(57)【要約】【課題】光軸調整による観察映像の輝度および画質の低下を回避する。【解決手段】映像表示装置１Ｒ・１Ｌにおいて、表示素子１４に表示される映像と接眼光学系２１との相対的な位置関係を光軸と交差する方向において変更することにより、左右一対の光軸のなす角度を調整する光軸調整手段１５を設ける。このとき、光源１１は光学瞳Ｅと略共役に配置されている。光軸調整手段１５は、接眼光学系２１に対する光学瞳Ｅの位置を変更することなく、上記位置関係を変更する。これにより、設計時の光学瞳Ｅの位置にて光強度が高くなるように装置が元々設計されている場合でも、その瞳位置での光強度を光軸調整後も実現することができる。また、光軸調整によって接眼光学系２１に対する光学瞳Ｅの位置が変更されないので、接眼光学系２１において収差の発生を抑えるように設計されている部分を利用して、映像光を光学瞳Ｅに導くことができる。【選択図】図１
2007333952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右一対の光源と、
各光源からの光を変調して映像を表示する左右一対の表示素子と、
各表示素子に表示された映像の光を左右一対の光学瞳にそれぞれ導く、左右一対の観察光学系と、
左右の少なくとも一方について、表示素子に表示される映像と観察光学系との相対的な位置関係を光軸と交差する方向において変更することにより、左右一対の光軸のなす角度を調整する光軸調整手段とを備え、
左右のそれぞれにおいて、光源は光学瞳と略共役に配置されており、
上記光軸調整手段は、観察光学系に対する光学瞳の位置を変更することなく、上記位置関係を変更することを特徴とする映像表示装置。
【請求項２】
上記光軸調整手段は、観察光学系に対して表示素子の位置を調整することにより、上記位置関係を変更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】
光源からの光を集光して表示素子に導く、左右一対の照明光学系をさらに備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の映像表示装置。
【請求項４】
光源は、ＬＥＤであ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】
光源は、光強度がピークとなる波長が複数存在する光を出射することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項６】
左右のそれぞれにおいて、観察光学系は、体積位相型で反射型のホログラム光学素子を含み、
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５のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項７】
光源の位置を調整することによって光学瞳の位置を変更する、左右一対の光源位置調整機構をさらに備えていることを特徴とする請求項６に記載の映像表示装置。
【請求項８】
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を特徴とする請求項６または７に記載の映像表示装置。
【請求項９】
光学瞳は、ホログラム光学素子への光軸の入射面に平行な方向よりも上記入射面に垂直な方向に大きい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】
光源と光学瞳とは、上記入射面に平行な方向において略共役であ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】
光源は、３原色に対応した光を発光する３つの発光部を有しており、
各発光部は、上記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特徴とする請求項９または１０に記載の映像表示装置。
【請求項１２】
光源は、３原色に対応した光を発光する３つの発光部を偶数組有しており、
上記ホログラム光学素子への光軸の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ることを特徴とする請求項６、７、１１のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１３】
光源は、３つの発光部を偶数組有しており、
各発光部は、上記入射面に対して面対称に配置されているとともに、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】
光源は、３つの発光部を２組有しており、
各組の各発光部は、上記入射面側から上記入射面に対して垂直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配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の映像表示装置。
【請求項１５】
上記ホログラム光学素子は、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ることを特徴とする請求項６から１４のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１６】
上記ホログラム光学素子の回折効率ピークの半値波長幅は、５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であ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】
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１６のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１８】
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１７に記載の映像表示装置。
【請求項１９】
請求項１から１８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】
従来から、左右一対の表示素子に表示された映像を観察者に両眼で観察させるＨＭＤが提案されている。このような両眼式のＨＭＤを観察者が装着した場合、観察者は左右のそれぞれの表示映像を重ねて１つの映像として観察する。このとき、左右のそれぞれの光学系の光軸の位置がずれて、左右一対の光軸のなす角度が基準から外れると、観察者はそれぞれの表示映像を重ねて観察することが困難となる。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１の装置では、左右の少なくとも一方の光学系において、両眼が並ぶ方向（左右方向）に垂直な方向に光軸を調整可能としている。ここで、図２９は、特許文献１の装置において、左右の光学系の一方の概略の構成を模式的に示す説明図である。同図に示すように、光源１０１および液晶パネル１０２を一体的に垂直方向に移動させることにより、光軸を垂直方向に調整することが可能である。なお、同図中の実線は、移動前の光源１０１および液晶パネル１０２の位置ならびに光路を示し、破線は、移動後の光源１０１および液晶パネル１０２の位置ならびに光路を示している。
【０００４】
また、例えば特許文献２の装置では、ＨＭＤのブリッジ部分、すなわち、両眼の前に配置される各接眼窓を連結する部分に、観察者の輻輳に合わせて接眼窓の間隔を調整する調整機構が設けられている。この調整機構によって左右の光軸の位置関係を調整することが可能となっているが、調整機構の詳細な構成は明らかではない。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２４０７８５号公報
【特許文献２】特開２０００−１９４５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１の装置では、光源１０１と光学瞳Ｅとの位置関係について何ら規定されていないため、レンズ１０３に対して光源１０１および液晶パネル１０２を移動させると、図２９に示すように、レンズ１０３に対する光学瞳Ｅの位置がずれる。このため、観察映像の輝度が低下したり、収差が大きく発生して観察映像の画質が低下する場合が生ずる。
【０００７】
つまり、例えば、光源１０１を点光源で構成する場合や、光路中に拡散板を配置する場合には、光源１０１の放射特性や拡散板の拡散特性を考慮して、光軸調整前の光学瞳Ｅの位置にて光強度が高くなるように装置が設計されているのが一般的である。したがって、図２９のように、光軸調整によってレンズ１０３に対する光学瞳Ｅの位置がずれると、到達する光の強度が光軸調整前の光学瞳Ｅの位置に比べて低下している位置に光学瞳Ｅが位置することとなり、結果的に、光軸調整後の光学瞳Ｅの位置にて観察される映像が暗くなる。
【０００８】
また、レンズ１０３に対する光学瞳Ｅの位置がずれると、レンズ１０３において収差の発生を抑えるように設計されている部分から遠く離れた部分を使う（光が透過する）こととなり、収差が大きく発生する。このため、光軸調整後の光学瞳Ｅの位置では、観察映像の画質が低下する。
【０００９】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、光軸調整による観察映像の輝度および画質の低下を回避することができる映像表示装置と、その映像表示装置を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】
【００１０】
本発明の映像表示装置は、左右一対の光源と、各光源からの光を変調して映像を表示する左右一対の表示素子と、各表示素子に表示された映像の光を左右一対の光学瞳にそれぞれ導く、左右一対の観察光学系と、左右の少なくとも一方について、表示素子に表示される映像と観察光学系との相対的な位置関係を光軸と交差する方向において変更することにより、左右一対の光軸のなす角度を調整する光軸調整手段とを備え、左右のそれぞれにおいて、光源は光学瞳と略共役に配置されており、上記光軸調整手段は、観察光学系に対する光学瞳の位置を変更することなく、上記位置関係を変更することを特徴としている。
【００１１】
上記の構成によれば、左右のそれぞれにおいて、光源から出射された光は表示素子にて変調され、映像光として観察光学系を介して光学瞳に導かれる。これにより、観察者は左右の光学瞳の位置に左右の眼をそれぞれ位置させることで、それぞれの眼で表示映像を観察することが可能となる。
【００１２】
ここで、光軸調整手段は、左右の少なくとも一方について、表示素子に表示される映像と観察光学系との相対的な位置関係を光軸と交差する方向において変更することにより、左右一対の光軸のなす角度を調整し、光軸調整を行う。なお、上記位置関係の変更は、表示素子の位置を光軸との交差方向に調整することによってなされてもよいし、表示素子の位置を調整せず、表示素子に表示される映像の表示位置を変更することによってなされてもよい。
【００１３】
このとき、左右のそれぞれにおいて、光源は光学瞳と略共役に配置されており、光軸調整手段は、観察光学系に対する光学瞳の位置を変更することなく、上記位置関係を変更し、光軸調整を行うことが可能となる。光軸調整手段がこのような光軸調整を行うことにより、例えば設計光学瞳の位置にて光強度が高くなるように装置が元々設計されている場合でも、その光学瞳位置での光強度を光軸調整後も実現することができる。したがって、光軸調整による光学瞳位置での観察映像の輝度低下を回避することができる。
【００１４】
また、光軸調整手段は、観察光学系に対する光学瞳の位置を変更することなく光軸調整を行うので、例えば観察光学系において収差の発生を抑えるように設計されている部分を利用して（上記部分から離れた部分を極力利用せずに）、表示素子からの映像光を光学瞳に導くことができる。これにより、光軸調整に起因して収差が発生するのを抑えることができ、収差の発生による観察映像の画質低下を回避することができる。
【００１５】
また、本発明においては、上記光軸調整手段は、観察光学系に対して表示素子の位置を調整（光軸と交差する方向に変更）することにより、上記位置関係を変更する構成であってもよい。
【００１６】
観察光学系に対して表示素子の位置を調整する場合であっても、観察光学系に対する光学瞳の位置を変更することなく光軸調整を行うことができる。したがって、光軸調整による観察映像の輝度および画質の低下を回避することができる。
【００１７】
また、本発明の映像表示装置は、光源からの光を集光して表示素子に導く、左右一対の照明光学系をさらに備えている構成であってもよい。
【００１８】
この場合、光源からの光は、照明光学系で集光されて表示素子に導かれるので、光の利用効率を上げることができ、観察者に明るい映像を提供することができる。また、光源と表示素子との距離を短くすることができ、装置を小型、軽量にすることができる。
【００１９】
また、本発明においては、光源は、ＬＥＤであることが望ましい。ＬＥＤは、安価、小型であり、また、発光波長幅が狭いので色純度が高い。したがって、光源をＬＥＤで構成することにより、安価、小型で、提供する映像の色純度が高い映像表示装置を実現することができる。
【００２０】
また、本発明においては、光源は、光強度がピークとなる波長が複数存在する光を出射する構成であってもよい。この場合、光源は少なくとも２色の光を出射することになるので、光源からの光を表示素子にて変調し、観察光学系を介して観察者の瞳に導くことにより、観察者はカラー映像を観察することができる。
【００２１】
また、本発明においては、左右のそれぞれにおいて、観察光学系は、体積位相型で反射型のホログラム光学素子を含み、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。
【００２２】
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。特に、本発明では、上述したように、光軸調整において光学瞳の位置が変更されないので、光学瞳に届く映像光の波長が変化せず、色再現性の高い映像を提供することができる。
【００２３】
また、本発明の映像表示装置は、光源の位置を調整することによって光学瞳の位置を変更する、左右一対の光源位置調整機構をさらに備えている構成であってもよい。この場合、例えば製造誤差に起因して、所望の波長の光が到達する位置以外の位置に光学瞳が形成されている場合でも、光源位置調整機構によって、所望の波長の光が到達する位置に光学瞳を位置させることができ、観察者に所望の色の映像を観察させることができる。
【００２４】
また、回折効率ピークの半値波長幅が狭い体積位相型で反射型のホログラム光学素子を用いる構成において、光源を移動可能にしているので、映像光の波長を変えて映像色を所望の色に容易に変更することができる。また、ホログラム光学素子は特定の入射角で入射する特定波長の光を回折させるので、光源の位置を調整することによって、ホログラム光学素子に入射する光の入射角と波長とを最適に調整して明るい映像を提供することができる。さらに、光軸調整手段による光軸調整とは無関係に（左右一対の光軸のなす角度を変更せずに）、光源位置調整機構による光源移動によって光学瞳の位置を変更できるので、光学瞳の位置調整を容易に行うことができる。
【００２５】
また、本発明においては、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。
【００２６】
また、本発明においては、光学瞳は、ホログラム光学素子への光軸の入射面に平行な方向よりも上記入射面に垂直な方向に大きいことが望ましい。なお、ホログラム光学素子への光軸の入射面とは、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のことである。
【００２７】
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への光軸の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、上記入射面に垂直な方向に光学瞳を大きくする、つまり、波長特性が小さい方向に光学瞳を大きくすることにより、色ムラが少なく、かつ、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、光学瞳の大きさは、上記入射面に垂直な方向よりも上記入射面に平行な方向で相対的に小さいので、光源からの光を無駄なく集光して明るい映像を観察者に提供することができる。
【００２８】
また、本発明においては、光源と光学瞳とは、上記入射面に平行な方向において略共役であることが望ましい。この場合、光源の光利用効率を高くするとともに、色再現性および色純度の高い映像を提供することができる。
【００２９】
また、本発明においては、光源は、３原色に対応した光を発光する３つの発光部を（少なくとも１組）有しており、各発光部は、上記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が望ましい。
【００３０】
上述したように、上記入射面に対して垂直な方向は、ホログラム光学素子における波長特性が小さい方向である。したがって、各色光を出射する３つの発光部を、ホログラム光学素子における波長特性が小さい方向に並べて配置することにより、光学瞳を拡大できる方向に色を混ぜることができ、３つの発光部を有する光源を用いた場合でも、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。
【００３１】
また、本発明においては、光源は、３原色に対応した光を発光する３つの発光部を偶数組有しており、上記ホログラム光学素子への光軸の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ることが望ましい。
【００３２】
この場合、各発光部からの出射光の各色の光強度（各組間で足し合わせたもの）の重心が一致する（例えば上記入射面上に位置する）ので、光学瞳の中心またはその近傍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。なお、この構成は、軸非対称な正の光学パワーを有していないホログラム光学素子を用いる場合でも、適用することができる。
【００３３】
また、本発明においては、光源は、３つの発光部を偶数組有しており、各発光部は、上記入射面に対して面対称に配置されているとともに、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ることが望ましい。この場合、各発光部からの出射光の各色の光強度（各組間で足し合わせたもの）の重心が上記入射面上で一致するので、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。
【００３４】
また、本発明においては、光源は、３つの発光部を２組有しており、各組の各発光部は、上記入射面側から上記入射面に対して垂直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配置されていることが望ましい。この場合、波長が長い光について、瞳位置による強度差を小さくすることができ、光学瞳の全体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。
【００３５】
また、本発明においては、上記ホログラム光学素子は、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ることが望ましい。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。
【００３６】
また、本発明においては、上記ホログラム光学素子の回折効率ピークの半値波長幅は、５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが望ましい。このようにホログラム光学素子の回折効率ピークの半値波長幅が狭いので、観察者は明るい映像を観察することができ、かつ、外界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。
【００３７】
また、本発明においては、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が望ましい。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。
【００３８】
また、本発明においては、観察光学系は、第１の透明基板での外光の屈折をキャンセルするための第２の透明基板を有していることが望ましい。この場合、観察者が観察光学系を介して観察する外界像に歪みが生じるのを防止することができる。
【００３９】
また、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】
【００４０】
本発明によれば、左右のそれぞれにおいて、光源は光学瞳と略共役に配置され、光軸調整手段は、観察光学系に対する光学瞳の位置を変更することなく、光軸調整を行うことが可能となる。これにより、設計光学瞳の位置での光強度を光軸調整後も実現することができ、光軸調整による光学瞳位置での観察映像の輝度低下を回避することができる。また、観察光学系において収差の発生を抑えるように設計されている部分を利用して、表示素子からの映像光を光学瞳に導くことができるので、光軸調整に起因して収差が発生するのを抑えることができ、収差の発生による観察映像の画質低下を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
〔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。まず、本実施形態では、本発明の映像表示装置において、光軸調整の原理を中心に説明する。
【００４２】
図１は、本実施形態の右眼用の映像表示装置１Ｒおよび左眼用の映像表示装置１Ｌにおいて、表示素子１４の表示領域の中心から出射される光の光路を展開して示す説明図である。また、図２は、映像表示装置１Ｒ・１Ｌの光源１１から出射される光の光路を展開して示す説明図である。
【００４３】
本実施形態の映像表示装置１は、表示映像の光をそれぞれ観察者の右眼および左眼にそれぞれ導く映像表示装置１Ｒ・１Ｌで構成されている。映像表示装置１Ｒ・１Ｌは、光源１１と、集光レンズ１３と、表示素子１４と、光軸調整手段１５と、接眼光学系２１とをそれぞれ有している。つまり、映像表示装置１は、光源１１と、集光レンズ１３と、表示素子１４と、光軸調整手段１５と、接眼光学系２１とを左右一対で有している。
【００４４】
光源１１は、例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各波長の光を出射するＬＥＤで構成されている。集光レンズ１３は、光源１１からの光を集光して表示素子１４に導く照明光学系である。表示素子１４は、光源１１からの光を変調して映像を表示する光変調素子であり、例えば透過型の液晶表示素子で構成されている。
【００４５】
光軸調整手段１５は、表示素子１４に表示される映像と接眼光学系２１との相対的な位置関係を変更することにより、左右一対の光軸のなす角度を調整するものである。以下、左右一対の光軸のなす角度の調整のことを光軸調整と言う。なお、光軸とは、ここでは、表示素子１４の表示領域の中心と接眼光学系２１の主点とを光学的に結ぶ軸を指す。本実施形態では、光軸調整手段１５は、接眼光学系２１に対して表示素子１４の位置を、光軸と交差する方向（光軸に垂直な方向、略垂直な方向、斜め方向を含む）に調整することによって、上記位置関係を変更し、光軸調整を行う。
【００４６】
より具体的には、光軸調整手段１５は、表示素子１４を保持する保持部１５ａを有している。この保持部１５ａは、光軸と交差する方向（ここでは表示素子１４の表示面と略平行方向）にスライド可能となっており、最終的には表示素子１４などを収容する筐体に固定される。このように保持部１５ａをスライドさせて表示素子１４の位置を調整することにより、表示素子１４に表示される映像と接眼光学系２１との相対的な位置関係を、光軸と交差する方向において変更することができる。
【００４７】
接眼光学系２１は、表示素子１４に表示された映像の光を光学瞳Ｅに導く観察光学系であり、光学的に正のパワーを有している。なお、接眼光学系２１は、レンズに替えて、ホログラム光学素子、ハーフミラー、自由曲面プリズムのいずれを有していてもよい。
【００４８】
光源１１と光学瞳Ｅとは、集光レンズ１３と接眼光学系２１とによって略共役となるように配置されている。したがって、光路中に拡散板などの光路を変更する部材が無ければ、光源１１の像が光学瞳Ｅ上に結像されることになる。
【００４９】
上記構成の映像表示装置１Ｒ・１Ｌのそれぞれにおいて、光源１１から出射された光は集光レンズ１３にて集光され、表示素子１４に導かれる。表示素子１４に入射した光は、表示素子１４の各画素を透過する際に、画素で少し拡散され、映像光として出射される。表示素子１４からの映像光は、接眼光学系２１を介して光学瞳Ｅに導かれる。光学瞳Ｅは、光源１１の大きさが光学系の像倍率により拡大され、さらに表示素子１４での上記拡散によって少し大きくなる結果、ある程度の大きさを有する。
【００５０】
なお、光源１１と光学瞳Ｅとの位置関係は略共役であるが、表示素子１４を透過する光の各画素での拡散の度合いが大きいほど、光源１１と光学瞳Ｅとは共役とはならず、光源１１の像は光学瞳Ｅ上では鮮明には結像されなくなる。一方、上記拡散が小さいほど両者は共役に近くなり、光源１１からの出射光の強度分布が保存される。
【００５１】
光源１１と光学瞳Ｅとが略共役となる位置関係にある場合、光軸調整手段１５によって表示素子１４の位置を光軸と交差する方向に調整し、表示素子１４に表示される映像と接眼光学系２１との相対的な位置関係を変更することにより、接眼光学系２１に対する光学瞳Ｅの位置を変更することなく光軸調整を行うことができる。図１および図２では、例えば映像表示装置１Ｌの表示素子１４の位置を光軸と交差する方向にずらす前の光路（実線）とずらした後の光路（破線）とを示しているが、接眼光学系２１に対する光学瞳Ｅの位置は、表示素子１４の位置をずらす前後で変化していないことがわかる。
【００５２】
このように、光軸調整手段１５によって接眼光学系２１に対する光学瞳Ｅの位置を変更することなく光軸調整を行うことができるので、最初に設計された光学瞳Ｅの位置にて光強度が高くなるように装置が元々設計されている場合でも、その光学瞳Ｅの位置での光強度を光軸調整後も実現することができる。したがって、光軸調整による光学瞳Ｅの位置での観察映像の輝度低下を回避することができる。
【００５３】
また、接眼光学系２１に対する光学瞳Ｅの位置を変更することなく光軸調整を行うことにより、接眼光学系２１において収差の発生を抑えるように設計されている部分から遠く離れた部分を利用せずに、表示素子１４からの映像光を光学瞳Ｅに導くことができる。つまり、接眼光学系２１において光学収差が良好となる光路を通った映像光を光学瞳Ｅに導くことができる。
【００５４】
なお、図１および図２では、光軸調整の前後で、表示素子１４からの映像光が接眼光学系２１に入射する位置、およびその光が接眼光学系２１から出射される位置が大きく異なるように描いてあるが、これは、表示素子１４の移動により、接眼光学系２１に対する光学瞳Ｅの位置を変更することなく光軸調整を行う本発明の原理をわかりやすく説明するためにそのように描いているのであって、実際には、表示素子１４の移動による上記両者の位置の変化は、光軸調整の前後で微小量と考えてよい。
【００５５】
このように、接眼光学系２１において収差の発生を抑えるように設計されている部分を利用して、表示素子１４からの映像光を光学瞳Ｅに導くことができるので、光軸調整に起因して収差が発生するのを抑えることができ、収差の発生による観察映像の画質低下を回避することができる。
【００５６】
また、光源１１からの光は、集光レンズ１３で集光されて表示素子１４に導かれるので、光の利用効率を上げることができ、観察者に明るい映像を提供することができる。また、集光レンズ１３を配置することによって、光源１１と表示素子１４との距離を短くすることができ、装置を小型、軽量にすることができる。
【００５７】
なお、図１および図２では、光軸調整手段１５は、左右一対設けられているが、左右の少なくとも一方に設けられていればよい。
【００５８】
また、本実施形態では、光軸調整を表示素子１４の位置の調整によって行っているが、表示素子１４に表示させる映像の表示位置を表示面内で変更することによって行ってもよい。このとき、表示素子１４が光軸調整前の表示映像よりも広い映像表示領域を有していれば、光軸調整後（表示位置の移動後）も表示すべき映像を全部表示させることができる。
【００５９】
ところで、以上では、光源１１から出射された光（ＬＥＤの１点から発光した光）が表示素子１４を通過するときに発散光となるように光源１１を配置した例について説明したが、表示素子１４を通過するときに収束光となるように光源１１を配置してもよい。
【００６０】
図３は、光源１１と集光レンズ１３の主点との距離を図１の場合よりも広げた映像表示装置１Ｒ・１Ｌにおいて、表示素子１４の表示領域の中心から出射される光の光路を展開して示す説明図である。また、図４は、図３の構成の映像表示装置１Ｒ・１Ｌの光源１１から出射される光の光路を展開して示す説明図である。なお、これらの図では、実線が光軸調整前の光路を示し、破線が光軸調整後の光路を示している。
【００６１】
この構成では、光源１１は集光レンズ１３の焦点位置よりも遠い位置に配置されることになるが、この場合であっても、光軸調整手段１５によって接眼光学系２１に対する光学瞳Ｅの位置を変更することなく光軸調整を行うことができる。したがって、図１および図２の構成の場合と同様に、光軸調整による映像輝度の低下や画質低下を回避することができる。
【００６２】
なお、光源１１と集光レンズ１３の主点との距離を図１および図２の場合と同じとし、パワーの強い集光レンズ１３を用いることによって、表示素子１４からの映像光を収束光とする構成としてもよい。
【００６３】
また、光源１１から出射された光が表示素子１４を通過するときに平行光となるように各構成部材を配置してもよい。図５は、光源１１を集光レンズ１３の焦点位置に配置した映像表示装置１Ｒ・１Ｌにおいて、表示素子１４の表示領域の中心から出射される光の光路を展開して示す説明図である。また、図６は、図５の構成の映像表示装置１Ｒ・１Ｌの光源１１から出射される光の光路を展開して示す説明図である。なお、これらの図では、実線が光軸調整前の光路を示し、破線が光軸調整後の光路を示している。
【００６４】
表示素子１４を平行光で照明する場合、光源１１と集光レンズ１３とを表示素子１４と一体的に形成し、これらを接眼光学系２１に対して光軸と交差する方向に移動させることにより、接眼光学系２１に対する光学瞳Ｅの位置を変更することなく光軸調整を行うことができる。したがって、この場合であっても、光軸調整による映像輝度の低下や画質低下を回避することができる。
【００６５】
なお、表示素子１４のみを光軸と交差する方向に移動させることにより、接眼光学系２１に対する光学瞳Ｅの位置を変更することなく光軸調整を行うこともできる。上記のように、光源１１と集光レンズ１３とを表示素子１４と一体的に形成してこれらを一体的に移動させる構成では、光学設計の自由度が制限されるので、その点では、表示素子１４のみを移動させて光軸調整を行う構成のほうが望ましい。
【００６６】
また、図７は、集光レンズ１３を設けずに光源１１が表示素子１４を直接照明する構成とした映像表示装置１Ｒ・１Ｌにおいて、表示素子１４の表示領域の中心から出射される光の光路を展開して示す説明図である。また、図８は、図７の構成の映像表示装置１Ｒ・１Ｌの光源１１から出射される光の光路を展開して示す説明図である。なお、これらの図では、実線が光軸調整前の光路を示し、破線が光軸調整後の光路を示している。
【００６７】
この構成では、図１ないし図６のように光路中に集光レンズ１３を設けないので、低コストで装置を構成することができる。また、光源１１からの光が集光レンズ１３で集光されないので、図１ないし図６の構成のものに比べて、観察される映像が少し暗く、光源１１と光学瞳Ｅとを略共役に配置するために光源１１と表示素子１４との間隔が長くなり、装置が少し大きくなる。しかし、表示素子１４を接眼光学系２１に対して光軸と交差する方向に移動させることにより、接眼光学系２１に対する光学瞳Ｅの位置を変更することなく光軸調整を行うことができる点に変わりはない。したがって、図７および図８の構成であっても、光軸調整による映像輝度の低下や画質低下を回避することができる。
【００６８】
〔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する。そして、各構成について実施の形態１では言及しなかった点については適宜説明を加える。本実施形態の映像表示装置１は、基本的な構成は実施の形態１と同じであり、これをさらに具体化したものである。
【００６９】
（１．映像表示装置の構成について）
図９は、映像表示装置１（１Ｒ・１Ｌ）の概略の構成を示す断面図であり、図１０は、映像表示装置１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１は、光源１１と、一方向拡散板１２と、集光レンズ１３と、表示素子１４と、光軸調整手段１５と、接眼光学系２１とを有している。図９に示すように、光源１１、一方向拡散板１２、集光レンズ１３および表示素子１４は、筐体１０内に収容されており、接眼光学系２１の一部（後述する接眼プリズム２２の一部）は、筐体１０内に位置している。
【００７０】
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１４の表示領域の中心と、接眼光学系２１によって形成される設計時の光学瞳Ｅの中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とする（実施の形態２では軸非対称な光学系を用いており主点を明確にできていないので光軸の定義を変える）。そして、光源１１から光学瞳Ｅまでの光路を展開したときの光軸方向をＺ方向とする。また、接眼光学系２１の後述するホログラム光学素子２４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２４への光軸の入射面とは、ホログラム光学素子２４に入射する光の光軸とホログラム光学素子２４にて反射される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。
【００７１】
光源１１は、本実施形態では、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）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１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂ（図１０参照）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。各発光部１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂは、一方向拡散板１２による拡散の大きい方向であるＸ方向に並んでいる（図１０参照）。これにより、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。
【００７２】
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１１をＬＥＤで構成することにより、安価で小型の映像表示装置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。
【００７３】
一方向拡散板１２は、光源１１からの出射光を拡散させるものであるが、その拡散度は、方向によって異なっている。より詳細には、一方向拡散板１２は、Ｘ方向には入射光を約４０゜拡散させ、Ｙ方向には入射光を約０．５゜拡散させる。また、一方向拡散板１２は光源１１側の面を光学的に平坦な面とし、集光レンズ１３側の面を凹凸により拡散する凹凸面としている。それゆえ、光源１１からの発散光が一方向拡散板１２の平坦な面で屈折されてやや集光された状態で拡散されるので、集光状態が少し保存される。したがって、一方向拡散板１２は凸レンズの機能を若干有しており、一方向拡散板１２への入射光は光学瞳Ｅの形成に必要な方向に若干屈折する。
【００７４】
集光レンズ１３は、光源１１からの光を集光して表示素子１４に導く照明光学系である。この集光レンズ１３は、一方向拡散板１２にて拡散された光をＹ方向に集光するシリンダレンズで構成されており、その拡散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。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。このように、光学瞳Ｅは、一方向（Ｘ方向）には人間の瞳（３ｍｍ程度）よりも大きい６ｍｍの大きさなので、観察者は映像を観察しやすい。一方、光学瞳Ｅは、他の方向（Ｙ方向）には人間の瞳よりも小さい２ｍｍの大きさなので、光源１１からの光は上記方向においては光学瞳Ｅに無駄なく集光する。これにより、観察者は、明るい映像を観察することができる。
【００７５】
表示素子１４は、光源１１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、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液晶表示素子で構成されている。表示素子１４の各画素には、光源１１から出射される光の透過を、上記光の波長に応じて制限するカラーフィルタ（透過波長制限フィルタ）が設けられている。カラーフィルタは、３原色に対応する３種類のフィルタからなり、それぞれのフィルタにおいて光源１１からの出射光のうちでＲＧＢの３原色に対応した波長のいずれかの光を透過させる一方、残りの光の透過を制限する。
【００７６】
このように表示素子１４がカラーフィルタを有しており、光源１１からの光を画像データに応じて変調してカラーフィルタを介して出射させることにより、表示素子１４は、カラー映像を表示することが可能となる。表示素子１４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。
【００７７】
接眼光学系２１は、表示素子１４にて表示された映像の光を観察者の瞳（または光学瞳Ｅ）に導く観察光学系であり、接眼プリズム２２（第１の透明基板）と、偏向プリズム２３（第２の透明基板）と、ホログラム光学素子２４とを有して構成されている。
【００７８】
接眼プリズム２２は、表示素子１４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２４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２３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２２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２２は、その下端部に配置されるホログラム光学素子２４を挟むように、偏向プリズム２３と接着剤で接合されている。
【００７９】
偏向プリズム２３は、平面視で略Ｕ字型の平行平板で構成されており、接眼プリズム２２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２２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２３を接眼プリズム２２に接合することにより、観察者が接眼光学系２１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。
【００８０】
つまり、例えば、接眼プリズム２２に偏向プリズム２３を接合させない場合、外光は接眼プリズム２２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２２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２２に偏向プリズム２３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２２の楔状の下端部を透過するときの屈折を偏向プリズム２３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。
【００８１】
なお、接眼プリズム２２および偏向プリズム２３の各面（光入射面、光出射面）は、平面であってもよいし、球面であってもよい。接眼プリズム２２および偏向プリズム２３の各面を曲面とすれば、接眼光学系２１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。
【００８２】
ホログラム光学素子２４は、表示素子１４から出射される映像光（３原色に対応した波長の光）を回折し、表示素子１４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２４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。また、ホログラム光学素子２４は、表示素子１４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２４を介して、表示素子１４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。なお、本実施形態におけるホログラム光学素子２４の作製方法については後述する。
【００８３】
（２．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１の動作について説明する。光源１１から出射された光は、一方向拡散板１２にて拡散され、集光レンズ１３にて集光されて表示素子１４に入射する。表示素子１４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、カラーフィルタを介して映像光として出射される。つまり、表示素子１４には、カラー映像が表示される。
【００８４】
表示素子１４からの映像光は、接眼光学系２１の接眼プリズム２２の内部にその上端面から入射し、対向する２つの面で複数回全反射されて、ホログラム光学素子２４に入射する。ホログラム光学素子２４に入射した光は、そこで回折反射されて光学瞳Ｅに達する。光学瞳Ｅの位置では、観察者は、表示素子１４に表示された映像の拡大虚像を観察することができる。
【００８５】
一方、接眼プリズム２２および偏向プリズム２３は、外光をほとんど全て透過させるので、観察者は外界像を観察することができる。したがって、表示素子１４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。
【００８６】
以上のように、映像表示装置１では、表示素子１４から出射される映像光を、接眼プリズム２２内での全反射によってホログラム光学素子２４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２２および偏向プリズム２３の厚さを３ｍｍ程度にすることができ、映像表示装置１を小型化、軽量化することができる。また、表示素子１４からの映像光を内部で全反射させる接眼プリズム２２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。
【００８７】
（３．光軸調整について）
本実施形態においても、実施の形態１と同様に、光軸調整手段１５は、接眼光学系２１に対して表示素子１４の位置を光軸と交差する方向に調整することにより、表示素子１４に表示される映像と接眼光学系２１との相対的な位置関係を変更する。このため、光軸調整手段１５は、表示素子１４を保持する保持部１５ａを有している。この保持部１５ａは、表示素子１４を保持したまま、光軸と交差する方向（ここでは表示素子１４の表示面（ＸＹ平面）と略平行方向）にスライド可能となっている。
【００８８】
また、本実施形態においても、実施の形態１と同様に、光源１１は、集光レンズ１３と接眼光学系２１とにより、光学瞳Ｅと略共役となるように配置されている。したがって、保持部１５ａを上記方向に例えばΔｙだけスライドさせて表示素子１４の位置を調整し、保持部１５ａを筐体１０に固定することにより、接眼光学系２１に対する光学瞳Ｅの位置を変更することなく光軸調整を行うことができる。その結果、実施の形態１と同様に、光軸調整による映像輝度の低下や画質低下を回避することができる。
【００８９】
特に、本実施形態では、一方向拡散板１２が用いられており、光源１１の放射特性および一方向拡散板１２の拡散特性の両者を考慮して、光軸調整前の光学瞳Ｅの位置にて光強度が高くなるように光学設計されている。ここで、図１１は、光源１１を構成するＲＧＢのＬＥＤの放射特性（放射角と光度との関係）を示すグラフであり、図１２は、一方向拡散板１２の拡散特性（射出角と光強度との関係）を示すグラフである。また、図１３は、光軸調整前の光学瞳Ｅの位置でのある波長（例えばＲ光）の光強度の分布（輝度分布）を示す説明図である。
【００９０】
このように、光源１１の放射特性や一方向拡散板１２の拡散特性を考慮して、光軸調整前の光学瞳Ｅの位置にて光強度が高くなるように映像表示装置１が設計されている場合でも、光軸調整手段１５は、接眼光学系２１に対する光学瞳Ｅの位置を変更することなく光軸調整を行うことができるので、光強度が高くなるように設定された光学瞳Ｅの位置でのその光強度を光軸調整後も実現することができる。したがって、光軸調整による、光学瞳Ｅの位置での観察映像の輝度低下を回避することができる。
【００９１】
（４．ホログラム光学素子の作製方法について）
次に、本実施形態のホログラム光学素子２４の作製方法について、簡単に説明すれば以下の通りである。図１４は、ホログラム光学素子２４の作製に用いられる光学系の概略の構成を示す断面図である。
【００９２】
まず、接眼プリズム２２における偏向プリズム２３との貼り合わせ面にホログラム感光材料２４ａを塗布する。なお、ここでは、ホログラム感光材料２４ａは、作製時に用いる２光束の照射範囲よりも広い範囲にわたって接眼プリズム２２上に塗布されているものとする。そして、ホログラム感光材料２４ａが塗布された接眼プリズム２２を、図１４に示す光学系の所定の位置に配置する。
【００９３】
上記光学系においては、図示しない光源からのレーザー光は、２つの光束に分岐され、それぞれ、ＲＧＢの３色を発光する点光源３１・４１に変換されている。点光源３１からの出射光（作製２光束のうちの一方）は、絞り３２を介してホログラム感光材料２４ａにその裏面側（接眼プリズム２２側）から照射される。なお、ホログラム感光材料２４ａに対する上記出射光の照射範囲は、作製されたホログラム光学素子２４の再生時に照射される光のうちで光学的に性能の良好な中心光束のみを回折させる範囲である。
【００９４】
一方、点光源４１からの出射光は、製造光学系４２、絞り４３および反射ミラー４４を順に介してホログラム感光材料２４ａにその表面側（接眼プリズム２２とは反対側）から照射される。上記出射光が製造光学系４２を介してホログラム感光材料２４ａに照射されることで、形成するホログラム光学素子２４に軸非対称な正のパワーを持たせることができる。なお、ホログラム感光材料２４ａに対する上記出射光の照射範囲は、作製されたホログラム光学素子２４の再生時に照射される光のうちで光学的に性能の良好な中心光束のみを回折させる範囲である。
【００９５】
これら２光束の照射により、ホログラム感光材料２４ａにおける２光束の照射範囲の重畳部分に干渉縞が記録され、ホログラム光学素子２４が作製される。その後、ベイク処理および定着処理を行い、ホログラム光学素子２４が形成された接眼プリズム２２と、偏向プリズム２３（図９参照）とを貼り合わせることで、接眼光学系２１が完成する。
【００９６】
上記の光学系においては、絞り３２・４３によって点光源３１・４１の開口数（出射光の光束径）が制限されるので、ホログラム感光材料２４ａ上で作製２光束を同じ大きさにすることができ、ホログラム光学素子２４の再生時に照射される光のうちで光学的に性能の良好な中心光束が照射される範囲にだけホログラム光学素子２４を作製することができる。また、作製２光束が互いに同じ範囲で干渉するので、一方のレーザー光だけでの干渉が発生しにくく、不要な干渉縞がホログラム感光材料２４ａに記録されない。したがって、フレアやゴーストの発生しにくい光学的に性能が良好なホログラム光学素子２４を作製することができ、高画質な映像を観察者に提供することができる。
【００９７】
さらに、作製時に用いられる２光束は、対応する点光源３１・４１から出射される光の発散角を絞り３２・４３で制限することによって形成されているので、接眼プリズム２２上でのホログラム光学素子２４の大きさを低コストで容易にかつ確実に制御することができる。
【００９８】
また、点光源３１は、光学瞳Ｅの近傍に配置される。このようにホログラム光学素子２４の作製時の点光源３１の位置と光学瞳Ｅの位置とを略一致させることにより、映像表示色を画面の位置によらず同じにすることができる。また、再生時にホログラム光学素子２４にて回折されて光学瞳Ｅに到達する光の波長は、その光学瞳Ｅの位置によって異なる。しかし、本実施形態では、光軸調整手段１５が接眼光学系２１に対する光学瞳Ｅの位置を変更することなく光軸調整を行うので、光軸調整によって光学瞳Ｅに到達する光の波長が変化することはなく、色再現性を良好に保つことができる。
【００９９】
なお、逆に、光学瞳Ｅの位置を調整すれば、光学瞳Ｅに到達する光の波長を調整することができることになるが、この点については後述する。
【０１００】
（５．色再現領域を広げることができる効果について）
本実施形態では、光源１１およびホログラム光学素子２４の特性を適切に設定することにより、映像表示装置１の表示映像（虚像）の色再現領域を広げることができる。以下、この点について説明する。
【０１０１】
図１５は、光源１１の分光強度特性、すなわち、出射光の波長と光強度との関係を示す説明図である。光源１１は、例えば、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（例えば日亜化学製）である。ここで、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。なお、図１５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。
【０１０２】
つまり、本実施形態では、光源１１におけるＢＧＲの光強度のピーク波長をそれぞれλ１B、λ１G、λ１Rとすると、λ１B＝４６２ｎｍであり、λ１G＝５２５ｎｍであり、λ１R＝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Δλ１B、Δλ１G、Δλ１Rとすると、Δλ１B＝２４ｎｍであり、Δλ１G＝３４ｎｍであり、Δλ１R＝２２ｎｍである。
【０１０３】
光源１１のＲＧＢの光強度は、ホログラム光学素子２４の回折効率や、表示素子１４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。
【０１０４】
このように、光源１１は、光強度がピークとなる波長が複数存在する光を出射するので、光源１１からの光を表示素子１４にて変調し、接眼光学系２１を介して観察者の瞳に導くことにより、観察者はカラー映像を観察することができる。
【０１０５】
一方、図１６は、ホログラム光学素子２４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２４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１６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。
【０１０６】
すなわち、本実施形態のホログラム光学素子２４では、Ｂ光の回折効率のピーク波長λ２Bは４６５ｎｍであり、Ｇ光の回折効率のピーク波長λ２Gは５２１ｎｍであり、Ｒ光の回折効率のピーク波長λ２Rは６３４ｎｍである。また、ホログラム光学素子２４では、Ｂ光の回折効率半値の波長幅Δλ２Bは１０ｎｍであり、Ｇ光の回折効率半値の波長幅Δλ２Gは１０ｎｍであり、Ｒ光の回折効率半値の波長幅Δλ２Rは１０ｎｍである。
【０１０７】
ホログラム光学素子２４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２２、ホログラム光学素子２４および偏向プリズム２３を介して外界像を通常通り見ることができる。また、ホログラム光学素子２４の回折効率ピークの半値波長幅Δλ２が１０ｎｍと狭いので、観察者は明るい映像を観察することができ、かつ、外界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。このような効果は、ＲＧＢの各色について、Δλ２が５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であれば得ることができる。
【０１０８】
本実施形態では、光源１１におけるＢＧＲの光強度半値の波長幅Δλ１（Δλ１B、Δλ１G、Δλ１R）は、２０ｎｍ以上と広いので、ホログラム光学素子２４におけるＢＧＲの各色についての回折効率半値の波長幅Δλ２（Δλ２B、Δλ２G、Δλ２R）を２０ｎｍ未満とする（Δλ１＞Δλ２とする）ことにより、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広げることができる。
【０１０９】
ここで、図１７は、ＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標を用いて表される虚像の色再現領域を示している。同図中、実線Ａ１は、本実施形態の映像表示装置１、すなわち、カラーフィルタを有する表示素子１４と、ホログラム光学素子２４と、ＲＧＢ一体型の3-in-1ＬＥＤで構成される光源１１とを有する映像表示装置における色再現領域を示している。また、一点鎖線Ａ２は、カラーフィルタを有する表示素子１４と、ホログラム光学素子２４と、白色光源（白色ＬＥＤ）とを有する映像表示装置における色再現領域を示している。なお、上記映像表示装置は、後述する実施の形態４の映像表示装置でもある。
【０１１０】
一方、破線Ａ３は、カラーフィルタを有する表示素子１４と、ホログラム光学素子２４を用いない接眼光学系と、ＲＧＢ一体型の3-in-1ＬＥＤで構成される光源１１とを有する映像表示装置における色再現領域を示している。また、二点鎖線Ａ４は、カラーフィルタを有する表示素子１４と、ホログラム光学素子２４を用いない接眼光学系と、白色光源（白色ＬＥＤ）とを有する映像表示装置における色再現領域を示している。なお、ホログラム光学素子２４を用いない接眼光学系としては、例えば自由曲面プリズムがある。
【０１１１】
同図より、色再現領域は、破線Ａ３や二点鎖線Ａ４に比べて、実線Ａ１および一点鎖線Ａ２のほうが広い。このことから、回折効率半値の波長幅Δλ２が１０ｍｍ程度のホログラム光学素子２４を用いることにより、色純度を高くして、色再現領域を広げることができると言える。特に、実線Ａ１で示すように、光源１１としてＲＧＢ一体型のものを用いることで、光源１１を白色光源で構成する場合よりも色再現領域を広げることができる。
【０１１２】
（６．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２４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２４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。
【０１１３】
まず、ホログラム光学素子２４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２４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２４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。
【０１１４】
したがって、ホログラム光学素子２４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）。
【０１１５】
ここで、図１８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Ｂ１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Ｂ２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。
【０１１６】
したがって、回折波長の変化が大きいＹ方向に光学瞳Ｅを小さく形成することにより、回折波長の変化の範囲が狭くなるので、光学瞳Ｅ上での色ムラを低減することができる。また、入射面に垂直な方向に光学瞳Ｅを大きく形成しても、色純度の高い映像を観察者に提供することができる。
【０１１７】
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。
【０１１８】
また、光源１１は、光軸入射面に垂直なＸ方向では、一方向拡散板１２により拡散されるので、光学瞳Ｅとは共役ではないが、光軸入射面に平行なＹ方向においては、光学瞳Ｅと略共役である。これにより、光源１１の光利用効率を高くするとともに、色再現性の高い映像を提供することができる。
【０１１９】
また、上述したように、光源１１の３つの発光部１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂは、一方向拡散板１２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１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂ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２４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１１Ｒ・１１Ｇ・１１Ｂ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１１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。
【０１２０】
また、入射面に平行な方向では、ホログラム光学素子２４の波長選択性が高いので、入射面に平行な方向では、光学瞳Ｅの位置ズレで色再現領域の変化が大きい。しかし、本実施形態では、光軸調整を行っても光学瞳Ｅの位置が変更されないので、光軸調整による色再現領域の変化はない。つまり、光軸調整による色再現領域の変化がないという効果は、入射面に垂直な方向よりも入射面に平行な方向（波長選択性の高い方向）で大きい。
【０１２１】
（７．光源位置の調整による瞳位置の調整について）
次に、光源１１の位置の調整による光学瞳Ｅの位置の調整について説明する。
図１９は、本実施形態の映像表示装置１の他の構成例を示すとともに、各映像表示装置１Ｒ・１Ｌにおいて、表示素子１４の表示領域の中心から出射される光の光路を展開して示す説明図である。また、図２０は、上記構成の映像表示装置１Ｒ・１Ｌの光源１１から出射される光の光路を展開して示す説明図である。
【０１２２】
映像表示装置１Ｒ・１Ｌは、光源位置調整機構１６をさらに有している。この光源位置調整機構１６は、光源１１の位置を（光軸と交差する方向に）調整することによって光学瞳Ｅの位置を変更するものであり、光源１１を保持する保持部１６ａを有している。この保持部１６ａは、光源１１を保持したまま、光軸と交差する方向にスライド可能となっている。したがって、保持部１６ａを上記方向にスライドさせて、光源１１の位置を調整し、所定の位置で筐体１０（図９参照）に固定することにより、図１９および図２０に示すように、左右一対の光軸のなす角度を変更せずに、光学瞳Ｅの位置を光軸と交差する方向に調整することが可能となる。
【０１２３】
このように、光源位置調整機構１６によって、光軸調整手段１５による光軸調整とは無関係に（左右一対の光軸のなす角度を変更せずに）光学瞳Ｅの位置を変更することができるので、例えば光源１１やホログラム光学素子２４の製造誤差、装置のメカ誤差（設計誤差）に起因して、所望の波長の光が到達する位置以外の位置に光学瞳Ｅが形成されている場合でも、左右一対の光軸の位置関係を崩さずに（一対の光軸のなす角度を一定に保ったまま）、所望の波長の光が到達する位置に光学瞳Ｅを位置させることができる。したがって、製造誤差等に起因して光学瞳Ｅの位置がずれている場合でも、光源１１の位置調整による瞳位置の移動により、所望の色の映像を観察者に確実に観察させることができる。
【０１２４】
特に、光源１１の位置調整と光軸調整とが互いに影響しあうことがないので、瞳位置の調整が容易であり、また、光学部材の精度や装置の設計精度もあまり高く要求しなくて済むので、低コストで映像表示装置１を実現することができる。
【０１２５】
また、上述のように、光軸入射面に平行な方向では、ホログラム光学素子２４の波長選択性が高いので、上記方向における光学瞳Ｅの位置の変更により、光学瞳Ｅに導かれる映像光の波長を容易に変更することができ、色再現性の高い映像を観察者に提供することができる。なお、光軸入射面に垂直な方向においても、ホログラム光学素子２４の波長選択性はあるが、大きくないので、光学瞳Ｅの位置の変更による波長の変化は少ない。
【０１２６】
また、ホログラム光学素子２４は、特定の入射角で入射する特定波長の光を回折させるので、光源１１の位置を調整することによって、ホログラム光学素子２４に入射する光の入射角と波長とを最適に調整して明るい映像を提供することができる。
【０１２７】
なお、ここでは、光源位置調整機構１６によって光源１１のみを光軸と交差する方向に移動させ、光学瞳Ｅの位置を調整する構成としているが、集光レンズ１３を光軸と交差する方向に移動させて、光学瞳Ｅの位置を調整する構成としてもよい。ただし、この場合、表示素子１４の表示範囲に対して集光レンズ１３が移動するため、集光レンズ１３を少し大きく設定する必要がある。
【０１２８】
〔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、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。
【０１２９】
図２１は、本実施形態の映像表示装置１（１Ｒ・１Ｌ）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１１が２つの光源群１１Ｐ・１１Ｑで構成されている点以外は、実施の形態２と同様の構成である。つまり、本実施形態においても、実施の形態２と同様の光軸調整手段１５が設けられている。以下、実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。
【０１３０】
図２２は、本実施形態における光源１１を表示素子１４側から見たときの平面図を示している。光源１１の光源群１１Ｐは、ＲＧＢの各色光を出射する３つの発光部１１Ｒ1・１１Ｇ1・１１Ｂ1を有するＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されている。また、光源群１１Ｑも同様に、ＲＧＢの各色光を出射する３つの発光部１１Ｒ2・１１Ｇ2・１１Ｂ2を有するＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されている。つまり、光源１１は、ＲＧＢの光を出射する３つの発光部を２組有している。
【０１３１】
各光源群１１Ｐ・１１Ｑの各発光部は、ホログラム光学素子２４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１１Ｒ1・１１Ｒ2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１１Ｇ1・１１Ｇ2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１１Ｂ1・１１Ｂ2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１１Ｐ・１１Ｑ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。
【０１３２】
このように、各発光部を各色ごとに上記入射面に対して面対称に配置することにより、同じ色についての２つの発光部（例えば１１Ｒ1と１１Ｒ2）からの出射光の光強度を足し合わせたトータルの光強度の重心を、ＲＧＢの各色ともに対称面内（上記入射面内）に位置させることができる。つまり、ＲＧＢの各色ともにその強度分布を、対称面を中心にしてＸ方向に対称にすることができる。これにより、光学瞳Ｅの中心において色ムラの少ない映像を観察者に提供することができる。
【０１３３】
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。
【０１３４】
ところで、光源１１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１１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１１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。
【０１３５】
したがって、以上のことをまとめると、結局、光源１１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。
【０１３６】
また、光源１１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１１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。
【０１３７】
また、ホログラム光学素子２４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Δλ２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１１Ｐ・１１Ｑ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。
【０１３８】
回折効率ピークの波長をλ、ホログラム光学素子２４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１１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２４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。
【０１３９】
一方、光源１１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、一方向拡散板１２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、一方向拡散板１２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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
図２３は、光学瞳ＥにおけるＸ方向の瞳位置と光強度との関係を示す説明図である。なお、光強度は、同じ色については相対値で示されている。また、同図中の１１Ｒ1・１１Ｒ2・１１Ｇ1・１１Ｇ2・１１Ｂ1・１１Ｂ2で示される曲線は、それぞれ発光部１１Ｒ1・１１Ｒ2・１１Ｇ1・１１Ｇ2・１１Ｂ1・１１Ｂ2から出射される光に対応している。
【０１４２】
上述したように、ホログラム光学素子２４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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
また、光源群１１Ｐ・１１Ｑの各発光部は、一方向拡散板１２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。
【０１４６】
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１１Ｐ・１１Ｑで光源１１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２４は、光源１１の他の構成例を示すものであって、光源１１を表示素子１４側から見たときの平面図を示している。
【０１４７】
このように光源１１は、ＲＧＢの光を出射する発光部１１Ｒ1・１１Ｒ2・１１Ｇ1・１１Ｇ2・１１Ｂ1・１１Ｂ2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２４の構成のほうが望ましい。
【０１４８】
〔実施の形態４〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、実施の形態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。
【０１４９】
図２５は、本実施形態に係る映像表示装置１（１Ｒ・１Ｌ）の概略の構成を示す断面図である。本実施形態の映像表示装置１は、光源１１を、青色光または紫外光で蛍光体を励起して白色を発光する白色光源（白色ＬＥＤ）で構成するとともに、接眼光学系２１を接眼光学系５１に置き換えた以外は、実施の形態２と全く同様の構成である。つまり、本実施形態においても、実施の形態２と同様の光軸調整手段１５が設けられている。以下、実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。
【０１５０】
接眼光学系５１（観察光学系）は、透明な基板５２上にホログラム光学素子２４が形成されたものである。基板５２は、筐体１０と支持体５３を介して連結されている。ホログラム光学素子２４は、上述の実施の形態と同様に、軸非対称な正のパワーを有しており、回折効率ピークおよびその半値波長幅で４６５±５ｎｍ、５２１±５ｎｍ、６３４±５ｎｍの波長域の映像光を回折するように作製されている。なお、本実施形態におけるホログラム光学素子２４の作製方法の詳細については後述する。
【０１５１】
上記の構成において、光源１１から出射された光は、一方向拡散板１２にて拡散され、集光レンズ１３にてＹ方向に集光されて表示素子１４を照明し、表示素子１４にて変調される。表示素子１４からの映像光は、ホログラム光学素子２４にて回折されて光学瞳Ｅに導かれる。このとき、ホログラム光学素子２４は、光軸入射面に平行な方向よりも光軸入射面に垂直な方向に大きく形成されており、光源１１と光学瞳Ｅとはほぼ共役な関係となるように設定されているので、光学瞳Ｅは、光源１１の発光部の大きさ（例えばｘ＝３ｍｍ、ｙ＝０．５ｍｍ）が光学系の像倍率３倍に拡大され、さらに表示素子１４で約１°の拡散により少し大きくなる結果、ｘ＝１０ｍｍ、ｙ＝２．５ｍｍの大きさとなっている。
【０１５２】
以上のように、本実施形態では、光源１１として白色光源を用いているので、ＲＧＢの各色を混ぜる必要がなく、光源１１と光学瞳Ｅとを略共役に配置して明るい映像を提供することが可能となる。
【０１５３】
また、光学瞳Ｅは、一方向（Ｘ方向）において人間の瞳（３ｍｍ程度）よりも大きいので、観察者は映像を観察しやすい。さらに、他の方向（Ｙ方向）においては、人間の瞳とほぼ同じ大きさの光学瞳Ｅに集光しているので、無駄なく明るい映像を観察者に提供することができる。
【０１５４】
また、ホログラム光学素子２４を基板５２上に貼り付けて接眼光学系５１を構成する本実施形態では、表示素子１４からの映像光を直接ホログラム光学素子２４に入射させるので、ホログラム光学素子２４に記録された干渉縞への光の入射角を、実施の形態２の構成よりも小さくすることができる。
【０１５５】
より具体的には、実施の形態２の構成では、ホログラム光学素子２４に入射する光の入射角は、媒質中で例えば２５°〜３５°くらいであるが、本実施形態の構成では、上記入射角を媒質中で例えば１０°〜１５°くらいにすることができる。これにより、実施の形態２に比べて、入射角の変化による波長選択性の影響が小さく、色ズレが少ない。したがって、実施の形態２よりも大きい光学瞳Ｅで、なおかつ、色純度が高く、色再現領域の広い映像を表示することができる。
【０１５６】
また、本実施形態の映像表示装置１における色再現領域は、図１７で示した一点鎖線Ａ２で示される領域である。この色再現領域は、破線Ａ３や二点鎖線Ａ４に比べて広いことがわかる。したがって、本実施形態の映像表示装置１においても、色純度を高くして、色再現領域を広げることができる。
【０１５７】
次に、本実施形態におけるホログラム光学素子２４の作製方法について説明する。図２６は、本実施形態のホログラム光学素子２４の作製に用いられる光学系の概略の構成を示す断面図である。
【０１５８】
まず、基板５２上にホログラム感光材料２４ａを塗布する。なお、ここでは、ホログラム感光材料２４ａは、作製２光束の照射範囲よりも広い範囲にわたって基板５２上に塗布されているものとする。そして、ホログラム感光材料２４ａが塗布された基板５２を、図２６に示す光学系の所定の位置に配置する。
【０１５９】
上記光学系においては、図示しない光源からのレーザー光は、２つの光束に分岐されてそれぞれ点光源６１・７１に変換されている。点光源６１からの出射光（作製２光束のうちの一方）は、絞り６２、製造光学系６３および絞り６４を順に介して、基板５２上のホログラム感光材料２４ａにその表面側（基板５２とは反対側）から照射される。上記出射光が製造光学系６３を介してホログラム感光材料２４ａに照射されることで、形成するホログラム光学素子２４に軸非対称な正のパワーを持たせることができる。なお、ホログラム感光材料２４ａに対する上記出射光の照射範囲は、再生光のうちで中心光束のみを回折させる範囲である。
【０１６０】
一方、点光源７１からの出射光は、絞り７２にてその光束径を制限され、基板５２上のホログラム感光材料２４ａにその裏面側（基板５２側）から照射される。なお、ホログラム感光材料２４ａに対する上記出射光の照射範囲は、再生光のうちで中心光束のみを回折させる範囲である。
【０１６１】
これら２光束の照射により、ホログラム感光材料２４ａにおける２光束の照射範囲の重畳部分に干渉縞が記録され、ホログラム光学素子２４が作製される。その後、ベイク処理および定着処理を行うことによって、接眼光学系５１が完成する。
【０１６２】
上記の光学系においては、絞り６２・６４・７２によって点光源６１・７１の開口数（出射光の光束径）が制限されるので、ホログラム感光材料２４ａ上で作製２光束を同じ大きさにすることができ、再生光のうちで光学的に性能の良好な中心光束が照射される範囲にだけホログラム光学素子２４を作製することができる。また、作製２光束が互いに同じ範囲で干渉するので、一方のレーザー光だけでの干渉が発生しにくく、不要な干渉縞がホログラム感光材料２４ａに記録されない。したがって、フレアやゴーストの発生しにくい光学的に性能が良好なホログラム光学素子２４を作製することができ、高画質な映像を観察者に提供することができる。
【０１６３】
さらに、作製時に用いられる２光束は、対応する点光源６１・７１から出射される光の発散角を絞り６２・６４・７２で制限することによって形成されているので、基板５２上でのホログラム光学素子２４の大きさを低コストで容易にかつ確実に制御することができる。
【０１６４】
また、点光源６１からの出射光の光束径は、２つの絞り６２・６４で制限されているが、まず、絞り６２で制限されることで、製造光学系６３の端部などで反射や拡散する不要な光が発生するのを抑えることができる。そして、上記出射光の光束径が絞り６４で制限されることにより、製造光学系６３で発生した面間反射などの不要な光がホログラム感光材料２４ａに到達するのを抑えることができる。
【０１６５】
また、点光源７１は、光学瞳Ｅの近傍に配置される。このようにホログラム光学素子２４の作製時の点光源７１の位置と光学瞳Ｅの位置とを略一致させることにより、映像表示色を画面の位置によらず同じにすることができる。また、再生時にホログラム光学素子２４にて回折されて光学瞳Ｅに到達する光の波長は、その光学瞳Ｅの位置によって異なる。しかし、本実施形態では、光軸調整手段１５が接眼光学系５１に対する光学瞳Ｅの位置を変更することなく光軸調整を行うので、光軸調整によって光学瞳Ｅに到達する光の波長が変化することはなく、色再現性を良好に保つことができる。
【０１６６】
〔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１ないし４と同一の構成には同一の部材番号を付記する。そして、各構成について実施の形態１ないし４では言及しなかった点については適宜説明を加える。
【０１６７】
図２７は、本実施形態に係る映像表示装置１（１Ｒ・１Ｌ）の概略の構成を示す断面図である。本実施形態の映像表示装置１は、光源１１と、一方向拡散板１２と、表示素子１４’と、光軸調整手段１５と、光路折り曲げ部材１７と、第１の偏光板１８（偏光子）と、第２の偏光板１９（検光子）と、第３の偏光板２０と、接眼光学系２１とを有している。接眼光学系２１以外の光学部材は、筐体１０内に収容されているが、この筐体１０は、接眼光学系２１の一部（同図では接眼プリズム２２）に支持されている。以下、上述した各実施形態とは異なる部分を中心に説明する。
【０１６８】
光源１１は、ＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されており、ＲＧＢの各波長はホログラム光学素子２４にて回折反射される光の波長とほぼ一致している。本実施形態では、後述するように、表示素子１４’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。また、後述する光路折り曲げ部材１７の光学パワーがＸ方向には無いので、光源１１と光学瞳ＥとはＹ方向で略共役となっている。
【０１６９】
表示素子１４’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、表示素子１４’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。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、表示素子１４’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。
【０１７０】
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、後述する光路折り曲げ部材１７から表示素子１４’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、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映像表示装置１を実現することができる。
【０１７１】
なお、表示素子１４’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１４’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。
【０１７２】
光軸調整手段１５は、各実施の形態と同様の機能を持つものであるが、本実施形態では、表示素子１４’の基板を裏面側から保持する保持枠１５ｂ（保持部）を有している。この保持枠１５ｂは、光軸と交差する方向（ここでは表示素子１４’の表示面と略平行方向）にスライド可能となっており、最終的には筐体１０に固定される。このように保持枠１５ｂをスライドさせて表示素子１４’の位置を調整することにより、表示素子１４’に表示される映像と接眼光学系２１との相対的な位置関係を、光軸と交差する方向において変更することができる。
【０１７３】
光路折り曲げ部材１７は、光源１１から出射された光を反射させて表示素子１４’に導く反射ミラーであり、光源１１から表示素子１４’に至る光路を折り曲げる機能を有している。本実施形態では、光路折り曲げ部材１７は、光源１１からの光をＹ方向にのみ集光するシリンドリカル凹面ミラーで構成されており、表示素子１４’から接眼光学系２１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、光路折り曲げ部材１７は、光源１１と光路折り曲げ部材１７とで上記光路を挟むような位置に設けられている。
【０１７４】
第１の偏光板１８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）を透過させて光路折り曲げ部材１７に導くとともに、光路折り曲げ部材１７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）を透過させて表示素子１４’に導く。
【０１７５】
第２の偏光板１９は、入射光のうちで第１の偏光板１８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２２に導くものであり、接眼プリズム２２において、表示素子１４’からの光が入射する面に貼り付けられている。
【０１７６】
このような第２の偏光板１９を配置することで、光源１１から接眼プリズム２２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１９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。
【０１７７】
第３の偏光板２０は、光源１１から出射される光のうちで、第１の偏光板１８を透過する光と同じ偏光方向の光（ここではＰ偏光）を透過させて光路折り曲げ部材１７に導くものである。この第３の偏光板２０は、表示素子１４’から接眼光学系２１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。
【０１７８】
このような第３の偏光板２０を配置することで、光源１１から出射された光のうち、第２の偏光板１９を透過できる偏光方向の光（Ｓ偏光）を、第３の偏光板２０で予めカットすることができる。つまり、第３の偏光板２０を配置することで、Ｓ偏光が光源１１から直接接眼光学系２１に到達したり、第１の偏光板１８の表面で反射して接眼光学系２１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。
【０１７９】
上記の構成において、光源１１からＲＧＢの各色光が時分割で出射されると、各色光（例えばＰ偏光）は、まず第３の偏光板２０を透過し、次いで第１の偏光板１８および一方向拡散板１２を透過し、光路折り曲げ部材１７にて反射される。そして、光路折り曲げ部材１７にて反射された光（Ｐ偏光）は、再び一方向拡散板１２および第１の偏光板１８を透過して表示素子１４’に入射する。
【０１８０】
表示素子１４’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）となって表示素子１４’から出射される。このとき、表示素子１４’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。表示素子１４’からの出射光（ＲＧＢごとの映像光）は、光源１１から光路折り曲げ部材１７に至る光路を横切って接眼光学系２１に到達し、第２の偏光板１９を透過して、接眼プリズム２２に入射する。
【０１８１】
接眼プリズム２２では、入射した映像光が接眼プリズム２２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２２の下端に配置されたホログラム光学素子２４まで導かれ、そこで反射されて光学瞳Ｅに達する。したがって、この光学瞳Ｅの位置では、観察者は、表示素子１４’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。
【０１８２】
一方、接眼プリズム２２、偏向プリズム２３およびホログラム光学素子２４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。表示素子１４’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。
【０１８３】
以上のように、本実施形態の映像表示装置においても、光軸調整手段１５が設けられているので、光軸調整による光学瞳Ｅの位置での観察映像の輝度低下および画質低下を回避することができる。
【０１８４】
また、反射型の表示素子１４’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。
【０１８５】
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１４’を反射型強誘電液晶表示素子で構成することにより、上述した時分割駆動方式を採用することができる。
【０１８６】
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。
【０１８７】
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。また、時分割駆動方式を採用する表示素子１４’は、カラーフィルタを有していないので、光の透過率が高く、明るい映像を表示することができる。
【０１８８】
また、反射型の表示素子１４においては、上述のように開口率が高いため、各画素を透過する際の光の拡散が少ない。したがって、光源１１と光学瞳ＥとをＹ方向で確実に略共役とすることができる。
【０１８９】
〔実施の形態６〕
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１ないし５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。本実施形態では、上述の各実施形態の映像表示装置が適用されるヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤとも称する）について説明する。
【０１９０】
図２８（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２８（ｂ）は、ＨＭＤの側面図であり、図２８（ｃ）は、ＨＭＤの正面図である。ＨＭＤは、観察者の右眼の前および左眼の前に配置される２個の映像表示装置１Ｒ・１Ｌと、それらを支持する支持手段２とを有している。
【０１９１】
映像表示装置１Ｒ・１Ｌ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、上述した各実施形態で説明した構成を採ることができる。図２８（ｃ）で示す映像表示装置１Ｒ・１Ｌにおいて、眼鏡の右眼用レンズおよび左眼用レンズに相当する部分は、接眼プリズム２２と偏向プリズム２３との貼り合わせによって構成されている。
【０１９２】
支持手段２は、映像表示装置１Ｒ・１Ｌを観察者の右眼および左眼の前でそれぞれ支持するものであり、ブリッジ３と、フレーム４と、テンプル５と、鼻当て６と、ケーブル７と、外光透過率制御手段８とを有している。鼻当て６および外光透過率制御手段８は、ブリッジ３に支持されている。なお、フレーム４、テンプル５および鼻当て６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４Ｒ、左フレーム４Ｌ、右テンプル５Ｒ、左テンプル５Ｌ、右鼻当て６Ｒ、左鼻当て６Ｌのように表現するものとする。
【０１９３】
映像表示装置１Ｒ・１Ｌは、ブリッジ３で連結されている。右テンプル５Ｒは、右フレーム４Ｒに回動可能に支持されており、この右フレーム４Ｒを介して映像表示装置１Ｒとブリッジ３との連結側とは反対側で連結されている。同様に、左テンプル５Ｌは、左フレーム４Ｌに回動可能に支持されており、この左フレーム４Ｌを介して映像表示装置１Ｌとブリッジ３との連結側とは反対側で連結されている。
【０１９４】
ケーブル７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１Ｒ・１Ｌに供給するための配線であり、右テンプル５Ｒ、右フレーム４Ｒおよびブリッジ３に沿って設けられている。外光透過率制御手段８は、外光（外界像の光）の透過率を制御するために設けられており、映像表示装置１Ｒ・１Ｌよりも前方（観察者とは反対側）に位置している。
【０１９５】
観察者がＨＭＤを使用するときは、右テンプル５Ｒおよび左テンプル５Ｌ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６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１Ｒ・１Ｌにて映像を表示すると、観察者は、映像表示装置１Ｒ・１Ｌの各表示映像を虚像として両眼でそれぞれ観察できるとともに、この映像表示装置１Ｒ・１Ｌを介して外界像をシースルーで観察することができる。
【０１９６】
このとき、外光透過率制御手段８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１Ｒ・１Ｌ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８における外光透過率は、映像表示装置１Ｒ・１Ｌ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。
【０１９７】
このように、本実施形態のＨＭＤは、映像表示装置１Ｒ・１Ｌと、各映像表示装置１Ｒ・１Ｌを観察者の眼前で支持する支持手段２とを有しており、各映像表示装置１Ｒ・１Ｌが支持手段２にて支持されるので、観察者は映像表示装置１Ｒ・１Ｌ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。
【０１９８】
なお、本実施形態では、映像表示装置１Ｒ・１ＬをＨＭＤに適用した例について説明したが、例えばヘッドアップディスプレイに適用することも可能である。
【０１９９】
なお、各実施の形態で説明した構成や手法を適宜組み合わせて映像表示装置やＨＭＤを構成することも勿論可能である。
【産業上の利用可能性】
【０２００】
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】
【０２０１】
【図１】本発明の実施の一形態に係る右眼用および左眼用の各映像表示装置において、表示素子の表示領域の中心から出射される光の光路を展開して示す説明図である。
【図２】上記各映像表示装置の光源から出射される光の光路を展開して示す説明図である。
【図３】上記各映像表示装置の他の構成例において、表示素子の表示領域の中心から出射される光の光路を展開して示す説明図である。
【図４】上記構成の各映像表示装置の光源から出射される光の光路を展開して示す説明図である。
【図５】上記各映像表示装置のさらに他の構成例において、表示素子の表示領域の中心から出射される光の光路を展開して示す説明図である。
【図６】上記構成の各映像表示装置の光源から出射される光の光路を展開して示す説明図である。
【図７】上記各映像表示装置のさらに他の構成例において、表示素子の表示領域の中心から出射される光の光路を展開して示す説明図である。
【図８】上記構成の各映像表示装置の光源から出射される光の光路を展開して示す説明図である。
【図９】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１０】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１１】上記映像表示装置の光源として用いられるＬＥＤの放射特性を示すグラフである。
【図１２】上記映像表示装置の一方向拡散板の拡散特性を示すグラフである。
【図１３】光軸調整前の光学瞳の位置でのある波長の光強度の分布を示す説明図である。
【図１４】上記映像表示装置のホログラム光学素子の作製に用いられる光学系の概略の構成を示す断面図である。
【図１５】上記光源の分光強度特性を示す説明図である。
【図１６】上記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１７】ＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標を用いて表される虚像の色再現領域を示す説明図である。
【図１８】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１９】上記映像表示装置の他の構成例において、各映像表示装置の表示素子の表示領域の中心から出射される光の光路を展開して示す説明図である。
【図２０】上記構成の各映像表示装置の光源から出射される光の光路を展開して示す説明図である。
【図２１】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２２】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２３】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２４】上記光源の他の構成例を示すとともに、その光源を表示素子側から見たときの平面図である。
【図２５】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２６】上記映像表示装置のホログラム光学素子の作製に用いられる光学系の概略の構成を示す断面図である。
【図２７】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２８】（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、ＨＭＤの側面図であり、（ｃ）は、ＨＭＤの正面図である。
【図２９】従来の映像表示装置において、左右の光学系の一方の概略の構成を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【０２０２】
１      映像表示素子
１Ｒ    映像表示素子
１Ｌ    映像表示素子
２      支持手段
１１      光源
１３      集光レンズ（照明光学系）
１４      表示素子
１４’    表示素子
１５      光軸調整手段
１６      光源位置調整機構
２１      接眼光学系（観察光学系）
２２      接眼プリズム（第１の透明基板）
２３      偏向プリズム（第２の透明基板）
２４      ホログラム光学素子
５１      接眼光学系（観察光学系）
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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【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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