(57)【要約】【課題】アイボックスが広く、輝度が略均一な映像を表示可能な映像表示装置を提供する。【解決手段】すなわち、映像を表示する映像表示装置において、映像光を投影する映像投影部と、映像光を複製する映像光複製部と、映像光が内部を伝達する導光部とを備え、前記映像光複製部は、前記映像投影部が出射した前記映像光を前記導光部に伝達し、前記導光部は、入射した前記映像光をその内部を伝達させて出力し、前記映像光複製部は、前記導光部から出力される映像光の輝度分布が均一になるように前記映像光複製部に入射した前記映像光を複製する。【選択図】図８
2020101717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像を表示する映像表示装置において、
映像光を投影する映像投影部と、
映像光を複製する映像光複製部と、
映像光が内部を伝達する導光部とを備え、
前記映像光複製部は、前記映像投影部が出射した前記映像光を前記導光部に伝達し、
前記導光部は、入射した前記映像光をその内部を伝達させて出力し、
前記映像光複製部は、前記導光部から出力される映像光の輝度分布が均一になるように前記映像光複製部に入射した前記映像光を複製することを特徴とする映像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の映像表示装置において、
前記映像光複製部は、少なくとも一部の光を反射する互いに略平行な２以上の部分反射面を有し、入射した前記映像光を複製して２以上の映像光を出力し、
隣接する前記部分反射面の間の距離の少なくとも一つは、前記映像光が前記映像投影部から出射する直前に反射、透過又は屈折する最終光学素子の外形サイズより小さいか又は等しいことを特徴とする映像表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の映像表示装置において、
前記映像投影部は、前記最終光学素子を含む投射レンズを有することを特徴とする映像表示装置。
【請求項４】
請求項３に記載の映像表示装置において、
隣接する前記部分反射面の間の距離の少なくとも一つは、前記投射レンズの射出瞳直径より小さいか又は等しいことを特徴とする映像表示装置。
【請求項５】
請求項２に記載の映像表示装置において、
Ｎを２以上の整数として、前記部分反射面の数をＮ個とし、
前記映像光が最後に反射又は透過する前記部分反射面を第Ｎの部分反射面とし、
前記第Ｎの部分反射面との間の距離が離れている前記部分反射面から順に、第１から第Ｎ−１の部分反射面とし、
前記映像光は、第１の部分反射面から第Ｎ−１の部分反射面の少なくとも一つで最初に反射する位置に入射し、第２の部分反射面から第Ｎの部分反射面の少なくとも二つの位置から出射するように前記部分反射面を配置することを特徴とする映像表示装置。
【請求項６】
請求項５に記載の映像表示装置において、
前記映像光は、前記第２の部分反射面で反射又は透過する前に、前記第１の部分反射面で反射又は透過するように前記部分反射面を配置することを特徴とする映像表示装置。
【請求項７】
請求項５に記載の映像表示装置において、
前記映像光の少なくとも一部は、前記第１の部分反射面で反射及び透過することなく、前記第２の部分反射面で反射又は透過するように前記部分反射面を配置することを特徴とする映像表示装置。
【請求項８】
請求項５に記載の映像表示装置において、
ｋが２以上Ｎ未満の整数である場合に、少なくとも一つの第ｋの部分反射面と第ｋ＋１の部分反射面との間の距離は、第ｋ−１の部分反射面と第ｋの部分反射面との間の距離より小さいことを特徴とする映像表示装置。
【請求項９】
請求項８に記載の映像表示装置において、
全ての第ｋの部分反射面と第ｋ＋１の部分反射面との間の距離は、第ｋ−１の部分反射面と第ｋの部分反射面との間の距離より小さいことを特徴とする映像表示装置。
【請求項１０】
請求項２に記載の映像表示装置において、
Ｎを２以上の整数として、前記部分反射面の数をＮ個とし、
前記映像光が最後に反射又は透過する前記部分反射面である第Ｎの部分反射面とし、
前記第Ｎの部分反射面との間の距離が離れている前記部分反射面から順に、第１から第Ｎ−１の部分反射面とし、
ｍが２以上Ｎ未満の整数である場合に、少なくとも一つの第ｍの部分反射面の反射率は、第ｍ＋１の部分反射面の反射率より小さいことを特徴とする映像表示装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の映像表示装置において、
全ての第ｍの部分反射面の反射率は、第ｍ＋１の部分反射面の反射率より小さいことを特徴とする映像表示装置。
【請求項１２】
請求項３に記載の映像表示装置において、
前記最終光学素子から前記投射レンズの射出瞳までの間の距離は、前記最終光学素子から前記映像光が前記映像光複製部に入射する入射面までの距離より長いことを特徴とする映像表示装置。
【請求項１３】
請求項２に記載の映像表示装置において、
前記導光部は、
前記映像光複製部から出力された映像光が入力される光入力部と、
少なくとも一部の光を反射し、少なくとも一部の光を透過し、互いに略並行に設けられる複数のビームスプリッタ面と、
内部を伝達した映像光が出力される光出力部とを有し、
前記光出力部は、前記映像光が全反射する前記導光部の表面のいずれかに設けられることを特徴とする映像表示装置。
【請求項１４】
映像表示システムであって、
請求項１から１３のいずれか一つに記載の映像表示装置と、
前記映像投影部が映像光を投影するための投影映像信号を生成する画像信号処理部とを備えることを特徴とする映像表示システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の映像表示システムにおいて、
前記画像信号処理部は、映像光複製部又は導光部の少なくとも一つの光学特性を補償するように変換された画像を出力することを特徴とする映像表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は映像表示装置及び映像表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
映像生成装置が生成した映像を利用者に提示するヘッドマウントディスプレイなどの映像表示システムが知られている。例えば、特許文献１には、光を透過させる基板、内部反射全体によって前記基板へ光を連結させる光学手段、及び前記基板に所有される複数の部分反射面を含み、前記部分反射面は、互いに平行であり、前記基板の任意の縁に対して平行ではないことを特徴とする光学デバイスが開示されている（請求項１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開２００３／０１６５０１７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された光学デバイスは、特許文献１のＦｉｇ．１７のように光線を分割するビームスプリッターを備えることで、基板から出射する光の光束の幅を大きくでき、利用者の目が移動しても映像を見られる領域であるアイボックスを拡大できる。しかしながら、ビームスプリッタで分割された光束の間隔と、分割前の光束径の関係は考慮されておらず、利用者の目に届く映像の一部が暗くなり、表示映像に輝度ムラが発生することがある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、本発明の目的は、アイボックスが広く、輝度が均一な映像が表示可能な導光板方式の映像表示装置及び映像表示システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、映像を表示する映像表示装置において、映像光を投影する映像投影部と、映像光を複製する映像光複製部と、映像光が内部を伝達する導光部とを備え、前記映像光複製部は、前記映像投影部が出射した前記映像光を前記導光部に伝達し、前記導光部は、入射した前記映像光をその内部を伝達させて出力し、前記映像光複製部は、前記導光部から出力される映像光の輝度分布が均一になるように前記映像光複製部に入射した前記映像光を複製することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、アイボックスが広く、輝度が略均一な映像を表示可能な導光板方式の映像表示装置及び映像表示システムを提供できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１の映像表示システムの機能ブロックの一例を示す図である。
【図２】実施例１の映像表示装置の機能ブロックの一例を示す図である。
【図３】実施例１の映像投影部の構成例を示す図である。
【図４】実施例１の映像投影部の別の構成例を示す図である。
【図５】実施例１の導光板の概念図である。
【図６】実施例１の導光板の構成例を示す図である。
【図７】実施例１の導光板の構成例を示す図である。
【図８】実施例１の映像表示装置の構成例を示す図である。
【図９】実施例１の瞳拡大プリズムの構成例を示す図である。
【図１０】実施例１の投射光学部の構成例を示す図である。
【図１１】実施例１の投射光学部と映像光複製部との位置関係の一例を示す図である。
【図１２】実施例１の投射光学部と映像光複製部との位置関係の一例を示す図である。
【図１３】実施例１の瞳拡大プリズムの構成例を示す図である。
【図１４】実施例２の映像表示装置の構成例を示す図である。
【図１５】実施例２の瞳拡大プリズムの構成例を示す図である。
【図１６】実施例３の瞳拡大プリズムの構成例を示す図である。
【図１７】実施例３の映像表示装置の構成例を示す図である。
【図１８】実施例４の映像表示装置の構成例を示す図である。
【図１９】実施例４の瞳拡大プリズムの別の一例を示す図である。
【図２０】実施例５の映像表示装置の構成例を示す図である。
【図２１】実施例５の瞳拡大プリズムの構成例を示す図である。
【図２２】実施例６の映像表示装置の構成例を示す図である。
【図２３】実施例１の映像表示装置を有する映像表示システムを示す図である。
【図２４】実施例７の映像表示装置の構成例を示す図である。
【図２５】実施例１の特性補償のための画像変換の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明は、本発明の一実施形態を説明するためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。従って、当業者であればこれらの各要素又は全要素をこれと同等なものに置換した実施形態を採用することが可能であり、これらの実施形態も本発明の範囲に含まれる。
【００１０】
［実施例１］
図１は、本実施例の映像表示システム１００の機能ブロックの一例を示す図である。
【００１１】
映像表示システム１００は、例えばヘッドマウントディスプレイやヘッドアップディスプレイ等、映像を表示する機能を有するシステムである。映像表示システム１００は、映像表示装置１０１と、コントローラー１０２と、画像信号処理部１０４と、電力供給部１０５と、記憶媒体１０６と、センシング部１０７と、センサ入出力部１０８と、通信部１０９と、通信入出力部１１０と、音声処理部１１１と、音声入出力部１１２とを有する。
【００１２】
映像表示装置１０１は、映像を生成して映像表示システム１００の利用者に映像を表示する装置であり、詳細は後述する。
【００１３】
コントローラー１０２は、映像表示システム１００全体を統括的に制御する。コントローラー１０２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の中央演算装置がその機能を実現する。画像信号処理部１０４は、映像表示システム１００が表示する映像の画像信号を生成する。電力供給部１０５は、映像表示システム１００に対して電力を供給する電源装置又はバッテリである。
【００１４】
記憶媒体１０６は、映像表示システム１００や映像表示装置１０１の有する処理部の処理に必要な情報や、生成された情報を記憶する。記憶媒体１０６は、ＲＡＭ（Random Access Memory）又はフラッシュメモリ等の記憶装置であり、プログラムやデータが一時的に読み出される記憶エリアとして機能する。記憶媒体１０６は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）や、ＣＤ-Ｒ（Compact Disc- Recordable）、ＤＶＤ-ＲＡＭ（Digital Versatile Disk-Random Access Memory）、及びＳＳＤ（solid state drive）等の書き込み及び読み出し可能な記憶メディア及び記憶メディア駆動装置等を含んでもよい。なお、コントローラー１０２は、記憶媒体１０６上に読み出されたプログラムに従って動作するＣＰＵにより処理を行う。なお、一部又は全部の処理を他の演算装置（例えば、ＦＰＧＡ（Field Programable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのハードウェア）で実行してもよい。
【００１５】
センシング部１０７は、センサを用いて周囲の状況を検知する。センシング部１０７は、例えば周囲の明るさを検出する照度センサ、ユーザの体勢、向き、動き等を検出する傾斜センサや加速度センサ、ユーザの身体状況を検出する視線センサや温度センサ、ユーザの位置情報を検出するＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）センサ、感圧センサ、静電容量センサ、バーコードリーダー等のセンサからセンサ入出力部１０８に入力された信号を用いて状況を検知する。
【００１６】
通信部１０９は、通信入出力部１１０を介して図示しないネットワークと接続する。通信部１０９は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、ＵＨＦ（Ultra High Frequency）、又はＶＨＦ（Very High Frequency）等の近距離や遠距離の無線通信又は有線通信により、図示しない情報処理端末と通信する。音声処理部１１１は、マイクやイヤホン等の音声入出力部１１２を用いて、音声の入力を受け付け、又は音声を出力する。
【００１７】
なお、本実施例の映像表示システム１００は映像を表示する機能を有せばよく、センシング部１０７、通信部１０９及び音声処理部１１１は必ずしも有さなくてもよい。
【００１８】
図２は、本実施例の映像表示装置１０１の機能ブロックの一例を示す図である。
【００１９】
映像表示装置１０１は、映像投影部２００と、映像光複製部２１０と、導光部２３０とを有する。映像投影部２００は、映像生成装置を有しており、映像表示装置１０１が表示する映像となる映像光を生成し、映像光複製部２１０に出力する。映像光複製部２１０は、映像投影部２００から出力された映像光を導光部２３０に伝達する。導光部２３０は導光板２２０を有している。導光板２２０は、入射した映像光を内表面の全反射により内部を伝達させ、出力する。映像光複製部２１０は、入射した映像光の画角（角度で表した映像の大きさ）を略維持しながら、導光板２２０が出力する映像光の出力分布を均一化するように映像光の光線を複製し、少なくとも二つ以上の映像光を出力する。
【００２０】
図２３（ａ）は、本実施例の映像表示装置１０１を有する映像表示システム１００を示す図である。図２３（ａ）に示す映像表示システム１００は、利用者７００が自身の頭部に装着して利用可能なヘッドマウントディスプレイ（スマートグラスとも称する）である。
【００２１】
図２３（ｂ）は、映像表示システム１００の概略の構成を示す図である。図２３（ｂ）に示す映像表示システム１００は、保持部７１０と、右目用の映像表示装置１０１Ｒと、左目用の映像表示装置１０１Ｌとをゆうする。右目用の映像表示装置１０１Ｒは、右目用の映像投影部２００Ｒと、右目用の映像光複製部２１０Ｒと、右目用の導光部２３０Ｒとを有し、左目用の映像表示装置１０１Ｒは、左目用の映像投影部２００Ｌと、左目用の映像光複製部２１０Ｌと、左目用の導光部２３０Ｒとを有する。保持部７１０は、右目用及び左目用の映像表示装置１０１の構成部品の全て又は一部を保持するための筐体である。利用者７００は、保持部７１０を頭部に装着して、右目用及び左目用の映像表示装置１０１Ｒ及び１０１Ｌが表示する映像を、利用者の目１２０Ｒ（右目）及び１２０Ｌ（左目）の少なくとも一つにより知覚することで、映像表示装置１０１が表示する映像を視認できる。
【００２２】
図３（ａ）は、映像投影部２００の一例を示す図である。映像投影部２００は、光源部２０１と、照明光学部２０２と、パネル部２０３と、投射光学部２０４とを有する。
【００２３】
光源部２０１は、映像表示装置１０１が映像を出力するための光を放出する。光源部２０１が出射した光は、照明光学部２０２を経て、パネル部２０３に入射する。照明光学部２０２は光源部２０１からの光でパネル部２０３を照明するための光学系である。パネル部２０３は、映像信号に基づいて、光源部２０１から入射した光を変調し、映像を生成する。パネル部２０３が出射した光は、投射光学部２０４に入射する。投射光学部２０４は、パネル部２０３から入射した光を投影する。映像投影部２００は、投射光学部２０４が投影した光を映像光として出力する。
【００２４】
光源部２０１は、例えば、緑色の光を出力する光源２０５Ｇと、赤色の光と青色の光を出力する光源２０５ＲＢと、集光レンズ２０６Ｇ、２０６ＲＢと、ダイクロイックミラー２０７とを有する。光源２０５Ｇ、２０５ＲＢが出射した光は、それぞれ集光レンズ２０６Ｇ、２０６ＲＢにより略平行光となり、ダイクロイックミラー２０７により合波される。ダイクロイックミラー２０７は、出射する赤色と緑色と青色の光の光軸が略平行となるように構成されている。
【００２５】
図３（ｂ）は光源部２０１の別の構成例を示す図である。図３（ｂ）に示す光源部２０１は、赤色の光を出力する光源２０５Ｒと、緑色の光を出力する光源２０５Ｇと、青色の光を出力する光源２０５Ｂと、集光レンズ２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂと、クロスプリズム２０９とを有する。各光源２０５Ｒ、２０５Ｇ、２０５Ｂが出射した光は、それぞれ集光レンズ２０６Ｒ、２０６Ｇ、２０６Ｂにより略平行光となり、クロスプリズム２０９により合波される。
【００２６】
別の光源部２０１として、赤色の光と緑色の光と青色の光を出力する光源を利用してもよい。この場合、例えばライトトンネルや又はインテグレータによって赤色と緑色と青色の光を合成可能である。
【００２７】
照明光学部２０２は、例えばマイクロレンズアレイ２０８Ａとレンズ２０８Ｂとを有する。照明光学部２０２に入射した光は、マイクロレンズアレイ２０８Ａ及びレンズ２０８Ｂを透過する。マイクロレンズアレイ２０８Ａの各入射セルは、パネル部２０３を構成するパネル上で出射光が結像するように構成されている。これによりパネルを略均一な照度分布で照明できる。
【００２８】
パネル部２０３を構成するパネルとしては、例えば透過型又は反射型の液晶パネルや、ミラー付きのＭＥＭＳ（Micro-Electro Mechanical Systems）がアレイ上に並んだ素子を利用できる。
【００２９】
投射光学部２０４は、例えば、１枚、又は複数枚のレンズ又は曲面ミラーからなる投射レンズを有する。
【００３０】
映像投影部２００は、光源部２０１と、パネル部２０３とを同期して駆動することで、映像光を生成できる。例えば、表示する映像の画像データは赤色用のデータ及び緑色用のデータ及び青色用のデータで構成されており、パネルが赤色用のデータを表示している期間中は赤色の光源のみを点灯させ、パネルが緑色用のデータを表示している期間中は緑色の光源のみを点灯させ、パネルが青色用のデータを表示している期間中は青色の光源のみを点灯させることにより、フィールドシーケンシャル方式によりフルカラーの映像を表示である。また、パネルで赤色用のデータを表示している期間中に緑色又は青色の光源の少なくとも一つを点灯させたり、パネルで緑色用のデータを表示している期間中に赤色又は青色の光源の少なくとも一つを点灯させたり、パネルで青色用のデータを表示している期間中に赤色又は緑色の光源の少なくとも一つを点灯させたりすることにより、映像表示装置１０１が表示する映像の明るさを高くできる。
【００３１】
また、センサ入出力部１０８に入力された照度センサが検出した周囲の明るさに応じて、映像表示装置１０１が表示する映像の明るさを変更してもよい。
【００３２】
前述した光源部２０１は、赤色と緑色と青色の光源を有するが、本実施例はこれに限られない。光源は赤色と緑色と青色以外の色の光を放出するものでもよい。これにより、映像投影部２００が表示可能な色再現範囲を増大できる。また、光源は、表示可能な色再現範囲を限定して、２種類の色の光を放出したり、１種類の色の光を放出するものでもよい。これにより、映像投影部２００を小型かつ安価にできる。
【００３３】
図４（ａ）は、映像投影部２００の別の一例であるファイバ走査型プロジェクターの構成例を示す図である。ファイバ走査型プロジェクターは、光源部９００と、光ファイバ９０１と、ファイバ走査素子９０２と、コリメートレンズ９０３とを有する。光源部９００は、例えばレーザー光を出力する。光源部９００が出力した光は光ファイバ９０１の内部を伝達し、光ファイバ９０１の端面９０４から出射する。光ファイバ９０１が出射した光は、コリメートレンズ９０３によりコリメートされ、指向性を有する光となる。光ファイバ９０１にはファイバ走査素子９０２が取り付けられており、ファイバ走査素子９０２は端面９０４を動かして、光ファイバ９０１からの出射光を走査する。光源部９００が出力する光の強度と、ファイバ走査素子９０２による端面９０４の動きとを、映像信号に同期することによって、ファイバ走査型プロジェクターが映像を投影できる。
【００３４】
図４（ｂ）は、映像投影部２００の別の一例である走査ミラーによる光走査型プロジェクターの構成例を示す図である。走査ミラーによる光走査型プロジェクターは、光源部９００と、走査素子９１１とを有する。また、走査素子９１１はミラーを有する。光源部９００から出力された指向性がある光は走査素子９１１のミラーに入射し、反射する。走査素子９１１はミラーを動かして反射光を走査する。光源部９００が出力する光の強度と、走査素子９１１の動きとを、映像信号に同期することによって、光走査型プロジェクターが映像を投影できる。
【００３５】
図５は、導光板２２０の概念図である。
【００３６】
導光板２２０は、光入力部２２１と光出力部２２２とを有する。映像光複製部２１０が出射した映像光は、導光板２２０の光入力部２２１から導光板２２０の内部に入射し、導光板２２０の内面反射面２２３及び２２４における全反射により、導光板２２０の内部を伝達する。導光板２２０は光入力部２２１より範囲が広い光出力部２２２から光を出射する機能、すなわち瞳を拡大する機能を有しており、光入力部２２１から導光板２２０に入射した映像光を複数に複製して、光出力部２２２から出力する。導光板２２０の光出力部２２２から出力された映像光の一部は、利用者の目１２０に入射する。利用者は目１２０に入射した光を知覚することで、映像表示装置１０１が表示する映像を視認できる。
【００３７】
図６（ａ）は導光板２２０の一例である導光板８０１を示す図である。また、図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、それぞれ図６（ａ）に示す導光板８０１の正面図、平面図及び側面図である。導光板８０１は六面体で構成されており、入射面１１と、終端面１２と、第１の内面反射面１３と、第２の内面反射面１４と、上面１５と、下面１６とを有する。第１の内面反射面１３と第２の内面反射面１４とは、互いに略平行である。
【００３８】
図６（ａ）に示す導光板８０１は、内部にＮ枚のビームスプリッタ面１７を有する。ここで、Ｎは１以上の整数である。Ｎ枚のビームスプリッタ面１７は、互いに略平行である。
【００３９】
入射面１１は、光が導光板８０１に入射する面であり、光入力部２２１として機能する。第１の内面反射面１３及び第２の内面反射面１４は、入射面１１から導光板８０１に入射した光を全反射によって導光板８０１の内部を導光する。
【００４０】
第１の内面反射面１３及び第２の内面反射面１４で全反射して導光板１の内部を伝搬した光は、Ｎ枚のビームスプリッタ面１７に入射する。ビームスプリッタ面１７は、入射した光の一部を反射して、第２の内面反射面１４を垂直に透過することによって導光板８０１の外部に光を出射し、その他の光を透過する。第２の内面反射面１４は光出力部２２２として機能する。
【００４１】
Ｎ枚のビームスプリッタ面１７と終端面１２とは、互いに略平行となるように導光板８０１を構成してもよい。これにより、導光板８０１の製造工程を低減でき、コストを低減できる。
【００４２】
また、入射面１１と第１の内面反射面１３がなす角は、Ｎ枚のビームスプリッタ面１７と第１の内面反射面１３がなす角の略２倍となるように構成するとよい。これにより、第２の内面反射面１４から出射する映像光の画角（角度で表した映像の大きさ）を、入射面１１から導光板８０１に入射する映像光の画角（角度で表した映像の大きさ）と略同一にできる。
【００４３】
図６（ｂ）は導光板２２０の別の構成例を示す図である。図６（ｂ）に示す導光板８１１は、複数の回折領域８１２、８１３を有する。回折領域８１２はｚ軸に略平行な方向の回折構造を有する。回折領域８１３は、ｘｚ平面において、ｘ軸から反時計回りに略＋６０度と、略−６０度の二つの方向の回折構造を有する。回折領域８１２の回折構造のピッチと、回折領域８１３の二つの方向の回折構造のピッチとは、互いに全て略等しい。
【００４４】
光入力部２２１である回折領域８１２に入射した映像光は回折して、導光板８１１の内部に取り込まれ、導光板８１１の内部を全反射しながら導光し、光出力部２２２に対応する回折領域８１３に到達する。回折領域８１３は二つの方向の回折構造を有するが、導光板８１１の内部で全反射導光する過程で、回折領域８１３が有する二つの方向の回折構造の其々で１回ずつ回折して、導光板８１１から映像光が出射する。
【００４５】
図６（ｃ）は導光板２２０の別の一例を示す図である。図６（ｃ）に示す導光板８２１は、複数の回折領域８２２、８２３、８２４を有する。回折領域８２２はｘ軸に略平行な方向の回折構造を有する。回折領域８２３は、ｘｚ平面内でｚ＝−ｘの直線と略平行な方向の回折構造を有する。回折領域８２４は、ｚ軸に略平行な方向の回折構造を有する。回折領域８２２の回折構造のピッチと回折領域８２４の回折構造のピッチとは互いに略等しく、回折領域８２３の回折構造のピッチは、回折領域８２２の回折構造のピッチを２の平方根で除した値に略等しい。
【００４６】
光入力部２２１である回折領域８２２に入射した映像光は回折して、導光板８２１の内部に取り込まれ、導光板８２１の内部を全反射導光する。全反射導光する過程で映像光は回折領域８２３に到達するごとに一部の光が回折し、進行方向を変え、導光板８２１の内部を全反射導光する。さらに光出力部２２２に対応する回折領域８２４に到達するごとに一部の光が回折し、光線が複製され、導光板８２１から出射する。
【００４７】
図８は、実施例１の映像表示装置１０１の一例を示す図であり、上側に導光板８０１の正面側から見た図を、下側に導光板８０１の上側から見た図を示す。映像光複製部２１０は、瞳拡大プリズム３００を有し、導光板２２０として図６（ａ）に示す導光板８０１を有する。
【００４８】
図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ）は、それぞれ瞳拡大プリズム３００の正面図、平面図及び側面図である。瞳拡大プリズム３００の外形は、正面図である図９（ａ）において長方形であり、平面図である図９（ｂ）において平行四辺形であり、側面図である図９（ｃ）において長方形である。つまり瞳拡大プリズム３００の外形は、向かい合う二つの面が平行四辺形で、他の四つの面が長方形である平行六面体の形状を有する。なお、長方形のうち、四つの辺の長さが全て等しい図形を特に正方形と呼ぶが、本発明において正方形は長方形の一形態として説明をする。
【００４９】
平行六面体の形状を有する瞳拡大プリズム３００は、入射面３１０と、出射面３１１と、側面３１２、３１３と、反射側面３１４、３１５の６つの面を有する。入射面３１０と出射面３１１とは互いに略平行であり、側面３１２と側面３１３とは互いに略平行であり、反射側面３１４と反射側面３１５とが互いに略平行である。
【００５０】
瞳拡大プリズム３００は、Ｎ枚の部分反射面３２０を有する。ここでＮは２以上の整数である。Ｎ枚の部分反射面３２０は、互いに略平行である。また、Ｎ枚の部分反射面３２０のうち２枚は、反射側面３１４及び３１５である。例えば、図９に示すように、１枚以上（図では３枚）の中間の部分反射面３２０を設けて、第１の部分反射面（反射側面）３１４と第Ｎの部分反射面（反射側面）３１５と合わせて３枚以上の部分反射面を設けるとよい。なお、図９（ｆ）に示すように、中間の部分反射面３２０を設けずに、第１の部分反射面（反射側面）３１４の反射率を１００％未満にして、第１の部分反射面（反射側面）３１４と第Ｎの部分反射面（反射側面）３１５とで２枚の部分反射面で構成してもよい。
【００５１】
映像投影部２００が出射した映像光は、瞳拡大プリズム３００に入射面３１０から入射する。瞳拡大プリズム３００は透明度が高い媒質で構成されており、入射面３１０から入射した光は、瞳拡大プリズム３００の内部を伝搬する。瞳拡大プリズム３００の材質は、例えばガラスでも樹脂でもよい。また、映像が多重に表示されることを防ぐため、瞳拡大プリズム３００の材質は複屈折性を有さないか少ないとよい。
【００５２】
瞳拡大プリズム３００に入射した映像光は、瞳拡大プリズム３００の内部を伝搬する。映像投影部２００が出射した映像光の主光線は、瞳拡大プリズム３００の６つの面のうち互いに略平行な二つの面の間で全反射せずに導光するように構成するとよい。映像光の主光線が互いに略平行な二つの面の間で全反射して導光すると、映像が反転したり、面の平面度の不完全性により映像の解像度が低下する場合があり、本構成によって映像の解像度低下を防ぐことができる。
【００５３】
入射面３１０から瞳拡大プリズム３００に入射した光は、まず反射側面３１４に入射する。前述したように、反射側面３１４はＮ枚の部分反射面３２０の一つであり、以下では第１の部分反射面３１４と称する。また、第１の部分反射面３１４以外の部分反射面３２０のうち、第１の部分反射面３１４に近いものから順番に、第２から第Ｎの部分反射面３１５と称する。なお、第Ｎの部分反射面３１５は反射側面３１５である。
【００５４】
部分反射面３２０は、少なくとも一部の光を反射するように構成されている。特に、第２から第Ｎの部分反射面３１５は、少なくとも一部の光を反射し、少なくとも一部の光を透過する。また好適には、第１の部分反射面３１４及び第Ｎの部分反射面３１５は反射率が略１００％であるとよい。これにより、光利用効率を高めることができる。
【００５５】
第１の部分反射面３１４に入射した光の少なくとも一部は、第１の部分反射面３１４で反射し、瞳拡大プリズム３００の内部を伝搬する。第１の部分反射面３１４で反射した光は第２の部分反射面３２０に入射する。ｋを２以上Ｎ未満の整数として、第ｋの部分反射面に入射した光の一部は第ｋの部分反射面を透過して、第ｋ＋１の部分反射面に入射する。また、第ｋの部分反射面に入射した光の一部は第ｋの部分反射面で反射して、出射面３１１から出射する。つまり、ｋを１以上Ｎ未満の整数として、第ｋ＋１の部分反射面に入射する映像光は、第ｋ＋１の部分反射面に入射する前に、第ｋの部分反射面で反射又は透過している。特に、正面図である図９（ａ）において、瞳拡大プリズム３００に入射する入射光３１６は、第１の部分反射面３１４と入射面３１０の交線である交線Ｂ１１と第２の部分反射面と入射面３１０の交線である交線Ｂ１２との間に入射する。映像光複製部２１０では、瞳拡大プリズム３００が入射光３１６を少なくとも二つ以上に複製し、複製された映像光は出射面３１１から複数映像光として出力される。
【００５６】
瞳拡大プリズム３００の平面図である図９（ｂ）において、ｋを１以上Ｎ以下の整数とした場合に、第ｋの部分反射面３２０と入射面３１０との交点を点Ａ１ｋとする。また、ｋを１以上Ｎ−１以下の整数とした場合に、第ｋの部分反射面と第ｋ＋１の部分反射面の間の距離（すなわち、点Ａ１ｋと点Ａ１（ｋ＋１）との間の距離）をＬ１ｋと定義する。また、映像投影部２００が有する光学素子の中で、映像光が映像投影部２００を出射する直前に反射、透過又は屈折する光学素子を最終光学素子と称する。
【００５７】
このとき、部分反射面３２０の間の距離Ｌ１ｋの少なくとも一つは、最終光学素子の外形サイズより小さいか又は略等しくなるように映像投影部２００及び映像光複製部２１０を構成する。好適には、ｋを１以上Ｎ−１以下の整数とした場合に、全てのＬ１ｋが最終光学素子の外形サイズより小さいか又は略等しくなるように映像投影部２００及び映像光複製部２１０を構成するとよい。このように構成することによって、映像光複製部２１０が出射した複数映像光の光束は、映像光複製部２１０に入射した映像光の光束より大きくなる。また、各部分反射面３２０で反射し、映像光複製部２１０が出射した複数映像光の少なくとも一部が重なる。
【００５８】
少なくとも一部が重なり、光束が大きくなった複数映像光は導光板２２０に入射し、導光板２２０の内部を全反射によって導光した後、導光板２２０の光出力部２２２から出射する。利用者は導光板２２０が出射した光の一部を利用者の目１２０に取り込み、映像光を知覚することで映像を視認する。このとき、映像光複製部２１０から出射する映像光の間に隙間があると、導光板２２０の光出力部２２２から出射する映像光の間にも隙間があるようになり、該隙間の付近から利用者が映像を見ると、該隙間に起因して映像の少なくとも一部が見えなくなり、利用者は映像の一部が顕著に暗い映像を視認することになる。しかしながら、本実施例によれば、映像光複製部２１０が出射した複数映像光の少なくとも一部が重なるため、利用者が視認する映像の一部が顕著に暗くならず、利用者は略均一の輝度の映像を視認できる。均一とは、例えば利用者が視認する映像の輝度分布において、隣接する極大値と極小値の比率は、１／２以上であることであり、この範囲であれば利用者は画像の輝度を違和感なく均一であると認識できる。
【００５９】
また、映像光複製部２１０が映像光を複製することによって、利用者の目が映像を視認可能な範囲であるアイボックスを拡大できる。さらに、映像光複製部２１０が出射した複数映像光の少なくとも一部が重なるため、利用者の目がアイボックス内で移動した場合でも、利用者は略均一の輝度の映像を視認できる。
【００６０】
瞳拡大プリズム３００の出射光の図８におけるｙ軸方向の強度分布において、隣接する極大値と極小値の比率は、１／２以上であることがよい。これにより、利用者が視認する映像の輝度を略均一にできる。
【００６１】
図１０（ａ）は、本実施例の投射光学部２０４の一例を示す図である。図１０（ａ）では、投射光学部３３０は３枚のレンズ３３１Ａ、３３１Ｂ、３３１Ｃを有している例を示す。図１０に記載された投射光学部３３０において、レンズ３３１Ｃが最終光学素子である最終レンズ３３２である。つまり、部分反射面３２０の間の距離Ｌ１ｋの少なくとも一つは、最終光学素子である最終レンズ３３２の外形直径３３３より小さいか又は略等しくなるように映像投影部２００及び映像光複製部２１０を構成する。
【００６２】
図１０（ｂ）は、本実施例の投射光学部２０４の別の一例を示す図である。図１０（ｂ）に示す投射光学部３３０は、レンズ３３１Ｄと凹面ミラー３３８とを有しており、凹面ミラー３３８が最終光学素子である。部分反射面３２０の間の距離Ｌ１ｋの少なくとも一つは、最終光学素子である凹面ミラー３３８の外形サイズ３３３（凹面ミラー３３８を入射面３１０に射影した長さ）より小さいか又は略等しくなるように映像投影部２００及び映像光複製部２１０を構成する。
【００６３】
図１０では、最終光学素子がレンズ又は凹面ミラーである形態を示したが、本発明ではこれに限らず様々な光学素子を使用できる。例えば、曲率を備えず、光を折り曲げて進行方向を変える、ミラー又はプリズムでもよい。
【００６４】
本発明の別の観点では、部分反射面３２０の間の距離Ｌ１ｋの少なくとも一つは、最終光学素子（レンズ３３１Ｃ）が有する面のうち、映像光が最後に反射、透過又は屈折する面の光学有効サイズより小さいか又は略等しくなるように、映像投影部２００及び映像光複製部２１０を構成する。より好適には、ｋを１以上Ｎ−１以下の整数とした場合に、全ての距離Ｌ１ｋが、最終光学素子が有する面のうち、映像光が最後に反射、透過又は屈折する面の光学有効サイズより小さいか又は略等しくなるように映像投影部２００及び映像光複製部２１０を構成するとよい。
【００６５】
例えば、図１０に示す投射光学部３３０において、最終光学素子が有する面のうち、映像光が最後に反射、透過又は屈折する面は最終レンズ３３２の出射面３３４である。つまり、部分反射面３２０の間の距離Ｌ１ｋの少なくとも一つは、最終レンズ３３２の出射面３３４の光学有効直径３３５より小さいか又は略等しくなるように映像投影部２００及び映像光複製部２１０を構成する。このような構成によっても、映像光複製部２１０が出射した複数映像光の少なくとも一部が重なり、利用者は映像の一部が顕著に暗くない映像を視認できる。
【００６６】
本発明のさらに別の観点では、部分反射面３２０の間の距離Ｌ１ｋの少なくとも一つは、投射光学部２０４が有する投射光学系の射出瞳直径３３７より小さいか又は略等しくなるように、映像投影部２００及び映像光複製部２１０を構成する。好適には、ｋを１以上Ｎ−１以下の整数とした場合に、全ての距離Ｌ１ｋが、投射光学部２０４が有する投射光学系の射出瞳直径３３７より小さいか又は略等しくなるように映像投影部２００及び映像光複製部２１０を構成するとよい。例えば、図１０に示す例において、投射光学部３３０が出射した映像光が最も細くなる箇所が射出瞳３３６であり、その直径が射出瞳直径３３７である。このような構成によっても、映像光複製部２１０が出射した複数映像光の少なくとも一部が重なり、利用者は映像の一部が顕著に暗くない映像を視認できる。
【００６７】
ｋを２以上Ｎ未満の少なくとも一つの整数とした場合に、第ｋの部分反射面と第ｋ＋１の部分反射面との間の距離Ｌ１ｋは、第ｋ−１の部分反射面と第ｋの部分反射面との間の距離Ｌ１（ｋ−１）より小さいとよい。好適には、ｋを２以上Ｎ未満の全ての整数とした場合に、第ｋの部分反射面と第ｋ＋１の部分反射面との間の距離Ｌ１ｋは、第ｋ−１の部分反射面と第ｋの部分反射面との間の距離Ｌ１（ｋ−１）より小さいとよい。瞳拡大プリズム３００に入射した映像光は、瞳拡大プリズム３００の内部を伝搬する間に、複数の部分反射面３２０で反射又は透過するごとに強度が減衰する。部分反射面の間隔を次第に狭くすることによって、映像光複製部２１０が出力する複数映像光の強度密度を略一定にできる。これにより、利用者が視認する映像の輝度ムラを低減できる。
【００６８】
図９（ｄ）は、本発明の別の観点の瞳拡大プリズム３００の平面図である。ｋを１以上Ｎ−１以下の整数とした場合に、第ｋの部分反射面と第ｋ＋１の部分反射面の間の距離をＬ２ｋと定義する。このとき、２以上Ｎ−１以下の互いに異なる少なくとも１組の整数ｍ及びｎについて、Ｌ２ｍとＬ２ｎとは略等しくしてもよい。また、２以上Ｎ−１以下の全てのｋに対して、Ｌ２ｋは略等しくしてもよい。さらに、ｋを２以上Ｎ−１以下の少なくとも一つの整数として、Ｌ２１及びＬ２ｋは略等しくてもよい。これにより、瞳拡大プリズム製造時に利用する光学基材の厚さの種類を低減でき、コストを低減できる。
【００６９】
本発明の別の観点では、ｋを２以上Ｎ未満の少なくとも一つの整数とした場合に、第ｋの部分反射面の反射率は、第ｋ＋１の部分反射面の反射率より小さいか又は略等しいとよい。好適には、ｋを２以上Ｎ未満の全ての整数とした場合に、第ｋの部分反射面の反射率は、第ｋ＋１の部分反射面の反射率より小さいか又は略等しいとよい。瞳拡大プリズム３００に入射した映像光は、瞳拡大プリズム３００の内部を伝搬する間に、複数の部分反射面３２０で反射又は透過するごとに強度が減衰する。部分反射面３２０の反射率を次第に大きくすることによって、映像光複製部２１０が出力する複数映像光の強度密度を略一定にでき、利用者が視認する映像の輝度ムラを低減できる。
【００７０】
図１１（ａ）は、投射光学部２０４と映像光複製部２１０との位置関係の一例を示す図である。投射光学部２０４が出射した映像光は実際には図１１（ｂ）のように映像光複製部２１０に入射して、映像光複製部２１０が有する部分反射面３２０で反射又は透過するが、図１１（ａ）では、仮に投射光学部２０４が出射した映像光が映像光複製部２１０に入射せず、真っ直ぐ伝搬したものとして仮想光線３４１を記載した。本実施例において、投射光学部２０４が有する最終光学素子から、投射光学部２０４の射出瞳３３６までの距離３４２は、最終光学素子から入射面３１０までの距離３４３よりも長いとよい。映像光は射出瞳通過後に広がっていく。瞳拡大プリズム３００から出射する映像光４１０は、画角（画像中の画素の位置）に応じてｘ軸となす角度が異なる向きに進行する。そのため、瞳拡大プリズム３００の内部において射出瞳通過後の映像光の伝搬距離が長くなると、映像光４１０の少なくとも一部は、＋ｚ軸方向又は−ｚ軸方向に変位し、導光板８０１の入射面１１に入射しなくなる。投射光学部２０４の射出瞳３３６を繰り出すことによって、映像光複製部２１０を出射した映像光の導光板２２０へのカップリング効率を高め、光利用効率を高めることができる。さらに、全ての画角（画像中の画素の位置）の映像光が到達するアイボックス領域を拡大でき、利用者の目が導光板２２０に対して大きく移動した場合でも、利用者が映像を視認できるようになる。
【００７１】
投射光学部２０４を出射した映像光は、映像光複製部２１０によって複製されて複数映像光となった後、導光板２２０に入射する。投射光学部２０４の射出瞳３３６の位置は、映像光複製部２１０によって複製され導光板２２０に入射する複数映像光のいずれか一つにおいて、導光板２２０の入射面１１の位置と略等しいとよい。好適には、投射光学部２０４の射出瞳３３６の位置は、入射面１１に入射する複数映像光の略中央に位置している。これにより映像光複製部２１０を出射した映像光の導光板２２０へのカップリング効率を高め、光利用効率を高めることができる。
【００７２】
本発明の別の観点では、投射光学部２０４の射出瞳３３６の位置は、映像光複製部２１０の内部に位置するとよい。また、投射光学部２０４の射出瞳３３６の位置は、映像光複製部２１０が有する第１の部分反射面３１４と第Ｎの部分反射面３１５の間に位置するとよい。好適には、投射光学部２０４の射出瞳３３６の位置は、映像光複製部２１０が有する第１の部分反射面３１４と第Ｎの部分反射面４１５の略中央に位置するとよい。投射光学部２０４から出射する映像光は、射出瞳３３６の位置で光学有効直径３３５が最も小さくなるため、投射光学部２０４の射出瞳３３６が、映像光複製部２１０の内部に位置するように構成することで、映像光複製部２１０を小型化できる。
【００７３】
図１２（ａ）は、投射光学部２０４から出射して瞳拡大プリズム３００に入射し、瞳拡大プリズム３００の内部を伝搬する映像光の光線の一例を示す図である。映像表示装置１０１が表示する映像を構成する映像光のうち、光線３５１及び光線３５２は、図１２（ａ）において投射光学部２０４から出射する光線の方向が最も下向き及び上向きとなる光線である。瞳拡大プリズム３００において、第１の部分反射面３１４と出射面３１１とは、光線３５２が第１の部分反射面３１４以外の部分反射面３２０で反射する前に出射面３１１に入射しないような位置に構成するとよい。例えば、図１２（ｂ）に示すように、光線３５２が第１の部分反射面３１４以外の部分反射面３２０で反射する前に出射面３１１に入射すると、出射面３１１で反射した光線３５３が発生し、利用者は映像が反転した迷光を視認することになる。光線３５２が第１の部分反射面３１４以外の部分反射面３２０で反射する前に、出射面３１１に入射しないように構成することで、利用者が迷光を視認することを防止できる。
【００７４】
図１２（ｃ）に示すように、光線３５２の瞳拡大プリズム３００への入射角をθ１１、瞳拡大プリズム３００の材質の屈折率をｎ、第１の部分反射面３１４と出射面３１１とがなす角をφとすると、屈折角θ１２はθ１２＝ａｓｉｎ（ｓｉｎ（θ１１）÷ｎ）であり、第１の部分反射面３１４で反射した光線３５２と出射面３１１とがなす角θ１３はθ１３＝９０°−２φ−θ１１となる。従って光線３５２が第１の部分反射面３１４以外の部分反射面３２０で反射する前に、出射面３１１に入射しないためには、θ１３が略０に等しいか、０以上であればよいから、φは略（９０−θ１１）÷２か、（９０−θ１１）÷２以下であることが好ましい。特にθ１１≧０であるから、φは略４５度か４５度以下であることが好ましい。
【００７５】
なお、図１２（ｄ）に示すように、光線３５１が瞳拡大プリズム３００に入射し、第１の部分反射面３１４で反射した後、第２から第Ｎのいずれかの部分反射面３２０で反射する前に、入射面３１０で全反射するように投射光学部２０４及び瞳拡大プリズム３００を構成してもよい。入射面３１０で全反射した光線３５４が、第２から第Ｎのいずれかの部分反射面３２０、３１５で反射して瞳拡大プリズム３００から出射される場合に、瞳拡大プリズム３００からの光線３５４の出射角は大きくなり、アイボックスまで到達しないため、利用者は光線３５４に起因する反転画像の迷光を視認しない。これにより、瞳拡大プリズム３００の厚さ３６０を低減し、瞳拡大プリズム３００を小型化できる。
【００７６】
本発明の別の観点では、投射光学部２０４を出射した映像光が第Ｎの部分反射面３１５まで到達した際の第Ｎの部分反射面３１５における映像光の光学有効直径３３４より、瞳拡大プリズム３００の厚さ３６０が大きくなるように投射光学部２０４及び瞳拡大プリズム３００を構成してもよい。これにより、光線３５２が第１の部分反射面３１４以外の部分反射面３２０で反射する前に、出射面３１１に入射しないように構成でき、利用者が迷光を視認することを防止できる。
【００７７】
瞳拡大プリズム３００の材質は、瞳拡大プリズム３００の内部を伝達し第１及び第Ｎのいずれか又は両方の部分反射面３１４、３１５に入射した映像光が、第１及び第Ｎのいずれか又は両方の部分反射面３１４、３１５で全反射する高屈折率の材質であることが好ましい。これにより、第１及び第Ｎのいずれか又は両方の部分反射面３１４、３１５で反射コートが不要となり、瞳拡大プリズム３００のコストを低減できる。
【００７８】
瞳拡大プリズム３００の側面３１２、３１３は砂すり及び黒塗りのいずれか又は両方の処理が施されていることが好ましい。これにより側面３１２、３１３に入射した光に起因する反転画像の迷光の発生を防止できる。
【００７９】
導光板８０１のビームスプリッタ面１７において所定の反射率を得るために、ビームスプリッタ面１７はアルミニウムや銀による金属膜コートを有してもよい。また、瞳拡大プリズム３００の部分反射面３２０において所定の反射率を得るために、部分反射面３２０はアルミニウムや銀による金属膜コートを有してもよい。金属膜は反射率や透過率の偏光依存性が少ないため、映像表示装置１０１は映像投影部２００が出力する映像光の偏光によらず、均一な強度の映像を表示できる。
【００８０】
本発明の別の観点では、導光板８０１のビームスプリッタ面１７及び瞳拡大プリズム３００の部分反射面３２０において所定の反射率を得るために、部分反射面３２０は誘電体多層膜のコートを有してもよい。誘電体多層膜コートの反射率及び透過率特性は、入射する偏光に依存し、Ｓ偏光の反射率がＰ偏光の反射率より高くなる。しかしながら本実施例において、瞳拡大プリズム３００が有する部分反射面３２０の法線ベクトルはｘｙ平面内に位置し、導光板８０１が有するビームスプリッタ面１７の法線ベクトルはｘｚ平面内に位置するように、瞳拡大プリズム３００及び導光板８０１を配置する構成としているから、瞳拡大プリズム３００の部分反射面３２０に対してＳ偏光として入射した映像光は、導光板８０１のビームスプリッタ面１７に対して略Ｐ偏光として入射し、瞳拡大プリズム３００の部分反射面３２０に対してＰ偏光として入射した映像光は、導光板８０１のビームスプリッタ面１７に対して略Ｓ偏光として入射する。
【００８１】
このため、本実施例の映像光複製部２１０及び導光板８０１は以下のように構成してもよい。映像光複製部２１０は、偏光板及び波長板の一方又は両方と、瞳拡大プリズム３００とを有する。導光板８０１のビームスプリッタ面１７及び瞳拡大プリズム３００の部分反射面３２０において所定の反射率を得るために、ビームスプリッタ面１７及び部分反射面３２０は誘電体多層膜のコートを有する。映像投影部２００が出射した映像光は偏光板及び波長板のいずれか又は両方を通過し、瞳拡大プリズム３００に入射する。瞳拡大プリズム３００に入射する光の偏光は、部分反射面３２０に対してＳ偏光及びＰ偏光以外の偏光（例えば、＋４５度偏光、−４５度偏光、右回り偏光、左回り偏光など）である。また、ｋを２以上Ｎ以下の整数として、第ｋの部分反射面で反射して瞳拡大プリズム３００から出射する光束を光束Ａｋ、さらに光束Ａｋが導光板８０１を経て導光板８０１から出射される際の光束を光束Ｂｋとする。ｋを２以上Ｎ−１以下の整数として、Ｂｋの光束量が互いに略等しくなるような反射特性を導光板８０１のビームスプリッタ面１７及び瞳拡大プリズム３００の部分反射面３２０が有するとよい。
【００８２】
具体的には、ｋを２以上Ｎ−１以下の整数として、光束Ａｋのビームスプリッタ面１７に対してＳ偏光となる光の光束量をＡｋＳ、光束Ａｋのビームスプリッタ面１７に対してＰ偏光となる光の光束量をＡｋＰ、ビームスプリッタ面１７のＳ偏光の反射率をＲ１７Ｓ、ビームスプリッタ面１７のＰ偏光の反射率をＲ１７Ｐとした場合に、ＡｋＰ×Ｒ１７Ｐ＋ＡｋＳ＋Ｒ１７Ｓがｋに依らず互いに略等しくなる反射特性を部分反射面３２０が有するとよい。例えば、Ｎ＝５であり、瞳拡大プリズム３００に入射する光の偏光は円偏光であり、Ｓ偏光及びＰ偏光の反射率をＲＳ及びＲＰとした場合に、第１の部分反射面においてＲＳ＝ＲＰ＝１００％であり、第２の部分反射面においてＲＳ＝４５％及びＲＰ＝１５％であり、第３の部分反射面においてＲＳ＝６５％及びＲＰ＝２５％であり、第４の部分反射面においてＲＳ＝８０％及びＲＰ＝４５％であり、第５の部分反射面においてＲＳ＝ＲＰ＝１００％である。これにより、異なる部分反射面３２０で反射して導光板８０１から出射する映像光の光束量が互いに略等しくなり、利用者が視認する映像の輝度を略均一にできる。
【００８３】
映像表示システム１００の画像信号処理部１０４は、映像表示装置１０１の特性を補償する画像変換を行い、映像表示装置１０１に表示画像を送信してもよい。例えば、導光板８０１のビームスプリッタ面１７又は瞳拡大プリズム３００の部分反射面３２０の反射特性に起因して、画角（画像中の画素の位置）によって光伝達効率が異なる場合に、画像信号処理部１０４は、該特性を補償するための画像を変換してもよい。より具体的には、例えば図２５（ａ）に示すように、導光板８０１のビームスプリッタ面１７又は瞳拡大プリズム３００の部分反射面３２０は、映像の右側の光伝達効率が他の画角より小さくなる特性を有している場合に、利用者が視認する映像の右側が暗くなることを防ぐため、画像信号処理部１０４は映像の右側の明るさが高くなるように画像を変換する。例えば、映像の右側以外の明るさを低下するように画像を変換する。これにより、映像投影部２００から出力される投影映像信号では、図２５（ｂ）に示すように、映像の画角の右側で映像光の出力が大きくなる。その結果、導光板８０１の出力は図２５（ｃ）に示すように略一定となり、映像表示装置１０１は輝度がより均一な映像を表示可能となる。
【００８４】
別の一例として、導光板８０１のビームスプリッタ面１７又は瞳拡大プリズム３００の部分反射面３２０の反射特性の波長依存性に起因して、映像の特定の画角の光伝達効率が波長依存性を有している場合に、画像信号処理部１０４は、該波長依存性を補償するように画像を変換してもよい。より具体的には、例えば映像の右側の画角の光伝達効率において、長波長側の伝達効率が高い場合、映像の右側が赤色になることを防ぐため、画像信号処理部１０４は映像の右側の赤色を抑制するように画像を変換する。これにより、映像表示装置１０１は色がより均一な映像を表示できる。
【００８５】
図２３に示す映像表示システム１００が、左目用の映像表示装置１０１Ｌで右側の画角（すなわち画面の右側の画素）の光伝達効率が低くなる光学特性を有しており、右目用の映像表示装置１０１Ｒでは左側の画角（すなわち画面の左側の画素）の光伝達効率が低くなる光学特性を有している場合に、右目用の映像投影部２００Ｒと左目用の映像投影部２００Ｌと出力する映像光の明るさ分布は逆になる。
【００８６】
別の一例として、図２３に示す映像表示システム１００が、左目用の映像表示装置１０１Ｌで下側の画角（すなわち画面の下側の画素）の光伝達効率が低くなる光学特性を有しており、右目用の映像表示装置１０１Ｒでも下側の画角（すなわち画面の下側の画素）の光伝達効率が低くなる光学特性を有している場合に、右目用の映像投影部２００Ｒと左目用の映像投影部２００Ｌと出力する映像光の明るさ分布は同じになる。
【００８７】
別の一例として、図２３に示す映像表示システム１００において、映像投影部２００、映像光複製部２１０又は導光部２３０が有する光学素子の少なくとも一つが所定の光学特性と異なる光学特性を有していたり、所定の位置からずれた位置に配置されていたりする場合に、右目用の映像表示装置１０１Ｒと左目用の映像表示装置１０１Ｌの夫々が表示する映像のサイズが異なったり、位置がずれたりする場合がある。その場合、画像信号処理部１０４は、右目用又は左目用の映像表示装置１０１Ｒ、１０１Ｌの少なくとも一つが表示する画像の少なくとも一部をトリミング、スケーリング又は表示位置をずらすように変換された表示画像を映像表示装置１０１に送信してもよい。画像信号処理部１０４が画像の少なくとも一部をトリミング又はスケーリングしている場合に、右目用又は左目用の映像表示装置１０１Ｒ、１０１Ｌの少なくとも一つのパネル部２０３のパネルが有する画素の一部分が利用され、他の部分は利用されない。また、画像信号処理部１０４が画像の表示位置をずらすように画像を変換している場合に、右目用及び左目用の映像表示装置１０１Ｒ、１０１Ｌのパネル部２０３のパネルが有する画素の一部分が利用され、他の部分が利用されておらず、右目用のパネルと左目用のパネルとで利用されていない部分が異なっている。
【００８８】
以上に説明した瞳拡大プリズム３００では、第１及び第Ｎの部分反射面３２０は反射側面３１４、３１５であるが、本発明はこれに限られない。例えば、図１３（ａ）、図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）に示すように、瞳拡大プリズム３００は、第１又は第Ｎの部分反射面３２０のいずれか一方又は両方を内部に有する構成としてもよい。図１３（ａ）又は図１３（ｃ）に示すように、瞳拡大プリズム３００の内部に設けられる第１の部分反射面３２０の反射率は略１００％としてもよいし、０％より大きく１００％未満の反射率として、第１の部分反射面３２０に入射した光の少なくとも一部が第１の部分反射面３２０を透過して瞳拡大プリズム３００から出射するように構成してもよい。
【００８９】
また、以上に説明した瞳拡大プリズム３００では、側面３１２及び側面３１３は互いに平行であるが、本発明はこれに限られない。例えば、図９（ｅ）に示すように、側面３１２Ａと３１３Ａは平行でなくてもよい。これにより、デザインの自由度を向上したり、瞳拡大プリズム３００の体積及び質量を低減できる。
【００９０】
また、以上に説明した実施例では、瞳拡大プリズム３００と導光板８０１は接触していないが、本発明はこれに限られない。例えば、瞳拡大プリズム３００と導光板８０１が接触するように映像表示装置１０１を構成してもよいし、瞳拡大プリズム３００と導光板８０１を透明な接着剤又はオプティカルコンタクトで接合してもよい。
【００９１】
以上に説明したように、本実施例によれば、映像光複製部２１０が映像光を互いに重なる複数の映像光に複製でき、導光板２２０に入射する映像光の光束を大きくできるため、アイボックスが広く、均一な輝度の映像が表示可能な導光板方式の映像表示装置１０１及び映像表示システム１００を提供できる。
【００９２】
［実施例２］
実施例２では、導光部２３０は、導光板８０２及び画角補正部（三角プリズム４００）を有する構成とした。なお、実施例２において、前述した実施例との相違点を主に説明し、前述した実施例と同じ構成には同じ符号を付し、それらの説明は省略する。
【００９３】
図１４は、実施例２の映像表示装置１０１の構成例を示す図であり、上側に導光板８０２の正面側から見た図を、下側に導光板８０２の上側から見た図を示す。導光部２３０は、導光板８０２と、画角補正部とを有する。また、画角補正部は、三角プリズム４００を有する。図１５（ａ）、図１５（ｂ）及び図１５（ｃ）は、それぞれ導光板８０２の正面図及び平面図及び側面図である。
【００９４】
図１４では、瞳拡大プリズム３００と三角プリズム４００と導光板８０２は互いに接触していないが、本発明はこれに限られない。例えば、瞳拡大プリズム３００と三角プリズム４００、又は三角プリズム４００と導光板８０２、又は瞳拡大プリズム３００と三角プリズム４００と導光板８０２の三つを、接触、透明な接着剤で接着又はオプティカルコンタクトで接合してもよい。
【００９５】
三角プリズム４００は、入射面４０１及び出射面４０２の少なくとも２面を有する。また、三角プリズム４００の屈折率は、導光板８０２の屈折率と略等しいとよい。
【００９６】
映像光複製部２１０を出射した映像光は、三角プリズム４００の入射面４０１から三角プリズム４００に入射し、三角プリズム４００の内部を伝搬し、出射面４０２から出射される。三角プリズム４００を出射した映像光は、入射面１１Ａから導光板８０２内に入射する。
【００９７】
三角プリズム４００の出射面４０２と導光板８０２の入射面１１Ａとは互いに略平行であり、三角プリズム４００の入射面４０１と導光板８０２の第１の内面反射面１３とがなす角は、Ｎ枚のビームスプリッタ面１７と第１の内面反射面１３がなす角の略２倍となるように構成する。これにより、第２の内面反射面１４から出射する映像光の画角（角度で表した映像の大きさ）を、入射面４０１から三角プリズム４００に入射する映像光の画角（角度で表した映像の大きさ）と略同一にできる。好適には、三角プリズム４００の入射面４０１と出射面４０２がなす角は、Ｎ枚のビームスプリッタ面１７と第１の内面反射面１３がなす角と略等しく、導光板８０２の入射面１１Ａと導光板８０２の第１の内面反射面１３がなす角は、Ｎ枚のビームスプリッタ面１７と第１の内面反射面１３がなす角と略等しくなるように構成するとよい。なお、入射面１１Ａの角度以外の導光板８０２の構成は、前述した導光板８０１と同じである。
【００９８】
本実施例によれば、導光板８０２の入射面１１ＡとＮ枚のビームスプリッタ面１７を全て互いに略平行にでき、導光板８０２の製造工程を減少し、コストを低減できる。
【００９９】
［実施例３］
実施例３では、映像光複製部２１０は、瞳拡大プリズム３００に替えて、瞳拡大プリズム３０１を有する。実施例３の瞳拡大プリズム３０１は、入射した映像光の少なくとも一部が、第１の部分反射面に入射することなく、第２の部分反射面に入射する構成とした。なお、実施例３において、前述した実施例と同じ構成には同じ符号を付し、それらの説明は省略する。
【０１００】
図１６（ａ）、図１６（ｂ）及び図１６（ｃ）は、それぞれ瞳拡大プリズム３０１の正面図、平面図及び側面図である。瞳拡大プリズム３０１は、第１の部分反射面を内部に有する。また、第１の部分反射面は、少なくとも一部の光を反射し、少なくとも一部の光を透過する。
【０１０１】
映像投影部２００が出射した映像光は、瞳拡大プリズム３０１の入射面３１０から瞳拡大プリズム３０１に入射する。瞳拡大プリズム３０１に入射した光の少なくとも一部は第１の部分反射面に入射する。第１の部分反射面に入射した光の少なくとも一部は第１の部分反射面を透過して、出射面３１１から出射する。第１の部分反射面に入射した光の少なくとも一部は第１の部分反射面で反射して、第２の部分反射面に入射する。
【０１０２】
また、瞳拡大プリズム３０１に入射した光の少なくとも一部は、第１の部分反射面で反射又は透過することなく、第２の部分反射面に入射する。第２の部分反射面に入射した光の少なくとも一部は第２の部分反射面で反射し、第２の部分反射面に入射した光の少なくとも一部は第２の部分反射面を透過する。
【０１０３】
正面図である図１６（ａ）において、瞳拡大プリズム３０１に入射する入射光３１６は、第１の部分反射面と入射面３１０の交線である交線Ｂ２１と第３の部分反射面と入射面３１０の交線である交線Ｂ２３との間に位置する。
【０１０４】
図１７は、実施例３の映像表示装置１０１の一例を示す図であり、上側に導光板８０１の正面側から見た図を、下側に導光板８０１の上側から見た図を示す。映像光複製部２１０は瞳拡大プリズム３０１を有する。映像投影部２００が出射した映像光の一部は瞳拡大プリズム３０１の第１又は第２の部分反射面で反射して、ｙ軸方向に伝搬し、第２から第Ｎの部分反射面の何れかで反射してｘ軸方向に伝搬し、瞳拡大プリズム３０１から出射する。瞳拡大プリズム３００から出射する映像光４１０は、画角（画像中の画素の位置）に応じてｘ軸となす角度が異なる向きに進行する。そのため、瞳拡大プリズム３０１の内部における映像光の伝搬距離が長くなると、映像光４１０の少なくとも一部は、＋ｚ軸方向又は−ｚ軸方向に変位し、導光板８０１の入射面１１に入射しなくなる。本実施例によれば、瞳拡大プリズム３０１に入射した映像光の少なくとも一部は、第１の部分反射面に入射することなく、第２の部分反射面に入射するから、瞳拡大プリズム３０１に入射してから第Ｎの部分反射面に入射するまでの距離を短くでき、映像光４１０の＋ｚ軸方向又は−ｚ軸方向の変位を低減できる。これにより、映像光の光利用効率を高くできる。また、映像の四隅又は四辺の画角（画像中の画素の位置）に対応する映像光４１０の光利用効率を特に高くできるので、利用者が視認する映像の輝度を略均一にできる。
【０１０５】
瞳拡大プリズム３０１の平面図である図１６（ｂ）において、ｋを１以上Ｎ以下の整数とした場合に、第ｋの部分反射面３２０と入射面３１０との交点を点Ａ３ｋとする。また、ｋを１以上Ｎ−１以下の整数とした場合に、第ｋの部分反射面と第ｋ＋１の部分反射面の間の距離を点Ａ３ｋと点Ａ３（ｋ＋１）との間の距離であるＬ３ｋと定義する。本実施例の瞳拡大プリズム３０１において、Ｌ３１からＬ３（Ｎ−１）の少なくとも一つは、最終光学素子の外形サイズより小さいか又は略等しくなるように映像投影部２００及び映像光複製部２１０を構成する。前述した以外の瞳拡大プリズム３０１の構成は、前述した瞳拡大プリズム３００と同じである。
【０１０６】
これにより、映像光複製部２１０が出射した複数映像光の少なくとも一部が重なるため、利用者が視認する映像の一部が顕著に暗くならず、利用者は略均一の輝度の映像を視認できる。また、映像光複製部２１０が映像光を複製することによって、利用者の目が映像を視認可能な範囲であるアイボックスを拡大できる。
【０１０７】
本実施例によれば、瞳拡大プリズム３０１に入射してから第Ｎの部分反射面に入射するまでの距離を短くでき、瞳拡大プリズム３０１を小型化できる。また、映像光の光利用効率を高め、利用者が視認する映像の輝度の均一度を高くできる。
【０１０８】
［実施例４］
実施例４では、瞳拡大プリズム３０２は、入射面と出射面とが略直交するように構成した。なお、実施例４において、前述した実施例と同じ構成には同じ符号を付し、それらの説明は省略する。
【０１０９】
図１８は、実施例４の映像表示装置１０１の一例を示す図であり、上側に導光板８０１の正面側から見た図を、下側に導光板８０１の上側から見た図を示す。実施例４の映像光複製部２１０は、瞳拡大プリズム３００に替えて、瞳拡大プリズム３０２を有する。瞳拡大プリズム３００の入射面３１０Ａと出射面３１１とは、略直交している。映像投影部２００を出射した映像光は入射面３１０Ａから瞳拡大プリズム３０２に入射する。
【０１１０】
ｋを２以上Ｎ未満の少なくとも一つの整数とした場合に、第ｋの部分反射面と第ｋ＋１の部分反射面との間の距離Ｌ４ｋは、第ｋ−１の部分反射面と第ｋの部分反射面との間の距離Ｌ４（ｋ−１）より小さいか略等しいことが好ましい。また好適には、ｋを２以上Ｎ未満の全ての整数とした場合に、第ｋの部分反射面と第ｋ＋１の部分反射面との間の距離Ｌ１ｋは、第ｋ−１の部分反射面と第ｋの部分反射面との間の距離Ｌ１（ｋ−１）より小さいか略等しい。
【０１１１】
図１９は、実施例４の瞳拡大プリズム３０２の別の一例を示す図である。図１９において、導光板８０１の入射面１１がｙ軸と平行になるように座標系を採用する。瞳拡大プリズム３０２の入射面３１０Ａとｘ軸とがなす角をθ２１、部分反射面３２０とｘ軸とがなす角をθ２２、出射面３１１とｙ軸がなす角をθ２３、映像投影部２００が出力する映像光のうちｙ軸となす角が最も大きい角度をθ２４、ｙ軸となす角度がθ２４である映像投影部２００の出力光が瞳拡大プリズム３０２に入射した時にｙ軸となす角度をθ２５とする。なお、θ２１〜θ２５は、図１９において右回りが正の角度となるようする。このとき、９０−２×θ２２＋θ２１＋θ２３が略０となるように瞳拡大プリズム３０２を構成するとよい。これにより、瞳拡大プリズム３０２に垂直に入射した光は瞳拡大プリズム３０２から垂直に出射するため、瞳拡大プリズム３０２から出射する映像光の画角（角度で表した映像の大きさ）を、瞳拡大プリズム３０２に入射する映像光の画角（角度で表した映像の大きさ）と略同一にできる。また、θ２３＋θ２５は略０か０未満となるように瞳拡大プリズム３０２を構成するとよい。換言すれば、θ２５は略−θ２３か−θ２３未満である。これにより瞳拡大プリズム３０２に入射した光が出射面３１１で全反射して反転迷光が発生することを防止できる。
【０１１２】
前述した以外の瞳拡大プリズム３０２の構成は、前述した瞳拡大プリズム３００と同じである。
【０１１３】
これにより、映像光複製部２１０が出力する複数映像光の強度密度を略一定にすることができ、利用者が視認する映像の輝度ムラを低減できる。
【０１１４】
本発明の別の観点では、ｋを１以上Ｎ未満の少なくとも一つの整数とした場合に、第ｋの部分反射面の反射率は、第ｋ＋１の部分反射面の反射率より小さいか略等しいとよい。好適には、ｋを１以上Ｎ未満の全ての整数とした場合に、第ｋの部分反射面の反射率は、第ｋ＋１の部分反射面の反射率より小さいか略等しいとよい。これにより、映像光複製部２１０が出力する複数映像光の強度密度を略一定にすることができ、利用者が視認する映像の輝度ムラを低減できる。
【０１１５】
本実施例によれば、映像投影部２００の配置が前述した実施例と異なるので、映像表示装置１０１のデザインの自由度を高くできる。
【０１１６】
［実施例５］
実施例５では、瞳拡大プリズム３０３は、互いに並行で向きが異なる二つの方向に光線を複製する構成とした。なお、実施例５において、前述した実施例と同じ構成には同じ符号を付し、それらの説明は省略する。
【０１１７】
図２０は、実施例５の映像表示装置１０１の一例を示す図であり、上側に導光板８０１の正面側から見た図を、下側に導光板８０１の上側から見た図を示す。実施例５の映像光複製部２１０は、瞳拡大プリズム３００に替えて、瞳拡大プリズム３０３を有する。
【０１１８】
図２１（ａ）、図２１（ｂ）及び図２１（ｃ）は、それぞれ瞳拡大プリズム３０３の正面図、平面図及び側面図である。瞳拡大プリズム３０３は、少なくとも２以上の略平行な部分反射面３２０Ａと、少なくとも２以上の略平行な部分反射面３２０Ｂとを有する。部分反射面３２０Ａと部分反射面３２０Ｂとは並行ではない。部分反射面３２０Ａと部分反射面３２０Ｂがなす角は、略９０度でもよいし、９０度以外でもよい。Ｎ及びＭを２以上の整数とし、Ｎ枚の部分反射面３２０ＡとＭ枚の部分反射面３２０Ｂとを有する場合に、Ｎ枚の部分反射面３２０Ａの中のうち部分反射面３２０Ｂに最も近いものを第１の部分反射面３１４Ａとし、他の部分反射面３２０Ａを、第１の部分反射面３１４Ａに近いものから順に、第２から第Ｎの部分反射面３１５Ａとする。また、Ｍ枚の部分反射面３２０Ｂのうち部分反射面３２０Ａに最も近いものを第１の部分反射面３１４Ｂとし、他の部分反射面３２０Ｂを、第１の部分反射面３１４Ｂに近いものから順に、第２から第Ｍの部分反射面３２０Ｂとする。第１の部分反射面３１４Ａと第１の部分反射面３１４Ｂとは、交差しており、交線を有する。
【０１１９】
第１から第Ｎの部分反射面３２０Ａと、第１から第Ｍの部分反射面３２０Ｂの各々は、少なくとも一部の光を反射するように構成されている。特に、第１から第Ｎ−１の部分反射面３２０Ａと、第１から第Ｍ−１の部分反射面３２０Ｂとは、それぞれ少なくとも一部の光を反射し、少なくとも一部の光を透過する。
【０１２０】
映像投影部２００が出射した映像光は、瞳拡大プリズム３０３の入射面３１０から入射する。瞳拡大プリズム３０３に入射した光の少なくとも一部は第１の部分反射面３１４Ａ又は第１の部分反射面３１４Ｂに入射する。
【０１２１】
瞳拡大プリズム３０３の平面図である図２１（ｂ）において、ｋを１以上Ｎ以下の整数とした場合に、第ｋの部分反射面３２０Ａと入射面３１０との交点を点ＡＡｋとする。また、ｋを１以上Ｎ−１以下の整数とした場合に、第ｋの部分反射面と第ｋ＋１の部分反射面の間の距離を点ＡＡｋと点ＡＡ（ｋ＋１）との間の距離であるＬＡｋと定義する。ｓを１以上Ｍ以下の整数とした場合に、第ｓの部分反射面３２０Ｂと入射面３１０との交点を点ＡＢｓとする。また、ｓを１以上Ｍ−１以下の整数とした場合に、第ｓの部分反射面と第ｓ＋１の部分反射面の間の距離を点ＡＢｓと点ＡＢ（ｓ＋１）との間の距離であるＬＢｓと定義する。また、映像投影部２００が有する光学素子の中で、映像光が映像投影部２００を出射する直前に反射、透過又は屈折する光学素子を最終光学素子と称する。このとき、部分反射面３２０の間の距離ＬＡｋ及びＬＢｓの少なくとも一つは、最終光学素子の外形サイズより小さいか又は略等しくなるように映像投影部２００及び映像光複製部２１０を構成する。前述した以外の瞳拡大プリズム３０３の構成は、前述した瞳拡大プリズム３００と同じである。
【０１２２】
これにより、映像光複製部２１０が出射した複数映像光の少なくとも一部が重なるため、利用者が視認する映像の一部が顕著に暗くならず、利用者は略均一の輝度の映像を視認できる。また、映像光複製部２１０が映像光を複製することによって、利用者の目が映像を視認可能な範囲であるアイボックスを拡大できる。
【０１２３】
前述したように、瞳拡大プリズム３０３の内部における映像光の伝搬距離が長くなると、映像光４１０の少なくとも一部は、＋ｚ軸方向又は−ｚ軸方向に変位し、導光板８０１の入射面１１に入射しなくなる。本実施例によれば、第１の部分反射面３１４Ａから第Ｎの部分反射面３１５Ａまでの距離、及び第１の部分反射面３１４Ｂから第Ｍの部分反射面３２０Ｂまでの距離の一方又は両方を短くできるため、映像光４１０の＋ｚ軸方向又は−ｚ軸方向の変位を低減できる。これにより、映像光の光利用効率を高くできる。また、映像の四隅又は四辺の画角（画像中の画素の位置）に対応する映像光４１０の光利用効率を特に高くできるので、利用者が視認する映像の輝度をより均一にできる。
【０１２４】
［実施例６］
実施例６では、映像光複製部２１０は瞳拡大ビームスプリッタ３２１を有する構成とした。なお、実施例６において、前述した実施例と同じ構成には同じ符号を付し、それらの説明は省略する。
【０１２５】
図２２は、実施例６の映像表示装置１０１の一例を示す図である。実施例６の映像光複製部２１０は、瞳拡大ビームスプリッタ３２１を有する。瞳拡大ビームスプリッタ３２１は、入射面３２２と出射面３２３とを有する。また、瞳拡大ビームスプリッタ３２１の出射面３２３と導光板８０１の入射面１１とがなす角は０度より大きい。
【０１２６】
映像投影部２００が生成した映像光は、入射面３２２から瞳拡大ビームスプリッタ３２１に入射する。瞳拡大ビームスプリッタ３２１は透明なガラス又は樹脂で構成されており、瞳拡大ビームスプリッタ３２１に入射した映像光の少なくとも一部は瞳拡大ビームスプリッタ３２１の内部を伝搬する。瞳拡大ビームスプリッタ３２１の内部を伝搬した映像光は、出射面３２３に到達する。出射面３２３は少なくとも一部の光を透過し、少なくとも一部の光を反射するように構成されている。出射面３２３を透過した光は瞳拡大ビームスプリッタ３２１から出射する。出射面３２３で反射した光は、瞳拡大ビームスプリッタ３２１の内部を伝達して入射面３２２に到達し、入射面３２２で反射し、再度出射面３２３に到達する。入射面３２２から入射した光が出射面３２３に到達するごとに、映像光の一部が出射面３２３から出射する。
【０１２７】
瞳拡大ビームスプリッタ３２１の入射面３２２と出射面３２３とは、互いに略平行となるように瞳拡大ビームスプリッタ３２１を構成する。これにより、瞳拡大ビームスプリッタ３２１は、瞳拡大ビームスプリッタ３２１に入射する映像光と略同一の画角（角度で表した映像の大きさ）を持つ複数（二つ以上）の映像光を出力できる。
【０１２８】
入射面３２２のうち、映像投影部２００が生成した映像光が入射するエリアの透過率は略１であることが好ましい。これにより光利用効率を高くできる。また、入射面３２２のうち、出射面３２３で反射した映像光が到達する領域の反射率は略１であることが好ましい。これにより光利用効率を高くできる。
【０１２９】
入射面３２２から入射した映像光が到達する出射面内の領域を第１到達領域、ｋを１以上の整数として、第ｋ到達領域で反射して、入射面３２２で反射した映像光が、再度出射面に到達する出射面内の領域を第ｋ＋１到達領域と順に定義する。また、Ｎを２以上の整数として、出射面３２３は第１到達領域から第Ｎ到達領域を有し、瞳拡大ビームスプリッタ３２１はＮ個の映像光を出力する。
【０１３０】
ｋを１以上Ｎ−１以下の整数とした場合に、第ｋ到達領域と第ｋ＋１到達領域の間の距離を、第ｋ到達領域と第ｋ＋１到達領域の夫々の中心のｙ軸方向の変位量ＬＣｋと定義する。なお、領域の中心は、例えば領域の重心である。本発明の別の観点では、領域の中心は、映像投影部２００が出力する映像光線のうち映像中央の画角（画像中の画素の位置）の主光線が到達する点である。また、映像投影部２００が有する光学素子の中で、映像光が映像投影部２００を出射する直前に反射、透過又は屈折する光学素子を最終光学素子と称する。このとき、隣接する二つの到達領域の間の距離ＬＣｋの少なくとも一つは、最終光学素子の外形サイズより小さいか又は略等しくなるように映像投影部２００及び映像光複製部２１０を構成する。
【０１３１】
これにより、映像光複製部２１０が出射した複数映像光の少なくとも一部が重なるため、利用者が視認する映像の一部が顕著に暗くならず、利用者は略均一の輝度の映像を視認できる。また、映像光複製部２１０が映像光を複製することによって、利用者の目が映像を視認可能な範囲であるアイボックスを拡大できる。
【０１３２】
第ｋ到達領域の反射率は、第ｋ＋１到達領域の反射率より大きくするとよい。好適には、第ｋ到達領域の反射率は（Ｎ−ｋ）÷Ｎとするとよい。これにより、瞳拡大ビームスプリッタ３２１が出力する複数の映像光の強度が互いに略等しくなるため、利用者が視認する映像の輝度をより均一にできる。
【０１３３】
本発明の別の観点では、入射面３２２及び出射面３２３の一方又は両方は、各面の全面が略均一の反射率となるように構成してもよい。これにより瞳拡大ビームスプリッタ３２１のコストを低減できる。
【０１３４】
本実施例によれば、映像光複製部２１０の構成を簡素化でき、コストを低減できる。
【０１３５】
［実施例７］
実施例７では、映像光複製部２１０は複数の瞳拡大プリズム３００Ａ、３００Ｂを有する構成とした。
【０１３６】
図２４は、実施例７の映像表示装置１０１の一例を示す図である。実施例７の映像光複製部２１０は、第１の瞳拡大プリズム３００Ａ及び第２の瞳拡大プリズム３００Ｂを有する。
【０１３７】
第１の瞳拡大プリズム３００Ａが光線を複製する方向と、第２の瞳拡大プリズム３００Ｂが光線を複製する方向は、異なっているとよい。例えば、図２４に示すように、映像表示装置１０１において、第１の瞳拡大プリズム３００Ａは光線をｚ軸方向に複製し、第２の瞳拡大プリズム３００Ｂは光線をｙ軸方向に複製する。
【０１３８】
本実施例によれば、映像投影部２００が出力した映像光の光束を二次元方向に複製するため、利用者が視認する映像の輝度ムラをより低減できる。
【０１３９】
以上に説明したように、本発明の実施例の映像表示装置は、映像光を投影する映像投影部２００と、映像光を複製する映像光複製部２１０と、内部において映像光を伝達する導光部２３０とを備え、映像光複製部２１０は、映像投影部２２０が出射した映像光を導光部２３０に伝達し、導光部２３０は、入射した映像光をその内部を伝達させて出力し、映像光複製部２１０は、導光部２３０から出力される映像光の輝度分布が均一（例えば、利用者が視認する映像の輝度分布において、隣接する極大値と極小値の比率が１／２以上）になるように映像光複製部２１０に入射した映像光を複製するので、アイボックスが広く、輝度が均一な映像を表示できる。
【０１４０】
また、映像光複製部２１０は、少なくとも一部の光を反射する互いに略平行な２以上の部分反射面３２０を有し、入射した映像光を複製して２以上の映像光を出力し、隣接する部分反射面３２０の間の距離の少なくとも一つは、映像光が映像投影部２００から出射する直前に反射、透過又は屈折する最終光学素子（投射光学部３３０の最終レンズ３３２）の外形サイズより小さいか又は等しくしたので、各部分反射面から出力される映像光の少なくとも一部が重なるため、利用者が視認する映像の一部が顕著に暗くならず、利用者は略均一の輝度の映像を視認できる。
【０１４１】
また、映像光は、第１の部分反射面３１４から第Ｎ−１の部分反射面３２０の少なくとも一つで最初に反射する位置に入射し、第２の部分反射面３２０から第Ｎの部分反射面３１５の少なくとも二つの位置から出射するように部分反射面３２０を配置するので、入射面３１０及び出射面３１１の反射率を各々制御して、より均一な輝度の映像を出力できる。
【０１４２】
また、映像光は、第２の部分反射面３２０で反射又は透過する前に、第１の部分反射面３１４で反射又は透過するように部分反射面３２０を配置するので、映像光複製部２１０の瞳拡大プリズム３００が作りやすくなり、コストを低減できる。
【０１４３】
また、映像光の少なくとも一部は、前記第１の部分反射面３１４で反射及び透過することなく、第２の部分反射面３２０で反射又は透過するように部分反射面３２０を配置するので、映像光複製部２１０の瞳拡大プリズム３０１を小型化できる。
【０１４４】
また、少なくとも一つの第ｋの部分反射面３２０と第ｋ＋１の部分反射面３２０との間の距離は、第ｋ−１の部分反射面３２０と第ｋの部分反射面３２０との間の距離より小さくしたので、部分反射面３２０間の距離が同じ箇所があってもよく、映像光複製部２１０の瞳拡大プリズム３００を安価に製造できる。
【０１４５】
また、全ての第ｋの部分反射面３２０と第ｋ＋１の部分反射面３２０との間の距離は、第ｋ−１の部分反射面３２０と第ｋの部分反射面３２０との間の距離より小さくしたので、部分反射面３２０間の距離が徐々に狭くなり、映像光複製部２１０の瞳拡大プリズム３００の性能が向上し、より均一な輝度の映像を出力できる。
【０１４６】
また、少なくとも一つの第ｍの部分反射面３２０の反射率は、第ｍ＋１の部分反射面の反射率より小さくしたので、部分反射面３２０間の反射率が同じ箇所があってもよく、映像光複製部２１０の瞳拡大プリズム３００を安価に製造できる。
【０１４７】
また、全ての第ｍの部分反射面３２０の反射率は、第ｍ＋１の部分反射面３２０の反射率より小さくしたので、部分反射面３２０間の反射率が徐々に大きくなり、映像光複製部２１０の瞳拡大プリズム３００の性能が向上し、より均一な輝度の映像を出力できる。
【０１４８】
また、最終光学素子（最終レンズ３３２）から投射レンズ（投射光学部３３０）の射出瞳までの間の距離は、最終光学素子（最終レンズ３３２）から映像光が映像光複製部２１０に入射する入射面までの距離より長くしたので、人間の目に光を入れやすくなり、より均一な輝度の映像を出力できる。
【０１４９】
また、導光部２３０（導光板２２０）は、映像光複製部から出力された映像光が入力される光入力部２２１と、少なくとも一部の光を反射し、少なくとも一部の光を透過し、互いに略並行に設けられる複数のビームスプリッタ面１７と、内部を伝達した映像光が出力される光出力部２２２とを有し、光出力部２２２は、映像光が全反射する導光部２３０（導光板２２０）の表面２２３、２２４のいずれかに設けたので、導光部２３０に回折格子を用いる場合と比較して、色むらが少ない画像を表示できる。
【０１５０】
また、本発明の実施例の映像表示システム１００は、前述した映像表示装置１０１と、映像投影部２００が映像光を投影するための投影映像信号を生成する画像信号処理部１０４とを備えるので、アイボックスが広く、輝度及び／又は色が均一な映像を表示できる。
【０１５１】
また、画像信号処理部１０４は、映像光複製部２１０又は導光部２３０の少なくとも一つの光学特性を補償するように変換された画像を出力するので、輝度及び／又はは色が均一な画像を表示できる。
【０１５２】
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を有するものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。
【０１５３】
また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。
【０１５４】
各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。
【０１５５】
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。
【符号の説明】
【０１５６】
１１：入射面、１２：終端面、１３：第１の内面反射面、１４：第２の内面反射面、１５：上面、１６：下面、１７：ビームスプリッタ面、１００：映像表示システム、１０１：映像表示装置、１０２：コントローラー、１０４：画像信号処理部、１０５：電力供給部、１０６：記憶媒体、１０７：センシング部、１０８：センサ入出力部、１０９：通信部、１１０：通信入出力部、１１１：音声処理部、１１２：音声入出力部、１２０：利用者の目、２００：映像投影部、２０１：光源部、２０２：照明光学部、２０３：パネル部、２０４：投射光学部、２０５：光源、２０６：集光レンズ、２０７：ダイクロイックミラー、２０８Ａ：マイクロレンズアレイ、２０８Ｂ：レンズ、２０９：クロスプリズム、２１０：映像光複製部、２２０：導光板、２２１：光入力部、２２２：光出力部、２２３：内面反射面、２２４：内面反射面、２３０：導光部、３００〜３０３：瞳拡大プリズム、３１０：入射面、３１１：出射面、３１２〜３１３：側面、３１４〜３１５：反射側面、３１６：入射光、３２０：部分反射面、３２１：瞳拡大ビームスプリッタ、３２２：入射面、３２３：出射面、３３０：投射光学部、３３１：レンズ、３３２：最終レンズ、３３３：外形直径、３３４：最終レンズの出射面、３３５：光学有効直径、３３６：射出瞳、３３７：射出瞳直径、３３８：凹面ミラー、３４１：仮想光線、３４２〜３４３：距離、３５１〜３５４：光線、３６０：厚さ、４００：三角プリズム、４０１：入射面、４０２：出射面、４１０：映像光、７００：利用者、７１０：保持部、８０１〜８０２：導光板、８１１：導光板、８１２〜８１３：回折領域、８２１：導光板、８２２〜８２４：回折領域、９００：光源部、９０１：ファイバ、９０２：ファイバ走査素子、９０３：コリメートレンズ、９０４：端面、９１１：走査素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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