(57)【要約】  映像表示装置は、映像を表示する表示素子と、表示素子からの映像光を観察者の瞳に導くための接眼光学系と、を有する。接眼光学系はプリズムと体積位相型のホログラフィック光学素子を有し、ホログラフィック光学素子はプリズムに接している。ホログラフィック光学素子と接するプリズム面は円錐面からなり、表示素子からの映像光が最初に入射するプリズム面は円錐面からなる。
2016147868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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観察者の瞳に導くための接眼光学系と、を有する映像表示装置であって、
前記接眼光学系が前記映像光が入射するプリズムと前記プリズム内に導光された前記映像光を回折する体積位相型のホログラフィック光学素子とを有し、
前記ホログラフィック光学素子が前記プリズムに接しており、
前記ホログラフィック光学素子と接するプリズム面が円錐面からなり、
前記表示素子からの映像光が最初に入射するプリズム面が円錐面からなる映像表示装置。
【請求項２】
前記ホログラフィック光学素子は反射型である請求項１記載の映像表示装置。
【請求項３】
前記表示素子を照明する照明光学系を更に有し、前記表示素子が前記照明光学系からの光を変調して映像を表示する請求項１又は２記載の映像表示装置。
【請求項４】
前記プリズムを構成する面のうち、前記円錐面からなるプリズム面以外で映像光が透過するプリズム面は、平面からなる請求項１〜３のいずれか１項に記載の映像表示装置。
【請求項５】
前記表示素子が長方形の表示面を有し、その表示面の短手方向が前記２つの円錐面において曲率０である方向と一致している請求項１〜４のいずれか１項に記載の映像表示装置。
【請求項６】
前記プリズムは対向する第１の平面と第２の平面とを有し、
前記プリズムに入射した前記映像光は、前記第１の平面と前記第２の平面とで全反射して前記ホログラフィック光学素子に入射し、
前記第１の平面と前記第２の平面による前記映像光の反射回数が偶数の場合、前記２つの円錐面がいずれも観察者眼側に頂点が存在するように配置されている請求項４記載の映像表示装置。
【請求項７】
前記プリズムは対向する第１の平面と第２の平面とを有し、
前記プリズムに入射した前記映像光は、前記第１の平面と前記第２の平面とで全反射して前記ホログラフィック光学素子に入射し、
前記第１の平面と前記第２の平面による前記映像光の反射回数が奇数の場合、前記ホログラフィック光学素子と接する前記プリズム面の円錐面の頂点が観察者眼側に存在し、前記映像光が最初に入射する前記プリズム面の円錐面の頂点が外界側に存在する請求項４記載の映像表示装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の映像表示装置を搭載することにより、前記ホログラフィック光学素子で前記映像を観察者眼にシースルーで投影表示する機能を備えた光学シースルーディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は映像表示装置と光学シースルーディスプレイに関するものであり、例えば、液晶表示素子(ＬＣＤ：liquid crystal display)の２次元映像をホログラフィック光学素子(ＨＯＥ：holographic optical element)を用いて観察者眼に投影表示する映像表示装置と、その映像表示装置を備えた光学シースルーディスプレイ（例えば、ＨＭＤ(head mounted display)，ＨＵＤ(head-up display)）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
映像のシースルー表示を行うために体積位相型のホログラフィック光学素子を搭載した映像表示装置において、ホログラフィック光学素子を湾曲させることにより結像状態を改善する技術が従来より知られている。例えば特許文献１では、画面の横方向の回折パワーをゼロとすることにより結像状態を改善する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２０１４／１５６５９９  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の映像表示装置では、像面湾曲を補正する条件とディストーションを補正する条件との両方を満たすことが難しく、ディストーションが大きめになる傾向にある。ディストーションを補正するために、例えば映像信号を演算で補正することも可能ではあるが、その方法では消費電力の面で不利になる。【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、映像のシースルー表示が可能であって、ディストーションが良好に光学補正された映像表示装置と、それを備えた光学シースルーディスプレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の映像表示装置は、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観察者の瞳に導くための接眼光学系と、を有する映像表示装置であって、
前記接眼光学系が前記映像光が入射するプリズムと前記プリズム内に導光された前記映像光を回折する体積位相型のホログラフィック光学素子とを有し、
前記ホログラフィック光学素子が前記プリズムに接しており、
前記ホログラフィック光学素子と接するプリズム面が円錐面からなり、
前記表示素子からの映像光が最初に入射するプリズム面が円錐面からなるものである。【０００７】
本発明の光学シースルーディスプレイは、本発明に係る映像表示装置を搭載することにより、前記ホログラフィック光学素子で前記映像を観察者眼にシースルーで投影表示する機能を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、映像のシースルー表示が可能であって、ディストーションが良好に光学補正された映像表示装置と、それを備えた光学シースルーディスプレイを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】映像表示装置の一実施の形態（実施例）を模式的に示す概略断面図。
【図２】図１の映像表示装置のプリズムを示す斜視図。
【図３】図１の映像表示装置のプリズムを観察者眼側から示す背面図。
【図４】図１の映像表示装置のプリズムを外界側から示す正面図。
【図５】図１の映像表示装置を備えた眼鏡型のヘッドマウントディスプレイを示す斜視図。
【図６】映像表示装置の比較のための一形態（比較例）を模式的に示す概略断面図。
【図７】実施例と比較例のディストーションを示すグラフ。
【図８】実施例のディストーションの上辺と下辺の曲がりを示すグラフ。
【図９】比較例のディストーションの上辺と下辺の曲がりを示すグラフ。
【図１０】実施例の像面湾曲を示すグラフ。
【図１１】比較例の像面湾曲を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る映像表示装置，光学シースルーディスプレイ等を、図面を参照しつつ説明する。なお、各形態等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００１１】
図１に、本発明の一実施の形態に係る映像表示装置１の概略断面構造を模式的に示す。映像表示装置１は、照明光学系２と、偏光板３と、偏光ビームスプリッタ４と、表示素子５と、接眼光学系６と、を有している。なお、説明の便宜上、方向を以下のように定義しておく。接眼光学系６によって形成される瞳ＥＰの中心と表示素子５の表示面の中心とを光学的に結ぶ軸及びその軸の延長線を光軸とする。そして、接眼光学系６のホログラフィック光学素子２３の光軸入射面に垂直な方向をＸ方向とする。ホログラフィック光学素子２３の光軸入射面とは、ホログラフィック光学素子２３における入射光の光軸と反射光の光軸とを含む平面を指す。また、各光学部材の光軸との交点における、面法線と垂直な面内で、Ｘ方向に垂直な方向をＹ方向とする。
【００１２】
照明光学系２は、表示素子５を照明するものであり、光源１１と、照明ミラー１２と、拡散板１３と、を有している。光源１１は、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３つの発光点を１パッケージ内に持つＲＧＢ一体型ＬＥＤ(light emitting diode)を２つ備えており、ＲＧＢの各色に対応する光を出射する。光源１１から出射される光の波長は、例えば、光強度のピーク波長及び光強度半値の波長幅で、４６２±１２ｎｍ（Ｂ光）、５２５±１７ｎｍ（Ｇ光）、６３５±１１ｎｍ（Ｒ光）である。
【００１３】
光源１１におけるＲＧＢの各発光点は、ホログラフィック光学素子２３の光軸入射面に関して対称に位置するように、略直線状に並んでいる。例えば、ＢＧＲＲＧＢの順に発光点がＸ方向に並んでいる。そのようにＲＧＢの各発光点を水平方向（Ｘ方向）に略直線状に配列すれば、ＲＧＢの光強度の分布をＸ方向に関して対称にすることができる。
【００１４】
照明ミラー１２は、光源１１から出射された光（照明光）を拡散板１３に向けて反射させるとともに、Ｙ方向に関して、瞳ＥＰと光源１１とが略共役となるように、照明光を曲げる光学素子であり、この実施の形態では自由曲面ミラーを想定している。拡散板１３は、光源１１の複数の発光点が並ぶＸ方向に入射光を例えば４０°拡散し、Ｙ方向には入射光を拡散しない（つまり、横方向にのみ拡散する）１方向拡散板であり、偏光板３の表面に貼り合わせ保持されている。
【００１５】
偏光板３は、拡散板１３を介して入射する光のうち、所定の偏光方向の光を透過させて偏光ビームスプリッタ４に導く。偏光板３を透過した偏光が偏光ビームスプリッタ４で反射されるように、偏光ビームスプリッタ４の方向は揃えてある。
【００１６】
偏光ビームスプリッタ４は、偏光板３を透過した光を反射型の表示素子５の方向に反射させる一方、表示素子５にて反射された光のうち、画像信号オンに対応する光（偏光板３を透過した光とは偏光方向が直交する光）を透過させる平板状の偏光分離素子であり、接眼光学系６を構成するプリズム２１において最初に光が入射するプリズム面２１ａに対し、所定の間隔をあけて配置されている。
【００１７】
表示素子５は、照明光学系２からの光（つまり、偏光ビームスプリッタ４で反射された光）を変調して映像ＩＭを表示する表示素子であり、この実施の形態では反射型の液晶表示素子を想定している。なお、表示素子５はカラーフィルターを有する構成であってもよいし、ＲＧＢごとに時分割で駆動される構成であってもよい。
【００１８】
表示素子５は、偏光ビームスプリッタ４からほぼ垂直に入射する光がほぼ垂直に反射されて偏光ビームスプリッタ４に向かうように配置されている。これにより、反射型の表示素子に対して大きな入射角で光を入射させる構成に比べて、解像度を増大させるような光学設計が容易になる。表示素子５の表示面は長方形になっており、表示面の長手方向がＸ方向となり、短手方向がＹ方向となるように配置されている。
【００１９】
また、表示素子５は、照明ミラー１２から偏光ビームスプリッタ４に向かう光路に対して光源１１と同じ側に配置されている。これにより、照明光学系２から表示素子５までの光学系全体をコンパクトに構成することができる。表示素子５は、光源１１と同一の基板で支持されていてもよいし、別々の基板で支持されていてもよい（図１では、光源１１及び表示素子５の支持基板は省略している。）。
【００２０】
接眼光学系６は、表示素子５からの映像光を観察者の瞳ＥＰに導くための光学系であり、非軸対称（非回転対称）な正の光学的パワーを有している。この接眼光学系６は、プリズム２１と、プリズム２２と、ホログラフィック光学素子２３と、を有している。
【００２１】
プリズム２１は、表示素子５から偏光ビームスプリッタ４を介して入射する映像光を内部で導光する一方、外界像の光（外光）を透過させるものであり、平行平板の上端部を上端に向かうほど厚くし、下端部を下端に向かうほど薄くした形状で構成されている。
【００２２】
プリズム２１において偏光ビームスプリッタ４と対向するプリズム面２１ａは、表示素子５からの映像光が最初に入射する光学面である。また、瞳ＥＰとほぼ平行に位置して互いに対向する２つのプリズム面２１ｂ，２１ｃは、映像光を全反射によって導光する全反射面となっている。そのうち、瞳ＥＰ側のプリズム面２１ｂは、ホログラフィック光学素子２３で回折反射される映像光の出射面を兼ねており、プリズム２１を構成する面のうち映像光が透過する面としては唯一平面からなっている。
【００２３】
プリズム２１は、その下端部に配置されるホログラフィック光学素子２３を挟むように、接着剤でプリズム２２と接合されている。なお、プリズム２１において、表示素子５からの映像光が最初に入射するプリズム面２１ａの形状と、ホログラフィック光学素子２３と接するプリズム面２１ｄの形状と、については後述する。
【００２４】
プリズム２２は、ホログラフィック光学素子２３を介してプリズム２１と貼り合わされて、略平行平板を形成している。プリズム２２をプリズム２１と貼り合わせることで、外光がプリズム２１の楔状の下端部を透過するときの屈折をプリズム２２でキャンセルすることができ、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。
【００２５】
ホログラフィック光学素子２３は、プリズム２１に接して設けられ、プリズム２１内部で導光された映像光を回折反射する体積位相型で反射型のホログラム光学素子である。ホログラフィック光学素子２３は、回折効率のピーク波長及び回折効率半値の波長幅で、例えば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。すなわち、ホログラフィック光学素子２３のＲＧＢの回折波長は、ＲＧＢの映像光の波長（光源１１の発光波長）とほぼ対応している。
【００２６】
上記の構成において、照明光学系２の光源１１から出射された光は、照明ミラー１２で反射され、拡散板１３にてＸ方向にのみ拡散された後、所定の偏光方向の光のみが偏光板３を透過する。そして、偏光板３を透過した光は、偏光ビームスプリッタ４で反射され、表示素子５に入射する。
【００２７】
表示素子５では、入射光が画像信号に応じて変調される。このとき、画像信号オンに対応する映像光は、表示素子５にて入射光とは偏光方向が直交する光に変換されて出射されるため、偏光ビームスプリッタ４を透過してプリズム面２１ａからプリズム２１の内部に入射する。一方、画像信号オフに対応する映像光は、表示素子５にて偏光方向が変換されずに出射されるため、偏光ビームスプリッタ４で遮断され、プリズム２１の内部に入射しない。
【００２８】
プリズム２１では、入射した映像光がプリズム２１の対向する２つのプリズム面２１ｃ，２１ｂでそれぞれ１回ずつ全反射された後、ホログラフィック光学素子２３に入射する。ホログラフィック光学素子２３では、特定の波長（ＲＧＢに対応する３つの波長）の光のみが回折反射されてプリズム面２１ｂから出射し、瞳ＥＰに達する。したがって、観察者は瞳ＥＰの位置で表示素子５に表示された映像ＩＭを虚像として観察することができる。
【００２９】
一方、プリズム２１，プリズム２２及びホログラフィック光学素子２３は、外光をほとんど全て透過させるので、観察者は外界像をシースルーで観察することができる。したがって、表示素子５に表示された映像ＩＭ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。
【００３０】
前述したように、映像表示装置１は、映像ＩＭを表示する表示素子５と、表示素子５からの映像光を観察者の瞳ＥＰに導くための接眼光学系６と、を有しており、接眼光学系６はプリズム２１と体積位相型のホログラフィック光学素子２３とを有し、ホログラフィック光学素子２３がプリズム２１に接している。そして、ホログラフィック光学素子２３と接するプリズム面２１ｄが円錐面からなっており、表示素子５からの映像光が最初に入射するプリズム面２１ａが円錐面からなっている。
【００３１】
上記のように円錐面形状のプリズム面２１ａ，２１ｄをプリズム２１に有することが映像表示装置１の特徴点の１つである。図２〜図４にプリズム２１の外観を示す。図２の斜視図はプリズム２１を観察者眼側の斜め上方から示しており、図３の背面図はプリズム２１を観察者眼側から示しており、図４の正面図はプリズム２１を外界側から示している。円錐面は、いずれも頂点が観察者眼側にある。そのため、観察者眼側（図３）から見ると、光入射側のプリズム面２１ａは下側の辺の曲率が大きく、外界側（図４）から見ると、ホログラフィック光学素子２３が貼り付けられるプリズム面２１ｄは下側の辺の曲率が大きいことが分かる。
【００３２】
上記のように、ホログラフィック光学素子２３と接するプリズム面２１ｄを円錐形状とし、さらに、光入射側のプリズム面２１ａも円錐形状とすることにより、ディストーションを改善することができる。円錐形状であれば、その頂点に近い側では曲率を大きくし、遠い側では曲率を小さくすることが可能であるため、光路折り曲げの非対称性に対して補正を行うための自由度を与えることが可能である。
【００３３】
また、プリズム面２１ａ，２１ｄを円錐形状とすれば、平面状のフィルムを容易に貼りつけることが可能となる。例えば、フィルム状のホログラム感光材料をプリズム面２１ｄに貼り付けて２光束で露光し、これらの光束を干渉させることによってホログラフィック光学素子２３を作製する場合、円錐形状であればフィルム状のホログラム感光材料の貼り付けが容易になる。
【００３４】
映像表示装置１のように、表示素子５が長方形の表示面を有し、その表示面の短手方向（Ｙ方向）が２つの円錐面（プリズム面２１ａ，２１ｄ）において曲率０である方向と一致していることが好ましい。表示面の短手方向は、円錐面の非対称性を利用してディストーションを補正するのに適した方向である。つまり、補正の都合から、表示素子５が有する長方形の表示面の短辺方向（短手方向）に円錐の頂点を向けて、曲率差を与えるのが好ましい。ホログラフィック光学素子２３がプリズム２１に対して斜めに偏心した状態にあるため、短辺方向に円錐の頂点を向けることにより、その非対称性に対応することが可能となる。
【００３５】
上記２つの円錐面（プリズム面２１ａ，２１ｄ）は、いずれも観察者眼側に頂点が存在するように配置されていることが好ましい。２つの円錐面を共働させて補正を行う都合から、曲率の大小については望ましい向きが存在し、２つの円錐面でいずれも観察者の眼側に円錐の頂点を向けることにより、ディストーションを良好に補正することが可能となる。例えばプリズム面２１ｄの円錐頂点は、映像光が平面反射後に瞳ＥＰに向けて出射することから、観察者眼側に配置される。それに対し、光入射側のプリズム面２１ａの円錐頂点の方向は、映像光の反射回数により変化する。本実施形態のように、映像光の反射回数が偶数回反射の場合は観察者眼側に設定することがディストーションを良好に補正するうえで好ましい。映像光の反射回数が奇数回反射の場合は、プリズム面２１ａでの前後関係が反転するため、光入射側のプリズム面２１ａの円錐頂点の方向は、外界側に設定するのが好ましい。
【００３６】
映像表示装置１のように、表示素子５を照明する照明光学系２を有し、表示素子５が照明光学系２からの光を変調して映像を表示する構成にすることが好ましい。通常、体積位相型のホログラフィック光学素子は波長選択性が高いので、光源１１の波長幅は狭い方が好ましい。例えば光源１１にＬＥＤを用いてそこからの照明光を変調する構成にすれば、ＬＥＤは波長幅が狭いので、有機ＥＬ等の自発光型に比べて高い光利用効率を得ることができる。
【００３７】
映像表示装置１のように、プリズム２１を構成する面のうち、円錐面からなるプリズム面２１ａ以外で映像光が透過するプリズム面は、平面からなることが好ましい。映像表示装置１は光学シースルーディスプレイに搭載されることを想定しているので、円錐面からなるプリズム面２１ａ以外で映像光が透過するプリズム面を平面とすれば、外界像に対する屈折作用の影響を抑えることができる。
【００３８】
上述した映像表示装置１（図１）を搭載することにより、ホログラフィック光学素子２３で映像ＩＭを観察者眼にシースルーで投影表示する機能を備えた光学シースルーディスプレイを構成することができる。光学シースルーディスプレイとしては、ＨＭＤ，ＨＵＤ等が挙げられるが、ここでは映像表示装置１を備えた眼鏡型のヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）を例示して以下に説明する。
【００３９】
図５に、映像表示装置１を備えた眼鏡型のヘッドマウントディスプレイ３０の概略構成を示す。ヘッドマウントディスプレイ３０は、上述した映像表示装置１と、支持部材３１とで構成されている。
【００４０】
映像表示装置１の照明光学系２や表示素子５等は、筐体３２内に収容されており、接眼光学系６の上端部も筐体３２内に位置している。接眼光学系６は、上述したようにプリズム２１とプリズム２２と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５では右眼用レンズ）のような形状をしている。また、筐体３２内の光源１１及び表示素子５は、筐体３２を貫通して設けられるケーブル３３を介して、回路基板（不図示）と接続されており、回路基板から光源１１及び表示素子５に駆動電力や映像信号が供給される。
【００４１】
なお、映像表示装置１は、静止画や動画を撮影する撮像装置，マイク，スピーカー，イヤホン等をさらに備え、外部のサーバーや端末とインターネット等の通信回線を介して、撮像画像及び表示画像の情報や音声情報をやりとり（送受信）する構成であってもよい。
【００４２】
支持部材３１は、眼鏡のフレームに相当する支持機構であり、映像表示装置１を観察者の眼前（図５では右眼の前）で支持している。この支持部材３１は、観察者の左右の側頭部に当接するテンプル３４（右テンプル３４Ｒ，左テンプル３４Ｌ）と、観察者の鼻と当接する鼻当て３５（右鼻当て３５Ｒ，左鼻当て３５Ｌ）とを含んでいる。なお、支持部材３１は、観察者の左眼の前でレンズ３６も支持しているが、このレンズ３６はダミーレンズである。
【００４３】
ヘッドマウントディスプレイ３０を観察者の頭部に装着し、表示素子５に映像を表示すると、その映像光が接眼光学系６を介して光学瞳に導かれる。したがって、光学瞳の位置に観察者の瞳を合わせることにより、観察者は、映像表示装置１の表示映像の拡大虚像を観察することができる。また、これと同時に、観察者は接眼光学系６を介して、外界像をシースルーで観察することができる。
【００４４】
このように、映像表示装置１が支持部材３１で支持されることにより、観察者は映像表示装置１から提供される映像をハンズフリーで長時間安定して観察することができる。なお、映像表示装置１を２つ用いて両眼で映像を観察できるようにしてもよい。
【００４５】
上記の実施形態の構成では、ホログラフィック光学素子２３は反射型であったが、透過型であってもよい。また、プリズム面２１ａは凸面であり、プリズム面２１ｄは凹面（プリズム形状としては凸面）であったが、その凹凸形状は実施形態の構成に限らない。上記の実施形態では、光路折り曲げによる非対称性に対してディスト―ションの補正を行うために、プリズム２１ａとプリズム面２１ｄとを円錐面とすることで、偏心方向に異なる映像位置に対応してプリズム面の曲率に曲率差を設けている。そのためホログラフィック光学素子２３が透過型であってもよく、また円錐面の凹凸はいずれでもよい。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明を実施した映像表示装置の構成等を、実施例及び比較例のコンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例は、前述した実施の形態に対応する数値実施例であり、実施の形態を表す概略断面図（図１）は対応する実施例の光学配置，光路等を示している。【００４７】
比較例は、特許文献１に記載の映像表示装置の実施例に相当するものであり、図６はその概略断面図である。本発明に係る実施例（図１）では、プリズム２１において最初に光が入射するプリズム面２１ａから所定の間隔をあけて、偏光ビームスプリッタ４が配置されているのに対し、比較例（図６）では、偏光ビームスプリッタ４がプリズム面２１ａに貼り付けられている。また、実施例ではプリズム面２１ａ，２１ｄが円錐面からなっているのに対し、比較例ではプリズム面２１ａが平面からなっており、プリズム面２１ｄが自由曲面からなっている。【００４８】
表１〜表４に実施例（図１）のコンストラクションデータ等を示し、表５〜表８に比較例（図６）のコンストラクションデータ等を示す。表１，表５に示す面データ中、面Ｓｉ（面番号ｉ＝１，２，３，．．．）は、光源１１から瞳ＥＰに至る光路において、瞳ＥＰ側から数えてｉ番目の面を示しており、面データは面Ｓｉの配置データを示している。【００４９】
実施例では、Ｓ１はプリズム２１の映像光出射面、Ｓ２は接眼プリズム２１のプリズム面２１ｄ（ＨＯＥ貼り付け面）、Ｓ３はプリズム面２１ｂ（全反射面（Ｓ１と同一平面））、Ｓ４はプリズム面２１ｃ（全反射面）、Ｓ５は光入射側のプリズム面２１ａ、Ｓ６とＳ７は偏光ビームスプリッタ４の透過面、Ｓ８は表示素子５のカバーガラス表面、Ｓ９は表示素子５の液晶面、Ｓ１０は表示素子５のカバーガラス表面、Ｓ１１は偏光ビームスプリッタ４の反射面、Ｓ１２は偏光板３の出射面、Ｓ１３は偏光板３と拡散板１３との境界面、Ｓ１４は拡散板１３の入射面、Ｓ１５は照明ミラー１２の反射面、Ｓ１６は光源１１のＬＥＤ発光面（ＬＥＤ等価面）、である。表示素子５の液晶面Ｓ９の短手方向（Ｙ方向）は、円錐面からなるプリズム面２１ａ，２１ｄにおいて曲率０である方向と一致している。また、円錐面からなるプリズム面２１ａ，２１ｄは、いずれも観察者眼側に頂点が存在するように配置されている。【００５０】
比較例では、Ｓ１はプリズム２１の映像光出射面、Ｓ２は接眼プリズム２１のプリズム面２１ｄ（ＨＯＥ貼り付け面）、Ｓ３はプリズム面２１ｂ（全反射面（Ｓ１と同一平面））、Ｓ４はプリズム面２１ｃ（全反射面）、Ｓ５はプリズム面２１ａ（偏光ビームスプリッタ貼り付け面）、Ｓ６は偏光ビームスプリッタ４の透過面、Ｓ７は表示素子５のカバーガラス表面、Ｓ８は表示素子５の液晶面、Ｓ９は表示素子５のカバーガラス表面、Ｓ１０は偏光ビームスプリッタ４の反射面、Ｓ１１は偏光板３の出射面、Ｓ１２は偏光板３と拡散板１３との境界面、Ｓ１３は拡散板１３の入射面、Ｓ１４は照明ミラー１２の反射面、Ｓ１５は光源１１のＬＥＤ発光面（ＬＥＤ等価面）、である。【００５１】
各面Ｓｉの配置は、面データ中の基準点座標（ｘ，ｙ，ｚ）と回転角度（ＡＤＥ）の各面データでそれぞれ特定される。面Ｓｉの基準点座標は、その基準点をローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の原点として、グローバルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）におけるローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の原点の座標（ｘ，ｙ，ｚ）で表されており（単位：ｍｍ）、その基準点を中心とするＸ軸回りの回転角度ＡＤＥで面Ｓｉの傾きが表されている（単位：°；Ｘ軸の正方向に対して反時計回りがＸ回転の回転角度の正方向である。）。ただし、座標系はすべて右手系で定義されており、グローバルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）は出射面Ｓ１のローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と一致した絶対座標系になっている。したがって、Ｘ方向，Ｙ方向は、面Ｓｉの基準点を原点とし、かつ、基準点での法線をＺ軸とする直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における座標軸方向であり、図１及び図６において、ｘ方向は紙面に垂直方向（画角の左右方向）、ｙ方向は紙面の上下方向（画角の上下方向）である。【００５２】
画角は、縦１２．０度（Ｙ方向）、横２１．３度（Ｘ方向）である。曲率に関しては、面データ（表１）で示した位置において法線を含む断面内での値を、面Ｓｉが曲がっていない方向（Ｙ方向）の曲率をＣＲＹとし、その垂直方向（Ｘ方向）の曲率をＣＲＸとすると、光入射側のプリズム面Ｓ５ではＣＲＹ＝０，ＣＲＸ＝０．０４００であり、ＨＯＥ面Ｓ２ではＣＲＹ＝０，ＣＲＸ＝−０．００７９５である。【００５３】
表２に示す実施例の円錐面データでは、円錐面の頂点座標（ｘ，ｙ，ｚ）と頂角（単位：°）を示している。円錐面の頂角は、円錐面を展開して扇形にしたときの扇形の中心角である。【００５４】
実施例及び比較例で用いたホログラフィック光学素子の基準波長、つまりホログラフィック光学素子を作製する際の製造波長（規格化波長）及び再生波長はともに５３２ｎｍであり、回折光の使用次数は１次である。ホログラフィック光学素子の回折構造を有する面Ｓｉ（ＨＯＥ面）は、その基準点を原点とするローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いた以下の式（ＤＳ）で定義される。式（ＤＳ）に示すように、位相関数φはホログラフィック光学素子の位置（Ｘ，Ｙ）による生成多項式（二元多項式）であり、表３，表６に示す回折面データは、その位相係数Ａ（ｊ，ｋ）をＸの次数とＹの次数とに対応させて示している（１行目：Ｘの次数、１列目：Ｙの次数）。なお、回折面データにおいて表記の無い項の係数は０であり、すべてのデータに関してＥ−ｎ＝×１０-nである。
φ＝ΣΣ｛Ａ（ｊ，ｋ）・Ｘj・Ｙk｝  …（ＤＳ）
ただし、
φ：位相関数、
Ａ（ｊ，ｋ）：Ｘのｊ次、Ｙのｋ次の位相係数（ＨＯＥ係数）、
である。【００５５】
表４，表７，表８に示す自由曲面データに関し、自由曲面（ＸＹ多項式面）からなる面Ｓｉは、その基準点を原点とするローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いた以下の式（ＦＳ）で定義される（球面項を示す部分は存在していない。）。表４，表７，表８に示す自由曲面データは、その自由曲面係数Ｂ（ｊ，ｋ）をＸの次数とＹの次数とに対応させて示している（１行目：Ｘの次数、１列目：Ｙの次数）。なお、自由曲面データにおいて表記の無い項の係数は０であり、すべてのデータに関してＥ−ｎ＝×１０-nである。
Ｚ＝ΣΣ｛Ｂ（ｊ，ｋ）・Ｘj・Ｙk｝  …（ＦＳ）
ただし、
Ｚ：座標（Ｘ，Ｙ）の位置でのＺ方向（光軸方向）のサグ量（ｍｍ）、
Ｂ（ｊ，ｋ）：Ｘのｊ次、Ｙのｋ次の多項式自由曲面係数、
である。【００５６】
図７のグラフに、実施例と比較例のディストーションを示す。図７において、縦軸がＹ方向（ｍｍ）、横軸がＸ方向（ｍｍ）にそれぞれ対応する。図８のグラフに実施例の上辺と下辺の曲がりを示し、図９のグラフに比較例の上辺と下辺の曲がりを示す。図８及び図９において、縦軸が中央からの乖離量（ｍｍ）であり、横軸が横方向（Ｘ方向）の位置（ｍｍ）である。図１０のグラフに実施例の像面湾曲を示し、図１２のグラフに比較例の像面湾曲を示す。図１０及び図１１において、縦軸がデフォーカス量（ディオプター）であり、横軸が画角（°）である。【００５７】
ディストーション（図７）を比較すると、比較例よりも実施例では台形が補正されているほか、縦横比に関しても、画角の縦横比と液晶面上での縦横比は、実施例の方が近くなっている。また、ディストーションの上辺と下辺の曲り（図８，図９）を見ると、いずれも下に凸ではあるが、実施例のほうが上辺と下辺の差が小さくなっており、比較例の悪い側に比べれば改善している。像面湾曲（図１０，図１１）に関しても、比較例よりも実施例の方が良好に補正されている。【００５８】
【表１】
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【００５９】
【表２】
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【００６０】
【表３】
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【００６１】
【表４】
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【００６２】
【表５】
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【００６３】
【表６】
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【００６４】
【表７】
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【００６５】
【表８】
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【符号の説明】
【００６６】
１    映像表示装置
２    照明光学系
３    偏光板
４    偏光ビームスプリッタ
５    表示素子
６    接眼光学系
１１  光源
１２  照明ミラー
１３  拡散板
２１，２２    プリズム
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ  プリズム面
２３    ホログラフィック光学素子
３０    ヘッドマウントディスプレイ（光学シースルーディスプレイ）
３１    支持部材
３２    筐体
３３    ケーブル
３４，３４Ｒ，３４Ｌ    テンプル
３５，３５Ｒ，３５Ｌ    鼻当て
３６    レンズ
ＩＭ    映像
ＥＰ    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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【国際調査報告】
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