JP2008122508A - 接合プリズム、映像表示装置、ヘッドマウントディスプレイおよび映像撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接合線幅Ｗ１を小さくして、接合部を介してシースルーで観察される外界像の品位の劣化を回避する。接合面に配置された光学素子２４の光学性能を確実に発揮させる。
【解決手段】接眼プリズム２２において、接合面である面２２ｅを含む面と、２つの対向面の一方である面２２ｃとのなす角度が鈍角となるように、面２２ｅは面２２ｃに対して傾斜して設けられている。この構成において、面２２ｅと面２２ｃとの間に、面２２ｅに対して凸となる凸部２２ｐが形成されるように、面２２ｅと面２２ｃとを連結する面２２ｍを設ける。接眼プリズム２２と偏向プリズム２３とは、凸部２２ｐを介してこれらのプリズム間で連続した面が形成されるように接合される。凸部２２ｐを設けることにより、接合部に光学素子２４の配置空間や接着剤２５の充填空間が確保されるので、接合時に接合線幅Ｗ１が広がることはなく、光学素子２４が各プリズム間で圧接されることもない。
【選択図】図１

Description

本発明は、２つの光学プリズムを接合してなる接合プリズムと、その接合プリズムを備えた映像表示装置と、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、上記接合プリズムを備えた映像撮像装置とに関するものである。

従来、２つの光学プリズムを接合した接合プリズムとして、例えば特許文献１に開示されたものがある。図１６は、特許文献１の接合プリズムの接合部の模式的な断面図である。この接合プリズムは、基板を一旦２要素１０１・１０２に切断し、その切断部に光学素子１０３を挟み込み、その２要素１０１・１０２を接着剤１０４で接合することによって得られている。

一方、凹凸が存在する面に、光学素子を形成するフィルムを貼合する手法として、例えば特許文献２や特許文献３に開示されたものがある。特許文献２では、フィルムを押圧して貼付面に貼り付けるローラとして、貼付面の凹凸に追従可能な柔軟性を有するローラを用い、このローラの軸部を貼付面の曲率に応じて湾曲させることにより、フィルムを貼付面に貼り付けるようにしている。また、特許文献３では、ゴムローラのゴムの部分に、貼付面の凹凸や曲率を吸収するのに適当な厚みを持たせ、そのゴムローラを用いてフィルムを貼付面に貼り付けることにより、貼り付け時の気泡の混入やしわの発生を抑制するようにしている。

特開２００４−２９５４４号公報（段落〔００２２〕参照） 特許第３４２８５５２号公報（請求項１参照） 特開平７−２７２６２５号公報（請求項１、段落〔００１１〕参照）

ところが、特許文献１の手法で接合プリズムを得る場合には、光学素子１０３や接着剤１０４の厚みで、２要素１０１・１０２の接合線、すなわち、接合時の２要素１０１・１０２の境界線で外観に現れる線の幅Ｗが大きくなり、接合線の部位を透過してシースルーで観察される外界像の光学性能（品位）が悪くなる。また、接合面に配置された光学素子１０３が、接着時に２要素１０１・１０２で押し付けられて機能しなくなる可能性もある。

また、凹凸が存在する面にフィルムを貼合する場合に、ローラの軸部を湾曲させる特許文献２の手法では、ローラは大きな凹凸には追従できるが、ローラ径に対して微小な段差の凹凸には追従することができない。したがって、フィルムが貼り付けられる面（例えば一方の光学プリズムの接合面）に凹凸が存在している場合には、特許文献２の手法ではうまくフィルムを貼り付けることができない。

また、特許文献３の手法では、滑らかな凹凸形状にはゴムローラを変形によって追従させることができるが、例えば直角に近いコーナーの段差部分にはゴムローラを変形だけで追従させることはできない。その結果、フィルムを段差の近傍まで貼り付けることができない。なお、コーナーの段差部分にゴムローラを追従させるべく、ゴムローラのゴム硬度を低くしすぎると、フィルム貼合時に気泡が入りやすくなる。

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、その主な目的は、２つの光学プリズムの接合線幅を小さくして、接合線の部位を透過してシースルーで観察される外界像の品位の劣化を回避できるとともに、接合面に配置された光学素子の光学性能を確実に発揮させることができる接合プリズムと、その接合プリズムを備えた映像表示装置と、その映像表示装置を備えたＨＭＤと、上記接合プリズムを備えた映像撮像装置とを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、光学プリズムのフィルム貼付領域に凹凸が存在していても、貼付面に気泡が入ったり、しわがよることなくフィルムを段差近傍まで貼り付けて光学素子を形成した接合プリズムと、その接合プリズムを備えた映像表示装置と、その映像表示装置を備えたＨＭＤと、上記接合プリズムを備えた映像撮像装置とを提供することにある。

本発明の接合プリズムは、第１の光学プリズムと第２の光学プリズムとを互いの接合面を介して接合してなる接合プリズムであって、第１の光学プリズムおよび第２の光学プリズムの少なくとも一方は、接合面を含む面に対して鈍角または略鈍角を形成する鈍角形成面と、接合面と鈍角形成面との間に、接合面に対して凸となる凸部が形成されるように、接合面と鈍角形成面とを連結する連結面とを有しており、第１の光学プリズムと第２の光学プリズムとは、上記凸部を介してこれらの光学プリズム間で連続した面が形成されるように接合されていることを特徴としている。

なお、上記した接合面、鈍角形成面および連結面は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。例えば、接合面および鈍角形成面が平面であれば、接合面を含む面も平面となり、この面と鈍角形成面とのなす角度は純粋な鈍角となる。一方、接合面および鈍角形成面の少なくとも一方が曲面であれば、接合面を含む面と鈍角形成面とのなす角度は平面同士のなす角度ではないので純粋な鈍角とはならず、それに近い略鈍角となる。

上記の構成によれば、第１の光学プリズムおよび第２の光学プリズムの少なくとも一方は、接合面に凸部が形成されるように接合面と鈍角形成面とを連結する連結面を有しているので、第１の光学プリズムと第２の光学プリズムとを各接合面を介して接合したときに、その接合部には各接合面と連結面とで囲まれた一定の空間が形成される。これにより、その空間内に例えば光学素子（例えばホログラム光学素子）を配置したり、接着剤を充填したりすることが可能となる。したがって、たとえ、接合部に光学素子を配置したり、接着剤を充填する構成を採用したとしても、そのような光学素子や接着剤の厚さに起因して第１の光学プリズムと第２の光学プリズムとの接合線（接合時の境界線で外観に現れる線）の幅が広がることはなく、むしろ、連結面がない構成よりも接合線幅を狭くすることができる。

しかも、第１の光学プリズムと第２の光学プリズムとは、上記凸部を介してこれらの光学プリズム間で連続した面（表面）が形成されるように接合されており、表面に段差が生じるように接合されているわけではない。

したがって、本発明の接合プリズムを例えばシースルーで外界像を観察することが可能な映像表示装置に適用したときでも、接合線の部位を透過して観察される外界像の品位が低下するのを回避することができ、外界像を良好に観察できる範囲を広げることが可能となる。

また、両プリズムの接合部に光学素子の配置空間を確保することができるので、接合時に光学素子が圧接されることもなく、光学素子の光学性能を確実に発揮させることができる。

ここで、接合面からの上記凸部の高さは、３０μｍ以上３００μｍ以下であることが望ましい。なお、接合面が曲面である場合、凸部の高さとは、例えば接合面端部での接平面に対する凸部の高さを想定することができる。凸部の高さが上記範囲内であれば、両プリズムの接合部に光学素子を配置したり、接着剤を充填する構成を採用しても、その接合線の幅を狭くできる効果を十分に得ることができる。

また、本発明においては、第１の光学プリズムおよび第２の光学プリズムの両方が、鈍角形成面と連結面とをそれぞれ有しており、第１の光学プリズムと第２の光学プリズムとは、各々の鈍角形成面と連結面とによって形成される各凸部を介してこれらの光学プリズム間で連続した面が形成されるように接合されていてもよい。

この場合、接合プリズムの例えば表裏に現れる接合線の幅を狭くすることができるので、本発明の接合プリズムを上記映像表示装置に適用した場合に、外界像を良好に観察できる範囲をさらに広げることができる。

また、本発明において、接合面、鈍角形成面および連結面は、それぞれ平面であってもよい。この場合は、そのような構成の接合プリズムにおいて、上述した本発明の効果を得ることができる。

このとき、鈍角形成面と連結面とのなす角度は、８０度以上１００度以下であることが望ましい。この場合、接合面上に凸部を確実に形成して光学素子の配置空間を確実に確保しつつ、第１の光学プリズムと第２の光学プリズムとの接合線の幅を限りなく狭くすることができる。

また、第１の光学プリズムと第２の光学プリズムとの接合線の幅は、１００μｍ以下であることが望ましい。接合線幅１００μｍ以下は、人間の明視の距離（３０ｃｍ）で眼の解像限界（１分）以下に対応する。つまり、この接合線幅では、外部から接合線の部位を見たときに、接合線を明確に視認することができなくなる。したがって、接合プリズムの外観上の品位が損なわれることがない。また、このレベルまで接合線幅を狭くすることにより、外界像を非常に良好に観察することが可能となる。

また、本発明において、第１の光学プリズムは、入射面から入射する光と外界像の光とを両方とも射出面に導く光学素子が配置されるコンバイナ面を有しており、上記コンバイナ面を上記凸部が形成される接合面として第２の光学プリズムと接合されていてもよい。

このように、第１の光学プリズムのコンバイナ面上に凸部が形成されていることにより、コンバイナ面と第２の光学プリズムの接合面との間に、光学素子（例えばホログラム光学素子）を圧接することなく配置できる空間を確保することができる。

また、本発明の接合プリズムは、第１の光学プリズムの上記コンバイナ面上に配置される光学素子を有しており、上記光学素子は、上記コンバイナ面に対する凸部の高さよりも薄く形成されていることが望ましい。

この構成では、光学素子はコンバイナ面上に形成される凸部の高さよりも薄いので、両プリズムの接合時には、上記コンバイナ面と第２の光学プリズムの接合面との間に光学素子が圧接されることなく埋設される。したがって、光学素子を配置することによって第１の光学プリズムと第２の光学プリズムとの接合線の幅が広がることはない。つまり、接合線の幅を小さく保ったまま、光学素子を両プリズム間に埋設することができる。

このとき、上記光学素子は、体積位相型の反射型ホログラム光学素子であってもよい。上記ホログラム光学素子（以下、ＨＯＥとも称する）においては、外界像の光の透過率が高いので、外界像をシースルーで観察可能な映像表示装置に、上記光学素子を有する接合プリズムを適用したときに、観察者は外界像を明瞭に観察することができる。

また、本発明において、上記光学素子は、上記凸部の高さよりも厚さの薄いフィルムを、上記凸部の高さよりも大径のローラで上記コンバイナ面に押し付けることによって形成されており、上記ローラの移動方向は、上記コンバイナ面と、上記凸部を構成する連結面との境界線に対して略垂直方向であり、上記フィルムは、上記ローラの移動により、上記境界線近傍まで密着貼合されている構成であってもよい。

ローラの移動方向は、上記境界線に対して略垂直方向であるので、コンバイナ面に上記の凸部が形成されており、かつ、その段差部分がほぼ直角に形成されていても、ローラ硬度を極端に低下させることなく、ローラによってフィルム全面に常に均一な圧力（負荷）を加えることができる。これにより、気泡が入ったり、しわがよることなく、フィルムを均一にコンバイナ面に貼合できるとともに、上記境界線近傍までフィルムを密着貼合することが可能となる。

また、本発明において、上記第１の光学プリズムは、上記境界線が一直線上となるように複数の第１の光学プリズムを配置して、上記フィルムが同時に複数の第１の光学プリズムに貼合されたものの一つであることが望ましい。この場合は、上記フィルムの第１の光学プリズムへの貼付効率を向上させることができる。

また、本発明において、上記光学素子は、上記凸部の高さよりも厚さの薄いフィルムを、上記凸部の高さよりも大径のローラで上記コンバイナ面に押し付けることによって形成されており、上記フィルムを第１のフィルムとすると、上記光学素子は、高さ調整用の第２のフィルムが第１のフィルムに貼付されて上記ローラによりコンバイナ面に貼合された後、上記第２のフィルムを剥離することによって形成されており、上記第２のフィルムは、上記第１のフィルムの厚さとの合計が上記凸部の高さよりも大きくなるような厚さを有している構成であってもよい。

第２のフィルムと第１のフィルムとのフィルム厚の合計が凸部の高さよりも大きいので、コンバイナ面と凸部との段差の存在が実質上問題にならなくなり、ローラの移動方向によらずに、ローラによって第２のフィルムを介して第１のフィルム全面に常に均一な圧力（負荷）を加えることができる。これにより、気泡が入ったり、しわがよることなく、第１のフィルムを均一にコンバイナ面に貼合できるとともに、上記境界線近傍まで第１のフィルムを密着貼合することが可能となる。

また、本発明において、上記コンバイナ面に貼付されるフィルムは、フォトポリマーからなる感光層を含んでおり、上記光学素子は、上記フィルムを第１の光学プリズムに貼付した後、上記感光層にレーザ光を２光束で照射し、その干渉によって体積位相型の反射型ホログラム光学素子が形成されたものであってもよい。

上記フィルムの感光層がフォトポリマーからなるので、ドライプロセスのみで体積位相型の反射型ＨＯＥを作製することができ、製造が簡便で容易である。また、フィルムを第１の光学プリズムに貼付した後にＨＯＥを作製するので、ＨＯＥを常に適切な位置に形成することができる。つまり、例えば、映像表示素子からの映像光を光学素子を介して観察者の瞳に導く映像表示装置に本発明の接合プリズムを適用した場合でも、常に観察者の眼前にＨＯＥを位置させることができ、ＨＯＥの配置位置のずれが生じない。

本発明の映像表示装置は、発光ダイオードからなる光源と、上記光源からの光を変調して映像を表示する映像表示素子と、上述した本発明の接合プリズムとを有し、上記接合プリズムは、上記第１の光学プリズムの接合面に配置される体積位相型の反射型ホログラム光学素子を含み、上記映像表示素子からの映像光を、第１の光学プリズムの入射面より入射させ、内部で複数回全反射して上記ホログラム光学素子に導き、上記ホログラム光学素子にて映像光を拡大反射して射出面より外部に射出して観察者の眼に虚像として導くと同時に、上記ホログラム光学素子を透過した外界像の光を観察者の眼に導くことを特徴としている。

上記の構成によれば、光源から出射される光（ＬＥＤ光）は映像表示素子によって変調され、映像光として出射される。この映像光は、第１の光学プリズムの入射面から入射し、内部で複数回全反射した後、ＨＯＥにて反射されて射出面から射出される。これにより、観察者は、上記映像を拡大虚像として観察することができる。また、ＨＯＥを透過した外界像の光は観察者の眼に導かれるので、観察者は上記虚像と外界像とを同時に観察することが可能となる。

このように、ＨＯＥを用いて装置を構成することにより、装置を小型軽量にできる。また、光源であるＬＥＤの発光波長とＨＯＥの回折波長とを合わせれば、明るい映像を観察者に提供できる。さらに、第１の光学プリズム内での全反射を用いた構成なので、接合プリズムを小型軽量にできるとともに、外界像の光の透過率が高くなり、外界像を良好に観察することができる。また、映像表示素子を視野の周辺に配置することが可能となり、広い外界視野角を確保することができる。

このとき、上記ホログラム光学素子は、上記映像表示素子にて表示された映像を拡大する正の非軸対称な光学パワーを有しており、上記表示映像を観察者の眼に虚像として導く接眼光学系の少なくとも一部を構成していてもよい。この場合は、接眼光学系を小型にできるとともに、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。

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備え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よって観察者の眼前で支持されるので、観察者はハンズフリーとなり、外界像および映像表示素子での表示映像を虚像として観察しながら、空いた手で所望の作業を行うことができる。また、観察者の観察方向が一方向に定まるので、観察者は暗環境でも表示映像を探しやすいという利点もある。

本発明の映像撮像装置は、被写体像を撮像する撮像素子と、上述した本発明の接合プリズムとを有し、上記接合プリズムは、上記第１の光学プリズムの接合面に配置される体積位相型の反射型ホログラム光学素子を含み、被写体像の光を第１の光学プリズムの入射面より入射させ、上記ホログラム光学素子にて反射させた後、内部で複数回全反射させて射出面より外部に射出し、上記撮像素子に導くと同時に、上記ホログラム光学素子を透過した外界像の光を観察者の眼に導くことを特徴としている。

この構成では、被写体像の光は第１の光学プリズムの入射面から入射し、ＨＯＥにて反射された後、内部で複数回全反射して射出面から射出され、撮像素子に導かれる。また、これと同時に、ＨＯＥを透過した外界像の光は観察者の眼に導かれる。

このように、ＨＯＥを用いて装置を構成することにより、装置を小型軽量にできる。また、第１の光学プリズムでの全反射を用いた構成なので、接合プリズムを小型軽量にできるとともに、外界像の光の透過率が高くなり、外界像を良好に観察することができる。また、撮像素子を視野の周辺に配置することが可能となり、広い外界視野角を確保することができる。

本発明によれば、第１の光学プリズムおよび第２の光学プリズムの少なくとも一方の接合面上に凸部を形成し、これによって、接合部に光学素子を配置したり、接着剤を充填する空間を確保しているので、接合部に光学素子を配置して接着剤で両プリズムを接合する構成としても、両プリズムの接合線幅を狭くすることができる。しかも、第１の光学プリズムと第２の光学プリズムとは、表面に段差が生じるように接合されているわけではない。したがって、本発明の接合プリズムを例えばシースルーで外界像を観察することが可能な映像表示装置に適用したときでも、接合線の部位を透過して観察される外界像の品位が低下するのを回避することができ、外界像を良好に観察できる範囲を広げることが可能となる。また、凸部の形成により、両プリズムの接合部に光学素子の配置空間を確保することができるので、接合時に光学素子が圧接されることもなく、光学素子の光学性能を確実に発揮させることができる。

また、光学素子が配置される接合面（コンバイナ面）には、凸部の形成により段差が生じているが、光学素子を形成するフィルムをローラを用いてコンバイナ面に貼合する場合でも、ローラの移動方向を、コンバイナ面と連結面との境界線に対して略垂直方向としたり、高さ調整用のフィルムを介して貼合することで、ローラ硬度を極端に低下させることなく、フィルム全面に常に均一な圧力を加えることができる。これにより、気泡が入ったり、しわがよることなく、フィルムを均一にコンバイナ面に貼合できるとともに、凸部近傍までフィルムを密着貼合することが可能となる。

〔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。

（１．ＨＭＤについて）
図２（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２（ｂ）は、ＨＭＤの側面図であり、図２（ｃ）は、ＨＭＤの正面図である。ＨＭＤは、映像表示装置１と、それを支持する支持手段２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。

映像表示装置１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る。図２（ｃ）で示す映像表示装置１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２２および偏向プリズム２３（ともに図３参照）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１の詳細な構成については後述する。

支持手段２は、映像表示装置１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３と、フレーム４と、テンプル５と、鼻当て６と、ケーブル７とを有している。なお、フレーム４、テンプル５および鼻当て６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４Ｒ、左フレーム４Ｌ、右テンプル５Ｒ、左テンプル５Ｌ、右鼻当て６Ｒ、左鼻当て６Ｌのように表現するものとする。

映像表示装置１の一端は、ブリッジ３に支持されている。このブリッジ３は、映像表示装置１のほかにも左フレーム４Ｌおよび鼻当て６を支持している。左フレーム４Ｌは、左テンプル５Ｌを回動可能に支持している。一方、映像表示装置１の他端は、右フレーム４Ｒに支持されている。右フレーム４Ｒにおいて映像表示装置１の支持側とは反対側端部は、右テンプル５Ｒを回動可能に支持している。ケーブル７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１に供給するための配線であり、右フレーム４Ｒおよび右テンプル５Ｒに沿って設けられている。

観察者がＨＭＤを使用するときは、右テンプル５Ｒおよび左テンプル５Ｌ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６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１にて映像を表示すると、観察者は、映像表示装置１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１を介して外界像をシースルーで観察することができる。

（２．映像表示装置について）
次に、上述した映像表示装置１の詳細について説明する。
図３は、映像表示装置１の概略の構成を示す断面図である。映像表示装置１は、映像表示部１１と、接眼光学系２１とで構成されている。映像表示部１１は、光源１２と、一方向拡散板１３と、集光レンズ１４と、ＬＣＤ１５とを有している。

光源１２は、中心波長が例えば４６５ｎｍ、５２０ｎｍ、６３５ｎｍとなる３つの波長帯域の光を発するＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されている。一方向拡散板１３は、光源１２からの照明光を拡散させるものであるが、その拡散度は方向によって異なっている。より詳細には、一方向拡散板１３は、ＨＭＤを観察者が装着したときの左右方向に対応する方向（図３の紙面に垂直な方向）には、入射光を約４０゜拡散させ、ＨＭＤを観察者が装着したときの上下方向（図３の紙面に平行な方向）には、入射光を約０．２゜拡散させる。集光レンズ１４は、一方向拡散板１３にて拡散された光を集光するものである。集光レンズ１４は、上記拡散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。

ＬＣＤ１５は、映像信号に基づいて光源１２からの光を変調することにより、映像を表示する映像表示素子である。なお、本実施形態では、ＬＣＤ１５は、透過型であるが、反射型で構成されていてもよい（この場合、光源１２などの他の光学素子の配置位置を工夫する必要がある）。また、ＬＣＤ以外の光変調素子（例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device；米国テキサスインスツルメント社製））を映像表示素子として用いてもよい。

一方、接眼光学系２１は、接合プリズムで構成されている。この接合プリズムは、接眼プリズム２２（第１の光学プリズム）と偏向プリズム２３（第２の光学プリズム）とを、光学素子２４を挟んで接合してなっている。

接眼プリズム２２および偏向プリズム２３は、例えばアクリル系樹脂で構成されており、これらは接着剤で接合されている。接眼プリズム２２は、平行平板の下端部を楔状にし、その上端部を厚くした形状で構成されており、面２２ａ・２２ｂ・２２ｃを有している。面２２ａは、映像表示部１１からの映像光が入射する入射面であり、面２２ｂ・２２ｃは互いに対向する面である。このうち、面２２ｂは、全反射面兼射出面となっている。

偏向プリズム２３は、平行平板の上端部を接眼プリズム２２の下端部に沿った形状とすることによって、接眼プリズム２２と一体となって略平行平板となるように構成されている。接眼プリズム２２に偏向プリズム２３を接合させない場合、外界像の光が接眼プリズム２２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２２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２２に偏向プリズム２３を接合させて一体的な略平行平板を形成することで、外界像の光が接眼プリズム２２の楔状の下端部を透過するときの屈折を偏向プリズム２３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。

光学素子２４は、特定の入射角で入射する例えば４６５±１０ｎｍ、５２０±１０ｎｍ、６３５±１０ｎｍの３つの波長帯域の光を回折させる体積位相型の反射型ホログラム光学素子（ＨＯＥ）で構成されている。光学素子２４は、接眼プリズム２２の下端部の傾斜面に貼り付けられており、この結果、接眼プリズム２２と偏向プリズム２３とで挟まれている。体積位相型の反射型ホログラムは、例えば、フォトポリマーからなる感光層を含む光学フィルムを接眼プリズム２２上に貼り付け、これをレーザ光で露光することによって作製されるが、その詳細については後述する。

このような映像表示装置１の構成により、映像表示部１１の光源１２から出射された光は、一方向拡散板１３にて拡散され、集光レンズ１４にて集光されてＬＣＤ１５に入射する。ＬＣＤ１５に入射した光は、映像信号に基づいて変調され、映像光として出射される。このとき、ＬＣＤ１５には、その映像自体が表示される。

ＬＣＤ１５からの映像光は、接眼光学系２１の接眼プリズム２２の内部にその上端面（面２２ａ）から入射し、対向する２つの面２２ｂ・２２ｃで複数回全反射されて、光学素子２４に入射する。光学素子２４に入射した光はそこで反射され、面２２ｂを介して射出され、光学瞳Ｅに達する。光学瞳Ｅの位置では、観察者は、ＬＣＤ１５に表示された映像の拡大虚像を観察することができる。光学瞳Ｅから虚像までの距離は数ｍ程度であり、また、虚像の大きさはＬＣＤ１５に表示された映像の１０倍以上である。

一方、接眼プリズム２２、偏向プリズム２３および光学素子２４は、外界からの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、ＬＣＤ１５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。以上のことから、光学素子２４は、映像表示部１１から提供される映像（映像光）と外界像（外光）とを同時に観察者の目に導くコンバイナとして機能していると言える。

以上のように、映像表示装置１では、ＬＣＤ１５から出射される映像光を、接眼プリズム２２内での全反射によって光学素子２４に導く構成としている。これにより、通常の眼鏡レンズと同様に接眼プリズム２２および偏向プリズム２３の厚さを３ｍｍ程度にすることができ、接眼光学系２１ひいては映像表示装置１を小型化、軽量化することができる。また、外界像の光の透過率が高くなり、外界像を良好に観察することができる。さらに、映像表示部１１を観察者の眼の直前から大きく離れた位置に配置することができ、観察者の外界に対する視野を広く確保することができる。また、光学素子２４としてＨＯＥを用いているので、ＬＥＤの発光波長とＨＯＥの回折波長とを合わせれば、明るい映像を観察者に提供することができる。

また、光学素子２４は、上述したように特定入射角の特定波長の光のみを回折させる体積位相型の反射型ホログラム光学素子で構成されているので、ＬＣＤ１５からの映像光が接眼プリズム２２、偏向プリズム２３および光学素子２４を透過する外界像の光に影響を与えることがない。それゆえ、観察者は、光学素子２４を介してＬＣＤ１５の表示映像の虚像を観察しながら、接眼プリズム２２、偏向プリズム２３および光学素子２４を介して外界像を通常通り観察することができる。

また、光学素子２４は、映像光と外光とを同時に観察者の瞳に導くコンバイナであるので、観察者は、ＬＣＤ１５から提供される映像を接眼光学系２１を介して観察することができるのと同時に、接眼光学系２１を介してシースルーで外界像を観察することができる。

また、光学素子２４を構成するホログラム光学素子は、ＬＣＤ１５にて表示された映像を拡大する正の非軸対称な光学パワーを有しており、上記表示映像を観察者の眼に虚像として導く接眼光学系２１の少なくとも一部を構成しているので、接眼光学系２１を小型にできるとともに、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。

（３．接眼光学系の全体構成について）
次に、接眼光学系２１の全体構成、すなわち、本発明の特徴部分を説明する上で前提となる構成について説明する。

図４（ａ）は、接眼プリズム２２の平面図を示し、図４（ｂ）は、接眼プリズム２２の正面図を示している。また、図４（ｃ）は、偏向プリズム２３の平面図を示し、図４（ｄ）は、偏向プリズム２３の正面図を示している。さらに、図４（ｅ）は、接眼プリズム２２および偏向プリズム２３を接合させた接眼光学系２１の平面図を示している。なお、図３で示した接眼光学系２１の断面図は、図４（ｅ）の接眼光学系２１のＡ−Ａ’線矢視断面図に相当する。

接眼プリズム２２は、全体として略四角錐台の形状をしており、その上面は先に示した面２２ｃであり、下面は先に示した面２２ｂである。これら面２２ｂ・２２ｃは、４つの側面で囲まれている。すなわち、これらの４つの側面は、図４（ａ）の平面図において、上面を中心として反時計回りに配置される面２２ｄ・２２ｅ・２２ｆ・２２ｇである。これらの面２２ｄ・２２ｅ・２２ｆ・２２ｇは、その法線方向が互いに異なっている。

また、面２２ｄ・２２ｅ・２２ｆは、面２２ｂ・２２ｃに対してそれぞれ傾斜しており、偏向プリズム２３との接合面となる。面２２ｄ・２２ｅ・２２ｆは、面２２ｂに対しては鋭角（例えば４５度以下）で傾斜しており、面２２ｃに対しては鈍角で傾斜している。上記の光学素子２４は、接眼プリズム２２の例えば面２２ｅに貼り付けられている。また、面２２ｇには、上記上面よりも上方に突出する突出部２２ｈが形成されており、この突出部２２ｈにおいて、面２２ｇとは反対側には、映像光の入射面となる面２２ａが位置している。

一方、偏向プリズム２３は、接眼プリズム２２が接合することで平行平板が形成されるような形状となっている。つまり、偏向プリズム２３は、平行平板から接眼プリズム２２をその形状に沿ってくり抜いた形状をしている。この偏向プリズム２３は、互いに対向する面２３ｂ・２３ｃを有している。これらの面２３ｂ・２３ｃは、接眼プリズム２２との接合時に面２２ｂ・２２ｃを含む面と同一平面上に位置する。

また、偏向プリズム２３は、接眼プリズム２２との接合時に面２２ｄ・２２ｅ・２２ｆと接合される面２３ｄ・２３ｅ・２３ｆを有している。これらの面２３ｄ・２３ｅ・２３ｆは、その法線方向が互いに異なっており、面２３ｂに対しては鈍角で傾斜し、面２３ｃに対しては鋭角（例えば４５度以下）で傾斜している。

このように光学素子２４を貼り付けた一方の接眼プリズム２２に他方の偏向プリズム２３を、光学素子２４を挟むように接着剤を介して接合することにより、図４（ｅ）に示すように、接眼光学系２１が形成される。この接眼光学系２１は、平面視で眼鏡のレンズのような形状をしている。この接眼光学系２１を用いることにより、接眼プリズム２２および偏向プリズム２３の接合面（面２２ｄ・２２ｅ・２２ｆ、面２３ｄ・２３ｅ・２３ｆ）を介して、シースルーで外界像を観察することが可能となる。

（４．接眼光学系の詳細な構成について）
次に、接眼光学系２１の詳細、すなわち、接眼光学系２１における本発明の特徴部分について説明する。なお、以下では、説明の便宜上、接眼プリズム２２および偏向プリズム２３の各面は、平面であるとする。

図１（ａ）は、接眼プリズム２２の断面図を示し、図１（ｂ）は、偏向プリズム２３の断面図を示し、図１（ｃ）は、上記両プリズムを接合してなる接合プリズム（接眼光学系２１）の断面図を示している。接眼プリズム２２は、第１の連結面としての面２２ｍをさらに有している。この面２２ｍは、偏向プリズム２３との接合面となる面２２ｅと、対向する２つの面２２ｂ・２２ｃのうちで面２２ｅを含む面（平面）とのなす角度が鈍角となる面２２ｃとを連結する連結面である。面２２ｍと面２２ｃとのなす角度は、８０度以上１００度以下となっている。

面２２ｅと面２２ｃとを面２２ｍで連結することにより、面２２ｅと面２２ｃとの間には、面２２ｅに対して凸となる凸部２２ｐが形成されている。面２２ｅに対する凸部２２ｐの高さは、面２２ｅ上に形成される光学素子２４の厚さ（例えば２５μｍ）を考慮して、３０μｍ以上３００μｍ以下となるように設定されている。

一方、偏向プリズム２３は、第１の連結面としての面２３ｍをさらに有している。この面２３ｍは、接眼プリズム２２との接合面となる面２３ｅと、対向する２つの面２３ｂ・２３ｃのうちで面２３ｅを含む面（平面）とのなす角度が鈍角となる面２３ｂとを連結する連結面である。面２３ｍと面２３ｂとのなす角度は、８０度以上１００度以下となっている。

面２３ｅと面２３ｂとを面２３ｍで連結することにより、面２３ｅと面２３ｂとの間には、面２３ｅに対して凸となる凸部２３ｐが形成されている。面２３ｅに対する凸部２３ｐの高さも、凸部２２ｐと同様に、３０μｍ以上３００μｍ以下となるように設定されている。

上記構成の接眼プリズム２２の面２２ｅに光学素子２４を形成し、偏向プリズム２３と接着剤２５を介して接合することにより、接眼光学系２１が得られる。このとき、接眼プリズム２２と偏向プリズム２３とは、凸部２２ｐ・２３ｐを介してこれらのプリズム間で連続した面（表面）が形成されるように接合される。つまり、凸部２２ｐを介して面２２ｃと面２３ｃとが連続し、凸部２３ｐを介して面２２ｂと面２３ｂとが連続するように、接眼プリズム２２と偏向プリズム２３とが接合される。

このように、接眼プリズム２２の面２２ｅには凸部２２ｐが形成されているので、各プリズムの接合時には、面２２ｅと面２３ｅとの間に、光学素子２４を配置したり、接着剤２５を充填するための一定の空間を確保することができる。特に、本実施形態では、偏向プリズム２３の面２３ｅにも凸部２３ｐが形成されているので、各プリズムの接合時には、面２２ｅと面２３ｅとの間に、凸部２２ｐおよび凸部２３ｐの高さに相当する略一定高さの空間を確保することができる。

したがって、本実施形態のように両プリズムの接合部に光学素子２４を配置したり、接着剤２５を充填する構成を採用したとしても、そのような光学素子２４や接着剤２５の層厚に起因して接眼プリズム２２と偏向プリズム２３との接合線の幅Ｗ１・Ｗ２が広がることはなく、むしろ、凸部２２ｐ・２３ｐがない構成よりも幅Ｗ１・Ｗ２を狭くすることができる。なお、幅Ｗ１は面２２ｃ・２３ｃの間の幅を指し、幅Ｗ２は面２２ｂ・２３ｂの間の幅を指す。しかも、接眼プリズム２２と偏向プリズム２３とは、凸部２２ｐ・２３ｐを介して表面上連続した面が形成されるように接合されており、表面に段差が生じるように接合されているわけではない。

したがって、本実施形態のようにシースルーで外界像を観察することが可能な映像表示装置１において、接合線の部位を透過して観察される外界像の品位が低下するのを回避することができ、外界像を良好に観察できる範囲を広げることが可能となる。また、両プリズムの接合部に光学素子２４の配置空間を確保することができるので、接合時に光学素子２４が圧接されることもなく、光学素子２４の光学性能を確実に発揮させることができる。また、光学素子２４は、接眼プリズム２２および偏向プリズム２３の間に埋設されており、外気に触れることがないので、その光学性能を安定に保つことが可能となる。

また、面２２ｅに対する凸部２２ｐの高さ、および面２３ｅに対する凸部２３ｐの高さは、光学素子２４の厚さよりも厚い３０μｍ以上３００μｍ以下となるように設定されているので、両プリズムの接合部に光学素子２４を配置したり、接着剤２５を充填する構成を採用しても、その接合線の幅Ｗ１・Ｗ２を狭くできる効果を十分に得ることができる。

また、接眼プリズム２２および偏向プリズム２３の両方が、連結面（面２２ｍ、面２３ｍ）および凸部（凸部２２ｐ、凸部２３ｐ）をそれぞれ有しており、各凸部を介して接眼プリズム２２および偏向プリズム２３間で連続した面が形成されるように接合されているので、接眼光学系２１の表裏に現れる接合線の幅Ｗ１・Ｗ２を同時に狭くすることができる。したがって、映像表示装置１において、外界像を良好に観察できる範囲をさらに広げることができる。

また、面２２ｍと面２２ｃとのなす角度は、８０度以上１００度以下であり、面２２ｍは面２２ｃに対して垂直に近いので、接合面である面２２ｅ上に凸部２２ｐを確実に形成して接合部に光学素子２４の配置空間を確実に確保しつつ、接合線幅Ｗ１を限りなく狭くすることができる。同様に、面２３ｍと面２３ｂとのなす角度は、８０度以上１００度以下であり、面２３ｍは面２３ｂに対して垂直に近いので、接合面である面２３ｅ上に凸部２３ｐを確実に形成して接合部に光学素子２４の配置空間を確実に確保しつつ、接合線幅Ｗ２を限りなく狭くすることができる。

特に、本実施形態では、接合線幅Ｗ１・Ｗ２が１００μｍ以下となるように、凸部２２ｐおよび凸部２３ｐが形成され、接眼プリズム２２と偏向プリズム２３とが接合されている。例えば、凸部２２ｐの高さや面２２ｍの面２２ｃに対する角度、凸部２３ｐの高さや面２３ｍの面２３ｂに対する角度を適切に設定することにより、接合線幅Ｗ１・Ｗ２をともに１００μｍ以下にすることが可能である。

接合線幅Ｗ１・Ｗ２の１００μｍ以下は、人間の明視の距離（３０ｃｍ）で眼の解像限界（１分）以下に対応する。つまり、この接合線幅Ｗ１・Ｗ２では、外部から３０ｃｍの距離で接合線の部位を見たときに、接合線を明確に視認することができなくなる。したがって、接眼光学系２１が２つのプリズムを接合してなっていても、その接合部において外観上の品位が損なわれることがない。また、このレベルまで接合線幅Ｗ１・Ｗ２を狭くすることにより、外界像を非常に良好に観察することが可能となる。

また、接眼プリズム２２の面２２ｅに形成される光学素子２４は、面２２ａ（入射面）から入射する光と外界像の光とを両方とも面２２ｂ（射出面）に導くコンバイナとも言うことができる。したがって、接眼プリズム２２は、光学素子２４が配置されるコンバイナ面（面２２ｅ）を有しており、このコンバイナ面を凸部２２ｐが形成される接合面として偏向プリズム２３と接合されているとも言うことができる。このように、接眼プリズム２２のコンバイナ面上に凸部２２ｐが形成されていることにより、コンバイナ面と偏向プリズム２３の接合面（面２３ｅ）との間に、光学素子２４を圧接することなく配置できる空間を確保できることになる。

また、本実施形態では、接眼プリズム２２のコンバイナ面上に配置される光学素子２４は、そのコンバイナ面に対する凸部２２ｐの高さよりも薄く（例えば２５μｍ以下で）形成されている。この場合、接眼プリズム２２と偏向プリズム２３との接合時に、コンバイナ面と偏向プリズム２３の接合面との間に光学素子２４が圧接されることなく埋設される。したがって、光学素子２４を配置することによって接眼プリズム２２と偏向プリズム２３との接合線の幅Ｗ１・Ｗ２が広がることはない。つまり、接合線の幅Ｗ１・Ｗ２を小さく保ったまま、光学素子２４を両プリズム間に埋設することができる。したがって、接合線幅Ｗ１・Ｗ２の狭いコンバイナ埋設接合プリズムを実現することができる。

ところで、図５は、接眼光学系２１の他の構成例を示す断面図である。この接眼光学系２１は、接眼プリズム２２には凸部２２ｐを設ける一方、偏向プリズム２３には上述した凸部２３ｐを設けないで、両プリズムを接合させたものである。このように、一方のプリズム（ここでは接眼プリズム２２）にのみ凸部（凸部２２ｐ）を設けるようにしても、その凸部の高さや接合面の傾斜角度を適切に設定すれば、接合面である面２２ｅと面２３ｅとの間に光学素子２４を圧接することなく配置したり、接着剤２５を充填したりするための空間を確保することはできる。そして、その場合でも、例えば接合線幅Ｗ１を１００μｍ以下に狭くすることはできる。逆に、図示はしないが、偏向プリズム２３にのみ凸部（凸部２３ｐ）を設けるようにしても、同様の効果を得ることはできる。

したがって、接眼プリズム２２および偏向プリズム２３のうちで少なくとも一方が、接合面に対して凸部が形成されるような連結面（面２２ｍまたは面２３ｍ）を有し、両プリズムがその凸部を介して連続した面（表面）が形成されるように接合されていれば、上述した本発明の効果を得ることができると言える。

なお、以上では、接眼プリズム２２において、コンバイナ面である面２２ｅ上に凸部２２ｐを形成した例について説明したが、コンバイナ面以外の接合面、すなわち、面２２ｄや面２２ｆに凸部２２ｐと同様の機能を有する凸部を設けるようにしてもよい。また、同様に、偏向プリズム２３において、面２３ｅ以外の接合面、すなわち面２３ｄや面２３ｆに凸部２３ｐと同様の機能を有する凸部を設けるようにしてもよい。さらには、上記凸部は１個の接合面にのみ設けられてもよいし、複数の接合面のそれぞれに設けられてもよい。また、接合面に凸部を設ける本発明の構成は、他方のプリズムとの接合面が元々１つしかないプリズムと、上記他方のプリズムとを接合してなる接眼光学系２１にも勿論適用することができる。

したがって、接眼光学系２１においては、接眼プリズム２２および偏向プリズム２３は、少なくとも１個の接合面に上記凸部が形成されるように、一方の対向面と上記接合面とを連結する連結面を有していればよいと言える。

また、図６（ａ）は、接眼プリズム２２の他の構成例を示す断面図であり、図６（ｂ）は、偏向プリズム２３の他の構成例を示す断面図であり、図６（ｃ）は、上記両プリズムを接合してなる接合プリズム（接眼光学系２１）の断面図である。接眼プリズム２２は、第２の連結面としての面２２ｎをさらに有している。この面２２ｎは、面２２ｅと、対向する２つの面２２ｂ・２２ｃのうちで面２２ｅを含む面（平面）とのなす角度が鋭角となる面２２ｂとを連結する連結面である。面２２ｎと面２２ｂとのなす角度は、８０度以上１００度以下となっている。また、面２２ｎは、偏向プリズム２３の面２３ｍよりも面積が小さく形成されている。

一方、偏向プリズム２３は、第２の連結面としての面２３ｎをさらに有している。この面２３ｎは、面２３ｅと、対向する２つの面２３ｂ・２３ｃのうちで面２３ｅを含む面（平面）とのなす角度が鋭角となる面２３ｃとを連結する連結面である。面２３ｎと面２３ｃとのなす角度は、８０度以上１００度以下となっている。また、面２３ｎは、接眼プリズム２２の面２２ｍよりも面積が小さく形成されている。

この構成では、接眼プリズム２２と偏向プリズム２３との接合時には、接眼プリズム２２の面２２ｍおよび面２２ｎがそれぞれ、偏向プリズム２３の面２３ｎおよび面２３ｍと対向して接合される。このとき、面２２ｎおよび面２３ｎは、面２３ｍおよび２２ｍよりも面積が小さいので、接合時に面２３ｎが面２２ｅ上の光学素子２４に接触したり、面２２ｎが面２３ｅに接触して接合線幅Ｗ１・Ｗ２が広がるのを確実に回避することができる。つまり、上記構成によれば、接合部に光学素子２４の配置空間（光学素子２４を圧接することなく配置できる空間）や接着剤２５の充填空間を確実に確保しながら、接合線幅Ｗ１・Ｗ２を確実に狭くすることができる。

また、面２２ｎおよび面２３ｎをそれぞれ設けることにより、これらの面を設けずに面２２ｂ・２２ｅを直接交差させたり、面２３ｃ・２３ｅを直接交差させる構成に比べて、その交差部分の先鋭度を落とすことができる。これにより、接眼プリズム２２および偏向プリズム２３の先端部の成形性を良好にすることができる。つまり、これらのプリズムを樹脂成形で得る際に、その樹脂を先端部まできれいに流し込んで成形することができ、各プリズムをその先端部まで精度よく成形することができる。したがって、各プリズムの先端部を透過する光によって得られる像（例えば外界像）を観察者に観察させる場合でも、その像が乱れるのを抑えることができる。

また、各プリズムの接合面を介して外界像をシースルーで観察可能とする映像表示装置１では、観察される外界像の光学性能（品位）を高めるためには、接眼光学系２１を構成する接眼プリズム２２および偏向プリズム２３の厚さを互いに揃える必要がある（各プリズム間の表面上の段差を無くす必要がある）。この点、接眼プリズム２２に面２２ｎを設ける構成とすることで、その接眼プリズム２２を樹脂成形で得る際には、図７に示すように、固定側の金型Ｐに対して可動側の金型Ｑの位置を面２２ｎに沿った方向に調整することで、成形される接眼プリズム２２の厚さを容易に調整することが可能となる。同様に、偏向プリズム２３に面２３ｎを設ける構成とすることで、その偏向プリズム２３を樹脂成形で得る際には、面２３ｎに沿った方向に金型の位置を調整することで、成形される偏向プリズム２３の厚さを容易に調整することができる。また、上記のような位置調整が可能な金型Ｐ・Ｑは、その構成を複雑にすることなく容易に得ることができ、また特殊な金型を一から作り直す必要もない。したがって、面２２ｎおよび面２３ｎを各接合面に設ける構成とすることで、接合される各プリズム間の表面上の段差を容易に無くすことができ、例えば５０μｍ未満の段差にして、観察される外界像の光学性能を高めることができる。

また、面２２ｎと面２２ｂとのなす角度は、８０度以上１００度以下であり、面２３ｍと面２３ｂとのなす角度とほぼ同じなので、各プリズムの接合時には、接合部に光学素子２４の配置空間を確実に確保しつつ、接合線幅Ｗ２を確実に狭くすることができる。同様に、面２３ｎと面２３ｃとのなす角度は、８０度以上１００度以下であり、面２２ｍと面２２ｃとのなす角度とほぼ同じなので、各プリズムの接合時には、接合部に光学素子２４の配置空間を確実に確保しつつ、接合線幅Ｗ１を確実に狭くすることができる。

上記した連結面（面２２ｍ・２２ｎ、面２３ｍ・２３ｎ）は、プリズム厚さ方向の幅（長さ）が例えば３００μｍ以下に設定されればよい。厚さ３ｍｍ程度の薄い接眼プリズム２２を用いても、その厚さの１０分の１以下の幅の連結面とすることにより、面２２ｅの面積を大きくして光学素子２４の有効範囲を広くすることができる。

ところで、図８は、映像表示装置１の他の構成例を示す断面図である。なお、図８では、ＬＣＤ１５よりも前段に配置される光学素子（光源、一方向拡散板、集光レンズ）の図示を省略している。図８の構成では、ＬＣＤ１５からの映像光は、接眼光学系２１の入射面（接眼プリズム２２の面２２ａ）から入射し、２つの対向面（接眼プリズム２２の面２２ｂ・２２ｃ）の間をこれらの面で全反射することなく通過し、光学素子２４にて回折反射されて光学瞳Ｅに達する。このような構成の映像表示装置１の接眼光学系２１にも、面２２ｅに面２２ｍ・２２ｎを設けたり、面２３ｅに面２３ｍ・２３ｎを設ける上述した本発明の構成を適用することは勿論可能である。

また、図９は、映像表示装置１のさらに他の構成例を示す断面図である。なお、図９においても、ＬＣＤ１５よりも前段に配置される光学素子の図示を省略している。図９の接眼光学系２１では、接眼プリズム２２は、面２２ｂと対向する面２２ｃを有しておらず、面２２ａ・２２ｂ・２２ｅが曲面で構成されている。また、偏向プリズム２３の各面２３ｂ・２３ｃ・２３ｅの３面も曲面で構成されている。この構成では、ＬＣＤ１５からの映像光は、接眼光学系２１の接眼プリズム２２の面２２ａから入射し、面２２ｂで全反射された後、面２２ｅに配置された光学素子２４にて回折反射され、光学瞳Ｅに達する。

このように、接眼プリズム２２および偏向プリズム２３の各面に曲率を持たせることにより、接眼光学系２１に矯正眼鏡レンズとしての機能を持たせることができる。また、このような構成の映像表示装置１の接眼光学系２１にも、例えば面２２ｅに面２２ｎを設けたり、面２３ｅに面２３ｍを設ける上述した本発明の構成を適用することは勿論可能である。なお、接合面である面２３ｅが曲面である場合、例えば面２３ｍによって形成される凸部２３ｐの高さとは、面２３ｅの端部における接平面に対する高さを考えればよい。また、面２２ｎや面２３ｍについても曲面とすることは可能である。さらに、例えば面２３ｅ・２３ｂのうち少なくとも一方が曲面であれば、面２３ｅを含む面と面２３ｂとのなす角度は、純粋な鈍角とはならないが、それに近い角度となり、これを略鈍角と呼ぶことができる。

以上のように、各プリズムを構成する面が平面であってもよく、曲面であってもよいことから、本実施形態の接眼光学系２１は、少なくとも以下のように表現することができる。すなわち、接眼光学系２１は、接眼プリズム２２と偏向プリズム２３とを互いの接合面（面２２ｅ、面２３ｅ）を介して接合してなる接合プリズムで構成されており、接眼プリズム２２および偏向プリズム２３の少なくとも一方は、接合面（面２２ｅまたは面２３ｅ）を含む面に対して鈍角または略鈍角を形成する鈍角形成面（面２２ｃまたは面２３ｂ）と、接合面と鈍角形成面との間に、接合面に対して凸となる凸部（凸部２２ｐまたは凸部２３ｐ）が形成されるように、接合面と鈍角形成面とを連結する連結面（面２２ｍまたは面２３ｍ）とを有しており、接眼プリズム２２と偏向プリズム２３とは、凸部を介してこれらの光学プリズム間で連続した面（表面）が形成されるように接合されている構成である。

また、接眼光学系２１は、接眼プリズム２２と偏向プリズム２３とを接合してなる接合プリズムであって、接眼プリズム２２および偏向プリズム２３は、それぞれ、互いに対向する２つの対向面（面２２ｂ・２２ｃ、面２３ｂ・２３ｃ）と、各対向面に対して傾斜するように設けられ、他方のプリズムと接合される少なくとも１個の接合面（面２２ｅ、面２３ｅ）とを有しており、接眼プリズム２２および偏向プリズム２３の少なくとも一方は、各対向面のうちで上記接合面を含む面とのなす角度が鈍角または略鈍角となる対向面（面２２ｃまたは面２３ｂ）と、上記接合面（面２２ｅまたは面２３ｅ）との間に、上記接合面に対して凸となる凸部（凸部２２ｐまたは凸部２３ｐ）が形成されるように、上記対向面と上記接合面とを連結する連結面（面２２ｍまたは面２３ｍ）を有しており、接眼プリズム２２と偏向プリズム２３とは、上記凸部を介して各プリズム間で連続した面が形成されるように接合されている構成である。

（５．光学素子の形成について）
次に、接眼プリズム２３上に光学素子２４を形成する方法について説明する。
図１０は、光学素子２４を形成するために用いられる光学フィルム３１の概略の構成を示す断面図である。この光学フィルム３１は、ベースフィルム３２（ベース層）、バリアフィルム３３（バリア層）、感光性フィルム３４（感光層）およびカバーフィルム３５（カバー層）をこの順に積層して構成されている。ベースフィルム３２、バリアフィルム３３、感光性フィルム３４およびカバーフィルム３５の厚さは、それぞれ例えば５０μｍ、５μｍ、２０μｍ、５０μｍである。感光性フィルム３４を構成する感光材料としては、フォトポリマー、銀塩材料、重クロム酸ゼラチンなどが挙げられるが、本実施形態では、光学素子２４としてのＨＯＥをドライプロセスで容易に製造可能なフォトポリマーで構成している。

光学フィルム３１を用いたＨＯＥの作製プロセスは、以下の通りである。
（１）光学フィルム３１を所定の大きさ（貼付外形）に切断する。
（２）光学フィルム３１からカバーフィルム３５を剥離する。
（３）例えばゴムローラからなるローラ４１（図１１（ａ）（ｂ）参照）による押し付けにより、接眼プリズム２２の面２２ｅに光学フィルム３１を貼り付ける。このとき、光学フィルム３１の感光性フィルム３４側が面２２ｅ側となるようにする。
（４）光学フィルム３１からベースフィルム３２を剥離する。
（５）可干渉性のレーザ光を感光性フィルム３４に２光束で照射し、その２光束の干渉によって体積位相型の反射型ホログラム光学素子（ＨＯＥ）を作製する。このとき、レーザ光としてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の光を射出するレーザ光源を用いることで、ＲＧＢの３色に対して機能するＨＯＥ、すなわち、ＲＧＢの光を回折反射させるＨＯＥを作製することができる。

この例では、ＨＯＥとして各プリズムの接合面間に埋設されるのは、感光性フィルム３４のみ、あるいは感光性フィルム３４およびバリアフィルム３３である。感光性フィルム３４およびバリアフィルム３３の厚さの合計は、高々２５μｍである。したがって、上述したように凸部２２ｐ・２３ｐの高さを３０μｍ以上設けることにより、ＨＯＥにストレスをかけることなく埋設可能なスペースを接合部に形成することができるとともに、接合線幅の狭いＨＯＥ埋設接合光学プリズムを形成することができる。

また、上記のように光学フィルム３１を接眼プリズム２２の面２２ｅに貼付した後に、２光束の干渉露光によってＨＯＥを作製するので、ＨＯＥを常に適切な位置に形成することができる。つまり、映像表示装置１においては、常に観察者の眼前にＨＯＥを位置させることができ、ＨＯＥの配置位置のずれが生じない。

次に、上記（３）の工程における光学フィルム３１の面２２ｅへの貼り付け方について説明する。

本実施形態では、上述したように、接眼プリズム２２の面２２ｅと面２２ｃとを連結する面２２ｍを設けることで、面２２ｅの端部に凸部２２ｐが存在する。この面２２ｅ上に光学素子２４を圧接することなく配置するためには、端部に凸部２２ｐのある面２２ｅに、凸部２２ｐの高さより厚さの薄い光学フィルム３１を貼付する必要がある。

このとき、図１１（ａ）に示すように、ローラ４１の移動方向が面２２ｅと凸部２２ｐ（または面２２ｍ）との境界線に平行な方向の場合、凸部２２ｐの高さが光学フィルム３１の厚さよりも大きいので、ローラ４１は凸部２２ｐで押し上げられ、ローラ面全体で光学フィルム３１を押圧することができなくなる。このとき、押圧時にローラ４１がゴム弾性により多少変形したとしても、その押圧が不均一になり、気泡の混入などの問題が発生しやすい。

そこで、本実施形態では、図１１（ｂ）に示すように、凸部２２ｐの高さよりも大径のローラ４１で、凸部２２ｐの高さよりも厚さの薄い光学フィルム３１を面２２ｅに押し付ける際に、面２２ｅと凸部２２ｐ（または面２２ｍ）との境界線に対して略垂直方向にローラ４１を移動させ、光学フィルム３１を上記境界線近傍まで密着して面２２ｅに貼合している。

ローラ４１の上記方向への移動により、凸部２２ｐと面２２ｅとの段差部分において、面２２ｅと面２２ｍとのなす角度がたとえ９０度近くであっても、ローラ硬度を極端に低下させることなく、ローラ４１によって光学フィルム３１の全面に常に均一な圧力（負荷）を加えることができる。これにより、気泡が入ったり、しわがよることなく、光学フィルム３１を均一に面２２ｅに貼合することができる。そして、ローラ４１の上記移動により、上記境界線近傍まで光学フィルム３１を密着貼合することが可能となる。

なお、凸部２２ｐの高さと貼付する光学フィルム３１の厚さとの差が、２０μｍ以上１００μｍ以下の系においては、上記境界線から０．３ｍｍの位置まで近づけて光学フィルム３１を貼付することが可能であることが実験的に分かっている。つまり、凸部２２ｐの高さと貼付する光学フィルム３１の厚さとの差が上記範囲を超えて大きくなりすぎると、本実施形態の手法によっても、面２２ｅと面２２ｍとの境界線近傍まで光学フィルム３１を貼ることが困難となる。

また、ローラ４１が多少ゴム弾性によって変形することにより、上記境界線近傍まで光学フィルム３１を面２２ｅに密着貼合することが可能であるが、ローラ４１が軟らかすぎると、その変形量が大きいため、光学フィルム３１の広い面積部分が一度に押し付けられることとなり、気泡が入りやすくなってしまう。また、ローラ４１の直径が大きすぎると、多少ローラ４１が変形しても、物理的に凸部２２ｐの境界線近傍まで光学フィルム３１を密着貼合することができなくなる。以上のことを考慮して、本実施形態では、ローラ４１は、直径４０ｍｍ以下、ゴム硬度３０以上７０以下の比較的軟らかいゴムローラで構成している。

ところで、図１２は、複数の接眼プリズム２２の面２２ｅに、所定の大きさに切断した複数の光学フィルム３１を同時に貼合する方法を模式的に示す斜視図である。この例では、所定の大きさに切断した光学フィルム３１を各接眼プリズム２２の個々の面２２ｅに貼り付けた後、面２２ｅと凸部２２ｐ（同図の太い破線）との境界線が一直線上（同図では破線Ｂ上）に並ぶように、複数の接眼プリズム２２を配置する。そして、複数の接眼プリズム２２に対して、ローラ４１を上記境界線とは略垂直方向に移動させ、複数の光学フィルム３１を各面２２ｅに押し付ける。

このような手法により光学フィルム３１が貼付された複数の接眼プリズム２２の中の一つを、上述した接眼光学系２１に適用することができる。この手法によれば、複数の接眼プリズム２２に対して、その個数分まとめて光学フィルム３１を同時に貼付することができるので、光学フィルム３１の貼付効率を向上させることができる。

また、図１３は、光学フィルム３１（第１のフィルム）を、高さ調整フィルム５１（高さ調整用の第２のフィルム）を用いて接眼プリズム２２に貼り付ける手法を模式的に示す説明図である。このような高さ調整フィルム５１を用いて光学フィルム３１を接眼プリズム２２の面２２ｅに貼り付けるようにしてもよい。以下、この手法について説明する。

高さ調整フィルム５１は、一般的な両面テープのような構造のものであり、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からなるフィルムの両面に接着剤層および剥離可能なカバー層を設けてなるものである。この高さ調整フィルム５１は、光学フィルム３１の厚さとの合計が凸部２２ｐの高さよりも大きくなるような厚さを有している。

この手法では、凸部２２ｐの高さよりも厚さの薄い光学フィルム３１を、凸部２２ｐの高さよりも大径のローラ４１で接眼プリズム２２の面２２ｅに押し付ける際に、高さ調整フィルム５１を光学フィルム３１に貼付し、ローラ４１により高さ調整フィルム５１を介して光学フィルム３１を面２２ｅに貼合し、その後、高さ調整フィルム５１を剥離することにより、光学フィルム３１だけを面２２ｅ上に残す。

このように高さ調整フィルム５１を用いて光学フィルム３１を面２２ｅに貼り付けることにより、面２２ｅと凸部２２ｐとの段差の存在が実質上問題にならなくなり、ローラ４１の移動方向によらずに（図１３のローラ移動方向は一例）、ローラ４１によって高さ調整フィルム５１を介して光学フィルム３１の全面に常に均一な圧力（負荷）を加えることができる。これにより、気泡が入ったり、しわがよることなく、光学フィルム３１を均一に面２２ｅに貼合できるとともに、面２２ｅと凸部２２ｐとの境界線近傍まで光学フィルム３１を密着貼合することが可能となる。

なお、光学フィルム３１を面２２ｅに貼り付けた後は、これに続く上記（４）の工程でベースフィルム３２を剥離するので、上記（３）の工程において、高さ調整フィルム５１を剥離する際に、ベースフィルム３２も同時に剥離するようにしてもよい。

〔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。

図１４は、本実施形態の映像撮像装置６１の概略の構成を示すとともに、外界像と観察者の瞳との位置関係を示す説明図である。この映像撮像装置６１は、接合光学プリズム６２と、撮像光学系６３と、撮像素子６４とで構成されている。

接合光学プリズム６２は、第１の光学プリズム７１と、第２の光学プリズム７２とを光学素子７３を間に挟んで接合したものである。光学素子７３は、第１の光学プリズム７１の接合面に配置されている。本実施形態の第１の光学プリズム７１、第２の光学プリズム７２および光学素子７３は、実施の形態１で示した接眼プリズム２２、偏向プリズム２３および光学素子２４と全く同様の構成である。ただし、第１の光学プリズム７１の面７１ｂ・７１ａは、接眼プリズム２２の面２２ｂ・２２ａに対応するが、本実施形態ではそれぞれ入射面および射出面として機能している。なお、第１の光学プリズム７１の面７１ｃは、接眼プリズム２２の面２２ｃに対応している。

撮像光学系６３は、接合光学プリズム６２から射出された光を撮像素子６４に導く光学系であり、例えば撮影レンズで構成されている。撮像素子６４は、撮像光学系６３を介して得られる光を受光することにより、被写体像を撮像するものであり、例えばＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサで構成されている。

つまり、本実施形態の映像撮像装置６１は、実施の形態１の映像表示装置１において、光源１２およびＬＣＤ１５が撮影素子６４に置き換わり、集光レンズ１４が撮像光学系６３に置き換わり、接眼光学系２１が接合光学プリズム６２に置き換わっただけである。その他、プリズムの形状（特に接合面に連結面や凸部を設ける構成）、ＨＯＥの作製方法、特性などは全て、上述の映像表示装置１の場合と同様である。

上記の構成によれば、被写体像（例えば観察者の瞳の像）の光は、第１の光学プリズム７１の面７１ｂから入射し、光学素子７３にて回折反射された後、内部で複数回全反射して面７１ａから射出され、撮像光学系６３を介して撮像素子６４に導かれる。また、これと同時に、光学素子７３を透過した外界像の光は、観察者の眼に導かれる。つまり、この映像撮像装置６１の配置では、光学素子７３を通して外界像を見ている観察者の瞳像を撮像することができる。

また、図１５に示すように、映像撮像装置６１に対する外界像と観察者の瞳との位置関係を図１４の場合と逆にすれば、映像撮像装置６１では、光学素子７３を通して観察者が見ている外界像を撮像することができる。

このように、本実施形態では、接合面に連結面や凸部を設けた実施の形態１の各プリズムの構成を、映像撮像装置６１の接合光学プリズム６２に適用している。したがって、映像撮像装置６１においても、接合光学プリズム６２における接合線幅を狭くできる、接合線の部位を透過して観察される外界像の品位が低下するのを回避することができ、外界像を良好に観察できる範囲を広げることができる、両プリズムの接合部に光学素子７３を圧接することなく配置して、光学素子７３の光学性能を確実に発揮させることができる、など、実施の形態１で述べた効果と同様の効果を得ることができる。

また、光学素子７３としてＨＯＥを用いることにより、映像撮像装置６１を小型軽量にできる。また、第１の光学プリズム７１での全反射を用いた構成なので、接合光学プリズム６２を小型軽量にできるとともに、外界像の光の透過率が高くなり、外界像を良好に観察することができる。また、撮像素子６４を視野の周辺に配置することが可能となり、広い外界視野角を確保することができる。

なお、各実施の形態で説明した手法や構成を適宜組み合わせて各種装置を構成することも勿論可能である。

本発明の接合プリズムは、映像表示装置、映像撮像装置、ＨＭＤに利用可能である。

（ａ）は、本発明の実施の一形態に係るＨＭＤの映像表示装置を構成する接眼光学系の接眼プリズムの断面図であり、（ｂ）は、上記接眼光学系の偏向プリズムの断面図であり、（ｃ）は、上記両プリズムを接合してなる接合プリズム（接眼光学系）の断面図である。 （ａ）は、ＨＭＤの概略の構成を示す平面図であり、（ｂ）は、ＨＭＤの側面図であり、（ｃ）は、ＨＭＤの正面図である。 上記映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。 （ａ）は、上記接眼プリズムの平面図であり、（ｂ）は、上記接眼プリズムの正面図であり、（ｃ）は、上記偏向プリズムの平面図であり、（ｄ）は、上記偏向プリズムの正面図であり、（ｅ）は、上記両プリズムを接合した接眼光学系の平面図である。 上記接眼光学系の他の構成例を示す断面図である。 （ａ）は、上記接眼プリズムの他の構成例を示す断面図であり、（ｂ）は、上記偏向プリズムの他の構成例を示す断面図であり、（ｃ）は、上記両プリズムを接合してなる接合プリズム（接眼光学系）の断面図である。 接眼プリズムの成形に用いる金型および成形される接眼プリズムの断面図である。 上記映像表示装置の他の構成例を示す断面図である。 上記映像表示装置のさらに他の構成例を示す断面図である。 接眼プリズムの接合面上に光学素子を形成するために用いられる光学フィルムの概略の構成を示す断面図である。 （ａ）は、接眼プリズムにおける接合面と凸部との境界線に対して平行にローラを移動させて光学フィルムを接合面に押圧する手法を模式的に示す説明図であり、（ｂ）は、上記境界線に対して垂直方向にローラを移動させて光学フィルムを接合面に押圧する手法を模式的に示す説明図である。 複数の接眼プリズムの接合面に、所定の大きさに切断した複数の光学フィルムを同時に貼合する方法を模式的に示す斜視図である。 高さ調整フィルムを用いて光学フィルムを接眼プリズムの接合面に貼り付ける手法を模式的に示す説明図である。 本発明の他の実施の形態に係る映像撮像装置の概略の構成を示すとともに、上記映像撮像装置に対する外界像と観察者の瞳との位置関係の一例を示す説明図である。 上記映像撮像装置に対する外界像と観察者の瞳との位置関係の他の例を示す説明図である。 従来の接合プリズムの接合部の構成を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ 映像表示装置
２ 支持手段
１２ 光源
１５ ＬＣＤ（映像表示素子）
２１ 接眼光学系（接合プリズム）
２２ 接眼プリズム（第１の光学プリズム）
２２ａ 面（入射面）
２２ｂ 面（射出面）
２２ｃ 面（鈍角形成面）
２２ｅ 面（接合面、コンバイナ面）
２２ｍ 面（連結面）
２２ｐ 凸部
２３ 偏向プリズム（第２の光学プリズム）
２３ｂ 面（鈍角形成面）
２３ｅ 面（接合面）
２２ｍ 面（連結面）
２３ｐ 凸部
２４ 光学素子
３１ 光学フィルム（第１のフィルム）
３４ 感光性フィルム（感光層）
４１ ローラ
５１ 高さ調整フィルム（第２のフィルム）
６１ 映像撮像装置
６２ 接合光学プリズム（接合プリズム）
６４ 撮像素子
７１ 第１の光学プリズム
７１ａ 射出面
７１ｂ 入射面
７２ 第２の光学プリズム
７３ 光学素子

Claims (17)

1. 第１の光学プリズムと第２の光学プリズムとを互いの接合面を介して接合してなる接合プリズムであって、
   第１の光学プリズムおよび第２の光学プリズムの少なくとも一方は、
   接合面を含む面に対して鈍角または略鈍角を形成する鈍角形成面と、
   接合面と鈍角形成面との間に、接合面に対して凸となる凸部が形成されるように、接合面と鈍角形成面とを連結する連結面とを有しており、
   第１の光学プリズムと第２の光学プリズムとは、上記凸部を介してこれらの光学プリズム間で連続した面が形成されるように接合されていることを特徴とする接合プリズム。
2. 接合面からの上記凸部の高さが、３０μｍ以上３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の接合プリズム。
3. 第１の光学プリズムおよび第２の光学プリズムの両方が、鈍角形成面と連結面とをそれぞれ有しており、
   第１の光学プリズムと第２の光学プリズムとは、各々の鈍角形成面と連結面とによって形成される各凸部を介してこれらの光学プリズム間で連続した面が形成されるように接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の接合プリズム。
4. 接合面、鈍角形成面および連結面は、それぞれ平面であ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接合プリズム。
5. 鈍角形成面と連結面とのなす角度は、８０度以上１００度以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の接合プリズム。
6. 第１の光学プリズムと第２の光学プリズムとの接合線の幅が、１００μｍ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接合プリズム。
7. 第１の光学プリズムは、入射面から入射する光と外界像の光とを両方とも射出面に導く光学素子が配置されるコンバイナ面を有しており、上記コンバイナ面を上記凸部が形成される接合面として第２の光学プリズムと接合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接合プリズム。
8. 第１の光学プリズムの上記コンバイナ面上に配置される光学素子を有しており、
   上記光学素子は、上記コンバイナ面に対する凸部の高さよりも薄く形成されていることを特徴とする請求項７に記載の接合プリズム。
9. 上記光学素子は、体積位相型の反射型ホログラム光学素子であることを特徴とする請求項８に記載の接合プリズム。
10. 上記光学素子は、上記凸部の高さよりも厚さの薄いフィルムを、上記凸部の高さよりも大径のローラで上記コンバイナ面に押し付けることによって形成されており、
    上記ローラの移動方向は、上記コンバイナ面と、上記凸部を構成する連結面との境界線に対して略垂直方向であり、
    上記フィルムは、上記ローラの移動により、上記境界線近傍まで密着貼合されていることを特徴とする請求項８または９に記載の接合プリズム。
11. 上記第１の光学プリズムは、上記境界線が一直線上となるように複数の第１の光学プリズムを配置して、上記フィルムが同時に複数の第１の光学プリズムに貼合されたものの一つであることを特徴とする請求項１０に記載の接合プリズム。
12. 上記光学素子は、上記凸部の高さよりも厚さの薄いフィルムを、上記凸部の高さよりも大径のローラで上記コンバイナ面に押し付けることによって形成されており、
    上記フィルムを第１のフィルムとすると、
    上記光学素子は、高さ調整用の第２のフィルムが第１のフィルムに貼付されて上記ローラによりコンバイナ面に貼合された後、上記第２のフィルムを剥離することによって形成されており、
    上記第２のフィルムは、上記第１のフィルムの厚さとの合計が上記凸部の高さよりも大きくなるような厚さを有していることを特徴とする請求項８または９に記載の接合プリズム。
13. 上記コンバイナ面に貼付されるフィルムは、フォトポリマーからなる感光層を含んでおり、
    上記光学素子は、上記フィルムを第１の光学プリズムに貼付した後、上記感光層にレーザ光を２光束で照射し、その干渉によって体積位相型の反射型ホログラム光学素子が形成されたものであることを特徴とする請求項１０から１２のいずれかに記載の接合プリズム。
14. 発光ダイオードからなる光源と、
    上記光源からの光を変調して映像を表示する映像表示素子と、
    請求項１から１３のいずれかに記載の接合プリズムとを有し、
    上記接合プリズムは、上記第１の光学プリズムの接合面に配置される体積位相型の反射型ホログラム光学素子を含み、上記映像表示素子からの映像光を、第１の光学プリズムの入射面より入射させ、内部で複数回全反射して上記ホログラム光学素子に導き、上記ホログラム光学素子にて映像光を拡大反射して射出面より外部に射出して観察者の眼に虚像として導くと同時に、上記ホログラム光学素子を透過した外界像の光を観察者の眼に導くことを特徴とする映像表示装置。
15. 上記ホログラム光学素子は、上記映像表示素子にて表示された映像を拡大する正の非軸対称な光学パワーを有しており、上記表示映像を観察者の眼に虚像として導く接眼光学系の少なくとも一部を構成していることを特徴とする請求項１４に記載の映像表示装置。
16. 請求項１４または１５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備えていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
17. 被写体像を撮像する撮像素子と、
    請求項１から１３のいずれかに記載の接合プリズムとを有し、
    上記接合プリズムは、上記第１の光学プリズムの接合面に配置される体積位相型の反射型ホログラム光学素子を含み、被写体像の光を第１の光学プリズムの入射面より入射させ、上記ホログラム光学素子にて反射させた後、内部で複数回全反射させて射出面より外部に射出し、上記撮像素子に導くと同時に、上記ホログラム光学素子を透過した外界像の光を観察者の眼に導くことを特徴とする映像撮像装置。

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