(57)【要約】【課題】反射型ＬＣＤの反射面から斜めに出射される映像光を、軸非対称な観察光学系を介して観察者の瞳に導く構成であっても、裏面反射に起因する表示映像のコントラストの低下を回避する。【解決手段】反射型ＬＣＤを構成する液晶素子１６は、裏面反射光低減手段を有している。この裏面反射光低減手段は、第２の基材としての液晶封止基材２２の空気層側の表面に設けられる裏面反射防止膜２４で構成されてもよいし、第２の基材における空気層側の表面を、ＬＣＤの反射面に対して傾斜させた傾斜面で構成されてもよい。裏面反射光低減手段が裏面反射防止膜２４で構成される場合、白表示の画素１６ａから出射される映像光は、液晶封止基材２２の裏面でほとんど反射せず、液晶封止基材２２を介して空気層側に光Ｌ１ａとして取り出され、観察光学系１８を介して光学瞳Ｅに導かれる。【選択図】図１
2010072150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
光源からの光を変調して映像を表示する反射型の液晶表示素子と、
液晶表示素子の反射面に垂直な方向に対して傾斜して出射される映像光を光学瞳に導く、軸非対称な光学パワーを有する観察光学系とを備えた映像表示装置であって、
上記液晶表示素子は、
光源からの光を変調する液晶素子と、
光源から出射される光のうち、所定の偏光方向の光を透過させて上記液晶素子に導く偏光子と、
上記液晶素子から出射される光のうち、上記所定の偏光方向とは直交する偏光方向の光を透過させて上記観察光学系に導く検光子とを備えており、
上記液晶素子は、
各画素に対応して反射電極が形成された第１の基材と、
透明な第２の基材と、
第１の基材と第２の基材とで挟持される液晶と、
外部の空気層側から第２の基材を介して入射して反射電極にて反射され、第２の基材の裏面で反射された後、別の反射電極を介して空気層側に出射される光の光学瞳への入射を低減する裏面反射光低減手段を備えていることを特徴とする映像表示装置。
【請求項２】
上記液晶は、偏光の位相を制御して入射光を変調することを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
【請求項３】
上記裏面反射光低減手段は、第２の基材における空気層側の表面を、液晶表示素子の反射面に対して傾斜した傾斜面で構成されており、
上記液晶素子の画面中心と光学瞳の中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とすると、
上記観察光学系は、光軸を含む面に対して対称に形成されており、
上記傾斜面は、上記対称面内で上記反射面との角度を張る方向に傾斜していることを特徴とする請求項１または２に記載の映像表示装置。
【請求項４】
上記傾斜面は、反射電極から第２の基材に入射する光のうち、第２の基材にて裏面反射せずに射出される光の射出角よりも、第２の基材にて裏面反射し、別の反射電極を介して第２の基材から射出される光の射出角のほうが大きくなるように、上記反射面に対して傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の映像表示装置。
【請求項５】
上記傾斜面は、上記反射面に対して１度以上の傾斜角で傾斜していることを特徴とする請求項３または４に記載の映像表示装置。
【請求項６】
上記傾斜面は、上記反射面に対して１０度以下の傾斜角で傾斜していることを特徴とする請求項５に記載の映像表示装置。
【請求項７】
光源からの光を液晶素子に向けて反射する反射部材をさらに備え、
液晶素子と観察光学系との間の光路中には、上記検光子のみが光学部材として配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項８】
上記反射部材は、光学パワーを有していることを特徴とする請求項７に記載の映像表示装置。
【請求項９】
上記液晶素子の画面中心から出射されて光学瞳の中心に向かう光について、反射電極に対する反射角が１０度以上４０度未満であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１０】
光源から出射される光を、観察光学系の上記対称面に垂直な方向に拡散させて液晶素子に導く一方向拡散板をさらに備えていることを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１１】
上記光源は、波長の異なる光を出射する複数の発光ダイオードで構成されており、
複数の発光ダイオードは、一方向拡散板の上記拡散方向にほぼ沿うように配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の映像表示装置。
【請求項１２】
上記観察光学系は、体積位相型の反射型ホログラム光学素子を含んでおり、
上記ホログラム光学素子は、液晶表示素子からの映像光と外界からの光とを同時に観察者の瞳に導くコンバイナであることを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１３】
光源から出射される光を、観察光学系の上記対称面に垂直な方向に拡散させて液晶素子に導く一方向拡散板をさらに備えており、
上記一方向拡散板の拡散方向は、ホログラム光学素子の光軸入射面に垂直な方向と一致していることを特徴とする請求項１２に記載の映像表示装置。
【請求項１４】
上記光源は、波長の異なる光を出射する複数の発光ダイオードで構成されており、
複数の発光ダイオードは、ホログラム光学素子の光軸入射面に垂直な方向にほぼ沿って配置されており、
複数の波長に対応したホログラム光学素子の回折効率のピーク波長と、各発光ダイオードの強度ピーク波長とが略一致していることを特徴とする請求項１２または１３に記載の映像表示装置。
【請求項１５】
上記観察光学系は、液晶表示素子からの映像光を内部で全反射させて観察者の瞳に導く一方、外光を透過させて観察者の瞳に導く第１の透明基板を有していることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１６】
上記観察光学系は、第１の透明基板での外光の屈折をキャンセルするための第２の透明基板を有していることを特徴とする請求項１５に記載の映像表示装置。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれかに記載の映像表示装置と、
上記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持手段とを有していることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示素子にて表示された映像を虚像として観察者に提供する映像表示装置と、その映像表示装置を備えたヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤとも称する）とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、反射型の表示素子（例えば反射型ＬＣＤ）にて表示された映像を観察者に観察させる映像表示装置として、例えば特許文献１および２に開示されたものがある。特許文献１の映像表示装置では、反射型ＬＣＤからの映像光を投写光学系（例えばプリズムレンズ）を介して観察者の瞳に導くことにより、反射型ＬＣＤで表示された映像の虚像を観察することが可能である。
【０００３】
この映像表示装置では、反射型ＬＣＤと投写光学系との間に導光素子（例えば照明プリズム）を配置している。そして、導光素子と反射型ＬＣＤとを接着剤で接着している。上記の接着剤は、導光素子および反射型ＬＣＤのカバーガラスと屈折率がほぼ等しいものとなっている。この構成により、導光素子および上記カバーガラスの界面での表面反射を、接着剤がない場合と比べて減少させ、コントラストの高い映像表示が可能となっている。
【０００４】
一方、特許文献２の映像表示装置は、反射型ＬＣＤに表示された映像を観察者に直視させるタイプの表示装置である。この映像表示装置では、反射型ＬＣＤの基板表面に、上記基板と所定の屈折率差の鋸刃形状の透明媒体を設け、所定方向から光を入射させたときの、反射電極での反射光（映像光）と透明媒体での表面反射光とを分離することにより、明るい映像を観察者に観察させることが可能となっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３４３６０７号公報
【特許文献２】特開２００３−１０７４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、反射型ＬＣＤを用いた映像表示装置では、反射型ＬＣＤで発生する裏面反射により、表示映像のコントラストが低下するという問題が生ずる。なお、上記の裏面反射とは、反射電極からの反射光（映像光）の液晶封止基材（カバーガラス）と空気層との界面での反射のことを指す。上記の問題は、直視型の映像表示装置よりも、反射型ＬＣＤの反射電極（反射面）に垂直な方向に対して傾斜して映像光を出射し、軸非対称な観察光学系を介して観察者の瞳に導く構成において顕著となる。以下、この問題について詳細に説明する。
【０００７】
図１３は、従来の反射型ＬＣＤに対する入射光および出射光の光路を模式的に示す説明図である。例えば、偏光子を通過してＰ偏光で入射した光源からの光Ｌ１が、液晶素子１０１の白表示の画素１０１ａに斜めから入射し、この画素１０１ａによってＳ偏光に変換されるとき、このＳ偏光に変換された光Ｌ１が斜めに出射される。この光Ｌ１は、液晶封止基材１１１にて裏面反射すると、別の画素１０１ｂに裏面反射光Ｌ１’として入射する。
【０００８】
例えばこの画素１０１ｂが黒表示の画素であれば、本来、この画素１０１ｂに正規に入射するＰ偏光の光Ｌ２は、偏光が変換されずにＰ偏光のまま射出されて検光子で遮断され、これによって黒表示が行われる。しかし、Ｓ偏光の裏面反射光Ｌ１’が上記黒表示の画素１０１ｂに入射すると、偏光が変換されずにＳ偏光のまま射出されるので、検光子を通過できることとなり、液晶封止基材１１１の裏面反射率に応じた光量のＳ偏光による白表示が、本来の黒表示に混ざる。その結果、黒表示部分でゴーストが発生し、表示映像のコントラストが低下する。つまり、裏面反射率が例えば５％であれば、黒表示部分に、白表示部分の１／２０の光強度で明るいゴーストが表示され、コントラストが低下する。
【０００９】
なお、正規の黒表示の光Ｌ２（Ｐ偏光）は、例えば９９．９％以上の吸収率で検光子で吸収されるので、上記の裏面反射光Ｌ１’の影響を考慮しなければ、その吸収率に対応して非常に高いコントラストの映像を表示することが可能である。
【００１０】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、反射型ＬＣＤを用い、裏面反射光の表示品位への影響が大きい構成（反射面から斜めに出射される映像光を軸非対称な観察光学系を介して観察者の瞳に導く構成）であっても、裏面反射に起因する表示映像のコントラストの低下を回避することができる映像表示装置と、その映像表示装置を用いたヘッドマウントディスプレイとを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の映像表示装置は、光源と、光源からの光を変調して映像を表示する反射型の液晶表示素子と、液晶表示素子の反射面に垂直な方向に対して傾斜して出射される映像光を光学瞳に導く、軸非対称な光学パワーを有する観察光学系とを備えた映像表示装置であって、上記液晶表示素子は、光源からの光を変調する液晶素子と、光源から出射される光のうち、所定の偏光方向の光を透過させて上記液晶素子に導く偏光子と、上記液晶素子から出射される光のうち、上記所定の偏光方向とは直交する偏光方向の光を透過させて上記観察光学系に導く検光子とを備えており、上記液晶素子は、各画素に対応して反射電極が形成された第１の基材と、透明な第２の基材と、第１の基材と第２の基材とで挟持される液晶と、外部の空気層側から第２の基材を介して入射して反射電極にて反射され、第２の基材の裏面で反射された後、別の反射電極を介して空気層側に出射される光の光学瞳への入射を低減する裏面反射光低減手段を備えていることを特徴としている。
【００１２】
なお、液晶表示素子の反射面とは、液晶素子の反射電極の表面を指す。また、第２の基材の裏面での反射とは、反射電極からの反射光（映像光）の第２の基材と空気層との界面での反射を指す。また、第２の基材とは、第２の基材そのもののほか、例えば第２の基材の空気層側に第２の基材と一体的に部材（例えばプリズム）を設けた場合には、それら全体を指すものとする。また、外部の空気層側から第２の基材を介して入射して反射電極にて反射され、第２の基材の裏面で反射された後、別の反射電極および第２の基材を介して空気層側に出射される光のことを、裏面反射光とも称する。
【００１３】
上記の構成によれば、光源から出射される光は、反射型の液晶表示素子で変調され、観察光学系を介して光学瞳に導かれる。より詳しくは、光源から出射される光のうちで所定の偏光方向の光（例えばＰ偏光）は、液晶表示素子の偏光子を通過して液晶素子に入射し、そこで変調され、入射光とは偏光方向が直交する光（例えばＳ偏光）が映像光として液晶素子から出射される。上記の映像光は、検光子を通過し、観察光学系を介して光学瞳に導かれる。したがって、光学瞳の位置では、観察者は液晶表示素子によって表示される映像の虚像を観察することができる。
【００１４】
ここで、観察光学系は軸非対称（回転非対称）な光学パワーを有しているので、装置を構成する各光学部材の配置の自由度を高めることができ、装置を小型化、軽量化することが可能となる。
【００１５】
また、本発明では、液晶素子は、裏面反射光低減手段を備えている。このような裏面反射光低減手段は、例えば、第２の基材の空気層側に配置される裏面反射防止膜（または裏面反射防止フィルム）であってもよいし、液晶素子の最も空気層側に設けられる、反射面に対して傾斜した傾斜面であってもよい。前者の場合、第２の基材での裏面反射自体が抑えられることにより、裏面反射光の光学瞳への入射が低減される。一方、後者の場合、裏面反射光の少なくとも一部が、傾斜面での屈折によって光学瞳に向かう光路から外れ、結果として裏面反射光の光学瞳への入射が低減される。
【００１６】
このように、裏面反射光低減手段によって裏面反射光の光学瞳への入射が低減されるので、裏面反射光の表示品位への影響が大きい構成、すなわち、反射型の液晶表示素子を用い、液晶表示素子の反射面に垂直な方向に対して傾斜して映像光を出射し、軸非対称な観察光学系を介して観察者の瞳に導く構成であっても、表示映像のコントラストの低下を回避することができ、観察者は表示品位の良好な映像を観察することが可能となる。
【００１７】
本発明の映像表示装置において、上記液晶は、偏光の位相を制御して入射光を変調するものであってもよい。
【００１８】
上記液晶としては、例えば強誘電性液晶やＩＰＳ（In-Plane Switching）液晶がある。これらの液晶を用いると、視野角に関係なく高コントラストな映像を表示することが可能となる。したがって、上記液晶を本発明の映像表示装置に適用した場合に、表示映像のコントラストの低下を回避して表示品位の良好な映像を観察できる本発明の効果が非常に有効となる。
【００１９】
本発明の映像表示装置において、上記裏面反射光低減手段は、第２の基材における空気層側の表面を、液晶表示素子の反射面に対して傾斜した傾斜面で構成されており、上記液晶素子の画面中心と光学瞳の中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とすると、上記観察光学系は、光軸を含む面に対して対称に形成されており、上記傾斜面は、上記対称面内で上記反射面との角度を張る方向に傾斜していてもよい。
【００２０】
第２の基材での裏面反射光は、別の反射電極にて反射された後、最終的には傾斜面で屈折して液晶素子から出射されるので、この裏面反射光の少なくとも一部を、光学瞳に向かう光路から外すことができる。これにより、表示映像のコントラストの低下を確実に回避して、映像の表示品位を確実に向上させることができる。
【００２１】
また、上記のように傾斜面を傾斜させることにより、軸非対称な観察光学系で発生する収差を、傾斜面での屈折によって発生する収差で相殺して容易に補正することが可能となり、観察映像を高画質にすることが可能となる。
【００２２】
本発明の映像表示装置において、上記傾斜面は、反射電極から第２の基材に入射する光のうち、第２の基材にて裏面反射せずに射出される光の射出角よりも、第２の基材にて裏面反射し、別の反射電極を介して第２の基材から射出される光の射出角のほうが大きくなるように、上記反射面に対して傾斜していてもよい。
【００２３】
傾斜面が上記のように傾斜していることにより、正規の映像光とは異なる方向に大きな角度差で、裏面反射光を傾斜面から射出することができるので、裏面反射によるゴーストの発生を低減し、表示映像のコントラストの低下を回避できる効果が大きくなる。
【００２４】
本発明の映像表示装置において、上記傾斜面は、上記反射面に対して１度以上の傾斜角で傾斜していることが望ましい。この場合、正規の映像光に対して、傾斜面の傾斜角の約３倍の角度だけずれて裏面反射光を射出させて、観察者の瞳孔（例えば３ｍｍ程度）の周囲に導くことができる。これにより、裏面反射光によるゴーストが観察者に観察されるのを低減することができる。
【００２５】
本発明の映像表示装置において、上記傾斜面は、上記反射面に対して１０度以下の傾斜角で傾斜していることが望ましい。この場合、第２の基材を薄くすることができ、液晶素子ひいては映像表示装置を小型軽量にすることができる。
【００２６】
本発明の映像表示装置は、光源からの光を液晶素子に向けて反射する反射部材をさらに備え、液晶素子と観察光学系との間の光路中には、上記検光子のみが光学部材として配置されていてもよい。
【００２７】
光源から液晶素子に向かう光の光路が反射部材によって折り曲げられるので、小型軽量な装置を実現することができる。また、液晶素子と観察光学系との間の光路中には、検光子のみが光学部材として配置されており、例えばプリズムのような他の光学部材は配置されていない。したがって、上記プリズム内面で不要反射が生じるといったことは全く無く、明るい映像を観察者に提供することができる。
【００２８】
本発明の映像表示装置において、上記反射部材は、光学パワーを有していることが望ましい。この場合、光源からの光を反射部材によって集光して液晶素子を照明することができ、さらに明るい映像を観察者に提供することができる。
【００２９】
本発明の映像表示装置において、上記液晶素子の画面中心から出射されて光学瞳の中心に向かう光について、反射電極に対する反射角が１０度以上４０度未満であることが望ましい。
【００３０】
液晶素子の画面中心から出射されて光学瞳の中心に向かう光を主光線と称することとする。主光線の反射電極に対する反射角が１０度以上であるので、観察光学系に対する液晶素子の配置の自由度が増大し、小型な装置を構成することができる。また、主光線の反射電極に対する反射角が４０度未満であるので、反射電極にて反射された光を第２の基材の裏面（第２の基材と空気層との界面）で全反射させることなく観察光学系に導くことができ、コントラストの低下の無い、高画質の映像を観察者に観察させることができる。
【００３１】
本発明の映像表示装置は、光源から出射される光を、観察光学系の上記対称面に垂直な方向に拡散させて液晶素子に導く一方向拡散板をさらに備えている構成であってもよい。
【００３２】
光源から出射される光が一方向拡散板にて拡散される際に、上記光の光束径は、上記対称面に垂直な方向に相対的に大きくなり、上記対称面内の方向であって第２の基材の傾斜面と液晶表示素子の反射面との角度を張る方向で相対的に小さくなる。これにより、第２の基材の傾斜面の傾きを小さくしても、第２の基材での裏面反射光の少なくとも一部を、光学瞳に向かう光路から外すことができる（ゴースト光を確実に低減できる）。したがって、第２の基材を薄型化して装置の軽量化を図ることができる。また、一方向拡散板で拡散される方向（対称面に垂直な方向）には、光束径が大きいので、光学瞳が上記方向に大きくなり、映像を観察し易くなる。
【００３３】
本発明の映像表示装置において、上記光源は、波長の異なる光を出射する複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成されており、複数の発光ダイオードは、一方向拡散板の上記拡散方向にほぼ沿うように配置されている構成であってもよい。この構成では、各ＬＥＤから出射される光を一方向拡散板の拡散方向に混ぜて、色ムラのない良好なカラー映像を観察者に提供することができる。
【００３４】
本発明の映像表示装置において、上記観察光学系は、体積位相型の反射型ホログラム光学素子を含んでおり、上記ホログラム光学素子は、液晶表示素子からの映像光と外界からの光とを同時に観察者の瞳に導くコンバイナであってもよい。
【００３５】
この場合、観察者は、ホログラム光学素子を介して、液晶表示素子の表示映像と外界像とを同時に観察することができる。また、体積位相型の反射型ホログラム光学素子は、回折効率の半値波長幅が狭いので、外光の透過率が高く、明るい外界像を観察できるとともに、その外界に重ねても、明るく、色純度が高く、視認性の高い映像を観察することができる。また、第２の基材の傾斜面により、裏面反射光を正規の映像光と射出角度を異ならせてゴーストを低減するので、反射型ホログラムの角度選択性により、さらにゴーストを低減することができる。
【００３６】
本発明の映像表示装置は、光源から出射される光を、観察光学系の上記対称面に垂直な方向に拡散させて液晶素子に導く一方向拡散板をさらに備えており、上記一方向拡散板の拡散方向は、ホログラム光学素子の光軸入射面に垂直な方向と一致している構成であってもよい。なお、ホログラム光学素子の光軸入射面とは、ホログラム光学素子に対する入射光の光軸と反射光の光軸とを含む面を指す。
【００３７】
この構成では、光源から出射される光が一方向拡散板にて拡散される際に、上記光の光束径は、上記対称面（光軸入射面）に垂直な方向に相対的に大きくなり、上記対称面内の方向であって第２の基材の傾斜面と液晶表示素子の反射面との角度を張る方向で相対的に小さくなる。これにより、第２の基材の傾斜面の傾きを小さくしても、第２の基材での裏面反射光の少なくとも一部を、光学瞳に向かう光路から外すことができる（ゴースト光を確実に低減できる）。したがって、第２の基材を薄型化して装置の軽量化を図ることができる。また、一方向拡散板で拡散される方向（対称面に垂直な方向）には、光束径が大きいので、光学瞳が上記方向に大きくなり、映像を観察し易くなる。
【００３８】
また、光軸入射面に垂直な方向は、光軸入射面に平行な方向よりも波長選択性が低く（入射角のずれによる回折波長のずれが小さく）、ホログラムの回折効率が高い。したがって、一方向拡散板での拡散方向とホログラム光学素子の光軸入射面に垂直な方向とを一致させることにより、上記拡散方向に大きな光学瞳を形成して、明るい映像を観察者に観察させることができる。
【００３９】
本発明の映像表示装置において、上記光源は、波長の異なる光を出射する複数の発光ダイオードで構成されており、複数の発光ダイオードは、ホログラム光学素子の光軸入射面に垂直な方向にほぼ沿って配置されており、複数の波長に対応したホログラム光学素子の回折効率のピーク波長と、各発光ダイオードの強度ピーク波長とが略一致していること構成であってもよい。
【００４０】
光軸入射面に垂直な方向は、光軸入射面に平行な方向よりも波長選択性が低いので、この方向にほぼ沿って各ＬＥＤを配置することにより、色ムラのない高画質の映像を観察者に観察させることができる。
【００４１】
また、複数の波長に対応したホログラム光学素子の回折効率のピーク波長と、各ＬＥＤの強度ピーク波長とが略一致しているので、各ＬＥＤからの光をホログラム光学素子にて効率よく回折させることができ、さらに明るく、外界像に重ねても見やすい映像を観察者に観察させることができる。また、複数の波長に対応する瞳位置が一致するので、全体の光学瞳を小さくすることができる。これにより、傾斜面の傾きを小さくしてもゴーストを低減することが可能となり、第２の基材の薄型化によって装置を軽量化することが可能となる。
【００４２】
本発明の映像表示装置において、上記観察光学系は、液晶表示素子からの映像光を内部で全反射させて観察者の瞳に導く一方、外光を透過させて観察者の瞳に導く第１の透明基板を有していてもよい。
【００４３】
このような第１の透明基板を用いることにより、液晶表示素子の表示映像を観察可能としながらも、外光の透過率が高くなるので、明るい外界像を広い視認範囲で観察することができる。また、第１の透明基板を薄くして装置を軽量化することもできる。
【００４４】
本発明の映像表示装置において、上記観察光学系は、第１の透明基板での外光の屈折をキャンセルするための第２の透明基板を有していることが望ましい。この場合、観察者が観察光学系を介して観察する外界像に歪みが生じるのを防止することができる。また、観察光学系を介して明るい外界像をさらに広い視認範囲で観察することが可能となる。
【００４５】
本発明のヘッドマウントディスプレイは、上述した本発明の映像表示装置と、上記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持手段とを有していることを特徴としている。この構成では、映像表示装置が支持手段にて支持されるので、観察者は映像表示装置から提供される映像をハンズフリーで観察することができる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明によれば、裏面反射光低減手段によって裏面反射光の光学瞳への入射が低減されるので、反射型の液晶表示素子を用い、液晶表示素子の反射面に垂直な方向に対して傾斜して映像光を出射する構成であっても、表示映像のコントラストの低下を回避することができ、観察者は表示品位の良好な映像を観察することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
（１．ＨＭＤの構成）
図２は、本実施形態に係るＨＭＤの概略の構成を示す斜視図である。ＨＭＤは、映像表示装置１と、支持手段２とで構成されている。
【００４８】
映像表示装置１は、筐体３を有している。この筐体３は、少なくとも光源１１および液晶素子１６（ともに図３参照）を内包するとともに、観察光学系１８の一部を保持している。観察光学系１８は、後述する接眼プリズム３１および偏向プリズム３２の貼り合わせによって構成されており、全体として眼鏡の一方のレンズ（図２では右眼用レンズ）のような形状をしている。また、上記の光源１１および液晶素子１６には、筐体３を貫通して設けられるケーブル４を介して、少なくとも駆動電力および映像信号が供給される。
【００４９】
支持手段２は、映像表示装置１（特に観察光学系１８）を観察者の一方の眼（例えば右眼）の前で支持するとともに、ダミーレンズ５を観察者の他方の眼（例えば左眼）の前で支持している。より詳しくは、以下の通りである。なお、ダミーレンズ５を設ける代わりに、両眼に対応して２つの映像表示装置１を設け、これらを支持手段２にて支持する構成としてもよい。
【００５０】
この支持手段２は、ブリッジ６と、フレーム７と、テンプル８と、鼻当て９とを有している。フレーム７、テンプル８および鼻当て９は、左右一対設けられているが、それぞれ、右フレーム７Ｒ、左フレーム７Ｌ、右テンプル８Ｒ、左テンプル８Ｌ、右鼻当て９Ｒ、左鼻当て９Ｌで構成されている。
【００５１】
ブリッジ６の一端は映像表示装置１と連結されており、他端はダミーレンズ５と連結されている。映像表示装置１におけるブリッジ６との連結側とは反対側の端部は、右フレーム７Ｒと固定されている。右テンプル８Ｒは右フレーム７Ｒに回動可能に支持されている。一方、ダミーレンズ５におけるブリッジ６との連結側とは反対側の端部は、左フレーム７Ｌと固定されている。左テンプル８Ｌは左フレーム７Ｌに回動可能に支持されている。
【００５２】
観察者がＨＭＤを使用するときは、右テンプル８Ｒおよび左テンプル８Ｌを観察者の右側頭部および左側頭部に接触させるとともに、鼻当て９を観察者の鼻に当て、一般の眼鏡をかけるようにＨＭＤを観察者の頭部に装着する。この状態で映像表示装置１にて映像を表示すると、観察者は、映像表示装置１の表示映像を虚像として観察することができるとともに、この映像表示装置１を介して外界像をシースルーで観察することができる。以下、映像表示装置１の詳細について説明する。
【００５３】
（２．映像表示装置の構成）
図３は、映像表示装置１の概略の構成を示す断面図である。映像表示装置１は、光源１１と、偏光板１２と、ミラー１３と、一方向拡散板１４と、偏光子１５と、液晶素子１６と、検光子１７と、観察光学系１８とを有している。なお、偏光子１５と、液晶素子１６と、検光子１７とで、光源１１からの光を変調して映像を表示する液晶表示素子（ＬＣＤ）が構成されている。
【００５４】
ここで、以下での説明の便宜上、方向を以下のように定義しておく。まず、液晶素子１６の画面中心と、観察光学系１８によって形成される光学瞳Ｅの中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とする。そして、光源１１から光学瞳Ｅまでの光路を展開したときの光軸方向をＺ方向とする。また、観察光学系１８の後述するホログラム光学素子３３の光軸入射面に垂直な方向をＸ方向とし、ＺＸ平面に垂直な方向をＹ方向とする。なお、ホログラム光学素子３３の光軸入射面とは、ホログラム光学素子３３における入射光の光軸と反射光の光軸とを含む平面、すなわち、ＹＺ平面を指す。また、本実施形態の観察光学系１８は、上記光軸を含む面に対して対称に形成されており、上記したホログラム光学素子３３の光軸入射面は、観察光学系１８の対称面ともなっている。
【００５５】
また、図４は、ミラー１３を光学的に同じ機能のレンズ１３’（シリンダレンズ）に置き換え、観察光学系１８を１つのレンズに置き換えて光路を展開したときの、ＺＸ平面およびＹＺ平面での光路を示す説明図である。なお、一方向拡散板１４は、後述するようにＹ方向には入射光をほとんど拡散しないので、図４では、Ｙ方向には凹凸の起伏が無く、Ｘ方向には凹凸の起伏がランダムに形成された形状で一方向拡散板１４が示されている。
【００５６】
光源１１は、液晶素子１６に向けて光を出射するものであり、液晶素子１６から観察光学系１８に向かう光の光路に対して観察者側（光学瞳Ｅ側）に配置されている。この光源１１は、波長の異なる複数の光を出射する複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成されている。より具体的には、図４に示すように、光源１１は、光源群１１Ｐ・１１Ｑで構成されている。光源群１１Ｐ・１１Ｑは、それぞれ、３原色に対応する光、すなわち、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応する光を出射する発光部１１Ｒ1・１１Ｇ1・１１Ｂ1および発光部１１Ｒ2・１１Ｇ2・１１Ｂ2を有するＲＧＢ一体型のＬＥＤ（日亜化学製）で構成されている。なお、光源１１は、光源群１１Ｐ・１１Ｑを１パッケージで構成したものであってもよい。
【００５７】
図５は、光源１１の分光強度特性、すなわち、出射光の波長と光強度との関係を示す説明図である。光源１１は、例えば、中心波長および光強度半値波長幅で、４６５±１２ｎｍ、５２０±１９ｎｍ、６３５±１０ｎｍとなる３つの波長帯域の光を発する。なお、図５の縦軸の光強度は、Ｂ光の最大光強度を１００としたときの相対値で示している。光源１１のＲＧＢの光強度は、ホログラム光学素子３３の回折効率や、液晶素子１６の光透過率を考慮して調整され、これによって白色表示を行うことが可能となる。なお、本実施形態では、後述するように、液晶素子１６として時分割駆動が可能な強誘電液晶素子を用いているため、光源１１は３原色に対応する光を時分割で順に出射する。
【００５８】
図３に示した偏光板１２は、後述する偏光子１５と同一方向の偏光（例えばＰ偏光）を透過し、後述する検光子１７と同一方向の偏光（例えばＳ偏光）を遮断する偏光板である。したがって、光源１１から出射される光のうち、検光子１７に直接向かってそこを透過する光や、偏光子１５の表面で反射されて検光子１７に向かい、そこを透過する光を偏光板１２にて予めカットすることができ、液晶素子１６にて変調されない不要光が検光子１７を透過して光学瞳Ｅに導かれるのを防ぐことができる。
【００５９】
ミラー１３は、光源１１からの光を液晶素子１６に向けて反射する反射部材であり、例えば、ＹＺ平面内でのみ光を集光する光学パワーを有するシリンドリカルミラーで構成されている。このように、ミラー１３が光学パワーを有しているので、光源１１からの光を集光して液晶素子１６を照明することができ、明るい映像を観察者に観察させることができるとともに、光源１１から液晶素子１６に向かう光の光路をミラー１３で折り曲げて、小型軽量な装置を実現することができる。なお、ミラー１３は、球面ミラー、非球面ミラー、軸非対称な凹面ミラー（自由曲面ミラー）、などの他のミラーで構成されてもよい。
【００６０】
本実施形態では、ミラー１３は、液晶素子１６から観察光学系１８に向かう光の光路に対して、光源１１とは反対側に設けられている。すなわち、ミラー１３は、光源１１とミラー１３とで上記光路を挟むような位置に設けられている。
【００６１】
一方向拡散板１４は、光源１１から出射される光を、観察光学系１８の対称面に垂直なＸ方向に拡散させて液晶素子１６に導くものである。より詳しくは、一方向拡散板１４は、入射光をＸ方向には４０度拡散させ、Ｙ方向には０．５度拡散させる。なお、一方向拡散板１４の代わりに、入射光を両方向に拡散する通常の拡散板を用いてもよい。
【００６２】
偏光子１５は、光源１１から出射された光のうち、所定の偏光方向の光（ここではＰ偏光）を透過させてミラー１３に導くとともに、ミラー１３にて光路を折り曲げられた光であって上記所定の偏光方向と同じ偏光方向の光（ここではＰ偏光）を透過させて液晶素子１６に導く。検光子１７は、液晶素子１６から出射される光のうち、上記所定の偏光方向とは直交する偏光方向（例えばＳ偏光）の光を透過させて観察光学系１８に導く。
【００６３】
液晶素子１６は、複数の画素をマトリクス状に有し、光源１１からの光を画像データに応じて各画素ごとに変調する反射型の光変調素子である。より具体的には、液晶素子１６は、各画素に対応して反射電極が形成されたシリコン基板２１（第１の基材）と、例えばカバーガラスからなる透明な液晶封止基材（第２の基材）２２と、シリコン基板２１と液晶封止基材２２とで挟持される液晶２３と、裏面反射光低減手段とを有しており、この他にも図示しない対向電極や配向膜、制御回路を有している。なお、裏面反射光低減手段の詳細については後述する。
【００６４】
シリコン基板２１には、上記の反射電極のほか、走査線および信号線などの配線や、各画素をＯＮ／ＯＦＦ駆動するためのスイッチング素子（例えばＴＦＴ）が形成されている。液晶封止基材２２は、上記の対向電極が形成される基板である。液晶２３は、偏光の位相を制御して入射光を変調するものであり、本実施形態では、強誘電性液晶で構成されている。
【００６５】
液晶素子１６は、矩形の表示画面の長辺方向がＸ方向となり、その短辺方向がＹ方向となるように配置されている。液晶素子１６はカラーフィルタを有してはおらず、それゆえ、液晶素子１６の各画素は、光源１１から時分割で順に供給される３原色の光のそれぞれに対応して時分割でＯＮ／ＯＦＦ駆動され、同一画素でＲＧＢの表示が時分割に行われる。これにより、観察者にカラー映像を提供することができる。また、液晶素子１６はカラーフィルタを有していないので、液晶素子１６の光透過率は高い。
【００６６】
反射型の液晶素子１６においては、上述のようにシリコン等の半導体を基板として用いることができるため、小型で集積度の高い液晶素子１６を作製することができる。しかも、上記のスイッチング素子や配線を含む周辺回路を、上記基板の裏面（表示側とは反対側の面）に配置することができるので、開口率を容易に向上させることができ、明るい映像を表示することができる。また、強誘電性液晶は、駆動速度が速いことがメリットであるので、それゆえ、上記の時分割駆動方式を採用することができる。
【００６７】
また、液晶素子１６の画面中心から出射されて光学瞳Ｅの中心に向かう光を主光線とすると、上記反射電極に対する主光線の反射角は１０度以上４０度未満となっている。上記反射角が１０度以上であることにより、観察光学系１８に対する液晶素子１６の配置の自由度が増し、小型な装置となる。一方、上記反射角が４０度未満であることにより、反射電極にて反射された光を液晶封止基材２２の裏面で全反射させることなく観察光学系１８に導くことができる。
【００６８】
観察光学系１８は、液晶素子１６から出射される光を光学瞳Ｅに導く接眼光学系であり、軸非対称（回転非対称、非軸対称）な正の光学パワーを有している。観察光学系１８が軸非対称であることから、観察光学系１８に入射する映像光（例えば主光線）は、液晶素子１６の反射面（反射電極）に対して傾斜している。したがって、観察光学系１８は、液晶素子１６の反射面に垂直な方向に対して傾斜して出射される映像光を光学瞳Ｅに導くものであるとも言える。
【００６９】
このような観察光学系１８は、接眼プリズム３１と、偏向プリズム３２と、ホログラム光学素子３３とを有して構成されている。
【００７０】
接眼プリズム３１は、入射光すなわち液晶素子１６からの映像光を内部で全反射させてホログラム光学素子３３の方向に進行させ、ホログラム光学素子３３を介して観察者の瞳に導く一方、外光を透過させて観察者の瞳に導く第１の透明基板であり、偏向プリズム３２とともに、例えばアクリル系樹脂で構成されている。この接眼プリズム３１は、平行平板の下端部を薄くして楔状にし、その上端部を厚くした形状で構成されている。また、接眼プリズム３１は、その下端部に配置されるホログラム光学素子３３を挟むように偏向プリズム３２と接着剤で接合されている。
【００７１】
偏向プリズム３２は、平面視で略Ｕ字型の平行平板で構成されており（図２参照）、接眼プリズム３１の下端部および両側面部（左右の各端面）と貼り合わされたときに、接眼プリズム３１と一体となって略平行平板となる第２の透明基板である。この偏向プリズム３２を接眼プリズム３１に接合することにより、観察者が観察光学系１８を介して観察する外界像に歪みが生じるのを防止することができる。
【００７２】
つまり、例えば、接眼プリズム３１に偏向プリズム３２を接合させない場合、外界像の光は接眼プリズム３１の楔状の下端部を透過するときに屈折するので、接眼プリズム３１を介して観察される外界像に歪みが生じる。しかし、接眼プリズム３１に偏向プリズム３２を接合させて一体的な略平行平板を形成することで、外界像の光が接眼プリズム３１の楔状の下端部を透過するときの屈折を偏向プリズム３２でキャンセルすることができる。その結果、シースルーで観察される外界像に歪みが生じるのを防止することができる。
【００７３】
ホログラム光学素子３３は、液晶素子１６から出射される３原色に対応した波長の光をそれぞれ回折させて観察者の瞳に導く体積位相型の反射型ホログラムである。ホログラム光学素子３３は、光学的に軸非対称な正の光学パワーを持ち、非球面凹面ミラーと同様の機能を持っている。これにより、装置を構成する各光学部材の配置の自由度を高めて装置を容易に小型化することができるとともに、良好に収差補正された映像を観察者に提供することができる。
【００７４】
ここで、図６は、ホログラム光学素子３３における回折効率の波長依存性を示す説明図である。同図に示すように、ホログラム光学素子３４は、例えば、回折効率のピーク波長および回折効率半値の波長幅で４６５±５ｎｍ（Ｂ光）、５２１±５ｎｍ（Ｇ光）、６３４±５ｎｍ（Ｒ光）の３つの波長域の光を回折（反射）させるように作製されている。ここで、回折効率のピーク波長とは、回折効率がピークとなるときの波長のことであり、回折効率半値の波長幅とは、回折効率が回折効率ピークの半値となるときの波長幅のことである。なお、図６の回折効率は、Ｂ光の最大回折効率を１００としたときの相対値で示している。
【００７５】
上記のように、ホログラム光学素子３３は特定入射角の特定波長の光のみを回折するように作製されているので、外光の透過にはほとんど影響しない。したがって、観察者は、接眼プリズム３１、ホログラム光学素子３３および偏向プリズム３２を介して外界像を通常通り見ることができる。
【００７６】
さらに、上述の数値関係から、ホログラム光学素子３３の回折効率のピーク波長と、光源１１から出射される光強度のピーク波長（中心波長）とは略一致していると言える。このような設定では、光源１１から出射される光のうちで光強度がピークとなる波長付近の光が、ホログラム光学素子３３にて効率よく回折されるので、外界像に重畳しても明るく、見やすい映像を観察者に提供することができる。また、各色の光学瞳の位置がＹ方向で一致し、全体の光学瞳Ｅを小さくすることができる。
【００７７】
（３．映像表示装置の動作）
次に、上記構成の映像表示装置１の動作について、図３に基づいて説明する。
光源１１から時分割で出射されるＲＧＢの各色光（例えばＰ偏光）は、まず偏光板１２を透過し、偏光子１５および一方向拡散板１４を介してミラー１３に入射し、そこで反射される。そして、ミラー１３での反射光（Ｐ偏光）は、再び一方向拡散板１４に入射してそこで拡散され、偏光子１５を透過して液晶素子１６に入射する。
【００７８】
液晶素子１６では、入射光が反射されるが、その際にＲＧＢごとの画像データに応じて各画素ごとに位相変調される。例えば黒表示に対応する画素では、入射光は位相変調されず、Ｐ偏光のまま液晶素子１６から出射され、検光子１７で吸収される。一方、白表示に対応する画素では、液晶素子１６が１／４波長板として作用し、入射光はＳ偏光に変換され、検光子１７を透過する。液晶素子１６での変調時間または光源１１から出射される光の強度を制御することにより、ＬＣＤにてカラー映像を表示することができる。なお、Ｐ偏光およびＳ偏光のうち、どちらを白表示に利用するかは任意である。
【００７９】
検光子１７を透過した映像光は、観察光学系１８の接眼プリズム３１に、凸の曲面を有する面３１ａを介して内部に入射する。入射した映像光は、接眼プリズム３１の対向する２つの平面（面３１ｂ・３１ｃ）で複数回全反射され、接眼プリズム３１の下端に配置されたホログラム光学素子３３まで導かれ、そこで反射されて光学瞳Ｅに導かれる。したがって、光学瞳Ｅの位置では、観察者は、ＬＣＤに表示されたＲＧＢごとの映像の拡大虚像をカラー映像として観察することができる。
【００８０】
一方、接眼プリズム３１、偏向プリズム３２およびホログラム光学素子３３は、外界からの光をほとんど全て透過させるので、観察者は外界像をシースルーで観察することができる。ＬＣＤに表示された映像の虚像は、外界像の一部に重なって観察されることになる。
【００８１】
このように、本実施形態の映像表示装置１では、観察光学系１８のホログラム光学素子３３は、ＬＣＤからの映像光と外光とを同時に観察者の瞳に導くコンバイナとして用いられているので、観察者は、ホログラム光学素子３３を介して、ＬＣＤから提供される映像と外界像とを同時に観察することができる。
【００８２】
また、ホログラム光学素子３３は、Ｐ偏光よりもＳ偏光の回折効率が高いので、本実施形態のように液晶素子１６から射出されて検光子１７を透過する映像光をＳ偏光とすることにより、明るく、色純度の高い映像を観察者に観察させることができる。なお、液晶素子１６からＰ偏光を射出し、検光子１７を通過した後に１／４波長板でＳ偏光に変換する構成であってもよい。
【００８３】
また、偏向プリズム３２は、接眼プリズム３１の楔部分での外光の屈折をキャンセルするので、観察者は接眼プリズム３１、偏向プリズム３２およびホログラム光学素子３３を通して、外界光を歪むことなく観察することができる。また、映像光を接眼プリズム３１内で反射して眼に導く構成としたので、通常の眼鏡レンズと同程度に接眼プリズム３１を薄く（例えば３ｍｍ程度に）構成することができ、小型軽量となる。また、接眼プリズム３１内での反射を全反射としたので、観察者は接眼プリズム３１の面３１ｂ・３１ｃを通して、外光の透過率を落とすことなく外界像を観察することができる。
【００８４】
また、強誘電タイプの液晶素子１６では、液晶素子１６が位相板として作用しないときには黒表示となるが、このときの液晶分子の長軸方向は入射光の偏光方向と一致しており、入射光の偏光方向を変化させない。したがって、液晶素子１６の反射面に光が斜めに入射しても、黒表示の漏れ光が少なく、コントラストの高い表示が可能である。一方、白表示のときには、液晶素子１６が１／４波長板として作用するため、波長により検光子１７を通過する光の強度が異なる（波長依存性）が、この波長依存性は、光源１１から出射される光の強度調整や、液晶素子１６での変調時間を調整することでキャンセルすることが可能である。
【００８５】
また、本実施形態では、液晶素子１６と観察光学系１８との間の光路中には、検光子１７のみが光学部材として配置されており、例えば照明プリズムのような光学部材が配置されず、中空となっている。これにより、そのようなプリズム内面での不要反射が生じることは全く無く、明るい映像を観察者に提供することができる。
【００８６】
また、本実施形態では、光源１１と光学瞳Ｅとは、位置関係がほぼ共役となっているが、上述の通り、反射型の液晶素子１６は開口率が高いので、液晶素子１６の各画素での拡散は小さい。したがって、光源１１と光学瞳Ｅとは、Ｙ方向では光学的にほぼ共役であると言える。一方、Ｘ方向では、ミラー１３の光学パワーが無いので、光源１１と光学瞳Ｅとは光学的に共役ではない。また、ミラー１３は、光源１１からの光を集光した後、一方向拡散板１４によって拡散される光が効率よく光学瞳Ｅを形成するように配置されており、光学瞳Ｅの位置にて明るい映像を観察することが可能である。
【００８７】
また、本実施形態では、光学瞳Ｅは、強度半値でＸ方向に６ｍｍ、Ｙ方向に２ｍｍの大きさとなるように、各光学部材の光学配置と光学パワーとを設定している。なお、Ｙ方向には、光源１１の発光面積（例えば０．３ｍｍ角）が、一方向拡散板１４での０．５度の拡散と、液晶素子１６での２度程度の拡散により、共役関係の像倍率で形成される瞳よりも少し大きく形成されている。
【００８８】
このように、光学瞳Ｅは、一方向（Ｘ方向）には人間の瞳（３ｍｍ程度）よりも大きい６ｍｍの大きさなので、観察者は映像を観察しやすい。一方、光学瞳Ｅは、他の方向（Ｙ方向）には人間の瞳よりも小さい２ｍｍの大きさなので、光源１１からの光は上記方向においては光学瞳Ｅに無駄なく集光する。これにより、観察者は、明るい映像を観察することができる。つまり、観察者が映像を観察する際には、Ｘ方向を観察者の左右方向、Ｙ方向を上下方向に設定すれば、観察者は目がよく動いて観察範囲の広い左右方向には大きな瞳で映像を観察しやすく、上下方向には小さい瞳に集光して明るい映像を観察することが可能となる。
【００８９】
また、図４に示したように、発光面積の小さい光源１１からの光は、一方向拡散板１４でホログラム光学素子３３の光軸入射面に垂直なＸ方向に拡散され、レンズ１３’を介して再び一方向拡散板１４を通過し、液晶素子１６を照明する。このとき、一方向拡散板１４は、光源１１の複数の発光部からの光を混色して射出する。それゆえ、液晶素子１６からの映像光が観察光学系１８を介して光学瞳Ｅに導かれたときには、光学瞳Ｅの位置にて、観察者は、輝度ムラや色ムラの無い高画質な映像を虚像として観察することができる。また、一方向拡散板１４における拡散しない面と偏光子１５とを接着したり、糊付けするなどして界面での反射を減少させることにより、さらに、均質で明るい映像を観察者に提供することができる。
【００９０】
また、光源１１の各光源群１１Ｐ・１１Ｑにおいて、発光部１１Ｒ1・１１Ｇ1・１１Ｂ1および発光部１１Ｒ2・１１Ｇ2・１１Ｂ2はＸ方向にほぼ沿って配置されていることから、複数のＬＥＤは一方向拡散板１４の拡散方向にほぼ沿うように配置されているとも言える。これにより、各ＬＥＤから出射される光を一方向拡散板１４の拡散方向に混ぜて、色ムラのない良好なカラー映像を観察者に提供することができる。
【００９１】
（４．光学瞳の設定による色ムラの低減効果について）
本実施形態では、光学瞳Ｅは、上述したように、強度半値でＸ方向に６ｍｍ、Ｙ方向に２ｍｍの大きさとなるように設定されている。つまり、光学瞳Ｅは、Ｙ方向、すなわち、ホログラム光学素子３３の光軸入射面（ＹＺ平面）に平行な方向よりも、Ｘ方向、すなわち、光軸入射面に垂直な方向に大きい。このように光学瞳Ｅの大きさを設定することにより、ホログラム光学素子３３の波長特性（波長選択性）の影響をあまり受けずに、観察者は色ムラの少ない高画質の映像を観察することができる。その理由は以下の通りである。
【００９２】
まず、ホログラム光学素子３３における入射角と波長選択性との関係について説明する。０度より大きい入射角を持つ光を回折させる干渉縞を持つホログラム光学素子３３では、光軸入射面に平行な方向よりも光軸入射面に垂直な方向において、波長選択性が小さい（入射角のずれによる回折波長のずれが小さい）。言い換えると、光軸入射面に平行な方向よりも光軸入射面に垂直な方向のほうが、干渉縞への入射角のずれに対する角度選択性が低い。これは、ホログラム光学素子３３の干渉縞に光が入射角を有して入射する場合、光軸入射面内での入射角の角度ずれは、そのまま入射角の角度ずれとなるため、回折波長に対する影響が大きいが、光軸入射面に垂直な方向の角度ずれは、入射角のずれとしては小さく、回折波長に対する影響は小さいからである。
【００９３】
したがって、ホログラム光学素子３３の干渉縞に所定の入射角からずれた角度の光が入射すると、同じ角度ずれでも、光軸入射面に平行なＹ方向での角度ずれのほうが、光軸入射面に垂直なＸ方向の角度ずれよりも、大きく回折波長がずれる（すなわち、光軸入射面に平行なＹ方向は、波長選択性が大きい）。
【００９４】
したがって、回折波長の変化が大きいＹ方向に光学瞳Ｅを小さく形成することにより、回折波長の変化の範囲が狭くなるので、光学瞳Ｅ上での色ムラを低減することができる。また、光軸入射面に垂直なＸ方向に光学瞳Ｅを大きく形成しても、色純度の高い映像を観察者に提供することができる。なお、光軸入射面外の光は入射面が光軸入射面と若干平行ではないが、前述の通り、光軸入射面に垂直な方向の角度ずれは回折波長に対する影響が小さいので、光軸入射面を基準にしても色ムラが大きくなることはない。
【００９５】
（５．光源の各発光部の配置による色ムラの低減効果について）
図４に示したように、光源１１を構成する光源群１１Ｐ・１１Ｑの各発光部は、ホログラム光学素子３３の光軸入射面に垂直なＸ方向にほぼ沿って配置されている。上述の通り、光軸入射面に垂直なＸ方向は、光軸入射面に平行なＹ方向よりもホログラム光学素子３３の波長選択性が低いので、この方向にほぼ沿って各発光部を配置することにより、色ムラのない高画質の映像を観察者に観察させることができる。
【００９６】
しかも、本実施形態では、各発光部は、上記光軸入射面に対して略対称に、つまり、同じ色の光を発光する２つの発光部が光軸入射面から互いに反対方向にほぼ同じ距離に位置するように配置されている。より具体的には、光源群１１Ｐにおいては、光軸入射面側からＸ方向外側に向かうにつれて、発光部１１Ｒ1・１１Ｇ1・１１Ｂ1の順に配置されている。また、光源群１１Ｑにおいても、光軸入射面側からＸ方向外側に向かうにつれて、発光部１１Ｒ2・１１Ｇ2・１１Ｂ2の順に配置されている。
【００９７】
ここで、図７は、光学瞳ＥにおけるＸ方向の瞳位置と光強度との関係を示す説明図である。なお、光強度は、同じ色については相対値で示されている。また、同図中の１１Ｒ1・１１Ｒ2・１１Ｇ1・１１Ｇ2・１１Ｂ1・１１Ｂ2で示される曲線は、それぞれ発光部１１Ｒ1・１１Ｒ2・１１Ｇ1・１１Ｇ2・１１Ｂ1・１１Ｂ2から出射される光に対応している。
【００９８】
このように、各発光部を各色ごとに光軸入射面に対して略対称に配置することにより、同じ色についての２つの発光部（例えば１１Ｒ1と１１Ｒ2）からの出射光の光強度を足し合わせたトータルの光強度の重心を、ＲＧＢの各色ともに対称面内（光軸入射面内）に位置させることができる。つまり、ＲＧＢの各色ともにその強度分布を、対称面を中心にしてＸ方向に対称にすることができる。これにより、光学瞳Ｅの中心において色ムラの少ない映像を観察者に提供することができる。
【００９９】
また、ホログラム光学素子３３の角度選択性により、波長が長い光ほど光学瞳は小さいので、同図に示すように、波長が長い光ほど瞳位置による強度差が大きくなっている（光学瞳Ｅの中心と端部とにおける強度差が大きくなっている）。したがって、光軸入射面側からＸ方向外側に向かうにつれて出射光の波長が短くなるような順序で各発光部を配置し、波長が長い光ほど光強度の高い位置を光学瞳Ｅの中心に近づけることで、その光の光学瞳Ｅでの利用効率を高くすることができる。
【０１００】
一方、波長が短い光ほど光学瞳は大きいので、波長が短い光ほど瞳位置による強度差が小さくなっている。つまり、波長が短い光ほど光強度の高い位置が光学瞳Ｅの中心から遠ざかり、ピーク強度と周辺強度との強度差が小さくなる。したがって、光の利用効率が著しく低下することはない。その結果、各色の光学瞳Ｅ内での強度差が小さくなり、輝度ムラ（色ムラ）が小さくなる。
【０１０１】
（６．裏面反射光低減手段について）
次に、液晶素子１６の裏面反射光低減手段について説明する。
裏面反射光低減手段は、液晶素子１６に対して外部の空気層側から第２の基材（例えば液層封止基材２２）を介して入射して反射電極にて反射され、第２の基材の裏面で反射された後、別の反射電極を介して空気層側に出射される光の光学瞳Ｅへの入射を低減するものであり、例えば図１に示す裏面反射防止膜２４や図８に示す傾斜面２５で構成することが可能である。なお、第２の基材の裏面での反射とは、液晶素子１６における反射電極での反射光（映像光）の第２の基材と空気層との界面での反射を指す。以下、裏面反射光低減手段について順に説明する。
【０１０２】
（６−１．裏面反射防止膜について）
図１は、液晶素子１６の詳細な構成を示す断面図である。液晶素子１６は、裏面反射防止膜２４を有している。裏面反射防止膜２４は、液晶封止基材２２での裏面反射を抑える光学薄膜である。裏面反射防止膜２４は、例えば多層の誘電体薄膜で構成されており、液晶封止基材２２における空気層側の表面にコーティングされている。裏面反射防止膜２４の反射率は、例えば０．５％以下となっている。
【０１０３】
光変調素子として反射型の液晶素子１６を用い、液晶素子１６の反射面に垂直な方向に対して傾斜して出射される映像光を観察光学系１８を介して光学瞳Ｅに導く構成では、裏面反射防止膜２４が設けられていなければ、液晶素子１６の任意の画素１６ａ（反射電極）に対して斜めに光Ｌ１を入射させたとき、その画素１６ａで反射された光は、液晶封止基材２２の裏面に対して斜めに入射する。そして、その一部の光（光Ｌ１ａ）は、液晶封止基材２２の裏面で反射せずに空気層側に射出されるが、残りの光（光Ｌ１ｂ）は液晶封止基材２２の裏面で反射され、再び液晶素子１６の別の画素１６ｂ（反射電極）で反射される。
【０１０４】
このとき、例えば、画素１６ａが、入射する光Ｌ１の位相を変調することによって（Ｐ偏光をＳ偏光に変換することによって）白表示を行う画素であり、画素１６ｂが、入射する光Ｌ１の位相を変換せずに（Ｐ偏光をＳ偏光に変換せずに）黒表示を行う画素であれば、画素１６ａから出射される白表示の映像光の裏面反射光（光Ｌ１ｂ）が、画素１６ｂから出射される正規の黒表示の映像光（光Ｌ２）に重なってゴーストとなり得る。つまり、画素１６ａに入射する光Ｌ１がＰ偏光のとき、画素１６ａから出射される光はＳ偏光となるが、このうち、液晶封止基材２２で裏面反射されて画素１６ｂを介して出射される光Ｌ１ｂはＳ偏光のままであり、検光子１７を透過するため、ゴーストとなり得る。液晶封止基材２２（例えばガラス）の屈折率は１．５程度なので、裏面反射率は５％程度であり、黒表示部分に、白表示部分の１／２０程度の光強度で明るいゴーストが表示され、コントラストが低下する。
【０１０５】
しかし、本実施形態では、液晶封止基材２２の空気層側の表面に裏面反射防止膜２４をコーティングしているので、液晶封止基材２２での裏面反射光（光Ｌ１ｂ）の発生自体を確実に抑えることができ、裏面反射光の光学瞳Ｅへの入射を抑えることができる。つまり、上記の例では、白表示の画素１６ａから出射される映像光をほとんど裏面反射させることなく液晶封止基材２２を介して光Ｌ１ａとして空気層側に取り出し、その光Ｌ１ａを観察光学系１８を介して光学瞳Ｅに導くことができ、黒表示に重なってゴーストが発生するのを抑えることができる。本実施形態のように、裏面反射防止膜２４の反射率が０．５％以下であれば、黒表示部分にゴーストが発生したとしても、そのゴーストを白表示部分の１／２００以下の光強度に暗くすることができ、高コントラストの映像表示が可能となる。
【０１０６】
したがって、本実施形態のように、裏面反射光の表示品位への影響が大きい構成、すなわち、反射型の液晶素子１６を用い、液晶素子１６の反射面に垂直な方向に対して傾斜して映像光を出射し、軸非対称な観察光学系１８を介して観察者の瞳に導く構成であっても、表示映像のコントラストの低下を回避して、表示品位の良好な映像を観察者に観察させることができると言える。
【０１０７】
特に、本実施形態では、液晶素子１６の液晶２３として、強誘電性液晶を用いている。強誘電性液晶は、ＴＮ液晶よりも広い視野角特性を有している点で優れており、液晶素子１６の反射面に対する入射角および反射角が大きくても、コントラストが高く、色再現性が高く、表示品位の高い映像を提供することができる。したがって、このような特性を持つ強誘電性液晶を用いて反射型の液晶素子１６を構成し、反射型の液晶素子１６から斜めに出射される映像光を利用して観察者に映像を観察させる本実施形態の映像表示装置１に適用することにより、表示映像のコントラストの低下を回避して表示品位の良好な映像を観察できる上述した本発明の効果が非常に有効となる。
【０１０８】
なお、裏面反射防止膜２４の代わりに裏面反射防止フィルムを裏面反射光低減手段として用いてもよい。つまり、液晶封止基材２２の表面に裏面反射防止膜２４をコーティングする代わりに、上記表面に裏面反射防止フィルムを貼り付けるようにしてもよい。
【０１０９】
（６−２．傾斜面について）
図８は、映像表示装置１の他の構成を模式的に示す断面図である。また、図９は、上記映像表示装置１に適用される液晶素子１６の詳細な構成を示す断面図である。これらの図に示すように、液晶素子１６は、裏面反射防止膜２４（図１参照）の代わりに、傾斜面２５を裏面反射防止手段として有していてもよい。
【０１１０】
傾斜面２５は、液晶素子１６における最も空気層側の表面を、液晶素子１６の反射面に対して傾斜させた面である。より詳しくは、傾斜面２５は、ホログラム光学素子３３の光軸入射面、つまり、観察光学系１８の対称面内で液晶素子１６の反射面との角度を張る方向に傾斜している。なお、傾斜面２５の傾斜角の詳細については後述する。
【０１１１】
このような傾斜面２５は、本実施形態では、平行平板である液晶封止基材２２に楔形状のプリズム２６を接着剤で貼り付けることにより形成されており、そのプリズム２６の空気層側の面が上記の傾斜面２５となっている。なお、上記の接着剤は、プリズム２６および液晶封止基材２２の両者の屈折率（例えば１．５程度）に合致しており、上記両者の界面での反射が低減されている。なお、液晶封止基材２２と楔形状のプリズム２６とは、一体的に構成されていても勿論構わない。いずれにしても、液晶封止基材２２と楔形状のプリズム２６とで１つの第２の基材とみなすことができるので、ここでは、傾斜面２５と空気層との界面での反射を、第２の基材での裏面反射と呼ぶことにする。
【０１１２】
また、図９において、図１と同様に、液晶素子１６に対して光Ｌ１を斜めから入射させたときに、任意の画素（例えば画素１６ａ）から射出されて第２の基材にて裏面反射せずに空気層側に射出される光を光Ｌ１ａとし、上記画素から射出されて第２の基材にて裏面反射され、別の画素（例えば画素１６ｂ）にて反射された後、第２の基材を介して空気層側に射出される光を光Ｌ１ｂとすると、傾斜面２５は、光Ｌ１ａ・Ｌ１ｂのうち、光Ｌ１ａの射出角よりも光Ｌ１ｂの射出角のほうが大きくなるように、液晶素子１６の反射面（反射電極）に対して傾斜している。ただし、液晶素子１６に対する光Ｌ１の入射方向は、ここでは、傾斜面２５に対する光Ｌ１の入射角よりも傾斜面２５に対する光Ｌ１ａの射出角のほうが大きくなるような方向である。なお、上記の入射角および射出角は、傾斜面２５の法線に対する角度をそれぞれ指す。
【０１１３】
液晶素子１６に傾斜面２５を設ける構成では、図８に示すように、傾斜面２５での屈折により、裏面反射光（光Ｌ１ｂ）によっては、液晶素子１６から射出されても観察光学系１８の接眼プリズム３１に入射しない光もあるし、接眼プリズム３１に入射する光もある。説明の便宜上、液晶素子１６から射出されて接眼プリズム３１に入射しない裏面反射光を不要光ＧＳ１と称し、接眼プリズム３１に入射する裏面反射光を不要光ＧＳ２と称することとする。
【０１１４】
不要光ＧＳ１は、液晶素子１６から射出されても接眼プリズム３１に入射しない光であるので、当然ながら光学瞳Ｅには入射せず、不要光ＧＳ１によるゴーストが観察されることはない。一方、不要光ＧＳ２は、接眼プリズム３１に入射しても光学瞳Ｅには導かれない位置に射出されるので、光学瞳Ｅの位置にて不要光ＧＳ２によるゴーストが観察されることはほとんどない。また、不要光ＧＳ２が正規の映像光とともにホログラム光学素子３３で回折されても、ホログラム光学素子３３は角度選択性があるため、非常に弱い強度の光しか射出されず、光学瞳Ｅ以外の位置で観察しても、ゴーストが観察されることはほとんどない。
【０１１５】
このように液晶素子１６が傾斜面２５を有していることにより、第２の基材での裏面反射光は、最終的には傾斜面２５にて屈折して液晶素子１６から出射されるので、この裏面反射光の少なくとも一部を、光学瞳Ｅに向かう光路から外すことができる。つまり、光学瞳Ｅへの裏面反射光の入射が低減される。これにより、表示映像のコントラストの低下を確実に回避して、映像の表示品位を確実に向上させることができる。
【０１１６】
特に、傾斜面２５は、正規の映像光である光Ｌ１ａと、裏面反射光である光Ｌ１ｂとのうち、光Ｌ１ａの射出角よりも光Ｌ１ｂの射出角のほうが大きくなるように、液晶素子１６の反射面（反射電極）に対して傾斜している。これにより、第２の基材から空気中へ進む際の傾斜面２５での屈折時に、裏面反射光が正規光よりも大きく屈折して、より角度ズレが大きくなり、ゴーストが低減されやすくなる。
【０１１７】
また、上記のように、液晶素子１６は、射出される映像光に対して傾斜面２５による屈折作用を及ぼすので、観察光学系１８の対称面内で液晶素子１６の反射面との角度を張る方向に傾斜面２５を傾斜させることにより、傾斜面２５による屈折で発生する収差で、軸非対称な観察光学系１８（特に接眼プリズム３１）で発生する収差を相殺して補正することも容易となり、高画質の映像を観察者に提供することが可能となる。
【０１１８】
また、本実施形態では、上述した一方向拡散板１４を用い、傾斜面２５の傾斜の方向を、一方向拡散板１４での拡散が小さい方向（光学瞳Ｅが小さいＹ方向）に一致させている。これにより、光源１１から出射される光が一方向拡散板１４にて拡散される際に、上記光の光束径は、Ｘ方向よりもＹ方向で相対的に小さくなる。したがって、傾斜面２５の傾きを小さくしても、第２の基材での裏面反射光の少なくとも一部を、光学瞳Ｅに向かう光路から容易に外すことができ、傾斜面２５の小さな傾斜角でゴースト低減の効果を得ることができる（光学瞳Ｅが小さいほど、傾斜面２５の傾斜によるゴースト低減の効果は高い）。その結果、第２の基材を薄型化して装置の軽量化を図ることができる。
【０１１９】
また、一方向拡散板１４の拡散方向（Ｘ方向）は、ホログラム光学素子３３の光軸入射面に垂直な方向でもある。前述のように、光軸入射面に垂直な方向は、光軸入射面に平行な方向よりも波長選択性が低く、ホログラムの回折効率が高い。したがって、一方向拡散板での拡散方向とホログラム光学素子の光軸入射面に垂直な方向とが一致していることにより、傾斜面２５の小さな傾斜角でゴーストを低減できる上記の効果を得ながら、Ｘ方向に大きな光学瞳Ｅを形成して、明るく、色純度の高い、高いコントラストの映像を観察者に観察させることができる。
【０１２０】
（６−３．傾斜面の傾斜角について）
次に、傾斜面２５の傾斜角について説明する。
液晶素子１６の反射面に対する傾斜面２５の傾斜角は、例えば１．５度に設定されている。この場合、裏面反射光は、正規の映像光の射出角に対して、傾斜角２回分の角度ズレ（傾斜面２５での裏面反射とその後の反射電極での反射とによる角度ズレ）と、第２の基材（屈折率約１．５）の傾斜面２５での屈折とにより、傾斜角の約３倍にあたる４．５度の角度ズレとなって空気中に射出される。
【０１２１】
ここで、図１０は、観察光学系１８を１つのレンズに置き換えて光路を展開したときの説明図である。観察光学系１８の焦点距離ｆは、例えば約２０ｍｍであり、光学瞳Ｅを観察光学系１８の主点Ｈから概ね焦点距離ｆに近い距離に作成するので、傾斜角の約３倍の角度ズレを持った光（裏面反射光）は、光学瞳Ｅ付近で２０×ｔａｎ４．５°＝１．５ｍｍだけ、瞳中心からＹ方向に離れた位置に射出され、光学瞳Ｅ（Ｙ方向２ｍｍ）よりも外側の光となる。したがって、光学瞳Ｅの位置では、裏面反射光によるゴーストはほとんど観察されない。なお、Ｙ方向の光学瞳を２ｍｍよりも大きく設定しても、観察者の瞳孔が通常３ｍｍ程度であるので、裏面反射光は瞳孔の周囲に射出されることになり、ゴーストは暗い映像となる。
【０１２２】
なお、傾斜面２５の傾斜角を例えば１度に設定しても、傾斜角の約３倍の角度ズレを持った光は、約１．０５ｍｍ（２０×ｔａｎ３°）だけ、瞳中心からＹ方向に離れた位置に射出される。したがって、例えば白表示の画素１６ａから射出される光の裏面反射光が黒表示の画素１６ｂを介して射出される場合でも、光学瞳Ｅの位置ではゴーストが暗いか、あるいは観察されず、高コントラストの映像表示が可能である。
【０１２３】
また、傾斜面２５の傾斜角を例えば５度程度に設定すれば、傾斜角の約３倍の角度ズレを持った光は、約５．４ｍｍ（２０×ｔａｎ１５°）程度だけ、瞳中心からＹ方向に離れた位置に射出される。この場合は、Ｙ方向の光学瞳Ｅを例えば１０ｍｍに大きく設定しても、ゴーストを十分暗く、あるいは、観察されないようにすることができる。
【０１２４】
一方、傾斜面２５の傾斜角は、１０度程度までの小さい角度に設定するのが望ましい。このように、傾斜角を１０度以下に小さく設定することにより、第２の基材を薄くできるので、液晶素子１６の小型軽量化が容易になるとともに、照明光路を確保しやすくなる。
【０１２５】
以上のことから、ゴーストを低減しながら液晶素子１６ひいては映像表示装置１の小型軽量化を図るためには、傾斜面２５の傾斜角は、１度以上１０度以下に設定することが望ましいと言える。
【０１２６】
また、傾斜面２５の傾斜角を５度以上１０度以下に設定すれば、光学瞳Ｅの大きな見やすい装置としながら、上記の同様の効果を得ることができる。なお、傾斜面２５の傾斜角が１０度で、光学瞳Ｅ付近において瞳中心から約１１．５ｍｍ（２０×ｔａｎ３０°）だけ離れた位置に裏面反射光が射出されるような、虚像系において十分大きな光学瞳Ｅであっても、ゴーストを低減する効果は十分にある。
【０１２７】
なお、観察光学系１８の焦点距離は任意であるが、短くても１５ｍｍ以上に設定するので、焦点距離が２０ｍｍのときと概ね同じくらいの位置に裏面反射光が射出される。また、観察光学系１８の焦点距離を２０ｍｍよりも長く設定するときは、裏面反射光の射出位置が光学瞳Ｅからさらに離れるので、よりゴーストが暗くなるか、観察されなくなる。
【０１２８】
なお、以上では、傾斜面２５は、観察光学系１８の対称面内で液晶素子１６の反射面との角度を張る方向に傾斜させる例について説明したが、上記反射面に対する傾斜面２５の傾斜角は、１０度以下と小さいので、傾斜面２５での屈折は大きくはない。したがって、接眼プリズム３１の収差補正を行わない方向に傾斜面２５を傾斜させてもよい。また、観察光学系１８の対称面に垂直な面内で反射面との角度を張る方向に傾斜面２５を傾斜させてもよい。この場合、観察光学系１８もＹＺ平面に対して非対称にして傾斜面２５による屈折を補正してもよい。
【０１２９】
（６−４．傾斜面の他の映像表示装置への適用について）
ところで、液晶素子１６の傾斜面２５は、反射面（反射電極）から第２の基材に入射する光Ｌ１のうち、第２の基材にて裏面反射せずに射出される光Ｌ１ａの射出角よりも、第２の基材にて裏面反射し、別の反射電極を介して第２の基材から射出される光Ｌ１ｂの射出角のほうが小さくなるように、上記反射面に対して傾斜して設けられていてもよい。以下、このように傾斜面２５が設けられる映像表示装置１について説明する。
【０１３０】
図１１は、映像表示装置１のさらに他の構成を模式的に示す断面図である。また、図１２は、上記映像表示装置１に適用される液晶素子１６の詳細な構成を示す断面図である。図１１の映像表示装置１は、液晶素子１６の構成自体は図８および図９の液晶素子１６と同じであるが、液晶素子１６の反射面に対する光の入射方向および反射方向が図８および図９とは逆になるように各光学部材を配置している点で、図８の映像表示装置１とは大きく異なっている。以下、図８および図９の映像表示装置１と異なる点について説明する。
【０１３１】
光源１１は、液晶素子１６から観察光学系１８に向かう光の光路に対して、観察者側（光学瞳Ｅ側）とは反対側に配置されている。ミラー１３は、光源１１とミラー１３とで上記光路を挟むような位置、すなわち、上記光路に対して観察者側に配置されている。
【０１３２】
ここで、上記ミラー１３は、図３および図８の映像表示装置１と同様に、Ｘ方向には光学パワーを持たないシリンドリカル凹面ミラーで構成されているが、ミラー１３の表面には一方向拡散板（図示せず）および偏光子１５が順に接着されている。このように、ミラー１３をシリンドリカル形状とすることにより、一方向拡散板および偏光子１５をミラー１３のカーブに合わせて曲げてミラー１３の表面に貼り合わせることができる。これにより、一方向拡散板および偏光子１５の保持部材を不要とすることができる。また、偏光子１５の表面には反射防止処理が施されており、偏光子１５の表面で反射して接眼プリズム３１に直接入射する不要光が発生するのを抑えている。
【０１３３】
観察光学系１８は、プリズム３４で構成されている。プリズム３４は、液晶素子１６からの光の入射面である第１面３４ａと、光学瞳Ｅ側で全反射面兼透過面として作用する第２面３４ｂと、第２面３４ｂに対向して設けられる反射面としての第３面３４ｃとを有している。これらの３面は非回転対称な非球面で構成されている。
【０１３４】
このような観察光学系１８においては、液晶素子１６からの映像光は、第１面３４ａからプリズム３４の内部に入射し、第２面３４ｂで正反射され、第３面３４ｃで反射された後、第２面３４ｂを透過して光学瞳Ｅに導かれる。したがって、光学瞳Ｅの位置では、観察者は、上述した他の映像表示装置１と同様に、ＬＣＤに表示された映像を、眼前に拡大された虚像として観察することができる。なお、図１１の映像表示装置１では、図示しない一方向拡散板での光の拡散により、光学瞳ＥはＸ方向に１２ｍｍ、Ｙ方向に５ｍｍの大きさとなっている。
【０１３５】
次に、上記映像表示装置１に適用される液晶素子１６について説明する。図１１の映像表示装置１では、液晶素子１６の傾斜面２５は、光Ｌ１ａの射出角よりも光Ｌ１ｂの射出角のほうが小さくなるように、反射面に対して約３度傾斜している。ただし、液晶素子１６に対する光Ｌ１の入射方向は、図１２に示すように、傾斜面２５に対する光Ｌ１の入射角よりも傾斜面２５に対する光Ｌ１ａの射出角のほうが小さくなる方向であり、図８および図９に示した映像表示装置１とは逆方向である。
【０１３６】
ここで、光Ｌ１ｂのうち、液晶素子１６から射出されてプリズム３４に入射しない裏面反射光を不要光ＧＳ３と称し、プリズム３４に入射する裏面反射光を不要光ＧＳ４と称することとする。不要光ＧＳ３は、液晶素子１６から射出されてもプリズム３４に入射しない光であるので、当然ながら光学瞳Ｅには入射せず、不要光ＧＳ３によるゴーストが観察されることはない。一方、不要光ＧＳ４は、プリズム３４に入射しても光学瞳Ｅには導かれない位置に射出されるので、光学瞳Ｅの位置にて不要光ＧＳ４によるゴーストが観察されることはほとんどない。
【０１３７】
つまり、傾斜面２５の傾斜角が約３度であるので、白表示の画素１６ａから射出される光の第２の基材での裏面反射光（不要光ＧＳ４）は、傾斜角の３倍の約１０度だけ正規光と角度がズレて射出され、光学瞳Ｅ付近で瞳中心から３．５ｍｍ（２０×ｔａｎ１０°）だけずれた位置に射出される。したがって、白表示の画素から射出される光の裏面反射光が黒表示の画素を介して射出され、プリズム３４に入射した場合でも、光学瞳ＥはＹ方向に５ｍｍの大きさであるので、ゴーストが暗いか、あるいは、観察されず、高コントラストの映像表示が可能である。
【０１３８】
また、傾斜面２５は反射面に対して傾斜しているので、そのような傾斜面２５を有する第２の基材は、映像光に対して楔プリズムとしての屈折作用を及ぼす。したがって、傾斜面２５での屈折を、観察光学系１８のプリズム３４で発生する屈折を相殺する方向に設定し、相殺することにより、プリズム３４で発生する光学収差を補正することが容易となる。
【０１３９】
なお、本実施形態では、液晶素子１６の液晶２３として、強誘電性液晶を用いた例について説明したが、液晶２３としてＩＰＳ液晶を用いてもよい。ＩＰＳ液晶は、強誘電性液晶と同様に位相板としての機能を有しており、偏光の位相を変換して白表示を行う一方、入射する光の偏光方向と液晶分子の長軸方向とが一致するときに偏光の位相を変換せずに黒表示を行うので、高コントラストの映像を表示することができる。したがって、液晶２３としてＩＰＳ液晶を用いた場合においても、裏面反射に起因する表示映像のコントラストの低下を回避する本発明の効果が非常に有効となる。なお、液晶素子１６は、ＴＮ液晶を用いて構成されてもよく、カラーフィルタを有して構成されていてもよい。
【０１４０】
なお、本実施形態では、ＨＭＤに好適な映像表示装置１について種々説明したが、本実施形態の映像表示装置１は、例えばヘッドアップディスプレイなどの他の装置にも適用することが可能である。
【０１４１】
なお、本実施形態で説明した各種の構成を適宜組み合わせて映像表示装置１ひいてはＨＭＤを実現することも勿論可能である。例えば、傾斜面２５の表面にさらに裏面反射防止膜２４や裏面反射防止フィルムを形成して液晶素子１６を構成し、この液晶素子１６を用いて映像表示装置１やＨＭＤを構成することも勿論可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
本発明の映像表示装置は、例えばヘッドアップディスプレイやヘッドマウントディスプレイに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明の実施の一形態に係る映像表示装置に適用される液晶素子の詳細な構成を示す断面図である。
【図２】上記映像表示装置を有するＨＭＤの概略の構成を示す斜視図である。
【図３】上記映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。
【図４】上記映像表示装置の光路を展開したときの、ＺＸ平面およびＹＺ平面での光路を示す説明図である。
【図５】上記映像表示装置の光源の分光強度特性を示す説明図である。
【図６】上記映像表示装置のホログラム光学素子における回折効率の波長依存性を示す説明図である。
【図７】上記映像表示装置の光学瞳におけるＸ方向の瞳位置と光強度との関係を示す説明図である。
【図８】上記映像表示装置の他の構成を模式的に示す断面図である。
【図９】図８の映像表示装置に適用される液晶素子の詳細な構成を示す断面図である。
【図１０】図８の映像表示装置の光路を展開したときの説明図である。
【図１１】上記映像表示装置のさらに他の構成を模式的に示す断面図である。
【図１２】図１１の映像表示装置に適用される液晶素子の詳細な構成を示す断面図である。
【図１３】従来の反射型ＬＣＤに対する入射光および出射光の光路を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【０１４４】
１    映像表示装置
２    支持手段
１１    光源
１１Ｒ1、１１Ｇ1、１１Ｂ1    発光部（発光ダイオード）
１１Ｒ2、１１Ｇ2、１１Ｂ2    発光部（発光ダイオード）
１３    ミラー（反射部材）
１４    一方向拡散板
１５    偏光子（液晶表示素子）
１６    液晶素子（液晶表示素子）
１７    検光子（液晶表示素子）
１８    観察光学系
２１    シリコン基板（第１の基材）
２２    液晶封止基材（第２の基材）
２３    液晶
２４    裏面反射防止膜（裏面反射光低減手段）
２５    傾斜面
２６    プリズム（第２の基材）
３１    接眼プリズム（第１の透明基板）
３２    偏向プリズム（第２の透明基板）
３３    ホログラム光学素子
Ｅ    光学瞳
【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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