JP2007079297A - 映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 輝度ムラや色ムラが少なくより明るい高画質な映像を表示するとともに、小型、軽量、ひいては低コストな映像表示装置を提供する。
【解決手段】 ピーク波長が異なる複数の点光源（ＬＥＤ）を備える少なくとも一対の光源ユニット（ＬＥＤユニット）と、光源ユニットの光を変調して映像を生成する空間変調器（ＬＣＤ）と、光源ユニットと空間変調器との間に配置されて、一対の光源ユニットを光学的に近接させるように該光源ユニットの光を空間変調器に導く第１の照明光学系（プリズム）と、空間変調器で生成された映像を投影する投影光学系とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、映像表示装置に関し、特に、複数の点光源によって液晶表示デバイスを照射して映像表示を行う映像表示装置に関する。

従来、複数の点光源によって液晶表示デバイス（ＬＣＤ）を照明し、該照明によって得られた液晶表示デバイスからの光像をホログラム光学素子等を介して表示する映像表示装置が知られている。このような映像表示装置において、例えば特許文献１には、照明光学系に球面レンズや拡散板或いはシリンダーレンズを用いることで、複数の点光源による均一照射を可能にしながら、明るい映像を得るといった技術が開示されている。
特開２００４−２７１６５１号公報

しかしながら、上記技術では、例えば装置のパッケージが大きい場合や上記各点光源を備える光源ユニット間の距離（光源ピッチ）が大きい場合には、表示映像における各点光源の間隔が拡大されるので、輝度ムラや色ムラが大きかったり、或いは各点光源による映像を混合するべく（色混ぜを行うべく）より拡散度の高い拡散板を使用する必要が生じて明るくし難いという課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、輝度ムラや色ムラが少なく、より明るい、高画質な映像を表示することが可能であるとともに、小型、軽量であり、ひいては低コストな映像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る映像表示装置は、ピーク波長が異なる複数の点光源を備える少なくとも一対の光源ユニットと、前記光源ユニットの光を変調して映像を生成する空間変調器と、前記光源ユニットと前記空間変調器との間に配置されて、前記一対の光源ユニットを光学的に近接させるように該光源ユニットの光を空間変調器に導く第１の照明光学系と、前記空間変調器で生成された映像を投影する投影光学系とを備えることを特徴とする。

また、上記構成において、前記各点光源は、所定色の点光源であり、前記一対の光源ユニットは、該各光源ユニットにおける各点光源が前記色毎に前記投影光学系の光軸を含む面に略対称となるように配置されたものであることが好ましい。

また、上記構成において、前記第１の照明光学系は、前記投影光学系の光軸を中心として外側へ向けて広がる断面テーパ形状のプリズムであり、当該広がる角度をθとすると、１５度≦θ≦４５度の関係を有していることが好ましい。

また、上記構成において、前記第１の照明光学系は、前記光源ユニットからの光が前記プリズムの内部で全反射する全反射面を備えることが好ましい。

また、上記構成において、前記一対の光源ユニットは、前記投影光学系の光軸に対して略垂直方向に複数の点光源が並ぶように並設されており、該並設された光源ユニット間の距離は５ｍｍ以下であることが好ましい。

また、上記構成において、前記光源ユニットの近傍に物側焦点が位置するように前記第１の照明光学系と前記空間変調器との間に配置されて、且つ、前記投影光学系の光学瞳と前記光源ユニットとが、前記点光源の並ぶＸ方向と垂直なＹ方向において略共役となる第２の照明光学系をさらに備えることが好ましい。

また、上記構成において、前記光源ユニットの光を拡散する拡散板をさらに備え、前記拡散板は、該拡散板の面内における直交方向に拡散度が異なり、且つ、前記点光源の並ぶＸ方向に該拡散度が大きいものであることが好ましい。

また、上記構成において、前記投影光学系は、ホログラム光学素子を備え、該ホログラム光学素子は軸非対称な正の光学パワーを有するものであることが好ましい。

また、上記構成において、前記ホログラム光学素子は、前記投影光学系の光軸の該ホログラム光学素子に対する入射面が前記Ｙ方向と略平行となるように配置されていることが好ましい。

また、上記構成において、前記投影光学系は、前記ホログラム光学素子において前記映像と外光とを重ねることが可能に構成されたものであることが好ましい。

また、上記構成において、前記投影光学系は、前記空間変調器からの映像光を全反射するとともに、外光を透過する第１の透明基板をさらに備えることが好ましい。

また、上記構成において、前記投影光学系は、前記第１の透明基板における光の屈折を相殺しつつ外光を透過する第２透明基板をさらに備えることが好ましい。

さらに、上記構成において、ユーザの頭部に装着するための頭部装着手段をさらに備えることが好ましい。

請求項１に係る映像表示装置によれば、光源ユニットと空間変調器との間に配置された第１の照明光学系によって一対の光源ユニットが光学的に近接されることから、各光源ユニット（光源ユニットの点光源）を見かけ上、実際より近づけることができるので、点光源による表示映像の輝度ムラや色ムラを少なくでき、より明るい、高画質な映像を表示することができる。なお、例えば装置のパッケージや光源ピッチ等が大きい場合であっても、表示映像における点光源間隔の拡大を防止して輝度ムラや色ムラの発生を抑えるとともに、拡散度の高い拡散板を使用することなどなく明るい映像を得ることが可能となる。また、第１の照明光学系を用いて各光源ユニットを光学的に近接させるという簡易な構成であるので、小型、軽量、ひいては低コストな映像表示装置を実現することができる。

請求項２に係る映像表示装置によれば、各光源ユニットの点光源が色毎に光軸を含む面に略対称に配置されることから、各色の光学瞳が光軸に対称に形成されるので、色ムラの小さい映像を表示することができる。

請求項３に係る映像表示装置によれば、断面テーパ形状のプリズムという簡易な構成のプリズム（クサビプリズム）であるので、このプリズムを安価なものとすることができ、ひいては装置の低コス化を図ることができる。また、プリズムの広がる角度θを１５度≦θ≦４５度の角度（例えば３０度程度）としたので、プリズムへの光の入射角を６０度以下にすることができ、プリズムの表面及び裏面反射による損失が少なく、明るい映像を得ることができる。

請求項４に係る映像表示装置によれば、光源ユニットからの光がプリズムの内部で全反射する構成であるので、この構成を利用して、光源ユニット（複数の点光源）の向き（配置）を変えて、一対の光源ユニットを光学的にさらに近づけることができ、表示映像をさらに明るくすることができる。

請求項５に係る映像表示装置によれば、並設された光源ユニット間の距離が５ｍｍ以下とされて光源ユニット間距離が短いので、コンパクトな装置とすることができる。また、当該光源ユニット間距離が短い、すなわち各光源ユニットの点光源がより近づくように（集合するように）配置されるので、各点光源の光強度は弱いものであるにも拘わらず、焦点距離が短い照明光学系（後述の第２の照明光学系）を用いるなどして、明るい映像を表示することが可能となる。

請求項６に係る映像表示装置によれば、光源ユニット近傍に物側焦点が位置するように第１の照明光学系と空間変調器との間に配置され、且つ光学瞳と光源ユニットとがＹ方向で略共役となる第２の照明光学系を備えた光学配置となるので、ケーラー照明されることになり輝度ムラや色ムラが無く、また光源ユニット（各点光源）と光学瞳とが共役であるので、より効率良く明るい映像を表示することができる。

請求項７に係る映像表示装置によれば、面内の直交方向に拡散度が異なり、且つＸ方向に拡散度が大きい拡散板とされるので、離間した点光源をムラ無く拡散し、輝度ムラや色ムラの無い映像を表示することができ、また、Ｘ方向に拡散度が大きい、すなわち或る一方向には拡散度が大きくない（小さい）ので、明るい映像となる。

請求項８に係る映像表示装置によれば、軸非対称な構成且つ光学パワーをホログラム光学素子に持たせたので、光学配置の自由度が高くなり、ひいては装置の小型化（コンパクト化）を図ることができる。

請求項９に係る映像表示装置によれば、ホログラム光学素子の入射面と垂直な方向に点光源が並んでいるので、ホログラム光学素子の波長選択性によって映像光の波長が揃い、色純度の高い映像を表示することができる。

請求項１０に係る映像表示装置によれば、ホログラム光学素子において映像と外光とを重ねることが可能に構成された、すなわちホログラム光学素子を用いたコンバイナとしたので、外光透過率が高く、明るい外界を見ながら明るい映像を見ることが可能となる。

請求項１１に係る映像表示装置によれば、映像光を全反射し且つ外光を透過する第１の透明基板を用いたので、外光の第１の透明基板における透過率を低下させることなく（外光の透過率が高く）明るい外界を見ることができるとともに、第１の透明基板の小型化、ひいては装置の小型化が可能となる。

請求項１２に係る映像表示装置によれば、第１の透明基板における光の屈折を相殺しつつ外光を透過する第２の透明基板を備える構成とされるので、すなわち、このような第２の透明基板及び第１の透明基板を用いた投影光学系とすることができるので、投影光学系の自由度を増して小型化を可能にしながら、明るい外界を見ることが可能となる。

請求項１３に係る映像表示装置によれば、頭部装着手段を備えることにより、装置の頭部への装着が可能となり、ひいては快適に映像を観察することができる。

（実施形態１）
図１、２は、第１の実施形態に係る映像表示装置１の概略構成図であり、図１はＹ方向における映像表示装置１の断面図及び光路を示し、図２はＸ方向における映像表示装置１の断面図及び光路を示している。ただし、ＸＹＺ座標軸（ＸＹＺ方向）を同図に示すように定義する。すなわち、Ｘ方向を後述する点光源が並ぶ方向（左右方向）とし、Ｙ方向をこの点光源が並ぶ方向と垂直な方向（上下方向）とし、Ｚ方向は光軸方向とする（以下の各図も同様）。なお、図２に示すようにＸＺ平面方向で見た場合であることを“Ｘ方向”と表現し、図１で示すようにＹＺ平面方向で見た場合であることを“Ｙ方向”と表現するものとする（以下同様）。Ｘ、Ｙ、Ｚ方向そのものの方向を示す場合には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向或いはＺ軸方向と表現するものとする。

図１、２に示すように、映像表示装置１は、ＬＥＤ光源１０１、第１照明光学系１０２、第２照明光学系１０３、拡散板１０４、ＬＣＤ１０５及び投影レンズ１０６を備えている。ＬＥＤ光源１０１は、複数種類、例えばＲ、Ｇ、Ｂ３色の発光ダイオード（ＬＥＤ）を点光源として備えてなるＲＧＢ一体型の光源である。このように複数の点光源を備えた一体型の光源のことを、以降、適宜、ＬＥＤユニットという。第１照明光学系１０２は、ＬＥＤ光源１０１における後述するＬＥＤ光源１０１ａ、１０１ｂ（各点光源）を光学的に近接させるもの（ＬＥＤ近接手段）である。第２照明光学系１０３は、ＬＥＤ光源１０１の光（光源光；ＬＥＤ光）を集光するものである。拡散板１０４は、光源光を拡散するもの（所謂磨りガラスのようなもの）であり、ＬＣＤ１０５の投影レンズ１０６側の近接位置に配設されている。ＬＣＤ１０５は、光源光を変調して映像を生成するものであり、例えば波長制限フィルタを備えた透過型のカラーＬＣＤ（Liquid Crystal Display）である。投影レンズ１０６は、正のパワーを有するレンズからなり、投影光学系をなすものである。ＬＥＤ光源１０１から射出された光は、第１照明光学系１０２及び第２照明光学系１０３を通して集光されてＬＣＤ１０５を照明する。この照明によりＬＣＤ１０５で生成された映像光は、拡散板１０４を介して投影レンズ１０６の正のパワーにより虚像として光学瞳１０７（投影光学系の射出瞳）に導かれる。観察者は光学瞳１０７の光を瞳に入射させてこの映像を観察することができる。

このような映像表示装置１の各部についてさらに詳細に説明する。図２に示すように、ＬＥＤ光源１０１は、ＬＥＤ光源１０１ａ及びＬＥＤ光源１０１ｂに示す一対のＬＥＤユニット（パッケージ）から構成されている。各ＬＥＤユニットは正面視が略正方形の基板で構成され、その基板サイズは一辺が例えば約３ｍｍ（Ｘ＝Ｙ＝３ｍｍ）となっている。この一対のＬＥＤ光源１０１ａ、１０１ｂは、ＬＥＤ１０１Ｒ１及び１０１Ｒ２を中心側（中央側）に、次にＬＥＤ１０１Ｇ１及び１０１Ｇ２、最も外側にＬＥＤ１０１Ｂ１及び１０１Ｂ２というＲ、Ｇ、Ｂ色の順で、中心側から外側へ向けてＸ方向に波長が長いものから順にＬＥＤ（発光点）が一列に並び、各色の点光源が色毎に（同じ色同士が）光軸Ｐを含む面（光軸面）に対称（面対称）となるよう並設されている。ただし、これらＬＥＤ光源１０１ａ、１０１ｂ間の距離は、例えば５ｍｍ以下とされている。

このように光軸面に対称となる配置とすることで、２つのＬＥＤ光源１０１ａ、１０１ｂを足し合わせた光強度の重心を各色とも対称面（光軸面）内に配置することができる。つまり、各色のＬＥＤ強度を、対称面（瞳中心）において各色均一な強度分布とすることができる。また、光源ユニット間距離が短いので、コンパクトな装置とすることができる。また、ＬＥＤ光源１０１ａ、１０１ｂ間距離が上記５ｍｍ以下と短いので、すなわち各ＬＥＤ光源１０１ａ、１０１ｂの点光源がより近づくように（中央側に集まるように）配置されるので、焦点距離が短い照明光学系（後述の第２照明光学系１０３）を用いるなどして、明るい映像を得ることが可能となる。なお、後述のＬＥＤ光源２０１ａ、２０１ｂ、ＬＥＤ光源３０１ａ、３０１ｂ、及びＬＥＤ光源６０１ａ、６０１ｂ、６０１ｃにおける相互間隔も５ｍｍ以下に設定されており、当該各ＬＥＤユニット間距離が短いことにより、同様の効果が得られる。

ＬＥＤ光源１０１の上記各点光源（ＬＥＤ１０１Ｒ１〜１０１Ｂ１、ＬＥＤ１０１Ｒ２〜１０１Ｂ２）は、それぞれ約０．３ｍｍ角のサイズを有しており、例えば約０．５ｍｍピッチでX方向に一列に並設されている。本実施形態では、ＬＥＤ光源１０１として各点光源が一列に並んだものを用いているが、完全には整列せず、例えば、ＸＹ平面でのＲ、Ｇの並びに対してＢの点光源（ＬＥＤ１０１Ｂ１、１０１Ｂ２）の位置が所定距離（例えば約０．５ｍｍ）だけ垂直方向（Ｚ軸方向）にズレているようなものを用いてもよい。この場合、より多くの光源が直線的に並ぶ方向をＸ軸方向に設定すればよい。なお、拡散板１０４は、ＬＣＤ１０５側の面を光学的に平坦な面とし、投影レンズ１０６側の面を凹凸による拡散面としており、拡散板１０４は、ＬＥＤ光源１０１から発散光が平坦面で屈折されて僅かに集光された状態で拡散される。

第１照明光学系１０２は、符号１５０の拡大図にも示すように、ＸＺ断面でクサビ形状をしたプリズム（クサビプリズム）である。このプリズムは、投影レンズ１０６の光軸Ｐを中心として外側へ向けて広がる（外側に行くに従って厚みが増加する）形状をしており、当該広がる角度、すなわち広がり角αは、例えば３０度となっている。換言すれば、このプリズムは、前面１０２１側（ＬＣＤ１０５側の面を前面とする。以下、各部における前面側（後面側）の定義はこれと同じ。）が略Ｖ字状（凹状）に切り欠かれたように形成され、中央部１０２２の厚みがＸ軸方向の両端部の厚みよりも小さくされたテーパ形状となっている（このようなプリズムの形状のことを上記「クサビ形状」と表現する）。

この第１照明光学系１０２は、上記クサビ形状により、各ＬＥＤユニット（ＬＥＤ光源１０１ａ、１０１ｂ）におけるＬＥＤ光が屈折され、Ｘ方向の各ＬＥＤの見かけ上の光学的な間隔ＬがＬＥＤの実際の間隔よりも小さいものとなる。このように、離間した一対のＬＥＤユニット（ＲＧＢの点光源）が第１照明光学系１０２によって互いに近接するように屈折されて、当該ＬＥＤユニット同士の間隔が光学的に小さくなるので、光学瞳１０７の瞳中心でより明るい映像を観察できるという効果が得られる。同様に、ＬＥＤユニット内の点光源の間隔も見かけ上小さくなる。従って、互いに異なる波長の光源の色混ぜが容易となり、色ムラの無い明るい映像を観察することができる。

なお、プリズムの材質は適宜選択可能であるが、屈折率が概ね１．５から１．８程度となっている。従って、媒質内での臨界角が４０度程度であり、これを超えると全反射してしまう。また、ブルースターアングルが６０度程度であるので、これを超えると表面反射及び裏面反射が大きくなり、暗くなる。故に、クサビ形状の広がり角αは４５度以下とするのが望ましい。また、上記近接の効果を得るために、広がり角αを１５度以上とするのが望ましい。すなわち、１５度≦α≦４５度であることが望ましい。このように広がり角（θ）を１５度≦θ≦４５度の角度（ここでは３０度）とすることで、プリズムへの光の入射角を６０度以下にすることができ、プリズムの表面及び裏面反射による損失が少なく、明るい映像を得ることができる。なお、断面テーパ形状（クサビ形状）のプリズムという簡易な構成のプリズムであるので、これを安価なプリズムとすることができる。

第２照明光学系１０３は、光軸Ｐに軸対称な正のパワーを有する非球面レンズであり、像側（光学瞳１０７側）が凸面（非球面）とされている。この非球面レンズの焦点距離をｆとすると例えばｆ＝６ｍｍと短い焦点距離を有している。また、ＬＥＤ光源１０１を第２照明光学系１０３の物側焦点位置近傍に配置し（上記「像側」と反対の側を「物側」という）、投影レンズ１０６はテレセントリックな光学系としているので、ＬＥＤ光源１０１と光学瞳１０７とは共役な関係（ＬＥＤ光源１０１のＬＥＤ光が光学瞳１０７上で略集光される関係）にある。ただし、ＬＣＤ１０５に近接配置された拡散板１０４によって光源光が拡散されるので、厳密には共役とならないが、光学瞳１０７の最も強度の強い位置はＬＥＤ光源１０１の共役な位置と略一致する。従って、ＬＣＤ１０５を略平行な光束で照明（ケーラー照明；照明による輝度ムラが映像に反映されないような光学配置での照明）することになり、ＬＥＤ光源１０１の輝度ムラや色ムラをＬＣＤ１０５画面内で小さくすることができる。換言すれば、拡散板１０４をＬＣＤ１０５の近傍（直近）に配設しているので、ＬＣＤ１０５を平行な光束で照明するということは、ＬＥＤ光源１０１と、ＬＣＤ１０５すなわち該ＬＣＤ１０５に近接配置された拡散板１０４との間の距離が十分大きい（拡散板１０４に対してＬＥＤ光源１０１が遠い）ということを意味することになり、従って、拡散板１０４に対する点光源の輝度ムラや色ムラが少なく、ＬＣＤ１０５の画面内の輝度ムラや色ムラも少ないものとなる。また、光学瞳１０７では、ＬＣＤ１０５近傍の拡散板１０４により各点光源の強度が略一致して、輝度ムラや色ムラの無い映像を観察することができる。

ＬＥＤ光源１０１の基板サイズは、上述のように３ｍｍ四方であり、この基板を並べて配置すると、中央に位置した点光源（ＬＥＤ１０１Ｒ１及びＬＥＤ１０１Ｒ２）間の距離は３ｍｍとなる。このように配置されたＬＥＤ光源１０１ａ、１０１ｂの一対の点光源からの光が、第１照明光学系１０２のクサビ形状で屈折されることで、当該ＬＥＤ光源１０１ａ、１０１ｂの点光源が光学的に例えば２ｍｍだけ離間した状態と同等になる。従って、これら一対の点光源は、それぞれ互いに０．５ｍｍだけ光軸Ｐに光学的に近づく。ところで、一般に、ＬＥＤ光源１０１は放射特性を有しており、基板に垂直な方向が最も強度が強く、周辺ほど強度が弱い。また、拡散板１０４によって拡散される光も入射方向が最も強度が強く、入射角からずれるほど強度が弱い。つまり、上記点光源を近づけるということが、投影レンズ１０６の光軸Ｐ上で、よりＬＥＤ光源１０１の垂直方向に近い光とすることであり、拡散板１０４への入射角が小さい光を利用できるということを意味している。このことからも、より明るい映像を観察することができると言える。また、Ｘ方向において、第１照明光学系１０２で光源光が屈折する際、各ＬＥＤユニットにおける各色（各点光源の光）の位置が互いに近づくので、光学瞳１０７での色ムラが小さくなる。

ただし、第１照明光学系１０２にプリズムを用いたので、色分散が生じるものの、そもそも各色の点光源は同一点に位置しておらず、色分散が大きい方向（Ｘ方向）には拡散を行うので、均一照射に対する問題とはならない。なお、ＬＣＤ１０５には、例えばＬＥＤ光源１０１のＲＧＢ各色のＬＥＤを時分割照明し（各色の映像を逐次表示し）、これらを同期させて駆動（照明）することでカラー表示を行う所謂フィールドシーケンシャルタイプのＬＣＤを用いてもよい。

（実施形態２）
図３、４は、第２の実施形態に係る映像表示装置２の概略構成図であり、図３はＹ方向における映像表示装置２の断面図及び光路を示し、図４はＸ方向における映像表示装置２の断面図及び光路を示している。図３、４に示すように、映像表示装置２は、ＬＥＤ光源２０１、第１照明光学系２０２、第２照明光学系２０３、拡散板２０４、ＬＣＤ２０５及び投影レンズ２０６を備えている。映像表示装置２は、第１の実施形態の映像表示装置１と比べて、主に、ＬＥＤ光源２０１における一対のＬＥＤユニットを互いに傾斜配置したこと、各ＬＥＤユニットの各色（ＲＧＢ）の並びが逆になること、第１照明光学系２０２のＸＺ断面の上記クサビ形状を変更したことが異なる。また、方向により拡散度が異なる拡散板２０４をＬＣＤ２０５とは別に設けたこと、投影レンズ２０６が所謂テレセントリックから若干ズレていることが異なる。その他の構成については第１の実施形態と同じである。

図４に示すように、一対のＬＥＤ光源２０１すなわちＬＥＤ光源２０１ａ、２０１ｂのＲＧＢの各点光源（ＬＥＤ）は、上記ＬＥＤ光源１０１の場合とは逆に、Ｂ、Ｇ、Ｒ色の順で、中心（光軸Ｐ）側から外側へ向けてＸ方向に波長が短いものから順に並んでいる。これは、拡散板２０４は、波長が長いほどよく拡散するので、光軸Ｐから離れた位置に波長の長いＬＥＤを配置することによって、光学瞳２０７の輝度ムラを小さくしている。また、ＬＥＤ光源２０１ａ、２０１ｂ（基板）は、Ｙ軸回りに光軸Ｐを中心として所定角度傾斜して配置されている。各ＬＥＤは、基板に垂直な方向の光強度が強いので、当該傾斜させることによって、投影レンズ２０６の光軸Ｐ方向の光強度をより強くすることができる。すなわち、光学瞳２０７中心での映像をより明るくすることができる。

拡散板２０４は、方向により拡散度が異なる、すなわちＸ方向に半値で約４０度拡散し、（Ｘ方向での拡散度が大きく）Ｙ方向に半値で約０．５度拡散する（Ｙ方向での拡散度が小さい）。このように拡散板２０４は、ＬＥＤ光源２０１からの光をＸ方向に拡散し、Ｙ方向には殆ど拡散しない。従って、Ｘ方向の光学瞳２０７とＹ方向の光学瞳２０７とで大きさが異なる。なお、本発明の実施形態における光学瞳（光学瞳２０７）の大きさは、瞳中心に対する光強度が半値程度までと定義している。

第１照明光学系２０２は、上記第１照明光学系１０２と同様、ＸＺ断面でクサビ形状をしたプリズム（クサビプリズム）であり、投影レンズ１０６の光軸Ｐを中心として外側に向かって広がった（外側へ向けて厚みが増加する）形状をしている。ただし、第１照明光学系１０２は、前面１０２１側のみが略Ｖ字状（凹状）に形成されていたが、第１照明光学系２０２は、前面２０２１及び後面２０２２側の両面側が、略Ｖ字状（凹状）に切り欠かれたような（光軸Ｐ方向で左右対称な）形状とされており、中央部２０２３から軸方向の両端部に行くに従って厚みが大きくなるテーパ形状となっている。この場合の広がり角βは例えば３０度としている。なお、ここでは光軸Ｐ方向に左右対称な形状としているが、非対称な形状、すなわち前面２０２１側と後面２０２２側とのＶ字の広がり角が異なるような形状としてもよい。また、広がり角βは上記と同様、１５度≦β≦４５度であることが望ましく、この場合も広がり角（θ）を１５度≦θ≦４５度の角度（ここでは３０度）とすることで、プリズムへの光の入射角を６０度以下にすることができ、プリズムの表面及び裏面反射による損失が少なく、明るい映像を得ることができる。また、断面テーパ形状（クサビ形状）のプリズムという簡易な構成のプリズムであるので、これを安価なプリズムとすることができる。

また、ＬＥＤ光源２０１を第２照明光学系２０３の物側焦点位置近傍に配置し、さらに、投影レンズ２０６を含めてＹ方向でＬＥＤ光源２０１と光学瞳２０７とを略共役にしている。ただし、拡散板２０４によって光源光が拡散されるので、厳密には共役とならないが、光学瞳２０７の最も強度の強い位置はＬＥＤ光源２０１の共役な位置と略一致する。従って、ＬＣＤ２０５に対してケーラー照明に近い照明を行うことになり、ＬＥＤ光源２０１の輝度ムラや色ムラをＬＣＤ２０５画面内で小さくすることができる。また、このようにＹ方向では光学瞳２０７とＬＥＤ光源２０１とが略共役であるので、照明光の無駄（ロス）が少なくより明るい映像を、Ｘ方向では、拡散板２０４による拡散により各点光源の光（ＲＧＢの各色の光）の強度が略一致した、輝度ムラや色ムラの無い映像を観察することができる。また、第２照明光学系２０３を拡散板２０４とＬＣＤ２０５との間に配置して、拡散板２０４をＬＣＤ２０５と光学的な距離を離して配置する構成とすることで、拡散板２０４の凹凸の像（影）がＬＣＤ２０５に映り込んで投影レンズ２０６を通して観察される当該凹凸の像を、よりぼかして（ボケを大きくして）これを観察し難くすることができる。

ところで、各ＬＥＤユニット（点光源）を光学的に近接させることに関し、図５、６は、上記映像表示装置２における光学瞳２０７のＸ軸方向のＧ色の光（Ｇ光）の光強度分布を示すものであり、図５は、上記各ＬＥＤ光源２０１ａ、２０１ｂのＧ光の光強度分布（それぞれ光強度分布Ｇ１’、Ｇ２’）を示し、図６は、これら２つのＧ光を足し合わせた光強度分布（合成光強度分布Ｇ１’＋Ｇ２’）を示している。ただし、各図の横軸は光学瞳２０７内での位置座標を示し、その中央が瞳中心であり、縦軸は光強度を示す。また、図６に示す斜線領域はＸ方向における光学瞳２０７の使用領域である。

上述のようにＸ方向でクサビ形状を有する第１照明光学系２０２を備えることにより、図５に示すように、従来における第１照明光学系２０２を備えていない場合の各ＬＥＤ光源２０１ａ、２０１ｂのＧ光（光強度分布Ｇ１、Ｇ２）は、光強度分布Ｇ１’、Ｇ２’に示すように近接したものとなり、当該近接することにより、図６に示すように、合成光強度分布Ｇ１’＋Ｇ２’が、上記第１照明光学系２０２を備えていない場合の合成光強度分布Ｇ１＋Ｇ２よりも山が高くなる（光強度が瞳中心付近で増大する）。このことはＧ光だけでなくＲ、Ｂ光に対しても同様であり、従って、瞳中心でより明るい映像を得ることができる。図５、６で説明したことは、第１の実施形態において、クサビ形状の第１照明光学系１０２を備えることで各ＬＥＤユニット（点光源）を光学的に近接させる場合についても同じである。

（実施形態３）
図７、８は、第３の実施形態に係る映像表示装置３の概略構成図であり、図７はＹ方向における映像表示装置３の断面図及び光路を示し、図８はＸ方向における映像表示装置３の断面図及び光路を示している。ただし、図８では後述の第２透明基板３０８の図示を省略している。図７、８に示すように、映像表示装置３は、ＬＥＤ光源３０１、第１照明光学系３０２、第２照明光学系３０３、拡散板３０４、ＬＣＤ３０５、ＨＯＥ３０６、第１透明基板３０７及び第２透明基板３０８を備えている。ＬＥＤ光源３０１は、ＬＥＤ光源１０１と同様、ＲＧＢ一体型の光源である。第１照明光学系３０２は、ＬＥＤ光源３０１における後述する一対のＬＥＤ光源３０１ａ、３０１ｂ（各点光源）を光学的に近接させるものである。第２照明光学系３０３は、光源光を集光するものである。

拡散板３０４は、ＬＥＤ光源３０１の光を一方向に拡散する一方向拡散板であり、第１照明光学系３０２及び第２照明光学系３０３間における第２照明光学系３０３寄りの位置に配置されている。ＬＣＤ３０５は、波長制限フィルタを備えた透過型のカラーＬＣＤである。ＨＯＥ３０６は、体積位相型のホログラム光学素子（ＨＯＥ；Holographic Optical Element）であり、投影光学系をなすものである。ＨＯＥ３０６は、光学的に軸非対称な所謂自由曲面で構成されて正のパワーを有しており、第１透明基板３０７の一端（図７での下端）において所定の傾斜角を有して支持されている。第１及び第２透明基板３０７、３０８は、ガラスや透明樹脂等の透明部材からなる略板状のプリズムであり、ＨＯＥ３０６と同様、投影光学系をなすものである。第１及び第２透明基板３０７、３０８は、それぞれ例えばクサビ状（テーパ面状）に形成された一端面同士が接合（例えば接着）されて一枚の板状に一体化されており、この接合面（界面）において上記ＨＯＥ３０６を支持（挟持）している。

ＬＣＤ３０５の映像光は、第１透明基板３０７内に、該第１透明基板３０７の一端側面（上端側面）である入射面３０７１から入射し、反射面３０７２、３０７３において全反射した後、ＨＯＥ３０６によって回折され、ＨＯＥ３０６の正のパワーにより虚像として光学瞳３０９に導かれる。観察者は光学瞳３０９の光を瞳に入射して映像を観察することができる。

このような映像表示装置３の各部についてさらに詳細に説明する。ＬＥＤ光源３０１は、図８に示すように、ＬＥＤ光源３０１ａ及びＬＥＤ光源３０１ｂの一対のＬＥＤユニットから構成されている。各ＬＥＤユニットは正面視が略正方形であり、そのサイズは一辺が例えば約３ｍｍ（Ｘ＝Ｙ＝３ｍｍ）となっている。これら一対のＬＥＤ光源３０１ａ、３０１ｂは、上記ＬＥＤ光源１０１ａ、１０１ｂと同様、ＬＥＤ３０１Ｒ１及び３０１Ｒ２を中心側に、次にＬＥＤ３０１Ｇ１及び３０１Ｇ２、最も外側にＬＥＤ３０１Ｂ１及び３０１Ｂ２というＲ、Ｇ、Ｂ色の順で、中心側から外側へ向けてＸ方向に波長が長いものから順にＬＥＤが一列に並び、各色の点光源が色毎に（同じ色同士が）光軸Ｐを含む面（光軸面）に対称となるよう並設されている。このように光軸面に対称となる配置とすることで、２つのＬＥＤ光源３０１ａ、３０１ｂを足し合わせた光強度の重心を各色とも対称面（光軸面）内に配置することができる。つまり、各色のＬＥＤ強度を、対称面（瞳中心）において各色均一な強度分布とすることができ、光学瞳３０９中心で色ムラの少ない映像を得ることができる。

ＬＥＤ光源３０１ａ、３０１ｂは、図１３に示すように、各Ｒ、Ｇ、Ｂ色の点光源すなわちＬＥＤ３０１Ｒ１、３０１Ｒ２、ＬＥＤ３０１Ｇ１、３０１Ｇ２、及びＬＥＤ３０１Ｂ１、３０１Ｂ２それぞれの中心波長及び半値が４６２ｎｍ±１２ｎｍ、５２５ｎｍ±１７ｎｍ、６３５ｎｍ±１１ｎｍとなるＬＥＤを用いており、当該ＬＥＤ光の強度（ＬＥＤ強度）がホログラム光学素子回折効率やＬＣＤ透過率を考慮して調整され、白色表示を可能にしている。また、ＬＥＤ光源３０１ａ、３０１ｂは、基板上に上記各Ｒ、Ｇ、Ｂ色のＬＥＤが形成され、このＬＥＤの上から所定の透明媒質で封止された構成となっている。

第１照明光学系３０２は、平凹状のプリズムであり、該プリズムの平面部（後面側）を上記ＬＥＤの透明媒質に近接して配置している。本実施形態では、当該近接させており上記平面部と透明媒質との間には空気層が存在するが、これに限らず、例えば透明な接着材等で接着するなどしてこれら同士を密着させてもよい。密着させた場合、上記ＬＥＤの透明媒質の光射出面及びレンズ入射面での反射が減少するので、より明るい映像を得ることができる。第２照明光学系３０３は、第２照明光学系１０３と同様、光軸Ｐに軸対称な正のパワーを有する非球面レンズである。

拡散板３０４は、方向により拡散度が異なる、すなわちＸ方向に半値で約４０度拡散し、Ｙ方向に半値で約０．５度拡散する。このように拡散板３０４は、ＬＥＤ光源３０１からの光をＸ方向に拡散し、Ｙ方向には殆ど拡散しない。第１及び第２照明光学系３０２、３０３は、ＬＥＤ光源３０１の発散光を集光（屈折）し、当該拡散板３０４によって一方向に拡散された光が効率良く光学瞳３０９を形成するように配置されている。

ＬＥＤ光源３０１は、Ｙ方向で光学瞳３０９と略共役になるように配置されている。また、ＬＥＤ光源３０１は、第２照明光学系３０３の物側焦点位置近傍に配置されており、従って、ＬＣＤ３０５をケーラー照明し、ＬＥＤ光源３０１の輝度ムラをＬＣＤ３０５画面内で小さくすることができ、上述したように、光学瞳３０９とＬＥＤ光源３０１とが略共役であるので、ＬＥＤ光源３０１の光を効率良く集光して明るい映像とすることができる。また、Ｘ方向では拡散板３０４により拡散されるので、ＬＥＤ光源３０１と光学瞳３０９とは共役ではないが、光学瞳３０９の最も強度の強い位置は、ＬＥＤ光源３０１の共役な位置と略一致する。

光学瞳３０９は、強度半値でＸ方向に約１０ｍｍ、Ｙ方向に約２ｍｍの大きさとなるように設定している。従って、一方向に、観察者の瞳（径３ｍｍ程度）より大きい上記約１０ｍｍの光学瞳３０９であるので、映像を観察し易く、且つ、一方向には観察者の瞳より小さい上記約２ｍｍの光学瞳３０９に集光したので、無駄なく明るい映像を観察することができる。

また、映像光を第１透明基板３０７内で反射して眼に導く構成としたので、通常の眼鏡レンズと同程度に第１透明基板３０７（及び第２透明基板３０８）の板厚を薄く（例えば３ｍｍ程度）することができ、小型化、軽量化することができる。また、第１透明基板３０７内での光の反射を全反射としたので、観察者は、外界光（外光）の第１透明基板３０７における透過率を低下させることなく（全反射する映像光によって視界を遮られることなく）該第１透明基板３０７の反射面３０７２、３０７３を通して外界（明るい外界）を見ることができる。また、第２透明基板３０８は、第１透明基板３０７のクサビ状部分での光の屈折をキャンセル（相殺）する、すなわち、当該クサビ状部分におけるプリズム効果により、光学瞳３０９側からの光が入射面３０７１側（上側）に折れ曲がるのを防止するので、観察者は、第１及び第２透明基板３０７、３０８、及びＨＯＥ３０６を通して、外界光を歪むことなく見ることができる。なお、ＨＯＥ３０６を上記軸非対称で且つパワー（正のパワー）を有するように構成したので、すなわち、映像表示装置３を、図７に示すように軸非対称な光学系としたので、光学配置の自由度が高くなり、当該光学系をコンパクトに配置することができて装置の小型化（コンパクト化）を図ることができ、且つ、上述したように輝度ムラや色ムラの無い明るい高画質な映像を観察できる構成を容易に実現することが可能となる。

ＨＯＥ３０６は、図１４に示すように、回折効率半値で４６５ｎｍ±５ｎｍ、５２１ｎｍ±５ｎｍ、６３４ｎｍ±５ｎｍの波長の各色の映像光を回折するように作成されている。このＨＯＥ３０６のピーク波長とＬＥＤ光源３０１の中心波長とは概ね一致するので（図１３、１４参照）、明るい映像表示が可能となる。また、ＨＯＥ３０６は、上記各波長に対応する各色でホログラムの半値幅（±５ｎｍ）が略同じであるので、波長の長い光ほど角度選択性が大きい。従って、ＬＥＤ光源３０１の各色の波長幅が同じ場合、ＨＯＥ３０６によって回折されてできる光学瞳３０９の大きさは、波長が長いほど小さい（波長が長いほど光学瞳面での位置によって強度差が大きく、波長が短いほど同位置によって強度差が小さい）。

ＬＥＤ光源３０１は、該ＬＥＤ光源３０１の基板に垂直な方向が光の強度が強く、その周囲ほど弱い。Ｘ方向では、拡散板３０４によって拡散されるのでＬＥＤ光源３０１と光学瞳３０９とは共役ではないものの、光学瞳３０９の最も強度の強い位置はＬＥＤ光源３０１の共役な位置と略同じである。つまり、図９に示す映像中心の光学瞳３０９におけるＸ方向の光強度分布（横軸は光学瞳３０９内での位置座標、縦軸は光強度を示し、光強度分布Ｒ１及びＲ２、Ｇ１及びＧ２、並びにＢ１及びＢ２は、それぞれＬＥＤ３０１Ｒ１、３０１Ｒ２、ＬＥＤ３０１Ｇ１、３０１Ｇ２、及びＬＥＤ３０１Ｂ１、３０１Ｂ２に対応する）に示すように、光学瞳３０９が小さい長波長（＝Ｒ）の瞳中心が光学瞳３０９の中心寄りに、光学瞳３０９が大きい短波長（＝Ｂ）の瞳中心が光学瞳３０９の外寄りに位置するような各ＬＥＤの配置構成としているので、換言すれば、長い波長の光を放射するＬＥＤ（ＬＥＤ３０１Ｒ１、３０１Ｒ２）ほど光軸中心側に配置されて、当該長い波長ほど強度が高い位置が光学瞳３０９の中心に近くなり、一方、短い波長ほど強度の高い位置が周辺すなわち光学瞳３０９の中心から離れた位置となるので、光学瞳３０９内での各色の強度差を小さくすることができ（ＨＯＥ３０６の波長選択性によって映像光の波長が揃い）、色ムラの小さい映像を観察することができる。従って、光学瞳３０９中心及び光学瞳３０９周辺で色ムラの小さい色純度（彩度）の高い映像を観察することができる。

また、ＬＥＤ光源３０１の各色のＬＥＤ（発光点）を拡散が大きい方向すなわちＸ方向に並べているので、光学瞳３０９上での各色の強度ムラが小さくなり、色ムラを少なくすることができる。また、ＨＯＥ３０６の光軸の入射面（図７におけるＹＺ平面；紙面方向の面）内で光軸に垂直な方向（Ｙ方向）に光学瞳３０９を小さくし、光軸入射面に垂直な方向（Ｘ方向）に光学瞳３０９を大きくするので、波長選択性の影響を受け難く、色ムラの少ない高画質の映像を得ることができる。ただし、上記光軸は、映像中心と光学瞳３０９中心とを光学的に結ぶ線として定義する。

上記ＨＯＥ３０６における上記波長選択性と入射角との関係としては、光がＨＯＥ３０６の干渉縞に入射角を有して入射する場合、該入射面内での入射角の角度ズレはそのまま入射角の角度ズレとなるが、入射面に垂直な方向の角度ズレは入射角のズレとしては小さい。従って、０度より大きい入射角を有する光を基準とした干渉縞のＨＯＥ３０６では、入射面よりも入射面に垂直な方向の波長選択性が小さい。換言すると、入射面の方向よりも入射面に垂直な方向の方が干渉縞への入射角のズレに対して上記角度選択性が低い。すなわち、ＨＯＥ３０６の干渉縞に入射角からズレた角度の光が入射すると、同じ角度ズレであっても、入射面の方が入射面に垂直な方向よりも大きく回折波長がズレる（波長選択性の影響が大きい）。従って、光軸の入射面の方向に光学瞳３０９を小さくすることによって色ムラを小さくすることができ、また、入射面に垂直な方向に光学瞳３０９を大きくしたとしても色純度の高い映像を得ることができる。また、光学瞳３０９が大きいので、観察者は映像を見易い。なお、入射面外の光は、その入射面が上記光軸の入射面と若干平行でないものの、上述のように入射面に垂直な方向の角度ズレは影響が小さいので、入射面を基準にしても色ムラが大きくなることはない。

ところで、上記第３の実施形態におけるＬＥＤ光源３０１（ＬＥＤ光源３０１ａ、３０１ｂ）及び第１照明光学系３０２の構成は、図１０に示す構成としてもよい。すなわち、第１照明光学系３０２の代わりに第１照明光学系４０２を、ＬＥＤ光源３０１の代わりにＬＥＤ光源４０１を、つまりＬＥＤ光源３０１ａ、３０１ｂの代わりにＬＥＤ光源４０１ａ、４０１ｂ（これらは配置が異なるだけで実質的には同じものである）を備えるものとする。ただし、ＬＥＤ光源４０１ａ、４０１ｂは、該ＬＥＤ光源４０１ａ、４０１ｂそれぞれにおける点光源のＲＧＢ色の並びが、光軸Ｐ方向において拡散板３０４から近い順に例えばＢ、Ｇ、Ｒ色とされて光軸面に対称となるよう並設されている（後述のＬＥＤ光源５０１についても同じ）。第１照明光学系４０２は、Ｘ方向で見てＶ字状（テーパ状；ここでは直角状）に配置されたミラー面４０２１、４０２２を備えたミラー体である。このような構成とすることで、同図に示すようにミラー体を挟んで対向配置されたＬＥＤ４０１ａ、４０１ｂからのＬＥＤ光が該ミラー体でＹ方向で集光され（Ｘ方向はパワーの無い反射が行われる）、これら一対のＬＥＤ光源４０１ａ、４０１ｂ（各ＬＥＤ）を光学的に見かけ上近接させることによって、瞳中心で明るい映像を観察可能としている。

また、上記第３の実施形態におけるＬＥＤ光源３０１及び第１照明光学系３０２の構成は、図１１に示す構成としてもよい。すなわち、第１照明光学系３０２の代わりに第１照明光学系５０２を、ＬＥＤ光源３０１の代わりにＬＥＤ光源５０１、つまりＬＥＤ光源３０１ａ、３０１ｂの代わりにＬＥＤ光源５０１ａ、５０１ｂ（これらは配置が異なるだけで実質的には同じものである）を備えるものとする。第１照明光学系５０２は、同図に示すようにＸＺ断面でクサビ形状を有しているプリズムである。このプリズムを挟んで対向配置されたＬＥＤ光源５０１ａ、５０１ｂの光は該プリズムに入射面５０２１、５０２３から入射した後、内部で全反射して（この全反射する面を全反射面という）射出面５０２２、５０２４で屈折する。この屈折された光は拡散板３０４へ導かれる。なお、上記全反射面で展開すると、入射面５０２１と射出面５０２２と、及び入射面５０２３と射出面５０２４とは互いに傾斜しており、第１の実施形態と同じく、中心（光軸Ｐ）側から外側に広がるクサビ形状となっている。この場合の広がり角γは例えば１５度である。従って、当該反射位置を近づけることと、屈折により、一対のＬＥＤ光源５０１ａ、５０１ｂの点光源が光学的に光軸Ｐ側にさらに近づくことになる。すなわち、第１照明光学系５０２の反射及び屈折により、一対のＬＥＤ光源５０１ａ、５０１ｂを光学的に近接して配置することによって、瞳中心でさらに明るい映像を観察可能としている。

さらに、上記第３の実施形態におけるＬＥＤ光源３０１及び第１照明光学系３０２の構成は、図１２に示す構成としてもよい。すなわち、第１照明光学系３０２の代わりに第１照明光学系６０２を、ＬＥＤ光源３０１の代わりにＬＥＤ光源６０１を備えるものとする。第１照明光学系６０２は、一対の第１照明光学系６０２ａ、６０２ｂからなり、それぞれ同図に示すように、ＸＺ断面で中心（光軸Ｐ）側から外側に広がるクサビ形状を有しているプリズムである。ＬＥＤ光源６０１は、例えば上記ＬＥＤ光源３０１ａ、３０１ｂに相当するＬＥＤ光源６０１ａ、６０１ｂに加えて、光軸Ｐ近傍にさらにＬＥＤ光源６０１ｃが配設されてなるものである（ＬＥＤ光源６０１ａ、６０１ｂ及び６０１ｃは、個数及び配置が異なるだけで実質的には同じものである）。これを換言すれば、図１２は、上記第１照明光学系３０２を光軸Ｐを境として２つのプリズム部に分離し、この分離してできた間隙部に対応するＬＥＤ光源６０１ｃを、ＬＥＤ光源３０１ａ、３０１ｂに対してさらに追加したものである。ＬＥＤ光源６０１ｃからの光束は、第１照明光学系６０２を介さずに、直接、拡散板３０４に入射する。一方、ＬＥＤ光源６０１ａ、６０１ｂからの光束は、それぞれ第１照明光学系６０２ａ、６０２ｂを経由して拡散板３０４に入射する。これにより、ＬＥＤ光源６０１ａ、６０１ｂの点光源が光学的に光軸Ｐ側に近づく。すなわち、第１照明光学系６０２ａ、６０２ｂの屈折により、一対のＬＥＤ光源５０１ａ、５０１ｂを光学的に近接して配置することによって、瞳中心でさらに明るい映像を観察可能としている。

（実施形態４）
図１５は、第４の実施形態に係る映像表示装置４の概略構成図である。映像表示装置４は、観察者の眼前に配置されて使用される頭部装着型表示装置（ヘッドマウンテッドディスプレイ（ＨＭＤ））であり、第３の実施形態における映像表示装置３を適用したものである。同図の符号７１０は頭部装着型表示装置の上面図を、符号７２０は正面図を、符号７３０は側面図を示している。映像表示装置４は、表示筐体７０１、第１透明基板７０２、第２透明基板７０３、ブリッジ７０４、鼻当て部材７０５、左フレーム７０６、右フレーム７０７、左テンプル７０８、右テンプル７０９及びケーブル７１１を備えている。

表示筐体７０１は、ＬＥＤやＬＣＤを備えて映像の表示駆動を行うものであり、映像表示装置３におけるＬＥＤ光源３０１、第１及び第２照明光学系３０２、３０３、拡散板３０４及びＬＣＤ３０５に相当する各機能部を内蔵している。第１及び第２透明基板７０２、７０３は、それぞれ第１及び第２透明基板３０７、３０８に相当する平板状のプリズム（投影光学系）である。第１透明基板７０２の下端部（各透明基板同士の接合面）にはＨＯＥ３０６に相当するＨＯＥ７０２１（投影光学系）が設けられており、第１透明基板７０２に上端側から入射された表示筐体７０１からの映像光を該ＨＯＥ７０２１により回折し、虚像として光学瞳（この光学瞳はテンプル側に位置する）に導く。なお、第１透明基板７０２のクサビ状部（上記接合面部）での光の屈折は第２透明基板７０３によってキャンセルされる。

ブリッジ７０４は、第１透明基板７０２、鼻当て部材７０５及び左フレーム７０６を支持するものである。鼻当て部材７０５は、観察者の鼻頭等に当接させて映像表示装置４自体の頭部への保持及び装着位置調整を行うためのものである。左フレーム７０６は、ブリッジ７０４に支持されるとともに、ヒンジ部７０６１を介して左テンプル７０８を支持するものである。右フレーム７０７は、第１透明基板７０２を支持するとともに、ヒンジ部７０７１を介して右テンプル７０９を支持するものである。左テンプル７０８及び右テンプル７０９は、例えば弾性材からなり（可撓性を有し）、観察者の耳や側頭部に掛止して上記鼻当て部材７０５とともに映像表示装置４の頭部への保持及び装着位置調整を行うためのものである。ケーブル７１１は、表示筐体７０１に電源及び映像信号を供給するものであり、例えば右テンプル７０９に沿って該右テンプル７０９に支持されている。

観察者は、通常の眼鏡と同様にして映像表示装置４を眼前に保持して、表示筐体７０１による映像を虚像として観察することができるとともに、第１及び第２透明基板７０２、７０３を透過して通常どおりに外界を見ることができる。

映像表示装置４は、第１及び第２透明基板７０２、７０３の前方に所定の外光減光部材７１２を備えてもよく、これにより、第１及び第２透明基板７０２、７０３に対する外界透過率を減少させて映像を見易くすることができる。ただし、この場合、外界透過率を例えば５０％以上に設定するなどして、当該映像を見易くするだけでなく外界が見難くならないよう調整することが好ましい。また、ここでは第１及び第２透明基板７０２、７０３を平板状のプリズムとしているが、これに限らず例えば曲率を有した矯正眼鏡レンズとしてもよい。

なお、上記映像表示装置４では、表示筐体７０１を片側（右側）に備え、該片側のみで映像を観察する構成としているが、図１６に示す映像表示装置４ａのように、表示筐体を左右両側に備えて両側で映像を観察する構成としてもよい。この場合、同図に示すように映像表示装置４に対してさらに、表示筐体８０１、第１及び第２透明基板８０２、８０３、ＨＯＥ８０２１及びケーブル８０４が設けられている。この場合も、映像表示装置４と同様、各透明基板を曲率を有した矯正眼鏡レンズとしてもよい。

（実施形態５）
図１７は、第５の実施形態に係る映像表示装置５の概略構成図である。図１７に示すように、映像表示装置５は、ＬＥＤ光源９０１、第１照明光学系９０２、第２照明光学系９０３、拡散板９０４、ＬＣＤ９０５、投影レンズ９０６及びスクリーン９０７を備えている。映像表示装置５は、スクリーン９０７を用い、上記各実施形態における虚像表示に替えてスクリーン投影を行うものである。ＬＥＤ光源９０１は、ＬＥＤ光源１０１と同様、ＲＧＢ一体型の光源である。第１照明光学系９０２は、第１照明光学系１０２と同様、ＬＥＤ光源９０１（ＬＥＤ光源９０１ａ、９０１ｂ）の光を屈折させて各点光源（ＬＥＤ９０１Ｒ１〜９０１Ｂ１、ＬＥＤ９０１Ｒ２〜９０１Ｂ２）を光学的に光軸Ｐ側に近づける、すなわちＬＥＤ光源９０１ａ、９０１ｂを光学的に近接して配置するものである。第２照明光学系９０３は、光源光を集光する照明レンズである。拡散板９０４は、ＬＣＤ９０５近傍に配設された、ＬＥＤ光源９０１の光を拡散する拡散板である。ＬＣＤ９０５は、透過型のカラーＬＣＤである。投影レンズ９０６は、正のパワーを有するレンズからなる投影光学系であり、その光学瞳とＬＥＤ光源９０１とを略共役に設定している。スクリーン９０７は、同じく投影光学系であり、投影レンズ９０６による映像光が投影されるものである。このような構成の映像表示装置５とすることにより、輝度ムラや色ムラの無い明るい映像をスクリーン投影することができる。

以上のように、本実施形態の映像表示装置１（２、３、４、４ａ、５）によれば、ピーク波長が異なる複数の点光源（ＬＥＤ）を備える少なくとも一対のＬＥＤユニットつまりＬＥＤ光源１０１ａ、１０１ｂ（ＬＥＤ光源２０１ａ、２０１ｂ、ＬＥＤ光源３０１ａ、３０１ｂ、ＬＥＤ光源４０１ａ、４０１ｂ、ＬＥＤ光源５０１ａ、５０１ｂ、ＬＥＤ光源６０１ａ、６０１ｂ、ＬＥＤ光源９０１ａ、９０１ｂ）からなるＬＥＤ光源１０１（２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、９０１）と、ＬＥＤ光源１０１の光を変調して映像を生成するＬＣＤ１０５（２０５、３０５、９０５）と、ＬＥＤ光源１０１とＬＣＤ１０５との間に配置されて、一対のＬＥＤ光源１０１を光学的に近接させるように該ＬＥＤ光源１０１の光をＬＣＤ１０５に導く第１照明光学系１０２（２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、９０２）と、ＬＣＤ１０５で生成された映像を投影する投影レンズ１０６（２０６、９０６）とを備えており、上記ＬＥＤ光源１０１とＬＣＤ１０５との間に配置された第１照明光学系１０２によって一対のＬＥＤ光源１０１ａ、１０１ｂが光学的に近接されることから、当該各ＬＥＤユニット（ＬＥＤユニットの点光源）を見かけ上、実際より近づけることができるので、点光源による表示映像の輝度ムラや色ムラを少なくでき、より明るい、高画質な映像を表示することができる。なお、例えば装置のパッケージや光源ピッチ等が大きい場合であっても、表示映像における点光源間隔の拡大を防止して輝度ムラや色ムラの発生を抑えるとともに、拡散度の高い拡散板を使用することなどなく明るい映像を得ることが可能となる。また、第１照明光学系１０２を用いて一対のＬＥＤ光源１０１ａ、１０１ｂを光学的に近接させるという簡易な構成であるので、小型、軽量、ひいては低コストな映像表示装置を実現することができる。

また、ＬＥＤ光源１０１は、一対のＬＥＤ光源１０１ａ、１０１ｂにおける各点光源が色毎（Ｒ、Ｇ、Ｂの色毎）に光軸Ｐ（投影レンズ１０６（２０６、９０６）の光軸）を含む光軸面に略対称となるように配置されたものであることから、すなわち、各ＬＥＤユニットの点光源が色毎に光軸面に略対称に配置されることから、各色の光学瞳が光軸Ｐに対称に形成されるので、色ムラの小さい映像を表示することができる。

また、第１照明光学系１０２（２０２、３０２、５０２、６０２、９０２）は、光軸Ｐを中心として外側へ向けて広がる断面テーパ形状のプリズムであり、該広がる角度をθとすると、１５度≦θ≦４５度の関係を有している。このように、第１照明光学系１０２が断面テーパ形状のプリズムという簡易な構成のプリズム（クサビプリズム）であるので、このプリズムを安価なものとすることができ、ひいては装置の低コス化を図ることができる。また、プリズムの広がる角度θを１５度≦θ≦４５度の角度（例えば３０度程度）としたので、プリズムへの光の入射角を６０度以下にすることができ、プリズムの表面及び裏面反射による損失が少なく、明るい映像を得ることができる。

また、図１１に示すように、第１照明光学系５０２は、ＬＥＤ光源５０１ａ、５０１ｂからの光がプリズムの内部で全反射する全反射面を備える、すなわち、ＬＥＤ光源５０１ａ、５０１ｂからの光がプリズム内部で全反射する構成であるので、この構成を利用して、ＬＥＤ光源５０１ａ、５０１ｂ（複数の点光源）の向き（配置）を変えて、当該一対のＬＥＤ光源５０１ａ、５０１ｂを光学的にさらに近づけることができ、表示映像をさらに明るくすることができる。

また、各ＬＥＤ光源１０１ａ、１０１ｂ（ＬＥＤ光源２０１ａ、２０１ｂ、ＬＥＤ光源３０１ａ、３０１ｂ、ＬＥＤ光源６０１ａ、６０１ｂ、６０１ｃ、ＬＥＤ光源９０１ａ、９０１ｂ）は、光軸Ｐに対して略垂直方向に複数の点光源が並ぶように並設されており、この並設されたＬＥＤ光源１０１ａ、１０１ｂ間の距離は５ｍｍ以下であるので、当該ＬＥＤ光源１０１ａ、１０１ｂ間の距離が５ｍｍ以下とされてＬＥＤユニット間距離が短いので、コンパクトな装置とすることができる。また、当該ＬＥＤユニット間距離が短い、すなわち各ＬＥＤユニットの点光源がより近づくように（集合するように）配置されるので、各点光源の光強度は弱いものであるにも拘わらず、焦点距離が短い照明光学系すなわち第２照明光学系１０３（２０３、３０３、９０３）を用いるなどして、明るい映像を表示することが可能となる。

また、ＬＥＤ光源１０１近傍に物側焦点が位置するように第１照明光学系１０２とＬＣＤ１０５との間に配置され、且つ光学瞳１０７とＬＥＤ光源１０１とがＹ方向で略共役となる第２照明光学系１０３を備えた光学配置となるので、ケーラー照明されることになり輝度ムラや色ムラが無く、またＬＥＤ光源１０１（各点光源）と光学瞳１０７とが共役であるので、より効率良く明るい映像を表示することができる。

また、面内の直交方向に拡散度が異なり、且つＸ方向に拡散度が大きい拡散板１０４（２０４、３０４、９０４）とされるので、離間した点光源をムラ無く拡散し、輝度ムラや色ムラの無い映像を表示することができ、また、Ｘ方向に拡散度が大きい、すなわち或る一方向には拡散度が大きくない（小さい）ので、明るい映像となる。

また、軸非対称な構成且つ光学パワーをホログラム光学素子つまりＨＯＥ３０６（７０２１、８０２１）に持たせたので、光学配置の自由度が高くなり、ひいては装置の小型化（コンパクト化）を図ることができる。

また、ＨＯＥ３０６は、光軸Ｐの該ＨＯＥ３０６に対する入射面がＹ方向と略平行となるように配置されている、すなわち、ＨＯＥ３０６の入射面と垂直な方向（Ｘ軸方向）に点光源が並んでいるので、ＨＯＥ３０６の波長選択性によって映像光の波長が揃い、色純度の高い映像を表示することができる。

また、ＨＯＥ３０６において映像（映像光）と外界光とを重ねることが可能に構成された、すなわちホログラム光学素子を用いたコンバイナとしたので、外光透過率が高く、明るい外界を見ながら明るい映像を見ることが可能となる。

また、映像光を全反射し且つ外界光を透過する第１透明基板３０７（７０２、８０２）を用いたので、外界光の第１透明基板３０７における透過率を低下させることなく（外界光の透過率が高く）明るい外界を見ることができるとともに、第１透明基板３０７の小型化、ひいては装置の小型化が可能となる。

また、第１透明基板３０７における光の屈折を相殺しつつ外光を透過する第２透明基板３０８（７０３、８０３）を備える構成とされるので、すなわち、このような第２透明基板３０８及び第１透明基板３０７を用いた投影光学系とすることができるので、投影光学系の自由度を増して小型化を可能にしながら、明るい外界を見ることが可能となる。

さらに、観察者の頭部に装着するための頭部装着手段（左右テンプル７０８、７０９や鼻当て部材７０５、或いは左右フレーム７０６、７０７やブリッジ７０４）を備えることにより、装置の頭部への装着が可能となり、ひいては快適に映像を観察することができる。

第１の実施形態に係る映像表示装置の概略構成図であり、Ｙ方向における該映像表示装置の断面図及び光路を示す図である。 図１に示す映像表示装置のＸ方向における断面図及び光路を示す図である。 第２の実施形態に係る映像表示装置の概略構成図であり、Ｙ方向における該映像表示装置の断面図及び光路を示す図である。 図３に示す映像表示装置のＸ方向における断面図及び光路を示す図である。 光学瞳におけるＸ軸方向のＧ色の光の光強度分布を示す図である。 光学瞳におけるＸ軸方向のＧ色の光の光強度分布を示す図である。 第３の実施形態に係る映像表示装置の概略構成図であり、Ｙ方向における該映像表示装置の断面図及び光路を示す図である。 図７に示す映像表示装置のＸ方向における断面図及び光路を示す図である。 光学瞳におけるＸ方向の光強度分布を示すグラフ図である。 図７、８に示すＬＥＤ光源及び第１照明光学系の一変形例を示す図である。 図７、８に示すＬＥＤ光源及び第１照明光学系の一変形例を示す図である。 図７、８に示すＬＥＤ光源及び第１照明光学系の一変形例を示す図である。 ＬＥＤの分光強度分布を示すグラフ図である。 ホログラム光学素子の波長と回折効率との関係を示すグラフ図である。 第４の実施形態に係る映像表示装置の概略構成図である。 図１５に示す映像表示装置の一変形例を示す図である。 第５の実施形態に係る映像表示装置の概略構成図である。

符号の説明

１、２、３、４、４ａ、５ 映像表示装置
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、９０１ ＬＥＤ光源（光源）
１０１ａ、１０１ｂ、２０１ａ、２０１ｂ、３０１ａ、３０１ｂ、４０１ａ、４０１ｂ 、５０１ａ、５０１ｂ、６０１ａ、６０１ｂ、６０１ｃ、９０１ａ、９０１ｂ ＬＥＤ光源（光源ユニット）
１０１Ｒ１〜１０１Ｂ１、１０１Ｒ２〜１０１Ｂ２、２０１Ｒ１〜２０１Ｂ１、２０１Ｒ２〜２０１Ｂ２、３０１Ｒ１〜３０１Ｂ１、３０１Ｒ２〜３０１Ｂ２、９０１Ｒ１〜９０１Ｂ１、９０１Ｒ２〜９０１Ｂ２ ＬＥＤ（点光源）
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、９０２ 第１照明光学系（第１の照明光学系）
１０３、２０３、３０３、９０３ 第２照明光学系（第２の照明光学系）
１０４、２０４、３０４、９０４ 拡散板
１０５、２０５、３０５、９０５ ＬＣＤ（空間変調器）
１０６、２０６、９０６ 投影レンズ（投影光学系）
１０７、２０７、３０９ 光学瞳
３０６、７０２１、８０２１ ＨＯＥ（ホログラム光学素子、投影光学系）
３０７、７０２、８０２ 第１透明基板（第１の透明基板）
３０８、７０３、８０３ 第２透明基板（第２の透明基板）
７０１、８０１ 表示筐体
７０４ ブリッジ（頭部装着手段）
７０５ 鼻当て部材（頭部装着手段）
７０６ 左フレーム（頭部装着手段）
７０７ 右フレーム（頭部装着手段）
７０８ 左テンプル（頭部装着手段）
７０９ 右テンプル（頭部装着手段）
９０７ スクリーン（投影光学系）
Ｐ 光軸

Claims (13)

1. ピーク波長が異なる複数の点光源を備える少なくとも一対の光源ユニットと、
   前記光源ユニットの光を変調して映像を生成する空間変調器と、
   前記光源ユニットと前記空間変調器との間に配置されて、前記一対の光源ユニットを光学的に近接させるように該光源ユニットの光を空間変調器に導く第１の照明光学系と、
   前記空間変調器で生成された映像を投影する投影光学系とを備えることを特徴とする映像表示装置。
2. 前記各点光源は、所定色の点光源であり、
   前記一対の光源ユニットは、該各光源ユニットにおける各点光源が前記色毎に前記投影光学系の光軸を含む面に略対称となるように配置されたものであることを特徴とする請求項１記載の映像表示装置。
3. 前記第１の照明光学系は、前記投影光学系の光軸を中心として外側へ向けて広がる断面テーパ形状のプリズムであり、当該広がる角度をθとすると、１５度≦θ≦４５度の関係を有していることを特徴とする請求項１又は２記載の映像表示装置。
4. 前記第１の照明光学系は、前記光源ユニットからの光が前記プリズムの内部で全反射する全反射面を備えることを特徴とする請求項３記載の映像表示装置。
5. 前記一対の光源ユニットは、前記投影光学系の光軸に対して略垂直方向に複数の点光源が並ぶように並設されており、該並設された光源ユニット間の距離は５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の映像表示装置。
6. 前記光源ユニットの近傍に物側焦点が位置するように前記第１の照明光学系と前記空間変調器との間に配置されて、且つ、前記投影光学系の光学瞳と前記光源ユニットとが、前記点光源の並ぶＸ方向と垂直なＹ方向において略共役となる第２の照明光学系をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の映像表示装置。
7. 前記光源ユニットの光を拡散する拡散板をさらに備え、
   前記拡散板は、該拡散板の面内における直交方向に拡散度が異なり、且つ、前記点光源の並ぶＸ方向に該拡散度が大きいものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の映像表示装置。
8. 前記投影光学系は、ホログラム光学素子を備え、該ホログラム光学素子は軸非対称な正の光学パワーを有するものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の映像表示装置。
9. 前記ホログラム光学素子は、前記投影光学系の光軸の該ホログラム光学素子に対する入射面が前記Ｙ方向と略平行となるように配置されていることを特徴とする請求項８記載の映像表示装置。
10. 前記投影光学系は、前記ホログラム光学素子において前記映像と外光とを重ねることが可能に構成されたものであることを特徴とする請求項８又は９記載の映像表示装置。
11. 前記投影光学系は、前記空間変調器からの映像光を全反射するとともに、外光を透過する第１の透明基板をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の映像表示装置。
12. 前記投影光学系は、前記第１の透明基板における光の屈折を相殺しつつ外光を透過する第２の透明基板をさらに備えることを特徴とする請求項１１記載の映像表示装置。
13. ユーザの頭部に装着するための頭部装着手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の映像表示装置。

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