JP2007079298A - 映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 輝度ムラや色ムラの無い且つより明るい、高画質な映像を表示する。
【解決手段】 複数の点光源を備える光源（ＬＥＤ光源）と、光源の光を変調して映像を生成する空間変調器（ＬＣＤ）と、光源と空間変調器との間に配置されて光源の光を集光する第１の照明光学系と、第１の照明光学系と空間変調器との間に配置されて光源の光を集光する第２の照明光学系と、空間変調器で生成された映像を虚像として光学瞳に導く接眼光学系とを備える。この第１の照明光学系は１／ｆ１ｘ＜１／ｆ１ｙ、０＜１／ｆ１ｙの関係を有し、第２の照明光学系は０＜１／ｆ２ｙの関係を有し、また、第１及び第２の照明光学系は１／ｆｘ＜１／ｆｙの関係を有する。
【選択図】 図１

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、この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、さらに明るい映像を得るためにレンズの焦点距離を短くすると、すなわちレンズに対して点光源を近づけた配置にすると、上記シリンダーレンズのような球面レンズの場合、表示映像における各点光源の間隔が拡大されてしまうので、当該各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しなければならず、さらに明るくし難いという課題があった。また、レンズの焦点距離を短くすると、点光源と液晶表示デバイスとの距離が短くなり、複数の点光源による均一照射が行い難いという課題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、輝度ムラや色ムラの無い、且つ、より明るい、高画質な映像を表示することが可能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、複数の点光源を備える光源と、前記光源の光を変調して映像を生成する空間変調器と、前記光源と前記空間変調器との間に配置されて、該光源の光を集光する第１の照明光学系と、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、前記光源の光を集光する第２の照明光学系と、前記空間変調器で生成された映像を虚像として光学瞳に導く接眼光学系とを備え、前記第１の照明光学系は、前記点光源が並ぶＸ方向における焦点距離をｆ１ｘとし、該Ｘ方向と垂直なＹ方向における焦点距離をｆ１ｙとすると、１／ｆ１ｘ＜１／ｆ１ｙ、０＜１／ｆ１ｙの関係を有し（但し、記号「／」は除算を示す）、前記第２の照明光学系は、前記Ｙ方向における焦点距離をｆ２ｙとすると、０＜１／ｆ２ｙの関係を有し、前記Ｘ方向及びＹ方向における前記第１及び第２の照明光学系の合成焦点距離をそれぞれｆｘ、ｆｙとすると、１／ｆｘ＜１／ｆｙの関係を有することを特徴とする。

この構成によれば、空間変調器によって複数の点光源を備える光源の光が変調されて映像が生成され、光源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光源の光が集光され、第１の照明光学系と空間変調器との間に配置された第２の照明光学系によって光源の光が集光され、接眼光学系によって空間変調器で生成された映像が虚像として光学瞳に導かれる。この第１の照明光学系は１／ｆ１ｘ＜１／ｆ１ｙ、０＜１／ｆ１ｙの関係を有するものとされ、第２の照明光学系は０＜１／ｆ２ｙの関係を有するものとされ、また、第１及び第２の照明光学系は１／ｆｘ＜１／ｆｙの関係を有するものとされる。

また、上記構成において、前記第１の照明光学系と前記第２の照明光学系との主点間距離をｄとすると、ｆ２ｙ／３≦ｄ≦ｆ２ｙの関係を有することが好ましい。

また、上記構成において、１／ｆ１ｙ＞１／ｆ２ｙの関係を有することが好ましい。

また、上記構成において、前記光学瞳と光源とは、前記Ｙ方向において略共役であることが好ましい。

また、上記構成において、前記第１の照明光学系と前記第２の照明光学系とが合成されてなすＸ方向の焦点位置と、Ｙ方向の焦点位置とが略一致する関係を有することが好ましい。

また、上記構成において、１／ｆ１ｘ＜１／ｆ２ｘの関係を有することが好ましい。

また、上記構成において、１／ｆ１ｘ＝０、１／ｆ１ｙ＞０の関係を有することが好ましい。

また、上記構成において、前記複数の点光源は、それぞれピークの波長が異なる点光源であることが好ましい。

また、上記構成において、前記光源は、前記ピークの波長が異なる点光源を複数備え、同波長のピークの点光源が前記接眼光学系の光軸を含む面に略対称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、前記各点光源間の距離は１ｍｍ以下であり、前記第１及び第２の照明光学系の合成焦点距離ｆｘ、ｆｙは１０ｍｍ以下であることが好ましい。

また、上記構成において、前記第１の照明光学系と前記第２の照明光学系との間に配置されて、前記光源の光を拡散する拡散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、前記光源は、前記複数の点光源を備える光源ユニットを偶数個備えるものであり、前記第１の照明光学系は、前記各光源ユニットの点光源が光学的に近接するように反射又は屈折するものであることが好ましい。

また、上記構成において、前記接眼光学系は、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、前記接眼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、前記接眼光学系は、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、前記接眼光学系は、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、前記接眼光学系は、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、１／ｆ１ｘ＜１／ｆ１ｙ及び１／ｆｘ＜１／ｆｙの関係から、点光源が並ぶ方向（Ｘ方向）に光学パワーが弱いので複数の点光源によりムラ無く均一な照射をしながら且つ点光源が並ぶ方向と垂直な方向（Ｙ方向）に光学パワーが強いので効率良く明るい映像を得ることができる。さらに、Ｙ方向で第１の照明光学系と第２の照明光学系とに光学パワーを二分した（１／ｆ１ｙと１／ｆ２ｙとの２つに光学パワーが分かれるような構成とした）ことにより、レンズ長が長くなり（レンズ面の曲率半径が小さくなるため）、光源と空間変調器との距離がより長くなるので、Ｘ方向でより均一な照射を行うことが可能となる。したがって、輝度ムラや色ムラの無い、且つ、より明るい、高画質な映像を表示することができる。

請求項２に係る映像表示装置によれば、第１及び第２の照明光学系の主点間距離ｄを、第２の照明光学系の焦点距離ｆ２ｙの１／３以上としたので（ｆ２ｙ／３≦ｄ）、空間変調器と光源との距離をより長くでき、さらにＸ方向に均一照射ができ、輝度ムラや色ムラの無い映像を表示することができる。また、第１及び第２の照明光学系の間で結像しないので（ｄ≦ｆ２ｙ）、効率良く明る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、第１の照明光学系より第２の照明光学系のＹ方向の光学パワーを小さくしたので、空間変調器と光源との距離をより長くでき、さらにＸ方向に均一照射ができ、輝度ムラや色ムラの無い映像を表示することができる。

請求項４に係る映像表示装置によれば、光学瞳と光源とがＹ方向において略共役であるので、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５に係る映像表示装置によれば、ケーラー照明に近い照明が可能となり、映像画面内でよりＸ方向に均一照明ができ、輝度ムラや色ムラの無い映像を表示することができる。

請求項６に係る映像表示装置によれば、Ｘ方向の照明光学系（第１及び第２の照明光学系が合成されてなる照明光学系）の主点と光源との距離が長くなるので、より均一照明ができ、輝度ムラや色ムラの無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、１／ｆ１ｘ＝０、１／ｆ１ｙ＞０の関係を有するので、すなわち第１の照明光学系が例えば簡易なレンズであるシリンダーレンズ等のシリンダー光学系となるので、第１の照明光学系、ひいては装置の低コスト化を図ることができる。

請求項８に係る映像表示装置によれば、点光源がそれぞれピークの波長が異なる点光源であるので、映像のカラー表示が可能となる。つまり、色ムラが少なく色再現性の高い映像表示をすることが可能となる。

請求項９に係る映像表示装置によれば、点光源がそれぞれピークの波長が異なる点光源であるので映像のカラー表示が可能であり、且つ各色の光学瞳が光軸に対称に形成されるので、色ムラが小さく色再現性が高い。

請求項１０に係る映像表示装置によれば、点光源間距離が１ｍｍ以下と短く、且つ第１及び第２の照明光学系の合成焦点距離が１０ｍｍ以下と短いので、コンパクトな装置とすることができる。また、点光源間距離が短いので光強度が弱いにも拘わらず、合成焦点距離が短い第１及び第２の照明光学系（又は焦点距離が短い第１の照明光学系）を用いて、明るく、且つ、均一照明がなされて輝度ムラの無い映像を表示することができる。

請求項１１に係る映像表示装置によれば、拡散板と光源との距離を長くとることができるので、空間変調器を均一照明でき、輝度ムラ或いは色ムラの無い映像を表示することができる。また、拡散板が空間変調器と距離を有している（離間している）ので、接眼光学系によって拡散板が直接観察されず、画質が良い。

請求項１２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、一方向には拡散しないので、明るい映像となる。

請求項１３に係る映像表示装置によれば、離間した偶数個例えば２個の光源ユニットを光学的に近づけて（近接させて）、瞳中心でより明るい映像を表示することができる。

請求項１４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１５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１６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１７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が可能となる。

請求項１８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接眼光学系とすることができるので、接眼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１９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照明レンズ１０２、第２照明レンズ１０３、拡散板１０４、ＬＣＤ１０５及び接眼レンズ１０６を備えている。ＬＥＤ光源１０１は、所定色、例えばＧ色の発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる点光源を複数個、例えば３つ備えてなる光源である。第１照明レンズ１０２は、ＬＥＤ光源１０１の光（光源光；ＬＥＤ光）を集光するものであり、第１の照明光学系をなすものである。第２照明レンズ１０３は、光源光を集光するものであり、第２の照明光学系をなすものである。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の接眼レンズ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、例えば透過型の液晶表示パネル（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）である。接眼レンズ１０６は、正のパワーを有するレンズ（凸レンズ）からなり、観察者に対する接眼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照明レンズ１０２及び第２照明レンズ１０３によって集光されて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を介して接眼レンズ１０６の正のパワーにより虚像として光学瞳１０７（接眼光学系の射出瞳）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における３つのＧ色の点光源（ＬＥＤ１０１１〜１０１３）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平面での各点光源の位置が互いに所定距離（例えば約０．５ｍｍ）だけ垂直方向（Ｚ方向）にズレているようなものを用いてもよい（上記と同様の効果を得ることができる）。この場合、より多くの光源が直線的に並ぶ方向をＸ方向に設定すればよい。拡散板１０４は、ＬＣＤ１０５側の面を光学的に平坦な面とし、接眼レンズ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。

ここで、第１照明レンズ１０２のＸ方向における焦点距離（レンズ主点から焦点までの距離）を「ｆ１ｘ」、Ｙ方向における焦点距離を「ｆ１ｙ」とし、第２照明レンズ１０３のＸ方向における焦点距離を「ｆ２ｘ」、Ｙ方向における焦点距離を「ｆ２ｙ」とする。この焦点距離の逆数は、各レンズのパワーを示す。すなわち１／ｆ１ｘ及び１／ｆ１ｙ、１／ｆ２ｘ及び１／ｆ２ｙは、それぞれ第１及び第２照明レンズ１０２、１０３におけるＸ方向及びＹ方向のパワー（光学パワー）を示す。また、第１照明レンズ１０２と第２照明レンズ１０３とによる合成焦点距離（第１及び第２照明レンズ１０２、１０３を１つのレンズ（合成照明レンズという）として考えた場合の、当該各第１及び第２照明レンズ１０２、１０３の焦点距離が合成されてなる仮想の焦点距離）を、Ｘ方向において「ｆｘ」、Ｙ方向において「ｆｙ」とすると、同様に、１／ｆｘ及び１／ｆｙは、それぞれ上記合成照明レンズにおけるＸ方向及びＹ方向の合成パワーを示す。なお、第１及び第２照明レンズ１０２、１０３の主点間距離を「ｄ」とする。

第１照明レンズ１０２は、Ｘ方向にパワーが無く（１／ｆ１ｘ＝０（ゼロ）；ｆ１ｘは無限（∞）であり、不図示である）、Ｙ方向に正のパワー（例えば１／ｆ１ｙ＝１；ｆ１ｙ＝１ｍｍ）を有し、光を一方向に集光するシリンダーレンズ（Ｙ方向で一方側が凸レンズに形成されてなる所謂平凸状（半円柱状）の簡易な構成のレンズ）である。すなわち第１照明レンズ１０２は、１／ｆ１ｘ＜１／ｆ１ｙ（Ｘ方向のパワーよりもＹ方向のパワーの方が大きい）、且つ０＜１／ｆ１ｙの関係を有している。なお、ここでは、上記Ｘ方向にパワーが無いものとしているが、Ｘ方向にパワー（正のパワー）を有していてもよい。ただしこの場合も上記１／ｆ１ｘ＜１／ｆ１ｙを満たす構成とする（以降の第１照明レンズ２０２、３０２、４０２、５０２、６０２も同様）。また、第２照明レンズ１０３は、光軸Ｐに回転対称（軸対称）な正のパワー（０＜１／ｆ２ｘ、０＜１／ｆ２ｙ、例えば１／ｆ２ｘ＝１／ｆ２ｙ＝１／６；ｆ２ｘ＝ｆ２ｙ＝６ｍｍ）を有する非球面レンズである。また、これら第１及び第２照明レンズ１０２、１０３は、Ｙ方向の物側主点位置の距離を例えばｄ＝５ｍｍだけ離間して配置されており、従って、上記合成照明レンズによるＹ方向の合成焦点距離ｆｙは、Ｙ方向における以下の（１）式に示す関係から求めることができ、ｆｙ＝３ｍｍとなる。
１／ｆｙ＝１／ｆ１ｙ＋１／ｆ２ｙ−ｄ／（ｆ１ｙ＊ｆ２ｙ） ・・・（１）
但し、記号「／」は除算を、記号「＊」は乗算を示す（以下同様）。
上記（１）式に示すように、合成焦点距離は、第１及び第２照明レンズ１０２、１０３の焦点距離と、主点間距離ｄとから求めることができる。

ところで、上記主点間距離ｄ＝５ｍｍは、第２照明レンズ１０３のＹ方向の焦点距離ｆ２ｙ（＝６ｍｍ）の例えば３分の１以上の長さで且つｆ２ｙ以下の長さ（ｆ２ｙ／３≦ｄ≦ｆ２ｙ）として設定している。これは主点間距離ｄをより大きく設定することで、ＬＣＤ１０５とＬＥＤ光源１０１との距離をより長くすることができ且つＸ方向での均一照射が可能となって輝度ムラのない映像を得ることができるようにするためであり、また第１及び第２照明レンズ１０２、１０３間での結像を防ぎ、効率良く明るい映像を得るためである。また、第１及び第２照明レンズ１０２、１０３において、上述のように１／ｆ１ｙ（＝１）＞１／ｆ２ｙ（＝１／６）の関係を有するよう設定しているが、これは、ＬＣＤ１０５とＬＥＤ光源１０１との距離をより長くすることができ且つＸ方向での均一照射が可能となって輝度ムラの無い映像を得ることができるようにするためである。

また、第１照明レンズ１０２において、１／ｆ１ｘ（＝０）＜１／ｆ２ｘ（＝１／６）の関係を有するよう設定しているが、これは、Ｘ方向の第１照明レンズ１０２の主点とＬＥＤ光源１０１との距離をより長くすることができ、Ｘ方向での均一照射が可能となって輝度ムラの無い映像を得ることができるようにするためである。さらに、第２照明レンズ１０３において、上記１／ｆ２ｘ＝１／ｆ２ｙ（＝１／６）というようにＸ方向とＹ方向とでパワーを等しく設定しているが、厳密に等しくなくともよく、略等しければよい（１／ｆ２ｘ≒１／ｆ２ｙ）。なお、ここでは接眼レンズ１０６の焦点距離を例えば２０ｍｍとしている。この場合、Ｙ方向（上下方向）におけるＬＥＤ光源１０１の像倍率は、上記ｆｙ＝３ｍｍとから約７倍（＝２０／３）となり、上記約０．３ｍｍ角の点光源は光学瞳１０７上で約２ｍｍの大きさとなる。しかしながら実際にはＬＣＤなどで拡散されるので約５ｍｍの大きさとなっている。

また、上記合成照明レンズによるＸ方向の合成焦点距離ｆｘは、ｆｘ＝ｆ２ｘ及び上記ｆ２ｘ＝６ｍｍの関係より、ｆｘ＝６ｍｍとなる。このように、第１及び第２照明レンズ１０２、１０３の焦点距離（合成焦点距離）は、Ｘ方向とＹ方向とで異なるが、主点間距離ｄを長く設定しているため、符号１０８に示すＸ方向の物側焦点位置と、符号１０９に示すＹ方向の物側焦点位置とが互いに近接したものとなっている（設計によりこれらの位置を一致させることもできる）。つまり、１／ｆ２ｘ≒１／ｆ２ｙとすることにより、簡易に第１照明レンズ１０２と第２照明レンズ１０３とが合成されてなす焦点位置をＸ方向とＹ方向とで略一致する構成としている。これにより、Ｘ方向、Ｙ方向ともにケーラー照明に近い照明をすることができる。なお、上記ｆｘ＝ｆ２ｘの関係について、合成焦点距離ｆｘは、Ｘ方向のパワーがゼロである第１照明レンズ１０２が第２照明レンズ１０３と合成されたとしても、第２照明レンズ１０３の焦点距離ｆ２ｘの大きさは変化しないものの、その位置は、図２に示すように、第１照明レンズ１０２により屈折される分だけ後方側へズレている。

このように、第１及び第２照明レンズ１０２、１０３によって、Ｙ方向には像倍率が大きくてより集光するパワーの強いレンズ（合成照明レンズ）として機能し、Ｘ方向には像倍率を小さくして各点光源の間隔が大きくならないパワーの弱いレンズとして機能するように構成されている。このような構成により、Ｙ方向には一層明るく、Ｘ方向には各点光源による均一照射を容易にして輝度ムラの無い、明るい映像を得ることが可能となる。

また、ＬＥＤ光源１０１を第１及び第２照明レンズ１０２、１０３の符号１１０及び符号１１１に示す合成物側焦点位置近傍に配置し、接眼レンズ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とは共役な位置関係（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の輝度ムラをＬＣＤ１０５画面（ＬＣＤ像、映像画面）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が少なく、ＬＣＤ１０５の画面内の輝度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、輝度ムラの無い映像を観察することができる。

ところで、上記第１の実施形態では、Ｘ方向とＹ方向とでパワーの異なる第１照明レンズ１０２を備えて、第２照明レンズ１０３とともに所要の映像を得る構成としているが、このような構成とする背景について、図３、４及び図２４、２５を用いて概念的に説明する。図３に示すＬＥＤ１５１、照明レンズ１５３、ＬＣＤ１５５及び接眼レンズ１５６は、それぞれ上記ＬＥＤ光源１０１、第２照明レンズ１０３、ＬＣＤ１０５及び接眼レンズ１０６に相当するものである（拡散板は図示省略）。図３において、照明レンズ１５３の焦点距離をｆ_Ｌ、接眼レンズ１５６の焦点距離をｆｅとし、これらの長さを例えばｆ_Ｌ＝６ｍｍ、ｆｅ＝２０ｍｍとする。また、ＬＥＤ１５１における各点光源（ＬＥＤ）のサイズを上記０．３ｍｍ角、符号１５７に示す各点光源の間隔を０．５ｍｍとする。この場合、像倍率（＝ｆｅ／ｆ_Ｌ）は約３倍（＝２０／６）となり、当該点光源の間隔０．５ｍｍは、符号１５８に示す約１．５ｍｍ（＝０．５＊３）の大きさの間隔に拡大される。各点光源自体の大きさは約１ｍｍ（＝０．３＊３）に拡大される。

例えば現状がこのような構成である映像表示装置において、さらに明るい映像（高画質な映像）を得ようとする場合、ＬＥＤ１５１自体の光の強さは決まっているため、例えば図４（ａ）に示すようにＬＥＤ１５１を照明レンズ１５３に近づける、すなわち照明レンズ１５３の焦点距離ｆ_Ｌの長さが、上記ｆ_Ｌ＝６ｍｍからｆ_Ｌ＝３ｍｍとなるよう短く設定し（照明レンズ１５３のパワーを強くする）、このときの照明レンズ１５３の焦点位置にＬＥＤ１５１を配置させることで、ＬＥＤ１５１の発散光の稜角が大きくなるようにすなわちＬＥＤ光の放射角内のより広範囲の光を利用できるようにしたとする（ＬＥＤ１５１をｆ_Ｌ＝３ｍｍでの焦点位置よりも照明レンズ１５３寄りに配置してもよいが（これは、後述するＸ方向では光像を拡散させて映像範囲を広げるようにするからである）、各点光源が互いに外側に離れていってしまうので、ＬＥＤ１５１は焦点位置に配置させることが望ましい）。

しかしながら、焦点距離ｆ_Ｌを６ｍｍから３ｍｍと短くしてＬＥＤ１５１を照明レンズ１５３側に近づけて配置すると、像倍率が上記約３倍（＝２０／６）から約７倍（＝２０／３）となる。すなわち符合１５８に示す間隔が上記約１．５ｍｍから約３．５ｍｍと大きく離間してしまう。この離間した各点光源の映像を混合するためには、より拡散度の大きな拡散板を用いなければならず、これにより光の拡散度合いが大きくなってしまい（光を逃がしてしまい）、使用できる光がさらに少なくなる。このように、明るい映像を得るためにＬＥＤ１５１を照明レンズ１５３に近づけたのに、逆に、明るさを弱めることになってしまう。

例えば図２４、２５に示すように、上記照明レンズ１５９を設置せずに（照明レンズ１５３、１５９からなる合成照明レンズを構成せずに）、例えばＸ方向にパワーが弱く、Ｙ方向にパワーが強い所謂アナモルフィックな１つの照明レンズ９０３を用いて、Ｙ方向でＬＥＤ９０１（ＲＧＢ一体型）と光学瞳９０７（この光学瞳９０７には接眼レンズ９０６によってＬＥＤ９０１の虚像が導かれる）とを共役にして、換言すれば上述のようにＬＥＤ９０１を照明レンズ９０３に近づけて（焦点距離を短くして）、映像を明るくしようとした場合、Ｘ方向での共役関係が大きく崩れてしまい、Ｘ方向の照明レンズ９０３の主点にＬＥＤ９０１が近づくので像倍率が増大し、光学瞳９０７上で輝度ムラや色ムラが大きくなる。また、ＬＣＤ９０５とＬＥＤ９０１との距離が短くなり、ＬＣＤ９０５の映像内で輝度ムラや色ムラが大きくなってしまう。

そこで、図４（ｂ）に示すように、ＬＥＤ１５１と照明レンズ１５３との間に照明レンズ１５９を設ける、すなわち照明レンズ１５３に加えてさらに照明レンズ１５９を設けて２つの照明レンズからなる照明光学系とすることで、焦点距離を短くして明るくする一方、焦点距離はそのままで（短くせずに）点光源を大きく離間させない（拡散度が大きくなりＬＥＤ光をロスさせない）という相反する条件を満たすようにする。これが上記第１の実施形態において、ＬＥＤ光源１０１と第２照明レンズ１０３との間に第１照明レンズ１０２を設けることであり、この第１照明レンズ２０２を、光を一方向に集光する（Ｘ方向にパワーが無くＹ方向に正のパワーを有する）シリンダーレンズとすることで、第１照明レンズ２０２と第２照明レンズ１０３とによる合成焦点距離（合成パワー）がＸ方向とＹ方向とで異なるようにする。すなわち、拡散しない側の方向（Ｙ方向；上下方向）に合成焦点距離が短い方（ｆｙ＝３ｍｍ；図４（ｂ）に概略的に示す合成焦点距離Ｆｙに相当）を設定し、この方向ではより多くの光を集光させて一層明るい映像を得て、一方、拡散させて映像範囲を広げる側の方向（Ｘ方向；左右方向）に合成焦点距離が長い方（ｆｘ＝６ｍｍ；図４（ｂ）に概略的に示す合成焦点距離Ｆｘに相当）を設定し、この方向では各点光源による均一照射を容易にして輝度ムラの無い明るい映像を得るようにする。

（実施形態２）
図５、６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５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６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５、６に示すように、映像表示装置２は、ＬＥＤ光源２０１、第１照明レンズ２０２、第２照明レンズ２０３、拡散板２０４、ＬＣＤ２０５及び接眼レンズ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が３色光源であること、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、接眼レンズ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。また、第１照明レンズ２０２のパワーが第１照明レンズ１０２のパワーと若干異なる。その他の構成については第１の実施形態と同じである。

ＬＥＤ光源２０１は、複数種類、例えばＲ、Ｇ、Ｂ３色のＬＥＤ（Ｒ、Ｇ、Ｂ色それぞれに対応するＬＥＤ２０１Ｒ〜２０１Ｂ）を点光源として備える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。ＬＥＤ光源２０１の各点光源は、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２０１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（ＬＥＤ２０１Ｂ）のみが所定距離（例えば約０．５ｍｍ）だけ垂直方向（Ｚ方向）にズレているようなものを用いてもよい（上記と同様の効果を得ることができる）。この場合、より多くの光源が直線的に並ぶ方向をＸ方向に設定すればよい。拡散板２０４は、上述したように方向によって拡散度が異なり、例えばＸ方向に半値で約４０度、Ｙ方向に半値で約０．５度拡散する。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。

第１照明レンズ２０２は、Ｘ方向にパワーが無く（１／ｆ１ｘ＝０）、Ｙ方向に正のパワー（１／ｆ１ｙ＝１／２；ｆ１ｙ＝２ｍｍ）を有するシリンダーレンズである。第２照明レンズ２０３は、第２照明レンズ１０３と同じく、光軸Ｐに軸対称な正のパワー（１／ｆ２ｘ＝１／ｆ２ｙ＝１／６；ｆ２ｘ＝ｆ２ｙ＝６ｍｍ）を有する非球面レンズである。これら第１及び第２照明レンズ２０２、２０３は、Ｙ方向の物側主点位置の距離を例えばｄ＝５ｍｍだけ離間して配置されており、従って、第１及び第２照明レンズ２０２、２０３（合成照明レンズ）によるＹ方向の合成焦点距離ｆｙは、Ｙ方向における、上記（１）式に示す関係から求めることができ、この場合、ｆｙ＝４ｍｍとなる。合成照明レンズによるＸ方向の合成焦点距離ｆｘは、ｆｘ＝ｆ２ｘ及び上記ｆ２ｘ＝６ｍｍの関係より、ｆｘ＝６ｍｍとなる。このように、第１及び第２照明レンズ２０２、２０３の焦点距離（合成焦点距離）は、Ｘ方向とＹ方向とで異なるが、主点間距離ｄを長く設定しているため、第１の実施形態と同様、Ｘ方向の物側焦点位置とＹ方向の物側焦点位置とが互いに近接したものとなっている。

このように、第１及び第２照明レンズ２０２、２０３は、Ｙ方向には像倍率が大きくてより集光するパワーの強いレンズ（合成照明レンズ）であり、Ｘ方向には像倍率を小さくして各点光源の間隔が大きくならないパワーの弱いレンズであるように構成されている。このような構成により、Ｙ方向には一層明るく、Ｘ方向には各色の点光源の色混ぜを容易にして（各色の点光源による均一照射を容易にして）輝度ムラや色ムラの無い、明るい映像を得ることが可能となる。

また、ＬＥＤ光源２０１を符号２１０に示すＹ方向の合成物側焦点位置近傍に配置し、接眼レンズ２０６を含めてＹ方向でＬＥＤ光源２０１と光学瞳２０７とが略共役な位置関係にある。ただし、Ｘ方向には拡散板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、Ｘ方向及びＹ方向でＬＣＤ２０５をケーラー照明に近い照明をすることになり、ＬＥＤ光源２０１の輝度ムラや色ムラをＬＣＤ２０５画面（ＬＣＤ像、映像画面）内で小さくすることができる。また、Ｙ方向では、このように光学瞳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照明レンズ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に映り込み、接眼レンズ２０６を通して観察される当該凹凸の像を、よりぼかして（像のボケを大きくして）これを観察し難くすることができる。また、第１及び第２照明レンズ２０２、２０３を用いて、その主点間距離を長くすることによって拡散板２０４とＬＥＤ光源２０１との距離を長くしたので、各点光源による拡散板２０４への均一照射が可能となり、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、本実施形態では、Ｙ方向において、第２照明レンズ２０３のパワーよりも第１照明レンズ２０２のパワーを強くしている（１／ｆ１ｙ＞１／ｆ２ｙ；ｆ１ｙ＜ｆ２ｙ）ので、Ｙ方向の合成物側焦点位置が、Ｘ方向の第１及び第２照明レンズ２０２、２０３の物側焦点位置に近づく、つまりＹ方向の合成物側焦点位置を当該Ｘ方向の物側焦点位置に近づけることが容易となる。また、ＬＥＤ光源２０１の光束が小さいため有効径が小さくて済む第１照明レンズ２０２のパワーを強くするので、そのパワーをより強めることができる。すなわち、第１照明レンズ２０２のレンズ面の曲率半径を小さくすることができ、よりレンズ長を長くしながら、焦点距離を短くすることができる。これにより、輝度ムラや色ムラの無い、明るい映像を観察することができる。

また、ＬＥＤ光源２０１と光学瞳２０７とは略共役関係に配置されているので、拡散板２０４が無いと仮定した場合には、図７に示すように、ＬＥＤ光源２０１のＲＧＢの点光源すなわち各ＬＥＤ２０１Ｒ〜２０１Ｂによる光像が、それぞれ光像２０１Ｒ’〜２０１Ｂ’として光学瞳２０７上で結像する。従って、Ｘ方向で照明レンズの焦点距離を短くすると、像倍率が大きくなって、上記光学瞳２０７上での点光源間の距離が大きくなり色混ぜが行い難くなり、また、当該色混ぜを行うべく拡散度の大きい拡散板が必要となる。従って、Ｘ方向では焦点距離を長くする（Ｘ方向における第１照明レンズ２０２のパワーをゼロとする）ことによって、拡散度の小さい拡散板を用いることが可能となる（拡散度の大きな拡散板を用いずともよくなる）とともに、各点光源の色混ぜが容易となり、色ムラや輝度ムラの無い明るい映像を得ることが可能となる。また、Ｘ方向において、第１照明レンズ２０２のパワーよりも第２照明レンズ２０３のパワーを強くしている（１／ｆ１ｘ＜１／ｆ２ｘ）ので、Ｘ方向の合成主点位置とＬＥＤ光源２０１との距離を長くすることができる、つまり、ＬＥＤ光源２０１の像倍率が小さくなり、輝度ムラや色ムラを小さくすることができる。

なお、ＬＣＤ２０５には、例えばＬＥＤ光源２０１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３）
図８、９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８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９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９では後述の第２透明基板３０８の図示を省略している。図８、９に示すように、映像表示装置３は、ＬＥＤ光源３０１、第１照明レンズ３０２、第２照明レンズ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２０１と同様、ＲＧＢ一体型の光源である。第１照明レンズ３０２は、ＬＥＤ光源３０１の光を集光するものであり、第１の照明光学系をなすものである。第２照明レンズ３０３は、ＬＥＤ光源３０１の光を集光するものであり、第２の照明光学系をなすものである。

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照明レンズ３０２及び第２照明レンズ３０３間における第２照明レンズ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、接眼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８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、接眼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。なお、ＨＯＥ３０６に入射される映像光はＳ偏光としている。Ｓ偏光を反射することにより、ＨＯＥ３０６の光効率が高く、明るい映像を観察することができる。ただし、Ｐ偏光を用いても構わない。

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９及びＬＥＤ光源３０１の拡大正面図である図１１に示すように、ＬＥＤ光源３０１ａ及びＬＥＤ光源３０１ｂの１組（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ＬＥＤ光源３０１ａ及びＬＥＤ光源３０１ｂには、ＬＥＤ３０１Ｒ１及び３０１Ｒ２を中心側（中央側）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（発光点）が一列に並び、光軸Ｐを含む面（光軸面）に対称（面対称）となるよう隣接させて並べて配置されている。

このように光軸面に面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（各色の光学瞳３０９を光軸Ｐに対称に形成することができる）。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とともに、色再現性が高くなる。ＬＥＤ光源３０１は、拡散板３０４との距離を例えば約４ｍｍに設定しているので、該ＬＥＤ光源３０１と拡散板３０４との距離が十分長くなっている。従って、拡散板３０４に対してＬＥＤ光源３０１は均一に照明することができる。なお、ＬＥＤ光源３０１は、図１２に示すように、上記１組のＬＥＤユニットが一体化されてなるＬＥＤ光源３０１’を用いてもよい。この場合、１組のＬＥＤ（点光源）同士の距離が短くなるので、Ｘ方向において光学瞳３０９の各色の強度ピーク位置が近づき、瞳中心でより明るくすることができる。

ＬＥＤ光源３０１ａ、３０１ｂは、図２０におけるＬＥＤの分光強度分布に示すように、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照明レンズ３０２は、平凸状のシリンダーレンズであり、シリンダーレンズの平面部を上記ＬＥＤの透明媒質に近接して配置されている。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。この第１照明レンズ３０２は、Ｘ方向にはパワーが無く（１／ｆ１ｘ＝０）、Ｙ方向に正のパワー（１／ｆ１ｙ＞０）を有している。また、第２照明レンズ３０３は、光軸Ｐに軸対称な正のパワー（１／ｆ２ｘ＝１／ｆ２ｙ＞０）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照明レンズ３０２、３０３は、ＬＥＤ光源３０１の発散光を集光し、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、Ｙ方向の第１及び第２照明レンズ３０２、３０３による物側焦点位置近傍に配置されており、従って、Ｙ方向では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、第１及び第２照明レンズ３０２、３０３による合成物側焦点をそれぞれのＹ方向の物側焦点に近接させたので、ケーラー照明に近い照明となっており、また、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８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２１におけるホログラム光学素子の波長と回折効率との関係に示すように、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２０、２１参照）、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１０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８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。

ところで、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。

（実施形態４）
図１３は、第４の実施形態に係る映像表示装置４の概略構成図であり、Ｙ方向における映像表示装置４の断面図及び光路を示している。映像表示装置４は、第３の実施形態の映像表示装置３と比べて、主に、反射タイプのＬＣＤを用いる構成とした点が異なる。映像表示装置４は、ＬＥＤ光源４０１、第１照明レンズ４０２、第２照明レンズ４０３、拡散板４０４、ＬＣＤ４０５、ＨＯＥ４０６及び透明基板４０７を備えている。ＬＥＤ光源４０１は、上記ＬＥＤ光源３０１と同様、１組（２つ）のＬＥＤユニットからなる光源であり、各色のＬＥＤがＸ方向に一列に配設されている。第１照明レンズ４０２は、第１の照明光学系であり、Ｘ方向にはパワーを有しないシリンダーレンズである。第２照明レンズ４０３は、第２の照明光学系であり、Ｘ方向にはパワーを有しないシリンダーミラー（凹面反射鏡）である。拡散板４０４は、ＬＥＤ光源４０１の光を一方向に拡散する一方向拡散板であり、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。

ＬＣＤ４０５は、反射ミラーを有した基板に設けられたＬＣ（液晶）であり、偏光子４０５１及び検光子４０５２を備え、当該偏光子４０５１及び検光子４０５２との組み合わせで反射タイプＬＣＤを構成する。ＨＯＥ４０６は、ＨＯＥ３０６と同様、軸非対称な正のパワーを有しており、反射タイプＬＣＤの映像を虚像として光学瞳４０８に導く接眼光学系である。観察者は光学瞳４０８の光を瞳に入射して映像を観察することができる。なお、Ｙ方向では、ＬＥＤ光源４０１が該光学瞳４０８と略共役になるように配置されている。透明基板４０７は、上記第１透明基板３０７と同様、透明部材からなる略板状のプリズム（接眼光学系）であり、一端のクサビ状部においてＨＯＥ３０６を支持している。映像表示装置４は、ＬＥＤ光源４０１の各色のＬＥＤが順次点灯し、反射タイプＬＣＤにより、当該ＬＥＤの点灯に同期して駆動される時分割カラー表示を行い、ＬＥＤ光を変調して映像を表示する。

また、第１及び第２照明レンズ４０２、４０３は、上述と同様、それぞれのＸ方向の焦点距離をｆ１ｘ、ｆ２ｘ、Ｙ方向の焦点距離をｆ１ｙ、ｆ２ｙ、主点間距離をｄ、第１及び第２照明レンズ４０２、４０３によるＸ方向の合成焦点距離をｆｘ、Ｙ方向の合成焦点距離をｆｙとすると、ｆ１ｙ＝１ｍｍ、１／ｆ１ｘ＝０（Ｘ方向のパワーがゼロ）、ｆ２ｙ＝１０ｍｍ、１／ｆ２ｘ＝０（Ｙ方向のパワーがゼロ）、ｄ＝９ｍｍと設定しており、従って、１／ｆｘ＝０、ｆｙ＝５ｍｍとなる。

このようにＹ方向には共役であり焦点距離が短いので、効率良く、より明るい映像を観察することができる。また、Ｘ方向には照明レンズ（合成照明レンズ）のパワーが無いので、ＨＯＥ４０６の正のパワーによって各ＬＥＤ光が結像される。光学瞳４０８とこの結像位置とは少し異なるが、拡散板４０４で拡散されるので、輝度ムラや色ムラの無い映像を得ることができる。また、Ｙ方向でパワーの強い照明レンズ（合成照明レンズ）を用いてＬＥＤ光源４０１と光学瞳４０８とを共役にしながら、且つ、照明レンズを２つに分けて、その間隔を十分長くすることによって、上記ＬＣとＬＥＤ光源４０１との距離を長くしている。これにより、反射タイプＬＣＤの映像面内においても輝度ムラや色ムラが少ない映像とすることができる。また、本実施形態では、Ｘ方向にパワーを有しないシリンダーミラー及びシリンダーレンズを用いたが、Ｘ方向には負のパワーを有するようにしてもよい。この場合、Ｘ方向での共役関係が崩れるので明るさが少し失われることになるものの、さらにＬＥＤ光源４０１と拡散板４０４との距離が長くなるので、輝度ムラや色ムラを小さくすることができる。

（実施形態５）
図１４は、第５の実施形態に係る映像表示装置５の概略構成図であり、Ｙ方向における映像表示装置５の断面図及び光路を示している。映像表示装置５は、ＬＥＤ光源５０１、第１照明レンズ５０２、第２照明レンズ５０３、拡散板５０４、ＬＣＤ５０５、プリズム５０６及び透明基板５０７を備えている。ＬＥＤ光源５０１は、ＬＥＤ光源３０１における１つのＬＥＤユニットと同様のＲＢＧ一体型の光源である。第１及び第２照明レンズ５０２、５０３は、それぞれＬＥＤ光源５０１の光を集光するものであり、第１及び第２の照明光学系をなすものである。また、第１及び第２照明レンズ５０２、５０３は第１及び第２照明レンズ３０２、３０３と同様、それぞれシリンダーレンズ及び非球面レンズである。拡散板５０４は、Ｘ方向に半値で約４０度拡散する一方向拡散板であり、ＬＣＤ５０５の自由曲面プリズム５０６側に近接配置されている。ＬＣＤ５０５は、波長制限フィルタを備えた透過型のカラーＬＣＤであり、ＬＥＤ光源５０１の光を変調して映像を表示する。自由曲面プリズム５０６は、自由曲面５０６１を有するプリズム（接眼光学系）であり、光学的に軸非対称な正のパワーを有している。透明基板５０７は、透明部材からなるプリズム（接眼光学系）であり、上記プリズム５０６の自由曲面５０６１と接合されて一体化されている。

ＬＣＤ５０５の映像光は、自由曲面プリズム５０６に入射面５０６２から入射し、反射面５０６３で全反射した後、さらに自由曲面部５０６１で反射され、各面の合成パワーにより虚像として光学瞳５０８に導かれる。観察者は光学瞳５０８の光を瞳に入射して映像を観察することができる。このように、軸非対称な光学系としたので、該光学系をコンパクトに配置することができ、且つ、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。また、透明基板５０７は自由曲面プリズム５０６の屈折をキャンセルするので、観察者は透明基板５０７及び自由曲面プリズム５０６を通して、外界光を歪むことなく見ることができる。

（実施形態６）
図１５、１６は、第６の実施形態に係る映像表示装置６の概略構成図であり、図１５はＹ方向における映像表示装置６の断面図及び光路を示し、図１６はＸ方向における映像表示装置６の断面図及び光路を示している。ただし、図１６では後述の第２透明基板６０８の図示を省略している。図１５、１６に示すように、映像表示装置６は、ＬＥＤ光源６０１、第１照明レンズ６０２、第２照明レンズ６０３、拡散板６０４、ＬＣＤ６０５、ＨＯＥ６０６、第１透明基板６０７及び第２透明基板６０８を備えている。映像表示装置６は、第３の実施形態の映像表示装置３と比べて、主に、第１照明レンズ６０２の構成（ＬＥＤ近接手段を備えた点）が異なる。その他の構成については第３の実施形態と同じであり、その説明を省略する。

第１照明レンズ６０２は、Ｘ方向にはパワーが無く、Ｙ方向に焦点距離ｆ１ｙの正のパワーを有するシリンダーレンズである。このシリンダーレンズは、図１６に示すように、所謂半円弧状の面であるシリンダー面６０２１が中央側（光軸Ｐ側）へ向けて所定の傾斜角で傾斜した形状となっている、換言すれば、ＸＺ断面で見て、シリンダー面６０２１側が略Ｖ字状（凹状）に形成されて中央部６０２２の厚みがＸ軸方向の両端部の厚みよりも小さくされた形状となっている（このようなシリンダーレンズ形状のことを「クサビ形状」と表現する）。第１照明レンズ６０２は、符号６１０の拡大図に示すように、当該クサビ形状により、各ＬＥＤユニット（ＬＥＤ光源６０１ａ、６０１ｂ）におけるＬＥＤ光が反射或いは屈折され、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、各ＬＥＤユニットによる離間した１組の光源（ＲＧＢの点光源）が互いに光学的に近接するように反射或いは屈折されて該光源同士の間隔が小さくなるので、図１２で説明したように２つのＬＥＤユニットが一体化されたもの（ＬＥＤ光源３０１’）を用いた場合と同様に、光学瞳６０９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。

このことに関し、図１７、１８は、光学瞳６０９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１７は、上記各ＬＥＤ光源６０１ａ、６０１ｂのＧ光の光強度分布（それぞれ光強度分布Ｇ１’、Ｇ２’）を示し、図１８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６０９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。上記第１照明レンズ６０２をクサビ形状とすることにより、図１７に示すように各ＬＥＤ光源６０１ａ、６０１ｂのＧ光（光強度分布Ｇ１’、Ｇ２’）は、光学的な見かけ上において、第３の実施形態での各ＬＥＤ光源３０１ａ、３０１ｂのＧ光（光強度分布Ｇ１、Ｇ２）よりも近接したものとなり、当該近接することにより、図１８に示すように、合成光強度分布Ｇ１’＋Ｇ２’が第３の実施形態での合成光強度分布（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、上記瞳中心でより明るい映像を得ることができる。なお、斜線領域はＸ方向における光学瞳３０９の使用領域である。

なお、上記ＬＥＤ光源６０１（ＬＥＤ光源６０１ａ、６０１ｂ）及び第１照明レンズ６０２の構成は、図１９に示す構成としてもよい。すなわち、第１照明レンズ６０２の代わりにミラー体６２２（第１の照明光学系に相当）を、ＬＥＤ光源６０１ａ、６０１ｂの代わりにＬＥＤ光源６２１ａ、６２１ｂ（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。ミラー体６２２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（シリンダーミラー面）６２２１、６２２２を備えている。これらミラー面６２２１、６２２２は、Ｙ方向に正のパワーを有し、Ｘ方向にパワーが無い。このような構成とすることで、同図に示すように対向配置されたＬＥＤ光源６２１ａ、６２１ｂからのＬＥＤ光がミラー体６２２でＹ方向で集光され、且つＸ方向はパワーの無い反射によって、当該１組のＬＥＤ光源６２１ａ、６２１ｂの各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。

（実施形態７）
図２２は、第７の実施形態に係る映像表示装置７の概略構成図である。映像表示装置７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７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照明レンズ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（接眼光学系）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（接眼光学系）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７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７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７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７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。また、ここでは頭部装着型表示装置に第３の実施形態を適用しているが、これに限らず例えば第６の実施形態における映像表示装置６を適用してもよい。

なお、上記映像表示装置７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２３に示す映像表示装置７ａ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７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７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し、また、映像表示装置７ａに第６の実施形態における映像表示装置６を適用してもよい。

以上のように、本実施形態の映像表示装置１（２、３、４、５、６、７、７ａ）によれば、ＬＣＤ１０５（２０５、３０５、４０５、５０５、６０５）（空間変調器）によって複数の点光源（ＬＥＤ１０１１〜１０１３、２０１Ｒ〜２０１Ｂ、３０１Ｒ１〜３０１Ｂ１、３０１Ｒ２〜３０１Ｂ２）を備えるＬＥＤ光源１０１（２０１、３０１、４０１、５０１、６０１）（光源）の光が変調されて映像が生成され、ＬＥＤ光源１０１とＬＣＤ１０５（２０５、３０５、４０５、５０５、６０５）との間に配置された第１照明レンズ１０２（２０２、３０２、４０２、５０２、６０２）（第１の照明光学系）によってＬＥＤ光源１０１の光が集光され、第１照明レンズ１０２とＬＣＤ１０５との間に配置された第２照明レンズ１０３（２０３、３０３、４０３、５０３、６０３）（第２の照明光学系）によってＬＥＤ光源１０１の光が集光され、接眼レンズ１０６（２０６）或いはＨＯＥ３０６（４０６、６０６）（接眼光学系）によってＬＣＤ１０５で生成された映像が虚像として光学瞳１０７（２０７、３０９、４０８、５０８、６０９）に導かれる。この第１照明レンズ１０２は、点光源が並ぶＸ方向における焦点距離をｆ１ｘとし、該Ｘ方向と垂直なＹ方向における焦点距離をｆ１ｙとすると、１／ｆ１ｘ＜１／ｆ１ｙ、０＜１／ｆ１ｙの関係を有するものとされ、第２照明レンズ１０３は、Ｙ方向における焦点距離をｆ２ｙとすると、０＜１／ｆ２ｙの関係を有するものとされ、また、Ｘ方向及びＹ方向における第１及び第２照明レンズ１０２、１０３の合成焦点距離をそれぞれｆｘ、ｆｙとすると、第１及び第２照明レンズ１０２、１０３は１／ｆｘ＜１／ｆｙの関係を有するものとされる。

このように１／ｆ１ｘ＜１／ｆ１ｙ及び１／ｆｘ＜１／ｆｙであることから、点光源が並ぶ方向（Ｘ方向）にパワーが弱いので複数の点光源によりムラ無く均一な照射をしながら且つ点光源が並ぶ方向と垂直な方向（Ｙ方向）にパワーが強いので効率良く明るい映像を得ることができる。さらに、Ｙ方向で第１照明レンズ１０２と第２照明レンズ１０３とにパワーを二分した（１／ｆ１ｙと１／ｆ２ｙとの２つにパワーが分かれるような構成とした）ことにより、レンズ長が長くなり（レンズ面の曲率半径が小さくなるため）、ＬＥＤ光源１０１とＬＣＤ１０５との距離がより長くなるので、Ｘ方向でより均一な照射を行うことが可能となる。したがって、輝度ムラや色ムラ（この「色ムラ」については、点光源として複数種類の色例えばＲＧＢ３色のＬＥＤを用いた場合に当たる）の無い、且つ、より明るい、高画質な映像を表示することができる。

また、第１及び第２照明レンズ１０２、１０３の主点間距離ｄを、第２照明レンズ１０３の焦点距離ｆ２ｙの１／３以上としたので（ｆ２ｙ／３≦ｄ）、ＬＣＤ１０５とＬＥＤ光源１０１との距離をより長くでき、さらにＸ方向に均一照射ができ、輝度ムラや色ムラの無い映像を表示することができる。また、第１及び第２照明レンズ１０２、１０３の間で結像しないので（ｄ≦ｆ２ｙ）、効率良く明るい映像を表示することができる。

また、第１照明レンズ１０２より第２照明レンズ１０３のＹ方向の光学パワーを小さくしたので（１／ｆ１ｙ＞１／ｆ２ｙ）、ＬＣＤ１０５とＬＥＤ光源１０１との距離をより長くでき、さらにＸ方向に均一照射ができ、輝度ムラや色ムラの無い映像を表示することができる。

また、光学瞳１０７とＬＥＤ光源１０１とがＹ方向において略共役であるので、より効率良く明るい映像を表示することができる。

また、第１の照明光学系と第２の照明光学系とが合成されてなすＸ方向の焦点位置と、Ｙ方向の焦点位置とが略一致することから、ケーラー照明に近い照明が可能となり、映像画面内でよりＸ方向に均一照明ができ、輝度ムラや色ムラの無い映像を表示することができる。

また、１／ｆ１ｘ＜１／ｆ２ｘであることから、Ｘ方向の照明光学系（第１及び第２照明レンズ１０２、１０３が合成されてなる合成レンズ）の主点とＬＥＤ光源１０１との距離が長くなるので、より均一照明ができ、輝度ムラや色ムラの無い映像を表示することができる。

また、１／ｆ１ｘ＝０、１／ｆ１ｙ＞０であることから、すなわち、第１照明レンズ１０２が例えば簡易なレンズであるシリンダーレンズ等のシリンダー光学系となるので、第１照明レンズ１０２、ひいては装置の低コスト化を図ることができる。

また、上記点光源がそれぞれピークの波長が異なる、すなわちＲ、Ｇ、Ｂ色の波長を有する点光源であるので、映像のカラー表示が可能となる。つまり、色ムラが少なく色再現性の高い映像表示が可能となる。

また、ＬＥＤ光源３０１は、ピークの波長が異なる複数の点光源を備えるＬＥＤユニット（ＬＥＤ光源３０１ａ、３０１ｂ（ＬＥＤ光源６０１ａ、６０１ｂ、ＬＥＤ光源６２１ａ、６２１ｂ））を偶数個（ここでは１組；２個）備え、該ＬＥＤユニットがＨＯＥ１０６の光軸Ｐを含む面（光軸面）に略対称に配置されたものであることから、各点光源がピークの波長が異なる点光源であって映像のカラー表示が可能であり、且つ各色の光学瞳３０９が光軸Ｐに対称に形成されるので、色ムラが小さく色再現性が高い。

また、上記点光源間の距離が１ｍｍ以下（ここでは０．５ｍｍ）と短く、且つ第１及び第２照明レンズ１０２、１０３の合成焦点距離（ｆｘ、ｆｙ）が１０ｍｍ以下と短いので、コンパクトな装置とすることができる。また、点光源間距離が短いので光強度が弱いにも拘わらず、合成焦点距離が短い第１及び第２照明レンズ１０２、１０３（又は焦点距離が短い第１照明レンズ１０２）を用いて、明るく、且つ、均一照明がなされて輝度ムラの無い映像を表示することができる。

また、ＬＥＤ光源２０１（３０１、６０１）の光を拡散する拡散板２０４（３０４、６０４）が第１照明レンズ２０２（３０２、６０２）と第２照明レンズ２０３（３０３、６０３）との間に配置されていることから、拡散板２０４とＬＥＤ光源２０１との距離を長くとることができるので、ＬＣＤ２０５を均一照明でき、輝度ムラ或いは色ムラの無い映像を表示することができる。また、拡散板２０４がＬＣＤ２０５と距離を有している（離間している）ので、接眼レンズ２０６（接眼光学系）によって拡散板２０４が直接観察されず、画質が良いものとなる。

また、拡散板２０４（３０４、４０４、５０４、６０４）は、該拡散板２０４の面内における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ものとされるので、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、一方向には拡散しないので、明るい映像となる。

また、第１照明レンズ６０２（ミラー体６２２）は、複数の点光源を備えるＬＥＤ光源６０１ａ、６０１ｂ（ＬＥＤ光源６２１ａ、６２１ｂ）の点光源が光学的に近接するように反射又は屈折するものであるので、当該離間した偶数個（２個）のＬＥＤユニットを光学的に近づけて（近接させて）、瞳中心でより明るい映像を表示することができる。

また、接眼光学系としてＨＯＥ３０６（４０６、６０６、７０２１、８０２１）を備え、このＨＯＥ３０６に軸非対称な構成且つパワー（正のパワー）を持たせたので、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、上記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、接眼光学系を、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、接眼光学系に、ＬＣＤ３０５（ＬＣＤ６０５、ＬＣＤを備える表示筐体７０１、７０２）からの映像光を全反射し且つ外光を透過する第１透明基板３０７（６０７、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の小型化が可能となる。

また、第１透明基板３０７（６０７、７０２、８０２）における光の屈折をキャンセルしつつ外界光を透過する第２透明基板３０８（６０８、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を用いた接眼光学系とすることができるので、接眼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（図２２、２３参照）、映像表示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１及び第２照明レンズを備えた構成とする概念を説明するための模式図である。 第１及び第２照明レンズを備えた構成とする概念を説明するための模式図である。 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５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。 図５、６において拡散板が無く、拡散が行われないと仮定した場合のＬＥＤ光の結像の様子を示す模式図である。 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８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。 光源（１組のＬＥＤユニット）の概略的な拡大正面図である。 図１１に示す光源の一変形例であり、各ＬＥＤユニットが一体化されてなるものを示す概略的な拡大正面図である。 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。 第５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。 第６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１５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。 図１５、１６に示す第１照明レンズ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７の実施形態に係る映像表示装置の概略構成図である。 図２２に示す映像表示装置の一変形例を示す図である。 従第１及び第２照明レンズを備えた構成とする概念を説明するための、従来の構成を示す図である。 従第１及び第２照明レンズを備えた構成とする概念を説明するための、従来の構成を示す図である。

符号の説明

１、２、３、４、５、６、７、７ａ 映像表示装置
１０１、２０１、３０１、３０１’、４０１、５０１、６０１ ＬＥＤ光源（光源）
３０１ａ、３０１ｂ、６０１ａ、６０１ｂ、６２１ａ、６２１ｂ ＬＥＤ光源（光源ユニット）
１０１１〜１０１３、２０１Ｒ〜２０１Ｂ、３０１Ｒ１〜３０１Ｂ１、３０１Ｒ２〜３０１Ｂ２ ＬＥＤ（点光源）
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２ 第１照明レンズ（第１の照明光学系）
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３ 第２照明レンズ（第２の照明光学系）
１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４ 拡散板
１０５、２０５、３０５、４０５、５０５、６０５ ＬＣＤ（空間変調器）
１０６、２０６ 接眼レンズ（接眼光学系）
１０７、２０７、３０９、４０８、５０８、６０９ 光学瞳
３０６、４０６、６０６、７０２１、８０２１ ＨＯＥ（ホログラム光学素子、接眼光学系）
３０７、６０７、７０２、８０２ 第１透明基板（第１の透明基板）
３０８、６０８、７０３、８０３ 第２透明基板（第２の透明基板）
４０７、５０７ 透明基板
５０６ プリズム
６２２ ミラー体（第１の照明光学系）
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）
Ｐ 光軸

Claims (19)

1. 複数の点光源を備える光源と、
   前記光源の光を変調して映像を生成する空間変調器と、
   前記光源と前記空間変調器との間に配置されて、該光源の光を集光する第１の照明光学系と、
   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、前記光源の光を集光する第２の照明光学系と、
   前記空間変調器で生成された映像を虚像として光学瞳に導く接眼光学系とを備え、
   前記第１の照明光学系は、前記点光源が並ぶＸ方向における焦点距離をｆ１ｘとし、該Ｘ方向と垂直なＹ方向における焦点距離をｆ１ｙとすると、１／ｆ１ｘ＜１／ｆ１ｙ、０＜１／ｆ１ｙの関係を有し（但し、記号「／」は除算を示す）、
   前記第２の照明光学系は、前記Ｙ方向における焦点距離をｆ２ｙとすると、０＜１／ｆ２ｙの関係を有し、
   前記Ｘ方向及びＹ方向における前記第１及び第２の照明光学系の合成焦点距離をそれぞれｆｘ、ｆｙとすると、１／ｆｘ＜１／ｆｙの関係を有することを特徴とする映像表示装置。
2. 前記第１の照明光学系と前記第２の照明光学系との主点間距離をｄとすると、ｆ２ｙ／３≦ｄ≦ｆ２ｙの関係を有することを特徴とする請求項１記載の映像表示装置。
3. １／ｆ１ｙ＞１／ｆ２ｙの関係を有す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. 前記光学瞳と光源とは、前記Ｙ方向において略共役であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の映像表示装置。
5. 前記第１の照明光学系と前記第２の照明光学系とが合成されてなすＸ方向の焦点位置と、Ｙ方向の焦点位置とが略一致する関係を有す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. １／ｆ１ｘ＜１／ｆ２ｘの関係を有す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. １／ｆ１ｘ＝０、１／ｆ１ｙ＞０の関係を有す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. 前記複数の点光源は、それぞれピークの波長が異なる点光源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. 前記光源は、前記ピークの波長が異なる点光源を複数備え、同波長のピークの点光源が前記接眼光学系の光軸を含む面に略対称に配置されたものであることを特徴とする請求項８記載の映像表示装置。
10. 前記各点光源間の距離は１ｍｍ以下であり、
    前記第１及び第２の照明光学系の合成焦点距離ｆｘ、ｆｙは１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の映像表示装置。
11. 前記第１の照明光学系と前記第２の照明光学系との間に配置されて、前記光源の光を拡散する拡散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１１記載の映像表示装置。
13. 前記光源は、前記複数の点光源を備える光源ユニットを偶数個備えるものであり、
    前記第１の照明光学系は、前記各光源ユニットの点光源が光学的に近接するように反射又は屈折するものであ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。
14. 前記接眼光学系は、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１〜１３のいずれかに記載の映像表示装置。
15. 前記ホログラム光学素子は、前記接眼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１４記載の映像表示装置。
16. 前記接眼光学系は、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１４又は１５記載の映像表示装置。
17. 前記接眼光学系は、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１〜１６のいずれかに記載の映像表示装置。
18. 前記接眼光学系は、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１７記載の映像表示装置。
19. 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１〜１８のいずれかに記載の映像表示装置。

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