JP2010262232A - 映像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】装置を大型化、重量化することなく、広い外界視野を確保するとともに、眼幅の異なる観察者に解像度の良好な映像を観察させる。
【解決手段】表示位置変更機構１７は、瞳位置検出部１６によって検出される観察者の瞳位置に応じて、表示素子１４の表示面を含む面内で、接眼光学系１５に対して映像の表示位置を変更する。しかも、表示位置変更機構１７は、観察者の瞳位置が設計光学瞳からずれる方向とは反対方向に表示位置を変更する。これにより、観察者の瞳位置が設計光学瞳からずれている場合でも、表示素子１４からの映像光を、接眼光学系１５の周辺部分よりも内側の部分を介して観察者の瞳に入射させることができる。また、接眼光学系を移動させる従来のように移動機構が大型化することがなく、表示素子１４と接眼光学系１５との距離を短くすれば、表示素子１４の移動量も小さくできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示素子からの映像光を接眼光学系の光学瞳に導き、光学瞳の位置にて観察者に映像を観察させる、片眼観察用の映像表示装置と、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。

一般に、ＨＭＤに適用される映像表示装置においては、眼幅の異なる観察者に映像を観察させるために、接眼光学系の光学瞳は眼幅方向である左右方向に大きい。このとき、設計時の光学瞳の中心に観察者の瞳が位置する理想的な状態では、観察者は接眼光学系の周辺部分よりも内側の、良好に収差補正された光路を利用して高解像度の映像を観察することができる。しかし、観察者の瞳位置が理想的な位置（光学瞳の中心）から離れるに従って、観察者は接眼光学系の周辺部分の収差の悪い光路を利用して映像を観察するため、観察映像の解像度が低下する。

このように、観察者の瞳位置によって観察映像の解像度が異なるので、解像度がある一定以上の映像を観察者に観察させるためには、光学瞳の範囲内でも接眼光学系の収差により決まる一定の範囲内に観察者の瞳を位置させる必要がある。逆に、上記一定の範囲内に観察者の瞳が位置しない眼幅の人に解像度の良好な映像を観察させるためには、観察者の瞳位置が上記一定の範囲内に入るように光学瞳をシフトさせることが必要となる。例えば特許文献１の装置では、観察者の瞳位置を撮像素子にて検出し、検出された瞳位置に応じて、移動機構によって接眼光学系を左右方向に移動させ、光学瞳をシフトさせている。

特開２００６−１０５８８９号公報

ところが、特許文献１では、移動機構によって大型の接眼光学系を移動させるとともに、光学瞳中心からの観察者の瞳のずれ量と同じ量だけ、しかも、観察者の瞳がずれる方向と同方向に接眼光学系を移動させるので、上記の移動機構が大型化せざるを得ず、装置全体の大型化、重量化を招くとともに、外界をシースルーで観察する構成においては、大型の移動機構によって外界視野が狭くなるという問題が生ずる。

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、その目的は、装置を大型化、重量化することなく、広い外界視野を確保できるとともに、眼幅の異なる観察者に解像度の良好な映像を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備えたＨＭＤとを提供することにある。

本発明の映像表示装置は、映像を表示する表示素子と、前記表示素子からの映像光を光学瞳に導く接眼光学系とを備えた、片眼観察用の映像表示装置であって、観察者の瞳の位置を検出する瞳位置検出手段と、前記表示素子の表示面を含む面内で、前記表示素子における映像の表示位置を変更する表示位置変更手段とを備え、前記表示位置変更手段は、前記瞳位置検出手段にて検出された観察者の瞳位置に応じて、前記接眼光学系に対して前記表示位置を変更するとともに、観察者の瞳位置が設計時の光学瞳の位置からずれた方向とは反対方向に前記表示位置を変更することを特徴としている。

本発明の映像表示装置において、前記表示位置変更手段は、前記表示素子の表示面内で表示領域を変更することにより、前記表示位置を変更する表示領域変更手段で構成されていてもよい。

本発明の映像表示装置において、前記表示位置変更手段は、前記表示素子を前記表示面の面内の方向に移動させることにより、前記表示位置を変更する表示素子移動手段で構成されていてもよい。

本発明の映像表示装置において、前記接眼光学系は、体積位相型で反射型のホログラム光学素子を含んでおり、設計時における前記表示素子の表示面の中心と前記光学瞳の中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とし、前記ホログラム光学素子に対する入射光の光軸と反射光の光軸とを含む面を光軸入射面とすると、前記ホログラム光学素子の光軸入射面に垂直な方向は、観察者の眼幅方向に対応しており、前記表示位置変更手段は、前記ホログラム光学素子の光軸入射面に垂直な方向に、前記表示位置を変更することが望ましい。

本発明の映像表示装置において、前記接眼光学系は、前記表示素子からの映像光を内部での全反射により導光し、前記ホログラム光学素子を介して前記光学瞳に導く光学部材をさらに含んでいてもよい。

本発明の映像表示装置において、前記ホログラム光学素子は、前記表示素子にて表示された映像を拡大し、虚像として観察者に観察させる軸非対称な正の光学パワーを有しており、前記接眼光学系の少なくとも一部を構成していてもよい。

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、前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てもよい。

本発明によれば、表示位置変更手段は、表示素子の表示面を含む面内で映像の表示位置を変更する。このとき、表示位置変更手段は、表示素子自体の位置変更によって映像の表示位置を変更してもよいし、表示素子の表示面内での表示領域の変更によって映像の表示位置を変更してもよい。しかも、表示位置変更手段は、瞳位置検出手段によって検出される観察者の瞳位置に応じて、接眼光学系に対して映像の表示位置を以下のように変更する。すなわち、表示位置変更手段は、接眼光学系に対して、観察者の瞳位置が設計光学瞳位置からずれた方向（例えば観察者側から見て右方向）とは反対方向（例えば観察者側から見て左方向）に、映像の表示位置を変更する。

このような表示位置の変更により、観察者の眼幅が標準とは異なることによって、観察者の瞳位置が設計光学瞳の中心からずれている場合でも、表示素子からの映像光（特に瞳位置がずれた方向の画角端部の映像光）を、接眼光学系の周辺部分よりも内側の部分（中心に近い部分）を介して観察者の瞳に入射させることができる。接眼光学系の周辺部分を通る光路を利用すると、収差の影響が大きいため、観察映像の解像度が低下するが、本発明によれば、表示位置の変更によって接眼光学系の周辺部分よりも内側の部分を通る光路を利用するので、観察映像の解像度が低下するのを回避することができる。

また、観察者の瞳位置が設計光学瞳位置からずれた方向とは反対方向に、接眼光学系に対して映像の表示位置を変更することにより、例えば表示素子の移動によって映像の表示位置を変更する構成とした場合でも、眼幅の異なる観察者に対応すべく、接眼光学系を移動させる従来のように移動機構が大型化することがなく、さらに、表示素子と接眼光学系との距離を短くすれば、表示素子の少ない移動量で眼幅の異なる観察者に対応することができる。したがって、観察者の瞳位置のずれ量と同じ量だけ、観察者の瞳がずれる方向と同じ方向に接眼光学系を移動させる移動機構を有する従来に比べて、装置を小型軽量化することができる。

また、接眼光学系を介して外界をシースルーで観察する構成とした場合でも、表示素子を外界視野から外れる位置（例えば接眼光学系の上方）に配置すれば、表示位置変更手段も外界視野から外れた位置に配置することができるので、広い外界視野を確保することができる。

したがって、本発明によれば、装置を大型化、重量化することなく、広い外界視野を確保できるとともに、眼幅の異なる観察者に解像度の良好な映像を観察させることができる。

本発明の実施の一形態の映像表示装置における映像光の光路を模式的に示す説明図である。 （ａ）は、上記映像表示装置が適用される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。 上記映像表示装置のＨＯＥの製造光学系の主要部を拡大して示す説明図である。 光学瞳の中心で映像を観察するときと、光学瞳の中心からずれた位置で映像を観察するときとで、接眼光学系に対する映像の表示位置を同じとした場合における、観察者の瞳に入射する映像光の光路を模式的に示す説明図である。 上記映像表示装置の表示位置変更機構としての表示素子移動機構が有する駆動機構の具体的な構成例を示す説明図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記映像表示装置の表示素子の表示領域を変更する前後における映像光の光路を模式的に示す説明図である。 （ａ）は、ホログラム感光材料の露光時の製造光学系の主光線の光路を示す説明図であり、（ｂ）は、再生時の主光線の光路を示す説明図である。 光学瞳中心での横色収差を示す説明図である。 光学瞳中心からずれた位置での横色収差を示す説明図である。 光学瞳中心での横色収差を示す説明図である。

本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。

〔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、片眼観察用の映像表示装置１と、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（例えば左眼用）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、眼鏡の右眼用レンズに相当する部分は、後述する接眼プリズム３１および偏向プリズム３２（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（例えば右眼の前）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。鼻当て６は、ブリッジ３に可動に支持されており、映像表示装置１に対して観察者の瞳位置を調整した後にブリッジ３に対して固定される。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を介して外界をシースルーで観察することができる。

上記構成のＨＭＤにおいては、映像表示装置１が支持手段２によって観察者の眼前で支持されるので、観察者は映像表示装置１から提供される映像をハンズフリーで観察することができ、また、表示映像を観察しながら、空いた手で所望の作業を行うことができる。さらに、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。

〔映像表示装置について〕
次に、上記した映像表示装置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、光源１１と、照明光学系１２と、一方向拡散板１３と、表示素子１４と、接眼光学系１５とを有して構成されている。本実施形態では、水平方向の観察画角が例えば±１３°、垂直方向の観察画角が例えば±７．５°となっており、いわゆるワイド画面の映像を観察することが可能となっている。

光源１１は、表示素子１４を照明するものであり、本実施形態では、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の各色を発光するＢＧＲ一体型のＬＥＤ（３チップイン１パッケージ）で構成されている。ＲＧＢの各発光部は、眼幅方向に対応する水平方向（左右方向）に並んで配置されている。光源１１が発光するＢＧＲの各光の波長は、中心波長および強度半値幅で、例えば４６５±２０ｎｍ、５２０±３０ｎｍ、６３５±１５ｎｍである。また、光源１１（特にＢＧＲの発光面）は、接眼光学系１５によって形成される光学瞳Ｐと略共役となるように配置されている。

照明光学系１２は、光源１１からの光を集光して表示素子１４に導く光学系であり、例えば凹面反射面を有するミラー２１で構成されている。一方向拡散板１３は、光源１１から照明光学系１２を介して入射する光を主に一方向に拡散させるものである。具体的には、一方向拡散板１３は、入射光を水平方向には約３０度拡散させ、それに垂直な方向には約１度拡散させる。表示素子１４は、光源１１からの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、例えば透過型のＬＣＤで構成されている。表示素子１４は、矩形の表示画面の長辺方向が水平方向となり、短辺方向がそれに垂直な方向となるように配置されている。

接眼光学系１５は、表示素子１４からの映像光を光学瞳Ｐ（または光学瞳Ｐの位置にある観察者の瞳）に導く観察光学系であり、接眼プリズム３１と、偏向プリズム３２と、ＨＯＥ３３とを有して構成されている。

接眼プリズム３１は、表示素子１４からの映像光を内部での全反射により導光し、ＨＯＥ３３を介して光学瞳Ｐに導く一方、外界光を透過させて光学瞳Ｐに導く光学部材（透明基板）であり、偏向プリズム３２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３１は、平行平板の下端部を楔状にした形状で構成されている。接眼プリズム３１の上端面は、映像光の入射面としての面３１ａとなっており、前後方向に位置する２面は、互いに平行な面３１ｂ・３１ｃとなっている。

偏向プリズム３２は、平面視で略Ｕ字形の平行平板で構成されており、接眼プリズム３１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３１と一体となって略平行平板となるものである。接眼プリズム３１に偏向プリズム３２が貼り合わされて略平行平板となることにより、外界光が接眼プリズム３１の楔状の下端部を透過するときの屈折を偏向プリズム３２でキャンセルすることができ、シースルーで観察される外界の像に歪みが生じるのを防止することができる。

ＨＯＥ３３は、表示素子１４からの映像光（ＢＧＲの各光）を光学瞳Ｐの方向に回折反射させる一方、外界光を透過させて光学瞳Ｐに導くコンバイナとしての体積位相型で反射型のホログラム光学素子であり、接眼プリズム３１において偏向プリズム３２との接合面である面３１ｄに形成されている。ＨＯＥ３３は、特定の入射角で入射する特定波長の映像光（例えば４６５±５ｎｍ、５２０±５ｎｍ、６３５±５ｎｍの光）を回折するように作製されており、外界光の透過にはほとんど影響しない。また、ＨＯＥ３３は、表示素子１４にて表示された映像を拡大し、虚像として観察者に観察させる軸非対称な正の光学パワーを有している。

上記構成の映像表示装置１において、光源１１から出射された光は、照明光学系１２のミラー２１によって反射、集光され、ほぼコリメート光となり、一方向拡散板１３にて拡散された後、表示素子１４に入射し、そこで変調されて映像光として出射される。表示素子１４からの映像光は、接眼光学系１５の接眼プリズム３１の内部に面３１ａから入射し、続いて面３１ｂ・３１ｃで少なくとも１回ずつ全反射されてＨＯＥ３３に入射する。

ＨＯＥ３３は、光源１１が発光するＢＧＲの各波長領域の光を、各波長領域ごとに独立して回折する回折素子として機能する波長選択性を有しており、また、光源１１が発光するＢＧＲの光に対しては凹面反射面として機能するように設計されている。したがって、ＨＯＥ３３に入射した光は、そこで回折反射されて光学瞳Ｐに達し、同時に、外界光もＨＯＥ３３を透過して光学瞳Ｐに向かう。よって、光学瞳Ｐの位置に観察者の瞳を位置させることにより、観察者は、表示素子１４に表示された映像を拡大虚像として観察することができると同時に、外界をシースルーで観察することができる。なお、表示素子１４に表示された映像を観察者が良好に観察できるように、接眼光学系１５において諸収差（コマ収差、像面湾曲、非点収差、歪曲収差）が補正されている。

以上のように、接眼光学系１５においては、接眼プリズム３１の内部で映像光を全反射させているので、通常の眼鏡レンズと同程度に接眼プリズム３１を薄く（例えば３ｍｍ程度に）構成して、接眼プリズム３１を小型軽量にできるとともに、接眼プリズム３１における外界光の透過率が高くなり、観察者は外界を良好に観察することが可能となる。また、表示素子１４からの映像光を接眼プリズム３１の内部で導光し、ＨＯＥ３３を介して光学瞳Ｐに導く構成とすることにより、表示素子１４を接眼プリズム３１の一端部側に配置する、つまり、観察者の視野の周辺に配置することが可能となり、広い外界視野を確保することができる。

また、ＨＯＥ３３は、軸非対称な正の光学パワーを有しており、非球面凹面ミラーと同様の機能を持っているので、装置の各構成部材の配置の自由度を高めて、装置を小型軽量にできるとともに、良好に収差補正された映像を観察者に観察させることができる。さらに、２つの透明基板（接眼プリズム３１、偏向プリズム３２）の接合面間にＨＯＥ３３を形成することにより、ＨＯＥ３３が外気に触れることがないので、ＨＯＥ３３の光学性能を安定に保つことができる。

また、本実施形態では、接眼光学系１５が接眼プリズム３１と偏向プリズム３２とＨＯＥ３３とで構成されており、ＨＯＥ３３が接眼光学系１５の一部を構成しているが、接眼光学系１５はＨＯＥ３３のみで構成されてもよい。つまり、ＨＯＥ３３が接眼光学系１５の全部を構成していてもよい。このようにＨＯＥ３３が接眼光学系１５の少なくとも一部を構成することにより、接眼光学系１５を小型軽量にすることができる。

また、光源１１は、接眼光学系１５の光学瞳Ｐと略共役であるので、光源１１から射出された光を効率よく光学瞳Ｐに導くことができる。これにより、光学瞳Ｐの位置に観察者の瞳を位置させたときには、光源１１からの光を観察者の瞳（瞳孔）に効率よく入射させることができ、観察者は、明るい高品位な映像を観察することができる。

〔ＨＯＥの製造方法について〕
次に、上記したＨＯＥ３３の製造方法について説明する。図４は、ＨＯＥ３３の製造光学系の主要部を拡大して示す説明図である。反射型のカラーホログラムであるＨＯＥ３３は、ＢＧＲのそれぞれについて、２光束を用いて基板（接眼プリズム３１）上のホログラム感光材料３３ａを露光して作製される。ホログラム感光材料としては、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、中でもドライプロセスで製造できるフォトポリマーが望ましい。上記２光束のうちの一方の光束は、ホログラム感光材料３３ａに対して基板とは反対側から照射されるが、この光束を物体光と呼ぶことにする。また、他方の光束は、ホログラム感光材料３３ａに対して基板側から照射されるが、この光束を参照光と呼ぶことにする。

物体光生成側の光学系において、点光源４１（物体光側光源）からのＲＧＢの発散光は、光学的なパワーを有する反射面である自由曲面ミラー４２によって所定の波面に整形され、平面反射ミラー４３で反射された後、色補正プリズム４４を介してホログラム感光材料３３ａに照射される。なお、色補正プリズム４４における物体光の入射面である面４４ａは、再生時（映像観察時）に用いられる接眼光学系１５の接眼プリズム３１の面３１ａでの映像光の屈折に起因して発生する色収差を打ち消すように、その角度が決定されている。このとき、色補正プリズム４４は、表面反射によるゴーストを防止するためにホログラム感光材料３３ａに対して密着して配置されるか、エマルジョンオイルなどを介して配置されることが望ましい。

一方、参照光生成側の光学系において、点光源５１（参照光側光源）からのＲＧＢの発散光（例えば球面波）は、参照光としてホログラム感光材料３３ａに接眼プリズム３１側から照射される。

このようにして、ＲＧＢのそれぞれについて物体光および参照光の２光束でホログラム感光材料３３ａを露光することにより、その２光束の干渉によってホログラム感光材料３３ａに干渉縞が形成され、ＨＯＥ３３が作製される。このとき、２光束による露光は、ＲＧＢについて同時に行ってもよいし、順次に行ってもよい。

上記のように、露光時の点光源５１を光学瞳Ｐの中心に配置してＨＯＥ３３を製造することにより、そのＨＯＥ３３を含む接眼光学系１５において、光源１１と光学瞳Ｐとの間で収差を良好に補正すれば、光学瞳Ｐの中心に観察者の瞳を位置させたときに、全ての画角において、照明光（映像光）がＨＯＥ３３で確実に回折反射されて観察者の瞳に到達する。したがって、観察者は、画面全域にわたって明るく高品位な映像を観察することができる。

〔瞳位置のずれによる解像度の低下について〕
次に、本発明の特徴的な構成について説明する前に、観察者の瞳位置のずれによる観察映像の解像度の低下について説明する。

図５は、光学瞳Ｐの中心で映像を観察するときと、光学瞳Ｐの中心からずれた位置で映像を観察するときとで、接眼光学系１５に対する映像の表示位置を同じとした場合における、観察者の瞳（右眼Ｅ_R）に入射する映像光の光路を模式的に示す説明図である。なお、図５では、接眼光学系１５のＨＯＥ３３を単レンズで模式的に表現している。

光学瞳Ｐの中心で良好な映像を観察できるように、表示素子１４から光学瞳Ｐまでの右眼用の光学系を設計した場合、光学瞳Ｐの中心よりも右にずれた位置に観察者の右眼Ｅ_Rを位置させて映像を観察すると、画面右端から観察者の右眼Ｅ_Rに入射する光線は、接眼光学系１５のより周辺部分を通る光路Ｒ₁を使用することになる。ちなみに、光学瞳Ｐの中心に観察者の右眼Ｅ_Rを位置させて映像を観察すると、画面右端から観察者の右眼Ｅ_Rに入射する光線は、接眼光学系１５のより周辺部分よりも内側を通る光路Ｒ₂を使用することになる。

一般に、レンズや回折光学素子等からなる接眼光学系は、周辺光ほど各種収差が悪化する影響が大きいので、画面内の瞳がずれた方向と同じ方向側の解像度が悪くなる。逆に、瞳がずれた方向とは逆側の画面からの光路は、接眼光学系の中心付近を通るので、収差の悪化が小さい。この収差の悪化の程度は、一般的なレンズよりも、波長選択性・角度選択性を有するＨＯＥのような回折光学素子を用いた場合においてより顕著である。

したがって、右眼で観察する映像表示装置においては、眼幅の広い人は、設計光学瞳の中心よりも右側に観察者の右眼を位置させて映像を観察するので、画面内の右端の解像度が低く観察される。逆に、眼幅の狭い人は、設計光学瞳の中心よりも左側に観察者の右眼を位置させて映像を観察するので、画面内の左端の解像度が低く観察される。

〔表示位置の変更について〕
次に、上述した観察者の瞳位置のずれによる観察映像の解像度の低下を回避し得る、本発明の特徴的な構成について説明する。図１は、本実施形態の映像表示装置１における映像光の光路を模式的に示す説明図である。なお、図１では、接眼光学系１５のＨＯＥ３３を単レンズで模式的に表現している。本実施形態の映像表示装置１は、上述した構成に加えて、瞳位置検出部１６と、表示位置変更機構１７とをさらに備えている。

瞳位置検出部１６は、観察者の瞳位置を検出する瞳位置検出手段である。この瞳位置検出部１６は、例えばカメラなどの撮像手段で構成することが可能であり、多くの公知の手段を使用することが可能である。瞳位置検出部１６は、ＨＭＤに搭載することを考えると、小型で軽量な手段であることが望ましい。

表示位置変更機構１７は、表示素子１４の表示面を含む面内で、表示素子１４における映像の表示位置を変更する表示位置変更手段であり、特に、瞳位置検出部１６にて検出された観察者の瞳位置に応じて、接眼光学系１５に対して上記の表示位置を変更する。このような表示位置変更機構１７は、例えば、図１に示す表示素子移動機構６１で構成される。

表示素子移動機構６１は、表示素子１４を上記表示面の面内の方向に移動させることにより、上記表示位置を変更する表示素子移動手段である。具体的には、表示素子移動機構６１は、駆動機構６２と、制御部６３とを有して構成されている。駆動機構６２は、表示素子１４を上記表示面の面内の方向に移動させる駆動手段である。ここで、図６は、駆動機構６２の具体的な構成例を示す説明図である。駆動機構６２は、レール６４と、バネ６５と、モータ６６と、駆動部６７と、ワイヤー６８とで構成されている。

レール６４は、表示素子１４を左右方向に案内する案内部材である。バネ６５は、表示素子１４を右方向に付勢する付勢部材であり、一端が表示素子１４の右端と接続されており、他端が少なくとも表示素子１４を内包する筐体１０の内面に接続されている。モータ６６は、表示素子１４の左端と接続されたワイヤー６８が巻き付けられるシャフト６６ａを有しており、このシャフト６６ａを回転させる。駆動部６７は、制御部６３の制御信号に基づいてモータ６６を駆動する。

上記の駆動機構６２の構成において、ワイヤー６８が巻き付く方向にシャフト６６ａを回転させることにより、バネ６５の右方向の付勢力に抗して、ワイヤー６８を介して表示素子１４をレール６４に沿って左方向に引っ張ることができる。一方、シャフト６６ａを上記とは逆方向に回転させることにより、シャフト６６ａへのワイヤー６８の巻き付けが解除されるので、バネ６５の右方向の付勢力によって表示素子１４をレール６４に沿って右方向にシフトさせることができる。つまり、このような駆動機構６２の構成により、表示素子１４の位置を左右方向にシフトさせることができ、表示素子１４の表示面を含む面内で、表示素子１４における映像の表示位置を変更することができる。

制御部６３は、瞳位置検出部１７にて検出された観察者の瞳位置に応じて、上記の駆動機構６２を制御する。例えば、図１に示すように、制御部６３は、瞳位置検出部１７にて検出された観察者の瞳位置に基づき、接眼光学系１５に対して、観察者の瞳位置（右眼Ｅ_Rの位置）が設計時の光学瞳Ｐの位置（中心）から右方向にずれている場合には、表示素子１４が左方向、つまり、観察者の瞳がずれた方向とは反対方向に移動するように駆動機構６２を制御する。これにより、表示素子１４における映像の表示位置は、観察者の瞳がずれた方向とは反対方向に変更される。

このように、表示位置変更機構１７は、瞳位置検出部１６にて検出された観察者の瞳位置に応じて、接眼光学系１５に対して映像の表示位置を変更するので、観察者の眼幅が標準とは異なることによって、観察者の瞳位置が設計時の光学瞳Ｐの位置からずれている場合でも、表示素子１４からの映像光（特に瞳位置がずれた方向の画角端部の映像光）を、接眼光学系１５にて光路Ｒ₁（図５参照）よりも内側の光路Ｒ₃を介して観察者の瞳に入射させることができる。図５で示したように、接眼光学系１５の周辺部分を通る光路Ｒ₁を利用すると、収差の影響が大きいため、観察映像の解像度が低下する。しかし、本発明によれば、図１に示すように、表示位置の変更によって接眼光学系１５の周辺部分よりも内側の部分を通る光路Ｒ₃を利用するので、観察映像の解像度が低下するのを回避することができる。特に、観察者の瞳位置と設計時の光学瞳Ｐの位置とのずれ量が、接眼光学系１５の収差の許容範囲に対応するずれ量を超える場合には、本発明は非常に有効となる。

また、接眼光学系１５に対して、観察者の瞳がずれた方向とは反対方向に映像の表示位置を変更することにより、眼幅の異なる観察者に対応すべく、接眼光学系を移動させる従来のように移動機構が大型化することがなく、また、表示素子１４と接眼光学系１５との距離を短くすれば、設計時の光学瞳Ｐからの観察者の瞳のずれ量に対して表示素子１４の移動量を小さくできる。したがって、上記移動機構を有する従来に比べて、装置の小型軽量化を図ることができる。

さらに、本実施形態のように、接眼光学系１５を介して外界をシースルーで観察する構成においては、表示素子１４は外界視野から外れる位置（接眼光学系１５の上方）に配置されるので、表示位置変更手段１７（表示素子移動機構６１）も外界視野から外れた位置に配置することができ、広い外界視野を確保することができる。

したがって、本発明によれば、装置を大型化、重量化することなく、広い外界視野を確保できるとともに、眼幅の異なる観察者に解像度の良好な映像を観察させることができる。

また、表示位置変更機構１７は、接眼光学系１５に対して、観察者の瞳位置が設計時の光学瞳Ｐの位置からずれた方向とは反対方向に表示位置を変更するので、観察者の瞳位置が設計時の光学瞳Ｐの位置からずれている場合に、接眼光学系１５の光学瞳Ｐの位置を観察者の瞳が位置する方向にシフトさせることができる（図１参照）。これにより、表示素子１４からの映像光を、接眼光学系１５の周辺部分よりも内側の部分を介して観察者の瞳に確実に入射させることができ、観察映像の解像度が低下するのを確実に回避することができる。

また、接眼光学系１５に対して映像の表示位置を変更することにより、光学瞳Ｐの位置が設計時の光学瞳Ｐの位置からずれるので、接眼光学系１５を大型化することなく、結果的に光学瞳を拡大することが可能となり、小型の装置で眼幅の異なる観察者に容易に対応することができる。また、接眼光学系１５に対する映像の表示位置の変更により、眼幅の異なる観察者ごとに観察する映像の観察方向は異なるが、眼幅の異なる観察者ごとに高解像度の映像を観察させることができる。

なお、解像度の良好な映像を観察させる目的で、接眼光学系１５に対して映像の表示位置を変更する構成を採用できるのは、本発明の映像表示装置１が片眼観察用だからであり、両眼観察用では採用することはできない。なぜならば、上記構成を両眼観察用の映像表示装置に適用すると、観察者の眼幅が狭い場合に、右眼の観察方向（右眼用の光学瞳の中心と接眼光学系の中心とを結ぶ方向）と、左眼の観察方向（左眼用の光学瞳の中心と接眼光学系の中心とを結ぶ方向）とが互いに外向きとなり、両眼で映像を観察できなくなるからである。

また、接眼光学系１５のＨＯＥ３３は回折光学素子なので、ＨＯＥ３３に入射した光は波長によって異なる方向に回折する。このため、波長による分散（色分散）が生じ、ＨＯＥ３３の色分散に起因する横色収差（例えば倍率色収差）が発生する。特に、ＨＯＥ３３の中心部で正反射に近い入射・反射特性となるようにＨＯＥ３３を使用したときには、ＨＯＥ３３の周辺部を通る光に対して、ＨＯＥ３３の色分散の影響が大きくなる。しかし、本発明によれば、映像の表示位置の変更によって接眼光学系１５（ＨＯＥ３３）の周辺部分よりも内側の部分を通る光路を利用するので、ＨＯＥ３３の色分散による画質低下（横色収差の発生）を抑えることができる。したがって、本発明は、ＨＯＥ３３のような回折光学素子を備えた映像表示装置１において特に有効となる。なお、本発明による横色収差の低減効果の詳細については後述する。

また、表示位置変更機構１７は、瞳位置検出部１６にて検出された観察者の瞳位置に応じて、映像の表示位置を自動的に変更するので、観察者自身の調整作業が不要となり、観察者は常に高解像度で映像を観察することが可能となる。

また、表示位置変更機構１７は、上述した表示素子移動機構６１で構成されるので、表示素子１４自体の移動により、表示素子１４における映像の表示位置を容易に変更することができる。また、接眼光学系を移動させる従来の構成に比べて、表示素子１４の少ない移動量で眼幅の異なる観察者に対応することができる。さらに、後述するように映像の表示領域を変更することによって表示位置を変更する場合のような、映像表示に使用されない画素が残ることがなく、表示素子１４の全画素を有効利用した高画素の映像表示が可能となる。

なお、上記した表示位置の変更、すなわち、表示素子１４の移動は、連続的に行ってもよいし、ある一定間隔ごとに段階的に行ってもよい。連続的に表示位置を変更する場合は、観察者の瞳位置に応じて映像の表示位置を最も良い位置に変更することができる。一方、段階的に表示位置を変更する場合は、表示位置の変更の制御が容易となる。

なお、以上では、表示素子１４を左右方向に移動させる構成について説明したが、表示素子１４を上下方向に移動させる、上記した駆動機構６２と同様の駆動機構を新たに設け、表示素子１４を左右上下の各方向に移動させる構成としてもよい。この場合は、映像表示装置１の縦入れ構成、横入れ構成の両方に対応することができる。つまり、本実施形態のような映像表示装置１の縦入れの構成、すなわち、表示素子１４からの映像光を接眼プリズム３１内で上下方向に導光する構成では、表示素子１４を左右方向に移動させることによって、左右方向の瞳位置の違いに対応することができ、横入れの構成、すなわち、表示素子１４からの映像光を接眼プリズム３１内で左右方向に導光する構成では、表示素子１４を上下方向に移動させることによって、上下方向の瞳位置の違いに対応することができる。

ところで、設計時における表示素子１４の表示面の中心と光学瞳Ｐの中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とし、接眼光学系１５のＨＯＥ３３に対する入射光の光軸と反射光の光軸とを含む面を光軸入射面とする。すなわち、光軸入射面は、図３の紙面に平行な面であり、図１の紙面に垂直な面である。本実施形態のように、映像表示装置１の縦入れの構成においては、上記光軸入射面に垂直な方向は、観察者の眼幅方向である左右方向に対応している。したがって、表示位置変更機構１７は、観察者の瞳位置に応じて、上記光軸入射面に垂直な方向に、映像の表示位置を変更する構成であるとも言える。

体積位相型で反射型のＨＯＥ３３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波長選択性が大きいので、光軸入射面に平行な方向に映像の表示位置を変更すると、表示素子１４からＨＯＥ３３を介して光学瞳Ｐに入射する光の回折ピーク波長が変化し、色ムラが生ずる。しかし、本実施形態では、表示位置変更機構１７によってＨＯＥ３３の光軸入射面に垂直な方向に映像の表示位置を変更し、しかも、光軸入射面に垂直な方向が観察者の眼幅方向に対応しているので、観察者の瞳位置が眼幅方向のどの位置にあっても、回折ピーク波長のシフトによる色ムラを生じさせることなく、接眼光学系１５の周辺部分よりも内側の部分を通る光路を利用して高解像度の映像を観察させることができる。

ところで、図７（ａ）（ｂ）は、表示素子１４の表示領域を変更する前後における映像光の光路を模式的に示す説明図である。表示位置変更機構１７は、表示領域変更機構７１で構成されてもよい。表示領域変更機構７１は、瞳位置検出部１６にて検出された観察者の瞳位置に応じて、表示素子１４の表示面内で表示領域を変更することにより、接眼光学系１５に対して映像の表示位置を変更する表示領域変更手段である。この表示領域変更機構７１は、具体的には、表示素子１４の各画素を駆動する駆動回路７２と、駆動回路７２を制御する制御部７３とで構成される。

駆動回路７２によって表示素子１４の各画素における表示をＯＮ／ＯＦＦすることにより、表示素子１４の一部の表示領域にのみ、映像を表示させることが可能である。例えば、表示素子１４が横：縦＝１６：９のワイド画面の表示領域を有している場合には、各画素のＯＮ／ＯＦＦ制御によって表示領域を調節することにより、横：縦＝４：３の画面を表示することができる。

ここで、図７（ａ）に示すように、光学瞳Ｐの中心に観察者の瞳（右眼Ｅ_R）が位置している場合には、表示領域変更機構７１は、映像の表示領域の中心Ｏ₁が表示面の中心Ｏ₂と一致するように映像を表示する。これに対して、図７（ｂ）に示すように、光学瞳Ｐの中心から観察者の瞳（右眼Ｅ_R）が右方向にずれて位置している場合には、表示領域変更機構７１は、映像の表示領域の中心Ｏ₁が表示面の中心Ｏ₂から左方向にずれるように映像の表示領域を変更する。

このように、表示領域変更機構７１によって、表示素子１４の表示面内で表示領域を変更することによっても、表示素子１４における映像の表示位置を変更することができる。これにより、観察者の瞳位置が設計時の光学瞳Ｐの位置からずれている場合でも、表示素子１４からの映像光を、接眼光学系１５の周辺部分よりも内側の部分を通る光路を利用して観察者の瞳に入射させることができる。したがって、観察者の瞳位置に応じて観察映像の解像度が低下するのを回避できるなど、上述した本発明の効果を得ることができる。また、例えば表示素子移動機構６１によって映像の表示位置を変更する構成では、表示素子１４の位置を変更するための機械的な駆動機構が必要となるが、映像の表示領域を変更する構成では、そのような機械的な駆動機構が不要であり、装置をさらに小型化することが容易となる。

また、映像の表示領域の大きさを一定としながら、映像の表示領域をシフトさせて眼幅の異なる観察者に対応することで、眼幅の異なる全ての観察者に同じ情報量の映像を観察させることが可能であり、望ましい。つまり、単純に、表示面の全面に映像を表示し、観察者の瞳位置によって解像度の悪い領域をマスクするだけでは、観察者の瞳位置によって異なる映像が観察されるので、望ましくない。また、マスクを入れて解像度の悪い光路の光を瞳に到達させない手法では、接眼光学系付近にマスクすると遮光効果が大きいが、本実施形態のような、接眼光学系１５にＨＯＥ３３を用いてシースルーの構成とする場合には、眼前のマスクによってシースルー性が低下してしまうので、望ましくない。

〔瞳位置のずれによる横色収差について〕
次に、表示位置の変更による横色収差の低減効果について説明する前に、瞳位置のずれによる横色収差について説明する。

図８（ａ）は、ホログラム感光材料３３ａの露光時の製造光学系の主光線の光路を示す説明図であり、図８（ｂ）は、再生時（使用状態）の主光線の光路を示す説明図である。なお、製造光学系の主光線とは、同図（ｂ）に示す使用状態の主光線（画面中心主光線）がＨＯＥ３３と交わる点と、参照光の点光源、物体光の点光源とをそれぞれ結ぶ光線とする。なお、画面中心主光線とは、表示素子１４の表示面の中心から射出されて光学瞳Ｐの中心に入射する光線を指す。

露光時のＲＧＢの参照光の主光線の入射角は、使用状態において、発光ピーク波長におけるＨＯＥ３３での回折角度（方向）がＲＧＢで一致するように、予めブラッグの条件を満たすように異なっている。反射型のＨＯＥ３３による回折では、ブラッグの条件、すなわち、下記の２つの式が同時に成立する方向に回折する光の回折強度が最大となる。
（ｓｉｎθ_O−ｓｉｎθ_R）／λ_R ＝ （ｓｉｎθ_I−ｓｉｎθ_C）／λ_C・・・（１）
（ｃｏｓθ_O−ｃｏｓθ_R）／λ_R ＝ （ｃｏｓθ_I−ｃｏｓθ_C）／λ_C・・・（２）
ここで、
λ_R（nm）：製造波長（露光波長）
θ_O（°）：物体光入射角（物体光角度）
θ_R（°）：参照光入射角（参照光角度）
λ_C（nm）：使用波長（回折波長）
θ_I（°）：映像主光線入射角度（映像光角度）
θ_C（°）：映像主光線射出角度（視線角度）
である。なお、θ_O、θ_R、θ_I、θ_Cは、全てプリズム媒質中での角度である。

上記（１）式を変形すると、次の（３）式が得られる。
ｓｉｎθ_I＝ｓｉｎθ_C＋（λ_C／λ_R）・（ｓｉｎθ_O−ｓｉｎθ_R）・・・（３）

上記（３）式において、ｓｉｎθ_O−ｓｉｎθ_R＝０、つまり、θ_R＝１８０°−θ_Oのとき、波長に依存する項がなくなり、このときの回折光の方向は、波長によらず一定で、ｓｉｎθ_I＝ｓｉｎθ_Cを満たす方向、すなわち、θ_C＝１８０°−θ_Iを満たす方向となる。このとき、ＨＯＥ３３での回折角度は、ＨＯＥ３３が形成される基板面（接眼プリズム３１の面３１ｄ）での正反射角度と等しくなる（すなわち、｜θ_C｜＝｜１８０°−θ_I｜）。

本実施形態では、ＨＯＥ３３が形成される面３１ｄの形状を例えば平面としている。この場合は、画面内の１点（例えば画面中心）では、正反射に近い入射・反射特性（｜θ_C｜＝｜１８０°−θ_I｜、または、｜θ_C｜≒｜１８０°−θ_I｜）とすることができるが、画面周辺に向かうにしたがって、｜θ_C｜と｜１８０°−θ_I｜との差は大きくなってしまう。すなわち、画面周辺に向かうにしたがって、回折方向の波長依存度が大きくなる。これは、屈折光学系における色分散が画面周辺に向かうにしたがって急激に大きくなり、横色収差が増大することと等価である。

なお、ＨＯＥ３３が形成される面３１ｄが反射光学パワーを持っている場合でも、ＨＯＥ３３の反射光学パワーと、面３１ｄの反射光学パワーとが異なる場合は、ＨＯＥ３３における回折角度は、面３１ｄにおける正反射角度とずれるので、この角度ズレ（Δθ）が大きいほど、すなわち、画面周辺に向かうほど、ＨＯＥ３３での回折時の色分散による横色収差が増大すると言える。

図９は、光学瞳中心での横色収差を示し、図１０は、図９と同じ光学系（接眼光学系１５に対する表示素子１４の表示映像の位置が図９の光学系と同じ）において、光学瞳中心から水平方向に＋１．５ｍｍ（右方向を正としている）だけずれた位置での横色収差を示している。なお、これらの収差図では、中心波長５３２ｎｍ（Ｇ光）に対して±３ｎｍの範囲内の波長に対する横色収差をそれぞれ示しており、光学瞳からの逆トレースにより、光学性能を表示素子１４の表示面で評価している。図９および図１０の横軸は、光学瞳の面内での位置に対応している。縦軸は横色収差量を示し、単位はｍｍとする。

また、図９および図１０では、横色収差をＸ方向とＹ方向とで示している。ここで、Ｘ方向とは、表示素子１４の表示面の中心と光学瞳Ｐの中心とを光学的に結ぶ軸をＺ軸（光軸）とし、かつ、表示素子１４から光学瞳Ｐに向かう光路を展開したときに、光軸に垂直で、かつ、矩形の上記表示面の長辺方向に平行な方向であり、瞳位置での左右方向に対応しているとともに、前述した光軸入射面に垂直な方向に対応している。一方、Ｙ方向とは、光軸に垂直で、かつ、Ｘ方向に垂直な方向であり、瞳位置での上下方向に対応している。なお、各収差図における座標（Ｘ，Ｙ）は、表示素子１４の表示面におけるローカル座標を示し、「Ｒ．Ｆ」とは、relative fieldの略であり、瞳位置におけるＸ方向（左右方向）およびＹ方向（上下方向）の観察画角に対応している。なお、このような図示の仕方については、特に断らない限り、以下で登場する図面でも同様とする。

図９より、横色収差（倍率色収差）は、色分散の発生により画面周辺に向かうに従って悪化することが分かる。特に、Ｘ方向の画角が大きいために、Ｘ方向の倍率色収差の劣化が大きい。

ここで、光学瞳中心でのＸ方向の横色収差は、画面左右端周辺で悪化しているが、悪化量（横色収差量）は画面左右端で同程度である。一方、光学瞳中心から＋１．５ｍｍずれた位置でのＸ方向横色収差は、画面右端、すなわち画面の（１，０）位置で大幅に悪化しているのに対して、画面左端、すなわち画面の（−１，０）位置では悪化の程度は小さく、さらに、瞳中心での画面左端よりも横色収差は小さい。

すなわち、光学瞳中心に対して右にずれた位置で映像を観察すると、画面右端で急激に大きく横色収差が悪化し、画面左端では横色収差の悪化が小さい。逆に、光学瞳中心に対して左にずれた位置で映像を観察すると、画面左端で非常に大きく横色収差が悪化し、画面右端では横色収差の悪化が小さい。

このように、Ｘ方向の横色収差の悪化量（絶対値）は、光学瞳中心で映像を観察する場合よりも、光学瞳中心からずれた位置で映像を観察する場合のほうが大きい（上記の例では＋１．５ｍｍの位置での画面右端で横色収差が大きい）。つまり、光学瞳中心で映像を観察する場合よりも、光学瞳中心からずれた位置で映像を観察する場合のほうが、観察映像の解像度は低下する。したがって、光学瞳中心からずれた位置での映像観察は、高解像度の映像の観察には不利となることから、逆に、高解像度の映像観察においては、光学瞳の大きさは接眼光学系の収差の許容量により制限され、光学瞳をそれほど大きく形成することができない。

なお、ここでは、Ｇ光についての横色収差を例に挙げて説明したが、Ｒ光やＢ光についても同様である。すなわち、Ｒ光やＢ光についても、画面端に向かうにつれて色分散が増大し、倍率色収差が悪化する。また、光学瞳の中心から観察者の瞳を右にずらすと、画面右端の倍率色収差が急激に悪化し、光学瞳の中心から観察者の瞳を左にずらすと、画面左端の倍率色収差が急激に悪化する。

〔横色収差の低減効果について〕
次に、表示位置の変更による横色収差の低減効果について説明する。なお、ここでは、表示位置変更機構１７を表示領域変更機構７１で構成した場合を例として説明する。

まず、表示素子１４は、表示面のアスペクト比が横：縦＝１６：９のＬＣＤで構成されているものとする。そして、映像を表示する際は、表示領域のアスペクト比が横：縦＝４：３の映像を表示するものとする。この場合、表示素子１４の表示面における縦方向（上下方向）全域を使用すると、横方向（左右方向）は、映像の表示に不要な領域である非表示領域が２５％（４／１６）発生する。この非表示領域を観察瞳位置に応じて任意の位置に割り振る。例えば、光学瞳Ｐの中心に観察者の瞳が位置する場合は、非表示領域を画面左右両端に均等に形成し、光学瞳Ｐの右端に観察者の瞳が位置する場合は、非表示領域を画面右端にのみ形成し、光学瞳Ｐの左端に観察者の瞳が位置する場合は、非表示領域を画面左端にのみ形成する。

図９および図１０の横色収差図より、横色収差の大きいＸ方向の値に着目し、各瞳位置での横色収差の値により、その効果を検証する。図１１は、光学瞳中心での横色収差を示している。ただし、図１１では、図９と異なり、左右方向の最大画角の５０％の位置での横色収差に変えて、左右方向の最大画角の７５％の位置での横色収差を加えている。

図１１より、光学瞳の中心では、画面右端の（１，０）位置および画面左端の（−１，０）位置において、横色収差がそれぞれ４５μｍである（図１１のｄ₁、ｄ₂参照）。また、（０．７５，０）の画面位置および（−０．７５，０）の画面位置では、横色収差は３４μｍである（図１１のｄ₃、ｄ₄参照）。この場合、図７（ａ）に示すように、画面左右両端に非表示領域を均等に振り分け、画面の左右端の領域（Ｘ＝−１〜−０．７５，０．７５〜１）に映像を表示しないことで、横色収差を約３４μｍ以下として映像を観察することが可能となる。

一方、光学瞳中心から水平方向に＋１．５ｍｍ（右方向を正としている）だけずれた位置では、図１０より、画面右端の（１，０）位置で横色収差が６５μｍであり（図１０のｄ₅参照）、画面左端の（−１，０）位置で横色収差が３０μｍである（図１０のｄ₆参照）。また、（０．５，０）の画面位置では、横色収差が３７μｍである（図１０のｄ₇参照）。したがって、図７（ｂ）に示すように、画面右端の領域（Ｘ＝０．５〜１）にのみ映像を表示しないことにより、横色収差を約３７μｍ以下として映像を観察することが可能となる。

よって、表示素子１４として、画素ピッチが１５μｍ程度の小型の液晶表示素子を用いた場合、収差量（約３７μｍ）を２画素程度のレベルに抑えることが可能である。これにより、眼幅の異なるどの観察者に対しても、収差の少ない映像を観察させることが可能となる。ちなみに、映像の表示位置を変更せずに全画素を使用すると、６５μｍ／１５μｍ≒４となり、表示位置を変更する場合の２倍以上の４画素レベルの収差が発生することになる。

〔映像光の強度半値幅について〕
接眼光学系の収差の悪化の程度は、接眼光学系に一般的なレンズを用いた場合よりも、（波長選択性・角度選択性のために）本実施形態のような回折光学素子（ＨＯＥ）を用いた場合により顕著である。また、レーザのような単色光ではなく、ある半値幅を有するＬＥＤ等の光源を用いた場合に、ＨＯＥでの色分散により収差の悪化の程度が大きい。図９〜図１１では、使用波長域を５３２±３ｎｍとして収差を計算しているが、光源の発光波長幅（映像光の波長幅）が広がれば、より収差の発生量が大きくなる。

したがって、映像の表示位置の変更によって高解像度の映像を観察させることができる本発明は、特に、回折光学素子（ＨＯＥ）と強度半値幅の広い（６ｎｍ以上）映像光との組み合わせにおいて、より有効となる。すなわち、ＨＯＥを用いる構成において、光学瞳に入射する映像光の強度半値幅がＲＧＢの各波長領域で少なくとも６ｎｍ以上であれば、本発明の効果を得ることができる。

本発明の映像表示装置は、例えばＨＭＤに利用することが可能である。

１ 映像表示装置
２ 支持手段
１４ 表示素子
１５ 接眼光学系
１６ 瞳位置検出部（瞳位置検出手段）
１７ 表示位置変更機構（表示位置変更手段）
３３ ＨＯＥ
３１ 接眼プリズム（光学部材）
６１ 表示素子移動機構（表示素子移動手段）
７１ 表示領域変更機構（表示領域変更手段）
Ｐ 光学瞳

Claims (7)

1. 映像を表示する表示素子と、
   前記表示素子からの映像光を光学瞳に導く接眼光学系とを備えた、片眼観察用の映像表示装置であって、
   観察者の瞳の位置を検出する瞳位置検出手段と、
   前記表示素子の表示面を含む面内で、前記表示素子における映像の表示位置を変更する表示位置変更手段とを備え、
   前記表示位置変更手段は、前記瞳位置検出手段にて検出された観察者の瞳位置に応じて、前記接眼光学系に対して前記表示位置を変更するとともに、観察者の瞳位置が設計時の光学瞳の位置からずれた方向とは反対方向に前記表示位置を変更することを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
2. 前記表示位置変更手段は、前記表示素子の表示面内で表示領域を変更することにより、前記表示位置を変更する表示領域変更手段で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
3. 前記表示位置変更手段は、前記表示素子を前記表示面の面内の方向に移動させることにより、前記表示位置を変更する表示素子移動手段で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
4. 前記接眼光学系は、体積位相型で反射型のホログラム光学素子を含んでおり、
   設計時における前記表示素子の表示面の中心と前記光学瞳の中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とし、前記ホログラム光学素子に対する入射光の光軸と反射光の光軸とを含む面を光軸入射面とすると、
   前記ホログラム光学素子の光軸入射面に垂直な方向は、観察者の眼幅方向に対応しており、
   前記表示位置変更手段は、前記ホログラム光学素子の光軸入射面に垂直な方向に、前記表示位置を変更す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。
5. 前記接眼光学系は、前記表示素子からの映像光を内部での全反射により導光し、前記ホログラム光学素子を介して前記光学瞳に導く光学部材をさらに含んでいることを特徴とする請求項４に記載の映像表示装置。
6. 前記ホログラム光学素子は、前記表示素子にて表示された映像を拡大し、虚像として観察者に観察させる軸非対称な正の光学パワーを有しており、前記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４または５に記載の映像表示装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の映像表示装置と、
   前記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持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。

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