(57)【要約】【課題】入射光を一方向に拡散する手段を用いる構成であっても、明るく、かつ、高画質の映像を観察者に観察させる。【解決手段】光源２からの光を拡散手段３にて拡散して表示素子４に導き、表示素子４からの映像光をレンズ５を介して光学瞳Ｅに導く構成において、拡散手段３が第１の拡散手段３ａのほかに第２の拡散手段３ｂを有する。第１の拡散手段３ａは一方向拡散板で構成され、第２の拡散手段３ｂは一方向拡散板または通常の拡散板で構成される。光源２からの光が第２の拡散手段３ｂにて拡散されることにより、所定の方向からの入射光では第１の拡散手段３ａから射出されない光が補完されるので、第１の拡散手段３ａに起因する影の発生が抑えられ、観察映像にムラが生じるのが軽減される。また、第１の拡散手段３ａを表示素子４に近づけて配置することが可能となり、光の利用効率が向上する。【選択図】図１
2008216852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する光源と、
光源から出射された光を拡散する拡散手段と、
拡散手段にて拡散された光を変調して映像を表示する表示素子と、
表示素子からの映像光を光学瞳に導くことにより、表示映像の虚像を観察者に観察させる観察光学系とを備えた映像表示装置であって、
上記拡散手段は、表面の凹凸によって入射光を一方向に拡散する第１の拡散手段と、入射光を拡散する第２の拡散手段とを有しており、
光学瞳は、第１の拡散手段での入射光の拡散方向よりも上記拡散方向と垂直方向に小さいことを特徴とする映像表示装置。
【請求項２】
上記第２の拡散手段は、表面の凹凸によって入射光を一方向に拡散するものであり、
上記第２の拡散手段での入射光の拡散方向は、上記第１の拡散手段での入射光の拡散方向と略一致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】
上記第２の拡散手段は、光源と第１の拡散手段との間の光路中に配置されており、
上記第１の拡散手段の拡散方向において、上記第２の拡散手段の拡散度は上記第１の拡散手段の拡散度よりも小さい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、第１の拡散手段の拡散方向に並んで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】
上記光源は、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、
表示素子の表示領域の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、
各組の発光ダイオードは、各色ごとに観察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】
上記第１の拡散手段の観察光学系による虚像と表示素子の表示映像の虚像との視度の差は、１０ディオプタ以下であ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】
第１の拡散手段の拡散方向に垂直な方向に光源からの光を集光して表示素子に導く集光手段をさらに備え、
光源と光学瞳とは、第１の拡散手段の拡散方向に垂直な方向につ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６のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項８】
上記集光手段は、第１の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７に記載の映像表示装置。
【請求項９】
上記表示素子は、反射型の液晶表示素子であることを特徴とする請求項７または８に記載の映像表示装置。
【請求項１０】
上記集光手段は、第１の拡散手段の拡散方向に垂直な方向に正の光学的パワーを持つミラーで構成され、かつ、上記反射型の液晶表示素子から観察光学系に向かう光の光路に対して光源とは反対側に配置されて光源からの光を反射させて反射型の液晶表示素子に導き、
上記第１および第２の拡散手段は、上記反射型の液晶表示素子から観察光学系に向かう光の光路と上記集光手段との間に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の映像表示装置。
【請求項１１】
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み、
上記ホログラム光学素子は、表示素子からの映像光を回折反射させて光学瞳に導くことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１２】
上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１１に記載の映像表示装置。
【請求項１３】
表示素子の表示領域の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、
上記第１の拡散手段の拡散方向は、上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１２に記載の映像表示装置。
【請求項１４】
上記光源は、発光ダイオードで構成されており、
上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、上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１１から１３のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１５】
上記観察光学系は、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、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および２に開示されたものがある。特許文献１および２の映像表示装置はいずれも、ＬＥＤ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。また、透明材料の凹凸による拡散においては、適切な拡散度に制御でき、光の吸収が少ないので、光の利用効率を高くできることが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３２６８２１号公報
【特許文献２】特開２０００−２４９９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、図１６（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において、全反射によって光が射出されない部分が存在する。このため、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１６（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、この問題を回避するために、例えば一方向拡散板１０１を表示素子から遠い位置に配置するだけでは、光利用効率が低下し、観察映像Ｑが暗くなる。
【０００７】
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であっても、明るく、かつ、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】
【０００８】
本発明の映像表示装置は、光を出射する光源と、光源から出射された光を拡散する拡散手段と、拡散手段にて拡散された光を変調して映像を表示する表示素子と、表示素子からの映像光を光学瞳に導くことにより、表示映像の虚像を観察者に観察させる観察光学系とを備えた映像表示装置であって、上記拡散手段は、表面の凹凸によって入射光を一方向に拡散する第１の拡散手段と、入射光を拡散する第２の拡散手段とを有しており、光学瞳は、第１の拡散手段での入射光の拡散方向よりも上記拡散方向と垂直方向に小さいことを特徴としている。
【０００９】
上記の構成によれば、光源から出射された光は、拡散手段にて拡散された後、表示素子にて変調され、そこから映像光として出射される。この映像光は、観察光学系を介して光学瞳に導かれる。これにより、観察者は、光学瞳の位置にて、表示素子にて表示された映像の虚像を観察することが可能となる。
【００１０】
ここで、上記の拡散手段は、第１の拡散手段と第２の拡散手段とを有している。第１の拡散手段は、入射光を一方向に拡散するものであるが、第２の拡散手段は、入射光を一方向に拡散するものであってもよいし、全方位に拡散するものであってもよい。入射光が第１の拡散手段にて一方向に拡散されることにより、光学瞳は一方向、すなわち、第１の拡散手段での拡散方向に相対的に大きく形成される一方、他の方向、すなわち、上記拡散方向とは垂直方向に相対的に小さく形成される。
【００１１】
このように光学瞳が一方向に大きく形成されることにより、観察者は光学瞳の位置にて映像を観察しやすくなる。一方、光学瞳が他の方向に小さく形成されることにより、光源から出射される光の利用効率を高くすることができ、小型、軽量の装置でも明るい映像（虚像）を観察者に観察させることができる。
【００１２】
また、拡散手段に入射する光は、第１の拡散手段にて拡散されるのみならず、第２の拡散手段でも拡散されるので、所定の方向からの入射光では第１の拡散手段から射出されない光が第２の拡散手段によって補完される。これにより、第１の拡散手段に起因する影の発生が抑えられ、観察映像にムラ（輝度ムラ、色ムラ）が生じるのが軽減される。第１の拡散手段を表示素子に近づければ近づけるほど観察映像にムラが生じやすく、また、第１の拡散手段の拡散度を小さくすればするほど表面の凹凸のピッチが大きくなるので、第１の拡散手段に起因する影が大きくなり、観察映像にムラが生じやすい。しかし、上記構成によれば、第２の拡散手段によって観察映像のムラが軽減されるので、第１の拡散手段を表示素子に近づけて配置したり、第１の拡散手段の拡散度を小さくすることが可能となる。これにより、光源からの光の利用効率をさらに上げて明るく、かつ、高画質の映像を観察者に観察させることができる。
【００１３】
本発明の映像表示装置において、上記第２の拡散手段は、表面の凹凸によって入射光を一方向に拡散するものであり、上記第２の拡散手段での入射光の拡散方向は、上記第１の拡散手段での入射光の拡散方向と略一致していてもよい。
【００１４】
第１および第２の拡散手段の２つの拡散手段で入射光を略同一方向に拡散することにより、第２の拡散手段として例えば拡散方向が全方位のものを用いる場合に比べて、光学瞳を他の方向に確実に小さく形成することができ、光利用効率をより高くして明るい映像を観察者に観察させることができる。
【００１５】
本発明の映像表示装置において、上記第２の拡散手段は、光源と第１の拡散手段との間の光路中に配置されており、上記第１の拡散手段の拡散方向において、上記第２の拡散手段の拡散度は上記第１の拡散手段の拡散度よりも小さくてもよい。
【００１６】
この構成の場合、第１および第２の拡散手段のうち、第１の拡散手段の拡散方向において拡散度のより大きい拡散手段（第１の拡散手段）が、他の拡散手段（第２の拡散手段）よりも表示素子に相対的に近い位置となるので、光利用効率を高くして明るい映像を観察者に観察させることができる。
【００１７】
本発明の映像表示装置において、上記光源は、赤、緑、青の３色の光をそれぞれ発光する発光ダイオード（以下、ＬＥＤとも称する）を有しており、各発光ダイオードは、第１の拡散手段の拡散方向に並んで配置されていてもよい。
【００１８】
各色の発光ダイオードを第１の拡散手段の拡散方向に並べて配置することにより、各色が上記拡散方向に混ざるので、色ムラの少ないカラー映像を観察者に観察させることができる。
【００１９】
本発明の映像表示装置において、上記光源は、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、表示素子の表示領域の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、各組の発光ダイオードは、各色ごとに観察光学系の光軸に対して対称に配置されていてもよい。
【００２０】
このようにすると、各ＬＥＤからの出射光の各色ごとの光強度（各組間で足し合わせたもの）の重心が一致する（例えば上記光軸上に位置する）。これにより、光学瞳の中心またはその近傍で色ムラの無い映像を、収差の少ない高画質な映像として観察者に観察させることができる。
【００２１】
本発明の映像表示装置において、上記第１の拡散手段の観察光学系による虚像と表示素子の表示映像の虚像との視度の差は、１０ディオプタ以下であることが望ましい。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、第１の拡散手段の観察光学系による虚像と表示素子の表示映像の虚像との視度の差が１０ディオプタ以下のときは、第１の拡散手段が表示素子に近い位置に配置され、表示映像の虚像のみならず第１の拡散手段の観察光学系による虚像（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。
【００２２】
しかし、本発明によれば、第１の拡散手段に起因する影の発生を第２の拡散手段によって軽減することができるので、両虚像の視度の差が１０ディオプタ以下となるように第１の拡散手段を（表示素子に近い位置に）配置しても、表示映像の虚像にムラが発生するのを抑えることができ、第２の拡散手段を設ける本発明の構成が非常に有効となる。
【００２３】
本発明の映像表示装置は、第１の拡散手段の拡散方向に垂直な方向に光源からの光を集光して表示素子に導く集光手段をさらに備え、光源と光学瞳とは、第１の拡散手段の拡散方向に垂直な方向につ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。
【００２４】
この構成では、集光手段により、光源からの光は第１の拡散手段の拡散方向に垂直な方向に集光されて表示素子に導かれる。このとき、第１の拡散手段の拡散方向に垂直な方向において、光源と光学瞳とは共役となる位置に配置されているので、上記拡散方向に垂直な方向に光学瞳をより小さくすることができ、上記方向において光源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。
【００２５】
本発明の映像表示装置において、上記集光手段は、第１の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。集光手段により、光源からの光は第１の拡散手段の拡散方向に平行な方向には集光されないので、上記方向には光源の輝度ムラ（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。
【００２６】
本発明の映像表示装置において、上記表示素子は、反射型の液晶表示素子（以下、ＬＣＤとも称する）であってもよい。反射型のＬＣＤは、開口率が高く、各画素のエッジでの拡散が小さい。したがって、表示素子として反射型ＬＣＤを用いることにより、例えば透過型のＬＣＤを用いる場合に比べて明るく、かつ、高画質の映像を観察者に観察させることができる。
【００２７】
本発明の映像表示装置において、上記集光手段は、第１の拡散手段の拡散方向に垂直な方向に正の光学的パワーを持つミラーで構成され、かつ、上記反射型の液晶表示素子から観察光学系に向かう光の光路に対して光源とは反対側に配置されて光源からの光を反射させて反射型の液晶表示素子に導き、上記第１および第２の拡散手段は、上記反射型の液晶表示素子から観察光学系に向かう光の光路と上記集光手段との間に配置されていてもよい。
【００２８】
この構成では、光源からの光は、集光手段（ミラー）で反射されて集光し、反射型のＬＣＤに入射する。反射型のＬＣＤに入射した光はそこで変調されて映像光として観察光学系に入射する。このとき、集光手段は、反射型のＬＣＤから観察光学系に向かう光の光路に対して光源とは反対側に配置されており、第１および第２の拡散手段は上記光路と集光手段との間に配置されているので、光源から出射されて集光手段にて反射された光は、第１および第２の拡散手段にて所定の方向に拡散された後、反射型のＬＣＤに入射することになる。
【００２９】
このように、光源から反射型のＬＣＤに向かう光の光路を集光手段で折り曲げる構成において、反射型のＬＣＤから観察光学系に向かう光の光路と集光手段との間に第１および第２の拡散手段を配置したとき、第１および第２の拡散手段は、反射型のＬＣＤに対して傾斜して配置されることになり、その一端が反射型のＬＣＤに非常に近づくことになる。第１の拡散手段を表示素子に近づければ近づけるほど観察映像にムラが生じやすくなるが、第２の拡散手段を設ける本発明によれば、観察映像のムラを軽減することができるので、本発明は、光源から反射型のＬＣＤに向かう光の光路を集光手段で折り曲げたコンパクトな構成においても非常に有効なものとなる。
【００３０】
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み、上記ホログラム光学素子は、表示素子からの映像光を回折反射させて光学瞳に導く構成であってもよい。
【００３１】
体積位相型で反射型のホログラム光学素子は、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を用い、表示素子からの映像光をホログラム光学素子にて回折反射させて光学瞳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。
【００３２】
本発明の映像表示装置において、上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てもよい。軸非対称でかつ正の光学的パワーをホログラム光学素子に持たせることにより、装置を構成する各光学部材の配置の自由度を高めることができ、装置を小型化することが容易となる。
【００３３】
本発明の映像表示装置において、表示素子の表示領域の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、上記第１の拡散手段の拡散方向は、上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。
【００３４】
ホログラム光学素子が軸非対称である場合、ホログラム光学素子の光軸入射面に平行な方向では、ホログラム光学素子の波長特性（波長選択性）が大きく、入射光の入射角がずれると回折波長がずれやすい。したがって、第１の拡散手段の拡散方向を光軸入射面に垂直な方向と略平行な方向とし、ホログラム光学素子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、光学瞳は、光軸入射面に垂直な方向よりも光軸入射面に平行な方向で相対的に小さくなるので、上記平行な方向では光源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。
【００３５】
本発明の映像表示装置において、上記光源は、発光ダイオードで構成されており、上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、上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構成であってもよい。この場合、光源（ＬＥＤ）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。
【００３６】
本発明の映像表示装置において、上記観察光学系は、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。第１の透明基板は、表示素子からの映像光をその内部で全反射により進行させるので、外光の透過率は高くなる。したがって、表示素子の映像を観察者に観察させながら、明るい外界像を観察者に観察させることができる。
【００３７】
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てもよい。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。
【００３８】
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】
【００３９】
本発明によれば、第１の拡散手段により、光学瞳は相対的に一方向に大きく形成されるので、観察者は光学瞳の位置にて映像を観察しやすくなり、また他の方向には光学瞳が相対的に小さく形成されるので、光源から出射される光の利用効率を高くして、小型、軽量の装置でも明るい映像（虚像）を観察者に観察させることができる。また、第１の拡散手段に起因して発生する像のムラが第２の拡散手段によって軽減されるので、第１の拡散手段を表示素子に近づけて配置したり、第１の拡散手段の拡散度を小さくすることが可能となり、光源からの光の利用効率をさらに上げて明るく、かつ、高画質の映像を観察者に観察させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
〔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。
【００４１】
図１（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１（ａ）は水平方向の光路を展開して、図１（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。
【００４２】
光源２は、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光を出射する３色一体型のＬＥＤで構成されている。ＲＧＢの各ＬＥＤは、観察者の目から見て水平方向に並んでいる。
【００４３】
拡散手段３は、光源２から出射された光を拡散するものであり、複数の拡散手段すなわち第１の拡散手段３ａと第２の拡散手段３ｂとで構成されている。第１の拡散手段３ａおよび第２の拡散手段３ｂは、方向によって拡散度が異なる一方向拡散板でそれぞれ構成されている。より具体的には、第１の拡散手段３ａおよび第２の拡散手段３ｂは、入射光を、観察者の目から見て水平方向には４０度拡散し、垂直方向には０．５度拡散する。第１の拡散手段３ａおよび第２の拡散手段３ｂの光射出側の面は、このような拡散を実現できるように凹凸が形成された、光吸収の少ない凹凸面となっている。つまり、第１の拡散手段３ａおよび第２の拡散手段３ｂは、垂直方向には入射光をほとんど拡散しないので垂直方向には起伏がなく（図１（ｂ）参照）、水平方向に（一方向に）起伏がランダムに形成された凹凸を有している。
【００４４】
また、第１の拡散手段３ａは、第１の拡散手段３ａ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３ディオプタとなるように、表示素子４の近傍に配置されている。また、第２の拡散手段３ｂは、第２の拡散手段３ｂ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５ディオプタとなるように、光源２と第１の拡散手段３ａとの間の光路中に配置されている。
【００４５】
ここで、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）、第１の拡散手段３ａのレンズ５による虚像の位置は、−４ｄ（眼から２５ｃｍ前方の位置）から＋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））の間に位置していることになる。
【００４６】
表示素子４は、拡散手段３にて拡散された光を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た透過型のカラーＬＣＤで構成されている。
【００４７】
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、表示映像の虚像を観察者に観察させる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。
【００４８】
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。
【００４９】
このとき、光源２から出射された光は、拡散手段３の第２の拡散手段３ｂで水平方向に拡散され、その後、第１の拡散手段３ａに入射する。このような第２の拡散手段３ｂでの拡散により、所定の方向からの入射光では第１の拡散手段３ａから射出されない光を補完することができ、そのような光を第１の拡散手段３ａから射出させることができる。したがって、第１の拡散手段３ａからは均質な光が射出されて表示素子４に入射するので、観察される映像（虚像）上で第１の拡散手段３ａの影が観察されなくなる。つまり、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。
【００５０】
また、第１の拡散手段３ａの光射出面は凹凸面であるので、第１の拡散手段３ａを表示素子４に近づければ近づけるほど観察映像にムラが生じやすくなるが、本実施形態では、上述のように第２の拡散手段３ｂによって観察映像のムラを軽減できるので、第１の拡散手段３ａを表示素子４に近づけて配置することが可能となる。これにより、光源２からの光の利用効率をさらに上げて明るく、かつ、高画質の映像を観察者に観察させることができる。
【００５１】
また、入射光が第１の拡散手段３ａにて一方向に拡散されることにより、光学瞳Ｅは一方向（拡散方向である水平方向）に相対的に大きく形成される一方、他の方向（拡散方向とは垂直な方向）に相対的に小さく形成される。このように、光学瞳Ｅが一方向に大きく形成されることにより、観察者は光学瞳Ｅの位置にて映像を観察しやすくなる。一方、光学瞳Ｅが他の方向に小さく形成されることにより、光源２から出射される光の利用効率を高くすることができ、小型、軽量の装置でも明るい映像を観察者に観察させることができる。
【００５２】
また、本実施形態では、第１の拡散手段３ａおよび第２の拡散手段３ｂを両方とも、入射光を一方向に拡散させる一方向拡散板で構成し、その拡散方向を揃えている。つまり、第２の拡散手段３ｂでの入射光の拡散方向は、第１の拡散手段３ａでの入射光の拡散方向と一致している。なお、上記両者の拡散方向は水平方向から多少ずれていてもよい。この場合、例えば、第２の拡散手段３ｂとして入射光の拡散方向が全方位のものを用いる場合に比べて、光学瞳Ｅを他の方向（垂直方向）に確実に小さく形成することができ、光利用効率をより高くして明るい映像を観察者に観察させることができる。
【００５３】
また、本実施形態では、第１の拡散手段３ａ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は３ディオプタであり、人間の目のピントの最大調整範囲である１０ディオプタ以下となっている。このように両虚像の視度の差が１０ディオプタ以下であれば、第１の拡散手段３ａが表示素子４に近い位置に配置され、表示映像の虚像のみならず第１の拡散手段３ａのレンズ５による虚像が人間の目で観察可能な範囲に位置していることになる。しかし、本実施形態では、第１の拡散手段３ａに起因する影の発生を第２の拡散手段３ｂによって軽減することができるので、上記のように両虚像の視度の差が１０ディオプタ以下となるように第１の拡散手段３ａを表示素子４に近い位置に配置しても、表示映像の虚像にムラが発生するのを抑えることができ、第２の拡散手段３ｂを設ける本発明の構成が非常に有効となる。
【００５４】
なお、本実施形態では、第２の拡散手段３ｂも光射出側の面が凹凸面となっており、しかも、第２の拡散手段３ｂ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５ディオプタであり、１０ディオプタ以下となっているため、第２の拡散手段３ｂに起因する影が表示映像の虚像に重畳されるとも考えられる。しかし、本実施形態では、第１の拡散手段３ａでの入射光の拡散により、第２の拡散手段３ｂから射出されない方向の光を第１の拡散手段３ａで補完して表示素子４に入射させることができる。したがって、第２の拡散手段３ｂに起因する影の発生は、第１の拡散手段３ａによって軽減される。それゆえ、一方向拡散板からなる第２の拡散手段３ｂを設けることに起因して表示映像の虚像の画質が低下することはない。
【００５５】
ところで、本実施形態では、第１の拡散手段３ａおよび第２の拡散手段３ｂの水平方向の拡散度をともに４０度で揃えているが、これら両者の拡散度をともに４０度未満で揃えるようにしてもよく、例えば３０度で揃えてもよい。また、第１の拡散手段３ａおよび第２の拡散手段３ｂの水平方向の拡散度を互いに異ならせるようにしてもよい。例えば、第１の拡散手段３ａの水平方向の拡散度を４０度とし、第２の拡散手段３ｂの水平方向の拡散度を３０度としてもよい。このように、第１の拡散手段３ａの拡散方向（水平方向）において、第２の拡散手段３ｂの拡散度を第１の拡散手段３ａの拡散度よりも小さく設定し、拡散度のより大きな拡散手段（第１の拡散手段３ａ）を表示素子４に近い配置とすることにより、光利用効率を高くして明るい映像を観察者に観察させることができる。
【００５６】
なお、本実施形態では、第１の拡散手段３ａおよび第２の拡散手段３ｂとして、他の方向（垂直方向）に入射光を０．５度拡散させる拡散板（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。
【００５７】
なお、本実施形態では、拡散手段３を第１の拡散手段３ａおよび第２の拡散手段３ｂの２つの拡散手段で構成した例について説明したが、３つ以上の拡散手段で構成してもよい。また、第２の拡散手段３ｂの拡散方向は、全方向であってもよい。つまり、第２の拡散手段３ｂとして、上述した一方向拡散板の代わりに、入射光を全方位に拡散する通常の拡散板を用いても、第１の拡散手段３ａを表示素子４に近づけて配置して、明るく、かつ、高画質の映像を観察者に観察させることができる。
【００５８】
〔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。なお、説明の便宜上、実施の形態１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。
【００５９】
図２（ａ）（ｂ）は、本実施形態の映像表示装置１の構成を、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。本実施形態の映像表示装置１は、拡散手段３の拡散度および配置位置を若干変更するとともに集光レンズ６を追加した以外は、実施の形態１と同様の構成となっている。
【００６０】
本実施形態においても、拡散手段３は、第１の拡散手段３ａと第２の拡散手段３ｂとで構成されており、これらはともに、方向によって拡散度が異なる一方向拡散板でそれぞれ構成されている。ただし、本実施形態では、第１の拡散手段３ａおよび第２の拡散手段３ｂは、入射光を、観察者の目から見て水平方向には２０度拡散し、垂直方向には０．５度拡散する。第１の拡散手段３ａおよび第２の拡散手段３ｂの光射出側の面は、このような拡散を実現できるように凹凸が形成された、光吸収の少ない凹凸面となっている。つまり、第１の拡散手段３ａおよび第２の拡散手段３ｂは、垂直方向には入射光をほとんど拡散しないので垂直方向には起伏がなく（図２（ｂ）参照）、水平方向に（一方向に）起伏がランダムに形成された凹凸を有している。
【００６１】
また、第１の拡散手段３ａは、第１の拡散手段３ａ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２０ディオプタとなる位置に配置されており、第２の拡散手段３ｂは、光源２と第１の拡散手段３ａとの間の光路中に配置されている。
【００６２】
集光レンズ６は、拡散手段３を介して入射する光源２からの光を集光し、表示素子４を照明する照明レンズであり、第１の拡散手段３ａと表示素子４との間の光路中に配置されている。
【００６３】
上記の構成において、光源２から出射された光は、拡散手段３にて拡散され、集光レンズ６にて集光された後、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。
【００６４】
また、集光レンズ６を設けることにより、拡散手段３の拡散度を小さくし、かつ、第１の拡散手段３ａ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を上記のように２０ディオプタと実施の形態１の３ディオプタよりも広げても、集光レンズ６によって効率よく表示素子４を照明して明るい映像を観察者に観察させることができる。
【００６５】
このように上記両虚像の視度の差を広げることにより、第１の拡散手段３ａに起因して発生する影は、本来なら観察者に認識されにくくなる。しかし、本実施形態では、第１の拡散手段３ａの水平方向の拡散度が２０度と小さく、凹凸のピッチが大きいので、第１の拡散手段３ａに起因して発生する影は大きくなり、これが表示映像の画質を低下させる要因となる。
【００６６】
しかし、本実施形態においても、実施の形態１と同様に、光源２からの光は、第２の拡散手段３ｂで水平方向に拡散されて第１の拡散手段３ａに入射するため、所定の方向からの入射光では射出されない光を補完して第１の拡散手段３ａから均質な光を表示素子４に向けて射出することができる。したがって、観察される映像（虚像）上で第１の拡散手段３ａの影が観察されなくなり、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。つまり、第２の拡散手段３ｂを設ける構成は、本実施形態のように、第１の拡散手段３ａの拡散度を小さくし、第１の拡散手段３ａに起因する影が出やすくなる場合にも有効となる。
【００６７】
〔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。
【００６８】
（１．ＨＭＤの構成）
図３（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３（ｂ）は、ＨＭＤの側面図であり、図３（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。
【００６９】
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または２の映像表示装置１に対応するものである。図３（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。
【００７０】
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）で支持するものであり、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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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４（ａ）は、ＨＭＤの他の構成を示す平面図であり、図４（ｂ）は、上記ＨＭＤの側面図であり、図４（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。
【００７５】
（２．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。
図５は、映像表示装置１１の概略の構成を示す断面図であり、図６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５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。
【００７６】
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への光軸の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への光軸の入射面とは、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、上記入射面を単に入射面または光軸入射面と称する。
【００７７】
光源２１は、ＲＧＢの３原色に対応する波長の光を出射する３つの発光チップを発光部２１Ｒ・２１Ｇ・２１Ｂ（図６参照）として有するＲＧＢ一体型のＬＥＤ（例えば日亜化学製）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。
【００７８】
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の後述する第１の拡散手段２３ａの拡散方向であるＸ方向に並んで配置されていることにより、ＲＧＢの各色が第１の拡散手段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。
【００７９】
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。
【００８０】
集光レンズ２２は、拡散手段２３の後述する第１の拡散手段２３ａ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表示素子２４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。第１の拡散手段２３ａ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。
【００８１】
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とが第１の拡散手段２３ａ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。本実施形態では、光学瞳Ｅは、Ｘ方向の大きさが６ｍｍであり、Ｙ方向の大きさが２ｍｍとなっている。なお、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０．５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。
【００８２】
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。
【００８３】
また、第１の拡散手段２３ａ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、第１の拡散手段２３ａ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。
【００８４】
拡散手段２３は、光源２１から出射された光を拡散するものであり、複数の拡散手段すなわち第１の拡散手段２３ａと第２の拡散手段２３ｂとで構成されている。第１の拡散手段２３ａは、第１の拡散手段２３ａ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。また、第２の拡散手段２３ｂについても、第２の拡散手段２３ｂ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、光源２１と第１の拡散手段２３ａとの間の光路中に配置されている。つまり、第１の拡散手段２３ａと第２の拡散手段２３ｂとは、ほとんど同じ位置に配置されている。
【００８５】
第１の拡散手段２３ａおよび第２の拡散手段２３ｂは、方向によって拡散度が異なる一方向拡散板でそれぞれ構成されている。より具体的には、第１の拡散手段２３ａおよび第２の拡散手段２３ｂは、入射光をＸ方向には４０度拡散し、Ｙ方向には０．５度拡散する。なお、拡散手段２３は複数の拡散板で構成されているので、１枚の拡散板あたり、Ｘ方向の拡散度は４０度以下であってもよい。第１の拡散手段２３ａおよび第２の拡散手段２３ｂの光射出側の面は、このような拡散を実現できるように凹凸が形成された凹凸面となっている。
【００８６】
表示素子２４は、光源２１からの出射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する透過型の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。
【００８７】
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観察者の瞳に導く観察光学系であり、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。
【００８８】
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下端に近くなるほど薄くして楔状にし、その上端部を上端に近くなるほど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。
【００８９】
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３（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。
【００９０】
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。
【００９１】
なお、接眼プリズム３２および偏向プリズム３３の各面（光入射面、光出射面）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。
【００９２】
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の反射型ホログラムであり、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。
【００９３】
（３．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の第２の拡散手段２３ｂおよび第１の拡散手段２３ａにて順に拡散され、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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
また、本実施形態では、拡散手段２３の第１の拡散手段２３ａ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第１の拡散手段２３ａ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または２と同様に、第１の拡散手段２３ａに起因する影の発生を第２の拡散手段２３ｂによって軽減することができるので、第１の拡散手段２３ａを表示素子２４に近い位置に配置しても、表示映像の虚像にムラが発生す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。
【００９９】
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、第２の拡散手段２３ｂを設ける構成は、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。
【０１００】
（４．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。
図７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７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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
一方、図８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８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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
また、体積位相型で反射型のホログラム光学素子３４は、図８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。
【０１０５】
さらに、上述の数値から、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。
【０１０６】
（５．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３４への光軸の入射面（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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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での角度ずれのほうが、入射面に垂直な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）。
【０１０９】
ここで、図９は、本実施形態において、光学瞳Ｅにおける瞳位置と主たる回折波長（例えばＲ光）との関係を示す説明図である。同図中、破線Ａ１は、光学瞳ＥのＸ方向における回折波長の変化を示しており、実線Ａ２は、光学瞳ＥのＹ方向の瞳における回折波長の変化を示している。このように、回折波長の変化は、入射面に平行なＹ方向のほうが、入射面に垂直なＸ方向よりも大きい。
【０１１０】
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。
【０１１１】
また、本実施形態では、第１の拡散手段２３ａの拡散方向は、ホログラム光学素子３４の光軸入射面に垂直なＸ方向である。このように第１の拡散手段２３ａ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。
【０１１２】
また、上述したように、光源２１の３つの発光部２１Ｒ・２１Ｇ・２１Ｂは、第１の拡散手段２３ａ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が光軸の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。
【０１１３】
〔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、説明の便宜上、実施の形態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。
【０１１４】
図１０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３と同様の構成である。
【０１１５】
ここで、図１１は、本実施形態における光源２１を表示素子２４側から見たときの平面図を示している。光源２１の光源群２１Ｐは、ＲＧＢの各色光を出射する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の各色光を出射する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。
【０１１６】
各光源群２１Ｐ・２１Ｑの各発光部は、ホログラム光学素子３４への光軸の入射面（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。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。
【０１１７】
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（接眼光学系３１の光軸に対して対称）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観察者に提供することができる。
【０１１８】
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。
【０１１９】
ところで、光源２１が光源群２個で構成され、各発光部が各色ごとに面対称に配置される場合には、上記入射面に垂直な方向における各発光部の配列順序は、隣接する各組間で逆になる。一方、光源２１を構成する光源群の個数が４個以上の偶数個であっても、つまり、光源２１がＲＧＢの各発光部を４組以上の偶数組設けて構成される場合でも、上記入射面に対して垂直な方向における各発光部の配列順序を隣接する各組間で逆にすれば、各発光部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の各色ともに上記入射面に平行な同一面（上記入射面を含む）内に位置させることができ、光学瞳Ｅの中心またはその近傍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。
【０１２０】
したがって、以上のことをまとめると、結局、光源２１は、ＲＧＢの３つの発光部を２組以上の偶数組有しており、上記入射面に対して垂直な方向における各発光部の配列順序が隣接する各組間で逆であれば、光学瞳Ｅの中心またはその近傍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と言える。
【０１２１】
また、光源２１を構成する光源群の個数が４個以上の偶数個であっても、各発光部が上記入射面に対して面対称に配置され、かつ、上記入射面に対して垂直方向の両側で上記入射面から同じ距離に位置する発光部が同じ色の光を発光するように配置されていれば、各発光部からの出射光の各色について、光強度の重心が上記入射面上で一致する。したがって、光源２１を構成する光源群の個数が偶数個であれば、各発光部を上記のように配置することで、光学瞳の中心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と言える。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
図１２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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
ところで、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。図１３は、光源２１の他の構成例を示すものであって、光源２１を表示素子２４側から見たときの平面図を示している。
【０１３２】
このように光源２１は、ＲＧＢの光を出射する発光部２１Ｒ1・２１Ｒ2・２１Ｇ1・２１Ｇ2・２１Ｂ1・２１Ｂ2を１パッケージ化したもので構成されてもよい。この構成においても、上述した各発光部の配置方法を適用することにより、光学瞳Ｅ上での各色の強度差を小さくして、色ムラを低減することができる。また、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図１３の構成のほうが望ましい。
【０１３３】
〔実施の形態５〕
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３または４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。
【０１３４】
図１４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。また、図１５（ａ）（ｂ）は、本実施形態の映像表示装置１１の構成を、光路を展開して模式的に示す説明図であり、図１５（ａ）は水平方向の光路を展開して、図１５（ｂ）は垂直方向の光路を展開してそれぞれ示している。本実施形態の映像表示装置１１は、光源２１と、拡散手段２３と、表示素子２４’と、凹面ミラー２５と、第１の偏光板２６と、第２の偏光板２７と、第３の偏光板２８と、接眼光学系３１とを備えている。以下、実施の形態３または４と異なる点について説明する。
【０１３５】
光源２１は、表示素子２４’に向けてＲＧＢの光を出射する点では実施の形態３または４と同じであるが、本実施形態では、後述するように表示素子２４’が時分割で駆動されるため、光源２１はＲＧＢの光を時分割で順に出射する。
【０１３６】
表示素子２４’は、光源２１からの出射光を画像データに応じて各画素ごとに変調することによって映像を表示する光変調素子であるが、本実施形態では反射型の強誘電液晶表示素子で構成されている。この反射型の強誘電液晶表示素子は、強誘電液晶を２枚の基板で挟持してなり、一方の基板側に反射膜（反射電極、画素電極）が形成されたものである。表示素子２４’は、カラーフィルタを有してはおらず、表示素子２４’の各画素は、光源２１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。
【０１３７】
反射型の表示素子２４’においては、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表示素子を作製することができる。しかも、各画素をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチング素子（例えばＴＦＴ）や配線を含む周辺回路を、表示側とは反対側の基板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、また、各画素のエッジでの拡散を小さく抑えることもできる。したがって、表示素子２４’を反射型ＬＣＤで構成することにより、明るく、かつ、高画質の映像を表示して観察者に観察させることができる。
【０１３８】
また、強誘電液晶表示素子は、駆動速度が速いことがメリットであるので、それゆえ、表示素子２４’を強誘電液晶表示素子で構成することにより、上記の時分割駆動方式を採用することができる。また、時分割駆動方式では、光源２１にて各発光部２１Ｒ・２１Ｇ・２１Ｂを順次点灯させるため、例えば単色を表示する場合は、残りの２色の発光部は消灯されている。これにより、色純度の高い、コントラストの高い映像を表示することができる。
【０１３９】
また、反射型強誘電液晶表示素子は、ＴＮ（Twisted Nematic）液晶表示素子よりも広い視野角特性を有している点で優れており、凹面ミラー２５から表示素子２４’に入射する光の入射角が大きくても、コントラストが高く、色再現性が高く（色再現領域が広く）、表示品位の高い映像を提供することができる。また、照明光学系を構成する各光学素子の配置自由度が高くなり、コンパクトで高性能の照明光学系を構成することができる。
【０１４０】
なお、表示素子２４’は、位相補償板とＴＮ液晶表示素子とを組み合わせて視野角特性を向上させたもので構成されてもよい。また、表示素子２４’は、時分割駆動が可能な反射型の表示素子であればよく、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device；米国テキサスインスツルメント社製）で構成することも可能である。
【０１４１】
凹面ミラー２５は、第１の拡散手段２３ａの拡散方向に垂直なＹ方向に光源２１からの光を集光して表示素子２４’に導く集光手段であり、Ｙ方向に正の光学的パワーを持つシリンドリカルミラーで構成されている。この凹面ミラー２５は、表示素子２４’から接眼光学系３１に向かう光の光路に対して光源２１とは反対側に配置されて光源２１からの光を反射させて表示素子２４’に導く。したがって、凹面ミラー２５は、光源２１から表示素子２４’に至る光路を折り曲げる光路折り曲げ部材として機能している。なお、凹面ミラー２５は、球面ミラーや非球面ミラー、軸非対称な凹面ミラーで構成されてもよい。
【０１４２】
本実施形態では、光源２１と光学瞳Ｅとは、Ｙ方向で共役な位置関係となっているが、前述の通り、表示素子２４’は開口率が高く、拡散が小さいので、Ｙ方向では光源２１と光学瞳Ｅとはほぼ共役である。しかし、Ｘ方向では、凹面ミラー２５の光学的なパワーが無いので、共役でない。
【０１４３】
第１の偏光板２６は、光源２１から出射された光のうち、所定の偏光方向の光（例えばＰ偏光）を透過させて凹面ミラー２５に導くとともに、凹面ミラー２５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（例えばＰ偏光）を透過させて表示素子２４’に導く偏光子である。この第１の偏光板２６は、表示素子２４’から接眼光学系３１に向かう光の光路に対して凹面ミラー２５側に配置されている。
【０１４４】
第２の偏光板２７は、入射光のうちで第１の偏光板２６を透過する光とは偏光方向が直交する光（例えばＳ偏光）を透過させて接眼プリズム３２に導く検光子であり、接眼プリズム３２と空隙を介して設けられている。なお、第２の偏光板２７は、接眼プリズム３２の光入射面（面３２ａ）に貼り付けられていてもよい。
【０１４５】
第３の偏光板２８は、光源２１から出射される光のうちで、第１の偏光板２６を透過する光と同じ偏光方向の光（例えばＰ偏光）を透過させて凹面ミラー２５に導くものである。この第３の偏光板２８は、表示素子２４’から接眼光学系３１に向かう光の光路に対して光源２１側に配置されている。
【０１４６】
拡散手段２３を構成する第１の拡散手段２３ａおよび第２の拡散手段２３ｂは、実施の形態３または４と同様に、入射光をＸ方向に４０度、Ｙ方向に０．５度拡散する一方向拡散板でそれぞれ構成されており、表示素子２４’から接眼光学系３１に向かう光の光路と凹面ミラー２５との間に、第１の拡散手段２３ａが表示素子２４’側となるように配置されている。つまり、第１の拡散手段２３ａおよび第２の拡散手段２３ｂは、光源２１からのＲＧＢの光をＸ方向に均一輝度にするように、凹面ミラー２５と表示素子２４’との間に配置されており、表示素子２４’に対して傾斜して設けられている。
【０１４７】
このように第１の拡散手段２３ａが表示素子２４’に対して傾斜して配置される場合、第１の拡散手段２３ａは、その一端で表示素子２４’に非常に近づき、他端で表示素子２４’から遠ざかることになる。このため、表示素子２４’の表示映像の虚像と第１の拡散手段２３ａの接眼光学系３１による虚像との視度の差はある程度の範囲を持ち、本実施形態では５ディオプタから１５ディオプタの範囲となっている。つまり、第１の拡散手段２３ａの接眼光学系３１による虚像（影を含む）には、人間の目で観察可能な範囲（１０ディオプタ以下）に属するものも含まれていることになる。
【０１４８】
また、第１の拡散手段２３ａおよび第２の拡散手段２３ｂは、本実施形態では、図１５（ａ）に示すように、それぞれの拡散面が対向せずに反対側を向くように配置されている。つまり、第１の拡散手段２３ａの拡散面は光源２１側（表示素子２４’側）に位置しており、第２の拡散手段２３ｂの拡散面は凹面ミラー２５側に位置している。第１の拡散手段２３ａおよび第２の拡散手段２３ｂはそれぞれ、例えば厚さ０．１ｍｍの薄いフィルムの一面に凹凸を設けた凹凸面により、光を拡散する。
【０１４９】
上記構成の映像表示装置１１においては、光源２１からの光のうち、第３の偏光板２８を透過した光（Ｐ偏光）は、第１の偏光板２６を透過し、第１の拡散手段２３ａおよび第２の拡散手段２３ｂをこの順で透過した後、凹面ミラー２５で反射される。そして、凹面ミラー２５で反射された光は、第２の拡散手段２３ｂおよび第１の拡散手段２３ａで順に拡散された後、表示素子２４’に入射する。表示素子２４’に入射した光はそこで変調されて映像光（Ｓ偏光）となり、第２の偏光板２７を透過して接眼プリズム３２ａの面３２ａ（本実施形態では凸の曲面）に入射し、面３２ｂ・３２ｃで複数回全反射された後、ホログラム光学素子３４を介して光学瞳Ｅに導かれる。
【０１５０】
このとき、第１の拡散手段２３ａおよび第２の拡散手段２３ｂは、個々における入射光の拡散により、所定の方向からの入射光では射出しない光を互いに補完するので、最終的には、第１の拡散手段２３ａから均質な光が表示素子２４’に向けて射出される。つまり、少なくとも、第１の拡散手段２３ａに起因する影の発生は第２の拡散手段２３ｂにより軽減される。
【０１５１】
本実施形態のように、第１の拡散手段２３ａを表示素子２４’に対して傾斜して配置する構成では、第１の拡散手段２３ａの一端が表示素子２４’に非常に近づくことになり、第１の拡散手段２３ａに起因する影が表示映像の虚像に重畳されやすくなる。しかし、第２の拡散手段２３ｂを設けることにより、表示映像の虚像上に第１の拡散手段２３ａの影が重畳されなくなり、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可能となる。つまり、第２の拡散手段２３ｂを設ける構成は、本実施形態のように、光源２１から表示素子２４’に向かう光の光路を凹面ミラー２５で折り曲げたコンパクトな構成においても非常に有効なものとなる。
【０１５２】
また、拡散手段２３においては、第１の拡散手段２３ａおよび第２の拡散手段２３ｂの拡散面を互いに遠ざけて配置することにより、第２の拡散手段２３ｂで拡散された光がある程度光束を有して第１の拡散手段２３ａに入射するので、より均質に表示素子２４’を照明することができる。
【０１５３】
なお、第１の拡散手段２３ａおよび第２の拡散手段２３ｂにおける非拡散面（第１の拡散手段２３ａおよび第２の拡散手段２３ｂで互いに対向する面）は、互いに接着されていてもよい。この場合は、界面での不要な反射を低減することができるので、さらに均質な明るい光で表示素子２４’を照明することができる。
【０１５４】
なお、拡散手段２３を２枚の拡散板で構成するのではなく、１つのフィルムの両面に凹凸を設けた１枚の拡散板で構成してもよい。なお、この場合は、一方の凹凸面（拡散面）が第１の拡散手段を構成し、他方の凹凸面（拡散面）が第２の拡散手段を構成する。このように拡散手段２３を１枚の拡散板で構成すれば、その拡散板（フィルム）の厚みを制御することによって、画質と明るさとを両方制御することが可能となる。
【０１５５】
また、本実施形態では、光源２１の近傍に第３の偏光板２８を配置している。このように第３の偏光板２８を配置することにより、光源２１から出射された光のうち、第２の偏光板２７を透過できる偏光方向の光（Ｓ偏光）を、第３の偏光板２８で予めカットすることができる。つまり、第３の偏光板２８を配置することで、Ｓ偏光が光源２１から直接接眼光学系３１に到達したり、第１の偏光板２６の表面で反射して接眼光学系３１に到達するようなことがない。これにより、そのような光によるゴースト（フレア）の発生を防止することができ、映像品位の低下を確実に回避することができる。
【０１５６】
特に、本実施形態のように、第３の偏光板２８を光源２１の近傍に配置する、すなわち、第３の偏光板２８を表示素子２４’から接眼光学系３１に向かう光の光路に対して光源２１側に配置することで、光源２１から出射されるＳ偏光を効率よくカットすることができ、ゴースト光による映像品位の低下を確実に回避することができる。
【０１５７】
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などの他の装置にも適用することが可能である。
【０１５８】
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ひいてはＨＭＤを実現することも勿論可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１５９】
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】
【０１６０】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の一形態に係る映像表示装置の概念的な構成を、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２】（ａ）は、本発明の他の実施の形態に係る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】（ａ）は、本発明のさらに他の実施の形態に係るＨＭＤの概略の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、上記ＨＭＤの側面図であり、（ｃ）は、上記ＨＭＤの正面図である。
【図４】（ａ）は、他のＨＭＤの概略の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、上記ＨＭＤの側面図であり、（ｃ）は、上記ＨＭＤの正面図である。
【図５】ＨＭＤに適用される映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。
【図６】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７】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８】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９】光学瞳における瞳位置と主たる回折波長との関係を示す説明図である。
【図１０】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１１】上記映像表示装置の光源を表示素子側から見たときの平面図である。
【図１２】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１３】上記光源の他の構成例を示すものであって、上記光源を表示素子側から見たときの平面図である。
【図１４】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１５】（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１６】（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（虚像）に重畳された状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１６１】
１    映像表示装置
２    光源
３    拡散手段
３ａ  第１の拡散手段
３ｂ  第２の拡散手段
４    表示素子
５    レンズ（観察光学系）
１１    映像表示装置
１２    支持手段
２１    光源
２１Ｒ、２１Ｒ1、２１Ｒ2    発光部（ＬＥＤ）
２１Ｇ、２１Ｇ1、２１Ｇ2    発光部（ＬＥＤ）
２１Ｂ、２１Ｂ1、２１Ｂ2    発光部（ＬＥＤ）
２２    集光レンズ（集光手段）
２３    拡散手段
２３ａ  第１の拡散手段
２３ｂ  第２の拡散手段
２４    表示素子
２４’  表示素子
２５    凹面ミラー（集光手段）
３１    接眼光学系（観察光学系）
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
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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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