JP5534009B2 - 映像表示装置、ヘッドマウントディスプレイおよびヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、表示素子に表示された映像を虚像として観察者に観察させる映像表示装置と、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）およびヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤとも称する）とに関するものである。

従来から、ホログラフィック光学素子（以下、ＨＯＥとも称する）を利用して、表示素子に表示された映像を虚像として観察者に観察させる映像表示装置が種々提案されている。例えば、特許文献１の映像表示装置では、複数の表示素子に対応して複数のＨＯＥを同一平面上に並べて配置し、各表示素子からの映像光を、対応するＨＯＥで回折反射させて観察者の瞳に導くことにより、観察者は大画面で高精細な映像を観察することが可能となっている。

また、例えば、特許文献２の映像表示装置では、表示素子からの映像光をＨＯＥで回折反射させて観察者の瞳に導く構成において、ＨＯＥを円筒形状で形成している。つまり、ＨＯＥは円筒形状の基板上に形成されており、ＨＯＥ面は全体として曲率が一定のシリンドリカル面となっている。

ここで、特許文献１のように、複数のＨＯＥを同一平面上に並べて配置する構成では、観察画角が大きくなると、画面内での映像光のＨＯＥでの回折角度が大きく変化する。つまり、画角中心に比べて画角端部でＨＯＥにおける回折角度（特に回折角度と正反射角度との差）が大きくなる。このため、ＬＥＤのように発光波長幅を持つ光を出射する光源を用い、表示素子が上記光源から出射される光を変調して映像を表示する構成では、回折角度の大きい部分（画角端部）において、ＨＯＥでの回折による分散によって大きな倍率色収差が発生し、解像度が低下して映像品位が低下する。

この点、特許文献２では、ＨＯＥ面をシリンドリカル面で形成することにより、広画角の場合でも、画角端部での回折角度を小さくすることができる（正反射角度に近づけることができる）。したがって、ＨＯＥ面が平面であるときに発生する上記の収差を低減して、良好な虚像の観察が可能となっている。

特開平６−５１２３９号公報（請求項３、段落〔００１２〕、〔００１９〕、図１等参照） 特開平１１−３２６８２４号公報（請求項１〜３、段落〔０００４〕〜〔０００６〕、〔００１８〕、〔００１９〕、〔００４６〕等参照）

ところが、特許文献２のように、ＨＯＥ面全体をシリンドリカル面とする構成では、広画角化に対応すべく、画角端部での回折角度を正反射角度に近づけるためには、ＨＯＥ面の曲率を大きくする必要がある。ＨＯＥ面の曲率が大きくなると、ＨＯＥ面全体の凸側への突出量（飛び出し量）が大きくなる。このため、ＨＯＥを含む観察光学系（接眼光学系）を観察者の眼前に配置したときに、ＨＯＥを含む観察光学系の厚さ（観察瞳の面に垂直な方向の厚さ）が増大するという問題が生ずる。

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、その目的は、広画角化する場合でも、ＨＯＥを含む観察光学系を厚くすることなく、ＨＯＥの分散による倍率色収差を小さく抑えて、高品位な映像を観察者に観察させることができる映像表示装置と、その映像表示装置を備えたＨＭＤおよびＨＵＤとを提供することにある。

本発明の映像表示装置は、発光ピーク波長が少なくとも１つ存在し、かつ、１つの発光ピーク波長を含む波長幅の光を出射する光源と、前記光源から出射された光を変調して映像を表示する表示素子と、前記表示素子からの映像光を観察瞳に導き、前記観察瞳の位置にて観察者に虚像を観察させるための観察光学系とを備えた映像表示装置であって、前記観察光学系は、前記表示素子からの映像光を回折反射させて前記観察瞳に導く体積位相型で反射型のホログラフィック光学素子を有しており、前記ホログラフィック光学素子の面は、前記観察瞳側に凹となるように配置される複数の平面に分割されており、前記複数の平面は、隣り合う平面の境界に共通の稜線を有するように連続していることを特徴としている。

本発明の映像表示装置において、前記ホログラフィック光学素子の面は、１方向においてのみ、複数の平面に分割されていてもよい。

本発明の映像表示装置において、前記ホログラフィック光学素子の面は、画角が異なる２方向のうち、画角がより広い方向においてのみ、複数の平面に分割されていてもよい。

本発明の映像表示装置において、前記ホログラフィック光学素子の面は、２方向において、複数の平面に分割されていてもよい。

本発明の映像表示装置において、前記観察光学系は、前記ホログラフィック光学素子が形成される基板を含み、前記基板は、前記ホログラフィック光学素子の面に垂直な方向の厚さが一定の板状の基板であってもよい。

本発明の映像表示装置において、前記表示素子の表示面の中心と前記観察瞳の中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とし、前記ホログラフィック光学素子に対する入射光の光軸と反射光の光軸とを含む面を主平面とすると、前記ホログラフィック光学素子の面は、前記主平面を対称面とする対称形であり、前記主平面に平行な方向でのみ複数の平面に分割されており、前記基板は、前記ホログラフィック光学素子の各平面で発生する０次回折光が前記観察瞳に向かう光路から外れるように、前記ホログラフィック光学素子を保持していてもよい。

本発明の映像表示装置において、前記各平面に対応する前記ホログラフィック光学素子の有効領域は、前記各平面の稜線を介して離れて形成されていることが望ましい。

本発明の映像表示装置は、発光ピーク波長が少なくとも１つ存在し、かつ、１つの発光ピーク波長を含む波長幅の光を出射する光源と、前記光源から出射された光を変調して映像を表示する表示素子と、前記表示素子からの映像光を観察瞳に導き、前記観察瞳の位置にて観察者に虚像を観察させるための観察光学系とを備えた映像表示装置であって、前記観察光学系は、前記表示素子からの映像光を回折反射させて前記観察瞳に導く体積位相型で反射型のホログラフィック光学素子を有しており、前記ホログラフィック光学素子の面は、１方向にのみ曲率を有する前記観察瞳側に凹の曲面と、前記曲面の接平面とが連続した面で構成されていることを特徴としている。

本発明の映像表示装置において、前記表示素子の表示面の中心と前記観察瞳の中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とし、前記ホログラフィック光学素子に対する入射光の光軸と反射光の光軸とを含む面を主平面とすると、前記ホログラフィック光学素子の面は、前記主平面を対称面とする対称形であり、前記接平面は、前記主平面と交差するように配置されており、前記曲面は、前記主平面に垂直な方向に曲率を有し、前記接平面に対して前記主平面に垂直な方向の両側に配置されていてもよい。

本発明の映像表示装置において、前記表示素子の表示面の中心と前記観察瞳の中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とし、前記ホログラフィック光学素子に対する入射光の光軸と反射光の光軸とを含む面を主平面とすると、前記ホログラフィック光学素子の面は、前記主平面を対称面とする対称形であり、前記曲面は、前記主平面に平行な面内で曲率を持つように配置されており、前記接平面は、前記曲面よりも前記表示素子に近い側に配置されていてもよい。

本発明の映像表示装置において、前記曲面は、画角が異なる２方向のうち、画角がより広い方向に曲率を有していてもよい。

本発明の映像表示装置において、前記観察光学系は、前記ホログラフィック光学素子が形成される基板を含み、前記基板は、前記ホログラフィック光学素子の面に垂直な方向の厚さが一定の板状の基板であってもよい。

本発明の映像表示装置において、前記基板は、前記ホログラフィック光学素子で発生する０次回折光が前記観察瞳に向かう光路から外れるように、前記ホログラフィック光学素子を保持していてもよい。

本発明の映像表示装置において、前記曲面は、曲率が一定のシリンドリカル面であってもよい。

本発明の映像表示装置において、前記曲面は、前記接平面から遠ざかるにつれて曲率が大きくなる面であってもよい。

本発明のヘッドマウントディスプレイは、上述した本発明の映像表示装置と、前記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持部材とを備えている構成であってもよい。

本発明のヘッドアップディスプレイは、上述した本発明の映像表示装置を備え、前記映像表示装置の前記ホログラフィック光学素子が、観察者の視界内に配置される基板に保持されている構成であってもよい。

本発明によれば、観察瞳側に凹となるように、ＨＯＥ面を、平面と平面との組み合わせ、または曲面と平面（接平面）との組み合わせで構成しているので、画角中心付近の映像光のＨＯＥでの回折角度を小さくしつつ（回折角度を正反射角度に近づけつつ）、画角端部の映像光のＨＯＥでの回折角度を、ＨＯＥ面が同一平面で構成される場合に比べて小さくする（回折角度を正反射角度に近づける）ことができる。これにより、広画角化しても、ＨＯＥの分散による倍率色収差を小さく抑えることができ、広画角であっても解像度の高い高品位な映像を観察者に観察させることができる。

しかも、ＨＯＥ面において、回折角度と正反射角度とのズレが小さな領域（例えば画面中心）については、ＨＯＥ面を平面で構成する一方、回折角度と正反射角度とのズレが大きい領域については、ＨＯＥ面を上記ズレが小さな領域に対して傾いた平面で構成する、あるいは、ＨＯＥ面を曲面で構成することにより、回折角度と正反射角度とのズレを小さくできる。したがって、ＨＯＥ面全体を曲面で構成する場合よりも、観察光学系を視線方向に薄型化できる。

つまり、本発明によれば、広画角化する場合でも、観察光学系を薄型化しながら、ＨＯＥの色分散を小さく抑えて、高品位な映像を観察者に観察させることができる。

本発明の実施の一形態に係る映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。 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。 上記映像表示装置の接眼光学系のＨＯＥの回折特性を示す説明図である。 （ａ）は、平板状のＨＯＥを作製する際に用いるホログラム感光材料の露光時の状態を示す説明図であり、（ｂ）は、上記ＨＯＥの使用時の状態を示す説明図である。 上記映像表示装置の上記接眼光学系の斜視図である。 上記接眼光学系のＨＯＥの面を１つの平面上に展開して示した平面図である。 上記ＨＯＥを作製する露光光学系の概略の構成を示す断面図である。 上記露光光学系の光路中に配置される露光マスクの平面図である。 本発明の他の実施の形態に係る映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。 上記映像表示装置の接眼光学系の斜視図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係る映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係る映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係るＨＵＤの概略の構成を示す断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係るＨＭＤの概略の構成を示す断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係る映像表示装置の接眼光学系の斜視図である。 上記接眼光学系のＨＯＥ面の水平面内での形状を模式的に示す説明図である。 上記接眼光学系のＨＯＥを作製する露光光学系に用いられる露光マスクの平面図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係る映像表示装置の接眼光学系の斜視図である。 上記接眼光学系のＨＯＥ面の水平面内での形状を模式的に示す断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係る映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係るＨＵＤの概略の構成を示す断面図である。 本発明の実施例に係る映像表示装置の断面図である。 上記映像表示装置における観察画角の中心から右側の映像光の光路を示す平面図である。

〔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。

（映像表示装置について）
図１は、本実施形態の映像表示装置１の概略の構成を示す断面図である。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１４とを有して構成されている。

光源１１は、表示素子１３を照明するものであり、発光ピーク波長が少なくとも１つ存在し、かつ、１つの発光ピーク波長を含む波長幅の光を出射する。

図２は、本実施形態の光源１１の発光特性を示している。本実施形態では、光源１１は、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の３つの波長帯域において発光ピーク波長を有する光を出射する。より詳しくは、光源１１は、発光ピーク波長と強度ピークに対する半値波長全幅で、例えば４６２±１２ｎｍ（Ｂ光）、５２５±１７ｎｍ（Ｇ光）、６３５±１１ｎｍ（Ｒ光）の３つの波長帯域の光を発するＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されている。なお、図２の発光強度は、Ｂ光の最大発光強度を１００としたときの相対値で示している。

照明光学系１２は、光源１１からの光を集光して表示素子１３に導く光学系であり、例えば凹面反射面を有するミラーで構成されている。表示素子１３は、光源１１から出射されて照明光学系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水平方向（図１の紙面に垂直な方向；左右方向と同じ）となり、短辺方向がそれに垂直な方向となるように配置されている。

接眼光学系１４は、表示素子１３からの映像光を観察瞳（光学瞳、射出瞳）Ｐに導き、観察瞳Ｐの位置にて観察者に虚像を観察させるための観察光学系であり、接眼プリズム２１と、偏向プリズム２２と、ホログラフィック光学素子であるＨＯＥ２３とを有して構成されている。

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ＨＯＥ２３を介して観察瞳Ｐに導く一方、外界光を透過させて観察瞳Ｐ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。

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、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、ＨＯＥ２３を挟むように接眼プリズム２１と隣接または接着して設けられている。これにより、外界光が接眼プリズム２１の楔状の下端部を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の像に歪みが生じるのを防止することができる。

ＨＯＥ２３は、表示素子１３からの映像光を回折反射させて観察瞳Ｐに導く一方、外界光を透過させて観察瞳Ｐに導く体積位相型で反射型のホログラフィック光学素子であり、明るい映像と明るい外界の観察が同時に可能なコンバイナとして機能する。このＨＯＥ２３は、接眼プリズム２１において偏向プリズム２２との接合面である面２１ｄに形成されている。なお、ＨＯＥ２３の面は、複数の平面に分割された複合面で構成されているが、その詳細については後述する。ＨＯＥ２３は、軸非対称（非回転対称）な正の光学パワーを有しており、正の光学パワーを持つ非球面凹面ミラー（自由曲面ミラー）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。

図３は、ＨＯＥ２３の回折特性を示している。同図に示すように、ＨＯＥ２３は、特定の入射角で入射する光であって、回折ピーク波長および回折効率ピークに対する半値波長全幅で例えば４６５±５ｎｍ（Ｂ光）、５２１±５ｎｍ（Ｇ光）、６３４±５ｎｍ（Ｒ光）の３つの波長帯域の光を回折反射させる角度選択性および波長選択性を有している。

上記の構成において、光源１１から出射された光は、照明光学系１２によって反射、集光され、ほぼコリメート光となって表示素子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１４の接眼プリズム２１の内部に面２１ａから入射し、続いて面２１ｂ・２１ｃで少なくとも１回ずつ全反射されてＨＯＥ２３に入射する。

ＨＯＥ２３は、複合面全体として、凹面自由曲面と同等の光学パワーを有し、図３で示したように、光源１１の発光波長領域に対応する波長領域で回折効率を有する。したがって、ＨＯＥ２３に到達した映像光は、回折効率が存在する波長領域の光のみが回折反射されて、観察瞳Ｐに到達する。これにより、観察瞳Ｐの位置に観察者の眼（瞳）Ｅを位置させることにより、観察者は、表示素子１３に表示された映像の拡大虚像を眼前に観察することができる。また、ＨＯＥ２３は、回折効率が存在しない波長領域では、単なる透明なフィルムとして機能するので、観察者は映像と同時に、眼前の外界も観察することができる。

（回折角度と色分散との関係について）
次に、本実施形態のＨＯＥ面の詳細について説明する前に、一般的な平板状のＨＯＥにおける回折角度と色分散との関係について説明する。

図４（ａ）は、平板状のＨＯＥ１０１を作製する際に用いるホログラム感光材料１０１ａの露光時の状態を示しており、図４（ｂ）は、ＨＯＥ１０１の使用時（再生時）の状態を示している。ホログラム感光材料１０１ａを露光する際に用いる２光束の、ホログラム感光材料１０１ａに対する入射角をそれぞれθｏ（°）、θｒ（°）とし、露光波長をそれぞれλｒ（ｎｍ）とする。また、ＨＯＥ１０１に対する再生光線の入射角および射出角を、それぞれθｃ（°）、θｖ（°）とし、使用波長（再生波長）をλｃ（ｎｍ）とする。

ＨＯＥ１０１における回折では、下記のブラッグの条件式を満足するときに回折効率が最大となる。

（１）式は、薄いＨＯＥ１０１での回折に関するものである。ホログラム感光材料１０１ａの露光時に形成される干渉縞の間隔は、露光時の物体光および参照光の入射角および露光波長によって決まり、再生時には、隣り合う縞（干渉縞の隣り合う低屈折率部または隣り合う高屈折率部）から出て行く光が１波長分だけずれる方向で回折光の光強度が最大になることから、（１）式が導き出される。ホログラム感光材料１０１ａに対して入射角θｏおよびθｒで波長λｒの２光束がそれぞれ入射すると、それら光束の干渉によってホログラム（干渉縞）が記録される。このホログラムに対して、波長λｃの再生光をθｃの角度から照射したとき、角度θｖの方向に回折光が生じる。

これに対して、厚いＨＯＥ１０１では、干渉縞が３次元的に記録されているので、（１）式と同時に厚み方向の干渉縞の状態も考慮しなければならない。厚み方向の干渉縞による回折に関する式が（２）式である。つまり、（２）式は、ホログラム感光材料１０１ａに対して入射角θｏおよびθｒで波長λｒの２光束がそれぞれ入射することによって形成されるホログラムに対して、再生光をθｃの角度から照射したときに再生される光の波長を特定する式である。ＨＯＥ１０１の厚みが増すにしたがって、（２）式の回折波長域の半値半幅が狭くなり、再生の条件が厳しくなる。

体積位相型ホログラムでは、上記の（１）（２）式を同時に満足する必要があるが、少なくとも（１）式を満足する必要があることから、以下のことが言える。

（１）式より、再生光の射出角θｖは、（３）式で表わされる。

（３）式において、以下の（４）式を満足するとき、波長に依存する項がなくなる。そして、ＨＯＥ１０１での回折光の方向は、波長によらず一定で、ｓｉｎθｖ＝ｓｉｎθｃを満たす方向、すなわち、θｖ＝１８０°−θｃを満たす方向となる。このことは、ＨＯＥ１０１での回折方向は、ＨＯＥ１０１が形成される基板で正反射される方向と一致し、露光波長と再生波長とのズレによる回折方向のズレは発生しないことを意味する。

しかし、（３）式において、以下の（５）式を満足するときは、波長に依存する項が存在し、ＨＯＥ１０１での回折光の方向が、ｓｉｎθｖ＝ｓｉｎθｃを満たす方向、すなわち、θｖ＝１８０°−θｃを満たす方向とはならない。つまり、露光波長と再生波長とがズレると、ＨＯＥ１０１による回折方向が、ＨＯＥ１０１が形成される基板での正反射方向からずれ、波長によって回折角（射出角θｖ）が異なる。したがって、再生光が波長幅を持つ光源を用いた場合、再生光の回折角が波長幅に応じた幅を持ち、回折による色分散に起因する映像の劣化が起こる。

ＨＯＥ面を１面の平面で構成した場合、特に画角が広い方向（例えば水平方向）では、画面中心に比べて画面周辺での回折角と正反射角とのズレ（入射角と回折角とのズレ）が大きくなるので、画面周辺での色分散が著しく大きくなり、画質劣化が大きくなる。

（ＨＯＥ面の詳細について）
次に、本実施形態のＨＯＥ面の詳細について説明する。
図５は、上述したＨＯＥ２３を有する接眼光学系１４の斜視図である。同図に示すようにＨＯＥ２３の面２３ａ（以下、ＨＯＥ面２３ａと称する）は、１方向においてのみ、複数の平面に分割された複合面で構成されている。なお、ＨＯＥ２３は、接眼プリズム２１の面２１ｄ（図１参照）に形成され、ＨＯＥ面２３ａは面２１ｄに沿って形成されることから、接眼プリズム２１の面２１ｄを１方向においてのみ複数の平面に分割した複合面で構成することにより、上記したＨＯＥ面２３ａを構成することができる。

ＨＯＥ面２３ａは、中央に位置する第１の平面３１と、その水平方向両側に位置する第２の平面３２および第３の平面３３との３つの平面に分割されている。そして、これら３つの平面は、図１で示した観察瞳Ｐ側に凹となるように、水平方向に対称に配置されているとともに、中央の第１の平面３１に対して、両側の第２の平面３２および第３の平面３３が傾いて配置されている。

また、表示素子１３の表示面の中心と、接眼光学系１４によって形成される観察瞳Ｐの中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とし、接眼光学系１４のＨＯＥ２３に対する入射光の光軸と反射光の光軸とを含む面を主平面とすると、ＨＯＥ面２３ａは、主平面を対称面とする左右対称な形状で形成されているとも言える。

ここで、ＨＯＥ面２３ａは、ＨＯＥ２３の有効領域の面と、ＨＯＥ２３の非有効領域の面との両方を含む。ＨＯＥ２３の有効領域とは、ＨＯＥ２３を作製する際に用いるホログラム感光材料の形成領域のうち、実際にＨＯＥ２３として機能する領域、すなわち、後述する露光方法による露光によってホログラム（干渉縞）が形成された領域であって、入射光を回折させる領域（回折効率を有する領域）である。これに対して、ＨＯＥ２３の非有効領域とは、ホログラム感光材料の形成領域のうち、ＨＯＥ２３として機能しない領域、すなわち、ホログラムが形成されておらず、光が入射してもその光を回折せずに透過させる領域である。

図６は、ＨＯＥ面２３ａを１つの平面上に展開したときの模式的な平面図である。ＨＯＥ面２３ａを構成する第１の平面３１、第２の平面３２および第３の平面３３は、以下のように構成されている。第１の平面３１は、ＨＯＥ２３の有効領域３１ａの面３１ａ_１と、該有効領域３１ａを囲むように形成される非有効領域３１ｂの面３１ｂ_１とで構成されている。第２の平面３２は、ＨＯＥ２３の有効領域３２ａの面３２ａ_１と、該有効領域３２ａを囲むように形成される非有効領域３２ｂの面３２ｂ_１とで構成されている。第３の平面３３は、ＨＯＥ２３の有効領域３３ａの面３３ａ_１と、該有効領域３３ａを囲むように形成される非有効領域３３ｂの面３３ｂ_１とで構成されている。

ＨＯＥ２３の非有効領域３１ｂ・３２ｂは、第１の平面３１と第２の平面３２との稜線２３Ｌ_１を介して連結されており、非有効領域３１ｂ・３３ｂは、第１の平面３１と第３の平面３３との稜線２３Ｌ_２を介して連結されている。この結果、ＨＯＥ２３の有効領域３１ａ・３２ａは、第１の平面３１と第２の平面３２との稜線２３Ｌ_１を介して離れて形成されており、有効領域３１ａ・３３ａは、第１の平面３１と第３の平面３３との稜線２３Ｌ_２を介して離れて形成されていることになる。つまり、各平面に対応するＨＯＥ２３の有効領域は、各平面の稜線を介して離れて形成されている。

また、以上より、ＨＯＥ面２３ａの複数の平面は、隣り合う平面の境界に共通の稜線を有するように連続していると言える。すなわち、第１の平面３１および第２の平面３２は、これらの境界に共通の稜線２３Ｌ_１を有するように連続しており、第１の平面３１および第３の平面３３は、これらの境界に共通の稜線２３Ｌ_２を有するように連続している。このように、複数の平面は、隣り合う平面の稜線を介して連続して形成されている。

本実施形態では、表示素子１３の表示画面中心から射出されて観察瞳Ｐの中心に向かう光線（主光線とも称する）は、ＨＯＥ面２３ａ上（特に第１の平面３１上）で正反射に近い角度で回折している。このとき、０次回折光（正反射光）と１次回折光との回折角度の差Δθは、
Δθ＜３°
を満足している。

上記のように、ＨＯＥ面２３ａを、第１の平面３１、第２の平面３２、第３の平面３３の複数の平面に分割し、図５に示したように、観察瞳Ｐ側に凹となるように、中央の第１の平面３１に対して、両側の第２の平面３２および第３の平面３３を傾けて配置することにより、画角中心付近の映像光の回折角度を、ＨＯＥ２３の第１の平面３１によって小さくしつつ（例えばΔθ＜３°を満足しつつ）、水平方向の画角端部の映像光の回折角度も、第２の平面３２および第３の平面３３によって小さくする（例えばΔθ＜３°を満足する）ことができる。これにより、水平方向に広画角化しても、ＨＯＥ２３の分散による倍率色収差を、画面全域にわたってバランスよく小さく抑えることができ、広画角であっても解像度の高い高品位な映像を観察者に観察させることができる。しかも、ＨＯＥ面２３ａを１方向（ここでは水平方向）においてのみ複数の平面に分割するというシンプルな構成で、上記の効果を得ることができる。

また、ＨＯＥ２３の全ての領域において、上述した（４）式を満たす場合、色分散による劣化は発生しないが、ＨＯＥ２３に持たせる光学パワーを全て面形状で規定することになり、ＨＯＥ面２３ａが曲面になるため、接眼プリズム２１の眼前方向の厚みがＨＯＥ面が平面のときと比べて厚くなってしまう。これに対して、本実施形態のように、ＨＯＥ面２３ａを連続した複数の平面で構成することにより、眼前方向の厚みの増加を小さく抑えながら、ＨＯＥ２３に光学パワーを持たせた場合でも、入射角と回折角の最大ズレを各平面によって小さく抑えることができる。その結果、露光波長と再生波長とのズレ（再生時の波長幅）に起因する色分散による映像品位の劣化を抑えることができる。また、ＨＯＥ面２３ａを複数の平面で構成することにより、ＨＯＥ面２３ａにおいて回折角度と正反射角度とのズレが大きい領域については、上記のズレを小さくするように、容易にＨＯＥ面２３ａ（第２の平面３２、第３の平面３３）の角度を設定できる。

つまり、本実施形態の構成によれば、広画角化する場合でも、ＨＯＥ面全体を曲面で構成する場合に比べて接眼光学系１４を薄型化しながら、ＨＯＥ２３の色分散を小さく抑えて、高品位な映像を観察者に観察させることができる。

また、本実施形態では、表示素子１３の表示画面の長辺方向が水平方向であるため、映像の観察画角は、表示画面の短辺方向に対応する垂直方向よりも、長辺方向に対応する水平方向のほうが広い。したがって、ＨＯＥ面２３ａは、映像の観察画角が異なる２方向のうち、画角がより広い方向においてのみ、複数の平面に分割されているとも言うことができる。

ＨＯＥ面が同一平面で構成される場合、特に画角がより広い方向における画角端部の映像光について、ＨＯＥでの入射角と回折角とのズレが大きくなることは上述の通りである。そこで、画角がより広い方向でＨＯＥ面２３ａを複数の平面に分割し、観察瞳Ｐ側に凹となるように各平面を配置することにより、広画角化したときに画角端部での倍率色収差を小さく抑える効果が非常に有効となり、画面全体で高品位な映像を観察者に確実に観察させることができる。

また、上述のように、ＨＯＥ面２３ａの各平面に対応するＨＯＥ２３の有効領域は、各平面の稜線を介して離れて形成されている。ＨＯＥ２３の有効領域が、分割平面の稜線（境界）をまたいで存在すると、その稜線付近でＨＯＥ２３の光学特性が急激に変化するため、観察される映像（虚像）の結像特性が劣化する。したがって、各平面の稜線をＨＯＥ２３の有効領域から外すことにより、稜線付近でのＨＯＥ２３の光学特性の変化による映像品位の低下を回避することができる。

このとき、稜線付近の有効領域外の幅（稜線から有効領域までの幅）は、０．３ｍｍよりも大きく１．０ｍｍよりも小さいことが望ましい。上記幅が狭すぎると境界付近での光学特性による映像品位の劣化が大きい。また、上記幅が１．０ｍｍ以上では、稜線付近を通過する光束の光量が著しく低下し、映像輝度ムラが大きくなってしまう。

また、本実施形態では、上述したように、ＨＯＥ２３を挟んで接眼プリズム２１と反対側に偏向プリズム２２が設けられている。偏向プリズム２２を設けることにより、観察者が接眼プリズム２１およびＨＯＥ２３を通して外界を観察する場合に、ＨＯＥ２３表面での屈折がなくなり、自然な外界を観察することができる。これに加えて、ＨＯＥ２３での０次回折光が偏向プリズム２２を透過し、観察瞳Ｐに向かう光路から外れるので、ＨＯＥ２３の表面での表面反射を小さくして、正反射光（０次回折光）によるゴースト像が観察されるのを低減することができる。

（ＨＯＥの作製について）
次に、上述したＨＯＥ２３の作製方法（露光方法）について説明する。図７は、ＨＯＥ２３を作製する露光光学系の概略の構成を示す断面図である。反射型のＨＯＥ２３は、ＲＧＢのそれぞれについて、レーザー光を２光束に分離してそれぞれ参照光および物体光とし、基板（ここでは接眼プリズム２１）上のホログラム感光材料２３ｐを基板側およびその反対側から２光束（参照光、物体光）で露光し、これら２光束による干渉縞をホログラム感光材料２３ｐに記録することにより作製される。より具体的には、以下の通りである。なお、ここでは、観察者の眼を配置する側の光を参照光、反対側からの光を物体光と呼ぶことにする。また、ＲＧＢのレーザーの発光波長は、例えば、Ｒ：６４７ｎｍ、Ｇ：５３２ｎｍ、Ｂ：４７６ｎｍである。

ホログラム感光材料２３ｐは、１枚の長方形状にカットされたフィルム状の感光材料であり、基板（接眼プリズム２１）上で３つに分割された平面に対して、各平面間で連続するように貼り付けられている。なお、基板上の上記３つの平面は、ＨＯＥ２３の第１の平面３１、第２の平面３２、第３の平面３３と接する面である。このとき、上記のホログラム感光材料２３ｐとしては、フォトポリマー、銀塩乳剤、重クロム酸ゼラチンなどを用いることができるが、中でもドライプロセスでＨＯＥ２３を製造可能なフォトポリマーを用いることが望ましい。

まず、ＲＧＢのそれぞれについて、レーザー光をビームスプリッタで２光束に分離した後、それぞれの光束（参照光、物体光）を点光源４１・５１から発散する発散光となるように集光する。

ＲＧＢの参照光は、同一位置の点光源４１から出射される球面波であり、後述する露光マスク４２を介して接眼プリズム２１側からホログラム感光材料２３ｐに入射する。このとき、ＲＧＢの各点光源４１は、映像観察時の接眼光学系１４の観察瞳Ｐの中心に位置する。なお、使用状態において、光源１１（ＬＥＤ）からのＲＧＢのピーク波長の光がＨＯＥ２３にて回折されたときに同じ（１つの）点光源４１の位置に重なるように、使用時に用いる光源１１のピーク波長と製造時に用いるレーザーの発光波長とのずれ量に応じて、接眼光学系１４の観察瞳Ｐ上でＲＧＢの各点光源４１をずらして配置してもよい。

一方、ＲＧＢの物体光は、同一位置の点光源５１から出射される発散光であり、自由曲面ミラー５２によって所定の波面に整形され、反射ミラー５３で反射され、色補正プリズム５４を介して接眼プリズム２１とは反対側からホログラム感光材料２３ｐに入射する。このとき、色補正プリズム５４の面５４ａは、使用時に用いられる接眼光学系１４の接眼プリズム２１の面２１ａ（図１参照）での映像光の屈折に起因して発生する色収差を打ち消すように、その角度が決定されている。なお、色補正プリズム５４は、表面反射によるゴーストを防止するためにホログラム感光材料２３ｐに対して密着して配置されるか、エマルジョンオイルなどを介して配置されることが望ましい。

以上のようにして、ホログラム感光材料２３ｐに対して参照光と物体光とを照射することにより、これら２光束による干渉縞がホログラム感光材料２３ｐに記録され、ＨＯＥ２３が作製される。

本実施形態のように、ＨＯＥ面２３ａが１方向においてのみ複数の平面に分割される構成の場合、上記のように連続した１枚のホログラム感光材料を用いてＨＯＥ２３を作製することができるので、その作製が容易となる。

ここで、図８は、点光源４１と接眼プリズム２１との光路中に配置される露光マスク４２の平面図である。露光マスク４２は、開口部４２ａ・４２ｂ・４２ｃを有している。開口部４２ａ・４２ｂ・４２ｃは、ＨＯＥ２３の有効領域３１ａ・３２ａ・３３ａ（図６参照）に対応する形状で形成されており、ＨＯＥ２３の稜線２３Ｌ_１・２３Ｌ_２に干渉縞が記録されないように、露光時に稜線２３Ｌ_１・２３Ｌ_２を含む領域をマスクする。

したがって、点光源４１から出射された光（参照光）のうち、露光マスク４２の開口部４２ａ・４２ｂ・４２ｃを透過した光のみが、ホログラム感光材料２３ｐに照射され、物体光との干渉によってホログラム感光材料２３ｐに干渉縞が記録される。干渉縞が記録された領域が、ＨＯＥ２３の有効領域３１ａ・３２ａ・３３ａとなる。

このように、露光マスク４２は、参照光がホログラム感光材料２３ｐに照射される領域を規制する絞りとしての機能を有していることから、ＨＯＥ２３の各分割平面に対応する有効領域は、ホログラム感光材料２３ｐを露光する露光光学系の光路中の絞り（露光マスク４２）により規定されると言える。

ＨＯＥ２３は、露光による干渉縞が形成された領域のみ、所望の光学特性を有する有効領域として機能するが、例えば、本実施形態において、ホログラム感光材料２３ｐの外形形状（大きさ）によってＨＯＥ２３の有効領域を規定しようとすると、ホログラム感光材料２３ｐを接眼プリズム２１の各平面ごとに分割して配置する必要があるため、製造工程が複雑になる。また、ホログラム感光材料２３ｐのエッジにより、フレアが発生して映像品位を劣化させる。

これに対して、本実施形態のように、露光光学系の光路中の絞り（露光マスク４２）によって、ＨＯＥ２３の有効領域を規定することにより、ＨＯＥ２３の有効領域を、ホログラム感光材料２３ｐの形成範囲よりも内側に形成することができる。これにより、基板の各平面に共通する１枚のホログラム感光材料２３ｐを配置した後、各平面に対応してＨＯＥ２３の有効領域を形成することが可能となり、ＨＯＥ２３の作製が容易となる。また、ＨＯＥ２３の有効領域がホログラム感光材料２３ｐのエッジを含まないようにすることができるので、ホログラム感光材料２３ｐのエッジによる映像品位の劣化を回避することができる。

また、光路中に露光マスク４２を配置することにより、基板の３つの平面に位置するＨＯＥ２３を、１つの露光光学系での露光によって形成することができる。つまり、基板の３つの平面に位置するホログラム感光材料２３ｐを同時に露光することによって、全ての平面に位置するＨＯＥ２３を作製することができる。これにより、製造工程を単純化することができる。また、各々の平面上のＨＯＥ２３の相対的な位置ズレが発生しないので、各平面に対応する画面領域間で位置ズレが発生せず、画面領域全体での画質の劣化を防ぐことができる。

なお、基板の各平面に連続してホログラム感光材料を形成し、各平面のホログラム感光材料を、各平面に対応する露光マスクを用いて順次露光することによって、各平面に位置するＨＯＥ２３を順次作製するようにしてもよい。この場合、複数の露光光学系が必要となるが、基板の各平面に位置するＨＯＥ２３を作製できることに変わりはない。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。

図９は、本実施形態の映像表示装置１の概略の構成を示す断面図であり、図１０は、上記映像表示装置１の接眼光学系１４の斜視図である。本実施形態の映像表示装置１は、自由曲面凹面鏡と同等の光学パワーを有するＨＯＥ面２３ａが、２方向において複数の平面に分割されている点で実施の形態１と異なっている。

より詳しくは、ＨＯＥ面２３ａは、水平方向および上下方向にそれぞれ３分割された９つの平面（第１の平面３１〜第９の平面３９）の複合面で構成されている。第１の平面３１は長方形状で中央に位置しており、第１の平面３１に対して水平方向両側に、長方形状の第２の平面３２および第３の平面３３が位置している。また、第１の平面３１に対して上下方向両側に、長方形状の第４の平面３４および第５の平面３５が位置している。ＨＯＥ面２３ａは、全体としてほぼ八角形状となっており、第２の平面３２〜第５の平面３５における第１の平面３１とは反対側の辺が、八角形の１辺を１つおきに構成している。そして、八角形の残りの片に斜辺が位置するように、三角形状の第６の平面３６、第７の平面３７、第８の平面３８および第９の平面３９が位置している。

これら９つの平面は、図９で示す観察瞳Ｐ側に凹となるように配置されており、第１の平面３１に対して第２の平面３２〜第９の平面３９が傾いている。また、ＨＯＥ面２３ａは、主平面を対称面として水平方向に対称な形状となっており、主平面に平行な上下方向には傾いて（偏心して）配置されている。なお、ＨＯＥ面２３ａの複数の平面が、隣り合う平面の境界に共通の稜線を有するように連続している点については、実施の形態１と同様である。

このようなＨＯＥ２３を作製する際には、フィルム状のホログラム感光材料を基板（接眼プリズム２１）の９つの平面の外形に沿ってカットし、それぞれの平面に貼り合わせる。そして、各平面のホログラム感光材料を１つの露光光学系で同時に露光することにより、本実施形態のＨＯＥ２３を作製することができる。なお、基板の各平面に位置するホログラム感光材料を順次露光することによって、各平面に位置するＨＯＥ２３を順次作製するようにしてもよい。これらのいずれの方法によっても、ＨＯＥ面２３ａの複数の平面を隣り合う平面の稜線を介して連続させる（離間しないようにする）ことができる。

本実施形態のように、ＨＯＥ面２３ａが、２方向（水平方向および上下方向）に複数の平面に分割され、観察瞳Ｐ側に凹となるように配置されている場合、画角中心付近の映像光の回折角度を、ＨＯＥ２３の中央の第１の平面３１によって小さくしつつ、水平方向および上下方向のそれぞれにおける画角端部の映像光の回折角度も、残りの平面（第２の平面３２〜第９の平面３９）によって小さくすることができる。これにより、水平方向および上下方向のいずれの方向に広画角化する場合であって、ＨＯＥ２３の分散による倍率色収差を、画面全域にわたってバランスよく小さく抑えることができ、２方向のいずれの方向への広画角化にも対応することができる。

〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１〜２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。

図１１は、本実施形態の映像表示装置１の概略の構成を示す断面図である。なお、図１１では、便宜上、光源および照明光学系の図示を省略している。本実施形態の映像表示装置１は、表示素子１３が観察者の顔の横に配置されるシースルー映像表示装置である。つまり、ＨＯＥ２３は、観察者の眼前に配置され、観察者の顔の横から水平方向に進行する映像光を回折反射させて観察者の瞳に導く一方、外界光を透過させて観察者の瞳に導く。したがって、本実施形態では、ＨＯＥ２３に対する入射光の光軸と反射光の光軸とを含む主平面は、上下方向に垂直な面（水平面）となり、ＨＯＥ面２３ａは、この主平面を対称面として上下方向に対称な形状となっている。

本実施形態では、ＨＯＥ面２３ａは、主平面に平行な方向でのみ、複数の平面に分割されている。なお、主平面に平行な方向とは、主平面とＨＯＥ面２３ａとの交線に平行な方向を意味する。

具体的には、ＨＯＥ面２３ａは、水平方向に２つの平面に分割された第１の平面３１と第２の平面３２とで構成されている。なお、第１の平面３１は、第２の平面３２よりも、水平方向において表示素子１３側に位置している。そして、ＨＯＥ面２３ａが全体として（または主平面内で）観察瞳Ｐ側に凹となるように、観察瞳Ｐに平行な面に対して第１の平面３１が主平面に平行な方向に傾いて配置されているとともに、第１の平面３１に対して第２の平面３２が主平面に平行な方向に傾いて配置されている。

上記のＨＯＥ２３は、基板２４上に形成されている。この基板２４は、ＨＯＥ面２３ａに垂直な方向の厚さが一定の板状の基板であり、ＨＯＥ面２３ａの第１の平面３１および第２の平面３２に対応する第１の領域２４ａおよび第２の領域２４ｂを有している。なお、基板２４の厚さは、シースルー性を妨げない（観察される外界が歪まない）程度の厚さであればよい。

基板２４の全ての領域（第１の領域２４ａ、第２の領域２４ｂ）は、基板２４に保持されるＨＯＥ２３の第１の平面３１および第２の平面３２で発生する０次回折光（正反射光）が観察瞳Ｐに向かう光路から外れるように、主平面に平行な方向に傾いて配置されている。なお、基板２４は、第１の平面３１および第２の平面３２に対応する平板の組み合わせ、すなわち、第１の領域２４ａを有する基板と第２の領域２４ｂを有する基板との組み合わせで構成されてもよい。

本実施形態のように、ＨＯＥ面２３ａが主平面に平行な方向で複数の平面（第１の平面３１、第２の平面３２）に分割され、第１の平面３１および第２の平面３２で発生する０次回折光が観察瞳Ｐに向かう光路から外れるように、基板２４がＨＯＥ２３を保持していることにより、ＨＯＥ２３での表面反射によるゴースト像の発生を回避することができる。特に、ＨＯＥ２３を保持する基板として板状の基板２４を用いた場合は、接眼光学系１４を薄型化できる反面、ＨＯＥ２３での表面反射や基板２４の裏面での反射によるゴースト像が発生しやすくなるので、ＨＯＥ面２３ａを上記のように分割して配置する本実施形態の構成が非常に有効となる。

また、基板２４を主平面に平行な方向に傾けて配置する構成では、主平面に平行な方向での最大回折角度が大きくなりやすいが、本実施形態のように、ＨＯＥ面２３ａを複数の平面に分割して配置することにより、主平面に平行な方向での最大回折角度を一部の平面（例えば第２の平面３２）によって小さく抑えることができる。これにより、基板２４を主平面に平行な方向に傾けて配置する構成であっても、分散による色収差を小さく抑えて、解像度の高い映像を観察者に観察させることができる。

また、表示素子１３の表示画面を例えば縦長の長方形とした場合、ＨＯＥ面２３ａの分割方向（主平面に平行な方向）は、観察画角の狭い方向（水平方向）となる。しかし、この場合でも、主平面に平行な方向にＨＯＥ面２３ａを分割することにより、観察画角の狭い方向での最大回折角度を小さく抑えることができる。したがって、観察画角の狭い方向を広画角化する場合でも、倍率色収差の低減によって高品位な映像を観察者に観察させることができる。

また、ＨＯＥ２３における最大回折角度は、観察画角と観察瞳Ｐのサイズとで決まるので、観察画角の狭い水平方向にＨＯＥ面２３ａを分割し、観察画角の狭い方向で最大回折角度を小さく抑えることにより、観察瞳Ｐのサイズを水平方向に大きく形成することができる。観察者の眼幅（フレームに対する観察瞳位置）には個人差があるので、観察瞳Ｐのサイズを水平方向に大きく形成することにより、より多くの人が良好に映像を観察できる装置を実現することができる。

なお、ＨＯＥ２３の作製時（ホログラム感光材料の露光時）には、ホログラム感光材料の表面および基板２４の表面に、反射防止コートまたは反射防止フィルムを施すことが望ましい。これは、露光時のホログラム感光材料での表面反射光、または基板２４での表面反射光および裏面反射光により、ホログラム感光材料に不要な干渉縞が記録され、これによって観察像にゴーストやフレアが発生し、映像品位が劣化するからである。

〔実施の形態４〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１〜３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。

図１２は、本実施形態の映像表示装置１の概略の構成を示す断面図である。なお、図１２では、便宜上、光源および照明光学系の図示を省略している。本実施形態の映像表示装置１は、実施の形態３の構成において、表示素子１３を表示画面が横長となるように配置し、ＨＯＥ面２３ａの主平面に平行な方向の分割数を３つにしたものである。

すなわち、ＨＯＥ面２３ａは、水平方向に３つの平面に分割された第１の平面３１と、第２の平面３２と、第３の平面３３とで構成されている。なお、水平方向において、第１の平面３１は、第３の平面３３よりも表示素子１３側に位置しており、第１の平面３１と第３の平面３３との間に第２の平面３２が位置している。そして、ＨＯＥ面２３ａが全体として（または主平面内で）観察瞳Ｐ側に凹となるように、第１の平面３１に対して第２の平面３２が主平面に平行な方向に傾いて配置されており、第２の平面３２に対して第３の平面が主平面に平行な方向に傾いて配置されている。

ＨＯＥ面２３ａの分割数を３つに増やすことにより、第３の平面３３によって画角端部での最大回折角をさらに小さく抑えることができるので、ＨＯＥ２３の分散による倍率色収差に起因する映像品位の劣化をさらに抑えることができる。

〔実施の形態５〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１〜４と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。本実施形態では、上述した実施の形態３、４の映像表示装置１を適用することが可能なヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）について説明する。

図１３は、本実施形態のＨＵＤの概略の構成を示す断面図である。なお、図１３では、便宜上、光源および照明光学系の図示を省略している。本実施形態のＨＵＤでは、例えば、車両のダッシュボード内に映像表示装置１の表示素子１３を配置し、観察者（運転者）の視界内の眼前に配置される薄い板状の基板２５にＨＯＥ２３が保持されている。これにより、ＨＯＥ２３を、表示素子１３からの映像光と外界光とを同時に観察瞳Ｐに導くコンバイナとして使用することができる。本実施形態では、ＨＯＥ２３と基板２５とで、表示素子１３からの映像光を観察瞳Ｐに導き、観察瞳Ｐの位置にて観察者に虚像を観察させるための観察光学系２６が構成されている。

本実施形態では、表示素子１３からの映像光は下方から上方に向かって進行しながら、ＨＯＥ２３で回折反射されて観察瞳Ｐに入射するので、上記の主平面は、水平方向に垂直な面となり、ＨＯＥ２３は、この主平面を対称面として左右方向に対称に形成されることになる。

ＨＯＥ面２３ａは、主平面に平行な上下方向でのみ、複数の平面に分割されている。本実施形態では、ＨＯＥ面２３ａは、上下方向に２つの平面に分割された第１の平面３１と第２の平面３２とで構成されている。なお、第１の平面３１は、第２の平面３２よりも、上下方向において表示素子１３側に位置している。そして、ＨＯＥ面２３ａは全体として（または主平面内で）観察瞳Ｐ側に凹となるように、第１の平面３１に対して第２の平面３２が主平面に平行な方向に傾いて配置されている。

基板２５は、ＨＯＥ面２３ａに垂直な方向の厚さが一定の板状の基板である。基板２５における第１の平面３１および第２の平面３２に対応する全ての領域は、ＨＯＥ２３で発生する０次回折光（正反射光）が観察瞳Ｐに向かう光路から外れるように、主平面に平行な方向に傾いて配置されている。

ＨＵＤでは、ＨＯＥ２３を形成する面積が広いので、ＨＯＥ面２３ａの各平面ごとにホログラム感光材料を順次露光してＨＯＥ２３を作製する手法が好適であるが、大型の露光光学系を用いて各平面のホログラム感光材料を同時露光することによってＨＯＥ２３を作製することも可能である。

実施の形態３および４と同様に、本実施形態でも、ＨＯＥ２３での０次回折光および基板２５での裏面反射光によるゴースト像を回避するため、０次回折光等が観察瞳Ｐに向かう光路から外れるように、ＨＯＥ２３を保持する基板２５を傾けて配置している。このような構成では、画角上端での回折角が比較的大きいために、分散により発生する倍率色収差が比較的大きくなりやすい。

しかし、本実施形態のように、ＨＯＥ面２３ａを観察瞳Ｐ側に凹となる複数の平面に分割することにより、画角上端でのＨＯＥ２３での回折角（回折角と正反射角とのズレ）を小さく抑えることができ、ＨＯＥ２３での分散による倍率色収差を小さく抑えることができる。

なお、画角上端でのＨＯＥ２３での回折角が正反射角よりも小さくなるように設定されると、観察者が顔を下方に向けたときに正反射光によるゴースト像が観察されることがある。この場合は、光路の途中に配置される筐体などの構成部材でゴースト光を遮断することで、ゴースト像が観察されるのを回避することが可能である。

〔実施の形態６〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１〜５と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。本実施形態では、上述した実施の形態１、２の映像表示装置１を適用することが可能なヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）について説明する。

図１４は、本実施形態のＨＭＤの概略の構成を示す断面図である。このＨＭＤは、上述した実施の形態１、２の映像表示装置１と、支持部材２とで構成されている。

映像表示装置１は、上述した光源１１、照明光学系１２および表示素子１３（ともに図１等参照）を内包する筐体３を有している。この筐体３は、接眼光学系１４の一部を保持している。接眼光学系１４は、上述した接眼プリズム２１および偏向プリズム２２の貼り合わせによって構成されており、全体として眼鏡の一方のレンズ（図１４では右眼用レンズ）のような形状をしている。また、映像表示装置１は、筐体３を貫通して設けられるケーブル４を介して、光源１１および表示素子１３に少なくとも駆動電力および映像信号を供給するための回路基板（図示せず）を有している。

支持部材２は、眼鏡のフレームに相当する支持機構であり、映像表示装置１を観察者の眼前（例えば右眼の前）に正確に位置するように支持している。この支持部材２は、観察者の左右の側頭部に当接するテンプル５（右テンプル５Ｒ、左テンプル５Ｌ）と、観察者の鼻と当接する鼻当て６（右鼻当て６Ｒ・左鼻当て６Ｌ）と、その鼻当て６を所定の位置で固定する鼻当てロックユニット（図示せず）とを含んでいる。鼻当てロックユニットは、ばね性の軸により鼻当て６を保持しており、鼻当て６の傾きを調整することが可能である。さらに、支持部材２は、観察者の左眼の前方に配置されるダミーレンズ７も支持している。

観察者は、支持部材２のテンプル５を持って接眼光学系１４を移動させながら、接眼光学系１４の観察瞳の位置と、観察者の瞳位置とが一致するように全体の位置調整を行い、鼻当てロックユニットによって鼻当て６を固定し、ＨＭＤを頭部に装着する。この状態で表示素子１３に映像を表示すると、観察者は、映像表示装置１の表示映像の拡大虚像を観察することができると同時に、接眼光学系１４を介して外界をシースルーで観察することができる。

このように、映像表示装置１が支持部材２にて支持されることにより、観察者は映像表示装置１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、良好な映像観察を長時間にわたって楽しむことができる。

なお、映像表示装置１を２つ用いて両眼で映像を観察できるようにしてもよい。この場合は、両方の接眼光学系の間の距離（眼幅距離）を調整するための調整機構（図示せず）を設けることが必要である。

なお、後述する実施の形態７〜９の映像表示装置１についても、本実施形態のＨＭＤに適用することが可能である。

〔実施の形態７〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１〜６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。

（ＨＯＥ面について）
図１５は、本実施形態の映像表示装置１の接眼光学系１４の斜視図であり、図１６は、接眼光学系１４のＨＯＥ面２３ａの水平面内での形状を模式的に示す説明図である。本実施形態の映像表示装置１は、図１で示した映像表示装置１の接眼光学系１４を、図１５の接眼光学系１４に置き換えたものである。本実施形態では、接眼光学系１４のＨＯＥ面２３ａは、２つの曲面６１・６１と、１つの接平面６２とが連続した面で構成されている。

各曲面６１は、１方向（ここでは左右方向）にのみ曲率を有する観察瞳Ｐ側に凹の曲面である。本実施形態では、各曲面６１は、水平面内でのみ曲率を有し、その曲率が一定のシリンドリカル面で構成されている。接平面６２は、各曲面６１の接平面であり、各曲面６１の間に位置して各曲面６１と連続している。なお、接平面とは、曲面上の一点で、この曲面に引いた接線をすべて含む平面のことを指す。

なお、ＨＯＥ２３は、接眼プリズム２１の面２１ｄ（図１参照）に形成され、ＨＯＥ面２３ａは面２１ｄに沿って形成されることから、接眼プリズム２１の面２１ｄを曲面およびその接平面で構成することにより、上記したＨＯＥ面２３ａを構成することができる。

ＨＯＥ面２３ａは、主平面を対称面とする左右対称な形状で形成されている。そして、ＨＯＥ面２３ａを構成する２つの曲面６１と接平面６２とは、主平面に垂直な左右方向に並んで配置されている。このとき、接平面６２は、主平面と交差するように配置されており、各曲面６１は、接平面６２に対して主平面に垂直な左右方向の両側に、接平面６２と連続するように配置されている。また、各曲面６１は、水平面内で曲率を有していることから、主平面に垂直な方向に曲率を有しているとも言える。

本実施形態では、表示素子１３の表示画面中心から射出されて観察瞳Ｐの中心に向かう光線（主光線とも称する）は、ＨＯＥ面２３ａ上（特に接平面６２上）で正反射に近い角度で回折している。このとき、０次回折光（正反射光）と１次回折光との回折角度の差Δθは、
Δθ＜３°
を満足している。

上記のように、ＨＯＥ面２３ａを、１方向にのみ曲率を有する観察瞳側に凹の曲面６１と、その曲面の接平面６２とが連続した面で構成することにより、画角中心付近の映像光、すなわち、ＨＯＥ面２３ａを平面としたときに回折角度が元々小さい映像光については、接平面６２で回折させて回折角度を小さくしつつ（正反射角度に近づけつつ）、画角端部の映像光、すなわち、ＨＯＥ面２３ａを平面としたときに回折角度が大きくなる映像光については、各曲面６１で回折させて回折角度を小さくする（正反射角度に近づける）ことができる。これにより、広画角化しても、ＨＯＥ２３の分散による倍率色収差を画面全体で小さく抑えることができ、広画角であっても解像度の高い高品位な映像を観察者に観察させることができる。

また、上記のように画面内の映像光の全てではなく、一部の映像光のみを各曲面６１で回折させることにより、各曲面６１の曲率を大きく設定することなく、画面全体の映像光の回折角度を小さくして、ＨＯＥ２３の分散による倍率色収差を小さく抑えることができる。したがって、ＨＯＥ面２３ａ全体を曲率一定のシリンドリカル面で構成する場合に比べて、ＨＯＥ面２３ａ全体の凸側への突出量（観察瞳Ｐとは反対側への突出量）を小さく抑えて、接眼光学系１４を薄く構成することができる。

また、ＨＯＥ面２３ａを曲面６１と接平面６２とで構成することにより、必要な領域のみ、すなわち、ＨＯＥ面２３ａが平面のときに回折角度が大きくなる領域のみ（回折角度を小さくしたい領域のみ）、ＨＯＥ面２３ａを曲面６１で構成すればよく、残りの領域、すなわち、ＨＯＥ面２３ａが平面のときに回折角度が元々小さい領域については、そのまま平面（接平面６２）を利用することができる。したがって、ＨＯＥ面２３ａが複雑な形状となるのを回避しながら、上記の効果を得ることができる。

また、ＨＯＥ面２３ａが、主平面を対称面とする左右対称な形状で形成されており、接平面６２は主平面と交差するように配置されており、各曲面６１は主平面に垂直な方向に曲率を有し、接平面６２に対して主平面に垂直な方向の両側に配置されている。これにより、本実施形態のように、映像表示装置１が表示素子１３からの映像光を上下方向に導光してＨＯＥ２３を介して観察瞳Ｐに導く構成であっても、上記の効果を確実に得ることができる。

つまり、例えばＨＯＥ面２３ａ全体が平面である場合、ＨＯＥ面２３ａにおいて主平面に近い領域（表示素子１３の表示面の中心に近い領域）に入射する映像光については回折角度は元々小さく、主平面から遠い領域（表示素子１３の表示面の中心から遠い領域）に入射する映像光については回折角度が大きい。したがって、ＨＯＥ面２３ａを２つの曲面６１と１つの接平面６２とで構成し、かつ、各曲面６１および接平面６２を上記のように配置することにより、ＨＯＥ面２３ａにおいて主平面に近い領域に入射する映像光については、接平面６２での回折によって回折角度を小さくしつつ、ＨＯＥ面２３ａにおいて主平面から遠い領域に入射する映像光については、各曲面６１での回折によって回折角度を小さくすることができる。その結果、映像光を上下方向に導光する構成であっても、ＨＯＥ２３の分散による倍率色収差を画面全体で確実に小さく抑えることができる。

また、本実施形態では、表示素子１３の表示面の長辺方向が水平方向であるため、観察画角は、上下方向に比べて水平方向のほうが広い。上記の水平方向は主平面に垂直な方向であり、ＨＯＥ面２３ａを構成する曲面６１は、１方向にのみ曲率を有していることから、曲面６１は、画角が異なる２方向のうち、画角がより広い方向に（画角がより広い方向を含む水平面内で）曲率を有しているとも言うことができる。

このように、曲面６１が、画角がより広い方向に曲率を有していることにより、画角が広い方向における画角端部の映像光を曲面６１で回折させて、回折角度を小さくすることができる。これにより、画角がより広い方向に広画角化する場合でも、画面全体においてＨＯＥ２３の分散による倍率色収差を小さく抑えることができる。

また、本実施形態では、ＨＯＥ面２３ａの曲面６１は、曲率が一定のシリンドリカル面で構成されているので、平面（接平面６２）とシリンドリカル面（曲面６１）との組み合わせでＨＯＥ面２３ａを容易に構成することができる。

また、本実施形態では、上述したように、ＨＯＥ２３を挟んで接眼プリズム２１と反対側に偏向プリズム２２が設けられている。偏向プリズム２２を設けることにより、ＨＯＥ２３での０次回折光が偏向プリズム２２を透過し、観察瞳Ｐに向かう光路から外れるので、ＨＯＥ２３の表面での表面反射を小さくして、正反射光（０次回折光）によるゴースト像が観察されるのを低減することができる。また、表示素子１３の表示映像を外界と重畳させてシースルーで観察する構成では、偏向プリズム２２により、外界光のＨＯＥ２３の表面での屈折がなくなるため、観察者は歪みのない自然な外界を観察することができる。したがって、偏向プリズム２２は、視認される映像および外界の像を良好に補正するための補正プリズムとしての機能を有する。

（ＨＯＥの作製について）
本実施形態においても、実施の形態１と同様に、図７で示した露光光学系を用い、ホログラム感光材料２３ｐを２光束で露光することにより、ＨＯＥ２３を作製することができる。特に、本実施形態のように、ＨＯＥ面２３ａが曲面６１と接平面６２とで構成され、曲面６１が１方向にのみ曲率を有する形状の場合、連続した１枚のホログラム感光材料２３ｐを用いてＨＯＥ２３を作製することができるので、その作製が容易となる。

また、図１７は、図７の点光源４１と接眼プリズム２１との光路中に配置される露光マスク４２の平面図である。露光マスク４２は、開口部４２ａを有しており、点光源４１からの参照光が露光マスク４２の開口部４２ａを介してホログラム感光材料２３ｐに照射される。したがって、露光マスク４２は、参照光がホログラム感光材料２３ｐに照射される領域を規制する絞りとしての機能を有しており、ＨＯＥ２３の有効領域は、ホログラム感光材料２３ｐを露光する露光光学系の光路中の絞り（露光マスク４２）により規定されると言える。

ＨＯＥ２３は、露光によって干渉縞が形成された領域のみ、入射光を回折させる光学特性を有する有効領域として機能するが、例えば、本実施形態において、ホログラム感光材料２３ｐの外形形状（大きさ）によってＨＯＥ２３の有効領域を規定しようとすると、ホログラム感光材料２３ｐのエッジにより、フレアが発生して映像品位を劣化させる。

これに対して、本実施形態のように、露光光学系の光路中の絞り（露光マスク４２）によって、ＨＯＥ２３の有効領域を規定することにより、ＨＯＥ２３の有効領域を、ホログラム感光材料２３ｐの形成範囲よりも内側に形成することができる。これにより、ＨＯＥ２３の有効領域がホログラム感光材料２３ｐのエッジを含まないようにすることができるので、ホログラム感光材料２３ｐのエッジによる映像品位の劣化を回避することができる。

また、光路中に露光マスク４２を配置することにより、ＨＯＥ２３を、１つの露光光学系での露光によって形成することができる。つまり、露光マスク４２を配置してホログラム感光材料２３ｐを露光することにより、ＨＯＥ面２３ａの曲面６１および接平面６２を有する領域を同時に形成することができる。その結果、各面に対応する露光マスクを用意して別々に露光を行い、曲面６１および接平面６２を有する各領域を順に形成する場合に比べて、製造工程を単純化することができる。

〔実施の形態８〕
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１〜７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。

図１８は、本実施形態の映像表示装置１の接眼光学系１４の斜視図であり、図１９は、上記接眼光学系１４のＨＯＥ面２３ａの水平面内での形状を模式的に示す断面図である。本実施形態の映像表示装置１は、図１で示した映像表示装置１の接眼光学系１４を、図１８の接眼光学系１４に置き換えたものである。

本実施形態の映像表示装置１は、ＨＯＥ面２３ａを構成する観察瞳Ｐ側に凹の各曲面６１を、接平面６２から遠ざかるにつれて曲率が大きくなる面（曲率半径が小さくなる面）で構成した以外は、実施の形態７と同様である。つまり、接平面６２の左右両側に連続して配置される各曲面６１の曲率は、それぞれ、主平面から遠ざかるにつれて大きくなっている。なお、ＨＯＥ面２３ａをこのように構成しても、ＨＯＥ面２３ａは主平面を対称面とする左右対称な形状であることに変わりはない。

このように、ＨＯＥ面２３ａを構成する各曲面６１の曲率が一定ではなく、接平面６２から遠ざかるにつれて曲率が大きくなる構成では、例えば画角中心から画角端部に向かって回折角度が大きくなる映像光を、曲率の変化する各曲面６１で回折させることによって、どの画角の映像光でも、回折角度を小さくして正反射角度に近づけることができる。これにより、画面全体にわたってＨＯＥ２３の分散による倍率色収差を確実に小さく抑えることができる。

〔実施の形態９〕
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１〜８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。

図２０は、本実施形態の映像表示装置１の概略の構成を示す断面図である。なお、図２０では、便宜上、光源および照明光学系の図示を省略している。本実施形態の映像表示装置１は、表示素子１３が観察者の顔の横に配置されるシースルー映像表示装置である。つまり、ＨＯＥ２３は、観察者の眼前に配置され、観察者の顔の横から水平方向に進行する映像光を回折反射させて観察者の瞳に導く一方、外界光を透過させて観察者の瞳に導く。したがって、本実施形態では、ＨＯＥ２３に対する入射光の光軸と反射光の光軸とを含む主平面は、上下方向に垂直な面（水平面）となり、ＨＯＥ面２３ａは、この主平面を対称面として上下方向に対称な形状となっている。なお、本実施形態では、表示素子１３は、表示面が横長となるように配置されているものとする。

本実施形態では、ＨＯＥ面２３ａは、１枚の曲面６１と、１枚の接平面６２とが連続した面で構成されている。曲面６１は、１方向にのみ曲率を有する観察瞳Ｐ側に凹の曲面である。特に、本実施形態では、曲面６１は、主平面に平行な面内（水平面内）で一定の曲率を持つシリンドリカル面で構成されており、接平面６２は、曲面６１よりも表示素子１３に近い側に配置されている。なお、曲面６１は、接平面６２から遠ざかるにつれて曲率が大きくなる面で構成されてもよい。

上記のＨＯＥ２３は、基板２４における観察瞳Ｐ側の表面に形成されており、ＨＯＥ２３と基板２４とで接眼光学系１４（観察光学系）が構成されている。基板２４は、ＨＯＥ面２３ａに垂直な方向の厚さが一定の板状の透明基板である。なお、基板２４の厚さは、シースルー性を妨げない（観察される外界が歪まない）程度の厚さであればよい。この基板２４は、ＨＯＥ２３で発生する０次回折光（正反射光）が全て観察瞳Ｐに向かう光路から外れるように、ＨＯＥ２３を保持している。

本実施形態のように、ＨＯＥ面２３ａを構成する曲面６１が主平面に平行な面内で曲率を持つように配置され、しかも、接平面６２が曲面６１よりも表示素子１３に近い側に配置されていることにより、ＨＯＥ面２３ａにおいて表示素子１３に近い領域に入射する映像光、すなわち、ＨＯＥ面が平面であるときに回折角度が元々小さい映像光については、接平面６２での回折によって回折角度を小さくしつつ、ＨＯＥ面２３ａにおいて表示素子１３から遠い領域に入射する映像光、すなわち、ＨＯＥ面が平面であるときに回折角度が大きくなる映像光については、曲面６１での回折によって回折角度を小さくすることができる。これにより、本実施形態のように、映像表示装置１が、表示素子１３から水平方向に進行する映像光をＨＯＥ２３を介して観察瞳Ｐに導く構成であっても、ＨＯＥ２３の分散による倍率色収差を画面全体で小さく抑えることができる。

特に、主平面に平行な方向に映像光が進行する導光する構成では、主平面に平行な面内での最大回折角度が大きくなる傾向にあるので、そのような構成であっても、曲面６１によって映像光の最大回折角度を小さく抑え、ＨＯＥ２３の分散による倍率色収差を小さく抑えて、高品位な映像を観察者に観察させることができる。

また、基板２４として、ＨＯＥ面２３ａに垂直な方向の厚さが一定の板状の基板を用いることにより、接眼光学系１４を薄型で軽量に構成することができ、これによって観察瞳Ｐの面に垂直な方向に薄型の映像表示装置１を確実に実現することができる。

また、基板２４は、ＨＯＥ２３で発生する０次回折光が全て観察瞳Ｐに向かう光路から外れるようにＨＯＥ２３を保持しているので、ＨＯＥ２３での表面反射によるゴースト像の発生を回避することができ、ゴースト像に起因する映像品位の低下を回避することができる。また、ゴースト像の発生を回避すべく、板状の基板２４が上記のようにＨＯＥ２３を保持している場合には、主平面に平行な面内での最大回折角度が大きくなりやすいので、主平面に平行な面内でのみＨＯＥ面２３ａの曲面６１に曲率を持たせて、回折角度を小さく抑える本実施形態の構成は、板状の基板２４を用いる構成において非常に有効となる。

なお、本実施形態では、基板２４において観察瞳Ｐ側の面にＨＯＥ２３を形成した例について説明したが、基板２４における観察瞳Ｐとは反対側の面にＨＯＥ２３を形成しても、上述した本実施形態の効果を得ることは可能である。

なお、本実施形態では、表示素子１３を表示面が横長となるように配置した例について説明したが、表示面が縦長となるように表示素子１３を配置して、主平面に平行な面内でのみ曲面６１に曲率を持たせてもよい。この構成では、曲面６１が観察画角の狭い方向（水平方向）に曲率を持つことになるが、この場合でも、上記方向での最大回折角度を小さく抑えることができる。したがって、観察画角の狭い方向を広画角化する場合でも、接眼光学系１４の前方への突出を抑えながら、倍率色収差の低減によって高品位な映像を観察者に観察させることができる。

また、ＨＯＥ２３における最大回折角度は、観察画角と観察瞳Ｐのサイズとで決まるので、観察画角の狭い方向で最大回折角度を小さく抑えることにより、観察瞳Ｐのサイズを水平方向に大きく形成することができる。観察者の眼幅（フレームに対する観察瞳位置）には個人差があるので、観察瞳Ｐのサイズを水平方向に大きく形成することにより、より多くの人が良好に映像を観察できる装置を実現することができる。

なお、ＨＯＥ２３は、実施の形態１と同様に、露光光学系を用いてホログラム感光材料を露光することにより作製される。このときの露光は、基板２４にホログラム感光材料を貼り付けた後に行ってもよいし、フィルム状のホログラム感光材料を露光した後に、基板２４に貼り付けてもよい。

なお、ＨＯＥ２３の作製時（ホログラム感光材料の露光時）には、ホログラム感光材料の表面および基板２４の表面に、反射防止コートまたは反射防止フィルムを施すことが望ましい。これは、露光時のホログラム感光材料での表面反射光、または基板２４での表面反射光および裏面反射光により、ホログラム感光材料に不要な干渉縞が記録され、これによって観察像にゴーストやフレアが発生し、映像品位が劣化するからである。

〔実施の形態１０〕
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１〜９と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。本実施形態では、上述した映像表示装置１を適用することが可能なヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）について説明する。

図２１は、本実施形態のＨＵＤの概略の構成を示す断面図である。なお、図２１では、便宜上、光源および照明光学系の図示を省略している。本実施形態のＨＵＤでは、例えば、車両のダッシュボード内に映像表示装置１の表示素子１３を配置し、使用者（運転者）の視界内の眼前に配置される薄い板状の基板２５にＨＯＥ２３が保持されている。これにより、ＨＯＥ２３を、表示素子１３からの映像光と外界光とを同時に観察瞳Ｐに導くコンバイナとして使用することができる。本実施形態では、ＨＯＥ２３と基板２５とで、表示素子１３からの映像光を観察瞳Ｐに導き、観察瞳Ｐの位置にて観察者に虚像を観察させるための観察光学系２６が構成されている。

ここで、基板２５は、ＨＯＥ面２３ａに垂直な方向の厚さが一定の板状の基板であり、ＨＯＥ２３で発生する０次回折光（正反射光）が観察瞳Ｐに向かう光路から外れるように、主平面に平行な方向に傾いて配置されている。なお、本実施形態では、表示素子１３からの映像光は下方から上方に向かって進行しながら、ＨＯＥ２３で回折反射されて観察瞳Ｐに入射するので、上記の主平面は、水平方向（図２１の紙面に垂直な方向）に垂直な面となり、ＨＯＥ２３は、この主平面を対称面として左右方向に対称に形成されることになる。

ＨＯＥ面２３ａは、１方向にのみ曲率を有する観察瞳Ｐ側に凹の曲面６１と、接平面６２とが連続した複合面で構成されている。接平面６２は、曲面６１の接平面であり、曲面６１よりも表示素子１３に近い側（すなわち下方）に配置されている。曲面６１は、例えば主平面に平行な面内でのみ曲率を有するシリンドリカル面で構成されているが、上記面内で接平面６２から遠ざかるにつれて曲率が大きくなる面で構成されてもよい。

実施の形態９と同様に、本実施形態でも、ＨＯＥ２３および基板２５での表面反射光によるゴースト像を回避するため、基板２５を傾けて配置し、０次回折光や裏面反射光が観察瞳Ｐに到達しない構成になっている。このような構成では、画角上端での回折角度が比較的大きいために、分散により発生する倍率色収差が比較的大きくなりやすい。

しかし、本実施形態のように、ＨＯＥ面２３ａを曲面６１と接平面６２とで構成し、曲面６１と接平面６２との位置関係を上記のように設定することにより、画角上端でのＨＯＥ２３での回折角（回折角と正反射角とのズレ）を曲面６１で小さく抑えることができ、ＨＯＥ２３での分散による倍率色収差を小さく抑えることができる。

なお、画角上端でのＨＯＥ２３での回折角が正反射角よりも小さくなるように設定されると、観察者が顔を下方に向けたときに正反射光によるゴースト像が観察されることがある。この場合は、光路の途中に配置される筐体などの構成部材でゴースト光を遮断することで、ゴースト像が観察されるのを回避することが可能である。

なお、上述した各実施の形態の構成を組み合わせて映像表示装置１、ひいてはＨＭＤやＨＵＤを構成することも勿論可能である。

〔実施例〕
次に、上述した実施の形態７の映像表示装置１の実施例について、コンストラクションデータ等を用いてさらに具体的に説明する。すなわち、以下で示す実施例１は、実施の形態７の映像表示装置１に対応する数値実施例である。

なお、以下に示すコンストラクションデータにおいて、Ｓｉ（ｉ＝１、２、３、・・・）は、観察瞳Ｐ側から数えてｉ番目の面（観察瞳Ｐを１番目の面とする）を示している。また、表示素子１３のカバーガラス（ＣＧ）において、接眼光学系１４側の面をＣＧ面とし、光源１１側の面を像面（表示面）としている。

ここで、図２２は、実施例１の映像表示装置１の断面図に各面番号を付したものである。各面Ｓｉについては、図２２を参照することによってより明らかになる。また、図２３は、上記映像表示装置１の画角中心よりも右半分の画角における映像光の光路を示す平面図である。なお、上記映像表示装置１は左右対称のため、画角中心よりも左半分の画角における映像光の光路については、図２３の光路を対称面Ｒ（主平面）で折り返したような光路となる。

各面Ｓｉの配置は、面頂点座標（ｘ，ｙ，ｚ）と回転角度（ＡＤＥ）の各面データでそれぞれ特定される。面Ｓｉの面頂点座標は、その面頂点をローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の原点として、グローバルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）におけるローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の原点の座標（ｘ，ｙ，ｚ）で表されている（単位はｍｍ）。また、面Ｓｉの傾きは、その面頂点を中心とするＸ軸回りの回転角度（Ｘ回転）で表されている。なお、回転角度の単位は°であり、Ｘ軸の正方向から見て反時計回りの方向がＸ回転の回転角度の正方向とする。

また、グローバルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）は、観察瞳面（Ｓ１）のローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と一致した絶対座標系になっている。すなわち、各面Ｓｉの配置データは、観察瞳面中心を原点としたグローバル座標系で表現される。なお、観察瞳面（Ｓ１）では、観察瞳Ｐから接眼光学系１４に向かう方向が＋Ｚ方向であり、観察瞳Ｐに対して上方向が＋Ｙ方向であり、観察瞳Ｐに対して右方向が＋Ｘ方向である。

また、実施例１で用いたＨＯＥ２３を作製する際の製造波長（ＨＷＬ；規格化波長）および使用波長はともに５３２ｎｍであり、回折光の使用次数は１次である。そして、作製に用いる２光束を定義することにより、ＨＯＥを一義的に定義する。２光束の定義は、各光束の光源位置と、各光源からの射出ビームが収束ビーム（ＶＩＲ）、発散ビーム（ＲＥＡ）のどちらであるかで行う。なお、第１の点光源（ＨＶ１）、第２の点光源（ＨＶ２）の座標を、それぞれ（ＨＸ１，ＨＹ１，ＨＺ１）、（ＨＸ２，ＨＹ２，ＨＺ２）とする。

また、実施例１では、ＨＯＥによる複雑な波面再生を行うので、２光束の定義に加えて、位相関数φによってもＨＯＥを定義する。位相関数φは、以下の数６式に示すように、ＨＯＥの位置（Ｘ，Ｙ）による生成多項式であり、係数が１次〜１０次までの昇順の単項式で表される。コンストラクションデータにおいては、位相関数φの係数Ｃｊを示している。

なお、係数Ｃｊの番号ｊは、ｍ、ｎをＸ、Ｙの指数として以下の数７式で表される。

なお、ＨＯＥ面において、射出光線の法線ベクトルをそれぞれｐ’、ｑ’、ｒ’とし、入射光線の法線ベクトルをそれぞれｐ、ｑ、ｒとし、再生光束の波長をλ（ｎｍ）とし、ＨＯＥを作製する光束の波長をλ_０（ｎｍ）とすると、ｐ’、ｑ’、ｒ’は、以下の数８式で表される。

このように、実施例１では、Ｇ（緑）に対応する波長５３２ｎｍの光を射出する光源を使用してホログラム感光材料を露光し、波長５３２ｎｍの位相関数に対応する干渉縞を作成している。上記波長に対応する干渉縞を作成した後に、他の波長Ｒ（赤）、Ｂ（青）の光を射出する光源を使用して順次ホログラム感光材料を多重露光することにより、接眼光学系１４をカラー表示に対応させることができる。また、ＲＧＢに対応するホログラムを同時に多重露光することも可能である。

また、ＨＯＥ面は、主平面を対称面とする左右対称な形状であるため、コンストラクションデータにおいては、ＨＯＥ面の右半分（水平画角の右半分）に関するデータのみを示し、ＨＯＥ面の左半分に関するデータを省略している。また、ＨＯＥ面は、曲面（シリンドリカル面）とその接平面とで構成されているが、曲面は、0≦ｘ＜1.8（単位はｍｍ）の範囲に対応しており、接平面は、1.8≦ｘ（単位はｍｍ）の範囲に対応している。

また、コンストラクションデータにおいて、多項式自由曲面の面形状は、次の数９式によって表現される。ただし、Ｚは高さｈの位置でのＺ軸方向（光軸方向）のサグ量（ｍｍ）を示し、ｃは面頂点での曲率（１／ｍｍ）を示し、ｈは高さ、すなわちＺ軸（光軸）からの距離（ｍｍ）を示し、ｋはコーニック定数を示し、ｃ（ｉ，ｊ）は、ｘ^ｉｙ^ｊの係数（自由曲面係数）を示す。なお、全てのデータに関して、表記の無い項の係数は全て０であり、Ｅ−ｎ＝×１０^−ｎとする。

なお、上記の水平方向の画角は、上記のコンストラクションデータを作成する上での水平画角である。映像表示装置１は左右対称なため、実際の水平画角は、-13.5°＜θｘ＜13.5°である。

本発明の映像表示装置は、ＨＭＤやＨＵＤに利用可能である。

１ 映像表示装置
２ 支持部材
１１ 光源
１３ 表示素子
１４ 接眼光学系（観察光学系）
２１ 接眼プリズム
２３ ＨＯＥ（ホログラフィック光学素子）
２３ａ ＨＯＥ面
２３Ｌ_１ 稜線
２３Ｌ_２ 稜線
２３ｐ ホログラム感光材料
２４ 基板
２５ 基板
２６ 観察光学系
３１ 第１の平面
３１ａ 有効領域
３２ 第２の平面
３２ａ 有効領域
３３ 第３の平面
３３ａ 有効領域
３４ 第４の平面
３５ 第５の平面
３６ 第６の平面
３７ 第７の平面
３８ 第８の平面
３９ 第９の平面
４２ 露光マスク（絞り）
６１ 曲面
６２ 接平面
Ｐ 観察瞳

Claims (17)

1. 発光ピーク波長が少なくとも１つ存在し、かつ、１つの発光ピーク波長を含む波長幅の光を出射する光源と、
   前記光源から出射された光を変調して映像を表示する表示素子と、
   前記表示素子からの映像光を観察瞳に導き、前記観察瞳の位置にて観察者に虚像を観察させるための観察光学系とを備えた映像表示装置であって、
   前記観察光学系は、前記表示素子からの映像光を回折反射させて前記観察瞳に導く体積位相型で反射型のホログラフィック光学素子を有しており、
   前記ホログラフィック光学素子の面は、前記観察瞳側に凹となるように配置される複数の平面に分割されており、
   前記複数の平面は、隣り合う平面の境界に共通の稜線を有するように連続していることを特徴とする映像表示装置。
2. 前記ホログラフィック光学素子の面は、１方向においてのみ、複数の平面に分割されていることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
3. 前記ホログラフィック光学素子の面は、画角が異なる２方向のうち、画角がより広い方向においてのみ、複数の平面に分割されていることを特徴とする請求項２に記載の映像表示装置。
4. 前記ホログラフィック光学素子の面は、２方向において、複数の平面に分割されていることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
5. 前記観察光学系は、前記ホログラフィック光学素子が形成される基板を含み、
   前記基板は、前記ホログラフィック光学素子の面に垂直な方向の厚さが一定の板状の基板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。
6. 前記表示素子の表示面の中心と前記観察瞳の中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とし、前記ホログラフィック光学素子に対する入射光の光軸と反射光の光軸とを含む面を主平面とすると、
   前記ホログラフィック光学素子の面は、前記主平面を対称面とする対称形であり、前記主平面に平行な方向でのみ複数の平面に分割されており、
   前記基板は、前記ホログラフィック光学素子の各平面で発生する０次回折光が前記観察瞳に向かう光路から外れるように、前記ホログラフィック光学素子を保持していることを特徴とする請求項５に記載の映像表示装置。
7. 前記各平面に対応する前記ホログラフィック光学素子の有効領域は、前記各平面の稜線を介して離れて形成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。
8. 発光ピーク波長が少なくとも１つ存在し、かつ、１つの発光ピーク波長を含む波長幅の光を出射する光源と、
   前記光源から出射された光を変調して映像を表示する表示素子と、
   前記表示素子からの映像光を観察瞳に導き、前記観察瞳の位置にて観察者に虚像を観察させるための観察光学系とを備えた映像表示装置であって、
   前記観察光学系は、前記表示素子からの映像光を回折反射させて前記観察瞳に導く体積位相型で反射型のホログラフィック光学素子を有しており、
   前記ホログラフィック光学素子の面は、１方向にのみ曲率を有する前記観察瞳側に凹の曲面と、前記曲面の接平面とが連続した面で構成されていることを特徴とする映像表示装置。
9. 前記表示素子の表示面の中心と前記観察瞳の中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とし、前記ホログラフィック光学素子に対する入射光の光軸と反射光の光軸とを含む面を主平面とすると、
   前記ホログラフィック光学素子の面は、前記主平面を対称面とする対称形であり、
   前記接平面は、前記主平面と交差するように配置されており、
   前記曲面は、前記主平面に垂直な方向に曲率を有し、前記接平面に対して前記主平面に垂直な方向の両側に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の映像表示装置。
10. 前記表示素子の表示面の中心と前記観察瞳の中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とし、前記ホログラフィック光学素子に対する入射光の光軸と反射光の光軸とを含む面を主平面とすると、
    前記ホログラフィック光学素子の面は、前記主平面を対称面とする対称形であり、
    前記曲面は、前記主平面に平行な面内で曲率を持つように配置されており、
    前記接平面は、前記曲面よりも前記表示素子に近い側に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の映像表示装置。
11. 前記曲面は、画角が異なる２方向のうち、画角がより広い方向に曲率を有していることを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の映像表示装置。
12. 前記観察光学系は、前記ホログラフィック光学素子が形成される基板を含み、
    前記基板は、前記ホログラフィック光学素子の面に垂直な方向の厚さが一定の板状の基板であることを特徴とする請求項１０に記載の映像表示装置。
13. 前記基板は、前記ホログラフィック光学素子で発生する０次回折光が前記観察瞳に向かう光路から外れるように、前記ホログラフィック光学素子を保持していることを特徴とする請求項１２に記載の映像表示装置。
14. 前記曲面は、曲率が一定のシリンドリカル面であることを特徴とする請求項８から１３のいずれかに記載の映像表示装置。
15. 前記曲面は、前記接平面から遠ざかるにつれて曲率が大きくなる面であることを特徴とする請求項８から１３のいずれかに記載の映像表示装置。
16. 請求項１から１５のいずれかに記載の映像表示装置と、
    前記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持部材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。
17. 請求項１から１５のいずれかに記載の映像表示装置を備え、前記映像表示装置の前記ホログラフィック光学素子が、観察者の視界内に配置される基板に保持されていることを特徴とするヘッドアップディスプレイ。

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