WO2019163415A1 - 接眼光学系およびヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

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Abstract

接眼光学系（ＥＬ）は、画像表示部（１１）側のレンズ面に第１フレネル面（ＦＳａ）が形成された第１フレネルレンズ（第１レンズ（Ｌ１））と、第１フレネルレンズよりも画像表示部（１１）側に配置されて画像表示部（１１）側のレンズ面に第２フレネル面（ＦＳｂ）が形成された第２フレネルレンズ（第２レンズ（Ｌ２））とを備え、第１フレネル面（ＦＳａ）および第２フレネル面（ＦＳｂ）における光軸から少なくとも半径１０ｍｍの範囲内で、第１フレネル面（ＦＳａ）を構成する複数の壁面部および第２フレネル面（ＦＳｂ）を構成する複数の壁面部において、第１フレネル面（ＦＳａ）の壁面部の光軸に対する傾斜角は、光軸側から数えて同じ順番の第２フレネル面（ＦＳｂ）の壁面部の光軸に対する傾斜角よりも大きくなっている。

Description

接眼光学系およびヘッドマウントディスプレイ
　本発明は、接眼光学系およびヘッドマウントディスプレイに関する。
　例えば、特許文献１には、接眼光学系を備えるヘッドマウントディスプレイが開示されている。このような接眼光学系は、重量を軽くする観点から薄型であることが好ましい。
特開２０１５－４９３０５号公報
　第１の態様に係る接眼光学系は、観察物体側のレンズ面に第１フレネル面が形成された第１フレネルレンズと、前記第１フレネルレンズよりも観察物体側に配置されて観察物体側のレンズ面に第２フレネル面が形成された第２フレネルレンズとを備え、前記第１フレネル面および前記第２フレネル面における光軸から少なくとも半径１０ｍｍの範囲内で、前記第１フレネル面を構成する複数の壁面部および前記第２フレネル面を構成する複数の壁面部において、前記第１フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角は、光軸側から数えて同じ順番の前記第２フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角よりも大きくなっている。
　第２の態様に係るヘッドマウントディスプレイは、画像を表示可能な画像表示部と、前記画像表示部に表示された画像を観察するための接眼光学系とを備え、前記接眼光学系が上述の接眼光学系となっている。
第１実施例に係る接眼光学系のレンズ構成図である。 第１実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。 第１実施例に係る接眼光学系の横収差図である。 第１実施例に係る接眼光学系のフレネル面の傾斜角を示すグラフである。 第２実施例に係る接眼光学系のレンズ構成図である。 第２実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。 第２実施例に係る接眼光学系の横収差図である。 第３実施例に係る接眼光学系のレンズ構成図である。 第３実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。 第３実施例に係る接眼光学系の横収差図である。 第４実施例に係る接眼光学系のレンズ構成図である。 第４実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。 第４実施例に係る接眼光学系の横収差図である。 第５実施例に係る接眼光学系のレンズ構成図である。 第５実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。 第５実施例に係る接眼光学系の横収差図である。 第６実施例に係る接眼光学系のレンズ構成図である。 第６実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。 第６実施例に係る接眼光学系の横収差図である。 （Ａ）はフレネル面の一例を示す模式図であり、（Ｂ）はフレネル面のアスペクト比および傾斜角を説明するための模式図である。 ヘッドマウントディスプレイの外観図である。
　以下、本実施形態の接眼光学系、およびヘッドマウントディスプレイについて図を参照して説明する。本実施形態に係る接眼光学系ＥＬの一例としての接眼光学系ＥＬ（１）は、図１に示すように、観察物体側のレンズ面に第１フレネル面ＦＳａが形成された第１フレネルレンズ（第１レンズＬ１）と、第１フレネルレンズよりも観察物体側に配置されて観察物体側のレンズ面に第２フレネル面ＦＳｂが形成された第２フレネルレンズ（第２レンズＬ２）とを備えて構成される。第１フレネル面ＦＳａおよび第２フレネル面ＦＳｂにおける光軸から少なくとも半径１０ｍｍの範囲内で、第１フレネル面ＦＳａを構成する複数の壁面部および第２フレネル面ＦＳｂを構成する複数の壁面部において、第１フレネル面ＦＳａの壁面部の光軸に対する傾斜角は、光軸側から数えて同じ順番の第２フレネル面ＦＳｂの壁面部の光軸に対する傾斜角よりも大きくなっている。これにより、薄型でありながら、広い視野角を有して、非点収差等の諸収差が良好に補正された接眼光学系を得ることが可能になる。また、各フレネル面の壁面部での光線の屈折や反射を低減させることも可能になる。なお、第１フレネル面ＦＳａおよび第２フレネル面ＦＳｂにおける全体の（有効径の）範囲内で、第１フレネル面ＦＳａの壁面部の光軸に対する傾斜角が、光軸側から数えて同じ順番の第２フレネル面ＦＳｂの壁面部の光軸に対する傾斜角よりも大きくなるようにしてもよい。また、光軸から少なくとも半径１０ｍｍの範囲内において、第１フレネル面ＦＳａの全ての壁面部の光軸に対する傾斜角が、第２フレネル面ＦＳｂのいずれの壁面部の光軸に対する傾斜角よりも大きくなるようにしてもよい。
　本実施形態に係る接眼光学系ＥＬは、観察物体として例えば画像表示部１１で表示される画像を観察するために用いることができる。本実施形態に係る接眼光学系ＥＬは、図５に示す接眼光学系ＥＬ（２）でもよく、図８に示す接眼光学系ＥＬ（３）でもよく、図１１に示す接眼光学系ＥＬ（４）でもよく、図１４に示す接眼光学系ＥＬ（５）でもよく、図１７に示す接眼光学系ＥＬ（６）でもよい。
　なお、本実施形態における各フレネル面ＦＳａ，ＦＳｂは、光を屈折させることで光の進行方向を変える面である。各フレネル面ＦＳａ，ＦＳｂは、例えば図２０（Ａ）に示すように、断面視鋸歯形状の輪帯状に形成される。各フレネル面ＦＳａ，ＦＳｂのフレネル段差のピッチは、フレネルレンズにおける半径方向の位置ごとに異なっている。各フレネル面ＦＳａ，ＦＳｂの壁面部ＦＷの中には、光軸に対して傾斜しているものがあり、各フレネル面ＦＳａ，ＦＳｂの壁面部ＦＷの光軸に対する傾斜角は、フレネルレンズにおける半径方向の位置ごとに異なっている。ここで、図２０（Ｂ）に示すように、フレネル面の接線と光軸とのなす角をαとし、θ＝９０°－αで表される角度を接線角θとする。本明細書では、この接線角θに基づいて｜ｂ／ａ｜＝｜tanθ｜で表される比を、各フレネル面のフレネル段差のアスペクト比と定義する。また、各フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角をΦ１，Φ２とし、第１フレネル面ＦＳａおよび第２フレネル面ＦＳｂにおける所定範囲内（例えば、光軸から少なくとも半径１０ｍｍの範囲内、もしくは全体の（有効径の）範囲内）での傾斜角の最大値をΦ１ｍｘ，Φ２ｍｘとし、傾斜角の平均値をΦ１ａｖ，Φ２ａｖとする。なお、フレネル面は球面形状に形成されていてよく、非球面形状に形成されていてもよく、断面視直線形状に形成されていてもよい。
　本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、第１フレネル面ＦＳａおよび第２フレネル面ＦＳｂにおける光軸から少なくとも半径１０ｍｍの範囲内で、次の条件式（１）を満足することが好ましい。
　２．５≦Φ１ｍｘ／Φ２ｍｘ　・・・（１）
　但し、Φ１ｍｘ：第１フレネル面ＦＳａの壁面部の光軸に対する傾斜角の最大値、
　　　　Φ２ｍｘ：第２フレネル面ＦＳｂの壁面部の光軸に対する傾斜角の最大値。
　条件式（１）は、第１フレネル面ＦＳａの壁面部の光軸に対する傾斜角の最大値と、第２フレネル面ＦＳｂの壁面部の光軸に対する傾斜角の最大値との比について、適切な範囲を規定する条件式である。条件式（１）を満足することで、第１フレネル面ＦＳａの壁面部の傾斜角が相対的に大きくなるため、第１フレネル面ＦＳａを通過する光が第１フレネル面ＦＳａの壁面部を通るのを防止することができ、フレアを低減させることが可能になる。
　条件式（１）の対応値が下限値を下回ると、第１フレネル面ＦＳａの壁面部の傾斜角が相対的に小さくなるため、フレアを低減させることが困難になる。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（１）の下限値を好ましくは３．８としてもよい。また、条件式（１）の上限値を好ましくは２０．０以下としてもよい。第１フレネル面ＦＳａおよび第２フレネル面ＦＳｂにおける全体の（有効径の）範囲内で、条件式（１）を満足するようにしてもよい。
　本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、第１フレネル面ＦＳａおよび第２フレネル面ＦＳｂにおける光軸から少なくとも半径１０ｍｍの範囲内で、次の条件式（２）を満足することが好ましい。
　２．５≦Φ１ａｖ／Φ２ａｖ　・・・（２）
　但し、Φ１ａｖ：第１フレネル面ＦＳａの壁面部の光軸に対する傾斜角の平均値、
　　　　Φ２ａｖ：第２フレネル面ＦＳｂの壁面部の光軸に対する傾斜角の平均値。
　条件式（２）は、第１フレネル面ＦＳａの壁面部の光軸に対する傾斜角の平均値と、第２フレネル面ＦＳｂの壁面部の光軸に対する傾斜角の平均値との比について、適切な範囲を規定する条件式である。条件式（２）を満足することで、第１フレネル面ＦＳａの壁面部の傾斜角が相対的に大きくなるため、第１フレネル面ＦＳａを通過する光が第１フレネル面ＦＳａの壁面部を通るのを防止することができ、フレアを低減させることが可能になる。
　条件式（２）の対応値が下限値を下回ると、第１フレネル面ＦＳａの壁面部の傾斜角が相対的に小さくなるため、フレアを低減させることが困難になる。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（２）の下限値を好ましくは３．８としてもよい。また、条件式（２）の上限値を好ましくは１５．０以下としてもよい。第１フレネル面ＦＳａおよび第２フレネル面ＦＳｂにおける全体の（有効径の）範囲内で、条件式（２）を満足するようにしてもよい。
　本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、次の条件式（３）を満足することが好ましい。
　０．３≦ｆＲ１／ｆＲ２≦１．５　・・・（３）
　但し、ｆＲ１：第１フレネルレンズの焦点距離、
　　　　ｆＲ２：第２フレネルレンズの焦点距離。
　条件式（３）は、第１フレネルレンズと第２フレネルレンズとの焦点距離の比について適切な範囲を規定する条件式である。条件式（３）を満足することで、アイポイントＥＰに近い側に配置された第１フレネルレンズに強いパワー（屈折力）を持たせることができ、非点収差やコマ収差等の諸収差を良好に補正することが可能になる。
　条件式（３）の対応値が下限値を下回ると、第１フレネルレンズのパワーが相対的に強くなりすぎて、非点収差やコマ収差等を補正することが困難になる。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（３）の下限値を好ましくは０．４としてもよい。条件式（３）の対応値が上限値を上回ると、第１フレネルレンズのパワーが相対的に弱くなり、非点収差やコマ収差等を補正することが困難になる。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（３）の上限値を好ましくは１．２としてもよい。
　本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、次の条件式（４）を満足することが好ましい。
　０＜ＡＳ１≦１．４　・・・（４）
　但し、ＡＳ１：第１フレネル面ＦＳａのフレネル段差のアスペクト比の最大値。
　条件式（４）は、第１フレネル面ＦＳａのフレネル段差のアスペクト比の最大値について適切な範囲を規定する条件式である。条件式（４）の対応値が上限値を上回ると、第１フレネル面ＦＳａのフレネル段差のアスペクト比の最大値が大きくなりすぎて、第１フレネルレンズを備える接眼光学系ＥＬの製造が困難になる。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（４）の上限値を好ましくは１．１としてもよい。
　本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、次の条件式（５）を満足することが好ましい。
　０＜ＡＳ２≦１．７　・・・（５）
　但し、ＡＳ２：第２フレネル面ＦＳｂのフレネル段差のアスペクト比の最大値。
　条件式（５）は、第２フレネル面ＦＳｂのフレネル段差のアスペクト比の最大値について適切な範囲を規定する条件式である。条件式（５）の対応値が上限値を上回ると、第２フレネル面ＦＳｂのフレネル段差のアスペクト比の最大値が大きくなりすぎて、第２フレネルレンズを備える接眼光学系ＥＬの製造が困難になる。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（５）の上限値を好ましくは１．４としてもよい。
　本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、次の条件式（６）を満足することが好ましい。
　２．０≦（２×ω）／ＴＬ　・・・（６）
　但し、ω：接眼光学系ＥＬの視野角、
　　　　ＴＬ：接眼光学系ＥＬの全長。
　条件式（６）は、接眼光学系ＥＬの視野角と全長の比について適切な範囲を規定する条件式である。条件式（６）を満足することで、全長が短くて視野角が広い接眼光学系ＥＬを実現することが可能になる。条件式（６）の対応値が下限値を下回ると、接眼光学系ＥＬの全長を短くしつつ視野角を広げることが困難になる。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（６）の下限値を好ましくは３．０［Ｄｅｇ／ｍｍ］としてもよい。また、条件式（６）の上限値を好ましくは４．５［Ｄｅｇ／ｍｍ］以下としてもよい。
　本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、次の条件式（７）を満足することが好ましい。
　０＜Ｘ１／ＴＬ≦０．８０　・・・（７）
　但し、Ｘ１：第１フレネルレンズにおけるアイポイントＥＰ側のレンズ面から観察物体までの距離、
　　　　ＴＬ：接眼光学系ＥＬの全長。
　条件式（７）は、第１フレネルレンズにおけるアイポイントＥＰ側のレンズ面から観察物体までの距離と、接眼光学系ＥＬの全長の比について適切な範囲を規定する条件式である。条件式（７）を満足することで、全長が短く視野角が広い接眼光学系ＥＬを実現することが可能になる。条件式（７）の対応値が上限値を上回ると、接眼光学系ＥＬの全長を短くしてアイレリーフを確保することが困難になる。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（７）の上限値を好ましくは０．７５としてもよい。
　本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、第１フレネルレンズの光軸上の厚さは、第２フレネルレンズの光軸上の厚さ以下であることが好ましい。これにより、第１フレネルレンズの光軸上の厚さが相対的に小さくなるため、第１フレネル面ＦＳａをアイポイントＥＰ側に近づけることができ、非点収差やコマ収差等の諸収差を良好に補正することが可能になる。
　本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、次の条件式（８）を満足することが好ましい。
　０＜１－（ＳＧ１／ＴＨ１）≦０．９７　・・・（８）
　但し、ＳＧ１：第１フレネル面ＦＳａのサグ量の平均値、
　　　　ＴＨ１：第１フレネルレンズの光軸上の厚さ。
　条件式（８）は、第１フレネル面ＦＳａのサグ量の平均値と、第１フレネルレンズの光軸上の厚さの比について適切な範囲を規定する条件式である。条件式（８）を満足することで、第１フレネル面ＦＳａのサグ量が大きくなり、第１フレネル面ＦＳａにおける輪帯の数を減らすことができるため、第１フレネル面ＦＳａの不連続部、壁面部、先端部等に起因するフレアを低減させることが可能になる。条件式（８）の対応値が上限値を上回ると、第１フレネル面ＦＳａのサグ量が小さくなり、フレアを低減させることが困難になる。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（８）の上限値を好ましくは０．９５としてもよい。
　本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、次の条件式（９）を満足することが好ましい。
　０＜１－（ＳＧ２／ＴＨ２）≦０．９７　・・・（９）
　但し、ＳＧ２：第２フレネル面ＦＳｂのサグ量の平均値、
　　　　ＴＨ２：第２フレネルレンズの光軸上の厚さ。
　条件式（９）は、第２フレネル面ＦＳｂのサグ量の平均値と、第２フレネルレンズの光軸上の厚さの比について適切な範囲を規定する条件式である。条件式（９）を満足することで、第２フレネル面ＦＳｂのサグ量が大きくなり、第２フレネル面ＦＳｂにおける輪帯の数を減らすことができるため、第２フレネル面ＦＳｂの不連続部、壁面部、先端部等に起因するフレアを低減させることが可能になる。条件式（９）の対応値が上限値を上回ると、第２フレネル面ＦＳｂのサグ量が小さくなり、フレアを低減させることが困難になる。本実施形態の効果を確実にするために、条件式（９）の上限値を好ましくは０．９５としてもよい。
　本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、第１フレネルレンズおよび第２フレネルレンズが正の屈折力を有することが好ましい。これにより、収差を良好に補正しつつ、接眼光学系ＥＬの視野角を広げて全長を短くすることができる。
　本実施形態に係る接眼光学系ＥＬにおいて、第１フレネルレンズにおけるアイポイントＥＰ側のレンズ面が平面であり、第２フレネルレンズにおけるアイポイントＥＰ側のレンズ面が平面もしくは非球面であることが好ましい。これにより、収差を良好に補正しつつ、接眼光学系ＥＬの視野角を広げて全長を短くすることができる。
　本実施形態に係る接眼光学系ＥＬは、第１フレネルレンズと、第２フレネルレンズと、非球面を有する非球面レンズとからなり、非球面レンズは、第２フレネルレンズよりも像側に、もしくは、第１フレネルレンズと第２フレネルレンズとの間に配置されることが好ましい。これにより、収差を良好に補正しつつ、接眼光学系ＥＬの視野角を広げて全長を短くすることができる。
　本実施形態のヘッドマウントディスプレイは、上述した構成の接眼光学系を備えて構成される。その具体例として、上記接眼光学系ＥＬを備えたヘッドマウントディスプレイを図２１に基づいて説明する。図２１に示すヘッドマウントディスプレイ１は、使用者の頭部に固定された状態で使用される。ヘッドマウントディスプレイ１は、画像表示部１１と、接眼光学系ＥＬ（図２１においては不図示）と、これらを収容するハウジング１２とを有して構成される。また、ハウジング１２の左右側部に、使用者に音声情報を提供するためのスピーカ１４が配設される。また、ハウジング１２の後部に、ハウジング１２を使用者の頭部に固定するためのバンド１６が取り付けられる。
　画像表示部１１および接眼光学系ＥＬは、ハウジング１２が使用者の頭部に固定された状態で、使用者の眼と対向して配置されるように構成される。画像表示部１１は、詳細な図示を省略するが、例えば液晶表示素子等を用いて構成される。また、接眼光学系ＥＬは、使用者の両眼に対応して２組設けられる。このようなヘッドマウントディスプレイ１において、画像表示部１１が所定の画像を表示すると、画像表示部１１からの光が接眼光学系ＥＬを透過して使用者の眼に達する。これにより、使用者は、接眼光学系ＥＬを介して画像表示部１１で表示される画像を見ることができる。以上の構成によれば、接眼光学系ＥＬを搭載することにより、薄型でありながら、広い視野角を有して、非点収差等の諸収差が良好に補正されたヘッドマウントディスプレイを得ることが可能になる。
　なお、画像表示部１１が表示する画像は、静止画であってよいし動画であってもよい。また、画像表示部１１は、右眼用の視差画像と左眼用の視差画像とをそれぞれ表示し、使用者が接眼光学系ＥＬを介して当該視差画像を見ることにより立体画像として認識されるように構成されていてもよい。また、画像表示部１１は、ハウジング１２と一体的に設けられる構成に限られるものではない。例えば、ハウジングと別体に設けられて画像を表示可能な携帯端末等を、画像表示部としてハウジングに装着して用いる構成であってもよい。
　以下、本願の各実施例を添付図面に基づいて説明する。図１、図５、図８、図１１、図１４、および図１７に、第１～第６実施例に係る接眼光学系ＥＬ｛ＥＬ（１）～ＥＬ（６）｝のレンズ構成および屈折力配分を示す。
　これら図１、図５、図８、図１１、図１４、および図１７において、各レンズを符号Ｌと数字（もしくはアルファベット）の組み合わせにより、それぞれ表している。この場合において、符号、数字の種類および数が多くなって煩雑化するのを防止するため、実施例毎にそれぞれ独立して符号と数字の組み合わせを用いてレンズ群等を表している。このため、実施例間で同一の符号と数字の組み合わせが用いられていても、同一の構成であることを意味するものでは無い。
　以下に表１～表６を示すが、この内、表１は第１実施例、表２は第２実施例、表３は第３実施例、表４は第４実施例、表５は第５実施例、表６は第６実施例における諸元の値を示す表である。各実施例では収差特性の算出対象として、ｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）、ｅ線（波長λ＝５４６．１ｎｍ）、ｇ線（波長λ＝４３５．８ｎｍ）、Ｃ線（波長λ＝６５６．３ｎｍ）、Ｆ線（波長λ＝４８６．１ｎｍ）を選んでいる。
　各表の［諸元データ］において、ｆは接眼光学系の焦点距離を、ｆＲ１は第１フレネルレンズの焦点距離を、ｆＲ２は第２フレネルレンズの焦点距離を、ｆＡＳは非球面レンズの焦点距離それぞれ示す。また、［諸元データ］において、ωは視野角（単位は「°」）を、ＥＲはアイレリーフを、Ｘ１は第１フレネルレンズにおけるアイポイント側のレンズ面から画像表示部（観察物体）までの距離を、ＴＬは接眼光学系の全長（アイポイントから画像表示部（観察物体）までの距離）をそれぞれ示す。［レンズデータ］において、面番号はアイポイント側から数えた各レンズ面の番号を、Ｒは各レンズ面の曲率半径を、Ｄは各レンズ面の間隔を、ｎｄはｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率を、νｄはｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）に対するアッベ数をそれぞれ示す。なお、第１カラム（面番号）の右に付した*aは、そのレンズ面が非球面であることを示す。第１カラム（面番号）の右に付した*bは、そのレンズ面が非球面形状のフレネル面であることを示す。曲率半径の「∞」は平面又は開口を示し、空気の屈折率ｎｄ＝1.0000の記載は省略している。
　［非球面データ］において示す非球面係数は、光軸に垂直な方向の高さ（輪帯位置）をｙとし、光軸方向のサグ量をＸ（ｙ）とし、基準球面の曲率半径（近軸曲率半径）をｒとし、円錐定数をκとし、ｎ次（ｎ＝２，４，６，８，１０，１２，１４，１６，１８，２０）の非球面係数をＡnとしたとき、次式（Ａ）で表される。なお、２次の非球面係数Ａ2は０であり、その記載を省略する。「E-n」は「×１０-n」を示す。例えば、「1.234E-05」は「１．２３４×１０-5」を示す。
　Ｘ（ｙ）＝（ｙ2／ｒ）／｛１＋（１－（１＋κ）×ｙ2／ｒ2）1/2｝
　　　　　＋Ａ4×ｙ4＋Ａ6×ｙ6＋Ａ8×ｙ8＋Ａ10×ｙ10＋Ａ12×ｙ12
　　　　　＋Ａ14×ｙ14＋Ａ16×ｙ16＋Ａ18×ｙ18＋Ａ20×ｙ20　　　…（Ａ）
　［フレネル面データ］において、Φ１ｍｘは第１フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角の最大値を、Φ２ｍｘは第２フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角の最大値を、Φ１ａｖは第１フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角の平均値を、Φ２ａｖは第２フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角の平均値をそれぞれ示す。また、［フレネル面データ］において、ＡＳ１は第１フレネル面のフレネル段差のアスペクト比の最大値を、ＡＳ２は第２フレネル面のフレネル段差のアスペクト比の最大値を、ＳＧ１は第１フレネル面のサグ量の平均値を、ＳＧ２は第２フレネル面のサグ量の平均値をそれぞれ示す。なお、［フレネル面データ］においては、第１フレネル面ＦＳａおよび第２フレネル面ＦＳｂにおける光軸から半径１０ｍｍの範囲内における値と、第１フレネル面ＦＳａおよび第２フレネル面ＦＳｂにおける全体の（有効径の）範囲内における値をそれぞれ示す。［条件式対応値］には、各条件式の対応値をそれぞれ示す。
　なお、以下の全ての諸元値において掲載されている焦点距離ｆ、曲率半径Ｒ、その他の長さの単位は一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は、比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、これに限られるものではない。ここまでの表の説明は全ての実施例において共通であり、以下での重複する説明は省略する。
　（第１実施例）
　まず、本願の第１実施例について図１～図４および表１を用いて説明する。各実施例の接眼光学系は、画像表示部１１で表示される画像を観察するための接眼光学系として用いられるものである。図１は第１実施例に係る接眼光学系ＥＬ（１）のレンズ構成図である。第１実施例に係る接眼光学系ＥＬ（１）は、アイポイントＥＰ側から順に並んだ、正の屈折力を有する平凸形状の第１レンズＬ１と、正の屈折力を有する平凸形状の第２レンズＬ２と、負の屈折力を有するメニスカス形状の第３レンズＬ３とから構成される。
　第１レンズＬ１は、画像表示部１１側（観察物体側）のレンズ面に非球面形状の第１フレネル面ＦＳａが形成された第１フレネルレンズである。第２レンズＬ２は、画像表示部１１側のレンズ面に非球面形状の第２フレネル面ＦＳｂが形成された第２フレネルレンズである。図４は、第１フレネル面ＦＳａの壁面部の（光軸に対する）傾斜角Φ１と、第２フレネル面ＦＳｂの壁面部の傾斜角Φ２の変化を模式的に示したグラフである。図４に示すように、第１フレネル面ＦＳａおよび第２フレネル面ＦＳｂにおける全体の（有効径の）範囲内で、第１フレネル面ＦＳａを構成する複数の壁面部および第２フレネル面ＦＳｂを構成する複数の壁面部において、第１フレネル面ＦＳａの壁面部の傾斜角Φ１は、光軸側から数えて同じ順番の第２フレネル面ＦＳｂの壁面部の傾斜角Φ２よりも大きくなっている。また、第１レンズＬ１（第１フレネルレンズ）の光軸上の厚さは、第２レンズＬ２（第２フレネルレンズ）の光軸上の厚さよりも小さくなっている。第３レンズＬ３は、両側のレンズ面が非球面形状に形成された非球面レンズである。第３レンズＬ３は、画像表示部１１側に凹面を向けて配置される。
　下の表１に、第１実施例における各諸元を示す。
（表１）
［諸元データ］
　ｆ＝23.75
　ｆＲ１＝41.06
　ｆＲ２＝52.36
　ｆＡＳ＝-464.38
　ω＝±60°
　ＥＲ＝10.00
　Ｘ１＝27.59
　ＴＬ＝37.59
［レンズデータ］
　面番号　　　　　Ｒ　　　　　　　Ｄ　　　　　　ｎｄ　　　　　νｄ
　　1　　 　　　　∞　　　　　　　1.32　　　　　1.6417　　　　23.9
　　2*b　　 　-26.345　　 　　　　0.11
　　3　　　 　　　∞　　　　　　　1.43　　　　　1.4929　　　　57.1
　　4*b　　 　-25.80658841　　　　0.11
　　5*a　　　-103.07　　　　　　　5.5　　 　　　1.6417　　　　23.9
　　6*a　　　　74.9845136　　  　19.12174528
［非球面データ］
　第２面
　κ=0.0000
　A4=-3.02E-06,A6=4.26E-08,A8=4.40E-12,A10=-2.29E-14,A12=3.82E-18
　A14=-1.21E-20,A16=1.34E-22,A18=-1.71E-25,A20=1.54E-29
　第４面
　κ=-4.8481
　A4=0.00E+00,A6=-1.31E-08,A8=1.49E-11,A10=-1.72E-14,A12=-3.05E-17
　A14=2.43E-20,A16=3.81E-23,A18=-5.73E-27,A20=-1.08E-29
　第５面
　κ=0.0000
　A4=-3.64E-06,A6=5.06E-08,A8=-6.35E-11,A10=4.79E-14,A12=-1.06E-16
　A14=1.78E-19,A16=-1.82E-22,A18=1.21E-25,A20=-3.69E-29
　第６面
　κ=0.0000
　A4=-1.26E-05,A6=2.09E-08,A8=2.53E-12,A10=2.06E-14,A12=-9.58E-17
　A14=3.18E-20,A16=-5.92E-23,A18=1.08E-26,A20=1.67E-28
［フレネル面データ］
　　　　　　　　　半径１０ｍｍの範囲内　　　有効径の範囲内
　Φ１ｍｘ　　　 　　14.52°　　　　　 　　　　17.06°
　Φ２ｍｘ　　　　　　3.75°　　　　　　　　　　6.27°
　Φ１ａｖ　　　　　　9.79°　　　　　 　　　　13.33°
　Φ２ａｖ　　　　　　2.54°　　　　　　　　　　3.89°
　　ＡＳ１　　　　　　0.40　　　　　　　　　　　0.55
　　ＡＳ２　　　　　　0.32　　　　　　　　　　　0.78
　　ＳＧ１　　　　　　0.40　　　　　　　　　　　0.40
　　ＳＧ２　　　　　　0.40　　　　　　　　　　　0.40
［条件式対応値］
　条件式（１）　Φ１ｍｘ／Φ２ｍｘ
　　　　　　　　　　＝3.9（半径１０ｍｍ），2.7（有効径）
　条件式（２）　Φ１ａｖ／Φ２ａｖ
　　　　　　　　　　＝3.9（半径１０ｍｍ），3.4（有効径）
　条件式（３）　ｆＲ１／ｆＲ２＝0.8
　条件式（４）　ＡＳ１＝0.55
　条件式（５）　ＡＳ２＝0.78
　条件式（６）　（２×ω）／ＴＬ＝3.2
　条件式（７）　Ｘ１／ＴＬ＝0.73
　条件式（８）　１－（ＳＧ１／ＴＨ１）＝0.70
　条件式（９）　１－（ＳＧ２／ＴＨ２）＝0.72
　図２は、第１実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。図３は、第１実施例に係る接眼光学系の横収差図である。各収差図において、ｄはｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）、ｅはｅ線（波長λ＝５４６．１ｎｍ）、ｇはｇ線（波長λ＝４３５．８ｎｍ）、ＣはＣ線（波長λ＝６５６．３ｎｍ）、ＦはＦ線（波長λ＝４８６．１ｎｍ）をそれぞれ示す。非点収差図において、実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面をそれぞれ示す。横収差図において、ＲＦＨは像高比（Relative　Field　Height）を示す。なお、以下に示す各実施例の収差図においても、本実施例と同様の符号を用い、重複する説明は省略する。そして、各収差図より、第１実施例では、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。
　（第２実施例）
　以下、本願の第２実施例について図５～図７および表２を用いて説明する。図５は第２実施例に係る接眼光学系ＥＬ（２）のレンズ構成図である。第２実施例に係る接眼光学系ＥＬ（２）は、アイポイントＥＰ側から順に並んだ、正の屈折力を有する平凸形状の第１レンズＬ１と、正の屈折力を有する両凸形状の第２レンズＬ２と、正の屈折力を有するメニスカス形状の第３レンズＬ３とから構成される。
　第１レンズＬ１は、画像表示部１１側（観察物体側）のレンズ面に非球面形状の第１フレネル面ＦＳａが形成された第１フレネルレンズである。第２レンズＬ２は、画像表示部１１側のレンズ面に非球面形状の第２フレネル面ＦＳｂが形成された第２フレネルレンズである。第１フレネル面ＦＳａおよび第２フレネル面ＦＳｂにおける全体の（有効径の）範囲内で、第１フレネル面ＦＳａを構成する複数の壁面部および第２フレネル面ＦＳｂを構成する複数の壁面部において、第１フレネル面ＦＳａの壁面部の（光軸に対する）傾斜角Φ１は、光軸側から数えて同じ順番の第２フレネル面ＦＳｂの壁面部の傾斜角Φ２よりも大きくなっている。また、第１レンズＬ１（第１フレネルレンズ）の光軸上の厚さは、第２レンズＬ２（第２フレネルレンズ）の光軸上の厚さよりも小さくなっている。第３レンズＬ３は、両側のレンズ面が非球面形状に形成された非球面レンズである。第３レンズＬ３は、画像表示部１１側に凹面を向けて配置される。
　下の表２に、第２実施例における各諸元を示す。
（表２）
［諸元データ］
　ｆ＝21.43
　ｆＲ１＝38.85
　ｆＲ２＝47.20
　ｆＡＳ＝5259.46
　ω＝±60°
　ＥＲ＝10.00
　Ｘ１＝25.00
　ＴＬ＝35.00
［レンズデータ］
　面番号　　　　　Ｒ　　　　　　　Ｄ　　　　　　ｎｄ　　　　　νｄ
　　1　　 　　　　∞　　　　　　　1.1　　　 　　1.6417　　　　23.9
　　2*b　　 　-24.93289768　　　　0.1
　　3*a　　 　285.5784198　　 　　3.0　　　 　　1.4929　　　　57.1
　　4*b　　 　-25.23933282　　　　0.1
　　5*a　　　　62.44932864　　　　2.2　　 　　　1.6417　　　　23.9
　　6*a　　　　62.75050821　　 　18.49922142
［非球面データ］
　第２面
　κ=0.0000
　A4=-4.64E-07,A6=6.19E-08,A8=-1.98E-11,A10=-7.69E-14,A12=7.49E-17
　A14=-2.68E-19,A16=5.85E-22,A18=-7.31E-25,A20=1.26E-27
　第３面
　κ=131.6841
　A4=0.00E+00,A6=8.32E-09,A8=1.10E-11,A10=2.56E-16,A12=1.51E-17
　A14=-9.59E-20,A16=5.42E-23,A18=-1.52E-25,A20=-6.15E-28
　第４面
　κ=-2.8009
　A4=0.00E+00,A6=-8.67E-09,A8=1.23E-11,A10=-9.93E-15,A12=-3.43E-17
　A14=-3.00E-20,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
　第５面
　κ=5.6643
　A4=0.00E+00,A6=8.80E-08,A8=-1.01E-10,A10=-4.09E-14,A12=0.00E+00
　A14=0.00E+00,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
　第６面
　κ=0.0000
　A4=3.32E-06,A6=4.74E-08,A8=-4.93E-11,A10=9.21E-14,A12=-1.65E-16
　A14=1.81E-19,A16=-1.02E-22,A18=-3.35E-25,A20=-7.80E-28
［フレネル面データ］
　　　　　　　　　半径１０ｍｍの範囲内　　　有効径の範囲内
　Φ１ｍｘ　　　 　　14.52°　　　　　 　　　　17.23°
　Φ２ｍｘ　　　　　　1.98°　　　　　　　　　　2.27°
　Φ１ａｖ　　　　　　9.74°　　　　　 　　　　13.19°
　Φ２ａｖ　　　　　　1.66°　　　　　　　　　　1.94°
　　ＡＳ１　　　　　　0.40　　　　　　　　　　　0.63
　　ＡＳ２　　　　　　0.35　　　　　　　　　　　1.04
　　ＳＧ１　　　　　　0.40　　　　　　　　　　　0.40
　　ＳＧ２　　　　　　0.40　　　　　　　　　　　0.40
［条件式対応値］
　条件式（１）　Φ１ｍｘ／Φ２ｍｘ
　　　　　　　　　　＝7.3（半径１０ｍｍ），7.6（有効径）
　条件式（２）　Φ１ａｖ／Φ２ａｖ
　　　　　　　　　　＝5.9（半径１０ｍｍ），6.8（有効径）
　条件式（３）　ｆＲ１／ｆＲ２＝0.8
　条件式（４）　ＡＳ１＝0.63
　条件式（５）　ＡＳ２＝1.04
　条件式（６）　（２×ω）／ＴＬ＝3.4
　条件式（７）　Ｘ１／ＴＬ＝0.71
　条件式（８）　１－（ＳＧ１／ＴＨ１）＝0.64
　条件式（９）　１－（ＳＧ２／ＴＨ２）＝0.87
　図６は、第２実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。図７は、第２実施例に係る接眼光学系の横収差図である。そして、各収差図より、第２実施例では、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。
　（第３実施例）
　以下、本願の第３実施例について図８～図１０および表３を用いて説明する。図８は第３実施例に係る接眼光学系ＥＬ（３）のレンズ構成図である。第３実施例に係る接眼光学系ＥＬ（３）は、アイポイントＥＰ側から順に並んだ、正の屈折力を有する平凸形状の第１レンズＬ１と、正の屈折力を有する平凸形状の第２レンズＬ２と、正の屈折力を有するメニスカス形状の第３レンズＬ３とから構成される。
　第１レンズＬ１は、画像表示部１１側（観察物体側）のレンズ面に非球面形状の第１フレネル面ＦＳａが形成された第１フレネルレンズである。第２レンズＬ２は、画像表示部１１側のレンズ面に非球面形状の第２フレネル面ＦＳｂが形成された第２フレネルレンズである。第１フレネル面ＦＳａおよび第２フレネル面ＦＳｂにおける全体の（有効径の）範囲内で、第１フレネル面ＦＳａを構成する複数の壁面部および第２フレネル面ＦＳｂを構成する複数の壁面部において、第１フレネル面ＦＳａの壁面部の（光軸に対する）傾斜角Φ１は、光軸側から数えて同じ順番の第２フレネル面ＦＳｂの壁面部の傾斜角Φ２よりも大きくなっている。また、第１レンズＬ１（第１フレネルレンズ）の光軸上の厚さは、第２レンズＬ２（第２フレネルレンズ）の光軸上の厚さよりも小さくなっている。第３レンズＬ３は、両側のレンズ面が非球面形状に形成された非球面レンズである。第３レンズＬ３は、画像表示部１１側に凹面を向けて配置される。
　下の表３に、第３実施例における各諸元を示す。
（表３）
［諸元データ］
　ｆ＝21.83
　ｆＲ１＝45.93
　ｆＲ２＝45.72
　ｆＡＳ＝1697.11
　ω＝±60°
　ＥＲ＝10.00
　Ｘ１＝25.02
　ＴＬ＝35.02
［レンズデータ］
　面番号　　　　　Ｒ　　　　　　　Ｄ　　　　　　ｎｄ　　　　　νｄ
　　1　　 　　　　∞　　　　　　　1.1　　　 　　1.4929　　　　57.1
　　2*b　　 　-22.63809936　　　　0.1
　　3　　　 　　　∞　　　　　　　1.2　　　 　　1.4929　　　　57.1
　　4*b　　 　-22.53696051　　　　0.1
　　5*a　　　　42.28425339　　　　6.0　　 　　　1.4929　　　　57.1
　　6*a　　　　42.44901922　　 　16.51779778
［非球面データ］
　第２面
　κ=0.0000
　A4=-6.48E-06,A6=5.57E-08,A8=-2.56E-12,A10=-1.96E-14,A12=1.12E-17
　A14=-2.83E-19,A16=6.60E-22,A18=-4.59E-25,A20=2.04E-27
　第４面
　κ=-3.0432
　A4=0.00E+00,A6=-1.36E-08,A8=1.99E-11,A10=-6.89E-14,A12=-6.72E-17
　A14=-1.51E-21,A16=3.45E-22,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
　第５面
　κ=0.0000
　A4=-2.98E-06,A6=7.93E-08,A8=-1.48E-10,A10=1.42E-13,A12=-2.25E-16
　A14=7.13E-19,A16=-7.41E-22,A18=3.69E-25,A20=-1.01E-27
　第６面
　κ=0.0000
　A4=-1.24E-05,A6=4.50E-08,A8=2.30E-11,A10=2.93E-14,A12=-2.78E-16
　A14=9.06E-20,A16=-1.03E-22,A18=-1.48E-26,A20=5.03E-29
［フレネル面データ］
　　　　　　　　　半径１０ｍｍの範囲内　　　有効径の範囲内
　Φ１ｍｘ　　　 　　15.98°　　　　　 　　　　18.60°
　Φ２ｍｘ　　　　　　3.71°　　　　　　　　　　4.46°
　Φ１ａｖ　　　 　　10.58°　　　　　 　　　　14.22°
　Φ２ａｖ　　　　　　2.46°　　　　　　　　　　3.47°
　　ＡＳ１　　　　　　0.49　　　　　　　　　　　1.00
　　ＡＳ２　　　　　　0.38　　　　　　　　　　　1.01
　　ＳＧ１　　　　　　0.40　　　　　　　　　　　0.40
　　ＳＧ２　　　　　　0.40　　　　　　　　　　　0.40
［条件式対応値］
　条件式（１）　Φ１ｍｘ／Φ２ｍｘ
　　　　　　　　　　＝4.3（半径１０ｍｍ），4.2（有効径）
　条件式（２）　Φ１ａｖ／Φ２ａｖ
　　　　　　　　　　＝4.3（半径１０ｍｍ），4.1（有効径）
　条件式（３）　ｆＲ１／ｆＲ２＝1.0
　条件式（４）　ＡＳ１＝1.00
　条件式（５）　ＡＳ２＝1.01
　条件式（６）　（２×ω）／ＴＬ＝3.4
　条件式（７）　Ｘ１／ＴＬ＝0.71
　条件式（８）　１－（ＳＧ１／ＴＨ１）＝0.64
　条件式（９）　１－（ＳＧ２／ＴＨ２）＝0.67
　図９は、第３実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。図１０は、第３実施例に係る接眼光学系の横収差図である。そして、各収差図より、第３実施例では、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。
　（第４実施例）
　以下、本願の第４実施例について図１１～図１３および表４を用いて説明する。図１１は第４実施例に係る接眼光学系ＥＬ（４）のレンズ構成図である。第４実施例に係る接眼光学系ＥＬ（４）は、アイポイントＥＰ側から順に並んだ、正の屈折力を有する平凸形状の第１レンズＬ１と、正の屈折力を有する両凸形状の第２レンズＬ２と、正の屈折力を有する両凸形状の第３レンズＬ３とから構成される。
　第１レンズＬ１は、画像表示部１１側（観察物体側）のレンズ面に非球面形状の第１フレネル面ＦＳａが形成された第１フレネルレンズである。第２レンズＬ２は、両側のレンズ面が非球面形状に形成された非球面レンズである。第３レンズＬ３は、画像表示部１１側のレンズ面に非球面形状の第２フレネル面ＦＳｂが形成された第２フレネルレンズである。第１フレネル面ＦＳａおよび第２フレネル面ＦＳｂにおける全体の（有効径の）範囲内で、第１フレネル面ＦＳａを構成する複数の壁面部および第２フレネル面ＦＳｂを構成する複数の壁面部において、第１フレネル面ＦＳａの壁面部の（光軸に対する）傾斜角Φ１は、光軸側から数えて同じ順番の第２フレネル面ＦＳｂの壁面部の傾斜角Φ２よりも大きくなっている。また、第１レンズＬ１（第１フレネルレンズ）の光軸上の厚さは、第３レンズＬ３（第２フレネルレンズ）の光軸上の厚さよりも小さくなっている。
　下の表４に、第４実施例における各諸元を示す。
（表４）
［諸元データ］
　ｆ＝22.88
　ｆＲ１＝41.82
　ｆＲ２＝88.17
　ｆＡＳ＝96.83
　ω＝±55°
　ＥＲ＝10.00
　Ｘ１＝27.30
　ＴＬ＝37.29
［レンズデータ］
　面番号　　　　　Ｒ　　　　　　　Ｄ　　　　　　ｎｄ　　　　　νｄ
　　1　　 　　　　∞　　　　　　　1.0　　　 　　1.6417　　　　23.9
　　2*b　　 　-26.83854337　　　　0.23
　　3*a　　 　169.4608931　　 　　4.02　　　　　1.4929　　　　57.1
　　4*a　　 　-65.92241449　　　　0.1
　　5*a　　 　242.729204　　　　　2.0　　 　　　1.4929　　　　57.1
　　6*b　　 　-52.78935144　　 　19.9392062
［非球面データ］
　第２面
　κ=0.0000
　A4=-1.14E-05,A6=5.21E-08,A8=-8.48E-11,A10=9.98E-14,A12=0.00E+00
　A14=0.00E+00,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
　第３面
　κ=0.0000
　A4=7.15E-07,A6=0.00E+00,A8=0.00E+00,A10=0.00E+00,A12=0.00E+00
　A14=0.00E+00,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
　第４面
　κ=0.0000
　A4=1.80E-05,A6=-5.08E-08,A8=2.05E-10,A10=-7.54E-13,A12=2.43E-15
　A14=-5.85E-18,A16=9.73E-21,A18=-9.48E-24,A20=4.12E-27
　第５面
　κ=0.0000
　A4=-5.31E-06,A6=8.07E-09,A8=7.20E-12,A10=8.05E-15,A12=0.00E+00
　A14=0.00E+00,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
　第６面
　κ=0.0000
　A4=-1.26E-06,A6=-3.27E-09,A8=-1.03E-11,A10=2.41E-14,A12=-8.99E-17
　A14=2.24E-19,A16=-2.88E-22,A18=3.28E-25,A20=-1.26E-28
［フレネル面データ］
　　　　　　　　　半径１０ｍｍの範囲内　　　有効径の範囲内
　Φ１ｍｘ　　　 　　14.28°　　　　　 　　　　15.47°
　Φ２ｍｘ　　　　　　0.99°　　　　　　　　　　0.99°
　Φ１ａｖ　　　　　　9.83°　　　　　　　　　　8.02°
　Φ２ａｖ　　　　　　0.81°　　　　　　　　　　0.28°
　　ＡＳ１　　　　　　0.42　　　　　　　　　　　0.83
　　ＡＳ２　　　　　　0.20　　　　　　　　　　　0.58
　　ＳＧ１　　　　　　0.40　　　　　　　　　　　0.40
　　ＳＧ２　　　　　　0.40　　　　　　　　　　　0.40
［条件式対応値］
　条件式（１）　Φ１ｍｘ／Φ２ｍｘ
　　　　　　　　　　＝14.4（半径１０ｍｍ），15.6（有効径）
　条件式（２）　Φ１ａｖ／Φ２ａｖ
　　　　　　　　　　＝12.1（半径１０ｍｍ），28.6（有効径）
　条件式（３）　ｆＲ１／ｆＲ２＝0.5
　条件式（４）　ＡＳ１＝0.83
　条件式（５）　ＡＳ２＝0.58
　条件式（６）　（２×ω）／ＴＬ＝2.9
　条件式（７）　Ｘ１／ＴＬ＝0.73
　条件式（８）　１－（ＳＧ１／ＴＨ１）＝0.60
　条件式（９）　１－（ＳＧ２／ＴＨ２）＝0.80
　図１２は、第４実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。図１３は、第４実施例に係る接眼光学系の横収差図である。そして、各収差図より、第４実施例では、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。
　（第５実施例）
　以下、本願の第５実施例について図１４～図１６および表５を用いて説明する。図１４は第５実施例に係る接眼光学系ＥＬ（５）のレンズ構成図である。第５実施例に係る接眼光学系ＥＬ（５）は、アイポイントＥＰ側から順に並んだ、正の屈折力を有する平凸形状の第１レンズＬ１と、正の屈折力を有する両凸形状の第２レンズＬ２とから構成される。
　第１レンズＬ１は、画像表示部１１側（観察物体側）のレンズ面に非球面形状の第１フレネル面ＦＳａが形成された第１フレネルレンズである。第２レンズＬ２は、画像表示部１１側のレンズ面に非球面形状の第２フレネル面ＦＳｂが形成された第２フレネルレンズである。第１フレネル面ＦＳａおよび第２フレネル面ＦＳｂにおける全体の（有効径の）範囲内で、第１フレネル面ＦＳａを構成する複数の壁面部および第２フレネル面ＦＳｂを構成する複数の壁面部において、第１フレネル面ＦＳａの壁面部の（光軸に対する）傾斜角Φ１は、光軸側から数えて同じ順番の第２フレネル面ＦＳｂの壁面部の傾斜角Φ２よりも大きくなっている。また、第１レンズＬ１（第１フレネルレンズ）の光軸上の厚さは、第２レンズＬ２（第２フレネルレンズ）の光軸上の厚さよりも小さくなっている。
　下の表５に、第５実施例における各諸元を示す。
（表５）
［諸元データ］
　ｆ＝22.40
　ｆＲ１＝45.48
　ｆＲ２＝40.54
　ω＝±55°
　ＥＲ＝10.00
　Ｘ１＝27.50
　ＴＬ＝37.50
［レンズデータ］
　面番号　　　　　Ｒ　　　　　　　Ｄ　　　　　　ｎｄ　　　　　νｄ
　　1　　 　　　　∞　　　　　　　1.0　 　　　　1.4929　　　　57.1
　　2*b　　 　-22.41921895　　　　0.1
　　3*a　　　　80.0　　　　 　　　7.0　　　　 　1.4929　　　　57.1
　　4*b　　 　-25.86626893　　 　19.4
［非球面データ］
　第２面
　κ=-0.9038
　A4=0.00E+00,A6=-1.21E-08,A8=-9.16E-11,A10=-2.85E-14,A12=5.48E-16
　A14=0.00E+00,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
　第３面
　κ=8.0000
　A4=0.00E+00,A6=0.00E+00,A8=0.00E+00,A10=0.00E+00,A12=0.00E+00
　A14=0.00E+00,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
　第４面
　κ=-0.9318
　A4=0.00E+00,A6=2.60E-08,A8=1.75E-10,A10=-9.77E-13,A12=2.57E-16
　A14=4.85E-18,A16=-6.10E-21,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
［フレネル面データ］
　　　　　　　　　半径１０ｍｍの範囲内　　　有効径の範囲内
　Φ１ｍｘ　　　 　　16.09°　　　　　 　　　　18.83°
　Φ２ｍｘ　　　　　　1.36°　　　　　　　　　　1.36°
　Φ１ａｖ　　　 　　10.65°　　　　　　　　　　9.29°
　Φ２ａｖ　　　　　　1.27°　　　　　　　　　　0.53°
　　ＡＳ１　　　　　　0.46　　　　　　　　　　　1.06
　　ＡＳ２　　　　　　0.37　　　　　　　　　　　0.64
　　ＳＧ１　　　　　　0.40　　　　　　　　　　　0.40
　　ＳＧ２　　　　　　0.40　　　　　　　　　　　0.40
［条件式対応値］
　条件式（１）　Φ１ｍｘ／Φ２ｍｘ
　　　　　　　　　　＝11.8（半径１０ｍｍ），13.8（有効径）
　条件式（２）　Φ１ａｖ／Φ２ａｖ
　　　　　　　　　　＝8.4（半径１０ｍｍ），17.5（有効径）
　条件式（３）　ｆＲ１／ｆＲ２＝1.1
　条件式（４）　ＡＳ１＝1.06
　条件式（５）　ＡＳ２＝0.64
　条件式（６）　（２×ω）／ＴＬ＝2.9
　条件式（７）　Ｘ１／ＴＬ＝0.73
　条件式（８）　１－（ＳＧ１／ＴＨ１）＝0.60
　条件式（９）　１－（ＳＧ２／ＴＨ２）＝0.94
　図１５は、第５実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。図１６は、第５実施例に係る接眼光学系の横収差図である。そして、各収差図より、第５実施例では、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。
　（第６実施例）
　以下、本願の第６実施例について図１７～図１９および表６を用いて説明する。図１７は第６実施例に係る接眼光学系ＥＬ（６）のレンズ構成図である。第６実施例に係る接眼光学系ＥＬ（６）は、アイポイントＥＰ側から順に並んだ、正の屈折力を有する平凸形状の第１レンズＬ１と、正の屈折力を有する両凸形状の第２レンズＬ２とから構成される。
　第１レンズＬ１は、画像表示部１１側（観察物体側）のレンズ面に非球面形状の第１フレネル面ＦＳａが形成された第１フレネルレンズである。第２レンズＬ２は、画像表示部１１側のレンズ面に非球面形状の第２フレネル面ＦＳｂが形成された第２フレネルレンズである。第１フレネル面ＦＳａおよび第２フレネル面ＦＳｂにおける全体の（有効径の）範囲内で、第１フレネル面ＦＳａを構成する複数の壁面部および第２フレネル面ＦＳｂを構成する複数の壁面部において、第１フレネル面ＦＳａの壁面部の（光軸に対する）傾斜角Φ１は、光軸側から数えて同じ順番の第２フレネル面ＦＳｂの壁面部の傾斜角Φ２よりも大きくなっている。また、第１レンズＬ１（第１フレネルレンズ）の光軸上の厚さは、第２レンズＬ２（第２フレネルレンズ）の光軸上の厚さよりも小さくなっている。
　下の表６に、第６実施例における各諸元を示す。
（表６）
［諸元データ］
　ｆ＝23.82
　ｆＲ１＝44.35
　ｆＲ２＝49.98
　ω＝±55°
　ＥＲ＝10.00
　Ｘ１＝26.10
　ＴＬ＝36.10
［レンズデータ］
　面番号　　　　　Ｒ　　　　　　　Ｄ　　　　　　ｎｄ　　　　　νｄ
　　1　　 　　　　∞　　　　　　　1.0　 　　　　1.4929　　　　57.1
　　2*b　　 　-21.85902417　　　　0.1
　　3*a　　 　200.0　　　　 　　　2.0　 　　　　1.4929　　　　57.1
　　4*b　　 　-28.0　　　　　　　22.96794732
［非球面データ］
　第２面
　κ=-0.8947
　A4=0.00E+00,A6=-1.03E-08,A8=-7.80E-11,A10=-2.51E-15,A12=7.46E-16
　A14=4.47E-20,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
　第３面
　κ=8.0000
　A4=0.00E+00,A6=0.00E+00,A8=0.00E+00,A10=0.00E+00,A12=0.00E+00
　A14=0.00E+00,A16=0.00E+00,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
　第４面
　κ=-0.7110
　A4=0.00E+00,A6=1.41E-08,A8=3.51E-12,A10=-1.96E-13,A12=2.81E-15
　A14=-1.26E-17,A16=1.50E-20,A18=0.00E+00,A20=0.00E+00
［フレネル面データ］
　　　　　　　　　半径１０ｍｍの範囲内　　　有効径の範囲内
　Φ１ｍｘ　　　 　　15.94°　　　　　 　　　　18.53°
　Φ２ｍｘ　　　　　　3.12°　　　　　　　　　　3.12°
　Φ１ａｖ　　　 　　10.58°　　　　　　　　　　9.19°
　Φ２ａｖ　　　　　　2.32°　　　　　　　　　　1.46°
　　ＡＳ１　　　　　　0.47　　　　　　　　　　　0.84
　　ＡＳ２　　　　　　0.36　　　　　　　　　　　1.17
　　ＳＧ１　　　　　　0.40　　　　　　　　　　　0.40
　　ＳＧ２　　　　　　0.40　　　　　　　　　　　0.40
［条件式対応値］
　条件式（１）　Φ１ｍｘ／Φ２ｍｘ
　　　　　　　　　　＝5.1（半径１０ｍｍ），5.9（有効径）
　条件式（２）　Φ１ａｖ／Φ２ａｖ
　　　　　　　　　　＝4.6（半径１０ｍｍ），6.3（有効径）
　条件式（３）　ｆＲ１／ｆＲ２＝0.9
　条件式（４）　ＡＳ１＝0.84
　条件式（５）　ＡＳ２＝1.17
　条件式（６）　（２×ω）／ＴＬ＝3.0
　条件式（７）　Ｘ１／ＴＬ＝0.72
　条件式（８）　１－（ＳＧ１／ＴＨ１）＝0.60
　条件式（９）　１－（ＳＧ２／ＴＨ２）＝0.80
　図１８は、第６実施例に係る接眼光学系の諸収差図である。図１９は、第６実施例に係る接眼光学系の横収差図である。そして、各収差図より、第６実施例では、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることがわかる。
　以上、各実施例によれば、薄型でありながら、広い視野角を有して、非点収差等の諸収差が良好に補正された接眼光学系を実現することができる。
　なお、以下の内容は、本実施形態の光学系の光学性能を損なわない範囲で適宜採用することが可能である。
　本実施形態の接眼光学系の数値実施例として２枚および３枚構成のものを示したが、本願はこれに限られず、その他の構成（例えば、４枚等）の接眼光学系を構成することもできる。具体的には、本実施形態の接眼光学系の最も物体側や最も像面側にレンズ又はレンズ群を追加した構成でも構わない。
　レンズ面は、球面または平面で形成されても、非球面で形成されても構わない。レンズ面が球面または平面の場合、レンズ加工および組立調整が容易になり、加工および組立調整の誤差による光学性能の劣化を防ぐことができる。
　レンズ面が非球面の場合、非球面は、研削加工による非球面、ガラスを型で非球面形状に形成したガラスモールド非球面、ガラスの表面に樹脂を非球面形状に形成した複合型非球面のいずれでも構わない。また、レンズ面は回折光学面としても良く、レンズを屈折率分布型レンズ（ＧＲＩＮレンズ）あるいはプラスチックレンズとしても良い。
　各レンズ面には、フレアやゴーストを軽減し、コントラストの高い光学性能を達成するために、広い波長域で高い透過率を有する反射防止膜を施しても良い。これにより、フレアやゴーストを軽減し、高コントラストの高い光学性能を達成することができる。
　　１　ヘッドマウントディスプレイ　　　１１　画像表示部（観察物体）
　ＥＬ　接眼光学系
　Ｌ１　第１レンズ　　　　　　　　　　　Ｌ２　第２レンズ
　Ｌ３　第３レンズ
　ＥＰ　アイポイント
ＦＳａ　第１フレネル面　　　　　　　　ＦＳｂ　第２フレネル面

Claims (16)

  1. 　観察物体側のレンズ面に第１フレネル面が形成された第１フレネルレンズと、前記第１フレネルレンズよりも観察物体側に配置されて観察物体側のレンズ面に第２フレネル面が形成された第２フレネルレンズとを備え、
    　前記第１フレネル面および前記第２フレネル面における光軸から少なくとも半径１０ｍｍの範囲内で、前記第１フレネル面を構成する複数の壁面部および前記第２フレネル面を構成する複数の壁面部において、前記第１フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角は、光軸側から数えて同じ順番の前記第２フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角よりも大きい接眼光学系。
  2. 　前記光軸から少なくとも半径１０ｍｍの範囲内で、前記第１フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角は、前記第２フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角よりも大きい請求項１に記載の接眼光学系。
  3. 　前記第１フレネル面および前記第２フレネル面における光軸から少なくとも半径１０ｍｍの範囲内で、以下の条件式を満足する請求項１または２に記載の接眼光学系。
    　２．５≦Φ１ｍｘ／Φ２ｍｘ
    　但し、Φ１ｍｘ：前記第１フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角の最大値、
    　　　　Φ２ｍｘ：前記第２フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角の最大値。
  4. 　前記第１フレネル面および前記第２フレネル面における光軸から少なくとも半径１０ｍｍの範囲内で、以下の条件式を満足する請求項１～３のいずれか一項に記載の接眼光学系。
    　２．５≦Φ１ａｖ／Φ２ａｖ
    　但し、Φ１ａｖ：前記第１フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角の平均値、
    　　　　Φ２ａｖ：前記第２フレネル面の壁面部の光軸に対する傾斜角の平均値。
  5. 　以下の条件式を満足する請求項１～４のいずれか一項に記載の接眼光学系。
    　０．３≦ｆＲ１／ｆＲ２≦１．５
    　但し、ｆＲ１：前記第１フレネルレンズの焦点距離、
    　　　　ｆＲ２：前記第２フレネルレンズの焦点距離。
  6. 　以下の条件式を満足する請求項１～５のいずれか一項に記載の接眼光学系。
    　０＜ＡＳ１≦１．４
    　但し、ＡＳ１：前記第１フレネル面のフレネル段差のアスペクト比の最大値。
  7. 　以下の条件式を満足する請求項１～６のいずれか一項に記載の接眼光学系。
    　０＜ＡＳ２≦１．７
    　但し、ＡＳ２：前記第２フレネル面のフレネル段差のアスペクト比の最大値。
  8. 　以下の条件式を満足する請求項１～７のいずれか一項に記載の接眼光学系。
    　２．０≦（２×ω）／ＴＬ
    　但し、ω：前記接眼光学系の視野角、
    　　　　ＴＬ：前記接眼光学系の全長。
  9. 　以下の条件式を満足する請求項１～８のいずれか一項に記載の接眼光学系。
    　０＜Ｘ１／ＴＬ≦０．８０
    　但し、Ｘ１：前記第１フレネルレンズにおけるアイポイント側のレンズ面から観察物体までの距離、
    　　　　ＴＬ：前記接眼光学系の全長。
  10. 　前記第１フレネルレンズの光軸上の厚さは、前記第２フレネルレンズの光軸上の厚さ以下である請求項１～９のいずれか一項に記載の接眼光学系。
  11. 　以下の条件式を満足する請求項１～１０のいずれか一項に記載の接眼光学系。
    　０＜１－（ＳＧ１／ＴＨ１）≦０．９７
    　但し、ＳＧ１：前記第１フレネル面のサグ量の平均値、
    　　　　ＴＨ１：前記第１フレネルレンズの光軸上の厚さ。
  12. 　以下の条件式を満足する請求項１～１１のいずれか一項に記載の接眼光学系。
    　０＜１－（ＳＧ２／ＴＨ２）≦０．９７
    　但し、ＳＧ２：前記第２フレネル面のサグ量の平均値、
    　　　　ＴＨ２：前記第２フレネルレンズの光軸上の厚さ。
  13. 　前記第１フレネルレンズおよび前記第２フレネルレンズが正の屈折力を有する請求項１～１２のいずれか一項に記載の接眼光学系。
  14. 　前記第１フレネルレンズにおけるアイポイント側のレンズ面が平面であり、前記第２フレネルレンズにおけるアイポイント側のレンズ面が平面もしくは非球面である請求項１～１３のいずれか一項に記載の接眼光学系。
  15. 　前記第１フレネルレンズと、前記第２フレネルレンズと、非球面を有する非球面レンズとからなり、
    　前記非球面レンズは、前記第２フレネルレンズよりも観察物体側に、もしくは、前記第１フレネルレンズと前記第２フレネルレンズとの間に配置される請求項１～１４のいずれか一項に記載の接眼光学系。
  16. 　画像を表示可能な画像表示部と、
    　前記画像表示部に表示された画像を観察するための接眼光学系とを備え、
    　前記接眼光学系が請求項１～１５のいずれか一項に記載の接眼光学系であるヘッドマウントディスプレイ。
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