映像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ
【課題】接眼光学系４をコンパクトに構成しつつ、光学瞳Ｅの位置調整を容易に行う。
【解決手段】映像観察状態で光学瞳Ｅを通過する光の光束径をφViewとし、光学瞳Ｅの位置調整状態で光学瞳Ｅを通過する光の光束径をφAli としたときに、φView＜φAli となるように、光源１１から射出される光の光束径を切り替える光束径切り替え機構３０を設ける。この光束径切り替え機構３０は、例えば絞り３１で構成される。絞り３１による光束径の切り替えによって、φView＜φAli とすることができるので、位置調整状態において、観察者は光学瞳Ｅの位置を確認しやすくなる。また、位置調整状態での接眼光学系４の有効光路領域は、映像観察状態での接眼光学系４の有効光路領域に含まれており、接眼光学系４を大きく構成することなく、φView＜φAli を実現することができる。
【解決手段】映像観察状態で光学瞳Ｅを通過する光の光束径をφViewとし、光学瞳Ｅの位置調整状態で光学瞳Ｅを通過する光の光束径をφAli としたときに、φView＜φAli となるように、光源１１から射出される光の光束径を切り替える光束径切り替え機構３０を設ける。この光束径切り替え機構３０は、例えば絞り３１で構成される。絞り３１による光束径の切り替えによって、φView＜φAli とすることができるので、位置調整状態において、観察者は光学瞳Ｅの位置を確認しやすくなる。また、位置調整状態での接眼光学系４の有効光路領域は、映像観察状態での接眼光学系４の有効光路領域に含まれており、接眼光学系４を大きく構成することなく、φView＜φAli を実現することができる。
【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】
常時装着して映像を観察することができるＨＭＤは、映像の視認性がよく、調整部分が少なく、小型軽量であることが望まれる。このようなＨＭＤは、光学瞳（射出瞳）を通過する光の光束径が小さくなるような接眼光学系（極限はマクスウェル視となるもの）を用いることによって実現することが可能である。つまり、このような接眼光学系を用いることにより、焦点深度が深くなるため、対応視度が広くなり、視度補正等の調整なしで映像を観察することが可能となる。また、光学瞳を通過する光の光束径が小さいので、接眼光学系の有効光路領域を小さくすることができ、接眼光学系ひいてはＨＭＤの小型軽量化を実現することができる。
【０００３】
ところで、ＨＭＤでの映像の観察時には、観察者の瞳の位置と接眼光学系の光学瞳の位置とを合わせる必要があるが、接眼光学系の光学瞳が小さいと、観察者自身が位置合わせの目標位置（例えば光学瞳の中心位置）を確認しづらくなる。そこで、例えば特許文献１のＨＭＤでは、観察者の眼球に投影する光束と観察者の眼球との間の位置関係を検出手段が検出し、検出された位置関係に応じて、移動手段が観察者の眼球に投影する光束を移動させている。これにより、観察者は、自身による位置調整を行うことなく、映像を観察することが可能となっている。
【０００４】
しかし、特許文献１の構成では、位置関係の検出手段と光束の移動手段とを設けることによって、システム全体が大きくなり、重くなってしまう。したがって、そのような構成は、長時間装着するＨＭＤに向いているとは言えない。
【０００５】
一方、例えば特許文献２のＨＭＤでは、複数の照明用点光源のうち、観察者の瞳孔位置と共役な位置にある点光源のみを選択して点灯するようにしている。これにより、上記のような機械的な手段を用いた位置合わせを不要としている。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３１１３６１号公報
【特許文献２】特開平８−２１１３２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献２のように照明用点光源を複数設ける構成では、位置合わせは容易である反面、接眼光学系において、映像を周辺まで観察するのに必要な有効光路領域を、全ての点光源に対して確保しなければならない。このため、本来の軸上に１点にのみ点光源を配置する構成に比べて、接眼光学系が大きくなってしまう。
【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、接眼光学系をコンパクトに構成しつつ、光学瞳の位置調整を容易に行う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、光源と、光源からの光を変調して映像を表示する表示素子と、表示素子からの映像光を光学瞳に導く接眼光学系とを備えた映像表示装置であって、観察者が光学瞳の位置で映像を観察する映像観察状態で、光学瞳を通過する光の光束径をφViewとし、光学瞳の位置を観察者の瞳位置に合わせるための位置調整状態で、光学瞳を通過する光の光束径をφAli としたときに、φView＜φAli となるように、光源から射出される光の光束径を切り替える光束径切り替え手段をさらに備えており、位置調整状態での接眼光学系の有効光路領域は、映像観察状態での接眼光学系の有効光路領域に含まれていることを特徴としている。
【００１０】
上記の構成によれば、光源からの光は、表示素子にて変調され、映像光として射出された後、接眼光学系によって光学瞳に導かれる。したがって、光学瞳の位置では、観察者は、表示素子の表示映像（虚像）を観察することができる。
【００１１】
また、光束径切り替え手段による光源光の光束径の切り替えにより、光学瞳を通過する光の光束径が映像観察状態よりも位置調整状態で大きくなるので、位置調整状態において、観察者は、光学瞳の位置を確認しやすくなり、光学瞳の位置調整を容易に行うことができる。
【００１２】
さらに、接眼光学系における位置調整状態での有効光路領域は、映像観察状態での有効光路領域に含まれているので、接眼光学系を大きく構成することなく、位置調整状態で光学瞳を通過する光の光束径を大きくすることができる。したがって、接眼光学系をコンパクトに構成しつつ、光学瞳の位置調整が容易な映像表示装置を実現することができる。
【００１３】
本発明の映像表示装置においては、位置調整状態において、光学瞳を通過する光の瞳面内での照度は、中心位置で最大であることが望ましい。この場合、観察者は、位置調整時に光学瞳の中心を認識することが容易となり、位置調整を正確に行うことができる。
【００１４】
本発明の映像表示装置においては、位置調整状態において、光学瞳を通過する光の瞳面内での周辺照度は、中心照度の１／２以下であることが望ましい。この場合、位置調整状態において、光学瞳の面内での中心照度と周辺照度との差が大きくなるので、観察者は、位置調整時に光学瞳の中心を認識することがさらに容易となり、位置調整をさらに正確に行うことができる。
【００１５】
本発明の映像表示装置においては、位置調整状態において、光学瞳を通過する光の瞳面内での照度は、中心から周辺に向かって段階的に低下することが望ましい。この場合、光学瞳の面内における周辺から中心に向かう方向への位置調整が容易となる。
【００１６】
本発明の映像表示装置において、光束径切り替え手段は、３φView≦φAli となるように、光源から射出される光の光束径を切り替えることが望ましい。このような光束径切り替え手段による光源光の光束径の切り替えにより、位置調整状態において光学瞳を通過する光の光束径が、映像観察状態において光学瞳を通過する光の光束径の３倍以上となるので、位置調整のスタート時に、観察者は光学瞳を見つけ出し易くなる。
【００１７】
本発明の映像表示装置において、表示素子の映像表示領域は、映像観察状態よりも位置調整状態のほうが小さいことが望ましい。
【００１８】
映像観察状態で発生する収差が補正されるように接眼光学系が設計されている場合、表示素子の映像表示領域を映像観察状態と位置調整状態とで同じ面積（全画素ＯＮ）としたまま、位置調整状態において光学瞳を通過する光の光束径を大きくすると、映像の周辺部に向かうほど収差が発生し、映像がぼやけるため、観察者は光学瞳の正確な中心位置を認識しにくくなる。
【００１９】
これに対して、表示素子の映像表示領域を、映像観察状態よりも位置調整状態で小さくする（例えば中心部の画素のみＯＮにする）ことにより、映像がはっきりと出る部分（映像の中心部）のみを光学瞳の位置調整に用いることができ、観察者は光学瞳の正確な中心位置をより認識し易くなる。
【００２０】
本発明の映像表示装置において、光束径切り替え手段は、光学瞳とほぼ共役な位置に配置されていることが望ましい。この場合、光束径切り替え手段による光源光の光束径の切り替えにより、光学瞳を通過する光の光束径の切り替えを正確にかつ確実に行うことができる。
【００２１】
本発明の映像表示装置において、光束径切り替え手段は、映像観察状態と位置調整状態とで開口部の面積を切り替える絞りを有して構成されていてもよい。例えば、映像観察状態で光学瞳を通過する光の光束径に対して光源の発光面積が大きい場合は、絞りによって光源光が通過する開口部の面積を切り替えることにより、光源光の光束径を、映像観察状態と位置調整状態とで簡単に切り替えることができる。
【００２２】
本発明の映像表示装置において、光束径切り替え手段は、光源から射出される光の瞳面内での照度を調整するための照度調整フィルタをさらに有しており、照度調整フィルタは、中心部を透過する光の透過率よりも周辺部を透過する光の透過率を低下させることが望ましい。
【００２３】
この構成では、絞りによる開口部の面積の切り替えにより、位置調整状態において、光学瞳を通過する光の瞳面内での照度を、中心から周辺に向かって低下させることができる。これにより、観察者は、光学瞳の面内における周辺から中心に向かう方向への位置調整がしやすくなる。
【００２４】
本発明の映像表示装置において、照度調整フィルタは、周辺部を透過する光の透過率を少なくとも２段階で低下させることが望ましい。この場合、位置調整状態において、光学瞳を通過する光の瞳面内での照度を、中心から周辺に向かって少なくとも２段階で低下させることができる。これにより、観察者は、光学瞳の面内における周辺から中心に向かう方向への位置調整がさらにしやすくなる。
【００２５】
本発明の映像表示装置において、光束径切り替え手段は、光源からの光を拡散させる拡散板と、位置調整状態のときに拡散板を光路中に配置する一方、映像観察状態のときに拡散板を光路中から取り除く駆動部とを有している構成であってもよい。
【００２６】
例えば、映像観察状態で光学瞳を通過する光の光束径に対して光源の発光面積が小さい場合は、拡散板によって光源の発光面積を擬似的に大きくすることができるとともに、駆動部による拡散板の光路中への出し入れによって、光源から射出される光の光束径を、映像観察状態と位置調整状態とで簡単に切り替えることができる。
【００２７】
本発明の映像表示装置において、光束径切り替え手段は、位置調整状態において、光源から射出される光の光束径を少なくとも２段階に切り替えるようにしてもよい。位置調整状態において、光源光の光束径を段階的に切り替えて、位置調整を段階的に行うことにより、観察者は、光学瞳の中心に自らの瞳の中心を合わせることが容易となる。
【００２８】
本発明の映像表示装置において、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、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と同時に、外光を透過させて光学瞳に導く構成であってもよい。
【００２９】
体積位相型の反射型ホログラム光学素子は、反射波長域が狭く、外光の透過率が高い。したがって、映像観察状態において、観察者は、表示映像（虚像）を観察しながら、外界像をシースルーで観察することが可能となる。
【００３０】
本発明のＨＭＤは、上述した本発明の映像表示装置と、上記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持手段とを有していることを特徴としている。この構成では、映像表示装置が支持手段にて支持されるので、観察者は映像表示装置から提供される映像をハンズフリーで長時間安定して観察することができる。
【００３１】
本発明のＨＭＤにおいて、上記支持手段は、接眼光学系の光学瞳の位置を観察者の瞳位置に合わせる位置調整を行った後に、観察者の頭部に対する接眼光学系の相対位置を固定する固定手段を有していることが望ましい。この構成では、固定手段により、光学瞳の位置調整後に、観察者の頭部に対する接眼光学系の相対位置が固定されるので、観察者は、光学瞳の位置にて、良好な映像を確実に観察することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、光束径切り替え手段による光源光の光束径の切り替えにより、光学瞳を通過する光の光束径が映像観察状態よりも位置調整状態で大きくなるので、位置調整状態において、観察者は、光学瞳の位置を確認しやすくなり、光学瞳の位置調整を容易に行うことができる。また、接眼光学系における位置調整状態での有効光路領域は、映像観察状態での有効光路領域に含まれているので、接眼光学系を大きく構成することなく、位置調整状態で光学瞳を通過する光の光束径を大きくすることができる。したがって、接眼光学系をコンパクトに構成しつつ、光学瞳の位置調整が容易な映像表示装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
〔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。
【００３４】
（１．ＨＭＤの構成）
図２は、本実施形態に係るＨＭＤの概略の構成を示す斜視図である。ＨＭＤは、映像表示装置１と、支持手段２とで構成されている。
【００３５】
映像表示装置１は、観察者に外界像をシースルーで観察させるとともに、映像を表示して観察者にそれを虚像として提供するものである。この映像表示装置１は、後述する光源１１や表示素子１３（ともに図１（ａ）（ｂ）参照）などを収容する筐体３に接眼光学系４を一体化させて構成されている。光源１１や表示素子１３を制御するための信号や各部の駆動電力は、筐体３を貫通するケーブル５を介して各部に供給される。接眼光学系４は、全体として眼鏡の一方のレンズ（図２では右眼用レンズ）のような形状をなしている。なお、眼鏡の左眼用レンズに相当するレンズ６は、ダミーレンズである。
【００３６】
支持手段２は、映像表示装置１を観察者の眼前で支持する支持部材である。本実施形態では、支持手段２は、観察者の右眼に対応して１個の映像表示装置１を支持しているが、観察者の両眼に対応して２個の映像表示装置１を支持してもよい。この支持手段２は、眼鏡のフレームおよびテンプルに相当する部材と、固定機構７とを含んで構成されている。
【００３７】
固定機構７は、接眼光学系４の光学瞳（射出瞳）の位置を観察者の瞳（瞳孔、虹彩）の位置に合わせる位置調整を行った後に、観察者の頭部に対する接眼光学系４の相対位置を固定する固定手段であり、観察者の鼻と当接して移動可能な右鼻当て７Ｒおよび左鼻当て７Ｌと、これらをロックするロック部とを有して構成されている。支持手段２が固定機構７を有していることにより、光学瞳Ｅの位置調整後、観察者は、光学瞳Ｅの位置にて、良好な映像を確実にかつ安定して観察することができる。なお、位置調整の詳細については後述する。
【００３８】
（２．映像表示装置について）
次に、上述した映像表示装置１の詳細について説明する。なお、以下での説明の便宜上、観察者が光学瞳Ｅの位置に自分の瞳Ｐを合わせて映像を観察する状態を映像観察状態と称し、映像観察前に光学瞳Ｅの位置と観察者の瞳Ｐの位置とを合わせる位置調整を行う状態を位置調整状態と称することとする。
【００３９】
図１（ａ）は、本実施形態の映像表示装置１の位置調整状態での構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は、映像表示装置１の映像観察状態での構成を示す断面図である。このように、映像表示装置１は、光源１１と、照明光学系１２と、表示素子１３と、接眼光学系４と、光束径切り替え機構３０（光束径切り替え手段）とを有している。
【００４０】
なお、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１３の表示領域の中心と、接眼光学系４によって形成される光学瞳Ｅの中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とする。そして、光源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４の後述するホログラム光学素子２３の光軸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２３の光軸入射面とは、ホログラム光学素子２３における入射光の光軸と反射光の光軸とを含む平面、すなわち、ＹＺ平面を指す。なお、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向の正負は問わないものとする。
【００４１】
光源１１は、例えば、ＲＧＢの３原色に対応する波長の光を出射するＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されている。なお、光源１１は、発光波長の広い白色ＬＥＤで構成されてもよい。
【００４２】
照明光学系１２は、光源１１から射出された光を表示素子１３に導くものであり、例えば入射光を反射してＹＺ平面でのみ集光するシリンドリカル凹面ミラーで構成されている。なお、照明光学系１２は、平面の反射ミラーと、集光レンズとで構成されていてもよく、集光レンズのみで構成されていてもよい。
【００４３】
表示素子１３は、光源１１から照明光学系１２を介して入射する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、例えば複数の画素をマトリクス状に有する透過型のＬＣＤで構成されている。表示素子１３は、矩形の表示画面の長辺方向が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。なお、表示素子１３は、反射型の光変調素子で構成されてもよい。
【００４４】
接眼光学系４は、表示素子１３からの映像光を光学瞳Ｅに導くとともに、外界像の光（外光）を光学瞳Ｅに導く光学系であり、接眼プリズム２１と、偏向プリズム２２と、ホログラム光学素子２３とを有して構成されている。
【００４５】
接眼プリズム２１は、表示素子１３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２３に導くものであり、偏向プリズム２２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２１は、平行平板の下端部を楔状にした形状で構成されている。接眼プリズム２１の上端面は、映像光の入射面としての面２１ａとなっており、前後方向に位置する２面は、互いに平行な面２１ｂ・２１ｃとなっている。
【００４６】
偏向プリズム２２は、平面視で略Ｕ字型の平行平板で構成されており（図２参照）、接眼プリズム２１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２１と一体となって略平行平板となるものである。偏向プリズム２２は、ホログラム光学素子２３を挟むように接眼プリズム２１と接着して設けられている。これにより、接眼プリズム２１の楔状の下端部を外光が透過するときの屈折を偏向プリズム２２でキャンセルすることができ、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。
【００４７】
ホログラム光学素子２３は、表示素子１３からの映像光を回折反射させて光学瞳Ｅに導くと同時に、外光を透過させて光学瞳Ｅに導く体積位相型の反射型ホログラム光学素子であり、接眼プリズム２１において偏向プリズム２２との接合面に設けられている。体積位相型の反射型ホログラム光学素子は、反射波長域が狭く、外光の透過率が高いので、これをホログラム光学素子２３として用いることにより、観察者は、表示映像（虚像）を観察しながら、外界像をシースルーで観察することが可能となる。また、ホログラム光学素子２３は、軸非対称な正の光学的パワーを有しており、正の光学的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。
【００４８】
光束径切り替え機構３０は、光源１１から射出される光の光束径を位置調整状態と映像観察状態とで切り替えることにより、光学瞳Ｅを通過する光の光束径を位置調整状態と映像観察状態とで切り替えるものであるが、その詳細については後述する。
【００４９】
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。なお、以下で説明する動作は、基本的には図１（ａ）の位置調整状態および図１（ｂ）の映像観察状態で同じである。ただし、表示素子１３に表示させる映像は、位置調整状態では例えば白パターン（全画素ＯＮ）の映像であり、映像観察状態では通常のカラー映像（観察者に観察させる映像）である。
【００５０】
光源１１から射出された光は、光束径切り替え機構３０および照明光学系１２を介して表示素子１３に入射し、そこで変調されて映像光として出射される。表示素子１３からの映像光は、接眼光学系４の接眼プリズム２１の内部に面２１ａから入射し、互いに対向する２つの面２１ｂ・２１ｃで複数回全反射されて、ホログラム光学素子２３に入射する。ホログラム光学素子２３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。したがって、光学瞳Ｅの位置では、観察者は表示素子１３に表示された映像の拡大虚像を観察することができる。
【００５１】
一方、接眼プリズム２１、偏向プリズム２２およびホログラム光学素子２３は、外光をほとんど全て透過させるので、観察者は外界像を観察することができる。したがって、表示素子１３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。
【００５２】
（３．光学瞳の位置調整について）
次に、光学瞳Ｅの位置調整について説明する。位置調整状態においては、上述した光束径切り替え機構３０により、光源１１から射出される光の光束径が切り替えられる。本実施形態では、図１（ａ）（ｂ）に示すように、光束径切り替え機構３０は、開口部を有する絞り３１で構成されている。つまり、絞り３１は、光源から射出された光が通過する開口部の面積を位置調整状態と映像観察状態とで切り替えることにより、光学瞳Ｅを通過する光の光束径を位置調整状態と映像観察状態とで切り替える。絞り３１は、光学瞳Ｅとほぼ共役な位置に配置されており、光学瞳Ｅを通過する光の光束径を位置調整状態と映像観察状態とで正確にかつ確実に切り替えることが可能となっている。
【００５３】
ここで、映像観察状態で光学瞳Ｅを通過する光の光束径をφViewとし、位置調整状態で光学瞳Ｅを通過する光の光束径をφAli とすると、本実施形態では、φView＜φAli となるように、光源１１から射出される光の光束径を絞り３１によって切り替えている。すなわち、図１（ａ）（ｂ）に示すように、位置調整状態での絞り３１の開口部の面積は、映像観察状態での開口部の面積よりも広く、これによって、光学瞳Ｅを通過する光の光束径が、映像観察状態よりも位置調整状態で大きくなっている。
【００５４】
ちなみに、本実施形態において、光学瞳Ｅを通過する光の光束径φViewおよびφAli は、表１の通りである。なお、映像観察状態での光学瞳Ｅの位置での画角θView、および位置調整状態での光学瞳Ｅの位置での画角θAli も併せて表１に示す。
【００５５】
【表１】
【００５６】
このように、絞り３１による光源光の光束径の切り替えにより、光学瞳Ｅを通過する光の光束径が映像観察状態よりも位置調整状態で大きくなるので、位置調整状態において、観察者は、光束径の大きな光に基づいて光学瞳Ｅの位置を認識、確認することが容易となり、光学瞳Ｅの位置調整を容易に行うことができる。つまり、観察者は、位置調整状態において、光学瞳Ｅの位置を容易に見つけて、その光学瞳Ｅと自分の瞳Ｐとを容易に合わせることができる。
【００５７】
特に、本実施形態では、表１より、絞り３１は、３φView＝φAli となるように、光源１１から射出される光の光束径を切り替えている。このような光束径の切り替えにより、位置調整状態においては、光学瞳Ｅを通過する光の光束径が十分に大きくなるので、観察者は、位置調整のスタート時に光学瞳Ｅをさらに容易に見つけることができ、その光学瞳Ｅと自分の瞳Ｐとをさらに容易に合わせることが可能となる。なお、この効果は、φAli がφViewの３倍よりも大きければ、確実に得ることができる。つまり、絞り３１が３φView≦φAli となるように、光源１１から射出される光の光束径を切り替えれば、上記の効果を得ることができる。
【００５８】
また、本実施形態では、光束径切り替え機構３０が、映像観察状態と位置調整状態とで開口部の面積を切り替える絞り３１で構成されているので、光源１１から射出される光の光束径を、映像観察状態と位置調整状態とで簡単に切り替えることができ、これによって、光学瞳Ｅを通過する光の光束径を、映像観察状態と位置調整状態とで簡単に切り替えることができる。このように光束径切り替え機構３０として絞り３１を用いる構成は、特に、映像観察状態で光学瞳Ｅを通過する光の光束径φViewに対して光源１１の発光面積が大きい場合には有効である。
【００５９】
ところで、本実施形態では、表示素子１３の映像表示領域は、映像観察状態よりも位置調整状態で小さくなっている。つまり、図１（ａ）（ｂ）のＹＺ面内において、位置調整状態での表示素子１３の映像表示領域をＲ１とし、映像観察状態での表示素子１３の映像表示領域をＲ２とすると、Ｒ１＜Ｒ２となっている。なお、このような映像表示領域の切り替えは、例えば、映像観察状態では表示素子１３の全画素をＯＮ（光透過状態）にする一方、位置調整状態では表示素子１３の周辺部の画素をＯＦＦ（光遮光状態）とし、周辺部よりも内側（光軸側）の画素をＯＮ（光透過状態）とすることで実現可能である。
【００６０】
接眼光学系４は、映像観察状態（光学瞳Ｅを通過する光の光束径は小さい）で発生する収差が補正されるように設計されているが、このような接眼光学系４を用いた場合、Ｒ１＝Ｒ２の状態で、位置調整状態で光学瞳Ｅを通過する光の光束径を大きくすると、映像の周辺部に向かうほど収差が発生し、結像性能が劣化する（映像がぼやける）。位置調整状態では、光学瞳Ｅの位置のみを確認できればよいので、結像性能の劣化は特に問題とはならないが、本実施形態のように、Ｒ１＜Ｒ２とすることにより、映像がはっきりと出る部分（映像の中心部）のみを光学瞳Ｅの位置調整に用いることが可能となる。この場合、観察者は光学瞳Ｅの正確な中心位置をより認識し易くなり、光学瞳Ｅの位置調整がさらに容易となる。
【００６１】
また、上記のような映像表示領域の切り替えにより、位置調整状態での接眼光学系４の有効光路領域は、映像観察状態での接眼光学系４の有効光路領域に含まれることになる。なお、上記の有効光路領域とは、接眼光学系４において、明確に観察できる映像を作る光が通過する領域（範囲）を指す。より分かりやすく言うと、位置調整状態および映像観察状態での接眼光学系４の有効光路領域は、後述する実施の形態２の映像表示装置１における光路図を示す図３（ａ）（ｂ）において、Ｔ１およびＴ２の範囲にそれぞれ相当する。
【００６２】
一般に、光学瞳Ｅを通過する光の光束径を大きくすると、接眼光学系４の有効光路領域を確保するために、接眼光学系４を大きく構成せざるを得なくなる。しかし、本実施形態では、上記のように、位置調整状態での接眼光学系４の有効光路領域は、映像観察状態での接眼光学系４の有効光路領域に含まれるので、接眼光学系４を大きく構成することなく、φView＜φAli を実現することができる。したがって、接眼光学系４をコンパクトに構成しつつ、光学瞳Ｅの位置調整が容易な映像表示装置１を実現することができる。また、コンパクトな接眼光学系４を用いることができるので、小型、軽量で、映像品位の高い、長時間使用可能なＨＭＤを実現することが可能となる。
【００６３】
また、本実施形態では、光学瞳Ｅを通過する光の光束径は、位置調整状態よりも映像観察状態で小さいので、映像観察状態での焦点深度は深くなり、対応視度が広くなる。つまり、映像観察状態においては、極度の近視や遠視でなければ、視度補正を行うことなく映像を観察することが可能となる。一方、位置調整状態での焦点深度は浅くなるので、位置調整状態では、光学瞳Ｅの面内方向だけでなく、光軸方向の位置調整を行うことも可能となる。つまり、光学瞳Ｅが光軸方向にずれると、映像がぼやけやすくなるので、これを利用して光軸方向における光学瞳Ｅの位置調整を行うことも可能となる。
【００６４】
なお、以上では、表示素子１３の映像表示領域の切り替え、および接眼光学系４の有効光路領域の設定について、上下方向（ＹＺ平面内）で説明したが、左右方向（ＸＹ平面内）についても同様に考えることができる。
【００６５】
なお、本実施形態では、θViewは±５．０°となっており、観察者の眼が大きく回旋しないような画角となっているが、θViewが観察者の眼が大きく回旋する画角（例えば±８°以上）となっている場合でも、上述した本実施形態の構成は有効である。この点は、以下の各実施の形態についても同様に言える。
【００６６】
〔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、以下での説明の便宜上、実施の形態１と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
【００６７】
図３（ａ）（ｂ）は、本実施形態の映像表示装置１の光路を展開して示す説明図であり、特に、図３（ａ）は位置調整状態においての説明図であり、図３（ｂ）は映像観察状態においての説明図である。本実施形態の映像表示装置１は、光源１１が集光レンズを先端部に有するＬＥＤで構成されており、照明光学系１２が集光レンズで構成されている点で、実施の形態１と異なっている。なお、図４は、光源１１の発光特性を示している。ただし、図４の縦軸の発光輝度は、最大輝度（光軸位置の輝度）に対する相対的な値を示している。
【００６８】
また、本実施形態では、光束径切り替え機構３０が、絞り３１の他にさらに照度調整フィルタ３２を有している。照度調整フィルタ３２は、光源１１から射出される光の瞳面内での照度（照明輝度）を調整するためのフィルタであり、絞り３１よりも光源１１側に配置されている。この照度調整フィルタ３２は、中心部３２ａと周辺部３２ｂとで構成されている。中心部３２ａは、例えば孔で構成されており、周辺部３２ｂは、例えば半透過膜で構成されている。
【００６９】
図５は、照度調整フィルタ３２の透過特性を示す説明図である。なお、図５の縦軸の透過率は、最大透過率（光軸位置の透過率）に対する相対的な値を示している。照度調整フィルタ３２が上記の中心部３２ａおよび周辺部３２ｂで構成されていることにより、中心部３２ａでは光の透過率が高く（例えば透過率１００％）、周辺部３２ｂでは光の透過率が低い（例えば透過率５０％）。したがって、照度調整フィルタ３２においては、周辺部３２ｂを透過する光の透過率は、中心部３２ａを透過する光の透過率の例えば１／２に低下することとなる。
【００７０】
本実施形態においても、φView＜φAli となるように、光源１１から射出される光の光束径を絞り３１によって切り替えている。すなわち、図３（ａ）（ｂ）に示すように、位置調整状態での絞り３１の開口部の面積は、映像観察状態での開口部の面積よりも広く、かつ、照度調整フィルタ３２の中心部３２ａの面積よりも広い。これによって、光学瞳Ｅを通過する光の光束径が、映像観察状態よりも位置調整状態で大きくなっている。
【００７１】
ちなみに、本実施形態において、φViewおよびφAli は、表２の通りである。なお、θViewおよびθAli についても併せて表２に示す。
【００７２】
【表２】
【００７３】
このように、本実施形態においても、実施の形態１と同様に、絞り３１による光源光の光束径の切り替えにより、光学瞳Ｅを通過する光の光束径が映像観察状態よりも位置調整状態で大きくなる。これにより、位置調整状態において、観察者は、光学瞳Ｅの位置、すなわち、自分の瞳Ｐ内に光が入る場所を最初に見つけることが容易となり、光学瞳Ｅの位置調整を容易に行うことができる。
【００７４】
また、図６は、光学瞳Ｅの瞳面での照明特性を示す説明図である。なお、図６の縦軸の照度は、最大照度（光軸位置の照度）に対する相対的な値を示している。図４の特性の光源１１を用い、光源１１からの光を、図５の特性を有する照度調整フィルタ３２を介して光学瞳Ｅに導くと、上記した絞り３１による光束径の切り替えにより、位置調整状態において、光学瞳Ｅの中心部では照度が高く、周辺部では照度が低くなる。特に、位置調整状態において、光学瞳Ｅを通過する光の瞳面内での周辺照度は、中心照度の１／２以下となっている。
【００７５】
このように、光束径切り替え機構３０が絞り３１と照度調整フィルタ３２とを有して構成されることにより、位置調整状態において、光学瞳Ｅを通過する光の瞳面内での照度を、中心から周辺に向かって低下させることができる。これにより、観察者は、光学瞳Ｅの面内における周辺から中心に向かう方向への位置調整がしやすくなる。
【００７６】
つまり、観察者は、位置調整状態において、眼前に映像表示装置１を近づけ、まず、自分の瞳Ｐに光が入る場所を探し、瞳Ｐに光が入ったら、その周辺で映像表示装置１を移動させ、最も明るく、かつ、バランスよく照明光が瞳Ｐに入る場所に映像表示装置１を位置させた後、その位置を固定機構７（図２参照）によって固定すればよい。
【００７７】
また、位置調整状態において、光学瞳Ｅを通過する光の瞳面内での照度は、中心位置で最大であるので、観察者は、位置調整時に光学瞳Ｅの中心を認識することが容易となり、位置調整を正確に行うことができる。
【００７８】
特に、本実施形態では、位置調整状態において、光学瞳Ｅを通過する光の瞳面内での周辺照度は、中心照度の１／２以下であり、中心照度と周辺照度との差が大きいので、観察者は、位置調整時に光学瞳Ｅの中心を認識することがさらに容易となり、位置調整をさらに正確に行うことができる。
【００７９】
また、本実施形態では、照度調整フィルタ３２を用いることにより、位置調整状態において、光学瞳Ｅを通過する光の瞳面内での照度は、中心から周辺に向かって段階的に低下しているので、観察者は、光学瞳Ｅの中心を確実に認識することができ、光学瞳Ｅの面内における周辺から中心に向かう方向への位置調整がさらに容易となる。
【００８０】
また、本実施形態においても、実施の形態１と同様に、表示素子１３の映像表示領域は、映像観察状態よりも位置調整状態で小さく、この結果、図３（ａ）（ｂ）に示すように、位置調整状態での接眼光学系４の有効光路領域Ｔ１は、映像観察状態での接眼光学系４の有効光路領域Ｔ２に含まれている（Ｔ１＜Ｔ２）。したがって、実施の形態１と同様に、接眼光学系４を大きく構成することなくφView＜φAli を実現して、光学瞳Ｅの位置調整が容易な映像表示装置１を実現することができる。
【００８１】
なお、位置調整状態では、絞り３１の開口部の面積が広く、φAli が大きいため、光学瞳Ｅの位置では、図６のＢの範囲で照度を認識することができる。一方、映像観察状態では、絞り３１の開口部の面積が狭く、φViewが小さいため、光学瞳Ｅの位置では、図６のＢよりも狭いＡの範囲で照度を認識することとなる。このとき、Ａの範囲では全体的に照度が高いため、観察者は、映像観察状態において明るい映像を観察することができる。
【００８２】
〔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、以下での説明の便宜上、実施の形態１・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。
【００８３】
図７（ａ）（ｂ）は、本実施形態の映像表示装置１の光路を展開して示す説明図であり、特に、図７（ａ）は位置調整状態においての説明図であり、図７（ｂ）は映像観察状態においての説明図である。本実施形態の映像表示装置１は、光源１１が発光面積の小さな表面実装タイプのＬＥＤで構成されている点で、実施の形態１・２とは異なっている。ちなみに、光源１１の発光部のサイズは、例えば０．６ｍｍ×０．６ｍｍとなっている。
【００８４】
また、本実施形態では、光束径切り替え機構３０が、絞り３１や照度調整フィルタ３２の代わりに、拡散板３３および駆動部３４を有して構成されている。拡散板３３は、光源１１からの光を拡散させるものであり、光学瞳Ｅとほぼ共役な位置に配置されている。駆動部３４は、位置調整状態のときには、図７（ａ）に示すように、拡散板３３を光路中に配置する一方、映像観察状態のときには、図７（ｂ）に示すように、拡散板３３を光路中から取り除くものであり、例えば光軸と平行な回転軸を有し、拡散板３３を回転させるモータで構成されている。なお、本実施形態では、表示素子１３における映像表示領域の大きさは、位置調整状態と映像観察状態とで同じとなっている。
【００８５】
映像観察状態において、駆動部３４によって拡散板３３を光路外に退避させることにより、光学瞳Ｅを通過する光の光束径を光源１１のチップ面サイズまで、小さく絞ることができる。これにより、焦点深度が深くなり、映像観察状態においては、視度補正を行うことなく映像を観察することが可能となる。
【００８６】
一方、位置調整状態では、駆動部３４によって拡散板３３が光路中に配置されるので、簡単に、光源１１の発光面積を擬似的に大きくすることができる。したがって、φViewに対して光源１１の発光面積が小さい場合でも、拡散板３３の光路中への出し入れによって、光源光の光束径を、映像観察状態と位置調整状態とで簡単に切り替えて、φView＜φAli を容易に実現することができる。
【００８７】
ちなみに、本実施形態において、φViewおよびφAli は、表３の通りである。なお、θViewおよびθAli についても併せて表３に示す。
【００８８】
【表３】
【００８９】
このように、本実施形態においても、光束径切り替え機構３０により、光学瞳Ｅを通過する光の光束径が映像観察状態よりも位置調整状態で大きくなるので、位置調整状態において、観察者は光学瞳Ｅの位置調整を容易に行うことができる。
【００９０】
また、本実施形態では、表３より、θViewおよびθAli は、位置調整状態と映像観察状態とで同じであり、表示素子１３の映像表示領域も、位置調整状態と映像観察状態とで同じであるので、接眼光学系４に入射する映像光のうち、表示素子１３の周辺部から射出された映像光は、接眼光学系４の端部でけられ、表示素子１３の中央部から射出された映像光のみが接眼光学系４を介して光学瞳Ｅに入射する。したがって、光学瞳Ｅの位置では、周辺部は暗く、中央部は明るい映像となる。なお、接眼光学系４の有効光路領域は、明確に観察できる映像を作る光が通過する領域を指すので、本実施形態での有効光路領域は、位置調整状態と映像観察状態とで同じと言える（Ｔ１＝Ｔ２）。また、光学瞳Ｅが光軸方向にずれるほど、つまり、光軸方向における光学瞳Ｅの位置と観察者の瞳Ｐの位置とがずれるほど、表示素子１３の表示映像の周辺部が欠けるため、位置調整状態において見える映像の範囲は小さくなる（表示映像の中心付近しか見えなくなる）。
【００９１】
そこで、本実施形態では、位置調整状態において、観察者は、光束の位置を見つけたら、まず、その中心（光軸上）に自分の瞳Ｐが位置するように光学瞳Ｅを調整し、その後、光軸上で映像表示装置１との距離を調整すればよい。そして、映像が最も大きくなり、かつ、一番明るくなったところで（光学瞳Ｅの瞳面上に自分の瞳Ｐが位置したときに）、映像表示装置１の位置を固定すればよい。このような手法により、簡単に、光学瞳Ｅの３次元的な位置調整が可能になる。
【００９２】
なお、位置調整状態において、表示素子１３に表示させる映像は、白パターン（全画素白表示）であってもよいし、例えばチェックパターン（市松模様）であってもよい。特に後者の場合は、位置調整状態において、表示映像の大部分が見えているのか、中心付近だけが見えているのかの判断が容易となり、光軸方向の位置ずれの判断が容易となるので、その点では好ましいと言える。
【００９３】
なお、本実施形態では、１種類の拡散板３３を用いて、映像観察状態と位置調整状態とで光源光の光束径を切り替える構成としているが、映像観察状態および位置調整状態のそれぞれで光学瞳Ｅを通過する光の光束径に対応したサイズの拡散板を２つ設けて、これらを出し入れすることにより、光束径を切り替える構成としてもよい。つまり、光束径切り替え手段は、映像観察状態で光学瞳を通過する光の光束径に対応したサイズの第１の拡散板と、位置調整状態で光学瞳を通過する光の光束径に対応したサイズの第２の拡散板と、映像観察状態のときに第１の拡散板を光路中に配置する一方、位置調整状態のときに第２の拡散板を光路中に配置する駆動部とを有する構成としてもよい。
【００９４】
〔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、以下での説明の便宜上、実施の形態１〜３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。
【００９５】
図８（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本実施形態の映像表示装置１の光路を展開して示す説明図であり、特に、図８（ａ）は第１の位置調整状態においての説明図であり、図８（ｂ）は第２の位置調整状態においての説明図であり、図８（ｃ）は映像観察状態においての説明図である。本実施形態では、映像表示装置１の光束径切り替え機構３０が、実施の形態１〜３で述べた絞り３１、照度調整フィルタ３２、拡散板３３および駆動部３４を全て有して構成されている。ただし、照度調整フィルタ３２の構成は、実施の形態２のものとは若干異なっている。拡散板３３、照度調整フィルタ３２および絞り３１は、光源１１側からこの順で配置されている。なお、便宜上、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）では、駆動部３４の図示を省略しており、図８（ｃ）では、さらに拡散板３３の図示を省略している。
【００９６】
図９は、光源１１および拡散板３３で１つの光源とみなしたときの発光特性を示している。なお、図９の縦軸の発光輝度は、最大輝度（光軸位置の輝度）に対する相対的な値を示している。同図に示すように、光源１１からの光は拡散板３３で拡散されるため、光軸に垂直な方向に比較的広範囲にわたって発光輝度の高い分布となっている。
【００９７】
図８（ａ）（ｂ）（ｃ）に示した照度調整フィルタ３２は、中心部３２ａと周辺部３２ｂとで構成されているが、周辺部３２ｂは、さらに第１周辺部３２ｂ1と第２周辺部３２ｂ2とで構成されている。中心部３２ａは、例えば孔で構成されており、周辺部３２ｂは、例えば半透過膜で構成されている。
【００９８】
周辺部３２ｂにおいて、第２周辺部３２ｂ2は、第１周辺部３２ｂ1よりも外側に形成されており、透過率は第１周辺部３２ｂ1よりも低く設定されている。このような照度調整フィルタ３２の構成により、周辺部３２ｂを透過する光の照度は、中心部３２ａを透過する光の照度を基準として２段階で低下することになる。
【００９９】
ここで、図１０は、本実施形態の照度調整フィルタ３２の透過特性を示す説明図である。なお、図１０の縦軸の透過率は、最大透過率（光軸位置の透過率）に対する相対的な値を示している。照度調整フィルタ３２が上記の中心部３２ａおよび周辺部３２ｂ（第１周辺部３２ｂ1＋第２周辺部３２ｂ2）で構成されていることにより、中心部３２ａでは光の透過率が高く（例えば透過率１００％）、第２周辺部３２ｂ2では光の透過率が低く（例えば透過率３０％）、第１周辺部３２ｂ1ではそれらの間の透過率（例えば透過率６０％）となっている。このように、照度調整フィルタ３２においては、中心から周辺に向かって、透過率が段階的に低下している。
【０１００】
本実施形態では、光束径切り替え機構３０は、位置調整状態および映像観察状態において、光源１１から射出される光の光束径を計３段階で切り替えるようにしている。
【０１０１】
より具体的には、第１の位置調整状態では、図８（ａ）に示すように、光源１１からの光が照度調整フィルタの中心部３２ａ、第１周辺部３２ｂ1および第２周辺部３２ｂ2の全てを透過して光学瞳Ｅに導かれるように、絞り３１によって開口部の径（面積）を調整する。
【０１０２】
続いて、第２の位置調整状態では、図８（ｂ）に示すように、光源１１からの光が照度調整フィルタの中心部３２ａおよび第１周辺部３２ｂ1のみを透過して光学瞳Ｅに導かれるように、絞り３１によって開口部の径を第１の位置調整状態のときよりも小さくする。
【０１０３】
一方、映像観察状態では、図８（ｃ）に示すように、光源１１からの光が照度調整フィルタの中心部３２ａのみを透過して光学瞳Ｅに導かれるように、絞り３１によって開口部の径を第２の位置調整状態のときよりもさらに小さくする。
【０１０４】
なお、駆動部３４により、第１および第２の位置調整状態では、拡散板３３を光路中に配置し、映像観察状態では、拡散板３３を光路中から退避させる。
【０１０５】
以上のように、光源１１から射出される光の光束径を絞り３１によって図８（ａ）（ｂ）（ｃ）のように切り替えることにより、本実施形態においても、φView＜φAli を実現することができる。特に、第１の位置調整状態で光学瞳Ｅを通過する光の光束径をφAli-1 とし、第２の位置調整状態で光学瞳Ｅを通過する光の光束径をφAli-2 とすると、φView＜φAli-2 ＜φAli-1 を実現することができる。
【０１０６】
ちなみに、本実施形態において、φView、φAli-1 およびφAli-2 は、表４の通りである。なお、映像観察状態での光学瞳Ｅの位置での画角θView、および第１および第２の位置調整状態での光学瞳Ｅの位置での画角θAli-1 およびθAli-2 も併せて表４に示す。
【０１０７】
【表４】
【０１０８】
このように、本実施形態においても、絞り３１による光源光の光束径の切り替えにより、光学瞳Ｅを通過する光の光束径が映像観察状態よりも位置調整状態で大きくなるので、位置調整状態において、観察者は、光学瞳Ｅの位置の位置調整を容易に行うことができる。
【０１０９】
また、位置調整状態では、光束径切り替え機構３０によって、光源光の光束径を２段階で切り替えて段階的に小さくするので、上述のように、光学瞳Ｅを通過する光の光束径を段階的に小さくして段階的な位置調整が可能となる。これにより、観察者は、光学瞳Ｅの中心と自らの瞳Ｐの中心とを段階的に合わせることが可能となり、互いの中心同士を合わせやすくなる。
【０１１０】
また、図１１は、光学瞳Ｅの瞳面での照明特性を示す説明図である。なお、図１１の縦軸の照度は、最大照度（光軸位置の照度）に対する相対的な値を示している。第１の位置調整状態では、光学瞳Ｅの中心部で照度が高く、周辺部で照度が２段階で低くなる（Ｃの範囲参照）。また、第２の位置調整状態では、光学瞳Ｅの中心部で照度が高く、周辺部で照度が低くなる（Ｂの範囲参照）。一方、映像観察状態では、光学瞳Ｅの中心部、すなわち、照度が高いＡの範囲で映像を観察することが可能となる。
【０１１１】
このように、周辺部３２を透過する光の透過率を２段階で低下させる照度調整フィルタ３２を用い、絞り３１によって光束径を切り替えることにより、第１の位置調整状態では、光学瞳Ｅを通過する光の瞳面内での照度を、中心から周辺に向かって２段階で低下させることができる。したがって、観察者は、光学瞳Ｅの面内における周辺から中心に向かう方向への位置調整がさらにしやすくなる。
【０１１２】
なお、本実施形態では、光束径切り替え機構３０は、位置調整状態において、光源光の光束径を２段階で切り替える構成となっているが、照度調整フィルタ３２の周辺部３２ｂの透過率を３段階以上に設定して、絞り３１で開口部の面積を調整することにより、位置調整状態において、光源光の光束径を３段階以上に切り替え、φAli を３段階以上に切り替えることも可能である。
【０１１３】
なお、本実施形態では、光束径切り替え機構３０は、絞り３１、照度調整フィルタ３２、拡散板３３および駆動部３４で構成しているが、絞り３１と照度調整フィルタ３２のみで構成することも勿論可能である。
【０１１４】
なお、上述した各実施の形態の構成を適宜組み合わせて、映像表示装置１ひいてはＨＭＤを構成したり、光学瞳Ｅの位置調整を行うことも勿論可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明は、ＨＭＤに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の一形態に係る映像表示装置の位置調整状態での構成を示す断面図であり、（ｂ）は、映像表示装置の映像観察状態での構成を示す断面図である。
【図２】上記映像表示装置を有するＨＭＤの概略の構成を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は、本発明の他の実施の形態に係る映像表示装置の位置調整状態での光路を展開して示す説明図であり、（ｂ）は、映像表示装置の映像観察状態での光路を展開して示す説明図である。
【図４】上記映像表示装置の光源の発光特性を示す説明図である。
【図５】上記映像表示装置が有する光束径切り替え機構の照度調整フィルタの透過特性を示す説明図である。
【図６】光学瞳の瞳面での照明特性を示す説明図である。
【図７】（ａ）は、本発明のさらに他の実施の形態に係る映像表示装置の位置調整状態での光路を展開して示す説明図であり、（ｂ）は、映像表示装置の映像観察状態での光路を展開して示す説明図である。
【図８】（ａ）は、本発明のさらに他の実施の形態に係る映像表示装置の第１の位置調整状態での光路を展開して示す説明図であり、（ｂ）は、映像表示装置の第２の位置調整状態での光路を展開して示す説明図であり、（ｃ）は、映像表示装置の映像観察状態での光路を展開して示す説明図である。
【図９】上記映像表示装置において、拡散板も考慮した光源の発光特性を示す説明図である。
【図１０】上記映像表示装置が有する光束径切り替え機構の照度調整フィルタの透過特性を示す説明図である。
【図１１】光学瞳の瞳面での照明特性を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１ 映像表示装置
２ 支持手段
４ 接眼光学系
７ 固定機構（固定手段）
１１ 光源
１３ 表示素子
２３ ホログラム光学素子
３０ 光束径切り替え機構（光束径切り替え手段）
３１ 絞り
３２ 照度調整フィルタ
３３ 拡散板
３４ 駆動部
Ｅ 光学瞳
Ｐ 観察者の瞳
Ｒ１ 映像表示領域
Ｒ２ 映像表示領域
Ｔ１ 有効光路領域
Ｔ２ 有効光路領域
【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】
常時装着して映像を観察することができるＨＭＤは、映像の視認性がよく、調整部分が少なく、小型軽量であることが望まれる。このようなＨＭＤは、光学瞳（射出瞳）を通過する光の光束径が小さくなるような接眼光学系（極限はマクスウェル視となるもの）を用いることによって実現することが可能である。つまり、このような接眼光学系を用いることにより、焦点深度が深くなるため、対応視度が広くなり、視度補正等の調整なしで映像を観察することが可能となる。また、光学瞳を通過する光の光束径が小さいので、接眼光学系の有効光路領域を小さくすることができ、接眼光学系ひいてはＨＭＤの小型軽量化を実現することができる。
【０００３】
ところで、ＨＭＤでの映像の観察時には、観察者の瞳の位置と接眼光学系の光学瞳の位置とを合わせる必要があるが、接眼光学系の光学瞳が小さいと、観察者自身が位置合わせの目標位置（例えば光学瞳の中心位置）を確認しづらくなる。そこで、例えば特許文献１のＨＭＤでは、観察者の眼球に投影する光束と観察者の眼球との間の位置関係を検出手段が検出し、検出された位置関係に応じて、移動手段が観察者の眼球に投影する光束を移動させている。これにより、観察者は、自身による位置調整を行うことなく、映像を観察することが可能となっている。
【０００４】
しかし、特許文献１の構成では、位置関係の検出手段と光束の移動手段とを設けることによって、システム全体が大きくなり、重くなってしまう。したがって、そのような構成は、長時間装着するＨＭＤに向いているとは言えない。
【０００５】
一方、例えば特許文献２のＨＭＤでは、複数の照明用点光源のうち、観察者の瞳孔位置と共役な位置にある点光源のみを選択して点灯するようにしている。これにより、上記のような機械的な手段を用いた位置合わせを不要としている。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３１１３６１号公報
【特許文献２】特開平８−２１１３２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献２のように照明用点光源を複数設ける構成では、位置合わせは容易である反面、接眼光学系において、映像を周辺まで観察するのに必要な有効光路領域を、全ての点光源に対して確保しなければならない。このため、本来の軸上に１点にのみ点光源を配置する構成に比べて、接眼光学系が大きくなってしまう。
【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、接眼光学系をコンパクトに構成しつつ、光学瞳の位置調整を容易に行う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、光源と、光源からの光を変調して映像を表示する表示素子と、表示素子からの映像光を光学瞳に導く接眼光学系とを備えた映像表示装置であって、観察者が光学瞳の位置で映像を観察する映像観察状態で、光学瞳を通過する光の光束径をφViewとし、光学瞳の位置を観察者の瞳位置に合わせるための位置調整状態で、光学瞳を通過する光の光束径をφAli としたときに、φView＜φAli となるように、光源から射出される光の光束径を切り替える光束径切り替え手段をさらに備えており、位置調整状態での接眼光学系の有効光路領域は、映像観察状態での接眼光学系の有効光路領域に含まれていることを特徴としている。
【００１０】
上記の構成によれば、光源からの光は、表示素子にて変調され、映像光として射出された後、接眼光学系によって光学瞳に導かれる。したがって、光学瞳の位置では、観察者は、表示素子の表示映像（虚像）を観察することができる。
【００１１】
また、光束径切り替え手段による光源光の光束径の切り替えにより、光学瞳を通過する光の光束径が映像観察状態よりも位置調整状態で大きくなるので、位置調整状態において、観察者は、光学瞳の位置を確認しやすくなり、光学瞳の位置調整を容易に行うことができる。
【００１２】
さらに、接眼光学系における位置調整状態での有効光路領域は、映像観察状態での有効光路領域に含まれているので、接眼光学系を大きく構成することなく、位置調整状態で光学瞳を通過する光の光束径を大きくすることができる。したがって、接眼光学系をコンパクトに構成しつつ、光学瞳の位置調整が容易な映像表示装置を実現することができる。
【００１３】
本発明の映像表示装置においては、位置調整状態において、光学瞳を通過する光の瞳面内での照度は、中心位置で最大であることが望ましい。この場合、観察者は、位置調整時に光学瞳の中心を認識することが容易となり、位置調整を正確に行うことができる。
【００１４】
本発明の映像表示装置においては、位置調整状態において、光学瞳を通過する光の瞳面内での周辺照度は、中心照度の１／２以下であることが望ましい。この場合、位置調整状態において、光学瞳の面内での中心照度と周辺照度との差が大きくなるので、観察者は、位置調整時に光学瞳の中心を認識することがさらに容易となり、位置調整をさらに正確に行うことができる。
【００１５】
本発明の映像表示装置においては、位置調整状態において、光学瞳を通過する光の瞳面内での照度は、中心から周辺に向かって段階的に低下することが望ましい。この場合、光学瞳の面内における周辺から中心に向かう方向への位置調整が容易となる。
【００１６】
本発明の映像表示装置において、光束径切り替え手段は、３φView≦φAli となるように、光源から射出される光の光束径を切り替えることが望ましい。このような光束径切り替え手段による光源光の光束径の切り替えにより、位置調整状態において光学瞳を通過する光の光束径が、映像観察状態において光学瞳を通過する光の光束径の３倍以上となるので、位置調整のスタート時に、観察者は光学瞳を見つけ出し易くなる。
【００１７】
本発明の映像表示装置において、表示素子の映像表示領域は、映像観察状態よりも位置調整状態のほうが小さいことが望ましい。
【００１８】
映像観察状態で発生する収差が補正されるように接眼光学系が設計されている場合、表示素子の映像表示領域を映像観察状態と位置調整状態とで同じ面積（全画素ＯＮ）としたまま、位置調整状態において光学瞳を通過する光の光束径を大きくすると、映像の周辺部に向かうほど収差が発生し、映像がぼやけるため、観察者は光学瞳の正確な中心位置を認識しにくくなる。
【００１９】
これに対して、表示素子の映像表示領域を、映像観察状態よりも位置調整状態で小さくする（例えば中心部の画素のみＯＮにする）ことにより、映像がはっきりと出る部分（映像の中心部）のみを光学瞳の位置調整に用いることができ、観察者は光学瞳の正確な中心位置をより認識し易くなる。
【００２０】
本発明の映像表示装置において、光束径切り替え手段は、光学瞳とほぼ共役な位置に配置されていることが望ましい。この場合、光束径切り替え手段による光源光の光束径の切り替えにより、光学瞳を通過する光の光束径の切り替えを正確にかつ確実に行うことができる。
【００２１】
本発明の映像表示装置において、光束径切り替え手段は、映像観察状態と位置調整状態とで開口部の面積を切り替える絞りを有して構成されていてもよい。例えば、映像観察状態で光学瞳を通過する光の光束径に対して光源の発光面積が大きい場合は、絞りによって光源光が通過する開口部の面積を切り替えることにより、光源光の光束径を、映像観察状態と位置調整状態とで簡単に切り替えることができる。
【００２２】
本発明の映像表示装置において、光束径切り替え手段は、光源から射出される光の瞳面内での照度を調整するための照度調整フィルタをさらに有しており、照度調整フィルタは、中心部を透過する光の透過率よりも周辺部を透過する光の透過率を低下させることが望ましい。
【００２３】
この構成では、絞りによる開口部の面積の切り替えにより、位置調整状態において、光学瞳を通過する光の瞳面内での照度を、中心から周辺に向かって低下させることができる。これにより、観察者は、光学瞳の面内における周辺から中心に向かう方向への位置調整がしやすくなる。
【００２４】
本発明の映像表示装置において、照度調整フィルタは、周辺部を透過する光の透過率を少なくとも２段階で低下させることが望ましい。この場合、位置調整状態において、光学瞳を通過する光の瞳面内での照度を、中心から周辺に向かって少なくとも２段階で低下させることができる。これにより、観察者は、光学瞳の面内における周辺から中心に向かう方向への位置調整がさらにしやすくなる。
【００２５】
本発明の映像表示装置において、光束径切り替え手段は、光源からの光を拡散させる拡散板と、位置調整状態のときに拡散板を光路中に配置する一方、映像観察状態のときに拡散板を光路中から取り除く駆動部とを有している構成であってもよい。
【００２６】
例えば、映像観察状態で光学瞳を通過する光の光束径に対して光源の発光面積が小さい場合は、拡散板によって光源の発光面積を擬似的に大きくすることができるとともに、駆動部による拡散板の光路中への出し入れによって、光源から射出される光の光束径を、映像観察状態と位置調整状態とで簡単に切り替えることができる。
【００２７】
本発明の映像表示装置において、光束径切り替え手段は、位置調整状態において、光源から射出される光の光束径を少なくとも２段階に切り替えるようにしてもよい。位置調整状態において、光源光の光束径を段階的に切り替えて、位置調整を段階的に行うことにより、観察者は、光学瞳の中心に自らの瞳の中心を合わせることが容易となる。
【００２８】
本発明の映像表示装置において、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、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と同時に、外光を透過させて光学瞳に導く構成であってもよい。
【００２９】
体積位相型の反射型ホログラム光学素子は、反射波長域が狭く、外光の透過率が高い。したがって、映像観察状態において、観察者は、表示映像（虚像）を観察しながら、外界像をシースルーで観察することが可能となる。
【００３０】
本発明のＨＭＤは、上述した本発明の映像表示装置と、上記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持手段とを有していることを特徴としている。この構成では、映像表示装置が支持手段にて支持されるので、観察者は映像表示装置から提供される映像をハンズフリーで長時間安定して観察することができる。
【００３１】
本発明のＨＭＤにおいて、上記支持手段は、接眼光学系の光学瞳の位置を観察者の瞳位置に合わせる位置調整を行った後に、観察者の頭部に対する接眼光学系の相対位置を固定する固定手段を有していることが望ましい。この構成では、固定手段により、光学瞳の位置調整後に、観察者の頭部に対する接眼光学系の相対位置が固定されるので、観察者は、光学瞳の位置にて、良好な映像を確実に観察することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、光束径切り替え手段による光源光の光束径の切り替えにより、光学瞳を通過する光の光束径が映像観察状態よりも位置調整状態で大きくなるので、位置調整状態において、観察者は、光学瞳の位置を確認しやすくなり、光学瞳の位置調整を容易に行うことができる。また、接眼光学系における位置調整状態での有効光路領域は、映像観察状態での有効光路領域に含まれているので、接眼光学系を大きく構成することなく、位置調整状態で光学瞳を通過する光の光束径を大きくすることができる。したがって、接眼光学系をコンパクトに構成しつつ、光学瞳の位置調整が容易な映像表示装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
〔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。
【００３４】
（１．ＨＭＤの構成）
図２は、本実施形態に係るＨＭＤの概略の構成を示す斜視図である。ＨＭＤは、映像表示装置１と、支持手段２とで構成されている。
【００３５】
映像表示装置１は、観察者に外界像をシースルーで観察させるとともに、映像を表示して観察者にそれを虚像として提供するものである。この映像表示装置１は、後述する光源１１や表示素子１３（ともに図１（ａ）（ｂ）参照）などを収容する筐体３に接眼光学系４を一体化させて構成されている。光源１１や表示素子１３を制御するための信号や各部の駆動電力は、筐体３を貫通するケーブル５を介して各部に供給される。接眼光学系４は、全体として眼鏡の一方のレンズ（図２では右眼用レンズ）のような形状をなしている。なお、眼鏡の左眼用レンズに相当するレンズ６は、ダミーレンズである。
【００３６】
支持手段２は、映像表示装置１を観察者の眼前で支持する支持部材である。本実施形態では、支持手段２は、観察者の右眼に対応して１個の映像表示装置１を支持しているが、観察者の両眼に対応して２個の映像表示装置１を支持してもよい。この支持手段２は、眼鏡のフレームおよびテンプルに相当する部材と、固定機構７とを含んで構成されている。
【００３７】
固定機構７は、接眼光学系４の光学瞳（射出瞳）の位置を観察者の瞳（瞳孔、虹彩）の位置に合わせる位置調整を行った後に、観察者の頭部に対する接眼光学系４の相対位置を固定する固定手段であり、観察者の鼻と当接して移動可能な右鼻当て７Ｒおよび左鼻当て７Ｌと、これらをロックするロック部とを有して構成されている。支持手段２が固定機構７を有していることにより、光学瞳Ｅの位置調整後、観察者は、光学瞳Ｅの位置にて、良好な映像を確実にかつ安定して観察することができる。なお、位置調整の詳細については後述する。
【００３８】
（２．映像表示装置について）
次に、上述した映像表示装置１の詳細について説明する。なお、以下での説明の便宜上、観察者が光学瞳Ｅの位置に自分の瞳Ｐを合わせて映像を観察する状態を映像観察状態と称し、映像観察前に光学瞳Ｅの位置と観察者の瞳Ｐの位置とを合わせる位置調整を行う状態を位置調整状態と称することとする。
【００３９】
図１（ａ）は、本実施形態の映像表示装置１の位置調整状態での構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は、映像表示装置１の映像観察状態での構成を示す断面図である。このように、映像表示装置１は、光源１１と、照明光学系１２と、表示素子１３と、接眼光学系４と、光束径切り替え機構３０（光束径切り替え手段）とを有している。
【００４０】
なお、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１３の表示領域の中心と、接眼光学系４によって形成される光学瞳Ｅの中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とする。そして、光源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４の後述するホログラム光学素子２３の光軸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２３の光軸入射面とは、ホログラム光学素子２３における入射光の光軸と反射光の光軸とを含む平面、すなわち、ＹＺ平面を指す。なお、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向の正負は問わないものとする。
【００４１】
光源１１は、例えば、ＲＧＢの３原色に対応する波長の光を出射するＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されている。なお、光源１１は、発光波長の広い白色ＬＥＤで構成されてもよい。
【００４２】
照明光学系１２は、光源１１から射出された光を表示素子１３に導くものであり、例えば入射光を反射してＹＺ平面でのみ集光するシリンドリカル凹面ミラーで構成されている。なお、照明光学系１２は、平面の反射ミラーと、集光レンズとで構成されていてもよく、集光レンズのみで構成されていてもよい。
【００４３】
表示素子１３は、光源１１から照明光学系１２を介して入射する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、例えば複数の画素をマトリクス状に有する透過型のＬＣＤで構成されている。表示素子１３は、矩形の表示画面の長辺方向が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。なお、表示素子１３は、反射型の光変調素子で構成されてもよい。
【００４４】
接眼光学系４は、表示素子１３からの映像光を光学瞳Ｅに導くとともに、外界像の光（外光）を光学瞳Ｅに導く光学系であり、接眼プリズム２１と、偏向プリズム２２と、ホログラム光学素子２３とを有して構成されている。
【００４５】
接眼プリズム２１は、表示素子１３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２３に導くものであり、偏向プリズム２２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２１は、平行平板の下端部を楔状にした形状で構成されている。接眼プリズム２１の上端面は、映像光の入射面としての面２１ａとなっており、前後方向に位置する２面は、互いに平行な面２１ｂ・２１ｃとなっている。
【００４６】
偏向プリズム２２は、平面視で略Ｕ字型の平行平板で構成されており（図２参照）、接眼プリズム２１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２１と一体となって略平行平板となるものである。偏向プリズム２２は、ホログラム光学素子２３を挟むように接眼プリズム２１と接着して設けられている。これにより、接眼プリズム２１の楔状の下端部を外光が透過するときの屈折を偏向プリズム２２でキャンセルすることができ、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。
【００４７】
ホログラム光学素子２３は、表示素子１３からの映像光を回折反射させて光学瞳Ｅに導くと同時に、外光を透過させて光学瞳Ｅに導く体積位相型の反射型ホログラム光学素子であり、接眼プリズム２１において偏向プリズム２２との接合面に設けられている。体積位相型の反射型ホログラム光学素子は、反射波長域が狭く、外光の透過率が高いので、これをホログラム光学素子２３として用いることにより、観察者は、表示映像（虚像）を観察しながら、外界像をシースルーで観察することが可能となる。また、ホログラム光学素子２３は、軸非対称な正の光学的パワーを有しており、正の光学的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。
【００４８】
光束径切り替え機構３０は、光源１１から射出される光の光束径を位置調整状態と映像観察状態とで切り替えることにより、光学瞳Ｅを通過する光の光束径を位置調整状態と映像観察状態とで切り替えるものであるが、その詳細については後述する。
【００４９】
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。なお、以下で説明する動作は、基本的には図１（ａ）の位置調整状態および図１（ｂ）の映像観察状態で同じである。ただし、表示素子１３に表示させる映像は、位置調整状態では例えば白パターン（全画素ＯＮ）の映像であり、映像観察状態では通常のカラー映像（観察者に観察させる映像）である。
【００５０】
光源１１から射出された光は、光束径切り替え機構３０および照明光学系１２を介して表示素子１３に入射し、そこで変調されて映像光として出射される。表示素子１３からの映像光は、接眼光学系４の接眼プリズム２１の内部に面２１ａから入射し、互いに対向する２つの面２１ｂ・２１ｃで複数回全反射されて、ホログラム光学素子２３に入射する。ホログラム光学素子２３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。したがって、光学瞳Ｅの位置では、観察者は表示素子１３に表示された映像の拡大虚像を観察することができる。
【００５１】
一方、接眼プリズム２１、偏向プリズム２２およびホログラム光学素子２３は、外光をほとんど全て透過させるので、観察者は外界像を観察することができる。したがって、表示素子１３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。
【００５２】
（３．光学瞳の位置調整について）
次に、光学瞳Ｅの位置調整について説明する。位置調整状態においては、上述した光束径切り替え機構３０により、光源１１から射出される光の光束径が切り替えられる。本実施形態では、図１（ａ）（ｂ）に示すように、光束径切り替え機構３０は、開口部を有する絞り３１で構成されている。つまり、絞り３１は、光源から射出された光が通過する開口部の面積を位置調整状態と映像観察状態とで切り替えることにより、光学瞳Ｅを通過する光の光束径を位置調整状態と映像観察状態とで切り替える。絞り３１は、光学瞳Ｅとほぼ共役な位置に配置されており、光学瞳Ｅを通過する光の光束径を位置調整状態と映像観察状態とで正確にかつ確実に切り替えることが可能となっている。
【００５３】
ここで、映像観察状態で光学瞳Ｅを通過する光の光束径をφViewとし、位置調整状態で光学瞳Ｅを通過する光の光束径をφAli とすると、本実施形態では、φView＜φAli となるように、光源１１から射出される光の光束径を絞り３１によって切り替えている。すなわち、図１（ａ）（ｂ）に示すように、位置調整状態での絞り３１の開口部の面積は、映像観察状態での開口部の面積よりも広く、これによって、光学瞳Ｅを通過する光の光束径が、映像観察状態よりも位置調整状態で大きくなっている。
【００５４】
ちなみに、本実施形態において、光学瞳Ｅを通過する光の光束径φViewおよびφAli は、表１の通りである。なお、映像観察状態での光学瞳Ｅの位置での画角θView、および位置調整状態での光学瞳Ｅの位置での画角θAli も併せて表１に示す。
【００５５】
【表１】
【００５６】
このように、絞り３１による光源光の光束径の切り替えにより、光学瞳Ｅを通過する光の光束径が映像観察状態よりも位置調整状態で大きくなるので、位置調整状態において、観察者は、光束径の大きな光に基づいて光学瞳Ｅの位置を認識、確認することが容易となり、光学瞳Ｅの位置調整を容易に行うことができる。つまり、観察者は、位置調整状態において、光学瞳Ｅの位置を容易に見つけて、その光学瞳Ｅと自分の瞳Ｐとを容易に合わせることができる。
【００５７】
特に、本実施形態では、表１より、絞り３１は、３φView＝φAli となるように、光源１１から射出される光の光束径を切り替えている。このような光束径の切り替えにより、位置調整状態においては、光学瞳Ｅを通過する光の光束径が十分に大きくなるので、観察者は、位置調整のスタート時に光学瞳Ｅをさらに容易に見つけることができ、その光学瞳Ｅと自分の瞳Ｐとをさらに容易に合わせることが可能となる。なお、この効果は、φAli がφViewの３倍よりも大きければ、確実に得ることができる。つまり、絞り３１が３φView≦φAli となるように、光源１１から射出される光の光束径を切り替えれば、上記の効果を得ることができる。
【００５８】
また、本実施形態では、光束径切り替え機構３０が、映像観察状態と位置調整状態とで開口部の面積を切り替える絞り３１で構成されているので、光源１１から射出される光の光束径を、映像観察状態と位置調整状態とで簡単に切り替えることができ、これによって、光学瞳Ｅを通過する光の光束径を、映像観察状態と位置調整状態とで簡単に切り替えることができる。このように光束径切り替え機構３０として絞り３１を用いる構成は、特に、映像観察状態で光学瞳Ｅを通過する光の光束径φViewに対して光源１１の発光面積が大きい場合には有効である。
【００５９】
ところで、本実施形態では、表示素子１３の映像表示領域は、映像観察状態よりも位置調整状態で小さくなっている。つまり、図１（ａ）（ｂ）のＹＺ面内において、位置調整状態での表示素子１３の映像表示領域をＲ１とし、映像観察状態での表示素子１３の映像表示領域をＲ２とすると、Ｒ１＜Ｒ２となっている。なお、このような映像表示領域の切り替えは、例えば、映像観察状態では表示素子１３の全画素をＯＮ（光透過状態）にする一方、位置調整状態では表示素子１３の周辺部の画素をＯＦＦ（光遮光状態）とし、周辺部よりも内側（光軸側）の画素をＯＮ（光透過状態）とすることで実現可能である。
【００６０】
接眼光学系４は、映像観察状態（光学瞳Ｅを通過する光の光束径は小さい）で発生する収差が補正されるように設計されているが、このような接眼光学系４を用いた場合、Ｒ１＝Ｒ２の状態で、位置調整状態で光学瞳Ｅを通過する光の光束径を大きくすると、映像の周辺部に向かうほど収差が発生し、結像性能が劣化する（映像がぼやける）。位置調整状態では、光学瞳Ｅの位置のみを確認できればよいので、結像性能の劣化は特に問題とはならないが、本実施形態のように、Ｒ１＜Ｒ２とすることにより、映像がはっきりと出る部分（映像の中心部）のみを光学瞳Ｅの位置調整に用いることが可能となる。この場合、観察者は光学瞳Ｅの正確な中心位置をより認識し易くなり、光学瞳Ｅの位置調整がさらに容易となる。
【００６１】
また、上記のような映像表示領域の切り替えにより、位置調整状態での接眼光学系４の有効光路領域は、映像観察状態での接眼光学系４の有効光路領域に含まれることになる。なお、上記の有効光路領域とは、接眼光学系４において、明確に観察できる映像を作る光が通過する領域（範囲）を指す。より分かりやすく言うと、位置調整状態および映像観察状態での接眼光学系４の有効光路領域は、後述する実施の形態２の映像表示装置１における光路図を示す図３（ａ）（ｂ）において、Ｔ１およびＴ２の範囲にそれぞれ相当する。
【００６２】
一般に、光学瞳Ｅを通過する光の光束径を大きくすると、接眼光学系４の有効光路領域を確保するために、接眼光学系４を大きく構成せざるを得なくなる。しかし、本実施形態では、上記のように、位置調整状態での接眼光学系４の有効光路領域は、映像観察状態での接眼光学系４の有効光路領域に含まれるので、接眼光学系４を大きく構成することなく、φView＜φAli を実現することができる。したがって、接眼光学系４をコンパクトに構成しつつ、光学瞳Ｅの位置調整が容易な映像表示装置１を実現することができる。また、コンパクトな接眼光学系４を用いることができるので、小型、軽量で、映像品位の高い、長時間使用可能なＨＭＤを実現することが可能となる。
【００６３】
また、本実施形態では、光学瞳Ｅを通過する光の光束径は、位置調整状態よりも映像観察状態で小さいので、映像観察状態での焦点深度は深くなり、対応視度が広くなる。つまり、映像観察状態においては、極度の近視や遠視でなければ、視度補正を行うことなく映像を観察することが可能となる。一方、位置調整状態での焦点深度は浅くなるので、位置調整状態では、光学瞳Ｅの面内方向だけでなく、光軸方向の位置調整を行うことも可能となる。つまり、光学瞳Ｅが光軸方向にずれると、映像がぼやけやすくなるので、これを利用して光軸方向における光学瞳Ｅの位置調整を行うことも可能となる。
【００６４】
なお、以上では、表示素子１３の映像表示領域の切り替え、および接眼光学系４の有効光路領域の設定について、上下方向（ＹＺ平面内）で説明したが、左右方向（ＸＹ平面内）についても同様に考えることができる。
【００６５】
なお、本実施形態では、θViewは±５．０°となっており、観察者の眼が大きく回旋しないような画角となっているが、θViewが観察者の眼が大きく回旋する画角（例えば±８°以上）となっている場合でも、上述した本実施形態の構成は有効である。この点は、以下の各実施の形態についても同様に言える。
【００６６】
〔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、以下での説明の便宜上、実施の形態１と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
【００６７】
図３（ａ）（ｂ）は、本実施形態の映像表示装置１の光路を展開して示す説明図であり、特に、図３（ａ）は位置調整状態においての説明図であり、図３（ｂ）は映像観察状態においての説明図である。本実施形態の映像表示装置１は、光源１１が集光レンズを先端部に有するＬＥＤで構成されており、照明光学系１２が集光レンズで構成されている点で、実施の形態１と異なっている。なお、図４は、光源１１の発光特性を示している。ただし、図４の縦軸の発光輝度は、最大輝度（光軸位置の輝度）に対する相対的な値を示している。
【００６８】
また、本実施形態では、光束径切り替え機構３０が、絞り３１の他にさらに照度調整フィルタ３２を有している。照度調整フィルタ３２は、光源１１から射出される光の瞳面内での照度（照明輝度）を調整するためのフィルタであり、絞り３１よりも光源１１側に配置されている。この照度調整フィルタ３２は、中心部３２ａと周辺部３２ｂとで構成されている。中心部３２ａは、例えば孔で構成されており、周辺部３２ｂは、例えば半透過膜で構成されている。
【００６９】
図５は、照度調整フィルタ３２の透過特性を示す説明図である。なお、図５の縦軸の透過率は、最大透過率（光軸位置の透過率）に対する相対的な値を示している。照度調整フィルタ３２が上記の中心部３２ａおよび周辺部３２ｂで構成されていることにより、中心部３２ａでは光の透過率が高く（例えば透過率１００％）、周辺部３２ｂでは光の透過率が低い（例えば透過率５０％）。したがって、照度調整フィルタ３２においては、周辺部３２ｂを透過する光の透過率は、中心部３２ａを透過する光の透過率の例えば１／２に低下することとなる。
【００７０】
本実施形態においても、φView＜φAli となるように、光源１１から射出される光の光束径を絞り３１によって切り替えている。すなわち、図３（ａ）（ｂ）に示すように、位置調整状態での絞り３１の開口部の面積は、映像観察状態での開口部の面積よりも広く、かつ、照度調整フィルタ３２の中心部３２ａの面積よりも広い。これによって、光学瞳Ｅを通過する光の光束径が、映像観察状態よりも位置調整状態で大きくなっている。
【００７１】
ちなみに、本実施形態において、φViewおよびφAli は、表２の通りである。なお、θViewおよびθAli についても併せて表２に示す。
【００７２】
【表２】
【００７３】
このように、本実施形態においても、実施の形態１と同様に、絞り３１による光源光の光束径の切り替えにより、光学瞳Ｅを通過する光の光束径が映像観察状態よりも位置調整状態で大きくなる。これにより、位置調整状態において、観察者は、光学瞳Ｅの位置、すなわち、自分の瞳Ｐ内に光が入る場所を最初に見つけることが容易となり、光学瞳Ｅの位置調整を容易に行うことができる。
【００７４】
また、図６は、光学瞳Ｅの瞳面での照明特性を示す説明図である。なお、図６の縦軸の照度は、最大照度（光軸位置の照度）に対する相対的な値を示している。図４の特性の光源１１を用い、光源１１からの光を、図５の特性を有する照度調整フィルタ３２を介して光学瞳Ｅに導くと、上記した絞り３１による光束径の切り替えにより、位置調整状態において、光学瞳Ｅの中心部では照度が高く、周辺部では照度が低くなる。特に、位置調整状態において、光学瞳Ｅを通過する光の瞳面内での周辺照度は、中心照度の１／２以下となっている。
【００７５】
このように、光束径切り替え機構３０が絞り３１と照度調整フィルタ３２とを有して構成されることにより、位置調整状態において、光学瞳Ｅを通過する光の瞳面内での照度を、中心から周辺に向かって低下させることができる。これにより、観察者は、光学瞳Ｅの面内における周辺から中心に向かう方向への位置調整がしやすくなる。
【００７６】
つまり、観察者は、位置調整状態において、眼前に映像表示装置１を近づけ、まず、自分の瞳Ｐに光が入る場所を探し、瞳Ｐに光が入ったら、その周辺で映像表示装置１を移動させ、最も明るく、かつ、バランスよく照明光が瞳Ｐに入る場所に映像表示装置１を位置させた後、その位置を固定機構７（図２参照）によって固定すればよい。
【００７７】
また、位置調整状態において、光学瞳Ｅを通過する光の瞳面内での照度は、中心位置で最大であるので、観察者は、位置調整時に光学瞳Ｅの中心を認識することが容易となり、位置調整を正確に行うことができる。
【００７８】
特に、本実施形態では、位置調整状態において、光学瞳Ｅを通過する光の瞳面内での周辺照度は、中心照度の１／２以下であり、中心照度と周辺照度との差が大きいので、観察者は、位置調整時に光学瞳Ｅの中心を認識することがさらに容易となり、位置調整をさらに正確に行うことができる。
【００７９】
また、本実施形態では、照度調整フィルタ３２を用いることにより、位置調整状態において、光学瞳Ｅを通過する光の瞳面内での照度は、中心から周辺に向かって段階的に低下しているので、観察者は、光学瞳Ｅの中心を確実に認識することができ、光学瞳Ｅの面内における周辺から中心に向かう方向への位置調整がさらに容易となる。
【００８０】
また、本実施形態においても、実施の形態１と同様に、表示素子１３の映像表示領域は、映像観察状態よりも位置調整状態で小さく、この結果、図３（ａ）（ｂ）に示すように、位置調整状態での接眼光学系４の有効光路領域Ｔ１は、映像観察状態での接眼光学系４の有効光路領域Ｔ２に含まれている（Ｔ１＜Ｔ２）。したがって、実施の形態１と同様に、接眼光学系４を大きく構成することなくφView＜φAli を実現して、光学瞳Ｅの位置調整が容易な映像表示装置１を実現することができる。
【００８１】
なお、位置調整状態では、絞り３１の開口部の面積が広く、φAli が大きいため、光学瞳Ｅの位置では、図６のＢの範囲で照度を認識することができる。一方、映像観察状態では、絞り３１の開口部の面積が狭く、φViewが小さいため、光学瞳Ｅの位置では、図６のＢよりも狭いＡの範囲で照度を認識することとなる。このとき、Ａの範囲では全体的に照度が高いため、観察者は、映像観察状態において明るい映像を観察することができる。
【００８２】
〔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、以下での説明の便宜上、実施の形態１・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。
【００８３】
図７（ａ）（ｂ）は、本実施形態の映像表示装置１の光路を展開して示す説明図であり、特に、図７（ａ）は位置調整状態においての説明図であり、図７（ｂ）は映像観察状態においての説明図である。本実施形態の映像表示装置１は、光源１１が発光面積の小さな表面実装タイプのＬＥＤで構成されている点で、実施の形態１・２とは異なっている。ちなみに、光源１１の発光部のサイズは、例えば０．６ｍｍ×０．６ｍｍとなっている。
【００８４】
また、本実施形態では、光束径切り替え機構３０が、絞り３１や照度調整フィルタ３２の代わりに、拡散板３３および駆動部３４を有して構成されている。拡散板３３は、光源１１からの光を拡散させるものであり、光学瞳Ｅとほぼ共役な位置に配置されている。駆動部３４は、位置調整状態のときには、図７（ａ）に示すように、拡散板３３を光路中に配置する一方、映像観察状態のときには、図７（ｂ）に示すように、拡散板３３を光路中から取り除くものであり、例えば光軸と平行な回転軸を有し、拡散板３３を回転させるモータで構成されている。なお、本実施形態では、表示素子１３における映像表示領域の大きさは、位置調整状態と映像観察状態とで同じとなっている。
【００８５】
映像観察状態において、駆動部３４によって拡散板３３を光路外に退避させることにより、光学瞳Ｅを通過する光の光束径を光源１１のチップ面サイズまで、小さく絞ることができる。これにより、焦点深度が深くなり、映像観察状態においては、視度補正を行うことなく映像を観察することが可能となる。
【００８６】
一方、位置調整状態では、駆動部３４によって拡散板３３が光路中に配置されるので、簡単に、光源１１の発光面積を擬似的に大きくすることができる。したがって、φViewに対して光源１１の発光面積が小さい場合でも、拡散板３３の光路中への出し入れによって、光源光の光束径を、映像観察状態と位置調整状態とで簡単に切り替えて、φView＜φAli を容易に実現することができる。
【００８７】
ちなみに、本実施形態において、φViewおよびφAli は、表３の通りである。なお、θViewおよびθAli についても併せて表３に示す。
【００８８】
【表３】
【００８９】
このように、本実施形態においても、光束径切り替え機構３０により、光学瞳Ｅを通過する光の光束径が映像観察状態よりも位置調整状態で大きくなるので、位置調整状態において、観察者は光学瞳Ｅの位置調整を容易に行うことができる。
【００９０】
また、本実施形態では、表３より、θViewおよびθAli は、位置調整状態と映像観察状態とで同じであり、表示素子１３の映像表示領域も、位置調整状態と映像観察状態とで同じであるので、接眼光学系４に入射する映像光のうち、表示素子１３の周辺部から射出された映像光は、接眼光学系４の端部でけられ、表示素子１３の中央部から射出された映像光のみが接眼光学系４を介して光学瞳Ｅに入射する。したがって、光学瞳Ｅの位置では、周辺部は暗く、中央部は明るい映像となる。なお、接眼光学系４の有効光路領域は、明確に観察できる映像を作る光が通過する領域を指すので、本実施形態での有効光路領域は、位置調整状態と映像観察状態とで同じと言える（Ｔ１＝Ｔ２）。また、光学瞳Ｅが光軸方向にずれるほど、つまり、光軸方向における光学瞳Ｅの位置と観察者の瞳Ｐの位置とがずれるほど、表示素子１３の表示映像の周辺部が欠けるため、位置調整状態において見える映像の範囲は小さくなる（表示映像の中心付近しか見えなくなる）。
【００９１】
そこで、本実施形態では、位置調整状態において、観察者は、光束の位置を見つけたら、まず、その中心（光軸上）に自分の瞳Ｐが位置するように光学瞳Ｅを調整し、その後、光軸上で映像表示装置１との距離を調整すればよい。そして、映像が最も大きくなり、かつ、一番明るくなったところで（光学瞳Ｅの瞳面上に自分の瞳Ｐが位置したときに）、映像表示装置１の位置を固定すればよい。このような手法により、簡単に、光学瞳Ｅの３次元的な位置調整が可能になる。
【００９２】
なお、位置調整状態において、表示素子１３に表示させる映像は、白パターン（全画素白表示）であってもよいし、例えばチェックパターン（市松模様）であってもよい。特に後者の場合は、位置調整状態において、表示映像の大部分が見えているのか、中心付近だけが見えているのかの判断が容易となり、光軸方向の位置ずれの判断が容易となるので、その点では好ましいと言える。
【００９３】
なお、本実施形態では、１種類の拡散板３３を用いて、映像観察状態と位置調整状態とで光源光の光束径を切り替える構成としているが、映像観察状態および位置調整状態のそれぞれで光学瞳Ｅを通過する光の光束径に対応したサイズの拡散板を２つ設けて、これらを出し入れすることにより、光束径を切り替える構成としてもよい。つまり、光束径切り替え手段は、映像観察状態で光学瞳を通過する光の光束径に対応したサイズの第１の拡散板と、位置調整状態で光学瞳を通過する光の光束径に対応したサイズの第２の拡散板と、映像観察状態のときに第１の拡散板を光路中に配置する一方、位置調整状態のときに第２の拡散板を光路中に配置する駆動部とを有する構成としてもよい。
【００９４】
〔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、以下での説明の便宜上、実施の形態１〜３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。
【００９５】
図８（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本実施形態の映像表示装置１の光路を展開して示す説明図であり、特に、図８（ａ）は第１の位置調整状態においての説明図であり、図８（ｂ）は第２の位置調整状態においての説明図であり、図８（ｃ）は映像観察状態においての説明図である。本実施形態では、映像表示装置１の光束径切り替え機構３０が、実施の形態１〜３で述べた絞り３１、照度調整フィルタ３２、拡散板３３および駆動部３４を全て有して構成されている。ただし、照度調整フィルタ３２の構成は、実施の形態２のものとは若干異なっている。拡散板３３、照度調整フィルタ３２および絞り３１は、光源１１側からこの順で配置されている。なお、便宜上、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）では、駆動部３４の図示を省略しており、図８（ｃ）では、さらに拡散板３３の図示を省略している。
【００９６】
図９は、光源１１および拡散板３３で１つの光源とみなしたときの発光特性を示している。なお、図９の縦軸の発光輝度は、最大輝度（光軸位置の輝度）に対する相対的な値を示している。同図に示すように、光源１１からの光は拡散板３３で拡散されるため、光軸に垂直な方向に比較的広範囲にわたって発光輝度の高い分布となっている。
【００９７】
図８（ａ）（ｂ）（ｃ）に示した照度調整フィルタ３２は、中心部３２ａと周辺部３２ｂとで構成されているが、周辺部３２ｂは、さらに第１周辺部３２ｂ1と第２周辺部３２ｂ2とで構成されている。中心部３２ａは、例えば孔で構成されており、周辺部３２ｂは、例えば半透過膜で構成されている。
【００９８】
周辺部３２ｂにおいて、第２周辺部３２ｂ2は、第１周辺部３２ｂ1よりも外側に形成されており、透過率は第１周辺部３２ｂ1よりも低く設定されている。このような照度調整フィルタ３２の構成により、周辺部３２ｂを透過する光の照度は、中心部３２ａを透過する光の照度を基準として２段階で低下することになる。
【００９９】
ここで、図１０は、本実施形態の照度調整フィルタ３２の透過特性を示す説明図である。なお、図１０の縦軸の透過率は、最大透過率（光軸位置の透過率）に対する相対的な値を示している。照度調整フィルタ３２が上記の中心部３２ａおよび周辺部３２ｂ（第１周辺部３２ｂ1＋第２周辺部３２ｂ2）で構成されていることにより、中心部３２ａでは光の透過率が高く（例えば透過率１００％）、第２周辺部３２ｂ2では光の透過率が低く（例えば透過率３０％）、第１周辺部３２ｂ1ではそれらの間の透過率（例えば透過率６０％）となっている。このように、照度調整フィルタ３２においては、中心から周辺に向かって、透過率が段階的に低下している。
【０１００】
本実施形態では、光束径切り替え機構３０は、位置調整状態および映像観察状態において、光源１１から射出される光の光束径を計３段階で切り替えるようにしている。
【０１０１】
より具体的には、第１の位置調整状態では、図８（ａ）に示すように、光源１１からの光が照度調整フィルタの中心部３２ａ、第１周辺部３２ｂ1および第２周辺部３２ｂ2の全てを透過して光学瞳Ｅに導かれるように、絞り３１によって開口部の径（面積）を調整する。
【０１０２】
続いて、第２の位置調整状態では、図８（ｂ）に示すように、光源１１からの光が照度調整フィルタの中心部３２ａおよび第１周辺部３２ｂ1のみを透過して光学瞳Ｅに導かれるように、絞り３１によって開口部の径を第１の位置調整状態のときよりも小さくする。
【０１０３】
一方、映像観察状態では、図８（ｃ）に示すように、光源１１からの光が照度調整フィルタの中心部３２ａのみを透過して光学瞳Ｅに導かれるように、絞り３１によって開口部の径を第２の位置調整状態のときよりもさらに小さくする。
【０１０４】
なお、駆動部３４により、第１および第２の位置調整状態では、拡散板３３を光路中に配置し、映像観察状態では、拡散板３３を光路中から退避させる。
【０１０５】
以上のように、光源１１から射出される光の光束径を絞り３１によって図８（ａ）（ｂ）（ｃ）のように切り替えることにより、本実施形態においても、φView＜φAli を実現することができる。特に、第１の位置調整状態で光学瞳Ｅを通過する光の光束径をφAli-1 とし、第２の位置調整状態で光学瞳Ｅを通過する光の光束径をφAli-2 とすると、φView＜φAli-2 ＜φAli-1 を実現することができる。
【０１０６】
ちなみに、本実施形態において、φView、φAli-1 およびφAli-2 は、表４の通りである。なお、映像観察状態での光学瞳Ｅの位置での画角θView、および第１および第２の位置調整状態での光学瞳Ｅの位置での画角θAli-1 およびθAli-2 も併せて表４に示す。
【０１０７】
【表４】
【０１０８】
このように、本実施形態においても、絞り３１による光源光の光束径の切り替えにより、光学瞳Ｅを通過する光の光束径が映像観察状態よりも位置調整状態で大きくなるので、位置調整状態において、観察者は、光学瞳Ｅの位置の位置調整を容易に行うことができる。
【０１０９】
また、位置調整状態では、光束径切り替え機構３０によって、光源光の光束径を２段階で切り替えて段階的に小さくするので、上述のように、光学瞳Ｅを通過する光の光束径を段階的に小さくして段階的な位置調整が可能となる。これにより、観察者は、光学瞳Ｅの中心と自らの瞳Ｐの中心とを段階的に合わせることが可能となり、互いの中心同士を合わせやすくなる。
【０１１０】
また、図１１は、光学瞳Ｅの瞳面での照明特性を示す説明図である。なお、図１１の縦軸の照度は、最大照度（光軸位置の照度）に対する相対的な値を示している。第１の位置調整状態では、光学瞳Ｅの中心部で照度が高く、周辺部で照度が２段階で低くなる（Ｃの範囲参照）。また、第２の位置調整状態では、光学瞳Ｅの中心部で照度が高く、周辺部で照度が低くなる（Ｂの範囲参照）。一方、映像観察状態では、光学瞳Ｅの中心部、すなわち、照度が高いＡの範囲で映像を観察することが可能となる。
【０１１１】
このように、周辺部３２を透過する光の透過率を２段階で低下させる照度調整フィルタ３２を用い、絞り３１によって光束径を切り替えることにより、第１の位置調整状態では、光学瞳Ｅを通過する光の瞳面内での照度を、中心から周辺に向かって２段階で低下させることができる。したがって、観察者は、光学瞳Ｅの面内における周辺から中心に向かう方向への位置調整がさらにしやすくなる。
【０１１２】
なお、本実施形態では、光束径切り替え機構３０は、位置調整状態において、光源光の光束径を２段階で切り替える構成となっているが、照度調整フィルタ３２の周辺部３２ｂの透過率を３段階以上に設定して、絞り３１で開口部の面積を調整することにより、位置調整状態において、光源光の光束径を３段階以上に切り替え、φAli を３段階以上に切り替えることも可能である。
【０１１３】
なお、本実施形態では、光束径切り替え機構３０は、絞り３１、照度調整フィルタ３２、拡散板３３および駆動部３４で構成しているが、絞り３１と照度調整フィルタ３２のみで構成することも勿論可能である。
【０１１４】
なお、上述した各実施の形態の構成を適宜組み合わせて、映像表示装置１ひいてはＨＭＤを構成したり、光学瞳Ｅの位置調整を行うことも勿論可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明は、ＨＭＤに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の一形態に係る映像表示装置の位置調整状態での構成を示す断面図であり、（ｂ）は、映像表示装置の映像観察状態での構成を示す断面図である。
【図２】上記映像表示装置を有するＨＭＤの概略の構成を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は、本発明の他の実施の形態に係る映像表示装置の位置調整状態での光路を展開して示す説明図であり、（ｂ）は、映像表示装置の映像観察状態での光路を展開して示す説明図である。
【図４】上記映像表示装置の光源の発光特性を示す説明図である。
【図５】上記映像表示装置が有する光束径切り替え機構の照度調整フィルタの透過特性を示す説明図である。
【図６】光学瞳の瞳面での照明特性を示す説明図である。
【図７】（ａ）は、本発明のさらに他の実施の形態に係る映像表示装置の位置調整状態での光路を展開して示す説明図であり、（ｂ）は、映像表示装置の映像観察状態での光路を展開して示す説明図である。
【図８】（ａ）は、本発明のさらに他の実施の形態に係る映像表示装置の第１の位置調整状態での光路を展開して示す説明図であり、（ｂ）は、映像表示装置の第２の位置調整状態での光路を展開して示す説明図であり、（ｃ）は、映像表示装置の映像観察状態での光路を展開して示す説明図である。
【図９】上記映像表示装置において、拡散板も考慮した光源の発光特性を示す説明図である。
【図１０】上記映像表示装置が有する光束径切り替え機構の照度調整フィルタの透過特性を示す説明図である。
【図１１】光学瞳の瞳面での照明特性を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１ 映像表示装置
２ 支持手段
４ 接眼光学系
７ 固定機構（固定手段）
１１ 光源
１３ 表示素子
２３ ホログラム光学素子
３０ 光束径切り替え機構（光束径切り替え手段）
３１ 絞り
３２ 照度調整フィルタ
３３ 拡散板
３４ 駆動部
Ｅ 光学瞳
Ｐ 観察者の瞳
Ｒ１ 映像表示領域
Ｒ２ 映像表示領域
Ｔ１ 有効光路領域
Ｔ２ 有効光路領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
光源からの光を変調して映像を表示する表示素子と、
表示素子からの映像光を光学瞳に導く接眼光学系とを備えた映像表示装置であって、
観察者が光学瞳の位置で映像を観察する映像観察状態で、光学瞳を通過する光の光束径をφViewとし、光学瞳の位置を観察者の瞳位置に合わせるための位置調整状態で、光学瞳を通過する光の光束径をφAli としたときに、φView＜φAli となるように、光源から射出される光の光束径を切り替える光束径切り替え手段をさらに備えており、
位置調整状態での接眼光学系の有効光路領域は、映像観察状態での接眼光学系の有効光路領域に含まれていることを特徴とする映像表示装置。
【請求項２】
位置調整状態において、光学瞳を通過する光の瞳面内での照度は、中心位置で最大であ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】
位置調整状態において、光学瞳を通過する光の瞳面内での周辺照度は、中心照度の１／２以下であることを特徴とする請求項２に記載の映像表示装置。
【請求項４】
位置調整状態において、光学瞳を通過する光の瞳面内での照度は、中心から周辺に向かって段階的に低下することを特徴とする請求項２に記載の映像表示装置。
【請求項５】
光束径切り替え手段は、３φView≦φAli となるように、光源から射出される光の光束径を切り替え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】
表示素子の映像表示領域は、映像観察状態よりも位置調整状態のほうが小さい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】
光束径切り替え手段は、光学瞳とほぼ共役な位置に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項８】
光束径切り替え手段は、映像観察状態と位置調整状態とで開口部の面積を切り替える絞りを有していることを特徴とする請求項７に記載の映像表示装置。
【請求項９】
光束径切り替え手段は、光源から射出される光の瞳面内での照度を調整するための照度調整フィルタをさらに有しており、
照度調整フィルタは、中心部を透過する光の透過率よりも周辺部を透過する光の透過率を低下させることを特徴とする請求項８に記載の映像表示装置。
【請求項１０】
照度調整フィルタは、周辺部を透過する光の透過率を少なくとも２段階で低下させ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】
光束径切り替え手段は、光源からの光を拡散させる拡散板と、位置調整状態のときに拡散板を光路中に配置する一方、映像観察状態のときに拡散板を光路中から取り除く駆動部とを有していることを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１２】
光束径切り替え手段は、位置調整状態において、光源から射出される光の光束径を少なくとも２段階に切り替えることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１３】
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、
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と同時に、外光を透過させて光学瞳に導くことを特徴とする請求項１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。
【請求項１５】
上記支持手段は、接眼光学系の光学瞳の位置を観察者の瞳位置に合わせる位置調整を行った後に、観察者の頭部に対する接眼光学系の相対位置を固定する固定手段を有していることを特徴とする請求項１４に記載のヘッドマウントディスプレイ。
【請求項１】
光源と、
光源からの光を変調して映像を表示する表示素子と、
表示素子からの映像光を光学瞳に導く接眼光学系とを備えた映像表示装置であって、
観察者が光学瞳の位置で映像を観察する映像観察状態で、光学瞳を通過する光の光束径をφViewとし、光学瞳の位置を観察者の瞳位置に合わせるための位置調整状態で、光学瞳を通過する光の光束径をφAli としたときに、φView＜φAli となるように、光源から射出される光の光束径を切り替える光束径切り替え手段をさらに備えており、
位置調整状態での接眼光学系の有効光路領域は、映像観察状態での接眼光学系の有効光路領域に含まれていることを特徴とする映像表示装置。
【請求項２】
位置調整状態において、光学瞳を通過する光の瞳面内での照度は、中心位置で最大であ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】
位置調整状態において、光学瞳を通過する光の瞳面内での周辺照度は、中心照度の１／２以下であることを特徴とする請求項２に記載の映像表示装置。
【請求項４】
位置調整状態において、光学瞳を通過する光の瞳面内での照度は、中心から周辺に向かって段階的に低下することを特徴とする請求項２に記載の映像表示装置。
【請求項５】
光束径切り替え手段は、３φView≦φAli となるように、光源から射出される光の光束径を切り替え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】
表示素子の映像表示領域は、映像観察状態よりも位置調整状態のほうが小さい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】
光束径切り替え手段は、光学瞳とほぼ共役な位置に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項８】
光束径切り替え手段は、映像観察状態と位置調整状態とで開口部の面積を切り替える絞りを有していることを特徴とする請求項７に記載の映像表示装置。
【請求項９】
光束径切り替え手段は、光源から射出される光の瞳面内での照度を調整するための照度調整フィルタをさらに有しており、
照度調整フィルタは、中心部を透過する光の透過率よりも周辺部を透過する光の透過率を低下させることを特徴とする請求項８に記載の映像表示装置。
【請求項１０】
照度調整フィルタは、周辺部を透過する光の透過率を少なくとも２段階で低下させ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】
光束径切り替え手段は、光源からの光を拡散させる拡散板と、位置調整状態のときに拡散板を光路中に配置する一方、映像観察状態のときに拡散板を光路中から取り除く駆動部とを有していることを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１２】
光束径切り替え手段は、位置調整状態において、光源から射出される光の光束径を少なくとも２段階に切り替えることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の映像表示装置。
【請求項１３】
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、
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と同時に、外光を透過させて光学瞳に導くことを特徴とする請求項１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。
【請求項１５】
上記支持手段は、接眼光学系の光学瞳の位置を観察者の瞳位置に合わせる位置調整を行った後に、観察者の頭部に対する接眼光学系の相対位置を固定する固定手段を有していることを特徴とする請求項１４に記載の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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−１５１０６５（Ｐ２００９−１５１０６５Ａ）
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２８４７３（Ｐ２００７−３２８４７３）
【出願日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【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２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【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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