(57)【要約】  本発明は、入射光を一方向に拡散する手段を用いる構成において、その拡散度を小さくして明るい映像としながら、輝度ムラや色ムラを低減した映像を観察者に観察させることが可能な映像表示装置およびＨＭＤを提供する。該映像表示装置は、光源からの光を拡散手段で一方向に拡散させて表示素子に導き、表示素子からの映像光をレンズを介して光学瞳に導く構成において、拡散手段の拡散方向における表示素子の画素の開口幅をＨｗとし、拡散手段の拡散方向における最大の凹凸のピッチをＫｗとし、レンズの焦点距離をｆとし、表示素子の表示面から拡散手段の拡散面までの距離をδとしたとき、Ｈｗ／ｆ≦ｔａｎ１’≦Ｋｗ／（ｆ＋δ）を満足する。
2010041578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点状の光源と、
複数のピッチで凹凸が一方向に形成された拡散面を有し、前記光源からの光を前記拡散面で前記一方向に拡散して射出する拡散手段と、
複数の画素と各画素の周囲に形成される遮光部とを有し、前記拡散手段からの光を各画素で変調して映像を表示する表示素子と、
前記表示素子からの映像光を光学瞳に導くことにより、前記光学瞳の位置にて前記映像の虚像を観察者に観察させる接眼光学系とを備えた映像表示装置であって、
前記拡散手段の拡散方向における前記表示素子の画素の開口幅をＨｗとし、前記拡散手段の拡散方向における最大の凹凸のピッチをＫｗとし、前記接眼光学系の焦点距離をｆとし、前記表示素子の表示面から前記拡散手段の前記拡散面までの距離をδとしたとき、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする映像表示装置；
Ｈｗ／ｆ≦ｔａｎ１’≦Ｋｗ／（ｆ＋δ）          ・・・（１）
である。
【請求項２】
前記拡散手段の拡散方向における前記表示素子の画素のピッチをＨｐとするとき、前記拡散手段の拡散方向における前記表示素子の画素の開口率Ｈｗ／Ｈｐは、以下の条件式（１Ａ）を満足することを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置；
０．３≦Ｈｗ／Ｈｐ≦０．８          ・・・（１Ａ）
である。
【請求項３】
前記拡散手段は、１から２０μｍ程度の複数のピッチで凹凸が一方向に形成された拡散面を有す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】
前記光源は、赤、緑、青の３色の光をそれぞれ発光する発光ダイオードを有しており、
各発光ダイオードは、前記拡散手段の拡散方向に並べて配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項５】
前記光源は、赤、緑、青の３色の光をそれぞれ発光する発光ダイオードを２組有しており、
前記表示素子における表示領域の中心と前記光学瞳の中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とすると、
各組の発光ダイオードは、各色ごとに前記接眼光学系の光軸に対して対称に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の映像表示装置。
【請求項６】
前記表示素子の表示面から前記拡散手段の前記拡散面までの距離δは、前記拡散手段の前記接眼光学系による虚像と前記表示素子の表示映像の虚像との視度の差が１０ディオプタ以下となるように設定されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項７】
前記拡散手段は、拡散方向が前記表示素子の矩形の表示領域の長辺方向と交差するように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】
前記拡散手段の拡散方向における拡散度は、前記拡散方向に垂直な方向の拡散度の１０倍以上であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項９】
前記拡散手段における前記拡散面とは反対側の面は、非拡散面であり、
前記拡散手段は、前記拡散面が前記表示素子と対向するように配置されてい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】
前記拡散手段の拡散方向に垂直な方向に前記光源からの光を集光して前記拡散手段に導く集光手段をさらに備え、
前記光源と前記光学瞳とは、前記拡散手段の拡散方向に垂直な方向において共役となる位置に配置されていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１１】
前記集光手段は、前記拡散手段の拡散方向に平行な方向には、光学的パワーが無いか負であ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】
前記拡散手段の拡散方向に垂直な方向おける前記表示素子の画素の開口幅をＶｗとしたとき、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の映像表示装置；
ｔａｎ１’≦Ｖｗ／ｆ          ・・・（２）
である。
【請求項１３】
前記光源から前記表示素子までの光路を折り曲げる光路折り曲げ部材をさらに備え、
前記拡散手段は、前記光路折り曲げ部材と前記表示素子との間の光路中に設けられていることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１４】
前記光路折り曲げ部材は、屈折面と反射面とを有しており、前記光源からの光を前記屈折面で屈折させ、前記反射面で反射させた後、再度前記屈折面で屈折させて前記拡散手段に導くことを特徴とする請求項１３に記載の映像表示装置。
【請求項１５】
前記接眼光学系は、体積位相型で反射型のホログラム光学素子を含み、
前記ホログラム光学素子は、前記表示素子からの映像光を回折反射させて前記光学瞳に導く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】
前記ホログラム光学素子は、軸非対称な正の光学的パワー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】
前記表示素子における表示領域の中心と前記光学瞳の中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とすると、
前記拡散手段の拡散方向は、前記ホログラム光学素子の光軸入射面に垂直な方向と略平行であることを特徴とする請求項１６に記載の映像表示装置。
【請求項１８】
前記光源は、発光ダイオードで構成されており、
前記ホログラム光学素子の回折効率がピークとなる波長と、前記光源から出射される光の強度がピークとなる波長とが略等しいことを特徴とする請求項１５から１７のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１９】
前記接眼光学系は、前記表示素子からの映像光を内部で全反射させて前記光学瞳に導く一方、外光を透過させて前記光学瞳に導く第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１８のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項２０】
前記接眼光学系は、前記第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１９に記載の映像表示装置。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれかに記載の映像表示装置と、
前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、ＬＣＤなどの表示素子にて表示された映像を虚像として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に開示されたものがある。特許文献１の映像表示装置は、ＬＥＤアレイから出射される光を拡散板にて拡散させてＬＣＤに入射させ、ＬＣＤからの映像光をプリズムやレンズなどの光学素子を介して光学瞳に導く構成となっている。光学瞳の位置に観察者の瞳を合わせると、観察者はＬＣＤに表示された映像の虚像を観察することが可能となる。【０００３】
ところで、観察者に映像（虚像）を観察させやすくするためには、光学瞳を広げながら、映像を明るくすることが必要である。このとき、拡散板にて入射光を全方位に拡散させると、光学瞳を全方位に広げることはできても、映像が暗くなる。そのため、拡散板としては、入射光を全方位に拡散するものではなく、一方向に拡散させるもの（一方向拡散板）を用いることが非常に有効である。つまり、一方向拡散板を用いることにより、入射光を一方向に拡散させて光学瞳を一方向に大きく形成し、観察者に映像を観察させやすくすることができるとともに、上記拡散方向とは垂直方向に光源からの光を集光して明るい映像を観察者に観察させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３２６８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、図１７（ａ）は、一方向拡散板１０１の一構成例を示す断面図である。この一方向拡散板１０１の拡散面である光射出面１０１ａは、凹凸形状で構成されている。このような構成では、一方向拡散板１０１に光入射面１０１ｂから光が入射したときに、光射出面１０１ａの例えば凹凸の傾斜が大きい部分では、全反射によって光が射出されず、その結果、一方向拡散板１０１から射出される光の中に、上記光が射出されない部分に対応する影Ｐが現れる。【０００６】
したがって、一方向拡散板１０１を上述した従来の映像表示装置に適用すると、図１７（ｂ）に示すように、一方向拡散板１０１の影Ｐが観察映像（虚像）Ｑに重畳され、輝度ムラや色ムラとなって観察映像Ｑの品位が低下する。なお、この現象は、表示素子の各画素の開口幅が人間の眼の分解能（例えば視野角で１分）に対応する幅よりも大きく、一方向拡散板１０１を表示素子に近い位置に配置した場合に起こりやすい。つまり、図１８は、表示素子（例えばＬＣＤ）の表示領域を拡大して示しているが、拡散方向における各画素Ａの開口幅Ｈｗが大きいと、画素Ａに重畳する影Ｐを認識することが可能となり、観察映像の品位が低下する。なお、この問題を回避するために、一方向拡散板１０１を表示素子から遠い位置に配置したのでは、光利用効率が低下し、観察映像Ｑが暗くなるので、好ましくはない。【０００７】
また、一方向拡散板１０１の拡散度が大きいと、映像が暗くなるので、明るい映像を観察させるためには、拡散度を小さくすることが望ましい。しかし、拡散度を小さくするということは、拡散面における拡散方向の凹凸のピッチが大きくなることを意味し、この場合は、一方向拡散板１０１の影による観察映像の輝度ムラや色ムラが生じやすくなる。【０００８】
なお、特許文献１のように、表示素子を照明する光源として、ＬＥＤアレイ等の面光源を用いることは、面光源の輝度ムラを低減するために大きな拡散が必要となり、映像が暗くなるため、好ましくはない。【０００９】
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、入射光を一方向に拡散する手段を用いる構成において、その拡散度を小さくして明るい映像としながら、輝度ムラや色ムラを低減した高画質の映像を観察者に観察させ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】
【００１０】
本発明の映像表示装置は、点状の光源と、複数のピッチで凹凸が一方向に形成された拡散面を有し、前記光源からの光を前記拡散面で前記一方向に拡散して射出する拡散手段と、複数の画素と各画素の周囲に形成される遮光部とを有し、前記拡散手段からの光を各画素で変調して映像を表示する表示素子と、前記表示素子からの映像光を光学瞳に導くことにより、前記光学瞳の位置にて前記映像の虚像を観察者に観察させる接眼光学系とを備えた映像表示装置であって、前記拡散手段の拡散方向における前記表示素子の画素の開口幅をＨｗとし、前記拡散手段の拡散方向における最大の凹凸のピッチをＫｗとし、前記接眼光学系の焦点距離をｆとし、前記表示素子の表示面から前記拡散手段の前記拡散面までの距離をδとしたとき、以下の条件式（１）を満足することを特徴としている。すなわち、
Ｈｗ／ｆ≦ｔａｎ１’≦Ｋｗ／（ｆ＋δ）          ・・・（１）
である。【００１１】
本発明の映像表示装置において、前記拡散手段の拡散方向における前記表示素子の画素のピッチをＨｐとするとき、前記拡散手段の拡散方向における前記表示素子の画素の開口率Ｈｗ／Ｈｐは、以下の条件式（１Ａ）を満足することが望ましい。すなわち、
０．３≦Ｈｗ／Ｈｐ≦０．８          ・・・（１Ａ）
である。【００１２】
本発明の映像表示装置において、前記拡散手段は、１から２０μｍ程度の複数のピッチで凹凸が一方向に形成された拡散面を有していることが望ましい。【００１３】
本発明の映像表示装置において、前記光源は、赤、緑、青の３色の光をそれぞれ発光する発光ダイオードを有しており、各発光ダイオードは、前記拡散手段の拡散方向に並べて配置されていてもよい。【００１４】
本発明の映像表示装置において、前記光源は、赤、緑、青の３色の光をそれぞれ発光する発光ダイオードを２組有しており、前記表示素子における表示領域の中心と前記光学瞳の中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とすると、各組の発光ダイオードは、各色ごとに前記接眼光学系の光軸に対して対称に配置されていてもよい。【００１５】
本発明の映像表示装置において、前記表示素子の表示面から前記拡散手段の前記拡散面までの距離δは、前記拡散手段の前記接眼光学系による虚像と前記表示素子の表示映像の虚像との視度の差が１０ディオプタ以下となるように設定されていることが望ましい。【００１６】
本発明の映像表示装置において、前記拡散手段は、拡散方向が前記表示素子の矩形の表示領域の長辺方向と交差するように配置されていてもよい。【００１７】
本発明の映像表示装置において、前記拡散手段の拡散方向における拡散度は、前記拡散方向に垂直な方向の拡散度の１０倍以上であることが望ましい。【００１８】
本発明の映像表示装置において、前記拡散手段における前記拡散面とは反対側の面は、非拡散面であり、前記拡散手段は、前記拡散面が前記表示素子と対向するように配置されていることが望ましい。【００１９】
本発明の映像表示装置は、前記拡散手段の拡散方向に垂直な方向に前記光源からの光を集光して前記拡散手段に導く集光手段をさらに備え、前記光源と前記光学瞳とは、前記拡散手段の拡散方向に垂直な方向において共役となる位置に配置されている構成であってもよい。【００２０】
本発明の映像表示装置において、前記集光手段は、前記拡散手段の拡散方向に平行な方向には、光学的パワーが無いか負であることが望ましい。【００２１】
本発明の映像表示装置において、前記拡散手段の拡散方向に垂直な方向おける前記表示素子の画素の開口幅をＶｗとしたとき、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。すなわち、
ｔａｎ１’≦Ｖｗ／ｆ          ・・・（２）
である。【００２２】
本発明の映像表示装置は、前記光源から前記表示素子までの光路を折り曲げる光路折り曲げ部材をさらに備え、前記拡散手段は、前記光路折り曲げ部材と前記表示素子との間の光路中に設けられている構成であってもよい。【００２３】
本発明の映像表示装置において、前記光路折り曲げ部材は、屈折面と反射面とを有しており、前記光源からの光を前記屈折面で屈折させ、前記反射面で反射させた後、再度前記屈折面で屈折させて前記拡散手段に導く構成であってもよい。【００２４】
本発明の映像表示装置において、前記接眼光学系は、体積位相型で反射型のホログラム光学素子を含み、前記ホログラム光学素子は、前記表示素子からの映像光を回折反射させて前記光学瞳に導く構成であってもよい。【００２５】
本発明の映像表示装置において、前記ホログラム光学素子は、軸非対称な正の光学的パワーを有していることが望ましい。【００２６】
本発明の映像表示装置において、前記表示素子における表示領域の中心と前記光学瞳の中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とすると、前記拡散手段の拡散方向は、前記ホログラム光学素子の光軸入射面に垂直な方向と略平行であることが望ましい。【００２７】
本発明の映像表示装置において、前記光源は、発光ダイオードで構成されており、前記ホログラム光学素子の回折効率がピークとなる波長と、前記光源から出射される光の強度がピークとなる波長とが略等しいことが望ましい。【００２８】
本発明の映像表示装置において、前記接眼光学系は、前記表示素子からの映像光を内部で全反射させて前記光学瞳に導く一方、外光を透過させて前記光学瞳に導く第１の透明基板を有している構成であってもよい。【００２９】
本発明の映像表示装置において、前記接眼光学系は、前記第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構成であってもよい。【００３０】
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、前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。
【発明の効果】
【００３１】
条件式（１）を満足することにより、拡散手段の拡散面の凹凸のピッチを広げて拡散手段の拡散度を小さくすることができ、明るい映像を観察者に観察させることができる。また、拡散方向における表示素子の画素の開口部幅を狭めて拡散面の凹凸の影の大部分を表示素子の遮光部に重ねることができる。さらに、表示素子の画素に重なった影については、画素の開口部幅が人間の眼の分解能（視野角で１分に相当）よりも狭いので、観察者はその画素を通して影を認識しにくくなる。つまり、条件式（１）を満足することにより、拡散手段の拡散度を小さくして明るい映像としながら、拡散手段の凹凸の影に起因する輝度ムラや色ムラを低減した高画質の映像を観察者に観察させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の一形態に係る映像表示装置における各種のパラメータを模式的に示す説明図である。
【図２】（ａ）は、上記映像表示装置の構成を、水平方向の光路を展開して示す説明図であり、（ｂ）は、上記映像表示装置の構成を、垂直方向の光路を展開して示す説明図である。
【図３】上記映像表示装置の拡散手段の拡散特性を示す説明図である。
【図４】上記拡散手段の拡散方向が表示素子の表示領域の長辺方向に沿っているときの上記表示領域を拡大して示す説明図である。
【図５】上記拡散手段の拡散方向が表示素子の表示領域の長辺方向に対して傾斜しているときの上記表示領域を拡大して示す説明図である。
【図６】カラーフィルタを備えた表示素子の表示領域を拡大して示す説明図である。
【図７】カラーフィルタを備えた他の表示素子の表示領域を拡大して示す説明図である。
【図８】（ａ）は、本発明の他の実施の形態に係る映像表示装置を備えたＨＭＤの概略の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、ＨＭＤの側面図であり、（ｃ）は、ＨＭＤの正面図である。
【図９】（ａ）は、ＨＭＤの他の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、ＨＭＤの側面図であり、（ｃ）は、ＨＭＤの正面図である。
【図１０】上記映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。
【図１１】上記映像表示装置における光路を光学的に一方向に展開して示す説明図である。
【図１２】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１３】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１４】本発明のさらに他の実施の形態に係る映像表示装置における光路を光学的に一方向に展開して示す説明図である。
【図１５】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１６】本発明のさらに他の実施の形態に係る上記映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。
【図１７】（ａ）は、従来の映像表示装置に適用可能な一方向拡散板の一構成例を示す断面図であり、（ｂ）は、一方向拡散板の影が観察映像に重畳された状態を示す説明図である。
【図１８】上記映像表示装置の表示素子の表示領域を拡大して示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
〔実施の形態１〕
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。
【００３４】
（映像表示装置について）
図２（ａ）（ｂ）は、本発明の映像表示装置１の概念的な構成を、光路を展開して模式的に示す説明図であり、図２（ａ）は水平方向の光路を展開して、図２（ｂ）は垂直方向の光路を展開してそれぞれ示している。この映像表示装置１は、光源２と、拡散手段３と、表示素子４と、レンズ５とを有して構成されている。
【００３５】
光源２は、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の光をそれぞれ発光するＬＥＤ（３色一体型）で構成されており、点状の光源を構成している。ＲＧＢの各ＬＥＤは、観察者の目から見て水平方向に並んでいる。本実施形態では、後述する表示素子４はカラーフィルタを備えていないので、光源２は、ＲＧＢの各色光を時分割で順に出射する。
【００３６】
拡散手段３は、例えば１〜２０μｍ程度の複数のピッチで凹凸が一方向に形成された拡散面３ａを有し、光源２からの光を拡散面３ａで上記一方向に拡散して射出する一方向拡散板である。本実施形態では、拡散手段３は、拡散方向が観察者の水平方向となるように、表示素子４の近傍に配置されている。なお、拡散手段３の詳細については、後述する。
【００３７】
表示素子４は、複数の画素Ａ（図４参照）と各画素Ａの周囲に形成される遮光部ＢＭ（図４参照）とを有し、拡散手段３からの光を各画素Ａで変調して映像を表示する光変調素子であり、本実施形態では、ＲＧＢのカラーフィルタを備えていない透過型のＬＣＤで構成されている。表示素子４は、カラーフィルタを備えていないので、透過率が高く、明るい映像を表示することができる。表示素子４は、表示領域の長辺方向が水平方向となるように配置されている。
【００３８】
レンズ５は、例えば正の光学的パワーを有しており、表示素子４からの映像光を光学瞳Ｅに導くことにより、光学瞳Ｅの位置にて上記映像の虚像を観察者に観察させる接眼光学系（観察光学系）を構成している。つまり、レンズ５は、表示素子４の表示映像を虚像として観察者が観察できるように光学瞳Ｅを形成する。
【００３９】
上記の構成において、点光源に近い光源２から出射された光は、拡散手段３にて一方向（水平方向）に拡散された後、表示素子４にて変調され、そこから映像光として出射される。この映像光は、レンズ５を介して光学瞳Ｅに導かれる。これにより、観察者は、光学瞳Ｅの位置にて、表示素子４に表示された映像の虚像を観察することが可能となる。このとき、光源２からのＲＧＢの各色光の出射と同期して表示素子４の各画素を駆動することにより、観察者にカラー映像を観察させることが可能となる。
【００４０】
また、光源２として、点状の光源を用いることにより、面光源の場合のような、光源の輝度ムラを低減するために拡散を大きくする必要がなくなり、明るい映像を観察させることが可能となる。また、面光源を駆動するときのような大電流を光源２に流さなくても済み、消費電力を低減することができる。
【００４１】
（拡散手段について）
次に、拡散手段３の詳細について説明する。図２（ａ）（ｂ）に示すように、拡散手段３における拡散面３ａとは反対側の面は、非拡散面３ｂとなっている。そして、本実施形態では、拡散手段３は、拡散面３ａが表示素子４と対向するように配置されている。つまり、拡散手段３における非拡散面３ｂは、光源２からの光が入射する光入射面となっており、拡散面３ａは光射出面となっている。このように拡散手段３を配置したのは、以下の理由による。
【００４２】
例えば、凹凸からなる拡散面３ａを光源２側に向けて拡散手段３を配置した場合、光源２から出射されて拡散手段３の非拡散面３ｂで反射される裏面反射光が、再び拡散面３ａに到達したときにここで全反射される場合がある。この場合は、拡散面３ａで全反射された光が表示素子４に入射しないことによって輝度ムラが大きくなる。しかし、拡散面３ａが表示素子４と対向するように拡散手段３を配置することにより、裏面反射光による戻り光（拡散面３ａで反射して非拡散面３ｂに向かう光）を少なくすることができ、上記の輝度ムラを低減することができる。
【００４３】
ところで、図３は、拡散手段３の拡散特性を示す説明図である。観察者の水平方向（以下、左右方向とも記載する）における拡散手段３の拡散度をθｈとし、観察者の垂直方向（以下、上下方向とも記載する）における拡散手段３の拡散度をθｖとすると、拡散手段３の拡散度は、強度半値でθｈ＝４０度、θｖ＝０．２度である。つまり、拡散手段３は、凹凸からなる拡散面３ａ（図２（ａ）（ｂ）参照）により、観察者の目から見て、左右方向には入射光を４０度拡散し、上下方向には入射光を０．２度拡散する。
【００４４】
このように、拡散手段３は、観察者の上下方向には入射光をほとんど拡散しないため、拡散面３ａは、図２（ｂ）のように上下方向には起伏が無く、図２（ａ）のように左右方向には起伏がランダムに形成された凹凸形状となっている。拡散手段３が入射光を一方向（左右方向）に拡散することにより、光学瞳Ｅのサイズは、左右方向に例えば１０ｍｍとなり、上下方向に例えば１．５ｍｍとなる。光学瞳Ｅが小さい上下方向では、光が集光するので、観察者は明るい映像（虚像）を観察することができる。一方、光学瞳Ｅが大きい左右方向では、観察者は映像を観察しやすくなる。
【００４５】
また、本実施形態では、上記したように、θｈ＝４０度、θｖ＝０．２度であり、拡散手段３の拡散方向における拡散度は、拡散方向に垂直な方向の拡散度の１０倍以上となっている。このように、拡散方向の拡散度に比べてそれと垂直な方向の拡散度を相対的に十分小さくすることにより、上記垂直方向には、入射光をほとんど拡散しないようにして、明るい映像を観察者に観察させることができる。
【００４６】
（輝度ムラ、色ムラの低減について）
次に、拡散手段３の拡散面３ａの凹凸の影による観察映像の輝度ムラや色ムラを低減するための条件について説明する。
【００４７】
一方向拡散板からなる拡散手段３は、例えば厚さ０．１ｍｍ程度の透明樹脂基板の上に１〜２０μｍ程度の複数のピッチで一軸に沿って凹凸形状を設けることにより形成される。ここで、例えば、θｈ＝４０度の拡散手段３は、最大１５μｍ程度のピッチの凹凸形状を有しており、この凹凸部分を例えば焦点距離２０ｍｍの接眼光学系で観察すると、約３分の視野角となる。これは、人間の眼の解像度に相当する視野角１分よりも大きい。それゆえ、凹凸の傾斜部における入射角の大きい部分での全反射により、射出光の強度が低下すると、この強度低下が観察者には筋状の影として認識される。さらに、拡散度の小さいθｈ＝３０度〜１０度の拡散手段３では、２０μｍ程度のピッチの凹凸形状を有するため、観察者はさらに影を認識しやすくなる。これらの影が観察映像に重畳されると、観察映像に輝度ムラや色ムラが生じる。
【００４８】
そこで、本実施形態では、以下のようにして、拡散手段３の拡散度を小さくして明るい映像としながら、輝度ムラや色ムラを低減した高画質の映像を観察者に観察させるようにしている。
【００４９】
図１は、本実施形態の映像表示装置１における各種のパラメータを模式的に示す説明図である。拡散手段３の拡散方向における表示素子４の画素Ａの開口幅をＨｗ（ｍｍ）とし、拡散手段３の拡散方向における最大の凹凸のピッチをＫｗ（ｍｍ）とし、レンズ５の焦点距離をｆ（ｍｍ）とし、表示素子４の表示面から拡散手段３の拡散面３ａまでの距離をδ（ｍｍ）としたとき、映像表示装置１は、以下の条件式（１）を満足している。すなわち、
Ｈｗ／ｆ≦ｔａｎ１’≦Ｋｗ／（ｆ＋δ）          ・・・（１）
である。なお、表示素子４の表示面は、レンズ５の像面（焦点距離ｆ）付近に配置されており、これにより、観察者に虚像を提供する光学瞳Ｅが形成される。
【００５０】
ここで、Ｈｗ／ｆ≦ｔａｎ１’は、拡散手段３の凹凸の影を観察者に認識しにくくするための条件を規定している。一方、ｔａｎ１’≦Ｋｗ／（ｆ＋δ）は、拡散手段３の拡散面３ａの凹凸のピッチを大きくして、つまり、拡散度を小さくして、明るい映像を観察者に観察させるための条件を規定している。より詳細には、以下の通りである。
【００５１】
人間の眼の解像度（分解能）は、視野角で１’（分）と言われている。すなわち、人間は１’よりも大きな視野角で映像を観察する場合に、その映像を映像として認識することが可能となる。一方、Ｋｗ／（ｆ＋δ）は、拡散手段３の拡散方向における凹凸の最大ピッチの視野角（図１の視野角α）の正接にほぼ相当する。また、Ｈｗ／ｆは、表示素子４の１画素の視野角（図１の視野角βとする）の正接にほぼ相当する。
【００５２】
ｔａｎ１’≦ｔａｎα、すなわち、ｔａｎ１’≦Ｋｗ／（ｆ＋δ）とすれば、凹凸のピッチを広げて拡散手段３の拡散度を小さくすることができ、明るい映像を観察者に観察させることができる。しかし、その反面、拡散面３ａの凹凸に起因する影が虚像として観察者に認識可能となる。この影は、結果的に表示映像の輝度ムラや色ムラを生じさせる。
【００５３】
しかし、ｔａｎβ≦ｔａｎ１’、すなわち、Ｈｗ／ｆ≦ｔａｎ１’を満足することにより、表示素子４の画素Ａの開口部幅を狭めて拡散面３ａの凹凸の影の大部分（眼の解像度に対応する視野角よりも大きい視野角における凹凸の影）を表示素子４の遮光部ＢＭに重ねることができる。また、表示素子４の画素Ａに上記影が重なったとしても、画素Ａの開口幅Ｈｗが人間の眼の分解能よりも小さいので、観察者はその画素を通して影を認識しにくくなる。
【００５４】
したがって、条件式（１）を満足することにより、拡散手段３の拡散度を小さくして明るい映像としながら、輝度ムラや色ムラを低減した高画質の映像を観察者に観察させることができる。
【００５５】
また、拡散手段３の拡散方向における表示素子４の画素のピッチをＨｐとするとき、拡散手段３の拡散方向における表示素子４の画素の開口率Ｈｗ／Ｈｐは、以下の条件式（１Ａ）を満足することが好ましい。
【００５６】
０．３≦Ｈｗ／Ｈｐ≦０．８          ・・・（１Ａ）
開口率Ｈｗ／Ｈｐは、表示素子４の拡散手段３の拡散方向における透過領域（開口部）の割合を表している。開口率Ｈｗ／Ｈｐの値が大きいと、開口幅Ｈｗが大きく遮光部ＢＭが小さく、開口率Ｈｗ／Ｈｐの値が小さいと、開口幅Ｈｗが小さく遮光部ＢＭが大きい。条件式（１Ａ）の上限値を超えると拡散面３ａの凹凸に起因する影の影響が目立ちやすくなり、下限値を下回ると、透過する光量が減少するため観察映像の明るさが不足しやすくなる。条件式（１Ａ）は、拡散面３ａの凹凸に起因する影の影響と、映像の明るさを考慮して決められた好ましい値である。
【００５７】
図４は、表示素子４の表示領域を拡大して示す説明図である。条件式（１）を満足することにより、拡散手段３の凹凸の影Ｐが、表示素子４の遮光部ＢＭで隠されて観察されにくくなっていることがわかる。なお、同図では、凹凸の影Ｐを明確に図示しているが、これは説明の便宜のためであり、実際は、上述したように、画素Ａの視野角は人間の眼の解像度に対応する視野角１分よりも小さいため、観察者に観察されにくくなる。また、映像を観察するとき、実際には拡散手段３の存在によりピントが少しボケるので、凹凸の影Ｐも明るい部分（画素Ａの表示）と平均化されてさらに観察されにくくなる。
【００５８】
なお、眼の解像度に相当する視野角１分よりも小さい視野角となる拡散手段３の細かい凹凸（レンズ５の焦点距離２０ｍｍでピッチ５μｍ程度以下）は眼で解像されないので、眼で平均化され、凹凸の影は観察されにくい。
【００５９】
なお、本実施形態では、拡散手段３として、拡散方向と垂直な方向に入射光を０．５度拡散させる一方向拡散板（垂直方向には入射光をほとんど拡散させない一方向拡散板）を用いているが、例えば垂直方向に３度程度拡散する拡散板を用いても、明るく、かつ、高画質な映像を観察者に観察させることができる。
【００６０】
（開口幅Ｖｗについて）
図４に示すように、拡散手段３の拡散方向に垂直な方向おける表示素子４の画素Ａの開口幅をＶｗ（ｍｍ）としたとき、本実施形態の映像表示装置１は、以下の条件式（２）を満足している。すなわち、
ｔａｎ１’≦Ｖｗ／ｆ          ・・・（２）
である。
【００６１】
Ｖｗ／ｆは、拡散手段３の拡散方向に垂直な方向における表示素子４の画素Ａの視野角の正接にほぼ相当する。拡散手段３は、拡散方向に垂直な方向にはほとんど拡散しないので、ｔａｎ１’≦Ｖｗ／ｆとし、拡散方向に垂直な方向においては、人間の眼の分解能よりも大きい視野角となるように画素Ａの開口部幅を広げることにより、明るい映像を観察者に観察させることができる。
【００６２】
（距離δについて）
上記した、表示素子４の表示面から拡散手段３の拡散面３ａまでの距離δは、拡散手段３のレンズ５による虚像と表示素子４の表示映像の虚像との視度の差が１０ディオプタ以下となるように設定されることが望ましく、本実施形態では、上記両虚像の視度の差が例えば３ディオプタとなるように設定されている。その理由は、以下の通りである。
【００６３】
まず、上記のディオプタについて簡単に説明しておく。ディオプタとは、レンズの焦点距離をメートルで表した値の逆数（１／ｍ）で表され、視度、すなわちレンズの度数（屈折力）を示す単位として一般的に用いられているものである。したがって、本実施形態では、観察者の眼から例えば１ｍ前方に表示素子４の表示映像の虚像が位置しているとすると（映像の虚像が−１ｄ（ディオプタ）の位置にあれば）、拡散手段３のレンズ５による虚像の位置は、−４ｄ（眼から２５ｃｍ前方の位置）または＋２ｄ（眼から前方に距離が無限大の位置（０ｄで眼から前方に距離が無限大の位置となる））の位置となる。
【００６４】
１０ディオプタは、人間の目のピントの最大調整範囲を示すが、拡散手段３のレンズ５による虚像と表示素子４の表示映像の虚像との視度の差が１０ディオプタ以下のときは、表示映像の虚像のみならず拡散手段３の虚像（凹凸の影を含む）が人間の目で観察可能な範囲に位置することになる。しかし、本発明によれば、上述した条件式（１）を満足することによって、拡散手段３の凹凸の影を認識しにくくできるので、両虚像の視度の差が１０ディオプタ以下となるように距離δを設定し、拡散手段３を表示素子４の近くに配置しても、高画質の映像を観察者に観察させることができる。よって、拡散手段３を表示素子４の近くに配置して装置の小型軽量化を図りながら、拡散手段３からの光の利用効率を高くして、さらに明るい映像を観察者に観察させることができる。
【００６５】
（拡散手段のその他の配置について）
ところで、以上では、拡散方向が表示素子４の矩形の表示領域の長辺方向に沿うように（長辺に沿った各画素Ａの配列方向に沿うように）、拡散手段３を配置した例について説明したが、例えば、拡散方向が表示素子４の矩形の表示領域の長辺方向と交差するように、拡散手段３を（回転させて）配置してもよい。
【００６６】
拡散手段３が凹凸の拡散面３ａで入射光を一方向に拡散する場合、拡散手段３の凹凸の影は、拡散手段３の拡散方向と垂直方向に筋状に発生する。ここで、例えば、拡散手段３の拡散方向が、表示素子４の表示領域の長辺方向と一致している場合、図４に示したように、拡散手段３の凹凸の影Ｐは、拡散方向に垂直な方向、つまり、表示領域の短辺方向に位置する複数の画素Ａと重なり、上記短辺方向においてのみ、各画素Ａの周囲の遮光部ＢＭで分断される。
【００６７】
一方、図５は、拡散手段３の拡散方向が、表示素子４の表示領域の長辺方向に対して５度傾斜しているときの、表示素子４の表示領域を拡大して示す説明図である。拡散手段３の拡散方向が表示素子４の表示領域の長辺方向と交差していても、拡散手段３の凹凸の影Ｐは、拡散方向に垂直な方向に位置する複数の画素Ａと重なるが、この場合は、表示領域の長辺方向および短辺方向の両方向において、つまり、斜め方向において、各画素Ａの周囲の遮光部ＢＭで分断される。したがって、拡散手段３の凹凸の影Ｐを観察者にさらに認識しにくくすることができる。
【００６８】
（表示素子の他の構成例について）
以上では、カラーフィルタを備えていない表示素子４を用いた例について説明したが、カラーフィルタを備えた表示素子を用いることも勿論可能である。この場合、光源２は、ＲＧＢの各ＬＥＤを同時に発光させればよい。
【００６９】
例えば図６は、カラーフィルタを備えた表示素子４ａの表示領域を拡大して示す説明図である。この表示素子４ａは、矩形の表示領域の長辺方向にはＲＧＢの順で各フィルタを配置し、短辺方向には同一色のフィルタを配置したものである。また、図７は、カラーフィルタを備えた他の表示素子４ｂの表示領域を拡大して示す説明図である。この表示素子４ｂは、矩形の表示領域の長辺方向にＲＧＢの順で各フィルタを配置するとともに、短辺方向にもＲＧＢの順で各フィルタを配置したものである。このようなカラーフィルタを備えた表示素子４ａ・４ｂを用いても、拡散手段３の拡散方向を表示領域の長辺方向と一致または交差させれば、表示素子４を用いた場合と同様に、拡散手段３の凹凸の影を観察者に認識しにくくすることができる。
【００７０】
特に、図７の表示素子４ｂにおいては、例えば拡散方向と表示領域の長辺方向とが一致している場合に、拡散方向に垂直な方向に筋状の影ができても、この影によって特定色だけ弱くなる（輝度が低下する）ことがない。したがって、輝度ムラや色ムラをさらに低減した高画質の映像を観察者に観察させることができる。
【００７１】
なお、表示素子４ａ・４ｂにおいて、拡散方向における同一色の画素ＡのピッチをＤｗ（ｍｍ）とすると、条件式（１）を満足するのであれば、Ｄｗ≧ｔａｎα、すなわち、Ｄｗ≧Ｋｗ／（ｆ＋δ）であっても構わない。つまり、表示素子４ａ・４ｂにおいて、ＲＧＢの１個１個の画素Ａの開口幅Ｈｗが小さければ、表示素子４を用いた場合と同様に、拡散手段３の凹凸の影を観察者に認識しにくくすることができるので、Ｄｗをｔａｎαよりも小さくする必要はない。
【００７２】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００７３】
（ＨＭＤの構成）
図８（ａ）は、本実施形態に係るＨＭＤの概略の構成を示す平面図であり、図８（ｂ）は、ＨＭＤの側面図であり、図８（ｃ）は、ＨＭＤの正面図である。ＨＭＤは、映像表示装置１１と、それを支持する支持手段１２とを有しており、全体として、一般の眼鏡から一方（例えば左目用）のレンズを取り除いたような外観となっている。
【００７４】
映像表示装置１１は、観察者に外界像をシースルーで観察させるとともに、映像を表示して観察者にそれを虚像として提供するものであり、実施の形態１の映像表示装置１に対応するものである。図８（ｃ）で示す映像表示装置１１において、眼鏡の右目用レンズに相当する部分は、後述する接眼プリズム３２と偏向プリズム３３との貼り合わせによって構成されている。なお、映像表示装置１１の詳細な構成については後述する。
【００７５】
支持手段１２は、映像表示装置１１を観察者の眼前（例えば右目の前）で支持する支持部材であり、ブリッジ１３と、フレーム１４と、テンプル１５と、鼻当て１６と、ケーブル１７と、外光透過率制御手段１８とを有している。なお、フレーム１４、テンプル１５および鼻当て１６は、左右一対設けられているが、これらを左右で区別する場合は、右フレーム１４Ｒ、左フレーム１４Ｌ、右テンプル１５Ｒ、左テンプル１５Ｌ、右鼻当て１６Ｒ、左鼻当て１６Ｌのように表現するものとする。
【００７６】
映像表示装置１１の一端は、ブリッジ１３に支持されている。このブリッジ１３は、映像表示装置１１のほかにも、左フレーム１４Ｌ、鼻当て１６および外光透過率制御手段１８を支持している。左フレーム１４Ｌは、左テンプル１５Ｌを回動可能に支持している。一方、映像表示装置１１の他端は、右フレーム１４Ｒに支持されている。右フレーム１４Ｒにおいて映像表示装置１１の支持側とは反対側端部は、右テンプル１５Ｒを回動可能に支持している。ケーブル１７は、外部信号（例えば映像信号、制御信号）や電力を映像表示装置１１に供給するための配線であり、右フレーム１４Ｒおよび右テンプル１５Ｒに沿って設けられている。外光透過率制御手段１８は、外光（外界像の光）の透過率を制御するためにブリッジ１３に設けられており、映像表示装置１１よりも前方（観察者とは反対側）に位置している。
【００７７】
観察者がＨＭＤを使用するときは、右テンプル１５Ｒおよび左テンプル１５Ｌ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１６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１１にて映像を表示すると、観察者は、映像表示装置１１の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１１を介して外界像をシースルーで観察することができる。
【００７８】
このとき、外光透過率制御手段１８において、外光透過率を例えば５０％以下に低く設定しておけば、観察者は映像表示装置１１の映像を観察しやすくなり、逆に、外光透過率を例えば５０％以上に高く設定しておけば、観察者は、外界像を観察しやすくなる。したがって、外光透過率制御手段１８における外光透過率は、映像表示装置１１の映像および外界像の観察のしやすさを考慮して適宜設定されればよい。
【００７９】
以上のように、映像表示装置１１が支持手段１２にて支持されることにより、観察者は映像表示装置１１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。
【００８０】
なお、ＨＭＤは、映像表示装置１１を１個だけ備えたものには限られない。例えば、図９（ａ）は、ＨＭＤの他の構成を示す平面図であり、図９（ｂ）は、上記ＨＭＤの側面図であり、図９（ｃ）は、上記ＨＭＤの正面図である。このように、ＨＭＤは、観察者の両目の前に配置される２個の映像表示装置１１・１１を備えた構成であってもよい。この場合、左目の前に配置される映像表示装置１１は、ブリッジ１３と左フレーム１４Ｌとによってその間で支持される。また、両方の映像表示装置１１・１１の間もケーブル１７で接続され、外部信号等がケーブル１７を介して両方の映像表示装置１１・１１に供給される。
【００８１】
（映像表示装置の詳細について）
次に、映像表示装置１１の詳細な構成について説明する。
【００８２】
図１０は、映像表示装置１１の概略の構成を示す断面図であり、図１１は、映像表示装置１１における光路を光学的に一方向に展開して示す説明図である。映像表示装置１１は、光源２１と、集光レンズ２２と、拡散手段２３と、表示素子２４と、接眼光学系３１とを有している。図１０に示すように、光源２１、集光レンズ２２、拡散手段２３および表示素子２４は、筐体２０内に収容されており、接眼光学系３１の一部（後述する接眼プリズム３２の一部）は、筐体２０内に位置している。映像表示装置１１は、実施の形態１で示した各条件式（１）（２）をともに満足している。
【００８３】
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、表示素子２４の表示領域の中心と、接眼光学系３１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２１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、接眼光学系３１の後述するホログラム光学素子３４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３４の光軸入射面とは、ホログラム光学素子３４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。以下、上記光軸入射面を単に入射面とも称する。
【００８４】
光源２１は、ＲＧＢの３色の色をそれぞれ発光する３つの発光チップを発光部２１Ｒ・２１Ｇ・２１Ｂ（図１１参照）として有するＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されている。ＬＥＤは、安価、小型であり、また、後述するように発光波長幅が狭いので色純度が高い。したがって、光源２１をＲＧＢのＬＥＤで構成することにより、安価で小型の映像表示装置１１を実現できるとともに、観察者に提供する映像の色純度を高くすることができる。
【００８５】
また、発光部２１Ｒ・２１Ｇ・２１Ｂは、それぞれ約０．３ｍｍ角のサイズであり、ピッチ０．５ｍｍでＸ方向に並んでいる。このように、発光部２１Ｒ・２１Ｇ・２１Ｂは、拡散手段２３の後述する拡散方向であるＸ方向に並べて配置されていることにより、ＲＧＢの各色が拡散手段２３によって上記拡散方向に混ざるので、光学瞳Ｅ上での各色の強度ムラが小さくなり、色ムラを低減することができる。
【００８６】
なお、発光部２１Ｒ・２１Ｇ・２１Ｂは、Ｘ方向に完全に一列に並んでいなくてもよい。例えば、発光部２１Ｒ・２１Ｇ・２１Ｂの一部が０．５ｍｍだけＹ方向にずれていてもよい。また、このとき、より多くの発光部が直線的に並ぶ方向がＸ方向となるように光源２１を配置してもよい。
【００８７】
集光レンズ２２は、拡散手段２３の拡散方向に垂直な方向（Ｙ方向）に光源２１からの光を集光して拡散手段２３に導く集光手段であり、例えばシリンダレンズで構成されている。集光レンズ２２を用いることにより、表示素子２４を照明する光学系を小型軽量にすることができる。また、拡散手段２３の拡散方向に平行な方向（Ｘ方向）についての集光レンズ２２の光学的パワーは、ゼロか負である。これにより、光源２１からの光はＸ方向には集光されないので、Ｘ方向に光源２１の輝度ムラ（強度ムラ）が増幅されることがなく、高画質の映像を観察者に観察させることができる。
【００８８】
また、集光レンズ２２は、光源２１からの光を集光した後、拡散手段２３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いる。また、集光レンズ２２および後述するホログラム光学素子３４は、光源２１と光学瞳Ｅとが拡散手段２３の拡散方向に垂直な方向（Ｙ方向）について共役となるように配置されている。光学瞳ＥのＹ方向については、光源２１の発光面積（例えば０．３ｍｍ角）が、拡散手段２３での１度の拡散と、表示素子２４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。その結果、本実施形態では、光学瞳Ｅは、Ｘ方向の大きさが８ｍｍ、Ｙ方向の大きさが２ｍｍとなっている。
【００８９】
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８ｍｍ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２１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。本実施形態では、人間の瞳よりも光学瞳を小さくすることで、より明るい映像を提供しているが、光学瞳が一方向に小さければ、人間の瞳より大きくても、明るい映像を提供することができる。
【００９０】
また、拡散手段２３の拡散方向に垂直なＹ方向において、光源２１と光学瞳Ｅとは共役となる位置に配置されているので、Ｙ方向に光学瞳Ｅをより小さくすることができ、Ｙ方向において光源２１からの光利用効率をより高めて明るい映像を観察者に観察させることができる。なお、Ｘ方向では、拡散手段２３により入射光が大きく拡散されるため、光源２１と光学瞳Ｅとの共役関係は成立しなくなるが、共役配置により高効率で光源２１からの光を利用することができ、明るい映像表示が可能である。
【００９１】
拡散手段２３は、複数のピッチで凹凸が一方向に形成された拡散面２３ａを有し、光源２１からの光を拡散面２３ａで一方向に拡散して射出する一方向拡散板であり、実施の形態１の拡散手段３に対応している。本実施形態では、拡散手段２３は、拡散方向が観察者の水平方向（Ｘ方向）となるように、かつ、拡散手段２３の接眼光学系３１による虚像と、表示素子２４の表示映像の虚像との視度の差が５ディオプタとなるように、表示素子２４の近傍に配置されている。拡散手段２３のＸ方向の拡散度は、例えば３０度である。拡散手段２３における拡散面２３ａとは反対側の面は、実施の形態１と同様に非拡散面となっているが、拡散手段２３は、拡散面２３ａが表示素子２４と対向するように配置されている。
【００９２】
表示素子２４は、光源２１から拡散手段２３を介して入射する光を画像データに応じて変調して映像を表示するものであり、ＲＧＢのカラーフィルタを備え、光が透過する領域となる各画素をマトリクス状に有し、各画素の周囲には遮光部が形成された透過型のＬＣＤで構成されている。表示素子２４は、矩形の表示領域の長辺方向がＸ方向となり、短辺方向がＹ方向となるように配置されている。
【００９３】
接眼光学系３１は、表示素子２４からの映像光、すなわち、表示素子２４にて表示された映像に対応する光を光学瞳Ｅに導くことにより、光学瞳Ｅの位置にて上記映像の虚像を観察者に観察させる観察光学系であり、接眼プリズム３２（第１の透明基板）と、偏向プリズム３３（第２の透明基板）と、ホログラム光学素子３４とを有して構成されている。
【００９４】
接眼プリズム３２は、表示素子２４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３４を介して光学瞳Ｅに導く一方、外光を透過させて光学瞳Ｅに導くものであり、偏向プリズム３３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３２は、平行平板の下端部を楔状にし、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３２は、その下端部に配置されるホログラム光学素子３４を挟むように、偏向プリズム３３と接着剤で接合されている。
【００９５】
偏向プリズム３３は、平面視で略Ｕ字型の平行平板で構成されており（図８（ｃ）参照）、接眼プリズム３２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３２と一体となって略平行平板となるものである。この偏向プリズム３３を接眼プリズム３２に接合することにより、観察者が接眼光学系３１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。
【００９６】
つまり、例えば、接眼プリズム３２に偏向プリズム３３を接合させない場合、外光は接眼プリズム３２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３２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３２に偏向プリズム３３を接合させて一体的な略平行平板を形成することで、外光が接眼プリズム３２の楔状の下端部を透過するときの屈折を偏向プリズム３３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。
【００９７】
なお、接眼プリズム３２および偏向プリズム３３の各面（平行平板の対向する２面）は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。接眼プリズム３２および偏向プリズム３３の各面を曲面とすれば、接眼光学系３１に矯正眼鏡レンズとしての機能を持たせることもできる。
【００９８】
ホログラム光学素子３４は、表示素子２４から出射される映像光（３原色に対応した波長の光）を回折反射させて光学瞳に導くことにより、表示素子２４にて表示される映像を拡大して観察者の瞳に虚像として導く体積位相型で反射型のホログラム光学素子であり、軸非対称な正の光学パワーを有している。つまり、ホログラム光学素子３４は、正のパワーを持つ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。
【００９９】
（映像表示装置の動作について）
次に、上記構成の映像表示装置１１の動作について説明する。光源２１から出射された光は、集光レンズ２２にて集光された後、拡散手段２３でＸ方向に拡散され、ＲＧＢの混色が十分になされた均一な照明光として表示素子２４に入射する。表示素子２４に入射した光は、画像データに基づいて各画素ごとに変調され、映像光として出射される。つまり、表示素子２４には、カラー映像が表示される。
【０１００】
表示素子２４からの映像光は、接眼光学系３１の接眼プリズム３２の内部にその上端面（面３２ａ）から入射し、対向する２つの面３２ｂ・３２ｃで複数回全反射されて、ホログラム光学素子３４に入射する。ホログラム光学素子３４に入射した光は、そこで反射されて光学瞳Ｅに達する。光学瞳Ｅの位置では、観察者は、表示素子２４に表示された映像の拡大虚像を観察することができる。
【０１０１】
一方、接眼プリズム３２および偏向プリズム３３は、外光をほとんど全て透過させるので、観察者は外界像を観察することができる。したがって、表示素子２４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。
【０１０２】
以上のように、映像表示装置１１では、表示素子２４から出射される映像光を、接眼プリズム３２内での全反射によってホログラム光学素子３４に導く構成としているので、通常の眼鏡レンズと同様に、接眼プリズム３２および偏向プリズム３３の厚さを３ｍｍ程度にすることができ、映像表示装置１１を小型化、軽量化することができる。また、表示素子２４からの映像光を内部で全反射させる接眼プリズム３２を用いることにより、高い外光の透過率を確保して、明るい外界像を観察者に提供することができる。
【０１０３】
また、ホログラム光学素子３４は、表示素子２４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機能しており、観察者は、ホログラム光学素子３４を介して、表示素子２４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。
【０１０４】
また、本実施形態では、拡散手段２３の接眼光学系３１による虚像と、表示素子２４の表示映像の虚像との視度の差が５ディオプタであり、表示映像の虚像のみならず拡散手段２３の接眼光学系３１による虚像が人間の目で観察可能な範囲（１０ディオプタ以下）に位置している。しかし、実施の形態１で示した条件式を満足していることにより、拡散手段２３の凹凸の影を認識しにくくすることができるので、拡散手段２３を表示素子２４に近い位置に配置しても、表示映像の虚像に輝度ムラや色ムラが生じるのを抑えることができる。その結果、明るく、かつ、高画質の映像（虚像）を観察者に観察させることができる。
【０１０５】
特に、本実施形態のように、外界像をシースルーで観察可能な映像表示装置１１では、そのような外界像に重畳される表示映像（虚像）を明るくして観察者に観察させやすくする必要があるので、実施の形態１で示した条件式を満足させることは、特にシースルー型の映像表示装置１１およびＨＭＤに非常に有効となる。
【０１０６】
（光源とホログラム光学素子の特性について）
次に、光源２１およびホログラム光学素子３４の特性について説明する。
【０１０７】
図１２は、光源２１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２１は、例えば、光強度のピーク波長および光強度半値の波長幅で４６２±１２ｎｍ、５２５±１７ｎｍ、６３５±１１ｎｍとなる３つの波長帯域の光を発する。なお、図１２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。
【０１０８】
なお、光強度のピーク波長とは、光強度がピークとなるときの波長のことであり、光強度半値の波長幅とは、光強度が光強度ピークの半値となるときの波長幅のことである。光源２１のＲＧＢの光強度は、ホログラム光学素子３４の回折効率や、表示素子２４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。
【０１０９】
一方、図１３は、ホログラム光学素子３４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１３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。
【０１１０】
上記のように、ホログラム光学素子３４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３２、ホログラム光学素子３４および偏向プリズム３３を介して外界像を通常通り見ることができる。
【０１１１】
また、体積位相型で反射型のホログラム光学素子３４は、図１３で示したように回折効率が高く、しかも、回折効率ピークの半値波長幅が狭い。したがって、このようなホログラム光学素子３４を用い、表示素子２４からの映像光をホログラム光学素子３４にて回折反射させて光学瞳Ｅに導く構成とすることにより、明るく、色純度の高い映像を観察者に提供することができる。また、外光の透過率も高くなるので、明るい外界像を観察者に提供することができる。つまり、明るく、かつ、視認性の高い映像を明るい外界像に重ねて観察者に提供することができる。
【０１１２】
さらに、上述の数値関係から、ホログラム光学素子３４の回折効率のピーク波長と、光源２１から出射される光強度のピーク波長とは略等しいと言える。このような設定では、光源２１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３４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。
【０１１３】
（色ムラの低減効果について）
ところで、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８ｍｍ、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３４の入射面（ＹＺ平面）に平行な方向よりも、Ｘ方向、すなわち、上記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３４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。
【０１１４】
まず、ホログラム光学素子３４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３４では、入射面に平行な方向よりも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、入射面に平行な方向よりも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３４の干渉縞に光が入射角を有して入射する場合、入射面（ＹＺ平面）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、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。
【０１１５】
したがって、ホログラム光学素子３４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、入射面に平行な方向（Ｙ方向）での角度ずれのほうが、入射面に垂直な方向（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、入射面に平行な方向は、波長選択性が大きい）。
【０１１６】
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、入射面に垂直な方向に光学瞳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、その光についての入射面が光軸入射面と若干平行ではないが、前述の通り、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。
【０１１７】
また、本実施形態では、拡散手段２３の拡散方向はＸ方向であり、このＸ方向はホログラム光学素子３４の光軸入射面に垂直な方向である。このように拡散手段２３の拡散方向を光軸入射面に垂直なＸ方向またはこれと略平行な方向とし、ホログラム光学素子３４の波長選択性が小さい方向に光を拡散させることにより、色ムラの発生を抑えたまま、上記方向に光学瞳Ｅを大きくして観察しやすい映像を観察者に提供することができる。また、光学瞳Ｅは、光軸入射面に垂直なＸ方向よりも光軸入射面に平行なＹ方向で相対的に小さくなるので、Ｙ方向では光源２１からの光を無駄なく集光することができ、明るい映像を観察者に提供することができる。
【０１１８】
また、上述したように、光源２１の３つの発光部２１Ｒ・２１Ｇ・２１Ｂは、拡散手段２３による拡散の大きい方向であるＸ方向に並んでいるが、このことは取りも直さず、３つの発光部２１Ｒ・２１Ｇ・２１Ｂが光軸入射面に対して垂直な方向に並んで配置されていることを意味する。入射面に対して垂直な方向は、ホログラム光学素子３４における波長選択性が小さい方向であるので、３つの発光部２１Ｒ・２１Ｇ・２１ＢをＸ方向に配置することで、光学瞳Ｅを拡大できる方向に色を混ぜることができ、ＲＧＢの３色を発光する光源２１を用いた場合でも、色ムラの少ない高画質の映像を観察者に提供することができる。
【０１１９】
〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態２と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
【０１２０】
図１４は、本実施形態の映像表示装置１１における光路を光学的に一方向に展開して示す説明図である。本実施形態では、光源２１が２つの光源群２１Ｐ・２１Ｑで構成されている点以外は、実施の形態２と同様の構成である。
【０１２１】
光源２１の光源群２１Ｐは、ＲＧＢの３色の光をそれぞれ発光する３つの発光部２１Ｒ１・２１Ｇ１・２１Ｂ１を有するＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されている。また、光源群２１Ｑも同様に、ＲＧＢの３色の光をそれぞれ発光する３つの発光部２１Ｒ２・２１Ｇ２・２１Ｂ２を有するＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されている。つまり、光源２１は、ＲＧＢの光を出射する３つの発光部（ＬＥＤ）を２組有している。
【０１２２】
各光源群２１Ｐ・２１Ｑの各発光部は、ホログラム光学素子３４の光軸入射面（ＹＺ平面）に対して垂直な方向に並んで配置されているが、さらに、上記入射面に対して各色ごとに面対称となるように配置されている（接眼光学系３１の光軸に対して対称に配置されている）。より詳細には、発光部２１Ｒ１・２１Ｒ２が上記入射面に近い位置で面対称となるように配置され、そのＸ方向外側に発光部２１Ｇ１・２１Ｇ２が上記入射面に対して面対称となるように配置され、さらにそのＸ方向外側に発光部２１Ｂ１・２１Ｂ２が上記入射面に対して面対称となるように配置されている。つまり、各光源群２１Ｐ・２１Ｑでは、上記入射面側から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、各発光部が配置されている。
【０１２３】
このように、各発光部を各色ごとに上記入射面に対して面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２１Ｒ１と２１Ｒ２）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（上記入射面内、光軸上）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、収差の少ない高画質な映像として観察者に提供することができる。
【０１２４】
なお、各発光部の面対称の中心となる面は、上記入射面に平行な面であってもよい。つまり、各発光部の面対称の中心となる面は、上記入射面からＸ方向に多少ずれた面であっても構わない。この場合は、光学瞳Ｅの中心付近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。
【０１２５】
また、ホログラム光学素子３４は、上述したように、回折効率ピークおよびその半値波長幅で４６５±５ｎｍ、５２１±５ｎｍ、６３４±５ｎｍの各波長の映像光を回折するように作製されている。このように各色で回折効率の半値波長幅が同じなので、波長の長い光ほど角度選択性が大きい（波長の変化に対する入射角のずれ方が小さい）。したがって、各光源群２１Ｐ・２１Ｑにおいて、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が配置されていることにより、光学瞳Ｅ内での各色の強度差を小さくすることができ、光学瞳Ｅ内で色ムラの少ない映像を観察者に提供することができる。以下、この点について詳細に説明する。
【０１２６】
回折効率ピークの波長をλ、ホログラム光学素子３４の媒質（干渉縞）の屈折率をｎ、媒質の厚さをｈ、入射角をθとすると、これらの間には、λ＝２ｎｈｃｏｓθの関係が成り立つ。ここで、波長の短いＢ光および波長の長いＲ光において、それぞれの波長が例えば同じ５ｎｍだけずれた場合、波長の変化の割合は、Ｂ光については４６５／４７０であり、Ｒ光については６３４／６３９である。つまり、波長の変化の割合は、波長の短いＢ光に比べて波長の長いＲ光のほうが小さい。したがって、波長の短いＢ光に比べて波長の長いＲ光のほうが、波長の変化に対する入射角θのずれ方は小さい（角度選択性が大きい）。よって、光源２１からの出射光のＲＧＢの波長幅が同じ場合には、ホログラム光学素子３４によって回折されてできる光学瞳の大きさは、波長が長い光ほど小さい。なお、光学瞳Ｅは、各色の光学瞳の範囲を全て含むものとする。
【０１２７】
一方、光源２１のＬＥＤ（各発光部）からの出射光の強度は、一般的に中心付近ほど強く、周囲ほど弱い。また、各発光部は、Ｙ方向においては、光学瞳と略共役となるように配置されているが、Ｘ方向では、拡散手段２３により拡散されるので、光学瞳とは共役ではない。しかし、光学瞳において最も強度の強い位置は、拡散手段２３がないとした場合の各発光部と共役な位置にほぼ同じである。
【０１２８】
したがって、光学瞳が小さい長波長（Ｒ光）の瞳中心を光学瞳Ｅの中心側に位置させ、光学瞳が大きい短波長（Ｂ光）の瞳中心を光学瞳Ｅの中心よりも外側に位置させることで、光学瞳Ｅ内での瞳位置による強度差を各色について小さくすることができる。この点について、もう少し詳細に説明する。
【０１２９】
図１５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２１Ｒ１・２１Ｒ２・２１Ｇ１・２１Ｇ２・２１Ｂ１・２１Ｂ２で示される曲線は、それぞれ発光部２１Ｒ１・２１Ｒ２・２１Ｇ１・２１Ｇ２・２１Ｂ１・２１Ｂ２から出射される光に対応している。
【０１３０】
上述したように、ホログラム光学素子３４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）。逆に、波長が短い光ほど光学瞳Ｅ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。
【０１３１】
また、波長が長い光を発光する発光部ほど光軸入射面側に配置されているので、光強度の高い位置は、波長が長い光ほど光学瞳Ｅの中心に近くなっている。逆に、波長が短い光を発光する発光部ほど光軸入射面から離れた位置に配置されているので、光強度の高い位置は、光学瞳Ｅの周辺となっている。
【０１３２】
つまり、波長が長い光ほど瞳位置による強度差が大きいが、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、波長が長い光について、瞳位置による強度差、すなわち、光学瞳Ｅの中心と端部とにおける強度差を小さくすることができる。これにより、光学瞳Ｅの全体（瞳中心および瞳周辺）で色ムラの少ない映像を観察者に提供することができる。
【０１３３】
また、波長が長い光を発光する発光部を光軸入射面に近い位置に配置することにより、光学瞳Ｅでの光の利用効率を高くすることができる。一方、波長が短い光を発光する発光部を光軸入射面から遠い位置に配置した場合、ピーク強度と周辺強度との強度差が小さいので、光学瞳Ｅでの光の利用効率が著しく低下することはない。したがって、各色の光学瞳Ｅ内での強度差は小さく、輝度ムラも小さい。
【０１３４】
また、光源群２１Ｐ・２１Ｑの各発光部は、拡散手段２３での拡散が大きい波長順（波長が短いほど拡散する）にＸ方向に配置されているので、光学瞳Ｅ上での各色の強度差がさらに小さくなり、色ムラをさらに低減することができる。つまり、色純度の高い映像を観察者に提供することができる。
【０１３５】
なお、以上では、ＲＧＢの各発光部を２組設け、各組を個々のパッケージにした光源群２１Ｐ・２１Ｑで光源２１を構成した例について説明したが、各組は１つのパッケージになっていてもよい。発光点の距離が近いほどＲＧＢの色が混ざりやすく、より明るい映像を提供することができるので、この点では、各発光部の距離を容易に小さくできる、各組の光源群を１パッケージ化した構成のほうが望ましい。
【０１３６】
なお、色ムラの低減に関して、本実施形態の映像表示装置１１は、以下の構成であってもよい。つまり、映像表示装置１１の集光レンズ２２は、各発光部の配列方向（Ｘ方向）にパワーの無いシリンドリカルレンズであってもよいし、上記配列方向（Ｘ方向）に負のパワーを有するレンズであってもよい。前者の場合、ＲＧＢの各発光部間の距離の拡大率が小さくなるので、拡散度を小さくしながら色ムラの少ない映像とすることができ、明るい映像とすることができる。一方、後者の場合、さらに色ムラを抑えながら明るい映像とすることができる。
【０１３７】
〔実施の形態４〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、実施の形態２または３と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
【０１３８】
図１６は、本実施形態の映像表示装置１１の概略の構成を示す断面図である。本実施形態の映像表示装置１１は、実施の形態２の集光レンズ２２（図１０参照）の代わりに、裏面反射ミラー２５を配置した以外は、実施の形態２と同様である。
【０１３９】
裏面反射ミラー２５は、光源２１から表示素子２４までの光路を折り曲げる光路折り曲げ部材であり、屈折面２５ａと反射面２５ｂとを有して構成されている。反射面２５ｂは、例えば、光源２１からの光をＹ方向に集光するシリンドリカルミラーで構成されているが、他の凹面ミラー（球面ミラー、非球面ミラー、軸非対称な凹面ミラー）で構成されていてもよい。屈折面２５ａは、反射面２５ｂに近い曲率の面となっている。
【０１４０】
この構成により、光源２１からの光は、裏面反射ミラー２５の屈折面２５ａで屈折して裏面の反射面２５ｂに到達し、そこで反射されて再び屈折面２５ａにて屈折し、拡散手段２３に導かれる。以降の光路は、実施の形態２と同様である。
【０１４１】
裏面反射ミラー２５は、光源２１からの光をＹ方向に集光し、光源２１と光学瞳ＥとをＹ方向で共役に設定しているが、Ｘ方向には光学的なパワーを有していない。これにより、０．５ｍｍピッチでＸ方向に離間する、光源２１のＲＧＢの各発光部の色間距離を拡大することなく、拡散手段２３での混色を容易にして、色ムラの少ない映像とすることができる。
【０１４２】
また、裏面反射ミラー２５は、反射による光学的パワーで入射光を集光するので、透過レンズに比して光学的パワーを強くしやすい。したがって、光源２１からの光をＹ方向でより多く集光することができ、明るい映像とすることができる。また、反射による光学的パワーで入射光を集光するので、色収差が小さく、光源２１と光学瞳Ｅとの共役関係を各色で同じにし、効率よく光を利用することができる。
【０１４３】
また、上述した通り、ホログラム光学素子３４は、Ｙ方向で波長選択性が大きい。一方、裏面反射ミラー２５は、反射面２５ｂの他に屈折面２５ａを有しており、光源２１からの光を屈折面２５ａで屈折させ、反射面２５ｂで反射させた後、再度屈折面２５ａで屈折させて拡散手段２３に導く構成としている。これにより、光源２１からの光のピーク波長とホログラム光学素子３４の回折ピーク波長とが略一致するように収差を小さくすることができる。その結果、ホログラム光学素子３４の波長選択性による回折効率の低下を抑制することができ、効率よく光を利用して、明るい映像とすることができる。
【０１４４】
また、裏面反射ミラー２５で光路を折り曲げて表示素子２４を照明する構成としているので、照明光路を効率よく利用して（照明系をコンパクトにすることができ）、筐体２０を小さくすることができる。その結果、小型軽量な映像表示装置１１を実現することができる。
【０１４５】
また、裏面反射ミラー２５で照明光路を折り曲げる構成としているので、拡散手段２３の配置位置がある程度制限されるが、本実施形態では、拡散手段２３を表示素子２４に近接して配置している。これは以下の理由による。
【０１４６】
拡散手段２３を光源２１に近接して配置することは可能である。しかし、この場合は、拡散手段２３での拡散後の光路が長いため、表示素子２４を通過する光源２１からの光が減少する。また、ＲＧＢを混色するために、拡散手段２３の拡散度を大きくする必要がある。その結果、光利用効率が悪く、暗い映像となる。
【０１４７】
また、拡散手段２３を裏面反射ミラー２５に近接して配置することも可能である。しかし、裏面反射ミラー２５は表示素子２４に対して傾斜して配置されるため、拡散手段２３での拡散光の利用効率が、表示素子２４におけるＹ方向の画面位置によって異なる。この結果、Ｙ方向で輝度ムラとなり、画質が低下する。
【０１４８】
以上の理由により、本実施形態では、拡散手段２３を表示素子２４に近接して配置している。つまり、拡散手段２３を裏面反射ミラー２５と表示素子２４との間の光路中に配置している。これにより、裏面反射ミラー２５で光路を折り曲げて小型軽量にしながら、表示素子２４では拡散手段２３からの光を効率よく利用することができ、観察映像を色ムラや輝度ムラの無い、明るい映像とすることができる。
【０１４９】
なお、裏面反射ミラー２５において、Ｘ方向に負の光学的パワーを持たせてもよい。この場合は、０．５ｍｍピッチでＸ方向に離間するＲＧＢの各発光部の色間距離が縮小されるので、拡散手段２３の混色が容易となり、色ムラの少ない映像とすることができる。
【０１５０】
なお、以上の各実施形態では、ＨＭＤに好適な映像表示装置について種々説明したが、各実施形態の映像表示装置は、例えばヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）などの他の装置にも適用することが可能である。
【０１５１】
なお、以上で説明した各実施の形態の構成を適宜組み合わせて映像表示装置、ＨＭＤ、ＨＵＤを実現することも勿論可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１５２】
本発明の映像表示装置は、例えばＨＭＤやＨＵＤに利用可能である。
【符号の説明】
【０１５３】
１  映像表示装置
２  光源
３  拡散手段
３ａ  拡散面
３ｂ  非拡散面
４  表示素子
５  レンズ（接眼光学系）
１１  映像表示装置
１２  支持手段
２１  光源
２１Ｒ、２１Ｒ１、２１Ｒ２  発光部（発光ダイオード）
２１Ｇ、２１Ｇ１、２１Ｇ２  発光部（発光ダイオード）
２１Ｂ、２１Ｂ１、２１Ｂ２  発光部（発光ダイオード）
２２  集光レンズ（集光手段）
２３  拡散手段
２３ａ  拡散面
２４  表示素子
２５  裏面反射ミラー（光路折り曲げ部材）
２５ａ  屈折面
２５ｂ  反射面
３１  接眼光学系
３２  接眼プリズム（第１の透明基板）
３３  偏向プリズム（第２の透明基板）
３４  ホログラム光学素子
Ａ  画素
ＢＭ  遮光部
Ｅ  光学瞳
【図４】
2010041578.tif 000003
【図１２】
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【図１３】
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【図１８】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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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】
2010041578.tif 000015
【図１１】
2010041578.tif 000016
【図１４】
2010041578.tif 000017
【図１５】
2010041578.tif 000018
【図１６】
2010041578.tif 000019
【図１７】
2010041578.tif 000020
【国際調査報告】
2010041578.tif 000021
2010041578.tif 000022