JP7259427B2 - 接眼レンズおよび表示装置 - Google Patents

Description

本開示は、像（例えば画像表示素子に表示された画像）を拡大する接眼レンズ、およびそのような接眼レンズを用いたヘッドマウントディスプレイ等に好適な表示装置に関する。

画像表示素子を用いた表示装置として、電子ビューファインダ、電子双眼鏡、およびヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）などが知られている。特にヘッドマウントディスプレイにおいては、表示装置本体を眼前に装着して長時間使用するため、接眼レンズおよび表示装置本体が小さく軽量であることが要求されている。また、広い視野画角で像を観察可能であることが要求されている。接眼レンズの軽量化や全長の短縮化を図るために、フレネルレンズを用いる技術がある（特許文献１参照）。

特開平７－２４４２４６号公報 特開２０１５－５９９５９号公報

接眼レンズにフレネルレンズを用いたとしても、フレネルレンズを形成する面や形状によっては光学的に十分な効果が得られない場合がある。

軽量化および全長の短縮化を図りつつ、広い視野画角と良好な収差補正とを実現可能な接眼レンズ、およびそのような接眼レンズを搭載した表示装置を提供することが望ましい。

本開示の一実施の形態に係る接眼レンズは、互いに対向配置された第１レンズおよび第２レンズを備え、第１レンズは、第２レンズと対向するレンズ面における少なくとも周辺領域に形成された第１フレネルレンズ面を有し、第２レンズは、第１レンズと対向するレンズ面における少なくとも周辺領域に形成された第２フレネルレンズ面を有する。
本開示の一実施の形態に係る接眼レンズにおいて、第１レンズと第２レンズはアイポイント側から像側に向かって順に、間隔を空けて互いに対向配置され、第１レンズは、第２レンズと対向するレンズ面における中央領域に形成された凸形状の第１非フレネルレンズ面と、第２レンズと対向するレンズ面における周辺領域に形成された第１フレネルレンズ面とを有し、第２レンズは、第１レンズと対向するレンズ面における中央領域に形成された凸形状の第２非フレネルレンズ面と、第１レンズと対向するレンズ面における周辺領域に形成された第２フレネルレンズ面とを有し、第２レンズの中央領域の有効径は、第１レンズの中央領域の有効径よりも大きく、第１レンズの中央領域の有効径および第２レンズの中央領域の有効径は、瞳中心が光軸上にある状態で、瞳に３５°の角度で入射する光束が通過できる有効範囲となっている構成であってもよい。
また、本開示の一実施の形態に係る接眼レンズにおいて、第１レンズは、第２レンズと対向するレンズ面において中心から周辺に亘って形成された第１フレネルレンズ面を有し、第２レンズは、第１レンズと対向するレンズ面において中心から周辺に亘って形成された第２フレネルレンズ面を有し、第１フレネルレンズ面および第２フレネルレンズ面はそれぞれ、高さが一定の複数の輪帯を有し、複数の輪帯の高さは２０μｍ以上４００μｍ以下であり、第１フレネルレンズ面と第２フレネルレンズ面とにおいて輪帯のピッチが互いに半周期ずつずれており、最もアイポイント側のレンズ面から像面までの距離をＬ’、最もアイポイント側のレンズ面から、最も像側のレンズ面までの距離をｄとしたとき、
０．２＜ｄ／Ｌ’＜０．６ ……（４）
を満足する構成であってもよい。

本開示の一実施の形態に係る表示装置は、画像表示素子と、画像表示素子に表示された像を拡大する接眼レンズとを含み、接眼レンズを、上記本開示の一実施の形態に係る接眼レンズによって構成している。

本開示の一実施の形態に係る接眼レンズ、または表示装置では、互いに対向配置された第１レンズおよび第２レンズを備え、フレネルレンズを用いて各レンズの構成の最適化が図られる。

例えばヘッドマウントディスプレイに用いられる接眼光学系の第１の構成例を示す説明図である。 例えばヘッドマウントディスプレイに用いられる接眼光学系の第２の構成例を示す説明図である。 像倍率についての説明図である。 一般的なフレネルレンズの構成、および作用についての説明図である。 本開示の一実施の形態に係る接眼レンズの第１の構成例を示すレンズ断面図である。 フレネルレンズの形状についての説明図である。 比較例に係る接眼レンズと本開示の第１の構成例に係る接眼レンズとにおける全長と重量とを比較して示す説明図である。 フレネルレンズ面の形成方法の第１の例を示す説明図である。 フレネルレンズ面の形成方法の第２の例を示す説明図である。 第１の構成例に係る接眼レンズにおけるフレネルレンズ面の輪帯高さと輝度ムラとの関係の一例を示す説明図である。 第１の構成例に係る接眼レンズにおいて、フレネルレンズ面の輪帯高さにより輝度ムラが変化する理由についての説明図である。 図１１における２つのフレネルレンズ面の対向部分を拡大して示す部分拡大図である。 第１の構成例に係る接眼レンズにおける迷光の照度分布の一例を示す説明図である。 第１の構成例に係る接眼レンズにおける迷光の経路の一例を示す説明図である。 図１４における２つのフレネルレンズ面の対向部分を拡大して示す部分拡大図である。 第１の構成例に係る接眼レンズにおける２つのフレネルレンズ面の段差面角度と迷光の照度分布との関係の一例を示す説明図である。 第２の構成例に係る接眼レンズにおける２つのフレネルレンズ面の段差面角度と迷光の照度分布との関係の一例を示す説明図である。 一般的なフレネルレンズを用いた光学系の虚像面における輪線の視認状態の一例を示す説明図である。 輪線の発生原理の概要を示す説明図である。 一般的な輪線の視認状態を改善する方法の一例を示す説明図である。 一実施の形態に係る接眼レンズの第５の構成例を示すレンズ断面図である。 第５の構成例に係る接眼レンズにおける輪線の視認状態の一例を示す説明図である。 第５の構成例に係る接眼レンズに対する比較例に係る接眼レンズの構成例を示すレンズ断面図である。 第５の構成例に係る接眼レンズにおける第１フレネルレンズ面および第２フレネルレンズ面の輪帯の構成例を比較例と共に示す説明図である。 第５の構成例に係る接眼レンズにおける第１フレネルレンズ面を形成するベースとなる非球面形状のサグ量の一例を比較例と共に示す説明図である。 第５の構成例に係る接眼レンズにおける第２フレネルレンズ面を形成するベースとなる非球面形状のサグ量の一例を比較例と共に示す説明図である。 第５の構成例に係る接眼レンズにおける第１フレネルレンズ面および第２フレネルレンズ面の輪帯の望ましい構成例を示す説明図である。 実施例１－１に係る接眼レンズのレンズ断面図である。 実施例１－１に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。 実施例１－１に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。 実施例１－２に係る接眼レンズのレンズ断面図である。 実施例１－２に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。 実施例１－２に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。 実施例１－３に係る接眼レンズのレンズ断面図である。 実施例１－３に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。 実施例１－３に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。 実施例１－４に係る接眼レンズのレンズ断面図である。 実施例１－４に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。 実施例１－４に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。 実施例１－５に係る接眼レンズのレンズ断面図である。 実施例１－５に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。 実施例１－５に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。 実施例１－６に係る接眼レンズのレンズ断面図である。 実施例１－６に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。 実施例１－６に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。 実施例１－７に係る接眼レンズのレンズ断面図である。 実施例１－７に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。 実施例１－７に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。 実施例１－８に係る接眼レンズのレンズ断面図である。 実施例１－８に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。 実施例１－８に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。 実施例２に係る接眼レンズのレンズ断面図である。 実施例２に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。 実施例２に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。 実施例３に係る接眼レンズのレンズ断面図である。 実施例３に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。 実施例３に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。 実施例４に係る接眼レンズのレンズ断面図である。 実施例４に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。 実施例４に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。 実施例５に係る接眼レンズのレンズ断面図である。 実施例５に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。 実施例５に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。 実施例６に係る接眼レンズのレンズ断面図である。 実施例６に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。 実施例６に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。 実施例７に係る接眼レンズのレンズ断面図である。 実施例７に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。 実施例７に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。 実施例８に係る接眼レンズのレンズ断面図である。 実施例８に係る接眼レンズの球面収差を示す収差図である。 実施例８に係る接眼レンズの像面湾曲および歪曲収差を示す収差図である。 表示装置の一例としてのヘッドマウントディスプレイを斜め前方から見た外観斜視図である。 表示装置の一例としてのヘッドマウントディスプレイを斜め後方から見た外観斜視図である。

以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
０．比較例
１．一実施の形態に係る接眼レンズの概要（接眼レンズの基本構成）
２．一実施の形態に係る接眼レンズの構成例および作用・効果
３．表示装置への適用例
４．レンズの数値実施例
５．その他の実施の形態

＜０．比較例＞
図１は、例えばヘッドマウントディスプレイに用いられる接眼光学系１０２の第１の構成例を示している。図２は、例えばヘッドマウントディスプレイに用いられる接眼光学系１０２の第２の構成例を示している。

接眼光学系１０２は、光軸Ｚ１に沿ってアイポイントＥ．Ｐ．側より順に、接眼レンズ１０１と、画像表示素子１００とを備えている。

画像表示素子１００は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）や有機ＥＬディスプレイ等の表示パネルである。接眼レンズ１０１は、画像表示素子１００に表示された画像を拡大表示するために用いられる。接眼レンズ１０１によって、観察者は、拡大表示された虚像Ｉｍを観察する。画像表示素子１００の前面には、画像表示素子１００を保護するためのシールガラス等が配置されていても良い。アイポイントＥ．Ｐ．は、観察者の瞳孔位置に対応し、開口絞りＳＴＯとしても機能する。

ここで、図１は、画像表示素子１００のサイズが接眼レンズ１０１のレンズ径に対して小さい場合の構成例を示している。図２は、画像表示素子１００のサイズが接眼レンズ１０１のレンズ径に対して大きい場合の構成例を示している。

共軸系の接眼光学系１０２を用いた、視野画角が７０°を超す高視野角のヘッドマウントディスプレイでは、接眼レンズ１０１のレンズ径に対して画像表示素子１００が大きいものが多い。このようなヘッドマウントディスプレイでは、像倍率Ｍｖを小さく抑えられるものの、焦点距離ｆが比較的長くなるため、接眼光学系１０２の全長が長い問題がある。また、接眼光学系１０２のサイズが、接眼レンズ１０１ではなく画像表示素子１００の大きさで律速されるケースもあり小型化に不向きである課題もある。

例えば図１に示したように、画像表示素子１００のサイズが小さい場合、接眼光学系１０２の全体の大きさは、接眼レンズ１０１の大きさに律速される。一方、図２に示したように、画像表示素子１００のサイズが大きい場合、接眼光学系１０２の全体の大きさは、画像表示素子１００の大きさに律速される。

なお、像倍率Ｍｖとは、Ｍｖ＝α’／αで表される。図３の上段に示したように、αは接眼レンズ１０１が無い場合の視野画角を示す。また、図３の下段に示したように、α’は接眼レンズ１０１がある場合の視野画角（虚像Ｉｍに対する視野画角）を示す。図３において、ｈは観察する像の最大像高であり、例えば、画像表示素子１００に表示される画像の最大像高である。例えば画像表示素子１００が矩形の場合、ｈは画像表示素子１００の対角のサイズの半値である。ｆは接眼レンズ１０１の焦点距離を示す。

また、像倍率Ｍｖは、以下の式（Ａ）で表される。
Ｍｖ＝ω’／（ｔａｎ^-1（ｈ／Ｌ）） ……（Ａ）
ω’：最大視野画角の半値（ｒａｄ）
ｈ：最大像高
Ｌ：全長（アイポイントＥ．Ｐ．から像までの距離）
なお、像とは、例えば画像表示素子１００に表示された画像のことを意味する。ｈは、上述したように、例えば画像表示素子１００が矩形の場合、画像表示素子１００の対角のサイズの半値である。Ｌは、例えば上記した接眼光学系１０２の全長（アイポイントＥ．Ｐ．から画像表示素子１００の表示面までの距離）に相当する。

像倍率Ｍｖを２．１倍以上の高倍率とし、図１の構成例のように画像表示素子１００のサイズを接眼レンズ１０１のレンズ径に対して小さくすることで、接眼光学系１０２の占有体積を抑えることができる。しかし、その場合、高倍率であるが故に、像面湾曲や歪曲収差といった諸収差の発生量が大きくなり、十分な画像精細度を確保するためには、接眼レンズ１０１に例えば最低３枚のレンズを用いる必要があり得る。このため、接眼レンズ１０１の重量が重くなったり、全長が長くなったりする問題がある。

そこで、接眼レンズ１０１の軽量化や全長の短縮化の手段として、フレネルレンズを用いる方法が広く知られている。特許文献１（特開平７－２４４２４６号公報）には、フレネルレンズを用いた高倍率なヘッドマウントディスプレイの接眼光学系に関する技術が開示されている。特許文献１に記載の技術では、フレネルレンズを用いることによって、標準的なレンズを用いた接眼光学系と比べて、軽量化および全長の短縮化を実現している。特許文献１に記載の技術では、眼側に最も近いレンズ面を凹形状にし、その眼側に最も近いレンズ面をフレネルレンズ面にすることで、結像性能を高めている。このため、接眼光学系の全長が長くなったり、眼と眼側に最も近いレンズとの間の距離を十分に確保するために、レンズ径が大きくなったりする問題がある。

ここで、図４に、一般的なフレネルレンズ３００の構成、および作用を示す。
フレネルレンズ３００は、光軸Ｚ１を中心にして同心円状に形成された複数の輪帯３０１を有している。複数の輪帯３０１のそれぞれの境界部分には段差面３０２が形成されている。フレネルレンズ３００におけるフレネルレンズ面Ｆｒはのこぎり状の断面形状となっている。

フレネルレンズ３００を用いた接眼光学系では、図４に示したように、段差面３０２に起因して設計パスとは異なる方向に迷光が発生する。この迷光がゴーストやフレアとして視認され、画質（特にコントラスト）が低下する問題がある。この迷光を低減する手段として、特許文献２（特開２０１５－５９９５９号公報）に記載の技術のように、段差面３０２に可視光を吸収する遮光層を製膜する方法がある。しかしながら、この方法では、プロセスの難易度が高く、高精度な製膜が難しかったり、工程数の増加により製造コストが高くなったりする問題がある。

このように、接眼レンズにフレネルレンズを用いたとしても、フレネルレンズを形成する面や形状によっては光学的に十分な効果が得られない場合がある。

そこで、フレネルレンズを用いて軽量化および全長の短縮化を図りつつ、広い視野画角と良好な収差補正とを実現可能な接眼レンズの開発が望まれる。

＜１．一実施の形態に係る接眼レンズの概要（接眼レンズの基本構成）＞
本開示の一実施の形態に係る接眼レンズは、上記した比較例と同様に、例えばヘッドマウントディスプレイの接眼光学系１０２に適用可能である。

本開示の一実施の形態に係る接眼レンズは、互いに対向配置された第１レンズおよび第２レンズを備えている。第１レンズは、第２レンズと対向するレンズ面における少なくとも周辺領域に形成された第１フレネルレンズ面Ｆｒ１を有している。第２レンズは、第１レンズと対向するレンズ面における少なくとも周辺領域に形成された第２フレネルレンズ面Ｆｒ２を有している。フレネルレンズを２枚用い、かつ第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２を対向して配置することにより、全長の短い光学系を実現できる。

本開示の一実施の形態に係る接眼レンズは、条件式（１）を満足して像倍率Ｍｖを２．１倍以上とし、図１の構成例のように画像表示素子１００のサイズが接眼レンズ１０１のレンズ径に対して小さい接眼光学系１０２に対して適用することが好ましい。
Ｍｖ≧２．１ ……（１）

また、後述する第１ないし第４の構成例のように、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２の光軸Ｚ１に対する段差面角度θｄが所定角度（例えば１５°または２０°）以上であることが好ましい。これにより、迷光の発生が抑えられ、ゴーストやフレアの発生を低減できる。

または、第１ないし第４の構成例に対して、後述する第５ないし第８の構成例のように、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２における輪帯３０１の視認状態を改善するような構成にすることが好ましい。

本開示の一実施の形態に係る接眼レンズは、例えば１．５インチサイズ以下の４ｋ等の小型、高解像度の画像表示素子１００に対して用いることにより、軽量化および全長の短縮化を図りながら、広い視野角と高い画像精細度が確保できる。また、フレアやゴーストの発生を抑えることができ、高コントラストの目視画像を提供できる。

＜２．一実施の形態に係る接眼レンズの構成例および作用・効果＞
以下、上記した接眼レンズの基本構成を満足する第１ないし第４の構成例を説明する。さらに、第１ないし第４の構成例に対して、輪帯３０１の視認状態を改善した第５ないし第８の構成例を説明する。

（用語の定義）
なお、以下の構成例および実施例では、眼側（アイポイントＥ．Ｐ．側）からｉ番目のレンズをＬｉと呼称する。例えば、眼側に最も近いレンズを第１レンズＬ１と呼称する。また、各レンズにおいて、アイポイントＥ．Ｐ．側の面をＲ１面、接眼レンズによって拡大される像側（画像表示素子１００側）の面をＲ２面と呼称する。例えば第１レンズＬ１のアイポイントＥ．Ｐ．側の面をＬ１（Ｒ１）面、第１レンズＬ１の像側の面をＬ１（Ｒ２）面等と呼称する。

また、以下の構成例および実施例では、フレネルレンズ面では無い、一般的なレンズ面を標準レンズ面と呼称する。標準レンズ面には、球面のみならず、フレネル形状以外の非球面が含まれる。

また、以下の構成例および実施例では、図４および図６のフレネルレンズ３００のように、フレネルレンズ面Ｆｒにおける有効レンズ面では無い面を『段差面』（段差面３０２）と呼称する。フレネルレンズ面Ｆｒにおいて、同心円状に分割された複数の輪帯３０１のそれぞれの高さを『輪帯高さ』（輪帯高さＲｈ）、隣接する２つの輪帯３０１の頂点間距離を『輪帯ピッチ』（輪帯ピッチＲｐ）と呼称する。

また、アイポイントＥ．Ｐ．と接眼レンズの最もアイポイントＥ．Ｐ．に近い側のレンズ面(Ｌ１（Ｒ１）面)との間の軸上距離を『アイレリーフ』（アイレリーフＥ．Ｒ．）と呼称する。

（迷光の発生量のシミュレーション条件）
迷光の発生量（照度分布）のシミュレーション（図１３、図１６、図１７）は、特に言及が無い限りは、下記条件のもとで計算した。
・画像表示素子１００の配光特性：ランバーシアン
・画像表示素子１００のサイズ：１７ｍｍ×２７ｍｍ（縦×横）
・瞳径：φ４ｍｍ
・フレネルレンズ面の形状：輪帯高さＲｈ＝１００μｍ（一定）（輪帯ピッチＲｐは不等）
・参照波長：５８７．６ｎｍ（ｄ線）

［第１の構成例］
図５は、一実施の形態に係る接眼レンズの第１の構成例を示している。この第１の構成例は、後述の実施例１－１～１－８に係る接眼レンズの構成（図２８等）に対応する。

本開示の第１の構成例に係る接眼レンズは、アイポイントＥ．Ｐ．側から像側に向かって順に、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とが配置された２群２枚構成からなる。

第１フレネルレンズ面Ｆｒ１は、第１レンズＬ１の第２レンズＬ２と対向するレンズ面（Ｌ１（Ｒ２）面）において、中心から周辺に亘って全体的に形成されている。

第２フレネルレンズ面Ｆｒ２は、第２レンズＬ２の第１レンズＬ１と対向するレンズ面（Ｌ２（Ｒ１）面）において、中心から周辺に亘って全体的に形成されている。

また、第１レンズＬ１のアイポイントＥ．Ｐ．側のレンズ面（Ｌ１（Ｒ１）面）は、凸形状または平面形状とされていることが好ましい。これにより、アイレリーフＥ．Ｒ．を長く確保することができ、見やすい構造となる。例えば、大きなパワーをもつ凹レンズでは、ある程度のアイレリーフＥ．Ｒ．を確保してもレンズのコバ部と眼が干渉し、見づらい弊害が発生する。

また、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２の光軸Ｚ１に対する段差面角度θｄは１５°以上であることが好ましい。

また、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２はそれぞれ、正の屈折力を有していることが好ましい。これにより、諸収差を効率良く補正することができ、全長の短縮化、および軽量化を実現できる。

また、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２の少なくとも一方は、変曲点を持つ非球面を有することが好ましい。第１レンズＬ１および第２レンズＬ２において、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２以外の面に１面以上の非球面を用い、かつ１面以上の非球面が変曲点を有することにより、少ないレンズ枚数でありながら、非点収差、像面湾曲、および歪曲収差を効率良く補正できる。また、変曲点のある非球面形状とすることで、歪曲収差を効率良く補正できる。

また、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２のそれぞれのｄ線に対する屈折率をｎｄとしたとき、以下の条件式（２）を満足し、屈折率ｎｄが１．７以下であることが好ましい。これにより、接眼レンズを軽量化できる。
ｎｄ≦１．７ ……（２）

また、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１の屈折力をψ１、第２フレネルレンズ面Ｆｒ２の屈折力をψ２としたとき、
ψ１≦ψ２ ……（３）
を満足することが好ましい。これにより、諸収差を効率良く補正することができ、全長の短縮化、および軽量化を実現できる。

なお、屈折力ψ１は、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１のｄ線に対する屈折率をｎｄ１、曲率半径をＲ１としたとき、（ｎｄ１－１）／Ｒ１で表される。屈折力ψ２は、第２フレネルレンズ面Ｆｒ２のｄ線に対する屈折率をｎｄ２、曲率半径をＲ２としたとき、（ｎｄ２－１）／Ｒ２で表される。

第１レンズＬ１および第２レンズＬ２の材料は、フレネルレンズ面および非球面の加工容易性の観点から、アクリル系、ポリオレフィン系、またはポリカーボネイトなどの樹脂材料を用いることが望ましい。第１レンズＬ１および第２レンズＬ２を樹脂材料のみで構成することにより、１枚以上のガラスレンズを含む構成にした場合と比較して、軽量化と小型化を実現できる。これは、屈折力を稼ぐために用いる屈折率の高いガラス材を、薄くて軽量なフレネルレンズに置き換えることができるためである。

（フレネルレンズ面を対向配置することの効果）
本開示の第１の構成例に係る接眼レンズは、上述したように、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１と第２フレネルレンズ面Ｆｒ２との２つのフレネルレンズ面を対向配置することを特徴としている。以下、その理由について説明する。

図７に、比較例１～３に係る接眼レンズと、本開示の第１の構成例に係る接眼レンズ（実施例１）とにおける全長と重量とを比較して示す。

図７において比較例１に係る接眼レンズは、第１レンズＬ１のＬ１（Ｒ２）面にのみ、フレネルレンズ面（第１フレネルレンズ面Ｆｒ１）を形成した構成となっている。比較例２に係る接眼レンズは、第２レンズＬ２のＬ２（Ｒ１）面にのみ、フレネルレンズ面（第２フレネルレンズ面Ｆｒ２）を形成した構成となっている。比較例３に係る接眼レンズは、２つのフレネルレンズ面を、対向配置せずに、第１レンズＬ１のＬ１（Ｒ２）面と第２レンズＬ２のＬ２（Ｒ２）面とに形成した構成となっている。

図７の比較例１～３および実施例１に係る接眼レンズの仕様は以下のとおりである。
最大ＦＯＶ（Field of view）：１００°
アイレリーフＥ．Ｒ．：１３ｍｍ
画像表示素子１００のサイズ：１７ｍｍ×２７ｍｍ（縦×横）

図７より、第１レンズＬ１のＬ１（Ｒ２）面と第２レンズＬ２のＬ２（Ｒ１）面とをフレネルレンズ面とすることにより、全長およびレンズ重量を最小化できることが分かる。これは、屈折力を必要とするＬ１（Ｒ２）面およびＬ２（Ｒ１）面をフレネルレンズとすることで、スペース効率良く光線を屈折させることができるためである。

本開示の第１の構成例に係る接眼レンズは、全長やレンズ重量を最小化するだけでなく、像側テレセントリックな光学系であり、レンズや画像表示素子１００の偏心に対する敏感度を低く抑えることができる。さらに、画像表示素子１００の視野角特性に起因する輝度ムラや色ムラも低減することができ、画質の観点でも他の構成に比べて優位性を持つ。

（フレネルレンズ面の輪帯の分割方法（形成方法）について）
図８は、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２の形成方法の第１の例を示している。図９は、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２の形成方法の第２の例を示している。

図８の第１の形成方法では、輪帯高さＲｈが一定（輪帯ピッチＲｐは不等）となるように、凸レンズ４００を同心円状に分割して複数の輪帯３０１を形成している。図９の第２の形成方法では、輪帯ピッチＲｐが一定（輪帯高さＲｈは不等）となるように、凸レンズ４００を同心円状に分割して複数の輪帯３０１を形成している。

本開示の接眼レンズでは、図８の第１の形成方法のように、輪帯高さＲｈが一定となるように複数の輪帯３０１を形成することが好ましい。これは、図９の第２の形成方法のように、輪帯ピッチＲｐを一定にした構造と比較して、レンズの中心領域が分割されず、ヘッドマウントディスプレイ等で重要となる視野中心領域の画質を確保できるためである。

さらに、最適な輪帯高さＲｈについて説明する。図１０は、第１の構成例に係る接眼レンズにおけるフレネルレンズ面の輪帯高さと輝度ムラとの関係の一例を示している。図１１は、第１の構成例に係る接眼レンズにおいて、フレネルレンズ面の輪帯高さにより輝度ムラが変化する理由についての説明図である。図１２は、図１１における第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２の対向部分の一部の領域６００を拡大して示している。

図１０は、画像表示素子１００に全白を表示したときの、虚像面における照度分布を解析した結果であり、照度分布の輪帯高さＲｈ依存を示している。輪帯高さＲｈを大きくしていくと、輝度ムラの発生が大きくなることが分かる。これは、図１１、図１２の領域６００に示したように、段差面３０２による光線のケラレの影響で、像高によって、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２の段差面３０２を通過する光束の面積が異なり、輪帯高さＲｈが大きくなるほど、段差面３０２を通過する光束の面積が大きくなるためである。

図１０より、４００μｍを超えると輝度ムラが顕著に視認されることから、輪帯高さＲｈは約４００μｍ以下であることが望ましい。ただし、複数の輪帯３０１を細かく刻みすぎると、回折による光の拡がりの影響により精細度が低くなる問題がある。回折によって精細度を損なわないために、輪帯高さＲｈは約２０μｍ以上であることが望ましい。

（輪帯の段差面について）
図１３は、第１の構成例に係る接眼レンズにおける迷光の照度分布の一例を示している。図１４は、第１の構成例に係る接眼レンズにおける迷光の経路の一例を示している。図１５は、図１４における２つのフレネルレンズ面の対向部分の一部の領域６００を拡大して示している。

第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２において、輪帯３０１の段差面３０２の勾配角度（段差面角度θｄ）を変えることにより、眼球５００に入射する迷光の光量を低減することができる。図１３は、本開示の第１の構成例に係る接眼レンズにおいて、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２のそれぞれの段差面角度θｄを０°とし、画像表示素子１００に白色を表示したときの虚像面の照度分布において、迷光の成分のみを抽出した結果を示している。

なお、迷光はフレアやゴーストの要因となるため、理想的には発生しないことが望ましく、すなわち光量が０となることが望ましい。図１４および図１５は、この迷光の支配的な経路を解析した結果であり、迷光が、段差面３０２を経由して眼球５００に入射する成分であることが分かる。すなわち、段差面３０２を適切に設定することにより、迷光の眼球５００への入射量を低減することができる。

図１６は、第１の構成例（実施例１）に係る接眼レンズにおける２つのフレネルレンズ面の段差面角度θｄ（Ｌ１），θｄ（Ｌ２）と迷光の照度分布との関係の一例を示している。なお、図１６において第１フレネルレンズ面Ｆｒ１における段差面角度をθｄ（Ｌ１）、第２フレネルレンズ面Ｆｒ２における段差面角度をθｄ（Ｌ２）とする。

図１６には、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２におけるそれぞれの段差面角度θｄ（Ｌ１），θｄ（Ｌ２）を振ったときの、虚像面における迷光の照度分布を計算した結果を示す。図１６より、第１の構成例に係る接眼レンズでは、段差面角度θｄ（Ｌ１），θｄ（Ｌ２）を１５°以上の角度にすることで、支配的な迷光を低減でき、高コントラストな目視画像を提供することができる。

［第２の構成例］
本開示の第２の構成例に係る接眼レンズは、後述の実施例２に係る接眼レンズの構成（図５２）に対応する。

本開示の第２の構成例に係る接眼レンズは、上述の第１の構成例に係る接眼レンズの構成に対して、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２よりも像側に配置された第３レンズＬ３をさらに備えた構成となっている。すなわち、本開示の第２の構成例に係る接眼レンズは、アイポイントＥ．Ｐ．側から像側に向かって順に、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２と第３レンズＬ３とが配置された３群３枚構成からなる。

第３レンズＬ３は、フレネルレンズ面を用いない標準レンズである。第３レンズＬ３は、少なくとも１面に変曲点を有する非球面が形成された非球面レンズであることが好ましい。

本開示の第２の構成例に係る接眼レンズは、第１の構成例に係る接眼レンズと略同様に、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２において、互いに対向配置された第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２を有している。

本開示の第２の構成例に係る接眼レンズは、第１の構成例に係る接眼レンズと比較して、第３レンズＬ３を追加した分、重量や光学系の全長が大きくなるものの、後述の実施例２に示すように、より十分な収差補正を行うことができ、精細度の高い映像を提供することができる。

図１７は、第２の構成例（実施例２）に係る接眼レンズにおける２つのフレネルレンズ面の段差面角度θｄ（Ｌ１），θｄ（Ｌ２）と迷光の照度分布との関係の一例を示している。なお、図１７において第１フレネルレンズ面Ｆｒ１における段差面角度をθｄ（Ｌ１）、第２フレネルレンズ面Ｆｒ２における段差面角度をθｄ（Ｌ２）とする。

図１７には、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２におけるそれぞれの段差面角度θｄ（Ｌ１），θｄ（Ｌ２）を振ったときの、虚像面における迷光の照度分布を計算した結果を示す。図１７より、第２の構成例（実施例２）に係る接眼レンズでは、段差面角度θｄ（Ｌ１），θｄ（Ｌ２）を２０°以上の角度にすることで、支配的な迷光を低減でき、高コントラストな目視画像を提供することができる。

その他の構成は、上述の第１の構成例に係る接眼レンズと略同様であることが好ましい。

［第３の構成例］
本開示の第３の構成例に係る接眼レンズは、後述の実施例３に係る接眼レンズの構成（図５５）に対応する。

本開示の第３の構成例に係る接眼レンズは、上述の第１の構成例に係る接眼レンズと同様に、アイポイントＥ．Ｐ．側から像側に向かって順に、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とが配置された２群２枚構成からなる。

本開示の第３の構成例に係る接眼レンズは、第１の構成例に係る接眼レンズと略同様に、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２において、互いに対向配置された第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２を有している。

ただし、本開示の第３の構成例に係る接眼レンズにおいては、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２は、周辺領域のみに形成されている。

本開示の第３の構成例に係る接眼レンズにおいては、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１は、第１レンズＬ１の第２レンズＬ２と対向するレンズ面（Ｌ１（Ｒ２）面）において、周辺領域のみに形成されている。第１レンズＬ１におけるＬ１（Ｒ２）面の中央領域は第１非フレネルレンズ面（球面または非球面）とされている。

同様に、本開示の第３の構成例に係る接眼レンズにおいては、第２フレネルレンズ面Ｆｒ２は、第２レンズＬ２の第１レンズＬ１と対向するレンズ面（Ｌ２（Ｒ１）面）において、周辺領域のみに形成されている。第２レンズＬ２におけるＬ２（Ｒ１）面の中央領域は第２非フレネルレンズ面（球面または非球面）とされている。

一般的に、フレネルレンズは、標準レンズと比べると段差面３０２や製造誤差の影響により、鮮鋭度が悪くなるが、本開示の第３の構成例に係る接眼レンズでは、中央領域に標準レンズを用いているため、画像中心領域の精細度を高く確保することができる。中央領域と周辺領域の光学系は、境界部が滑らかに接続されていることで境界が視認されてしまうのを防ぐことができる。

後述の実施例３に係る接眼レンズ（図５５）では、第１レンズＬ１におけるＬ１（Ｒ２）面の中央領域の有効径φ_v1は２５．００４、第２レンズＬ２におけるＬ２（Ｒ１）面の中央領域の有効径φ_v2は２７．０５４である。この中央領域の有効径φ_v1，φ_v2は、瞳中心が光軸上にある状態で、瞳に３５°の角度で入射する光束が通過できる有効範囲となっている。このようにフレネルレンズ面と標準レンズ面との境界部を視野の約３５°以上に設けることにより、中央領域と周辺領域との境界が認識されにくくなり、自然な見栄えを実現できる。３５°を大きく下回ると、境界部が目立ち、画像品質の低下が懸念される。

その他の構成は、上述の第１の構成例に係る接眼レンズと略同様であることが好ましい。

［第４の構成例］
本開示の第４の構成例に係る接眼レンズは、後述の実施例４に係る接眼レンズの構成（図５８）に対応する。

本開示の第４の構成例に係る接眼レンズは、上述の第３の構成例に係る接眼レンズの構成に対して、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２よりも像側に配置された第３レンズＬ３をさらに備えた構成となっている。すなわち、本開示の第４の構成例に係る接眼レンズは、アイポイントＥ．Ｐ．側から像側に向かって順に、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２と第３レンズＬ３とが配置された３群３枚構成からなる。

第３レンズＬ３は、フレネルレンズ面を用いない標準レンズである。第３レンズＬ３は、少なくとも１面に変曲点を有する非球面が形成された非球面レンズであることが好ましい。

本開示の第４の構成例に係る接眼レンズは、第３の構成例に係る接眼レンズと比較して、第３レンズＬ３を追加した分、重量や光学系の全長が大きくなるものの、後述の実施例４に示すように、より十分な収差補正を行うことができ、精細度の高い映像を提供することができる。

本開示の第４の構成例に係る接眼レンズは、第１の構成例に係る接眼レンズと略同様に、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２において、互いに対向配置された第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２を有している。

ただし、本開示の第４の構成例に係る接眼レンズにおいては、第３の構成例に係る接眼レンズと同様に、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２は、周辺領域のみに形成されている。

後述の実施例４に係る接眼レンズ（図５８）では、第１レンズＬ１におけるＬ１（Ｒ２）面の中央領域の有効径φ_v1は２４．１１６、第２レンズＬ２におけるＬ２（Ｒ１）面の中央領域の有効径φ_v2は２７．０３８である。この中央領域の有効径φ_v1，φ_v2は、実施例３に係る接眼レンズと同様に、瞳中心が光軸上にある状態で、瞳に３５°の角度で入射する光束が通過できる有効範囲となっている。

その他の構成は、上述の第３の構成例に係る接眼レンズと略同様であることが好ましい。

（輪帯の視認状態の概要）
次に、上記第１ないし第４の構成例に対して、輪帯３０１の視認状態を改善した第５ないし第８の構成例を説明する。まず、輪帯３０１の視認状態の概要を説明する。

以上で説明したように、上記第１ないし第４の構成例では、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２におけるそれぞれの段差面角度θｄ（Ｌ１），θｄ（Ｌ２）を適切に設定することで、段差面３０２に起因する迷光の発生が抑えられる。

一方、図１８の（Ｂ）に示したように、一般的なフレネルレンズを用いた光学系において、虚像面で輪帯３０１による同心円状の線（「輪線」と呼称する）が視認される問題がある。なお、図１８の（Ａ）には、輪線の視認が無い状態の一例を示す。

図１９は、輪線の発生原理の概要を示している。図２０は、一般的な輪線の視認状態を改善する方法の一例を示している。図１９および図２０では、上記第１の構成例に係る接眼レンズのように、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とが配置された２群２枚構成で、互いに対向するレンズ面が第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２とされた構成を例にしている。

図１９に示したように、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２におけるそれぞれの段差面３０２による光のケラレが原因で、ケラレの発生量は画角に応じて変化する。これにより、虚像面内で輪線が視認される。これを解決する手段として、図２０に示したように、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２への光線入射角度と段差面角度θｄとを揃える方法がある。この方法によれば、輪線は改善できるものの、段差面角度θｄを上記第１ないし第４の構成例で説明した所定角度（例えば１５°または２０°）よりも小さくする必要があるため、迷光が発生してコントラストが低下してしまう。このため、上記第１ないし第４の構成例では、迷光の抑制と輪線の視認の抑制とを両立することが困難である。

そこで、第１ないし第４の構成例に対して、さらに輪線の視認状態を改善し、より高画質の目視画像を提供可能な接眼レンズの構成例を説明する。以下の第５ないし第８の構成例によれば、特に、視野の中心領域における画質が向上する。

（第５ないし第８の構成例の概要）
第５ないし第８の構成例は、段差面角度θｄは上記第１ないし第４の構成例とは異なるものの、基本的な構成は上記第１ないし第４の構成例と同様であり、少なくとも第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とを備え、互いに対向するレンズ面が第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２とされている。第５ないし第８の構成例に係る接眼レンズは、上記条件式（１）を満足して像倍率Ｍｖを２．１倍以上とし、図１の構成例のように画像表示素子１００のサイズが接眼レンズ１０１のレンズ径に対して小さい接眼光学系１０２に対して適用することが好ましい。

（シミュレーション条件）
第５ないし第８の構成例におけるシミュレーションは、特に言及が無い限りは、下記条件のもとで計算した。
・画像表示素子１００の配光特性：ランバーシアン
・画像表示素子１００のサイズ：１７ｍｍ×２７ｍｍ（縦×横）
・瞳径：φ４ｍｍ
・フレネルレンズ面の形状：輪帯高さＲｈ＝１５０μｍ（一定）（輪帯ピッチＲｐは不等）
・参照波長：５８７．６ｎｍ（ｄ線）

［第５の構成例］
本開示の第５の構成例に係る接眼レンズは、後述の実施例５に係る接眼レンズの構成（図６１）に対応する。

図２１は、一実施の形態に係る接眼レンズの第５の構成例を示している。図２１に示したように、第５の構成例に係る接眼レンズは、上述の第１の構成例に係る接眼レンズの構成に対して、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２よりも像側に配置された第３レンズＬ３をさらに備えた構成となっている。すなわち、第５の構成例に係る接眼レンズは、アイポイントＥ．Ｐ．側から像側に向かって順に、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２と第３レンズＬ３とが配置された３群３枚構成からなる。

第１フレネルレンズ面Ｆｒ１は、第１レンズＬ１の第２レンズＬ２と対向するレンズ面（Ｌ１（Ｒ２）面）において、中心から周辺に亘って全体的に形成されている。

第２フレネルレンズ面Ｆｒ２は、第２レンズＬ２の第１レンズＬ１と対向するレンズ面（Ｌ２（Ｒ１）面）において、中心から周辺に亘って全体的に形成されている。

第３レンズＬ３は、フレネルレンズ面を用いない標準レンズである。第３レンズＬ３は、非球面レンズであることが好ましい。

第５の構成例に係る接眼レンズは、図２１に示したように、最もアイポイント側のレンズ面から像面までの距離をＬ’、最もアイポイント側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離をｄとしたとき、
０．２＜ｄ／Ｌ’＜０．６ ……（４）
を満足することが望ましい。

条件式（４）は、接眼レンズの全長からアイレリーフＥ．Ｒ．を引いた距離（Ｌ’）と最もアイポイント側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離ｄとの比の適切な範囲に関する。条件式（４）を満たすことで、短い全長で、バランスよく収差補正を行うことができる。

（フレネルレンズ面の位置と輪線の視認状態との関係）
図２２は、第５の構成例に係る接眼レンズにおける輪線の視認状態の一例を示している。図２３は、第５の構成例に係る接眼レンズに対する比較例に係る接眼レンズの構成例を示している。

画像表示素子１００からの光は、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２におけるそれぞれの段差面３０２によってケラレが生じる。これにより、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２の近傍における面内輝度分布は、図２２の（Ａ）に示したように明暗の差が大きくなる。第５の構成例に係る接眼レンズは、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２を眼球５００に近い側（例えば１５ｍｍ程度）に配置していることを特徴としている。人の眼の焦点位置は第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２から離れた位置、例えば眼球５００から１００ｍｍ以上離れた位置にある。人の眼は第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２の位置には合焦させることができないため、図２２の（Ｂ）に示したようにデフォーカスされて輪線として視認される。

このように、第５の構成例に係る接眼レンズでは、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２を眼球５００に近い側に配置したことにより、輪線のボケ量を大きくでき、輪線の視認性を下げることが可能である。これに対し、図２３の比較例に係る接眼レンズでは、第２レンズＬ２の像側のレンズ面に第２フレネルレンズ面Ｆｒ２を配置している。図２３の比較例に係る接眼レンズでは、第５の構成例に係る接眼レンズに比べて第２フレネルレンズ面Ｆｒ２が眼球５００から離れた位置となるため、第５の構成例に係る接眼レンズに比べて輪線が視認されやすくなる。

（フレネルレンズ面における輪帯の位置と輪線の視認状態との関係）
図２４は、第５の構成例に係る接眼レンズにおける第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２の輪帯３０１の構成例を比較例と共に示している。

ヘッドマウントディスプレイ等の接眼光学系は、とくに視野の中心領域で十分な精細度を確保できることが望ましい。図２４の（Ａ）の比較例に示したように、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２の輪帯３０１が中心領域にあると、輪帯３０１によって精細度が低下し、輪線も視認されやすくなる。このため、図２４の（Ｂ）に示したように、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２において、中心から１番目の輪帯（第１輪帯）を可能な限り、周辺領域に配置することが望ましい。

上述の図８および図９に示したように、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２における複数の輪帯３０１は、例えば凸レンズ４００を同心円状に分割することによって形成される。複数の輪帯３０１を形成するベースとなる凸レンズ４００は、例えば非球面形状である。第１輪帯を周辺領域に配置するために、ベースとなる非球面形状は、中心領域の屈折力を小さく抑えることが望ましい。

このため、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１の屈折力をψ１、第２フレネルレンズ面Ｆｒ２の屈折力をψ２、接眼レンズ全体の屈折力をψａｌｌとしたとき、
（ψ１＋ψ２）／ψａｌｌ＜０．３０ ……（５）
を満足することが望ましい。

条件式（５）は、接眼レンズ全体の屈折力ψａｌｌに占める、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２の屈折力の割合を意味する。条件式（５）の値が小さいことは、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２の軸上における屈折力が小さいことを意味する。

図２５は、第５の構成例に係る接眼レンズにおける第１フレネルレンズ面Ｆｒ１を形成するベースとなる非球面形状のサグ量の一例を比較例と共に示している。図２６は、第５の構成例に係る接眼レンズにおける第２フレネルレンズ面Ｆｒ２を形成するベースとなる非球面形状のサグ量の一例を比較例と共に示している。

図２５および図２６に示したサグ量は、後述の実施例５に係る接眼レンズのデータを使用したデータを示す。また、図２５および図２６には、比較例として、第１の構成例に相当する後述の実施例１－１に係る接眼レンズのデータを使用したサグ量を示す。実施例５に係る接眼レンズでは、ベースとなる非球面形状は、実施例１－１に係る接眼レンズに比べて、中心領域のサグ量が比較的小さく抑えられている。このようにサグ量を小さく抑えた非球面形状をベースとして輪帯３０１を形成すると、レンズ中心から第１輪帯までの距離を視野の周辺にシフトすることができる。例えば輪帯高さＲｈを１５０μｍとして輪帯３０１を形成すると、レンズ中心から第１輪帯までの距離は、実施例１－１と実施例５とで、以下のようになる。
・実施例１－１
第１フレネルレンズ面Ｆｒ１の第１輪帯までの距離：２．５ｍｍ
第２フレネルレンズ面Ｆｒ２の第１輪帯までの距離：２．１ｍｍ
・実施例５
第１フレネルレンズ面Ｆｒ１の第１輪帯までの距離：４．１ｍｍ
第２フレネルレンズ面Ｆｒ２の第１輪帯までの距離：６．６ｍｍ

上記のような輪帯３０１の構成で、実施例１－１に係る接眼レンズと実施例５に係る接眼レンズとの輪線の視認性をシミュレーションして比較したところ、実施例５に係る接眼レンズでは、視野の中心領域では輪線が無く、良好な画質が得られることが確認された。

なお、第１輪帯の輪帯高さＲｈのみを大きくすることで、第１輪帯位置を周辺にシフトさせることも可能であるが、フレネルレンズの軸上の厚みが大きくなるため、上記のように、中心領域のサグ量を抑える方が望ましい。

（２つのフレネルレンズ面同士の輪帯の関係）
図２７は、第５の構成例に係る接眼レンズにおける第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２の輪帯３０１の望ましい構成例を示している。

図２２を参照して説明したように、輪線はフレネルレンズ面近傍における輝度の明暗がデフォーカスされて、低周波成分が視認される。このため、フレネルレンズ面近傍における明暗の発生周期を高周波にすることによって、輪線の視認性を低減することができる。

これを実現するに辺り、図２７に示したように、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１と第２フレネルレンズ面Ｆｒ２とにおいて輪帯３０１のピッチが互いに半周期ずつずれていることが望ましい。第５の構成例に係る接眼レンズにおいて、ピッチをずらした場合と、ピッチをずらさなかった場合とで輪線の視認性をシミュレーションして比較したところ、ピッチをずらした場合には、輪線の視認性が下がっていることが確認された。

以上のことを考慮すると、輪帯３０１の構成に関し、実施例５に係る接眼レンズは、
０．１≦Ｌ１Φｒ１／Φｄ１ ……（６）
０．２≦Ｌ２Φｒ１／Φｄ２ ……（７）
を満足することが望ましい。ここで、図２７に示したように、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１における中心から１番目の輪帯３０１の直径をＬ１Φｒ１、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１の有効径をΦｄ１、第２フレネルレンズ面Ｆｒ２における中心から１番目の輪帯３０１の直径をＬ２Φｒ１、第２フレネルレンズ面Ｆｒ２の有効径をΦｄ２とする。

条件式（６）は、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１における第１輪帯の径（Ｌ１Φｒ１）と有効径（Φｄ１）との比に関する。条件式（６）を満たすことで、視野中心における精細度を高く確保することができる。

条件式（７）は、第２フレネルレンズ面Ｆｒ２における第１輪帯の径（Ｌ２Φｒ１）と有効径（Φｄ２）との比に関する。条件式（７）を満たすことで、視野中心における精細度を高く確保することができる。

その他の構成は、上述の第１または第２の構成例に係る接眼レンズと略同様であることが好ましい。

［第６の構成例］
本開示の第６の構成例に係る接眼レンズは、後述の実施例６に係る接眼レンズの構成（図６４）に対応する。

第６の構成例に係る接眼レンズは、上述の第５の構成例に係る接眼レンズの構成に対して、第３レンズＬ３を省いた構成となっている。すなわち、第６の構成例に係る接眼レンズは、アイポイントＥ．Ｐ．側から像側に向かって順に、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とが配置された２群２枚構成からなる。

第１フレネルレンズ面Ｆｒ１は、第１レンズＬ１の第２レンズＬ２と対向するレンズ面（Ｌ１（Ｒ２）面）において、中心から周辺に亘って全体的に形成されている。

第２フレネルレンズ面Ｆｒ２は、第２レンズＬ２の第１レンズＬ１と対向するレンズ面（Ｌ２（Ｒ１）面）において、中心から周辺に亘って全体的に形成されている。

第６の構成例に係る接眼レンズは、上述の第５の構成例に係る接眼レンズの構成に対して、レンズを１枚減らすことにより、全長の短縮化および軽量化が期待できる。なお、第６の構成例に係る接眼レンズにおいて、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２の輪帯３０１の全体的な構成や第１輪帯の位置等については、第５の構成例に係る接眼レンズと同様のコンセプトで設計されている。第６の構成例に係る接眼レンズにおいて、輪線の視認性をシミュレーションしたところ、第１の構成例に係る接眼レンズに比べて、輪線の視認性が改善できていることが確認された。

その他の構成は、上述の第５の構成例に係る接眼レンズと略同様であることが好ましい。

［第７の構成例］
本開示の第７の構成例に係る接眼レンズは、後述の実施例７に係る接眼レンズの構成（図６７）に対応する。

本開示の第７の構成例に係る接眼レンズは、上述の第５の構成例に係る接眼レンズと同様に、アイポイントＥ．Ｐ．側から像側に向かって順に、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２と第３レンズＬ３とが配置された３群３枚構成からなる。

第１フレネルレンズ面Ｆｒ１は、第１レンズＬ１の第２レンズＬ２と対向するレンズ面（Ｌ１（Ｒ２）面）において、中心から周辺に亘って全体的に形成されている。

第２フレネルレンズ面Ｆｒ２は、第２レンズＬ２の第１レンズＬ１と対向するレンズ面（Ｌ２（Ｒ１）面）において、中心から周辺に亘って全体的に形成されている。

第３レンズＬ３は、フレネルレンズ面を用いない標準レンズである。第３レンズＬ３は、非球面レンズであることが好ましい。

第７の構成例に係る接眼レンズにおいて、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２の輪帯３０１の全体的な構成や第１輪帯の位置等については、基本的に、上述の第５の構成例に係る接眼レンズと同様のコンセプトで設計されている。ただし、第７の構成例に係る接眼レンズでは、対向する第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２の有効面を同一形状にしていることを特徴としている。すなわち、後述の実施例７の［表３８］，［表４０］に示すように、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２の曲率半径や非球面係数の絶対値が同一の値となるように設計されている。

このように第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２の有効面を同一形状にすることで、例えば、上述の図２７に示したように、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２における輪帯３０１のピッチを互いに半周期ずつずらすことが容易となる。また、２つのフレネルレンズ面が同一形状であるため、２つのフレネルレンズ面に起因する輪線の明暗がほぼ同じになる。このため、第７の構成例に係る接眼レンズでは、輪線の視認性をより良好に改善することが可能となる。

その他の構成は、上述の第５の構成例に係る接眼レンズと略同様であることが好ましい。

［第８の構成例］
本開示の第８の構成例に係る接眼レンズは、後述の実施例８に係る接眼レンズの構成（図７０）に対応する。

本開示の第８の構成例に係る接眼レンズは、上述の第５の構成例に係る接眼レンズと同様に、アイポイントＥ．Ｐ．側から像側に向かって順に、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２と第３レンズＬ３とが配置された３群３枚構成からなる。

第８の構成例に係る接眼レンズは、第５の構成例に係る接眼レンズと同様に、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との互いに対向する面に、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１と第２フレネルレンズ面Ｆｒ２とが形成されている。さらに、第８の構成例に係る接眼レンズでは、第１レンズＬ１のアイポイントＥ．Ｐ．側のレンズ面(Ｌ１（Ｒ１）面)が、第３フレネルレンズ面Ｆｒ３とされている。この点で、第５の構成例に係る接眼レンズの構成とは異なっている。

第８の構成例に係る接眼レンズでは、フレネルレンズ面を３つ用いているため、第５の構成例に係る接眼レンズと比較して、収差補正を十分に行えるため、精細度をより高めることができる。また、輪帯３０１の数が増えるため、３つのフレネルレンズ面について、輪帯３０１の全体的な構成や第１輪帯の位置等を、上述の第５の構成例に係る接眼レンズと同様のコンセプトで設計することにより、輪線の周波数をより高くすることが可能となる。これにより、輪線の視認性をより下げることができる。第８の構成例に係る接眼レンズにおいて、輪線の視認性をシミュレーションしたところ、第５の構成例に係る接眼レンズに比べて、輪線の視認性がより改善できていることが確認された。

その他の構成は、上述の第５の構成例に係る接眼レンズと略同様であることが好ましい。

［発明の効果］
本開示の一実施の形態に係る接眼レンズによれば、互いに対向配置された第１レンズＬ１および第２レンズＬ２の構成を、フレネルレンズを用いて最適化するようにしたので、軽量化および全長の短縮化を図りつつ、広い視野画角と良好な収差補正とを実現可能となる。

一実施の形態に係る接眼レンズをヘッドマウントディスプレイに適用することで、高視野角で高精細な映像美を提供できる。一実施の形態に係る接眼レンズによれば、全長（アイポイントＥ．Ｐ．から像までの距離Ｌ）を短縮することができる。また、接眼光学系１０２に適用した場合の光学系のサイズを小さく抑えることができる。

なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。

＜３．表示装置への適用例＞
図７３および図７４は、本開示の一実施の形態に係る接眼レンズを適用した表示装置の一例としてのヘッドマウントディスプレイ２００の一構成例を示している。ヘッドマウントディスプレイ２００は、本体部２０１と、額当て部２０２と、鼻当て部２０３と、ヘッドバンド２０４と、ヘッドフォン２０５とを備えている。額当て部２０２は、本体部２０１の中央上部に設けられている。鼻当て部２０３は、本体部２０１の中央下部に設けられている。

ユーザがヘッドマウントディスプレイ２００を頭部に装着したとき、額当て部２０２がユーザの額に当接するとともに、鼻当て部２０３が鼻に当接する。さらに、ヘッドバンド２０４が頭部の後方に当接する。これにより、このヘッドマウントディスプレイ２００では、装置の荷重を頭部全体に分散させて、ユーザの負担を軽減して装着することができる。

ヘッドフォン２０５は、左耳用のものと右耳用のものとが設けられ、左耳と右耳とに独立して音声を提供可能となっている。

本体部２０１には、映像を表示するための回路基板や光学系等が内蔵されている。本体部２０１には、図７４に示したように左眼表示部２１０Ｌおよび右眼表示部２１０Ｒが設けられ、左眼と右眼とに独立して映像を提供可能となっている。左眼表示部２１０Ｌには、左眼用の画像表示素子１００と、左眼用の画像表示素子１００に表示された画像を拡大する左眼用の接眼光学系とが設けられている。右眼表示部２１０Ｒには、右眼用の画像表示素子１００と、右眼用の画像表示素子１００に表示された画像を拡大する右眼用の接眼光学系とが設けられている。これら左眼用の接眼光学系および右眼用の接眼光学系として、本開示の一実施の形態に係る接眼レンズを適用可能である。

なお、画像表示素子１００には、図示しない画像再生装置から画像データが供給される。画像再生装置から３次元画像データを供給し、左眼表示部２１０Ｌと右眼表示部２１０Ｒとで互いに視差のある画像を表示することで、３次元表示を行うことも可能である。

なお、ここでは表示装置をヘッドマウントディスプレイ２００に適用した例を示したが、表示装置の適用範囲はヘッドマウントディスプレイ２００に限られることはなく、例えば、電子双眼鏡や、カメラの電子ビューファインダ等に適用しても良い。

また、本開示の一実施の形態に係る接眼レンズは、画像表示素子１００に表示された画像を拡大する用途だけでなく、対物レンズによって形成された光学像を拡大するような観察装置にも適用可能である。

［実施例の概要］
以下の実施例１－１～１－８に係る接眼レンズは、上述の第１の構成例の接眼レンズ（図５）に対応する。実施例２は、上述の第２の構成例の接眼レンズに対応する。実施例３は、上述の第３の構成例の接眼レンズに対応する。実施例４は、上述の第４の構成例の接眼レンズに対応する。実施例５は、上述の第５の構成例の接眼レンズに対応する。実施例６は、上述の第６の構成例の接眼レンズに対応する。実施例７は、上述の第７の構成例の接眼レンズに対応する。実施例８は、上述の第８の構成例の接眼レンズに対応する。

＜４．レンズの数値実施例＞
なお、以下の各表や説明において示した記号の意味等については、下記に示す通りである。「Ｓｉ」は、アイポイントＥ．Ｐ．を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目の面の番号を示している。「Ｒｉ」は、ｉ番目の面の近軸の曲率半径（ｍｍ）を示す。「Ｄｉ」はｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の光軸上の間隔（ｍｍ）を示す。「Ｎｄｉ」はｉ番目の面を有する光学要素の材質（媒質）のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）における屈折率の値を示す。「νｄｉ」はｉ番目の面を有する光学要素の材質のｄ線におけるアッベ数の値を示す。曲率半径が「∞」である面は平面または絞り面（開口絞りＳＴＯ）であることを示す。また、「ＣＯＭＭＥＮＴ」には、レンズ面の種類等を示す。

各実施例に係る接眼レンズは、非球面を含んでいる。非球面形状は以下の非球面の式によって定義される。なお、以下の非球面係数を示す各表において、「Ｅ－ｎ」は１０を底とする指数表現、すなわち、「１０のマイナスｎ乗」を表しており、例えば、「０．１２３４５Ｅ－０５」は「０．１２３４５×（１０のマイナス５乗）」を表している。

（非球面の式）
Ｚ＝（Ｙ²／Ｒ）／［１＋｛１－（１＋Ｋ）（Ｙ²／Ｒ²）｝^1/2］＋ΣＡｉ・Ｙⁱ
ただし、
Ｚ：非球面の深さ
Ｙ：光軸からの高さ
Ｒ：近軸曲率半径
Ｋ：円錐定数
Ａｉ：第ｉ次（ｉは３以上の整数）の非球面係数
とする。

（フレネルレンズ面のデータについて）
また、各実施例に係る接眼レンズは、フレネルレンズ面を含んでいる。以下の各実施例では、フレネルレンズ面の形状を、上記非球面の式によって等価的に表す。以下の各実施例では、フレネルレンズ面の段差面３０２の高さを無限小とした理想的なフレネルレンズ面として示す。

［実施例１－１］
［表１］に、実施例１－１に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表２］，［表３］に示す。［表２］には標準レンズ面の非球面データを示す。［表３］にはフレネルレンズ面の非球面データを示す。

図２８には、実施例１－１に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図２９～図３０には、実施例１－１に係る接眼レンズの諸収差を示す。各収差は、アイポイントＥ．Ｐ．側から光線追跡したものである。特に、図２９には、球面収差を示す。図３０には、非点収差（像面湾曲）、および歪曲収差を示す。球面収差図、および非点収差図には、波長４８６．１（ｎｍ）、波長５８７．６（ｎｍ）、波長６５６．３（ｎｍ）の値を示す。歪曲収差図には、波長５８７．６（ｎｍ）の値を示す。非点収差図において、Ｓはサジタル像面、Ｔはタンジェンシャル像面における値を示す。以降の他の実施例における収差図についても同様である。

各収差図から分かるように、実施例１－１では、良好な光学性能を有していることが明らかである。

［実施例１－２］
［表４］に、実施例１－２に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表５］，［表６］に示す。［表５］には標準レンズ面の非球面データを示す。［表６］にはフレネルレンズ面の非球面データを示す。

図３１には、実施例１－２に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図３２～図３３には、実施例１－２に係る接眼レンズの諸収差を示す。

各収差図から分かるように、実施例１－２に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。

［実施例１－３］
［表７］に、実施例１－３に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表８］，［表９］に示す。［表８］には標準レンズ面の非球面データを示す。［表９］にはフレネルレンズ面の非球面データを示す。

図３４には、実施例１－３に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図３５～図３６には、実施例１－３に係る接眼レンズの諸収差を示す。

各収差図から分かるように、実施例１－３に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。

［実施例１－４］
［表１０］に、実施例１－４に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表１１］，［表１２］に示す。［表１１］には標準レンズ面の非球面データを示す。［表１２］にはフレネルレンズ面の非球面データを示す。

図３７には、実施例１－４に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図３８～図３９には、実施例１－４に係る接眼レンズの諸収差を示す。

各収差図から分かるように、実施例１－４に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。

［実施例１－５］
［表１３］に、実施例１－５に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表１４］，［表１５］に示す。［表１４］には標準レンズ面の非球面データを示す。［表１５］にはフレネルレンズ面の非球面データを示す。

図４０には、実施例１－５に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図４１～図４２には、実施例１－５に係る接眼レンズの諸収差を示す。

各収差図から分かるように、実施例１－５に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。

［実施例１－６］
［表１６］に、実施例１－６に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表１６］，［表１７］に示す。［表１６］には標準レンズ面の非球面データを示す。［表１７］にはフレネルレンズ面の非球面データを示す。

図４３には、実施例１－６に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図４４～図４５には、実施例１－６に係る接眼レンズの諸収差を示す。

各収差図から分かるように、実施例１－６に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。

［実施例１－７］
［表１９］に、実施例１－７に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表２０］，［表２１］に示す。［表２０］には標準レンズ面の非球面データを示す。［表２１］にはフレネルレンズ面の非球面データを示す。

図４６には、実施例１－７に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図４７～図４８には、実施例１－７に係る接眼レンズの諸収差を示す。

各収差図から分かるように、実施例１－７に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。

［実施例１－８］
［表２２］に、実施例１－８に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表２３］，［表２４］に示す。［表２３］には標準レンズ面の非球面データを示す。［表２４］にはフレネルレンズ面の非球面データを示す。

図４９には、実施例１－８に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図５０～図５１には、実施例１－８に係る接眼レンズの諸収差を示す。

各収差図から分かるように、実施例１－８に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。

［実施例２］
［表２５］に、実施例２に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表２６］，［表２７］に示す。［表２６］には標準レンズ面の非球面データを示す。［表２７］にはフレネルレンズ面の非球面データを示す。

図５２には、実施例２に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図５３～図５４には、実施例２に係る接眼レンズの諸収差を示す。

各収差図から分かるように、実施例２に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。

［実施例３］
［表２８］に、実施例３に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表２９］に示す。なお、実施例３に係る接眼レンズの第１レンズＬ１におけるＬ１（Ｒ２）面の中央領域の有効径φ_v1は２５．００４、第２レンズＬ２におけるＬ２（Ｒ１）面の中央領域の有効径φ_v2は２７．０５４である。この中央領域の有効径φ_v1，φ_v2は、瞳中心が光軸上にある状態で、瞳に３５°の角度で入射する光束が通過できる有効範囲となっている。

図５５には、実施例３に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図５６～図５７には、実施例３に係る接眼レンズの諸収差を示す。

各収差図から分かるように、実施例３に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。

［実施例４］
［表３０］に、実施例４に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表３１］に示す。なお、実施例４に係る接眼レンズの第１レンズＬ１におけるＬ１（Ｒ２）面の中央領域の有効径φ_v1は２４．１１６、第２レンズＬ２におけるＬ２（Ｒ１）面の中央領域の有効径φ_v2は２７．０３８である。この中央領域の有効径φ_v1，φ_v2は、瞳中心が光軸上にある状態で、瞳に３５°の角度で入射する光束が通過できる有効範囲となっている。

図５８には、実施例４に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図５９～図６０には、実施例４に係る接眼レンズの諸収差を示す。

各収差図から分かるように、実施例４に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。

［実施例５］
［表３２］に、実施例５に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表３３］，［表３４］に示す。［表３３］には標準レンズ面の非球面データを示す。［表３４］にはフレネルレンズ面の非球面データを示す。

図６１には、実施例５に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図６２～図６３には、実施例５に係る接眼レンズの諸収差を示す。

各収差図から分かるように、実施例５に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。

［実施例６］
［表３５］に、実施例６に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表３６］，［表３７］に示す。［表３６］には標準レンズ面の非球面データを示す。［表３７］にはフレネルレンズ面の非球面データを示す。

図６４には、実施例６に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図６５～図６６には、実施例６に係る接眼レンズの諸収差を示す。

各収差図から分かるように、実施例６に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。

［実施例７］
［表３８］に、実施例７に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表３９］，［表４０］に示す。［表３９］には標準レンズ面の非球面データを示す。［表４０］にはフレネルレンズ面の非球面データを示す。

図６７には、実施例７に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図６８～図６９には、実施例７に係る接眼レンズの諸収差を示す。

各収差図から分かるように、実施例７に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。

［実施例８］
［表４１］に、実施例８に係る接眼レンズの基本的なレンズデータを示す。また、非球面のデータを［表４２］，［表４３］に示す。［表４２］には標準レンズ面の非球面データを示す。［表４３］にはフレネルレンズ面の非球面データを示す。

図７０には、実施例８に係る接眼レンズのレンズ断面を示す。図７１～図７２には、実施例８に係る接眼レンズの諸収差を示す。

各収差図から分かるように、実施例８に係る接眼レンズは、良好な光学性能を有していることが明らかである。

［各実施例のその他の数値データ］
［表４４］，［表４５］には、各実施例に係る接眼レンズが満たす諸特性を、各実施例についてまとめたものを示す。［表４４］，［表４５］には諸特性として、ｈ（最大像高、画像表示素子１００の対角のサイズの半値）、Ｌ（全長、アイポイントＥ．Ｐ．から像（画像表示素子１００）までの距離），ω（半画角）、Ｅ．Ｒ．（アイレリーフ）、Ｍｖ（像倍率）の値を示す。また、［表４４］，［表４５］には諸特性として、フレネルレンズの枚数、第１レンズＬ１のアイポイントＥ．Ｐ．側の面Ｌ１（Ｒ１）の形状、第１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ１，Ｆｒ２の配置方法、第１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ１，Ｆｒ２の屈折力の符号、変曲点を持つ非球面レンズの有無を示す。また、［表４４］，［表４５］には諸特性として、第１および第２レンズＬ１，Ｌ２のそれぞれのｄ線に対する屈折率ｎｄ１，ｎｄ２の値、第１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ１，Ｆｒ２のそれぞれの屈折力ψ１，ψ２の値を示す。その他、［表４４］，［表４５］には諸特性として、上述の条件式（４）～（７）に関する、ｄ／Ｌ’、（ψ１＋ψ２）／ψａｌｌ、Ｌ１Φｒ１／Φｄ１、Ｌ２Φｒ１／Φｄ２の値を示す。［表４４］，［表４５］に示したように、全ての実施例に係る接眼レンズが、上述の条件式（１）～（３）を満たしている。実施例５～８に係る接眼レンズは、さらに、上述の条件式（４）～（７）を満たしている。

＜５．その他の実施の形態＞
本開示による技術は、上記実施の形態および実施例の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。
例えば、上記各数値実施例において示した各部の形状および数値は、いずれも本技術を実施するための具体化のほんの一例に過ぎず、これらによって本技術の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。

また、上記実施の形態および実施例では、実質的に３つまたは４つのレンズからなる構成について説明したが、実質的に屈折力を有さないレンズ、または屈折力が極小なレンズをさらに備えた構成であってもよい。

上述の各構成例において、複数の輪帯３０１のそれぞれの輪帯高さＲｈは固定である必要は無く、例えば、レンズの中心に近い領域は輪帯高さＲｈを大きくすることで、視野の中心領域の輪帯数を減らした形成方法でも良い。また、複数の輪帯３０１のそれぞれにおいて輪帯ピッチＲｐを固定にし、輪帯高さＲｈを変えてもよい。他にも、複数の輪帯３０１のそれぞれにおいて輪帯高さＲｈと輪帯ピッチＲｐとがランダムであってもよい。

また、第１フレネルレンズ面Ｆｒ１および第２フレネルレンズ面Ｆｒ２は、平坦な面に形成されている必要は無く、凸面や凹面上に形成されていてもよい。

また、実施例３，４において、第１レンズＬ１および第２レンズＬ２は、標準レンズ面を形成する中央領域に対応するレンズ部分とフレネルレンズ面を形成する周辺領域に対応するレンズ部分とがそれぞれ別材料で構成されていてもよい。

また例えば、本技術は以下のような構成を取ることができる。
以下の構成の本技術によれば、互いに対向配置された第１レンズおよび第２レンズの構成を、フレネルレンズを用いて最適化するようにしたので、軽量化および全長の短縮化を図りつつ、広い視野画角と良好な収差補正とを実現可能となる。

［１］
互いに対向配置された第１レンズおよび第２レンズを備え、
前記第１レンズは、前記第２レンズと対向するレンズ面における少なくとも周辺領域に形成された第１フレネルレンズ面を有し、
前記第２レンズは、前記第１レンズと対向するレンズ面における少なくとも周辺領域に形成された第２フレネルレンズ面を有する
接眼レンズ。
［２］
像倍率をＭｖとしたとき、
Ｍｖ≧２．１ ……（１）
を満足する
上記［１］に記載の接眼レンズ。
［３］
前記第１レンズは、前記第２レンズよりもアイポイント側に配置され、
前記第１レンズの前記アイポイント側のレンズ面が、凸形状または平面形状である
上記［１］または［２］に記載の接眼レンズ。
［４］
前記第１フレネルレンズ面は、前記第１レンズの前記第２レンズと対向するレンズ面において、中心から周辺に亘って形成され、
前記第２フレネルレンズ面は、前記第２レンズの前記第１レンズと対向するレンズ面において、中心から周辺に亘って形成されている
上記［１］ないし［３］のいずれか１つに記載の接眼レンズ。
［５］
前記第１レンズは、前記第２レンズと対向するレンズ面における中央領域に形成された第１非フレネルレンズ面をさらに有し、
前記第２レンズは、前記第１レンズと対向するレンズ面における中央領域に形成された第２非フレネルレンズ面をさらに有する
上記［１］ないし［３］のいずれか１つに記載の接眼レンズ。
［６］
アイポイント側から像側に向かって順に、前記第１レンズと前記第２レンズとが配置された２群２枚構成からなる
上記［１］ないし［５］のいずれか１つに記載の接眼レンズ。
［７］
前記第１フレネルレンズ面および前記第２フレネルレンズ面はそれぞれ、
複数の輪帯を有し、
前記複数の輪帯のそれぞれの境界部分には段差面が形成され、
前記第１フレネルレンズ面および前記第２フレネルレンズ面のそれぞれにおいて、前記段差面の光軸に対する角度が１５°以上である
上記［６］に記載の接眼レンズ。
［８］
前記第１レンズおよび前記第２レンズよりも像側に配置された第３レンズ、をさらに備え、
アイポイント側から像側に向かって順に、前記第１レンズと前記第２レンズと前記第３レンズとの３群３枚構成からなる
上記［１］ないし［５］のいずれか１つに記載の接眼レンズ。
［９］
前記第１フレネルレンズ面および前記第２フレネルレンズ面はそれぞれ、
複数の輪帯を有し、
前記複数の輪帯のそれぞれの境界部分には段差面が形成され、
前記第１フレネルレンズ面および前記第２フレネルレンズ面のそれぞれにおいて、前記段差面の光軸に対する角度が２０°以上である
上記［８］に記載の接眼レンズ。
［１０］
前記第１フレネルレンズ面および前記第２フレネルレンズ面はそれぞれ、正の屈折力を有する
上記［１］ないし［９］のいずれか１つに記載の接眼レンズ。
［１１］
前記第１レンズおよび前記第２レンズの少なくとも一方は、変曲点を持つ非球面を有する
上記［１］ないし［１０］のいずれか１つに記載の接眼レンズ。
［１２］
前記第１レンズと前記第２レンズとのそれぞれのｄ線に対する屈折率をｎｄとしたとき、
ｎｄ≦１．７ ……（２）
を満足する
上記［１］ないし［１１］のいずれか１つに記載の接眼レンズ。
［１３］
前記第１フレネルレンズ面の屈折力をψ１、
前記第２フレネルレンズ面の屈折力をψ２としたとき、
ψ１≦ψ２ ……（３）
を満足する
上記［１］ないし［１２］のいずれか１つに記載の接眼レンズ。
［１４］
最もアイポイント側のレンズ面から像面までの距離をＬ’、
前記最もアイポイント側のレンズ面から、最も像側のレンズ面までの距離をｄとしたとき、
０．２＜ｄ／Ｌ’＜０．６ ……（４）
を満足する
上記［１］ないし［４］、［６］、［８］、および［１０］ないし［１３］のいずれか１つに記載の接眼レンズ。
［１５］
前記第１フレネルレンズ面の屈折力をψ１、
前記第２フレネルレンズ面の屈折力をψ２、
前記接眼レンズ全体の屈折力をψａｌｌとしたとき、
（ψ１＋ψ２）／ψａｌｌ＜０．３０ ……（５）
を満足する
上記［１］ないし［４］、［６］、［８］、および［１０］ないし［１４］のいずれか１つに記載の接眼レンズ。
［１６］
前記第１フレネルレンズ面および前記第２フレネルレンズ面はそれぞれ、複数の輪帯を有し、
前記第１フレネルレンズ面における中心から１番目の輪帯の直径をＬ１Φｒ１、
前記第１フレネルレンズ面の有効径をΦｄ１、
前記第２フレネルレンズ面における中心から１番目の輪帯の直径をＬ２Φｒ１、
前記第２フレネルレンズ面の有効径をΦｄ２としたとき、
０．１≦Ｌ１Φｒ１／Φｄ１ ……（６）
０．２≦Ｌ２Φｒ１／Φｄ２ ……（７）
を満足する
上記［１］ないし［４］、［６］、［８］、および［１０］ないし［１５］のいずれか１つに記載の接眼レンズ。
［１７］
前記第１フレネルレンズ面および前記第２フレネルレンズ面はそれぞれ、複数の輪帯を有し、
前記第１フレネルレンズ面と前記第２フレネルレンズ面とにおいて前記輪帯のピッチが互いに半周期ずつずれている
上記［１］ないし［４］、［６］、［８］、および［１０］ないし［１６］のいずれか１つに記載の接眼レンズ。
［１８］
前記第１レンズは、アイポイント側のレンズ面に形成された第３フレネルレンズ面を有する
上記［１］ないし［４］、［８］、および［１０］ないし［１７］のいずれか１つに記載の接眼レンズ。
［１９］
画像表示素子と、前記画像表示素子に表示された像を拡大する接眼レンズとを含み、
前記接眼レンズは、
互いに対向配置された第１レンズおよび第２レンズを備え、
前記第１レンズは、前記第２レンズと対向するレンズ面における少なくとも周辺領域に形成されたフレネルレンズ形状の第１フレネル面を有し、
前記第２レンズは、前記第１レンズと対向するレンズ面における少なくとも周辺領域に形成されたフレネルレンズ形状の第２フレネル面を有する
表示装置。
［２０］
前記接眼レンズのレンズ径は、前記画像表示素子のサイズよりも大きい
上記［１９］に記載の表示装置。

１００…画像表示素子、１０１…接眼レンズ、１０２…接眼光学系、２００…ヘッドマウントディスプレイ、２０１…本体部、２０２…額当て部、２０３…鼻当て部、２０４…ヘッドバンド、２０５…ヘッドフォン、２１０Ｌ…左眼表示部、２１０Ｒ…右眼表示部、Ｉｍ…虚像、Ｌ１…第１レンズ、Ｌ２…第２レンズ、Ｌ３…第３レンズ、ＳＴＯ…開口絞り、３００…フレネルレンズ、３０１…輪帯、３０２…段差面、４００…凸レンズ、５００…眼球、６００…対向部分の一部の領域、θｄ…段差面角度、θｄ（Ｌ１）…第１フレネルレンズ面における段差面角度、θｄ（Ｌ２）…第２フレネルレンズ面における段差面角度、Ｒｐ…輪帯ピッチ、Ｒｈ…輪帯高さ、Ｆｒ…フレネルレンズ面、Ｆｒ１…第１フレネルレンズ面、Ｆｒ２…第２フレネルレンズ面、Ｆｒ３…第３フレネルレンズ面、Ｅ．Ｐ．…アイポイント、Ｅ．Ｒ．…アイレリーフ、Ｚ１…光軸。

Claims (18)

1. アイポイント側から像側に向かって順に、間隔を空けて互いに対向配置された第１レンズおよび第２レンズを備え、
   前記第１レンズは、前記第２レンズと対向するレンズ面における中央領域に形成された凸形状の第１非フレネルレンズ面と、前記第２レンズと対向するレンズ面における周辺領域に形成された第１フレネルレンズ面とを有し、
   前記第２レンズは、前記第１レンズと対向するレンズ面における中央領域に形成された凸形状の第２非フレネルレンズ面と、前記第１レンズと対向するレンズ面における周辺領域に形成された第２フレネルレンズ面とを有し、
   前記第２レンズの前記中央領域の有効径は、前記第１レンズの前記中央領域の有効径よりも大きく、
   前記第１レンズの前記中央領域の有効径および前記第２レンズの前記中央領域の有効径は、瞳中心が光軸上にある状態で、瞳に３５°の角度で入射する光束が通過できる有効範囲となっている
   接眼レンズ。
2. 像倍率をＭｖとしたとき、
   Ｍｖ≧２．１ ……（１）
   を満足する
   請求項１に記載の接眼レンズ。
3. 前記第１レンズは、前記第２レンズよりもアイポイント側に配置され、
   前記第１レンズの前記アイポイント側のレンズ面が、凸形状である
   請求項１に記載の接眼レンズ。
4. 前記第１フレネルレンズ面および前記第２フレネルレンズ面はそれぞれ、高さが一定の複数の輪帯を有し、
   前記複数の輪帯の高さは２０μｍ以上４００μｍ以下である
   請求項１に記載の接眼レンズ。
5. アイポイント側から像側に向かって順に、前記第１レンズと前記第２レンズとが配置された２群２枚構成からなる
   請求項１に記載の接眼レンズ。
6. 前記第１フレネルレンズ面および前記第２フレネルレンズ面はそれぞれ、
   複数の輪帯を有し、
   前記複数の輪帯のそれぞれの境界部分には段差面が形成され、
   前記第１フレネルレンズ面および前記第２フレネルレンズ面のそれぞれにおいて、前記段差面の光軸に対する角度が１５°以上である
   請求項５に記載の接眼レンズ。
7. 前記第１レンズおよび前記第２レンズよりも像側に配置された第３レンズ、をさらに備え、
   アイポイント側から像側に向かって順に、前記第１レンズと前記第２レンズと前記第３レンズとの３群３枚構成からなる
   請求項１に記載の接眼レンズ。
8. 前記第１フレネルレンズ面および前記第２フレネルレンズ面はそれぞれ、
   複数の輪帯を有し、
   前記複数の輪帯のそれぞれの境界部分には段差面が形成され、
   前記第１フレネルレンズ面および前記第２フレネルレンズ面のそれぞれにおいて、前記段差面の光軸に対する角度が２０°以上である
   請求項７に記載の接眼レンズ。
9. 前記第１フレネルレンズ面および前記第２フレネルレンズ面はそれぞれ、正の屈折力を有する
   請求項１に記載の接眼レンズ。
10. 前記第１レンズおよび前記第２レンズの少なくとも一方は、変曲点を持つ非球面を有する
    請求項１に記載の接眼レンズ。
11. 前記第１レンズと前記第２レンズとのそれぞれのｄ線に対する屈折率をｎｄとしたとき、
    ｎｄ≦１．７ ……（２）
    を満足する
    請求項１に記載の接眼レンズ。
12. 前記第１フレネルレンズ面の屈折力をψ１、
    前記第２フレネルレンズ面の屈折力をψ２としたとき、
    ψ１≦ψ２ ……（３）
    を満足する
    請求項１に記載の接眼レンズ。
13. 互いに対向配置された第１レンズおよび第２レンズを備え、
    前記第１レンズは、前記第２レンズと対向するレンズ面において中心から周辺に亘って形成された第１フレネルレンズ面を有し、
    前記第２レンズは、前記第１レンズと対向するレンズ面において中心から周辺に亘って形成された第２フレネルレンズ面を有し、
    前記第１フレネルレンズ面および前記第２フレネルレンズ面はそれぞれ、高さが一定の複数の輪帯を有し、
    前記複数の輪帯の高さは２０μｍ以上４００μｍ以下であり、
    前記第１フレネルレンズ面と前記第２フレネルレンズ面とにおいて前記輪帯のピッチが互いに半周期ずつずれており、
    最もアイポイント側のレンズ面から像面までの距離をＬ’、
    前記最もアイポイント側のレンズ面から、最も像側のレンズ面までの距離をｄとしたとき、
    ０．２＜ｄ／Ｌ’＜０．６ ……（４）
    を満足する
    接眼レンズ。
14. 前記第１フレネルレンズ面の屈折力をψ１、
    前記第２フレネルレンズ面の屈折力をψ２、
    前記接眼レンズ全体の屈折力をψａｌｌとしたとき、
    （ψ１＋ψ２）／ψａｌｌ＜０．３０ ……（５）
    を満足する
    請求項１３に記載の接眼レンズ。
15. 前記第１フレネルレンズ面および前記第２フレネルレンズ面はそれぞれ、複数の輪帯を有し、
    前記第１フレネルレンズ面における中心から１番目の輪帯の直径をＬ１Φｒ１、
    前記第１フレネルレンズ面の有効径をΦｄ１、
    前記第２フレネルレンズ面における中心から１番目の輪帯の直径をＬ２Φｒ１、
    前記第２フレネルレンズ面の有効径をΦｄ２としたとき、
    ０．１≦Ｌ１Φｒ１／Φｄ１ ……（６）
    ０．２≦Ｌ２Φｒ１／Φｄ２ ……（７）
    を満足する
    請求項１３に記載の接眼レンズ。
16. 前記第１レンズは、アイポイント側のレンズ面に形成された第３フレネルレンズ面を有する
    請求項１３に記載の接眼レンズ。
17. 画像表示素子と、前記画像表示素子に表示された像を拡大する接眼レンズとを含み、
    前記接眼レンズが、前記請求項１ないし１６のいずれか１つに記載の接眼レンズによって構成されている
    表示装置。
18. 前記接眼レンズのレンズ径は、前記画像表示素子のサイズよりも大きい
    請求項１７に記載の表示装置。

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