JP2021189379A - 映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】（１）導光方向において光利用効率を向上させるとともに、（２）非導光方向においてＦｏＶとアイボックスとの間のトレードオフ関係を克服する、ことができる映像表示装置を提供する。【解決手段】本発明に係る映像表示装置において、導光板は、第１映像光を角度変換する第１角度変換領域、第２映像光を前記第１映像光とは異なる方向へ角度変換する第２角度変換領域、を備える。【選択図】図７Ａ

Description

本発明は、映像光を虚像で投影する映像表示装置に関する。

ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの映像表示装置は、プロジェクタ（映像投影部）から出射された映像光をユーザの目まで伝搬させるための光学系として、導光板を用いる。ＨＭＤが用いる導光板は、薄型でかつ映像を見ることができる視野（ＦｏＶ：Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ）が広いことが望ましい。また、映像を視認できる領域（アイボックス）が広いことも同時に求められる。

特許文献１は、ＨＭＤの導光板においてＳＲＧ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｒｅｌｉｅｆ Ｇｒａｔｉｎｇ）を用いる方式を開示している。同文献においては、３つの回折格子を用いて入射光を２次元的に広げる（２次元拡大と呼ぶ）ことにより、広いＦｏＶと広いアイボックスを両立させることができる。ただし、同文献の方式のように、回折格子を用いた２次元拡大においては、アイボックス外にも光が回折するので、光利用効率が極めて悪い。

特許文献２は、ＨＭＤの導光板においてスキューミラー（Ｓｋｅｗ Ｍｉｒｒｏｒ）を用いる方式を開示している。同文献においては、反射回折面が導光板面に対して傾いている体積型ホログラム構造によるスキューミラーを用いて、入射光を１次元的に広げる（１次元拡大と呼ぶ）ことにより、高い光利用効率を実現している。ただし、同文献の方式のような１次元拡大は、広いＦｏＶと広いアイボックスを両立させることが困難である。

ＷＯ２０１６／０２０６４３Ａ１ ＷＯ２０１７／１７６３９３Ａ１

上記のように、高い光利用効率を維持したまま、広いＦｏＶと広いアイボックスを実現するのはこれまで困難であった。その原因は、（１）導光方向は光利用効率が低下し、（２）非導光方向はＦｏＶとアイボックスにトレードオフ関係が存在する、という２点があげられる。導光方向とは、導光板平面内のアイボックス拡大方向であり、非導光方向とは１次元拡大における導光方向に対して直交した方向である。

特許文献１においては、２次元拡大によって、２次元的に導光方向をセットするので、上記（１）より光利用効率が著しく低下してしまう。特許文献２では、１次元拡大を用いるので、拡大しない非導光方向において、上記（２）よりＦｏＶとアイボックスにトレードオフ関係が発生する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、（１）導光方向において光利用効率を向上させるとともに、（２）非導光方向においてＦｏＶとアイボックスとの間のトレードオフ関係を克服する、ことができる映像表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る映像表示装置において、導光板は、第１映像光を角度変換する第１角度変換領域、第２映像光を前記第１映像光とは異なる方向へ角度変換する第２角度変換領域、を備える。

本発明に係る映像表示装置によれば、光利用効率の高い１次元拡大方式の導光板において、広いＦｏＶと広いアイボックスを両立することができる。

実施形態１に係るＨＭＤ１００の外観を示す。 ＨＭＤ１００の構成部品を示す。 ＨＭＤ１００のブロック構成図である。 映像入力部１０１の構成を示す。 従来の１次元拡大方式の導光板２００の構成を示す。 出射カプラ部３１０における、光線の角度変換機能を示すための主光線のグレーティングベクトル図を示す。 導光板２００の導光方向を見やすくした断面図である。 非導光方向について示した概略図である。 瞳面Ｐからユーザ１までの光線を描いた概略図である。 瞳面Ｐとユーザ１の目との間の距離がＥ（Ｅ＜Ｃ）となる位置にユーザがいる場合を示している。 実施形態１に係る導光板の構成を示す。 上側出射カプラ部７１０におけるグレーティングベクトルである。 下側出射カプラ部７００におけるグレーティングベクトルである。 非導光方向の構成を示した概念図である。 プロジェクタの出射する最内側の光線を示している。 プロジェクタの出射する中心の光線を示している。 プロジェクタの出射する最外側の光線を示している。 上下の映像を投影するプロジェクタの光線領域が重なる領域１０００を設ける構成を説明する概略図である。 上下の映像を投影するプロジェクタの光線領域が重なる領域１０００を設ける構成を説明する概略図である。 上下の映像を投影するプロジェクタの光線領域が重なる領域１０００を設ける構成を説明する概略図である。 図１０Ａ〜図１０Ｃのように出射光線を重ねることを実現する具体的な導光板の構成例を示す。 上側映像光７２０と下側映像光７３０を生成するための映像出力部の構成の一例を示している。 映像出力部の別構成例を示す。

＜実施の形態１＞
図１Ａは、本発明の実施形態１に係るＨＭＤ１００の外観を示す。ユーザ１は、ＨＭＤ１００を装着している。ＨＭＤ１００は、メガネ型であり、ユーザ１はＨＭＤ１００を介して外界を視認できるだけでなく、映像表示装置からの映像光を同時に視認することができる。これによりＨＭＤ１００は、拡張現実（ＡＲ：Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）を実現している。

図１Ｂは、ＨＭＤ１００の構成部品を示す。メガネのツルの部分１０３ａと１００ｂには映像表示装置が搭載されている。映像表示装置から導光板２０３ａと２０３ｂに対して映像を送り、ユーザ１はその映像を視認することができる。導光板は透明度が高く薄型であり、ＳＲＧ、体積型ホログラム、ビームスプリッタアレイなどにより実現される。

図２Ａは、ＨＭＤ１００のブロック構成図である。ＨＭＤ１００は、ユーザの右目に映像を表示する右目用映像表示部１０４ａ、ユーザの左目に映像を表示する左目用映像表示部１０４ｂ、によって構成されている。この２つ映像表示部は右目用と左目用で同様の構成となっているので、以下では、右目用（添え字ａによって示す）と左目用（添え字ｂによって示す）を区別するとき以外は添え字ａ、ｂを省略した映像表示部１０４として説明する。図２Ａにおいて、その他の構成も右目用と左目用それぞれに添え字ａ、ｂをつけており、右目用と左目用を区別しないときにはａ、ｂを省略する。

映像表示部１０４は、まず映像入力部１０１から送られてきた映像データにしたがって、画質補正部１０２および映像投影部１０３によって表示する映像を生成する。画質補正部１０２は、表示する映像の色や輝度を補正する。具体的には、色ムラ、輝度ムラ、色ずれなどが最小になるように映像を調整する。映像投影部１０３は光源を含む小型プロジェクタを用いて構成されており、映像の虚像を投影する光学系となっている。つまり、映像投影部１０３を直接覗き込むと、ある距離の位置に２次元の映像を見ることができる。映像（虚像）が投影される距離は、ある有限の距離であってもよく、無限遠方であってもよいが、導光板の位置を変えながら映像を視認したときに映像の表示位置がずれて映像ががたついて見えることを抑制するために、本実施形態１の構成においては無限遠であることが望ましい。

映像投影部１０３が生成した映像は、ある距離に虚像を投影するような光線群として出射される。この光線群は、少なくとも赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色に対応する波長を有しており、ユーザはカラー映像を見ることができる。

映像投影部１０３から出射した光線群は、入射カプラ２０１を介して導光板２００に入射する。入射カプラ２０１は、導光板２００に入射した光線群の方向を、導光板２００内において全反射によって伝搬できる方向に変換する。このとき、光線群の各光線方向の相対関係を保ったまま変換することにより、映像の歪みやぼけのない高精細な映像を表示できる。

導光板２００内に入射した光線群は、全反射を繰り返すことによって導光板２００内部を伝搬し、アイボックス拡大部２０２に入射する。アイボックス拡大部２０２は、ユーザが映像を見ることのできるアイボックス（虚像が視認できる領域）を拡大する機能を有する。アイボックスが広ければ、ユーザはアイボックスの縁部分が視認しにくくなることにより、ストレスが軽減され、また装着具合やユーザの目の位置の個人差の影響を軽減して、高い臨場感を得ることができる。

アイボックス拡大部２０２は、入射した光線群を、光線方向の相対関係を保ったまま複製して出射カプラ２０３に出射する。つまり、映像投影部１０３から出射した光線群は、光線方向（角度）の相対関係を保ったまま空間的に広げられる。

出射カプラ２０３は、入射した光線群を導光板２００の外に出射してユーザ１の目に届ける。つまり、出射カプラ２０３は入射カプラ２０１とは反対に、入射した光線群の方向を導光板２００の外に出射できる方向に変換する。

上記構成は、右目用映像表示部１０４ａと左目用映像表示部１０４ｂそれぞれにおいて略共通である。以上の構成によって、ユーザ１は、これら２つの映像表示部１０４ａと１０４ｂが表示する映像（虚像）を見ることができる。

図１ＡのＨＭＤ１００においては、導光板２００の一部である出射カプラ２０３の部分しか見えていないが、導光板２００のその他の部分は、黒いフレーム部分に隠れて外からは見えないようにしている。これは、導光板２００に対して意図せぬ角度から外界の光（外光）が入射すると、迷光となって表示映像の画質を劣化させる可能性があるからである。よって、出射カプラ２０３以外の部分は極力外界から見えないようにして、外光が導光板２００内に入射しないようにしている。

図２Ｂは、映像入力部１０１の構成を示す。映像入力部１０１に対して、無限遠に投影した映像が入力される。図２Ｂに示すように、映像生成部２５０から出射した映像光をレンズ２９０によって無限遠に投影することにより、映像が投影される。レンズ２９０の前側焦点面に映像生成部２５０を配置することによってこれを実現することができる。映像生成部２５０は、２次元の空間光変調器（ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）やＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ））と光源の組み合わせ、または、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やマイクロＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの自発光型デバイスである。レンズ２９０の後側焦点面を瞳面Ｐと呼ぶ。瞳面Ｐは、映像生成部２５０の各ピクセルに対応する各映像光の主光線（２６０、２７０、２８０）が１点に交わる場所である。１ピクセルに対応する映像光はすべて直径数２〜１０ｍｍ程度のビーム径を有している。

図３Ａは、従来の１次元拡大方式の導光板２００の構成を示す。本構成は、サイドインジェクションと呼ばれる構成であり、メガネのツルの部分（両サイド）から映像光３３０を導光板に入射する。映像光３３０は、入射カプラ部３４０によって、導光板２００内に入射され、全反射によって導光板２００内を導光してゆき、出射カプラ部３１０によって、外界に出射され、ユーザ１へと届く。図中の角度Ψは、およそ９０度である。光が全反射によって導光板２００内を伝搬する方向は本図のｘ方向であり、光の出射方向はｙ方向となる。ｘ方向を導光方向、ｚ方向を非導光方向と呼ぶ。

図３Ｂは、出射カプラ部３１０における、光線の角度変換機能を示すための主光線のグレーティングベクトル図を示す。角度変換はＸＹ平面内でなされる。Ｘ方向へ導光する光（光線ベクトル３７０）は、ＸＹ平面内を全反射によって折り返しながらＸ方向へ伝搬する。この光線ベクトル３７０をＹ方向へ出射させる（光線ベクトル３５０）ように、光線の角度変換をグレーティングベクトル３６０によって実施する。入射光ベクトルとグレーティングベクトルの和が同一球表面上に一致するとき、この和ベクトルが出射光ベクトルとなる。出射カプラ部３１０は、この光線を角度変換する働きを有する、体積型ホログラム、ビームスプリッタアレイ、ＳＲＧなどの回折光学素子によって構成される。以下の構成では、透過性がよく高効率な体積型ホログラムを用いた実施例について説明する。

図４Ａは、導光板２００の導光方向を見やすくした断面図である。導光板２００は、入射カプラの働きをする透過型の入射プリズム２２０、アイボックス拡大部および出射カプラの働きをするホログラム部２４０により構成され、これらはガラスまたはプラスティックなどの合成樹脂製の基板に収納され、厚みはおよそ１〜２ｍｍ程度である。例えば、カバー層４５０、媒体層４６０、カバー層４７０の３層構造となっている。

映像投影部１０３から出射した光線群（中心光線２１０のみ図示）は、ＲＧＢ光に対応する広い波長範囲と、ＦｏＶに対応する広い角度範囲を有しており、この光線群は、入射プリズム２２０に入射する。図４Ａは、光線群内の中心光線（以降、これを代表として入射光と称す）２１０について導光板２００内の経路を示している。この入射光２１０は、表示される映像の略中心のピクセルに対応し、実際には数ｍｍ径の有限の太さを持った光束である。

ホログラム部２４０は、光回折部である体積型ホログラムによって構成されており、前記のように入射した光線群の方向を変換し、導光板２００の外に出射させる。体積型ホログラムは、導光している光の一部を回折するので、残りの光はそのまま導光する。これを繰り返すことにより、多数の出射光線群２３０が面内で複製されて出射する。これにより、アイボックスがＸ方向に拡大される。

図４Ｂは、非導光方向について示した概略図である。非導光方向は、図４Ｂにおけるｚ方向であり、この方向においては、光線が瞳面Ｐで交差したのち広がっていく。瞳面Ｐは、図４Ｂにおいては、導光板２００内に位置している。出射カプラ部３１０によって光が外界に出射するので、光線の方向はｘ方向からｙ方向に折れ曲がるが、非導光方向のｚ方向の光線を考える際は無視しても差し支えないので、以降の図ではこの部分を無視したシンプルな図を示す。

図５は、瞳面Ｐからユーザ１までの光線を描いた概略図である。本図より、ＦｏＶとアイボックスとの間のトレードオフ関係を示すことができる。ユーザの目（瞳）の直径Ａ、映像光の瞳面Ｐにおける光線のビーム径Ｂ、ユーザ１の目から瞳面までの距離Ｃとすると、下記式１が成り立つ。ＦｏＶｖは、垂直方向（ｚ方向）のＦｏＶを示す。

光が直径Ａの瞳をすべて満たすとき映像を正しく視認できると仮定して、式１を導いた。アイボックスはユーザが映像光全体を視認できる目の可動範囲である。本式が成立する条件においては、目が少しでも上下に動くと、映像光のＦｏＶ全体をすべて視認することができなくなるので、アイボックスは最も狭い。一方、ＦｏＶが最大となる条件でもあり、ユーザ１の目がより導光板（瞳面Ｐ）に近づくと、以下に示すようにアイボックスが広がる。

図６は、瞳面Ｐとユーザ１の目との間の距離がＥ（Ｅ＜Ｃ）となる位置にユーザがいる場合を示している。この場合アイボックスのｚ方向の幅Ｄは、下記式２であらわされる。

式１と式２からＣを除去して下記式３式が導かれる。式３において、θが十分小さいときｔａｎθ≒θとなる公式を用いた。

式３から、ＦｏＶｖとアイボックスＤとの間のトレードオフ関係を認めることができる。つまり、１次元拡大型の導光板は、非導光方向に広いＦｏＶを実現しようとすると、その方向のアイボックスを広くすることができなくなる。

図７Ａは、本実施形態１に係る導光板の構成を示す。本実施形態１においては、上述した非導光方向のトレードオフ関係を克服する構成を備える。本構成は、映像光を２つ有する（上側映像光７２０と下側映像光７３０）。出射カプラ部も、上側出射カプラ部７１０と下側出射カプラ部７００の２つに空間的に分離している。
下側出射カプラ部７００は、入射光を上側（ｚ軸＋方向）に出射する特性を有する角度変換部であり、上側出射カプラ部７１０は、入射光を下側（ｚ軸−方向）に出射する特性を有する角度変換部である。互いに異なる２つの映像光を入射して、互いに異なる特性を持つ出射カプラ部によって各映像光を出射することにより、ユーザ１の目に向かって主光線を入射させることができ、これにより、非導光方向（ｚ方向）のＦｏＶをおよそ２倍化することができる。図７Ａにおいて、ｙ軸に平行な補助線７４０と上側出射カプラ部７１０と下側出射カプラ部７００からそれぞれ出射する光線（７５１，７５２）のなす角度をそれぞれθ１、θ２としている。

換言すると、上側出射カプラ部７１０と下側出射カプラ部７００は、導光板２００の中心に対して互いに対向するように配置されており、光線７５１と７５２は、ｘ方向に沿った導光板２００の中心線から延伸する法線に対して互いに接近する方向に向かって出射されることになる。

図７Ｂは上側出射カプラ部７１０におけるグレーティングベクトルであり、図７Ｃは下側出射カプラ部７００におけるグレーティングベクトルである。これらは図３Ｂを図７Ａの構成にしたがって描き直したものである。本構成においては、出射光３５１と３５２がｙ軸に対して平行でなくｙｚ平面内でそれぞれθ１とθ２の傾きを有するように、グレーティングベクトル３６１および３６２を構成する。これにより映像光の主光線（中心光線）がユーザ１の目に向かって進行するようにすることができる。

図８は、非導光方向の構成を示した概念図である。図８は、図５と図６を図７Ａの構成にしたがって描き直したものである。簡単のため、瞳面Ｐにおいて角度変換された場合の図を示している。出射光のｙ軸からのから向き角度θ１とθ２は、主光線（中心光線）のｘｙ断面とｚ軸がなす角度に一致する。例えばθ１＝θ２＝θとした場合、この角度を下記式４のように設定することにより、ＦｏＶを略２倍化できる。

式４において、Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅは前記の定義に従う。ＦｏＶｖは１つのプロジェクタのＦｏＶであり、これを上下２つ結合することにより、略２倍のＦｏＶを実現することができる。数４の１つ目の等号の条件でＦｏＶは２倍となり、不等号の条件では２倍よりも小さくなるが、その場合は上下の映像が重なる部分を作ることができて映像結合の境目を目立たなくすることができる。本手法により、１つ１つのプロジェクタのアイボックスはＦｏＶｖとの間に前記のトレードオフ関係を有するが、２つ結合したことによってそれぞれのプロジェクタのアイボックスが狭くなることはない。したがって、上下のプロジェクタのアイボックスを狭めることなく、ＦｏＶｖを２倍化することができる。

＜実施の形態１：まとめ＞
本実施形態１に係るＨＭＤ１００において、導光板２００は２つの角度変換部（上側出射カプラ部７１０と下側出射カプラ部７００）を備え、各角度変換部は互いに異なる方向へ、それぞれ映像光を出射する。これにより、前記２つの課題（（１）導光方向においては光利用効率が低下し、（２）非導光方向においてはＦｏＶとアイボックスとの間にトレードオフ関係が存在する）を解決することができる。したがって、高い光利用効率の１次元拡大方式を用いつつ、非導光方向のＦｏＶとアイボックスのトレードオフを解消することができる。

＜実施の形態２＞
実施形態１において、上下の両方のプロジェクタの映像のＦｏＶ全体を同時に視認するためのアイボックスは、両プロジェクタの最も内側（結合映像の中心）の角度の光線が目に入る必要があるので、導光板の中心（上側出射カプラ部と下側出射カプラ部の境界部分）に限られる（この場合でも、目の瞳の半分にしか光線が入らない）。本発明の実施形態２では、この点を改善した構成例を説明する。

図９Ａ〜図９Ｃは、それぞれプロジェクタの出射する異なる角度の光線（最内側、中心最外側）を示している。図９Ｂ〜図９Ｃが示す各プロジェクタの中心および外側の光線はすべて視認することが可能だが、図９Ａに示す最内側の光線（視認映像の中心）は光線が瞳に半分しか入射しないことがわかる。この課題を解決するため、本実施形態２では以下のような構成を用いる。

図１０Ａ〜図１０Ｃは、上下の映像を投影するプロジェクタの光線領域が重なる領域１０００を設けることにより上記の課題を解決する構成を説明する概略図である。瞳面Ｐにおいて出射光線が重なるようにすることによって、最内側の光線が十分ユーザの瞳に入射させることができ、アイボックスが拡大される。

図１１は、図１０Ａ〜図１０Ｃのように出射光線を重ねることを実現する具体的な導光板の構成例を示す。図７Ａとの違いは、導光板が２つのレイヤーに分かれた２層構造となっており、ユーザから見て手前側の導光板レイヤー１１５０には上側出射カプラ部７１０が、奥側の導光板レイヤー１１４０には下側出射カプラ部７００がそれぞれ含まれており、これらの２つの出射カプラ部がユーザから見て重なる重なり領域１１００がある点である。２つの導光板レイヤー間には、例えば空気層のように、導光板レイヤー１１４０とも１１５０とも異なる屈折率の層が存在し、各レイヤーを全反射によって導光する光が出射時以外にもう一方のレイヤーに侵入しないようになっている（レイヤー間クロストーク抑制）。２つのプロジェクタ（上側映像出力部１１２０および下側映像出力部１１３０）は、それぞれ異なるレイヤーの導光板に配置され、これにより前述のとおり効果的にアイボックスを拡大することができる。

＜実施の形態３＞
図１２は、上側映像光７２０と下側映像光７３０を生成するための映像出力部の構成の一例を示している。パネル１２００、パネル１２１０はそれぞれ上側映像光７２０、下側映像光７３０を生成するディスプレイであり、２次元の空間光変調器（ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）やＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ））と光源の組合せまたは、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や、マイクロＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの自発光型デバイスにより構成される。これらのディスプレイによって生成された映像をレンズ１２３０と１２１０によって略無限遠に投影（フーリエ変換）することにより、虚像を表示することができる。これら２つの映像光線は、数ｍｍのビーム径を有する光線であり、偏光ビームスプリッタ等の光結合素子１２２０を用いることにより、重なりをもったビームを出力することができる。

２つの映像光は、光結合素子１２２０に到達するまでの経路においては、互いに平行ではない（図１２においては直交する）光路を経由し、光結合素子１２２０以降の経路においては互いに略平行に進行する。したがって、２つの映像出力部を同じ平面内に隣接配置する必要はないので、映像出力部の平面サイズを小型化できる。

図１３は、映像出力部の別構成例を示す。本構成では、パネル１３００が生成した映像を、液晶素子などで構成する高速偏光切替部１３１０を用いて、２つの映像を時分割表示する。つまり、ある瞬間はＡ画像、また別の瞬間にはＢ画像を表示し、これと同期して光の偏光方向を９０度切り替える。これを交互に６０Ｈｚやそれ以上で高速に切り替える。この映像を偏光ビームスプリッタクロスプリズム等による光線分割部１３４０によって空間的に分離した２つの光線に分割し、レンズ１３３０、１３５０によりそれぞれ虚像を生成する。これにより映像を生成するパネルを１つとすることができ、低コスト、小型化に実現できる。

＜本発明の変形例について＞
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

実施形態２において、重なり領域１１００は導光板２００の左辺から右辺まで延伸しているが、かならずしもこれに限るものではない。例えば導光板２００の中心近傍のみにおいて重なり領域１１００が配置されるようにしてもよいし、導光板２００の左辺近傍と右辺近傍のみに重なり領域１１００が配置されるようにしてもよい。

以上の実施形態において、２つの角度変換部を備える導光板２００を例示したが、３つ以上の角度変換部を備えることもできる。角度変換部が互いに重なり合う領域についても同様に、それぞれの角度変換部間の境界部分において形成することができる。

以上の実施形態においては、本発明をＨＭＤ１００へ適用した例を説明したが、その他映像表示装置においても本発明を適用することができる。例えば車両のフロントガラスのうち少なくとも一部において、本発明と同様に導光板内に２つ以上の角度変換部を配置することにより、本発明の効果を実現できる。

１：ユーザ
１００：ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）
２００：導光板
１０４：映像表示部
１０１：映像入力部
１０２：画質補正部
１０３：映像投影部
２０１：入射カプラ
２００：導光板
２０１：入射カプラ
２０２：アイボックス拡大部
２０３：出射カプラ
７００：下側出射カプラ部
７１０：上側出射カプラ部

Claims (11)

1. 映像光を虚像で投影する映像表示装置であって、
   前記映像光を出射する映像光投影部、
   前記映像光を伝搬する導光板、
   を備え、
   前記映像光投影部は、前記映像光として、第１映像光と第２映像光を出射し、
   前記導光板は、
   前記第１映像光と前記第２映像光を第１方向へ伝搬する伝搬部、
   前記第１方向に対して平行ではない第２方向へ前記第１映像光を出射する第１角度変換部、
   前記第１方向に対して平行ではなくかつ前記第２方向とは異なる第３方向へ前記第２映像光を出射する第２角度変換部、
   を備える
   ことを特徴とする映像表示装置。
2. 前記第１角度変換部は、前記導光板のうち、前記第１方向に沿って延伸する第１領域に配置されており、
   前記第２角度変換部は、前記導光板のうち、前記第１方向に沿って延伸しかつ前記第１領域とは異なる第２領域に配置されている
   ことを特徴とする請求項１記載の映像表示装置。
3. 前記第１角度変換部と前記第２角度変換部は、前記導光板の中心に対して互いに対向する位置に配置されており、
   前記第１角度変換部は、前記第１方向に沿った前記導光板の中心線から延伸する法線に対して接近する方向へ前記第１映像光を出射することにより、前記第１映像光を前記第２方向へ出射し、
   前記第２角度変換部は、前記中心線から延伸する法線に対して接近する方向へ前記第２映像光を出射することにより、前記第２映像光を前記第３方向へ出射する
   ことを特徴とする請求項２記載の映像表示装置。
4. 前記第２方向と前記第３方向との間の角度差の半分をθとし、
   前記第２方向と前記第３方向を含む平面内における視野角をＦＯＶとしたとき、
   θ≦（ＦＯＶ／２）を充足する
   ことを特徴とする請求項３記載の映像表示装置。
5. 前記第１角度変換部と前記第２角度変換部は、前記第１角度変換部を前記導光板に対して投影した第１投影領域と前記第２角度変換部を前記導光板に対して投影した第２投影領域が互いに重なり合う位置に配置されている
   ことを特徴とする請求項２記載の映像表示装置。
6. 前記第１角度変換部と前記第２角度変換部は、前記第１投影領域と前記第２投影領域が互いに重なり合う重なり領域が前記第１方向に沿って延伸するように配置されている
   ことを特徴とする請求項５記載の映像表示装置。
7. 前記導光板は、
   前記第１角度変換部を有し前記第１映像光を伝搬する第１層、
   前記第２角度変換部を有し前記第２映像光を伝搬する第２層、
   前記第１層の第１屈折率と前記第２層の第２屈折率いずれとも異なる第３屈折率を有する第３層、
   を備え、
   前記第３層は、前記第１層と前記第２層との間に配置されている
   ことを特徴とする請求項５記載の映像表示装置。
8. 前記映像光投影部は、
   前記第１映像光を生成する第１生成部、
   前記第２映像光を生成する第２生成部、
   前記第１映像光を透過するとともに前記第２映像光を反射する光学素子、
   を備え、
   前記第１生成部と前記第２生成部は、前記第１映像光と前記第２映像光が前記光学素子に到達するまでの光路においては互いに対して平行ではない方向に伝搬するように配置されている
   ことを特徴とする請求項１記載の映像表示装置。
9. 前記映像光投影部は、前記第１映像光と前記第２映像光を時分割方式にしたがって出射する
   ことを特徴とする請求項１記載の映像表示装置。
10. 前記映像表示装置は、ユーザの頭部に装着することができるヘッドマウントディスプレイとして構成されている
    ことを特徴とする請求項１記載の映像表示装置。
11. 前記映像表示装置は、車両のフロントガラスの少なくとも一部へ映像を表示するように構成されている
    ことを特徴とする請求項１記載の映像表示装置。

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