JPH11133316A - 接眼レンズおよび虚像提供装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 瞳位置が光軸からずれても、広い画角に亘っ
て、高解像力を維持するとともに、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な接
眼レンズを提供する。 【解決手段】 接眼レンズは、第１レンズ群１および第
２レンズ群２が、瞳側から順次配置されて構成されてい
る。第１レンズ群１は、正レンズ１１と負レンズ１２と
が、瞳側から見て順次接合されて構成されている。第２
レンズ群２は、負レンズ２１と正レンズ２２とが、瞳側
から見て順次接合されて構成されている。そして、第１
レンズ群１または第２レンズ群２のうちの少なくとも１
面が非球面とされている。即ち、図１では、第１レンズ
群１を構成するレンズ１１の瞳側の面１１Ａだけが非球
面とされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、接眼レンズおよび
虚像提供装置に関し、特に、例えば、性能の高い接眼レ
ンズを実現することにより、瞳位置が光軸からずれて
も、広い画角に亘って、高解像度の虚像を提供するとと
もに、瞳との距離（アイレリーフ）と、虚像を形成する
像との距離（バックフォーカス）とをバランス良く確保
することができるようにする接眼レンズおよび虚像提供
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、テレビジョン放送による映像や、
コンピュータにおいて生成された映像などは、ＣＲＴ
（Cathode Ray Tube）などを用いて表示される。

【０００３】しかしながら、ＣＲＴは、その設置に、か
なりの場所を占有する。

【０００４】そこで、近年における、液晶などの２次元
映像表示装置の小型化に伴い、そのような小型の映像表
示装置と接眼レンズ、さらには、必要に応じて投影レン
ズをも組み合わせ、接眼レンズによって、映像表示装置
が表示する映像の虚像を観察する、頭部に装着すること
が可能なＨＭＤ（Head Mount Display）と呼ばれる映像
提供装置が実現されている。

【０００５】しかしながら、ＨＭＤは、頭部に装着する
ため、ユーザに拘束感を感じさせ、また、周囲を見る場
合には、その都度、ＨＭＤを脱着しなければならず、不
便であった。

【０００６】そこで、本件出願人は、例えば、特願平８
−３０７６６７号として、映像表示装置と接眼レンズと
を組み合わせた映像提供装置を、ユーザ以外のものに固
定し、ユーザが接眼レンズをのぞくことで、虚像の観察
が可能な表示装置を、先に提案している。このような表
示装置によれば、ＨＭＤのような拘束感はなく、また、
周囲も容易に見ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、映像提供装
置を、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、接眼レンズとを
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、
映像提供装置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は、さらに長くとる必要がある。

【０００８】ここで、瞳から、瞳側のレンズまでの長
さ、即ち、アイレリーフを充分にとった接眼レンズは、
ハイアイポイントの接眼レンズと呼ばれるが、ハイアイ
ポイントの接眼レンズとしては、例えば、ＵＳＰ２，６
３７，２４５やＵＳＰ４，０５４，３７０などに開示さ
れたものがある。

【０００９】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。

【００１０】さらに、従来、映像表示装置としては、横
×縦の画素数が６４０×４８０（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、１６００×１
２００（ＵＸＧＡ）、１９２０×１０８０（ハイビジョ
ン）などの画素数を有する映像表示装置が一般的になり
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。

【００１１】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。

【００１２】具体的には、例えば、ＵＳＰ２，５４９，
１５８に開示されている接眼レンズでは、画角は８０度
程度で、アイレリーフは０．７６ｆ程度である。また、
例えば、ＵＳＰ２，６３７，２４５に開示されている接
眼レンズでは、画角は４２度程度で、アイレリーフは
１．３７６ｆ程度である。しかしながら、これらの接眼
レンズの解像力では、いずれも、ＵＸＧＡやハイビジョ
ンの規格に対応することは困難である。ここで、ｆは焦
点距離を表す。

【００１３】一方、接眼レンズの（全系の）焦点距離ｆ
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。

【００１４】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。この場合、接眼レンズを介
して見る映像を大きくすれば、画角を確保することが可
能であるが、ユーザが、接眼レンズを介して、映像表示
装置が表示する映像を直接見ることで、虚像が提供され
る虚像提供装置では、映像表示装置の大きさが制限され
るため、画角の確保が困難である。

【００１５】そこで、映像表示装置が表示する映像を、
光学系によって、スクリーン上に拡大投影し、その投影
像を、接眼レンズを介して見る方法がある。この場合、
投影像の大きさは、光学系の倍率、および映像表示装置
からスクリーンまでの距離によって設定することがで
き、これにより、大きな投影像を形成することで、大き
な画角を確保することが可能となる。

【００１６】しかしながら、大きな投影像を形成するに
は、光学系の倍率を大きくし、かつ、映像表示装置から
スクリーンまでの距離を長くする必要があり、その結
果、虚像提供装置全体が大型化することになる。

【００１７】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。

【００１８】さらに、例えば、映像表示装置が表示する
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
察する場合においては、使用されるスクリーンとして、
透過型のものと反射型のものとがある。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、１８０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。

【００１９】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。

【００２０】また、接眼レンズとスクリーンとの間の距
離、およびアイレリーフの両方を、ある程度長くしなが
ら、装置の小型化を図るためには、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。

【００２１】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、上述した
ように、画角（見かけ視界）は４２度程度で、アイレリ
ーフは１．３７６ｆ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、上述したように、ＵＸＧＡやハイビジョンの規
格に対応することは困難である。

【００２２】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、瞳位置が光軸からずれても、広い画角に
亘って、高解像度の映像を提供するとともに、接眼レン
ズと瞳との間の距離（アイレリーフ）、および接眼レン
ズと虚像を形成する像との間の距離（バックフォーカ
ス）をバランス良く確保することができるようにするも
のである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の接眼レ
ンズは、第１のレンズ群が、正レンズと負レンズとを順
次接合して構成され、第２のレンズ群が、負レンズと正
レンズとを順次接合して構成され、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。

【００２４】請求項７に記載の虚像提供装置は、映像の
虚像を形成する光学系における第１のレンズ群が、正レ
ンズと負レンズとを順次接合して構成され、第２のレン
ズ群が、負レンズと正レンズとを順次接合して構成さ
れ、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。

【００２５】請求項１に記載の接眼レンズにおいては、
第１のレンズ群が、正レンズと負レンズとを順次接合し
て構成され、第２のレンズ群が、負レンズと正レンズと
を順次接合して構成され、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。

【００２６】請求項７に記載の虚像提供装置において
は、映像の虚像を形成する光学系における第１のレンズ
群が、正レンズと負レンズとを順次接合して構成され、
第２のレンズ群が、負レンズと正レンズとを順次接合し
て構成され、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。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の接眼レンズの第
１実施の形態の構成例を示している。

【００２８】前述したように、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。

【００２９】図１の第１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、アイレリーフが、例えば４０ｍｍ（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３
５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。

【００３０】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
れる映像提供装置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
は４０ｍｍ以上に設定されている。

【００３１】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、水平画角は３５度以上に
設定されている。

【００３２】一方、接眼レンズのアイレリーフを長くす
ることと、接眼レンズとスクリーン（虚像を形成する
像）との間の距離（以下、適宜、バックフォーカスとい
う）を長くすることとも、前述したように、背反する要
求であり、従って、アイレリーフとバックフォーカス
も、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。

【００３３】図１の第１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。

【００３４】さらに、図１の第１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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】図１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（光学系）は、第１レンズ群１および第２レンズ
群２が、瞳側から順次配置されて構成されている。な
お、図１において、第２レンズ群２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１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。

【００３８】第１レンズ群１（第１のレンズ群）は、正
レンズであるレンズ１１と負レンズであるレンズ１２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１１が瞳側に、レンズ１２が瞳と反対側（ス
クリーン側）に、それぞれ配置されている。

【００３９】第２レンズ群２（第２のレンズ群）は、負
レンズであるレンズ２１と正レンズであるレンズ２２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２１が瞳側に、レンズ２２がスクリーン側
に、それぞれ配置されている。

【００４０】そして、以上の第１レンズ群１または第２
レンズ群２のうち、ここでは、第１レンズ群１を構成す
るレンズ１１の瞳側の面１１Ａ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１の瞳側の面１１
Ａの４次の非球面係数をａ₁₁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 ・・・（１） が成立するように、係数ｋ₁₁が設定されている。

【００４１】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。

【００４２】なお、レンズの４次および６次の非球面係
数は、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。

【００４３】 Ｚ＝ｃｈ²／（１＋（１−（１＋Ｋ）ｃ²ｈ²）^1/2）＋ａｈ⁴＋ｂｈ⁶ ・・・（２） 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。

【００４４】ここで、式（１）の条件（後述する他の条
件式についても同様）は、満たすのが望ましい範囲であ
って、その範囲外の値にすることができないというもの
ではない。但し、式（１）の条件を満たさない場合は、
接眼レンズが、以下のような性能を下回ることになる。

【００４５】即ち、図１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第２乃至第４実施の
形態においても同様）、３本の光路を１組として、３組
の光路Ａ乃至Ｃ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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】式（１）の条件を満たさない場合には、上
述したような意味で、解像力が劣化する。

【００５１】なお、ここでは、１６００×１２００画素
で構成される映像を、４０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、最悪でも、１画素以下の区別が可
能なように設定を行うことも可能である。この場合、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。

【００５２】次に、第１レンズ群１におけるレンズ１１
の瞳側の面１１Ａのみを非球面とし、係数ｋ₁₁を、式
（１）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。

【００５３】 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 ・・・（３）

【００５４】ここで、r0乃至r7は、瞳面、レンズ１１の
瞳側の面、レンズ１１のスクリーン側の面（レンズ１２
の瞳側の面）、レンズ１２の瞳側の面、レンズ２１の瞳
側の面、レンズ２１のスクリーン側の面（レンズ２２の
瞳側の面）、レンズ２２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１のレンズ
１１までの距離（アイレリーフ）（ｍｍ）を表し、d1乃
至d6は、レンズ１１の厚み、レンズ１２の厚み、レンズ
１２とレンズ２１との間の空気間隔、レンズ２１の厚
み、レンズ２２の厚み、レンズ２２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）（ｍ
ｍ）を、それぞれ表す。さらに、nd1，nd2，nd4、また
はnd5は、レンズ１１，１２，２１、または２２それぞ
れの硝材のｄ線における屈折率を表し、νd1，νd2，ν
d4、またはνd5は、レンズ１１，１２，２１、または２
２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１
の瞳側の面（レンズ１１の瞳側の面）１１Ａ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５２
５ｎｍ（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。

【００５５】接眼レンズの各パラメータが、式（３）に
示すように設定されている場合、レンズ１１，１２，２
１，２２の形状は、図１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１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２に示すようになり、像面上におけ
る横収差は、図３に示すようになる。

【００５６】ここで、図２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３においても、波長が６１
５ｎｍ，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３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３では、図３（Ａ）乃至図３（Ｅ）の５つの横収
差を図示してあるが、これらは、図１の点Ａ乃至Ｃ、点
Ａ，Ｂと光軸に対して対象な点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１の点Ａ乃至点Ｃは、それぞれ２
０．４度、１４．３度、０度の画角に相当する点である
（従って、点Ａ，Ｂと光軸に対して対象な点は、それぞ
れ、−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
程度であるため、ここでは、ほぼ、その中間値である４
ｍｍとしている。

【００５７】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。

【００５８】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（３）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に
示す。さらに、この場合の像面上における横収差を、図
５に示す。

【００５９】次に、第１レンズ群１におけるレンズ１１
の瞳側の面１１Ａのみを非球面とし、係数ｋ₁₁を、式
（３）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。

【００６０】 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 ・・・（４）

【００６１】接眼レンズの各パラメータが、式（４）に
示すように設定されている場合、レンズ１１，１２，２
１，２２の形状は、図６に示すようになる。さらに、瞳
が光軸上にあるときには、図６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７に示すようになり、像面上における横
収差は、図８に示すようになる。

【００６２】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（４）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に
示す。さらに、この場合の像面上における横収差を、図
１０に示す。

【００６３】次に、第１レンズ群１におけるレンズ１１
の瞳側の面１１Ａのみを非球面とし、係数ｋ₁₁を、式
（３）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。

【００６４】 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 ・・・（５）

【００６５】接眼レンズの各パラメータが、式（５）に
示すように設定されている場合、レンズ１１，１２，２
１，２２の形状は、図１１に示すようになる。さらに、
瞳が光軸上にあるときには、図１１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１２に示すようになり、像面上にお
ける横収差は、図１３に示すようになる。

【００６６】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（５）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１４
に示す。さらに、この場合の像面上における横収差を、
図１５に示す。

【００６７】次に、図１６は、本発明の接眼レンズの第
２実施の形態の構成例を示している。なお、図中、図１
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１
における場合と同様に構成されている。

【００６８】但し、第２実施の形態では、第１レンズ群
１または第２レンズ群２のうち、第１レンズ群１を構成
するレンズ１２のスクリーン側の面１２Ｂ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１のス
クリーン側の面１２Ｂ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ｋ
₁₂と、それぞれするとき、式 −０．１＜ｋ₁₂＜１．２、但し、ａ₁₂＝（ｋ₁₂／ｆ）³ ・・・（６） が成立するように、係数ｋ₁₂が設定されている。

【００６９】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。

【００７０】次に、第１レンズ群１におけるレンズ１２
のスクリーン側の面１２Ｂのみを非球面とし、係数ｋ₁₂
を、式（６）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。

【００７１】 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 ・・・（７）

【００７２】ここで、ｂ₁₂は、非球面である、第１レン
ズ群１のレンズ１２のスクリーン側の面１２Ｂの６次の
非球面係数を表す。

【００７３】接眼レンズの各パラメータが、式（７）に
示すように設定されている場合、レンズ１１，１２，２
１，２２の形状は、図１６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１６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１７に示すようになり、像面
上における横収差は、図１８に示すようになる。

【００７４】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（７）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１９
に示す。さらに、この場合の像面上における横収差を、
図２０に示す。

【００７５】次に、第１レンズ群１におけるレンズ１２
のスクリーン側の面１２Ｂのみを非球面とし、係数ｋ₁₂
を、式（６）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。

【００７６】 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 ・・・（８）

【００７７】接眼レンズの各パラメータが、式（８）に
示すように設定されている場合、レンズ１１，１２，２
１，２２の形状は、図２１に示すようになる。さらに、
瞳が光軸上にあるときには、図２１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２２に示すようになり、像面上にお
ける横収差は、図２３に示すようになる。

【００７８】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（８）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２４
に示す。さらに、この場合の像面上における横収差を、
図２５に示す。

【００７９】次に、第１レンズ群１におけるレンズ１２
のスクリーン側の面１２Ｂのみを非球面とし、係数ｋ₁₂
を、式（６）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。

【００８０】 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 ・・・（９）

【００８１】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、レンズ１１，１２，２
１，２２の形状は、図２６に示すようになる。さらに、
瞳が光軸上にあるときには、図２６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２７に示すようになり、像面上にお
ける横収差は、図２８に示すようになる。

【００８２】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２９
に示す。さらに、この場合の像面上における横収差を、
図３０に示す。

【００８３】次に、図３１は、本発明の接眼レンズの第
３実施の形態の構成例を示している。なお、図中、図１
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１
における場合と同様に構成されている。

【００８４】但し、第３実施の形態では、第１レンズ群
１または第２レンズ群２のうち、第２レンズ群２を構成
するレンズ２１の瞳側の面２１Ａ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２の瞳側の面２
１Ａ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 ・・・（１０） が成立するように、係数ｋ₂₁が設定されている。

【００８５】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。

【００８６】次に、第２レンズ群２におけるレンズ２１
の瞳側の面２１Ａのみを非球面とし、係数ｋ₂₁を、式
（１０）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。

【００８７】 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 ・・・（１１）

【００８８】ここで、ｂ₂₁は、非球面である、第２レン
ズ群２のレンズ２１の瞳側の面２１Ａの６次の非球面係
数を表す。

【００８９】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、レンズ１１，１２，
２１，２２の形状は、図３１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３１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３２に示すようになり、像面
上における横収差は、図３３に示すようになる。

【００９０】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だけずれたときに描かれる光路図を、図３
４に示す。さらに、この場合の像面上における横収差
を、図３５に示す。

【００９１】次に、第２レンズ群２におけるレンズ２１
の瞳側の面２１Ａのみを非球面とし、係数ｋ₂₁を、式
（１０）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。

【００９２】 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 ・・・（１２）

【００９３】接眼レンズの各パラメータが、式（１２）
に示すように設定されている場合、レンズ１１，１２，
２１，２２の形状は、図３６に示すようになる。さら
に、瞳が光軸上にあるときには、図３６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３７に示すようになり、像面
上における横収差は、図３８に示すようになる。

【００９４】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（１２）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
９に示す。さらに、この場合の像面上における横収差
を、図４０に示す。

【００９５】次に、第２レンズ群２におけるレンズ２１
の瞳側の面２１Ａのみを非球面とし、係数ｋ₂₁を、式
（１０）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。

【００９６】 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 ・・・（１３）

【００９７】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、レンズ１１，１２，
２１，２２の形状は、図４１に示すようになる。さら
に、瞳が光軸上にあるときには、図４１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４２に示すようになり、像面
上における横収差は、図４３に示すようになる。

【００９８】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４
４に示す。さらに、この場合の像面上における横収差
を、図４５に示す。

【００９９】次に、図４６は、本発明の接眼レンズの第
４実施の形態の構成例を示している。なお、図中、図１
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１
における場合と同様に構成されている。

【０１００】但し、第４実施の形態では、第１レンズ群
１または第２レンズ群２のうち、第２レンズ群２を構成
するレンズ２２のスクリーン側の面２２Ｂ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２のス
クリーン側の面２２Ｂ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ｋ
₂₂と、それぞれするとき、式 −０．２＜ｋ₂₂＜１．４、但し、ａ₂₂＝（ｋ₂₂／ｆ）³ ・・・（１４） が成立するように、係数ｋ₂₂が設定されている。

【０１０１】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、いわば中間領域の像面が正方向に曲が
りすぎとともに、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。

【０１０２】次に、第２レンズ群２におけるレンズ２２
のスクリーン側の面２２Ｂのみを非球面とし、係数ｋ₂₂
を、式（１４）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。

【０１０３】 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 ・・・（１５）

【０１０４】ここで、ｂ₂₂は、非球面である、第２レン
ズ群２のレンズ２２のスクリーン側の面２２Ｂの６次の
非球面係数を表す。

【０１０５】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、レンズ１１，１２，
２１，２２の形状は、図４６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４６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４７に示すようになり、像面
上における横収差は、図４８に示すようになる。

【０１０６】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だけずれたときに描かれる光路図を、図４
９に示す。さらに、この場合の像面上における横収差
を、図５０に示す。

【０１０７】次に、第２レンズ群２におけるレンズ２２
のスクリーン側の面２２Ｂのみを非球面とし、係数ｋ₂₂
を、式（１４）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。

【０１０８】 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 ・・・（１６）

【０１０９】接眼レンズの各パラメータが、式（１６）
に示すように設定されている場合、レンズ１１，１２，
２１，２２の形状は、図５１に示すようになる。さら
に、瞳が光軸上にあるときには、図５１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５２に示すようになり、像面
上における横収差は、図５３に示すようになる。

【０１１０】また、接眼レンズの各パラメータが、式
（１６）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
４に示す。さらに、この場合の像面上における横収差
を、図５５に示す。

【０１１１】次に、第２レンズ群２におけるレンズ２２
のスクリーン側の面２２Ｂのみを非球面とし、係数ｋ₂₂
を、式（１４）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。

【０１１２】 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 ・・・（１７）

【０１１３】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、レンズ１１，１２，
２１，２２の形状は、図５６に示すようになる。さら
に、瞳が光軸上にあるときには、図５６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。

【０１１４】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。

【０１１５】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。

【０１１６】なお、式（３）乃至（５），（７）乃至
（９），（１１）乃至（１３），（１５）乃至（１７）
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。

【０１１７】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映像提供装置（虚像提供
装置）について説明する。

【０１１８】図６１は、本発明を適用した映像提供装置
の第１実施の形態の構成例を示している。

【０１１９】表示素子（画像表示素子）３１は、自発光
型または透過型の表示素子で、ユーザに提供すべき映像
を表示する。

【０１２０】ここで、自発光型の表示素子とは、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とで構成される。自発光
型の表示素子は、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。従って、装置
全体の軽量化を図ることができるとともに、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。一方、透過型の表示素子とは、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、また、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。なお、自発光型また
は透過型の表示素子としては、例えば、それぞれＣＲＴ
または液晶ディスプレイなどがある。

【０１２１】表示素子３１において表示された映像は、
投影レンズ３２を介して、ハーフミラー３４に入射す
る。ハーフミラー３４では、投影レンズ３２からの光が
９０度反射され、反射式スクリーン３３に照射される。
反射式スクリーン３３は、接眼レンズ３５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３４から
の光を、１８０度反射する。この反射光は、ハーフミラ
ー３４を透過して、図１や、図１６、図３１、図４６な
どに示したように構成される接眼レンズ３５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３１において表示された映像
の虚像が観察される。

【０１２２】図６２は、本発明を適用した映像提供装置
の第２実施の形態の構成例を示している。なお、図中、
図６１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３４が、反射式スクリーン３３と接眼レンズ３５
との間ではなく、投影レンズ３２と反射式スクリーン３
３との間に設けられていることを除けば、図６１におけ
る場合と同様に構成されている。

【０１２３】図６２の映像提供装置では、表示素子３１
において表示された映像が、投影レンズ３２およびハー
フミラー３４を介して、反射式スクリーン３３に照射さ
れる。反射式スクリーン３３では、ハーフミラー３４か
らの光が、１８０度反射され、この反射光は、ハーフミ
ラー３４において、さらに９０度反射され、接眼レンズ
３５に入射し、以下、図６１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３１において表示
された映像の虚像が観察される。

【０１２４】図６３は、本発明を適用した映像提供装置
の第３実施の形態の構成例を示している。なお、図中、
図６１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。

【０１２５】図６３の映像提供装置では、表示素子３１
において表示された映像が、投影レンズ３２を介するこ
とで、その映像の空中像４１が形成される。なお、空中
像４１の像面は、図６１や図６２の反射式スクリーン３
３と同様に曲面となっている。この空中像４１が、接眼
レンズ３５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３１
において表示された映像の虚像が観察される。なお、空
中像４１の投影レンズ３２側に、フィールドレンズなど
を配置することで、接眼レンズ３５を通して見た虚像の
周辺光量を増加することができる。

【０１２６】図６４は、本発明を適用した映像提供装置
の第４実施の形態の構成例を示している。なお、図中、
図６１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、表示素
子３１に代えて、表示素子５１およびＰＢＳ（偏光ビー
ムスプリッタ）５２が設けられている他は、図６１にお
ける場合と同様に構成されている。

【０１２７】図示せぬ光源から発せられた照明光として
の光が、ＰＢＳ５２において、９０度反射され、表示素
子（画像表示素子）５１に入射する。表示素子５１は、
反射型の表示素子で、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。

【０１２８】即ち、反射型の表示素子である表示素子５
１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、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。

【０１２９】この反射光としての映像は、ＰＢＳ５２を
透過して、投影レンズ５２に入射し、以下、図６１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。

【０１３０】なお、ＰＢＳ５２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。

【０１３１】図６５は、本発明を適用した映像提供装置
の第５実施の形態の構成例を示している。なお、図中、
図６４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、ＰＢＳ
５２が、表示素子５１と投影レンズ３２との間ではな
く、投影レンズ３２とハーフミラー３４との間に設けら
れている他は、図６４における場合と同様に構成されて
いる。

【０１３２】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、ＰＢＳ５２において、９０度反射さ
れ、投影レンズ３２を介して、表示素子５１に入射す
る。表示素子５１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３２および
ＰＢＳ５２を透過して、ハーフミラー３４に入射し、以
下、図６４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。

【０１３３】なお、反射式スクリーン３３を用いず、図
６３に示したように、空中像４１を形成する場合におい
ても、ハーフミラーやＰＢＳなどによって、光路を曲げ
ることが可能である。

【０１３４】図６６は、本発明を適用した映像提供装置
の第６実施の形態の構成例を示している。

【０１３５】発光ダイオード９１Ｒ，９１Ｇ，９１Ｂ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９
２、フライアイレンズ９３、およびフィールドレンズ９
４を介して、ＰＢＳ９５に入射する。ＰＢＳ９５では、
フィールドレンズ９４からの光が、９０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９６に入射する。反射型映像表示パネル９６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、ＰＢＳ９
５および投影レンズ９７を介して、ハーフミラー１００
に入射する。ハーフミラー１００では、投影レンズ９７
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９８に拡大投影される。この拡大
投影された像は、図１や、図１６、図３１、図４６など
に示したように構成される接眼レンズ９９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９６において表示された映像
の虚像が観察される。

【０１３６】この場合、反射型映像表示パネル９６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。

【０１３７】図６７は、本発明を適用した映像提供装置
の第７実施の形態の構成例を示している。なお、図中、
図６６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９３とフィールドレンズ９４との間に、ミラ
ー１０１が設けられている他は、図６６における場合と
同様に構成されている。

【０１３８】この実施の形態では、フライアイレンズ９
３からの照明光としての光は、ミラー１０１で９０度反
射され、フィールドレンズ９４を介して、ＰＢＳ９５に
入射する。ＰＢＳ９５では、フィールドレンズ９４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９６に入射する。反射型映像表示パネル９６
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、Ｐ
ＢＳ９５および投影レンズ９７を介して、ハーフミラー
１００に入射する。ハーフミラー１００では、投影レン
ズ９７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９８に投影される。以下、図６６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９６において表示された映像の虚像が観察
される。

【０１３９】この場合、ミラー１０１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。

【０１４０】図６８は、本発明を適用した映像提供装置
の第８実施の形態の構成例を示している。

【０１４１】この実施の形態においては、図６７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。

【０１４２】即ち、図６８において、発光ダイオード９
１ＲＬ，９１ＧＬ，９１ＢＬ、ダイクロイックプリズム
９２Ｌ、フライアイレンズ９３Ｌ、フィールドレンズ９
４Ｌ，ＰＢＳ９５Ｌ、反射型映像表示パネル９６Ｌ、投
影レンズ９７Ｌ、反射型スクリーン９８Ｌ、接眼レンズ
９９Ｌ、ハーフミラー１００Ｌ、またはミラー１０１Ｌ
は、図６７の発光ダイオード９１Ｒ，９１Ｇ，９１Ｂ、
ダイクロイックプリズム９２、フライアイレンズ９３、
フィールドレンズ９４，ＰＢＳ９５、反射型映像表示パ
ネル９６、投影レンズ９７、反射型スクリーン９８、接
眼レンズ９９、ハーフミラー１００、またはミラー１０
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６８において、
発光ダイオード９１ＲＲ，９１ＧＲ，９１ＢＲ、ダイク
ロイックプリズム９２Ｒ、フライアイレンズ９３Ｒ、フ
ィールドレンズ９４Ｒ，ＰＢＳ９５Ｒ、反射型映像表示
パネル９６Ｒ、投影レンズ９７Ｒ、反射型スクリーン９
８Ｒ、接眼レンズ９９Ｒ、ハーフミラー１００Ｒ、また
はミラー１０１Ｒも、図６７の発光ダイオード９１Ｒ，
９１Ｇ，９１Ｂ、ダイクロイックプリズム９２、フライ
アイレンズ９３、フィールドレンズ９４，ＰＢＳ９５、
反射型映像表示パネル９６、投影レンズ９７、反射型ス
クリーン９８、接眼レンズ９９、ハーフミラー１００、
またはミラー１０１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。

【０１４３】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。

【０１４４】なお、図６７におけるミラー１０１や、図
６８におけるミラー１０１Ｌおよび１０１Ｒの配置位置
は、図６７や図６８に示した位置に限定されるものでは
ない。即ち、図６７や図６８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。

【０１４５】以上のように、接眼レンズとして、図１
や、図１６、図３１、図４６などに示したように構成さ
れるものを利用した映像提供装置によれば、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、
そのような映像提供装置を、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１や、図１６、図３１、
または図４６など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。さらに、図１や、図１６、
図３１、または図４６などに示した接眼レンズは、バッ
クフォーカスも長くすることができるので、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。

【０１４６】なお、本実施の形態では、接眼レンズによ
って、虚像を観察するようにしたが、本発明の接眼レン
ズは、虚像以外の像を観察する場合にも適用可能であ
る。

【０１４７】また、本実施の形態では、第１レンズ群１
または第２レンズ群２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。

【０１４８】さらに、本実施の形態では、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。

【０１４９】

【発明の効果】請求項１に記載の接眼レンズによれば、
第１のレンズ群が、正レンズと負レンズとを順次接合し
て構成され、第２のレンズ群が、負レンズと正レンズと
を順次接合して構成され、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。従って、
瞳位置が光軸からずれても、広い画角に亘って、高解像
力を維持するとともに、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。

【０１５０】請求項７に記載の虚像提供装置によれば、
映像の虚像を形成する光学系における第１のレンズ群
が、正レンズと負レンズとを順次接合して構成され、第
２のレンズ群が、負レンズと正レンズとを順次接合して
構成され、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。従って、瞳位置が光軸か
らずれても、広い画角に亘って、高解像度の映像を提供
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２】図１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３】図１の接眼レンズの横収差を示す図である。

【図４】図１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５】瞳位置がずれた場合の、図１の接眼レンズの横
収差を示す図である。

【図６】第１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７】図６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８】図６の接眼レンズの横収差を示す図である。

【図９】図６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１０】瞳位置がずれた場合の、図６の接眼レンズの
横収差を示す図である。

【図１１】第１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１２】図１１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１３】図１１の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図１４】図１１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１５】瞳位置がずれた場合の、図１１の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図１６】本発明を適用した接眼レンズの第２実施の形
態の構成例を示す図である。

【図１７】図１６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１８】図１６の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図１９】図１６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２０】瞳位置がずれた場合の、図１６の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図２１】第２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２２】図２１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２３】図２１の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図２４】図２１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２５】瞳位置がずれた場合の、図２１の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図２６】第２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２７】図２６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２８】図２６の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図２９】図２６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３０】瞳位置がずれた場合の、図２６の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図３１】本発明を適用した接眼レンズの第３実施の形
態の構成例を示す図である。

【図３２】図３１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３３】図３１の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図３４】図３１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３５】瞳位置がずれた場合の、図３１の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図３６】第３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３７】図３６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３８】図３６の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図３９】図３６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４０】瞳位置がずれた場合の、図３６の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図４１】第３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４２】図４１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４１の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図４４】図４１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４５】瞳位置がずれた場合の、図４１の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図４６】本発明を適用した接眼レンズの第４実施の形
態の構成例を示す図である。

【図４７】図４１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４８】図４１の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図４９】図４１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５０】瞳位置がずれた場合の、図４１の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図５１】第４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５２】図５１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５３】図５１の接眼レンズの横収差を示す図であ
る。

【図５４】図５１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５５】瞳位置がずれた場合の、図５１の接眼レンズ
の横収差を示す図である。

【図５６】第４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】本発明を適用した映像提供装置の第１実施の
形態の構成例を示す図である。

【図６２】本発明を適用した映像提供装置の第２実施の
形態の構成例を示す図である。

【図６３】本発明を適用した映像提供装置の第３実施の
形態の構成例を示す図である。

【図６４】本発明を適用した映像提供装置の第４実施の
形態の構成例を示す図である。

【図６５】本発明を適用した映像提供装置の第５実施の
形態の構成例を示す図である。

【図６６】本発明を適用した映像提供装置の第６実施の
形態の構成例を示す図である。

【図６７】本発明を適用した映像提供装置の第７実施の
形態の構成例を示す図である。

【図６８】本発明を適用した映像提供装置の第８実施の
形態の構成例を示す図である。

【符号の説明】

１ 第１レンズ群， ２ 第２レンズ群， １１，１
２，２１，２２ レンズ， １１Ａ，１２Ｂ，２１Ａ，
２２Ｂ レンズの面， ３１ 表示素子， ３２投影レ
ンズ， ３３ 反射式スクリーン， ３４ 接眼レン
ズ， ３５ 接眼レンズ， ４１ 空中像， ５１ 表
示素子， ５２ ＰＢＳ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１および第２のレンズ群が、瞳側から
   順次配置されて構成される接眼レンズであって、 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接眼レンズ。
2. 【請求項２】 像面が曲面の像を観察するのに用いられ
   ることを特徴とする請求項１に記載の接眼レンズ。
3. 【請求項３】 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１に記載の接眼レン
   ズ。
4. 【請求項４】 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１に記載の接眼レン
   ズ。
5. 【請求項５】 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１に記載の接眼レン
   ズ。
6. 【請求項６】 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１に記載の接眼レン
   ズ。
7. 【請求項７】 映像を表示する表示装置と、 前記映像の虚像を形成する光学系とを備える虚像提供装
   置であって、 前記光学系は、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虚像提供装置。
8. 【請求項８】 前記表示装置が表示する映像の像面が曲
   面にされ、 前記光学系は、その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７に記載の虚像提供装置。
9. 【請求項９】 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７に記載の虚像提供
   装置。
10. 【請求項１０】 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７に記載の虚像提供
    装置。
11. 【請求項１１】 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７に記載の虚像提供
    装置。
12. 【請求項１２】 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７に記載の虚像提供
    装置。