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JP2008216852A - Video display device and head-mounted display - Google Patents

Video display device and head-mounted display Download PDF

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JP2008216852A
JP2008216852A JP2007056868A JP2007056868A JP2008216852A JP 2008216852 A JP2008216852 A JP 2008216852A JP 2007056868 A JP2007056868 A JP 2007056868A JP 2007056868 A JP2007056868 A JP 2007056868A JP 2008216852 A JP2008216852 A JP 2008216852A
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JP
Japan
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light
image
diffusion
diffusing
optical
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Application number
JP2007056868A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Tanijiri
靖 谷尻
Yoshie Shimizu
佳恵 清水
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Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
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Publication date
Application filed by Konica Minolta Inc filed Critical Konica Minolta Inc
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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a video display device and a head-mounted display which allows an observer to observe bright and high-quality video, even in a configuration that uses a means of diffusing incident light in one direction. <P>SOLUTION: In a configuration of diffusing light from a light source 2 with a diffusing means 3 for guiding the light to a display element 4 and guide video light from the display device 4 to an optical pupil E via a lens 5, the diffusing means 3 has a second diffusing means 3b, other than a first diffusing means 3a. The first diffusing means 3a constituted of unidirectional diffusion plate and a second diffusion means 3b is constituted of unidirectional diffusion plate or a normal diffusion plate. The light from the light source 2 is diffused by a second diffusing means 3b, thereby since the light which is not emitted from the first diffusing means 3a is complimented in the incident light from a prescribed direction, the occurrence of shadowing due to the first diffusing means 3a is suppressed and uneveness in an observed video is reduced. Furthermore, the first diffusing means 3a can be arranged so as to be placed close to the display device 4, and as the result, the efficiency of using light is improved. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

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提供する映像表示装置と、その映像表示装置を備えたヘッドマウントディスプレイ(以下、HMDとも称する)とに関するものである。   The present invention relates to an image display device that provides an observer with an image displayed on a display element as a virtual image, and a head mounted display (hereinafter also referred to as an HMD) including the image display device.

従来、LCDなどの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して、例えば特許文献1および2に開示されたものがある。特許文献1および2の映像表示装置はいずれも、LEDから出射される光を拡散板にて拡散させてLCDに入射させ、LCDからの映像光をプリズムやレンズなどの光学素子を介して光学瞳に導く構成となっている。光学瞳の位置に観察者の瞳を合わせると、観察者はLCDに表示された映像の虚像を観察することが可能となる。   2. Description of the Related Art Conventionally, for example, Patent Documents 1 and 2 disclose image display devices that allow an observer to observe an image displayed on a display element such as an LCD as a virtual image. In each of the video display devices of Patent Documents 1 and 2, light emitted from the LED is diffused by a diffusion plate and incident on the LCD, and the video light from the LCD is optically pupild through optical elements such as a prism and a lens. It is the composition which leads to. When the observer's pupil is aligned with the position of the optical pupil, the observer can observe the virtual image of the image displayed on the LCD.

ところで、観察者に映像(虚像)を観察させやすくするためには、光学瞳を広げながら、映像を明るくすることが必要である。このとき、拡散板にて入射光を全方位に拡散させると、光学瞳を全方位に広げることはできても、映像が暗くなる。そのため、拡散板としては、入射光を全方位に拡散するものではなく、一方向に拡散させるもの(一方向拡散板)を用いることが非常に有効である。つまり、一方向拡散板を用いることにより、入射光を一方向に拡散させて光学瞳を一方向に大きく形成し、観察者に映像を観察させやすくすることができるとともに、上記拡散方向とは垂直方向に光源からの光を集光して明るい映像を観察者に観察させることができる。また、透明材料の凹凸による拡散においては、適切な拡散度に制御でき、光の吸収が少ないので、光の利用効率を高くできることが知られている。   By the way, in order to make it easy for an observer to observe an image (virtual image), it is necessary to brighten the image while widening the optical pupil. At this time, if incident light is diffused in all directions by the diffusion plate, the image becomes dark even though the optical pupil can be expanded in all directions. Therefore, it is very effective to use a diffuser plate that diffuses incident light in one direction (one-way diffuser plate) rather than diffuses incident light in all directions. In other words, by using a unidirectional diffuser plate, incident light can be diffused in one direction to make the optical pupil larger in one direction, making it easier for the observer to observe the image, and perpendicular to the diffusion direction. The light from the light source can be condensed in the direction to allow the observer to observe a bright image. Further, it is known that the diffusion due to the unevenness of the transparent material can be controlled to an appropriate diffusivity and light absorption is low, so that the light use efficiency can be increased.

特開平11−326821号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-326821 特開2000−249976号公報JP 2000-249976 A

ところで、図16(a)は、一方向拡散板101の一構成例を示す断面図である。この一方向拡散板101の光射出面101aは、凹凸形状で構成されている。このような構成では、一方向拡散板101に光入射面101bから光が入射したときに、光射出面101aにおいて、全反射によって光が射出されない部分が存在する。このため、一方向拡散板101から射出される光の中に、上記光が射出されない部分に対応する影Pが現れる。   Incidentally, FIG. 16A is a cross-sectional view showing a configuration example of the unidirectional diffusion plate 101. The light exit surface 101a of the unidirectional diffuser plate 101 has a concavo-convex shape. In such a configuration, when light is incident on the unidirectional diffuser plate 101 from the light incident surface 101b, there is a portion where light is not emitted by total reflection on the light emitting surface 101a. For this reason, a shadow P corresponding to a portion where the light is not emitted appears in the light emitted from the unidirectional diffusion plate 101.

したがって、一方向拡散板101を上述した従来の映像表示装置に適用すると、図16(b)に示すように、一方向拡散板101の影Pが観察映像(虚像)Qに重畳され、輝度ムラや色ムラとなって観察映像Qの品位が低下する。なお、この問題を回避するために、例えば一方向拡散板101を表示素子から遠い位置に配置するだけでは、光利用効率が低下し、観察映像Qが暗くなる。   Therefore, when the unidirectional diffuser plate 101 is applied to the above-described conventional image display device, as shown in FIG. 16B, the shadow P of the unidirectional diffuser plate 101 is superimposed on the observed image (virtual image) Q, resulting in uneven luminance. As a result, the quality of the observation image Q decreases. In order to avoid this problem, for example, if the unidirectional diffuser plate 101 is simply disposed at a position far from the display element, the light use efficiency is lowered and the observation image Q becomes dark.

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あって、その目的は、入射光を一方向に拡散する手段を用いる構成であっても、明るく、かつ、高画質の映像を観察者に観察させることができる映像表示装置と、その映像表示装置を用いたヘッドマウントディスプレイとを提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to produce a bright and high-quality image even in a configuration using means for diffusing incident light in one direction. An object of the present invention is to provide an image display device that can be observed by an observer, and a head-mounted display using the image display device.

本発明の映像表示装置は、光を出射する光源と、光源から出射された光を拡散する拡散手段と、拡散手段にて拡散された光を変調して映像を表示する表示素子と、表示素子からの映像光を光学瞳に導くことにより、表示映像の虚像を観察者に観察させる観察光学系とを備えた映像表示装置であって、上記拡散手段は、表面の凹凸によって入射光を一方向に拡散する第1の拡散手段と、入射光を拡散する第2の拡散手段とを有しており、光学瞳は、第1の拡散手段での入射光の拡散方向よりも上記拡散方向と垂直方向に小さいことを特徴としている。   An image display apparatus according to the present invention includes a light source that emits light, a diffusion unit that diffuses light emitted from the light source, a display element that modulates the light diffused by the diffusion unit and displays an image, and a display element The image display apparatus includes an observation optical system that allows the observer to observe a virtual image of the display image by guiding the image light from the optical pupil to the optical pupil, and the diffusion means transmits the incident light in one direction due to surface irregularities. A first diffusing means for diffusing light and a second diffusing means for diffusing incident light, and the optical pupil is perpendicular to the diffusing direction with respect to the diffusing direction of the incident light in the first diffusing means. It is characterized by being small in the direction.

上記の構成によれば、光源から出射された光は、拡散手段にて拡散された後、表示素子にて変調され、そこから映像光として出射される。この映像光は、観察光学系を介して光学瞳に導かれる。これにより、観察者は、光学瞳の位置にて、表示素子にて表示された映像の虚像を観察することが可能となる。   According to the above configuration, the light emitted from the light source is diffused by the diffusing means, then modulated by the display element, and emitted from there as video light. This image light is guided to the optical pupil via the observation optical system. Thereby, the observer can observe the virtual image of the image displayed on the display element at the position of the optical pupil.

ここで、上記の拡散手段は、第1の拡散手段と第2の拡散手段とを有している。第1の拡散手段は、入射光を一方向に拡散するものであるが、第2の拡散手段は、入射光を一方向に拡散するものであってもよいし、全方位に拡散するものであってもよい。入射光が第1の拡散手段にて一方向に拡散されることにより、光学瞳は一方向、すなわち、第1の拡散手段での拡散方向に相対的に大きく形成される一方、他の方向、すなわち、上記拡散方向とは垂直方向に相対的に小さく形成される。   Here, the diffusion means has a first diffusion means and a second diffusion means. The first diffusion means diffuses incident light in one direction, but the second diffusion means may diffuse incident light in one direction or diffuse in all directions. There may be. As the incident light is diffused in one direction by the first diffusion means, the optical pupil is formed relatively large in one direction, that is, the diffusion direction in the first diffusion means, while the other direction, That is, the diffusion direction is relatively small in the vertical direction.

このように光学瞳が一方向に大きく形成されることにより、観察者は光学瞳の位置にて映像を観察しやすくなる。一方、光学瞳が他の方向に小さく形成されることにより、光源から出射される光の利用効率を高くすることができ、小型、軽量の装置でも明るい映像(虚像)を観察者に観察させることができる。   By thus forming the optical pupil large in one direction, the observer can easily observe the image at the position of the optical pupil. On the other hand, by making the optical pupil small in the other direction, the utilization efficiency of light emitted from the light source can be increased, and the observer can observe a bright image (virtual image) even with a small and light device. Can do.

また、拡散手段に入射する光は、第1の拡散手段にて拡散されるのみならず、第2の拡散手段でも拡散されるので、所定の方向からの入射光では第1の拡散手段から射出されない光が第2の拡散手段によって補完される。これにより、第1の拡散手段に起因する影の発生が抑えられ、観察映像にムラ(輝度ムラ、色ムラ)が生じるのが軽減される。第1の拡散手段を表示素子に近づければ近づけるほど観察映像にムラが生じやすく、また、第1の拡散手段の拡散度を小さくすればするほど表面の凹凸のピッチが大きくなるので、第1の拡散手段に起因する影が大きくなり、観察映像にムラが生じやすい。しかし、上記構成によれば、第2の拡散手段によって観察映像のムラが軽減されるので、第1の拡散手段を表示素子に近づけて配置したり、第1の拡散手段の拡散度を小さくすることが可能となる。これにより、光源からの光の利用効率をさらに上げて明るく、かつ、高画質の映像を観察者に観察させることができる。   Further, the light incident on the diffusing means is diffused not only by the first diffusing means but also by the second diffusing means, so that incident light from a predetermined direction is emitted from the first diffusing means. The light that is not complemented by the second diffusing means. Thereby, the occurrence of shadows due to the first diffusing means is suppressed, and the occurrence of unevenness (brightness unevenness, color unevenness) in the observed image is reduced. The closer the first diffusing unit is to the display element, the more easily the unevenness in the observed image is generated. Further, the smaller the diffusivity of the first diffusing unit is, the larger the pitch of the surface irregularities becomes. The shadow caused by the diffusing means increases, and the observed image tends to be uneven. However, according to the above configuration, since the unevenness of the observation image is reduced by the second diffusing unit, the first diffusing unit is arranged close to the display element, or the diffusivity of the first diffusing unit is reduced. It becomes possible. Thereby, the utilization efficiency of the light from the light source can be further increased to allow the observer to observe a bright and high-quality image.

本発明の映像表示装置において、上記第2の拡散手段は、表面の凹凸によって入射光を一方向に拡散するものであり、上記第2の拡散手段での入射光の拡散方向は、上記第1の拡散手段での入射光の拡散方向と略一致していてもよい。   In the video display device of the present invention, the second diffusing unit diffuses incident light in one direction due to surface irregularities, and the diffusing direction of the incident light in the second diffusing unit is the first diffusing direction. May substantially coincide with the diffusion direction of incident light in the diffusing means.

第1および第2の拡散手段の2つの拡散手段で入射光を略同一方向に拡散することにより、第2の拡散手段として例えば拡散方向が全方位のものを用いる場合に比べて、光学瞳を他の方向に確実に小さく形成することができ、光利用効率をより高くして明るい映像を観察者に観察させることができる。   By diffusing incident light in approximately the same direction with the two diffusing means of the first and second diffusing means, the optical pupil can be compared with the case where the diffusing direction is omnidirectional, for example. It can be surely made small in the other direction, and the light use efficiency can be made higher to allow the observer to observe a bright image.

本発明の映像表示装置において、上記第2の拡散手段は、光源と第1の拡散手段との間の光路中に配置されており、上記第1の拡散手段の拡散方向において、上記第2の拡散手段の拡散度は上記第1の拡散手段の拡散度よりも小さくてもよい。   In the video display apparatus of the present invention, the second diffusing unit is disposed in an optical path between the light source and the first diffusing unit, and the second diffusing unit is arranged in the diffusing direction of the first diffusing unit. The diffusion degree of the diffusion means may be smaller than the diffusion degree of the first diffusion means.

この構成の場合、第1および第2の拡散手段のうち、第1の拡散手段の拡散方向において拡散度のより大きい拡散手段(第1の拡散手段)が、他の拡散手段(第2の拡散手段)よりも表示素子に相対的に近い位置となるので、光利用効率を高くして明るい映像を観察者に観察させることができる。   In the case of this configuration, of the first and second diffusing means, the diffusing means (first diffusing means) having a higher diffusivity in the diffusing direction of the first diffusing means is connected to the other diffusing means (second diffusing means). Since the position is relatively closer to the display element than the means), it is possible to increase the light utilization efficiency and allow the observer to observe a bright image.

本発明の映像表示装置において、上記光源は、赤、緑、青の3色の光をそれぞれ発光する発光ダイオード(以下、LEDとも称する)を有しており、各発光ダイオードは、第1の拡散手段の拡散方向に並んで配置されていてもよい。   In the video display device of the present invention, the light source includes a light emitting diode (hereinafter also referred to as an LED) that emits light of three colors of red, green, and blue, and each light emitting diode has a first diffusion. You may arrange | position along with the spreading | diffusion direction of a means.

各色の発光ダイオードを第1の拡散手段の拡散方向に並べて配置することにより、各色が上記拡散方向に混ざるので、色ムラの少ないカラー映像を観察者に観察させることができる。   By arranging the light emitting diodes of the respective colors side by side in the diffusion direction of the first diffusion means, the respective colors are mixed in the diffusion direction, so that a color image with little color unevenness can be observed by the observer.

本発明の映像表示装置において、上記光源は、赤、緑、青の3色の光をそれぞれ発光する発光ダイオードを2組有しており、表示素子の表示領域の中心と光学瞳の中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とすると、各組の発光ダイオードは、各色ごとに観察光学系の光軸に対して対称に配置されていてもよい。   In the image display device of the present invention, the light source has two sets of light emitting diodes that emit light of three colors of red, green, and blue, respectively, and the center of the display area of the display element and the center of the optical pupil are When the optically connecting axis is an optical axis, each set of light emitting diodes may be arranged symmetrically with respect to the optical axis of the observation optical system for each color.

このようにすると、各LEDからの出射光の各色ごとの光強度(各組間で足し合わせたもの)の重心が一致する(例えば上記光軸上に位置する)。これにより、光学瞳の中心またはその近傍で色ムラの無い映像を、収差の少ない高画質な映像として観察者に観察させることができる。   In this way, the centroids of the light intensity of each color of the emitted light from each LED (added between each set) coincide (for example, located on the optical axis). As a result, an image having no color unevenness at or near the center of the optical pupil can be observed by the observer as a high-quality image with little aberration.

本発明の映像表示装置において、上記第1の拡散手段の観察光学系による虚像と表示素子の表示映像の虚像との視度の差は、10ディオプタ以下であることが望ましい。10ディオプタは、人間の目のピントの最大調整範囲を示すが、第1の拡散手段の観察光学系による虚像と表示素子の表示映像の虚像との視度の差が10ディオプタ以下のときは、第1の拡散手段が表示素子に近い位置に配置され、表示映像の虚像のみならず第1の拡散手段の観察光学系による虚像(影を含む)が人間の目で観察可能な範囲に位置することになる。   In the video display device of the present invention, it is desirable that the diopter difference between the virtual image by the observation optical system of the first diffusing means and the virtual image of the display image of the display element is 10 diopters or less. 10 diopter indicates the maximum adjustment range of the focus of the human eye. When the diopter difference between the virtual image by the observation optical system of the first diffusing unit and the virtual image of the display image of the display element is 10 diopter or less, The first diffusing unit is arranged at a position close to the display element, and not only a virtual image of the display image but also a virtual image (including a shadow) by the observation optical system of the first diffusing unit is located in a range that can be observed by human eyes. It will be.

しかし、本発明によれば、第1の拡散手段に起因する影の発生を第2の拡散手段によって軽減することができるので、両虚像の視度の差が10ディオプタ以下となるように第1の拡散手段を(表示素子に近い位置に)配置しても、表示映像の虚像にムラが発生するのを抑えることができ、第2の拡散手段を設ける本発明の構成が非常に有効となる。   However, according to the present invention, the occurrence of shadows due to the first diffusing means can be reduced by the second diffusing means, so that the first diopter difference between the two virtual images is 10 diopters or less. Even if the diffusing means is arranged (at a position close to the display element), it is possible to suppress the occurrence of unevenness in the virtual image of the display image, and the configuration of the present invention in which the second diffusing means is provided is very effective. .

本発明の映像表示装置は、第1の拡散手段の拡散方向に垂直な方向に光源からの光を集光して表示素子に導く集光手段をさらに備え、光源と光学瞳とは、第1の拡散手段の拡散方向に垂直な方向について共役となる位置に配置されている構成であってもよい。   The video display apparatus according to the present invention further includes a condensing unit that condenses light from the light source in a direction perpendicular to the diffusion direction of the first diffusing unit and guides the light to the display element. The structure arrange | positioned in the position which becomes conjugate about the direction perpendicular | vertical to the diffusion direction of the said spreading | diffusion means may be sufficient.

この構成では、集光手段により、光源からの光は第1の拡散手段の拡散方向に垂直な方向に集光されて表示素子に導かれる。このとき、第1の拡散手段の拡散方向に垂直な方向において、光源と光学瞳とは共役となる位置に配置されているので、上記拡散方向に垂直な方向に光学瞳をより小さくすることができ、上記方向において光源からの光利用効率をより高めて明るい映像を観察者に観察させることができる。   In this configuration, the light from the light source is collected in the direction perpendicular to the diffusion direction of the first diffusion means by the light collecting means and guided to the display element. At this time, since the light source and the optical pupil are arranged at conjugate positions in the direction perpendicular to the diffusion direction of the first diffusion means, the optical pupil can be made smaller in the direction perpendicular to the diffusion direction. It is possible to increase the efficiency of light utilization from the light source in the above direction and allow the observer to observe a bright image.

本発明の映像表示装置において、上記集光手段は、第1の拡散手段の拡散方向に平行な方向には、光学的パワーが無いか負であることが望ましい。集光手段により、光源からの光は第1の拡散手段の拡散方向に平行な方向には集光されないので、上記方向には光源の輝度ムラ(強度ムラ)が増幅されることがなく、高画質の映像を観察者に観察させることができる。   In the video display device of the present invention, it is desirable that the light converging means has no optical power or is negative in a direction parallel to the diffusion direction of the first diffusion means. Since the light from the light source is not collected in the direction parallel to the diffusion direction of the first diffusing means by the condensing means, luminance unevenness (intensity unevenness) of the light source is not amplified in the above direction, It is possible to make an observer observe an image of image quality.

本発明の映像表示装置において、上記表示素子は、反射型の液晶表示素子(以下、LCDとも称する)であってもよい。反射型のLCDは、開口率が高く、各画素のエッジでの拡散が小さい。したがって、表示素子として反射型LCDを用いることにより、例えば透過型のLCDを用いる場合に比べて明るく、かつ、高画質の映像を観察者に観察させることができる。   In the video display device of the present invention, the display element may be a reflective liquid crystal display element (hereinafter also referred to as LCD). The reflective LCD has a high aperture ratio and a small diffusion at the edge of each pixel. Therefore, by using a reflective LCD as a display element, it is possible to make an observer observe a brighter and higher-quality image as compared with, for example, a transmissive LCD.

本発明の映像表示装置において、上記集光手段は、第1の拡散手段の拡散方向に垂直な方向に正の光学的パワーを持つミラーで構成され、かつ、上記反射型の液晶表示素子から観察光学系に向かう光の光路に対して光源とは反対側に配置されて光源からの光を反射させて反射型の液晶表示素子に導き、上記第1および第2の拡散手段は、上記反射型の液晶表示素子から観察光学系に向かう光の光路と上記集光手段との間に配置されていてもよい。   In the video display device of the present invention, the light condensing means is composed of a mirror having a positive optical power in a direction perpendicular to the diffusion direction of the first diffusing means, and is observed from the reflective liquid crystal display element. A light path directed to the optical system is disposed on the opposite side of the light source, reflects light from the light source and guides it to a reflective liquid crystal display element, and the first and second diffusing means include the reflective type The liquid crystal display element may be arranged between the light path from the liquid crystal display element toward the observation optical system and the light collecting means.

この構成では、光源からの光は、集光手段(ミラー)で反射されて集光し、反射型のLCDに入射する。反射型のLCDに入射した光はそこで変調されて映像光として観察光学系に入射する。このとき、集光手段は、反射型のLCDから観察光学系に向かう光の光路に対して光源とは反対側に配置されており、第1および第2の拡散手段は上記光路と集光手段との間に配置されているので、光源から出射されて集光手段にて反射された光は、第1および第2の拡散手段にて所定の方向に拡散された後、反射型のLCDに入射することになる。   In this configuration, the light from the light source is reflected by the light collecting means (mirror) and collected, and enters the reflective LCD. The light incident on the reflective LCD is modulated there and enters the observation optical system as image light. At this time, the light condensing means is disposed on the opposite side of the light source from the light path from the reflective LCD toward the observation optical system, and the first and second diffusing means include the light path and the light converging means. The light emitted from the light source and reflected by the light collecting means is diffused in a predetermined direction by the first and second diffusing means, and then is reflected on the reflective LCD. It will be incident.

このように、光源から反射型のLCDに向かう光の光路を集光手段で折り曲げる構成において、反射型のLCDから観察光学系に向かう光の光路と集光手段との間に第1および第2の拡散手段を配置したとき、第1および第2の拡散手段は、反射型のLCDに対して傾斜して配置されることになり、その一端が反射型のLCDに非常に近づくことになる。第1の拡散手段を表示素子に近づければ近づけるほど観察映像にムラが生じやすくなるが、第2の拡散手段を設ける本発明によれば、観察映像のムラを軽減することができるので、本発明は、光源から反射型のLCDに向かう光の光路を集光手段で折り曲げたコンパクトな構成においても非常に有効なものとなる。   In this way, in the configuration in which the light path from the light source toward the reflective LCD is bent by the light collecting means, the first and second light paths are arranged between the light path from the reflective LCD to the observation optical system and the light collecting means. When the first and second diffusing means are arranged, the first and second diffusing means are inclined with respect to the reflective LCD, and one end thereof is very close to the reflective LCD. The closer the first diffusing unit is to the display element, the more easily the unevenness in the observation image occurs. However, according to the present invention in which the second diffusing unit is provided, the unevenness of the observation image can be reduced. The invention is very effective even in a compact configuration in which the light path from the light source toward the reflective LCD is bent by the light collecting means.

本発明の映像表示装置において、上記観察光学系は、体積位相型の反射型ホログラム光学素子を含み、上記ホログラム光学素子は、表示素子からの映像光を回折反射させて光学瞳に導く構成であってもよい。   In the image display device of the present invention, the observation optical system includes a volume phase type reflection hologram optical element, and the hologram optical element is configured to diffract and reflect image light from the display element and guide it to the optical pupil. May be.

体積位相型で反射型のホログラム光学素子は、回折効率が高く、しかも、回折効率ピークの半値波長幅が狭い。したがって、このようなホログラム光学素子を用い、表示素子からの映像光をホログラム光学素子にて回折反射させて光学瞳に導く構成とすることにより、明るく、色純度の高い映像を観察者に提供することができる。また、外光の透過率も高くなるので、明るい外界像を観察者に提供することができる。つまり、明るく、かつ、視認性の高い映像を明るい外界像に重ねて観察者に提供することができる。   Volume phase type and reflection type hologram optical elements have high diffraction efficiency and a narrow half-value wavelength width of the diffraction efficiency peak. Therefore, by using such a hologram optical element and adopting a configuration in which image light from the display element is diffracted and reflected by the hologram optical element and guided to the optical pupil, a bright image with high color purity is provided to the observer. be able to. In addition, since the transmittance of external light is increased, a bright external image can be provided to the observer. That is, it is possible to provide a viewer with a bright and highly visible video superimposed on a bright external image.

本発明の映像表示装置において、上記ホログラム光学素子は、軸非対称な正の光学的パワーを有していてもよい。軸非対称でかつ正の光学的パワーをホログラム光学素子に持たせることにより、装置を構成する各光学部材の配置の自由度を高めることができ、装置を小型化することが容易となる。   In the video display device of the present invention, the hologram optical element may have an axially asymmetric positive optical power. By providing the hologram optical element with axially asymmetric and positive optical power, the degree of freedom of arrangement of each optical member constituting the apparatus can be increased, and the apparatus can be easily downsized.

本発明の映像表示装置において、表示素子の表示領域の中心と光学瞳の中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とすると、上記第1の拡散手段の拡散方向は、上記ホログラム光学素子の光軸入射面に垂直な方向と略平行であってもよい。なお、ホログラム光学素子の光軸入射面とは、ホログラム光学素子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。   In the video display device of the present invention, if the optical axis is an axis that optically connects the center of the display area of the display element and the center of the optical pupil, the diffusion direction of the first diffusion means is the light of the hologram optical element. It may be substantially parallel to the direction perpendicular to the axis incidence surface. The optical axis incident surface of the hologram optical element refers to a plane including the optical axis of incident light and the optical axis of reflected light in the hologram optical element.

ホログラム光学素子が軸非対称である場合、ホログラム光学素子の光軸入射面に平行な方向では、ホログラム光学素子の波長特性(波長選択性)が大きく、入射光の入射角がずれると回折波長がずれやすい。したがって、第1の拡散手段の拡散方向を光軸入射面に垂直な方向と略平行な方向とし、ホログラム光学素子の波長選択性が小さい方向に光を拡散させることにより、色ムラの発生を抑えたまま、上記方向に光学瞳を大きくして観察しやすい映像を観察者に提供することができる。また、光学瞳は、光軸入射面に垂直な方向よりも光軸入射面に平行な方向で相対的に小さくなるので、上記平行な方向では光源からの光を無駄なく集光することができ、明るい映像を観察者に提供することができる。   When the hologram optical element is axially asymmetric, the wavelength characteristic (wavelength selectivity) of the hologram optical element is large in the direction parallel to the optical axis incident surface of the hologram optical element, and the diffraction wavelength shifts when the incident angle of incident light shifts. Cheap. Therefore, the diffusion direction of the first diffusing means is set to a direction substantially parallel to the direction perpendicular to the optical axis incident surface, and light is diffused in a direction in which the wavelength selectivity of the hologram optical element is small, thereby suppressing occurrence of color unevenness. An image that is easy to observe by enlarging the optical pupil in the above direction can be provided to the observer. In addition, the optical pupil is relatively smaller in the direction parallel to the optical axis incident surface than in the direction perpendicular to the optical axis incident surface, so that the light from the light source can be collected without waste in the parallel direction. A bright image can be provided to the observer.

本発明の映像表示装置において、上記光源は、発光ダイオードで構成されており、上記ホログラム光学素子の回折効率がピークとなる波長と、上記光源から出射される光の強度がピークとなる波長とが略等しい構成であってもよい。この場合、光源(LED)から出射される光のうちで光強度がピークとなる波長付近の光が、ホログラム光学素子にて効率よく回折されるので、外界像に重畳しても明るく、見やすい映像を観察者に提供することができる。   In the video display device of the present invention, the light source is formed of a light emitting diode, and a wavelength at which the diffraction efficiency of the hologram optical element reaches a peak and a wavelength at which the intensity of light emitted from the light source peaks. The configuration may be approximately equal. In this case, light near the wavelength at which the light intensity reaches a peak among the light emitted from the light source (LED) is efficiently diffracted by the hologram optical element. Can be provided to the observer.

本発明の映像表示装置において、上記観察光学系は、表示素子からの映像光を内部で全反射させて観察者の瞳に導く一方、外光を透過させて観察者の瞳に導く第1の透明基板を有していてもよい。第1の透明基板は、表示素子からの映像光をその内部で全反射により進行させるので、外光の透過率は高くなる。したがって、表示素子の映像を観察者に観察させながら、明るい外界像を観察者に観察させることができる。   In the video display device of the present invention, the observation optical system first reflects the video light from the display element to the observer's pupil while transmitting the external light to the observer's pupil. You may have a transparent substrate. Since the first transparent substrate advances the image light from the display element by total reflection inside thereof, the transmittance of external light is increased. Therefore, a bright external image can be observed by the observer while allowing the observer to observe the image on the display element.

本発明の映像表示装置において、上記観察光学系は、第1の透明基板での外光の屈折をキャンセルするための第2の透明基板を有していてもよい。この場合、観察者が観察光学系を介して観察する外界像に歪みが生じるのを防止することができる。   In the video display device of the present invention, the observation optical system may include a second transparent substrate for canceling refraction of external light on the first transparent substrate. In this case, distortion can be prevented from occurring in the external image observed by the observer through the observation optical system.

本発明のヘッドマウントディスプレイは、上述した本発明の映像表示装置と、上記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持手段とを有していることを特徴としている。この構成では、映像表示装置が支持手段にて支持されるので、観察者は映像表示装置から提供される映像をハンズフリーで観察することができる。   The head-mounted display of the present invention includes the above-described video display device of the present invention and support means for supporting the video display device in front of an observer's eyes. In this configuration, since the video display device is supported by the support means, the observer can observe the video provided from the video display device in a hands-free manner.

本発明によれば、第1の拡散手段により、光学瞳は相対的に一方向に大きく形成されるので、観察者は光学瞳の位置にて映像を観察しやすくなり、また他の方向には光学瞳が相対的に小さく形成されるので、光源から出射される光の利用効率を高くして、小型、軽量の装置でも明るい映像(虚像)を観察者に観察させることができる。また、第1の拡散手段に起因して発生する像のムラが第2の拡散手段によって軽減されるので、第1の拡散手段を表示素子に近づけて配置したり、第1の拡散手段の拡散度を小さくすることが可能となり、光源からの光の利用効率をさらに上げて明るく、かつ、高画質の映像を観察者に観察させることができる。   According to the present invention, since the optical pupil is formed relatively large in one direction by the first diffusion means, the observer can easily observe the image at the position of the optical pupil, and in the other direction. Since the optical pupil is formed to be relatively small, the utilization efficiency of light emitted from the light source can be increased, and a bright image (virtual image) can be observed by a viewer even with a small and lightweight device. Further, image unevenness caused by the first diffusing means is reduced by the second diffusing means, so that the first diffusing means is arranged close to the display element, or the diffusion of the first diffusing means is performed. The degree of use can be reduced, and the use efficiency of light from the light source can be further increased to allow the observer to observe a bright and high-quality image.

〔実施の形態1〕
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1(a)(b)は、本発明の映像表示装置1の概念的な構成を、光路を展開して模式的に示す説明図であり、図1(a)は水平方向の光路を展開して、図1(b)は垂直方向の光路を展開してそれぞれ示している。この映像表示装置1は、光源2と、拡散手段3と、表示素子4と、レンズ5とを有して構成されている。   1 (a) and 1 (b) are explanatory views schematically showing a conceptual configuration of the image display device 1 of the present invention by developing an optical path, and FIG. 1 (a) shows an optical path in a horizontal direction. FIG. 1B shows a developed optical path in the vertical direction. The video display device 1 includes a light source 2, a diffusing unit 3, a display element 4, and a lens 5.

光源2は、例えば赤(R)、緑(G)、青(B)の光を出射する3色一体型のLEDで構成されている。RGBの各LEDは、観察者の目から見て水平方向に並んでいる。   The light source 2 is composed of, for example, a three-color integrated LED that emits red (R), green (G), and blue (B) light. The RGB LEDs are arranged in the horizontal direction when viewed from the observer's eyes.

拡散手段3は、光源2から出射された光を拡散するものであり、複数の拡散手段すなわち第1の拡散手段3aと第2の拡散手段3bとで構成されている。第1の拡散手段3aおよび第2の拡散手段3bは、方向によって拡散度が異なる一方向拡散板でそれぞれ構成されている。より具体的には、第1の拡散手段3aおよび第2の拡散手段3bは、入射光を、観察者の目から見て水平方向には40度拡散し、垂直方向には0.5度拡散する。第1の拡散手段3aおよび第2の拡散手段3bの光射出側の面は、このような拡散を実現できるように凹凸が形成された、光吸収の少ない凹凸面となっている。つまり、第1の拡散手段3aおよび第2の拡散手段3bは、垂直方向には入射光をほとんど拡散しないので垂直方向には起伏がなく(図1(b)参照)、水平方向に(一方向に)起伏がランダムに形成された凹凸を有している。   The diffusing means 3 diffuses the light emitted from the light source 2, and is composed of a plurality of diffusing means, that is, a first diffusing means 3a and a second diffusing means 3b. The first diffusing unit 3a and the second diffusing unit 3b are respectively configured by unidirectional diffusing plates having different diffusivities depending on directions. More specifically, the first diffusing unit 3a and the second diffusing unit 3b diffuse incident light by 40 degrees in the horizontal direction and 0.5 degrees in the vertical direction as viewed from the observer's eyes. To do. The surfaces on the light exit side of the first diffusing unit 3a and the second diffusing unit 3b are concavo-convex surfaces with less light absorption formed with concavo-convex so as to realize such diffusion. That is, the first diffusing unit 3a and the second diffusing unit 3b hardly diffuse the incident light in the vertical direction, so there is no undulation in the vertical direction (see FIG. 1B), and the horizontal direction (one direction) B) Concavities and convexities with randomly formed undulations.

また、第1の拡散手段3aは、第1の拡散手段3aのレンズ5による虚像と、表示素子4の表示映像の虚像との視度の差が3ディオプタとなるように、表示素子4の近傍に配置されている。また、第2の拡散手段3bは、第2の拡散手段3bのレンズ5による虚像と、表示素子4の表示映像の虚像との視度の差が5ディオプタとなるように、光源2と第1の拡散手段3aとの間の光路中に配置されている。   The first diffusing unit 3a is arranged in the vicinity of the display element 4 so that the diopter difference between the virtual image by the lens 5 of the first diffusing unit 3a and the virtual image of the display image on the display element 4 is 3 diopters. Is arranged. Further, the second diffusing unit 3b is arranged so that the diopter difference between the virtual image by the lens 5 of the second diffusing unit 3b and the virtual image of the display image of the display element 4 is 5 diopters. It arrange | positions in the optical path between these diffusing means 3a.

ここで、上記のディオプタについて簡単に説明しておく。ディオプタとは、レンズの焦点距離をメートルで表した値の逆数(1/m)で表され、視度、すなわちレンズの度数(屈折力)を示す単位として一般的に用いられているものである。したがって、本実施形態では、観察者の眼から例えば1m前方に表示素子4の表示映像の虚像が位置しているとすると(映像の虚像が−1d(ディオプタ)の位置にあれば)、第1の拡散手段3aのレンズ5による虚像の位置は、−4d(眼から25cm前方の位置)から+2d(眼から前方に距離が無限大の位置(0dで眼から前方に距離が無限大の位置となる))の間に位置していることになる。   Here, the above diopter will be briefly described. The diopter is represented by the reciprocal (1 / m) of the value of the focal length of the lens in meters, and is generally used as a unit indicating diopter, that is, the power (refractive power) of the lens. . Therefore, in this embodiment, if the virtual image of the display image of the display element 4 is located, for example, 1 m ahead from the observer's eye (if the virtual image of the image is at the position of −1d (diopter)), the first The position of the virtual image by the lens 5 of the diffusing means 3a is + 4d (a position 25 cm ahead of the eye) to + 2d (a position where the distance from the eye is infinite (0d and the distance from the eye to the infinite distance) ))).

表示素子4は、拡散手段3にて拡散された光を変調して映像を表示する光変調素子であり、本実施形態では、RGBのカラーフィルタを備えた透過型のカラーLCDで構成されている。   The display element 4 is a light modulation element that modulates the light diffused by the diffusing means 3 and displays an image. In the present embodiment, the display element 4 is configured by a transmissive color LCD having RGB color filters. .

レンズ5は、例えば正の光学的パワーを有しており、表示素子4からの映像光を光学瞳Eに導くことにより、表示映像の虚像を観察者に観察させる観察光学系を構成している。つまり、レンズ5は、表示素子4の表示映像を虚像として観察者が観察できるように光学瞳Eを形成する。   The lens 5 has, for example, positive optical power, and constitutes an observation optical system that allows the observer to observe a virtual image of the display image by guiding the image light from the display element 4 to the optical pupil E. . That is, the lens 5 forms the optical pupil E so that the observer can observe the display image of the display element 4 as a virtual image.

上記の構成において、点光源に近い光源2から出射された光は、拡散手段3にて拡散された後、表示素子4にて変調され、そこから映像光として出射される。この映像光は、レンズ5を介して光学瞳Eに導かれる。これにより、観察者は、光学瞳Eの位置にて、表示素子4に表示された映像の虚像を観察することが可能となる。   In the above configuration, the light emitted from the light source 2 close to the point light source is diffused by the diffusing means 3, then modulated by the display element 4, and emitted therefrom as video light. This image light is guided to the optical pupil E through the lens 5. Thereby, the observer can observe the virtual image of the video displayed on the display element 4 at the position of the optical pupil E.

このとき、光源2から出射された光は、拡散手段3の第2の拡散手段3bで水平方向に拡散され、その後、第1の拡散手段3aに入射する。このような第2の拡散手段3bでの拡散により、所定の方向からの入射光では第1の拡散手段3aから射出されない光を補完することができ、そのような光を第1の拡散手段3aから射出させることができる。したがって、第1の拡散手段3aからは均質な光が射出されて表示素子4に入射するので、観察される映像(虚像)上で第1の拡散手段3aの影が観察されなくなる。つまり、観察者は、輝度ムラや色ムラの無い高画質な映像を虚像として観察することができる。   At this time, the light emitted from the light source 2 is diffused in the horizontal direction by the second diffusing unit 3b of the diffusing unit 3, and then enters the first diffusing unit 3a. By such diffusion in the second diffusing unit 3b, incident light from a predetermined direction can be supplemented with light that is not emitted from the first diffusing unit 3a, and such light is used as the first diffusing unit 3a. Can be injected from. Therefore, since homogeneous light is emitted from the first diffusing unit 3a and is incident on the display element 4, the shadow of the first diffusing unit 3a is not observed on the observed image (virtual image). That is, the observer can observe a high-quality image free from luminance unevenness and color unevenness as a virtual image.

また、第1の拡散手段3aの光射出面は凹凸面であるので、第1の拡散手段3aを表示素子4に近づければ近づけるほど観察映像にムラが生じやすくなるが、本実施形態では、上述のように第2の拡散手段3bによって観察映像のムラを軽減できるので、第1の拡散手段3aを表示素子4に近づけて配置することが可能となる。これにより、光源2からの光の利用効率をさらに上げて明るく、かつ、高画質の映像を観察者に観察させることができる。   In addition, since the light exit surface of the first diffusing unit 3a is an uneven surface, the closer the first diffusing unit 3a is to the display element 4, the more easily the observation image becomes uneven. As described above, since the unevenness of the observation image can be reduced by the second diffusing unit 3b, the first diffusing unit 3a can be arranged close to the display element 4. Thereby, the utilization efficiency of the light from the light source 2 can be further increased, and the observer can observe a bright and high-quality image.

また、入射光が第1の拡散手段3aにて一方向に拡散されることにより、光学瞳Eは一方向(拡散方向である水平方向)に相対的に大きく形成される一方、他の方向(拡散方向とは垂直な方向)に相対的に小さく形成される。このように、光学瞳Eが一方向に大きく形成されることにより、観察者は光学瞳Eの位置にて映像を観察しやすくなる。一方、光学瞳Eが他の方向に小さく形成されることにより、光源2から出射される光の利用効率を高くすることができ、小型、軽量の装置でも明るい映像を観察者に観察させることができる。   Further, the incident light is diffused in one direction by the first diffusing means 3a, so that the optical pupil E is formed relatively large in one direction (the horizontal direction which is the diffusion direction), while the other direction ( It is formed relatively small in the direction perpendicular to the diffusion direction. Thus, the optical pupil E is formed large in one direction, so that the observer can easily observe the image at the position of the optical pupil E. On the other hand, since the optical pupil E is formed small in the other direction, the utilization efficiency of the light emitted from the light source 2 can be increased, and a bright image can be observed by an observer even with a small and light device. it can.

また、本実施形態では、第1の拡散手段3aおよび第2の拡散手段3bを両方とも、入射光を一方向に拡散させる一方向拡散板で構成し、その拡散方向を揃えている。つまり、第2の拡散手段3bでの入射光の拡散方向は、第1の拡散手段3aでの入射光の拡散方向と一致している。なお、上記両者の拡散方向は水平方向から多少ずれていてもよい。この場合、例えば、第2の拡散手段3bとして入射光の拡散方向が全方位のものを用いる場合に比べて、光学瞳Eを他の方向(垂直方向)に確実に小さく形成することができ、光利用効率をより高くして明るい映像を観察者に観察させることができる。   In the present embodiment, both the first diffusing unit 3a and the second diffusing unit 3b are configured by a unidirectional diffusing plate that diffuses incident light in one direction, and the diffusing directions thereof are aligned. That is, the diffusion direction of the incident light in the second diffusing unit 3b coincides with the diffusion direction of the incident light in the first diffusing unit 3a. Note that the diffusion direction of the both may be slightly deviated from the horizontal direction. In this case, for example, the optical pupil E can be reliably formed smaller in the other direction (vertical direction) as compared with the case where the diffusing direction of incident light is omnidirectional as the second diffusing unit 3b. It is possible to make the observer observe bright images with higher light utilization efficiency.

また、本実施形態では、第1の拡散手段3aのレンズ5による虚像と、表示素子4の表示映像の虚像との視度の差は3ディオプタであり、人間の目のピントの最大調整範囲である10ディオプタ以下となっている。このように両虚像の視度の差が10ディオプタ以下であれば、第1の拡散手段3aが表示素子4に近い位置に配置され、表示映像の虚像のみならず第1の拡散手段3aのレンズ5による虚像が人間の目で観察可能な範囲に位置していることになる。しかし、本実施形態では、第1の拡散手段3aに起因する影の発生を第2の拡散手段3bによって軽減することができるので、上記のように両虚像の視度の差が10ディオプタ以下となるように第1の拡散手段3aを表示素子4に近い位置に配置しても、表示映像の虚像にムラが発生するのを抑えることができ、第2の拡散手段3bを設ける本発明の構成が非常に有効となる。   Further, in this embodiment, the diopter difference between the virtual image by the lens 5 of the first diffusing unit 3a and the virtual image of the display image of the display element 4 is 3 diopters, which is the maximum focus adjustment range of the human eye. It is less than 10 diopters. As described above, when the diopter difference between the two virtual images is 10 diopters or less, the first diffusing unit 3a is disposed at a position close to the display element 4, and the lens of the first diffusing unit 3a as well as the virtual image of the display image. The virtual image by 5 is located in the range which can be observed with human eyes. However, in the present embodiment, since the occurrence of shadow caused by the first diffusing unit 3a can be reduced by the second diffusing unit 3b, the diopter difference between both virtual images is 10 diopters or less as described above. Even if the first diffusing unit 3a is arranged at a position close to the display element 4, it is possible to suppress the occurrence of unevenness in the virtual image of the display image, and the configuration of the present invention in which the second diffusing unit 3b is provided. Is very effective.

なお、本実施形態では、第2の拡散手段3bも光射出側の面が凹凸面となっており、しかも、第2の拡散手段3bのレンズ5による虚像と、表示素子4の表示映像の虚像との視度の差が5ディオプタであり、10ディオプタ以下となっているため、第2の拡散手段3bに起因する影が表示映像の虚像に重畳されるとも考えられる。しかし、本実施形態では、第1の拡散手段3aでの入射光の拡散により、第2の拡散手段3bから射出されない方向の光を第1の拡散手段3aで補完して表示素子4に入射させることができる。したがって、第2の拡散手段3bに起因する影の発生は、第1の拡散手段3aによって軽減される。それゆえ、一方向拡散板からなる第2の拡散手段3bを設けることに起因して表示映像の虚像の画質が低下することはない。   In the present embodiment, the surface of the second diffusing unit 3b is also an uneven surface, and the virtual image by the lens 5 of the second diffusing unit 3b and the virtual image of the display image of the display element 4 are used. And the diopter difference is 5 diopters and 10 diopters or less, it is considered that the shadow caused by the second diffusing means 3b is superimposed on the virtual image of the display image. However, in the present embodiment, by the diffusion of the incident light in the first diffusing unit 3a, the light in the direction not emitted from the second diffusing unit 3b is complemented by the first diffusing unit 3a and is incident on the display element 4. be able to. Therefore, the occurrence of shadows caused by the second diffusing unit 3b is reduced by the first diffusing unit 3a. Therefore, the image quality of the virtual image of the display image does not deteriorate due to the provision of the second diffusing means 3b made of a unidirectional diffusing plate.

ところで、本実施形態では、第1の拡散手段3aおよび第2の拡散手段3bの水平方向の拡散度をともに40度で揃えているが、これら両者の拡散度をともに40度未満で揃えるようにしてもよく、例えば30度で揃えてもよい。また、第1の拡散手段3aおよび第2の拡散手段3bの水平方向の拡散度を互いに異ならせるようにしてもよい。例えば、第1の拡散手段3aの水平方向の拡散度を40度とし、第2の拡散手段3bの水平方向の拡散度を30度としてもよい。このように、第1の拡散手段3aの拡散方向(水平方向)において、第2の拡散手段3bの拡散度を第1の拡散手段3aの拡散度よりも小さく設定し、拡散度のより大きな拡散手段(第1の拡散手段3a)を表示素子4に近い配置とすることにより、光利用効率を高くして明るい映像を観察者に観察させることができる。   By the way, in this embodiment, the horizontal diffusivities of the first diffusing unit 3a and the second diffusing unit 3b are both set to 40 degrees, but both of these diffusivities are set to be less than 40 degrees. For example, they may be aligned at 30 degrees. Further, the diffusivities in the horizontal direction of the first diffusing unit 3a and the second diffusing unit 3b may be different from each other. For example, the horizontal diffusion degree of the first diffusion means 3a may be 40 degrees, and the horizontal diffusion degree of the second diffusion means 3b may be 30 degrees. Thus, in the diffusion direction (horizontal direction) of the first diffusion means 3a, the diffusion degree of the second diffusion means 3b is set to be smaller than the diffusion degree of the first diffusion means 3a, and the diffusion having a larger diffusion degree. By arranging the means (first diffusing means 3a) close to the display element 4, it is possible to increase the light use efficiency and allow the observer to observe a bright image.

なお、本実施形態では、第1の拡散手段3aおよび第2の拡散手段3bとして、他の方向(垂直方向)に入射光を0.5度拡散させる拡散板(垂直方向には入射光をほとんど拡散させない一方向拡散板)を用いているが、例えば垂直方向に3度程度拡散する拡散板を用いても、明るく、かつ、高画質な映像を観察者に観察させることができる。   In the present embodiment, as the first diffusing unit 3a and the second diffusing unit 3b, a diffusion plate that diffuses incident light by 0.5 degrees in the other direction (vertical direction) Although a unidirectional diffusion plate that is not diffused is used, for example, even if a diffusion plate that diffuses about 3 degrees in the vertical direction is used, a bright and high-quality image can be observed by an observer.

なお、本実施形態では、拡散手段3を第1の拡散手段3aおよび第2の拡散手段3bの2つの拡散手段で構成した例について説明したが、3つ以上の拡散手段で構成してもよい。また、第2の拡散手段3bの拡散方向は、全方向であってもよい。つまり、第2の拡散手段3bとして、上述した一方向拡散板の代わりに、入射光を全方位に拡散する通常の拡散板を用いても、第1の拡散手段3aを表示素子4に近づけて配置して、明るく、かつ、高画質の映像を観察者に観察させることができる。   In the present embodiment, the example in which the diffusing unit 3 is configured by two diffusing units, the first diffusing unit 3a and the second diffusing unit 3b has been described. However, the diffusing unit 3 may be configured by three or more diffusing units. . Further, the diffusing direction of the second diffusing means 3b may be omnidirectional. That is, as the second diffusing unit 3b, instead of the unidirectional diffusing plate described above, a normal diffusing plate that diffuses incident light in all directions is used, and the first diffusing unit 3a is brought close to the display element 4. It is possible to arrange it so that an observer can observe a bright and high-quality image.

〔実施の形態2〕
本発明の他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態1と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to the drawings. For convenience of explanation, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same member numbers, and the description thereof is omitted.

図2(a)(b)は、本実施形態の映像表示装置1の構成を、光路を展開して模式的に示す説明図であり、図2(a)は水平方向の光路を展開して、図2(b)は垂直方向の光路を展開してそれぞれ示している。本実施形態の映像表示装置1は、拡散手段3の拡散度および配置位置を若干変更するとともに集光レンズ6を追加した以外は、実施の形態1と同様の構成となっている。   2A and 2B are explanatory views schematically showing the configuration of the video display device 1 of the present embodiment by developing the optical path, and FIG. 2A shows the optical path in the horizontal direction. FIG. 2B shows a developed optical path in the vertical direction. The video display device 1 of the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that the diffusivity and the arrangement position of the diffusing unit 3 are slightly changed and the condenser lens 6 is added.

本実施形態においても、拡散手段3は、第1の拡散手段3aと第2の拡散手段3bとで構成されており、これらはともに、方向によって拡散度が異なる一方向拡散板でそれぞれ構成されている。ただし、本実施形態では、第1の拡散手段3aおよび第2の拡散手段3bは、入射光を、観察者の目から見て水平方向には20度拡散し、垂直方向には0.5度拡散する。第1の拡散手段3aおよび第2の拡散手段3bの光射出側の面は、このような拡散を実現できるように凹凸が形成された、光吸収の少ない凹凸面となっている。つまり、第1の拡散手段3aおよび第2の拡散手段3bは、垂直方向には入射光をほとんど拡散しないので垂直方向には起伏がなく(図2(b)参照)、水平方向に(一方向に)起伏がランダムに形成された凹凸を有している。   Also in this embodiment, the diffusing means 3 is composed of a first diffusing means 3a and a second diffusing means 3b, both of which are composed of unidirectional diffusing plates having different diffusivities depending on directions. Yes. However, in the present embodiment, the first diffusing unit 3a and the second diffusing unit 3b diffuse incident light by 20 degrees in the horizontal direction when viewed from the observer's eyes and 0.5 degrees in the vertical direction. Spread. The surfaces on the light exit side of the first diffusing unit 3a and the second diffusing unit 3b are concavo-convex surfaces with less light absorption formed with concavo-convex so as to realize such diffusion. That is, the first diffusing unit 3a and the second diffusing unit 3b hardly diffuse the incident light in the vertical direction, so there is no undulation in the vertical direction (see FIG. 2B), and the horizontal direction (one direction) B) Concavities and convexities with randomly formed undulations.

また、第1の拡散手段3aは、第1の拡散手段3aのレンズ5による虚像と、表示素子4の表示映像の虚像との視度の差が20ディオプタとなる位置に配置されており、第2の拡散手段3bは、光源2と第1の拡散手段3aとの間の光路中に配置されている。   The first diffusing unit 3a is arranged at a position where the diopter difference between the virtual image by the lens 5 of the first diffusing unit 3a and the virtual image of the display image of the display element 4 is 20 diopters. The second diffusing unit 3b is disposed in the optical path between the light source 2 and the first diffusing unit 3a.

集光レンズ6は、拡散手段3を介して入射する光源2からの光を集光し、表示素子4を照明する照明レンズであり、第1の拡散手段3aと表示素子4との間の光路中に配置されている。   The condensing lens 6 is an illumination lens that condenses light from the light source 2 incident via the diffusing unit 3 and illuminates the display element 4, and an optical path between the first diffusing unit 3 a and the display element 4. Is placed inside.

上記の構成において、光源2から出射された光は、拡散手段3にて拡散され、集光レンズ6にて集光された後、表示素子4にて変調され、そこから映像光として出射される。この映像光は、レンズ5を介して光学瞳Eに導かれる。これにより、観察者は、光学瞳Eの位置にて、表示素子4に表示された映像の虚像を観察することが可能となる。   In the above configuration, the light emitted from the light source 2 is diffused by the diffusing unit 3, condensed by the condenser lens 6, then modulated by the display element 4, and emitted therefrom as video light. . This image light is guided to the optical pupil E through the lens 5. Thereby, the observer can observe the virtual image of the video displayed on the display element 4 at the position of the optical pupil E.

また、集光レンズ6を設けることにより、拡散手段3の拡散度を小さくし、かつ、第1の拡散手段3aのレンズ5による虚像と表示素子4の表示映像の虚像との視度の差を上記のように20ディオプタと実施の形態1の3ディオプタよりも広げても、集光レンズ6によって効率よく表示素子4を照明して明るい映像を観察者に観察させることができる。   Further, by providing the condenser lens 6, the diffusivity of the diffusing unit 3 is reduced, and the diopter difference between the virtual image by the lens 5 of the first diffusing unit 3a and the virtual image of the display image of the display element 4 is reduced. Even if it is wider than 20 diopters and the 3 diopters of the first embodiment as described above, it is possible to efficiently illuminate the display element 4 by the condensing lens 6 and allow a viewer to observe a bright image.

このように上記両虚像の視度の差を広げることにより、第1の拡散手段3aに起因して発生する影は、本来なら観察者に認識されにくくなる。しかし、本実施形態では、第1の拡散手段3aの水平方向の拡散度が20度と小さく、凹凸のピッチが大きいので、第1の拡散手段3aに起因して発生する影は大きくなり、これが表示映像の画質を低下させる要因となる。   In this way, by widening the diopter difference between the two virtual images, the shadow caused by the first diffusing unit 3a becomes difficult to be recognized by the observer. However, in the present embodiment, since the horizontal diffusion degree of the first diffusion means 3a is as small as 20 degrees and the pitch of the unevenness is large, the shadow generated due to the first diffusion means 3a becomes large. This is a factor that degrades the image quality of the displayed video.

しかし、本実施形態においても、実施の形態1と同様に、光源2からの光は、第2の拡散手段3bで水平方向に拡散されて第1の拡散手段3aに入射するため、所定の方向からの入射光では射出されない光を補完して第1の拡散手段3aから均質な光を表示素子4に向けて射出することができる。したがって、観察される映像(虚像)上で第1の拡散手段3aの影が観察されなくなり、観察者は、輝度ムラや色ムラの無い高画質な映像を虚像として観察することができる。つまり、第2の拡散手段3bを設ける構成は、本実施形態のように、第1の拡散手段3aの拡散度を小さくし、第1の拡散手段3aに起因する影が出やすくなる場合にも有効となる。   However, in this embodiment as well, as in the first embodiment, the light from the light source 2 is diffused in the horizontal direction by the second diffusing unit 3b and enters the first diffusing unit 3a. Complementary light that is not emitted by the incident light from can be complemented and uniform light can be emitted from the first diffusion means 3a toward the display element 4. Therefore, the shadow of the first diffusing unit 3a is not observed on the observed image (virtual image), and the observer can observe a high-quality image without luminance unevenness and color unevenness as a virtual image. In other words, the configuration in which the second diffusing unit 3b is provided can reduce the diffusivity of the first diffusing unit 3a so that the shadow caused by the first diffusing unit 3a is likely to appear as in the present embodiment. It becomes effective.

〔実施の形態3〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
[Embodiment 3]
The following will describe still another embodiment of the present invention with reference to the drawings.

(1.HMDの構成)
図3(a)は、本実施形態に係るHMDの概略の構成を示す平面図であり、図3(b)は、HMDの側面図であり、図3(c)は、HMDの正面図である。HMDは、映像表示装置11と、それを支持する支持手段12とを有しており、全体として、一般の眼鏡から一方(例えば左目用)のレンズを取り除いたような外観となっている。
(1. Configuration of HMD)
3A is a plan view showing a schematic configuration of the HMD according to the present embodiment, FIG. 3B is a side view of the HMD, and FIG. 3C is a front view of the HMD. is there. The HMD has an image display device 11 and support means 12 that supports the image display device 11, and as a whole, has an appearance in which one lens (for example, for the left eye) is removed from general glasses.

映像表示装置11は、観察者に外界像をシースルーで観察させるとともに、映像を表示して観察者にそれを虚像として提供するものであり、実施の形態1または2の映像表示装置1に対応するものである。図3(c)で示す映像表示装置11において、眼鏡の右目用レンズに相当する部分は、後述する接眼プリズム32と偏向プリズム33との貼り合わせによって構成されている。なお、映像表示装置11の詳細な構成については後述する。   The video display device 11 allows an observer to observe an external image in a see-through manner, displays an image, and provides it to the observer as a virtual image, and corresponds to the video display device 1 of the first or second embodiment. Is. In the video display device 11 shown in FIG. 3C, a portion corresponding to the right eye lens of the spectacles is configured by bonding an eyepiece prism 32 and a deflection prism 33 described later. The detailed configuration of the video display device 11 will be described later.

支持手段12は、映像表示装置11を観察者の眼前(例えば右目の前)で支持するものであり、ブリッジ13と、フレーム14と、テンプル15と、鼻当て16と、ケーブル17と、外光透過率制御手段18とを有している。なお、フレーム14、テンプル15および鼻当て16は、左右一対設けられているが、これらを左右で区別する場合は、右フレーム14R、左フレーム14L、右テンプル15R、左テンプル15L、右鼻当て16R、左鼻当て16Lのように表現するものとする。   The support unit 12 supports the video display device 11 in front of the observer's eyes (for example, in front of the right eye), and includes a bridge 13, a frame 14, a temple 15, a nose pad 16, a cable 17, and external light. And a transmittance control means 18. The frame 14, the temple 15 and the nose pad 16 are provided as a pair on the left and right sides. However, when these are distinguished from each other, the right frame 14R, the left frame 14L, the right temple 15R, the left temple 15L and the right nose pad 16R. The left nose pad 16L is expressed.

映像表示装置11の一端は、ブリッジ13に支持されている。このブリッジ13は、映像表示装置11のほかにも、左フレーム14L、鼻当て16および外光透過率制御手段18を支持している。左フレーム14Lは、左テンプル15Lを回動可能に支持している。一方、映像表示装置11の他端は、右フレーム14Rに支持されている。右フレーム14Rにおいて映像表示装置11の支持側とは反対側端部は、右テンプル15Rを回動可能に支持している。ケーブル17は、外部信号(例えば映像信号、制御信号)や電力を映像表示装置11に供給するための配線であり、右フレーム14Rおよび右テンプル15Rに沿って設けられている。外光透過率制御手段18は、外光(外界像の光)の透過率を制御するためにブリッジ13に設けられており、映像表示装置11よりも前方(観察者とは反対側)に位置している。   One end of the video display device 11 is supported by the bridge 13. In addition to the image display device 11, the bridge 13 supports the left frame 14 </ b> L, the nose pad 16, and the external light transmittance control means 18. The left frame 14L supports the left temple 15L so as to be rotatable. On the other hand, the other end of the video display device 11 is supported by the right frame 14R. An end of the right frame 14R opposite to the support side of the video display device 11 supports the right temple 15R so as to be rotatable. The cable 17 is a wiring for supplying an external signal (for example, a video signal, a control signal) and power to the video display device 11, and is provided along the right frame 14R and the right temple 15R. The external light transmittance control means 18 is provided in the bridge 13 in order to control the transmittance of external light (light of the external image), and is positioned in front of the video display device 11 (on the side opposite to the observer). is doing.

観察者がHMDを使用するときは、右テンプル15Rおよび左テンプル15Lを観察者の右側頭部および左側頭部に接触させるとともに、鼻当て16を観察者の鼻に当て、一般の眼鏡をかけるようにHMDを観察者の頭部に装着する。この状態で映像表示装置11にて映像を表示すると、観察者は、映像表示装置11の映像を虚像として観察することができるとともに、この映像表示装置11を介して外界像をシースルーで観察することができる。   When the observer uses the HMD, the right temple 15R and the left temple 15L are brought into contact with the right and left heads of the observer, and the nose pad 16 is placed on the nose of the observer so as to wear general glasses. The HMD is attached to the observer's head. When an image is displayed on the image display device 11 in this state, the observer can observe the image on the image display device 11 as a virtual image and observe the outside image through the image display device 11 in a see-through manner. Can do.

このとき、外光透過率制御手段18において、外光透過率を例えば50%以下に低く設定しておけば、観察者は映像表示装置11の映像を観察しやすくなり、逆に、外光透過率を例えば50%以上に高く設定しておけば、観察者は、外界像を観察しやすくなる。したがって、外光透過率制御手段18における外光透過率は、映像表示装置11の映像および外界像の観察のしやすさを考慮して適宜設定されればよい。   At this time, if the external light transmittance control unit 18 sets the external light transmittance to be low, for example, 50% or less, the observer can easily observe the image on the video display device 11, and conversely, the external light transmission. If the rate is set as high as, for example, 50% or more, the observer can easily observe the external image. Therefore, the external light transmittance in the external light transmittance control means 18 may be set as appropriate in consideration of ease of observation of the video and the external image on the video display device 11.

なお、HMDは、映像表示装置11を1個だけ備えたものには限られない。例えば、図4(a)は、HMDの他の構成を示す平面図であり、図4(b)は、上記HMDの側面図であり、図4(c)は、上記HMDの正面図である。このように、HMDは、観察者の両目の前に配置される2個の映像表示装置11・11を備えた構成であってもよい。この場合、左目の前に配置される映像表示装置11は、ブリッジ13と左フレーム14Lとによってその間で支持される。また、両方の映像表示装置11・11の間もケーブル17で接続され、外部信号等がケーブル17を介して両方の映像表示装置11・11に供給される。   Note that the HMD is not limited to one having only one video display device 11. For example, FIG. 4A is a plan view showing another configuration of the HMD, FIG. 4B is a side view of the HMD, and FIG. 4C is a front view of the HMD. . Thus, HMD may be the structure provided with the two video display apparatuses 11 * 11 arrange | positioned in front of an observer's both eyes. In this case, the video display device 11 arranged in front of the left eye is supported between the bridge 13 and the left frame 14L. Further, both the video display apparatuses 11 and 11 are also connected by the cable 17, and an external signal or the like is supplied to both the video display apparatuses 11 and 11 through the cable 17.

(2.映像表示装置の詳細について)
次に、映像表示装置11の詳細な構成について説明する。
図5は、映像表示装置11の概略の構成を示す断面図であり、図6は、映像表示装置11における光路を光学的に一方向に展開して示す説明図である。映像表示装置11は、光源21と、集光レンズ22と、拡散手段23と、表示素子24と、接眼光学系31とを有している。図5に示すように、光源21、集光レンズ22、拡散手段23および表示素子24は、筐体20内に収容されており、接眼光学系31の一部(後述する接眼プリズム32の一部)は、筐体20内に位置している。
(2. Details of video display device)
Next, a detailed configuration of the video display device 11 will be described.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the video display device 11, and FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating the optical path in the video display device 11 optically developed in one direction. The video display device 11 includes a light source 21, a condenser lens 22, a diffusing unit 23, a display element 24, and an eyepiece optical system 31. As shown in FIG. 5, the light source 21, the condenser lens 22, the diffusing unit 23, and the display element 24 are accommodated in the housing 20, and are part of the eyepiece optical system 31 (part of the eyepiece prism 32 described later). ) Is located in the housing 20.

ここで、以下での説明の便宜上、方向を以下のように定義しておく。まず、表示素子24の表示領域の中心と、接眼光学系31によって形成される光学瞳Eの中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とする。そして、光源21から光学瞳Eまでの光路を展開したときの光軸方向をZ方向とする。また、接眼光学系31の後述するホログラム光学素子34への光軸の入射面に垂直な方向をX方向とし、ZX平面に垂直な方向をY方向とする。なお、ホログラム光学素子34への光軸の入射面とは、ホログラム光学素子34における入射光の光軸と反射光の光軸とを含む平面、すなわち、YZ平面を指す。以下、上記入射面を単に入射面または光軸入射面と称する。   Here, for convenience of explanation below, directions are defined as follows. First, an axis that optically connects the center of the display area of the display element 24 and the center of the optical pupil E formed by the eyepiece optical system 31 is defined as an optical axis. The optical axis direction when the optical path from the light source 21 to the optical pupil E is developed is taken as the Z direction. In addition, a direction perpendicular to an incident surface of an optical axis to a hologram optical element 34 to be described later of the eyepiece optical system 31 is an X direction, and a direction perpendicular to the ZX plane is a Y direction. The plane of incidence of the optical axis on the hologram optical element 34 refers to a plane including the optical axis of incident light and the optical axis of reflected light in the hologram optical element 34, that is, the YZ plane. Hereinafter, the incident surface is simply referred to as an incident surface or an optical axis incident surface.

光源21は、RGBの3原色に対応する波長の光を出射する3つの発光チップを発光部21R・21G・21B(図6参照)として有するRGB一体型のLED(例えば日亜化学製)で構成されている。LEDは、安価、小型であり、また、後述するように発光波長幅が狭いので色純度が高い。したがって、光源21をRGBのLEDで構成することにより、安価で小型の映像表示装置11を実現できるとともに、観察者に提供する映像の色純度を高くすることができる。   The light source 21 is configured by an RGB integrated LED (for example, manufactured by Nichia Corporation) having three light emitting chips that emit light having wavelengths corresponding to the three primary colors of RGB as light emitting units 21R, 21G, and 21B (see FIG. 6). Has been. The LED is inexpensive and small in size, and has a high color purity because the emission wavelength width is narrow as will be described later. Therefore, by configuring the light source 21 with RGB LEDs, an inexpensive and small image display device 11 can be realized, and the color purity of the image provided to the observer can be increased.

また、発光部21R・21G・21Bは、それぞれ約0.3mm角のサイズであり、ピッチ0.5mmでX方向に並んでいる。このように、発光部21R・21G・21Bは、拡散手段23の後述する第1の拡散手段23aの拡散方向であるX方向に並んで配置されていることにより、RGBの各色が第1の拡散手段23によって上記拡散方向に混ざるので、光学瞳E上での各色の強度ムラが小さくなり、色ムラを低減することができる。   Further, the light emitting portions 21R, 21G, and 21B have a size of about 0.3 mm square, and are arranged in the X direction at a pitch of 0.5 mm. As described above, the light emitting units 21R, 21G, and 21B are arranged side by side in the X direction that is the diffusion direction of the first diffusion unit 23a described later of the diffusion unit 23, so that each color of RGB is the first diffusion. Since the means 23 mixes in the diffusion direction, the intensity unevenness of each color on the optical pupil E is reduced, and the color unevenness can be reduced.

なお、発光部21R・21G・21Bは、X方向に完全に一列に並んでいなくてもよい。例えば、発光部21R・21G・21Bの一部が0.5mmだけY方向にずれていてもよい。また、このとき、より多くの発光部が直線的に並ぶ方向がX方向となるように光源21を配置してもよい。   Note that the light emitting units 21R, 21G, and 21B may not be completely aligned in the X direction. For example, part of the light emitting units 21R, 21G, and 21B may be shifted in the Y direction by 0.5 mm. At this time, the light source 21 may be arranged so that the direction in which more light emitting units are linearly arranged is the X direction.

集光レンズ22は、拡散手段23の後述する第1の拡散手段23aの拡散方向に垂直な方向(Y方向)に光源21からの光を集光して表示素子24に導く集光手段であり、例えばシリンダレンズで構成されている。第1の拡散手段23aの拡散方向に平行な方向(X方向)についての集光レンズ22の光学的パワーは、ゼロか負である。これにより、光源21からの光はX方向には集光されないので、X方向に光源21の輝度ムラ(強度ムラ)が増幅されることがなく、高画質の映像を観察者に観察させることができる。   The condensing lens 22 is a condensing unit that condenses the light from the light source 21 in a direction (Y direction) perpendicular to the diffusing direction of the first diffusing unit 23 a described later of the diffusing unit 23 and guides it to the display element 24. For example, it is composed of a cylinder lens. The optical power of the condenser lens 22 in the direction parallel to the diffusion direction of the first diffusion means 23a (X direction) is zero or negative. Thereby, since the light from the light source 21 is not condensed in the X direction, luminance unevenness (intensity unevenness) of the light source 21 is not amplified in the X direction, and the observer can observe a high-quality image. it can.

また、集光レンズ22は、光源21からの光を集光した後、拡散手段23によって拡散される光が効率よく光学瞳Eを形成するように配置されている。また、集光レンズ22および後述するホログラム光学素子34は、光源21と光学瞳Eとが第1の拡散手段23aの拡散方向に垂直な方向(Y方向)について共役となるように配置されている。本実施形態では、光学瞳Eは、X方向の大きさが6mmであり、Y方向の大きさが2mmとなっている。なお、光学瞳EのY方向については、光源21の発光面積(例えば0.3mm角)が、拡散手段23での0.5度の拡散と、表示素子24での2度程度の拡散により、共役関係の像倍率で形成される瞳よりも少し大きく形成されている。   The condensing lens 22 is arranged so that the light diffused by the diffusing means 23 after the light from the light source 21 is condensed efficiently forms the optical pupil E. Further, the condenser lens 22 and the hologram optical element 34 to be described later are arranged so that the light source 21 and the optical pupil E are conjugate with respect to a direction (Y direction) perpendicular to the diffusion direction of the first diffusion means 23a. . In this embodiment, the optical pupil E has a size in the X direction of 6 mm and a size in the Y direction of 2 mm. Note that, in the Y direction of the optical pupil E, the light emission area (for example, 0.3 mm square) of the light source 21 is diffused by 0.5 degrees in the diffusing unit 23 and diffused by about 2 degrees in the display element 24. It is formed slightly larger than the pupil formed at the conjugate image magnification.

このように、光学瞳Eは、一方向(X方向)には人間の瞳(3mm程度)よりも大きい6mmの大きさなので、観察者は映像を観察しやすい。一方、光学瞳Eは、他の方向(Y方向)には人間の瞳よりも小さい2mmの大きさなので、光源21からの光は上記方向においては光学瞳Eに無駄なく集光する。これにより、観察者は、明るい映像を観察することができる。本実施形態では、人間の瞳よりも光学瞳を小さくすることで、より明るい映像を提供しているが、光学瞳が一方向に小さければ、人間の瞳より大きくても、明るい映像を提供することができる。   Thus, the optical pupil E has a size of 6 mm, which is larger than the human pupil (about 3 mm) in one direction (X direction), so that the observer can easily observe the image. On the other hand, since the optical pupil E has a size of 2 mm which is smaller than the human pupil in the other direction (Y direction), the light from the light source 21 is condensed on the optical pupil E in the above direction without waste. Thereby, the observer can observe a bright image. In this embodiment, a brighter image is provided by making the optical pupil smaller than the human pupil. However, if the optical pupil is small in one direction, a bright image is provided even if it is larger than the human pupil. be able to.

また、第1の拡散手段23aの拡散方向に垂直なY方向において、光源21と光学瞳Eとは共役となる位置に配置されているので、Y方向に光学瞳Eをより小さくすることができ、Y方向において光源21からの光利用効率をより高めて明るい映像を観察者に観察させることができる。なお、X方向では、第1の拡散手段23aにより入射光が大きく拡散されるため、光源21と光学瞳Eとの共役関係は成立しなくなるが、共役配置により高効率で光源21からの光を利用することができ、明るい映像表示が可能である。   Further, since the light source 21 and the optical pupil E are arranged in a conjugate position in the Y direction perpendicular to the diffusion direction of the first diffusion means 23a, the optical pupil E can be further reduced in the Y direction. In the Y direction, the light use efficiency from the light source 21 can be further increased to allow the observer to observe a bright image. In the X direction, since the incident light is greatly diffused by the first diffusing unit 23a, the conjugate relationship between the light source 21 and the optical pupil E is not established, but the light from the light source 21 is highly efficiently obtained by the conjugate arrangement. It can be used and a bright video display is possible.

拡散手段23は、光源21から出射された光を拡散するものであり、複数の拡散手段すなわち第1の拡散手段23aと第2の拡散手段23bとで構成されている。第1の拡散手段23aは、第1の拡散手段23aの接眼光学系31による虚像と、表示素子24の表示映像の虚像との視度の差が5ディオプタとなるように、表示素子24の近傍に配置されている。また、第2の拡散手段23bについても、第2の拡散手段23bの接眼光学系31による虚像と、表示素子24の表示映像の虚像との視度の差が5ディオプタとなるように、光源21と第1の拡散手段23aとの間の光路中に配置されている。つまり、第1の拡散手段23aと第2の拡散手段23bとは、ほとんど同じ位置に配置されている。   The diffusing means 23 diffuses the light emitted from the light source 21, and is composed of a plurality of diffusing means, that is, a first diffusing means 23a and a second diffusing means 23b. The first diffusing unit 23a is arranged in the vicinity of the display element 24 so that the diopter difference between the virtual image by the eyepiece optical system 31 of the first diffusing unit 23a and the virtual image of the display image of the display element 24 is 5 diopters. Is arranged. The second diffusing unit 23b also has a light source 21 so that the diopter difference between the virtual image by the eyepiece optical system 31 of the second diffusing unit 23b and the virtual image of the display image of the display element 24 is 5 diopters. And in the optical path between the first diffusion means 23a. That is, the first diffusing unit 23a and the second diffusing unit 23b are arranged at almost the same position.

第1の拡散手段23aおよび第2の拡散手段23bは、方向によって拡散度が異なる一方向拡散板でそれぞれ構成されている。より具体的には、第1の拡散手段23aおよび第2の拡散手段23bは、入射光をX方向には40度拡散し、Y方向には0.5度拡散する。なお、拡散手段23は複数の拡散板で構成されているので、1枚の拡散板あたり、X方向の拡散度は40度以下であってもよい。第1の拡散手段23aおよび第2の拡散手段23bの光射出側の面は、このような拡散を実現できるように凹凸が形成された凹凸面となっている。   The first diffusing unit 23a and the second diffusing unit 23b are respectively constituted by unidirectional diffusing plates having different diffusivities depending on directions. More specifically, the first diffusion unit 23a and the second diffusion unit 23b diffuse incident light by 40 degrees in the X direction and 0.5 degrees in the Y direction. Since the diffusing unit 23 includes a plurality of diffusing plates, the diffusivity in the X direction may be 40 degrees or less per one diffusing plate. The surfaces on the light emission side of the first diffusing unit 23a and the second diffusing unit 23b are concavo-convex surfaces formed with concavo-convex so as to realize such diffusion.

表示素子24は、光源21からの出射光を画像データに応じて変調して映像を表示するものであり、RGBのカラーフィルタを備え、光が透過する領域となる各画素をマトリクス状に有する透過型のLCDで構成されている。表示素子24は、矩形の表示領域の長辺方向がX方向となり、短辺方向がY方向となるように配置されている。   The display element 24 modulates the light emitted from the light source 21 in accordance with image data and displays an image. The display element 24 includes an RGB color filter, and has a pixel-shaped transmission pixel having light transmission regions. Type LCD. The display element 24 is arranged so that the long side direction of the rectangular display region is the X direction and the short side direction is the Y direction.

接眼光学系31は、表示素子24からの映像光、すなわち、表示素子24にて表示された映像に対応する光を観察者の瞳に導く観察光学系であり、接眼プリズム32(第1の透明基板)と、偏向プリズム33(第2の透明基板)と、ホログラム光学素子34とを有して構成されている。   The eyepiece optical system 31 is an observation optical system that guides the image light from the display element 24, that is, the light corresponding to the image displayed on the display element 24, to the observer's pupil, and the eyepiece prism 32 (first transparent prism). Substrate), a deflection prism 33 (second transparent substrate), and a hologram optical element 34.

接眼プリズム32は、表示素子24からの映像光を内部で全反射させてホログラム光学素子34を介して観察者の瞳に導く一方、外光を透過させて観察者の瞳に導くものであり、偏向プリズム33とともに、例えばアクリル系樹脂で構成されている。この接眼プリズム32は、平行平板の下端部を下端に近くなるほど薄くして楔状にし、その上端部を上端に近くなるほど厚くした形状で構成されている。また、接眼プリズム32は、その下端部に配置されるホログラム光学素子34を挟むように、偏向プリズム33と接着剤で接合されている。   The eyepiece prism 32 totally reflects the image light from the display element 24 and guides it to the observer's pupil through the hologram optical element 34, while transmitting external light to the observer's pupil. Along with the deflection prism 33, it is made of, for example, an acrylic resin. The eyepiece prism 32 is formed in a shape in which the lower end portion of the parallel flat plate is thinned toward the lower end to be wedge-shaped, and the upper end portion is thickened toward the upper end. Further, the eyepiece prism 32 is joined to the deflection prism 33 with an adhesive so as to sandwich the hologram optical element 34 disposed at the lower end thereof.

偏向プリズム33は、平面視で略U字型の平行平板で構成されており(図3(c)参照)、接眼プリズム32の下端部および両側面部(左右の各端面)と貼り合わされたときに、接眼プリズム32と一体となって略平行平板となるものである。この偏向プリズム33を接眼プリズム32に接合することにより、観察者が接眼光学系31を介して観察する外界像に歪みが生じるのを防止することができる。   The deflection prism 33 is configured by a substantially U-shaped parallel plate in plan view (see FIG. 3C), and is attached to the lower end portion and both side surface portions (left and right end surfaces) of the eyepiece prism 32. The eyepiece prism 32 is integrated into a substantially parallel flat plate. By joining the deflection prism 33 to the eyepiece prism 32, it is possible to prevent distortion in the external image observed by the observer through the eyepiece optical system 31.

つまり、例えば、接眼プリズム32に偏向プリズム33を接合させない場合、外光は接眼プリズム32の楔状の下端部を透過するときに屈折するので、接眼プリズム32を介して観察される外界像に歪みが生じる。しかし、接眼プリズム32に偏向プリズム33を接合させて一体的な略平行平板を形成することで、外光が接眼プリズム32の楔状の下端部を透過するときの屈折を偏向プリズム33でキャンセルすることができる。その結果、シースルーで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。   That is, for example, when the deflection prism 33 is not joined to the eyepiece prism 32, the external light is refracted when passing through the wedge-shaped lower end portion of the eyepiece prism 32, so that the external field image observed through the eyepiece prism 32 is distorted. Arise. However, the deflection prism 33 is joined to the eyepiece prism 32 to form an integral substantially parallel plate, whereby the deflection prism 33 cancels refraction when external light is transmitted through the wedge-shaped lower end of the eyepiece prism 32. Can do. As a result, it is possible to prevent distortion in the external image observed through the see-through.

なお、接眼プリズム32および偏向プリズム33の各面(光入射面、光出射面)は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。接眼プリズム32および偏向プリズム33の各面を曲面とすれば、接眼光学系31に矯正眼鏡レンズとしての機能を持たせることもできる。   Each surface (light incident surface, light exit surface) of the eyepiece prism 32 and the deflection prism 33 may be a flat surface or a curved surface. If each surface of the eyepiece prism 32 and the deflection prism 33 is a curved surface, the eyepiece optical system 31 can have a function as a correction spectacle lens.

ホログラム光学素子34は、表示素子24から出射される映像光(3原色に対応した波長の光)を回折反射させて光学瞳に導くことにより、表示素子24にて表示される映像を拡大して観察者の瞳に虚像として導く体積位相型の反射型ホログラムであり、軸非対称な正の光学パワーを有している。つまり、ホログラム光学素子34は、正のパワーを持つ非球面凹面ミラーと同様の機能を持っている。これにより、装置を構成する各光学部材の配置の自由度を高めて装置を容易に小型化することができるとともに、良好に収差補正された映像を観察者に提供することができる。   The hologram optical element 34 magnifies the image displayed on the display element 24 by diffracting and reflecting image light (light having a wavelength corresponding to the three primary colors) emitted from the display element 24 and guiding it to the optical pupil. It is a volume phase reflection hologram guided as a virtual image to the observer's pupil and has positive optical power that is axially asymmetric. That is, the hologram optical element 34 has the same function as an aspherical concave mirror having positive power. Thereby, the degree of freedom of arrangement of each optical member constituting the apparatus can be increased, and the apparatus can be easily reduced in size, and an image with good aberration correction can be provided to the observer.

(3.映像表示装置の動作について)
次に、上記構成の映像表示装置11の動作について説明する。光源21から出射された光は、集光レンズ22にて集光された後、拡散手段23の第2の拡散手段23bおよび第1の拡散手段23aにて順に拡散され、RGBの混色が十分になされた均一な照明光として表示素子24に入射する。表示素子24に入射した光は、画像データに基づいて各画素ごとに変調され、映像光として出射される。つまり、表示素子24には、カラー映像が表示される。
(3. Operation of video display device)
Next, the operation of the video display device 11 having the above configuration will be described. The light emitted from the light source 21 is condensed by the condenser lens 22, and then sequentially diffused by the second diffusing unit 23b and the first diffusing unit 23a of the diffusing unit 23, so that RGB color mixing is sufficiently performed. The uniform illumination light made is incident on the display element 24. The light incident on the display element 24 is modulated for each pixel based on the image data and is emitted as video light. That is, a color image is displayed on the display element 24.

表示素子24からの映像光は、接眼光学系31の接眼プリズム32の内部にその上端面(面32a)から入射し、対向する2つの面32b・32cで複数回全反射されて、ホログラム光学素子34に入射する。ホログラム光学素子34に入射した光は、そこで反射されて光学瞳Eに達する。光学瞳Eの位置では、観察者は、表示素子24に表示された映像の拡大虚像を観察することができる。   The image light from the display element 24 enters the inside of the eyepiece prism 32 of the eyepiece optical system 31 from its upper end surface (surface 32a), and is totally reflected a plurality of times by the two opposing surfaces 32b and 32c, thereby being a hologram optical element. 34 is incident. The light incident on the hologram optical element 34 is reflected there and reaches the optical pupil E. At the position of the optical pupil E, the observer can observe an enlarged virtual image of the video displayed on the display element 24.

一方、接眼プリズム32および偏向プリズム33は、外光をほとんど全て透過させるので、観察者は外界像を観察することができる。したがって、表示素子24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。   On the other hand, the eyepiece prism 32 and the deflecting prism 33 transmit almost all the external light, so that the observer can observe the external image. Therefore, the virtual image of the image displayed on the display element 24 is observed while overlapping a part of the external image.

以上のように、映像表示装置11では、表示素子24から出射される映像光を、接眼プリズム32内での全反射によってホログラム光学素子34に導く構成としているので、通常の眼鏡レンズと同様に、接眼プリズム32および偏向プリズム33の厚さを3mm程度にすることができ、映像表示装置11を小型化、軽量化することができる。また、表示素子24からの映像光を内部で全反射させる接眼プリズム32を用いることにより、高い外光の透過率を確保して、明るい外界像を観察者に提供することができる。   As described above, in the video display device 11, since the video light emitted from the display element 24 is guided to the hologram optical element 34 by total reflection in the eyepiece prism 32, similarly to a normal eyeglass lens, The thickness of the eyepiece prism 32 and the deflection prism 33 can be about 3 mm, and the video display device 11 can be reduced in size and weight. Further, by using the eyepiece prism 32 that totally reflects the image light from the display element 24, a high external light transmittance can be secured and a bright external image can be provided to the observer.

また、ホログラム光学素子34は、表示素子24からの映像光と外光とを同時に観察者の瞳に導くコンバイナとして機能しており、観察者は、ホログラム光学素子34を介して、表示素子24から提供される映像と外界像とを同時に観察することができる。   The hologram optical element 34 functions as a combiner that simultaneously guides the image light and the external light from the display element 24 to the observer's pupil, and the observer can connect the display element 24 via the hologram optical element 34. The provided image and the external image can be observed simultaneously.

また、本実施形態では、拡散手段23の第1の拡散手段23aの接眼光学系31による虚像と、表示素子24の表示映像の虚像との視度の差が5ディオプタであり、表示映像の虚像のみならず第1の拡散手段23aの接眼光学系31による虚像が人間の目で観察可能な範囲(10ディオプタ以下)に位置している。しかし、実施の形態1または2と同様に、第1の拡散手段23aに起因する影の発生を第2の拡散手段23bによって軽減することができるので、第1の拡散手段23aを表示素子24に近い位置に配置しても、表示映像の虚像にムラが発生するのを抑えることができる。その結果、明るく、かつ、高画質の映像(虚像)を観察者に観察させることができる。   Further, in this embodiment, the diopter difference between the virtual image by the eyepiece optical system 31 of the first diffusing unit 23a of the diffusing unit 23 and the virtual image of the display image of the display element 24 is 5 diopters, and the virtual image of the display image In addition, the virtual image by the eyepiece optical system 31 of the first diffusing unit 23a is located in a range (10 diopters or less) that can be observed by human eyes. However, as in the first or second embodiment, the second diffusing unit 23b can reduce the occurrence of shadows caused by the first diffusing unit 23a, so that the first diffusing unit 23a is added to the display element 24. Even if they are arranged close to each other, it is possible to suppress the occurrence of unevenness in the virtual image of the display image. As a result, a bright and high-quality image (virtual image) can be observed by the observer.

特に、本実施形態のように、外界像をシースルーで観察可能な映像表示装置11では、そのような外界像に重畳される表示映像(虚像)を明るくして観察者に観察させやすくする必要があるので、第2の拡散手段23bを設ける構成は、特にシースルー型の映像表示装置11およびHMDに非常に有効となる。   In particular, in the video display device 11 capable of observing an external image in a see-through manner as in the present embodiment, it is necessary to brighten the display video (virtual image) superimposed on such an external image so that the observer can easily observe it. Therefore, the configuration in which the second diffusing unit 23b is provided is very effective particularly for the see-through video display device 11 and the HMD.

(4.光源とホログラム光学素子の特性について)
次に、光源21およびホログラム光学素子34の特性について説明する。
図7は、光源21の分光強度特性、すなわち、出射光の波長と光強度との関係を示す説明図である。光源21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、525±17nm、635±11nmとなる3つの波長帯域の光を発する。なお、図7の縦軸の光強度は、B光の最大光強度を100としたときの相対値で示している。
(4. Characteristics of light source and hologram optical element)
Next, characteristics of the light source 21 and the hologram optical element 34 will be described.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the spectral intensity characteristics of the light source 21, that is, the relationship between the wavelength of the emitted light and the light intensity. The light source 21 emits light in three wavelength bands, for example, 462 ± 12 nm, 525 ± 17 nm, and 635 ± 11 nm in terms of the peak wavelength of light intensity and the wavelength width of the light intensity half value. The light intensity on the vertical axis in FIG. 7 is shown as a relative value when the maximum light intensity of B light is 100.

なお、光強度のピーク波長とは、光強度がピークとなるときの波長のことであり、光強度半値の波長幅とは、光強度が光強度ピークの半値となるときの波長幅のことである。光源21のRGBの光強度は、ホログラム光学素子34の回折効率や、表示素子24の光透過率を考慮して調整され、これによって白色表示を行うことが可能となる。   The peak wavelength of light intensity is the wavelength at which the light intensity reaches a peak, and the wavelength width at half value of the light intensity is the wavelength width at which the light intensity is at half value of the light intensity peak. is there. The RGB light intensity of the light source 21 is adjusted in consideration of the diffraction efficiency of the hologram optical element 34 and the light transmittance of the display element 24, thereby enabling white display.

一方、図8は、ホログラム光学素子34における回折効率の波長依存性を示す説明図である。同図に示すように、ホログラム光学素子34は、例えば、回折効率のピーク波長および回折効率半値の波長幅で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)させるように作製されている。ここで、回折効率のピーク波長とは、回折効率がピークとなるときの波長のことであり、回折効率半値の波長幅とは、回折効率が回折効率ピークの半値となるときの波長幅のことである。なお、図8の回折効率は、B光の最大回折効率を100としたときの相対値で示している。   On the other hand, FIG. 8 is an explanatory diagram showing the wavelength dependence of the diffraction efficiency in the hologram optical element 34. As shown in the figure, the hologram optical element 34 is, for example, 465 ± 5 nm (B light), 521 ± 5 nm (G light), 634 ± 5 nm (R light) at the peak wavelength of diffraction efficiency and the half width of the diffraction efficiency. ) Is diffracted (reflected) in the three wavelength regions. Here, the peak wavelength of diffraction efficiency is the wavelength at which the diffraction efficiency reaches a peak, and the wavelength width at half maximum of the diffraction efficiency is the wavelength width at which the diffraction efficiency is at half the peak of the diffraction efficiency. It is. The diffraction efficiency in FIG. 8 is shown as a relative value when the maximum diffraction efficiency of B light is 100.

上記のように、ホログラム光学素子34は特定入射角の特定波長の光のみを回折するように作製されているので、外光の透過にはほとんど影響しない。したがって、観察者は、接眼プリズム32、ホログラム光学素子34および偏向プリズム33を介して外界像を通常通り見ることができる。   As described above, the hologram optical element 34 is fabricated so as to diffract only light having a specific wavelength at a specific incident angle, and therefore hardly affects the transmission of external light. Therefore, the observer can see the external image as usual through the eyepiece prism 32, the hologram optical element 34, and the deflection prism 33.

また、体積位相型で反射型のホログラム光学素子34は、図8で示したように回折効率が高く、しかも、回折効率ピークの半値波長幅が狭い。したがって、このようなホログラム光学素子34を用い、表示素子24からの映像光をホログラム光学素子34にて回折反射させて光学瞳Eに導く構成とすることにより、明るく、色純度の高い映像を観察者に提供することができる。   Further, the volume phase type reflection type hologram optical element 34 has a high diffraction efficiency as shown in FIG. 8, and the half-value wavelength width of the diffraction efficiency peak is narrow. Therefore, by using such a hologram optical element 34 and diffracting and reflecting the image light from the display element 24 by the hologram optical element 34 and guiding it to the optical pupil E, a bright image with high color purity is observed. Can be provided.

さらに、上述の数値から、ホログラム光学素子34の回折効率のピーク波長と、光源21から出射される光強度のピーク波長とは略等しいと言える。このような設定では、光源21から出射される光のうちで光強度がピークとなる波長付近の光が、ホログラム光学素子34にて効率よく回折されるので、外界像に重畳しても明るく、見やすい映像を観察者に提供することができる。   Furthermore, from the above numerical values, it can be said that the peak wavelength of the diffraction efficiency of the hologram optical element 34 and the peak wavelength of the light intensity emitted from the light source 21 are substantially equal. In such a setting, light in the vicinity of the wavelength at which the light intensity reaches a peak among the light emitted from the light source 21 is efficiently diffracted by the hologram optical element 34, so that it is bright even when superimposed on the external image, An easy-to-view video can be provided to the observer.

(5.色ムラの低減効果について)
ところで、本実施形態では、光学瞳Eは、上述したように、強度半値でX方向に6mm、Y方向に2mmの大きさとなるように設定されている。つまり、光学瞳Eは、Y方向、すなわち、ホログラム光学素子34への光軸の入射面(YZ平面)に平行な方向よりも、X方向、すなわち、上記入射面に垂直な方向に大きい。このように光学瞳Eの大きさを設定することにより、ホログラム光学素子34の波長特性(波長選択性)の影響をあまり受けずに、観察者は色ムラの少ない高画質の映像を観察することができる。その理由は以下の通りである。
(5. Effect of reducing color unevenness)
By the way, in this embodiment, as described above, the optical pupil E is set to have a half intensity value of 6 mm in the X direction and 2 mm in the Y direction. That is, the optical pupil E is larger in the X direction, that is, the direction perpendicular to the incident surface than in the Y direction, that is, the direction parallel to the incident surface (YZ plane) of the optical axis to the hologram optical element 34. By setting the size of the optical pupil E in this way, the observer can observe a high-quality image with little color unevenness without being greatly affected by the wavelength characteristics (wavelength selectivity) of the hologram optical element 34. Can do. The reason is as follows.

まず、ホログラム光学素子34における入射角と波長選択性との関係について説明する。0度より大きい入射角を持つ光を回折させる干渉縞を持つホログラム光学素子34では、入射面に平行な方向よりも入射面に垂直な方向において、波長選択性が小さい(入射角のずれによる回折波長のずれが小さい)。言い換えると、入射面に平行な方向よりも入射面に垂直な方向のほうが、干渉縞への入射角のずれに対する角度選択性が低い。これは、ホログラム光学素子34の干渉縞に光が入射角を有して入射する場合、入射面(YZ平面)内での入射角の角度ずれは、そのまま入射角の角度ずれとなるため、回折波長に対する影響が大きいが、入射面に垂直な方向の角度ずれは、入射角のずれとしては小さく、回折波長に対する影響は小さいからである。   First, the relationship between the incident angle and the wavelength selectivity in the hologram optical element 34 will be described. In the hologram optical element 34 having an interference fringe that diffracts light having an incident angle greater than 0 degrees, the wavelength selectivity is smaller in the direction perpendicular to the incident surface than in the direction parallel to the incident surface (diffraction due to deviation of the incident angle). The wavelength shift is small. In other words, the angle selectivity with respect to the shift of the incident angle to the interference fringes is lower in the direction perpendicular to the incident surface than in the direction parallel to the incident surface. This is because when the light is incident on the interference fringes of the hologram optical element 34 with an incident angle, the angle shift of the incident angle in the incident plane (YZ plane) becomes the angle shift of the incident angle as it is. Although the influence on the wavelength is large, the angle shift in the direction perpendicular to the incident surface is small as the shift of the incident angle, and the influence on the diffraction wavelength is small.

したがって、ホログラム光学素子34の干渉縞に所定の入射角からずれた角度の光が入射すると、同じ角度ずれでも、入射面に平行な方向での角度ずれのほうが、入射面に垂直な方向の角度ずれよりも、大きく回折波長がずれる(すなわち、入射面に平行な方向は、波長選択性が大きい)。   Accordingly, when light having an angle deviated from a predetermined incident angle is incident on the interference fringes of the hologram optical element 34, the angle deviation in the direction parallel to the incident surface is the angle in the direction perpendicular to the incident surface even with the same angle deviation. The diffraction wavelength is greatly shifted from the shift (that is, the direction parallel to the incident surface has a high wavelength selectivity).

ここで、図9は、本実施形態において、光学瞳Eにおける瞳位置と主たる回折波長(例えばR光)との関係を示す説明図である。同図中、破線A1は、光学瞳EのX方向における回折波長の変化を示しており、実線A2は、光学瞳EのY方向の瞳における回折波長の変化を示している。このように、回折波長の変化は、入射面に平行なY方向のほうが、入射面に垂直なX方向よりも大きい。   Here, FIG. 9 is an explanatory diagram showing the relationship between the pupil position in the optical pupil E and the main diffraction wavelength (for example, R light) in the present embodiment. In the figure, a broken line A1 indicates a change in the diffraction wavelength of the optical pupil E in the X direction, and a solid line A2 indicates a change in the diffraction wavelength of the optical pupil E in the Y direction pupil. As described above, the change in the diffraction wavelength is larger in the Y direction parallel to the incident surface than in the X direction perpendicular to the incident surface.

したがって、回折波長の変化が大きいY方向に光学瞳Eを小さく形成することにより、回折波長の変化の範囲が狭くなるので、光学瞳E上での色ムラを低減することができる。また、入射面に垂直な方向に光学瞳Eを大きく形成しても、色純度の高い映像を観察者に提供することができる。なお、光軸入射面外の光は入射面が光軸入射面と若干平行ではないが、前述の通り、入射面に垂直な方向の角度ずれは回折波長に対する影響が小さいので、光軸入射面を基準にしても色ムラが大きくなることはない。   Therefore, by forming the optical pupil E small in the Y direction where the change in the diffraction wavelength is large, the range of change in the diffraction wavelength is narrowed, so that color unevenness on the optical pupil E can be reduced. Moreover, even if the optical pupil E is formed large in the direction perpendicular to the incident surface, an image with high color purity can be provided to the observer. In addition, although the incident surface of the light outside the optical axis incident surface is not slightly parallel to the optical axis incident surface, as described above, since the angle shift in the direction perpendicular to the incident surface has little influence on the diffraction wavelength, the optical axis incident surface The color unevenness does not increase even if the standard is used.

また、本実施形態では、第1の拡散手段23aの拡散方向は、ホログラム光学素子34の光軸入射面に垂直なX方向である。このように第1の拡散手段23aの拡散方向を光軸入射面に垂直なX方向またはこれと略平行な方向とし、ホログラム光学素子34の波長選択性が小さい方向に光を拡散させることにより、色ムラの発生を抑えたまま、上記方向に光学瞳Eを大きくして観察しやすい映像を観察者に提供することができる。また、光学瞳Eは、光軸入射面に垂直なX方向よりも光軸入射面に平行なY方向で相対的に小さくなるので、Y方向では光源21からの光を無駄なく集光することができ、明るい映像を観察者に提供することができる。   In the present embodiment, the diffusion direction of the first diffusion means 23 a is the X direction perpendicular to the optical axis incident surface of the hologram optical element 34. In this way, by diffusing the light in the direction in which the wavelength selectivity of the hologram optical element 34 is small, the diffusion direction of the first diffusion means 23a is the X direction perpendicular to the optical axis incident surface or a direction substantially parallel thereto. It is possible to provide an observer with an easy-to-observe image by enlarging the optical pupil E in the above direction while suppressing occurrence of color unevenness. Further, since the optical pupil E is relatively smaller in the Y direction parallel to the optical axis incident surface than in the X direction perpendicular to the optical axis incident surface, the light from the light source 21 is collected without waste in the Y direction. And bright images can be provided to the viewer.

また、上述したように、光源21の3つの発光部21R・21G・21Bは、第1の拡散手段23aによる拡散の大きい方向であるX方向に並んでいるが、このことは取りも直さず、3つの発光部21R・21G・21Bが光軸の入射面に対して垂直な方向に並んで配置されていることを意味する。入射面に対して垂直な方向は、ホログラム光学素子34における波長選択性が小さい方向であるので、3つの発光部21R・21G・21BをX方向に配置することで、光学瞳Eを拡大できる方向に色を混ぜることができ、RGBの3色を発光する光源21を用いた場合でも、色ムラの少ない高画質の映像を観察者に提供することができる。   In addition, as described above, the three light emitting units 21R, 21G, and 21B of the light source 21 are arranged in the X direction, which is the direction in which the first diffusion unit 23a has a large diffusion. It means that the three light emitting portions 21R, 21G, and 21B are arranged in a direction perpendicular to the incident surface of the optical axis. The direction perpendicular to the incident surface is a direction in which the wavelength selectivity in the hologram optical element 34 is small, so that the optical pupil E can be enlarged by arranging the three light emitting units 21R, 21G, and 21B in the X direction. Even when the light source 21 that emits three colors of RGB is used, a high-quality image with little color unevenness can be provided to the observer.

〔実施の形態4〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態3と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 4]
The following will describe still another embodiment of the present invention with reference to the drawings. For convenience of explanation, the same components as those in the third embodiment are denoted by the same member numbers, and description thereof is omitted.

図10は、本実施形態の映像表示装置11における光路を光学的に一方向に展開して示す説明図である。本実施形態では、光源21が2つの光源群21P・21Qで構成されている点以外は、実施の形態3と同様の構成である。   FIG. 10 is an explanatory view showing the optical path in the image display device 11 of the present embodiment, which is optically developed in one direction. In the present embodiment, the configuration is the same as that of the third embodiment except that the light source 21 includes two light source groups 21P and 21Q.

ここで、図11は、本実施形態における光源21を表示素子24側から見たときの平面図を示している。光源21の光源群21Pは、RGBの各色光を出射する3つの発光部21R1・21G1・21B1を有するRGB一体型のLEDで構成されている。また、光源群21Qも同様に、RGBの各色光を出射する3つの発光部21R2・21G2・21B2を有するRGB一体型のLEDで構成されている。つまり、光源21は、RGBの光を出射する3つの発光部(LED)を2組有している。 Here, FIG. 11 shows a plan view when the light source 21 in the present embodiment is viewed from the display element 24 side. The light source group 21P of the light source 21 includes RGB integrated LEDs having three light emitting portions 21R 1 , 21G 1, and 21B 1 that emit light of RGB colors. Similarly, the light source group 21Q is composed of RGB integrated LEDs having three light emitting portions 21R 2 , 21G 2, and 21B 2 that emit light of RGB colors. That is, the light source 21 has two sets of three light emitting units (LEDs) that emit RGB light.

各光源群21P・21Qの各発光部は、ホログラム光学素子34への光軸の入射面(YZ平面)に対して垂直な方向に並んで配置されているが、さらに、上記入射面に対して各色ごとに面対称となるように配置されている。より詳細には、発光部21R1・21R2が上記入射面に近い位置で面対称となるように配置され、そのX方向外側に発光部21G1・21G2が上記入射面に対して面対称となるように配置され、さらにそのX方向外側に発光部21B1・21B2が上記入射面に対して面対称となるように配置されている。つまり、各光源群21P・21Qでは、上記入射面側からX方向外側に向かうにつれて出射光の波長が短くなるような順序で、各発光部が配置されている。 The light emitting units of the light source groups 21P and 21Q are arranged side by side in a direction perpendicular to the incident surface (YZ plane) of the optical axis with respect to the hologram optical element 34. Each color is arranged so as to be plane symmetric. More specifically, the light emitting portions 21R 1 and 21R 2 are arranged so as to be plane symmetric at positions close to the incident surface, and the light emitting portions 21G 1 and 21G 2 are plane symmetric with respect to the incident surface outside the X direction. Further, the light emitting portions 21B 1 and 21B 2 are arranged on the outer side in the X direction so as to be plane-symmetric with respect to the incident surface. That is, in each light source group 21P * 21Q, each light emission part is arrange | positioned in the order that the wavelength of an emitted light becomes short as it goes to the X direction outer side from the said incident surface side.

このように、各発光部を各色ごとに上記入射面に対して面対称(接眼光学系31の光軸に対して対称)に配置することにより、同じ色についての2つの発光部(例えば21R1と21R2)からの出射光の光強度を足し合わせたトータルの光強度の重心を、RGBの各色ともに対称面内(上記入射面内、光軸上)に位置させることができる。つまり、RGBの各色ともにその強度分布を、対称面を中心にしてX方向に対称にすることができる。これにより、光学瞳Eの中心において色ムラの少ない映像を観察者に提供することができる。 In this way, by arranging each light emitting unit symmetrically with respect to the incident surface for each color (symmetric with respect to the optical axis of the eyepiece optical system 31), two light emitting units (for example, 21R 1 ) for the same color are arranged. And 21R 2 ), the centroid of the total light intensity obtained by adding the light intensities of the light emitted from the 21R 2 ) can be positioned in the symmetry plane (in the incident plane, on the optical axis) for each of the RGB colors. That is, the intensity distribution of each color of RGB can be symmetric in the X direction with the symmetry plane as the center. Accordingly, an image with little color unevenness at the center of the optical pupil E can be provided to the observer.

なお、各発光部の面対称の中心となる面は、上記入射面に平行な面であってもよい。つまり、各発光部の面対称の中心となる面は、上記入射面からX方向に多少ずれた面であっても構わない。この場合は、光学瞳Eの中心付近において色ムラの少ない映像を観察者に提供することができる。   Note that the plane that is the center of plane symmetry of each light emitting unit may be a plane parallel to the incident plane. In other words, the surface that is the center of symmetry of each light emitting unit may be a surface that is slightly deviated in the X direction from the incident surface. In this case, an image with little color unevenness near the center of the optical pupil E can be provided to the observer.

ところで、光源21が光源群2個で構成され、各発光部が各色ごとに面対称に配置される場合には、上記入射面に垂直な方向における各発光部の配列順序は、隣接する各組間で逆になる。一方、光源21を構成する光源群の個数が4個以上の偶数個であっても、つまり、光源21がRGBの各発光部を4組以上の偶数組設けて構成される場合でも、上記入射面に対して垂直な方向における各発光部の配列順序を隣接する各組間で逆にすれば、各発光部からの出射光の光強度を足し合わせたトータルの光強度の重心を、RGBの各色ともに上記入射面に平行な同一面(上記入射面を含む)内に位置させることができ、光学瞳Eの中心またはその近傍において色ムラの少ない映像を観察者に提供することができる。   By the way, when the light source 21 is composed of two light source groups and the light emitting units are arranged in plane symmetry for each color, the arrangement order of the light emitting units in the direction perpendicular to the incident surface is set to each adjacent group. Vice versa. On the other hand, even if the number of light source groups constituting the light source 21 is an even number of 4 or more, that is, even when the light source 21 is configured by providing an even number of 4 or more RGB light emitting units, If the arrangement order of the light emitting units in the direction perpendicular to the surface is reversed between adjacent pairs, the total light intensity centroid of the light intensity of the emitted light from each light emitting unit is added to the RGB Each color can be positioned in the same plane (including the incident plane) parallel to the incident plane, and an image with little color unevenness at the center of the optical pupil E or in the vicinity thereof can be provided to the observer.

したがって、以上のことをまとめると、結局、光源21は、RGBの3つの発光部を2組以上の偶数組有しており、上記入射面に対して垂直な方向における各発光部の配列順序が隣接する各組間で逆であれば、光学瞳Eの中心またはその近傍において色ムラの少ない映像を観察者に提供することができると言える。   Therefore, in summary, the light source 21 eventually has two or more even three sets of RGB light-emitting portions, and the arrangement order of the light-emitting portions in the direction perpendicular to the incident surface is as follows. It can be said that an image with little color unevenness can be provided to the observer at the center of the optical pupil E or in the vicinity thereof if the pair is adjacent to each other.

また、光源21を構成する光源群の個数が4個以上の偶数個であっても、各発光部が上記入射面に対して面対称に配置され、かつ、上記入射面に対して垂直方向の両側で上記入射面から同じ距離に位置する発光部が同じ色の光を発光するように配置されていれば、各発光部からの出射光の各色について、光強度の重心が上記入射面上で一致する。したがって、光源21を構成する光源群の個数が偶数個であれば、各発光部を上記のように配置することで、光学瞳の中心で色ムラの少ない映像を観察者に提供することができると言える。   Further, even if the number of light source groups constituting the light source 21 is an even number of 4 or more, the light emitting units are arranged in plane symmetry with respect to the incident surface and are perpendicular to the incident surface. If the light emitting units located at the same distance from the incident surface on both sides are arranged to emit light of the same color, the center of gravity of the light intensity for each color of the emitted light from each light emitting unit is on the incident surface. Match. Therefore, if the number of light source groups constituting the light source 21 is an even number, by arranging the light emitting units as described above, an image with little color unevenness at the center of the optical pupil can be provided to the observer. It can be said.

また、ホログラム光学素子34は、上述したように、回折効率ピークおよびその半値波長幅で465±5nm、521±5nm、634±5nmの各波長の映像光を回折するように作製されている。このように各色で回折効率の半値波長幅が同じなので、波長の長い光ほど角度選択性が大きい(波長の変化に対する入射角のずれ方が小さい)。したがって、各光源群21P・21Qにおいて、光軸入射面側からX方向外側に向かうにつれて出射光の波長が短くなるような順序で各発光部が配置されていることにより、光学瞳E内での各色の強度差を小さくすることができ、光学瞳E内で色ムラの少ない映像を観察者に提供することができる。以下、この点について詳細に説明する。   Further, as described above, the hologram optical element 34 is fabricated so as to diffract the image light of each wavelength of 465 ± 5 nm, 521 ± 5 nm, and 634 ± 5 nm at the diffraction efficiency peak and its half-value wavelength width. Thus, since the half-value wavelength width of the diffraction efficiency is the same for each color, the longer the wavelength, the greater the angle selectivity (the smaller the incident angle shift with respect to the wavelength change). Therefore, in each of the light source groups 21P and 21Q, the light emitting units are arranged in such an order that the wavelength of the emitted light becomes shorter from the optical axis incident surface side toward the outer side in the X direction. The intensity difference between the colors can be reduced, and an image with little color unevenness in the optical pupil E can be provided to the observer. Hereinafter, this point will be described in detail.

回折効率ピークの波長をλ、ホログラム光学素子34の媒質(干渉縞)の屈折率をn、媒質の厚さをh、入射角をθとすると、これらの間には、
λ=2nhcosθ
の関係が成り立つ。ここで、波長の短いB光および波長の長いR光において、それぞれの波長が例えば同じ5nmだけずれた場合、波長の変化の割合は、B光については465/470であり、R光については634/639である。つまり、波長の変化の割合は、波長の短いB光に比べて波長の長いR光のほうが小さい。したがって、波長の短いB光に比べて波長の長いR光のほうが、波長の変化に対する入射角θのずれ方は小さい(角度選択性が大きい)。よって、光源21からの出射光のRGBの波長幅が同じ場合には、ホログラム光学素子34によって回折されてできる光学瞳の大きさは、波長が長い光ほど小さい。なお、光学瞳Eは、各色の光学瞳の範囲を全て含むものとする。
Assuming that the wavelength of the diffraction efficiency peak is λ, the refractive index of the medium (interference fringe) of the hologram optical element 34 is n, the thickness of the medium is h, and the incident angle is θ,
λ = 2nhcosθ
The relationship holds. Here, in the B light having a short wavelength and the R light having a long wavelength, when the respective wavelengths are shifted by, for example, the same 5 nm, the rate of change in wavelength is 465/470 for the B light and 634 for the R light. / 639. That is, the rate of change in wavelength is smaller for R light having a longer wavelength than for B light having a shorter wavelength. Therefore, the R light having a longer wavelength is smaller in the incident angle θ with respect to the change in wavelength (the angle selectivity is greater) than the B light having a shorter wavelength. Therefore, when the RGB wavelength width of the light emitted from the light source 21 is the same, the size of the optical pupil diffracted by the hologram optical element 34 is smaller as the wavelength is longer. The optical pupil E includes the entire optical pupil range of each color.

一方、光源21のLED(各発光部)からの出射光の強度は、一般的に中心付近ほど強く、周囲ほど弱い。また、各発光部は、Y方向においては、光学瞳と略共役となるように配置されているが、X方向では、拡散手段23により拡散されるので、光学瞳とは共役ではない。しかし、光学瞳において最も強度の強い位置は、拡散手段23がないとした場合の各発光部と共役な位置にほぼ同じである。   On the other hand, the intensity of light emitted from the LED (each light emitting unit) of the light source 21 is generally stronger near the center and weaker toward the periphery. Each light emitting unit is arranged so as to be substantially conjugate with the optical pupil in the Y direction, but is diffused by the diffusing unit 23 in the X direction and is not conjugate with the optical pupil. However, the position with the strongest intensity in the optical pupil is substantially the same as the conjugate position with each light emitting unit when the diffusing means 23 is not provided.

したがって、光学瞳が小さい長波長(R光)の瞳中心を光学瞳Eの中心側に位置させ、光学瞳が大きい短波長(B光)の瞳中心を光学瞳Eの中心よりも外側に位置させることで、光学瞳E内での瞳位置による強度差を各色について小さくすることができる。この点について、もう少し詳細に説明する。   Therefore, the pupil center of the long wavelength (R light) with the small optical pupil is positioned on the center side of the optical pupil E, and the pupil center of the short wavelength (B light) with the large optical pupil is positioned outside the center of the optical pupil E. By doing so, the intensity difference depending on the pupil position in the optical pupil E can be reduced for each color. This point will be described in a little more detail.

図12は、光学瞳EにおけるX方向の瞳位置と光強度との関係を示す説明図である。なお、光強度は、同じ色については相対値で示されている。また、同図中の21R1・21R2・21G1・21G2・21B1・21B2で示される曲線は、それぞれ発光部21R1・21R2・21G1・21G2・21B1・21B2から出射される光に対応している。 FIG. 12 is an explanatory diagram showing the relationship between the pupil position in the X direction and the light intensity in the optical pupil E. The light intensity is shown as a relative value for the same color. The curve indicated by 21R 1 · 21R 2 · 21G 1 · 21G 2 · 21B 1 · 21B 2 in the figure, from the respective light emitting unit 21R 1 · 21R 2 · 21G 1 · 21G 2 · 21B 1 · 21B 2 It corresponds to the emitted light.

上述したように、ホログラム光学素子34の角度選択性により、波長が長い光ほど光学瞳は小さいので、同図に示すように、波長が長い光ほど瞳位置による強度差が大きくなっている(光学瞳Eの中心と端部とにおける強度差が大きくなっている)。逆に、波長が短い光ほど光学瞳Eは大きいので、波長が短い光ほど瞳位置による強度差が小さくなっている。   As described above, due to the angle selectivity of the hologram optical element 34, the longer the wavelength, the smaller the optical pupil. Therefore, the longer the wavelength, the greater the intensity difference depending on the pupil position (optical). The intensity difference between the center and the end of the pupil E is large). On the contrary, since the optical pupil E is larger as the wavelength is shorter, the intensity difference depending on the pupil position is smaller as the wavelength is shorter.

また、波長が長い光を発光する発光部ほど光軸入射面側に配置されているので、光強度の高い位置は、波長が長い光ほど光学瞳Eの中心に近くなっている。逆に、波長が短い光を発光する発光部ほど光軸入射面から離れた位置に配置されているので、光強度の高い位置は、光学瞳Eの周辺となっている。   In addition, since the light emitting portion that emits light having a longer wavelength is disposed on the optical axis incident surface side, the position with higher light intensity is closer to the center of the optical pupil E as the light has a longer wavelength. On the contrary, since the light emitting part that emits light having a short wavelength is arranged at a position farther from the optical axis incident surface, the position where the light intensity is high is around the optical pupil E.

つまり、波長が長い光ほど瞳位置による強度差が大きいが、光軸入射面側からX方向外側に向かうにつれて出射光の波長が短くなるような順序で各発光部を配置し、波長が長い光ほど光強度の高い位置を光学瞳Eの中心に近づけることで、波長が長い光について、瞳位置による強度差、すなわち、光学瞳Eの中心と端部とにおける強度差を小さくすることができる。これにより、光学瞳Eの全体(瞳中心および瞳周辺)で色ムラの少ない映像を観察者に提供することができる。   In other words, the longer the wavelength, the greater the difference in intensity depending on the pupil position, but the light emitting units are arranged in such an order that the wavelength of the emitted light becomes shorter from the optical axis incident surface side toward the outside in the X direction. By bringing the position with a high light intensity closer to the center of the optical pupil E, the intensity difference depending on the pupil position, that is, the intensity difference between the center and the end of the optical pupil E can be reduced for light having a long wavelength. As a result, an image with little color unevenness can be provided to the observer over the entire optical pupil E (the pupil center and the periphery of the pupil).

また、光源群21P・21Qの各発光部は、拡散手段23での拡散が大きい波長順(波長が短いほど拡散する)にX方向に配置されているので、光学瞳E上での各色の強度差がさらに小さくなり、色ムラをさらに低減することができる。つまり、色純度の高い映像を観察者に提供することができる。   In addition, since the light emitting units of the light source groups 21P and 21Q are arranged in the X direction in the order of wavelengths in which the diffusion by the diffusing means 23 is large (diffuses as the wavelength is shorter), the intensity of each color on the optical pupil E The difference is further reduced, and color unevenness can be further reduced. That is, an image with high color purity can be provided to the observer.

ところで、以上では、RGBの各発光部を2組設け、各組を個々のパッケージにした光源群21P・21Qで光源21を構成した例について説明したが、各組は1つのパッケージになっていてもよい。図13は、光源21の他の構成例を示すものであって、光源21を表示素子24側から見たときの平面図を示している。   By the way, in the above description, an example in which the light source 21 is configured by the light source groups 21P and 21Q in which two sets of RGB light emitting units are provided and each set is an individual package has been described. However, each set has one package. Also good. FIG. 13 shows another configuration example of the light source 21 and shows a plan view when the light source 21 is viewed from the display element 24 side.

このように光源21は、RGBの光を出射する発光部21R1・21R2・21G1・21G2・21B1・21B2を1パッケージ化したもので構成されてもよい。この構成においても、上述した各発光部の配置方法を適用することにより、光学瞳E上での各色の強度差を小さくして、色ムラを低減することができる。また、発光点の距離が近いほどRGBの色が混ざりやすく、より明るい映像を提供することができるので、この点では、各発光部の距離を容易に小さくできる図13の構成のほうが望ましい。 As described above, the light source 21 may be configured by a single package of the light emitting units 21R 1 , 21R 2 , 21G 1 , 21G 2 , 21B 1, and 21B 2 that emits RGB light. Also in this configuration, by applying the above-described arrangement method of the light emitting units, the intensity difference of each color on the optical pupil E can be reduced and color unevenness can be reduced. Also, as the distance between the light emitting points is shorter, RGB colors are more likely to be mixed and a brighter image can be provided. Therefore, in this respect, the configuration of FIG. 13 that can easily reduce the distance between the light emitting units is desirable.

〔実施の形態5〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、実施の形態3または4と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 5]
The following will describe still another embodiment of the present invention with reference to the drawings. In addition, the same member number is attached to the same structure as Embodiment 3 or 4, and the description is abbreviate | omitted.

図14は、本実施形態の映像表示装置11の概略の構成を示す断面図である。また、図15(a)(b)は、本実施形態の映像表示装置11の構成を、光路を展開して模式的に示す説明図であり、図15(a)は水平方向の光路を展開して、図15(b)は垂直方向の光路を展開してそれぞれ示している。本実施形態の映像表示装置11は、光源21と、拡散手段23と、表示素子24’と、凹面ミラー25と、第1の偏光板26と、第2の偏光板27と、第3の偏光板28と、接眼光学系31とを備えている。以下、実施の形態3または4と異なる点について説明する。   FIG. 14 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the video display device 11 of the present embodiment. FIGS. 15A and 15B are explanatory views schematically showing the configuration of the video display device 11 of the present embodiment by developing the optical path, and FIG. 15A shows the horizontal optical path. FIG. 15B shows the optical path in the vertical direction. The video display device 11 of the present embodiment includes a light source 21, a diffusing unit 23, a display element 24 ', a concave mirror 25, a first polarizing plate 26, a second polarizing plate 27, and a third polarization. A plate 28 and an eyepiece optical system 31 are provided. Hereinafter, differences from the third or fourth embodiment will be described.

光源21は、表示素子24’に向けてRGBの光を出射する点では実施の形態3または4と同じであるが、本実施形態では、後述するように表示素子24’が時分割で駆動されるため、光源21はRGBの光を時分割で順に出射する。   The light source 21 is the same as in the third or fourth embodiment in that the RGB light is emitted toward the display element 24 ′. However, in this embodiment, the display element 24 ′ is driven in a time division manner as described later. Therefore, the light source 21 sequentially emits RGB light in a time division manner.

表示素子24’は、光源21からの出射光を画像データに応じて各画素ごとに変調することによって映像を表示する光変調素子であるが、本実施形態では反射型の強誘電液晶表示素子で構成されている。この反射型の強誘電液晶表示素子は、強誘電液晶を2枚の基板で挟持してなり、一方の基板側に反射膜(反射電極、画素電極)が形成されたものである。表示素子24’は、カラーフィルタを有してはおらず、表示素子24’の各画素は、光源21から時分割で順に供給される3原色の光のそれぞれに対応して時分割でON/OFF駆動される。これにより、観察者にカラー映像を提供することができる。   The display element 24 ′ is a light modulation element that displays an image by modulating light emitted from the light source 21 for each pixel according to image data. In the present embodiment, the display element 24 ′ is a reflective ferroelectric liquid crystal display element. It is configured. This reflection type ferroelectric liquid crystal display element has a ferroelectric liquid crystal sandwiched between two substrates, and a reflection film (reflection electrode, pixel electrode) is formed on one substrate side. The display element 24 ′ does not have a color filter, and each pixel of the display element 24 ′ is ON / OFF in time division corresponding to each of the three primary color lights sequentially supplied from the light source 21 in time division. Driven. Thereby, a color image can be provided to the observer.

反射型の表示素子24’においては、シリコン等の半導体を基板として用いることができるため、小型で集積度の高い表示素子を作製することができる。しかも、各画素をON/OFFするためのスイッチング素子(例えばTFT)や配線を含む周辺回路を、表示側とは反対側の基板に配置することができるので、開口率を容易に向上させることができ、また、各画素のエッジでの拡散を小さく抑えることもできる。したがって、表示素子24’を反射型LCDで構成することにより、明るく、かつ、高画質の映像を表示して観察者に観察させることができる。   In the reflective display element 24 ′, a semiconductor such as silicon can be used as a substrate, so that a small and highly integrated display element can be manufactured. In addition, since a peripheral circuit including a switching element (for example, TFT) and wiring for turning on / off each pixel can be disposed on the substrate on the side opposite to the display side, the aperture ratio can be easily improved. In addition, the diffusion at the edge of each pixel can be kept small. Therefore, by configuring the display element 24 ′ with a reflective LCD, a bright and high-quality image can be displayed and observed by an observer.

また、強誘電液晶表示素子は、駆動速度が速いことがメリットであるので、それゆえ、表示素子24’を強誘電液晶表示素子で構成することにより、上記の時分割駆動方式を採用することができる。また、時分割駆動方式では、光源21にて各発光部21R・21G・21Bを順次点灯させるため、例えば単色を表示する場合は、残りの2色の発光部は消灯されている。これにより、色純度の高い、コントラストの高い映像を表示することができる。   In addition, since the ferroelectric liquid crystal display element has an advantage in that the driving speed is high, it is possible to adopt the above time-division driving method by configuring the display element 24 ′ with a ferroelectric liquid crystal display element. it can. In the time-division driving method, the light emitting units 21R, 21G, and 21B are sequentially turned on by the light source 21, so that, for example, when displaying a single color, the remaining two light emitting units are turned off. Thereby, an image with high color purity and high contrast can be displayed.

また、反射型強誘電液晶表示素子は、TN(Twisted Nematic)液晶表示素子よりも広い視野角特性を有している点で優れており、凹面ミラー25から表示素子24’に入射する光の入射角が大きくても、コントラストが高く、色再現性が高く(色再現領域が広く)、表示品位の高い映像を提供することができる。また、照明光学系を構成する各光学素子の配置自由度が高くなり、コンパクトで高性能の照明光学系を構成することができる。   Further, the reflective ferroelectric liquid crystal display element is superior in that it has a wider viewing angle characteristic than a TN (Twisted Nematic) liquid crystal display element, and light incident from the concave mirror 25 to the display element 24 'is incident. Even when the corner is large, an image with high contrast, high color reproducibility (wide color reproduction region), and high display quality can be provided. Further, the degree of freedom of arrangement of each optical element constituting the illumination optical system is increased, and a compact and high-performance illumination optical system can be constructed.

なお、表示素子24’は、位相補償板とTN液晶表示素子とを組み合わせて視野角特性を向上させたもので構成されてもよい。また、表示素子24’は、時分割駆動が可能な反射型の表示素子であればよく、例えばDMD(Digital Micromirror Device;米国テキサスインスツルメント社製)で構成することも可能である。   The display element 24 ′ may be configured by improving the viewing angle characteristics by combining a phase compensation plate and a TN liquid crystal display element. The display element 24 ′ may be a reflective display element that can be time-division driven, and may be constituted by, for example, DMD (Digital Micromirror Device; manufactured by Texas Instruments, USA).

凹面ミラー25は、第1の拡散手段23aの拡散方向に垂直なY方向に光源21からの光を集光して表示素子24’に導く集光手段であり、Y方向に正の光学的パワーを持つシリンドリカルミラーで構成されている。この凹面ミラー25は、表示素子24’から接眼光学系31に向かう光の光路に対して光源21とは反対側に配置されて光源21からの光を反射させて表示素子24’に導く。したがって、凹面ミラー25は、光源21から表示素子24’に至る光路を折り曲げる光路折り曲げ部材として機能している。なお、凹面ミラー25は、球面ミラーや非球面ミラー、軸非対称な凹面ミラーで構成されてもよい。   The concave mirror 25 is a condensing unit that condenses the light from the light source 21 in the Y direction perpendicular to the diffusing direction of the first diffusing unit 23a and guides it to the display element 24 ′, and has positive optical power in the Y direction. It consists of a cylindrical mirror with The concave mirror 25 is disposed on the side opposite to the light source 21 with respect to the optical path of light from the display element 24 ′ toward the eyepiece optical system 31, reflects the light from the light source 21 and guides it to the display element 24 ′. Therefore, the concave mirror 25 functions as an optical path bending member that bends the optical path from the light source 21 to the display element 24 ′. The concave mirror 25 may be constituted by a spherical mirror, an aspherical mirror, or an axially asymmetric concave mirror.

本実施形態では、光源21と光学瞳Eとは、Y方向で共役な位置関係となっているが、前述の通り、表示素子24’は開口率が高く、拡散が小さいので、Y方向では光源21と光学瞳Eとはほぼ共役である。しかし、X方向では、凹面ミラー25の光学的なパワーが無いので、共役でない。   In the present embodiment, the light source 21 and the optical pupil E have a conjugate positional relationship in the Y direction. However, as described above, the display element 24 ′ has a high aperture ratio and a small diffusion. 21 and the optical pupil E are almost conjugate. However, since there is no optical power of the concave mirror 25 in the X direction, it is not conjugate.

第1の偏光板26は、光源21から出射された光のうち、所定の偏光方向の光(例えばP偏光)を透過させて凹面ミラー25に導くとともに、凹面ミラー25にて光路を折り曲げられた光であって上記所定の偏光方向と同じ偏光方向の光(例えばP偏光)を透過させて表示素子24’に導く偏光子である。この第1の偏光板26は、表示素子24’から接眼光学系31に向かう光の光路に対して凹面ミラー25側に配置されている。   The first polarizing plate 26 transmits light in a predetermined polarization direction (for example, P-polarized light) out of the light emitted from the light source 21 and guides it to the concave mirror 25, and the optical path is bent by the concave mirror 25. It is a polarizer that transmits light that has the same polarization direction as the predetermined polarization direction (for example, P-polarized light) and guides it to the display element 24 ′. The first polarizing plate 26 is disposed on the concave mirror 25 side with respect to the optical path of light traveling from the display element 24 ′ to the eyepiece optical system 31.

第2の偏光板27は、入射光のうちで第1の偏光板26を透過する光とは偏光方向が直交する光(例えばS偏光)を透過させて接眼プリズム32に導く検光子であり、接眼プリズム32と空隙を介して設けられている。なお、第2の偏光板27は、接眼プリズム32の光入射面(面32a)に貼り付けられていてもよい。   The second polarizing plate 27 is an analyzer that transmits light (for example, S-polarized light) whose polarization direction is orthogonal to light transmitted through the first polarizing plate 26 out of incident light and guides it to the eyepiece prism 32. The eyepiece prism 32 and the gap are provided. The second polarizing plate 27 may be attached to the light incident surface (surface 32a) of the eyepiece prism 32.

第3の偏光板28は、光源21から出射される光のうちで、第1の偏光板26を透過する光と同じ偏光方向の光(例えばP偏光)を透過させて凹面ミラー25に導くものである。この第3の偏光板28は、表示素子24’から接眼光学系31に向かう光の光路に対して光源21側に配置されている。   The third polarizing plate 28 transmits light having the same polarization direction as the light transmitted through the first polarizing plate 26 (for example, P-polarized light) out of the light emitted from the light source 21 and guides it to the concave mirror 25. It is. The third polarizing plate 28 is disposed on the light source 21 side with respect to the optical path of light from the display element 24 ′ toward the eyepiece optical system 31.

拡散手段23を構成する第1の拡散手段23aおよび第2の拡散手段23bは、実施の形態3または4と同様に、入射光をX方向に40度、Y方向に0.5度拡散する一方向拡散板でそれぞれ構成されており、表示素子24’から接眼光学系31に向かう光の光路と凹面ミラー25との間に、第1の拡散手段23aが表示素子24’側となるように配置されている。つまり、第1の拡散手段23aおよび第2の拡散手段23bは、光源21からのRGBの光をX方向に均一輝度にするように、凹面ミラー25と表示素子24’との間に配置されており、表示素子24’に対して傾斜して設けられている。   The first diffusing unit 23a and the second diffusing unit 23b constituting the diffusing unit 23 are configured to diffuse incident light by 40 degrees in the X direction and 0.5 degrees in the Y direction, as in the third or fourth embodiment. Each of them is composed of a directional diffuser, and is arranged so that the first diffusing means 23a is on the display element 24 ′ side between the optical path of light from the display element 24 ′ toward the eyepiece optical system 31 and the concave mirror 25. Has been. That is, the first diffusing unit 23a and the second diffusing unit 23b are disposed between the concave mirror 25 and the display element 24 ′ so that the RGB light from the light source 21 has uniform luminance in the X direction. And inclined with respect to the display element 24 '.

このように第1の拡散手段23aが表示素子24’に対して傾斜して配置される場合、第1の拡散手段23aは、その一端で表示素子24’に非常に近づき、他端で表示素子24’から遠ざかることになる。このため、表示素子24’の表示映像の虚像と第1の拡散手段23aの接眼光学系31による虚像との視度の差はある程度の範囲を持ち、本実施形態では5ディオプタから15ディオプタの範囲となっている。つまり、第1の拡散手段23aの接眼光学系31による虚像(影を含む)には、人間の目で観察可能な範囲(10ディオプタ以下)に属するものも含まれていることになる。   When the first diffusing unit 23a is thus inclined with respect to the display element 24 ', the first diffusing unit 23a is very close to the display element 24' at one end and the display element at the other end. It will move away from 24 '. Therefore, the diopter difference between the virtual image of the display image on the display element 24 ′ and the virtual image by the eyepiece optical system 31 of the first diffusing means 23a has a certain range, and in the present embodiment, a range of 5 to 15 diopters. It has become. That is, the virtual images (including shadows) by the eyepiece optical system 31 of the first diffusing unit 23a include those belonging to a range that can be observed by human eyes (10 diopters or less).

また、第1の拡散手段23aおよび第2の拡散手段23bは、本実施形態では、図15(a)に示すように、それぞれの拡散面が対向せずに反対側を向くように配置されている。つまり、第1の拡散手段23aの拡散面は光源21側(表示素子24’側)に位置しており、第2の拡散手段23bの拡散面は凹面ミラー25側に位置している。第1の拡散手段23aおよび第2の拡散手段23bはそれぞれ、例えば厚さ0.1mmの薄いフィルムの一面に凹凸を設けた凹凸面により、光を拡散する。   In the present embodiment, the first diffusing unit 23a and the second diffusing unit 23b are arranged so that the respective diffusing surfaces face the opposite side without facing each other, as shown in FIG. Yes. That is, the diffusion surface of the first diffusion means 23a is located on the light source 21 side (display element 24 'side), and the diffusion surface of the second diffusion means 23b is located on the concave mirror 25 side. Each of the first diffusing unit 23a and the second diffusing unit 23b diffuses light, for example, by an uneven surface provided with an uneven surface on one surface of a thin film having a thickness of 0.1 mm.

上記構成の映像表示装置11においては、光源21からの光のうち、第3の偏光板28を透過した光(P偏光)は、第1の偏光板26を透過し、第1の拡散手段23aおよび第2の拡散手段23bをこの順で透過した後、凹面ミラー25で反射される。そして、凹面ミラー25で反射された光は、第2の拡散手段23bおよび第1の拡散手段23aで順に拡散された後、表示素子24’に入射する。表示素子24’に入射した光はそこで変調されて映像光(S偏光)となり、第2の偏光板27を透過して接眼プリズム32aの面32a(本実施形態では凸の曲面)に入射し、面32b・32cで複数回全反射された後、ホログラム光学素子34を介して光学瞳Eに導かれる。   In the video display device 11 having the above-described configuration, the light (P-polarized light) transmitted through the third polarizing plate 28 out of the light from the light source 21 is transmitted through the first polarizing plate 26, and the first diffusion means 23a. Then, after passing through the second diffusing means 23b in this order, it is reflected by the concave mirror 25. The light reflected by the concave mirror 25 is sequentially diffused by the second diffusing unit 23b and the first diffusing unit 23a, and then enters the display element 24 '. The light incident on the display element 24 ′ is modulated there to become image light (S-polarized light), passes through the second polarizing plate 27, and enters the surface 32a of the eyepiece prism 32a (a convex curved surface in this embodiment). After being totally reflected by the surfaces 32 b and 32 c a plurality of times, the light is guided to the optical pupil E through the hologram optical element 34.

このとき、第1の拡散手段23aおよび第2の拡散手段23bは、個々における入射光の拡散により、所定の方向からの入射光では射出しない光を互いに補完するので、最終的には、第1の拡散手段23aから均質な光が表示素子24’に向けて射出される。つまり、少なくとも、第1の拡散手段23aに起因する影の発生は第2の拡散手段23bにより軽減される。   At this time, the first diffusing unit 23a and the second diffusing unit 23b complement each other with the light that is not emitted by the incident light from the predetermined direction by the diffusion of the incident light in each case. Homogeneous light is emitted from the diffusing means 23a toward the display element 24 '. That is, at least the generation of shadows caused by the first diffusion means 23a is reduced by the second diffusion means 23b.

本実施形態のように、第1の拡散手段23aを表示素子24’に対して傾斜して配置する構成では、第1の拡散手段23aの一端が表示素子24’に非常に近づくことになり、第1の拡散手段23aに起因する影が表示映像の虚像に重畳されやすくなる。しかし、第2の拡散手段23bを設けることにより、表示映像の虚像上に第1の拡散手段23aの影が重畳されなくなり、観察者は輝度ムラや色ムラの無い高画質な映像を虚像として観察することが可能となる。つまり、第2の拡散手段23bを設ける構成は、本実施形態のように、光源21から表示素子24’に向かう光の光路を凹面ミラー25で折り曲げたコンパクトな構成においても非常に有効なものとなる。   In the configuration in which the first diffusing unit 23a is inclined with respect to the display element 24 ′ as in the present embodiment, one end of the first diffusing unit 23a is very close to the display element 24 ′. The shadow caused by the first diffusing unit 23a is easily superimposed on the virtual image of the display image. However, by providing the second diffusing unit 23b, the shadow of the first diffusing unit 23a is not superimposed on the virtual image of the display image, and the observer observes a high-quality image having no luminance unevenness or color unevenness as a virtual image. It becomes possible to do. That is, the configuration in which the second diffusing unit 23b is provided is very effective even in a compact configuration in which the optical path of light from the light source 21 toward the display element 24 ′ is bent by the concave mirror 25 as in the present embodiment. Become.

また、拡散手段23においては、第1の拡散手段23aおよび第2の拡散手段23bの拡散面を互いに遠ざけて配置することにより、第2の拡散手段23bで拡散された光がある程度光束を有して第1の拡散手段23aに入射するので、より均質に表示素子24’を照明することができる。   Further, in the diffusing unit 23, the light diffused by the second diffusing unit 23b has a certain amount of light flux by disposing the diffusing surfaces of the first diffusing unit 23a and the second diffusing unit 23b away from each other. Since the light is incident on the first diffusion means 23a, the display element 24 'can be illuminated more uniformly.

なお、第1の拡散手段23aおよび第2の拡散手段23bにおける非拡散面(第1の拡散手段23aおよび第2の拡散手段23bで互いに対向する面)は、互いに接着されていてもよい。この場合は、界面での不要な反射を低減することができるので、さらに均質な明るい光で表示素子24’を照明することができる。   Note that the non-diffusing surfaces (surfaces facing each other in the first diffusing unit 23a and the second diffusing unit 23b) of the first diffusing unit 23a and the second diffusing unit 23b may be bonded to each other. In this case, unnecessary reflection at the interface can be reduced, so that the display element 24 ′ can be illuminated with more uniform bright light.

なお、拡散手段23を2枚の拡散板で構成するのではなく、1つのフィルムの両面に凹凸を設けた1枚の拡散板で構成してもよい。なお、この場合は、一方の凹凸面(拡散面)が第1の拡散手段を構成し、他方の凹凸面(拡散面)が第2の拡散手段を構成する。このように拡散手段23を1枚の拡散板で構成すれば、その拡散板(フィルム)の厚みを制御することによって、画質と明るさとを両方制御することが可能となる。   Note that the diffusing means 23 may not be constituted by two diffusing plates, but may be constituted by one diffusing plate in which unevenness is provided on both surfaces of one film. In this case, one uneven surface (diffusion surface) constitutes the first diffusion means, and the other uneven surface (diffusion surface) constitutes the second diffusion means. If the diffusing unit 23 is constituted by one diffusing plate in this way, it is possible to control both the image quality and the brightness by controlling the thickness of the diffusing plate (film).

また、本実施形態では、光源21の近傍に第3の偏光板28を配置している。このように第3の偏光板28を配置することにより、光源21から出射された光のうち、第2の偏光板27を透過できる偏光方向の光(S偏光)を、第3の偏光板28で予めカットすることができる。つまり、第3の偏光板28を配置することで、S偏光が光源21から直接接眼光学系31に到達したり、第1の偏光板26の表面で反射して接眼光学系31に到達するようなことがない。これにより、そのような光によるゴースト(フレア)の発生を防止することができ、映像品位の低下を確実に回避することができる。   In the present embodiment, the third polarizing plate 28 is disposed in the vicinity of the light source 21. By disposing the third polarizing plate 28 in this way, the light in the polarization direction (S-polarized light) that can pass through the second polarizing plate 27 out of the light emitted from the light source 21 is converted to the third polarizing plate 28. Can be cut in advance. That is, by arranging the third polarizing plate 28, the S-polarized light reaches the eyepiece optical system 31 directly from the light source 21, or is reflected by the surface of the first polarizing plate 26 and reaches the eyepiece optical system 31. There is nothing. Thereby, it is possible to prevent the occurrence of ghost (flare) due to such light, and it is possible to reliably avoid the deterioration of the image quality.

特に、本実施形態のように、第3の偏光板28を光源21の近傍に配置する、すなわち、第3の偏光板28を表示素子24’から接眼光学系31に向かう光の光路に対して光源21側に配置することで、光源21から出射されるS偏光を効率よくカットすることができ、ゴースト光による映像品位の低下を確実に回避することができる。   In particular, as in the present embodiment, the third polarizing plate 28 is disposed in the vicinity of the light source 21, that is, the third polarizing plate 28 is directed to the optical path of light traveling from the display element 24 ′ to the eyepiece optical system 31. By disposing on the light source 21 side, the S-polarized light emitted from the light source 21 can be efficiently cut, and the deterioration of the image quality due to the ghost light can be surely avoided.

なお、以上の各実施形態では、HMDに好適な映像表示装置について種々説明したが、各実施形態の映像表示装置は、例えばヘッドアップディスプレイなどの他の装置にも適用することが可能である。   In each of the above embodiments, various video display devices suitable for the HMD have been described. However, the video display device of each embodiment can be applied to other devices such as a head-up display.

なお、以上で説明した各実施の形態の構成を適宜組み合わせて映像表示装置ひいてはHMDを実現することも勿論可能である。   Of course, it is possible to realize the video display apparatus and the HMD by appropriately combining the configurations of the respective embodiments described above.

本発明の映像表示装置は、例えばヘッドアップディスプレイやヘッドマウントディスプレイに利用可能である。   The video display device of the present invention can be used for a head-up display or a head-mounted display, for example.

(a)は、本発明の実施の一形態に係る映像表示装置の概念的な構成を、水平方向の光路を展開して示す説明図であり、(b)は、上記映像表示装置の構成を、垂直方向の光路を展開して示す説明図である。(A) is explanatory drawing which shows the conceptual structure of the video display apparatus based on one Embodiment of this invention which expand | deployed the optical path of a horizontal direction, (b) is a structure of the said video display apparatus. It is explanatory drawing which expand | deploys and shows the optical path of a perpendicular direction. (a)は、本発明の他の実施の形態に係る映像表示装置の構成を、水平方向の光路を展開して示す説明図であり、(b)は、上記映像表示装置の構成を、垂直方向の光路を展開して示す説明図である。(A) is explanatory drawing which expands the optical path of a horizontal direction, and shows the structure of the video display apparatus based on other embodiment of this invention, (b) is the structure of the said video display apparatus perpendicular | vertical. It is explanatory drawing which expand | deploys and shows the optical path of a direction. (a)は、本発明のさらに他の実施の形態に係るHMDの概略の構成を示す平面図であり、(b)は、上記HMDの側面図であり、(c)は、上記HMDの正面図である。(A) is a top view which shows schematic structure of HMD which concerns on further another embodiment of this invention, (b) is a side view of said HMD, (c) is the front of said HMD FIG. (a)は、他のHMDの概略の構成を示す平面図であり、(b)は、上記HMDの側面図であり、(c)は、上記HMDの正面図である。(A) is a top view which shows the schematic structure of another HMD, (b) is a side view of the said HMD, (c) is a front view of the said HMD. HMDに適用される映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the outline of the video display apparatus applied to HMD. 上記映像表示装置における光路を光学的に一方向に展開して示す説明図である。It is explanatory drawing which optically expands and shows the optical path in the said video display apparatus in one direction. 上記映像表示装置の光源の分光強度特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the spectral intensity characteristic of the light source of the said video display apparatus. 上記映像表示装置のホログラム光学素子における回折効率の波長依存性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the wavelength dependence of the diffraction efficiency in the hologram optical element of the said video display apparatus. 光学瞳における瞳位置と主たる回折波長との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the pupil position in an optical pupil, and the main diffraction wavelength. 本発明のさらに他の実施の形態に係る映像表示装置における光路を光学的に一方向に展開して示す説明図である。It is explanatory drawing which optically expands and shows the optical path in the video display apparatus based on further another embodiment of this invention in one direction. 上記映像表示装置の光源を表示素子側から見たときの平面図である。It is a top view when the light source of the said video display apparatus is seen from the display element side. 光学瞳におけるX方向の瞳位置と光強度との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the pupil position of the X direction in an optical pupil, and light intensity. 上記光源の他の構成例を示すものであって、上記光源を表示素子側から見たときの平面図である。The other example of a structure of the said light source is shown, Comprising: It is a top view when the said light source is seen from the display element side. 本発明のさらに他の実施の形態に係る上記映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the outline of the said video display apparatus which concerns on further another embodiment of this invention. (a)は、上記映像表示装置の構成を、水平方向の光路を展開して示す説明図であり、(b)は、上記映像表示装置の構成を、垂直方向の光路を展開して示す説明図である。(A) is explanatory drawing which shows the structure of the said video display apparatus expand | deployed the optical path of a horizontal direction, (b) is the description which expands | deploys the optical path of a vertical direction, and shows the structure of the said video display apparatus. FIG. (a)は、従来の映像表示装置に適用可能な一方向拡散板の一構成例を示す断面図であり、(b)は、一方向拡散板の影が観察映像(虚像)に重畳された状態を示す説明図である。(A) is sectional drawing which shows the example of 1 structure of the unidirectional diffuser plate applicable to the conventional video display apparatus, (b) is the shadow of the unidirectional diffuser superimposed on the observation image (virtual image) It is explanatory drawing which shows a state.

符号の説明Explanation of symbols

1 映像表示装置
2 光源
3 拡散手段
3a 第1の拡散手段
3b 第2の拡散手段
4 表示素子
5 レンズ(観察光学系)
11 映像表示装置
12 支持手段
21 光源
21R、21R1、21R2 発光部(LED)
21G、21G1、21G2 発光部(LED)
21B、21B1、21B2 発光部(LED)
22 集光レンズ(集光手段)
23 拡散手段
23a 第1の拡散手段
23b 第2の拡散手段
24 表示素子
24’ 表示素子
25 凹面ミラー(集光手段)
31 接眼光学系(観察光学系)
32 接眼プリズム(第1の透明基板)
33 偏向プリズム(第2の透明基板)
34 ホログラム光学素子
E 光学瞳
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image display apparatus 2 Light source 3 Diffusion means 3a 1st diffusion means 3b 2nd diffusion means 4 Display element 5 Lens (observation optical system)
11 image display unit 12 the supporting means 21 the light source 21R, 21R 1, 21R 2 emitting portion (LED)
21G, 21G 1 , 21G 2 light emitting part (LED)
21B, 21B 1 , 21B 2 light emitting part (LED)
22 Condensing lens (condensing means)
23 diffusing means 23a first diffusing means 23b second diffusing means 24 display element 24 'display element 25 concave mirror (condensing means)
31 Eyepiece optical system (observation optical system)
32 Eyepiece prism (first transparent substrate)
33 Deflection prism (second transparent substrate)
34 Hologram optical element E Optical pupil

Claims (17)

光を出射する光源と、
光源から出射された光を拡散する拡散手段と、
拡散手段にて拡散された光を変調して映像を表示する表示素子と、
表示素子からの映像光を光学瞳に導くことにより、表示映像の虚像を観察者に観察させる観察光学系とを備えた映像表示装置であって、
上記拡散手段は、表面の凹凸によって入射光を一方向に拡散する第1の拡散手段と、入射光を拡散する第2の拡散手段とを有しており、
光学瞳は、第1の拡散手段での入射光の拡散方向よりも上記拡散方向と垂直方向に小さいことを特徴とする映像表示装置。
A light source that emits light;
Diffusing means for diffusing the light emitted from the light source;
A display element for displaying an image by modulating the light diffused by the diffusion means;
An image display device including an observation optical system that allows an observer to observe a virtual image of a display image by guiding image light from a display element to an optical pupil,
The diffusing means has a first diffusing means for diffusing incident light in one direction by unevenness on the surface, and a second diffusing means for diffusing incident light,
An image display device, wherein an optical pupil is smaller in a direction perpendicular to the diffusion direction than a diffusion direction of incident light in the first diffusion means.
上記第2の拡散手段は、表面の凹凸によって入射光を一方向に拡散するものであり、
上記第2の拡散手段での入射光の拡散方向は、上記第1の拡散手段での入射光の拡散方向と略一致することを特徴とする請求項1に記載の映像表示装置。
The second diffusing means diffuses incident light in one direction by surface irregularities,
The video display device according to claim 1, wherein a diffusion direction of incident light in the second diffusion unit substantially coincides with a diffusion direction of incident light in the first diffusion unit.
上記第2の拡散手段は、光源と第1の拡散手段との間の光路中に配置されており、
上記第1の拡散手段の拡散方向において、上記第2の拡散手段の拡散度は上記第1の拡散手段の拡散度よりも小さいことを特徴とする請求項1または2に記載の映像表示装置。
The second diffusing means is disposed in an optical path between the light source and the first diffusing means,
3. The video display device according to claim 1, wherein a diffusion degree of the second diffusion means is smaller than a diffusion degree of the first diffusion means in a diffusion direction of the first diffusion means.
上記光源は、赤、緑、青の3色の光をそれぞれ発光する発光ダイオードを有しており、
各発光ダイオードは、第1の拡散手段の拡散方向に並んで配置されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の映像表示装置。
The light source includes a light emitting diode that emits light of three colors of red, green, and blue,
4. The video display device according to claim 1, wherein the light emitting diodes are arranged side by side in a diffusion direction of the first diffusion means. 5.
上記光源は、赤、緑、青の3色の光をそれぞれ発光する発光ダイオードを2組有しており、
表示素子の表示領域の中心と光学瞳の中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とすると、
各組の発光ダイオードは、各色ごとに観察光学系の光軸に対して対称に配置されていることを特徴とする請求項4に記載の映像表示装置。
The light source has two sets of light emitting diodes that emit red, green, and blue light, respectively.
When the axis that optically connects the center of the display area of the display element and the center of the optical pupil is the optical axis,
5. The video display device according to claim 4, wherein the light emitting diodes of each set are arranged symmetrically with respect to the optical axis of the observation optical system for each color.
上記第1の拡散手段の観察光学系による虚像と表示素子の表示映像の虚像との視度の差は、10ディオプタ以下であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の映像表示装置。   6. The image according to claim 1, wherein a diopter difference between a virtual image obtained by the observation optical system of the first diffusion means and a virtual image of a display image on the display element is 10 diopters or less. Display device. 第1の拡散手段の拡散方向に垂直な方向に光源からの光を集光して表示素子に導く集光手段をさらに備え、
光源と光学瞳とは、第1の拡散手段の拡散方向に垂直な方向について共役となる位置に配置されていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の映像表示装置。
A light collecting unit that collects light from the light source in a direction perpendicular to the diffusion direction of the first diffusion unit and guides the light to the display element;
The video display device according to claim 1, wherein the light source and the optical pupil are arranged at a conjugate position in a direction perpendicular to the diffusion direction of the first diffusion means.
上記集光手段は、第1の拡散手段の拡散方向に平行な方向には、光学的パワーが無いか負であることを特徴とする請求項7に記載の映像表示装置。   8. The video display device according to claim 7, wherein the light collecting means has no optical power or is negative in a direction parallel to a diffusion direction of the first diffusion means. 上記表示素子は、反射型の液晶表示素子であることを特徴とする請求項7または8に記載の映像表示装置。   9. The video display device according to claim 7, wherein the display element is a reflective liquid crystal display element. 上記集光手段は、第1の拡散手段の拡散方向に垂直な方向に正の光学的パワーを持つミラーで構成され、かつ、上記反射型の液晶表示素子から観察光学系に向かう光の光路に対して光源とは反対側に配置されて光源からの光を反射させて反射型の液晶表示素子に導き、
上記第1および第2の拡散手段は、上記反射型の液晶表示素子から観察光学系に向かう光の光路と上記集光手段との間に配置されていることを特徴とする請求項9に記載の映像表示装置。
The condensing means is composed of a mirror having a positive optical power in a direction perpendicular to the diffusing direction of the first diffusing means, and in the optical path of the light from the reflective liquid crystal display element to the observation optical system. On the other hand, it is arranged on the opposite side of the light source and reflects the light from the light source to the reflective liquid crystal display element,
10. The first and second diffusing means are arranged between an optical path of light from the reflective liquid crystal display element toward an observation optical system and the light collecting means. Video display device.
上記観察光学系は、体積位相型の反射型ホログラム光学素子を含み、
上記ホログラム光学素子は、表示素子からの映像光を回折反射させて光学瞳に導くことを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の映像表示装置。
The observation optical system includes a volume phase reflection hologram optical element,
11. The image display apparatus according to claim 1, wherein the hologram optical element guides the image light from the display element to the optical pupil by diffracting and reflecting the image light.
上記ホログラム光学素子は、軸非対称な正の光学的パワーを有していることを特徴とする請求項11に記載の映像表示装置。   12. The image display device according to claim 11, wherein the hologram optical element has an axially asymmetric positive optical power. 表示素子の表示領域の中心と光学瞳の中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とすると、
上記第1の拡散手段の拡散方向は、上記ホログラム光学素子の光軸入射面に垂直な方向と略平行であることを特徴とする請求項12に記載の映像表示装置。
When the axis that optically connects the center of the display area of the display element and the center of the optical pupil is the optical axis,
13. The video display device according to claim 12, wherein a diffusion direction of the first diffusion means is substantially parallel to a direction perpendicular to the optical axis incident surface of the hologram optical element.
上記光源は、発光ダイオードで構成されており、
上記ホログラム光学素子の回折効率がピークとなる波長と、上記光源から出射される光の強度がピークとなる波長とが略等しいことを特徴とする請求項11から13のいずれかに記載の映像表示装置。
The light source is composed of a light emitting diode,
14. The image display according to claim 11, wherein a wavelength at which the diffraction efficiency of the hologram optical element reaches a peak is substantially equal to a wavelength at which the intensity of light emitted from the light source reaches a peak. apparatus.
上記観察光学系は、表示素子からの映像光を内部で全反射させて観察者の瞳に導く一方、外光を透過させて観察者の瞳に導く第1の透明基板を有していることを特徴とする請求項1から14のいずれかに記載の映像表示装置。   The observation optical system includes a first transparent substrate that totally reflects the image light from the display element and guides the light to the observer's pupil while transmitting the external light to the observer's pupil. The video display device according to claim 1, wherein: 上記観察光学系は、第1の透明基板での外光の屈折をキャンセルするための第2の透明基板を有していることを特徴とする請求項15に記載の映像表示装置。   The video display apparatus according to claim 15, wherein the observation optical system includes a second transparent substrate for canceling refraction of external light on the first transparent substrate. 請求項1から16のいずれかに記載の映像表示装置と、
上記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持手段とを有していることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
A video display device according to any one of claims 1 to 16,
A head-mounted display comprising support means for supporting the video display device in front of an observer's eyes.
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