映像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ
【課題】眼幅調整機構のない簡易な構成で、眼幅の異なる観察者に対して、明るい、高画質の映像を観察させる。
【解決手段】左右のＬＣＤの両方を白色無地映像の表示状態にしたとき、観察瞳ＥR・ＥLには、眼幅方向の位置によって像の色が異なる瞳内色分布がそれぞれある。そして、観察瞳ＥR・ＥLの各中心近傍に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒ・Ｌは同一色であり、観察瞳ＥR・ＥLの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒ・Ｌは互いに異なる色である。これにより、眼幅の異なる観察者ごとに、左右で異なる色の像を観察させて、両眼視によって色ムラを低減した良好な映像を観察させることができる。したがって、個々の瞳内での色ムラを小さくする努力が軽減され、拡散板の拡散度を上げる必要もなくなる。
【解決手段】左右のＬＣＤの両方を白色無地映像の表示状態にしたとき、観察瞳ＥR・ＥLには、眼幅方向の位置によって像の色が異なる瞳内色分布がそれぞれある。そして、観察瞳ＥR・ＥLの各中心近傍に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒ・Ｌは同一色であり、観察瞳ＥR・ＥLの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒ・Ｌは互いに異なる色である。これにより、眼幅の異なる観察者ごとに、左右で異なる色の像を観察させて、両眼視によって色ムラを低減した良好な映像を観察させることができる。したがって、個々の瞳内での色ムラを小さくする努力が軽減され、拡散板の拡散度を上げる必要もなくなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、右眼用の映像表示ユニットＲと、左眼用の映像表示ユニットＬとを備え、個々のユニットに映像を表示してそれらを観察者に両眼で観察させる映像表示装置と、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】
ＨＭＤにおいて、両眼に対応して設けられる映像表示素子の個々の表示映像を、眼幅の異なる観察者が良好に観察するためには、例えば特許文献１のように、眼幅調整機構を設ける方法がある。この眼幅調整機構は、左右の接眼レンズを鼻当てに対して近接または離反する方向に別々に移動させて、左右の眼の位置に合わせるようにするものである。
【０００３】
しかし、眼幅調整機構を設ける構成は、装置の大型化、重量化を招くため、コンパクトで軽量な映像表示装置やＨＭＤを実現することを阻害する要因となる。また、使用する観察者ごとに眼幅調整機構で左右の接眼レンズの位置を調整する必要があるため、使い勝手があまりよくない。
【０００４】
そこで、眼幅調整機構を設けずに、眼幅方向の観察瞳を大きくすることにより、眼幅の異なる観察者に映像を良好に観察させる手法もある。一般的には、拡散手段を用いて眼幅方向に照明光を大きく拡散させることにより、横方向に瞳を拡大することができるが、例えば特許文献２では、回折光学素子での回折によって眼幅方向に複数の観察瞳を作ることにより、横方向に瞳を拡大するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２７６４６７号公報
【特許文献２】特許第３６２３２６５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、眼幅方向に観察瞳を広げるために、拡散手段の拡散度を高くすると、光源から出射される光の利用効率が悪くなり、観察される映像が暗くなる。特に、複数波長の照明光源を用いてカラー映像を観察者に観察させる場合、複数波長の発光部の位置の違い等により、観察される映像に色ムラが生じるが、このような色ムラを無くすためには、各色の光全てを同程度に大きく拡散させる必要があるため、観察される映像がより暗くなることが懸念される。一方、拡散手段の拡散度を低くすると、明るい映像が得られるが、上記の色ムラを低減することができない。また、眼幅方向に複数の観察瞳を作る特許文献２の手法では、１つ１つの瞳での映像が暗くなる。
【０００７】
つまり、観察瞳を眼幅方向に広げる方法では、観察される映像が暗くなるとともに、眼幅の異なる観察者ごとに色ムラを低減した高画質の映像を観察させることができない。
【０００８】
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、眼幅調整機構のない簡易な構成で、眼幅の異なる観察者に対して、明るい、高画質の映像を観察させることができる映像表示装置と、その映像表示装置を備えたＨＭＤとを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の映像表示装置は、右眼用の映像表示ユニットＲと、左眼用の映像表示ユニットＬとを備えた映像表示装置であって、映像表示ユニットＲは、光源Ｒと、光源Ｒからの光を各画素ごとに透過または反射させることによって映像を表示する映像表示素子Ｒと、映像表示素子Ｒからの映像光を観察瞳Ｒに導く接眼光学系Ｒとを備えており、映像表示ユニットＬは、光源Ｌと、光源Ｌからの光を各画素ごとに透過または反射させることによって映像を表示する映像表示素子Ｌと、映像表示素子Ｌからの映像光を観察瞳Ｌに導く接眼光学系Ｌとを備えており、右眼および左眼で観察される像をそれぞれ観察像Ｒおよび観察像Ｌとすると、両方の映像表示素子Ｒおよび映像表示素子Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌには、眼幅方向の位置によって像の色が異なる瞳内色分布がそれぞれあり、かつ、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの各中心近傍に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒおよび観察像Ｌは、同一色であり、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒおよび観察像Ｌは、互いに異なる色であることを特徴としている。
【００１０】
上記の構成によれば、映像表示ユニットＲでは、光源Ｒからの光が映像表示素子Ｒにて各画素ごとに変調され、そこから映像光として出射され、接眼光学系Ｒを介して観察瞳Ｒに導かれる。同様に、映像表示ユニットＬでは、光源Ｌからの光が映像表示素子Ｌにて各画素ごとに変調され、そこから映像光として出射され、接眼光学系Ｌを介して観察瞳Ｌに導かれる。これにより、観察者の右眼および左眼を観察瞳Ｒ・Ｌにそれぞれ位置させれば、観察者は映像表示素子Ｒ・Ｌに表示された映像の虚像を右眼および左眼の両眼で観察することが可能となる。
【００１１】
また、両方の映像表示素子Ｒおよび映像表示素子Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳Ｒ・Ｌには瞳内色分布（瞳内色ムラ）がそれぞれあり、観察瞳Ｒ・Ｌの各中心近傍に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒ・Ｌは、同一色であり、観察瞳Ｒ・Ｌの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒ・Ｌは、互いに異なる色である。これにより、瞳内色分布の変化の方向を左右で同一方向にする、つまり、観察瞳Ｒ・Ｌ内の像の色の変化の仕方を互いに同一にすることができ、設計眼幅距離（設計時の観察瞳Ｒ・Ｌの中心間距離）とは異なる眼幅距離の観察者に対して、左右で異なる色の像を観察させることが可能となる。例えば、観察瞳Ｒ・Ｌ内の像の色が、両者とも、左から右方向に、「青っぽい白」、「白」、「赤っぽい白」というように変化している場合、眼幅距離が小さい観察者は、左眼では「赤っぽい白」の像を観察像Ｌとして、右眼では「青っぽい白」の像を観察像Ｒとして観察することになる。
【００１２】
このように、設計眼幅距離とは異なる眼幅距離の観察者に対して、左右で異なる色の像を両眼で観察させることで、左右の像を足し合わせて、観察瞳Ｒ・Ｌの中心での像の色（上記の例では「白」）に近い映像を観察させることができる。これにより、個々の観察瞳Ｒ・Ｌ内では色ムラが大きくても、設計眼幅距離とは異なる眼幅距離の観察者は、あたかも色ムラの小さな映像表示装置で観察しているかのように映像を良好に観察することができる。したがって、個々の瞳内での色ムラを小さくする努力が軽減される。
【００１３】
個々の瞳内での色ムラを小さくするためには、例えば拡散板を用いてその拡散度を上げる方法があるが、本発明では、拡散度の高い拡散板を用いる必要がなくなる。また、設計眼幅距離とは異なる眼幅の観察者に対して左右で異なる色の像を観察させるので、従来のような眼幅調整機構を設けたり、観察瞳Ｒ・Ｌをそれぞれ複数の瞳で構成して眼幅方向に広げる必要もなくなる。その結果、本発明によれば、眼幅調整機構のない簡易な構成で、高画質で明るい映像を、設計眼幅距離とは異なる眼幅距離の観察者に観察させることが可能となる。
【００１４】
また、本発明の映像表示装置においては、両方の映像表示素子Ｒおよび映像表示素子Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒおよび観察像Ｌよりも、これらの観察像Ｒおよび観察像Ｌを足し合わせてできる観察像Ｂのほうが、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの各中心での像の色に近いことが望ましい。
【００１５】
この場合、観察者は、両眼観察時に、片眼観察時に観察される像の色よりも観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの中心での像の色に近い映像を視認することができる。
【００１６】
また、本発明の映像表示装置においては、両方の映像表示素子Ｒおよび映像表示素子Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌにおける瞳内色分布をＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標で表したとき、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの各々において、眼幅方向両端での色度Ｘ座標値の差および色度Ｙ座標値の差の少なくとも一方は、０．０５以上であることが望ましい。
【００１７】
この場合、観察瞳Ｒ・Ｌ内に、眼幅方向の位置によって像の色が異なる色ムラが確実に発生する。これにより、設計眼幅距離とは異なる眼幅距離の観察者に対して、左右の眼で互いに異なる色の像を観察させることが確実に可能となり、両眼での観察像として、片眼での観察像よりも、観察瞳Ｒ・Ｌの中心での像の色に近い映像を観察させることができる。
【００１８】
また、本発明の映像表示装置においては、両方の映像表示素子Ｒおよび映像表示素子Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察像Ｒおよび観察像Ｌの観察画面内の色分布をＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標で表したとき、観察瞳Ｒ内および観察瞳Ｌ内のいずれの位置に右眼および左眼が位置しても、観察像Ｒおよび観察像Ｌの色分布の色度Ｘ座標値および色度Ｙ座標値の取り得る範囲は、両者とも０．０３以下の範囲であることが望ましい。
【００１９】
この場合、観察瞳Ｒ・Ｌ内のいずれの位置に右眼および左眼が位置しても、観察像Ｒ・Ｌには色の違いとして認識可能なレベルの色ムラがなく、観察者は個々の観察像Ｒ・Ｌとして色ムラのない良好な映像を観察することができる。
【００２０】
また、本発明の映像表示装置においては、両方の映像表示素子Ｒおよび映像表示素子Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌは、互いに同じ瞳内色分布を持って眼幅方向に並んでいることが望ましい。
【００２１】
この場合、観察瞳Ｒ・Ｌの各中心近傍に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒ・Ｌを同一色とし、観察瞳Ｒ・Ｌの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒ・Ｌを互いに異なる色とすることができる。これにより、設計眼幅距離とは異なる眼幅距離の観察者に対して、左右で異なる色の像を両眼で観察させて、観察瞳Ｒ・Ｌの中心での像の色に近い映像を観察させることができる。
【００２２】
また、本発明の映像表示装置においては、光源Ｒおよび光源Ｌは、異なる波長の光を出射する複数の発光部でそれぞれ構成されており、光源Ｒおよび光源Ｌにおいて、各発光部は、観察者の眼幅方向に同じ順で並んで配置されている構成であってもよい。
【００２３】
この構成では、映像表示素子Ｒ・Ｌを同じように駆動したときでも（例えば映像表示素子Ｒ・Ｌの各画素を全て光透過状態にしたときでも）、各発光部の位置の違いや、各発光部から出射される光の強度分布の違い等により、観察瞳Ｒ・Ｌ内に同じ色ムラを生じさせることが可能となる。これにより、設計眼幅距離とは異なる眼幅距離の観察者に対して、左右で異なる色の像を両眼で観察させて、観察瞳Ｒ・Ｌの中心での像の色に近い映像を観察させることができる。
【００２４】
また、本発明の映像表示装置においては、複数の発光部は、３原色に対応した波長の光をそれぞれ出射する構成であってもよい。この場合、映像表示素子Ｒ・Ｌにてカラー映像を表示することが可能となり、両眼観察時に観察者にカラー映像を観察させることが可能となる。
【００２５】
また、本発明の映像表示装置においては、映像表示ユニットＲおよび映像表示ユニットＬのそれぞれにおいて、光源と観察瞳とは、各発光部が並ぶ方向に垂直な方向において略共役であってもよい。
【００２６】
この場合、左右の映像表示ユニットＲ・Ｌのそれぞれにおいて、各発光部が並ぶ方向とは垂直方向においては、光源からの光を効率よく観察瞳に導くことができ、観察瞳の位置にて明るい映像を観察者に観察させることが可能となる。
【００２７】
また、本発明の映像表示装置においては、映像表示ユニットＲおよび映像表示ユニットＬのそれぞれにおいて、接眼光学系は体積位相型の反射型ホログラム光学素子を含んでおり、映像表示素子からの映像光をホログラム光学素子によって拡大反射して観察者の眼に虚像として導くとともに、ホログラム光学素子を透過した外界像の光を観察者の眼に導く構成であってもよい。
【００２８】
この場合、ホログラム光学素子（以下、ＨＯＥとも称する）により、映像表示素子からの映像光と外界像の光とが同時に観察者の眼に導かれるので、外界像に映像を重ねて観察できるシースルー型の映像表示装置が構成される。このとき、ＨＯＥが接眼光学系を兼ねるので、装置を小型軽量にすることができる。また、体積位相型の反射型のＨＯＥは、回折効率の半値波長幅が狭いので、外界像の光の透過率が高くなり、外界像を明瞭に観察することができる。
【００２９】
また、本発明の映像表示装置においては、映像表示ユニットＲおよび映像表示ユニットＬのそれぞれにおいて、ホログラム光学素子は、回折効率が極大値となる複数の回折ピーク波長を持ち、それぞれの回折ピーク波長に対して、映像表示素子の中心から出射されて観察瞳の中心に入射する主光線の回折ピーク波長をλ０とし、映像表示素子の周辺部から出射されて観察瞳の中心に入射する主光線の回折ピーク波長をλｘとすると、
０．９８≦（λｘ／λ０）≦１．０２
であることが望ましい。
【００３０】
この構成では、λｘ／λ０の値が１に近く、λｘとλ０とのずれが小さいので、つまり、観察画角の中心と端部とにおける回折ピーク波長の差が小さいので、観察者は、観察像Ｒ・Ｌ内の色ムラを非常に小さく観察することができる。
【００３１】
また、本発明の映像表示装置においては、映像表示ユニットＲおよび映像表示ユニットＬのそれぞれにおいて、接眼光学系は、ホログラム光学素子を埋設した接合光学部材を含んでおり、映像表示素子からの映像光を、接合光学部材の入射面より入射させ、内部で複数回全反射してホログラム光学素子に導く構成であってもよい。
【００３２】
このように接合光学部材の内部での全反射を用いた構成とすることにより、接合光学部材を小型軽量にすることができる。また、映像表示素子を視野の周辺に配置することが可能となり、広い外界視野角を確保することができる。
【００３３】
また、本発明の映像表示装置においては、上記ホログラム光学素子は、映像表示素子に表示された映像を拡大する正の非軸対称な光学的パワーを有していてもよい。この場合、接眼光学系を小型にできるとともに、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。
【００３４】
また、本発明の映像表示装置においては、映像表示ユニットＲおよび映像表示ユニットＬのそれぞれにおいて、光源は、発光ダイオードで構成されていることが望ましい。この場合、光源であるＬＥＤの発光波長とＨＯＥの回折波長とを合わせるようにすれば、明るい映像を観察者に提供できる。
【００３５】
また、本発明の映像表示装置においては、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備えていることを特徴としている。
【００３６】
上記の構成によれば、２つの映像表示ユニットＲ・Ｌを有する映像表示装置が支持手段によって観察者の眼前で支持されるので、観察者はハンズフリーとなり、外界像および映像表示素子での表示映像を虚像として両眼で観察しながら、空いた手で所望の作業を行うことができる。また、観察者の観察方向が一方向に定まるので、観察者は暗環境でも表示映像を探しやすいという利点もある。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、眼幅の異なる観察者に対して、左右で異なる色の像を観察させることにより、拡散度の高い拡散板や眼幅調整機構を用いない簡易な構成で、高画質で明るい映像を観察者に観察させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
〔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。
（１．ＨＭＤについて）
図２（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２（ｂ）は、ＨＭＤの側面図であり、図２（ｃ）は、ＨＭＤの正面図である。ＨＭＤは、映像表示装置１と、それを支持する支持手段２とを有しており、全体として、一般の眼鏡のような外観となっている。
【００３９】
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り、右眼用の映像表示ユニット１Ｒと、左眼用の映像表示ユニット１Ｌとで構成されている。図２（ｃ）で示す映像表示ユニット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、後述する接眼プリズム２２および偏向プリズム２３（ともに図３参照）の貼り合わせによって構成されている。なお、映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌの詳細な構成については後述する。
【００４０】
支持手段２は、映像表示ユニット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。
【００４１】
ブリッジ３は、映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌを連結している。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を介して映像表示ユニット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を介して映像表示ユニット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。
【００４２】
ケーブル７は、外部信号（例えば映像信号、制御信号）や電力を映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌに並列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。なお、外光透過率制御手段８は、必要に応じて設けられればよい。
【００４３】
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、映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌにて映像を表示すると、観察者は、映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌの各表示映像を虚像として右眼および左眼でそれぞれ観察できるとともに、この映像表示ユニット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。
【００４４】
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、観察者は映像表示ユニット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、映像表示ユニット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。
【００４５】
（２．映像表示ユニットについて）
次に、上述した映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌの詳細について説明する。なお、映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌの基本的な構成は同じであるので、以下では、映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌの構成について、左右を区別せずに説明することとする。なお、特に左右を区別して説明する場合は、右を示す“Ｒ”や左を示す“Ｌ”の符号を付記し（特許請求の範囲でも同様）、その符号の前に必要に応じて部材番号を付記するものとする。
【００４６】
図３は、映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌの概略の構成を示す断面図であり、図４は、映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌにおける光の光路を展開して示す説明図である。映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌは、映像表示部１１と、接眼光学系２１とでそれぞれ構成されている。映像表示部１１は、光源１２と、一方向拡散板１３と、集光レンズ１４と、ＬＣＤ１５とを有している。
【００４７】
光源１２は、中心波長が例えば４６５ｎｍ、５２０ｎｍ、６３５ｎｍとなる３つの波長帯域の光を発するＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されており、後述する集光レンズ１４の物側焦点近傍に配置されている。また、光源１２のＲＧＢの各発光部は、例えば、ＨＭＤを観察者が装着したときの眼幅方向（左右方向）に対応する水平方向（図３の紙面に垂直な方向）に並んで配置されている。なお、各発光部の配置位置の詳細については後述する。
【００４８】
一方向拡散板１３は、光源１２からの照明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１３は、光源１２のＲＧＢの各発光部が並ぶ方向（上記水平方向）には、入射光を約２０゜拡散させ、それに垂直な方向（ＨＭＤを観察者が装着したときの上下方向（図３の紙面に平行な方向））には、入射光を約０．２゜拡散させる。集光レンズ１４は、一方向拡散板１３にて拡散された光を集光する照明光学系である。集光レンズ１４は、上記拡散光が効率よく観察瞳（光学瞳）Ｅを形成するように配置されている。
【００４９】
ＬＣＤ１５は、映像信号に基づいて光源１２からの光を各画素ごとに変調することにより、映像を表示する映像表示素子である。なお、本実施形態では、ＬＣＤ１５は、透過型であるが、反射型で構成されていてもよい。この場合、光源１２などの他の光学素子の配置位置を工夫する必要がある。また、ＬＣＤ以外の光変調素子（例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device；米国テキサスインスツルメント社製））を映像表示素子として用いてもよい。
【００５０】
一方、接眼光学系２１は、接合プリズム（接合光学部材）で構成され、テレセントリックな光学系を構成している。この接合プリズムは、光学部材である接眼プリズム２２と偏向プリズム２３とを、光学素子２４を挟んで接合してなっている。
【００５１】
接眼プリズム２２と偏向プリズム２３とは、接着剤で接合されている。接眼プリズム２２は、平行平板の下端部を楔状にし、その上端部を厚くした形状で構成されており、面２２ａ・２２ｂ・２２ｃを有している。面２２ａは、映像表示部１１からの映像光が入射する入射面であり、面２２ｂ・２２ｃは互いに対向する面である。このうち、面２２ｂは、全反射面兼射出面となっている。
【００５２】
偏向プリズム２３は、平行平板の上端部を接眼プリズム２２の下端部に沿った形状とすることによって、接眼プリズム２２と一体となって略平行平板となるように構成されている。接眼プリズム２２に偏向プリズム２３を接合させない場合、外界像の光が接眼プリズム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、外界像の光が接眼プリズム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。
【００５３】
上記の接眼プリズム２２および偏向プリズム２３は、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＭＭＡ（メタクリル酸メチル）等のアクリル系樹脂、あるいはＺＥＯＮＥＸ（登録商標）、アペル（登録商標）等のシクロオレフィン系樹脂で構成されている。これらの有機材料は、透明性が高く、低複屈折であるので、これらの材料で上記の光学部材を構成することにより、良好な光学性能（例えば透過特性）を得ることができる。
【００５４】
また、各光学部材の接合に用いる接着剤は、例えば、光学部材の材料と同じ系列であるアクリル系あるいはシクロオレフィン系の有機材料で構成されている。これは、同系列の材料同士は密着力が高いからである。また、これらの有機材料は、「透明性が高い」、「紫外線・可視光照射により非常に短時間で容易に硬化が可能である」、「同系列なので屈折率が光学部材と似通っており、接合後、接合線部が目立ちにくい」、などの多くの利点を兼ね備えており、光学部材の接合に用いる接着剤として非常に望ましい。このような接着剤としては、例えばＬＣＲ６２９Ｂ（東亞合成株式会社製）やＮＯＡ７６（ノーランドプロダクツ社製）等を用いることができる。
【００５５】
光学素子２４は、例えばハーフミラーで構成されてもよいが、ここでは、特定の入射角で入射する例えば４６５±１０ｎｍ、５２０±１０ｎｍ、６３５±１０ｎｍの３つの波長帯域の光を回折させる体積位相型の反射型ホログラム光学素子（ＨＯＥ）で構成されている。つまり、このＨＯＥは、回折効率が極大値となる複数の回折ピーク波長を持つ。また、それぞれの回折ピーク波長に対して、ＬＣＤ１５の中心から出射されて観察瞳Ｅの中心に入射する主光線の回折ピーク波長をλ０とし、ＬＣＤ１５の周辺部から出射されて観察瞳Ｅの中心に入射する主光線の回折ピーク波長をλｘとすると、ＨＯＥは、０．９８≦（λｘ／λ０）≦１．０２を満たすように作製されている。このようなＨＯＥからなる光学素子２４は、接眼プリズム２２の下端部の傾斜面に貼り付けられており、この結果、接眼プリズム２２と偏向プリズム２３とで挟まれている。
【００５６】
このような映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌの構成により、映像表示部１１の光源１２から出射された光は、一方向拡散板１３にて拡散され、集光レンズ１４にて集光されてＬＣＤ１５に入射する。ＬＣＤ１５に入射した光は、映像信号に基づいて変調され、映像光として出射される。このとき、ＬＣＤ１５には、その映像自体が表示される。
【００５７】
ＬＣＤ１５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（面２２ａ）から入射し、対向する２つの面２２ｂ・２２ｃで複数回全反射されて、光学素子２４に入射する。光学素子２４に入射した光はそこで反射され、面２２ｂを介して射出され、観察瞳Ｅに達する。観察瞳Ｅの位置では、観察者は、ＬＣＤ１５に表示された映像の拡大虚像を観察することができる。観察瞳Ｅから虚像までの距離は数ｍ程度であり、また、虚像の大きさはＬＣＤ１５に表示された映像の１０倍以上である。
【００５８】
一方、接眼プリズム２２、偏向プリズム２３および光学素子２４は、外界からの光をほとんど全て透過させるので、観察者は外界像を観察することができる。したがって、ＬＣＤ１５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。以上のことから、光学素子２４は、映像表示部１１から提供される映像（映像光）と外界像（外光）とを同時に観察者の眼に導くコンバイナとして機能していると言える。
【００５９】
以上のように、映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌのそれぞれにおいて、接眼光学系２１の光学素子２４は、体積位相型の反射型ＨＯＥで構成されており、ＬＣＤ１５からの映像光をＨＯＥによって拡大反射して観察者の眼に虚像として導くとともに、ＨＯＥを透過した外界像の光を観察者の眼に導く。このようにＨＯＥが接眼光学系を兼ねるので、映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌを小型軽量にすることができる。また、体積位相型の反射型のＨＯＥは、回折効率の半値波長幅が狭いので、外界像の光の透過率が高くなり、外界像を明瞭に観察することができる。さらに、ＨＯＥはＬＣＤ１５にて表示された映像を拡大する正の非軸対称な光学的パワーを有しているので、接眼光学系２１を小型に構成しながら、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。
【００６０】
また、光学素子２４は、上述したように特定入射角の特定波長の光のみを回折させる体積位相型の反射型ＨＯＥで構成されているので、ＬＣＤ１５からの映像光が、接眼プリズム２２、偏向プリズム２３および光学素子２４を透過する外界像の光に影響を与えることがない。つまり、体積位相型の反射型ＨＯＥは、波長選択性・角度選択性がともに高いことから、ある限られた波長域の光に対してのみ回折反射作用を及ぼすので、特定波長域の反射光とそれ以外の波長の透過光とを合成するコンバイナ素子としてＨＯＥを機能させることができる。それゆえ、観察者は、光学素子２４を介してＬＣＤ１５の表示映像の虚像を観察しながら、接眼プリズム２２、偏向プリズム２３および光学素子２４を介して外界像を通常通りかつ明瞭に観察することができる。
【００６１】
また、光学素子２４は、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ので、観察者は、ＬＣＤ１５から提供される映像を接眼光学系２１を介して観察することができるのと同時に、接眼光学系２１を介してシースルーで外界像を観察することができる。また、光学素子２４は、接眼プリズム２２および偏向プリズム２３の接合面間に埋設されているので、光学素子２４が外気に触れることがなく、光学素子２４の光学性能を安定に保つことができる。
【００６２】
また、映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌでは、ＬＣＤ１５から出射される映像光を、接眼プリズム２２の面２２ａより内部に入射させ、内部で複数回全反射させて光学素子２４に導く構成としている。これにより、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、接眼光学系２１ひいては映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌを小型化、軽量化することができる。さらに、映像表示部１１を観察者の眼の直前から大きく離れた位置に配置することができ、観察者の外界に対する視野を広く確保することができる。また、接眼プリズム２２内での反射を全反射としているので、接眼プリズム２２の両面（面２２ｂ・２２ｃ）を介して、透過率を落とすことなく外光を透過させて、観察者に外界像を観察させることができる。
【００６３】
また、光源１２としてＬＥＤを用いているので、ＬＥＤの発光波長とＨＯＥの回折波長とを合わせることで、明るい映像を観察者に提供することができる。特に、光源１２がＲＧＢの光を出射するＬＥＤで構成されているので、ＬＥＤ１５にてカラー映像を表示することが可能となり、両眼観察の際でも観察者にカラー映像を観察させることが可能となる。
【００６４】
また、光源１２を集光レンズ１４の物側焦点近傍に配置し、接眼光学系２１をテレセントリックな光学系としているので、光源１２と観察瞳Ｅとは略共役な位置関係にある。ただし、光源１２からの光は一方向拡散板１３で拡散されるので、光源１２と観察瞳Ｅとは一方向拡散板１３の拡散方向、すなわち光源１２の各発光部が並ぶ方向（例えば水平方向）については実際には共役ではないが、上記方向に垂直な方向においては略共役である。これにより、上記垂直方向においては、光源１２からの光を効率よく観察瞳Ｅに導くことができ、観察瞳Ｅの位置にて明るい映像を観察者に観察させることが可能となる。また、観察瞳Ｅにて最も強度の強い位置は、光源１２と共役な位置にほぼ一致するので、ＬＣＤ１５を略平行な光束で照明（ケーラー照明）することになり、光源１２の輝度ムラ・色ムラをＬＣＤ１５の表示画面内で比較的小さくすることができる。
【００６５】
また、映像表示ユニットＲ・Ｌのそれぞれにおいて、光学素子２４を構成するＨＯＥは、上述したように０．９８≦（λｘ／λ０）≦１．０２を満たすように作製されている。このように、λｘ／λ０の値が１に近い場合、λｘとλ０とのずれが小さいので（観察画角の中心と端部とにおける回折ピーク波長の差が小さいので）、観察者は、観察像Ｅ内の色ムラを非常に小さく観察することができる。
【００６６】
なお、光源１２のＲＧＢの３つの発光点（各発光部の位置）が異なるので、本実施形態のように一方向拡散板１３の拡散度が小さいと、観察瞳Ｅ上で色ムラが発生することとなる（図１参照）。しかし、本実施形態では、逆にそのことを利用し、眼幅の異なる観察者の個々に対して、両眼観察像としては色ムラを低減した映像を観察させるようにしている。この点については後述する。
【００６７】
なお、一方向拡散板１３と集光レンズ１４との位置関係は逆であっても構わない。つまり、光源１２からの光を集光レンズ１４にて集光し、一方向拡散板１３にて拡散させてＬＣＤ１５に入射させるようにしても構わない（図８参照）。
【００６８】
（３．光学素子の作製方法について）
次に、上述した光学素子２４の作製方法について簡単に説明する。
光学素子２４を構成するＨＯＥは、例えば、光学フィルムである多層フィルムを接眼プリズム２２上に貼り付け、これをレーザ光で露光することによって作製される。上記の多層フィルムは、ベースフィルム、バリアフィルム、感光性フィルムおよびカバーフィルムがこの順で重なって構成されている。ベースフィルム、バリアフィルム、感光性フィルムおよびカバーフィルムの厚さは、それぞれ例えば５０μｍ、５μｍ、２０μｍ、５０μｍである。
【００６９】
また、感光性フィルムを構成する感光材料としては、フォトポリマー、銀塩材料、重クロム酸ゼラチンなどが挙げられるが、本実施形態では、光学素子２４としてのＨＯＥをドライプロセスで容易に製造可能なフォトポリマーを用いている。特に、感光性フィルムは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色に対応した波長に感度を有する単層または３層のフォトポリマーで構成されている。
【００７０】
上記の多層フィルムを用いた光学素子２４の作製プロセスは、以下の通りである。まず、フィルム原版から多層フィルムを切り出す。このとき、同時に、多層フィルムにおいて、接眼プリズム２２への貼付が必要な領域と、その周囲に形成される領域であって貼付が不要な領域との境界にも切り目を入れる。そして、多層フィルムからカバーフィルムを剥離し、多層フィルムを接眼プリズム２２に対して位置決めした後、ゴムローラによる押し付けにより、接眼プリズム２２の接合面に多層フィルムを貼り付ける。このとき、多層フィルムの感光性フィルム側が接眼プリズム２２側となるようにする。そして、接眼プリズム２２の接合面に貼付必要領域のみが残るように、貼付不要領域を剥離するとともに、貼付必要領域のベースフィルムも剥離する。
【００７１】
最後に、可干渉性のレーザ光を感光性フィルムに２光束で照射し、その２光束の干渉によってＨＯＥを作製する。このとき、レーザ光としてＲＧＢの３色の光を射出するレーザ光源を用いることで、ＲＧＢの３色に対して機能するＨＯＥ、すなわち、ＲＧＢの光を回折反射させるＨＯＥを作製することができる。
【００７２】
（４．色ムラの低減方法について）
次に、本実施形態での観察像の色ムラの低減方法について説明する。なお、その低減方法を実現する映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌの具体的な構成については後述する。
【００７３】
なお、以下での説明の便宜上、映像表示ユニット１ＲのＬＣＤ１５を映像表示素子Ｒとし、その観察瞳Ｅを観察瞳ＥRとする。同様に、映像表示ユニット１ＬのＬＣＤ１５を映像表示素子Ｌとし、その観察瞳Ｅを観察瞳ＥLとする。また、映像表示素子Ｒに映像を表示したときに、観察者の右眼で観察される観察像を観察像Ｒとする。同様に、映像表示素子Ｌに映像を表示したときに、観察者の左眼で観察される観察像を観察像Ｌとする。また、観察像Ｒおよび観察像Ｌを足し合わせてできる、両眼での観察像を観察像Ｂとする。
【００７４】
また、本実施形態では、光源１２としてＲＧＢ一体型のＬＥＤを用いているので、ＲＧＢの全発光部を点灯させて、映像表示素子Ｒ・Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にすると、映像表示素子Ｒ・Ｌには白色無地映像が表示される。このことから、映像表示素子Ｒ・Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にすることを、単に白色表示状態とも称し、特にその両方が白色表示状態であることを強調するときは、両方白色表示状態とも称することとする。
【００７５】
図１は、両方白色表示状態での観察瞳ＥR・ＥL内での色分布の一例を示す説明図である。なお、図１では、観察瞳ＥR・ＥL内の縦線の間隔が狭いほど、白色が赤っぽいまたは青っぽいことを示し、上記間隔が広いほど白色に近いことを示している。両方白色表示状態では、観察瞳ＥR・ＥL内の全領域において色ムラのない白色像が観察されるのが理想であるが、例えばＲＧＢの３色の発光部（ＬＥＤ等）を光源１２が有する場合、実際には３色の発光部の位置の違いや、放射角による強度分布の違い、ＨＯＥの角度選択性などの影響により、観察瞳ＥR・ＥLには、眼幅方向の位置によって像の色が異なる瞳内色分布（色ムラ）がそれぞれ生じる。ここでは、例として、観察瞳ＥR・ＥL内には、両方とも、眼幅方向における左側から右側に向かう方向に、「青っぽい白」、「白」、「赤っぽい白」と連続的に色が変化する色分布が存在している。つまり、観察瞳ＥR・ＥLは、互いに同じ瞳内色分布を持って眼幅方向に並んでいる。
【００７６】
したがって、観察瞳ＥR・ＥLの各中心近傍に観察者の右眼および左眼がそれぞれ位置するとき（眼幅距離（１）参照）、観察像Ｒ・Ｌは、同一色（ともに「白」）となる。また、観察瞳ＥR・ＥLの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士に等距離離れた位置に観察者の右眼および左眼が位置するとき（眼幅距離（２）参照）、観察像Ｒおよび観察像Ｌは、互いに異なる色（観察像Ｒは「青っぽい白」、観察像Ｌは「赤っぽい白」）となる（図５参照）。また、観察瞳ＥR・ＥLの各中心からそれぞれ眼幅方向外側同士に等距離離れた位置に観察者の右眼および左眼が位置するときでも（眼幅距離（３）参照）、観察像Ｒおよび観察像Ｌは、互いに異なる色（観察像Ｒは「赤っぽい白」、観察像Ｌは「青っぽい白」）となる。
【００７７】
つまり、この例では、片眼のみで観察すると、観察像Ｌは、眼幅方向における観察瞳ＥLＬの中心付近は目的とする白色像となるが、観察瞳ＥLの左右方向周辺に近づくにつれて、内側は赤っぽい白の像となり、外側は青っぽい白の像となっている。すなわち、眼幅の狭い観察者が左眼で観察する観察像Ｌは赤っぽい白の像となり、眼幅の広い観察者が左眼で観察する観察像Ｌは青っぽい白の像となる。一方、観察像Ｒについてはその逆で、眼幅の狭い観察者が右眼で観察する観察像Ｒは青っぽい白の像となり、眼幅の広い観察者が右眼で観察する観察像Ｒは赤っぽい白の像となる。
【００７８】
なお、人間の眼幅距離には個人差があるが、一般的には５８〜７０ｍｍの眼幅の範囲に約９０％以上の人が属すると言われている。この範囲の観察者に良好に映像を観察させるためには、その差１２ｍｍを補うことができる観察瞳ＥR・ＥL（すなわち片眼あたり左右方向に約６ｍｍの観察瞳ＥR・ＥL）が必要となる。そこで、本実施形態では、観察瞳ＥR・ＥLの左右方向の大きさを６ｍｍとした場合、観察瞳ＥR・ＥLの中心から左右に各１．５ｍｍ程度の範囲を観察瞳ＥR・ＥLの中心付近の領域とし、上記中心付近の領域よりも外側の領域であって、観察瞳ＥR・ＥLの両端約１．５ｍｍ程度の領域を、観察瞳ＥR・ＥL内で色が左右で異なって観察される領域としている。
【００７９】
以上のように、両方白色表示状態において、観察像Ｒ・Ｌの色が観察者の右眼および左眼の位置に応じて変化するように、観察瞳ＥR・ＥLに上述した瞳内色分布（色ムラ）を発生させ、観察瞳ＥR・ＥLにおいて、瞳内色分布の変化の仕方を眼幅方向に同一にすることにより、設計眼幅距離とは異なる眼幅距離の観察者に対して、左右で異なる色の像を観察させることが可能となる。
【００８０】
ここで、図５は、両方白色表示状態において、眼幅の狭い観察者（図１の眼幅距離（２）を有する観察者）の左眼で観察される観察像Ｌ、右眼で観察される観察像Ｒおよび両眼で観察される観察像Ｂを模式的に示している。上述したように、眼幅の狭い観察者は、左眼では画面全体で赤っぽい白の像を、右眼では画面全体で青っぽい白の映像を観察することになり、左右眼ともに本来観察させたい像（ここでは白色）とは異なる色の像を観察する（なお、眼幅の広い観察者は、左眼および右眼で上記とは逆の色の像を観察することになる）。しかし、これらを両眼視することにより、両眼での観察像Ｂとしては、右眼での観察像Ｒと左眼での観察像Ｌとを重ね合わせた色として認識することになり、最終的に観察させたい、設計観察瞳中心の色（ここでは白色）に近い像を観察させることができる。すなわち、観察瞳ＥR・ＥL内の色ムラが大きいにもかかわらず、両眼観察により、観察者にはあたかもその瞳内色ムラの小さい映像表示装置１で映像を観察しているかのように映像を観察させることができる。したがって、個々の瞳内での色ムラを小さくする努力が軽減される。
【００８１】
個々の瞳内での色ムラを小さくするためには、例えば一方向拡散板１３の拡散度を上げる方法があるが、本実施形態では、両眼観察によって色ムラを低減した映像を観察させることができるので、そのように一方向拡散板１３の拡散度を上げる必要がなくなる。また、設計眼幅距離とは異なる眼幅の観察者に対して左右で異なる色の像を観察させることにより、両眼での観察像Ｂとして色ムラを低減した映像を観察させるので、観察者の眼幅の違いに対応すべく、従来のような眼幅調整機構を設けたり、観察瞳ＥR・ＥLをそれぞれ複数の瞳で構成することによって眼幅方向に広げる必要もなくなる。その結果、眼幅調整機構のない簡易な構成で、高画質で明るい映像を、設計眼幅距離とは異なる眼幅の観察者に観察させることが可能となる。
【００８２】
特に、本実施形態では、図１に示すように、両方白色表示状態において、観察瞳ＥR・ＥLは、互いに同じ瞳内色分布を持って眼幅方向に並んでいるので、観察瞳ＥR・ＥLの各中心近傍に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒ・Ｌを同一色とし、観察瞳ＥR・ＥLの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒ・Ｌを互いに異なる色とすることができる。これにより、設計眼幅距離とは異なる眼幅の観察者に対して、左右で異なる色の像を観察させて、両眼での観察像Ｂとして、観察瞳ＥR・ＥLの中心での像の色に近い映像を観察させることができる。
【００８３】
また、図１および図５に示すように、両方白色表示状態において、観察瞳ＥR・ＥLの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒおよび観察像Ｌよりも、これらの観察像Ｒおよび観察像Ｌを足し合わせてできる観察像Ｂのほうが、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの各中心での像の色（例えば白色）に近い。したがって、観察者は、両眼観察時に、片眼観察時に観察される像の色よりも観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの中心での像の色（白色）に近い映像を視認することができる。
【００８４】
なお、以上では、瞳内色ムラが全く同じものを隣同士に並べて観察瞳ＥR・ＥLとしているが、勿論、左右の観察瞳ＥR・ＥLの瞳内色ムラが全く同じでなくても、その色ムラの発生方向が同方向であればよい。いずれにしても、観察瞳ＥR・ＥLの瞳内色ムラが両眼視によって（観察像Ｒ・Ｌの色の違いによって）打ち消されるように、瞳内色ムラを発生させればよい。
【００８５】
ところで、図６は、ＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標を示している。なお、同図中のＲ1、Ｌ1、Ｂ1は、それぞれ、（両方）白色表示状態において、設計眼幅距離と同じ眼幅の観察者の右眼、左眼、両眼で観察される観察像Ｒ、観察像Ｌ、観察像Ｂの画面中心に対応する色度座標を示す。また、同図中のＲ2、Ｌ2、Ｂ2は、それぞれ、（両方）白色表示状態において、眼幅の狭い観察者の右眼、左眼、両眼で観察される観察像Ｒ、観察像Ｌ、観察像Ｂの画面中心に対応する色度座標を示す。さらに、同図中のＲ3、Ｌ3、Ｂ3は、それぞれ、（両方）白色表示状態において、眼幅の広い観察者の右眼、左眼、両眼で観察される観察像Ｒ、観察像Ｌ、観察像Ｂの画面中心に対応する色度座標を示す。また、同図中のＰは、白色表示状態において、片眼（右眼または左眼）での観察時における観察瞳内の全位置に対応する色度座標の範囲を示し、Ｑは、両方白色表示状態において、両眼で観察される観察像の画面内の全位置に対応する色度座標の範囲を示す。
【００８６】
上述した本発明の効果については、図６を用いて以下のように説明することもできる。すなわち、例えば、眼幅が狭い観察者においては、左眼で観察される観察像Ｌの画面中心に対応する色度座標はＬ2（赤っぽい白）となり、右眼で観察される観察像Ｒの画面中心に対応する色度座標はＲ2（青っぽい白）となる。これらを両眼で観察すると、観察像Ｂは、Ｌ2とＲ2との中間的な色として認識され、色度座標としてはＬ2とＲ2との中間的な色をとる。なお、左右像を均等に観察した場合は、Ｌ2とＲ2とのほぼ中間値のＢ2となるが、実際、人間には利き目があるので、利き目側の色をより強く認識する。このため、観察像Ｂとしては、中間値よりもやや利き目側に近い色として観察される。しかし、いずれにしても、観察像Ｂの色は、Ｌ2とＲ2との間の色となる。
【００８７】
この結果、両眼視における観察像Ｂの色は、片眼観察時よりも設計眼幅の観察者の観察像の色（Ｂ1）に近づくことなり、実質上、あたかも観察瞳ＥR・ＥL内の色ムラが小さい装置で観察したかのように観察することができる。したがって、観察瞳ＥR・ＥL内の瞳内色ムラが大きく、かつ、眼幅調整機構がない構成においても、眼幅の異なる複数の観察者が設計観察瞳ＥR・ＥLの中心での観察像Ｒ・Ｌの色に近い色で映像を観察することが可能となる。
【００８８】
ところで、両方白色表示状態においては、観察瞳ＥR・ＥLの各々において、眼幅方向両端での色度Ｘ座標値の差および色度Ｙ座標値の差、すなわち、Ｒ2とＲ3、Ｌ2とＬ3での色度Ｘ座標値の差および色度Ｙ座標値の差の少なくとも一方は、０．０５以上であることが望ましい。ちなみに、本実施形態では、図６に示すように、Ｒ2とＲ3、Ｌ2とＬ3とにおける上記色度Ｘ座標の差は、ともに０．１５程度であり、上記色度Ｙ座標の差は、ともに０．１程度となっている。
【００８９】
このような状態では、観察瞳ＥR・ＥL内に、眼幅方向の位置によって像の色が異なる色ムラが確実に発生する。これにより、設計眼幅距離とは異なる眼幅の観察者に対して、左右の眼で互いに異なる色の像を観察させることが確実に可能となり、両眼での観察像として、片眼での観察像よりも、観察瞳ＥR・ＥLの中心での像の色に近い映像を観察させることができる。
【００９０】
また、両方白色表示状態においては、観察瞳ＥR・ＥL内のいずれの位置に右眼および左眼が位置しても、観察像Ｒ・Ｌの色分布の色度Ｘ座標値および色度Ｙ座標値の取り得る範囲は、両者とも０．０３以下の範囲であることが望ましい。例えば、図５では、眼幅の狭い観察者が観察する観察像Ｒ・Ｌを示したが、このときの観察者の右眼および左眼は、観察瞳ＥR・ＥLの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士に等距離離れた位置にある。このときの観察像Ｒの画面全体としては青っぽい白であり、観察像Ｒの色分布の色度Ｘ座標値および色度Ｙ座標値の取り得る範囲は、両者とも０．０３以下の範囲であることがわかっている。同様に、観察像Ｌの画面全体としては赤っぽい白であり、観察像Ｌの色分布の色度Ｘ座標値および色度Ｙ座標値の取り得る範囲は、両者とも０．０３以下の範囲であることがわかっている。
【００９１】
このように、観察瞳ＥR・ＥL内のいずれの位置に右眼および左眼が位置しても、観察像Ｒ・Ｌの色分布の色度Ｘ座標値および色度Ｙ座標値の取り得る範囲が両者とも０．０３以下であれば、観察像Ｒ・Ｌには色の違いとして認識可能なレベルの色ムラがなく、観察者は個々の観察像Ｒ・Ｌとして色ムラのない良好な映像を観察することができる。
【００９２】
（５．色ムラを低減するための構成について）
次に、上述した色ムラの低減方法を実現する映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌの具体的な構成について説明する。
【００９３】
図７は、光源１２Ｒ・１２Ｌの各発光部の配置の一例を示す平面図である。同図に示すように、光源１２Ｒは、ＲＧＢの３原色の波長の光を発光する発光部１２ＲR・１２ＲG・１２ＲBを１つのチップ上に並べた３色１チップのＬＥＤで構成されている。また、光源１２Ｌも同様に、ＲＧＢの３原色の波長の光を発光する発光部１２ＬR・１２ＬG・１２ＬBを１つのチップ上に並べた３色１チップのＬＥＤで構成されている。
【００９４】
本実施形態では、光源１２Ｒ・１２Ｌの各発光部は、観察者の眼幅方向に同じ順で並んで配置されている。より具体的には、光源１２Ｒでは、観察者の眼幅方向である左右方向の左側から右側に向かって、発光部１２ＲR・１２ＲG・１２ＲBがこの順で一列に並んで配置されている。また、光源１２Ｌにおいても、上記左右方向の左側から右側に向かって、発光部１２ＬR・１２ＬG・１２ＬBがこの順で一列に並んで配置されている。
【００９５】
また、図８は、映像表示ユニット１Ｌにおいて、光源１２Ｌから観察瞳ＥLに向かうＲＧＢの光の光路を示す説明図であり、図９は、観察瞳ＥLに到達したＲＧＢの光の強度分布を示す説明図である。なお、映像表示ユニット１Ｒにおける光の光路や観察瞳ＥR上の光強度分布についても、図９と同様の図となる。
【００９６】
図７に示したように、光源１２Ｒおよび光源１２Ｌにおいては、ＲＧＢの各発光部の位置が異なるため、図８および図９に示すように、光源１２Ｌからの光が集光レンズ１４Ｌ、一方向拡散板１３Ｌ、ＬＣＤ１５Ｌ、接眼光学系２１Ｌを介して観察瞳ＥLに到達した際に、観察瞳ＥL上の各位置によって強度分布が異なり、これが観察瞳ＥL内の色ムラとなって現れる。図９では、観察瞳ＥLの左右端では、ＢとＲの強度比が約２倍異なり、瞳中心に対しては色の違いとして認識される。特に、光源と光学瞳とを略共役な位置関係にすると、表示画面内の色ムラを比較的小さくできるが、明るく観察させるために拡散板での拡散度を小さくすると、瞳内で色ムラが発生する。
【００９７】
眼幅調整機構を設けずに、眼幅の異なる観察者に良好に映像を観察させるためには、片眼観察では、上記のような瞳内色ムラを低減すべく、用いる拡散板の拡散度を高めて、画面中心と周辺との光量差を小さくするとともに、各位置でのＲＧＢの光量比をほぼ等しくする必要がある。しかし、この方法では、照明光の光利用効率を低下させるので、映像が暗い。
【００９８】
これに対して、本実施形態では、光源１２Ｒ・１２Ｌの各発光部が眼幅方向に同じ順で並んで配置されていることにより、設計眼幅距離とは異なる眼幅の観察者に対しては、片眼視では、左右眼ともに本来観察させたい像とは異なる色の像が観察されるが、これらの像を両眼視することで、最終的に観察させたい設計観察瞳中心の色に近い像を観察させることができる。これにより、左右眼の観察瞳内の色ムラが大きいにもかかわらず、観察者にはあたかも瞳内色ムラの小さい映像表示装置で観察しているかのように観察させることができる。
【００９９】
すなわち、本実施形態のように、光源１２Ｒ・１２Ｌにおいて、各発光部を観察者の眼幅方向に同じ順で並べて配置して、左右の観察瞳ＥR・ＥL内で同じ色ムラを発生させることにより、左右の瞳内色ムラを個々に低減する必要がなくなり、拡散板の拡散度を高める（例えば水平方向に４０度とする）必要もなくなる。これにより、映像をより明るく観察することが可能となる。また、複数波長の光の強度比を瞳内の全ての位置でほぼ一定にそろえる必要もなくなる。
【０１００】
なお、観察瞳ＥR・ＥLにおいて、各色の強度比が１：０．８程度であれば色ムラとして感じないレベルであることを考えると、本実施形態で説明した色ムラの低減方法は、各色の強度比が、理想的な各色の強度比（この場合、画面中心における各色の強度比）に対して、最大２０％以上異なる場合により有効であると考えられる。
【０１０１】
なお、以上では、光源１２Ｒ・１２Ｌは、ＲＧＢの３色の光を発光する３色光源で構成されている例について説明したが、２色の光を発光する２色光源で構成されてもよく、４色以上の光を発光する光源で構成されていてもよい。いずれの場合でも、光源Ｒ・Ｌにおいて、各発光部を観察者の眼幅方向に同じ順で並べて配置すればよい。また、ＲＧＢの各発光部は、眼幅方向に完全に一列に配置されていなくてもよい。例えば、ＲＧＢの各発光部は、眼幅方向に略一列に、すなわち、２つの発光部を結ぶ直線（眼幅方向に一致）に対して、残りの発光部が垂直方向に多少ずれて配置されていてもよい。
【０１０２】
（６．拡散度の設定に関する具体例について）
次に、一方向拡散板１３の横方向の拡散度の設定に関する具体例について説明する。
なお、人間の眼幅距離に個人差があることは上述した通りであるが、眼幅範囲を広めに見積もっても、ほぼ大半の人が５４〜７２ｍｍ（６３±９ｍｍ）の範囲に含まれる。したがって、眼幅調整機構なしで映像を観察可能とするためには、左右の観察瞳ＥR・ＥLが６３ｍｍを中心としてそれぞれ横方向に約９ｍｍ程度あればよいと考えられる。
【０１０３】
そこで、ここでは、左右の観察瞳ＥR・ＥLの横方向（眼幅方向）の長さを余裕を持って約１０ｍｍに設計し、このような観察瞳ＥR・ＥLを実現するために、光源１２Ｒ・１２Ｌを構成するＲＧＢの発光部（ＬＥＤ）を片眼につき２組用い、２組の瞳を合成してそれぞれ観察瞳ＥR・ＥLとした。
【０１０４】
また、ここでは、光源１２Ｒ・１２Ｌと観察瞳ＥR・ＥLとの位置関係が略共役であるとし、光源１２Ｒ・１２Ｌとして用いるＬＥＤは、ＲＧＢの３色１チップのものであり、チップ外形は３ｍｍで、ＲＧＢのチップ間距離は０．５ｍｍとした。さらに、集光レンズ１４の焦点距離を約７ｍｍとし、接眼光学系２１（ＨＯＥ）の焦点距離を約２０ｍｍとした。
【０１０５】
光源１２Ｒ・１２Ｌと観察瞳ＥR・ＥLの位置関係が略共役であることにより、ＬＣＤ１５Ｒ・１５Ｌの表示画面内の輝度ムラ・色ムラを比較的小さくできるが、光源１２Ｒ・１２Ｌにおいて、ＲＧＢの各発光部の位置が異なるので、一方向拡散板１３Ｒ・１３Ｌでの拡散度が小さいと、観察瞳ＥR・ＥL上で輝度ムラ・色ムラが発生する。上記の場合、照明系および接眼系の焦点距離の比が２０／７≒３であるので、ＬＥＤのチップ間距離が観察瞳ＥR・ＥL上で約３倍に拡大される。
【０１０６】
ここで、図１０は、一方の映像表示ユニット１Ｌの概略の構成を光路に沿って展開して示す説明図であり、図１１は、その映像表示ユニット１Ｌにおける観察瞳ＥL上での光強度分布を示す説明図である。なお、他方の映像表示ユニット１Ｒの構成および観察瞳ＥR上での光強度分布についても図１０および図１１と同様とする。
【０１０７】
図１０では、光源１２のＲＧＢの各発光部が、水平方向左から右方向に向かってＢＧＲＲＧＢの順に並んで配置されている（Ｇ−Ｇ間距離３ｍｍ）。この構成では、観察瞳ＥL上では、２つのＧの強度最大位置は、３ｍｍの約３倍で約９ｍｍ離れることになる（ちなみに、Ｂについては約１２ｍｍ、Ｒについては約６ｍｍ離れる）。このままでは瞳中央でのＧの強度が低いので、ピーク位置の約５０％程度の強度が瞳中央にくるように、一方向拡散板１３Ｌとして横方向に４０度拡散するものを用いている（縦方向の拡散度は例えば０．２度）。なお、一方向拡散板１３Ｌは、光源１２Ｌから約４ｍｍだけ光軸方向に離れた位置に配置される。
【０１０８】
２つのＧのそれぞれの瞳中央での強度は、ピーク強度の約５０％であるので、２個のＧの合成後の強度は、瞳中央で約１００％となり、結果的に、図１１に示すように、横方向にフラットな強度分布となる。なお、２個のＲの合成後の強度としては、Ｒの発光部がＧの発光部よりも内側（光軸側）に配置されているため、瞳中央でＧよりも高めとなり、瞳周辺部でＧよりも低めとなる。逆に、２個のＢの合成後の強度としては、Ｂの発光部がＧの発光部よりも外側（光軸とは反対側）に配置されているため、瞳中央でＧよりも低めとなり、瞳周辺部でＧよりも高めとなる。ただし、強度比が１：０．８程度であれば、色ムラとして感じないレベルであり、観察瞳ＥLの左右１０ｍｍ全域では、ほぼ瞳内の色ムラの無い状態となっている。
【０１０９】
これに対して、図１２は、一方の映像表示ユニット１Ｌの他の構成を光路に沿って展開して示す説明図であり、図１３は、その映像表示ユニット１Ｌにおける観察瞳ＥL上での光強度分布を示す説明図である。なお、他方の映像表示ユニット１Ｒの構成および観察瞳ＥR上での光強度分布についても図１２および図１３と同様とする。
【０１１０】
図１２では、光源１２のＲＧＢの各発光部が、水平方向左から右方向に向かってＲＧＢＲＧＢの順に並んで配置されている。この例では、瞳中央での２つのＧの合成後の強度が、ピーク位置の約８０％程度になるように、一方向拡散板１３Ｌとして横方向の拡散度が２０度のものを用いている（縦方向の拡散度は例えば０．２度）。ただし、横方向の拡散度を２０度と小さくした分、一方向拡散板１３Ｌを光源１２Ｌから光軸方向に６ｍｍ遠ざけて配置している。
【０１１１】
観察瞳ＥLにおける個々のＧの強度分布は、一方向拡散板１３Ｌの拡散度が低いため、図１１の場合よりもやや急峻となっている。なお、図１２の構成では、光源１２ＬにおけるＢ−Ｂ間距離、Ｒ−Ｒ間距離は、Ｇ−Ｇ間距離と同じであるので、２つのＢの合成後の強度分布および２つのＲの合成後の強度分布は、それぞれ２つのＧの合成後の強度分布を左右にずらした分布となっている。これにより、左右の観察瞳ＥR・ＥLの１０ｍｍ両端で、瞳内の色ムラが大きく発生している（図１３では左端がＲ不足、右端がＢ不足の状態）。このような瞳内色ムラを左右で同方向に発生させることにより、眼幅の異なる観察者は、色ムラのない映像を両眼で観察することが可能となる。
【０１１２】
以上のように、一方向拡散板１３の横方向の拡散度を４０度から２０度に落とすことにより、光源１２に対する一方向拡散板１３の配置距離が若干遠くなっているが、明るさを２倍程度増大させた映像を観察できることがわかった。
【０１１３】
なお、以上の例では、横方向の瞳サイズ１０ｍｍに対してＬＥＤのチップ外形が３ｍｍと大きいので、明るさを増大させる効果は高々２倍程度であるが、ＬＥＤのチップサイズが２ｍｍのようなより小さいＬＥＤを光源１２として用いれば、瞳上でのＬＥＤ強度ピーク位置間隔を６ｍｍのように狭くすることができ、より光を中央に集めることができる。これにより、横方向にさらに低拡散度の拡散板を使用することが可能となり、瞳の両端部で色ムラをより大きく発生させながら、瞳中央をより明るくすることが可能となる。
【０１１４】
つまり、瞳サイズに対してＬＥＤのチップサイズが小さくなればなるほど、従来であれば、瞳内色ムラを無くすために拡散板の拡散度を益々上げる必要があるが、両眼視によって色ムラの無い映像を眼幅の異なる観察者に観察させる本発明では、逆に拡散板の拡散度を下げることができるので、本発明が益々有効となる。
【０１１５】
なお、拡散板の横方向の拡散度は、例えば用いるＬＥＤのチップサイズ（各色のチップ間距離）、拡散板の配置位置、照明レンズ（集光レンズ１４）の焦点距離、接眼光学系２１の焦点距離などを考慮して適宜設定されればよい。
【０１１６】
なお、以上で説明した構成や手法を適宜組み合わせて映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌひいては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】
【０１１７】
本発明は、両眼観察が可能な映像表示装置およびＨＭＤに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の実施の一形態に係るＨＭＤの映像表示装置で観察される、両方白色表示状態での左右の観察瞳内での色分布の一例を示す説明図である。
【図２】（ａ）は、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３】上記映像表示装置の左右の映像表示ユニットの概略の構成を示す断面図である。
【図４】上記左右の映像表示ユニットにおける光の光路を展開して示す説明図である。
【図５】両方白色表示状態において、眼幅の狭い観察者の左眼、右眼および両眼で観察される各観察像を模式的に示す説明図である。
【図６】ＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標を示す説明図である。
【図７】左右の光源の各発光部の配置の一例を示す平面図である。
【図８】左眼用の映像表示ユニットにおいて、光源から観察瞳に向かうＲＧＢの光の光路を示す説明図である。
【図９】上記観察瞳上でのＲＧＢの光の強度分布を示す説明図である。
【図１０】光源のＲＧＢの各発光部がＢＧＲＲＧＢの順に並んで配置されている映像表示ユニットの構成を光路に沿って展開して示す説明図である。
【図１１】上記映像表示ユニットにおける観察瞳上での光強度分布を示す説明図である。
【図１２】光源のＲＧＢの各発光部がＲＧＢＲＧＢの順に並んで配置されている映像表示ユニットの概略の構成を光路に沿って展開して示す説明図である。
【図１３】上記映像表示ユニットにおける観察瞳上での光強度分布を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１ 映像表示装置
１Ｒ 映像表示ユニット（映像表示ユニットＲ）
１Ｌ 映像表示ユニット（映像表示ユニットＬ）
２ 支持手段
１２ 光源
１２Ｒ 光源（光源Ｒ）
１２ＲR 発光部
１２ＲG 発光部
１２ＲB 発光部
１２Ｌ 光源（光源Ｌ）
１２ＬR 発光部
１２ＬG 発光部
１２ＬB 発光部
１５ ＬＣＤ（映像表示素子、映像表示素子Ｒ、映像表示素子Ｌ）
２１ 接眼光学系（接眼光学系Ｒ、接眼光学系Ｌ）
２２ 接眼プリズム（接合光学部材）
２２ａ 面（入射面）
２３ 偏向プリズム（接合光学部材）
２４ 光学素子（ホログラム光学素子）
Ｅ 観察瞳（観察瞳Ｒ、観察瞳Ｌ）
ＥR 観察瞳（観察瞳Ｒ）
ＥL 観察瞳（観察瞳Ｌ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、右眼用の映像表示ユニットＲと、左眼用の映像表示ユニットＬとを備え、個々のユニットに映像を表示してそれらを観察者に両眼で観察させる映像表示装置と、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】
ＨＭＤにおいて、両眼に対応して設けられる映像表示素子の個々の表示映像を、眼幅の異なる観察者が良好に観察するためには、例えば特許文献１のように、眼幅調整機構を設ける方法がある。この眼幅調整機構は、左右の接眼レンズを鼻当てに対して近接または離反する方向に別々に移動させて、左右の眼の位置に合わせるようにするものである。
【０００３】
しかし、眼幅調整機構を設ける構成は、装置の大型化、重量化を招くため、コンパクトで軽量な映像表示装置やＨＭＤを実現することを阻害する要因となる。また、使用する観察者ごとに眼幅調整機構で左右の接眼レンズの位置を調整する必要があるため、使い勝手があまりよくない。
【０００４】
そこで、眼幅調整機構を設けずに、眼幅方向の観察瞳を大きくすることにより、眼幅の異なる観察者に映像を良好に観察させる手法もある。一般的には、拡散手段を用いて眼幅方向に照明光を大きく拡散させることにより、横方向に瞳を拡大することができるが、例えば特許文献２では、回折光学素子での回折によって眼幅方向に複数の観察瞳を作ることにより、横方向に瞳を拡大するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２７６４６７号公報
【特許文献２】特許第３６２３２６５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、眼幅方向に観察瞳を広げるために、拡散手段の拡散度を高くすると、光源から出射される光の利用効率が悪くなり、観察される映像が暗くなる。特に、複数波長の照明光源を用いてカラー映像を観察者に観察させる場合、複数波長の発光部の位置の違い等により、観察される映像に色ムラが生じるが、このような色ムラを無くすためには、各色の光全てを同程度に大きく拡散させる必要があるため、観察される映像がより暗くなることが懸念される。一方、拡散手段の拡散度を低くすると、明るい映像が得られるが、上記の色ムラを低減することができない。また、眼幅方向に複数の観察瞳を作る特許文献２の手法では、１つ１つの瞳での映像が暗くなる。
【０００７】
つまり、観察瞳を眼幅方向に広げる方法では、観察される映像が暗くなるとともに、眼幅の異なる観察者ごとに色ムラを低減した高画質の映像を観察させることができない。
【０００８】
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、眼幅調整機構のない簡易な構成で、眼幅の異なる観察者に対して、明るい、高画質の映像を観察させることができる映像表示装置と、その映像表示装置を備えたＨＭＤとを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の映像表示装置は、右眼用の映像表示ユニットＲと、左眼用の映像表示ユニットＬとを備えた映像表示装置であって、映像表示ユニットＲは、光源Ｒと、光源Ｒからの光を各画素ごとに透過または反射させることによって映像を表示する映像表示素子Ｒと、映像表示素子Ｒからの映像光を観察瞳Ｒに導く接眼光学系Ｒとを備えており、映像表示ユニットＬは、光源Ｌと、光源Ｌからの光を各画素ごとに透過または反射させることによって映像を表示する映像表示素子Ｌと、映像表示素子Ｌからの映像光を観察瞳Ｌに導く接眼光学系Ｌとを備えており、右眼および左眼で観察される像をそれぞれ観察像Ｒおよび観察像Ｌとすると、両方の映像表示素子Ｒおよび映像表示素子Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌには、眼幅方向の位置によって像の色が異なる瞳内色分布がそれぞれあり、かつ、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの各中心近傍に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒおよび観察像Ｌは、同一色であり、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒおよび観察像Ｌは、互いに異なる色であることを特徴としている。
【００１０】
上記の構成によれば、映像表示ユニットＲでは、光源Ｒからの光が映像表示素子Ｒにて各画素ごとに変調され、そこから映像光として出射され、接眼光学系Ｒを介して観察瞳Ｒに導かれる。同様に、映像表示ユニットＬでは、光源Ｌからの光が映像表示素子Ｌにて各画素ごとに変調され、そこから映像光として出射され、接眼光学系Ｌを介して観察瞳Ｌに導かれる。これにより、観察者の右眼および左眼を観察瞳Ｒ・Ｌにそれぞれ位置させれば、観察者は映像表示素子Ｒ・Ｌに表示された映像の虚像を右眼および左眼の両眼で観察することが可能となる。
【００１１】
また、両方の映像表示素子Ｒおよび映像表示素子Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳Ｒ・Ｌには瞳内色分布（瞳内色ムラ）がそれぞれあり、観察瞳Ｒ・Ｌの各中心近傍に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒ・Ｌは、同一色であり、観察瞳Ｒ・Ｌの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒ・Ｌは、互いに異なる色である。これにより、瞳内色分布の変化の方向を左右で同一方向にする、つまり、観察瞳Ｒ・Ｌ内の像の色の変化の仕方を互いに同一にすることができ、設計眼幅距離（設計時の観察瞳Ｒ・Ｌの中心間距離）とは異なる眼幅距離の観察者に対して、左右で異なる色の像を観察させることが可能となる。例えば、観察瞳Ｒ・Ｌ内の像の色が、両者とも、左から右方向に、「青っぽい白」、「白」、「赤っぽい白」というように変化している場合、眼幅距離が小さい観察者は、左眼では「赤っぽい白」の像を観察像Ｌとして、右眼では「青っぽい白」の像を観察像Ｒとして観察することになる。
【００１２】
このように、設計眼幅距離とは異なる眼幅距離の観察者に対して、左右で異なる色の像を両眼で観察させることで、左右の像を足し合わせて、観察瞳Ｒ・Ｌの中心での像の色（上記の例では「白」）に近い映像を観察させることができる。これにより、個々の観察瞳Ｒ・Ｌ内では色ムラが大きくても、設計眼幅距離とは異なる眼幅距離の観察者は、あたかも色ムラの小さな映像表示装置で観察しているかのように映像を良好に観察することができる。したがって、個々の瞳内での色ムラを小さくする努力が軽減される。
【００１３】
個々の瞳内での色ムラを小さくするためには、例えば拡散板を用いてその拡散度を上げる方法があるが、本発明では、拡散度の高い拡散板を用いる必要がなくなる。また、設計眼幅距離とは異なる眼幅の観察者に対して左右で異なる色の像を観察させるので、従来のような眼幅調整機構を設けたり、観察瞳Ｒ・Ｌをそれぞれ複数の瞳で構成して眼幅方向に広げる必要もなくなる。その結果、本発明によれば、眼幅調整機構のない簡易な構成で、高画質で明るい映像を、設計眼幅距離とは異なる眼幅距離の観察者に観察させることが可能となる。
【００１４】
また、本発明の映像表示装置においては、両方の映像表示素子Ｒおよび映像表示素子Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒおよび観察像Ｌよりも、これらの観察像Ｒおよび観察像Ｌを足し合わせてできる観察像Ｂのほうが、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの各中心での像の色に近いことが望ましい。
【００１５】
この場合、観察者は、両眼観察時に、片眼観察時に観察される像の色よりも観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの中心での像の色に近い映像を視認することができる。
【００１６】
また、本発明の映像表示装置においては、両方の映像表示素子Ｒおよび映像表示素子Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌにおける瞳内色分布をＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標で表したとき、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの各々において、眼幅方向両端での色度Ｘ座標値の差および色度Ｙ座標値の差の少なくとも一方は、０．０５以上であることが望ましい。
【００１７】
この場合、観察瞳Ｒ・Ｌ内に、眼幅方向の位置によって像の色が異なる色ムラが確実に発生する。これにより、設計眼幅距離とは異なる眼幅距離の観察者に対して、左右の眼で互いに異なる色の像を観察させることが確実に可能となり、両眼での観察像として、片眼での観察像よりも、観察瞳Ｒ・Ｌの中心での像の色に近い映像を観察させることができる。
【００１８】
また、本発明の映像表示装置においては、両方の映像表示素子Ｒおよび映像表示素子Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察像Ｒおよび観察像Ｌの観察画面内の色分布をＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標で表したとき、観察瞳Ｒ内および観察瞳Ｌ内のいずれの位置に右眼および左眼が位置しても、観察像Ｒおよび観察像Ｌの色分布の色度Ｘ座標値および色度Ｙ座標値の取り得る範囲は、両者とも０．０３以下の範囲であることが望ましい。
【００１９】
この場合、観察瞳Ｒ・Ｌ内のいずれの位置に右眼および左眼が位置しても、観察像Ｒ・Ｌには色の違いとして認識可能なレベルの色ムラがなく、観察者は個々の観察像Ｒ・Ｌとして色ムラのない良好な映像を観察することができる。
【００２０】
また、本発明の映像表示装置においては、両方の映像表示素子Ｒおよび映像表示素子Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌは、互いに同じ瞳内色分布を持って眼幅方向に並んでいることが望ましい。
【００２１】
この場合、観察瞳Ｒ・Ｌの各中心近傍に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒ・Ｌを同一色とし、観察瞳Ｒ・Ｌの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒ・Ｌを互いに異なる色とすることができる。これにより、設計眼幅距離とは異なる眼幅距離の観察者に対して、左右で異なる色の像を両眼で観察させて、観察瞳Ｒ・Ｌの中心での像の色に近い映像を観察させることができる。
【００２２】
また、本発明の映像表示装置においては、光源Ｒおよび光源Ｌは、異なる波長の光を出射する複数の発光部でそれぞれ構成されており、光源Ｒおよび光源Ｌにおいて、各発光部は、観察者の眼幅方向に同じ順で並んで配置されている構成であってもよい。
【００２３】
この構成では、映像表示素子Ｒ・Ｌを同じように駆動したときでも（例えば映像表示素子Ｒ・Ｌの各画素を全て光透過状態にしたときでも）、各発光部の位置の違いや、各発光部から出射される光の強度分布の違い等により、観察瞳Ｒ・Ｌ内に同じ色ムラを生じさせることが可能となる。これにより、設計眼幅距離とは異なる眼幅距離の観察者に対して、左右で異なる色の像を両眼で観察させて、観察瞳Ｒ・Ｌの中心での像の色に近い映像を観察させることができる。
【００２４】
また、本発明の映像表示装置においては、複数の発光部は、３原色に対応した波長の光をそれぞれ出射する構成であってもよい。この場合、映像表示素子Ｒ・Ｌにてカラー映像を表示することが可能となり、両眼観察時に観察者にカラー映像を観察させることが可能となる。
【００２５】
また、本発明の映像表示装置においては、映像表示ユニットＲおよび映像表示ユニットＬのそれぞれにおいて、光源と観察瞳とは、各発光部が並ぶ方向に垂直な方向において略共役であってもよい。
【００２６】
この場合、左右の映像表示ユニットＲ・Ｌのそれぞれにおいて、各発光部が並ぶ方向とは垂直方向においては、光源からの光を効率よく観察瞳に導くことができ、観察瞳の位置にて明るい映像を観察者に観察させることが可能となる。
【００２７】
また、本発明の映像表示装置においては、映像表示ユニットＲおよび映像表示ユニットＬのそれぞれにおいて、接眼光学系は体積位相型の反射型ホログラム光学素子を含んでおり、映像表示素子からの映像光をホログラム光学素子によって拡大反射して観察者の眼に虚像として導くとともに、ホログラム光学素子を透過した外界像の光を観察者の眼に導く構成であってもよい。
【００２８】
この場合、ホログラム光学素子（以下、ＨＯＥとも称する）により、映像表示素子からの映像光と外界像の光とが同時に観察者の眼に導かれるので、外界像に映像を重ねて観察できるシースルー型の映像表示装置が構成される。このとき、ＨＯＥが接眼光学系を兼ねるので、装置を小型軽量にすることができる。また、体積位相型の反射型のＨＯＥは、回折効率の半値波長幅が狭いので、外界像の光の透過率が高くなり、外界像を明瞭に観察することができる。
【００２９】
また、本発明の映像表示装置においては、映像表示ユニットＲおよび映像表示ユニットＬのそれぞれにおいて、ホログラム光学素子は、回折効率が極大値となる複数の回折ピーク波長を持ち、それぞれの回折ピーク波長に対して、映像表示素子の中心から出射されて観察瞳の中心に入射する主光線の回折ピーク波長をλ０とし、映像表示素子の周辺部から出射されて観察瞳の中心に入射する主光線の回折ピーク波長をλｘとすると、
０．９８≦（λｘ／λ０）≦１．０２
であることが望ましい。
【００３０】
この構成では、λｘ／λ０の値が１に近く、λｘとλ０とのずれが小さいので、つまり、観察画角の中心と端部とにおける回折ピーク波長の差が小さいので、観察者は、観察像Ｒ・Ｌ内の色ムラを非常に小さく観察することができる。
【００３１】
また、本発明の映像表示装置においては、映像表示ユニットＲおよび映像表示ユニットＬのそれぞれにおいて、接眼光学系は、ホログラム光学素子を埋設した接合光学部材を含んでおり、映像表示素子からの映像光を、接合光学部材の入射面より入射させ、内部で複数回全反射してホログラム光学素子に導く構成であってもよい。
【００３２】
このように接合光学部材の内部での全反射を用いた構成とすることにより、接合光学部材を小型軽量にすることができる。また、映像表示素子を視野の周辺に配置することが可能となり、広い外界視野角を確保することができる。
【００３３】
また、本発明の映像表示装置においては、上記ホログラム光学素子は、映像表示素子に表示された映像を拡大する正の非軸対称な光学的パワーを有していてもよい。この場合、接眼光学系を小型にできるとともに、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。
【００３４】
また、本発明の映像表示装置においては、映像表示ユニットＲおよび映像表示ユニットＬのそれぞれにおいて、光源は、発光ダイオードで構成されていることが望ましい。この場合、光源であるＬＥＤの発光波長とＨＯＥの回折波長とを合わせるようにすれば、明るい映像を観察者に提供できる。
【００３５】
また、本発明の映像表示装置においては、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備えていることを特徴としている。
【００３６】
上記の構成によれば、２つの映像表示ユニットＲ・Ｌを有する映像表示装置が支持手段によって観察者の眼前で支持されるので、観察者はハンズフリーとなり、外界像および映像表示素子での表示映像を虚像として両眼で観察しながら、空いた手で所望の作業を行うことができる。また、観察者の観察方向が一方向に定まるので、観察者は暗環境でも表示映像を探しやすいという利点もある。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、眼幅の異なる観察者に対して、左右で異なる色の像を観察させることにより、拡散度の高い拡散板や眼幅調整機構を用いない簡易な構成で、高画質で明るい映像を観察者に観察させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
〔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。
（１．ＨＭＤについて）
図２（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２（ｂ）は、ＨＭＤの側面図であり、図２（ｃ）は、ＨＭＤの正面図である。ＨＭＤは、映像表示装置１と、それを支持する支持手段２とを有しており、全体として、一般の眼鏡のような外観となっている。
【００３９】
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り、右眼用の映像表示ユニット１Ｒと、左眼用の映像表示ユニット１Ｌとで構成されている。図２（ｃ）で示す映像表示ユニット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、後述する接眼プリズム２２および偏向プリズム２３（ともに図３参照）の貼り合わせによって構成されている。なお、映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌの詳細な構成については後述する。
【００４０】
支持手段２は、映像表示ユニット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。
【００４１】
ブリッジ３は、映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌを連結している。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を介して映像表示ユニット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を介して映像表示ユニット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。
【００４２】
ケーブル７は、外部信号（例えば映像信号、制御信号）や電力を映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌに並列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。なお、外光透過率制御手段８は、必要に応じて設けられればよい。
【００４３】
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、映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌにて映像を表示すると、観察者は、映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌの各表示映像を虚像として右眼および左眼でそれぞれ観察できるとともに、この映像表示ユニット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。
【００４４】
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、観察者は映像表示ユニット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、映像表示ユニット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。
【００４５】
（２．映像表示ユニットについて）
次に、上述した映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌの詳細について説明する。なお、映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌの基本的な構成は同じであるので、以下では、映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌの構成について、左右を区別せずに説明することとする。なお、特に左右を区別して説明する場合は、右を示す“Ｒ”や左を示す“Ｌ”の符号を付記し（特許請求の範囲でも同様）、その符号の前に必要に応じて部材番号を付記するものとする。
【００４６】
図３は、映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌの概略の構成を示す断面図であり、図４は、映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌにおける光の光路を展開して示す説明図である。映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌは、映像表示部１１と、接眼光学系２１とでそれぞれ構成されている。映像表示部１１は、光源１２と、一方向拡散板１３と、集光レンズ１４と、ＬＣＤ１５とを有している。
【００４７】
光源１２は、中心波長が例えば４６５ｎｍ、５２０ｎｍ、６３５ｎｍとなる３つの波長帯域の光を発するＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されており、後述する集光レンズ１４の物側焦点近傍に配置されている。また、光源１２のＲＧＢの各発光部は、例えば、ＨＭＤを観察者が装着したときの眼幅方向（左右方向）に対応する水平方向（図３の紙面に垂直な方向）に並んで配置されている。なお、各発光部の配置位置の詳細については後述する。
【００４８】
一方向拡散板１３は、光源１２からの照明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１３は、光源１２のＲＧＢの各発光部が並ぶ方向（上記水平方向）には、入射光を約２０゜拡散させ、それに垂直な方向（ＨＭＤを観察者が装着したときの上下方向（図３の紙面に平行な方向））には、入射光を約０．２゜拡散させる。集光レンズ１４は、一方向拡散板１３にて拡散された光を集光する照明光学系である。集光レンズ１４は、上記拡散光が効率よく観察瞳（光学瞳）Ｅを形成するように配置されている。
【００４９】
ＬＣＤ１５は、映像信号に基づいて光源１２からの光を各画素ごとに変調することにより、映像を表示する映像表示素子である。なお、本実施形態では、ＬＣＤ１５は、透過型であるが、反射型で構成されていてもよい。この場合、光源１２などの他の光学素子の配置位置を工夫する必要がある。また、ＬＣＤ以外の光変調素子（例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device；米国テキサスインスツルメント社製））を映像表示素子として用いてもよい。
【００５０】
一方、接眼光学系２１は、接合プリズム（接合光学部材）で構成され、テレセントリックな光学系を構成している。この接合プリズムは、光学部材である接眼プリズム２２と偏向プリズム２３とを、光学素子２４を挟んで接合してなっている。
【００５１】
接眼プリズム２２と偏向プリズム２３とは、接着剤で接合されている。接眼プリズム２２は、平行平板の下端部を楔状にし、その上端部を厚くした形状で構成されており、面２２ａ・２２ｂ・２２ｃを有している。面２２ａは、映像表示部１１からの映像光が入射する入射面であり、面２２ｂ・２２ｃは互いに対向する面である。このうち、面２２ｂは、全反射面兼射出面となっている。
【００５２】
偏向プリズム２３は、平行平板の上端部を接眼プリズム２２の下端部に沿った形状とすることによって、接眼プリズム２２と一体となって略平行平板となるように構成されている。接眼プリズム２２に偏向プリズム２３を接合させない場合、外界像の光が接眼プリズム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、外界像の光が接眼プリズム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。
【００５３】
上記の接眼プリズム２２および偏向プリズム２３は、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＭＭＡ（メタクリル酸メチル）等のアクリル系樹脂、あるいはＺＥＯＮＥＸ（登録商標）、アペル（登録商標）等のシクロオレフィン系樹脂で構成されている。これらの有機材料は、透明性が高く、低複屈折であるので、これらの材料で上記の光学部材を構成することにより、良好な光学性能（例えば透過特性）を得ることができる。
【００５４】
また、各光学部材の接合に用いる接着剤は、例えば、光学部材の材料と同じ系列であるアクリル系あるいはシクロオレフィン系の有機材料で構成されている。これは、同系列の材料同士は密着力が高いからである。また、これらの有機材料は、「透明性が高い」、「紫外線・可視光照射により非常に短時間で容易に硬化が可能である」、「同系列なので屈折率が光学部材と似通っており、接合後、接合線部が目立ちにくい」、などの多くの利点を兼ね備えており、光学部材の接合に用いる接着剤として非常に望ましい。このような接着剤としては、例えばＬＣＲ６２９Ｂ（東亞合成株式会社製）やＮＯＡ７６（ノーランドプロダクツ社製）等を用いることができる。
【００５５】
光学素子２４は、例えばハーフミラーで構成されてもよいが、ここでは、特定の入射角で入射する例えば４６５±１０ｎｍ、５２０±１０ｎｍ、６３５±１０ｎｍの３つの波長帯域の光を回折させる体積位相型の反射型ホログラム光学素子（ＨＯＥ）で構成されている。つまり、このＨＯＥは、回折効率が極大値となる複数の回折ピーク波長を持つ。また、それぞれの回折ピーク波長に対して、ＬＣＤ１５の中心から出射されて観察瞳Ｅの中心に入射する主光線の回折ピーク波長をλ０とし、ＬＣＤ１５の周辺部から出射されて観察瞳Ｅの中心に入射する主光線の回折ピーク波長をλｘとすると、ＨＯＥは、０．９８≦（λｘ／λ０）≦１．０２を満たすように作製されている。このようなＨＯＥからなる光学素子２４は、接眼プリズム２２の下端部の傾斜面に貼り付けられており、この結果、接眼プリズム２２と偏向プリズム２３とで挟まれている。
【００５６】
このような映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌの構成により、映像表示部１１の光源１２から出射された光は、一方向拡散板１３にて拡散され、集光レンズ１４にて集光されてＬＣＤ１５に入射する。ＬＣＤ１５に入射した光は、映像信号に基づいて変調され、映像光として出射される。このとき、ＬＣＤ１５には、その映像自体が表示される。
【００５７】
ＬＣＤ１５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（面２２ａ）から入射し、対向する２つの面２２ｂ・２２ｃで複数回全反射されて、光学素子２４に入射する。光学素子２４に入射した光はそこで反射され、面２２ｂを介して射出され、観察瞳Ｅに達する。観察瞳Ｅの位置では、観察者は、ＬＣＤ１５に表示された映像の拡大虚像を観察することができる。観察瞳Ｅから虚像までの距離は数ｍ程度であり、また、虚像の大きさはＬＣＤ１５に表示された映像の１０倍以上である。
【００５８】
一方、接眼プリズム２２、偏向プリズム２３および光学素子２４は、外界からの光をほとんど全て透過させるので、観察者は外界像を観察することができる。したがって、ＬＣＤ１５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。以上のことから、光学素子２４は、映像表示部１１から提供される映像（映像光）と外界像（外光）とを同時に観察者の眼に導くコンバイナとして機能していると言える。
【００５９】
以上のように、映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌのそれぞれにおいて、接眼光学系２１の光学素子２４は、体積位相型の反射型ＨＯＥで構成されており、ＬＣＤ１５からの映像光をＨＯＥによって拡大反射して観察者の眼に虚像として導くとともに、ＨＯＥを透過した外界像の光を観察者の眼に導く。このようにＨＯＥが接眼光学系を兼ねるので、映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌを小型軽量にすることができる。また、体積位相型の反射型のＨＯＥは、回折効率の半値波長幅が狭いので、外界像の光の透過率が高くなり、外界像を明瞭に観察することができる。さらに、ＨＯＥはＬＣＤ１５にて表示された映像を拡大する正の非軸対称な光学的パワーを有しているので、接眼光学系２１を小型に構成しながら、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。
【００６０】
また、光学素子２４は、上述したように特定入射角の特定波長の光のみを回折させる体積位相型の反射型ＨＯＥで構成されているので、ＬＣＤ１５からの映像光が、接眼プリズム２２、偏向プリズム２３および光学素子２４を透過する外界像の光に影響を与えることがない。つまり、体積位相型の反射型ＨＯＥは、波長選択性・角度選択性がともに高いことから、ある限られた波長域の光に対してのみ回折反射作用を及ぼすので、特定波長域の反射光とそれ以外の波長の透過光とを合成するコンバイナ素子としてＨＯＥを機能させることができる。それゆえ、観察者は、光学素子２４を介してＬＣＤ１５の表示映像の虚像を観察しながら、接眼プリズム２２、偏向プリズム２３および光学素子２４を介して外界像を通常通りかつ明瞭に観察することができる。
【００６１】
また、光学素子２４は、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ので、観察者は、ＬＣＤ１５から提供される映像を接眼光学系２１を介して観察することができるのと同時に、接眼光学系２１を介してシースルーで外界像を観察することができる。また、光学素子２４は、接眼プリズム２２および偏向プリズム２３の接合面間に埋設されているので、光学素子２４が外気に触れることがなく、光学素子２４の光学性能を安定に保つことができる。
【００６２】
また、映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌでは、ＬＣＤ１５から出射される映像光を、接眼プリズム２２の面２２ａより内部に入射させ、内部で複数回全反射させて光学素子２４に導く構成としている。これにより、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、接眼光学系２１ひいては映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌを小型化、軽量化することができる。さらに、映像表示部１１を観察者の眼の直前から大きく離れた位置に配置することができ、観察者の外界に対する視野を広く確保することができる。また、接眼プリズム２２内での反射を全反射としているので、接眼プリズム２２の両面（面２２ｂ・２２ｃ）を介して、透過率を落とすことなく外光を透過させて、観察者に外界像を観察させることができる。
【００６３】
また、光源１２としてＬＥＤを用いているので、ＬＥＤの発光波長とＨＯＥの回折波長とを合わせることで、明るい映像を観察者に提供することができる。特に、光源１２がＲＧＢの光を出射するＬＥＤで構成されているので、ＬＥＤ１５にてカラー映像を表示することが可能となり、両眼観察の際でも観察者にカラー映像を観察させることが可能となる。
【００６４】
また、光源１２を集光レンズ１４の物側焦点近傍に配置し、接眼光学系２１をテレセントリックな光学系としているので、光源１２と観察瞳Ｅとは略共役な位置関係にある。ただし、光源１２からの光は一方向拡散板１３で拡散されるので、光源１２と観察瞳Ｅとは一方向拡散板１３の拡散方向、すなわち光源１２の各発光部が並ぶ方向（例えば水平方向）については実際には共役ではないが、上記方向に垂直な方向においては略共役である。これにより、上記垂直方向においては、光源１２からの光を効率よく観察瞳Ｅに導くことができ、観察瞳Ｅの位置にて明るい映像を観察者に観察させることが可能となる。また、観察瞳Ｅにて最も強度の強い位置は、光源１２と共役な位置にほぼ一致するので、ＬＣＤ１５を略平行な光束で照明（ケーラー照明）することになり、光源１２の輝度ムラ・色ムラをＬＣＤ１５の表示画面内で比較的小さくすることができる。
【００６５】
また、映像表示ユニットＲ・Ｌのそれぞれにおいて、光学素子２４を構成するＨＯＥは、上述したように０．９８≦（λｘ／λ０）≦１．０２を満たすように作製されている。このように、λｘ／λ０の値が１に近い場合、λｘとλ０とのずれが小さいので（観察画角の中心と端部とにおける回折ピーク波長の差が小さいので）、観察者は、観察像Ｅ内の色ムラを非常に小さく観察することができる。
【００６６】
なお、光源１２のＲＧＢの３つの発光点（各発光部の位置）が異なるので、本実施形態のように一方向拡散板１３の拡散度が小さいと、観察瞳Ｅ上で色ムラが発生することとなる（図１参照）。しかし、本実施形態では、逆にそのことを利用し、眼幅の異なる観察者の個々に対して、両眼観察像としては色ムラを低減した映像を観察させるようにしている。この点については後述する。
【００６７】
なお、一方向拡散板１３と集光レンズ１４との位置関係は逆であっても構わない。つまり、光源１２からの光を集光レンズ１４にて集光し、一方向拡散板１３にて拡散させてＬＣＤ１５に入射させるようにしても構わない（図８参照）。
【００６８】
（３．光学素子の作製方法について）
次に、上述した光学素子２４の作製方法について簡単に説明する。
光学素子２４を構成するＨＯＥは、例えば、光学フィルムである多層フィルムを接眼プリズム２２上に貼り付け、これをレーザ光で露光することによって作製される。上記の多層フィルムは、ベースフィルム、バリアフィルム、感光性フィルムおよびカバーフィルムがこの順で重なって構成されている。ベースフィルム、バリアフィルム、感光性フィルムおよびカバーフィルムの厚さは、それぞれ例えば５０μｍ、５μｍ、２０μｍ、５０μｍである。
【００６９】
また、感光性フィルムを構成する感光材料としては、フォトポリマー、銀塩材料、重クロム酸ゼラチンなどが挙げられるが、本実施形態では、光学素子２４としてのＨＯＥをドライプロセスで容易に製造可能なフォトポリマーを用いている。特に、感光性フィルムは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色に対応した波長に感度を有する単層または３層のフォトポリマーで構成されている。
【００７０】
上記の多層フィルムを用いた光学素子２４の作製プロセスは、以下の通りである。まず、フィルム原版から多層フィルムを切り出す。このとき、同時に、多層フィルムにおいて、接眼プリズム２２への貼付が必要な領域と、その周囲に形成される領域であって貼付が不要な領域との境界にも切り目を入れる。そして、多層フィルムからカバーフィルムを剥離し、多層フィルムを接眼プリズム２２に対して位置決めした後、ゴムローラによる押し付けにより、接眼プリズム２２の接合面に多層フィルムを貼り付ける。このとき、多層フィルムの感光性フィルム側が接眼プリズム２２側となるようにする。そして、接眼プリズム２２の接合面に貼付必要領域のみが残るように、貼付不要領域を剥離するとともに、貼付必要領域のベースフィルムも剥離する。
【００７１】
最後に、可干渉性のレーザ光を感光性フィルムに２光束で照射し、その２光束の干渉によってＨＯＥを作製する。このとき、レーザ光としてＲＧＢの３色の光を射出するレーザ光源を用いることで、ＲＧＢの３色に対して機能するＨＯＥ、すなわち、ＲＧＢの光を回折反射させるＨＯＥを作製することができる。
【００７２】
（４．色ムラの低減方法について）
次に、本実施形態での観察像の色ムラの低減方法について説明する。なお、その低減方法を実現する映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌの具体的な構成については後述する。
【００７３】
なお、以下での説明の便宜上、映像表示ユニット１ＲのＬＣＤ１５を映像表示素子Ｒとし、その観察瞳Ｅを観察瞳ＥRとする。同様に、映像表示ユニット１ＬのＬＣＤ１５を映像表示素子Ｌとし、その観察瞳Ｅを観察瞳ＥLとする。また、映像表示素子Ｒに映像を表示したときに、観察者の右眼で観察される観察像を観察像Ｒとする。同様に、映像表示素子Ｌに映像を表示したときに、観察者の左眼で観察される観察像を観察像Ｌとする。また、観察像Ｒおよび観察像Ｌを足し合わせてできる、両眼での観察像を観察像Ｂとする。
【００７４】
また、本実施形態では、光源１２としてＲＧＢ一体型のＬＥＤを用いているので、ＲＧＢの全発光部を点灯させて、映像表示素子Ｒ・Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にすると、映像表示素子Ｒ・Ｌには白色無地映像が表示される。このことから、映像表示素子Ｒ・Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にすることを、単に白色表示状態とも称し、特にその両方が白色表示状態であることを強調するときは、両方白色表示状態とも称することとする。
【００７５】
図１は、両方白色表示状態での観察瞳ＥR・ＥL内での色分布の一例を示す説明図である。なお、図１では、観察瞳ＥR・ＥL内の縦線の間隔が狭いほど、白色が赤っぽいまたは青っぽいことを示し、上記間隔が広いほど白色に近いことを示している。両方白色表示状態では、観察瞳ＥR・ＥL内の全領域において色ムラのない白色像が観察されるのが理想であるが、例えばＲＧＢの３色の発光部（ＬＥＤ等）を光源１２が有する場合、実際には３色の発光部の位置の違いや、放射角による強度分布の違い、ＨＯＥの角度選択性などの影響により、観察瞳ＥR・ＥLには、眼幅方向の位置によって像の色が異なる瞳内色分布（色ムラ）がそれぞれ生じる。ここでは、例として、観察瞳ＥR・ＥL内には、両方とも、眼幅方向における左側から右側に向かう方向に、「青っぽい白」、「白」、「赤っぽい白」と連続的に色が変化する色分布が存在している。つまり、観察瞳ＥR・ＥLは、互いに同じ瞳内色分布を持って眼幅方向に並んでいる。
【００７６】
したがって、観察瞳ＥR・ＥLの各中心近傍に観察者の右眼および左眼がそれぞれ位置するとき（眼幅距離（１）参照）、観察像Ｒ・Ｌは、同一色（ともに「白」）となる。また、観察瞳ＥR・ＥLの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士に等距離離れた位置に観察者の右眼および左眼が位置するとき（眼幅距離（２）参照）、観察像Ｒおよび観察像Ｌは、互いに異なる色（観察像Ｒは「青っぽい白」、観察像Ｌは「赤っぽい白」）となる（図５参照）。また、観察瞳ＥR・ＥLの各中心からそれぞれ眼幅方向外側同士に等距離離れた位置に観察者の右眼および左眼が位置するときでも（眼幅距離（３）参照）、観察像Ｒおよび観察像Ｌは、互いに異なる色（観察像Ｒは「赤っぽい白」、観察像Ｌは「青っぽい白」）となる。
【００７７】
つまり、この例では、片眼のみで観察すると、観察像Ｌは、眼幅方向における観察瞳ＥLＬの中心付近は目的とする白色像となるが、観察瞳ＥLの左右方向周辺に近づくにつれて、内側は赤っぽい白の像となり、外側は青っぽい白の像となっている。すなわち、眼幅の狭い観察者が左眼で観察する観察像Ｌは赤っぽい白の像となり、眼幅の広い観察者が左眼で観察する観察像Ｌは青っぽい白の像となる。一方、観察像Ｒについてはその逆で、眼幅の狭い観察者が右眼で観察する観察像Ｒは青っぽい白の像となり、眼幅の広い観察者が右眼で観察する観察像Ｒは赤っぽい白の像となる。
【００７８】
なお、人間の眼幅距離には個人差があるが、一般的には５８〜７０ｍｍの眼幅の範囲に約９０％以上の人が属すると言われている。この範囲の観察者に良好に映像を観察させるためには、その差１２ｍｍを補うことができる観察瞳ＥR・ＥL（すなわち片眼あたり左右方向に約６ｍｍの観察瞳ＥR・ＥL）が必要となる。そこで、本実施形態では、観察瞳ＥR・ＥLの左右方向の大きさを６ｍｍとした場合、観察瞳ＥR・ＥLの中心から左右に各１．５ｍｍ程度の範囲を観察瞳ＥR・ＥLの中心付近の領域とし、上記中心付近の領域よりも外側の領域であって、観察瞳ＥR・ＥLの両端約１．５ｍｍ程度の領域を、観察瞳ＥR・ＥL内で色が左右で異なって観察される領域としている。
【００７９】
以上のように、両方白色表示状態において、観察像Ｒ・Ｌの色が観察者の右眼および左眼の位置に応じて変化するように、観察瞳ＥR・ＥLに上述した瞳内色分布（色ムラ）を発生させ、観察瞳ＥR・ＥLにおいて、瞳内色分布の変化の仕方を眼幅方向に同一にすることにより、設計眼幅距離とは異なる眼幅距離の観察者に対して、左右で異なる色の像を観察させることが可能となる。
【００８０】
ここで、図５は、両方白色表示状態において、眼幅の狭い観察者（図１の眼幅距離（２）を有する観察者）の左眼で観察される観察像Ｌ、右眼で観察される観察像Ｒおよび両眼で観察される観察像Ｂを模式的に示している。上述したように、眼幅の狭い観察者は、左眼では画面全体で赤っぽい白の像を、右眼では画面全体で青っぽい白の映像を観察することになり、左右眼ともに本来観察させたい像（ここでは白色）とは異なる色の像を観察する（なお、眼幅の広い観察者は、左眼および右眼で上記とは逆の色の像を観察することになる）。しかし、これらを両眼視することにより、両眼での観察像Ｂとしては、右眼での観察像Ｒと左眼での観察像Ｌとを重ね合わせた色として認識することになり、最終的に観察させたい、設計観察瞳中心の色（ここでは白色）に近い像を観察させることができる。すなわち、観察瞳ＥR・ＥL内の色ムラが大きいにもかかわらず、両眼観察により、観察者にはあたかもその瞳内色ムラの小さい映像表示装置１で映像を観察しているかのように映像を観察させることができる。したがって、個々の瞳内での色ムラを小さくする努力が軽減される。
【００８１】
個々の瞳内での色ムラを小さくするためには、例えば一方向拡散板１３の拡散度を上げる方法があるが、本実施形態では、両眼観察によって色ムラを低減した映像を観察させることができるので、そのように一方向拡散板１３の拡散度を上げる必要がなくなる。また、設計眼幅距離とは異なる眼幅の観察者に対して左右で異なる色の像を観察させることにより、両眼での観察像Ｂとして色ムラを低減した映像を観察させるので、観察者の眼幅の違いに対応すべく、従来のような眼幅調整機構を設けたり、観察瞳ＥR・ＥLをそれぞれ複数の瞳で構成することによって眼幅方向に広げる必要もなくなる。その結果、眼幅調整機構のない簡易な構成で、高画質で明るい映像を、設計眼幅距離とは異なる眼幅の観察者に観察させることが可能となる。
【００８２】
特に、本実施形態では、図１に示すように、両方白色表示状態において、観察瞳ＥR・ＥLは、互いに同じ瞳内色分布を持って眼幅方向に並んでいるので、観察瞳ＥR・ＥLの各中心近傍に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒ・Ｌを同一色とし、観察瞳ＥR・ＥLの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒ・Ｌを互いに異なる色とすることができる。これにより、設計眼幅距離とは異なる眼幅の観察者に対して、左右で異なる色の像を観察させて、両眼での観察像Ｂとして、観察瞳ＥR・ＥLの中心での像の色に近い映像を観察させることができる。
【００８３】
また、図１および図５に示すように、両方白色表示状態において、観察瞳ＥR・ＥLの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒおよび観察像Ｌよりも、これらの観察像Ｒおよび観察像Ｌを足し合わせてできる観察像Ｂのほうが、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの各中心での像の色（例えば白色）に近い。したがって、観察者は、両眼観察時に、片眼観察時に観察される像の色よりも観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの中心での像の色（白色）に近い映像を視認することができる。
【００８４】
なお、以上では、瞳内色ムラが全く同じものを隣同士に並べて観察瞳ＥR・ＥLとしているが、勿論、左右の観察瞳ＥR・ＥLの瞳内色ムラが全く同じでなくても、その色ムラの発生方向が同方向であればよい。いずれにしても、観察瞳ＥR・ＥLの瞳内色ムラが両眼視によって（観察像Ｒ・Ｌの色の違いによって）打ち消されるように、瞳内色ムラを発生させればよい。
【００８５】
ところで、図６は、ＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標を示している。なお、同図中のＲ1、Ｌ1、Ｂ1は、それぞれ、（両方）白色表示状態において、設計眼幅距離と同じ眼幅の観察者の右眼、左眼、両眼で観察される観察像Ｒ、観察像Ｌ、観察像Ｂの画面中心に対応する色度座標を示す。また、同図中のＲ2、Ｌ2、Ｂ2は、それぞれ、（両方）白色表示状態において、眼幅の狭い観察者の右眼、左眼、両眼で観察される観察像Ｒ、観察像Ｌ、観察像Ｂの画面中心に対応する色度座標を示す。さらに、同図中のＲ3、Ｌ3、Ｂ3は、それぞれ、（両方）白色表示状態において、眼幅の広い観察者の右眼、左眼、両眼で観察される観察像Ｒ、観察像Ｌ、観察像Ｂの画面中心に対応する色度座標を示す。また、同図中のＰは、白色表示状態において、片眼（右眼または左眼）での観察時における観察瞳内の全位置に対応する色度座標の範囲を示し、Ｑは、両方白色表示状態において、両眼で観察される観察像の画面内の全位置に対応する色度座標の範囲を示す。
【００８６】
上述した本発明の効果については、図６を用いて以下のように説明することもできる。すなわち、例えば、眼幅が狭い観察者においては、左眼で観察される観察像Ｌの画面中心に対応する色度座標はＬ2（赤っぽい白）となり、右眼で観察される観察像Ｒの画面中心に対応する色度座標はＲ2（青っぽい白）となる。これらを両眼で観察すると、観察像Ｂは、Ｌ2とＲ2との中間的な色として認識され、色度座標としてはＬ2とＲ2との中間的な色をとる。なお、左右像を均等に観察した場合は、Ｌ2とＲ2とのほぼ中間値のＢ2となるが、実際、人間には利き目があるので、利き目側の色をより強く認識する。このため、観察像Ｂとしては、中間値よりもやや利き目側に近い色として観察される。しかし、いずれにしても、観察像Ｂの色は、Ｌ2とＲ2との間の色となる。
【００８７】
この結果、両眼視における観察像Ｂの色は、片眼観察時よりも設計眼幅の観察者の観察像の色（Ｂ1）に近づくことなり、実質上、あたかも観察瞳ＥR・ＥL内の色ムラが小さい装置で観察したかのように観察することができる。したがって、観察瞳ＥR・ＥL内の瞳内色ムラが大きく、かつ、眼幅調整機構がない構成においても、眼幅の異なる複数の観察者が設計観察瞳ＥR・ＥLの中心での観察像Ｒ・Ｌの色に近い色で映像を観察することが可能となる。
【００８８】
ところで、両方白色表示状態においては、観察瞳ＥR・ＥLの各々において、眼幅方向両端での色度Ｘ座標値の差および色度Ｙ座標値の差、すなわち、Ｒ2とＲ3、Ｌ2とＬ3での色度Ｘ座標値の差および色度Ｙ座標値の差の少なくとも一方は、０．０５以上であることが望ましい。ちなみに、本実施形態では、図６に示すように、Ｒ2とＲ3、Ｌ2とＬ3とにおける上記色度Ｘ座標の差は、ともに０．１５程度であり、上記色度Ｙ座標の差は、ともに０．１程度となっている。
【００８９】
このような状態では、観察瞳ＥR・ＥL内に、眼幅方向の位置によって像の色が異なる色ムラが確実に発生する。これにより、設計眼幅距離とは異なる眼幅の観察者に対して、左右の眼で互いに異なる色の像を観察させることが確実に可能となり、両眼での観察像として、片眼での観察像よりも、観察瞳ＥR・ＥLの中心での像の色に近い映像を観察させることができる。
【００９０】
また、両方白色表示状態においては、観察瞳ＥR・ＥL内のいずれの位置に右眼および左眼が位置しても、観察像Ｒ・Ｌの色分布の色度Ｘ座標値および色度Ｙ座標値の取り得る範囲は、両者とも０．０３以下の範囲であることが望ましい。例えば、図５では、眼幅の狭い観察者が観察する観察像Ｒ・Ｌを示したが、このときの観察者の右眼および左眼は、観察瞳ＥR・ＥLの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士に等距離離れた位置にある。このときの観察像Ｒの画面全体としては青っぽい白であり、観察像Ｒの色分布の色度Ｘ座標値および色度Ｙ座標値の取り得る範囲は、両者とも０．０３以下の範囲であることがわかっている。同様に、観察像Ｌの画面全体としては赤っぽい白であり、観察像Ｌの色分布の色度Ｘ座標値および色度Ｙ座標値の取り得る範囲は、両者とも０．０３以下の範囲であることがわかっている。
【００９１】
このように、観察瞳ＥR・ＥL内のいずれの位置に右眼および左眼が位置しても、観察像Ｒ・Ｌの色分布の色度Ｘ座標値および色度Ｙ座標値の取り得る範囲が両者とも０．０３以下であれば、観察像Ｒ・Ｌには色の違いとして認識可能なレベルの色ムラがなく、観察者は個々の観察像Ｒ・Ｌとして色ムラのない良好な映像を観察することができる。
【００９２】
（５．色ムラを低減するための構成について）
次に、上述した色ムラの低減方法を実現する映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌの具体的な構成について説明する。
【００９３】
図７は、光源１２Ｒ・１２Ｌの各発光部の配置の一例を示す平面図である。同図に示すように、光源１２Ｒは、ＲＧＢの３原色の波長の光を発光する発光部１２ＲR・１２ＲG・１２ＲBを１つのチップ上に並べた３色１チップのＬＥＤで構成されている。また、光源１２Ｌも同様に、ＲＧＢの３原色の波長の光を発光する発光部１２ＬR・１２ＬG・１２ＬBを１つのチップ上に並べた３色１チップのＬＥＤで構成されている。
【００９４】
本実施形態では、光源１２Ｒ・１２Ｌの各発光部は、観察者の眼幅方向に同じ順で並んで配置されている。より具体的には、光源１２Ｒでは、観察者の眼幅方向である左右方向の左側から右側に向かって、発光部１２ＲR・１２ＲG・１２ＲBがこの順で一列に並んで配置されている。また、光源１２Ｌにおいても、上記左右方向の左側から右側に向かって、発光部１２ＬR・１２ＬG・１２ＬBがこの順で一列に並んで配置されている。
【００９５】
また、図８は、映像表示ユニット１Ｌにおいて、光源１２Ｌから観察瞳ＥLに向かうＲＧＢの光の光路を示す説明図であり、図９は、観察瞳ＥLに到達したＲＧＢの光の強度分布を示す説明図である。なお、映像表示ユニット１Ｒにおける光の光路や観察瞳ＥR上の光強度分布についても、図９と同様の図となる。
【００９６】
図７に示したように、光源１２Ｒおよび光源１２Ｌにおいては、ＲＧＢの各発光部の位置が異なるため、図８および図９に示すように、光源１２Ｌからの光が集光レンズ１４Ｌ、一方向拡散板１３Ｌ、ＬＣＤ１５Ｌ、接眼光学系２１Ｌを介して観察瞳ＥLに到達した際に、観察瞳ＥL上の各位置によって強度分布が異なり、これが観察瞳ＥL内の色ムラとなって現れる。図９では、観察瞳ＥLの左右端では、ＢとＲの強度比が約２倍異なり、瞳中心に対しては色の違いとして認識される。特に、光源と光学瞳とを略共役な位置関係にすると、表示画面内の色ムラを比較的小さくできるが、明るく観察させるために拡散板での拡散度を小さくすると、瞳内で色ムラが発生する。
【００９７】
眼幅調整機構を設けずに、眼幅の異なる観察者に良好に映像を観察させるためには、片眼観察では、上記のような瞳内色ムラを低減すべく、用いる拡散板の拡散度を高めて、画面中心と周辺との光量差を小さくするとともに、各位置でのＲＧＢの光量比をほぼ等しくする必要がある。しかし、この方法では、照明光の光利用効率を低下させるので、映像が暗い。
【００９８】
これに対して、本実施形態では、光源１２Ｒ・１２Ｌの各発光部が眼幅方向に同じ順で並んで配置されていることにより、設計眼幅距離とは異なる眼幅の観察者に対しては、片眼視では、左右眼ともに本来観察させたい像とは異なる色の像が観察されるが、これらの像を両眼視することで、最終的に観察させたい設計観察瞳中心の色に近い像を観察させることができる。これにより、左右眼の観察瞳内の色ムラが大きいにもかかわらず、観察者にはあたかも瞳内色ムラの小さい映像表示装置で観察しているかのように観察させることができる。
【００９９】
すなわち、本実施形態のように、光源１２Ｒ・１２Ｌにおいて、各発光部を観察者の眼幅方向に同じ順で並べて配置して、左右の観察瞳ＥR・ＥL内で同じ色ムラを発生させることにより、左右の瞳内色ムラを個々に低減する必要がなくなり、拡散板の拡散度を高める（例えば水平方向に４０度とする）必要もなくなる。これにより、映像をより明るく観察することが可能となる。また、複数波長の光の強度比を瞳内の全ての位置でほぼ一定にそろえる必要もなくなる。
【０１００】
なお、観察瞳ＥR・ＥLにおいて、各色の強度比が１：０．８程度であれば色ムラとして感じないレベルであることを考えると、本実施形態で説明した色ムラの低減方法は、各色の強度比が、理想的な各色の強度比（この場合、画面中心における各色の強度比）に対して、最大２０％以上異なる場合により有効であると考えられる。
【０１０１】
なお、以上では、光源１２Ｒ・１２Ｌは、ＲＧＢの３色の光を発光する３色光源で構成されている例について説明したが、２色の光を発光する２色光源で構成されてもよく、４色以上の光を発光する光源で構成されていてもよい。いずれの場合でも、光源Ｒ・Ｌにおいて、各発光部を観察者の眼幅方向に同じ順で並べて配置すればよい。また、ＲＧＢの各発光部は、眼幅方向に完全に一列に配置されていなくてもよい。例えば、ＲＧＢの各発光部は、眼幅方向に略一列に、すなわち、２つの発光部を結ぶ直線（眼幅方向に一致）に対して、残りの発光部が垂直方向に多少ずれて配置されていてもよい。
【０１０２】
（６．拡散度の設定に関する具体例について）
次に、一方向拡散板１３の横方向の拡散度の設定に関する具体例について説明する。
なお、人間の眼幅距離に個人差があることは上述した通りであるが、眼幅範囲を広めに見積もっても、ほぼ大半の人が５４〜７２ｍｍ（６３±９ｍｍ）の範囲に含まれる。したがって、眼幅調整機構なしで映像を観察可能とするためには、左右の観察瞳ＥR・ＥLが６３ｍｍを中心としてそれぞれ横方向に約９ｍｍ程度あればよいと考えられる。
【０１０３】
そこで、ここでは、左右の観察瞳ＥR・ＥLの横方向（眼幅方向）の長さを余裕を持って約１０ｍｍに設計し、このような観察瞳ＥR・ＥLを実現するために、光源１２Ｒ・１２Ｌを構成するＲＧＢの発光部（ＬＥＤ）を片眼につき２組用い、２組の瞳を合成してそれぞれ観察瞳ＥR・ＥLとした。
【０１０４】
また、ここでは、光源１２Ｒ・１２Ｌと観察瞳ＥR・ＥLとの位置関係が略共役であるとし、光源１２Ｒ・１２Ｌとして用いるＬＥＤは、ＲＧＢの３色１チップのものであり、チップ外形は３ｍｍで、ＲＧＢのチップ間距離は０．５ｍｍとした。さらに、集光レンズ１４の焦点距離を約７ｍｍとし、接眼光学系２１（ＨＯＥ）の焦点距離を約２０ｍｍとした。
【０１０５】
光源１２Ｒ・１２Ｌと観察瞳ＥR・ＥLの位置関係が略共役であることにより、ＬＣＤ１５Ｒ・１５Ｌの表示画面内の輝度ムラ・色ムラを比較的小さくできるが、光源１２Ｒ・１２Ｌにおいて、ＲＧＢの各発光部の位置が異なるので、一方向拡散板１３Ｒ・１３Ｌでの拡散度が小さいと、観察瞳ＥR・ＥL上で輝度ムラ・色ムラが発生する。上記の場合、照明系および接眼系の焦点距離の比が２０／７≒３であるので、ＬＥＤのチップ間距離が観察瞳ＥR・ＥL上で約３倍に拡大される。
【０１０６】
ここで、図１０は、一方の映像表示ユニット１Ｌの概略の構成を光路に沿って展開して示す説明図であり、図１１は、その映像表示ユニット１Ｌにおける観察瞳ＥL上での光強度分布を示す説明図である。なお、他方の映像表示ユニット１Ｒの構成および観察瞳ＥR上での光強度分布についても図１０および図１１と同様とする。
【０１０７】
図１０では、光源１２のＲＧＢの各発光部が、水平方向左から右方向に向かってＢＧＲＲＧＢの順に並んで配置されている（Ｇ−Ｇ間距離３ｍｍ）。この構成では、観察瞳ＥL上では、２つのＧの強度最大位置は、３ｍｍの約３倍で約９ｍｍ離れることになる（ちなみに、Ｂについては約１２ｍｍ、Ｒについては約６ｍｍ離れる）。このままでは瞳中央でのＧの強度が低いので、ピーク位置の約５０％程度の強度が瞳中央にくるように、一方向拡散板１３Ｌとして横方向に４０度拡散するものを用いている（縦方向の拡散度は例えば０．２度）。なお、一方向拡散板１３Ｌは、光源１２Ｌから約４ｍｍだけ光軸方向に離れた位置に配置される。
【０１０８】
２つのＧのそれぞれの瞳中央での強度は、ピーク強度の約５０％であるので、２個のＧの合成後の強度は、瞳中央で約１００％となり、結果的に、図１１に示すように、横方向にフラットな強度分布となる。なお、２個のＲの合成後の強度としては、Ｒの発光部がＧの発光部よりも内側（光軸側）に配置されているため、瞳中央でＧよりも高めとなり、瞳周辺部でＧよりも低めとなる。逆に、２個のＢの合成後の強度としては、Ｂの発光部がＧの発光部よりも外側（光軸とは反対側）に配置されているため、瞳中央でＧよりも低めとなり、瞳周辺部でＧよりも高めとなる。ただし、強度比が１：０．８程度であれば、色ムラとして感じないレベルであり、観察瞳ＥLの左右１０ｍｍ全域では、ほぼ瞳内の色ムラの無い状態となっている。
【０１０９】
これに対して、図１２は、一方の映像表示ユニット１Ｌの他の構成を光路に沿って展開して示す説明図であり、図１３は、その映像表示ユニット１Ｌにおける観察瞳ＥL上での光強度分布を示す説明図である。なお、他方の映像表示ユニット１Ｒの構成および観察瞳ＥR上での光強度分布についても図１２および図１３と同様とする。
【０１１０】
図１２では、光源１２のＲＧＢの各発光部が、水平方向左から右方向に向かってＲＧＢＲＧＢの順に並んで配置されている。この例では、瞳中央での２つのＧの合成後の強度が、ピーク位置の約８０％程度になるように、一方向拡散板１３Ｌとして横方向の拡散度が２０度のものを用いている（縦方向の拡散度は例えば０．２度）。ただし、横方向の拡散度を２０度と小さくした分、一方向拡散板１３Ｌを光源１２Ｌから光軸方向に６ｍｍ遠ざけて配置している。
【０１１１】
観察瞳ＥLにおける個々のＧの強度分布は、一方向拡散板１３Ｌの拡散度が低いため、図１１の場合よりもやや急峻となっている。なお、図１２の構成では、光源１２ＬにおけるＢ−Ｂ間距離、Ｒ−Ｒ間距離は、Ｇ−Ｇ間距離と同じであるので、２つのＢの合成後の強度分布および２つのＲの合成後の強度分布は、それぞれ２つのＧの合成後の強度分布を左右にずらした分布となっている。これにより、左右の観察瞳ＥR・ＥLの１０ｍｍ両端で、瞳内の色ムラが大きく発生している（図１３では左端がＲ不足、右端がＢ不足の状態）。このような瞳内色ムラを左右で同方向に発生させることにより、眼幅の異なる観察者は、色ムラのない映像を両眼で観察することが可能となる。
【０１１２】
以上のように、一方向拡散板１３の横方向の拡散度を４０度から２０度に落とすことにより、光源１２に対する一方向拡散板１３の配置距離が若干遠くなっているが、明るさを２倍程度増大させた映像を観察できることがわかった。
【０１１３】
なお、以上の例では、横方向の瞳サイズ１０ｍｍに対してＬＥＤのチップ外形が３ｍｍと大きいので、明るさを増大させる効果は高々２倍程度であるが、ＬＥＤのチップサイズが２ｍｍのようなより小さいＬＥＤを光源１２として用いれば、瞳上でのＬＥＤ強度ピーク位置間隔を６ｍｍのように狭くすることができ、より光を中央に集めることができる。これにより、横方向にさらに低拡散度の拡散板を使用することが可能となり、瞳の両端部で色ムラをより大きく発生させながら、瞳中央をより明るくすることが可能となる。
【０１１４】
つまり、瞳サイズに対してＬＥＤのチップサイズが小さくなればなるほど、従来であれば、瞳内色ムラを無くすために拡散板の拡散度を益々上げる必要があるが、両眼視によって色ムラの無い映像を眼幅の異なる観察者に観察させる本発明では、逆に拡散板の拡散度を下げることができるので、本発明が益々有効となる。
【０１１５】
なお、拡散板の横方向の拡散度は、例えば用いるＬＥＤのチップサイズ（各色のチップ間距離）、拡散板の配置位置、照明レンズ（集光レンズ１４）の焦点距離、接眼光学系２１の焦点距離などを考慮して適宜設定されればよい。
【０１１６】
なお、以上で説明した構成や手法を適宜組み合わせて映像表示ユニット１Ｒ・１Ｌひいては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】
【０１１７】
本発明は、両眼観察が可能な映像表示装置およびＨＭＤに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の実施の一形態に係るＨＭＤの映像表示装置で観察される、両方白色表示状態での左右の観察瞳内での色分布の一例を示す説明図である。
【図２】（ａ）は、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３】上記映像表示装置の左右の映像表示ユニットの概略の構成を示す断面図である。
【図４】上記左右の映像表示ユニットにおける光の光路を展開して示す説明図である。
【図５】両方白色表示状態において、眼幅の狭い観察者の左眼、右眼および両眼で観察される各観察像を模式的に示す説明図である。
【図６】ＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標を示す説明図である。
【図７】左右の光源の各発光部の配置の一例を示す平面図である。
【図８】左眼用の映像表示ユニットにおいて、光源から観察瞳に向かうＲＧＢの光の光路を示す説明図である。
【図９】上記観察瞳上でのＲＧＢの光の強度分布を示す説明図である。
【図１０】光源のＲＧＢの各発光部がＢＧＲＲＧＢの順に並んで配置されている映像表示ユニットの構成を光路に沿って展開して示す説明図である。
【図１１】上記映像表示ユニットにおける観察瞳上での光強度分布を示す説明図である。
【図１２】光源のＲＧＢの各発光部がＲＧＢＲＧＢの順に並んで配置されている映像表示ユニットの概略の構成を光路に沿って展開して示す説明図である。
【図１３】上記映像表示ユニットにおける観察瞳上での光強度分布を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１ 映像表示装置
１Ｒ 映像表示ユニット（映像表示ユニットＲ）
１Ｌ 映像表示ユニット（映像表示ユニットＬ）
２ 支持手段
１２ 光源
１２Ｒ 光源（光源Ｒ）
１２ＲR 発光部
１２ＲG 発光部
１２ＲB 発光部
１２Ｌ 光源（光源Ｌ）
１２ＬR 発光部
１２ＬG 発光部
１２ＬB 発光部
１５ ＬＣＤ（映像表示素子、映像表示素子Ｒ、映像表示素子Ｌ）
２１ 接眼光学系（接眼光学系Ｒ、接眼光学系Ｌ）
２２ 接眼プリズム（接合光学部材）
２２ａ 面（入射面）
２３ 偏向プリズム（接合光学部材）
２４ 光学素子（ホログラム光学素子）
Ｅ 観察瞳（観察瞳Ｒ、観察瞳Ｌ）
ＥR 観察瞳（観察瞳Ｒ）
ＥL 観察瞳（観察瞳Ｌ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
右眼用の映像表示ユニットＲと、左眼用の映像表示ユニットＬとを備えた映像表示装置であって、
映像表示ユニットＲは、
光源Ｒと、光源Ｒからの光を各画素ごとに透過または反射させることによって映像を表示する映像表示素子Ｒと、映像表示素子Ｒからの映像光を観察瞳Ｒに導く接眼光学系Ｒとを備えており、
映像表示ユニットＬは、
光源Ｌと、光源Ｌからの光を各画素ごとに透過または反射させることによって映像を表示する映像表示素子Ｌと、映像表示素子Ｌからの映像光を観察瞳Ｌに導く接眼光学系Ｌとを備えており、
右眼および左眼で観察される像をそれぞれ観察像Ｒおよび観察像Ｌとすると、
両方の映像表示素子Ｒおよび映像表示素子Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌには、眼幅方向の位置によって像の色が異なる瞳内色分布がそれぞれあり、かつ、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの各中心近傍に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒおよび観察像Ｌは、同一色であり、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒおよび観察像Ｌは、互いに異なる色であることを特徴とする映像表示装置。
【請求項２】
両方の映像表示素子Ｒおよび映像表示素子Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒおよび観察像Ｌよりも、これらの観察像Ｒおよび観察像Ｌを足し合わせてできる観察像Ｂのほうが、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの各中心での像の色に近い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】
両方の映像表示素子Ｒおよび映像表示素子Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌにおける瞳内色分布をＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標で表したとき、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの各々において、眼幅方向両端での色度Ｘ座標値の差および色度Ｙ座標値の差の少なくとも一方は、０．０５以上であ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】
両方の映像表示素子Ｒおよび映像表示素子Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察像Ｒおよび観察像Ｌの観察画面内の色分布をＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標で表したとき、観察瞳Ｒ内および観察瞳Ｌ内のいずれの位置に右眼および左眼が位置しても、観察像Ｒおよび観察像Ｌの色分布の色度Ｘ座標値および色度Ｙ座標値の取り得る範囲は、両者とも０．０３以下の範囲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】
両方の映像表示素子Ｒおよび映像表示素子Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌは、互いに同じ瞳内色分布を持って眼幅方向に並んでい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】
光源Ｒおよび光源Ｌは、異なる波長の光を出射する複数の発光部でそれぞれ構成されており、
光源Ｒおよび光源Ｌにおいて、各発光部は、観察者の眼幅方向に同じ順で並んで配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項７】
複数の発光部は、３原色に対応した波長の光をそれぞれ出射す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】
映像表示ユニットＲおよび映像表示ユニットＬのそれぞれにおいて、光源と観察瞳とは、各発光部が並ぶ方向に垂直な方向において略共役であ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】
映像表示ユニットＲおよび映像表示ユニットＬのそれぞれにおいて、接眼光学系は体積位相型の反射型ホログラム光学素子を含んでおり、映像表示素子からの映像光をホログラム光学素子によって拡大反射して観察者の眼に虚像として導くとともに、ホログラム光学素子を透過した外界像の光を観察者の眼に導くことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１０】
映像表示ユニットＲおよび映像表示ユニットＬのそれぞれにおいて、ホログラム光学素子は、回折効率が極大値となる複数の回折ピーク波長を持ち、それぞれの回折ピーク波長に対して、映像表示素子の中心から出射されて観察瞳の中心に入射する主光線の回折ピーク波長をλ０とし、映像表示素子の周辺部から出射されて観察瞳の中心に入射する主光線の回折ピーク波長をλｘとすると、
０．９８≦（λｘ／λ０）≦１．０２
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】
映像表示ユニットＲおよび映像表示ユニットＬのそれぞれにおいて、接眼光学系は、ホログラム光学素子を埋設した接合光学部材を含んでおり、映像表示素子からの映像光を、接合光学部材の入射面より入射させ、内部で複数回全反射してホログラム光学素子に導く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】
上記ホログラム光学素子は、映像表示素子に表示された映像を拡大する正の非軸対称な光学的パワーを有していることを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１３】
映像表示ユニットＲおよび映像表示ユニットＬのそれぞれにおいて、光源は、発光ダイオードで構成されていることを特徴とする請求項９から１２のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１４】
請求項１から１３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備えていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
【請求項１】
右眼用の映像表示ユニットＲと、左眼用の映像表示ユニットＬとを備えた映像表示装置であって、
映像表示ユニットＲは、
光源Ｒと、光源Ｒからの光を各画素ごとに透過または反射させることによって映像を表示する映像表示素子Ｒと、映像表示素子Ｒからの映像光を観察瞳Ｒに導く接眼光学系Ｒとを備えており、
映像表示ユニットＬは、
光源Ｌと、光源Ｌからの光を各画素ごとに透過または反射させることによって映像を表示する映像表示素子Ｌと、映像表示素子Ｌからの映像光を観察瞳Ｌに導く接眼光学系Ｌとを備えており、
右眼および左眼で観察される像をそれぞれ観察像Ｒおよび観察像Ｌとすると、
両方の映像表示素子Ｒおよび映像表示素子Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌには、眼幅方向の位置によって像の色が異なる瞳内色分布がそれぞれあり、かつ、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの各中心近傍に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒおよび観察像Ｌは、同一色であり、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒおよび観察像Ｌは、互いに異なる色であることを特徴とする映像表示装置。
【請求項２】
両方の映像表示素子Ｒおよび映像表示素子Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの各中心からそれぞれ眼幅方向内側同士または外側同士に等距離離れた位置に右眼および左眼が位置するときの観察像Ｒおよび観察像Ｌよりも、これらの観察像Ｒおよび観察像Ｌを足し合わせてできる観察像Ｂのほうが、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの各中心での像の色に近い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】
両方の映像表示素子Ｒおよび映像表示素子Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌにおける瞳内色分布をＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標で表したとき、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌの各々において、眼幅方向両端での色度Ｘ座標値の差および色度Ｙ座標値の差の少なくとも一方は、０．０５以上であ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】
両方の映像表示素子Ｒおよび映像表示素子Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察像Ｒおよび観察像Ｌの観察画面内の色分布をＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標で表したとき、観察瞳Ｒ内および観察瞳Ｌ内のいずれの位置に右眼および左眼が位置しても、観察像Ｒおよび観察像Ｌの色分布の色度Ｘ座標値および色度Ｙ座標値の取り得る範囲は、両者とも０．０３以下の範囲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】
両方の映像表示素子Ｒおよび映像表示素子Ｌの全ての画素を光透過状態または光反射状態にしたときに、観察瞳Ｒおよび観察瞳Ｌは、互いに同じ瞳内色分布を持って眼幅方向に並んでい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】
光源Ｒおよび光源Ｌは、異なる波長の光を出射する複数の発光部でそれぞれ構成されており、
光源Ｒおよび光源Ｌにおいて、各発光部は、観察者の眼幅方向に同じ順で並んで配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項７】
複数の発光部は、３原色に対応した波長の光をそれぞれ出射す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】
映像表示ユニットＲおよび映像表示ユニットＬのそれぞれにおいて、光源と観察瞳とは、各発光部が並ぶ方向に垂直な方向において略共役であ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】
映像表示ユニットＲおよび映像表示ユニットＬのそれぞれにおいて、接眼光学系は体積位相型の反射型ホログラム光学素子を含んでおり、映像表示素子からの映像光をホログラム光学素子によって拡大反射して観察者の眼に虚像として導くとともに、ホログラム光学素子を透過した外界像の光を観察者の眼に導くことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１０】
映像表示ユニットＲおよび映像表示ユニットＬのそれぞれにおいて、ホログラム光学素子は、回折効率が極大値となる複数の回折ピーク波長を持ち、それぞれの回折ピーク波長に対して、映像表示素子の中心から出射されて観察瞳の中心に入射する主光線の回折ピーク波長をλ０とし、映像表示素子の周辺部から出射されて観察瞳の中心に入射する主光線の回折ピーク波長をλｘとすると、
０．９８≦（λｘ／λ０）≦１．０２
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】
映像表示ユニットＲおよび映像表示ユニットＬのそれぞれにおいて、接眼光学系は、ホログラム光学素子を埋設した接合光学部材を含んでおり、映像表示素子からの映像光を、接合光学部材の入射面より入射させ、内部で複数回全反射してホログラム光学素子に導く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】
上記ホログラム光学素子は、映像表示素子に表示された映像を拡大する正の非軸対称な光学的パワーを有していることを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１３】
映像表示ユニットＲおよび映像表示ユニットＬのそれぞれにおいて、光源は、発光ダイオードで構成されていることを特徴とする請求項９から１２のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１４】
請求項１から１３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備えていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−２８７０４９（Ｐ２００８−２８７０４９Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３２３９０（Ｐ２００７−１３２３９０）
【出願日】平成１９年５月１８日（２００７．５．１８）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１８日（２００７．５．１８）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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