JP2023075004A

JP2023075004A - 画像表示装置

Info

Publication number: JP2023075004A
Application number: JP2022028542A
Authority: JP
Inventors: 正和東原; Masakazu Higashihara; 典史梶本; Norifumi Kajimoto; 亮史近藤; Akifumi Kondo
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2021-11-18
Filing date: 2022-02-25
Publication date: 2023-05-30

Abstract

【課題】画像表示素子の周辺部の中心部に対する色ずれを低減する点で有利な画像表示装置を提供すること。【解決手段】画像表示装置は、画像表示素子と、画像表示素子からの光を射出瞳に導く接眼光学系とを有し、接眼光学系は、中心部と中心部とは異なる領域とで特性が異なる少なくとも一つの補正素子を含み、少なくとも一つの補正素子の特性は、画像表示素子の中心部から射出された第１の光及び画像表示素子の最周辺部から射出された第２の光が接眼光学系を通過する前よりも通過した後において第１の光に対する該第２の光の色ずれが小さくなるように設定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示素子上の画像を、接眼光学系を介して拡大して観察するヘッドマウントディスプレイ等に好適な画像表示装置に関する。

薄型及び軽量であり、広画角な画像表示装置を実現するために、特許文献１には偏光を利用して光路を折り畳む構成が開示されている。

特開２０２１－７１６０２号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、画像表示素子の周辺部から射出された光の出射角が大きく、画像表示素子の周辺部の中心部に対する色ずれが発生するため、画像の周辺部を正しい色で観察することができない。

本発明は、画像表示素子の周辺部の中心部に対する色ずれを低減する点で有利な画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての画像表示装置は、画像表示素子と、画像表示素子からの光を射出瞳に導く接眼光学系とを有し、接眼光学系は、中心部と中心部とは異なる領域とで特性が異なる少なくとも一つの補正素子を含み、少なくとも一つの補正素子の特性は、画像表示素子の中心部から射出された第１の光及び画像表示素子の最周辺部から射出された第２の光が接眼光学系を通過する前よりも通過した後において第１の光に対する該第２の光の色ずれが小さくなるように設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、画像表示素子の周辺部の中心部に対する色ずれを低減する点で有利な画像表示装置を提供することができる。

第１実施形態に係る画像表示装置の一例であるヘッドマウントディスプレイの説明図である。第１実施形態の右眼用接眼光学系の説明図である。第１実施形態のヘッドマウントディスプレイの外観図である。第１実施形態の右眼用接眼光学系の説明図である。第１実施形態の画像表示素子から射出された光の出射角の説明図である。第１実施形態の画像表示素子の色ずれの説明図である。第１実施形態の偏光板とＰＢＳの特性の説明図である。第１実施形態の接眼光学系の色ずれの説明図である。第２実施形態に係る画像表示装置の一例であるヘッドマウントディスプレイの説明図である。第２実施形態の右眼用接眼光学系の説明図である。第２実施形態の画像表示素子から射出された光の出射角の説明図である。第２実施形態の画像表示素子の色ずれの説明図である。第２実施形態の偏光板の特性の説明図である。第２実施形態の接眼光学系の色ずれの説明図である。第２実施形態の偏光板の特性の一例を示す図である。第３実施形態に係る画像表示装置の一例であるヘッドマウントディスプレイの説明図である。第３実施形態の右眼用接眼光学系の説明図である。第３実施形態の偏光板の特性の説明図である。第４実施形態に係る画像表示装置の一例であるヘッドマウントディスプレイの説明図である。第４実施形態に係る画像表示装置の他の例であるヘッドマウントディスプレイの説明図である。第５実施形態に係る画像表示装置の一例であるヘッドマウントディスプレイの説明図である。第５実施形態のヘッドマウントディスプレイがＰＣに接続されている状態を示す図である。第６実施形態の右眼用接眼光学系の説明図である。第６実施形態のマイナスフィルタの特性の説明図である。第６実施形態のマイナスフィルタの特性の説明図である。第６実施形態の画像表示素子の発光スペクトルの説明図である。第６実施形態の画像表示素子の発光スペクトルの説明図である。第６実施形態の画像表示素子の発光スペクトルの説明図である。第７実施形態の右眼用接眼光学系の説明図である。第７実施形態のＩＲカットフィルタの特性の説明図である。第７実施形態のＩＲカットフィルタの特性の説明図である。第７実施形態の画像表示素子の発光スペクトルの説明図である。第７実施形態の画像表示素子の発光スペクトルの説明図である。第７実施形態の画像表示素子の発光スペクトルの説明図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

なお、本実施形態では、主に右眼用接眼光学系について説明するが、左眼用接眼光学系についても同様である。
［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係る画像表示装置の一例であるヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤ）１０１の説明図である。ＨＭＤ１０１は、レンズ１０４，１０５，１０６，１０７、右眼用画像表示素子１０８、及び左眼用画像表示素子１０９を有する。レンズ１０４，１０５により右眼用接眼光学系が構成され、レンズ１０６，１０７により左眼用接眼光学系が構成される。右眼用画像表示素子１０８及び左眼用画像表示素子１０９は、有機ＥＬディスプレイである。

右眼用接眼光学系は、右眼用画像表示素子１０８に表示された原画像を虚像として拡大投影して観察者の右眼１０２に導く。左眼用接眼光学系は、左眼用画像表示素子１０９に表示された原画像を虚像として拡大投影して観察者の左眼１０３に導く。右眼用接眼光学系と左眼用接眼光学系の焦点距離は１２ｍｍ、水平表示画角は４５°、垂直表示画角は３４°、対角表示画角は５４°である。また、ＨＭＤ１０１と観察者の眼球との距離（アイレリーフ）は、１８ｍｍである。

本実施形態の接眼光学系は、偏光を利用して光路を折り畳む構成を備える。接眼光学系の光路について右眼用接眼光学系で説明する。図２は、本実施形態の右眼用接眼光学系の説明図である。右眼用接眼光学系は、右眼用画像表示素子１０８の側から順に、偏光板（第１偏光板）１１０、位相板（第１位相板）１１１、レンズ１０５，１０４、位相板（第２位相板）１１３、及び偏光分離素子（以下、ＰＢＳ）１１４を含む。レンズ１０４のレンズ１０５の側の面には、ハーフミラー１１２が蒸着される。ハーフミラー１１２が蒸着される面は、半透過反射面（半透過反射膜）として作用する。位相板１１３とＰＢＳ１１４は、平面形状である。位相板１１１，１１３は、位相差がλ／４の波長板である。

本実施形態では、偏光板１１０が透過する偏光方向に対して位相板１１１の遅相軸は４５°傾き、偏光板１１０が透過する偏光方向に対して位相板１１３の遅相軸は－４５°傾き、偏光板１１０が透過する偏光方向とＰＢＳ１１４が透過する偏光方向は直交する。このような構成において、右眼用画像表示素子１０８から射出された光は、偏光板１１０を透過して直線偏光となり、位相板１１１を透過して円偏光となる。その後、ハーフミラー１１２を透過した後、位相板１１３を透過して直線偏光になる。該直線偏光は、偏光方向が、ＰＢＳ１１４が透過する偏光方向に直交するため、ＰＢＳ１１４で反射し位相板１１３を透過して円偏光となる。その後、ハーフミラー１１２で反射した後、位相板１１３を透過して直線偏光になる。該直線偏光は、偏光方向が、ＰＢＳ１１４が透過する偏光方向と一致するため、ＰＢＳ１１４を透過して観察者の右眼１０２に導かれる。左眼用接眼光学系についても同様の光路である。

本実施形態のように接眼光学系が偏光を利用して光路を折り畳む構成を備えることで、ＨＭＤ１０１を薄型化可能であると共に、接眼光学系の焦点距離を短くすることができるため、広画角な画像観察を実現することができる。

図３は、ＨＭＤ１０１の外観図である。ＨＭＤ１０１は、頭部装着型の画像表示装置であるため、軽量であることが望ましい。そのため、接眼光学系を構成するレンズは、硝子よりも比重の小さい樹脂で作製されることが望ましい。本実施形態では、レンズ１０４，１０６を樹脂の平凸形状の非球面レンズとすることで収差補正効果を高めている。また、レンズ１０５,１０７は、樹脂の両面非球面レンズである。

図４は、本実施形態の右眼用接眼光学系の説明図である。本実施形態の右眼用接眼光学系では、射出瞳の位置をアイレリーフ（＝１８ｍｍ）に眼球の回転半径（＝１０ｍｍ）を加えた２８ｍｍの位置とし、射出瞳径を６ｍｍとしている。これにより、上下左右を画像観察するために眼球が回転した場合でも、その方向の光が眼球に入射する。眼鏡をかけている観察者もＨＭＤ１０１を装着できるように、アイレリーフは１５ｍｍ以上であることが望ましい。また、アイレリーフが長くなると、レンズの外径が大きくなりＨＭＤ１０１が大型化するため、アイレリーフは２５ｍｍ以下であることが望ましい。

本実施例の接眼光学系は焦点距離が短く、薄型であるため、図４から分かるように画像表示素子の周辺部から接眼光学系の射出瞳に向かって出射する光の出射角は大きい。なお、周辺部とは、右眼用画像表示素子１０８の中心部より外側の領域である。図５は、本実施形態の画像表示素子から射出された光の出射角の説明図であり、表示画角と画像表示素子から射出瞳に射出された光の出射角との関係を示している。画像表示素子から射出された光の出射角は、射出瞳の中心に導かれる主光線の出射角としている。図５に示されるように、表示画角が大きくなると出射角は大きくなり、画像表示素子の水平端から射出された光の出射角は３７度、垂直端から射出された光の出射角は２９度である。接眼光学系の焦点距離を短くしてＨＭＤ１０１の薄型化を実現するためには、画像表示素子の周辺部から射出瞳の中心に射出された光の出射角は３０度以上であることが望ましい。

画像表示素子から射出された光の出射角が大きくなると、有機ＥＬの発光層の干渉やカラーフィルターの混色の影響で色ずれが発生する。本実施形態では、画像表示素子から射出された光の出射角が大きくなると、図６に示されるように、赤色の方に色度が変化して色ずれが発生する。そのため、観察者が白い画像を観察する場合、周辺部を画像観察すると赤色が観察され、自然な画像観察ができなくなってしまう。

そこで、本実施形態では、偏光板１１０とＰＢＳ１１４の少なくとも一方を、中心部と該中心部とは異なる領域（周辺部）とで特性が異なる補正素子として機能させる。偏光板１１０が補正素子として機能する場合、偏光板１１０は中心部と周辺部とで分光透過率が異なる特性を有する。また、ＰＢＳ１１４が補正素子として機能する場合、ＰＢＳ１１４は中心部と周辺部とで分光透過率と分光反射率との少なくとも一方が異なる特性を有する。これにより、右眼用画像表示素子１０８の中心部から射出された第１の光と最も外側の最周辺部から射出された第２の光が右眼用接眼光学系を通過する前よりも通過した後において、第１の光に対する第２の光の色ずれを小さくすることができる。すなわち、右眼用画像表示素子１０８の周辺部の色ずれをキャンセルすることができる。図７は、偏光板１１０とＰＢＳ１１４の特性の説明図である。図７（ａ）は、偏光板１１０の波長ごとの入射角０度の光に対する透過率（分光透過率）を示している。図７（ｂ）は、ＰＢＳ１１４の波長ごとの入射角０度の光に対する反射率（分光反射率）を示している。図７（ｃ）は、ＰＢＳ１１４の波長ごとの入射角０度の光に対する透過率（分光透過率）を示している。画像表示素子の青色の主波長は４５０ｎｍ、緑色の主波長は５２５ｎｍ、赤色の主波長は６１０ｎｍであり、図７では各波長での透過率と反射率を示している。なお、青色の波長（第１の波長）は、４３０ｎｍから４８０ｎｍの範囲に含まれていればよい。また、緑色の波長（第２の波長）は、５２０ｎｍから５７０ｎｍの範囲に含まれていればよい。また、赤色の波長（第３の波長）は、６００ｎｍから６５０ｎｍの範囲に含まれていればよい。また、中心部と周辺部で分光透過率を異ならせる場合、変化が目立たないように徐々に変化させることが望ましい。

図７（ａ）に示されるように、偏光板１１０の青色と緑色の透過率は入射角が大きくなっても変化は小さいが、赤色の透過率は入射角が大きくなると下がる。ＰＢＳ１１４の反射率と透過率も同様の傾向である。右眼用画像表示素子１０８の周辺部から射出された光は、出射角が大きく、偏光板１１０及びＰＢＳ１１４への入射角も大きい。そのため、右眼用画像表示素子１０８の周辺部から射出された赤く色ずれした光は、偏光板１１０を透過し、ＰＢＳ１１４で反射と透過をすることで、赤色の強度が低下し色ずれを低減することができる。

図８は、接眼光学系の色ずれの説明図であり、接眼光学系を通過した後の出射角と色度の関係を示している。画像表示素子単体では出射角が大きくなると図６に示されるように赤色の方に色度が変化するが、接眼光学系を通過すると図８に示されるように色度の変化が小さくなり、色ずれを低減することができる。本実施形態において、画像表示素子単体では出射角が大きくなると色度座標上での色度差ｘは０．１、色度差ｙは０．０５５であるが、接眼光学系を通過すると色度差ｘを０．０４、色度差ｙを０．０１５に低減することができる。観察者が色ずれに気付きにくく自然な画像観察をするためには、色度座標上での色度差ｘは０．０５以下、色度差ｙは０．０５以下であることが望ましい。

本実施形態では、画像表示素子の周辺部から射出瞳に射出された光の強度と画像表示素子の中心部から射出瞳に射出された光の強度との比が最も大きい波長は赤色の主波長の６１０ｎｍであり、出射角が大きくなると赤い色ずれが発生する。そこで、赤色、緑色、及び青色の波長の中で偏光板１１０の透過率とＰＢＳ１１４の透過率及び反射率が最も低い波長を赤色とすることで、画像表示素子の色ずれをキャンセルする。このように、右眼用画像表示素子１０８の中心部に対する周辺部の色ずれを色補正素子である偏光板１１０とＰＢＳ１１４の中心部と周辺部で分光透過率が異なる特性により低減することで、観察者はより自然な画像観察をすることが可能となる。

本実施形態の右眼用接眼光学系では、右眼用画像表示素子１０８の水平端から射出された光の出射角は３７度、水平表示半画角は２２．５度であり、偏光板１１０への入射角の方がＰＢＳ１１４への入射角よりも大きい。そのため、右眼用画像表示素子１０８に近い偏光板１１０の特性で右眼用画像表示素子１０８の出射角特性をキャンセルすることが望ましい。

また、右眼用接眼光学系の光路では、ＰＢＳ１１４が反射と透過で２回作用するため、ＰＢＳ１１４の特性で右眼用画像表示素子１０８の出射角特性をキャンセルすると色ずれの低減効果が高い。右眼用画像表示素子１０８のカラーフィルターの配列により、水平方向と垂直方向で色ずれの方向が異なる場合、偏光板１１０やＰＢＳ１１４の特性を水平方向と垂直方向で変えてもよい。右眼用画像表示素子１０８から射出された光の出射角が大きいとき、水平方向では赤く、垂直方向では青く色ずれする場合、偏光板１１０の水平方向の特性を赤の透過率が低く、垂直方向の特性を青の透過率が低くなるように設定してもよい。

本実施形態では、右眼用画像表示素子１０８から射出された光の出射角が大きい場合の色度のずれを低減するが、色差ΔＥ^＊のずれを低減するように設定してもよい。その場合、色差ΔＥ^＊は１５以下であることが望ましい。

本実施形態では、レンズ１０４のハーフミラー１１２が蒸着されている面は、右眼用画像表示素子１０８に向かって凸の凸面である。凸面にハーフミラー１１２を蒸着することで、ＨＭＤ１０１を薄型化しつつ広画角を実現することができる。また、ハーフミラー１１２が蒸着されている凸面を非球面形状とすることで、収差補正効果を高めることができる。

本実施形態では、レンズ１０５，１０７は、樹脂レンズであるが、外形が小さく重量増加の影響が小さいため、ガラスレンズであってもよい。ガラスレンズの複屈折は非常に小さいため、高品位な画像観察が可能となる。

また、外光のゴースト光を低減して観察画像のコントラストを高めるために、ＰＢＳ１１４と観察者の眼球との間に偏光板を配置してもよい。

本実施形態では、アイレリーフを長くすること、及びＨＭＤ１０１を薄型化することを両立するため、レンズ１０４の位相板１１３とＰＢＳ１１４が配置されている観察者の右眼２０２の側の面を平面としている。レンズ１０４の観察者の側の面が観察者に向かって凹の凹面である場合、周辺部でのアイレリーフを確保するためにレンズ１０４が厚くなる。また、凸面である場合、レンズコバ部の厚さを確保するためにレンズ１０４が厚くなる。

本実施形態では、位相板１１１，１１３は位相差がλ／４の波長板であるが、レンズ１０４，１０５の複屈折をキャンセルするように、位相差がλ／４からずれていてもよい。この場合、レンズ１０４と位相板１１３の位相差の和が３λ／２０以上かつ７λ／２０以下であることが望ましい。また、レンズ１０５と位相板１１１の位相差の和が３λ／２０以上かつ７λ／２０以下であることが望ましい。上記範囲を外れるとゴースト光の強度が増えてしまい、自然な画像観察ができなくなる。

右眼用画像表示素子１０８は、本実施形態では、有機ＥＬとして無偏光の光を放射するが、液晶ディスプレイとして直線偏光の光を放射してもよい。この場合、偏光板１１０が不要となり、ＨＭＤ１０１の薄型化と部品点数を削減することができる。

本実施形態では、接眼光学系において、直線偏光の方向で透過と反射を切り替えるＰＢＳ１１４を用いるが、円偏光の向きで透過と反射を切り替える偏光分離素子を用いてもよい。この場合、位相板１１３が不要となり、ＨＭＤ１０１の薄型化と部品点数を削減することができる。
［第２実施形態］
図９は、本実施形態に係る画像表示装置の一例であるヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤ）２０１の説明図である。ＨＭＤ２０１は、レンズ２０４，２０５，２０６，２０７、右眼用画像表示素子２０８、及び左眼用画像表示素子２０９を有する。レンズ２０４，２０５により右眼用接眼光学系が構成され、レンズ２０６，２０７により左眼用接眼光学系が構成される。レンズ２０４，２０５やレンズ２０６，２０７は、接合レンズであり、保持を容易に行うことができる。右眼用画像表示素子２０８及び左眼用画像表示素子２０９は、有機ＥＬディスプレイである。

右眼用接眼光学系は、右眼用画像表示素子２０８に表示された原画像を虚像として拡大投影して観察者の右眼２０２に導く。左眼用接眼光学系は、左眼用画像表示素子２０９に表示された原画像を虚像として拡大投影して観察者の左眼２０３に導く。右眼用接眼光学系と左眼用接眼光学系の焦点距離は１３ｍｍ、水平表示画角は６０°、垂直表示画角は６０°、対角表示画角は７８°である。また、ＨＭＤ２０１と観察者の眼球との距離（アイレリーフ）は、２０ｍｍである。

本実施形態の接眼光学系は、偏光を利用して光路を折り畳む構成を備える。接眼光学系の光路について右眼用接眼光学系で説明する。図１０は、本実施形態の右眼用接眼光学系の説明図である。右眼用接眼光学系は、右眼用画像表示素子２０８の側から順に、偏光板（第１偏光板）２１０、位相板（第１位相板）２１１、レンズ２０５，２０４、位相板（第２位相板）２１３、偏光分離素子（以下、ＰＢＳ）２１４、及び偏光板（第２偏光板）２１５を含む。レンズ２０４のレンズ２０５側の面には、ハーフミラー２１２が蒸着される。ハーフミラー２１２が蒸着される面は、半透過反射面として作用する。位相板２１３、ＰＢＳ２１４、及び偏光板２１５は、平面形状である。位相板２１１，２１３は、位相差がλ／４の波長板である。

本実施形態では、偏光板２１０が透過する偏光方向に対して位相板２１１の遅相軸は４５°傾き、偏光板２１０が透過する偏光方向に対して位相板２１３の遅相軸は－４５°傾き、偏光板２１０が透過する偏光方向とＰＢＳ２１４が透過する偏光方向は直交する。また、ＰＢＳ２１４が透過する偏光方向と偏光板２１５が透過する偏光方向は同じである。このような構成において、右眼用画像表示素子２０８から射出された光は、偏光板２１０を透過して直線偏光となり、位相板２１１を透過して円偏光となる。その後、ハーフミラー２１２を透過した後、位相板２１３を透過して直線偏光になる。該直線偏光は、偏光方向がＰＢＳ２１４で透過する偏光方向に直交するため、ＰＢＳ２１４で反射し位相板２１３を透過して円偏光となる。その後、ハーフミラー２１２で反射した後、位相板２１３を透過して直線偏光になる。該直線偏光は、偏光方向がＰＢＳ２１４で透過する偏光方向と一致するため、ＰＢＳ２１４及び偏光板２１５を透過して観察者の右眼２０２に導かれる。左眼用接眼光学系についても同様の光路である。

本実施形態では、外光のゴースト光を低減して観察画像のコントラストを高めるために、ＰＢＳ２１４と観察者の右眼２０２との間に偏光板２１５を配置する。

本実施形態のように接眼光学系を、偏光を利用して光路を折り畳む構成を備えることで、ＨＭＤ２０１を薄型化可能であると共に、接眼光学系の焦点距離を短くできるため、広画角な画像観察を実現することができる。

ＨＭＤ２０１は、頭部装着型の画像表示装置であるため、軽量であることが望ましい。そのため、接眼光学系を構成するレンズは、硝子よりも比重の小さい樹脂で作製されることが望ましい。本実施形態では、レンズ２０４，２０５，２０６，２０７を樹脂の非球面レンズとすることで収差補正効果を高めている。

本実施形態の接眼光学系では、射出瞳の位置をアイレリーフ（＝２０ｍｍ）に眼球の回転半径（＝１０ｍｍ）を加えた３０ｍｍの位置とし、射出瞳径を６ｍｍとしている。これにより、上下左右を画像観察するために眼球が回転した際にも、その方向の光が眼球に入射する。眼鏡をかけている観察者もＨＭＤ２０１を装着できるように、アイレリーフは１５ｍｍ以上であることが望ましい。また、アイレリーフが長くなると、レンズの外形が大きくなりＨＭＤ２０１が大型化するため、アイレリーフは２５ｍｍ以下であることが望ましい。

本実施形態の接眼光学系は、焦点距離が短く、薄型であるため、画像表示素子の周辺部から接眼光学系の射出瞳に射出された光の出射角は大きい。図１１は、本実施形態の画像表示素子から射出された光の出射角の説明図であり、表示画角と画像表示素子から射出瞳に射出された光の出射角との関係を示している。画像表示素子から射出された光の出射角は、射出瞳の中心に導かれる主光線の出射角としている。図１１に示されるように、表示画角が大きくなると出射角は大きくなり、画像表示素子の水平端及び垂直端から射出された光の出射角は４７度である。接眼光学系の焦点距離を短くしてＨＭＤ２０１の薄型化を実現するためには、画像表示素子から射出瞳の中心に射出された光の出射角は３０度以上であることが望ましい。

画像表示素子から射出された光の出射角が大きくなると、有機ＥＬの発光層の干渉やカラーフィルターの混色の影響で色ずれが発生する。本実施形態では、画像表示素子から射出された光の出射角が大きくなると、図１２に示されるように、青色の方に色度が変化して色ずれが発生する。そのため、観察者が白い画像を観察する場合、周辺部を画像観察すると青色が観察され、自然な画像観察ができなくなってしまう。

そこで、本実施形態では、偏光板２１０，２１５の少なくとも一方を、中心部と該中心部とは異なる領域（周辺部）とで特性が異なる補正素子として機能させる。具体的には、偏光板２１０，２１５の少なくとも一方は、中心部と周辺部とで分光透過率が異なる特性を有する。これにより、右眼用画像表示素子２０８の中心部から射出された第１の光と最も外側の最周辺部から射出された第２の光が右眼用接眼光学系を通過する前よりも通過した後において、第１の光に対する第２の光の色ずれを小さくすることができる。すなわち、右眼用画像表示素子２０８の周辺部の色ずれをキャンセルすることができる。図１３は、偏光板２１０，２１５の特性の説明図である。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）はそれぞれ、偏光板２１０，２１５の波長ごとの入射角０度の光に対する透過率（分光透過率）を示している。画像表示素子の青色の主波長は４７０ｎｍ、緑色の主波長は５４５ｎｍ、赤色の主波長は６０５ｎｍであり、図１３では各波長での透過率を示している。なお、青色の波長（第１の波長）は、４３０ｎｍから４８０ｎｍの範囲に含まれていればよい。また、緑色の波長（第２の波長）は、５２０ｎｍから５７０ｎｍの範囲に含まれていればよい。また、赤色の波長（第３の波長）は、６００ｎｍから６５０ｎｍの範囲に含まれていればよい。

図１３（ａ）に示されるように、偏光板２１０の緑色と赤色の透過率は入射角が大きくなっても変化は小さいが、青色の透過率は入射角が大きくなると下がる。偏光板２１５の透過率も同様の傾向である。右眼用画像表示素子２０８の周辺部から射出された光は、出射角が大きく、偏光板２１０，２１５への入射角も大きい。そのため、右眼用画像表示素子２０８の周辺部から射出された青く色ずれした光は、偏光板２１０，２１５を透過することで、青色の強度が低下し色ずれを低減することができる。

図１４は、接眼光学系の色ずれの説明図であり、接眼光学系を通過した後の出射角と色度の関係を示している。画像表示素子単体では出射角が大きくなると図１２に示されるように青色の方に色度が変化するが、接眼光学系を通過すると図１４に示されるように色度の変化が小さくなり、色ずれを低減することができる。本実施形態において、画像表示素子単体では出射角が大きくなると色度座標上での色度差ｘは０．０５５、色度差ｙは０．０７であるが、接眼光学系を通過すると色度差ｘを０．０１５、色度差ｙを０．０２に低減することができる。ここで、観察者が色ずれに気付きにくく自然な画像観察をするためには、色度座標上での色度差ｘは０．０５以下、色度差ｙは０．０５以下であることが望ましい。

本実施形態では、画像表示素子の中心部から射出瞳に射出された光の強度に対する画像表示素子の周辺部から射出瞳に射出された光の強度の比の値が最も大きい波長は青色の主波長の４７０ｎｍであり、出射角が大きくなると青い色ずれが発生する。そこで、赤色、緑色、及び青色の波長の中で偏光板２１０，２１５の透過率が最も低い波長を青色とすることで、画像表示素子の色ずれをキャンセルする。このように、画像表示素子の中心部に対する周辺部の色ずれを色補正素子である偏光板２１０，２１５の中心部と周辺部で分光透過率が異なる特性により低減することで、観察者はより自然な画像観察をすることが可能となる。

本実施形態の右眼用接眼光学系では、右眼用画像表示素子２０８の水平端から射出された光の出射角は４７度、水平表示半画角は３０度であり、偏光板２１０への入射角の方が偏光板２１５への入射角よりも大きい。そのため、右眼用画像表示素子２０８に近い偏光板２１０の特性で画像表示素子の出射角特性をキャンセルすることが望ましい。また、右眼用画像表示素子２０８の水平端から射出された光の出射角よりも水平表示半画角の方が大きく、偏光板２１５への入射角の方が偏光板２１０への入射角よりも大きい場合がある。この場合、偏光板２１５の特性で右眼用画像表示素子２０８の出射角特性をキャンセルすることが望ましい。

本実施形態では、偏光板の特性で画像表示素子から射出された光の出射角による色ずれをキャンセルするが、位相板の特性でキャンセルしてもよい。その場合、偏光板やＰＢＳと組み合わせた場合の透過率や反射率を変えるために、位相板の波長ごとの透過率（分光透過率）を変えてもよいし、位相板の波長ごとの位相量を変えてもよい。

また、ハーフミラーの中心部と該中心部とは異なる領域とで分光透過率と分光反射率の少なくとも一方が異なる特性で画像表示素子から射出された光の出射角による色ずれをキャンセルしてもよい。その場合、図９に示されるように、画像表示素子の中心部から射出された光と周辺部から射出された光のハーフミラー透過時の入射角の差は大きいが、ハーフミラー反射時の入射角の差は小さい。そのため、ハーフミラー透過時の特性で色ずれをキャンセルすることが望ましい。

本実施形態では、画像表示素子から射出された光の出射角が大きい場合、光の出射方向によらず青色に色ずれする。ずれる色が同じであるため、入射方向に応じて偏光板の特性を変える必要がない。また、ずれる色が人間の比視感度が低い色である青色であるため、画像表示素子から射出された光の強度が高くなっても観察者が感じる色ずれは小さい。

偏光板２１０の特性が水平方向と垂直方向で異なる場合、人間の視野は垂直方向よりも水平方向が広く、観察者は水平方向の色ずれを気付きやすいため、水平方向の色ずれが小さくなる特性とすることが望ましい。例えば、水平方向の特性を、青色のキャンセル効果が高い図１５（ａ）、垂直方向の特性を図１５（ｂ）のようにすればよい。また、偏光板２１５の特性が水平方向と垂直方向で異なる場合、水平方向の色ずれが小さくなる特性とすることが望ましい。

本実施形態では、右眼用画像表示素子２０８から射出された光の出射角が大きい場合の色度のずれを低減するが、偏光板２１０，２１５の特性を色差ΔＥ^＊のずれを低減するように設定してもよい。その場合、色ごとの透過率や反射率の絶対値を変えてもよい。

本実施形態では、レンズ２０４のハーフミラー１１２が蒸着されている面は、右眼用画像表示素子２０８に向かって凸の凸面である。凸面にハーフミラー２１２を蒸着することで、ＨＭＤ２０１を薄型化しつつ広画角を実現することができる。また、ハーフミラー２１２が蒸着されている凸面を非球面形状とすることで、収差補正効果を高めることができる。

本実施形態では、レンズ２０４，２０５は接合されているため、ハーフミラー２１２が蒸着されている面をレンズ２０５の観察者の右眼２０２の側の面としてもよい。その場合でもハーフミラー２１２が蒸着されている面は、右眼用画像表示素子２０８に向かって凸の凸面である。

本実施形態では、アイレリーフを長くすること、及びＨＭＤ２０１を薄型化することを両立するため、レンズ２０４の位相板２１３とＰＢＳ２１４が形成されている観察者の右眼２０２の側の面を平面としている。

本実施形態では、位相板２１１，２１３は位相差がλ／４の波長板であるが、レンズ２０４，２０５の複屈折をキャンセルするように、位相差がλ／４からずれていてもよい。この場合、レンズ２０４と位相板２１３の位相差の和が３λ／２０以上かつ７λ／２０以下であることが望ましい。また、レンズ２０５と位相板２１１の位相差の和が３λ／２０以上かつ７λ／２０以下であることが望ましい。上記範囲を外れるとゴースト光の強度が増えてしまい、自然な画像観察ができなくなる。
［第３実施形態］
図１６は、本実施形態に係る画像表示装置の一例であるヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤ）３０１の説明図である。ＨＭＤ３０１は、レンズ３０４，３０５，３０６，３０７、右眼用画像表示素子３０８、及び左眼用画像表示素子３０９を有する。レンズ３０４，３０５により右眼用接眼光学系が構成され、レンズ３０６，３０７により左眼用接眼光学系が構成される。レンズ３０４，３０５やレンズ３０６，３０７は、接合レンズであり、保持を容易に行うことができる。右眼用画像表示素子３０８及び左眼用画像表示素子３０９は、有機ＥＬディスプレイである。

右眼用接眼光学系は、右眼用画像表示素子３０８に表示された原画像を虚像として拡大投影して観察者の右眼３０２に導く。左眼用接眼光学系は、左眼用画像表示素子３０９に表示された原画像を虚像として拡大投影して観察者の左眼３０３に導く。右眼用接眼光学系と左眼用接眼光学系の焦点距離は１３ｍｍ、水平表示画角は６０°、垂直表示画角は６０°、対角表示画角は７８°である。また、ＨＭＤ２０１と観察者の眼球との距離（アイレリーフ）は、２０ｍｍである。

本実施形態の接眼光学系は、偏光を利用して光路を折り畳む構成を備える。接眼光学系の光路について右眼用接眼光学系で説明する。図１７は、本実施形態の右眼用接眼光学系の説明図である。右眼用接眼光学系は、右眼用画像表示素子３０８の側から順に、偏光板（第１偏光板）３１０、位相板（第１位相板）３１１、レンズ３０５，３０４、位相板（第２位相板）３１３、偏光分離素子（以下、ＰＢＳ）３１４、及び偏光板（第２偏光板）３１５を含む。レンズ３０４のレンズ３０５側の面には、ハーフミラー３１２が蒸着される。ハーフミラー３１２が蒸着される面は、半透過反射面として作用する。位相板３１３、ＰＢＳ３１４、及び偏光板３１５は、平面形状である。位相板３１１，３１３は、位相差がλ／４の波長板である。接眼光学系の光路については、第１実施形態又は第２実施形態と同様であるため、説明は省略する。

本実施例の接眼光学系は焦点距離が短く、薄型であるため、画像表示素子の周辺部から接眼光学系の射出瞳に向かって出射する光の出射角は大きく、画像表示素子の水平端及び垂直端から射出された光の出射角は４７度である。接眼光学系の焦点距離を短くしてＨＭＤ１０１の薄型化を実現するためには、画像表示素子の周辺部から射出瞳の中心に射出された光の出射角は３０度以上であることが望ましい。

画像表示素子から射出された光の出射角が大きくなると、有機ＥＬの発光層の干渉やカラーフィルターの混色の影響で色ずれが発生する。本実施形態では、画像表示素子から射出された光の出射角が大きくなると、カラーフィルターの混色により表示画面の右端は青色の方に、左端は赤色の方に色ずれが発生する。そのため、観察者が白い画像を観察する場合、周辺部を画像観察すると赤色や青色が観察され、自然な画像観察ができなくなってしまう。

そこで、本実施形態では、偏光板３１０を、中心部と該中心部以外の領域（周辺部）とで特性が異なる補正素子として機能させる。具体的には、偏光板３１０は、中心部、周辺部の右端、及び周辺部の左端で分光透過率が異なる特性を有する。これにより、右眼用画像表示素子３０８の中心部から射出された第１の光と最も外側の最周辺部から射出された第２の光が右眼用接眼光学系を通過する前よりも通過した後において、第１の光に対する第２の光の色ずれを小さくすることができる。すなわち、右眼用画像表示素子３０８の周辺部の右端の青色及び左端の赤色の色ずれをキャンセルすることができる。図１８は、偏光板３１０の特性の説明図であり、偏光板３１０の中心部、周辺部の右端、及び周辺部の左端の分光透過率を示している。図１８に示されるように、偏光板３１０の中心の透過率に対して、右端では青色側の波長の透過率を下げ、左端では赤色側の波長の透過率を下げている。そのため、画像表示素子の右端から射出された青く色ずれした光は偏光板３１０の右端を透過することで強度が低下し、青色の色ずれが低減される。また、右眼用画像表示素子３０８の左端から射出された赤く色ずれした光は偏光板３１０の左端を透過することで強度が低下し、赤色の色ずれが低減される。右眼用画像表示素子３０８の青色の主波長は４７０ｎｍ、緑色の主波長は５４５ｎｍ、赤色の主波長は６０５ｎｍである。なお、青色の波長（第１の波長）は、４３０ｎｍから４８０ｎｍの範囲に含まれていればよい。また、緑色の波長（第２の波長）は、５２０ｎｍから５７０ｎｍの範囲に含まれていればよい。また、赤色の波長（第３の波長）は、６００ｎｍから６５０ｎｍの範囲に含まれていればよい。

以上説明したように、右眼用画像表示素子３０８の中心部に対する周辺部の色ずれを、色補正素子である偏光板３１０の中心部と周辺部の分光透過率を変えることで低減することができるため、観察者はより自然な画像観察が可能となる。

本実施形態では、図１６に示されるように、右眼用画像表示素子３０８に近い偏光板３１０の光束幅が小さく画角ごとに分離しやすいため、偏光板３１０の場所ごとの特性で右眼用画像表示素子３０８の出射角特性をキャンセルすることが望ましい。

また、ハーフミラーの中心部と該中心部とは異なる領域とで分光透過率と分光反射率の少なくとも一方が異なる特性で画像表示素子から射出された光の出射角による色ずれをキャンセルしてもよい。その場合、図１６に示されるように、画像表示素子からの光の光束幅が小さく画角ごとに分離しやすいため、ハーフミラーの場所ごとの特性で色ずれをキャンセルすることが望ましい。
［第４実施形態］
図１９は、本実施形態に係る画像表示装置の一例であるヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤ）４０１の説明図である。ＨＭＤ４０１は、レンズ４０４，４０５，４０６，４０７、右眼用画像表示素子４０８、及び左眼用画像表示素子４０９を有する。レンズ４０４，４０５により右眼用接眼光学系が構成され、レンズ４０６，４０７により左眼用接眼光学系が構成される。右眼用画像表示素子４０８及び左眼用画像表示素子４０９は、有機ＥＬディスプレイである。

右眼用接眼光学系は、右眼用画像表示素子４０８に表示された原画像を虚像として拡大投影して観察者の右眼４０２に導く。左眼用接眼光学系は、左眼用画像表示素子４０９に表示された原画像を虚像として拡大投影して観察者の左眼４０３に導く。右眼用接眼光学系と左眼用接眼光学系の焦点距離は１０ｍｍ、水平表示画角は９０°、垂直表示画角は９０°、対角表示画角は１１０°である。また、ＨＭＤ２０１と観察者の眼球との距離（アイレリーフ）は、１２ｍｍである。

本実施形態の接眼光学系は、偏光を利用して光路を折り畳む構成を備える。該構成は、実施例１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

本実施例の接眼光学系は焦点距離が短く、薄型であるため、画像表示素子の周辺部から接眼光学系の射出瞳に向かって出射する光の出射角は大きく、画像表示素子の水平端及び垂直端から射出された光の出射角は６０度である。接眼光学系の焦点距離を短くしてＨＭＤ１０１の薄型化を実現するためには、画像表示素子の周辺部から射出瞳の中心に射出された光の出射角は３０度以上であることが望ましい。

画像表示素子から射出された光の出射角が大きくなると、有機ＥＬの発光層の干渉やカラーフィルターの混色の影響で色ずれが発生する。本実施形態では、画像表示素子から射出された光の出射角が大きくなると、カラーフィルターの混色により表示画面の周辺部に青い色ずれが発生する。そのため、観察者が白い画像を観察する場合、周辺部を画像観察すると青色が観察され、自然な画像観察ができなくなってしまう。

そこで、本実施形態では、レンズ４０５，４０７の少なくとも一方を、中心部と該中心部とは異なる領域（周辺部）とで特性が異なる補正素子として機能させる。具体的には、レンズ４０５，４０７の画像表示素子の側の曲面に蒸着する反射防止膜が、中心部と周辺部とで分光透過率が異なる特性を有する。これにより、画像表示素子の中心部から射出された第１の光と最も外側の最周辺部から射出された第２の光が接眼光学系を通過する前よりも通過した後において、第１の光に対する第２の光の色ずれを小さくすることができる。すなわち、画像表示素子の周辺部の色ずれをキャンセルすることができる。

以上説明したように、画像表示素子の中心部に対する周辺部の色ずれを、色補正素子であるレンズ４０５，４０７の反射防止膜の中心部と周辺部の分光透過率を変えることで低減することができるため、観察者はより自然な画像観察が可能となる。

レンズ４０５，４０７の画像表示素子の側の曲面は画像表示素子の中心部からの光の入射角と周辺部からの光の入射角との差が大きいため、レンズ４０５，４０７の画像表示素子の側の曲面に蒸着する反射防止膜の特性で色ずれを低減することが望ましい。また、レンズ４０４，４０６の両面やレンズ４０５，４０７の観察者の側の面にも同様の特性の反射防止膜を蒸着してもよい。その場合、色ずれ低減の効果を大きくすることができる。

また、画像表示素子のカバーガラスも画像表示素子の中心部からの光の入射角と周辺部からの光の入射角との差が大きいため、カバーガラスに反射防止膜を蒸着し、その特性を入射角が大きくなるにつれて青色の波長の透過率が下がるようにしてもよい。

更に、図２０に示されるように、右眼用画像表示素子４０８とレンズ４０５との間と左眼用画像表示素子４０９とレンズ４０７との間に色補正素子４１０，４１１を配置して、色補正素子４１０，４１１の特性で周辺部の色ずれをキャンセルしてもよい。そのとき、色補正素子４１０，４１１の特性は、入射角が大きくなるにつれて青色の波長の透過率が下がるようにする。

また、第３実施形態のように右端が青色、左端が赤色のように表示画面の場所ごとにずれる色が異なる場合、レンズ４０５，４０７の反射防止膜の特性を中心部、及び周辺部の右端と左端で変えればよい。具体的には、反射防止膜の中心の透過率に対して、右端では青色側の波長の透過率を下げて、左端では赤色側の波長の透過率を下げればよい。これにより、画像表示素子の右端から射出された青く色ずれした光はレンズ４０５，４０７の右端を透過することで強度が低下し、青色の色ずれが低減される。また、画像表示素子の左端から射出された赤く色ずれした光はレンズ４０５，４０７の左端を透過することで強度が低下し、赤色の色ずれが低減される。この場合でも、レンズ４０４，４０６の反射防止膜、カバーガラスの反射防止膜、又は色補正素子４１０，４１１の分光透過率を中心に対して右端と左端で変えることで、色ずれを低減してもよい。
［第５実施形態］
図２１は、本実施形態に係る画像表示装置の一例であるヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤ）５０１の説明図である。図２２は、ＨＭＤ５０１がＰＣ５１０に接続されている状態を示す図である。

ＨＭＤ５０１は、レンズ５０４，５０５，５０６，５０７、右眼用画像表示素子５０８、左眼用画像表示素子５０９、及び画像処理部５１１を有する。レンズ５０４，５０５により右眼用接眼光学系が構成され、レンズ５０６，５０７により左眼用接眼光学系が構成される。レンズ５０４，５０５やレンズ５０６，５０７は、接合レンズであり、保持を容易に行うことができる。右眼用画像表示素子５０８及び左眼用画像表示素子５０９は、有機ＥＬディスプレイである。

右眼用接眼光学系は、右眼用画像表示素子５０８に表示された原画像を虚像として拡大投影して観察者の右眼５０２に導く。左眼用接眼光学系は、左眼用画像表示素子５０９に表示された原画像を虚像として拡大投影して観察者の左眼５０３に導く。右眼用接眼光学系と左眼用接眼光学系の焦点距離は１３ｍｍ、水平表示画角は６０°、垂直表示画角は６０°、対角表示画角は７８°である。また、ＨＭＤ２０１と観察者の眼球との距離（アイレリーフ）は、２０ｍｍである。

本実施形態の接眼光学系は、偏光を利用して光路を折り畳む構成を備える。該構成は、実施例２と同様であるため、詳細な説明は省略する。

そこで、本実施形態では、画像表示素子に表示する画像の中心部と周辺部の特性を変えることで周辺部の色ずれをキャンセルする。画像表示素子に表示する画像は、接眼光学系の分光透過率を考慮したホワイトバランスとしており、通常は画像表示素子の全面で同じホワイトバランスとしている。本実施形態では、中心部に対して周辺部で色ずれが発生するため、画像処理部５１１により中心部と周辺部とでホワイトバランスを変えることで周辺部の色ずれを低減する。本実施形態では、周辺部の画像は青く色ずれするため、周辺部のホワイトバランスを、青色に対して赤色と緑色のゲインを上げて中心に対して黄色になるように調整する。これにより、画像表示素子の周辺部に表示された画像は、ホワイトバランスが中心部に対して黄色になっており、出射角が大きいことで青く色ずれするため、射出された画像は中心部に対して色ずれが低減された画像となる。

ここで、画像表示素子の青色の主波長は４７０ｎｍ、緑色の主波長は５４５ｎｍ、赤色の主波長は６０５ｎｍである。なお、青色の波長（第１の波長）は、４３０ｎｍから４８０ｎｍの範囲に含まれていればよい。また、緑色の波長（第２の波長）は、５２０ｎｍから５７０ｎｍの範囲に含まれていればよい。また、赤色の波長（第３の波長）は、６００ｎｍから６５０ｎｍの範囲に含まれていればよい。

本実施形態では、画像表示素子の周辺部から射出瞳に射出される光の強度と画像表示素子の中心部から射出瞳に射出される光の強度との比が最も大きい波長は、青色の主波長の４７０ｎｍであり、出射角が大きくなると青い色ずれが発生する。そこで、赤色、緑色、及び青色の波長の中で画像表示素子の周辺部のゲインと中心部のゲインとの比が最も小さい波長を青色の波長とすることで、画像表示素子の色ずれをキャンセルする。このように、中心部と周辺部のホワイトバランスを変えることで画像表示素子の中心部に対する周辺部の色ずれを低減することができ、観察者はより自然な画像観察が可能となる。なお、中心部に対して周辺部のホワイトバランスを変える場合、中心部から周辺部にかけて徐々に変えてもよいし、最周辺部のみ変えてもよい。また、本実施形態のように周辺部の色ずれが場所によらず青色である場合、中心部から周辺部にかけて変化させる色ごとのゲインの値を中心部からの距離の関数として保持してもよい。その場合、マップとして保持する場合に比べて必要なメモリを削減することができる。

本実施形態では、画像処理部５１１がホワイトバランスを変えているが、ＨＭＤ５０１の表示画像を生成するＰＣ５１０で変えてもよい。この場合、ＨＭＤ５０１の内部での処理が低減されるため、画像処理部５１１の低消費電力化を実現することができる。

画像表示素子が液晶ディスプレイで周辺部の色ずれが場所によって異なり、右端が青く、左端が赤く色ずれする場合、右端と左端の特性を変えることで色ずれを低減することができる。この場合、右端の画像は青く色ずれしているため、右端のホワイトバランスを、青色に対して赤色と緑色のゲインを上げて中心部に対して黄色になるように調整する。また、左端の画像は赤く色ずれしているため、左端のホワイトバランスを、赤色に対して緑色と青色のゲインを上げて中心に対して青緑色（シアン）になるように調整する。これにより、画像表示素子の右端に表示された画像は、ホワイトバランスが中心部に対して黄色になっており、出射角が大きいことで青く色ずれするため、射出された画像は中心に対して色ずれが低減される。また、画像表示素子の左端に表示された画像は、ホワイトバランスが中心部に対して青緑色になっており、出射角が大きいことで赤く色ずれするため、射出された画像は中心に対して色ずれが低減される。
［第６実施形態］
図２３は、本実施形態の右眼用接眼光学系の説明図である。本実施形態に係る右眼用接眼光学系は、補正素子として右眼用画像表示素子１０８と偏光板１１０との間に設置された誘電体多層膜（マイナスフィルタ）６０１を有している点で、第１実施形態に係る右眼用接眼光学系とは異なる。本実施形態において第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。本実施形態においては、マイナスフィルタ６０１により前述の色ずれを低減させる。以下、この誘電体多層膜で色ずれを低減させる手法について説明する。

まず一般的に、誘電体多層膜は高屈折率の誘電体膜と低屈折率の誘電体膜を交互に積層させることで特定の波長域での透過率を低下させることができる光学フィルタとして利用されている。本明細書では、周囲の波長域よりも透過率が低下している波長域を阻止帯域、その他の高透過率波長域を透過帯域と称する。阻止帯域の幅が比較的狭く、図２４に示すように局所的に透過率が低下するような特性を持つフィルタはマイナスフィルタとして知られている。図２４のマイナスフィルタは５００ｎｍ近辺の低透過率領域が阻止帯域であり、それ以外の高透過率域が透過帯域である。フィルタの多層膜の構成、材料等は必要な特性に応じて適宜設計される。このような誘電体多層膜を利用した光学フィルタは基本的に干渉の効果により所望の透過特性を得るように設計されているため、図２５に示すように０度入射時の特性に対し、斜め入射時には透過特性が短波長側にシフトすることが知られている。本実施形態では、図２３の有機ＥＬ側の面にマイナスフィルタが形成されており、下記表に層構成を示す。基板はＢＫ７ガラスであり、高屈折率材料としてＴａ_２Ｏ_５、低屈折率材料としてＳｉＯ_２を使用し、これらを６０層積層した構成となっている。

図２６は本実施形態における、０度射出方向の有機ＥＬパネルの発光スペクトル分布およびマイナスフィルタ６０１の０度入射方向の透過率分布である。図２７は３０度射出方向の有機ＥＬパネルの発光スペクトル分布およびマイナスフィルタ６０１の３０度入射方向の透過率分布である。図２８は５０度射出方向の有機ＥＬパネルの発光スペクトル分布およびマイナスフィルタ６０１の５０度入射方向の透過率分布である。まず、マイナスフィルタ６０１が無い場合の０度射出方向に対する３０度射出方向の光の色差ΔＥ＊ａｂは１５．６であり、色度差Δｘの絶対値は０．００２４、色度差のΔｙの絶対値は０．０２２７である。また、マイナスフィルタ６０１が無い場合の０度射出方向に対する５０度射出方向の光の色差ΔＥ＊ａｂは２７．０であり、色度差Δｘの絶対値は０．０００９、色度差Δｙの絶対値は０．０３６０８である。

図２６、図２７、図２８の発光スペクトルから、射出角度が大きくなると青の強度が強くなり色差および色度差がついていることがわかる。本実施形態で配置されているマイナスフィルタは、図２６に示すように０度入射時に５００ｎｍ近辺に阻止帯域を持つように設計されている。また、マイナスフィルタは、図２７及び図２８に示すように斜め入射により阻止帯域が短い波長側にシフトし、徐々に青の波長領域の光の透過率を下げるように機能する。この結果、本実施形態ではマイナスフィルタ６０１を通ることにより、０度射出方向に対する３０度射出方向の光の色差ΔＥ＊ａｂは６．５、色度差Δｘの絶対値は０．００７、色度差Δｙの絶対値は０．００４となる。また、０度射出方向に対する５０度射出方向の光の色差ΔＥ＊ａｂは１０．２、色度差Δｘの絶対値は０．０１８、色度差Δｙの絶対値は０．０１３となる。

このように、有機ＥＬディスプレイが斜め方向の射出により青が強くなる色ずれ特性を、マイナスフィルタの阻止帯域が斜め透過時に短波長側にシフトすることを利用して低減させている。本実施形態のように、ディスプレイの青成分が強くなる傾向を持つ場合、０度入射時の誘電体フィルタの阻止帯域が一般的な青の波長である４３０～４８０ｎｍと緑の波長である５２０～５７０ｎｍの間に存在するように設計しておく。これにより、垂直入射時には色に対する変化が少なく、かつ斜め入射時に青の成分を低減させることができる。このように、出射角に対して低減させたい色成分よりも長い波長側に阻止帯域を存在すれば、斜め入射時に可視光域内の阻止帯域のシフトすることにより色差もしくは色度差を低減させることができる。これは緑（５２０～５７０ｎｍ）や赤（６００～６５０ｎｍ）の成分に対しても同様のことが言える。また、複数の色成分に対して補正を行う場合は阻止帯域が複数存在するフィルタを使用することも可能である。

本実施例の画像表示素子単体では５０度方向の出射角では色度差の絶対値はｘが０．０００９、ｙが０．０３６０８である。接眼光学系を通過すると色度差の絶対値はｘが０．０１８と増えたが、ｙが０．０１３に低減できている。ここで、観察者が色ずれに気付きにくく自然な観察をするためには、色度差の絶対値はｘ、ｙそれぞれともに０・０３以下であることが望ましい。本実施形態では、色度差が自然な観察をすることが可能なレベルに補正されていることがわかる。

また、色差ΔＥ＊ａｂは２７．０から１０．２まで低減できている。ここで、観察者が色ずれに気付きにくく自然な観察をするためには、色度座標上での色度差ΔＥ＊ａｂは１５以下であることが望ましい。本実施形態では、色差が自然な観察をすることが可能なレベルに補正されていることがわかる。

本実施形態では、フィルタを別部品としえて配置したが、有機ＥＬパネルのカバーガラス表面に設置すればスペースは部品を減らすことができて好ましい。また、任意の光学面の表面に形成することも可能である。それらの場合は基材の屈折率等に合わせて適宜必要な多層膜構成を設計すればよい。また、有機ＥＬパネルの発光スペクトル、表示光学系、斜め方向の出射角での色ずれ特性等に応じて、誘電体多層膜の構成は適宜設計されうるものである。

以上の説明により、本実施形態の画像観察装置は、画像像表示素子の発光部から射出瞳の間の１つの面に誘電体多層膜を有する。誘電体多層膜の入射角特性により、画像表示素子の中心部から射出瞳に出射する光に対する画像表示素子の周辺部から射出瞳に出射する光の色差もしくは色度差が前記誘電体多層膜を通過すると小さくなっていることがわかる。
［第７実施形態］
図２９は、本実施形態の右眼用接眼光学系の説明図である。本実施形態に係る右眼用接眼光学系は、補正素子として右眼用画像表示素子２０８と偏光板２１０との間に設置された誘電体多層膜（ＩＲカットフィルタ）６０２を有している点で、第２実施形態に係る右眼用接眼光学系とは異なる。本実施形態において第２実施形態と同様の構成については説明を省略する。本実施形態においては、ＩＲカットフィルタ６０２により前述の色ずれを低減させる。以下、この誘電体多層膜で色ずれを低減させる手法について説明する。

図３０に示すように赤外領域で透過率が低下するような特性を持つ誘電体多層膜フィルタはＩＲカットフィルタとして知られている。図３０のＩＲカットフィルタは６９０ｎｍ未満の高透過率領域が透過帯域であり、それより長波長側の低透過率域が阻止帯域である。フィルタの多層膜の構成、材料等は必要な特性に応じて適宜設計される。これらの誘電体多層膜を利用した光学フィルタは基本的に干渉の効果により所望の透過特性を得るように設計されているため、図３１に示すように０度入射時の特性に対し、斜め入射時には透過特性が短波長側にシフトすることが知られている。本実施形態では、図２９の３０２の有機ＥＬ側の面にはＩＲカットフィルタが形成されており、下記表に層構成を示す。基板はＢＫ７ガラスであり、高屈折率材料としてＴｉＯ_２、低屈折率材料としてＳｉＯ_２を使用し、これらを３５層積層した構成となっている。

図３２は本実施形態における、０度射出方向の有機ＥＬパネルの発光スペクトル分布およびＩＲカットフィルタの０度入射方向の透過率分布である。図３３は３０度射出方向の有機ＥＬパネルの発光スペクトル分布およびＩＲカットフィルタの３０度入射方向の透過率分布である。図３４は５０度射出方向の有機ＥＬパネルの発光スペクトル分布およびＩＲカットフィルタの５０度入射方向の透過率分布である。まず、ＩＲカットフィルタが無い場合の０度射出方向に対する３０度射出方向の光の色差ΔＥ＊ａｂは１７．４であり、色度差Δｘの絶対値は０．００１５、色度差Δｙの絶対値は０．０２１２である。また、０度射出方向に対する５０度射出方向の光の色差ΔＥ＊ａｂは２１．７であり、色度差Δｘの絶対値は０．００８３、色度差Δｙの絶対値は０．０２０８である。

図３２、図３３、図３４の発光スペクトルおよび色度差から、射出角度が大きくなると赤の強度が強くなり色差がついていることがわかる。本実施形態で配置されているマイナスフィルタは、図３２に示すように０度入射時に赤外波長域である７３０ｎｍ以上の波長域に阻止帯域を持つように設計されている。また、マイナスフィルタは、図３３及び図３４に示すように斜め入射により阻止帯域が短い波長側にシフトし、徐々に赤の波長領域の光の透過率を下げるように機能する。この結果、本実施形態ではＩＲカットフィルタ６０２を通ることにより、０度射出方向に対する３０度射出方向の光の色差ΔＥ＊ａｂは１３．１、色度差Δｘは０．００２３、色度差Δｙは０．０１６６となる。また、０度射出方向に対する５０度射出方向の光の色差ΔＥ＊ａｂは１１．４、色度差Δｘは０．０１０８、色度差Δｙは０．０１７３となる。このように、有機ＥＬディスプレイが斜め方向の射出により赤が強くなる色むら特性を、ＩＲカットフィルタの阻止帯域が斜め透過時に短波長側にシフトすることで低減させている。

本実施形態のように、ディスプレイの赤成分が強くなる傾向を持つ場合、０度入射時の誘電体フィルタの阻止帯域が一般的な赤の波長である６４０ｎｍ以上に存在するように設計しておく。これにより、垂直入射時には色に対する変化が少なく、かつ斜め入射時に赤の成分を低減させることができる。このように、第一の実施形態と同じく出射角に対して低減させたい色成分よりも長い波長側に阻止帯域が存在する誘電体多層膜フィルタを使用すれば、斜め入射時に可視光域内の阻止帯域のシフトにより色差もしくは色度差を低減させることができる。

なお、本実施形態のように赤の成分を低減させる場合には、マイナスフィルタのように局所的に阻止帯域が存在するフィルタでなくてもよく、長波長側の非可視光領域にわたって広い範囲で阻止帯域が存在するＩＲカットフィルタを使用することができる。

本実施例の画像表示素子単体では５０度方向の出射角では色度差の絶対値はｘが０．００８３、ｙが０．０２０８である。接眼光学系を通過すると色度差の絶対値はｘが０．０１０８と増えるが、ｙが０．０１７３に低減できている。ここで、観察者が色ずれに気付きにくく自然な観察をするためには、色度座標上での色度差の絶対値はｘ、ｙそれぞれともに０・０３以下であることが望ましく、より好ましくは０．０１８以下にすることが望ましい。本実施形態では、色度差が自然な観察をすることが可能なレベルに補正されていることがわかる。

また、色差ΔＥ＊ａｂは２１．７から１１．４まで低減できている。ここで、観察者が色ずれに気付きにくく自然な観察をするためには、色差ΔＥ＊ａｂは１５以下であることが望ましい。本実施形態では、色差が自然な観察をすることが可能なレベルに補正されていることがわかる。

本実施形態では、フィルタを別部品として配置したが、有機ＥＬパネルのカバーガラス表面に設置すればスペースは部品を減らすことができて好ましい。また、その他任意の光学面の表面に形成することも可能である。それらの場合は基材の屈折率等に合わせて適宜必要な多層膜構成を設計すればよい。また、有機ＥＬパネルの発光スペクトル、表示光学系、斜め方向の出射角での色ずれ特性等に応じて、誘電体多層膜の構成は適宜設計されうるものである。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１０１，２０１，３０１，４０１，５０１ＨＭＤ（画像表示装置）
１０８，２０８，３０８，４０８，５０８右眼用画像表示素子
１０９，２０９，３０９，４０９，５０９左眼用画像表示素子

Claims

画像表示素子と、
前記画像表示素子からの光を射出瞳に導く接眼光学系とを有し、
前記接眼光学系は、中心部と該中心部とは異なる領域とで特性が異なる少なくとも一つの補正素子を含み、
前記少なくとも一つの補正素子の特性は、前記画像表示素子の中心部から射出された第１の光及び前記画像表示素子の最周辺部から射出された第２の光が前記接眼光学系を通過する前よりも通過した後において該第１の光に対する該第２の光の色ずれが小さくなるように設定されていることを特徴とする画像表示装置。
前記少なくとも一つの補正素子は、位相板を含み、
該位相板の中心部と該中心部とは異なる領域とでは、分光透過率と波長ごとの位相量との少なくとも一方が異なることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記少なくとも一つの補正素子は、偏光分離素子を含み、
該偏光分離素子の中心部と該中心部とは異なる領域とでは、分光透過率と分光反射率との少なくとも一方が異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
前記偏光分離素子は、第１の直線偏光を反射し、該第１の直線偏光の偏光方向に直交する偏光方向の第２の直線偏光を透過することを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
前記少なくとも一つの補正素子は、偏光板を含み、
該偏光板の中心部と該中心部とは異なる領域とでは、分光透過率が異なることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の画像表示装置。
前記少なくとも一つの補正素子は、位相板、偏光分離素子、及び偏光板を含み、
４３０ｎｍから４８０ｎｍの範囲に含まれる第１の波長、５２０ｎｍから５７０ｎｍの範囲に含まれる第２の波長、及び６００ｎｍから６５０ｎｍの範囲に含まれる第３の波長のうち、前記第１の光の強度に対する前記第２の光の強度の比の値が最も大きい波長と、前記最周辺部から前記射出瞳までの光路における、前記偏光板の透過率、前記位相板の透過率、前記偏光分離素子の反射率、及び前記偏光分離素子の透過率の少なくとも１つが最も小さい波長とが同じであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の画像表示装置。
前記少なくとも一つの補正素子は、半透過反射膜であり、
該半透過反射膜の中心部と該中心部とは異なる領域とでは、分光透過率と分光反射率との少なくとも一方が異なることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の画像表示装置。
前記少なくとも一つの補正素子は、反射防止膜であり、
該反射防止膜の中心部と該中心部とは異なる領域とでは、分光透過率が異なることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の画像表示装置。
４３０ｎｍから４８０ｎｍの範囲に含まれる第１の波長、５２０ｎｍから５７０ｎｍの範囲に含まれる第２の波長、及び６００ｎｍから６５０ｎｍの範囲に含まれる第３の波長のうち、前記第１の光の強度に対する前記第２の光の強度の比の値が最も大きい波長と、前記最周辺部から前記射出瞳までの光路における前記反射防止膜の透過率が最も小さい波長とが同じであることを特徴とする請求項８に記載の画像表示装置。
前記少なくとも一つの補正素子は、誘電体多層膜であり、
該誘電体多層膜の中心部と該中心部とは異なる領域とでは、分光透過率と分光反射率との少なくとも一方が異なることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の画像表示装置。
前記誘電体多層膜は、前記画像表示素子に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の画像表示装置。
４３０ｎｍから４８０ｎｍの範囲に含まれる波長を第１の波長、５２０ｎｍから５７０ｎｍの範囲に含まれる波長を第２の波長、及び６００ｎｍから６５０ｎｍの範囲に含まれる波長を第３の波長とするとき、該第１の波長と該第２の波長との間の帯域、該第２の波長と該第３の波長との間の帯域、該第３の波長よりも長波長側の帯域の何れかにおいて前記誘電体多層膜の阻止帯域が存在することを特徴とする請求項１１に記載の画像表示装置。
前記誘電体多層膜は、マイナスフィルタ又はＩＲカットフィルタであることを特徴とする請求項１０乃至１２の何れか一項に記載の画像表示装置。
前記接眼光学系は、前記画像表示素子の側から順に、第１偏光板、第１位相板、レンズ、第２位相板、及び偏光分離素子を含むことを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一項に記載の画像表示装置。
前記接眼光学系は、前記画像表示素子の側から順に、第１偏光板、第１位相板、レンズ、第２位相板、偏光分離素子、及び第２偏光板を含むことを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一項に記載の画像表示装置。
前記第２の光の出射角は、前記接眼光学系の表示半画角よりも大きく、
前記第１偏光板と前記第１位相板の少なくとも一方は、前記補正素子として機能することを特徴とする請求項１４又は１５に記載の画像表示装置。
前記第２の光の出射角は、前記接眼光学系の表示半画角よりも大きく、
前記第２位相板、前記偏光分離素子、及び前記第２偏光板の少なくとも一つは、前記補正素子として機能することを特徴とする請求項１５に記載の画像表示装置。
前記第１の光及び前記第２の光が前記接眼光学系を通過した後、前記第１の光に対する前記第２の光の色差ΔＥ^＊は１５以下であることを特徴とする請求項１乃至１７の何れか一項に記載の画像表示装置。
前記第１の光及び前記第２の光が前記接眼光学系を通過した後、前記第１の光に対する前記第２の光の色度差ｘは０．０５以下、かつ色度差ｙは０．０５以下であることを特徴とする請求項１乃至１８の何れか一項に記載の画像表示装置。
前記第２の光の出射角は、３０度以上であることを特徴とする請求項１乃至１９の何れか一項に記載の画像表示装置。
前記第１の光の強度に対する前記第２の光の強度の比の値が最も大きい波長は、４３０ｎｍから４８０ｎｍの範囲に含まれることを特徴とする請求項１乃至２０の何れか一項に記載の画像表示装置。
４３０ｎｍから４８０ｎｍの範囲に含まれる第１の波長、５２０ｎｍから５７０ｎｍの範囲に含まれる第２の波長、及び６００ｎｍから６５０ｎｍの範囲に含まれる第３の波長のうち、前記第１の光の強度に対する前記第２の光の強度の比の値が最も大きい波長は、前記画像表示素子から射出された光の出射方向によらず同じであることを特徴とする請求項１乃至２１の何れか一項に記載の画像表示装置。
前記第１の光及び前記第２の光が前記接眼光学系を通過した後、前記第１の光に対する前記第２の光の水平方向の色ずれは、垂直方向の色ずれよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至２２の何れか一項に記載の画像表示装置。
前記画像表示素子の中心部と該中心部とは異なる領域とでホワイトバランスが異なることを特徴とする請求項１乃至２３の何れか一項に記載の画像表示装置。
４３０ｎｍから４８０ｎｍの範囲に含まれる第１の波長、５２０ｎｍから５７０ｎｍの範囲に含まれる第２の波長、及び６００ｎｍから６５０ｎｍの範囲に含まれる第３の波長のうち、前記第１の光の強度に対する前記第２の光の強度の比の値が最も大きい波長は、前記画像表示素子の前記中心部のゲインに対する前記画像表示素子の前記最周辺部のゲインとの比が最も小さい波長と同じであることを特徴とする請求項２４に記載の画像表示装置。
画像表示素子と、
前記画像表示素子からの光を射出瞳に導く接眼光学系とを有し、
前記接眼光学系は、前記画像表示素子の中心部から射出された第１の光及び前記画像表示素子の最も外側の最周辺部から射出された第２の光が前記接眼光学系を通過する前よりも通過した後において該第１の光に対する該第２の光の色ずれが小さくなるように、前記画像表示素子の中心部と該中心部とは異なる領域とでホワイトバランスが異なることを特徴とする画像表示装置。