(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光学系と、
上記照明光学系からの照明光を変調して映像を表示する反射型表示素子と、
上記反射型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、
上記照明光学系は、
光を出射する光源と、
上記光源から上記反射型表示素子に至る光路を折り曲げる光路折り曲げ部材とを有しており、
上記光源から上記光路折り曲げ部材に向かう光線と、上記光線が進行する光路上の光線であって上記反射型表示素子から上記接眼光学系に向かう光線とが、空気中で交差するように、上記光路折り曲げ部材が設けられており、
上記光路折り曲げ部材は、上記反射型表示素子から上記接眼光学系に向かう光の光路に対して上記光源とは反対側に設けられる反射ミラーを有しており、
上記反射ミラーは、上記光源から上記反射型表示素子に向かう光の光路上で、上記光が反射する最終の反射面として、その全体が上記反射型表示素子から上記接眼光学系に向かう光の光路外に配置され、
上記照明光学系はさらに、上記光源からの光のうちで所定の偏光方向の光を透過させて上記光路折り曲げ部材に導き、上記光路折り曲げ部材にて光路を折り曲げられた光のうちで、上記所定の偏光方向の光を透過させて上記反射型表示素子に導く第１の偏光板を有しており、
上記接眼光学系は、
入射光を内部で反射させて進行させる接眼プリズムと、
上記反射型表示素子からの入射光であって、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接眼プリズムに導く第２の偏光板とを有していることを特徴とする映像表示装置。
【請求項２】
照明光学系と、
上記照明光学系からの照明光を変調して映像を表示する反射型表示素子と、
上記反射型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、
上記照明光学系は、
光を出射する光源と、
上記光源から上記反射型表示素子に至る光路を折り曲げる光路折り曲げ部材とを有しており、
上記光源から上記光路折り曲げ部材に向かう光線と、上記光線が進行する光路上の光線であって上記反射型表示素子から上記接眼光学系に向かう光線とが、上記接眼光学系の外部のほぼ均一な屈折率を有する媒質中で交差するように、上記光路折り曲げ部材が設けられており、
上記光路折り曲げ部材は、上記反射型表示素子から上記接眼光学系に向かう光の光路に対して上記光源とは反対側に設けられる反射ミラーを有しており、
上記反射ミラーは、上記光源から上記反射型表示素子に向かう光の光路上で、上記光が反射する最終の反射面として、その全体が上記反射型表示素子から上記接眼光学系に向かう光の光路外に配置され、
上記照明光学系はさらに、
上記光路折り曲げ部材にて光路を折り曲げられた光のうちで、所定の偏光方向の光を透過させて上記反射型表示素子に導く第１の偏光板と、
上記光源から出射される光のうちで、上記第１の偏光板を透過する光と同じ偏光方向の光を透過させて上記光路折り曲げ部材に導く第３の偏光板とを有しており、
上記接眼光学系は、
入射光を内部で反射させて進行させる接眼プリズムと、
上記反射型表示素子からの入射光であって、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接眼プリズムに導く第２の偏光板とを有していることを特徴とする映像表示装置。
【請求項３】
上記ほぼ均一な屈折率を有する媒質は、空気であることを特徴とする請求項２に記載の映像表示装置。
【請求項４】
上記ほぼ均一な屈折率を有する媒質は、その屈折率ｎが
１．４＜ｎ＜２．０
を満たす照明プリズムであることを特徴とする請求項２に記載の映像表示装置。
【請求項５】
上記照明プリズムは、上記反射型表示素子から上記接眼光学系に向かう光が順に交差する２つの面を有しており、
上記２つの面は、互いに平行でない平面であ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】
上記照明プリズムは、上記反射型表示素子から上記接眼光学系に向かう光が順に交差する２つの面を有しており、
上記２つの面の少なくとも一方は、光学的なパワーを有する曲面であ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７】
上記光路折り曲げ部材は、上記反射型表示素子の短辺に平行でかつ表示面に垂直な面内で、上記光源から上記反射型表示素子に至る光路を折り曲げ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】
上記反射ミラーは、入射光を反射集光させる凹面ミラー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】
上記凹面ミラーは、上記反射型表示素子の短辺に平行でかつ表示面に垂直な面内でのみ入射光を反射集光させるシリンドリカル凹面ミラーであることを特徴とする請求項８に記載の映像表示装置。
【請求項１０】
上記第１の偏光板の表面には、反射防止処理が施され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１１】
上記照明光学系は、上記光源から出射される光のうちで、上記第１の偏光板を透過する光と同じ偏光方向の光を透過させて上記光路折り曲げ部材に導く第３の偏光板を有してい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１２】
上記第３の偏光板は、上記反射型表示素子から上記接眼光学系に向かう光の光路に対して上記光源側に配置されていることを特徴とする請求項２または１１に記載の映像表示装置。
【請求項１３】
上記第１の偏光板および上記第３の偏光板は、ともにＰ偏光を透過させることを特徴とする請求項１１または１２に記載の映像表示装置。
【請求項１４】
上記照明光学系は、上記光路折り曲げ部材にて光路を折り曲げられた光を拡散させる拡散板を有していることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１５】
上記拡散板および上記第１の偏光板は、上記光路折り曲げ部材と上記反射型表示素子との間の光路中に、上記光路折り曲げ部材側からこの順で配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の映像表示装置。
【請求項１６】
上記拡散板は、体積位相型のホログラム光学素子であることを特徴とする請求項１４または１５に記載の映像表示装置。
【請求項１７】
照明光学系と、
上記照明光学系からの照明光を変調して映像を表示する反射型表示素子と、
上記反射型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、
上記照明光学系は、
光を出射する光源と、
その屈折率ｎが１．４＜ｎ＜２．０を満たす照明プリズムと、
上記光源から上記反射型表示素子に至る光路を折り曲げる光路折り曲げ部材とを有しており、
上記光源から上記光路折り曲げ部材に向かう光線と、上記光線が進行する光路上の光線であって上記反射型表示素子から上記接眼光学系に向かう光線とが、上記照明プリズム中で交差するように、上記光路折り曲げ部材が設けられており、
上記光路折り曲げ部材は、上記反射型表示素子から上記接眼光学系に向かう光の光路に対して上記光源とは反対側に設けられる反射ミラーを有しており、
上記反射ミラーは、上記光源から上記反射型表示素子に向かう光の光路上で、上記光が反射する最終の反射面として、その全体が上記反射型表示素子から上記接眼光学系に向かう光の光路外に配置され、
上記照明光学系は、上記光路折り曲げ部材にて光路を折り曲げられた光のうちで、所定の偏光方向の光を透過させて上記反射型表示素子に導く第１の偏光板を有しており、
上記第１の偏光板は、上記照明プリズムと上記光路折り曲げ部材との間で上記照明プリズムに貼り合わされていることを特徴とする映像表示装置。
【請求項１８】
上記照明光学系は、上記光路折り曲げ部材にて光路を折り曲げられた光を拡散させる拡散板を有しており、
上記拡散板は、上記第１の偏光板を介して上記照明プリズムに保持されていることを特徴とする請求項１７に記載の映像表示装置。
【請求項１９】
上記光路折り曲げ部材は、上記拡散板および上記第１の偏光板を介して上記照明プリズムに保持されていることを特徴とする請求項１８に記載の映像表示装置。
【請求項２０】
上記照明プリズムにおいて、上記第１の偏光板が貼り合わされる面は、平面またはシリンドリカル面であることを特徴とする請求項１７から１９のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項２１】
上記接眼光学系は、
入射光を内部で反射させて進行させる接眼プリズムと、
上記反射型表示素子からの入射光であって、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接眼プリズムに導く第２の偏光板とを有しており、
上記第２の偏光板は、上記照明プリズムと上記接眼プリズムとの間に配置されていることを特徴とする請求項１７から２０のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項２２】
上記第２の偏光板は、上記照明プリズムに貼り合わされていることを特徴とする請求項２１に記載の映像表示装置。
【請求項２３】
上記接眼プリズムは、上記第２の偏光板を介して上記照明プリズムに保持されていることを特徴とする請求項２２に記載の映像表示装置。
【請求項２４】
上記照明プリズムにおいて、上記第２の偏光板が貼り合わされる面は、平面またはシリンドリカル面であることを特徴とする請求項２２または２３に記載の映像表示装置。
【請求項２５】
上記反射型表示素子から上記接眼光学系を介して瞳に至る光路中で、上記反射型表示素子の表示領域の中心と瞳の中心とを結ぶ軸を基準軸とすると、
上記反射型表示素子は、上記反射型表示素子と上記接眼光学系との間の基準軸に対して表示面が傾くように配置されていることを特徴とする請求項１から２４のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項２６】
上記光路折り曲げ部材にて光路を折り曲げられた光が上記反射型表示素子に入射するときの入射角をθとすると、
１０°＜θ＜６０°
を満足することを特徴とする請求項２５に記載の映像表示装置。
【請求項２７】
上記光源は、波長の異なる光を出射する複数の点光源からなる光源群を少なくとも１つ有しており、
各点光源は、上記反射型表示素子の長辺に平行な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２６のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項２８】
上記光源は、上記光源群を偶数個有しており、
上記反射型表示素子の長辺に平行な方向における各点光源の配列順序が、隣接する光源群間で逆であることを特徴とする請求項２７に記載の映像表示装置。
【請求項２９】
上記反射型表示素子は、反射型強誘電液晶表示素子であることを特徴とする請求項１から２８のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項３０】
上記接眼光学系は、上記反射型表示素子にて表示される映像を拡大して観察者の目に虚像として導く反射型ホログラム光学素子を有していることを特徴とする請求項２９に記載の映像表示装置。
【請求項３１】
請求項１から３０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、反射型表示素子にて表示された映像を虚像として観察者の眼に表示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と略称する）とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
観察者の頭部に装着され、表示素子にて生成された映像を接眼光学系を介して観察者の瞳に虚像投影する装置は、いわゆるＨＭＤと呼ばれ、一般に知られている。このようなＨＭＤで用いられる上記表示素子としては、表示面の裏側から照明光が供給される透過型表示素子と、表側すなわち観察側から照明光が供給される反射型表示素子とがある。
【０００３】
透過型表示素子は、例えば透過型液晶表示素子で構成され、ＨＭＤに広く用いられている。透過型液晶表示素子においては、液晶を挟持する基板を、背面から供給される照明光が透過するため、上記基板としてガラスなどの透過率の高い基板を用いる必要がある。その結果、半導体プロセス上の制約が多く、高密度の画素集積化が困難である。また、透過型表示素子では、照明光が透過する各画素の周辺に、各画素における光の透過を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配置する必要がある。しかも、この周辺回路を同一の表示パネル上に配置する必要がある。このため、画素の集積度を上げようとすると、表示パネル全体に占める画素の面積（いわゆる開口率）が低下し、結果として照明効率の低下および映像品位の低下を招く。
【０００４】
一方、反射型表示素子（例えば反射型液晶表示素子）では、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、上記した周辺回路を表示側とは反対側の面に配置することができるので、画素の集積度を上げても開口率の低下が少なく、この結果、反射効率が非常に高くなり、明るい画像を得ることができる。このような効果は、画素の大きさが小さくなるほど有効となり、同じ画素数の場合には、明るさを低下させることなく表示パネルの大きさを小さくすることができる。一方、表示パネルの大きさが同じ場合には、画素数を増やすことができ、これは高精細化につながる。
【０００５】
このような多くのメリットを持つ反射型表示素子をＨＭＤに用いれば、ＨＭＤに求められる、明るく高精細な画像の提供に大きく寄与することができる。
【０００６】
図２１は、反射型表示素子として反射型液晶表示素子を用いた従来の映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。この装置では、光源１０１と反射型液晶表示１０２との間の光路中にＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）１０３を配置し、光源１０１からの照明光の光路と、反射型表示素子１０２からの観察光の光路とをＰＢＳ１０３にて分離している。すなわち、上記構成においては、光源１０１からの照明光は、ＰＢＳ１０３を透過して反射型表示素子１０２に導かれる。一方、反射型液晶表示素子１０２にて反射された光（観察光）は、ＰＢＳ１０３にて反射され、接眼レンズ１０４を介して観察者の瞳ＥＰに導かれる。これにより、観察者は、反射型表示素子１０２に表示された映像を拡大観察することができる。
【０００７】
ところで、映像表示装置を有するＨＭＤにおいては、観察者がＨＭＤを頭部に装着したまま長時間使用することを可能にするため、映像表示装置自身ができるだけ小型で軽量であることが望ましい。しかし、ＰＢＳ１０３を用いた従来の映像表示装置の構成では、ＰＢＳ１０３自身の重量で映像表示装置がかなり重くなることが避けられない。
【０００８】
そこで、例えば特許文献１の映像表示装置では、照明光学系の光路と観察光学系（接眼光学系）の光路との交差部にＰＢＳのような光学素子を配置せずに上記両者の光路分離を行っている。より詳しく説明すると、以下の通りである。
【０００９】
図２２は、特許文献１のＨＭＤに用いられる映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。この映像表示装置では、光源２０１から出射された光が集光レンズ２０２で集光され、偏光板２０３を介して反射型表示素子２０４に照射されている。そして、反射型表示素子２０４からの映像光は、偏光板２０５および光学素子２０６を介して観察者の瞳ＥＰに導かれている。特に、この映像表示装置では、光源２０１から反射型表示素子２０４に至る基準軸光線Ｌ０と、反射型表示素子２０４から光学素子２０６に至る基準軸光線Ｌ０とが反射型表示素子２０４上で交差するように各素子が配置されており、これにより、装置全体の小型化が試みられている。
【００１０】
また、図２３は、特許文献２に記載の画像観察装置の概略の構成を示す断面図である。この装置では、光源３０１からの光は、プリズム体３０２の反射透過面３０２ａにて反射されて表示手段３０３に導かれる。そして、表示手段３０３からの光は、再度、プリズム体３０２に入射して反射透過面３０２ａを透過し、偏光板３０４を介してプリズム体３０５に入射し、観察者の観察位置に導かれる。このように、プリズム体３０２を、表示手段３０３を照明する照明光学系と、表示手段３０３からの光を観察者の観察位置に導く表示光学系とで共用することにより、装置全体の小型化を図りつつ、広画角化を図っている。
【００１１】
なお、特許文献１に記載のＨＭＤでは、反射型表示素子２０４として、広い視野角特性を有する強誘電液晶表示素子を用い、その表示素子からの映像光を拡大光学系（プリズム２０６）を介して観察者の瞳に導くようにしている。上記の拡大光学系に別のプリズムを貼り合わせるととともに、その貼り合わせ面をハーフミラー面とすることにより、観察者は上記表示素子から上記ハーフミラー面を介して提供される映像を観察することができるとともに、上記両プリズムを介して外界像を観察することができる。
【００１２】
なお、例えば非特許文献１に開示されたＨＭＤは、反射型液晶表示素子をフィールドシーケンシャルモード（時分割駆動モード）で駆動し、ＲＧＢの各映像光を順にホログラム光学素子を介して観察者の瞳に導くことで、観察者にカラー映像（虚像）を提供している。
【特許文献１】特開２０００−２４９９６９号公報
【特許文献２】特許第３４６１２９７号公報
【非特許文献１】H.Mukawa et al., “Novel Virtual Image Optics for Reflective Microdisplays”, SID Conference Record of the International Display Research Conference, ISSN1083-1312/00/2001-0096-$1.00+.00, 2000SID（２０００年９月２５日から２８日に開催された上記学会の予稿）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところが、特許文献１のように、光源２０１から反射型表示素子２０４に至る基準軸光線Ｌ０が折り曲げられずにストレートに伸びていると、集光レンズ２０２によって光源２０１からの照明光を反射型表示素子２０４の表示領域に集光させるには一定の光路長が必要であるため、装置を薄型化するには限界があり、光源２０１が観察者側に飛び出るようなレイアウトとなりやすい。なお、光源２０１からの照明光を反射型表示素子２０４の表示領域に集光させるべく、集光レンズ２０２のパワーを大きくすることは、集光レンズ２０２の大型化を招き、やはり、装置の薄型化に支障をきたす。
【００１４】
また、特許文献１には、光源２０１から反射型表示素子２０４に至る光路をミラーによって折り曲げる構成も開示されている。しかし、上記のミラーは、反射型表示素子２０４から光学素子２０６に至る光路に対して光源２０１側に設けられているため、そのミラーに光を入射させるために、光源２０１を光学素子２０６から離れた位置に配置する必要が生じる。その結果、装置の高さ方向が増大し、全体として装置を小型化することができない。
【００１５】
また、特許文献２に記載の装置においても、上記と同様のことが言える。つまり、光源３０１から表示手段３０３に向かう光線を照明用光線とし、上記照明用光線が進行する光路上の光線であって表示手段３０３から表示光学系のプリズム体３０５に向かう光線を観察用光線とすると、上記装置の構成では、プリズム体３０２により、観察用光線の光路に対して光源３０１側で照明用光線を折り曲げるため、表示手段３０３上に照明光を集光させるべく、照明光学系に一定の光路長を確保するために光源３０１からプリズム体３０２までの距離が長くならざるを得ず、結果的に、装置の小型化が妨げられる。
【００１６】
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、光源から反射型表示素子に至る光路を適切な位置で折り曲げることによって、装置の薄型化および小型化を容易に実現することができる映像表示装置と、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とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の映像表示装置は、照明光学系と、上記照明光学系からの照明光を変調して映像を表示する反射型表示素子と、上記反射型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、上記照明光学系は、光を出射する光源と、上記光源から上記反射型表示素子に至る光路を折り曲げる光路折り曲げ部材とを有しており、上記光源から上記光路折り曲げ部材に向かう光線と、上記光線が進行する光路上の光線であって上記反射型表示素子から上記接眼光学系に向かう光線とが、上記接眼光学系の外部のほぼ均一な屈折率を有する媒質中で交差するように、上記光路折り曲げ部材が設けられていることを特徴としている。
【００１８】
上記の構成によれば、照明光学系の光源から出射される光（照明光）は、光路折り曲げ部材によってその光路を折り曲げられて反射型表示素子に照射され、そこで変調されて映像光となり、接眼光学系を介して観察者の瞳に導かれる。なお、上記の光路折り曲げ部材としては、例えば、反射ミラーやプリズムを想定することができる。
【００１９】
このとき、光源から光路折り曲げ部材に向かう光線と、上記光線が進行する光路上の光線であって反射型表示素子から接眼光学系に向かう光線とが、上記接眼光学系の外部のほぼ均一な屈折率を有する媒質中で交差するように、光路折り曲げ部材が設けられている。例えば、反射型表示素子から接眼光学系に向かう光の光路に対して光源とは反対側に光路折り曲げ部材を配置すれば、上記のように２つの光線を接眼光学系の外部の上記媒質中（例えば空気中）で交差させることが可能である。
【００２０】
この構成により、照明光学系のパワーを大きくすることなく、照明光学系において反射型表示素子の照明に必要な一定の光路長を確保しながら、反射型表示素子から接眼光学系に向かう光の光路に近い位置に光源を配置することができる。しかも、光源と光路折り曲げ部材とは、反射型表示素子から接眼光学系に向かう光の光路に対して互いに反対側に位置する関係となるので、結果的に、光源、光路折り曲げ部材、反射型表示素子の３者を、接眼光学系の近傍にまとめてコンパクトに配置することができる。その結果、装置の薄型化および小型化を容易に実現することができる。
【００２１】
ここで、上記ほぼ均一な屈折率を有する媒質は、空気であってもよい。この場合、照明光学系を含めた映像表示装置の構成を簡素化して、映像表示装置自体を軽量化することができる。
【００２２】
また、上記ほぼ均一な屈折率を有する媒質は、その屈折率ｎが
１．４＜ｎ＜２．０
を満たす照明プリズムであってもよい。屈折率ｎが上記範囲の照明プリズム中で上記２つの光線が交差する構成とすることにより、接眼光学系と反射型表示素子との間の実距離を調整することが可能となる。これにより、光学系の設計自由度を増大させることができる。
【００２３】
このとき、上記照明プリズムは、上記反射型表示素子から上記接眼光学系に向かう光が順に交差する２つの面を有しており、上記２つの面は、互いに平行でない平面であってもよい。この場合、上記２つの面の位置や上記２つの面のなす角度（法線同士の角度）を調整することで、像面の倒れおよび色収差を補正することが可能となる。したがって、高品位な映像を提供することができ、また、装置の設計自由度も増大する。
【００２４】
また、上記照明プリズムは、上記反射型表示素子から上記接眼光学系に向かう光が順に交差する２つの面を有しており、上記２つの面の少なくとも一方は、光学的なパワーを有する曲面であってもよい。この場合、接眼光学系の光学パワーを照明プリズムに割り振ることができる。これにより、装置の設計の自由度が増大し、より高品質の映像を提供することが可能となる。
【００２５】
また、上記光路折り曲げ部材は、上述したように、上記反射型表示素子から上記接眼光学系に向かう光の光路に対して上記光源とは反対側に設けられていることが望ましい。この構成であれば、光源から光路折り曲げ部材に向かう光と、反射型表示素子から接眼光学系に向かう光とを接眼光学系の外部の媒質中で確実に交差させることができるので、装置の薄型化および小型化を容易に実現できるという上述した本発明の効果を確実に得ることができる。
【００２６】
また、上記光路折り曲げ部材は、上記反射型表示素子の短辺に平行でかつ表示面に垂直な面内で、上記光源から上記反射型表示素子に至る光路（照明光学系の光路）を折り曲げることが望ましい。この場合、例えば、反射型表示素子の長辺に平行でかつ表示面に垂直な面内で照明光学系の光路を折り曲げる構成に比べて、照明光学系の光路と反射型表示素子から接眼光学系に向かう光の光路とを、短い距離で分離することができ、照明光学系をコンパクトに構成することができる。
【００２７】
また、上記光路折り曲げ部材は、反射ミラーであることが望ましい。この場合、光路折り曲げ部材を軽量で安価に構成することができる。特に、上記反射ミラーは、入射光を反射集光させる凹面ミラーであることが望ましい。この場合、光源からの光を反射型表示素子の表示領域に集光させるための集光レンズを光路中に設けなくても済み、照明光学系の構成を簡素化することができる。なお、凹面ミラーは、球面ミラーであってもよく、シリンドリカル凹面ミラーであってもよい。
【００２８】
なお、上記の反射ミラーは、平面ミラーであってもよいが、この場合は、光源からの光を反射型表示素子の表示領域に集光させるために、例えば集光レンズを光路中に配置することが望ましい。
【００２９】
特に、上記凹面ミラーは、上記反射型表示素子の短辺に平行でかつ表示面に垂直な面内でのみ入射光を反射集光させるシリンドリカル凹面ミラーであることが望ましい。シリンドリカル凹面ミラーによって上記面内でのみ入射光（照明光）を反射集光させることにより、反射型表示素子の表示領域に対する照明効率を向上させることができ、照明光を有効利用することができる。加えて、上記面内で反射型表示素子の表示領域に入射しない光は、照明光学系の中で迷光となり、ゴースト（フレア）を引き起こす要因となる。しかし、上記構成によれば、そのような光を低減することができ、映像品位の低下を回避することができる。
【００３０】
また、上記照明光学系は、上記光路折り曲げ部材にて光路を折り曲げられた光のうちで、所定の偏光方向の光（例えばＰ偏光）を透過させて上記反射型表示素子に導く第１の偏光板を有しており、上記接眼光学系は、入射光を内部で反射させて進行させる接眼プリズムと、上記反射型表示素子からの入射光であって、上記所定の偏光方向とは直交する偏光方向の光（例えばＳ偏光）を透過させて上記接眼プリズムに導く第２の偏光板とを有していることが望ましい。
【００３１】
この構成によれば、光源から出射されて光路折り曲げ部材にて光路を折り曲げられた光のうちで所定の偏光方向の光（例えばＰ偏光）は、第１の偏光板を透過して反射型表示素子に到達する。反射型表示素子では入射光が変調され、入射光とは偏光方向が直交する光（例えばＳ偏光）が映像光として出射される。この映像光は、第２の偏光板を透過し、接眼プリズムの内部を進行して観察者の瞳に導かれる。つまり、上記構成によれば、光路折り曲げ部材を用いる場合でも、反射型表示素子を確実に照明して、反射型表示素子にて変調された光（映像光）を接眼プリズムを介して観察者の瞳に確実に導くことができる。
【００３２】
このとき、上記第１の偏光板の表面には、反射防止処理が施されていることが望ましい。この場合、光源からの光が第１の偏光板の表面で反射されて反射型表示素子に入射し、反射型表示素子から接眼光学系に導かれるのを回避することができ、反射型表示素子への不要光の入射による映像品位の低下を回避することができる。
【００３３】
また、上記照明光学系は、上記光源から出射される光のうちで、上記第１の偏光板を透過する光と同じ偏光方向の光（例えばＰ偏光）を透過させて上記光路折り曲げ部材に導く第３の偏光板を有していることが望ましい。この場合、第１の偏光板および第３の偏光板を透過する光の偏光方向と、第２の偏光板を透過する光の偏光方向は互いに直交することになるので、光源から出射された光のうちで、光路折り曲げ部材および反射型表示素子を介して得られる光のみを接眼プリズムに入射させることができる。
【００３４】
つまり、例えば、光源から出射される光のうち、第２の偏光板を透過できる光（例えばＳ偏光）は第３の偏光板を透過できないので、そのような光が光源から直接接眼光学系に到達したり、第１の偏光板の表面で反射して接眼光学系に到達するようなことがない。したがって、上記光によるゴースト（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。また、第３の偏光板を反射型表示素子から接眼光学系に向かう光の光路に対して光源側に配置すれば、光源に近い位置で上記光を効率よくカットすることができるので、上記効果を確実に得ることができる。
【００３５】
また、上記第１の偏光板および上記第３の偏光板は、ともにＰ偏光を透過させることが望ましい。この場合、これらの偏光板がともにＳ偏光を透過させる構成に比べて、第１の偏光板や反射型表示素子における表面反射（フレネルロス）を抑えることができ、光量損失に起因する映像品位の低下を回避することができる。
【００３６】
また、上記照明光学系は、上記光路折り曲げ部材にて光路を折り曲げられた光を拡散させる拡散板を有していることが望ましい。このような拡散板を用いることにより、面積の大きな光源を配置したのと等価な効果があり、観察可能な瞳の大きさを大きくすることができる。
【００３７】
また、上記拡散板および上記第１の偏光板は、上記光路折り曲げ部材と上記反射型表示素子との間の光路中に、上記光路折り曲げ部材側からこの順で配置されていることが望ましい。この構成では、光路折り曲げ部材にて光路を折り曲げられた光のうち、拡散板にて拡散されたときに偏光の乱れた光を第１の偏光板でカットすることができ、反射型表示素子に入射する偏光の純度を上げることができる。
【００３８】
また、上記拡散板は、体積位相型のホログラム光学素子であることが望ましい。体積位相型のホログラム光学素子の表面は平面であるので、このようなホログラム光学素子を拡散板として用いることにより、表面が凹凸状の拡散板を用いたときのような照明ムラが発生するのを回避することができる。
【００３９】
また、上記照明光学系は、上記光路折り曲げ部材にて光路を折り曲げられた光のうちで、所定の偏光方向の光を透過させて上記反射型表示素子に導く第１の偏光板を有しており、上記第１の偏光板は、上記照明プリズムと上記光路折り曲げ部材との間で上記照明プリズムに貼り合わされていてもよい。
【００４０】
照明光学系が第１の偏光板を有していることにより、光路折り曲げ部材から反射型表示素子に入射する光が所定の偏光方向の光（例えばＰ偏光）となるので、入射時とは偏光方向が直交する光（例えばＳ偏光）を映像光として反射型表示素子から出射させることができる。このとき、上記第１の偏光板が、照明プリズムと光路折り曲げ部材との間で上記照明プリズムに貼り合わされ、第１の偏光板と照明プリズムとが一体化されていれば、例えば、照明光学系を保持する筐体内では、照明プリズムを保持するだけで第１の偏光板も保持することが可能となる。したがって、上記筐体の構成を簡素化することができる。
【００４１】
また、上記照明光学系は、上記光路折り曲げ部材にて光路を折り曲げられた光を拡散させる拡散板を有しており、上記拡散板は、上記第１の偏光板を介して上記照明プリズムに保持されていてもよい。
【００４２】
照明光学系が拡散板を有していることにより、面積の大きな光源を配置したのと等価な効果があり、観察可能な瞳の大きさを大きくすることができる。このとき、拡散板が第１の偏光板を介して照明プリズムに保持され、これらの３者が一体化されていれば、例えば、照明光学系を保持する筐体内では、照明プリズムを保持するだけで第１の偏光板および拡散板を保持することが可能となる。したがって、照明光学系が拡散板を有している場合でも、上記筐体の構成を簡素化することができる。
【００４３】
また、上記光路折り曲げ部材は、上記拡散板および上記第１の偏光板を介して上記照明プリズムに保持されていてもよい。この場合、拡散板および第１の偏光板に加えて、光路折り曲げ部材までもが照明プリズムに一体化されるので、これらの光学素子を保持する筐体の構成をさらに簡素化することができる。
【００４４】
また、上記照明プリズムにおいて、上記第１の偏光板が貼り合わされる面は、平面またはシリンドリカル面であることが望ましい。この場合、第１の偏光板を照明プリズムに貼り合わせることが容易となる。
【００４５】
また、上記接眼光学系は、入射光を内部で反射させて進行させる接眼プリズムと、上記反射型表示素子からの入射光であって、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接眼プリズムに導く第２の偏光板とを有しており、上記第２の偏光板は、上記照明プリズムと上記接眼プリズムとの間に配置されていてもよい。
【００４６】
上記の構成によれば、第２の偏光板は、照明プリズムと接眼プリズムとの間に配置されているので、光源から照明プリズムを介して接眼プリズムに入射する光（ゴースト光）を第２の偏光板にてカットしながら、反射型表示素子からの入射光のみを第２の偏光板を介して接眼プリズムに導くことができる。したがって、接眼プリズムを介して観察者に提供される映像の品位が、上記ゴースト光に起因して低下するのを回避することができる。
【００４７】
このとき、上記第２の偏光板は、上記照明プリズムに貼り合わされていてもよい。この場合は、例えば照明光学系を保持する筐体内で照明プリズムを保持しておけば、この第２の偏光板も同時に保持することができる。したがって、第２の偏光板を独自に保持する部材（機構）を設ける必要がなくなる。
【００４８】
また、上記接眼プリズムは、上記第２の偏光板を介して上記照明プリズムに保持されていてもよい。この場合、例えば接眼プリズムを単独で保持する部材（機構）を設けなくても済む。また、照明プリズムと接眼プリズムとの相対的な位置関係をこれらの接着時に決めることができ、位置精度を高めることができる。
【００４９】
また、上記照明プリズムにおいて、上記第２の偏光板が貼り合わされる面は、平面またはシリンドリカル面であることが望ましい。この場合、第２の偏光板を照明プリズムに貼り合わせることが容易となる。
【００５０】
また、上記反射型表示素子から上記接眼光学系を介して瞳に至る光路中で、上記反射型表示素子の表示領域の中心と瞳の中心とを結ぶ軸を基準軸とすると、上記反射型表示素子は、上記反射型表示素子と上記接眼光学系との間の基準軸に対して表示面が傾くように配置されていることが望ましい。この場合、光源から光路折り曲げ部材を介して反射型表示素子に至る光路と、反射型表示素子から接眼光学系に至る光路とを確実に分離することができる。
【００５１】
特に、上記光路折り曲げ部材にて光路を折り曲げられた光が上記反射型表示素子に入射するときの入射角をθとしたとき、１０°＜θ＜６０°を満足していることが望ましい。入射角θが下限値を下回ると、反射型表示素子と接眼光学系との距離が大きくなり、入射角θが上限値を上回ると、光源と光路折り曲げ部材との距離が大きくなるので、いずれも装置の小型化に支障をきたす。したがって、入射角θが上記範囲内であれば、装置の小型化に支障をきたすことなく、上記２つの光路を確実に分離することができる。
【００５２】
また、上記光源は、波長の異なる光を出射する複数の点光源からなる光源群を少なくとも１つ有しており、各点光源は、上記反射型表示素子の長辺に平行な方向に並んで配置されていることが望ましい。この場合、反射型表示素子の短辺に平行でかつ表示面に垂直な面内で照明光学系の光路を折り曲げる構成であっても、各点光源の位置が上記面内で反射型表示素子の短辺方向にはずれないため、反射型表示素子と接眼光学系との間隔を広くとらなくても、反射型表示素子の短辺方向全域に各波長の光を導くことができる。したがって、複数の点光源を用いる場合でも、装置を小型化することができる。
【００５３】
また、上記光源は、上記光源群を偶数個有しており、上記反射型表示素子の長辺に平行な方向における各点光源の配列順序が、隣接する光源群間で逆であることが望ましい。この場合、各点光源からの出射光の各色の光強度の重心が一致するので、上記方向（左右方向）において色ムラが発生するのを抑えることができる。
【００５４】
また、上記反射型表示素子は、反射型強誘電液晶表示素子であることが望ましい。反射型強誘電液晶表示素子は、広い視野角特性を有するため、表示素子への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。
【００５５】
このとき、上記接眼光学系は、上記反射型表示素子にて表示される映像を拡大して観察者の目に虚像として導く反射型ホログラム光学素子を有していることが望ましい。反射型ホログラム光学素子は、波長選択性を有しているので、反射型強誘電液晶表示素子と組み合わせて用いることで色純度をさらに上げることができ、色再現性をさらに高めることができる。
【００５６】
また、本発明のヘッドマウントディスプレイは、上述した映像表示装置と、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。この構成によれば、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】
【００５７】
本発明によれば、照明光学系のパワーを大きくすることなく、反射型表示素子から接眼光学系に向かう光の光路に近い位置に光源を配置することができる。しかも、光源、光路折り曲げ部材、反射型表示素子の３者を、接眼光学系の近傍にまとめてコンパクトに配置することができる。その結果、装置の薄型化および小型化を容易に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】
〔実施の形態１〕
（１．ＨＭＤの構成）
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。
図２は、本実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤと略称する）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、映像表示装置１を観察者の眼前で支持する支持手段２とで構成されている。
【００５９】
映像表示装置１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る。この映像表示装置１は、後述する照明光学系１０（図１参照）および反射型表示素子２０（図１参照）を収容する筐体３に接眼光学系３０を一体化させて構成されている。接眼光学系３０は、全体として眼鏡の一方のレンズ（図２では右眼用レンズ）のような形状をなしている。以下、映像表示装置１の詳細について説明する。
【００６０】
（２．映像表示装置の構成）
図１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、照明光学系１０と、反射型表示素子２０と、接眼光学系３０とを有して構成されている。なお、観察者がＨＭＤをかけたときの左右方向（図２において左眼用レンズおよび右眼用レンズが並ぶ方向）は、図１においては反射型表示素子２０の長辺方向（図１の紙面に垂直な方向）に対応しており、後述する反射型ホログラム光学素子３３への光軸の入射面に垂直な方向にも対応している。
【００６１】
なお、上記光軸とは、ここでは、反射型表示素子２０の表示領域の中心と接眼光学系３０によって形成される光学瞳の中心とを光学的に結ぶ軸を指す。また、上記入射面とは、反射型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を指す。
【００６２】
（２−１．照明光学系）
照明光学系１０は、反射型表示素子２０を照明するものであり、光源１１と、凹面ミラー１２と、第１の偏光板１３とを有している。本実施形態では、反射型表示素子２０を用いているので、照明光学系１０は反射型表示素子２０を表側から、すなわち、接眼光学系３０が配置されている側から照明する。
【００６３】
光源１１は、反射型表示素子２０に向けて光を出射するものであり、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ＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されている。光源１１から出射される光の波長は、後述する反射型ホログラム光学素子３３にて回折反射される光の波長とほぼ一致している。また、光源１１と観察者の瞳（光学瞳、射出瞳）ＥＰとは、略共役な位置関係となっている。
【００６４】
本実施形態では、後述するように、反射型表示素子２０として時分割駆動が可能な強誘電液晶表示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。なお、光源１１の分光強度特性については後述する。
【００６５】
凹面ミラー１２は、光源１１から出射された光を反射させて反射型表示素子２０に導く反射ミラーであり、入射光を反射型表示素子２０の表示領域上に反射集光させている。なお、凹面ミラー１２は、球面ミラーであってもよいし、シリンドリカル凹面ミラーであってもよい。
【００６６】
本実施形態では、凹面ミラー１２は、光源１１から反射型表示素子２０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おり、反射型表示素子２０から接眼光学系３０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、凹面ミラー１２は、光源１１と凹面ミラー１２とで上記光路を挟むような位置に設けられている。このように光路折り曲げ部材としての凹面ミラー１２を配置した点に本発明の最も大きな特徴があるが、その作用効果については後述する。
【００６７】
第１の偏光板１３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）を透過させて凹面ミラー１２に導くとともに、凹面ミラー１２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）を透過させて反射型表示素子２０に導く。
【００６８】
第１の偏光板１３の配置によって反射型表示素子２０に入射させる光をＰ偏光とすることにより、入射光をＳ偏光とする場合に比べて、反射型表示素子２０での表面反射（フレネルロス）を抑えることができる。つまり、Ｐ偏光の場合は、Ｓ偏光と違って、表面での反射率がゼロとなるような入射角（ブリュースター角）が存在するため、光量損失を抑えることができる。その結果、光量損失に起因する映像品位の低下を回避することができる。
【００６９】
また、第１の偏光板１３の表面には、例えば反射防止フィルムが貼り付けられるなど、反射防止処理が施されている。これにより、光源１１からの光が第１の偏光板１３の表面で反射されて不要光として反射型表示素子２０に入射し、さらにはこの不要光が反射型表示素子２０の表面で反射されて接眼光学系３０に入射するのを抑えることができ、不要光による映像品位の低下を抑えることができる。
【００７０】
（２−２．反射型表示素子）
反射型表示素子２０は、複数の画素をマトリクス状に有し、光源１１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。より具体的には、反射型表示素子２０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）が形成された反射型強誘電液晶表示素子で構成されている。
【００７１】
反射型表示素子２０は、矩形の表示領域の長辺方向が観察者の左右方向、つまり、図１の紙面に垂直な方向となり、その短辺方向が図１の紙面に平行となるように配置されている。反射型強誘電液晶表示素子はカラーフィルタを有してはおらず、それゆえ、反射型表示素子２０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。
【００７２】
また、反射型表示素子２０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、明るい映像を表示することができる。
【００７３】
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、反射型表示素子２０を反射型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。
【００７４】
ここで、カラーフィルタを透過するＲＧＢ光によってカラー映像を表示する従来のカラーフィルタ方式は、白色光源を常時点灯させ、１つの画素にＲＧＢのいずれかのカラーフィルタを配置させてカラー表示を行う空間分割駆動方式であるため、モノクロ表示の場合よりも画素が３倍必要である。また、不要な色の映像光を遮光する場合には、光源は点灯させたままで、各画素で遮光しなければならない。各画素で完全に遮光することは難しいため、カラーフィルタ方式では、単色の色純度が低い。
【００７５】
これに対して、時分割駆動方式では、光源にてＲＧＢの各発光部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。
【００７６】
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１２から反射型表示素子２０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１０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１０を構成することができる。
【００７７】
ここで、反射型表示素子２０から接眼光学系３０を介して瞳ＥＰに至る光路中で、反射型表示素子２０の表示領域の中心と瞳ＥＰの中心とを結ぶ軸を基準軸Ｌ１とする。本実施形態では、反射型表示素子２０は、反射型表示素子２０と接眼光学系３０との間の基準軸Ｌ１に対して表示面が傾くように配置されている。このように反射型表示素子２０を配置することにより、装置の小型化に支障をきたすことなく、光源１１から凹面ミラー１２を介して反射型表示素子２０に至る光路と、反射型表示素子２０から接眼光学系３０に至る光路とを確実に分離することができる。より具体的には、以下の通りである。
【００７８】
例えば、凹面ミラー１２にて反射されて反射型表示素子２０に入射する光の入射角が１０°以下であると、上記した各光路の分離のために、反射型表示素子２０と接眼光学系３０との間隔を大きくとる必要があり、装置の小型化に支障をきたす。一方、上記入射角が６０°以上であると、光源１１と凹面ミラー１２との間隔が大きくなり、これも装置の小型化に支障をきたす。また、反射型表示素子２０での表面反射も大きくなり、映像品位の低下を招く。したがって、以上のことを考慮して、本実施形態では、上記入射角θが、１０°＜θ＜６０°の範囲内に収まるように、反射型表示素子２０を配置している。
【００７９】
なお、反射型表示素子２０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、反射型表示素子２０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。
【００８０】
ただし、反射型表示素子２０をＤＭＤで構成すると、ＤＭＤの構造上、その入射角が大きくなるようなレイアウトとなり、照明光学系１０が大型化することが予想される。したがって、照明光学系１０の小型化を考えた場合は、本実施形態のように反射型表示素子２０を反射型強誘電液晶表示素子で構成するほうが望ましい。
【００８１】
（２−３．接眼光学系）
接眼光学系３０は、反射型表示素子２０からの映像光を観察者の瞳ＥＰに導くための光学系である。接眼光学系３０は、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おり、内部に入射した映像光が良好に収差補正される。この接眼光学系３０は、接眼プリズム３１と、偏向プリズム３２（図２参照）と、反射型ホログラム光学素子３３と、第２の偏光板３４とを有している。
【００８２】
接眼プリズム３１は、入射光すなわち反射型表示素子２０からの映像光を内部で全反射させて反射型ホログラム光学素子３３の方向に進行させ、反射型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３１は、その下端部に配置される反射型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。
【００８３】
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、観察者が接眼光学系３０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。
【００８４】
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。
【００８５】
反射型ホログラム光学素子３３は、反射型表示素子２０にて表示される映像を拡大して観察者の目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、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。つまり、反射型ホログラム光学素子３３は、反射型表示素子２０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。
【００８６】
反射型ホログラム光学素子３３における各色の回折波長半値幅は、光源１１からの出射光の各色（出射光の各波長）の半値幅よりも狭く、光源１１からの出射光のうち、反射型ホログラム光学素子３３での回折効率が最大となる波長（回折ピーク波長）付近の光のみが反射型ホログラム光学素子３３にて反射され、観察者の瞳に導かれることになる。なお、反射型ホログラム光学素子３３の特性である回折効率の波長依存性については後述する。
【００８７】
反射型ホログラム光学素子３３は、基板上に塗布されるホログラム感光材料を露光することによって形成されているが、このホログラム感光材料は、ＲＧＢの光の全てに感度を有する単層カラーフォトポリマーで構成されている。つまり、このホログラム感光材料をＲＧＢに対応したレーザー光で３色同時に露光してホログラム感光材料に干渉縞を記録し、ＵＶ（紫外線）照射による定着を行った後、ベイク処理を行って増感することにより、反射型ホログラム光学素子３３が作製される。
【００８８】
単層カラーフォトポリマーは、感光層１層でＲＧＢ３色のホログラムを記録することができるため、構成が簡便である。その結果、反射型ホログラム光学素子３３を容易に、かつ、安定して作製することができる。また、３層カラーフォトポリマーを用いる場合には、後述するように、最適な回折効率および回折波長幅を得るための露光条件（例えば露光量）の特別な調整が必要になる場合があるが、単層カラーフォトポリマーを用いる場合はそのような特別な調整が不要なため、取り扱いやすいというメリットもある。
【００８９】
第２の偏光板３４は、入射光のうちで第１の偏光板１３を透過する光とは偏光方向が直交する光（ここではＳ偏光）を透過させて接眼プリズム３１に導くものであり、接眼プリズム３１において、反射型表示素子２０からの光が入射する面に貼り付けられている。
【００９０】
（３．映像表示装置の動作）
次に、上記構成の映像表示装置１の動作について説明する。照明光学系１０の光源１１からはＲＧＢの各色光が時分割で出射される。各色光（例えばＰ偏光）は、まず第１の偏光板１３を透過し、凹面ミラー１２にて反射される。そして、凹面ミラー１２での反射光（Ｐ偏光）は、再び第１の偏光板１３を透過して反射型表示素子２０に入射する。
【００９１】
反射型表示素子２０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変調され、入射光とは異なる偏光（Ｓ偏光）となって反射型表示素子２０から出射される。このとき、反射型表示素子２０には、画像データに応じた映像が時分割でＲＧＢごとに表示される。反射型表示素子２０からの出射光（ＲＧＢごとの映像光）は、光源１１から凹面ミラー１２に至る光路を横切って接眼光学系３０に到達し、接眼光学系３０の第２の偏光板３４を透過して、接眼プリズム３１に入射する。
【００９２】
接眼プリズム３１では、入射した映像光が接眼プリズム３１の対向する２つの平面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反射型ホログラム光学素子３３まで導かれ、そこで反射されて瞳ＥＰに達する。したがって、この瞳ＥＰの位置では、観察者は、反射型表示素子２０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。
【００９３】
一方、接眼プリズム３１、偏向プリズム３２および反射型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。反射型表示素子２０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。
【００９４】
上記のように、本実施形態では、照明光学系１０が凹面ミラー１２にて反射された光（Ｐ偏光）を透過させる第１の偏光板１３を有しており、接眼光学系３０が反射型表示素子２０からの映像光（Ｓ偏光）を透過させる第２の偏光板３４を有しているので、凹面ミラー１２を用いる構成であっても、凹面ミラー１２を介して反射型表示素子２０を確実に照明して、反射型表示素子２０からの映像光を接眼プリズム３１を介して観察者の瞳ＥＰに確実に導くことができる。
【００９５】
また、接眼光学系３０の光入射側には第２の偏光板３４が設けられているので、光源１１から接眼プリズム３１の方向に進行する不要光（Ｐ偏光）があっても、その不要光を第２の偏光板３４にて確実にカットすることができ、その不要光に起因してゴーストやフレアが生じるのを確実に防止することができる。
【００９６】
また、本実施形態の映像表示装置１では、接眼光学系３０の反射型ホログラム光学素子３３は、反射型表示素子２０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、反射型ホログラム光学素子３３を介して、反射型表示素子２０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。
【００９７】
また、反射型ホログラム光学素子３３は、軸非対称な正の光学パワーを有しているので、このような反射型ホログラム光学素子３３を用いることにより、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、装置を容易に小型化することができる。
【００９８】
（４．照明光学系の光路の折りたたみについて）
次に、本発明の最も特徴的な部分である、照明光学系１０の光路の折りたたみについて説明する。
【００９９】
本実施形態では、図１に示すように、光路折り曲げ部材としての凹面ミラー１２を、反射型表示素子２０から接眼光学系３０に向かう光の光路に対して光源１１とは反対側に配置している。そして、凹面ミラー１２により、光源１１から反射型表示素子２０に至る照明光学系１０の光路を、反射型表示素子２０の短辺に平行でかつ表示面に垂直な面内で折りたたんでいる。この結果、光源１１から凹面ミラー１２に向かう光線（光路）と、上記光線が進行する光路上の光線であって反射型表示素子２０から接眼光学系３０に向かう光線（光路）とは、接眼光学系３０の外部の空気中で交差している。
【０１００】
ここで、光源１１から反射型表示素子２０に至る光路中で、光源１１と反射型表示素子２０の表示領域の中心とを結ぶ軸を基準軸Ｌ２と称することとする。上記のように凹面ミラー１２を配置することにより、基準軸Ｌ２を折り曲げることなく光源１１からの照明光を反射型表示素子２０に入射させる構成に比べて、光源１１と反射型表示素子２０との間の光路長を稼ぐことができる。これにより、照明光学系１０のパワーを変化させなくても（例えばパワーの大きな集光レンズを光路中に配置しなくても）、反射型表示素子２０から接眼光学系３０に向かう光の光路に近い位置に光源１１を配置することができる。したがって、光源１１が観察者側に飛び出るようなレイアウトとはならないので、装置を容易に薄型化することができる。
【０１０１】
しかも、光源１１と凹面ミラー１２とは、反射型表示素子２０から接眼光学系３０に向かう光の光路に対して互いに反対側に位置する関係となるので、光源１１と接眼光学系３０との距離、および、凹面ミラー１２と接眼光学系３０との距離が両方とも、反射型表示素子２０と接眼光学系３０との距離よりも短くなるように、光源１１および凹面ミラー１２を配置することができる。その結果、光源１１、凹面ミラー１２、反射型表示素子２０のそれぞれを、接眼光学系３０の近傍にまとめてコンパクトに配置することができ、装置を容易に小型化することができる。
【０１０２】
つまり、光源１１から凹面ミラー１２に向かう光線と、上記光線が進行する光路上の光線であって反射型表示素子２０から接眼光学系３０に向かう光線とが交差するように凹面ミラー１２が配置されていることによって、装置の薄型化および小型化を容易に実現することができる。特に、反射型表示素子２０から接眼光学系３０に向かう光の光路に対して光源１１とは反対側に凹面ミラー１２が配置されていれば、上記２つの光線（または基準軸Ｌ１・Ｌ２）が空気中で確実に交差するので、そのような効果を確実に得ることができる。
【０１０３】
また、本実施形態では、凹面ミラー１２を用いることにより、光源１１から凹面ミラー１２に至る光路と、反射型表示素子２０から接眼光学系３０に至る光路とを分離できるので、従来のように２つの光路の交差部に光路分離のためのＰＢＳを配置する必要がない。その結果、装置を軽量化することができ、しかも安価に構成することができる。また、ＰＢＳを設ける従来の構成では、ＰＢＳの性能が不十分な場合は、照明光が不要光として接眼光学系に入射し、観察画像の品位を劣化させる原因となる。しかし、本発明では、そのようなＰＢＳを用いることなく光路分離ができるので、そのような問題も起こらない。
【０１０４】
また、光源１１から凹面ミラー１２に向かう光線を第１の光線とし、上記光線が進行する光路上の光線であって反射型表示素子２０から接眼光学系３０に向かう光線を第２の光線とすると、本実施形態では、第１の光線と第２の光線とが、屈折率の異なる媒質の界面ではなく、屈折率がほぼ均一の媒質中で交差している。例えば２種の光線の交差部分で媒質の屈折率が変化すると、屈折によって不要光が発生し、この不要光が接眼光学系３０を介して瞳ＥＰに導かれ、観察画像の品位を劣化させるおそれがある。しかし、本実施形態では、第１の光線と第２の光線とが、屈折率がほぼ均一の媒質中で交差しているので、その交差部分での不要光の発生を抑えることができ、観察画像の品位が劣化するのを回避することができる。
【０１０５】
また、屈折率がほぼ均一の媒質を空気とし、第１の光線と第２の光線とが空気中で交差するように凹面ミラー１２を設ける構成とすることで、例えば後述する実施の形態５のように、２種の光線の交差部分に照明プリズム１９（図１６参照）を設ける場合よりも照明光学系１０の構成を簡素化することができる。したがって、この点からも装置自体を軽量化することができると言える。
【０１０６】
また、第１の光線と第２の光線との交差部分は、接眼光学系３０の外部に位置しているので、その交差部分と接眼光学系３０の接眼プリズム３１との間に、本実施形態のように第２の偏光板３４を配置することが可能となる。つまり、第２の偏光板３４の配置スペースを確保することができる。これにより、第２の偏光板３４を設けることによる効果、すなわち、光源１１から接眼プリズム３１に直接入射する不要光（ゴースト光）をカットして映像品位の低下を回避できる効果を確実に得ることができる。
【０１０７】
また、本実施形態では、凹面ミラー１２は、反射型表示素子２０の短辺に平行でかつ表示面に垂直な面内で照明光学系１０の光路を折り曲げている。これにより、反射型表示素子２０の長辺に平行でかつ表示面に垂直な面内で照明光学系１０の光路を折り曲げる構成に比べて、照明光学系１０の光路と反射型表示素子２０から接眼光学系３０に向かう光の光路とを短い距離で分離することができ、照明光学系１０をコンパクトに構成することができる。
【０１０８】
また、本実施形態では、光路折り曲げ部材として凹面ミラー１２を用いている。これにより、後述する図３の構成のように、光源１１からの光を反射型表示素子２０の表示領域に集光させるための集光レンズ１５を光路中に設けなくても済み、照明光学系１０の構成を簡素化することができる。また、光源１１から十分に離れて広がった位置で、かつ、照明する反射型表示素子２０に近い位置に凹面ミラー１２を配置すれば、照明光を無駄なく効率よく利用することができる。
【０１０９】
なお、本実施形態では、光路折り曲げ部材を凹面ミラー１２のような反射ミラーで構成した例について説明したが、光路を折り曲げる機能を有するものであればよく、例えばプリズムを用いることもできる。
【０１１０】
（５．変形例）
図３は、映像表示装置１の他の構成例を示す断面図である。この映像表示装置１では、光路折り曲げ部材として平面ミラー１４を用いているとともに、光源１１の直後に集光レンズ１５を配置している。平面ミラー１４は、反射型表示素子２０から接眼光学系３０に向かう光の光路に対して光源１１とは反対側に配置されている。一方、集光レンズ１５および第１の偏光板１３は、上記光路に対して光源１１側に配置されている。したがって、光源１１から出射される光は、集光レンズ１５にて集光され、第１の偏光板１３を介して平面ミラー１４に入射し、平面ミラー１４で反射されて（光路が折り曲げられて）反射型表示素子２０に入射する。
【０１１１】
このように平面ミラー１４を光路折り曲げ部材として用いる場合、反射型表示素子２０の表示領域に光を集光するための集光レンズ１５を用いる必要があるが、この集光レンズ１５としては、球面または非球面の集光レンズを用いることが可能である。よって、凹面ミラー１２を用いる構成よりも安価に照明光学系１０を実現することができる。
【０１１２】
また、図４は、映像表示装置１のさらに他の構成例を示す断面図である。この映像表示装置１では、光路折り曲げ部材として平面ミラー１４を用いているとともに、図３の集光レンズ１５の代わりに凹面ミラー１６を用いている。平面ミラー１４は、反射型表示素子２０から接眼光学系３０に向かう光の光路に対して光源１１とは反対側に配置されている。一方、凹面ミラー１６および第１の偏光板１３は、上記光路に対して光源１１側に配置されている。したがって、光源１１から出射される光は、凹面レンズ１６で反射集光され、第１の偏光板１３を介して平面ミラー１４に入射し、平面ミラー１４で反射されて反射型表示素子２０に入射する。
【０１１３】
このように、光源１１から反射型表示素子２０に至る光路を、２つの光学素子（凹面ミラー１６、平面ミラー１４）で折り曲げることにより、例えば、光源１１と反射型表示素子２０とを同一面に配置するレイアウトを採ることが可能となる。これにより、光源１１および反射型表示素子２０の基板を共通化することができるなど、光学系以外の部品点数を減らすことができる。
【０１１４】
（６．色再現性を高くできる効果について）
ところで、観察者に提供されるカラー映像（表示素子にて表示された映像）の表示品位を高めるためには、その映像の色再現領域を広げる（色再現性を高める）ことが必要である。例えば、特許文献１のように、映像光と外光とのコンバイナとして、ホログラム光学素子ではなくハーフミラーを用いる場合、強誘電液晶表示素子が時分割駆動であれば（カラーフィルタを有していなければ）、色再現領域は、光源からの出射光におけるＲＧＢの波長幅のみで決定される。しかし、非特許文献１のように、映像光と外光とのコンバイナとしてホログラム光学素子を用いるとともに、時分割で駆動される表示素子を用いる場合、色再現領域は、光源からの出射光のＲＧＢの波長幅と、ホログラム光学素子でのＲＧＢの回折波長幅との兼ね合いで決まる。
【０１１５】
しかし、上述した非特許文献１では、表示映像の色再現領域を広げることについては全く言及されておらず、ましてや、色再現領域を広げるべく、光源からの出射光のＲＧＢの波長幅を考慮して、ホログラム光学素子でのＲＧＢの回折波長幅が規定されてはいない。
【０１１６】
そこで、本実施形態では、光源からの出射光のＲＧＢの波長幅を考慮して、ホログラム光学素子でのＲＧＢの回折波長幅を適切に規定することにより、時分割駆動の表示素子を用いた場合でも色再現領域を広げて表示品位を向上させるようにしている。つまり、本実施形態の映像表示装置１のように、光源１１としてＲＧＢ一体型のＬＥＤを用い、かつ、反射型ホログラム光学素子３３を用いた場合でも、色再現領域を広げることが可能である。以下、この点について説明する。
【０１１７】
（６−１．ホログラム光学素子の特性）
図５は、上述した反射型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り、図６は、反射型ホログラム光学素子３３の他の構成例における回折効率の波長依存性を示す説明図である。なお、図６の特性を有する反射型ホログラム光学素子３３は、図５の特性を有する反射型ホログラム光学素子３３とはホログラム感光材料の露光条件（例えば露光量）を変えることによって作製されている。また、図５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おり、図６の回折効率は、ＢＧＲの各色について、最大回折効率を１としたときの相対値で示している。
【０１１８】
図５および図６の反射型ホログラム光学素子３３は、いずれも、特定の入射角で入射する光であって、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）させる角度選択性および波長選択性を有している。
【０１１９】
すなわち、Ｂ光の回折効率のピーク波長λ１Bは４６５ｎｍであり、Ｇ光の回折効率のピーク波長λ１Gは５２１ｎｍであり、Ｒ光の回折効率のピーク波長λ１Rは６３４ｎｍである。また、Ｂ光の回折効率半値の波長幅Δλ１Bは１０ｎｍであり、Ｇ光の回折効率半値の波長幅Δλ１Gは１０ｎｍであり、Ｒ光の回折効率半値の波長幅Δλ１Rは１０ｎｍである。これらの回折波長幅は、後述する光源１１からの出射光のＲＧＢの波長幅を考慮して設定されている。
【０１２０】
なお、上記した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。
【０１２１】
上記のように、反射型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、偏向プリズム３２、反射型ホログラム光学素子３３および接眼プリズム３１を介して外界像を通常通り見ることができる。
【０１２２】
（６−２．光源の特性）
一方、図７は、光源１１の分光強度特性、すなわち、出射光の波長と発光強度との関係を示す説明図である。なお、図７の発光強度は、Ｂ光の最大発光強度を１００としたときの相対値で示している。光源１１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ＲＧＢ一体型のＬＥＤである。
【０１２３】
すなわち、光源１１におけるＢＧＲの光強度のピーク波長をそれぞれλ２B、λ２G、λ２Rとすると、λ２B＝４６２ｎｍであり、λ２G＝５２５ｎｍであり、λ２R＝６３５ｎｍである。また、光源１１におけるＢＧＲの光強度半値の波長幅をそれぞれΔλ２B、Δλ２G、Δλ２Rとすると、Δλ２B＝２４ｎｍであり、Δλ２G＝３４ｎｍであり、Δλ２R＝２２ｎｍである。
【０１２４】
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。
【０１２５】
（６−３．Δλ１とΔλ２との関係について）
上記のように、本実施形態では、反射型ホログラム光学素子３３におけるＢＧＲの各色についての回折効率半値の波長幅Δλ１（Δλ１B、Δλ１G、Δλ１R）と、光源１１からの出射光におけるＢＧＲの各色についての光強度半値の波長幅Δλ２（Δλ２B、Δλ２G、Δλ２R）との関係が、ＢＧＲの各色について、
Δλ１＜Δλ２
となるように設定されている。つまり、
Δλ１B＜Δλ２B、Δλ１G＜Δλ２G、Δλ１R＜Δλ２R
を同時に満たすものとなっている。
【０１２６】
このような特性の光源１１および反射型ホログラム光学素子３３を用いることにより、光源１１からのＢＧＲの出射光のうちで、さらに波長域を絞った光のみを反射型ホログラム光学素子３３にて回折させて観察者の瞳に導くことができる。これにより、本実施形態のように時分割で駆動される表示素子２０（強誘電液晶表示素子）を用いた場合でも、ＢＧＲの各色純度を高めることができ、観察映像の色再現領域を、光源１１からのＢＧＲの出射光のみで決まる色再現領域よりもさらに広げることができる。
【０１２７】
ここで、図８は、ＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標を用いて表される色再現領域を示している。同図中、各映像表示装置における色再現領域が、それぞれ実線Ａ、破線Ｂ、二点鎖線Ｃで表されている。実線Ａは、本実施形態の映像表示装置１、すなわち、光源１１としてＲＧＢ一体型の3-in-1ＬＥＤ（例えば日亜化学製のNSCM315C）を用い、反射型表示素子２０として反射型強誘電液晶表示素子（例えばディスプレイテック製）を用い、そして、反射型ホログラム光学素子３３を用いた映像表示装置１における色再現領域を示している。
【０１２８】
破線Ｂは、光源１１としてＲＧＢ一体型の3-in-1ＬＥＤを用い、反射型表示素子２０として反射型強誘電液晶表示素子を用い、そして、通常の反射型ホログラム光学素子を用いない接眼光学系を用いた映像表示装置における色再現領域を示している。なお、反射型ホログラム光学素子を用いない接眼光学系としては、例えば後述する実施の形態２で示すような自由曲面プリズム３５（図１２参照）がある。
【０１２９】
二点鎖線Ｃは、光源１１としてＲＧＢ一体型の3-in-1ＬＥＤを用い、反射型表示素子２０として、カラーフィルタを有する反射型液晶表示素子を用いた映像表示装置における色再現領域を示している。
【０１３０】
同図より、色再現領域は、二点鎖線Ｃ、破線Ｂ、実線Ａの順で広くなり、実線Ａが色再現性に最も優れており、次に破線Ｂが色再現性に優れていることがわかる。上述したように、強誘電液晶表示素子においては、表示素子への照明光の入射角度が大きくても、高いコントラストを得ることができる。したがって、反射型表示素子２０として反射型強誘電液晶表示素子を用い、本発明におけるコンパクトな照明光学系１０と組み合わせることで、小型で表示品位の高い映像表示装置１を実現することができる。特に、反射型表示素子２０として反射型強誘電液晶表示素子を用いることにより、実線Ａおよび破線Ｂで示したように、高い色再現性（広い色再現領域）を実現することができる。
【０１３１】
また、反射型ホログラム光学素子３３は波長選択性を有しており、接眼光学系３０に反射型ホログラム光学素子３３を用いたときの観察光（映像光）の分光強度は、光源１１の分光強度に反射型ホログラム光学素子３３の回折効率を掛け合わせたものになる。したがって、ＲＧＢ一体型の光源１１と、反射型ホログラム光学素子３３とを組み合わせて用いることにより、さらにＲＧＢの色純度を上げることができ、実線Ａのように色再現領域が広く、表示品位の高い映像を観察者に提供することができる。
【０１３２】
また、図９は、ＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標を用いて表される別の色再現領域を示している。実線Ｄで示される色再現領域は、本実施形態の映像表示装置１による色再現領域を示している。一点鎖線Ｅは、反射型強誘電液晶表示素子単独の色再現領域を示しており、二点差線Ｆは、カラーフィルタを有する液晶表示素子で表示素子を構成した映像表示装置による色再現領域を示している。ちなみに、破線Ｇは、非特許文献１の装置の色再現領域を示している。
【０１３３】
同図からも、本実施形態の映像表示装置１の色再現領域が一番広く、カラーフィルタタイプの表示素子を用いた映像表示装置よりもさらに色再現領域を拡大できていることがわかる。したがって、本実施形態の映像表示装置１の構成によれば、表示品位の高い映像を観察者に提供することができる。
【０１３４】
また、本実施形態では、上述したように、反射型ホログラム光学素子３３は、単層カラーフォトポリマーで構成されるホログラム感光材料を露光することによって作製されている。単層カラーフォトポリマーにおいては、感光層内でのＢＧＲの各色の相互作用によって高い回折効率を得にくいが、その分、ＢＧＲの回折効率半値の波長幅Δλ１（Δλ１B、Δλ１G、Δλ１R）を小さくすることが容易である。
【０１３５】
ここで、例えば、ホログラム光学素子を作製するためのホログラム感光材料が、３原色の光のそれぞれに感度を有する各層を積層した３層カラーフォトポリマーで構成されている場合、各層は１つの波長のホログラムのみを記録するので、同一層内で各色の相互作用がなく、各色について高い回折効率が得やすい。したがって、一般的なホログラム光学素子の作製方法、すなわち、最大の回折効率を得るために上記ホログラム感光材料を十分に露光し、ベイクを行う方法では、ＢＧＲの回折効率が頭打ちになり、広い波長域で回折効率が最大となりやすい。つまり、このことは、回折効率半値の波長幅が、ＢＧＲの全てについて広くなりやすいことを意味する。
【０１３６】
しかし、本実施形態のように、ホログラム感光材料として単層カラーフォトポリマーを用い、反射型ホログラム光学素子３３を作製することで、ＢＧＲの全てについて、回折効率半値の波長幅Δλ１（Δλ１B、Δλ１G、Δλ１R）を容易に小さくすることができるので、ＢＧＲの各色についてΔλ１＜Δλ２を満足する反射型ホログラム光学素子３３を容易に作製することができる。特に、光源としては、Ｒの分光強度分布がシャープなもの（Ｒの光強度半値の波長幅が狭い光源）が一般的に多く出回っているが、このような光源を用いた場合でも、ＢＧＲの全ての色について、Δλ１＜Δλ２を確実に実現することができる。その結果、時分割駆動の反射型表示素子２０を用いた場合でも、色再現領域を容易にかつ確実に広げることができる。
【０１３７】
また、反射型ホログラム光学素子３３のΔλ１がΔλ２よりも小さく設定されることで、反射型ホログラム光学素子３３を透過する外光の透過波長幅は広くなり、シースルー性が向上する。したがって、本実施形態の構成によれば、色再現領域の拡大およびシースルー性の向上により、高品位な映像および外界像を観察者に提供することができ、高品位なシースルーディスプレイを実現することができる。
【０１３８】
（６−４．Δλ１の範囲およびΔλ１／Δλ２の範囲について）
本実施形態では、ＢＧＲの各色について、Δλ１B＝Δλ１G＝Δλ１R＝１０ｎｍとなっている。このように、３原色の各色について、Δλ１＜２０ｎｍであるので、ＢＧＲの各色純度を確実に高めることができ、観察映像の色再現領域を確実に広げることができる。特に、本実施形態のように、ＢＧＲの各色について、Δλ１≦１０ｎｍの条件を満たしていれば、ＢＧＲの各色純度をより一層確実に高めることができ、図８および図９のように、観察映像の色再現領域をより一層確実に広げることができる。
【０１３９】
ここで、Δλ１が３ｎｍ以下の場合、広い色再現領域を実現することは可能であるが、反射型ホログラム光学素子３３での回折波長幅が小さくなりすぎて、光源１１からの出射光の利用効率が低下し、映像が暗くなる。したがって、映像の明るさの低下を回避しつつ、広い色再現領域を実現するためには、３原色の各色についてΔλ１＞３ｎｍである、すなわち、Δλ１B＞３ｎｍ、Δλ１G＞３ｎｍ、Δλ１R＞３ｎｍであることが望ましい。
【０１４０】
また、上記のようにΔλ１＜Δλ２を満たす範囲内でΔλ１（絶対値）を規定すること以外にも、Δλ１とΔλ２との比の範囲を規定することで、Δλ２（絶対値）との兼ね合いで、映像の明るさと色再現領域の広さとのバランスをより的確にとることができる。
【０１４１】
例えば、ＢＧＲの各色について、Δλ１／Δλ２の値が１／１０以下であると、色再現領域の広い映像を提供することが可能となるが、反射型ホログラム光学素子３３での回折波長幅が光源１１からの出射光の波長幅に対して相対的に小さくなりすぎて、明るい映像を提供することが困難となる。逆に、ＢＧＲの各色について、Δλ１／Δλ２の値が１以上であると、明るい映像を提供することが可能となるが、色再現領域の広い映像を提供することが困難となる。
【０１４２】
したがって、ＢＧＲの各色について、１／１０＜Δλ１／Δλ２＜１を満足する、すなわち、
１／１０＜Δλ１B／Δλ２B＜１、
１／１０＜Δλ１G／Δλ２G＜１、
１／１０＜Δλ１R／Δλ２R＜１
を満足することにより、Δλ２も考慮して、映像の明るさと色再現領域の広さとを両方満足させることができる。
【０１４３】
（７．λ１とΔλ２およびλ２との関係について）
本実施形態では、ＢＧＲの各色について、反射型ホログラム光学素子３３における回折効率のピーク波長λ１（λ１B、λ１G、λ１R）は、光源１１からの出射光の光強度半値の波長幅Δλ２（Δλ２B、Δλ２G、Δλ２R）の波長域に含まれている。すなわち、λ１B（４６５ｎｍ）は、Δλ２Bの波長域（４５０〜４７４ｎｍ）に含まれており、λ１G（５２１ｎｍ）は、Δλ２Gの波長域（５０８〜５４２ｎｍ）に含まれており、λ１R（６３４ｎｍ）は、Δλ２Rの波長域（６２４〜６４６ｎｍ）に含まれている。
【０１４４】
この場合、ＢＧＲの各色について、反射型ホログラム光学素子３３における回折効率のピーク波長λ１（λ１B、λ１G、λ１R）と、光源１１からの出射光の光強度のピーク波長λ２（λ２B、λ２G、λ２R）とは比較的近い値となる。このことは、λ２B＝４６２ｎｍであり、λ２G＝５２５ｎｍであり、λ２R＝６３５ｎｍであることからも明らかである。これにより、光源１１からの出射光のうちで光強度が高い波長域の光を、効率よく反射型ホログラム光学素子３３にて回折させて観察者の瞳に導くことができる。したがって、光源１１からの出射光の利用効率を上げて、明るい映像を観察者に提供することができる。
【０１４５】
特に、本実施形態では、ＢＧＲの各色について、λ１は、λ２±２０ｎｍの範囲内である、すなわち、
λ１B（４６５ｎｍ）＝λ２B（４６２ｎｍ）±２０ｎｍ、
λ１G（５２１ｎｍ）＝λ２G（５２５ｎｍ）±２０ｎｍ、
λ１R（６３４ｎｍ）＝λ２R（６３５ｎｍ）±２０ｎｍ
である。これにより、ＢＧＲの各色について、反射型ホログラム光学素子３３における回折効率のピーク波長λ１（λ１B、λ１G、λ１R）と、光源１１からの出射光の光強度のピーク波長λ２（λ２B、λ２G、λ２R）とが確実に近くなるので、光源１１からの出射光の利用効率を確実に上げることができ、明るい映像を観察者に確実に提供することができる。
【０１４６】
（８．光強度に応じた回折効率の調整について）
ところで、図９の中央の破線Ｈで示される領域は、ＲＧＢのカラーバランスを調整するときの白色目標エリアを示している。この目標エリアは、ＸＹ色度座標において（Ｘ，Ｙ）＝（０．３２±０．０５，０．３３±０．０５）を中心とするほぼ楕円領域である。そこで、光源１１のＲＧＢの各発光部を全て最大パワーで発光したときに表示する白色が上記目標エリアに入るように、露光条件（例えば露光量）および後処理条件（例えばベイク温度、ベイク時間）を最適化することによって反射型ホログラム光学素子３３のＲＧＢの各波長の最大回折効率を調整すれば、光の利用効率が高く、さらに高品位な映像表示装置１を実現することができる。具体的には以下の通りである。
【０１４７】
光源１１からの出射光の光強度（ピーク値）の比は、図７から、Ｂ：Ｇ：Ｒでおよそ１０：５：８である。この場合、反射型ホログラム光学素子３３での回折効率（ピーク値）の比がＢ：Ｇ：Ｒで例えば９５：８５：５０となるように露光条件および後処理条件を最適化し、反射型ホログラム光学素子３３を作製する。つまり、視感度の高いＧ光については、光源１１からの出射光の光強度が他のＢ光やＲ光よりも小さいので、反射型ホログラム光学素子３３でのＧ光の回折効率を高めに設定している。一方、他のＢ光やＲ光については、光源１１からの出射光の光強度を考慮して、ＢＧＲ全体のカラーバランスが良好となるように反射型ホログラム光学素子３３でのＢ光およびＲ光の回折効率を設定している。
【０１４８】
このように、反射型ホログラム光学素子３３におけるＢＧＲの回折効率を、光源１１からのＢＧＲの出射光の光強度に応じて設定することにより、光源光量を増大させることなく明るい映像を観察者に提供することができるとともに、ＢＧＲのカラーバランスを良好にすることができる。つまり、光源１１の消費電力の増大を回避しながら、良好な品位の映像を観察者に提供することができる。
【０１４９】
なお、上述した回折効率比の反射型ホログラム光学素子３３を用いた場合、Ｂについては、光源１１からの出射光の光強度と回折効率との積が、他のＧやＲについてのものよりも高い値となるが、これはＢの視感度が低いことを考慮したことによる。カラーバランスは、瞳に到達する光の波長について光強度を足し合わせたもの（積分したもの）にその光の視感度を掛け合わせたもので評価されるので、回折効率比を上記のように設定することによって、ＢＧＲの視感度も考慮してカラーバランスを良好にすることができる。
【０１５０】
（９．光学瞳内での光強度ピークのずれ量について）
図１０は、ＢＧＲの各色について、光学瞳ＥＰ内での瞳位置による光強度の変化を示す説明図である。なお、図１０の横軸の瞳位置は、例えば図２のＨＭＤの上下方向（図１の映像表示装置１の縦方向）の瞳位置を示している。
【０１５１】
光学瞳ＥＰ内でＢＧＲの光強度のピーク位置が互いにずれていると、光学瞳ＥＰに対して観察者の瞳が例えば上下方向にずれたときに、観察者の瞳から光強度のピーク位置が外れるような色が生じる場合がある。例えば、図１０において、観察者の瞳が横軸右方向に対応する方向にずれると、そのずれ量によっては、Ｒ光の光強度のピーク位置が観察者の瞳から外れる。この場合、観察者は映像の色ムラを認識しやすくなる。
【０１５２】
そこで、観察者の瞳が直径２ｍｍ以上であることを考慮すれば、光学瞳ＥＰ内での光強度のピーク位置のずれ量ｄ（方向は問わない）は、ＢＧＲの各色間で１ｍｍ以下であることが望ましい。この場合、光学瞳ＥＰに対して観察者の瞳が多少ずれたとしても、色によってはその光強度のピーク位置が観察者の瞳から外れるような事態を極力回避することができ、観察者が映像の色ムラを認識するのを抑えることができる。
【０１５３】
（１０．反射型ホログラム光学素子の他の構成例について）
ところで、反射型ホログラム光学素子３３は、上述したように、基板上に塗布されるホログラム感光材料を露光することによって形成されているが、このホログラム感光材料は、３層カラーフォトポリマーで構成されていてもよい。３層カラーフォトポリマーは、ＢＧＲの光のそれぞれに感度を有する各層を積層して構成されたものである。
【０１５４】
ここで、図１１は、３層カラーフォトポリマーを用いて作製された反射型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。なお、図１１の回折効率は、ＢＧＲの各色について、最大回折効率を１としたときの相対値で示している。また、図１１の実線Ｐは、一般的な露光条件および後処理条件、すなわち、露光量（ｍＪ／ｃｍ2）がＲ：Ｇ：Ｂで６０：２５：２５であり、ベイク温度；１２０℃、ベイク時間；２時間で作製された反射型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している。一方、図１１の破線Ｑは、所定の露光条件および後処理条件、具体的には、露光量（ｍＪ／ｃｍ2）がＲ：Ｇ：Ｂで１５：７：７であり、ベイク温度；１２０℃、ベイク時間；３時間で作製された反射型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している。
【０１５５】
反射型ホログラム光学素子３３を作製するためのホログラム感光材料として３層カラーフォトポリマーを用いた場合、一般的な露光条件および後処理条件で反射型ホログラム光学素子３３を作製すると、図１１の実線Ｐで示すように、各色の回折効率を大きくすることが可能である。したがって、光源１１から出射される光の利用効率を上げたい場合には、単層カラーフォトポリマーを用いるよりも、回折効率の高いＲＧＢ３層のカラーフォトポリマーを用いて反射型ホログラム光学素子３３を作製するほうが望ましい。
【０１５６】
しかし、一般的な露光条件および後処理条件、すなわち、回折効率を最大にするような条件で反射型ホログラム光学素子３３を作製すると、実線Ｐのように回折効率半値の波長幅が２０ｎｍを越え、広くなりすぎる。その結果、上述したΔλ１＜Δλ２などの種々の条件を満足することが困難となる。
【０１５７】
そこで、上記のように、露光条件および後処理条件を上記所定の条件に最適化して破線Ｑで示す特性の反射型ホログラム光学素子３３を作製することにより、反射型ホログラム光学素子３３における回折効率半値の波長幅（Δλ１）をＲＧＢの全てについて２０ｎｍ以下にすることができ、Δλ１＜Δλ２などの条件を満足させるようにすることができる。
【０１５８】
ちなみに、上記所定の条件で反射型ホログラム光学素子３３を作製した結果、反射型ホログラム光学素子３３は、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±７ｎｍ（Ｂ光）、５２１±７ｎｍ（Ｇ光）、６３４±７ｎｍ（Ｒ光）の３つの波長域の光を回折（反射）させる特性となった。すなわち、Ｂ光の回折効率のピーク波長λ１Bは４６５ｎｍであり、Ｇ光の回折効率のピーク波長λ１Gは５２１ｎｍであり、Ｒ光の回折効率のピーク波長λ１Rは６３４ｎｍであった。また、Ｂ光の回折効率半値の波長幅Δλ１Bは１４ｎｍであり、Ｇ光の回折効率半値の波長幅Δλ１Gは１４ｎｍであり、Ｒ光の回折効率半値の波長幅Δλ１Rは１４ｎｍであった。
【０１５９】
このような破線Ｑで示す特性の反射型ホログラム光学素子３３を用いて映像表示装置１を構成したときの色再現領域は、反射型強誘電液晶素子単独の色再現領域（図９の一点鎖線Ｅの領域）よりも広くなることが実験的にわかっている。したがって、３層カラーフォトポリマーを用いて反射型ホログラム光学素子３３を作製した場合には、露光条件および後処理条件を最適化することによって色再現領域を拡大することができると言える。
【０１６０】
なお、一般的に、ホログラム光学素子の回折効率半値の波長幅を狭くする（回折効率を下げる）方法には、露光量を下げる方法とベイク温度を下げる方法（またはベイク時間を短くする方法）との２通りが考えられるが、回折効率半値の波長幅や回折効率を安定してコントロールできるのは前者の方法である。このような理由から、３層カラーフォトポリマーを用いて反射型ホログラム光学素子３３を作製する場合には、上記のように露光量を主に最適化することにより、回折効率半値の波長幅のコントロールを行うのが望ましい。
【０１６１】
〔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。
【０１６２】
図１２は、本実施形態の映像表示装置１の概略の構成を示す断面図である。本実施形態では、接眼光学系３０において、実施の形態１の接眼プリズム３１の代わりに自由曲面プリズム３５を用いている。
【０１６３】
自由曲面プリズム３５は、反射型表示素子２０からの映像光の入射面である第１面３５ａと、観察者の瞳ＥＰ側の面であって、全反射面兼透過面として作用する第２面３５ｂと、第２面３５ｂに対向する反射面である第３面３５ｃとを有している。これらの３面は、非回転対称な非球面である。また、第１面３５ａは、第２面３５ｂ側よりも第３面３５ｃ側が低くなるような曲面形状で形成されている。
【０１６４】
このような自由曲面プリズム３５では、第１面３５ａから入った映像光は、第２面３５ｂで正反射され、第３面３５ｃで反射されて、第２面３５ｂを透過して観察者の瞳ＥＰに導かれる。したがって、実施の形態１の接眼プリズム３１の代わりに自由曲面プリズム３５を用いても、観察者は、実施の形態１と同様に、眼前に拡大された虚像を観察することができる。
【０１６５】
また、本実施形態では、自由曲面プリズム３５の第１面３５ａの上記曲面形状にあわせて、照明光学系１０の各光学部材が配置されている。具体的には、光源１１は、反射型表示素子２０から接眼光学系３０に向かう光の光路に対して、観察者側とは反対側に配置されており、凹面ミラー１２および第１の偏光板１３は、上記光路に対して光源１１とは反対側、すなわち、観察者側に配置されている。このように照明光学系１０の各光学部材を配置することにより、自由曲面プリズム３５を用いた場合でも、その形状にあわせて照明光学系１０をコンパクトに収めることができる。
【０１６６】
また、本実施形態では、凹面ミラー１２は、シリンドリカル凹面ミラーで構成されている。このミラーは、反射型表示素子２０の短辺に平行でかつ表示面に垂直な面内（図１２の紙面に平行な面内）でのみ入射光を反射集光させるものである。すなわち、本実施形態の凹面ミラー１２は、上記面内でのみパワーを持ち、上記面に対して垂直方向（図１２の紙面に垂直な方向）にはパワーを持っていない。第１の偏光板１３は、そのような凹面ミラー１２の表面に貼り合わされており、その表面には実施の形態１と同様に反射防止処理が施されている。
【０１６７】
図１２の紙面に平行な面内では、反射型表示素子２０を照明する光を集光しなければ、照明光が広がりすぎて、反射型表示素子２０の照明効率が悪くなる。そればかりでなく、上記面内で反射型表示素子２０の表示領域に入射しない光は、照明光学系１０の内部で迷光となってゴースト光の原因となり、映像の表示品位を著しく劣化させる要因となる。したがって、凹面ミラー１２を上記面内で光を集光させるシリンドリカル凹面ミラーで構成することにより、照明効率の低下を回避しながら、映像品位の低下を回避することができる。ちなみに、反射型表示素子２０の長辺に平行な方向で迷光となる光は、観察者の瞳ＥＰには導かれないので、映像品位を低下させるゴースト光となる可能性はほとんどなく、問題とはならない。
【０１６８】
また、凹面ミラー１２をシリンドリカル形状とすることにより、凹面ミラー１２の表面に、その表面のカーブにあわせて第１の偏光板１３を曲げて貼り合わせることができる。これにより、第１の偏光板１３を保持するための部材を不要にすることができ、その結果、照明光学系１０をさらにコンパクトに構成することができる。
【０１６９】
〔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１または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。
【０１７０】
図１３は、本実施形態の映像表示装置１の概略の構成を示す断面図である。本実施形態では、実施の形態１の構成において、照明光学系１０が拡散板１７および第３の偏光板１８をさらに有している。まず、拡散板１７について説明する。
【０１７１】
拡散板１７は、凹面ミラー１２にて光路を折り曲げられた光を拡散させるものである。拡散板１７は、表面が凹凸状のもので構成されてもよいし、後述する実施の形態４で用いるような、表面が平坦である体積位相型のホログラム光学素子で構成されてもよい。また、拡散板１７は、凹面ミラー１２にて反射された光が反射型表示素子２０の表示面を照明するのに十分な面積に広がった位置、すなわち凹面ミラー１２の表面付近に配置されている。拡散板１７および第１の偏光板１３は、凹面ミラー１２と反射型表示素子２０との間の光路中に、凹面ミラー１２側からこの順で配置されている。
【０１７２】
このように拡散板１７を配置することにより、あたかも面積の大きな光源を配置したのと等価な効果があり、観察可能な瞳ＥＰの大きさを大きくすることができる。なお、拡散板１７を光源１１の直後に配置しても、瞳ＥＰを拡大することはできるが、必要以上に光束径が広がり、無駄にする光が多く、光の利用効率が低下するので望ましくはない。
【０１７３】
また、凹面ミラー１２側から順に拡散板１７および第１の偏光板１３を配置することにより、凹面ミラー１２にて反射された光が拡散板１７にて拡散されたときに、偏光の乱れた光を第１の偏光板１３でカットすることができる。その結果、反射型表示素子２０に入射する偏光の純度を上げることができる。
【０１７４】
次に、第３の偏光板１８について説明する。第３の偏光板１８は、光源１１から出射される光のうちで、第１の偏光板１３を透過する光と同じ偏光方向の光（ここではＰ偏光）を透過させて凹面ミラー１２に導くものである。この第３の偏光板１８は、反射型表示素子２０から接眼光学系３０に向かう光の光路に対して光源１１側（上記光路と光源１１との間）に配置されている。
【０１７５】
このような第３の偏光板１８を配置することで、光源１１から出射された光のうち、接眼光学系３０の第２の偏光板３４を透過できる偏光方向の光（Ｓ偏光）を、第３の偏光板１８で予めカットすることができる。つまり、第３の偏光板１８を配置することで、Ｓ偏光が光源１１から直接接眼光学系３０に到達したり、第１の偏光板１３の表面で反射して接眼光学系３０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。
【０１７６】
特に、本実施形態のように、第３の偏光板１８を光源１１の近傍に配置する、すなわち、第３の偏光板１８を反射型表示素子２０から接眼光学系３０に向かう光の光路に対して光源１１側に配置することで、光源１１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。
【０１７７】
また、第３の偏光板１８がＰ偏光を透過させることにより、Ｓ偏光を透過させる場合に比べて、第１の偏光板１３での表面反射を抑えることができ、光量損失に起因する映像品位の低下を回避することができる。
【０１７８】
〔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１ないし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。
【０１７９】
図１４は、本実施形態の映像表示装置１の概略の構成を示す斜視図である。本実施形態では、実施の形態３の構成において、光源１１を複数の点光源からなる光源群で構成しているとともに、拡散板１７を体積位相型のホログラム光学素子で構成している。まず、光源１１について説明する。
【０１８０】
光源１１は、波長の異なる光（ここではＲＧＢの各色の光）を出射する複数の点光源１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂからなる光源群が１個で構成されている。各点光源１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂは、反射型表示素子２０の長辺に平行な方向に並んで配置されている。
【０１８１】
例えば、各点光源１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂが反射型表示素子２０の長辺に垂直な方向に並んで配置されると、凹面ミラー１２により、反射型表示素子２０の短辺に平行でかつ表示面に垂直な面内で照明光学系１０の光路を折り曲げたときに、その面内で各点光源１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂの配置がずれることになる。このため、反射型表示素子２０の短辺方向全域に各波長の光を導くためには、反射型表示素子２０と接眼光学系３０との間隔を広く取らなければならず、装置が大型化する。
【０１８２】
しかし、本実施形態のように、各点光源１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂが反射型表示素子２０の長辺に平行な方向に並んで配置されていれば、各点光源１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂについての上記面内での位置は、反射型表示素子２０の長辺方向において同じであり、短辺方向にはずれない。このため、照明光学系１０の光路を上記面内で折り曲げる構成において、反射型表示素子２０と接眼光学系３０との間隔を広くとらなくても、反射型表示素子２０の短辺方向全域に各波長の光を導くことができる。したがって、複数の点光源１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂを用いる場合でも、装置を小型化することができる。
【０１８３】
次に、本実施形態の拡散板１７について説明する。拡散板１７は、反射型表示素子２０の長辺と平行な方向に拡散度の大きい特性を有している。このような拡散板１７を用いることにより、点光源１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂからの３つの異なる光（ＲＧＢの各光）は、十分広がり重なったところで、拡散板１７によって点光源１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂの配列方向に拡散される。これにより、あたかも、１つの大きな光源が配置されているのと同じ照明効果を得ることができる。
【０１８４】
また、点光源１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂからの各色の光が拡散板１７で拡散されるので、各色の光を反射型表示素子２０の表示領域全体に均一に照射することができる。その結果、色ムラの発生を抑えることができる。
【０１８５】
また、一般的な拡散板は、表面をザラザラに荒らしたものが多く、表面は微細な凸凹の構造になっている。本実施形態では、反射型表示素子２０と拡散板１７との距離が近いので、拡散板１７として表面が凹凸状の一般的な拡散板を用いると、その表面の凹凸による照明光のムラが映像の表示品位を落とすおそれがある。
【０１８６】
しかし、本実施形態では、拡散板１７として、表面を凹凸状に細かく荒らした通常のものではなく、表面が平面である体積位相型のホログラム光学素子を用いている。このようなホログラム光学素子で拡散板１７を構成することにより、拡散板１７にて上記のような照明ムラが発生するのを回避することができ、映像品位が低下するのを回避することができる。
【０１８７】
ところで、上記した光源１１は、複数の点光源１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂからなる光源群を２個用いて構成されていてもよい。図１５は、光源１１の他の構成例を模式的に示す平面図である。この光源１１は、２つの光源群１１Ｐ・１１Ｑで構成されている。なお、２つの光源群１１Ｐ・１１Ｑは、図１５のように別々の個体であってもよいし、１つのパッケージになっていてもよい。
【０１８８】
このように光源１１を構成した場合、反射型表示素子２０の長辺に平行な方向における各点光源１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂの配列順序は、各光源群１１Ｐ・１１Ｑ間で互いに逆であることが望ましい。つまり、反射型表示素子２０の長辺に平行な方向において、光源群１１Ｐでは点光源１１Ｂ・１１Ｇ・１１Ｒの順に配列されているとすれば、光源群１１Ｑでは点光源１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂの順に配列されていることが望ましい。このように各光源群１１Ｐ・１１Ｑ間で点光源１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂが各光源群１１Ｐ・１１Ｑの境界線を中心に対称な位置関係となるように、各点光源１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂを配置することにより、各点光源１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂからの出射光の各色の光強度（各光源群１１Ｐ・１１Ｑ間で足し合わせたもの）の重心が一致するので、上記方向（左右方向）において色ムラが発生するのを抑えることができる。
【０１８９】
光源１１を構成する光源群の個数は、上記の２個に限定されることはなく、偶数個であればよい。光源群の個数が偶数個のとき、反射型表示素子２０の長辺に平行な方向における各点光源１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂの配列順序が隣接する光源群間で逆であれば、各点光源１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂからの出射光の各色の光強度の重心が一致する。したがって、この場合でも、上記方向（左右方向）において色ムラが発生するのを抑えることができる。
【０１９０】
〔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、説明の便宜上、実施の形態１ないし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。
【０１９１】
図１６は、本実施形態の映像表示装置１の概略の構成を示す断面図である。本実施形態では、照明光学系１０が照明プリズム１９をさらに備え、照明プリズム１９との干渉を防ぐために、接眼光学系３０の接眼プリズム３１の光入射側の面（反射型表示素子２０側の面）の形状を若干変更した点以外は、実施の形態３と同様の構成である。なお、図１６では、第３の偏光板１８の図示を省略している。
【０１９２】
照明プリズム１９は、光源１１と凹面ミラー１２との間の光路中、および反射型表示素子２０と接眼光学系３０との間の光路中に配置されている。照明プリズム１９は、反射型表示素子２０とは空気層を介して配置され、接眼光学系３０の接眼プリズム３１とは空気層を介して配置されている。照明プリズム１９は、本実施形態では、屈折率ｎが約１．５とほぼ均一であるプラスチック材料で構成されている。
【０１９３】
ここで、図１７は、照明プリズム１９を拡大して示す断面図である。照明プリズム１９は、面１９ａ〜面１９ｅを有している。面１９ａは、光源１１と対向する面であり、本実施形態では平面で構成され、面１９ｂと連結されている。面１９ｂは、接眼光学系３０の接眼プリズム３１と対向する面であり、本実施形態では平面で構成されている。また、面１９ｂには、接眼光学系３０の第２の偏光板３４が貼り合わされて照明プリズム１９に一体的に保持されている。この面１９ｂは、面１９ｃと連結されている。
【０１９４】
面１９ｃは、第１の偏光板１３および拡散板１７を介して凹面ミラー１２と対向する面であり、反射型表示素子２０から接眼光学系３０に向かう光の光路に対して、光源１１とは反対側に位置している。本実施形態では、面１９ｃは、反射型表示素子２０の表示領域の短辺に平行でかつ表示面に垂直な面内（図１６の紙面に平行な面内）では光学的なパワーを持ち、その長辺に平行でかつ表示面に垂直な面内（図１６の紙面に垂直な面内）では光学的なパワーを持たない曲面形状、すなわち、凹面シリンドリカル形状で構成されている。
【０１９５】
面１９ｃには、第１の偏光板１３、拡散板１７および凹面ミラー１２がこの順で貼り合わされており、照明プリズム１９と一体化されて保持されている。つまり、第１の偏光板１３は、照明プリズム１９の面１９ｃに貼り合わされ、照明プリズム１９と凹面ミラー１２との間に位置している。拡散板１７は、第１の偏光板１３に貼り合わされており、この第１の偏光板１３を介して照明プリズム１９に保持されている。また、凹面ミラー１２は、拡散板１７に貼り合わされており、この拡散板１７および第１の偏光板１３を介して照明プリズム１９に保持されている。なお、第１の偏光版１３、拡散板１７および凹面ミラー１２は、照明プリズム１９と一体化されずに、別に設けた保持部材で保持されるようにしても構わない。照明プリズム１９の面１９ｃは、面１９ｄと連結されている。
【０１９６】
面１９ｄは、面１９ｃと面１９ｅとを連結する面であり、平面であってもよく、曲面であってもよい。なお、面１９ｄを省略して面１９ｃと面１９ｅとを直接連結してもよい。面１９ｅは、反射型表示素子２０と対向する面であり、本実施形態では平面で構成され、面１９ａと連結されている。面１９ｅは、面１９ｂと平行にはなっておらず、それゆえ、面１９ｂの法線と面１９ｅの法線とは、ある角度で交差することとなる。
【０１９７】
このような照明プリズム１９を配置することにより、光源１１から出射された光は、照明プリズム１９の面１９ａから内部に入射し、面１９ａと対向する面１９ｃを介して第１の偏光板１３に入射する。そして、Ｐ偏光だけが第１の偏光板１３を透過し、拡散板１７にて拡散された後、凹面ミラー１２で反射型表示素子２０の方向に光路を折り曲げられる。凹面ミラー１２で光路を折り曲げられた光は、再度、拡散板１７および第１の偏光板１３を透過して反射型表示素子２０に入射し、そこで変調されて映像光として出射される。
【０１９８】
上記映像光は、照明プリズム１９の面１９ｅから再び内部に入射し、これに対向する面１９ｂを介して第２の偏光板３４を透過し、接眼プリズム３１に入射する。すなわち、反射型表示素子２０から出射される光は、照明プリズム１９の面１９ｅ・１９ｂを順に横切って接眼光学系３０に向かう。接眼プリズム３１に入射した光は、実施の形態１と同様に、反射型ホログラム光学素子３３を介して瞳ＥＰに導かれる。
【０１９９】
以上のように、本実施形態では、光源１１と凹面ミラー１２との間の光路中、および反射型表示素子２０と接眼光学系３０との間の光路中に照明プリズム１９を配置し、照明プリズム１９の外部に位置する凹面ミラー１２で光路を折り曲げる構成とすることにより、光源１１から凹面ミラー１２に向かう光線（第１の光線）と、上記光線が進行する光路上の光線であって反射型表示素子２０から接眼光学系３０に向かう光線（第２の光線）とを、接眼光学系３０の外部のほぼ均一な屈折率を有する媒質中（ここでは照明プリズム１９の内部）で交差させるレイアウトとすることができる。これにより、照明光学系１０のパワーを大きくすることなく、反射型表示素子２０から接眼光学系３０に向かう光の光路に近い位置に光源１１を配置しても、照明光学系１０において反射型表示素子２０の照明に必要な一定の光路長を確保することができる。その結果、実施の形態１と同様に、装置の薄型化および小型化を容易に実現することができる。
【０２００】
しかも、第１の光線と第２の光線とが、ほぼ均一な屈折率を有する媒質である照明プリズム１９の内部で交差するので、その交差部分では屈折率の変化がほとんどない。これにより、その交差部分で不要光が発生するのを抑えることができ、観察画像の品位が劣化するのを回避することができる。
【０２０１】
また、第１の光線と第２の光線との交差部分は照明プリズム１９の内部であり、これは接眼光学系３０の外部でもあるので、本実施形態のように、２光線の交差部分（照明プリズム１９）と接眼プリズム３１との間に第２の偏光板３４を配置することが可能となる。そして、上記のように第２の偏光板３４を配置することにより、光源１１から照明プリズム１９を介して接眼プリズム３１に入射する不要光（ゴースト光）を第２の偏光板３４にてカットしながら、反射型表示素子２０からの入射光（映像光）のみを第２の偏光板３４を介して接眼プリズム３１に導くことができる。したがって、接眼プリズム３１を介して観察者に提供される映像の品位が、上記ゴースト光に起因して低下するのを回避することができる。
【０２０２】
また、本実施形態では、第２の偏光板３４は、照明プリズム１９に貼り合わされている。この場合、照明光学系１０を保持する筐体３（図２参照）内で照明プリズム１９を保持することで、第２の偏光板３４も同時に保持することができる。したがって、第２の偏光板３４を独自に保持する部材（機構）を不要とすることができる。さらに、照明プリズム１９において、第２の偏光板３４が貼り合わされる面は平面であるので、第２の偏光板３４を照明プリズム１９に容易に貼り合わせることができる。
【０２０３】
また、接眼光学系３０の外部に照明プリズム１９を配置することにより、接眼光学系３０の接眼プリズム３１と反射型表示素子２０との間の実距離を調整することが可能となる。これにより、照明光学系１０の設計自由度を増大させることができる。
【０２０４】
つまり、例えば、表示画角（観察画角）αの大きな映像表示装置１を実現しようとした場合、接眼光学系３０の焦点距離を短く設定する必要がある。このとき、上記２種の光線の交差部分が空気の場合は、接眼光学系３０の接眼プリズム３１と反射型表示素子２０との間隔が狭くなりすぎて、照明光学系１０の各構成部材の配置が困難となる。
【０２０５】
このとき、接眼プリズム３１の高さ方向を短くする、すなわち、接眼プリズム３１の上部を反射型ホログラム光学素子３３に近い位置まで下げて形成し、反射型表示素子２０と接眼プリズム３１との間の空気層の領域を大きく確保することにより、照明光学系１０の各構成部材の配置領域を確保する手法も考えられる。しかし、本実施形態の映像表示装置１を図２で示したシースルータイプのＨＭＤに適用することを考えた場合、上記の手法では、接眼プリズム３１の高さ方向が短くなることにより、シースルーで観察できる領域が狭くなり、妥当ではない。
【０２０６】
そこで、本実施形態のように、屈折率ｎの照明プリズム１９を配置することにより、照明プリズム１０を配置しない場合に比べて、反射型表示素子２０と接眼プリズム３１との間の実際の距離を長くとることができる。これにより、表示画角αを大きくすべく、接眼光学系３０の焦点距離を短く設定した場合でも、照明光学系１０の照明プリズム１９以外の各構成部材を容易に配置することが可能となる。
【０２０７】
このような効果は、照明プリズム１９を構成する媒質の屈折率ｎが、１．４＜ｎ＜２．０の範囲内であれば確実に得られることが実験的にわかっている。したがって、照明プリズム１９を構成する媒質は、例えば、屈折率ｎが約１．８のガラスであってもよく、屈折率ｎが上記範囲内のプラスチック以外の樹脂であってもよい。
【０２０８】
また、本実施形態では、照明プリズム１９は、反射型表示素子２０から接眼光学系３０に向かう光が順に交差する２つの面１９ｅ・１９ｂを有しており、これらの２つの面１９ｅ・１９ｂは、互いに平行でない平面である。これにより、照明プリズム１９の傾き、すなわち、２つの面１９ｅ・１９ｂの位置や角度（法線同士の角度）を調整することで、像面の倒れおよび色収差を補正することが可能となる。したがって、高品位な映像を提供することができるとともに、装置の設計自由度を増大させることができる。
【０２０９】
また、本実施形態では、第１の偏光板１３、拡散板１７および凹面ミラー１２が照明プリズム１９と一体化されて保持されている。これにより、照明光学系１０の各光学素子を保持する筐体３の構成が簡単になり、照明ユニットの小型化およびコストダウンを図ることができる。
【０２１０】
ところで、第１の偏光板１３、拡散板１７および凹面ミラー１２の全てを照明プリズム１９と一体化するのではなく、その一部のみを照明プリズム１９と一体化するようにしてもよい。つまり、第１の偏光板１３を照明プリズム１９の面１９ｃに貼り合わせてこれらを筐体３内で一体的に保持する一方、拡散板１７および凹面ミラー１２を筐体３内でそれぞれ別々に保持ようにしてもよい。また、第１の偏光板１３を照明プリズム１９の面１９ｃに貼り合わせるとともに、拡散板１７を第１の偏光板１３に貼り合わせてこれらを筐体３内で一体的に保持し、凹面ミラー１２だけを筐体３内で独自に保持するようにしてもよい。
【０２１１】
これらの場合であっても、筐体３内で各光学素子を個々に保持する構成に比べて、筐体３の構成を簡素化できることに変わりはない。ただし、本実施形態のように、第１の偏光板１３、拡散板１７および凹面ミラー１２の全てを照明プリズム１９と一体化したほうが、筐体３の構成を簡素化できる効果を最も高く得ることができる。
【０２１２】
また、図３や図４の構成に照明プリズム１９を適用する、つまり、第１の偏光板１３と凹面ミラー１２との間に照明プリズム１９を配置することも可能であるが、その場合には、凹面ミラー１２だけを照明プリズム１９に貼り付けてこれらを一体化したり、第１の偏光板１３および凹面ミラー１２の両者を別々の面で照明プリズム１９に貼り付けてこれらを一体化することもできる。これらの場合であっても、筐体３の構成が簡単になるので、照明ユニットの小型化およびコストダウンを図ることができる。
【０２１３】
また、本実施形態では、照明プリズム１９において、第１の偏光板１３が貼り合わされる面１９ｃは凹面シリンドリカル形状であるので、第１の偏光板１３を照明プリズム１９に容易に貼り合わせることができる。なお、面１９ｃは平面であってもよく、この場合であっても、第１の偏光板１３を照明プリズム１９に容易に貼り合わせることができる。また、第１の偏光板１３を照明プリズム１９に貼り合わせない場合（第１の偏光板１３を単独で保持する場合）には、面１９ｃを球面で構成してもよい。
【０２１４】
ところで、図１８は、映像表示装置１の他の構成例を示す断面図である。この映像表示装置１は、接眼プリズム３１を、第２の偏光板３４を介して照明プリズム１９に貼り合わせ、これらを一体化した以外は、図１６の構成と同様である。図１８の構成の場合は、接眼プリズム３１を単独で保持する部材（機構）を設ける必要がなくなる。また、照明プリズム１９と接眼プリズム３１との相対的な位置関係をこれらの貼り合わせ時に決めることができ、位置精度を高めることができる。
【０２１５】
また、図１８の構成では、第３の偏光板１８を照明プリズム１９の面１９ａに貼り合わせ、第３の偏光板１８も照明プリズム１９に一体的に保持するようにしているが、このようにすることで、照明光学系１０が第３の偏光板１８を有している場合でも、照明光学系１０を保持する筐体３の構成を簡素化することができる。
【０２１６】
また、図１９は、映像表示装置１のさらに他の構成例を示す断面図であり、図２０は、その映像表示装置１に用いられる照明プリズム１９’の概略の構成を示す断面図である。図２０の照明プリズム１９’は、反射型表示素子２０から接眼光学系３０に向かう光が順に交差する２つの面１９ｅ・１９ｂが両方とも光学的なパワーを有する曲面で構成されている以外は、図１７の照明プリズム１９と同様の構成である。なお、図１９の構成においては、接眼光学系３０の第２の偏光板３４を照明プリズム１９’の面１９ｂに貼り付けずに保持部材等で保持しているが、これを面１９ｂに貼り付けるようにしてもよい。
【０２１７】
このような照明プリズム１９’を用いることにより、接眼光学系３０の光学パワーを照明プリズム１９’に割り振ることができる。したがって、装置の設計の自由度が増大し、観察画像のより高品質な映像表示装置１を提供することが可能となる。なお、このような効果は、面１９ｅ・１９ｂの少なくとも一方が光学的なパワーを有する曲面であれば得ることができる。
【０２１８】
また、上記曲面は、例えば凹面シリンドリカル形状であってもよいし、球面であってもよい。特に、上記曲面が凹面シリンドリカル形状であれば、第２の偏光板３４を照明プリズム１９に貼り付けることが容易となるので、そのような貼り付けを考慮した場合は、上記曲面は凹面シリンドリカル形状であることが望ましい。
【０２１９】
なお、照明プリズム１９’のように、光学的なパワーを持たせるべく、複数の面を曲面で構成する場合は、成型のしやすさの観点から、照明プリズム１９’をガラスよりも樹脂で構成するほうが望ましい。
【０２２０】
なお、以上の各実施の形態で説明した構成を適宜組み合わせて映像表示装置を実現することも勿論可能である。
【０２２１】
なお、以上の各実施の形態では、映像表示装置をＨＭＤに適用した例について説明したが、例えば、デジタルカメラの電子ファインダーや、携帯電話機のモニターにも適用することが可能である。
【０２２２】
なお、本発明は、以下の構成であってもよいと言え、それによって以下の作用効果を奏する。
【０２２３】
本発明の映像表示装置は、照明光学系と、反射型の表示素子と、接眼光学系とを有する構成において、上記照明光学系の光源は、３原色に対応した波長の光を出射するものであり、上記表示素子は、複数の画素を有し、上記光源からの出射光を各画素ごとに変調することによって映像を表示するものであり、上記表示素子の各画素は、上記光源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駆動され、上記接眼光学系は、上記表示素子から出射される３原色に対応した波長の光をそれぞれ回折させるホログラム光学素子を有しており、上記ホログラム光学素子における３原色の各色についての回折効率半値の波長幅をそれぞれΔλ１とし、上記光源からの出射光における３原色の各色についての光強度半値の波長幅をそれぞれΔλ２とすると、３原色の各色について、Δλ１＜Δλ２であってもよい。
【０２２４】
上記の構成によれば、反射型の表示素子の各画素は、光源から時分割で順に供給される３原色（ＲＧＢ）の光のそれぞれに対応して時分割で駆動される。そして、表示素子から順に出射されるＲＧＢの映像光は、接眼光学系のホログラム光学素子にて回折されて観察者の瞳に導かれる。これにより、観察者は、カラー映像を観察することが可能となる。
【０２２５】
ここで、３原色の各色の全てについて、ホログラム光学素子における回折効率半値の波長幅Δλ１と、光源からの出射光における光強度半値の波長幅Δλ２とは、Δλ１＜Δλ２の関係となっているので、光源からのＲＧＢの出射光のうちで、さらに波長域を絞った光のみをホログラム光学素子にて回折させて観察者の瞳に導くことができる。これにより、時分割で駆動される表示素子を用いた場合でも、ＲＧＢの各色純度を高めることができ、観察映像の色再現領域を、光源からの出射光のみで決まる色再現領域よりもさらに広げることができる。
【０２２６】
特に、３原色の各色について、Δλ１＜２０ｎｍであれば、ＲＧＢの各色純度を確実に高めることができ、観察映像の色再現領域を確実に広げることができる。また、３原色の各色について、さらにΔλ１≦１０ｎｍの条件を満たせば、ＲＧＢの各色純度をより一層確実に高めることができ、観察映像の色再現領域をより一層確実に広げることができる。
【０２２７】
また、本発明において、上記ホログラム光学素子は、基板上に塗布されるホログラム感光材料を露光することによって形成されており、上記ホログラム感光材料は、３原色の光の全てに感度を有する単層カラーフォトポリマーで構成されていてもよい。
【０２２８】
単層カラーフォトポリマーは、３原色の光の全てに感度を有しており、感光層１層で複数の波長（ＲＧＢ）のホログラムを記録することができるため、構成が簡便で、ホログラム光学素子を容易に、かつ、安定して作製することができる。また、単層カラーフォトポリマーにおいては、層内での各色の相互作用によって高い回折効率を得にくいが、その分、回折効率の半値波長幅を小さくすることが容易である。
【０２２９】
また、本発明においては、３原色の各色について、Δλ１＞３ｎｍであることが望ましい。Δλ１が３ｎｍ以下の場合、広い色再現領域を実現することは可能であるが、ホログラム光学素子での回折波長幅が小さくなりすぎて、光源からの出射光の利用効率が低下し、映像が暗くなる。したがって、３原色の各色について、Δλ１＞３ｎｍであれば、映像の明るさの低下を回避しながら、広い色再現領域を実現することができる。
【０２３０】
また、本発明においては、３原色の各色について、１／１０＜Δλ１／Δλ２＜１であってもよい。
【０２３１】
Δλ１／Δλ２の値が下限値以下であると、色再現領域の広い映像を提供することが可能となるが、ホログラム光学素子での回折波長幅が光源からの出射光の波長幅に対して相対的に小さくなりすぎて、明るい映像を提供することが困難となる。逆に、Δλ１／Δλ２の値が上限値以上であると、明るい映像を提供することが可能となるが、色再現領域の広い映像を提供することが困難となる。したがって、Δλ１／Δλ２の範囲を上記のように規定することにより、広い色再現領域と明るさとを両方満足させる映像を提供することができる。
【０２３２】
また、本発明においては、３原色の各色について、上記ホログラム光学素子における回折効率のピーク波長は、上記光源からの出射光の光強度半値の波長幅の波長域に含まれていることが望ましい。
【０２３３】
この場合、３原色の各色について、ホログラム光学素子における回折効率のピーク波長と、光源からの出射光の光強度のピーク波長とは比較的近い値（同一となる場合も含む）となるので、光源からの出射光のうちで光強度が高い波長域の光を、効率よくホログラム光学素子にて回折させて観察者の瞳に導くことができる。したがって、光源からの出射光の利用効率を上げて、明るい映像を観察者に提供することができる。
【０２３４】
特に、ホログラム光学素子における３原色の各色についての回折効率のピーク波長をそれぞれλ１とし、光源からの出射光における３原色の各色についての光強度のピーク波長をそれぞれλ２とすると、３原色の各色について、λ１は、λ２±２０ｎｍの範囲内であることが望ましい。
【０２３５】
この場合は、３原色の各色について、ホログラム光学素子における回折効率のピーク波長と、光源からの出射光の光強度のピーク波長とが確実に近くなるので、光源からの出射光の利用効率を確実に上げることができ、明るい映像を観察者に確実に提供することができる。
【０２３６】
また、本発明において、上記表示素子は、強誘電液晶表示素子であることが望ましい。強誘電液晶表示素子は、高速応答性に優れており、コントラストの高い映像表示が可能である。したがって、上記表示素子として強誘電液晶表示素子を用いることで、時分割駆動による高品位の映像を観察者に提供することができる。
【０２３７】
また、例えば軸非対称な光学系では、光源からの出射光は、表示素子に対して斜め方向から入射する（入射角がついている）ので、表示素子には広い視野角特性が望まれる。この点、強誘電液晶表示素子は広い視野角特性を持っているので、表示素子を強誘電液晶表示素子で構成することは、特に軸非対称な光学系において非常に有効である。
【０２３８】
このとき、上記強誘電液晶表示素子は、反射型であってもよい。反射型の場合は、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、透過型の場合よりも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、各画素を駆動するためのスイッチング素子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、画素の集積度を上げても開口率の低下が少ない。この結果、反射効率が非常に高くなり、明るい映像を表示することができる。
【０２３９】
また、本発明の映像表示装置は、上記光源から上記反射型強誘電液晶表示素子に至る光路を折り曲げる光路折り曲げ部材（例えば反射ミラーやプリズム）をさらに有しており、上記光路折り曲げ部材は、上記光源から上記光路折り曲げ部材に向かう光と、上記反射型強誘電液晶表示素子から上記接眼光学系に向かう光とが交差するように設けられており、上記光源からの光が上記光路折り曲げ部材を介して上記反射型強誘電液晶表示素子に入射するときの入射角をθとすると、１０°＜θ＜６０°を満足することが望ましい。
【０２４０】
入射角θが下限値を下回ると、反射型強誘電液晶表示素子と接眼光学系との距離が大きくなり、入射角θが上限値を上回ると、光源と光路折り曲げ部材との距離が大きくなるので、いずれも装置の小型化に支障をきたす。したがって、入射角θが上記範囲内であれば、装置の小型化に支障をきたすことなく、上記２つの光路を確実に分離することができる。
【０２４１】
また、本発明においては、上記ホログラム光学素子は、基板上に塗布されるホログラム感光材料を露光することによって形成されており、上記ホログラム感光材料は、３原色の光のそれぞれに感度を有する各層を積層した３層カラーフォトポリマーで構成されていてもよい。
【０２４２】
３層カラーフォトポリマーは、３原色の光のそれぞれに感度を有する各層が積層されてなり、各層は１つの波長のホログラムのみを記録するので、同一層内で各色の相互作用がなく、各色について高い回折効率が得やすい。したがって、光源光量を上げなくても、明るい映像を観察者に提供することができる。また、光源光量を上げなくても済む分、装置の消費電力を抑えることができる。
【０２４３】
また、本発明において、上記ホログラム光学素子は、軸非対称な正の光学パワーを有していることが望ましい。このようなホログラム光学素子を用いることにより、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。
【０２４４】
また、本発明では、上記ホログラム光学素子における３原色の各色についての回折効率は、上記光源からの出射光における３原色の各色についての光強度に応じて設定されていることが望ましい。
【０２４５】
例えば、光源からの出射光のうちで視感度の高いＧ光の光強度が他のＢ光やＲ光の光強度よりも小さい場合には、ホログラム光学素子でのＧ光の回折効率は高めに設定される。また、ホログラム光学素子でのＢ光およびＲ光の回折効率は、Ｂ光およびＲ光の光強度に応じて例えばＢＧＲ全体のカラーバランスが良好となるように設定される。
【０２４６】
このように、３原色の各色について、光源からの出射光の光強度に応じてホログラム光学素子の回折効率が設定されることにより、光源光量を上げなくても（低消費電力で）、カラーバランスの良好な明るい映像を観察者に提供することができる。
【０２４７】
また、本発明においては、上記接眼光学系によって形成される光学瞳内での光強度のピーク位置のずれ量は、３原色の各色間で１ｍｍ以下であることが望ましい。
【０２４８】
光学瞳内で３原色の光強度のピーク位置（照明強度分布）がずれていると、観察者の瞳がずれたときに、観察者の瞳から光強度のピーク位置が外れるような色が生じ、この場合、観察者は色ムラを認識しやすくなる。観察者の瞳が直径２ｍｍ以上であることを考慮すると、光学瞳内で各色間の光強度のピーク位置のずれ量が１ｍｍ以下であれば、観察者の瞳がずれたとしても、観察者が色ムラを認識するのを抑えることができる。
【０２４９】
本発明において、上記ホログラム光学素子は、上記表示素子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であってもよい。この場合、観察者は、ホログラム光学素子を介して、表示素子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。
【０２５０】
また、上記接眼光学系は、上記表示素子からの映像光を内部で全反射させて上記ホログラム光学素子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の透明基板を有していてもよい。このような第１の透明基板を用いることにより、表示素子からの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、明るい外界像を観察することができる。
【０２５１】
また、上記接眼光学系は、上記第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が望ましい。この場合、観察者が接眼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。
【０２５２】
また、本発明のヘッドマウントディスプレイは、上述した映像表示装置と、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。この構成によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【０２５３】
【図１】本発明の実施の一形態に係るヘッドマウントディスプレイに用いられる映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。
【図２】上記ヘッドマウントディスプレイ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他の構成例を示す断面図である。
【図４】上記映像表示装置のさらに他の構成例を示す断面図である。
【図５】反射型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６】上記反射型ホログラム光学素子の他の構成例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】光源の分光強度特性を示す説明図である。
【図８】ＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標を用いて表される色再現領域を示す説明図である。
【図９】ＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標を用いて表される別の色再現領域を示す説明図である。
【図１０】３原色の各色について、光学瞳内での瞳位置による光強度の変化を示す説明図である。
【図１１】上記反射型ホログラム光学素子のさらに他の構成例における回折効率の波長依存性を示す説明図である。
【図１２】本発明の他の実施の形態に係る映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施の形態に係る映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。
【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の概略の構成を示す断面図である。
【図１５】上記映像表示装置の光源の他の構成例を模式的に示す平面図である。
【図１６】本発明のさらに他の実施の形態に係る映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。
【図１７】上記映像表示装置に用いられる照明プリズムを拡大して示す断面図である。
【図１８】上記映像表示装置の他の構成例を示す断面図である。
【図１９】上記映像表示装置のさらに他の構成例を示す断面図である。
【図２０】上記映像表示装置に用いられる照明プリズムを拡大して示す断面図である。
【図２１】従来の映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。
【図２２】従来の他の映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。
【図２３】従来のさらに他の映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０２５４】
１    映像表示装置
２    支持手段
１０    照明光学系
１１    光源
１１Ｒ  点光源
１１Ｇ  点光源
１１Ｂ  点光源
１１Ｐ  光源群
１１Ｑ  光源群
１２    凹面ミラー（光路折り曲げ部材）
１３    第１の偏光板
１４    平面ミラー（光路折り曲げ部材）
１７    拡散板
１８    第３の偏光板
１９    照明プリズム
１９’  照明プリズム
１９ｂ  面
１９ｅ  面
２０    反射型表示素子
３０    接眼光学系
３１    接眼プリズム
３３    反射型ホログラム光学素子
３４    第２の偏光板
Ｌ１  基準軸
Ｌ２  基準軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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