JPWO2014156599A1

JPWO2014156599A1 - 映像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ

Info

Publication number: JPWO2014156599A1
Application number: JP2015508252A
Authority: JP
Inventors: 稲垣　義弘; 義弘稲垣
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2017-02-16
Anticipated expiration: 2034-03-11
Also published as: WO2014156599A1; JP6229711B2; US20160041393A1

Abstract

映像表示装置（１）は、照明光学系（２）からの光を変調して映像を表示する表示素子（５）と、表示素子（５）からの映像光を観察者の瞳に導くための接眼光学系（６）とを有している。接眼光学系（６）は、映像光を内部で導光する接眼プリズム（２１）と、ＨＯＥ（２３）とを有している。ＨＯＥ（２３）は、接眼プリズム（２１）に接して設けられ、接眼プリズム（２１）内部で導光された映像光を回折反射する体積位相型ホログラムである。接眼プリズム（２１）においてＨＯＥ（２３）が接する面（２１ｄ）は、一方向において曲率が０であり、一方向と垂直な方向において０でない曲率を有している。ＨＯＥ（２３）の回折パワーは、上記一方向において０ではなく、上記垂直な方向において０である。

Description

本発明は、表示素子にて表示された映像を虚像として観察者に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と略称する）とに関するものである。

従来から、体積位相型ホログラム（ＨＯＥ；Holographic Optical Element）を用い、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き、観察者に映像（虚像）を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では、平面状のＨＯＥを接眼プリズムに貼り付け、表示素子から出射されて接眼プリズム内部で導光された映像光をＨＯＥで回折反射させ、観察者の瞳に導くようにしている。

一般に、ＨＯＥは波長依存性を持ち、波長に応じて回折される方向が変わる。このため、特許文献１のように、接眼プリズムにおけるＨＯＥ貼り付け面で映像光が反射する方向と、ＨＯＥで映像光が回折する方向とが、画面中心（映像観察時の画角中心）において略一致する構成では、平面状のＨＯＥを用いると、画面中心から放射状の方向に映像光の波長が分散される。特に、映像光として赤（Ｒ）、緑（Ｂ）、青（Ｂ）の３色の光を用い、各ＲＧＢの光がそれぞれ所定の波長幅を持つ場合には、ＲＧＢのそれぞれの光において上記の波長分散が起こる。この結果、画面中心以外の位置では、表示された点（画像）が画面中心から放射状に引き伸ばされて、画像品位が劣化するという問題が生じる。

この問題を解決するために、特許文献２では、ＨＯＥ貼り付け面をシリンドリカル面で形成している。そして、観察光学系の厚さを小さくするために、シリンドリカル面の曲率半径を画像中心から遠ざかるにつれて小さくしている。

特開２００７−１１２７９号公報（図１、図３、図４等参照）特開２０１２−１３９０８号公報

しかしながら、特許文献２の場合、ＨＯＥ貼り付け面で発生する収差を補正するために、ＨＯＥの光学パワーを使う必要がある。そのため、波長分散の問題は低減されているとは言え、少なからず残っている。また、ＨＯＥ貼り付け面で発生する収差に関して、ＨＯＥの光学パワーにより、主光線近傍の光線に対しては収差補正可能であるが、主光線から離れた光線については、収差補正することは困難である。その結果、コマ収差が発生してしまう。

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、ＨＯＥの波長依存性によって画像が引き伸ばされる方向を制限することにより、ＨＯＥの波長依存性に起因する画像品位の劣化と、収差とを抑え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とを提供することにある。

本発明の一側面に係る映像表示装置は、照明光学系からの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者の瞳に導くための接眼光学系とを有する映像表示装置であって、前記接眼光学系は、前記映像光を内部で導光する接眼プリズムと、前記接眼プリズムに接して設けられ、前記接眼プリズム内部で導光された前記映像光を回折反射する体積位相型ホログラムとを有しており、前記接眼プリズムにおいて前記体積位相型ホログラムが接する面は、一方向において曲率が０であり、前記一方向と垂直な方向において０でない曲率を有する面であり、前記体積位相型ホログラムの回折パワーは、前記一方向において０ではなく、前記垂直な方向において０である。

前記接眼プリズムを構成する面のうち、前記体積位相型ホログラムが接する面以外で前記映像光が透過する面は、平面であることが望ましい。

前記表示素子の表示面は長方形であり、前記表示面の短手方向は、前記体積位相型ホログラムが接する面の曲率が０である前記一方向と一致していることが望ましい。

本発明の他の側面に係るＨＭＤは、上述した映像表示装置と、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有している。

接眼プリズムにおけるＨＯＥが接する面の曲率と、ＨＯＥの回折パワーとを上記のように設定することにより、画面中心以外の位置において、ＨＯＥの波長依存性によって点（画像）が伸びる方向を、一方向のみに制限することができる。これにより、平面状のＨＯＥを用いる従来に比べて、ＨＯＥの波長依存性に起因する画像品位の劣化を抑えることができる。また、ＨＯＥの回折パワーは、前記垂直な方向において０であるので、収差の発生を抑えることができる。

本発明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。上記映像表示装置を備えたＨＭＤの概略の構成を示す斜視図である。

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、照明光学系２と、偏光板３と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）４と、表示素子５と、接眼光学系６とを有している。

なお、説明の便宜上、方向を以下のように定義しておく。接眼光学系６によって形成される光学瞳Ｐの中心と表示素子５の表示面の中心とを光学的に結ぶ軸およびその軸の延長線を光軸とする。そして、接眼光学系６のＨＯＥ２３の光軸入射面に垂直な方向をＸ方向とする。なお、ＨＯＥ２３の光軸入射面とは、ＨＯＥ２３における入射光の光軸と反射光の光軸とを含む平面を指す。また、各光学部材の光軸との交点における、面法線と垂直な面内で、Ｘ方向に垂直な方向をＹ方向とする。

照明光学系２は、表示素子５を照明するものであり、光源１１と、照明ミラー１２と、拡散板１３とを有している。

光源１１は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応する光を出射するＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されている。複数の発光点（ＲＧＢの各発光点）は、水平方向（Ｘ方向）に略直線状に並んでいる。光源１１から出射される光の波長は、例えば、光強度のピーク波長および光強度半値の波長幅で、４６２±１２ｎｍ（Ｂ光）、５２５±１７ｎｍ（Ｇ光）、６３５±１１ｎｍ（Ｒ光）である。

本実施形態では、光源１１は、ＲＧＢ一体型のＬＥＤを２対備えている。そして、ＲＧＢのそれぞれについて、ＨＯＥ２３の光軸入射面に対して各発光点が対称に位置するように、各発光点が略直線状に並んでいる（例えばＢＧＲＲＧＢの順に発光点がＸ方向に並んでいる）。これにより、ＲＧＢの光強度の分布をＸ方向で対称にすることができる。

照明ミラー１２は、光源１１から出射された光（照明光）を拡散板１３に向けて反射させるとともに、Ｙ方向に関して、光学瞳Ｐと光源１１とが略共役となるように、照明光を曲げる光学素子である。

拡散板１３は、光源１１の複数の発光点が並ぶＸ方向に入射光を例えば４０°拡散し、Ｙ方向には入射光を拡散しない一方向拡散板である。拡散板１３は、偏光板３の表面に保持されている。

偏光板３は、拡散板１３を介して入射する光のうち、所定の偏光方向の光を透過させてＰＢＳ４に導く。

ＰＢＳ４は、偏光板３を透過した光を反射型の表示素子５の方向に反射させる一方、表示素子５にて反射された光のうち、画像信号オンに対応する光（偏光板３を透過した光とは偏光方向が直交する光）を透過させる平板状の偏光分離素子であり、接眼光学系６の後述する接眼プリズム２１の光入射面２１ａに貼り付けられている。

ＰＢＳ４を光入射面２１ａに貼り付けることにより、ＰＢＳ４の光入射側および光出射側に各光学部材をバランスよく配置することができる。これにより、各光学部材の保持姿勢が安定する。また、接眼光学系６の上方の空いたスペースに表示素子５を配置した設計が可能となり、空間を有効利用することができ、小型化にも有利となる。また、ＰＢＳ４の接眼プリズム２１への貼り付けにより、接眼プリズム２１における空気との界面（空気と直接接触する面）が減るため、上記界面における表面反射を低減して光利用効率を向上させるとともに、表面反射によるゴーストの発生を低減できる。

表示素子５は、照明光学系２からの光を変調して映像を表示する表示素子であり、本実施形態では、反射型の液晶表示素子で構成されている。表示素子５はカラーフィルタを有する構成であってもよいし、ＲＧＢごとに時分割で駆動される構成であってもよい。

表示素子５は、ＰＢＳ４からほぼ垂直に入射する光がほぼ垂直に反射されてＰＢＳ４に向かうように配置されている。これにより、反射型の表示素子に対して大きな入射角で光を入射させる構成に比べて、解像度を増大させるような光学設計が容易となる。表示素子５の表示面は長方形となっており、表示面の長手方向がＸ方向となり、短手方向がＹ方向となるように配置されている。

また、表示素子５は、照明ミラー１２からＰＢＳ４に向かう光路に対して光源１１と同じ側に配置されている。これにより、照明光学系２から表示素子５までの光学系全体をコンパクトに構成することができる。表示素子５は、光源１１と同一の基板で支持されていてもよいし、別々の基板で支持されていてもよい（図１では、光源１１および表示素子５の支持基板は省略している）。

接眼光学系６は、表示素子５からの映像光を観察者の瞳（光学瞳Ｐ）に導くための光学系であり、非軸対称（非回転対称）な正の光学パワーを有している。この接眼光学系６は、接眼プリズム２１と、偏向プリズム２２と、ＨＯＥ２３とを有している。

接眼プリズム２１は、表示素子５からＰＢＳ４を介して入射する映像光を内部で導光する一方、外界像の光（外光）を透過させるものであり、平行平板の上端部を上端に向かうほど厚くし、下端部を下端に向かうほど薄くした形状で構成されている。

接眼プリズム２１においてＰＢＳ４が貼り付けられる面は、表示素子５からの映像光が入射する光入射面２１ａであり、光学瞳Ｐとほぼ平行に位置して互いに対向する２つの面２１ｂ・２１ｃは、映像光を全反射によって導光する全反射面となっている。そのうち、光学瞳Ｐ側の面２１ｂは、ＨＯＥ２３で回折反射される映像光の出射面を兼ねている。

接眼プリズム２１は、その下端部に配置されるＨＯＥ２３を挟むように偏向プリズム２２と接着剤で接合されている。本実施形態では、接眼プリズム２１を構成する面のうち、ＨＯＥ２３が接する面２１ｄ以外で映像光が透過する面（光入射面２１ａ、面２１ｂ）は、平面となっている。なお、接眼プリズム２１において、ＨＯＥ２３が接する面２１ｄの形状については後述する。

偏向プリズム２２は、接眼プリズム２１とＨＯＥ２３を介して貼り合わされて略平行平板を形成している。偏向プリズム２２を接眼プリズム２１と貼り合わせることで、外光が接眼プリズム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、観察される外界像に歪みが生じるのを防止することができる。

ＨＯＥ２３は、接眼プリズム２１に接して設けられ、接眼プリズム２１内部で導光された映像光を回折反射する体積位相型で反射型のホログラム光学素子である。ＨＯＥ２３は、回折効率のピーク波長および回折効率半値の波長幅で、例えば４６５±５ｎｍ（Ｂ光）、５２１±５ｎｍ（Ｇ光）、６３４±５ｎｍ（Ｒ光）の３つの波長域の光を回折（反射）させる。すなわち、ＨＯＥ２３のＲＧＢの回折波長は、ＲＧＢの映像光の波長（光源１１の発光波長）とほぼ対応している。

上記の構成において、照明光学系２の光源１１から出射された光は、照明ミラー１２で反射され、拡散板１３にてＸ方向にのみ拡散された後、所定の偏光方向の光のみが偏光板３を透過する。そして、偏光板３を透過した光は、ＰＢＳ４で反射され、表示素子５に入射する。

表示素子５では、入射光が画像信号に応じて変調される。このとき、画像信号オンに対応する映像光は、表示素子５にて入射光とは偏光方向が直交する光に変換されて出射されるため、ＰＢＳ４を透過して接眼プリズム２１の内部に光入射面２１ａから入射する。一方、画像信号オフに対応する映像光は、表示素子５にて偏光方向が変換されずに出射されるため、ＰＢＳ４で遮断され、接眼プリズム２１の内部に入射しない。

接眼プリズム２１では、入射した映像光が接眼プリズム２１の対向する２つの面２１ｃ・２１ｂでそれぞれ１回ずつ全反射された後、ＨＯＥ２３に入射し、そこで回折反射されて面２１ｂから出射され、光学瞳Ｐに達する。したがって、この光学瞳Ｐの位置では、観察者は、表示素子５に表示された映像を虚像として観察することができる。

一方、接眼プリズム２１、偏向プリズム２２およびＨＯＥ２３は、外光をほとんど全て透過させるので、観察者は外界像をシースルーで観察することができる。したがって、表示素子５に表示された映像の虚像は、外界像の一部に重なって観察されることになる。

（ＨＯＥ貼り付け面の形状およびＨＯＥの回折パワーについて）
本実施形態では、接眼プリズム２１においてＨＯＥ２３が接する面２１ｄは、一方向であるＹ方向において曲率が０であり、一方向と垂直な方向であるＸ方向において０でない曲率を有する面としている。また、ＨＯＥ２３の回折パワー（光学パワー）は、Ｙ方向において０ではなく（例えば正の回折パワー）、Ｘ方向において０となっている。

このように接眼プリズム２１の面２１ｄの形状およびＨＯＥ２３の回折パワーを設定することにより、Ｘ方向においては、表示素子５から出射されてＨＯＥ２３に入射する映像光を正反射に近い角度で反射させて光学瞳Ｐに導くとともに、ＨＯＥ２３の波長依存性（回折パワー）による波長分散を防止できる。一方、Ｙ方向においては、表示素子５から出射されてＨＯＥ２３に入射する映像光を、ＨＯＥ２３の回折パワーによって反射させて光学瞳Ｐに導くため、ＨＯＥ２３での回折による波長分散が生じる。このように、波長分散はＸ方向では生じず、Ｙ方向のみで生じるため、映像観察時に、画面中心以外の位置に表示された点が伸びる方向がＹ方向のみとなる。

つまり、本実施形態では、ＨＯＥ２３の波長依存性によって画像が引き伸ばされる方向が、従来の放射状の方向からＹ方向のみに制限されることになる。したがって、放射状に画像が伸びる従来よりも画像品位の劣化を抑えることができる。しかも、ＨＯＥ２３の回折パワーは、Ｘ方向において０であるので、ＨＯＥ２３の回折パワーに起因する収差の発生を抑えることができる。

また、ＨＯＥ２３は、フィルム状のホログラム感光材料を面２１ｄに貼り付けて２光束で露光し、これらの光束を干渉させることによって作製される。面２１ｄが一方の方向（Ｘ方向）にのみ曲率を有している場合、フィルム状のホログラム感光材料を面２１ｄに貼り付けることが容易になる利点もある。

また、本実施形態では、接眼プリズム２１のＨＯＥ２３が接する面２１ｄで映像光が反射する方向と、ＨＯＥ２３で映像光が回折する方向とを、ＨＯＥ２３における画面中心（表示映像の中心）と対応する位置で略一致させている。この場合、上述したように接眼プリズム２１の面２１ｄの形状およびＨＯＥ２３の回折パワーを設定することにより、画面中心からＸ方向にずれた位置でも、面２１ｄで映像光が反射する方向と、ＨＯＥ２３で映像光が回折する方向とが略一致する。したがって、画面中心およびそこからＸ方向にずれた位置においては、表示される点（画像）はどちらに伸びることもない。また、画面中心およびそこからＸ方向にずれた位置から、Ｙ方向にずれた位置では、Ｙ方向に点が伸びるが、点が伸びる量は、画面中心からのＹ方向の位置ずれ量に依存して大きくなる。

また、画像が引き伸ばされる方向がＹ方向となる場合、このＹ方向を画角の狭い方向と一致させれば、画像の劣化を最小限にできる。本実施形態では、表示素子５は、矩形の表示面の短手方向がＹ方向となるように配置されており、表示面の短手方向（画角の狭い方向）と、面２１ｄの曲率が０となる方向とが、ともにＹ方向で一致しているので、ＨＯＥ２３の波長依存性による画像の劣化を最小限に止めることができる。

接眼プリズム２１において、映像光の透過面（例えば光入射面２１ａ、面２１ｂ）に光学パワーを持たせて光を曲げるようにすることも可能である。この場合、透過面での屈折により倍率色収差が発生し、上述のＨＯＥ２３による点の伸びと同様の現象が起こるが、通常は、回折に比べて屈折の波長依存性は小さいので、回折パワーのみ（回折による波長依存性）を考えておけば十分である。

本実施形態では、接眼プリズム２１を構成する面のうち、ＨＯＥ２３が接する面２１ｄ以外で映像光が透過する面（光入射面２１ａ、面２１ｂ）は平面であるため、上記した屈折の波長依存性の影響をほとんど無視することができる。

本実施形態では、面２１ｄは、Ｘ方向において光学瞳Ｐ側に凹となる曲率を有しているが、接眼プリズム２１において映像光の透過面に光学パワーを持たせるのであれば、面２１ｄは、Ｘ方向において光学瞳Ｐ側に凸となる曲率を有していてもよい。

（ＨＭＤについて）
図２は、本実施形態の映像表示装置１を備えたＨＭＤ３０の概略の構成を示す斜視図である。ＨＭＤ３０は、上述した映像表示装置１と、支持部材３１とで構成されている。

映像表示装置１の照明光学系２や表示素子５等は、筐体３２内に収容されており、接眼光学系６の上端部も筐体３２内に位置している。接眼光学系６は、上述したように接眼プリズム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２では右眼用レンズ）のような形状をしている。また、筐体３２内の光源１１および表示素子５は、筐体３２を貫通して設けられるケーブル３３を介して、図示しない回路基板と接続されており、回路基板から光源１１および表示素子５に駆動電力や映像信号が供給される。

なお、映像表示装置１は、静止画や動画を撮影する撮像装置、マイク、スピーカー、イヤホンなどをさらに備え、外部のサーバーや端末とインターネット等の通信回線を介して、撮像画像および表示画像の情報や音声情報をやりとり（送受信）する構成であってもよい。

支持部材３１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（図２では右眼の前）で支持している。この支持部材３１は、観察者の左右の側頭部に当接するテンプル３４（右テンプル３４Ｒ、左テンプル３４Ｌ）と、観察者の鼻と当接する鼻当て３５（右鼻当て３５Ｒ・左鼻当て３５Ｌ）とを含んでいる。なお、支持部材３１は、観察者の左眼の前でレンズ３６も支持しているが、このレンズ３６はダミーレンズである。

ＨＭＤ３０を観察者の頭部に装着し、表示素子５に映像を表示すると、その映像光が接眼光学系６を介して光学瞳に導かれる。したがって、光学瞳の位置に観察者の瞳を合わせることにより、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。また、これと同時に、観察者は接眼光学系６を介して、外界像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３１で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。

（実施例について）
以下、図１で示した映像表示装置１の数値実施例について、コンストラクションデータ等を挙げてさらに具体的に説明する。

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、光源１１から光学瞳Ｐに至る光路中で、光学瞳Ｐ側から数えてｉ番目の面（接眼プリズム２１の映像光出射面を１番目の面とする）を示している。したがって、Ｓ２は接眼プリズム２１の面２１ｄ（ＨＯＥ貼り付け面）、Ｓ３は面２１ｂ（全反射面（Ｓ１と同一平面））、Ｓ４は面２１ｃ（全反射面）、Ｓ５は面２１ａ（ＰＢＳ貼り付け面）、Ｓ６はＰＢＳ４の透過面、Ｓ７は表示素子５のカバーガラス表面、Ｓ８は表示素子５の液晶面、Ｓ９は表示素子５のカバーガラス表面、Ｓ１０はＰＢＳ４の反射面、Ｓ１１は偏光板３の出射面、Ｓ１２は偏光板３と拡散板１３との境界面、Ｓ１３は拡散板１３の入射面、Ｓ１４は照明ミラー１２の反射面、Ｓ１５は光源１１のＬＥＤ発光面、である。

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（図１の紙面手前から奥に向かって見て）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、出射面（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。なお、出射面（Ｓ１）では、出射面（Ｓ１）からＨＯＥ２３に向かう方向が＋Ｚ方向であり、出射面（Ｓ１）に対して上方向が＋Ｙ方向であり、ＹＺ平面に垂直な方向であって、図１の紙面奥から手前に向かう方向（ＨＭＤを装着したときに左から右に向かう方向）が＋Ｘ方向である。

また、本実施例で用いたＨＯＥを作製する際の製造波長（ＨＷＬ；規格化波長）および再生波長はともに５３２ｎｍであり、回折光の使用次数は１次である。

また、本実施例では、ＨＯＥによる複雑な波面再生を行うので、位相関数φによってＨＯＥを定義する。位相関数φは、以下の数１式に示すように、ＨＯＥの位置（Ｘ，Ｙ）による生成多項式（二元多項式）である。なお、数１式において、Ａ（ｉ，ｊ）は、Ｘ^ｉＹ^ｊの係数（ＨＯＥ係数）を示す。

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２式によって表現される。ただし、Ｚは座標（Ｘ，Ｙ）の位置でのＺ軸方向（光軸方向）のサグ量（ｍｍ）を示し、Ａ（ｉ，ｊ）は、Ｘ^ｉＹ^ｊの係数（自由曲面係数）を示す。なお、数２式では、球面項を示す部分は存在していない。

表１は、本実施例の映像表示装置１の各面の座標を示し、表２〜表４は、本実施例の映像表示装置１におけるＨＯＥの位相関数φの係数（ＨＯＥ係数）Ａ（ｉ，ｊ）、ＨＯＥ面（ＨＯＥ貼り付け面）の形状式係数、照明ミラーの形状式係数を、Ｘの次数とＹの次数とに対応させて示している。ＨＯＥ面および照明ミラーの形状式係数は、数２式の自由曲面係数で示している。なお、表２〜表４において、１行目はＸの次数を示し、１列目はＹの次数を示している。また、全ての表において、表記の無い次数の係数は全て０であり、Ｅ−ｎ＝×１０^−ｎとする。

本実施例では、表２に示すように、ＨＯＥ係数がＹ０次の全ての項で０であり、また、数２式に球面項を示す部分が存在しないことで、ＨＯＥのＸ方向の回折パワーを０にしている。また、表３に示すように、ＨＯＥ面の形状式係数が、Ｙ０次Ｘ偶数次（範囲は２〜１０）の項で０でなく、Ｙ０次で無い項で全て０であることにより、ＨＯＥ面がＸ方向に曲率を有しており、Ｙ方向には曲率を有していないことがわかる。このように構成したことで、ＨＯＥの波長依存性（回折パワー）によって点が延びる方向が、上下方向のみとなり、それゆえ、放射状に画像が伸びる従来よりも、画像品位の劣化を抑えることができる。

（補足）
本実施形態で示した映像表示装置は、以下の構成であってもよい。
（１）接眼プリズムにおいてＨＯＥが接する面は、Ｘ方向において光学瞳側に凹となる曲率を有している。
（２）ＨＯＥのＹ方向における回折パワーは、正である。
（３）接眼プリズムにおけるＨＯＥが接する面で映像光が反射する方向と、ＨＯＥで映像光が回折する方向とが、ＨＯＥにおける画面中心と対応する位置で略一致している。
（４）映像表示装置は、
照明光学系からの光のうち、所定の偏光方向の光を透過する偏光板と、
上記偏光板を透過した光を表示素子としての反射型液晶表示素子の方向に反射させる一方、反射型液晶表示素子にて反射される光のうち、入射光と偏光方向が直交する光（画像信号オンに対応する光）を透過させる偏光分離素子とを備え、
上記偏光分離素子は、接眼プリズムにおける映像光の入射面に貼り付けられている。

また、本実施形態で示したＨＭＤは、上記の映像表示装置を支持部材で支持してなる構成であってもよい。

本発明の映像表示装置は、ＨＭＤに利用可能である。

１映像表示装置
２照明光学系
５表示素子
６接眼光学系
２１接眼プリズム
２１ｄ面
２３ＨＯＥ（体積位相型ホログラム）
３０ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）
３１支持部材

Claims

照明光学系からの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者の瞳に導くための接眼光学系とを有する映像表示装置であって、
前記接眼光学系は、
前記映像光を内部で導光する接眼プリズムと、
前記接眼プリズムに接して設けられ、前記接眼プリズム内部で導光された前記映像光を回折反射する体積位相型ホログラムとを有しており、
前記接眼プリズムにおいて前記体積位相型ホログラムが接する面は、一方向において曲率が０であり、前記一方向と垂直な方向において０でない曲率を有する面であり、
前記体積位相型ホログラムの回折パワーは、前記一方向において０ではなく、前記垂直な方向において０である映像表示装置。
前記接眼プリズムを構成する面のうち、前記体積位相型ホログラムが接する面以外で前記映像光が透過する面は、平面である請求項１に記載の映像表示装置。
前記表示素子の表示面は長方形であり、
前記表示面の短手方向は、前記体積位相型ホログラムが接する面の曲率が０である前記一方向と一致している請求項１または２に記載の映像表示装置。
請求項１から３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有しているヘッドマウントディスプレイ。