JPH09304725A

JPH09304725A - 映像表示装置

Info

Publication number: JPH09304725A
Application number: JP11749396A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Hanano; 花野和成
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1996-05-13
Publication date: 1997-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】回折格子の格子面上で場所により回折効率を
変化させることで不要光によるゴーストの問題を解消し
つつ、色ズレの少ない瞳の大きな映像表示装置。【解決手段】映像を表示する映像表示手段と、その映
像を使用者の網膜上に結像する接眼光学系とを有する映
像表示装置において、映像表示手段と接眼光学系により
射出瞳を形成する光路中に第１の回折手段１と第２の回
折手段２が設けられ、第２の回折手段２が回折面上に沿
って回折効率特性の異なる複数の領域を有する。回折効
率特性は回折面上で連続的に変化していても、０次光の
回折効率が高い中央部と、０次光の回折効率が低い周辺
部とで構成されていてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、映像表示装置に関
し、特に、コンパクトな光学系を使用しながら大きな射
出瞳径を持つ頭部装着式映像表示装置等の映像表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、特開平７−７２４２２号に
おいて、２つの回折格子を用いて頭部装着式映像表示装
置等の接眼光学系の射出瞳径を拡大する方式を提案し
た。すなわち、液晶表示素子とその表示映像を使用者の
網膜上に投影する接眼レンズとを有する映像表示装置に
おいて、接眼レンズと接眼レンズにより形成される射出
瞳の間の光路中に第１の回折格子と第２の回折格子を設
け、映像の各波長に対する第２の回折格子による回折角
が、第１の回折格子による回折角と略一致するように第
１の回折格子と第２の回折格子を構成すると、射出瞳が
分割され大きな瞳が得られる。特開平７−７２４２２号
の場合は、表示映像の画角として３０°等を意図してお
り、広画角を意識してはいない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、表示映
像の画角が広くなってくると、この回折を利用した眼球
の直前にて瞳径を拡大する方法においては、回折現象に
特有な色ズレという現象が顕在化してくる。これは、通
常の回折格子の回折効率は波長依存性を持っているた
め、赤、緑、青の３色を用いたフルカラー映像を回折格
子を通して見ると、中央部分と周辺部分とで色が変化し
てしまうという現象である。実際には、図１５に示すよ
うに、第１の回折格子１により＋１次光と−１次光のみ
を生じさせ、第２の回折格子２によりその回折角と一致
する−１次光と−１次光のみを生じさせ、０次光を発生
させずに±１次光のみ用いるような方法では、以下のよ
うになる。

【０００４】例えば、図１６に示すように、縦方向、横
方向それぞれ用に１次元回折格子１、２の２枚からなる
ペアを用いて瞳を４つに分離拡大すると、図１７に示す
ような瞳ができあがるが、図示のように、この瞳におい
て画角が広いと回折による色ズレが目立ってきて、瞳の
位置が波長によって異なってきてしまう。この瞳に観察
者の瞳孔を配し映像を観察すると、色づいた映像が見え
てしまう。

【０００５】そこで、回折格子の表面の凹凸形状を０次
光を発生するような構成にして分割形成される中央の瞳
を０次光で形成することによって、観察頻度の高い中央
の瞳を結果的に色ズレの少ないものにすることができ
る。すなわち、図１８に示すように、第１の回折格子１
により＋１次光、０次光、−１次光を生じさせ、第２の
回折格子２によりその回折角と一致する−１次光、０次
光、−１次光を生じさせ、図示のように、中央に０次光
による瞳を形成させる。

【０００６】しかしながら、実際には、図１８のように
０次光を発生させて瞳を作り上げる方法だと、以下のよ
うな問題がある。図１８では１次元方向に瞳を分割形成
する配置であるが、縦方向１ペア、横方向１ペアで２次
元方向に瞳を分割形成する配置にすれば、図１９に示す
ような９つの瞳ができあがる。このとき分割形成された
９つ瞳の中で中央の瞳は０次光による瞳なので、映像中
の中央、周辺に関わらず瞳位置での波長による位置ズレ
はない。すなわち、波長によらず瞳位置の入射角依存性
が一定である。映像を観察するとき、観察者は映像の中
心付近を観察していることが多い傾向があるので、中央
の瞳は観察者が映像を観察するとき比較的瞳孔に入りや
すい瞳である。この中央の瞳が波長による位置ズレがな
いということは、この瞳で映像を観察したときに映像が
色づくことなく観察できることを意味する。また、９つ
の回折光による瞳ができるので、瞳拡大率が大きいとい
う利点もある。この色ズレの少ない中央の瞳を作り出す
には、第１の回折手段１と第２の回折手段２は０次光を
発生するような表面形状にする必要がある。

【０００７】しかし、回折格子で０次光を発生させる
と、別の現象が持ち上がってくる。一般的に、０次光が
発生するような表面形状構成にすると、±２次光の回折
効率も低くはなくなってくる。０次光を発生するような
表面形状にすることによって、これらの０次光と２次光
が関与した不要光が新たに顕著になってくる。特に２次
光が関与した不要光は、瞳位置においてより瞳孔に入り
やすい光束群である。

【０００８】すなわち、０次光、±２次光の回折効率が
高くなってくると、以下の不要光が顕著になってくる。
簡単のため、１次元（横方向のみ）に限って説明する。
図２０に示すのが、１ペア２枚の回折格子１、２によっ
て光線が回折する様子を示した図である。図中、例えば
（１、−２）は１枚目の回折格子１で１次、２枚目の回
折格子２で−２次の回折光という意味である。図では、
映像表示素子から発せられる光束を映像表示素子中央
（図（ａ））と、映像表示素子周辺（図（ｂ））に分け
て光線図にしてある。これらの光線図において、（１、
−２）次光、（−１、２）次光といった光束が、目に一
番近い不要光である。これらの光束は、０次光を発生さ
せるような表面形状にすると新たに目立ってくる不要光
であり、±２次の回折効率は高くなくても０でなけれ
ば、±１次の回折効率が高いので、（１、−２）次光、
（−１、２）次光のエネルギー値としては無視できない
レベルになる。

【０００９】また、目に入りやすいのは、映像周辺から
発せられたこれらの光束である。なぜならば、この
（１、−２）次光には、映像周辺から発せられる光束が
１枚目の回折格子１への入射角がきつくなると、言い換
えれば画角が広くなってくると、正規の射出瞳位置に近
づく性質があるからである。これは、入射角がきつくな
ると、図２１に示すように、±１次光の０次光に対する
角度Θ_A、Θ_Bの値は入射角によらず略同じであるた
め、第２の回折格子２上での＋１次光と０次光の距離Ａ
は−１次光と０次光の距離Ｂに比べて大きくなる。その
ため、周辺光のときの（１、−２）次の不要光は正規の
瞳位置に近づき目に入りやすくなる（図において、映像
周辺の光束程（１、−２）次の不要光による瞳が図の左
へ移動してくる。）。このように、色ズレを目立たなく
するために０次光を用いるが、それによって新たに目に
入りやすい不要光が発生してしまう。

【００１０】本発明は上述の従来技術が有する広画角の
場合の望ましくない現象を回避するためになされたもの
であり、その目的は、広画角の場合にも対応できるよう
に、回折格子の格子面上で場所により回折効率を変化さ
せることで、不要光によるゴーストの問題を解消しつ
つ、色ズレの少ない瞳の大きな液晶表示装置等の映像表
示装置を実現することである。

【００１１】なお、本発明における回折手段には特に限
定はなく、公知のもので適用できる全てのものを意味す
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の映像表示装置は、映像を表示する映像表示手段と、
前記映像を使用者の網膜上に結像する接眼光学系とを有
する映像表示装置において、前記映像表示手段と前記接
眼光学系により射出瞳を形成する光路中に第１の回折手
段と第２の回折手段が設けられ、前記第２の回折手段が
回折面上に沿って回折効率特性の異なる複数の領域を有
することを特徴とするものである。

【００１３】この場合、第２の回折手段の回折効率特性
が回折面上で連続的に変化しているようにしてもよい。

【００１４】また、第２の回折手段は、０次光の回折効
率が高い中央部と、０次光の回折効率が低い周辺部とで
構成されていることが望ましい。

【００１５】本発明においては、回折手段の回折面上で
領域によって回折効率特性が異なることによって、使用
する回折次数を変えたり、不要な回折次数の回折効率を
抑えたりすることができ、回折による色づきを抑えた
り、不要光の発生を抑制したりして、回折手段を使用状
況に適したものにすることができる。

【００１６】また、回折効率特性が回折面上で連続的に
変化していることによって、光束が回折手段を通過する
場所の回折効率に応じた回折光によって瞳が形成され、
回折による色づきを徐々に抑えたり、不要光の発生を徐
々に抑制したりして、回折手段を使用状況に適したもの
にすることができる。

【００１７】また、第１の回折手段で発生した回折によ
る色収差を、第２の回折手段では色の目立ちやすい中央
で０次光の回折効率を高くすることによって色づきを目
立ち難くし、０次光や２次光による不要光を、第２の回
折手段で目に入りやすい周辺部において０次光の回折効
率を低くすることによって防ぐことができ、結果的に第
１の回折手段で発生した色や不要光を第２の回折手段で
補正することができる。

【００１８】また、第１の回折手段で発生した色づきや
不要光を第２の回折手段で補正するときに、第２の回折
手段の０次光の回折効率が中央部から周辺にかけて徐々
に低くなるように連続的に変化していることによって、
不要光の色ズレの対処の仕方が２段階なものではなく連
続的なものになり、このトレードオフの関係にあるどち
らかの問題をどちらかだけ対処するというのではなく、
状況に応じて入射角に適した色づきと不要光に対する対
処ができる。

【００１９】また、第２の回折格子面上の中央部では０
次光の回折効率が高くなるように、周辺部では０次光、
±２次光の回折効率が低くなるように、回折手段の表面
形状のデューティー比を構成し、ピッチと深さは第１の
回折手段と同じ構成で一定にすることによって、回折角
を変えることなく、効果的に中央部では回折による色を
抑え、周辺部で目に入りやすい不要光の発生を抑制する
ことができる。

【００２０】また、第２の回折格子面上の中央では０次
光の回折効率が高く、周辺に行くに従い０次光、±２次
光の回折効率が連続的に低くなるように、回折手段の表
面形状のデューティー比を変化させる構成にし、ピッチ
と溝深さは第１の回折手段と同じ構成で一定にすること
よって、回折角を変えることなく、効果的に映像中で回
折による色が出やすい中央において色を抑え、周辺に行
くに従って目に入りやすくなる不要光の発生を抑制する
ことができる。不要光と色ズレの対処の仕方が２段階な
ものではなく連続的なものになり、このトレードオフの
関係にあるどちらかの問題をどちらかだけ対処するとい
うのではなく、状況に応じて入射角に適した色と不要光
に対する対処ができる。

【００２１】さらに、第２の回折手段は、回折面上にお
いて表面の凹凸形状が変化していることにより、０次光
の回折効率が高い領域と０次光の回折効率が低い領域を
有し、回折手段の光軸から光束が回折する側に、次式で
示されるＤまでの領域が０次光の解決効率が高い領域で
あり、Ｄより外側が０次光の回折効率が低い領域である
ようにすることが望ましい。

【００２２】Ｄ＝ａｔａｎθ₀＝ｂｔａｎθ₁−（ｂ−
ａ）ｔａｎ｛ｓｉｎ^-1（λ／ｐ＋ｓｉｎθ₁）｝ただし、光軸からの距離をＤとすると、第２の回折手段から射出瞳位置までの距離：ａ第１の回折手段から射出瞳位置までの距離：ｂ第１の回折手段と第２の回折手段の間隔：ｂ−ａ第２の回折手段の０次光の回折効率が高い領域に第１の
回折手段の０次光が入射するときの第１の回折手段への
最大入射角度：θ₀ 第２の回折手段の０次光の回折効率が高い領域に第１の
回折手段の１次光が入射するときの第１の回折手段への
最小入射角度：θ₁ 第１の回折手段及び第２の回折手段の溝ピッチ：ｐ波長：λ である（図８参照）。

【００２３】このようにすることにより、表示画角に合
わせて回折による色収差を抑えるために中央からどのく
らい周辺まで０次光を発生させ、不要光を抑えるために
周辺からどのくらいまで０次光を発生させないかが決定
でき、使用状況に適した回折格子を用いることができ
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明は、従来の特開平７−７２
４２２号と同様、映像表示手段とその表示映像を使用者
の網膜上に投影する接眼レンズとを有する映像表示装置
において、接眼レンズと接眼レンズにより形成される射
出瞳の間の光路中に第１の回折格子と第２の回折格子を
設け、映像の各波長に対する第２の回折格子による回折
角が、第１の回折格子による回折角と略一致するように
第１の回折格子と第２の回折格子を構成するものであ
る。すなわち、図１に示すように、例えば、液晶表示素
子４に表示された映像を接眼光学系の凸レンズ５で拡大
像として使用者の眼球に投影するもので、液晶表示素子
４はその背後に配置された照明系３により照明され、そ
の表示映像が映し出されるようになっている。そして、
接眼光学系の凸レンズ５とその射出瞳６の間に同じ格子
間隔を持つ回折格子１、２を２枚平行に格子方向が一致
するように配置する。このように、２枚の回折格子１、
２を配置すると、凸レンズ５を透過した平行光は、まず
回折格子１に入射し、０次光、１次光、−１次光と分か
れる。これらの光は、次に同じ格子間隔を持つ回折格子
２に入射する。これらの光は再び回折して一部は平行光
となる。結果として、回折格子１入射前の光束径ａは、
射出後光束径ｂと拡がる。そのため、実効的な瞳径が大
きくなるものである。

【００２５】そして、本発明に基づき、この２枚１ペア
として瞳を拡大する回折格子１、２において、格子板上
で表面の凹凸形状のピッチは一定のままで、凹凸形状の
デューティー比を変化させることによって、入射角によ
って回折効率を変化させ、回折現象に特有な波長依存性
の問題を改善しつつ、不要光を目に入り難くするもので
ある。以下、本発明に実施例について図面を参照にして
説明する。

【００２６】〔実施例１〕従来例について述べたよう
に、広画角における回折による色づきと不要光の対策は
相反する関係にあり、両立は難しい。したがって、よく
目にしやすい中央の瞳においては色づきを防ぐために０
次光を使用し、不要光が目に入ってきやすい周辺におい
ては不要光を防ぐため０次光を使用しないことで、回折
格子手段の最適化を図る。

【００２７】以上のことを実現するために、回折格子の
表面の凹凸形状は矩形形状にする。矩形形状回折格子の
特徴は、０次の回折効率が最小になる溝深さと、１次の
回折効率が最大になる溝深さが略一致していることであ
る。したがって、回折格子の溝深さをこの付近の溝深さ
に設定すると、０次、１次共に回折効率の溝深さ依存性
は小さくなるため、色ズレの問題は小さくなる。そのた
め、溝深さにおける製作誤差の許容範囲も大きくなる。

【００２８】ここで、第１の回折手段１、具体的には回
折格子１枚目では、表面の矩形形状のデューティー比を
格子面の全域において、０次光を発生するような値、例
えば図３に回折効率の溝深さ依存性を示すような０．２
６５にし、さらにその溝深さを図３のｄ₁のような値に
する。ここで、ｄ₁は例えばピッチが１〜２μｍの回折
格子において、０．５〜０．６μｍのような値である。
ピッチは回折角を決定する。第２の回折手段２、具体的
には２枚目の回折格子では、表面の矩形形状のデューテ
ィー比を、図２に示すように、格子溝方向に垂直な方向
において中央付近は０次光を発生するような値、例えば
回折効率の溝深さ依存性を図３に示すように０．２６５
し、さらに、溝深さを図３のｄ₁のような値にし、周辺
付近は０次光を発生しないような値、例えば図４に回折
効率の溝深さ依存性を示すようなデューティー比０．５
とし、さらに、溝深さを図４中のｄ₂のような値で構成
する。ここで、デューティー比とは、図５に示すよう
に、表面の凹凸形状のピッチＰにおいて、凹凸１周期の
長さＰに対する凸部分の長さＴの比Ｔ／Ｐである。ま
た、上記の溝深さｄ₁はｄ₂に略等しい値である。な
お、図３には２次の回折効率を記載したが、図４では２
次の回折効率は低いので記載していない。

【００２９】この実施例において、図６に示すように、
第２の回折手段２はデューティー比が中央と周辺で異な
るが、格子溝のピッチは第１の回折手段１と第２の回折
手段２とを一致させ、さらに、両手段１、２共格子面全
域で一定のままである。これにより、回折角は両手段で
同一な関係が保たれ、（１、−１）次、（−１、１）
次、（０、０）次の正規の光束が作り上げる瞳を見るこ
とによって、映像を歪みなく見ることができる。

【００３０】第２の回折手段２で中央からどれだけの領
域で０次光を発生し、周辺からどれだけの領域で０次光
を発生しないかは、瞳の位置６において瞳孔がどれだけ
の範囲動くかによって最適な値にする。

【００３１】すなわち、映像を観察するときに瞳孔の移
動範囲は画角の大きさに比例する。瞳孔の移動量が大き
い場合、最低限不要光が瞳孔の移動範囲に入らないよう
にしなければならないので、それだけ周辺の不要光が発
生しないように、第２の回折手段２の表面の凹凸形状の
デューティー比を０次光を発生させない、発生してもそ
れによる不要光が障害のないレベルである程に低い回折
効率になるような値にする必要が生じる。

【００３２】構成の一例として、水平画角４５°の映像
において、接眼レンズ５のすぐ後で瞳径ａがφ２．５ｍ
ｍであった瞳を第１の回折手段１と第２の回折手段２に
よって瞳を３つに分離拡大し、水平方向にｂ＝約φ６．
５ｍｍに実効的に広げるケースをあげる。回折手段１、
２の格子溝ピッチを１．３μｍとすると、±１次の回折
角は中心波長０．５μｍで約±２２．６°になる。この
とき、両回折格子１、２間の距離（図８参照）は、分離
後の各瞳が接するようにするには両回折格子１、２間の
距離は２．５／ｔａｎ２２．６°＝６ｍｍであるが、図
７に示すように、瞳を多少オーバーラップさせることを
考え、４．５ｍｍとする。また、第２の回折手段２から
瞳孔までの距離を２３．５ｍｍとする。

【００３３】回折手段１、２の溝の断面形状は矩形であ
り、図８において第２の回折格子２の中央から長さＤの
位置まで０次光を発生させるとする。それより外側のハ
ッチング部分が０次光を発生させないか又は回折効率が
低い領域である。このとき、図中イの光線の０次の光線
とロの光線の１次の光線との２枚目の回折格子２での到
達位置が、第２の回折格子２の０次を発生させる領域と
発生させない領域との境界（中心から距離Ｄの位置）に
なるようにして条件を求める。

【００３４】イの光線から見れば、Ｄ＝２３．５ｔａｎ
θ₀と書ける。また、ロの１次回折光の射出角はθ₁’
＝ｓｉｎ^-1（λ／ｐ＋ｓｉｎθ₁）と書ける。ここで、
ｐは回折格子１のピッチであり、いま１．３μｍとして
いる。したがって、図中Ａ＝２８ｔａｎθ₁、Ｂ＝４．
５ｔａｎθ₁’と書ける。Ｄ＝Ａ−Ｂより、以下の式が
導出される。

【００３５】Ｄ＝２３．５ｔａｎθ₀ ＝２８ｔａｎθ₁−４．５ｔａｎ｛ｓｉｎ^-1（λ／１．
３＋ｓｉｎθ₁）｝ λ：波長映像表示素子４からの光束の入射角において、中央から
８°まで０次光を出し、つまり、θ₀＝８とし、波長λ
＝０．６２μｍ（赤色）において中央から１８°、つま
りθ₁＝１８の光線から周辺（外側）の光線を０次光を
発生させないようにするには、上式からＤ＝３．３ｍｍ
になる。

【００３６】よって、１枚目の回折格子手段１全面と２
枚目の回折格子手段２の中央から３．３ｍｍのところま
でをデューティー比を０．２６５にし、２枚目の回折格
子手段２の中央から３．３ｍｍのところから外側をデュ
ーティー比０．５にすればよい。

【００３７】このとき、波長λ＝０．５５μｍ（緑
色）、波長λ＝０．４４μｍ（青色）はそれぞれθ₁＝
１５、θ₁＝１３となる。一番目に入りやすい不要光
は、長波長側の周辺から発せられる（１、−２）次光で
ある。上記のようにした場合、０次光がない領域では２
次光の回折効率も低くなり、図８において太線で示した
（１、−２）次光の不要光がなくなる。このときの瞳の
様子を図９に示す。この図９において、上記のようなデ
ューティー比の構成にしたときに、矢印の瞳が中央から
１８°の周辺から発せられた（１、−２）次光による瞳
である。１８°より周辺（外側）、画角４５°の半画角
２２．５°までの（１、−２）次光による瞳はさらに正
規の瞳に近づいてくるが、これら１８°から２２．５°
までの不要光の瞳がなくなるので、不要光が目に入り難
くなる。中心位置から５．６ｍｍのところにあった入射
角２２．５°の（１、−２）次光による不要な瞳から
７．２ｍｍのところにあった入射角１８°の（１、−
２）次光による不要な瞳までがなくなり、不要光の中最
初に目に入ってくるものが１．６ｍｍ外側になるので、
より不要光が目に入り難くなる。

【００３８】上記に示してきた実施例は、第２の回折格
子２において、回折効率の異なる複数の領域を有すると
して説明してきたが、回折効率の異なる複数の領域を有
するのが、第２の回折手段２でなく、第１の回折手段１
である場合は効果がない。図１０は、回折効率の異なる
複数の領域を有するのが、第２の回折手段２でなく、第
１の回折手段１である例を示す図である。図１１は、本
発明により２枚目の回折格子手段２に複数の領域を設け
る方法を示す図であり、図１２は、従来の２枚共０次光
を発生させない方法を示す図であり、図１３は、従来の
２枚共０次光を発生させる方法を示す図である。図１０
〜図１３において、ハッチングの部分が０次光が発生し
ない部分又は０次光の回折効率が低い部分であり、ハッ
チングがついていない白い部分が０次光を発生させる部
分又は０次光の回折効率が高い部分である。また、不要
光は点線で示してある。ここには、（１、１）次や（−
１、−１）次といった不要光は瞳孔に入るような正規の
射出瞳位置からは遠く離れた位置に到達し、問題がない
ので取り上げておらず、また記述もしていない。なお、
各図において、（ａ）は映像表示素子の中央から入射す
る光を、（ｂ）は映像表示素子の周辺から入射する光を
示す。

【００３９】図１０に示す回折効率の異なる複数の領域
を有するのが、第２の回折手段２でなく、第１の回折手
段１である場合は、中央光においては（０、０）といっ
た色のついていない瞳があるので色の問題はないが、周
辺光において０次光ひいては−２次光に起因する目に入
りやすい不要光が発生してしまっている。

【００４０】図１２に示す２枚共０次光を発生させない
方法では、中央、周辺を問わず目に入りやすい不要光は
発生しないが、中央光において（０、０）次光がないの
で、色づいていない瞳がないことにより、映像を観察す
ると中央付近は色づいて見えてしまう。

【００４１】図１３は２枚共０次光を発生させる方法で
あるが、これでは中央光においては色の問題が解消され
ているものの、周辺光において目に入りやすい０次光ひ
いては−２次光に起因する不要光が発生してしまってい
る。

【００４２】それら回折による色づきと目に入りやすい
周辺の不要光を解消したのが、図１１に示す本発明であ
る。なお、以上の説明において、０次光を発生させな
い、発生させるという表現は、使用状況によっては０次
光の回折効率が低い、０次光の回折効率が高いという表
現に置き換えられる。

【００４３】〔実施例２〕上記実施例１においては、第
２の回折格子２にて０次光を発生させる領域と発生させ
ない領域とは２段階で０次の回折効率を変化させたが、
瞳の強度を連続的に変化させるため、デューティー比を
中央から外側に連続的に変化させる例を示す。この場
合、色づきに関しては、中央では色づきがないように
（０、０）次の瞳で構成するため、第２の回折手段２は
光軸付近は０次の回折効率を格子中一番高い値になるよ
うにデューティー比を設定し、以下周辺に行くに従って
０次の回折効率が低くなって行き、正規光の射出瞳の範
囲に近づく周辺光の瞳においては、０次光の回折効率、
±２次光の回折効率が０に近い値になるようにする。例
として、２枚目の回折格子２を中央から周辺に向かって
５段階に回折効率特性が異なる領域に分かれているもの
をあげる。図１４に示すように、１枚目の回折格子１と
２枚目の回折格子２の間隔を４．５ｍｍとし、２枚目の
回折格子２から観察者の眼球までの距離を２３．５ｍｍ
とし、映像の画角を４５°とする。２枚目の回折格子２
の領域を以下のように分割する。中央から１．９１ｍｍ
の領域を第１領域２１、１．９１ｍｍから３．６４ｍｍ
までを第２領域２２、３．６４ｍｍから５．４３ｍｍま
でを第３領域２３、５．４３ｍｍから６．２１ｍｍまで
を第４領域２４、６．２１ｍｍから周辺までを第５領域
２５とする計５領域である。これらの領域２１〜２５
を、中央の方からデューティー比が０．５から徐々に数
値を低くなるようにする。例えば、第１領域２１を０．
５、第２領域２２を０．４５、第３領域２３を０．４、
第４領域２４を０．３５、第５領域２５を０．３といっ
た値にする。この場合、ピッチは格子全域で一定にす
る。このとき、図１４に示すように、第１領域２１の最
周辺を通る光線は入射角４．６５°の０次光と入射角１
０°の１次光である。以下、同様に、第２領域２２の最
周辺を通る光線は入射角８．８°の０次光と入射角１５
°の１次光、第３領域２３の最周辺を通る光線は入射角
１３°の０次光と入射角２０°の１次光、第４領域２４
の最周辺を通る光線は入射角１４．８°の０次光と入射
角２０°の１次光である。この構成にした場合、第２の
回折格子２における０次光ひいては２次光の回折効率は
外側の領域に行くに従って低くなる。そこでの回折効率
を中央の領域から強、やや強、中、弱、微弱というよう
にランク付けすると、不要光と回折による色づきが中央
から周辺に向かって次の表のように段階的に変化する。

【００４４】。

【００４５】この実施例での利点は、色づき方と不要光
の出方が２段階なものではなく連続的なものであるた
め、このトレードオフの関係にあるどちらかの問題をど
ちらかだけ対処するというのではなく、状況に応じて入
射角に適した色と不要光に対する対処ができる点であ
る。例えば、画角４５°において、入射角１５°等の中
間の角度においては色と不要光を半々や６：４のウエー
ト等で対処するのがよい。

【００４６】上記の例では、回折格子２を中央から５つ
の領域２１〜２５に分けたが、さらに細かい領域に分割
し実質連続的とみなせれば、連続的に不要光と色ズレが
対処できる。しかし、実際は１ピッチ毎にデューティー
比を変化させるのは製作性が悪いので、領域毎に分割し
た方が製作性は良くなる。

【００４７】以上、本発明の映像表示装置をその原理と
実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施
例に限定されず種々の変形が可能である。なお、以上の
本発明の映像表示装置は、例えば次のように構成するこ
とができる。〔１〕映像を表示する映像表示手段と、前記映像を使
用者の網膜上に結像する接眼光学系とを有する映像表示
装置において、前記映像表示手段と前記接眼光学系によ
り射出瞳を形成する光路中に第１の回折手段と第２の回
折手段が設けられ、前記第２の回折手段が回折面上に沿
って回折効率特性の異なる複数の領域を有することを特
徴とする映像表示装置。

【００４８】〔２〕前記第２の回折手段の回折効率特
性が回折面上で連続的に変化していることを特徴とする
上記〔１〕記載の映像表示装置。

【００４９】〔３〕前記第２の回折手段は、０次光の
回折効率が高い中央部と、０次光の回折効率が低い周辺
部とで構成されていることを特徴とする上記〔１〕記載
の映像表示装置。

【００５０】〔４〕前記第２の回折手段は、中央部か
ら周辺にかけて０次光の回折効率が徐々に低くなって行
くことを特徴とする上記〔２〕記載の映像表示装置。

【００５１】〔５〕前記第２の回折手段は、回折面上
全域において表面の凹凸のピッチ、溝深さは第１の回折
手段と一致した値で、表面の凹凸のデューティー比は中
央部において０次光の回折効率が高く、周辺部において
０次光の回折効率が低くなる値で構成してあることを特
徴とする上記〔１〕又は〔３〕記載の映像表示装置。

【００５２】〔６〕前記第２の回折手段は、回折面上
全域において表面の凹凸のピッチ、溝深さは第１の回折
手段と一致した値で、表面の凹凸のデューティー比は中
央から周辺にかけて０次光の回折効率が連続的に低くな
る値で構成してあることを特徴とする上記〔２〕又は
〔４〕記載の映像表示装置。

【００５３】〔７〕前記第１の回折手段は、全域にわ
たって０次光を発生させる表面の凹凸形状を有し、前記
第２の回折手段は、回折面上において表面の凹凸形状が
変化していることにより、０次光の回折効率が高い領域
と０次光の回折効率が低い領域を有し、回折手段の光軸
から光束が回折する側に、次式で示されるＤまでの領域
が０次光の解決効率が高い領域であり、Ｄより外側が０
次光の回折効率が低い領域であることを特徴とする上記
〔１〕、〔３〕又は〔５〕記載の映像表示装置。Ｄ＝ａｔａｎθ₀＝ｂｔａｎθ₁−（ｂ−ａ）ｔａｎ
｛ｓｉｎ^-1（λ／ｐ＋ｓｉｎθ₁）｝ただし、光軸からの距離をＤとすると、第２の回折手段から射出瞳位置までの距離：ａ第１の回折手段から射出瞳位置までの距離：ｂ第１の回折手段と第２の回折手段の間隔：ｂ−ａ第２の回折手段の０次光の回折効率が高い領域に第１の
回折手段の０次光が入射するときの第１の回折手段への
最大入射角度：θ₀ 第２の回折手段の０次光の回折効率が高い領域に第１の
回折手段の１次光が入射するときの第１の回折手段への
最小入射角度：θ_１第１の回折手段及び第２の回折手段の溝ピッチ：ｐ波長：λ である。

【００５４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、第２の回折手段が回折面上に沿って回折効率
特性の異なる複数の領域を有するようにすることによっ
て、使用する回折次数を変えたり、不要な回折次数の回
折効率を抑えたりすることができ、映像表示装置が広画
角になっても、不要光によるゴーストの問題を解消しつ
つ、色ズレの少ない瞳の大きな液晶表示装置等の映像表
示装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による映像表示装置の基本構成を示す図
である。

【図２】本発明の実施例１の映像表示装置における回折
手段の作用を示すための図である。

【図３】デューティー比０．２６５の矩形回折格子の回
折効率の溝深さ依存性を示す図である。

【図４】デューティー比０．５の矩形回折格子の回折効
率の溝深さ依存性を示す図である。

【図５】デューティー比の定義を説明するための図であ
る。

【図６】実施例１の第２の回折手段のデューティー比の
分布を示す図である。

【図７】実施例１の具体的数値例における瞳の状態を示
す図である。

【図８】実施例１の具体的数値例における回折光の光線
図である。

【図９】図８の場合の瞳の様子を示す図である。

【図１０】第１の回折手段に回折効率の異なる複数の領
域を有する場合の回折光の光線図である。

【図１１】本発明により第２の回折手段に回折効率の異
なる複数の領域を有する場合の回折光の光線図である。

【図１２】従来の２枚の回折手段共に０次光を発生させ
ない場合の回折光の光線図である。

【図１３】従来の２枚の回折手段共に０次光を発生させ
る場合の回折光の光線図である。

【図１４】実施例２の回折光の光線図である。

【図１５】従来の０次光を発生させずに±１次光のみ用
いる方法を説明するための図である。

【図１６】縦方向、横方向それぞれ図１５の１次元回折
格子ペアを用いて瞳を４つに分離拡大する様子を示す図
である。

【図１７】図１６の配置による瞳の様子を示す図であ
る。

【図１８】従来の±１次光と共に０次光を用いる方法を
説明するための図である。

【図１９】図１８の配置による瞳の様子を示す図であ
る。

【図２０】０次光、±２次光の回折効率が高い場合の不
要光の発生の様子を示す光線図である。

【図２１】目に入りやすい不要光の正規光に対する位置
関係を説明するための図である。

【符号の説明】

１…第１の回折格子（回折手段）２…第２の回折格子（回折手段）３…照明系４…液晶表示素子５…凸レンズ６…射出瞳２１…第１領域２２…第２領域２３…第３領域２４…第４領域２５…第５領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】映像を表示する映像表示手段と、前記映
像を使用者の網膜上に結像する接眼光学系とを有する映
像表示装置において、前記映像表示手段と前記接眼光学
系により射出瞳を形成する光路中に第１の回折手段と第
２の回折手段が設けられ、前記第２の回折手段が回折面
上に沿って回折効率特性の異なる複数の領域を有するこ
とを特徴とする映像表示装置。
【請求項２】前記第２の回折手段の回折効率特性が回
折面上で連続的に変化していることを特徴とする請求項
１記載の映像表示装置。
【請求項３】前記第２の回折手段は、０次光の回折効
率が高い中央部と、０次光の回折効率が低い周辺部とで
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。