【０３２３】なお、上述の場合には、第１レンズ群１０
１乃至第４レンズ群１０４のうちの、第３レンズ群１０
３または第４レンズ群１０４の１面だけ非球面とするよ
うにしたが、第３レンズ群１０３または第４レンズ群１
０４の２面以上を非球面とするようにしても良い。な
お、第１レンズ群１０１や第２レンズ群１０２の面を非
球面としても良いが、第３レンズ群１０３または第４レ
ンズ群１０４の面を非球面とする方が、非点収差やコマ
収差を低減することができる。

【０３２４】さらに、上述の場合では、レンズの４次の
非球面係数を制限するようにしたが、その他、例えば、
レンズの６次の非球面係数を制限することによっても、
レンズの４次の非球面係数を制限した場合と同様の性能
を得ることが可能である。

【０３２５】なお、第３レンズ群１０３または第４レン
ズ群１０４の中の１面も非球面としない場合には、非点
収差や歪曲収差などが大きくなり、上述したような解像
力を保ちながら、対角の画角を４０度以上にして、０．
７５ｆ以上のアイレリーフを実現することは困難であ
る。

【０３２６】ところで、ディスプレイ装置７において、
映像を、投影レンズなどの投影光学系によって、スクリ
ーン上に投影し、その投影像を、接眼レンズを介して観
察する場合に使用されるスクリーンとしては、例えば、
図６７などに示した透過型のものの他、反射型のものが
ある。反射型のスクリーンを使用する場合、投影光学系
からの光を、反射型のスクリーンに照射し、そこで、１
８０度反射されてくる反射光を、接眼レンズに入射させ
る必要がある。この場合、投影光学系からスクリーンま
での光路と、スクリーンから接眼レンズまでの光路が重
なるため、そのうちの一方の光路を、ハーフミラーなど
で折り曲げて、そのハーフミラーおよび投影光学系の間
の光路と、ハーフミラーおよび接眼レンズの間の光路と
を別々にすることが、一般的に行われる。

【０３２７】この場合、ハーフミラーは、接眼レンズと
スクリーンとの間の光路中に設置されることとなるた
め、その間には、その設置のためのスペースが必要とな
る。従って、接眼レンズとスクリーンとの間の距離は、
ある程度長くとる必要がある。しかしながら、接眼レン
ズとスクリーンとの間の距離（光軸上の距離）を長くす
ることと、アイレリーフを長くすることとは、やはり、
背反する要求である。

【０３２８】また、この場合、ハーフミラーの設置によ
る装置全体の大型化を防止するために、例えば、接眼レ
ンズの長さを短くする必要がある。接眼レンズの長さを
短くするには、それを構成するレンズの枚数を少なくす
る必要があるが、少ないレンズで、高解像力を実現する
のは、極めて困難である。

【０３２９】具体的には、例えば、ＵＳＰ２，６３７，
２４５などに開示されている接眼レンズでは、画角（見
かけ視界）は４２度程度で、アイレリーフは１．３７６
ｆ程度とハイアイポイントであるが、スクリーンとの間
の距離は、０．２４３ｆ程度と短い。さらに、ＵＸＧＡ
やハイビジョンの規格に対応することは困難である。

【０３３０】そこで、図７８は、拡大光学系を構成する
レンズ１３Ｌ，１３Ｒとして用いる接眼レンズの第５実
施の形態の構成例を示している。

【０３３１】この実施の形態（後述する他の実施の形態
の接眼レンズにおいても同様）においては、アイレリー
フが、例えば４０ｍｍに、瞳位置のずれの許容量が、例
えば±９ｍｍに設定されている。さらに、画角は、水平
画角（全角）で３５度、対角画角（全角）で４０度以上
確保することができるように設定されている。

【０３３２】また、図７８の第５実施の形態の接眼レン
ズ（後述する他の実施の形態の接眼レンズについても同
様）では、バックフォーカス（接眼レンズと、スクリー
ン上などに形成される像との距離）が、アイレリーフと
同程度に設定されている。即ち、ここでは、バックフォ
ーカスは、上述したアイレリーフと同様の４０ｍｍ程度
を確保することができるように設定されている。

【０３３３】さらに、図７８の第５実施の形態の接眼レ
ンズ（後述する他の実施の形態の接眼レンズについても
同様）は、装置の小型化のために、２群４枚で構成され
ている。このように、接眼レンズを構成するレンズの枚
数を少なくした場合、いわゆる色消しと、接眼レンズの
像面の平面化とを、共に実現することは困難である。そ
こで、ここでは、例えば、色消しが優先されている。こ
のように、色消しを優先する場合、接眼レンズを構成す
るのに使用するレンズの屈折率や分散値などが制限され
るため、像面湾曲を減らして、像面を平面にすることが
困難となる。即ち、少ない枚数の接眼レンズで色消しを
優先すると、一般に、その像面が曲面になることは避け
られない。

【０３３４】像面が曲面になっている接眼レンズによっ
て、例えば、収差の少ない投影光学系によりスクリーン
上などに投影された像を観察すると、光軸から離れた画
面の周辺領域（端の部分）では、像がぼけてしまい、解
像力が劣化する。そこで、ここでは、投影光学系におい
て、接眼レンズの像面と一致する曲面の像面の像が形成
されるものとし、これにより、画面の周辺領域において
も、像がぼけることなく、高解像度の映像の観察が可能
なようになされている。ここで、投影光学系に、曲面の
像面の像を形成させる方法としては、例えば、投影光学
系が像を投影するスクリーンを、そのような曲面形状と
する方法などがある。

【０３３５】なお、画面の周辺領域における像のぼけが
許容される場合には、投影光学系に、像面が曲面の像を
形成させる必要はない。

【０３３６】図７８において、接眼レンズは、上述した
ように、２群４枚のレンズで構成されている。即ち、接
眼レンズは、第１レンズ群３０１および第２レンズ群３
０２が、瞳側から順次配置されて構成されている。な
お、図７８において、第２レンズ群３０２の右側に、投
影光学系により形成される像が投影されるスクリーンな
どが設置され、その像を、第１レンズ群３０１の左側
（瞳側）から見ることで、その虚像を観察することがで
きる。

【０３３７】第１レンズ群３０１（第１のレンズ群）
は、正レンズであるレンズ３１１と負レンズであるレン
ズ３１２とが、瞳側から見て順次接合されて構成されて
いる。即ち、レンズ３１１が瞳側に、レンズ３１２が瞳
と反対側（スクリーン側）に、それぞれ配置されてい
る。

【０３３８】第２レンズ群３０２（第２のレンズ群）
は、負レンズであるレンズ３２１と正レンズであるレン
ズ３２２とが、瞳側から見て順次接合されて構成されて
いる。即ち、レンズ３２１が瞳側に、レンズ３２２がス
クリーン側に、それぞれ配置されている。

【０３３９】そして、以上の第１レンズ群３０１または
第２レンズ群３０２のうち、ここでは、第１レンズ群３
０１を構成するレンズ３１１の瞳側の面３１１Ａだけが
非球面とされている。さらに、この場合、第１レンズ群
３０１の瞳側の面３１１Ａの４次の非球面係数をａ
₁₁と、接眼レンズの全系の焦点距離をｆと、所定の係数
をｋ₁₁と、それぞれするとき、式 −０．９＜ｋ₁₁＜−０．５、但し、ａ₁₁＝（ｋ₁₁／ｆ）³ ・・・（２４） が成立するように、係数ｋ₁₁が設定されている。

【０３４０】これは、係数ｋ₁₁が、−０．９以下となる
場合には、瞳が光軸上から動いたときに、その動いた方
向と反対側の、映像の画面の周辺領域（画面の端の部
分）の像面が負方向に倒れ、解像力が劣化するからであ
る。一方、係数ｋ₁₁が−０．５以上となる場合には、瞳
が光軸上から動いたときに、その動いた方向の像面が正
方向に倒れ、解像力が劣化するからである。ここで、像
面が正方向または負方向に曲がりすぎるとは、サジタル
方向（Ｓ方向）の非点収差曲線とメリジオナル方向（Ｍ
方向）の非点収差曲線とから得られる平均像面を表す曲
線が、正方向または負方向に傾きすぎることを意味す
る。

【０３４１】ここで、式（２４）（後述する他の条件式
についても同様）は、その条件を必ず満たさなければな
らないというものではない。但し、式（２４）の条件を
満たさない場合は、接眼レンズの第１実施の形態で説明
したような意味で、接眼レンズの解像力が劣化する。

【０３４２】次に、第１レンズ群３０１におけるレンズ
３１１の瞳側の面３１１Ａのみを非球面とし、係数ｋ₁₁
を、式（２４）に示した範囲の中間の範囲の値である、
例えば−０．７とした場合における接眼レンズの各パラ
メータは、例えば、以下のようになる。

【０３４３】 r0= ∞ d0=40.000000 r1= 50.07380 d1=21.596783 nd1=1.540033 νd1=65.3863 r2= -45.97502 d2=16.930953 nd2=1.744445 νd2=43.5917 r3= -82.60234 d3= 1.000000 r4= 90.60758 d4= 3.000000 nd4=1.746911 νd4=38.3455 r5= 30.31965 d5=17.472265 nd5=1.487000 νd5=70.4000 r6=-7038.46034 d6=40.000000 r7= -75.00000 ａ₁₁=-0.970425×10^-6 ｂ₁₁=-0.134184×10^-9 ｆ=70.704 ・・・（２５）

【０３４４】ここで、式（２５）以下においては、r0乃
至r7は、瞳面、レンズ３１１の瞳側の面、レンズ３１１
のスクリーン側の面（レンズ３１２の瞳側の面）、レン
ズ３１２の瞳側の面、レンズ３２１の瞳側の面、レンズ
３２１のスクリーン側の面（レンズ３２２の瞳側の
面）、レンズ３２２のスクリーン側の面、または投影光
学系によってスクリーンなどに形成される像の像面それ
ぞれにおける曲率半径（ｍｍ）を表す。また、d0は、瞳
から接眼レンズ、即ち、第１レンズ群３０１のレンズ３
１１までの距離（アイレリーフ）（ｍｍ）を表し、d1乃
至d6は、レンズ３１１の厚み、レンズ３１２の厚み、レ
ンズ３１２とレンズ３２１との間の空気間隔、レンズ３
２１の厚み、レンズ３２２の厚み、レンズ３２２からス
クリーンなどに形成される像までの距離（バックフォー
カス）（ｍｍ）を、それぞれ表す。さらに、nd1，nd2，
nd4、またはnd5は、レンズ３１１，１２，２１、または
２２それぞれの硝材のｄ線における屈折率を表し、νd
1，νd2，νd4、またはνd5は、レンズ３１１，１２，
２１、または２２それぞれの硝材のｄ線におけるアッベ
数を表す。また、ａ₁₁またはｂ₁₁は、非球面である、第
１レンズ群３０１の瞳側の面（レンズ３１１の瞳側の
面）３１１Ａの４次または６次の非球面係数をそれぞれ
表し、ｆは、波長が５２５ｎｍ（ナノメートル）の光に
おける接眼レンズの焦点距離を表す。

【０３４５】接眼レンズの各パラメータが、式（２５）
に示すように設定されている場合、レンズ３１１，３１
２，３２１，３２２の形状は、図７８に示したようにな
る。さらに、瞳が光軸上にあるときには、図７８に示し
たような光路図が描かれる。また、この場合の球面収
差、非点収差、および歪曲収差は、図７９に示すように
なり、像面上における横収差は、図８０に示すようにな
る。

【０３４６】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（２５）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸
上から９ｍｍだけずれたときに描かれる光路図を、図８
１に示す。さらに、この場合の像面上における横収差
を、図８２に示す。

【０３４７】なお、図７８を含め、以下に示す光路図で
は、接眼レンズの第１実施の形態で説明した５つの光路
Ａ乃至ＥのうちのＤおよびＥの図示を省略してある。

【０３４８】次に、第１レンズ群３０１におけるレンズ
３１１の瞳側の面３１１Ａのみを非球面とし、係数ｋ₁₁
を、式（２４）に示した範囲の下限値である−０．９と
した場合における接眼レンズの各パラメータは、例え
ば、以下のようになる。

【０３４９】 r0= ∞ d0=40.000000 r1= 46.78293 d1=25.517040 nd1=1.487000 νd1=70.4000 r2= -36.86474 d2=11.080586 nd2=1.698553 νd2=47.7991 r3= -57.08138 d3= 1.000000 r4= 160.01023 d4= 3.206065 nd4=1.745732 νd4=40.6829 r5= 32.53695 d5=19.196310 nd5=1.487000 νd5=70.4000 r6=-251.08445 d6=39.999999 r7= -75.00000 ａ₁₁= -0.206251×10^-5 ｂ₁₁= -0.162838×10^-9 ｆ=70.704 ・・・（２６）

【０３５０】接眼レンズの各パラメータが、式（２６）
に示すように設定されている場合、レンズ３１１，３１
２，３２１，３２２の形状は、図８３に示すようにな
る。さらに、瞳が光軸上にあるときには、図８３に示す
ような光路図が描かれる。また、この場合の球面収差、
非点収差、および歪曲収差は、図８４に示すようにな
り、像面上における横収差は、図８５に示すようにな
る。

【０３５１】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（２６）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸
上から９ｍｍだけずれたときに描かれる光路図を、図８
６に示す。さらに、この場合の像面上における横収差
を、図８７に示す。

【０３５２】次に、第１レンズ群３０１におけるレンズ
３１１の瞳側の面３１１Ａのみを非球面とし、係数ｋ₁₁
を、式（２４）に示した範囲の上限値である−０．５と
した場合における接眼レンズの各パラメータは、例え
ば、以下のようになる。

【０３５３】 r0= ∞ d0=40.000000 r1= 56.36241 d1=19.832046 nd1=1.610052 νd1=60.8210 r2= -48.36727 d2=18.528516 nd2=1.744406 νd2=43.6864 r3=-128.12790 d3= 1.000000 r4= 80.08954 d4= 3.000000 nd4=1.747707 νd4=36.9175 r5= 30.32276 d5=17.639439 nd5=1.487000 νd5=70.4000 r6=-812.28344 d6=40.000000 r7= -75.00000 ａ₁₁=-0.353654×10^-6 ｂ₁₁=-0.350604×10^-11 ｆ=70.704 ・・・（２７）

【０３５４】接眼レンズの各パラメータが、式（２７）
に示すように設定されている場合、レンズ３１１，３１
２，３２１，３２２の形状は、図８８に示すようにな
る。さらに、瞳が光軸上にあるときには、図８８に示す
ような光路図が描かれる。また、この場合の球面収差、
非点収差、および歪曲収差は、図８９に示すようにな
り、像面上における横収差は、図９０に示すようにな
る。

【０３５５】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（２７）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸
上から９ｍｍだけずれたときに描かれる光路図を、図９
１に示す。さらに、この場合の像面上における横収差
を、図９２に示す。

【０３５６】次に、図９３は、拡大光学系を構成するレ
ンズ１３Ｌ，１３Ｒとして用いる接眼レンズの第６実施
の形態の構成例を示している。なお、図中、図７８にお
ける場合と対応する部分については、同一の符号を付し
てある。即ち、この接眼レンズは、基本的に、図７８に
おける場合と同様に構成されている。

【０３５７】但し、第６実施の形態では、第１レンズ群
３０１または第２レンズ群３０２のうち、第１レンズ群
３０１を構成するレンズ３１２のスクリーン側の面３１
２Ｂだけが非球面とされている。さらに、この場合、第
１レンズ群３０１のスクリーン側の面３１２Ｂの４次の
非球面係数をａ₁₂と、接眼レンズの全系の焦点距離をｆ
と、所定の係数をｋ₁₂と、それぞれするとき、式 −０．１＜ｋ₁₂＜１．２、但し、ａ₁₂＝（ｋ₁₂／ｆ）³ ・・・（２８） が成立するように、係数ｋ₁₂が設定されている。

【０３５８】これは、係数ｋ₁₂が、−０．１以下となる
場合には、映像の画面の周辺部分の像面が正方向に曲が
りすぎ、解像力が劣化するからである。一方、係数ｋ₁₂
が１．２以上となる場合には、瞳が光軸上から動いたと
きに、その動いた方向と反対側の、映像の画面の周辺部
分の像面が正方向に倒れ、解像力が劣化するからであ
る。

【０３５９】次に、第１レンズ群３０１におけるレンズ
３１２のスクリーン側の面３１２Ｂのみを非球面とし、
係数ｋ₁₂を、式（２８）に示した範囲の中間の範囲の値
である、例えば１．１とした場合における接眼レンズの
各パラメータは、例えば、以下のようになる。

【０３６０】 r0= ∞ d0=40.000000 r1= 47.90263 d1=20.532074 nd1=1.549677 νd1=64.6446 r2= -61.94314 d2= 4.449320 nd2=1.487000 νd2=70.4000 r3=-142.84458 d3= 4.095881 r4=-280.44421 d4= 3.000000 nd4=1.748102 νd4=36.2474 r5= 41.59350 d5=27.922724 nd5=1.487000 νd5=70.4000 r6= -49.29290 d6=40.000000 r7= -75.00000 ａ₁₂=0.376570×10^-5 ｂ₁₂=0.403927×10^-9 ｆ=70.704 ・・・（２９）

【０３６１】ここで、ｂ₁₂は、非球面である、第１レン
ズ群３０１のレンズ３１２のスクリーン側の面３１２Ｂ
の６次の非球面係数を表す。

【０３６２】接眼レンズの各パラメータが、式（２９）
に示すように設定されている場合、レンズ３１１，３１
２，３２１，３２２の形状は、図９３に示したようにな
る。さらに、瞳が光軸上にあるときには、図９３に示し
たような光路図が描かれる。また、この場合の球面収
差、非点収差、および歪曲収差は、図９４に示すように
なり、像面上における横収差は、図９５に示すようにな
る。

【０３６３】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（２９）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸
上から９ｍｍだけずれたときに描かれる光路図を、図９
６に示す。さらに、この場合の像面上における横収差
を、図９７に示す。

【０３６４】次に、第１レンズ群３０１におけるレンズ
３１２のスクリーン側の面３１２Ｂのみを非球面とし、
係数ｋ₁₂を、式（２８）に示した範囲の下限値である−
０．１とした場合における接眼レンズの各パラメータ
は、例えば、以下のようになる。

【０３６５】 r0= ∞ d0=40.000000 r1= 59.60024 d1=22.208164 nd1=1.561732 νd1=61.3018 r2= -39.79904 d2= 9.621365 nd2=1.744000 νd2=44.7000 r3=-110.13093 d3= 1.000000 r4= 73.87884 d4= 8.203051 nd4=1.747301 νd4=37.6311 r5= 30.04885 d5=18.967420 nd5=1.487000 νd5=70.4000 r6=-266.58052 d6=40.000000 r7= -75.00000 ａ₁₂=-0.282923×10^-8 ｂ₁₂=-0.298726×10^-9 ｆ=70.704 ・・・（３０）

【０３６６】接眼レンズの各パラメータが、式（３０）
に示すように設定されている場合、レンズ３１１，３１
２，３２１，３２２の形状は、図９８に示すようにな
る。さらに、瞳が光軸上にあるときには、図９８に示す
ような光路図が描かれる。また、この場合の球面収差、
非点収差、および歪曲収差は、図９９に示すようにな
り、像面上における横収差は、図１００に示すようにな
る。

【０３６７】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（３０）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸
上から９ｍｍだけずれたときに描かれる光路図を、図１
０１に示す。さらに、この場合の像面上における横収差
を、図１０２に示す。

【０３６８】次に、第１レンズ群３０１におけるレンズ
３１２のスクリーン側の面３１２Ｂのみを非球面とし、
係数ｋ₁₂を、式（２８）に示した範囲の上限値である
１．２とした場合における接眼レンズの各パラメータ
は、例えば、以下のようになる。

【０３６９】 r0= ∞ d0=40.000000 r1= 45.35307 d1=24.984328 nd1=1.511234 νd1=64.2827 r2= -46.28172 d2= 3.000000 nd2=1.487000 νd2=70.4000 r3= -86.15767 d3= 4.572285 r4=-128.71885 d4= 3.000000 nd4=1.747277 νd4=37.6752 r5= 43.40071 d5=24.443387 nd5=1.487000 νd5=70.4000 r6= -43.83295 d6=40.000007 r7= -75.00000 ａ₁₂=0.488893×10^-5 ｂ₁₂=0.401212×10^-9 ｆ=70.704 ・・・（３１）

【０３７０】接眼レンズの各パラメータが、式（３１）
に示すように設定されている場合、レンズ３１１，３１
２，３２１，３２２の形状は、図１０３に示すようにな
る。さらに、瞳が光軸上にあるときには、図１０３に示
すような光路図が描かれる。また、この場合の球面収
差、非点収差、および歪曲収差は、図１０４に示すよう
になり、像面上における横収差は、図１０５に示すよう
になる。

【０３７１】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（３１）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸
上から９ｍｍだけずれたときに描かれる光路図を、図１
０６に示す。さらに、この場合の像面上における横収差
を、図１０７に示す。

【０３７２】次に、図１０８は、拡大光学系を構成する
レンズ１３Ｌ，１３Ｒとして用いる接眼レンズの第７実
施の形態の構成例を示している。なお、図中、図７８に
おける場合と対応する部分については、同一の符号を付
してある。即ち、この接眼レンズは、基本的に、図７８
における場合と同様に構成されている。

【０３７３】但し、第７実施の形態では、第１レンズ群
３０１または第２レンズ群３０２のうち、第２レンズ群
３０２を構成するレンズ３２１の瞳側の面３２１Ａだけ
が非球面とされている。さらに、この場合、第２レンズ
群３０２の瞳側の面３２１Ａの４次の非球面係数をａ₂₁
と、接眼レンズの全系の焦点距離をｆと、所定の係数を
ｋ₂₁と、それぞれするとき、式 −１．０＜ｋ₂₁＜−０．５、但し、ａ₂₁＝（ｋ₂₁／ｆ）³ ・・・（３２） が成立するように、係数ｋ₂₁が設定されている。

【０３７４】これは、係数ｋ₂₁が、−１．０以下となる
場合には、映像の画面の周辺部分の像面が負方向に曲が
りすぎ、解像力が劣化するからである。一方、係数ｋ₂₁
が−０．５以上となる場合には、瞳が光軸上から動いた
ときに、その動いた方向と反対側の、映像の画面の周辺
部分の像面が正方向に倒れ、解像力が劣化するからであ
る。

【０３７５】次に、第２レンズ群３０２におけるレンズ
３２１の瞳側の面３２１Ａのみを非球面とし、係数ｋ₂₁
を、式（３２）に示した範囲の中間の範囲の値である、
例えば−０．８とした場合における接眼レンズの各パラ
メータは、例えば、以下のようになる。

【０３７６】 r0= ∞ d0=40.000000 r1= 51.53362 d1=25.734500 nd1=1.637960 νd1=56.9431 r2=-138.26306 d2= 3.000000 nd2=1.755000 νd2=27.6000 r3= 177.92592 d3= 2.134425 r4= 92.12853 d4= 8.878594 nd4=1.744000 νd4=44.7000 r5= 38.73840 d5=18.683144 nd5=1.501478 νd5=68.8479 r6= -72.62546 d6=40.000000 r7= -75.00000 ａ₂₁=-0.144856×10^-5 ｂ₂₁=-0.456271×10^-9 ｆ=70.704 ・・・（３３）

【０３７７】ここで、ｂ₂₁は、非球面である、第２レン
ズ群３０２のレンズ３２１の瞳側の面３２１Ａの６次の
非球面係数を表す。

【０３７８】接眼レンズの各パラメータが、式（３３）
に示すように設定されている場合、レンズ３１１，３１
２，３２１，３２２の形状は、図１０８に示したように
なる。さらに、瞳が光軸上にあるときには、図１０８に
示したような光路図が描かれる。また、この場合の球面
収差、非点収差、および歪曲収差は、図１０９に示すよ
うになり、像面上における横収差は、図１１０に示すよ
うになる。

【０３７９】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（３３）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸
上から９ｍｍだけずれたときに描かれる光路図を、図１
１１に示す。さらに、この場合の像面上における横収差
を、図１１２に示す。

【０３８０】次に、第２レンズ群３０２におけるレンズ
３２１の瞳側の面３２１Ａのみを非球面とし、係数ｋ₂₁
を、式（３２）に示した範囲の下限値である−１．０と
した場合における接眼レンズの各パラメータは、例え
ば、以下のようになる。

【０３８１】 r0= ∞ d0=40.000000 r1= 50.93361 d1=30.810164 nd1=1.638947 νd1=56.7747 r2=-80.61686 d2= 3.000000 nd2=1.755000 νd2=27.6000 r3=130.33798 d3= 4.739208 r4=116.91932 d4= 3.000000 nd4=1.501781 νd4=68.8172 r5= 48.67346 d5=18.379810 nd5=1.487000 νd5=70.4000 r6=-66.31831 d6=40.074024 r7=-75.00000 ａ₂₁=-0.282896×10^-5 ｂ₂₁=-0.135659×10^-8 ｆ=70.708 ・・・（３４）

【０３８２】接眼レンズの各パラメータが、式（３４）
に示すように設定されている場合、レンズ３１１，３１
２，３２１，３２２の形状は、図１１３に示すようにな
る。さらに、瞳が光軸上にあるときには、図１１３に示
すような光路図が描かれる。また、この場合の球面収
差、非点収差、および歪曲収差は、図１１４に示すよう
になり、像面上における横収差は、図１１５に示すよう
になる。

【０３８３】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（３４）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸
上から９ｍｍだけずれたときに描かれる光路図を、図１
１６に示す。さらに、この場合の像面上における横収差
を、図１１７に示す。

【０３８４】次に、第２レンズ群３０２におけるレンズ
３２１の瞳側の面３２１Ａのみを非球面とし、係数ｋ₂₁
を、式（３２）に示した範囲の上限値である−０．５と
した場合における接眼レンズの各パラメータは、例え
ば、以下のようになる。

【０３８５】 r0= ∞ d0=40.000000 r1= 54.25936 d1=20.371520 nd1=1.593045 νd1=61.7750 r2= -49.98184 d2=18.762553 nd2=1.744000 νd2=44.7000 r3= -153.31734 d3= 1.000000 r4= 72.07611 d4= 3.000000 nd4=1.748554 νd4=35.5128 r5= 31.41941 d5=16.865927 nd5=1.487000 νd5=70.4000 r6=-1306.83799 d6=40.000000 r7= -75.00000 ａ₂₁=-0.353654×10^-6 ｂ₂₁= -0.296813×10^-9 ｆ=70.704 ・・・（３５）

【０３８６】接眼レンズの各パラメータが、式（３５）
に示すように設定されている場合、レンズ３１１，３１
２，３２１，３２２の形状は、図１１８に示すようにな
る。さらに、瞳が光軸上にあるときには、図１１８に示
すような光路図が描かれる。また、この場合の球面収
差、非点収差、および歪曲収差は、図１１９に示すよう
になり、像面上における横収差は、図１２０に示すよう
になる。

【０３８７】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（３５）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸
上から９ｍｍだけずれたときに描かれる光路図を、図１
２１に示す。さらに、この場合の像面上における横収差
を、図１２２に示す。

【０３８８】次に、図１２３は、拡大光学系を構成する
レンズ１３Ｌ，１３Ｒとして用いる接眼レンズの第８実
施の形態の構成例を示している。なお、図中、図７８に
おける場合と対応する部分については、同一の符号を付
してある。即ち、この接眼レンズは、基本的に、図７８
における場合と同様に構成されている。

【０３８９】但し、第８実施の形態では、第１レンズ群
３０１または第２レンズ群３０２のうち、第２レンズ群
３０２を構成するレンズ３２２のスクリーン側の面３２
２Ｂだけが非球面とされている。さらに、この場合、第
２レンズ群３０２のスクリーン側の面３２２Ｂの４次の
非球面係数をａ₂₂と、接眼レンズの全系の焦点距離をｆ
と、所定の係数をｋ₂₂と、それぞれするとき、式 −０．２＜ｋ₂₂＜１．４、但し、ａ₂₂＝（ｋ₂₂／ｆ）³ ・・・（３６） が成立するように、係数ｋ₂₂が設定されている。

【０３９０】これは、係数ｋ₂₂が、−０．２以下となる
場合には、瞳が光軸上から動いたときに、その動いた方
向と反対側の、映像の画面の周辺部分の像面が正方向に
倒れ、解像力が劣化するからである。一方、係数ｋ₂₂が
１．４以上となる場合には、映像の画面の中心部分と周
辺部分との間の中間領域（図２３において斜線を付して
示した部分）の像面が正方向に曲がりすぎるとともに、
その周辺部分の像面が負方向に曲がりすぎ、解像力が劣
化するからである。

【０３９１】次に、第２レンズ群３０２におけるレンズ
３２２のスクリーン側の面３２２Ｂのみを非球面とし、
係数ｋ₂₂を、式（３６）に示した範囲の中間の範囲の値
である、例えば１．０とした場合における接眼レンズの
各パラメータは、例えば、以下のようになる。

【０３９２】 r0= ∞ d0=40.000000 r1= 53.25800 d1=24.594861 nd1=1.489267 νd1=69.0034 r2= -95.29804 d2= 3.000000 nd2=1.751184 νd2=31.7766 r3= 470.65448 d3= 1.905110 r4= 51.15860 d4=10.173024 nd3=1.744000 νd4=44.7000 r5= 31.00215 d5=20.327005 nd5=1.487000 νd5=70.4000 r6=-105.92664 d6=40.000000 r7= -75.00000 ａ₂₂=0.282923×10^-5 ｂ₂₂=0.263858×10^-11 ｆ=70.704 ・・・（３７）

【０３９３】ここで、ｂ₂₂は、非球面である、第２レン
ズ群３０２のレンズ３２２のスクリーン側の面３２２Ｂ
の６次の非球面係数を表す。

【０３９４】接眼レンズの各パラメータが、式（３７）
に示すように設定されている場合、レンズ３１１，３１
２，３２１，３２２の形状は、図１２３に示したように
なる。さらに、瞳が光軸上にあるときには、図１２３に
示したような光路図が描かれる。また、この場合の球面
収差、非点収差、および歪曲収差は、図１２４に示すよ
うになり、像面上における横収差は、図１２５に示すよ
うになる。

【０３９５】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（３７）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸
上から９ｍｍだけずれたときに描かれる光路図を、図１
２６に示す。さらに、この場合の像面上における横収差
を、図１２７に示す。

【０３９６】次に、第２レンズ群３０２におけるレンズ
３２２のスクリーン側の面３２２Ｂのみを非球面とし、
係数ｋ₂₂を、式（３６）に示した範囲の下限値である−
０．２とした場合における接眼レンズの各パラメータ
は、例えば、以下のようになる。

【０３９７】 r0= ∞ d0=40.000000 r1= 54.45186 d1=20.611380 nd1=1.587757 νd1=62.0893 r2= -48.72213 d2=20.140800 nd2=1.744913 νd2=42.4859 r3=-142.45322 d3= 1.000000 r4= 62.92736 d4= 3.000000 nd4=1.749529 νd4=34.0261 r5= 30.83249 d5=15.247820 nd5=1.487000 νd5=70.4000 r6= 357.62396 d6=40.000000 r7= -75.00000 ａ₂₂=-0.226338×10^-7 ｂ₂₂=0.223811×10^-8 ｆ=70.704 ・・・（３８）

【０３９８】接眼レンズの各パラメータが、式（３８）
に示すように設定されている場合、レンズ３１１，３１
２，３２１，３２２の形状は、図１２８に示すようにな
る。さらに、瞳が光軸上にあるときには、図１２８に示
すような光路図が描かれる。また、この場合の球面収
差、非点収差、および歪曲収差は、図１２９に示すよう
になり、像面上における横収差は、図１３０に示すよう
になる。

【０３９９】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（３８）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸
上から９ｍｍだけずれたときに描かれる光路図を、図１
３１に示す。さらに、この場合の像面上における横収差
を、図１３２に示す。

【０４００】次に、第２レンズ群３０２におけるレンズ
３２２のスクリーン側の面３２２Ｂのみを非球面とし、
係数ｋ₂₂を、式（３６）に示した範囲の上限値である
１．４とした場合における接眼レンズの各パラメータ
は、例えば、以下のようになる。

【０４０１】 r0= ∞ d0=40.000000 r1= 40.50842 d1=20.778826 nd1=1.512048 νd1=58.0043 r2=-147.28690 d2= 3.000000 nd2=1.749294 νd2=34.3723 r3= 78.38449 d3= 1.000000 r4= 34.45382 d4= 3.000000 nd4=1.737236 νd4=45.2369 r5= 24.59147 d5=23.037221 nd5=1.487000 νd5=70.4000 r6=-238.11515 d6=40.000000 r7= -75.00000 ａ₂₂=0.776340×10^-5 ｂ₂₂=0.332592×10^-8 ｆ=70.704 ・・・（３９）

【０４０２】接眼レンズの各パラメータが、式（３９）
に示すように設定されている場合、レンズ３１１，３１
２，３２１，３２２の形状は、図１３３に示すようにな
る。さらに、瞳が光軸上にあるときには、図１３３に示
すような光路図が描かれる。また、この場合の球面収
差、非点収差、および歪曲収差は、図１３４に示すよう
になり、像面上における横収差は、図１３５に示すよう
になる。

【０４０３】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（３９）に示すように設定されている場合に、瞳が光軸
上から９ｍｍだけずれたときに描かれる光路図を、図１
３６に示す。さらに、この場合の像面上における横収差
を、図１３７に示す。

【０４０４】以上説明した構成によれば、対角で、４０
度以上の画角に亘って、高解像力で、かつ瞳位置が、あ
る程度、光軸上からずれても、高解像力な接眼レンズを
提供することができる。また、アイレリーフおよびバッ
クフォーカスをバランス良く、かつ長い距離を確保する
ことができる。

【０４０５】即ち、式（２５）乃至（２７），（２９）
乃至（３１），（３３）乃至（３５），（３７）乃至
（３９）から明らかなように、アイレリーフd0およびバ
ックフォーカスd6は、いずれも０．５６ｆ以上と、互い
にバランス良く、長い距離が確保されている。

【０４０６】次に、以上説明した接眼レンズによって、
映像の虚像を形成して提供するディスプレイ装置７につ
いて説明する。

【０４０７】図１３８は、ディスプレイ装置７の第２０
の構成例を示している。

【０４０８】表示素子（画像表示素子）３３１は、例え
ば、図６７における表示素子１５１と同様に構成される
自発光型または透過型の表示デバイスで、ユーザに提供
すべき映像を表示する。表示素子３３１において表示さ
れた映像は、投影レンズ３３２を介して、ハーフミラー
３３４に入射する。ハーフミラー３３４では、投影レン
ズ３３２からの光が９０度反射され、反射式スクリーン
３３３に照射される。反射式スクリーン３３３は、接眼
レンズ３３５の像面と一致するような曲面のスクリーン
で、ハーフミラー３３４からの光を、１８０度反射す
る。この反射光は、ハーフミラー３３４を透過して、図
７８や、図９３、図１０８、図１２３などに示したよう
に構成される接眼レンズ３３５を介することにより、ユ
ーザの眼球に入射し、これにより、ユーザの眼球におい
て、表示素子３３１において表示された映像の虚像が観
察される。

【０４０９】図１３９は、ディスプレイ装置７の第２１
の構成例を示している。なお、図中、図１３８における
場合と対応する部分については、同一の符号を付してあ
る。即ち、この映像提供装置は、ハーフミラー３３４
が、反射式スクリーン３３３と接眼レンズ３３５との間
ではなく、投影レンズ３３２と反射式スクリーン３３３
との間に設けられていることを除けば、図１３８におけ
る場合と同様に構成されている。

【０４１０】図１３９では、表示素子３３１において表
示された映像が、投影レンズ３３２およびハーフミラー
３３４を介して、反射式スクリーン３３３に照射され
る。反射式スクリーン３３３では、ハーフミラー３３４
からの光が、１８０度反射され、この反射光は、ハーフ
ミラー３３４において、さらに９０度反射され、接眼レ
ンズ３３５に入射し、以下、図１３８における場合と同
様にして、ユーザの眼球において、表示素子３３１にお
いて表示された映像の虚像が観察される。

【０４１１】図１４０は、ディスプレイ装置７の第２２
の構成例を示している。なお、図中、図１３８における
場合と対応する部分については、同一の符号を付してあ
る。即ち、このディスプレイ装置７は、表示素子３３１
に代えて、表示素子３５１およびＰＢＳ３５２が設けら
れている他は、図１３８における場合と同様に構成され
ている。

【０４１２】図示せぬ光源から発せられた照明光として
の光が、ＰＢＳ３５２において、９０度反射され、表示
素子（画像表示素子）３５１に入射する。表示素子３５
１は、例えば、図７０における表示素子１７１と同様に
構成される反射型の表示デバイスで、そこに入射される
光を反射することで、ユーザに提供すべき映像を表示す
る。

【０４１３】表示素子１７１で反射された反射光として
の映像は、ＰＢＳ３５２を透過して、投影レンズ３３２
に入射し、以下、図１３８における場合と同様にして、
ユーザの眼球において、虚像が観察される。

【０４１４】なお、ＰＢＳ３５２に代えて、ハーフミラ
ーその他の光を分割する素子を設けることも可能であ
る。

【０４１５】図１４１は、ディスプレイ装置７の第２３
の構成例を示している。なお、図中、図１４０における
場合と対応する部分については、同一の符号を付してあ
る。即ち、この映像提供装置は、ＰＢＳ３５２が、表示
素子３５１と投影レンズ３３２との間ではなく、投影レ
ンズ３３２とハーフミラー３３４との間に設けられてい
る他は、図１４０における場合と同様に構成されてい
る。

【０４１６】この場合、図示せぬ光源から発せられた照
明光としての光が、ＰＢＳ３５２において、９０度反射
され、投影レンズ３３２を介して、表示素子３５１に入
射する。表示素子３５１では、そこに入射される光が反
射され、その反射光としての映像が、投影レンズ３３２
およびＰＢＳ３５２を透過して、ハーフミラー３３４に
入射し、以下、図１４０における場合と同様にして、ユ
ーザの眼球において、虚像が観察される。

【０４１７】図１４２は、ディスプレイ装置７の第２４
の構成例を示している。

【０４１８】発光ダイオード３９１Ｒ，３９１Ｇ，３９
１Ｂでは、それぞれ赤色、緑色、青色の光が、照明光と
して発光され、それぞれの光は、ダイクロイックプリズ
ム３９２、フライアイレンズ３９３、およびフィールド
レンズ３９４を介して、ＰＢＳ３９５に入射する。ＰＢ
Ｓ３９５では、フィールドレンズ３９４からの光が、９
０度反射され、その反射光は、反射型の表示素子である
反射型映像表示パネル３９６に入射する。反射型映像表
示パネル３９６は、そこに入射される光を反射すること
で、ユーザに提供すべき映像を形成し、その映像として
の反射光は、ＰＢＳ３９５および投影レンズ３９７を介
して、ハーフミラー４００に入射する。ハーフミラー４
００では、投影レンズ３９７からの映像が９０度反射さ
れ、これにより、その映像が、反射型スクリーン３９８
に拡大投影される。この拡大投影された像は、図７８
や、図９３、図１０８、図１２３などに示したように構
成される接眼レンズ３９９を介して、ユーザの眼球に入
射し、これにより、ユーザの眼球において、反射型映像
表示パネル３９６において表示された映像の虚像が観察
される。

【０４１９】この場合、反射型映像表示パネル３９６に
は、赤色、緑色、青色の光が、照明光として照射される
ので、いわゆるフィールドシーケンシャル方式により、
カラーの虚像を提供することができる。

【０４２０】図１４３は、ディスプレイ装置７の第２５
の構成例を示している。なお、図中、図１４２における
場合と対応する部分については、同一の符号を付してあ
る。即ち、この映像提供装置は、フライアイレンズ３９
３とフィールドレンズ３９４との間に、ミラー４０１が
設けられている他は、図１４２における場合と同様に構
成されている。

【０４２１】この実施の形態では、フライアイレンズ３
９３からの照明光としての光は、ミラー４０１で９０度
反射され、フィールドレンズ３９４を介して、ＰＢＳ３
９５に入射する。ＰＢＳ３９５では、フィールドレンズ
３９４からの光が、９０度反射され、その反射光は、反
射型映像表示パネル３９６に入射する。反射型映像表示
パネル３９６は、そこに入射される光を反射すること
で、ユーザに提供すべき映像を形成し、その映像として
の反射光は、ＰＢＳ３９５および投影レンズ３９７を介
して、ハーフミラー４００に入射する。ハーフミラー４
００では、投影レンズ３９７からの光が、９０度反射さ
れ、その反射光は、反射型スクリーン３９８に投影され
る。以下、図１４２における場合と同様にして、ユーザ
の眼球において、反射型映像表示パネル３９６において
表示された映像の虚像が観察される。

【０４２２】この場合、ミラー４０１によって光路を曲
げているので、装置の小型化を図ることができる。

【０４２３】図１４４は、ディスプレイ装置７の第２６
の構成例を示している。

【０４２４】この実施の形態においては、図１４３に示
した映像提供装置を２組設けて、それぞれにより形成さ
れる虚像を、左眼と右眼で観察することができるように
なされている。

【０４２５】即ち、図１４４において、発光ダイオード
３９１ＲＬ，３９１ＧＬ，３９１ＢＬ、ダイクロイック
プリズム３９２Ｌ、フライアイレンズ３９３Ｌ、フィー
ルドレンズ３９４Ｌ，ＰＢＳ３９５Ｌ、反射型映像表示
パネル３９６Ｌ、投影レンズ３９７Ｌ、反射型スクリー
ン３９８Ｌ、接眼レンズ３９９Ｌ、ハーフミラー４００
Ｌ、またはミラー４０１Ｌは、図１４３の発光ダイオー
ド３９１Ｒ，３９１Ｇ，３９１Ｂ、ダイクロイックプリ
ズム３９２、フライアイレンズ３９３、フィールドレン
ズ３９４，ＰＢＳ３９５、反射型映像表示パネル３９
６、投影レンズ３９７、反射型スクリーン３９８、接眼
レンズ３９９、ハーフミラー４００、またはミラー４０
１とそれぞれ同様に構成され、ユーザの左眼に、虚像を
提供するようになされている。また、図１４４におい
て、発光ダイオード３９１ＲＲ，３９１ＧＲ，３９１Ｂ
Ｒ、ダイクロイックプリズム３９２Ｒ、フライアイレン
ズ３９３Ｒ、フィールドレンズ３９４Ｒ，ＰＢＳ３９５
Ｒ、反射型映像表示パネル３９６Ｒ、投影レンズ３９７
Ｒ、反射型スクリーン３９８Ｒ、接眼レンズ３９９Ｒ、
ハーフミラー４００Ｒ、またはミラー４０１Ｒも、図１
４３の発光ダイオード３９１Ｒ，３９１Ｇ，３９１Ｂ、
ダイクロイックプリズム３９２、フライアイレンズ３９
３、フィールドレンズ３９４，ＰＢＳ３９５、反射型映
像表示パネル３９６、投影レンズ３９７、反射型スクリ
ーン３９８、接眼レンズ３９９、ハーフミラー４００、
またはミラー４０１とそれぞれ同様に構成され、ユーザ
の右眼に、虚像を提供するようになされている。

【０４２６】従って、この場合、ユーザは、虚像を、左
眼と右眼で観察することができる。

【０４２７】なお、図１４３におけるミラー４０１や、
図１４４におけるミラー４０１Ｌおよび４０１Ｒの配置
位置は、図１４３や図１４４に示した位置に限定される
ものではない。即ち、図１４３や図１４４の実施の形態
では、光路を、図面と平行な方向に曲げるように、ミラ
ーを配置したが、その他、例えば、ミラーは、光路を、
図面と垂直な方向に曲げるように配置することも可能で
ある。

【０４２８】なお、図７８や、図９３、図１０８、図１
２３などに示した接眼レンズは、その他、例えば、図６
８に示したように、空中像１６１の虚像を観察する場合
にも用いることが可能である。この場合、空中像１６１
は、例えば、図１３８に示した反射式スクリーン３３３
のように、曲面形状に形成するのが望ましい。

【０４２９】また、図７８や、図９３、図１０８、図１
２３などに示した接眼レンズは、例えば、図７５乃至図
７７などに示した接眼レンズ１９９（１９９Ｌ，１９９
Ｒ）などとしても用いることが可能である。即ち、図７
８や、図９３、図１０８、図１２３などに示した接眼レ
ンズは、反射式スクリーンを用いずに形成された像（映
像）の虚像を観察する場合にも用いることが可能であ
る。

【０４３０】以上のように、接眼レンズとして、図７８
や、図９３、図１０８、図１２３などに示したように構
成されるものを利用したディスプレイ装置７によれば、
高解像度で、広画角の映像を提供することが可能とな
り、さらに、ユーザの瞳が光軸からずれても、高解像度
の映像（虚像）を提供することが可能となる他、アイレ
リーフとバックフォーカスとを、バランス良く確保する
ことが可能となるので、ユーザが光軸方向に動いた場合
に対処することができるとともに、スクリーンと接眼レ
ンズとを離して設置することなどが可能となる。また、
接眼レンズを構成するレンズの枚数が少ないので、装置
の小型化、軽量化が可能となる。

【０４３１】なお、上述の場合には、第１レンズ群３０
１または第２レンズ群３０２のうちの、いずれかの１面
だけ非球面とするようにしたが、２面以上を非球面とす
るようにしても良い。

【０４３２】さらに、図７８や、図９３、図１０８、図
１２３などに示した接眼レンズについては、レンズの４
次の非球面係数を制限するようにしたが、これらの接眼
レンズにおいても、例えば、レンズの６次の非球面係数
を制限することによって、レンズの４次の非球面係数を
制限した場合と同様の性能を得ることが可能である。

【０４３３】

【発明の効果】請求項１に記載の表示装置によれば、映
像提供装置が、固定手段によって、ユーザ以外の所定の
ものに固定されているので、ユーザは、映像提供装置
を、例えば、装着したりすることなく、臨場感ある虚像
を観賞することが可能となる。

【０４３４】請求項４２に記載の表示装置によれば、拡
大光学系を構成する複数のレンズのうち、表示手段に最
も近い位置に配置されたレンズは、それ以外のレンズに
比較して、屈折力が大きく、表示手段から最も遠い位置
に配置されたレンズは、それ以外のレンズに比較して、
屈折力が小さくされている。従って、ユーザの眼球の位
置が多少移動しても、鮮明な虚像を観察することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した虚像提供システムの第１実施
の形態の構成を示すブロック図である。

【図２】ディスプレイ装置７の第１の構成例を示す上面
の断面図である。

【図３】図２のレンズ１３Ｌおよび１３Ｒの構成例を示
す斜視図である。

【図４】虚像の水平視野角と垂直視野角とを説明するた
めの図である。

【図５】図２のレンズ１３Ｌおよび１３Ｒの構成例を示
す断面図である。

【図６】自己発光型デバイスの構成例を示す斜視図であ
る。

【図７】透過光制御型デバイスの構成例を示す斜視図で
ある。

【図８】反射光制御型デバイスの構成例を示す断面図で
ある。

【図９】ディスプレイ装置７の第２の構成例を示す左側
面の断面図である。

【図１０】ディスプレイ装置７の第３の構成例を示す正
面図および断面図である。

【図１１】ディスプレイ装置７の第４の構成例を示す上
面の断面図である。

【図１２】ディスプレイ装置７の第５の構成例を示す上
面および左側面の断面図である。

【図１３】ディスプレイ装置７の第６の構成例を示す左
側面の断面図である。

【図１４】図１３のシリンドリカルレンズ４１の機能を
説明するための図である。

【図１５】ディスプレイ装置７の第７の構成例を示す上
面の断面図である。

【図１６】ディスプレイ装置７の第８の構成例を示す上
面および左側面の断面図である。

【図１７】本発明を適用した虚像提供システム（立体画
像表示システム）の第２実施の形態の構成を示すブロッ
ク図である。

【図１８】プロジェクタによって立体映像を表示するシ
ステムを示す図である。

【図１９】本発明を適用した虚像提供システムの第３実
施の形態の構成例を示すブロック図である。

【図２０】図１９のアームスタンド８１の構成例を示す
斜視図である。

【図２１】ディスプレイ装置７を単独で使用する場合を
説明するための斜視図である。

【図２２】拡大光学系を構成する接眼レンズの第１実施
の形態の構成例を示す図である。

【図２３】虚像の、中央と端との間の中間領域を示す図
である。

【図２４】図２２の接眼レンズの球面収差（色収差）、
非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図２５】図２２の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図２６】図２２において、瞳位置がずれた場合の光路
を示す光路図である。

【図２７】瞳位置がずれた場合の、図２２の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図２８】図２２の接眼レンズの球面収差（色収差）、
非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図２９】図２２の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図３０】瞳位置がずれた場合の、図２２の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図３１】図２２の接眼レンズの球面収差（色収差）、
非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図３２】図２２の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図３３】瞳位置がずれた場合の、図２２の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図３４】拡大光学系を構成する接眼レンズの第２実施
の形態の構成例を示す図である。

【図３５】図３４の接眼レンズの球面収差（色収差）、
非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図３６】図３４の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図３７】図３４において、瞳位置がずれた場合の光路
を示す光路図である。

【図３８】瞳位置がずれた場合の、図３４の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図３９】図３４の接眼レンズの球面収差（色収差）、
非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図４０】図３４の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図４１】瞳位置がずれた場合の、図３４の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図４２】図３４の接眼レンズの球面収差（色収差）、
非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図４３】図３４の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図４４】瞳位置がずれた場合の、図３４の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図４５】拡大光学系を構成する接眼レンズの第３実施
の形態の構成例を示す図である。

【図４６】図４５の接眼レンズの球面収差（色収差）、
非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図４７】図４５の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図４８】図４５において、瞳位置がずれた場合の光路
を示す光路図である。

【図４９】瞳位置がずれた場合の、図４５の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図５０】図４５の接眼レンズの球面収差（色収差）、
非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図５１】図４５の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図５２】瞳位置がずれた場合の、図４５の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図５３】図４５の接眼レンズの球面収差（色収差）、
非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図５４】図４５の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図５５】瞳位置がずれた場合の、図４５の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図５６】拡大光学系を構成する接眼レンズの第４実施
の形態の構成例を示す図である。

【図５７】図５６の接眼レンズの球面収差（色収差）、
非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図５８】図５６の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図５９】図５６において、瞳位置がずれた場合の光路
を示す光路図である。

【図６０】瞳位置がずれた場合の、図５６の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図６１】図５６の接眼レンズの球面収差（色収差）、
非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図６２】図５６の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図６３】瞳位置がずれた場合の、図５６の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図６４】図５６の接眼レンズの球面収差（色収差）、
非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図６５】図５６の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図６６】瞳位置がずれた場合の、図５６の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図６７】ディスプレイ装置７の第９の構成例を示す図
である。

【図６８】ディスプレイ装置７の第１０の構成例を示す
図である。

【図６９】ディスプレイ装置７の第１１の構成例を示す
図である。

【図７０】ディスプレイ装置７の第１２の構成例を示す
図である。

【図７１】ディスプレイ装置７の第１３の構成例を示す
図である。

【図７２】ディスプレイ装置７の第１４の構成例を示す
図である。

【図７３】ディスプレイ装置７の第１５の構成例を示す
図である。

【図７４】ディスプレイ装置７の第１６の構成例を示す
図である。

【図７５】ディスプレイ装置７の第１７の構成例を示す
図である。

【図７６】ディスプレイ装置７の第１８の構成例を示す
図である。

【図７７】ディスプレイ装置７の第１９の構成例を示す
図である。

【図７８】拡大光学系を構成するの第５実施の形態の構
成例を示す図である。

【図７９】図７８の接眼レンズの球面収差（色収差）、
非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図８０】図７８の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図８１】図７８において、瞳位置がずれた場合の光路
を示す光路図である。

【図８２】瞳位置がずれた場合の、図７８の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図８３】第５実施の形態の接眼レンズのパラメータを
変えたものの構成例を示す図である。

【図８４】図８３の接眼レンズの球面収差（色収差）、
非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図８５】図８３の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図８６】図８３において、瞳位置がずれた場合の光路
を示す光路図である。

【図８７】瞳位置がずれた場合の、図８３の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図８８】第５実施の形態の接眼レンズのパラメータを
変えたものの他の構成例を示す図である。

【図８９】図８８の接眼レンズの球面収差（色収差）、
非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図９０】図８８の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図９１】図８８において、瞳位置がずれた場合の光路
を示す光路図である。

【図９２】瞳位置がずれた場合の、図８８の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図９３】拡大光学系を構成するの第６実施の形態の構
成例を示す図である。

【図９４】図９３の接眼レンズの球面収差（色収差）、
非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図９５】図９３の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図９６】図９３において、瞳位置がずれた場合の光路
を示す光路図である。

【図９７】瞳位置がずれた場合の、図９３の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図９８】第６実施の形態の接眼レンズのパラメータを
変えたものの構成例を示す図である。

【図９９】図９８の接眼レンズの球面収差（色収差）、
非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図１００】図９８の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図１０１】図９８において、瞳位置がずれた場合の光
路を示す光路図である。

【図１０２】瞳位置がずれた場合の、図９８の接眼レン
ズの横収差を示す図である。

【図１０３】第６実施の形態の接眼レンズのパラメータ
を変えたものの他の構成例を示す図である。

【図１０４】図１０３の接眼レンズの球面収差（色収
差）、非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図１０５】図１０３の接眼レンズの横収差を示す図で
ある。

【図１０６】図１０３において、瞳位置がずれた場合の
光路を示す光路図である。

【図１０７】瞳位置がずれた場合の、図１０３の接眼レ
ンズの横収差を示す図である。

【図１０８】拡大光学系を構成するの第７実施の形態の
構成例を示す図である。

【図１０９】図１０８の接眼レンズの球面収差（色収
差）、非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図１１０】図１０８の接眼レンズの横収差を示す図で
ある。

【図１１１】図１０８において、瞳位置がずれた場合の
光路を示す光路図である。

【図１１２】瞳位置がずれた場合の、図１０８の接眼レ
ンズの横収差を示す図である。

【図１１３】第７実施の形態の接眼レンズのパラメータ
を変えたものの構成例を示す図である。

【図１１４】図１１３の接眼レンズの球面収差（色収
差）、非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図１１５】図１１３の接眼レンズの横収差を示す図で
ある。

【図１１６】図１１３において、瞳位置がずれた場合の
光路を示す光路図である。

【図１１７】瞳位置がずれた場合の、図１１３の接眼レ
ンズの横収差を示す図である。

【図１１８】第７実施の形態の接眼レンズのパラメータ
を変えたものの他の構成例を示す図である。

【図１１９】図１１８の接眼レンズの球面収差（色収
差）、非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図１２０】図１１８の接眼レンズの横収差を示す図で
ある。

【図１２１】図１１８において、瞳位置がずれた場合の
光路を示す光路図である。

【図１２２】瞳位置がずれた場合の、図１１８の接眼レ
ンズの横収差を示す図である。

【図１２３】拡大光学系を構成するの第８実施の形態の
構成例を示す図である。

【図１２４】図１１８の接眼レンズの球面収差（色収
差）、非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図１２５】図１１８の接眼レンズの横収差を示す図で
ある。

【図１２６】図１１８において、瞳位置がずれた場合の
光路を示す光路図である。

【図１２７】瞳位置がずれた場合の、図１１８の接眼レ
ンズの横収差を示す図である。

【図１２８】第８実施の形態の接眼レンズのパラメータ
を変えたものの構成例を示す図である。

【図１２９】図１２８の接眼レンズの球面収差（色収
差）、非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図１３０】図１２８の接眼レンズの横収差を示す図で
ある。

【図１３１】図１２８において、瞳位置がずれた場合の
光路を示す光路図である。

【図１３２】瞳位置がずれた場合の、図１２８の接眼レ
ンズの横収差を示す図である。

【図１３３】第８実施の形態の接眼レンズのパラメータ
を変えたものの他の構成例を示す図である。

【図１３４】図１３３の接眼レンズの球面収差（色収
差）、非点収差、および歪曲収差を示す図である。

【図１３５】図１３３の接眼レンズの横収差を示す図で
ある。

【図１３６】図１３３において、瞳位置がずれた場合の
光路を示す光路図である。

【図１３７】瞳位置がずれた場合の、図１３３の接眼レ
ンズの横収差を示す図である。

【図１３８】ディスプレイ装置７の第２０の構成例を示
す図である。

【図１３９】ディスプレイ装置７の第２１の構成例を示
す図である。

【図１４０】ディスプレイ装置７の第２２の構成例を示
す図である。

【図１４１】ディスプレイ装置７の第２３の構成例を示
す図である。

【図１４２】ディスプレイ装置７の第２４の構成例を示
す図である。

【図１４３】ディスプレイ装置７の第２５の構成例を示
す図である。

【図１４４】ディスプレイ装置７の第２６の構成例を示
す図である。

【図１４５】プロジェクタにより拡大映像を表示するプ
ロジェクタシステムの一例の構成を示す斜視図である。

【図１４６】ＨＭＤシステムの一例の構成を示す図であ
る。

【図１４７】人間の眼幅、およびレンズと眼球との間に
必要な距離を説明するための図である。

【図１４８】虚像の一部が欠けて見えなくなる場合を説
明するための図である。

【図１４９】ＨＭＤシステムにおけるレンズの設計方法
を説明するための図である。

【図１５０】ＨＵＤシステムの一例の構成を示す図であ
る。

【図１５１】ビデオカメラの一例の構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

７ ディスプレイ装置， ８ システム保持機構， ９
ユーザ保持機構，１０ 映像音声生成装置， １１
角度調整機構コントローラ， １３，１３Ｌ，１３Ｒ
レンズ， １４，１４Ｌ，１４Ｒ ディスプレイパネ
ル， １６ 透過率制御機構， １７ ＶＴＲ， １８
ＴＶチューナ， １９ コンピュータ， ２１ セレ
クタ， ２４ アンプ， ２５ スピーカ， ２７ 角
度調整機構， ２８ 低周波振動機構， ２９ ローパ
スフィルタ， ３１，３１Ｌ，３１Ｒ 凹面鏡， ４１
シリンドリカルレンズ， ５１ ハーフミラー， ５
２乃至５４ ミラー， ６１ ハーフミラー， ６２
ミラー， ６３ ハーフミラー， ６４，６５ ミラ
ー， ７０Ｌ 左目用映像生成装置， ７０Ｒ 右目用
映像生成装置， ７１Ｌ，７１Ｒ ＶＴＲ， ７２Ｌ，
７２Ｒ コンピュータ， ７３Ｌ，７３Ｒ その他画像
生成装置， ７４Ｌ，７４Ｒ セレクタ， ８１ アー
ムスタンド， １０１ 第１レンズ群， １０２ 第２
レンズ群， １０３ 第３レンズ群， １０４ 第４レ
ンズ群， １１１，１１２，１２１，１３１，１４１
レンズ， １３１Ａ，１３１Ｂ，１４１Ａ，１４１Ｂ
レンズの面， １５１ 表示素子， １５２ 投影レン
ズ， １５３ 透過式スクリーン， １５４ 接眼レン
ズ， １５５ フィールドレンズ， １６１ 空中像，
１７１ 表示素子， １７２ ＰＢＳ， １８１，１８
２ ミラー， ３０１第１レンズ群， ３０２ 第２レ
ンズ群， ３１１，３１２，３２１，３２２レンズ，
３１１Ａ，３１２Ｂ，３２１Ａ，３２２Ｂ レンズの
面， ３３１表示素子， ３３２ 投影レンズ， ３３
３ 反射式スクリーン， ３３４ 接眼レンズ， ３３
５ 接眼レンズ， ３４１ 空中像， ３５１ 表示素
子，３５２ ＰＢＳ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 義禮 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 中枝 武弘 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (42)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ユーザに映像を提供する映像提供装置を
   備える表示装置であって、 前記映像提供装置は、 映像を表示する表示手段と、 前記表示手段に表示された映像を拡大することにより虚
   像を形成し、ユーザの左眼と右眼とで観察される前記虚
   像を、空間上同一の位置に配置する拡大光学系とを有
   し、 前記映像提供装置を、ユーザ以外の所定の物に固定する
   固定手段をさらに備えることを特徴とする表示装置。
2. 【請求項２】 前記映像提供装置は、２次元の虚像を提
   供することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 【請求項３】 前記映像提供装置は、 前記表示手段として、左眼用の表示手段と右眼用の表示
   手段を有し、 前記左眼用または右眼用の表示手段に、左眼用または右
   眼用の映像をそれぞれ表示させることにより、立体的な
   虚像を提供することを特徴とする請求項１に記載の表示
   装置。
4. 【請求項４】 前記表示手段は、画素単位で発光する発
   光素子によって映像を表示する自発光型デバイスで構成
   されることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
5. 【請求項５】 前記表示手段は、光の透過を制御するこ
   とによって映像を表示する透過光制御型デバイスで構成
   されることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
6. 【請求項６】 前記表示手段は、光の反射を制御するこ
   とによって映像を表示する反射光制御型デバイスで構成
   されることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
7. 【請求項７】 前記映像提供装置は、外部からの光を透
   過するようになされていることを特徴とする請求項１に
   記載の表示装置。
8. 【請求項８】 前記拡大光学系は、凹面鏡を含んで構成
   されることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
9. 【請求項９】 前記映像提供装置は、前記拡大光学系と
   して、光軸が１つの光学系を有することを特徴とする請
   求項１に記載の表示装置。
10. 【請求項１０】 前記映像提供装置は、前記拡大光学系
    として、光軸の異なる左眼用の光学系と右眼用の光学系
    とを有することを特徴とする請求項１に記載の表示装
    置。
11. 【請求項１１】 前記映像提供装置は、前記表示手段が
    表示する１つの映像を、前記左眼用の光学系と右眼用の
    光学系とに別々に入射させる入射手段をさらに有するこ
    とを特徴とする請求項１０に記載の表示装置。
12. 【請求項１２】 前記左眼用の光学系および右眼用の光
    学系は、いずれも、映像を拡大するレンズを含み、 前記左眼用の光学系および右眼用の光学系が有するレン
    ズどうしの間隔が、少なくとも人間の瞳の直径以下であ
    ることを特徴とする請求項１０に記載の表示装置。
13. 【請求項１３】 前記映像提供装置は、前記拡大光学系
    により形成される虚像が配置される面を湾曲させる湾曲
    手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の
    表示装置。
14. 【請求項１４】 ユーザを保持するユーザ保持手段をさ
    らに備え、 前記固定手段は、前記映像提供装置を、前記ユーザ保持
    手段に固定することを特徴とする請求項１に記載の表示
    装置。
15. 【請求項１５】 前記ユーザ保持手段は、ユーザを保持
    する状態を変化させることができるようになされている
    ことを特徴とする請求項１４に記載の表示装置。
16. 【請求項１６】 前記ユーザ保持手段は、音響信号に対
    応して振動することを特徴とする請求項１４に記載の表
    示装置。
17. 【請求項１７】 前記ユーザ保持手段は、ユーザを座っ
    た状態に保持することを特徴とする請求項１４に記載の
    表示装置。
18. 【請求項１８】 前記固定手段は、前記映像提供装置を
    所定の位置に移動可能なようになされていることを特徴
    とする請求項１に記載の表示装置。
19. 【請求項１９】 前記固定手段は、ユーザが前記ユーザ
    保持手段に保持された状態において、そのユーザの頭部
    を覆うように構成され、その内側に、前記映像提供装置
    を固定していることを特徴とする請求項１４に記載の表
    示装置。
20. 【請求項２０】 前記固定手段は、光の透過率が可変の
    素子で構成されていることを特徴とする請求項１９に記
    載の表示装置。
21. 【請求項２１】 前記拡大光学系は、少なくとも、前記
    ユーザ保持手段に保持されているユーザの頭部が移動可
    能な範囲において、虚像全体を観察することができるよ
    うに構成されていることを特徴とする請求項１４に記載
    の表示装置。
22. 【請求項２２】 前記拡大光学系は、複数のレンズで構
    成されることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
23. 【請求項２３】 前記拡大光学系を構成する複数のレン
    ズのうち、前記表示手段に最も近い位置に配置されたレ
    ンズは、それ以外のレンズに比較して、屈折力が大きい
    ことを特徴とする請求項２２に記載の表示装置。
24. 【請求項２４】 前記拡大光学系を構成する複数のレン
    ズのうち、前記表示手段から最も遠い位置に配置された
    レンズは、それ以外のレンズに比較して、屈折力が小さ
    いことを特徴とする請求項２２に記載の表示装置。
25. 【請求項２５】 前記拡大光学系は、第１乃至第４のレ
    ンズ群が、瞳側から順次配置されて構成され前記第１の
    レンズ群は、正レンズと負レンズとを順次接合して構成
    され、 前記第２および第３のレンズ群は、正レンズで構成さ
    れ、 前記第４のレンズ群は、負レンズで構成され、 前記第３または第４のレンズ群のうちの少なくとも１面
    が非球面とされていることを特徴とする請求項２２に記
    載の表示装置。
26. 【請求項２６】 前記第２のレンズ群の形状係数が０．
    ５より大きいことを特徴とする請求項２５に記載の表示
    装置。
27. 【請求項２７】 前記第３のレンズ群の瞳側の面のみが
    非球面とされている場合において、 前記第３のレンズ群の瞳側の面の４次の非球面係数をａ
    と、前記第１乃至第４のレンズ群の全系の焦点距離をｆ
    と、所定の係数をｋと、それぞれするとき、式 −１．３＜ｋ＜０．６、但し、ａ＝（ｋ／ｆ）³ が成立することを特徴とする請求項２５に記載の表示装
    置。
28. 【請求項２８】 前記第３のレンズ群の瞳側と反対側の
    面のみが非球面とされている場合において、 前記第３のレンズ群の瞳側と反対側の面の４次の非球面
    係数をａと、前記第１乃至第４のレンズ群の全系の焦点
    距離をｆと、所定の係数をｋと、それぞれするとき、式 −０．９＜ｋ＜１．４、但し、ａ＝（ｋ／ｆ）³ が成立することを特徴とする請求項２５に記載の表示装
    置。
29. 【請求項２９】 前記第４のレンズ群の瞳側の面のみが
    非球面とされている場合において、 前記第４のレンズ群の瞳側の面の４次の非球面係数をａ
    と、前記第１乃至第４のレンズ群の全系の焦点距離をｆ
    と、所定の係数をｋと、それぞれするとき、式 −１．９＜ｋ＜−１．１、但し、ａ＝（ｋ／ｆ）³ が成立することを特徴とする請求項２５に記載の表示装
    置。
30. 【請求項３０】 前記第４のレンズ群の瞳側と反対側の
    面のみが非球面とされている場合において、 前記第４のレンズ群の瞳側と反対側の面の４次の非球面
    係数をａと、前記第１乃至第４のレンズ群の全系の焦点
    距離をｆと、所定の係数をｋと、それぞれするとき、式 −１．８＜ｋ＜２．０、但し、ａ＝（ｋ／ｆ）³ が成立することを特徴とする請求項２５に記載の表示装
    置。
31. 【請求項３１】 前記拡大光学系は、第１および第２の
    レンズ群が、瞳側から順次配置され、 前記第１のレンズ群は、正レンズと負レンズとを順次接
    合して構成され、 前記第２のレンズ群は、負レンズと正レンズとを順次接
    合して構成され、 前記第１または第２のレンズ群のうちの少なくとも１面
    が非球面とされていることを特徴とする請求項２２に記
    載の表示装置。
32. 【請求項３２】 前記拡大光学系は、像面が曲面の像の
    虚像を形成することを特徴とする請求項３１に記載の表
    示装置。
33. 【請求項３３】 前記第１のレンズ群の瞳側の面のみが
    非球面とされている場合において、 前記第１のレンズ群の瞳側の面の４次の非球面係数をａ
    と、前記第１および第２のレンズ群の全系の焦点距離を
    ｆと、所定の係数をｋと、それぞれするとき、式 −０．９＜ｋ＜−０．５、但し、ａ＝（ｋ／ｆ）³ が成立することを特徴とする請求項３１に記載の表示装
    置。
34. 【請求項３４】 前記第１のレンズ群の瞳側と反対側の
    面のみが非球面とされている場合において、 前記第１のレンズ群の瞳側と反対側の面の４次の非球面
    係数をａと、前記第１および第２のレンズ群の全系の焦
    点距離をｆと、所定の係数をｋと、それぞれするとき、
    式 −０．１＜ｋ＜１．２、但し、ａ＝（ｋ／ｆ）³ が成立することを特徴とする請求項３１に記載の表示装
    置。
35. 【請求項３５】 前記第２のレンズ群の瞳側の面のみが
    非球面とされている場合において、 前記第２のレンズ群の瞳側の面の４次の非球面係数をａ
    と、前記第１および第２のレンズ群の全系の焦点距離を
    ｆと、所定の係数をｋと、それぞれするとき、式 −１．０＜ｋ＜−０．５、但し、ａ＝（ｋ／ｆ）³ が成立することを特徴とする請求項３１に記載の表示装
    置。
36. 【請求項３６】 前記第２のレンズ群の瞳側と反対側の
    面のみが非球面とされている場合において、 前記第２のレンズ群の瞳側と反対側の面の４次の非球面
    係数をａと、前記第１および第２のレンズ群の全系の焦
    点距離をｆと、所定の係数をｋと、それぞれするとき、
    式 −０．２＜ｋ＜１．４、但し、ａ＝（ｋ／ｆ）³ が成立することを特徴とする請求項３１に記載の表示装
    置。
37. 【請求項３７】 前記ユーザ保持手段は、ユーザの頭部
    と前記映像提供装置との間隔が４５ｃｍ以内になるよう
    に、ユーザを保持することを特徴とする請求項１４に記
    載の表示装置。
38. 【請求項３８】 前記映像提供装置は、水平視野角が１
    ５度以上になる映像を提供することを特徴とする請求項
    １に記載の表示装置。
39. 【請求項３９】 前記拡大光学系は、前記表示手段に表
    示された映像を、反射式のスクリーンに投影し、その投
    影された像の虚像を形成することを特徴とする請求項１
    に記載の表示装置。
40. 【請求項４０】 前記拡大光学系は、前記表示手段に表
    示された映像を、透過式のスクリーンに投影し、その投
    影された像の虚像を形成することを特徴とする請求項１
    に記載の表示装置。
41. 【請求項４１】 前記拡大光学系は、前記表示手段に表
    示された映像の空中像の虚像を形成することを特徴とす
    る請求項１に記載の表示装置。
42. 【請求項４２】 映像を表示する表示手段と、 前記表示手段に表示された映像を拡大することにより虚
    像を形成する、複数のレンズで構成される拡大光学系と
    を備える表示装置であって、 前記拡大光学系を構成する複数のレンズのうち、前記表
    示手段に最も近い位置に配置されたレンズは、それ以外
    のレンズに比較して、屈折力が大きく、前記表示手段か
    ら最も遠い位置に配置されたレンズは、それ以外のレン
    ズに比較して、屈折力が小さいことを特徴とする表示装
    置。