JP7482076B2 - 画像観察装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示素子に表示された画像を接眼光学系を介して観察可能な画像観察装置に関する。

表示素子に表示された画像を接眼光学系を介して観察可能な画像観察装置としては、観察者の頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）が知られている。このようなＨＭＤにおいて、小型化と広画角を両立させるために、光路を折り畳む接眼光学系が用いられることがある。このような接眼光学系としては、例えば、偏光を利用した偏光光学系や、レンズ内部に反射面を有する自由曲面プリズムなどが挙げられる。

このような接眼光学系では、焦点距離が短くなるため、周辺画角での表示素子からの光の出射角が大きくなり、表示素子の視野角特性（輝度や色度ずれ）が低下しやすいといった特徴がある。また、ゴースト光と呼ばれる、設計上意図しない光路を通過した光が発生しやすい。例えば、軽量化を目的として偏光光学系の一部にプラスチックレンズが使用されると、プラスチックレンズ内の複屈折によって光の偏光状態が乱れ、ゴーストが発生する場合がある。

特許文献１および特許文献２には、偏光を利用して広画角化された接眼光学系を有するＨＭＤが開示されている。さらに特許文献２には、表示素子に設けられたカラーフィルタのサイズを中心部から周辺部にかけて大きくすることで周辺画角での視野角特性を改善することが開示されている。

特開２０１９－０５３１５２号公報 特表２０１９－６１１９８号公報

しかしながら、特許文献２に開示されているＨＭＤでは、光源とカラーフィルタの中心とが揃っており、表示素子の法線方向での視野角特性が良好であるために、レンズの複屈折によるゴーストを低減することができない。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光路を折り畳むように構成された接眼光学系の周辺画角での視野角特性を改善しつつ、ゴーストを低減できる画像観察装置を提供することである。

本発明に係る画像観察装置は、平面に２次元状に配置された複数の発光素子と、該複数の発光素子のそれぞれに対応して設けられた複数のマイクロレンズとを有する表示素子と、内部に少なくとも１つの反射面を有し、前記表示素子の表示面からの光を射出瞳に導く接眼光学系と、を備え、前記表示素子の周辺部において、前記発光素子の発光中心と該発光素子に対応する前記マイクロレンズの中心が前記平面に平行な方向にずれており、前記表示素子の周辺部において、正規光の主光線の放射角度をθｍ、ゴースト光の放射角度をθgとした場合、θｍとθgが、
｜θｍ － θg | ≧１５°
を満足することを特徴とする。

本発明によれば、光路を折り畳むように構成された接眼光学系の周辺画角での視野角特性を改善しつつ、ゴーストを低減することが可能となる。

本発明の実施形態１に係る表示素子の平面図。 図１の表示素子の端部の拡大図。 実施形態１の表示素子の断面図。 マイクロレンズを有さない表示素子の断面図。 マイクロレンズをずらさない表示素子の断面図。 実施形態１の表示素子の断面図。 正規光及びゴースト光となる光線の光学条件を表した図。 正規光及びゴースト光となる光線の光学条件を表した図。 正規光及びゴースト光となる光線の光学条件を表した図。 正規光となる光線とカラーフィルタのずれ量ΔＣＦの関係を示す図。 正規光となる光線とカラーフィルタのずれ量ΔＣＦの関係を示す図。 実施形態１の表示素子の平面図。 実施形態１の表示素子の平面図。 実施形態１に係る表示装置の一例を表す模式図。 実施形態１に係る撮像装置と電子機器を示す図。 実施形態１に係る表示装置の例を示す図。 実施形態１に係る照明装置と自動車を示す図。 実施形態１に係る眼鏡型の表示装置の例を示す図。 実施形態１に係るＨＭＤの構成を示す図。 実施形態１に係るＨＭＤの外観図。 実施形態１における接眼光学系の構成を示す図。 実施形態１における接眼光学系の光路図。 実施形態１におけるゴースト光の光路を示す図。 実施形態１における表示面の水平端部での視野角特性を示す図。 実施形態２におけるＨＭＤの構成を示す図。 実施形態２における接眼光学系の構成を示す図。 実施形態２における接眼光学系の光路図。 実施形態２におけるゴースト光の光路を示す図。 実施形態３におけるＨＭＤの構成を示す図。 実施形態３における接眼光学系の構成を示す図。 実施形態３における接眼光学系の光路図。 実施形態３におけるゴースト光の光路を示す図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

本発明の実施形態では、発光素子上に設けられたマイクロレンズの中心位置と発光素子の発光中心位置とをずらすことにより、光路を折り畳む接眼光学系の周辺画角での視野角特性を改善しつつゴーストを低減することができる。

始めに、視野角特性を改善し、ゴーストを低減する表示素子の形態について説明する。次に、表示素子と光路を折り畳む接眼光学系の組み合わせの例として、実施形態１及び実施形態２に、偏光を利用した偏光光学系の実施形態を、実施形態３に、自由曲面プリズムを用いた実施形態を示す。光路を折りたたむ接眼光学系の望ましい形態については実施形態の中で説明する。

以下、本発明の実施形態の表示素子について図面を参照しながら説明する。尚、本明細書で特に図示または記載されていない部分に関しては、当該技術分野の周知又は公知技術を適用する。また、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係わる表示素子の平面図である。表示素子１００は、発光素子１０が基板８（図３参照）の主面上（平面上）に２次元状に配列され、画像を生成する表示領域１を有する。ただし、本発明の効果は画素配列によらない。つまり、図１で例示したデルタ配列でもよいし、ストライプ配列やスクエア配列でもよい。

図２は、図１に示した表示領域１の端部領域２を拡大して示した図である。図２に示すように、端部領域２（表示領域１）には、基板８の主面の上に配列された発光素子１０と、発光素子１０の発光領域１７（図３参照）からの光が入射するマイクロレンズ１５とが配置されている。基板８の主面に垂直な方向からの平面視において、発光素子１０の発光領域１７の中心とマイクロレンズ１５の中心は、主面と平行な方向にずれている。端部領域２は、表示領域の中央に対して周辺に位置するので周辺部と呼ぶこともある。

図３（ａ）は、端部領域２を図２におけるＡ－Ａ’線で切断した場合の断面図であり、基板とは逆側に凸のマイクロレンズを有する発光素子を示している。ここでは、発光素子１０として有機ＥＬ素子を用いる例を示している。図中では、有機ＥＬ素子（発光素子１０）がピッチＤの間隔で配置されている。ピッチＤとは、ある発光素子１０の発光領域１７の中心位置１８と隣接する発光素子１０の発光領域１７の中心位置１８’との基板８の主面方向の距離である。

基板８上の発光素子１０は、基板８の主面の上に配置される第１電極１１、発光層を含む有機層１２、有機層１２を挟んで第１電極１１の上に配置される第２電極１３を有する。また、表示領域１の最外周の発光素子１０の特性を維持するために、表示領域１の端部である点ＡーＡ’線で示す範囲の外側にダミー画素１０’が配置されている。ダミー画素１０’は複数列および複数行形成されていてもよい。

有機層１２は、表示素子１００が単一の発光色を表示できるよう、単一の発光色を放射する発光層が発光素子１０間に共通層として成膜されて構成されていてもよい。また、有機層１２は、表示素子１００が少なくとも２色以上の色を表示できるよう、発光素子１０ごとに異なる色を発する発光層をパターニングして構成されていてもよい。表示素子１００の各画素は、第１電極１１の端部を覆うとともに第１電極１１上に開口を有し、バンクとして機能する絶縁層１６、第２電極１３の上に配置される保護層１４、マイクロレンズ１５を有する。マイクロレンズ１５には、発光素子１０から出射された光が入射する。

本実施形態では、マイクロレンズ１５は、発光素子１０の発光領域１７に対して矢印Ｂで示す方向にずれて配置されている。矢印Ｂで示す方向は、表示素子１００を平面視した際に、光路を折りたたむ接眼光学系の主光線が主面へ投影される方向である。このような構成とすることにより、マイクロレンズを設けない場合や、マイクロレンズと発光領域を平面視で重なるように配置した場合に比べて接眼光学系を介して観察者の瞳に届く発光強度が高まり、発光層で発光した光の利用効率が向上する。且つ、意図しない光路を通過し、観察者にゴーストとして知覚される光の発光強度が低下する。効果の詳細については後述する。また、図３（ａ）で示した本実施形態におけるマイクロレンズの屈折率ｎ１とマイクロレンズ上部の媒質の屈折率ｎ０は、ｎ０＜ｎ１の関係が望ましい。なお、発光素子１０の発光領域１７とは、絶縁層１６の開口部において第１電極１１、有機層１２、第２電極１３が積層されている部分を指す。

各発光素子１０においてマイクロレンズ１５と発光領域１７がずれているとは、平面視においてマイクロレンズ１５の中心位置１９と発光領域１７の中心位置１８が重ならず、ある距離をおいて離れていることを意味する。なお、マイクロレンズ１５の中心とは、平面視において端部を結ぶ線で構成された形状（外形）の重心である。マイクロレンズ１５の端部とは、マイクロレンズ１５の断面図においてＺ方向の高さが最も低い位置である。図３（ａ）では、マイクロレンズ１５の断面が球面形状（一部欠けている球面、半球も球面形状に含む）であり、この場合、マイクロレンズ１５の中心はマイクロレンズ１５の頂点と一致する。

本実施形態では、マイクロレンズ１５は発光素子１０の発光領域１７に対してずれるように配置されている。すなわち、基板８の発光素子１０が配置される面に対する平面視において、マイクロレンズ１５の中心１９と発光領域１７の中心位置１８はある距離離れている（一致しない）。また、ここではマイクロレンズ１５の断面形状が球面であるため、マイクロレンズ１５の頂点と発光領域１７の中心もある距離離れている。

本実施形態において、マイクロレンズ１５のピッチ（基板８の発光素子１０が配置される面の平面視において、隣り合うマイクロレンズの中心間の距離）は一定である。また、発光素子１０のピッチ（基板８の発光素子１０が配置される面の平面視において、隣り合う発光素子１０の発光領域の中心間距離）も一定であり、マイクロレンズ１５のピッチと一致している。よって、マイクロレンズ１５と発光領域１７は、一定の距離（ずれ量）でずれて配置されている。すなわち、本実施形態では、平面視におけるマイクロレンズ１５の中心と発光領域１７の中心との距離（マイクロレンズずれ量)が各画素において一定である例を示している。

有機層１２が白色光を発光する層で構成される場合、図３（ｂ）に示したように、発光素子１０とマイクロレンズ１５の間にカラーフィルタ２０を設けてもよい。図３（ｂ）は、カラーフィルタ２０が発光領域１７に対してずれるように配置された例を示している。すなわち、基板８の発光素子１０が配置される面の平面視において、カラーフィルタ２０の中心２１と発光領域１７の中心１８はある距離離れている。ただし、色ずれを抑制するために、カラーフィルタ２０は発光領域１７に対してずらさないように配置されていてもよい。つまり、基板８の発光素子１０が配置される面の平面視において、カラーフィルタ２０の中心２１と発光領域１７の中心位置１８は一致するように配置されてもよい。

図３（ｃ）は、カラーフィルタ及びマイクロレンズの形態が異なる発光装置の断面模式図である。マイクロレンズ１５’は、他の実施形態とは異なり、紙面下方向に凸の形状である。紙面下方向とは半透過電極から反射電極へ向かう方向ということもできる。マイクロレンズ１５’と保護層１４との間は、空隙であっても、他の物質を充填してもよい。ただし、マイクロレンズの屈折率ｎ１とマイクロレンズ下部の媒質の屈折率ｎ２は、ｎ２＜ｎ１の関係が望ましい。また、図３（ｃ）において、カラーフィルタ２０はマイクロレンズ１５’の上部に配置されているが、マイクロレンズ１５’と保護層１４との間に配置してもよい。なお、マイクロレンズ１５’の中心とは、平面視において端部を結ぶ線で構成された形状（外形）の重心である。マイクロレンズ１５’の端部とは、マイクロレンズ１５の断面図においてＺ方向の高さが最も低い位置である。図３（ｃ）では、マイクロレンズ１５’の断面が球面形状（一部欠けている球面、半球も球面形状に含む）であり、この場合、マイクロレンズ１５’の中心はマイクロレンズ１５’の頂点と一致する。

基板８は第１電極１１、有機層１２、第２電極１３を支持できる材料であればよい。例えば、ガラス、プラスチック、シリコン等を用いることができる。基板８にはトランジスタ等のスイッチング素子や配線や層間絶縁膜（不図示）などが配置されていてもよい。

第１電極１１は、透明であっても、不透明であってもよい。不透明である場合には、発光波長での反射率が７０％以上の金属材料が望ましい。ＡｌやＡｇなどの金属やそれらにＳｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｎｄなどを添加した合金、また、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＩＧＺＯを使用することができる。なお、ここでの発光波長とは、有機層１２から発光されるスペクトル範囲のことを意味する。第１電極１１は、所望の反射率よりも高ければ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕなどの金属やその合金などのバリア電極との積層電極としてもよく、ＩＴＯ、ＩＺＯなどの透明酸化膜電極との積層電極としてもよい。

一方、第１電極１１が透明電極である場合には、第１電極１１の下部に更に反射層を設ける構成としてもよい。透明電極としては、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＩＧＺＯなどを使用することができる。光学距離を最適化する目的で、反射層と透明電極の間に更に絶縁膜を設ける構成としてもよい。

第２電極１３は、有機層１２上に配置されていて、透光性を有している。第２電極１３はその表面に到達した光の一部を透過するとともに他の一部を反射する性質（すなわち半透過反射性）を持った半透過材料であってもよい。第２電極１３の材料としては、例えば、透明導電酸化物のような透明材料を用いることができる。また、アルミニウムや銀や金などの単体金属、リチウムやセシウムなどのアルカリ金属、マグネシウムやカルシウムやバリウムなどのアルカリ土類金属、これらの金属材料を含んだ合金材料からなる半透過材料を用いることができる。半透過材料としては、特にマグネシウムや銀を主成分とする合金が好ましい。また第２電極１３は、好ましい透過率を有するならば、上記材料を有する層の積層構成であってもよい。また、第２電極１３は、複数の発光素子１０によって共有されていてもよい。

第１電極１１または第２電極１３のいずれかが陽極であり、他方が陰極として機能する。すなわち、第１電極１１が陽極であり、第２電極１３が陰極であってもよく、その逆であってもよい。有機層１２は、第１電極１１上に配置されていて、蒸着法やスピンコート法など公知の技術により形成することができる。

有機層１２は、複数の層から構成されていてもよい。有機層１２が有機化合物層である場合には、複数の層としては、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、発光層、正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層のいずれか１つ又はその組み合わせが挙げられる。

発光層は、陽極から注入された正孔と陰極から注入された電子が有機化合物層において再結合することで、光を出射する。発光層の構成は単層でも複数層でもよい。各発光層のいずれかに赤色発光材料、緑色発光材料、赤色発光材料を有することができ、各発光色を混合することで、白色光を得ることも可能である。また、各発光層のいずれかに、青色発光材料と黄色発光材料などの補色同士の関係の発光材料を含んでいてもよい。発光材料は蛍光材料や燐光材料や遅延蛍光材料などの材料でもよく、ＣｄＳやペロブスカイトなどの量子ドットでもよい。また、画素ごとに発光層に含まれる材料や構成を変更することで異なる色を発光してもよい。また、発光素子１０の１つ１つに発光層を設けてもよい。その場合、発光素子１０ごとに、発光層をパターニングしてもよい。

保護層１４は、絶縁層であり、透光性を有し、外部からの酸素や水分の透過性が低い無機材料を含むことが好ましい。例えば、保護層１４は、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、アルミニウム酸化物（Ａｌ₂Ｏ₃）、チタン酸化物（ＴｉＯ₂）などの無機材料を用いて作成することができる。特に保護性能の面において、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ，Ａｌ₂Ｏ₃の無機材料が好ましい。保護層１４の形成には化学気相堆積法（ＣＶＤ法）、原子層堆積法（ＡＬＤ法）、スパッタリング法を用いることが好ましい。

保護層１４は、十分な水分遮断性能があれば、単層構造であっても、上記材料や形成手法を組み合わせた積層構造であってもよい。例えば、窒化シリコンの層と、原子堆積法による密度が高い層との積層であってよい。さらに、保護層１４は、水分の遮断性能を保持していれば、有機層を有していてもよい。有機層は例えば、ポリアクリレート、ポリイミド、ポリエステル、エポキシ等が挙げられる。さらに、複数の発光素子１０にまたがって保護層１４が配置されていてもよい。保護層１４の凹凸を平坦化する目的で、保護層１４とマイクロレンズ１５の間に平坦化層を形成してもよい。また、マイクロレンズ１５と保護層１４の間、またはマイクロレンズ１５と平坦化層の間にカラーフィルタが配置されていてもよい。

マイクロレンズ１５は、露光及び現像プロセスで形成することができる。具体的には、マイクロレンズを形成するための材料による膜（フォトレジスト膜）を形成し、連続的な階調変化を有するマスクを用いて、フォトレジスト膜の露光および現像を行う。このようなマスクとしては、グレーマスク、或いは、露光装置の解像度以下の遮光膜からなるドットの密度分布を変化させることで結像面に連続した階調の光照射を可能とする面積階調マスクを用いることができる。

また、露光および現像プロセスで形成したマイクロレンズに対して、エッチバックを行うことにより、レンズ形状を調整することが可能である。マイクロレンズの形状は、放射光を屈折させることができる形状であればよく、球面であっても、断面形状が非対称であってもよい。

次に、本実施形態の効果について、基板とは逆側に凸のマイクロレンズを有する発光素子の例を用いて説明する。本実施形態の効果は、マイクロレンズの凸形状の方向によらない。つまり、図３（ｃ）に示したような紙面下方向に凸の形状を有するマイクロレンズでもよい。

図４Ａ～図４Ｃは、端部領域２を図２におけるＡ－Ａ’線で切断した場合の断面図である。図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれマイクロレンズ１５を配置しない構成及びマイクロレンズ１５と発光領域１７を平面視においてずらさずに重なるように配置した構成を示している。

図４Ａの放射角（放射角度）２１は、正規光の主光線の空気中における放射角を表し、放射角２２はゴースト光の空気中の放射角を表している。正規光とは、レンズ設計により設計された光路を通過し、観察者の瞳で像を作る光である。主光線とは、正規光のうち観察者の瞳の中心を通過する光である。光路を折りたたむ接眼光学系では、焦点距離が短くなるため、図４Ａに示したように表示領域１の端部においては、正規光の主光線の空気中における放射角は大きくなる。

一方、ゴースト光とは発光素子から放射され、設計上意図しない光路を通過し観察者にゴーストとして観察される光である。一般的に、ゴースト光の光路は図１８及び図２３に示したように概ね表示領域１の発光素子と観察者の瞳の位置関係で決まることが多い。その場合、図４Ａに示したように、放射角は小さくなり、その方向は基板主面の法線方向に対して正規光とは反対の方向となる。

図４Ａは、マイクロレンズを配置しない場合における発光素子１０から放射される光を表している。ベクトル（矢印）の方向は光の進行方向を表し、ベクトルの大きさは放射光の強度を表している。一般的に、発光素子は放射角依存性を持ち、広角になるほど放射強度は小さくなる。そのため、マイクロレンズがない場合、正規光の主光線の放射角２１の方向に放射される光２３は、ゴースト光の放射角２２の方向に放射される放射光２４に比べ弱くなる。つまり、表示領域１の端部においては、発光素子から放射される光強度は、正規光よりもゴースト光の方が強くなる。また、図４Ｂに示したようにマイクロレンズ１５と発光領域１７を平面視において重なるように配置した場合においても同様で、正規光の主光線の放射角２１の方向に放射される光２５は、ゴースト光の放射角２２の方向に放射される放射光２６に比べ弱くなる。

図４Ｃは本実施形態の場合を示し、マイクロレンズ１５と発光領域１７がある距離でずれて配置されている場合を示している。マイクロレンズ１５を発光領域１７に対して矢印Ｂで示す方向にずらして配置することにより、マイクロレンズ１５の面２８を介して光が屈折し、正規光の主光線の放射角２１の方向へ放射される光２７の強度が飛躍的に増加する。同時にゴースト光の放射角２２に向かう光の強度は著しく低下する。それは、ゴースト光が、主に隣接したマイクロレンズ１５の面２９において広角側に屈折すること、もしくは全反射によりマイクロレンズ内に閉じ込められることによる。ここで面２８及び面２９は、図４Ｃのマイクロレンズ１５の平面図である図４Ｃの右上図に示したように、マイクロレンズ１５の中心を通り矢印Ｂの方向と直交する面を境界として、それぞれ矢印Ｂに対して逆方向及び順方向の面のことを指す。

このように、マイクロレンズ１５と発光領域１７とを、ある距離ずれて配置することにより、表示領域１の端部において、正規光の発光強度を増加させることができるだけでなく、同時にゴースト光を低減することが可能となる。

図５Ａは、発光領域１７とマイクロレンズ１５と正規光の出射角の関係を表した断面図である。図５Ａ～５Ｃでは、高さｈ、半径ｒ、屈折率ｎのマイクロレンズ１５が配置されている。

発光領域１７から角度θ１で光が出射され、マイクロレンズ１５のＡ点によって角度θ２の方向に曲げられている。このときの基板８の法線に対する点Ａにおけるマイクロレンズ表面の法線の傾きを角度αとする。α＋θ１をβとおくと、スネルの法則により、以下の式（１）が成り立つ。

１×ｓｉｎ（θ２＋α）＝ｎ×ｓｉｎβ＝ｎ×ｓｉｎ（θ１＋α） …（１）
式（１）をθ１について解くと、θ１は式（２）で表される。

θ１＝ｓｉｎ^-1｛ｓｉｎ（θ２＋α）／ｎ｝－α …（２）
図５Ａに示したように、発光領域１７からの光を広角側へ出射したい場合（θ２＞θ１としたい場合）、αが正の領域、すなわち図５Ａにおけるマイクロレンズ１５の頂点より右側の領域、つまり面２８に入射する光が主に利用されることとなる。

マイクロレンズ１５の端部まで有効に利用するため、正規光の主光線の放射角θ２に対してマイクロレンズ１５の全領域においてα＜θ２であることが望ましい。

ここで、マイクロレンズ１５の頂点の発光領域１７の中心からのずれ量をΔＭＬとする。所望の出射角θ２の出射強度を強めるためには、マイクロレンズ１５上の各点におけるαに対して上記式（２）を満たすθ１およびβが計算され、いずれかのβの方向に発光領域Ｘが存在するようΔＭＬが設定されればよい。言い換えれば、図５Ａに示した発光領域１７に対する発光領域Ｘの割合が大きくなるほど、正規光の光強度は増加する。

一方、図５Ｂは、発光領域１７とマイクロレンズ１５とゴースト光の出射角の関係を表した断面図である。発光領域から角度θ１’及び角度θ１”で光が出射され、それぞれマイクロレンズの点Ａ’及び点Ａ”点において角度θ２’の方向に光が曲げられる。このときの基板８の法線に対する点Ａ及び点Ａ”におけるマイクロレンズ表面の法線の傾きをそれぞれ角度α’及びα”とする。正規光の場合と同様にθ１’，θ１”は、式（３）、式（４）で表される。

θ’１＝ｓｉｎ^-1｛ｓｉｎ（θ２’＋α’）／ｎ｝－α’ …（３）
θ”１＝ｓｉｎ^-1｛ｓｉｎ（θ２’＋α”）／ｎ｝－α” …（４）
ゴースト光である出射角θ２’の光の出射強度を弱めるためには、発光領域Ｙ１及びＹ２が発光領域１７と重ならないことが望ましい。具体的には、式（３）及び（４）から求められるθ１’、θ１“を大きくすればよい。θ１’、θ１“を大きくすると、発光素子から放射される光強度が低下するためである。また、ある臨界角を超えると、内部で全反射が生じ、マイクロレンズまで光が到達しない。

このように、発光領域１７に対して、正規光として放射される発光領域Ｘを大きくとると共に、ゴースト光となる方向に放射される発光領域Ｙ１及びＹ２が小さくなるようにずれ量ΔＭＬを決定すればよい。本実施形態では、開口形状を適宜最適化すればよく、形状は、円形、六角形、楕円形状等でもよい。例えば、Ｘを大きくし、Ｙ１及びＹ２が小さくなるように発光画素の開口形状を形成してもよい。

図５Ｃに示したように、表示領域１の端部２（図１参照）におけるずれ量ΔＭＬの範囲は、マイクロレンズ１５の高さをｈ、第１電極１１からマイクロレンズ１５の底面までの高さをＬ、マイクロレンズ１５の中心位置１９と発光領域１７の中心位置１８を結ぶ直線の基板８の法線方向に対する傾き角をφ１＝arctan（ΔＭＬ／（ｈ＋Ｌ））[度]とするとき、式（５）を満たすことが望ましい。

６．０° ≦φ１≦３７．５° …（５）
次に、カラーフィルタのずれ量ΔＣＦについて説明する。有機層１２が白色光を発光する層で構成される場合、図３（ｂ）に示したように、発光素子１０とマイクロレンズ１５の間にカラーフィルタ２０を設けてもよい。表示領域１の端部２におけるΔＣＦの範囲は、第１電極１１からカラーフィルタ２０の上面までの高さをＬ２、カラーフィルタ２０の上面の中心位置２１と発光領域１７の中心位置１８を結ぶ直線の基板８の法線方向に対する傾き角をφ２＝arctan（ΔＣＦ／Ｌ２）[度]とし、φ１とφ２の比ＡをＡ＝φ２／φ１とするとき、式（６）を満たすことが望ましい。

０ ≦Ａ≦０．８５ …（６）
図６Ａ及び図６Ｂは、表示領域１の端部２における発光領域１７とマイクロレンズ１５の位置関係を表した断面図であり、正規光の放射角２１の方向に放射される成分を示している。図６Ａは、式（６）を満たさない例としてＡ＝１の場合を示している。図５Ａで説明したように、正規光の放射角２１の方向へ放射される光は、マイクロレンズ１５の面２８を介する放射光３２が主であるが、一部面２９を通過した放射光３３が存在する。放射光３３の発光強度は、基板８の法線方向からの放射角が大きいため、放射光３２の発光強度に比べ小さい。しかしながら、放射角が大きいため、放射光３３の色ずれ度合いは放射光３２に比べて大きい。そのため、図６Ａのように、カラーフィルタ２０をマイクロレンズ１５と同じ割合（Ａ＝１）だけずらした場合、放射光３３により色ずれが大きくなる。ここで、色ずれとは表示領域１の中央における基板８の法線方向の色度と、表示領域１の端部２から発せられ、放射角２１の方向の放射光の色度の差である。

一方、図６Ｂは、式（６）を満たす場合の表示領域１の端部２における発光領域１７とマイクロレンズ１５の位置関係を表した断面図である。図６Ｂからわかるように、ずれ量ΔＣＦを小さくすることにより、色ずれが大きな放射光３３をカラーフィルタで遮ることが可能となるため、色ずれが抑制されやすい。詳細は後述するが、ずれ量ΔＭＬ及びΔＣＦを適宜最適化することにより、ゴースト光の発光強度を抑制しつつ、色ずれを抑制することが可能となる。

ただし、図３（ｃ）で示したように紙面下方向に凸の形状のマイクロレンズの上部にカラーフィルタを配置した場合、必ずしも式（６）の関係式を満たす必要はなく、Ａ＝１としてもよい。それは、図６Ｂで示した広角側に放射される放射光３３が保護層とマイクロレンズと間にある低屈折率媒質で全反射され、マイクロレンズに届かないためである。

本実施形態では、表示領域１内の位置ごとにずれ量ΔＭＬを接眼光学系の設計に合わせて適宜調整する。図７は、表示領域１をＥ－Ｅ’線で切断した場合の、マイクロレンズ１５と発光領域１７の位置関係を表した断面図である。ここでは、これまでと同様に基板とは逆側に凸のマイクロレンズを有する発光素子の例を用いて説明する。本実施形態の効果は、マイクロレンズの凸形状の方向によらない。つまり、図３（ｃ）に示したような紙面下方向に凸の形状を有するマイクロレンズでもよい。

図７に示したように、表示領域１の中心位置でのずれ量ΔＭＬ（３４）を０とし、表示領域１の端部に向かって、ずれ量ΔＭＬがΔＭＬ（３５）、ΔＭＬ（３６）、ΔＭＬ（３７）のように大きくなるようにマイクロレンズ１５を配置してもよい。図１８及び図２３で示したように、ゴースト光の量は、表示領域１における発光素子１７の位置と観察者の瞳の直線関係で主に決まる。そのため、ずれ量ΔＭＬ（３４）からΔＭＬ（３７）は、発光素子１７の位置の関数として線形に増加させればよい。また、ずれ量ΔＭＬは、発光素子１７の位置に対して巨視的に見て連続に変化するように形成されればよい。巨視的に見て連続であればよく、１画素ごとにずれ量を変えてもよいし、ある範囲においてステップ状に変化させてもよい。ある範囲を１画素ずつ変化させ、残りの範囲においてステップ状に変化させてもよい。ただし、焦点距離をより小さくすると、表示素子１００に近いレンズ面の非球面形状の変化が大きくなり、ゴースト光の放射角が表示領域１の端部になるにつれ、変化率が大きくなることがある。その場合、ゴースト光の放射角の変化率に合わせて、ずれ量ΔＭＬの変化率を大きくしてもよい。また、図７では表示領域１の中央におけるずれ量ΔＭＬ（３４）が０の場合を示したが、必ずしも０でなくてもよい。また、表示領域１において一律でずれ量ΔＭＬを一定にしてもよい。

接眼光学系を有する画像観察装置において、図７に示したように、表示領域１の端部に向かってずれ量ΔＭＬが増加するような場合において、図８の水平端部３８もしくは上下端部３９の視野角特性が最もよくなるようにずれ量ΔＭＬの値が設計される。その場合に、図８（ａ）の対角領域４０，４１，４２，４３では、ずれ量ΔＭＬが発光素子のピッチＤと近い値となる場合があり、ゴースト光の発光強度が大きくなることがある。そのような場合においては、図８（ａ）に示したように、表示領域１の対角領域４０，４１，４２，４３の少なくとも１つの領域において、発光素子を配置しなくてもよい。

全ての対角領域に発光素子を配置しない場合、表示領域は領域４４のように８角形（ｎ角形）となる。また、対角領域４０及び４２のみ発光素子を配置しない場合には、領域４１，４３，４４で構成される６角形となる。図８（ａ）と同様に、図８（ｂ）の対角領域４５，４６，４７，４８の少なくとも一つに発光素子とマイクロレンズの１つまたは両方を配置しなくてもよい。つまり、すべての対角領域に発光素子を配置しない場合、表示領域は領域４９のように６角形となる。発光素子を配置しない領域には、マイクロレンズを配置してもよいし、配置しなくてもよい。本実施形態の発光素子及びマイクロレンズの配置は、光学設計により適宜調整すればよく、対角領域に発光素子を配置し、マイクロレンズのみを配置しない構成でもよい。

もしくは、水平端部３８及び上下端部３９でのマイクロレンズのずれ量ΔＭＬよりも大きくならないように、対角領域４０，４１，４２，４３（もしくは、４５，４６，４７，４８）におけるマイクロレンズのずれ量ΔＭＬを一定にし、端部３８もしくは端部３９のずれ量と一致させてもよい。

以上説明したように、表示領域１の端部において、発光領域１７とマイクロレンズ１５を基板８の主面に平行な方向にずらすことにより、光路を折りたたむ接眼光学系の正規光の発光強度を増加させ、ゴーストを低減することができる。

次に、上記表示素子が様々な光路を折りたたむ接眼光学系において効果的であることをいくつかの実施形態を用いて説明する。実施形態１及び実施形態２では、偏光を利用した偏光光学系に適用した例を示す。実施形態３では、自由曲面プリズムに適用した例を示す。併せて、光路を折りたたむ接眼光学系の望ましい形態についても各実施形態において説明する。ここで説明する各実施形態は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施形態に対して種々の変形や変更が可能である。

ここで、本実施形態に係る表示装置の構成について説明する。

図９は、本実施形態に係る表示装置の一例を表す模式図である。表示装置１０００は、上部カバー１００１と、下部カバー１００９と、の間に、タッチパネル１００３、表示素子１００を備える表示パネル１００５、フレーム１００６、回路基板１００７、バッテリー１００８、を有してよい。タッチパネル１００３および表示パネル１００５は、フレキシブルプリント回路ＦＰＣ１００２、１００４が接続されている。回路基板１００７には、トランジスタがプリントされている。バッテリー１００８は、表示装置が携帯機器でなければ、設けなくてもよいし、携帯機器であっても、別の位置に設けてもよい。

本実施形態に係る表示装置は、赤色、緑色、青色を有するカラーフィルタを有してよい。カラーフィルタは、当該赤色、緑色、青色がデルタ配列で配置されてよい。

本実施形態に係る表示装置は、携帯端末の表示部に用いられてもよい。その際には、表示機能と操作機能との双方を有してもよい。携帯端末としては、スマートフォン等の携帯電話、タブレット、ヘッドマウントディスプレイ等が挙げられる。

本実施形態に係る表示装置は、複数のレンズを有する光学部と、当該光学部を通過した光を受光する撮像素子とを有する撮像装置の表示部に用いられてよい。撮像装置は、撮像素子が取得した情報を表示する表示部を有してよい。また、表示部は、撮像装置の外部に露出した表示部であっても、ファインダ内に配置された表示部であってもよい。撮像装置は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラであってよい。

図１０（ａ）は、本実施形態に係る撮像装置の一例を表す模式図である。撮像装置１１００は、ビューファインダ１１０１、背面ディスプレイ１１０２、操作部１１０３、筐体１１０４を有してよい。ビューファインダ１１０１は、本実施形態に係る表示装置を有してよい。その場合、表示装置は、撮像する画像のみならず、環境情報、撮像指示等を表示してよい。環境情報には、外光の強度、外光の向き、被写体の動く速度、被写体が遮蔽物に遮蔽される可能性等であってよい。

撮像に好適なタイミングはわずかな時間なので、少しでも早く情報を表示した方がよい。したがって、本発明の有機発光素子を用いた表示装置を用いるのが好ましい。有機発光素子は応答速度が速いからである。有機発光素子を用いた表示装置は、表示速度が求められる、これらの装置、液晶表示装置よりも好適に用いることができる。

撮像装置１１００は、不図示の光学部を有する。光学部は複数のレンズを有し、筐体１１０４内に収容されている撮像素子に結像する。複数のレンズは、その相対位置を調整することで、焦点を調整することができる。この操作を自動で行うこともできる。撮像装置は光電変換装置と呼ばれてもよい。光電変換装置は逐次撮像するのではなく、前画像からの差分を検出する方法、常に記録されている画像から切り出す方法等を撮像の方法として含むことができる。

図１０（ｂ）は、本実施形態に係る電子機器の一例を表す模式図である。電子機器１２００は、表示部１２０１と、操作部１２０２と、筐体１２０３を有する。筐体１２０３には、回路、当該回路を有するプリント基板、バッテリー、通信部、を有してよい。操作部１２０２は、ボタンであってもよいし、タッチパネル方式の反応部であってもよい。操作部は、指紋を認識してロックの解除等を行う、生体認識部であってもよい。通信部を有する電子機器は通信機器ということもできる。電子機器は、レンズと、撮像素子とを備えることでカメラ機能をさらに有してよい。カメラ機能により撮像された画像が表示部に映される。電子機器としては、スマートフォン、ノートパソコン等があげられる。

図１１は、本実施形態に係る表示装置の一例を表す模式図である。図１１（ａ）は、テレビモニタやＰＣモニタ等の表示装置である。表示装置１３００は、額縁１３０１を有し表示部１３０２を有する。表示部１３０２には、本実施形態に係る発光装置が用いられてよい。

額縁１３０１と、表示部１３０２を支える土台１３０３を有している。土台１３０３は、図１１（ａ）の形態に限られない。額縁１３０１の下辺が土台を兼ねてもよい。

また、額縁１３０１および表示部１３０２は、曲がっていてもよい。その曲率半径は、５０００ｍｍ以上６０００ｍｍ以下であってよい。

図１１（ｂ）は本実施形態に係る表示装置の他の例を表す模式図である。図１１（ｂ）の表示装置１３１０は、表示面が折り曲げ可能に構成されており、いわゆるフォルダブルな表示装置である。表示装置１３１０は、第一表示部１３１１、第二表示部１３１２、筐体１３１３、屈曲点１３１４を有する。第一表示部１３１１と第二表示部１３１２とは、本実施形態に係る発光装置を有してよい。第一表示部１３１１と第二表示部１３１２とは、つなぎ目のない１枚の表示装置であってよい。第一表示部１３１１と第二表示部１３１２とは、屈曲点で分けることができる。第一表示部１３１１、第二表示部１３１２は、それぞれ異なる画像を表示してもよいし、第一および第二表示部とで一つの画像を表示してもよい。

図１２（ａ）は、本実施形態に係る照明装置の一例を表す模式図である。照明装置１４００は、筐体１４０１と、表示素子１００を備える光源１４０２と、回路基板１４０３と、光学フィルム１４０４と、光拡散部１４０５と、を有してよい。光源は、本実施形態に係る有機発光素子を有してよい。光学フィルタは光源の演色性を向上させるフィルタであってよい。光拡散部は、ライトアップ等、光源の光を効果的に拡散し、広い範囲に光を届けることができる。光学フィルタ、光拡散部は、照明の光出射側に設けられてよい。必要に応じて、最外部にカバーを設けてもよい。

照明装置は例えば室内を照明する装置である。照明装置は白色、昼白色、その他青から赤のいずれの色を発光するものであってよい。それらを調光する調光回路を有してよい。照明装置は本発明の有機発光素子とそれに接続される電源回路を有してよい。電源回路は、交流電圧を直流電圧に変換する回路である。また、白とは色温度が４２００Ｋで昼白色とは色温度が５０００Ｋである。照明装置はカラーフィルタを有してもよい。

また、本実施形態に係る照明装置は、放熱部を有していてもよい。放熱部は装置内の熱を装置外へ放出するものであり、比熱の高い金属、液体シリコン等が挙げられる。

図１２（ｂ）は、本実施形態に係る移動体の一例である自動車の模式図である。当該自動車は灯具の一例であるテールランプを有する。自動車１５００は、テールランプ１５０１を有し、ブレーキ操作等を行った際に、テールランプを点灯する形態であってよい。

テールランプ１５０１は、本実施形態に係る有機発光素子を有してよい。テールランプは、有機ＥＬ素子を保護する保護部材を有してよい。保護部材はある程度高い強度を有し、透明であれば材料は問わないが、ポリカーボネート等で構成されることが好ましい。ポリカーボネートにフランジカルボン酸誘導体、アクリロニトリル誘導体等を混ぜてよい。

自動車１５００は、車体１５０３、それに取り付けられている窓１５０２を有してよい。窓は、自動車の前後を確認するための窓でなければ、透明なディスプレイであってもよい。当該透明なディスプレイは、本実施形態に係る有機発光素子を有してよい。この場合、有機発光素子が有する電極等の構成材料は透明な部材で構成される。

本実施形態に係る移動体は、船舶、航空機、ドローン等であってよい。移動体は、機体と当該機体に設けられた灯具を有してよい。灯具は、機体の位置を知らせるための発光をしてよい。灯具は本実施形態に係る有機発光素子を有する。

図１３は、本発明の一実施形態に係る発光装置を適用したウェアラブルデバイスの一例であり、眼鏡型の表示装置の模式図である。表示装置は、例えばスマートグラス、ＨＭＤ、スマートコンタクトのようなウェアラブルデバイスとして装着可能なシステムに適用できる。このような適用例に使用される撮像表示装置は、可視光を光電変換可能な撮像装置と、可視光を発光可能な表示装置とを有してよい。

図１３（ａ）は、１つの適用例に係る眼鏡１６００（スマートグラス）を説明する。眼鏡１６００のレンズ１６０１の表面側に、ＣＭＯＳセンサやＳＰＡＤのような撮像装置１６０２が設けられている。また、レンズ１６０１の裏面側には、上述した各実施形態の表示装置が設けられている。

眼鏡１６００は、制御装置１６０３をさらに備える。制御装置１６０３は、撮像装置１６０２と各実施形態に係る表示装置に電力を供給する電源として機能する。また、制御装置１６０３は、撮像装置１６０２と表示装置の動作を制御する。レンズ１６０１には、撮像装置１６０２に光を集光するための光学系が形成されている。

図１３（ｂ）は、１つの適用例に係る眼鏡１６１０（スマートグラス）を説明する。眼鏡１６１０は、制御装置１６１２を有しており、制御装置１６１２に、撮像装置１６０２に相当する撮像装置と、表示装置が搭載される。レンズ１６１１には、制御装置１６１２内の撮像装置と、表示装置からの発光を投影するための光学系が形成されており、レンズ１６１１には画像が投影される。制御装置１６１２は、撮像装置および表示装置に電力を供給する電源として機能するとともに、撮像装置および表示装置の動作を制御する。制御装置は、装着者の視線を検知する視線検知部を有してもよい。視線の検知は赤外線を用いてよい。赤外発光部は、表示画像を注視しているユーザーの眼球に対して、赤外光を発する。発せられた赤外光の眼球からの反射光を、受光素子を有する撮像部が検出することで眼球の撮像画像が得られる。平面視における赤外発光部から表示部への光を低減する低減手段を有することで、画像品位の低下を低減する。

赤外光の撮像により得られた眼球の撮像画像から表示画像に対するユーザーの視線を検出する。眼球の撮像画像を用いた視線検出には任意の公知の手法が適用できる。一例として、角膜での照射光の反射によるプルキニエ像に基づく視線検出方法を用いることができる。

より具体的には、瞳孔角膜反射法に基づく視線検出処理が行われる。瞳孔角膜反射法を用いて、眼球の撮像画像に含まれる瞳孔の像とプルキニエ像とに基づいて、眼球の向き（回転角度）を表す視線ベクトルが算出されることにより、ユーザーの視線が検出される。

本発明の一実施形態に係る表示装置は、受光素子を有する撮像装置を有し、撮像装置からのユーザーの視線情報に基づいて表示装置の表示画像を制御してよい。

具体的には、表示装置は、視線情報に基づいて、ユーザーが注視する第一の視界領域と、第一の視界領域以外の第二の視界領域とを決定される。第一の視界領域、第二の視界領域は、表示装置の制御装置が決定してもよいし、外部の制御装置が決定したものを受信してもよい。表示装置の表示領域において、第一の視界領域の表示解像度を第二の視界領域の表示解像度よりも高く制御してよい。つまり、第二の視界領域の解像度を第一の視界領域よりも低くしてよい。

また、表示領域は、第一の表示領域、第一の表示領域とは異なる第二の表示領域とを有し、視線情報に基づいて、第一の表示領域および第二の表示領域から優先度が高い領域を決定される。第一の視界領域、第二の視界領域は、表示装置の制御装置が決定してもよいし、外部の制御装置が決定したものを受信してもよい。優先度の高い領域の解像度を、優先度が高い領域以外の領域の解像度よりも高く制御してよい。つまり優先度が相対的に低い領域の解像度を低くしてよい。

なお、第一の視界領域や優先度が高い領域の決定には、ＡＩを用いてもよい。ＡＩは、眼球の画像と当該画像の眼球が実際に視ていた方向とを教師データとして、眼球の画像から視線の角度、視線の先の目的物までの距離を推定するよう構成されたモデルであってよい。ＡＩプログラムは、表示装置が有しても、撮像装置が有しても、外部装置が有してもよい。外部装置が有する場合は、通信を介して、表示装置に伝えられる。

視線検知に基づいて表示制御する場合、外部を撮像する撮像装置を更に有するスマートグラスに好ましく適用できる。スマートグラスは、撮像した外部情報をリアルタイムで表示することができる。

以上説明した通り、本実施形態に係る有機発光素子を用いた装置を用いることにより、良好な画質で、長時間表示にも安定な表示が可能になる。

次に、本実施形態の表示素子と光路を折りたたむ接眼光学系とを組み合わせた例について説明する。

図１４は、本実施形態の画像観察装置としてのＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）１０１の構成を示す図である。ＨＭＤ１０１は、観察者の頭部に装着される。符号１０２は観察者の右眼を示し、符号１０３は観察者の左眼を示す。表示レンズ１０４，１０５は右眼用接眼光学系ＯＲ１を構成し、表示レンズ１０６，１０７は左眼用接眼光学系ＯＬ１を構成する。各接眼光学系は、複数（２つ）の表示レンズにより構成された共軸の光学系である。右眼用接眼光学系ＯＲ１の射出瞳ＥＲ１には観察者の右眼１０２が配置され、左眼用接眼光学系ＯＬ１の射出瞳ＥＬ１には観察者の左眼１０３が配置される。

符号１０８は右眼用表示素子を示し、符号１０９は左眼用表示素子を示す。各表示素子１０８，１０９は、平板型の表示素子であり、本実施形態では有機ＥＬ素子を用いている。図１５は、ＨＭＤ１０１とこれに接続されたパーソナルコンピュータ１５０の外観を示す図である。各表示素子は、パーソナルコンピュータ１５０から出力された画像信号に対応する表示画像（原画像）を表示する。ＨＭＤ１０１は画像処理装置を内部に搭載し、スタンドアローンで動作するデバイスであってもよい。

接眼光学系ＯＲ１，ＯＬ１はそれぞれ、表示素子１０８，１０９からの光を射出瞳ＥＲ１，ＥＬ１に導くことで、表示画像の拡大虚像を観察者の右眼１０２と左眼１０３に投影する。これにより、観察者は、表示素子１０８，１０９に表示された表示画像（の虚像）を接眼光学系ＯＲ１，ＯＬ１を通して観察することができる。

本実施形態において、各接眼光学系の焦点距離は１２ｍｍ、水平表示画角は４５°、垂直表示画角は３４°、対角表示画角は５４°である。各接眼光学系における最も射出瞳側の面（後述する偏光分離素子１１４の射出瞳側の面）と各接眼光学系の射出瞳との距離であるアイレリーフＥ１は、１８ｍｍである。

本実施形態における右眼用および左眼用接眼光学系ОＲ１，ＯＬ１は偏光を利用して光路を折り畳む光学系であり、その構成について右眼用接眼光学系ОＲ１を用いて説明する。左眼用接眼光学系ＯＬ１についても同様であるため、説明は省略する。

図１６に示すように、右眼用接眼光学系ОＲ１は、右眼用表示素子１０８から射出瞳ＥＲ１に向かって順に配置された偏光板１１０、第１の位相板１１１、表示レンズ１０５、表示レンズ１０４、第２の位相板１１３および偏光分離素子（以下、ＰＢＳという）１１４を有する。表示レンズ１０４における表示素子側の面には、半透過反射面としてのハーフミラー１１２が形成されている。また第２の位相板１１３とＰＢＳ１１４は、表示レンズ１０４における射出瞳側の面上に積層されるように設けられている。

偏光板１１０、第１の位相板１１１、第２の位相板１１３およびＰＢＳ１１４はいずれも平板状に形成されている。偏光板１１０を透過する第１の直線偏光の偏光方向と第１の位相板１１１の遅相軸とは４５°傾いており、偏光板１１０を透過する第１の直線偏光の偏光方向と第２の位相板１１３の遅相軸とは－４５°（すなわち第１の直線偏光の偏光方向に対して第１の位相板１１１の遅相軸とは反対方向に同角度だけ）傾いている。また偏光板１１０を透過する第１の直線偏光の偏光方向とＰＢＳ１１４を透過する第２の直線偏光の偏光方向とは互いに直交している。

右眼用表示素子１０８から出射した無偏光光は、偏光板１１０を透過して直線偏光となり、第１の位相板１１１を透過して円偏光となって表示レンズ１０５を透過する。さらに円偏光は、ハーフミラー１１２を透過した後、表示レンズ１０４を透過し、第２の位相板１１３を透過して第１の直線偏光になる。この第１の直線偏光は、ＰＢＳ１１４を透過する偏光方向に対して直交する偏光方向を有するため、ＰＢＳ１１４で反射して第２の位相板１１３を透過して円偏光となる。この円偏光は、表示レンズ１０４を透過した後、ハーフミラー１１２で反射し、再度、表示レンズ１０４を透過し、第２の位相板１１３を透過して第２の直線偏光になる。この第２の直線偏光は、ＰＢＳ１１４を透過する偏光方向と一致する偏光方向を有するため、ＰＢＳ１１４を透過して射出瞳ＥＲ１（右眼１０２）に導かれる。左眼用表示素子１０９から出射した光も、同様に左眼用接眼光学系ＯＬ１により射出瞳ＥＬ１（左眼１０３）に導かれる。

このように、各接眼光学系を、偏光を利用して光路を折り畳むように構成することにより、各接眼光学系を光軸方向において薄型化することができ、かつ各接眼光学系の焦点距離を短くして広画角な画像の観察を可能とすることができる。

ＨＭＤは、観察者が頭部に装着するために軽量であることが望ましい。このため、接眼光学系を構成する表示レンズや撮像光学系を構成する撮像レンズは、硝子よりも比重が小さい樹脂により製作することが望ましい。このため、本実施形態でも、表示レンズ１０４～１０７は樹脂レンズとしている。また最も射出瞳側の表示レンズ１０４，１０６を表示素子側に向かって凸面を有する平凸レンズとして、その凸面にハーフミラー１１２を設けることにより、接眼光学系を薄型化しつつ広画角化を実現している。さらに表示レンズ１０４，１０６の凸面を非球面形状とすることにより、収差補正効果を高めている。また、表示レンズ１０５，１０７を樹脂製の両面非球面レンズとして、収差補正効果を高めている。

ただし、表示レンズ１０５，１０７は外径が小さく、重量への影響が小さいため、ガラスレンズとしてもよい。またＨＭＤ１０１の全体の重量が許容範囲であれば、表示レンズ１０４，１０６もガラスレンズとしてもよい。

本実施形態のＨＭＤ１０１では、眼鏡を掛けている観察者でも装着できるように、アイレリーフＥ１は１５ｍｍ以上であることが望ましい。一方、アイレリーフが長すぎると、表示レンズの外形が大きくなりＨＭＤも大型化するため、アイレリーフは２５ｍｍ以下であることが望ましい。すなわち、アイレリーフＥ１は、
１５ｍｍ≦Ｅ１≦２５ｍｍ （７）
なる条件を満足するとよい。

また、本実施形態のＨＭＤ１０１では、図１７に示すように、右眼１０２の眼球（瞳）が右眼用表示素子１０８の表示面の左右の端部を向いている（見ている）状態での右眼用接眼光学系ＯＲ１の射出瞳ＥＲ１’の位置、すなわちアイレリーフＥ１’を、図１４に示すように眼球が表示面の中心部を向いている状態でのアイレリーフＥ１＝１８ｍｍに眼球の回転半径１０ｍｍを加えた２８ｍｍに設定し、射出瞳径を６ｍｍに設定している。左眼用接眼光学系ＯＬ１の射出瞳についても同様である。このように設定することにより、表示面の左右の端部（同様に上下の端部）を観察するために眼球が回転した場合でも、眼球が向いた方向からの光を眼球に入射させることができる。

本実施形態の接眼光学系のようにアイレリーフが長く、焦点距離が短く、かつ薄い接眼光学系においては、表示画角のうち周辺画角において表示素子（表示面）からの光の出射角が大きくなる。表示面からの光の出射角が大きいと、表示輝度や表示色度などの視野角特性が低下して、観察される画像が暗くなったり正しい色の画像を観察できなくなったりする。

右眼用接眼光学系ＯＲ１において、右眼用表示素子（表示面）１０８から出射して接眼光学系ＯＲ１の射出瞳ＥＲ１（ＥＲ１’）の中心を通る光線を主光線とする。このとき、本実施形態では、図１４に示すように眼球が表示面の中心部を向いている場合（以後、正面視状態）の左右方向（水平方向）の最大周辺画角２２．５°の主光線が表示面から出射するときの出射角は、表示素子の右端及び左端でそれぞれ１８°及び－１８°である。一方、図１７に示すように眼球が表示面の水平方向の右方向端部及び左方向端部を向いている場合（以下、それぞれ右端視状態、左端視状態という）の水平方向の最大周辺画角２２．５°の主光線が表示面から出射するときの出射角はそれぞれ３７°及び－３７°である。本実施形態では、正面視状態における垂直方向での最大周辺画角１７°の主光線の表示素子（表示面）１０８からの出射角は１４°であり、眼球が垂直方向の上端部や下端部を向いている場合（以下、上端視状態、下端視状態という）における垂直方向での最大周辺画角１７°の主光線の表示面からの出射角の絶対値は２９°である。ただし、正面視状態、上端視状態及び下端視状態の主光線は、ともに表示素子の外側に倒れた設計となっている。

表示面からの出射角は、表示素子中央では基板８の法線方向（０°）であり、表示画角（表示素子の位置）に対して概ね線形で増加する。また、放射方向は、表示素子の外側へ倒れる方向である。そのため、表示素子のマイクロレンズの配置は、図７に示したように、表示素子の中央でのマイクロレンズのずれ量ΔＭＬを０とし、端部に向かうほどΔＭＬが大きくなる配置が望ましい。つまり、表示素子の水平方向の右方向端部及び左方向端部に向かうほど、マイクロレンズ及びカラーフィルタは発光領域（画素）の位置に対して右側及び左側へのずれ量が大きくなるように配置される。同様に、表示素子の上端部及び下端部に向かうほど、マイクロレンズ及びカラーフィルタは発光領域に対して上側及び下側へのずれ量が大きくなるように配置される。本実施形態では、表示装置の最大画角及び主光線の放射角の関係が、左右方向と上下方向で概ね線形の関係が保たれているため、最大画角である水平端（右端視状態及び左端視状態）の視野角特性を最適化するように、マイクロレンズ及びカラーフィルタのずれ量を決定すれば、上下端の視野角特性も概ね最適な値をとる。以後、本実施形態の検討結果では、表示素子の水平端位置における右端視状態の特性について説明する。

次に、本実施形態の接眼光学系ＯＲ１，ＯＬ１における不要光としてのゴースト光の発生について、図１６を用いて説明する。ここでも、右眼用接眼光学系ＯＲ１を用いて説明するが、左眼用接眼光学系ＯＬ１についても同様である。

本実施形態のように偏光を利用した接眼光学系ＯＲ１では、表示レンズ１０４，１０５内での複屈折や偏光板１１０、位相板１１１，１１３およびＰＢＳ１１４の偏光特性により、表示素子１０８から出射した光が、図１４や図１７に示す正規の光路ではなく、図１８に示すように、ＰＢＳ１１４で反射することなくそのまま観察者の右眼１０２に導かれることがある。この光がゴースト光となる。このゴースト光は、第１の位相板１１１を透過した円偏光の光が表示レンズ１０５，１０４内の複屈折によって楕円偏光になり、第２の位相板１１３を透過した後の直線偏光の偏光方向が本来の方向に対して傾き、ＰＢＳ１１４を透過して右眼１０２に導かれることで発生する。また、表示レンズ１０４，１０５内の複屈折がなくても、偏光板１１０、位相板１１１，１１３およびＰＢＳ１１４の偏光特性が正確でないとゴースト光が発生する。

図１８に示したゴースト光では、正面視状態における水平方向の最大周辺画角２２．５°の主光線の表示素子（表示面）１０８からの出射角は１１°であり、図１４および図１７に示した正規の主光線の出射角とは、表示面の法線に対して反対側に傾いている。このため、上述したように正規の主光線の出射角に合わせて発光素子のマイクロレンズをずらすことにより、視野角特性を改善できるだけでなく、表示素子の端部を含む周辺部からのゴースト光の明るさを低減することができる。

レンズ内の複屈折は、一般に、レンズの中心部から周辺部にかけて大きくなるため、レンズ内の複屈折によるゴースト光の強度も中心部から周辺部にかけて大きくなる。このため、レンズの周辺部を通過するゴースト光を低減するために、表示面の周辺部からの光の明るさを下げることが効果的である。本実施形態においては、表示素子の端部において正面視状態の正規光の主光線角をθｍとし、ゴースト光の放射角をθgとするとき、接眼光学系が下記式（８）を満たすことが望ましい。

｜θｍ － θg | ≧１５° …（８）
次に、本実施形態の表示素子と接眼光学系を組み合わせることで得られる効果について説明する。本実施形態では、図３（ｂ）で示した白色発光する有機機ＥＬ素子を用い、マイクロレンズ１５と発光領域１７との間にカラーフィルタ２０を配置した構成で検討を行った。表１は、画素間ピッチＤで規格化されたマイクロレンズの高さｈ／Ｄ、半径ｒ／Ｄ及びカラーフィルタ上面の高さＬ２／Ｄの値を示している。

図１９は、比較例１と実施例１での相対輝度ΔＬの放射角依存性を示している。比較例１はマイクロレンズのずれ量が０の構成である。実施例１は、マイクロレンズをずらした構成であり、開口率、φ１（角度φ１）、φ２（角度φ２）、Ａの値は表２に示した通りである。横軸の放射角は、表示素子１０８の表示面に立てた法線が延びる方向を０°の方向とし、右眼１０２で見て右側を正とし、左側を負としている。また、縦軸は、比較例１の０°の放射光強度を１とした相対輝度である。図１９の比較例の結果を見ると、０°をピークとして放射角が大きくなるほど発光強度は低下し、右端視状態の正規光の放射角３７°において、０．３まで低下する。一方、正面視状態のゴースト光の放射角－１１°においては、発光強度は０．９と高い。このように、ゴーストとなる方向の発光強度が正規光の発光強度に比べて大きくなる。これは、図４Ｂで示したように、マイクロレンズのずれ量ΔＭＬが０であると、基板８の法線方向に光が集光され、広角側への放射光が減るため、正規光の発光強度に比べゴースト光の発光強度が大きくなるからである。一般的に、有限の発光面積から放射される光は、放射角が大きくなるほど発光強度が低下する。そのため、図４Ａで示したマイクロレンズがない構成でも、同様に正規光の発光強度に比べゴースト光の発光強度は大きくなる。

一方、実施例１の結果を見ると、正規光の放射方向に対する放射角が大きくなるほど発光強度が増加し、右端視状態の正規光の放射角３７°において、０．８５まで増加する。一方、正面視状態のゴースト光の放射角－１１°においては、０．３２と著しく低下する。このように、正規光の発光強度をゴーストとなる方向の発光強度よりも大きくすることができる。正規光の発光強度の増加は、図４Ｃで示したように、面２８に入射された光２７が屈折することに起因している。また、ゴースト光の発光強度の低下は、図４Ｃで示したように、隣接発光素子のマイクロレンズの面２９で発生する全反射もしくは広角側への屈折に起因している。ここで示した実施例１のφ１は１６．７であり、マイクロレンズのずれ量の条件である式（５）を満たす。このように、図１４で示した偏光光学系に、式（５）を満たすようにマイクロレンズをずらして配した表示素子を組み合わせることにより、正規光の発光強度ΔＬを増加させ、同時にゴースト光を抑制することが可能となる。

次に、発光素子の開口率の効果について説明する。表３は、開口率を変えた例として実施例１、実施例２、実施例３の正規光とゴースト光の発光強度ΔＬを示している。開口率４０％における正規光が０．８２であるのに対して、開口率３０％では０．８５、開口率２０％では０．９１となった。このように開口率を小さくすることで、正規光の発光強度が増加する。これは、図５Ａに示したように、発光領域１７の面積に対する領域Ｘの割合が大きくなることに起因している。つまり、発光領域で放射される光が高効率で正規光方向に放射されていることを示している。一方、ゴースト光の発光強度に関しては、開口率４０％で０．４０であるのに対して、開口率３０％で０．３２、開口率２０％で０．２２となった。このように開口率を小さくすることで、ゴースト光の発光強度が低下する。このゴースト光の発光強度低下は、図５Ｂで示したゴースト光の放射領域Ｙ１及びＹ２の和と発光領域１７との重なりが小さくなることに起因している。つまり、図１４で示した偏光光学系において、式（５）を満たす条件で、開口率を小さくすることで、より正規光を増加させ、ゴースト光を小さくすることができる。

次に、表４に基づいて、カラーフィルタのずれ量ΔＣＦの効果について説明する。表４は、φ１を固定して、φ２を変えた場合（Ａを変えた場合）における正規光の色ずれΔＥ及びゴースト光の発光強度ΔＬを示している。また、表４には比較例１を参考値として示した。

色ずれΔＥの定義は、下記式（９）で示され、ａ＊ｂ＊空間における色相の変化である。ここで基準となるａ０及びｂ０は、比較例１の０°での値である。

ΔＥ＝√((ａ－ａ０)²＋(ｂ－ｂ０)²) …（９）
Ａ＝０．８４における正規光の色ずれΔＥは２０であるのに対して、Ａ＝０．４３では１８、Ａ＝０（カラーフィルタずらしなし）では１７となった。つまり、カラーフィルタのずれ量を小さくすることで、正規光の色ずれΔＥが小さくなった。この色ずれの低下は、図６Ｂで示した、広角側へ放射される光３３が隣接カラーフィルタで遮られることに起因している。一方、ゴースト光は、Ａ＝０．８４で０．３２、Ａ＝０．４３で０．３２、Ａ＝０で０．３１というように、カラーフィルタのずれ量によらないことが分かった。つまり、これは、ゴースト光の発光強度を増加させることなしに、正規光の色ずれΔＥを抑制できることを示している。Ａ＝０．８５以下にすれば、マイクロレンズのずれ量が０の場合に比べ、正規光の色ずれΔＥを小さくすることができる。つまり、式（５）を満たす条件に加え、式（６）を満たすことで、図１４に示した偏光光学系において、正規光の発光強度を確保できることとゴースト光を抑制できることに加え、色ずれΔＥを小さくすること可能となる。

以上、図１４に示した偏光光学系における効果について説明した。今回の検討結果は、表示素子の右端部における右端視状態の主光線の角度に対する検討結果である。ただし、最大表示画角が６０°以下である場合には、観察者は正面視状態において画像の周辺部も認識できるため、式（５）及び式（６）を満たす範囲で、正面視状態を想定してマイクロレンズ及びカラーフィルタのずれ量を決めてもよい。

このように、本実施形態では、画素に対してマイクロレンズをずらすことにより、観察される画像の周辺部での輝度や色ずれといった視野角特性を改善しつつ、ゴースト光を低減することができる。

ところで、レンズ内の複屈折は、レンズを樹脂材料の金型成形により製造した際に発生し易く、レンズの偏肉比が大きいほど金型成形後の冷却時にレンズの薄い部分と厚い部分との冷え方の差が大きくなることで複屈折が大きくなる。

本実施形態のように広画角で薄型の接眼光学系ＯＲ１では、最も光学パワーが大きい反射面（ハーフミラー１１２）を有する表示レンズ１０４の偏肉比が大きくなる。表示レンズ１０４の光学有効領域における偏肉比は２．０であり、偏肉比は１．５以上、４以下であることが望ましい。偏肉比が１．５未満である場合には、表示レンズ１０４の光学パワーが小さくなり表示レンズ１０４の曲率半径が大きくなるか厚みが大きくなる。表示レンズ１０４の光学パワーが小さくなると広画角化を実現できなくなったり、光学パワーが大きいレンズを追加する必要が生じて接眼光学系ＯＲ１の薄型化が不可能となったりする。また表示レンズ１０４の厚みが大きくなると、接眼光学系ＯＲ１の薄型化を実現できない。一方、偏肉比が４より大きい場合には、表示レンズ１０４の複屈折が大きくなり過ぎて、ゴースト光の強度が増す。なお、接眼光学系における正規光の光路とゴースト光の光路は、接眼光学系の内部での反射回数が異なる。

接眼光学系ＯＲ１の厚さＬ１を、ＰＢＳ１１４における射出瞳側の面から表示素子１０８までの距離とすると、厚さＬ１は１３ｍｍであり、厚さＬ１とアイレリーフＥ１＝１８ｍｍとの比Ｌ１／Ｅ１は０．７２である。この値はアイレリーフの適切な長さと接眼光学系の薄型化とを両立するために、
０．６０≦Ｌ１／Ｅ１≦１．００ …（１０）
なる条件を満足することが望ましい。Ｌ１／Ｅ１が０．６０より小さいと、アイレリーフが長くなりすぎて表示レンズの外径が大きくなり、ＨＭＤ１０１も大型化するので、好ましくない。しかも、外径が大きいほど表示レンズ１０４の複屈折が大きくなるため、ゴースト光の強度が増す。一方、Ｌ１／Ｅ１が１．００より大きいと、接眼光学系が厚くなってＨＭＤ１０１が大型化するとともに、アイレリーフが短すぎて観察者に圧迫感を与えたり眼鏡を掛けている観察者が装着できなくなったりするため、好ましくない。

また本実施形態において、接眼光学系ＯＲ１の最大対角半画角θ１は２７°である。このとき、Ｅ１×ｔａｎθ１＝９．２ｍｍである。この値はアイレリーフの適切な長さと接眼光学系の広画角化を両立するために、
８ｍｍ≦Ｅ１×ｔａｎθ１≦２０ｍｍ …（１１）
なる条件を満足することが望ましい。Ｅ１×ｔａｎθ１が８ｍｍより小さいと、アイレリーフが短すぎて観察者に圧迫感を与えたり眼鏡を掛けている観察者が装着できなくなったりするため、好ましくない。また接眼光学系の表示画角が狭すぎて、臨場感のある自然な画像の観察ができない。一方、Ｅ１×ｔａｎθ１が２０ｍｍより大きいと、アイレリーフが長くなりすぎて表示レンズ１０４の外径が大きくなり、ＨＭＤ１０１も大型化するので、好ましくない。しかも、外径が大きいほど表示レンズ１０４の複屈折が大きくなるため、ゴースト光の強度が増す。さらに、表示画角が広くなりすぎて、周辺画角での主光線の表示面からの出射角が大きくなり、視野角特性が悪化する。

また、外光によるゴースト光を低減して観察する画像のコントラストを高めるために、ＰＢＳ１１４と各接眼光学系の射出瞳との間に偏光板を配置してもよい。

さらに本実施形態では、図１６に示すように、第２の位相板１１３とＰＢＳ１１４が積層されるように形成された表示レンズ１０４の射出瞳側の面を平面としている。これはアイレリーフを長くすることと、接眼光学系を薄型化することを両立するためである。この面が射出瞳に向かって凹形状を有すると、その周辺部でのアイレリーフを確保するために表示レンズ１０４が厚くなる。また、この面が射出瞳に向かって凸形状を有すると、表示レンズ１０４のレンズ周辺部の厚さを確保するためにレンズが厚くなる。

本実施形態の第１及び第２の位相板１１１，１１３は位相差がλ／４の波長板であるが、レンズ１０４とレンズ１０５の複屈折をキャンセルするように、位相差をλ／４からずらしてもよい。そのとき、レンズ１０４と位相板１１３の位相差の和が３λ／２０以上かつ７λ／２０以下であることが望ましい。また、レンズ１０５と第１の位相板１１１の位相差の和が３λ／２０以上かつ７λ／２０以下であることが望ましい。この範囲を外れるとゴースト光の強度が増えてしまい、自然な観察ができなくなる。本実施形態で説明した式（５）～式（７）、式（１０）及び式（１１）で示した条件については、後述する実施形態２においても同様である。

また、第１の位相板１１１とハーフミラー１１２の間に、第２のハーフミラー、第３の位相板、第２のＰＢＳ、第４の位相板を少なくとも一つ以上さらに配置してもよい。第２のハーフミラーを配置する場合、表示素子側に向かって凸面を追加で形成し、その凸面に第２ハーフミラーを設けてもよい。

また、第３の位相板もしくは第４の位相板は電気信号により可変位相板として使用してよい。例えばオンの場合ハーフミラー１１２で正規光が反射する偏光状態にし、オフの場合第２のハーフミラーで正規光が反射する偏光状態となるように位相板の位相差を切り替えてもよい。また、これらの切り替えにより、中心視野用の高解像映像と周辺視野用の低解像映像を時分割で多重化させる foveated display として使用してもよい。
また、ハーフミラー１１２とＰＢＳ１１４の内側もしくは外側に可変焦点レンズを配置してもよい。可変焦点レンズは、ガラスレンズ、ポリマーレンズ、液晶レンズでもよく、それらの組み合わせでもよい。また、液晶レンズは、segmented parabolic phase 形状を有するフレネル液晶レンズや、Pancharatnum-Berry Phase レンズでもよく、それらの組み合わせを用いてもよい。Pancharatnum-Berry Phase レンズは複数枚積層してもよい。また、Pancharatnum-Berry Phase レンズに電気信号でオンオフを切り替え可能な位相板を追加で配置してもよく、Pancharatnum-Berry Phase レンズと位相板を交互に複数枚積層してもよい。

本実施形態で説明した好ましいレンズの材料や形状等についても、実施形態２において同様である。

（実施形態２）
図２０は、本発明の実施形態２に係るＨＭＤ２０１の構成を示している。符号２０２は観察者の右眼を示し、符号２０３は観察者の左眼を示している。表示レンズ２０４，２０５は右眼用接眼光学系ＯＲ２を構成し、表示レンズ２０６，２０７は左眼用接眼光学系ＯＬ２を構成する。各接眼光学系は、２つの表示レンズにより構成された共軸の光学系である。右眼用接眼光学系ＯＲ２の射出瞳ＥＲ２には観察者の右眼２０２が配置され、左眼用接眼光学系ＯＬ２の射出瞳ＥＬ２には観察者の左眼２０３が配置される。

符号２０８は右眼用表示素子を示し、符号２０９は左眼用表示素子を示している。各表示素子は、平板型の表示素子であり、本実施形態では有機ＥＬディスプレイパネルを用いている。

接眼光学系ＯＲ２，ＯＬ２はそれぞれ、表示素子２０８，２０９からの光を射出瞳ＥＲ２，ＥＬ２に導くことで、表示素子２０８，２０９に表示された表示画像（原画像）の拡大虚像を観察者の右眼２０２と左眼２０３に投影する。これにより、観察者は、表示素子２０８，２０９に表示された表示画像（の虚像）を接眼光学系ＯＲ２，ＯＬ２を通して観察することができる。

本実施形態において、各接眼光学系の焦点距離は１３ｍｍ、水平表示画角は６０°、垂直表示画角は６０°、対角表示画角は７８°である。各接眼光学系における最も射出瞳側の面（後述する偏光分離素子２１４の射出瞳側の面）と各接眼光学系の射出瞳との距離であるアイレリーフＥ２は、２０ｍｍである。

本実施形態における右眼用および左眼用接眼光学系ОＲ２，ＯＬ２も、実施形態１と同様に、偏光を利用して光路を折り畳む光学系であり、その構成について右眼用接眼光学系ОＲ２を用いて説明する。図２１に示すように、右眼用接眼光学系ОＲ２は、右眼用表示素子２０８から射出瞳ＥＲ２に向かって順に配置された偏光板２１０、第１の位相板２１１、表示レンズ２０５、表示レンズ２０４、第２の位相板２１３およびＰＢＳ２１４を有する。表示レンズ２０４における表示素子側の面には、半透過反射面としてのハーフミラー２１２が蒸着により形成されている。また第２の位相板２１３とＰＢＳ２１４は、表示レンズ２０４における射出瞳側の面上に積層されるように設けられている。

偏光板２１０、第１の位相板２１１、第２の位相板２１３、ＰＢＳ２１４はいずれも平板状に形成されている。偏光板２１０を透過する第１の直線偏光の偏光方向と第１の位相板２１１の遅相軸とは４５°傾いており、偏光板２１０を透過する第１の直線偏光の偏光方向と第２の位相板２１３の遅相軸とは－４５°傾いている。また偏光板２１０を透過する第１の直線偏光の偏光方向とＰＢＳ２１４を透過する第２の直線偏光の偏光方向とは互いに直交している。

右眼用表示素子２０８から出射した無偏光光は、偏光板２１０を透過して直線偏光となり、第１の位相板２１１を透過して円偏光となって表示レンズ２０５を透過する。さらに円偏光は、ハーフミラー２１２を透過した後、表示レンズ２０４を透過し、第２の位相板２１３を透過して第１の直線偏光になる。この第１の直線偏光は、ＰＢＳ２１４を透過する偏光方向に対して直交する偏光方向を有するため、ＰＢＳ２１４で反射されて第２の位相板２１３を透過して円偏光となる。この円偏光は、表示レンズ２０４を透過した後、ハーフミラー２１２で反射され、再度、表示レンズ２０４を透過し、第２の位相板２１３を透過して第２の直線偏光になる。この第２の直線偏光は、ＰＢＳ２１４を透過する偏光方向と一致する偏光方向を有するため、ＰＢＳ２１４を透過して射出瞳ＥＲ２（右眼２０２）に導かれる。左眼用表示素子２０９から出射した光も、同様に左眼用接眼光学系ＯＬ２により射出瞳ＥＬ２（左眼２０３）に導かれる。

本実施形態でも、実施形態１と同様に、各接眼光学系を、偏光を利用して光路を折り畳むように構成することで、各接眼光学系を薄型化することができ、かつ各接眼光学系の焦点距離を短くして広画角な画像の観察を可能とすることができる。

本実施形態では、各接眼光学系において２つの表示レンズを接合して、その光軸方向の厚さを１３．５ｍｍと薄型化している。そして、前述したように接眼光学系のアイレリーフＥ２として２０ｍｍを確保している。２つの表示レンズを接合レンズとすることで、ＨＭＤ２０１の本体によって表示レンズを保持しやすくしている。

本実施形態でも、表示レンズ２０４～２０７は樹脂レンズであり、さらに表示レンズ２０４～２０７を非球面レンズとして収差補正効果を高めている。

また、表示レンズ２０４，２０５を接合レンズとしているため、ハーフミラー２１２を表示レンズ２０５の射出瞳側の面に設けてもよい。この場合でも、ハーフミラーが設けられた面は表示素子２０８に向かって凸面である。

また、本実施形態のＨＭＤ２０１では、図２２に示すように、右眼２０２の眼球（瞳）が表示素子２０８の表示面の左右の端部を向いている（見ている）状態での右眼用接眼光学系ＯＲ２の射出瞳ＥＲ２’の位置、すなわちアイレリーフＥ２’を、図２０に示すように眼球が表示面の中心部を向いている状態でのアイレリーフＥ２＝２０ｍｍに眼球の回転半径１０ｍｍを加えた３０ｍｍに設定し、射出瞳径を６ｍｍに設定している。左眼用接眼光学系ＯＬ２の射出瞳についても同様である。このように設定することで、表示面の左右の端部（同様に上下の端部）を観察するために眼球が回転した場合でも、眼球が向いた方向からの光を眼球に入射させることができる。

右眼用接眼光学系ＯＲ２において、右眼用表示素子（表示面）２０８から出射して接眼光学系ＯＲ２の射出瞳ＥＲ２（ＥＲ２’）の中心を通る光線を主光線とする。このとき、本実施形態では、図２０に示すように正面視状態の左右方向（水平方向）の最大周辺画角３０°の主光線が表示面から出射するときの出射角は、表示素子の右端及び左端でそれぞれ２３°及び－２３°である。一方、図２２に示すように右端視状態及び左端視状態の水平方向の最大周辺画角３０°の主光線が表示面から出射するときの出射角はそれぞれ４７°及び－４７°である。本実施形態では、正面視状態における垂直方向での最大周辺画角３０°の主光線の表示素子（表示面）２０８からの出射角は２３°であり、上端視状態及び下端視状態における垂直方向での最大周辺画角３０°の主光線の表示面からの出射角の絶対値は４７°である。ただし、正面視状態、上端視状態、及び下端視状態の主光線は、ともに表示素子の外側に倒れた設計となっている。つまり、本実施形態は式（８）を満たしている。

表示面からの出射角は、表示素子の中央では基板法線方向（０°）であり、表示画角に対して概ね線形で増加する。また、放射方向は、表示素２０８の外側へ倒れる方向である。そのため、本実施形態の表示素子のマイクロレンズの配置は、図７に示したように、表示素子の中央でのマイクロレンズのずれ量ΔＭＬを０とし、端部に向かうほどΔＭＬが大きくなる配置が望ましい。つまり、表示素子の水平方向の右方向端部及び左方向端部に向かうほど、マイクロレンズ及びカラーフィルタは発光領域（画素）の位置に対して右側及び左側へずれ量が大きくなるように配置される。同様に、表示素子の上端部及び下端部に向かうほど、マイクロレンズ及びカラーフィルタは発光領域に対して上側及び下側へのずれ量が大きくなるように配置される。本実施形態では、表示装置の最大画角及び主光線の放射角の関係が、左右方向と上下方向で概ね線形の関係に保たれているため、最大画角である水平端（右端視状態及び左端視状態）の視野角特性を最適化するように、マイクロレンズ及びカラーフィルタのずれ量を決定すれば、上下端の視野角特性も概ね最適な値をとる。以後、本実施形態の検討結果では、表示素子の水平端位置における右端視状態の特性について説明を行う。

本実施形態の接眼光学系ＯＲ２，ＯＬ２においても、実施形態１と同様の理由によってゴースト光が発生する。図２３に示すように、正面視状態における水平方向の最大周辺画角３０°の主光線の表示素子（表示面）２０８からの出射角は１５°であり、図２０および図２２に示した正規の主光線の出射角とは、表示面の法線に対して反対側に傾いている。このため、上述したように正規の主光線の出射角に合わせて発光素子に対してマイクロレンズをずらすことにより、視野角特性を改善するだけでなく、表示面の端部を含む周辺部からのゴースト光の明るさを低減することができる。

次に、本実施形態の表示素子と接眼光学系を組み合わせることで得られる効果について説明する。上述したように、表示素子の水平端位置における右端視状態の特性について説明する。本検討では、実施形態１と同様に、図３（ｂ）で示した白色発光する有機機ＥＬ素子を用いて、マイクロレンズ１５と発光領域１７との間にカラーフィルタ２０を配置した構成を用いた。画素間ピッチＤで規格化されたマイクロレンズの高さｈ／Ｄ、半径ｒ／Ｄ、カラーフィルタ上面の高さＬ２／Ｄは実施形態１と同様である。

表５は、比較例１と実施例６との相対輝度ΔＬの放射角依存性を示している。比較例１は、マイクロレンズのずれ量が０の構成である。実施例６は、マイクロレンズをずらした構成であり、開口率、φ１、φ２、Ａの値は表５に示した通りである。表５の値と実施例１の結果を示す図１９を参照すると、比較例１では、０°をピークとして放射角が大きくなるほど発光強度は低下し、右端視状態の正規光の放射角４７°において、０．０９まで低下する。一方、正面視状態のゴースト光の放射角－１５°においては、０．８２と発光強度が高い。このように、ゴーストとなる方向の発光強度が正規光の発光強度に比べ大きくなる。

これは、図４Ｂで示したように、マイクロレンズのずれ量ΔＭＬが０であると、基板８の法線方向に光が集光され、広角側への放射光が減るため、正規光の発光強度に比べゴースト光の発光強度が大きくなるからである。一般的に、有限の発光面積から放射される光は、放射角が大きくなるほど発光強度が低下する。そのため、図４Ａで示したマイクロレンズがない構成でも、同様に正規光の発光強度に比べゴースト光の発光強度は大きくなる。

一方、実施例６の結果を見ると、正規光の放射方向になるほど発光強度が増加し、右端視状態の正規光の放射角４７°において、０．６５まで増加する。一方、正面視状態のゴースト光の放射角－１５°においては、０．２３と著しく低下する。このように、正規光の発光強度をゴーストとなる方向の発光強度よりも大きくすることができる。正規光の発光強度の増加は、図４Ｃで示したように、面２８に入射された光２７が屈折することに起因している。また、ゴースト光の発光強度の低下は、図４Ｃで示したように、隣接発光素子のマイクロレンズの面２９で発生する全反射もしくは広角側への屈折に起因している。ここで示した実施例６のφ１は１６．７であり、マイクロレンズのずれ量の条件である式（５）を満たす。このように、図２０で示した偏光光学系に、式（５）を満たすようにマイクロレンズをずらして配置した表示素子を組み合わせることにより、正規光の発光強度ΔＬを増加させ、同時にゴースト光を抑制することが可能となる。

次に、発光素子の開口率の効果について説明する。表６は、開口率を変えた例として実施例６～８の正規光とゴースト光の発光強度ΔＬを示している。開口率４０％における正規光が０．７１であるのに対して、開口率３０％では０．７５、開口率２０％では０．９４となった。このように開口率を小さくすることにより、正規光の発光強度が増加する。これは、図５Ａに示したように、発光領域１７の面積に対する領域Ｘの割合が大きくなることに起因している。つまり、発光領域１７で放射される光が高効率で正規光方向に放射されていることを示している。一方、ゴースト光の発光強度に関しては、開口率４０％で０．３０であるのに対して、開口率３０％で０．２７、開口率２０％で０．１７となった。このように開口率を小さくすることで、ゴースト光の発光強度が低下することが分かった。このゴースト光の発光強度低下は、図５Ｂで示したゴースト光の放射領域Ｙ１及びＹ２の和と発光領域１７との重なりが小さくなることに起因している。つまり、図２０～図２２で示した偏光光学系において、式（５）を満たす条件で、開口率を小さくすることで、より正規光を増加させ、ゴースト光を少なくすることができる。なお、正規光を増加させ、ゴースト光を少なくするためには、開口率を５２％以下にすることが望ましい。

次に、表７は、カラーフィルタのずれ量ΔＣＦの効果について示している。表７では、φ１を固定して、φ２を変えた場合（Ａを変えた場合）における正規光の色ずれΔＥ及びゴースト光の発光強度ΔＬを示している。また、表７では、比較例１を参考値として示した。

Ａ＝０．６４における正規光の色ずれΔＥは３１であるのに対して、Ａ＝０．３３では２８、Ａ＝０（カラーフィルタずらしなし）では２５となった。つまり、カラーフィルタのずれ量を小さくすることで、正規光の色ずれΔＥが小さくなった。また、実施例６、９、１０は式（６）を満たすため、比較例１よりも色ズレΔＥが小さい。この色ずれの低下は、図６Ｂで示した、広角側へ放射される光３３が隣接カラーフィルタで遮られることに起因している。一方、ゴースト光は、Ａ＝０．６４で０．２３、Ａ＝０．２８で０．２８、Ａ＝０で０．２４というように、カラーフィルタのずれ量によらないことが分かった。つまり、ゴースト光の発光強度を増加させることなしに、正規光の色ずれΔＥを抑制できることを示している。Ａ＝０．８５以下にすれば、マイクロレンズのずれ量が０の場合に比べ、正規光の色ずれΔＥを小さくすることができる。つまり、式（５）を満たす条件に加え、式（６）を満たすことで、図２０で示した偏光光学系において、正規光の発光強度の増加及びゴースト光の抑制と同時に色ずれΔＥを小さくすること可能となる。

最大表示画角が６０°より大きい場合には、画角が広いために観察者は正面視状態において画像の周辺部を認識しにくい。このため、正面視状態ではなく、画像の周辺部を見ている状態において、その見ている方向の主光線の表示面からの出射角を想定してカラーフィルタのずれ量を決めることが好ましい。ただし、レンズ設計によっては表示素子の端部では光がけられることもあるため、必ずしも端部に合わせる必要はない。

本実施形態でも、右眼用接眼光学系ＯＲ２は広画角で薄型であるため、最も光学パワーが大きい反射面（ハーフミラー２１２）を有する表示レンズ２０４の偏肉比が大きくなる。表示レンズ２０４，２０５を接合しているため、表示レンズ２０５における表示レンズ２０４との接合面の曲率半径が短く、表示レンズ２０５の偏肉比も大きくなる。本実施形態では、表示レンズ２０４の光学有効領域における偏肉比は３．６であり、表示レンズ２０５の光学有効領域における偏肉比は２．８である。実施形態１でも説明したように、これらの偏肉比は１．５以上、４以下であることが望ましい。

また、右眼用接眼光学系ＯＲ２の厚さＬ２をＰＢＳ２１４の観察者の右眼２０２側の面から右眼用表示素子２０８までの距離とすると、厚さＬ２は１３．５ｍｍであり、厚さＬ２とアイレリーフＥ２の比、Ｌ２／Ｅ２は０．６８である。この値はアイレリーフの適切な長さと接眼光学系の薄型化を両立するために０．６以上１以下であることが望ましい。

本実施形態において、右眼用接眼光学系ＯＲ２のアイレリーフＥ２は２０ｍｍであり、最大対角半画角θ２は３９°である。このとき、Ｅ２×ｔａｎθ２＝１６．２ｍｍであり、式（１１）の条件を満足している。上記偏肉比、Ｌ２／Ｅ２およびＥ２×ｔａｎθ２については左眼用接眼光学系ＯＬ２についても同じである。

また、本実施形態でも、外光によるゴースト光を低減して観察する画像のコントラストを高めるために、ＰＢＳ２１４と各接眼光学系の射出瞳との間に偏光板を配置してもよい。

（実施形態３）
次に、実施形態３に係るＨＭＤ３０１の構成について説明する。図２４は、ＨＭＤ３０１の接眼光学系を示す図である。図中、符号３０２は観察者の右眼、符号３０３は観察者の左眼、符号３０４は右眼用接眼光学系、符号３０５は左眼用接眼光学系、符号３０６は右眼用画像表示素子、符号３０７は左眼用画像表示素子をそれぞれ示している。

右眼用接眼光学系３０４は、右眼用画像表示素子３０６に表示された原画像を拡大投影して観察者の右眼３０２に導き、左眼用接眼光学系３０５は、左眼用画像表示素子３０７に表示された原画像を拡大投影して観察者の左眼３０３に導く。右眼用接眼光学系３０４と左眼用接眼光学系３０５の水平表示画角は４０°、垂直表示画角は３０°、対角表示画角は５０°である。

本実施形態の接眼光学系は、図２５に示したように、偏心反射面を用いて光路を折りたたむことによって、光学系の厚さを薄型化している。右眼用接眼光学系３０４は、屈折率が１より大きいガラスやプラスチック等の光学媒質で満たされた透明体により構成される。左眼用接眼光学系も同様である。

右眼用画像表示素子３０６からの光線は右眼用接眼光学系３０４内で２回反射し、右眼３０２に導かれる。なお、右眼用接眼光学系３０４内の眼球への出射面は反射作用と透過作用を持つ光学面であるため、反射は光量のロスをなくすために内部全反射であることが望ましい。また、右眼用接眼光学系３０４を構成する面を自由曲面形状とすることで、偏心収差補正の自由度が増し、良好な画質での画像表示が可能となる。左眼用接眼光学系３０５についても同様である。

本実施形態の接眼光学系も実施形態１、実施形態２と同様に、周辺画角の画像表示素子からの出射角が大きく、周辺部では視野角特性が悪化して輝度が低下したり、正しい色の画像を観察できなくなるなどの懸念がある。

本実施形態の接眼光学系では、図２４に示すように観察者が正面を見ている場合の水平方向の最大周辺画角２０°の主光線の画像表示素子からの出射角は２０°である。また、図２４に示すように、観察者が水平方向の端を見ている場合の水平方向の最大周辺画角２０°の主光線の画像表示素子からの出射角は３０°である。ここで、主光線は接眼光学系の射出瞳の中心を通る光線である。ここまで水平方向の左端と右端に関して説明したが、垂直方向の上端と下端についても同様である。本実施形態の接眼光学系では、図２５のように観察者が正面を見ている場合の垂直方向の最大周辺画角１５°の主光線の画像表示素子からの出射角は１５°である。また、図２６のように、観察者が垂直方向の端を見ている場合の垂直方向の最大周辺画角１５°の主光線の画像表示素子からの出射角は２２．５°である。ただし、正面視状態、右端視状態、左端視状態、上端視状態、下端視状態の主光線はともに表示素子の外側に倒れた設計となっている。表示面からの出射角は、表示素子の中央では基板８の法線方向（０°）であり、表示画角に対して概ね線形で増加する。

また、放射方向は、表示素子の外側へ倒れる方向である。そのため、本実施形態の表示素子のマイクロレンズの配置は、図７に示したように、表示素子の中央でのマイクロレンズのずれ量ΔＭＬを０とし、端部に向かうほどΔＭＬが大きくなる配置が望ましい。つまり、表示素子の水平方向の右方向端部及び左方向端部に向かうほど、マイクロレンズ及びカラーフィルタは発光領域（画素）の位置に対して右側及び左側へずれ量が大きくなるように配置される。同様に、表示素子の上端部及び下端部に向かうほど、マイクロレンズ及びカラーフィルタは発光領域に対して上側及び下側へずれ量が大きくなるように配置される。本実施形態では、表示装置の最大画角及び主光線の放射角の関係が、左右方向と上下方向で概ね線形の関係が保たれているため、ゴーストが発生する方向、つまり上端視状態及び下端子状態の視野角特性を最適化するように、マイクロレンズ及びカラーフィルタのずれ量を決定すれば、水平端の視野角特性も概ね最適な値をとる。以後、本実施形態の検討結果では、表示素子の垂直方向における下端視状態の特性について説明を行う。

本実施形態の接眼光学系の場合、図２７のような光路のゴースト光が発生する。画像表示素子の上端からのゴースト光の光路を図２７（ａ）に、画像表示素子の下端からのゴースト光の光路を図２７（ｂ）に示す。図２７（ａ）に示すゴースト光の光路において、観察者が正面を見ている場合の画像表示素子３０６の上端からの主光線の出射角θ３は－２８°である。また、図２７（ｂ）のゴース光のト光路において、観察者が正面を見ている場合の画像表示素子の下端からの主光線の出射角θ３は－３４°である。つまり、本実施形態は式（８）を満たしている。

次に、本実施形態の表示素子と接眼光学系を組み合わせることで得られる効果について説明する。上述したように、表示素子の垂直位置における下端視状態の特性について説明する。本検討では、実施形態１と同様に、図３（ｂ）で示した白色発光する有機機ＥＬ素子を用い、マイクロレンズ１５と発光領域１７との間にカラーフィルタ２０を配置した構成を用いた。画素間ピッチＤで規格化されたマイクロレンズの高さｈ／Ｄ、半径ｒ／Ｄ、カラーフィルタ上面の高さＬ２／Ｄは実施形態１と同様である。

表８は、比較例１と実施例１１との相対輝度ΔＬの放射角依存性を示している。比較例１はマイクロレンズのずれ量が０の構成である。実施例１１は、マイクロレンズをずらした構成であり、開口率、φ１、φ２、Ａの値は表８に示した通りである。表８の値と実施例１の結果を示す図１９を参照すると、比較例１では、０°をピークとして放射角が大きくなるほど発光強度は低下し、下端視状態の正規光の放射角２２．５°において、０．６まで低下する。一方、正面視状態のゴースト光の放射角－３４°においては、０．４７と高い。

一方、実施例１１の結果を見ると、正規光の放射方向になるほど発光強度が増加し、右端視状態の正規光の放射角２２．５°において、１．０まで増加する。一方、正面視状態のゴースト光の放射角－３４°においては、０．２３と著しく低下する。このように、正規光の発光強度をゴーストとなる方向の発光強度よりも大きくすることができる。正規光の発光強度の増加は、図４Ｃで示したように、面２８に入射された光２７が屈折することに起因している。また、ゴースト光の発光強度の低下は、図４Ｃで示したように、隣接発光素子のマイクロレンズの面２９で発生する全反射もしくは広角側への屈折に起因している。ここで示した実施例１１のφ１は１１．３であり、マイクロレンズのずれ量の条件である式（５）を満たす。このように、図２４で示した偏光光学系に、式（５）を満たすようにマイクロレンズをずらして配置した表示素子を組み合わせることにより、正規光の発光強度ΔＬを増加させ、同時にゴースト光を抑制することが可能となる。

次に、発光素子の開口率の効果について説明する。表９は、開口率を変えた例として実施例１１～１３の正規光とゴースト光の発光強度ΔＬを示している。開口率４０％における正規光が０．９３であるのに対して、開口率３０％では０．９４、開口率２０％では１．００となった。このように開口率を小さくすることで、正規光の発光強度が増加する。これは、図５Ａに示したように、発光領域１７の面積に対する領域Ｘの割合が大きくなることに起因している。つまり、発光領域で放射される光が高効率で正規光方向に放射されていることを示している。一方、ゴースト光の発光強度に関しては、開口率４０％で０．３１であるのに対して、開口率３０％で０．２３、開口率２０％で０．１６となった。このように開口率を小さくすることで、ゴースト光の発光強度が低下することが分かった。このゴースト光の発光強度低下は、図５Ｂに示したゴースト光の放射領域Ｙ１及びＹ２の和と発光領域１７との重なりが小さくなることに起因している。つまり、図２４～図２６に示した自由曲面プリズムにおいて、式（５）を満たす条件で、開口率を小さくすることで、より正規光を増加させ、ゴースト光を小さくすることができる。

次に、表１０は、カラーフィルタのずれ量ΔＣＦの効果について示している。表１０は、φ１を固定して、φ２を変えた場合（Ａを変えた場合）における正規光の色ずれΔＥ及びゴースト光の発光強度ΔＬを示している。また、表１０には比較例１を参考値として示した。

Ａ＝０．６３における正規光の色ずれΔＥは７であるのに対して、Ａ＝０．００（カラーフィルタずらしなし）では６となった。つまり、カラーフィルタのずれ量を小さくすることで、正規光の色ずれΔＥが小さくなった。また、実施例１１及び実施例１４は式（６）を満たすため、比較例１よりも色ずれΔＥが小さい。この色ずれの低下は、図６Ｂで示した、広角側へ放射される光３３が隣接カラーフィルタで遮られることに起因している。一方、ゴースト光は、Ａ＝０．６３で０．２３、Ａ＝０で０．２２というように、カラーフィルタのずれ量によらないことが分かった。つまり、ゴースト光の発光強度を増加させることなしに、正規光の色ずれΔＥを抑制できることを示している。Ａ＝０．８５以下にすれば、マイクロレンズのずれ量が０の場合に比べ、正規光の色ずれΔＥを小さくすることができる。つまり、式（５）を満たす条件に加え、式（６）を満たすことで、図２４～図２６で示した自由曲面プリズムにおいて、正規光の発光強度の増加及びゴースト光の抑制と同時に色ずれΔＥを小さくすることが可能となる。

このように、本実施形態では、画素に対してマイクロレンズをずらすことにより、自由曲面プリズムを用いた接眼光学系で観察される画像の周辺部での輝度や色ずれといった視野角特性を改善しつつ、ゴースト光を低減することができる。

なお、上記の実施形態の接眼光学系の自由曲面プリズムは、中間結像面を有さない光学系であるが、中間結像面を有する光学系としてもよい。また、自由曲面プリズムは、表示素子の表示面と導波板コンバイナに結合させる光学素子として使用してもよい。

１０１，２０１：ＨＭＤ、１０８，２０８：右眼用表示素子、１０９，２０９：左眼用表示素子、ＯＲ１，ＯＲ２：右眼用接眼光学系、ＯＬ１，ＯＬ２ 左眼用接眼光学系、１０００ 表示装置、１１００：撮像装置、１２００：電子機器、１５００：自動車、１６００，１６１０：スマートグラス

Claims (25)

1. 平面に２次元状に配置された複数の発光素子と、該複数の発光素子のそれぞれに対応して設けられた複数のマイクロレンズとを有する表示素子と、
   内部に少なくとも１つの反射面を有し、前記表示素子の表示面からの光を射出瞳に導く接眼光学系と、を備え、
   前記表示素子の周辺部において、前記発光素子の発光中心と該発光素子に対応する前記マイクロレンズの中心が前記平面に平行な方向にずれており、
   前記表示素子の周辺部において、正規光の主光線の放射角度をθｍ、ゴースト光の放射角度をθgとした場合、θｍとθgが、
   ｜θｍ － θg | ≧１５°
   を満足することを特徴とする画像観察装置。
2. 平面に２次元状に配置された複数の発光素子と、該複数の発光素子のそれぞれに対応して設けられた複数のマイクロレンズとを有する表示素子と、
   内部に少なくとも１つの反射面を有し、前記表示素子の表示面からの光を射出瞳に導く接眼光学系と、を備え、
   前記表示素子の周辺部において、前記発光素子の発光中心と該発光素子に対応する前記マイクロレンズの中心が前記平面に平行な方向にずれており、
   前記マイクロレンズの高さをｈ、前記発光素子の開口の表面から前記マイクロレンズの底面までの高さをＬ、前記表示素子の周辺部における前記発光素子の中心と前記マイクロレンズの中心の前記平面と平行な方向のずれ量をΔＭＬ、前記高さＨと前記高さＬと前記ずれ量ΔＭＬで決まる角度φ１をφ１＝arctan（ΔＭＬ／（ｈ＋Ｌ）)とした場合に、φ１が、
   ６．０° ≦φ１≦３７．５°
   を満足し、
   前記表示素子は、前記発光素子と前記マイクロレンズとの間にカラーフィルタを有し、前記発光素子の開口の表面から前記カラーフィルタの上面までの高さをＬ２、前記表示素子の周辺部における前記発光素子の発光中心と前記カラーフィルタの中心の前記平面に平行な方向のずれ量をΔＣＦ、前記高さＬ２と前記ずれ量ΔＣＦで決まる角度をφ２＝arctan（ΔＣＦ／Ｌ２）、角度φ１と角度φ２の比ＡをＡ＝φ２／φ１とした場合、Ａが、
   ０ ≦Ａ≦０．８５
   を満足することを特徴とする画像観察装置。
3. 前記接眼光学系を通過した前記表示素子の周辺部からの正規光の発光強度が増加し、前記接眼光学系を通過した前記表示素子の周辺部からのゴースト光の発光強度が低下するように、前記表示素子の周辺部において、前記発光素子の発光中心と該発光素子に対応する前記マイクロレンズの中心が前記平面に平行な方向にずれていることを特徴とする請求項１または２に記載の画像観察装置。
4. 前記接眼光学系は、前記表示素子から前記射出瞳に向かって順に、第１の位相板と、半透過反射面と、少なくとも１つのレンズと、第２の位相板と、第１の直線偏光を反射し該第１の直線偏光の偏光方向に直交する偏光方向の第２の直線偏光を透過させる偏光分離素子とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像観察装置。
5. 前記レンズが、樹脂製のレンズであることを特徴とする請求項４に記載の画像観察装置。
6. 前記半透過反射面が前記レンズの表面に設けられており、該表面が前記表示素子に向かって凸面であることを特徴とする請求項４または５に記載の画像観察装置。
7. 前記半透過反射面が前記レンズの表面に設けられており、該表面が非球面であることを特徴とする請求項４または５に記載の画像観察装置。
8. 前記少なくとも１つのレンズのうち、最も前記射出瞳に近い側のレンズが、前記表示素子に向かって凸面を有する平凸レンズであることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の画像観察装置。
9. 前記少なくとも１つのレンズの光学有効領域における偏肉比が、１．５以上、４以下であることを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項に記載の画像観察装置。
10. 前記第１の直線偏光の偏光方向に対して、前記第１の位相板の遅相軸と前記第２の位相板の遅相軸とが互いに反対方向に傾いていることを特徴とする請求項４乃至９のいずれか１項に記載の画像観察装置。
11. 前記接眼光学系は、前記偏光分離素子と前記射出瞳との間に、前記第２の直線偏光を透過させる偏光板を有することを特徴とする請求項４乃至１０のいずれか１項に記載の画像観察装置。
12. 前記接眼光学系は、前記表示素子と前記第１の位相板との間に、前記第１の直線偏光を透過させる偏光板を有することを特徴とする請求項４乃至１１のいずれか１項に記載の画像観察装置。
13. 前記接眼光学系は、自由曲面プリズムであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像観察装置。
14. 前記接眼光学系は内部に少なくとも２つの反射面を有することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の画像観察装置。
15. 前記接眼光学系における正規光の光路とゴースト光の光路とで前記接眼光学系の内部での反射回数が異なることを特徴とする請求項１４に記載の画像観察装置。
16. 前記表示素子の中心から周辺部に向けて、前記発光素子の発光中心と、該発光素子に対応する前記マイクロレンズの中心との前記平面と平行な方向におけるずれ量が大きくなり、かつ当該ずれ量の変化が一定もしくは大きくなることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の画像観察装置。
17. 前記発光素子の開口率が５２％以下であることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の画像観察装置。
18. 前記マイクロレンズの高さをｈ、前記発光素子の開口の表面から前記マイクロレンズの底面までの高さをＬ、前記表示素子の周辺部における前記発光素子の中心と前記マイクロレンズの中心の前記平面と平行な方向のずれ量をΔＭＬ、前記高さＨと前記高さＬと前記ずれ量ΔＭＬで決まる角度φ１をφ１＝arctan（ΔＭＬ／（ｈ＋Ｌ）)とした場合に、φ１が、
    ６．０° ≦φ１≦３７．５°
    を満足することを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の画像観察装置。
19. 前記表示素子は、前記発光素子と前記マイクロレンズとの間にカラーフィルタを有し、前記発光素子の開口の表面から前記カラーフィルタの上面までの高さをＬ２、前記表示素子の周辺部における前記発光素子の発光中心と前記カラーフィルタの中心の前記平面に平行な方向のずれ量をΔＣＦ、前記高さＬ２と前記ずれ量ΔＣＦで決まる角度をφ２＝arctan（ΔＣＦ／Ｌ２）、角度φ１と角度φ２の比ＡをＡ＝φ２／φ１とした場合、Ａが、
    ０ ≦Ａ≦０．８５
    を満足することを特徴とする請求項１８に記載の画像観察装置。
20. 前記接眼光学系のアイレリーフＥ１が、
    １５ｍｍ≦Ｅ１≦２５ｍｍ
    を満足することを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の画像観察装置。
21. 前記接眼光学系の厚さＬ１と前記接眼光学系のアイレリーフＥ１とが、
    ０．６≦Ｌ１／Ｅ１≦１．０
    を満足することを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の画像観察装置。
22. 前記接眼光学系のアイレリーフＥ１と前記接眼光学系の最大の対角半画角θとが、
    ８ｍｍ≦Ｅ１×ｔａｎθ≦２０ｍｍ
    を満足することを特徴とする請求項１乃至２１のいずれか１項に記載の画像観察装置。
23. 前記マイクロレンズの中心は、平面視において端部を結ぶ線で構成された形状の重心であることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の画像観察装置。
24. 前記表示素子の表示面がｎ角形（ｎ≧５）であることを特徴とする請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の画像観察装置。
25. 前記表示素子の少なくとも１つの対角領域に、前記発光素子と前記マイクロレンズのいずれか、もしくは両方が配置されていないことを特徴とする請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の画像観察装置。

Images