特許 7137273 映像表示装置、及び映像表示システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-06

(45)【発行日】2022-09-14

(54)【発明の名称】映像表示装置、及び映像表示システム

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20220907BHJP

   G02B 26/10 20060101ALI20220907BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20220907BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

G02B26/10 Z

H04N5/74 H

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2018136391

(22)【出願日】2018-07-20

(65)【公開番号】P2020013041

(43)【公開日】2020-01-23

【審査請求日】2020-10-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000198

【氏名又は名称】弁理士法人湘洋特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鵜飼 竜志

(72)【発明者】

【氏名】村田 誠治

(72)【発明者】

【氏名】中村 俊輝

(72)【発明者】

【氏名】大内 敏

【審査官】井亀 諭

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１６４９８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１０２４４５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第０７６１３３７３（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特表２０１０－５３３３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０８５４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５１０３７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００３－５３６１０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００６－５０１４９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１３２６０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／０１－２７／０２

Ｇ０２Ｂ ２６／１０

Ｈ０４Ｎ ５／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を走査して所定の画角の映像光を生成する映像投影部と、
光入力部から入射した前記映像光を内部で伝搬させて光出力部から出力する導光板と、
前記映像投影部からの前記映像光の光線を複製して前記導光板の前記光入力部に出力する映像光複製部と、
を備え、
前記映像光複製部は、
前記映像投影部からの前記映像光が入射する入力面と、
入射した前記映像光を反射するか、または、前記映像光の一部を反射して残りを透過する互いに平行な複数の映像光分岐面と、を有する映像光複製プリズムから成り、
入射した前記映像光と略同一の画角を有する複数の映像光を複製して前記導光板に出力し、
前記複数の映像光分岐面の配置間隔ＤｉｓｔＰが、前記映像投影部からの映像光の開口サイズφＰＪと略等しい
ことを特徴とする映像表示装置。

【請求項2】

請求項１に記載の映像表示装置であって、
前記複数の映像光分岐面の反射率は、前記入力面に最も近い前記映像光分岐面を除いて、前記入力面に近いほど低い
ことを特徴とする映像表示装置。

【請求項3】

請求項１に記載の映像表示装置であって、
前記映像光複製部は、前記複数の映像光分岐面の配置間隔ＤｉｓｔＰが、前記導光板から出力される複数の映像光どうしの間隔Ｄｗｇの１／Ｎ、または１／Ｎの整数倍と略等しい
ことを特徴とする映像表示装置。

【請求項4】

光を走査して所定の画角の映像光を生成する映像投影部と、
光入力部から入射した前記映像光を内部で伝搬させて光出力部から出力する導光板と、
前記映像投影部からの前記映像光の光線を複製して前記導光板の前記光入力部に出力する映像光複製部と、
を備え、
前記映像光複製部は、
前記映像投影部から入射した前記映像光を回折する回折領域を備える入力面と、
前記入力面の前記回折領域で回折された前記映像光を回折する複数の回折領域を備える出力面と、を有する映像光複製回折素子から成り、
前記入力面の前記回折領域と前記出力面の前記回折領域との回折構造の方向及び周期が略同一であり、
入射した前記映像光と略同一の画角を有する複数の映像光を複製して前記導光板に出力し、
前記導光板に出力する前記複数の映像光どうしの間隔が、前記映像投影部からの映像光の開口サイズφＰＪと略等しい
ことを特徴とする映像表示装置。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか一項に記載の映像表示装置であって、
前記映像投影部は、ファイバ走査型プロジェクタから成る
ことを特徴とする映像表示装置。

【請求項6】

請求項１～４のいずれか一項に記載の映像表示装置であって、
前記映像投影部は、ミラー走査型プロジェクタから成る
ことを特徴とする映像表示装置。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか一項に記載の映像表示装置であって、
前記導光板は、複数の回折領域を有し、
前記光入力部及び前記光出力部は、それぞれ前記複数の回折領域のうちの１つである
ことを特徴とする映像表示装置。

【請求項8】

請求項１～６いずれか一項に記載の映像表示装置において、
前記導光板は、
前記光入力部に相当する入射面と、
略平行に配置された複数の部分反射面と、を有し、
前記複数の部分反射面は、それぞれ前記入射面から入射した映像光の少なくとも一部を反射するとともに残りを透過する
ことを特徴とする映像表示装置。

【請求項9】

映像信号を生成する映像信号処理装置と、
前記映像信号に基づく映像を表示する映像表示装置と、
を備え、
前記映像表示装置は、
前記映像信号に基づく光を走査して所定の画角の映像光を生成する映像投影部と、
光入力部から入射した前記映像光を内部で伝搬させて光出力部から出力する導光板と、
前記映像投影部からの前記映像光の光線を複製して前記導光板の前記光入力部に出力する映像光複製部と、を備え、
前記映像光複製部は、
前記映像投影部からの前記映像光が入射する入力面と、
入射した前記映像光を反射するか、または、前記映像光の一部を反射して残りを透過する互いに平行な複数の映像光分岐面と、を有する映像光複製プリズムから成り、
入射した前記映像光と略同一の画角を有する複数の映像光を複製して前記導光板に出力し、
前記複数の映像光分岐面の配置間隔ＤｉｓｔＰが、前記映像投影部からの映像光の開口サイズφＰＪと略等しい
ことを特徴とする映像表示システム。

【請求項10】

映像信号を生成する映像信号処理装置と、
前記映像信号に基づく映像を表示する映像表示装置と、
を備え、
前記映像表示装置は、
光を走査して所定の画角の映像光を生成する映像投影部と、
光入力部から入射した前記映像光を内部で伝搬させて光出力部から出力する導光板と、
前記映像投影部からの前記映像光の光線を複製して前記導光板の前記光入力部に出力する映像光複製部と、を備え、
前記映像光複製部は、
前記映像投影部から入射した前記映像光を回折する回折領域を備える入力面と、
前記入力面の前記回折領域で回折された前記映像光を回折する複数の回折領域を備える出力面と、を有する映像光複製回折素子から成り、
前記入力面の前記回折領域と前記出力面の前記回折領域との回折構造の方向及び周期が略同一であり、
入射した前記映像光と略同一の画角を有する複数の映像光を複製して前記導光板に出力し、
前記導光板に出力する前記複数の映像光どうしの間隔が、前記映像投影部からの映像光の開口サイズφＰＪと略等しい
ことを特徴とする映像表示システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、映像表示装置、及び映像表示システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ヘッドマウントディスプレイに代表される導光板を用いた方式の映像表示装置が知られている。

【0003】

上述した導光板を用いた方式（以下、導光板方式と称する）の映像表示装置に関連し、例えば、特許文献１には、ファイバの先端から指向性のあるレーザ光を出射し、ファイバの先端を走査することによって映像を生成するファイバ走査型映像生成装置に関する技術が開示されている。該ファイバ走査型映像生成装置によれば、映像を投影するための投射レンズが不要となるので、装置規模を小型化することができる。

【0004】

また、特許文献２には、映像表示装置に表示する映像光の光束径である瞳サイズを拡大し、映像光をユーザの目の瞳孔まで伝達する導光板に関する技術が開示されている。該導光板によれば、瞳サイズが拡大されたことにより、アイボックス（ユーザが映像を視認できるエリア）を拡大することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開第２０１７／１６３３８６号

【文献】国際公開第２０１６／０２０６４３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献２に記載の導光板と、特許文献１に記載のファイバ走査型映像生成装置とを組み合わせれば、導光板方式の映像表示装置を小型化できる。しかしながら、このような構成の場合、ファイバ走査型映像生成装置から導光板に供給される映像光の射出瞳の直径は、指向性のあるレーザ光の直径と略等しく、導光板から出力される複数の映像光の間隔と比べて非常に小さい。このため、導光板から出力される複数の映像光どうしが重なりを持たず、ユーザの目の瞳孔に映像光が入射しないことが発生し、映像の少なくとも一部分をユーザが視認できなってしまうことが起こり得る。

【0007】

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、ユーザが映像の全体を視認可能な導光板方式の映像表示装置を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本願は、上記課題の少なくとも一部を解決する手段を複数含んでいるが、その例を挙げるならば、以下のとおりである。上記課題を解決すべく、本発明の一態様に係る映像表示装置は、光を走査して所定の画角の映像光を生成する映像投影部と、光入力部から入射した前記映像光を内部で伝搬させて光出力部から出力する導光板と、前記映像光の光線を複製する映像光複製部と、を備え、前記映像光複製部は、入射した前記映像光と略同一の画角を有する２本以上の映像光を複製することを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、ユーザが映像の全体を視認可能な導光板方式の映像表示装置を実現することが可能となる。

【0010】

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施の形態に係る映像表示システムの構成例を示すブロック図である。

【図2】映像表示装置の第１の構成例を示すブロック図である。

【図3】映像投影部に採用し得る映像生成装置の例を示す図である。

【図4】導光板における映像光の伝搬を説明するための図である。

【図5】導光板による映像光の回折方向の例を示す図である。

【図6】映像表示装置の第１の構成例における映像光複製部の第１の構成例を示す断面図である。

【図7】映像表示装置の第１の構成例における映像光複製部の第２の構成例を示す断面図である。

【図8】映像表示装置の第１の構成例における映像光複製部の第３の構成例を示す断面図である。

【図9】映像表示装置の第２の構成例を示すブロック図である。

【図10】映像表示装置の第２の構成例における映像光複製部を含む導光板の第１の構成例を示す断面図である。

【図11】映像表示装置の第２の構成例における映像光複製部を含む導光板の第２の構成例を示す断面図である。

【図12】映像表示装置の第２の構成例における映像光複製部を含む導光板の第３の構成例を示す断面図である。

【図13】映像表示装置の第２の構成例における映像光複製部を含む導光板の第４の構成例を示す断面図である。

【図14】映像表示装置の第３の構成例を示すブロック図である。

【図15】映像表示装置の第３の構成例における映像光複製部が貼り合された導光板の構成例を示す断面図である。

【図16】映像表示装置の第１の構成例の第１の変形例を示す断面図である。

【図17】映像表示装置の第１の構成例の第２の変形例を示す断面図である。

【図18】映像表示装置の第２の構成例の変形例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明に係る複数の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、「Ａからなる」、「Ａよりなる」、「Ａを有する」、「Ａを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。

【0013】

＜本発明の一実施の形態に係る映像表示システムの構成例＞
図１は、本発明の一実施の形態に係る映像表示システムの構成例を示している。

【0014】

該映像表示システム１０は、映像表示装置１１、制御装置１２、映像信号処理装置１３、電力供給装置１４、記憶装置１５、センシング装置１６、通信装置１８、及び音声処理装置２０を有する。

【0015】

映像表示装置１１は、例えばヘッドマウントディスプレイに代表される導光板を用いた導光板方式の表示デバイスである。映像表示装置１１は、映像信号処理装置１３によって生成され、制御装置１２を介して供給される映像信号を入力とし、該映像信号に基づく映像をユーザに表示する。映像表示装置１１の詳細については後述する。

【0016】

制御装置１２は、映像表示システム１０の全体を統括的に制御する。制御装置１２は、例えばＣＰＵ(Central Processing Unit)やコンピュータ等が所定のプログラムを実行することによってその機能を実現することができる。

【0017】

映像信号処理装置１３は、映像表示装置１１に供給するための映像信号を生成する。電力供給装置１４は、映像表示システム１０を構成する各装置に対して電力を供給する。

【0018】

記憶装置１５は、制御装置１２が実行するプログラム、映像表示システム１０を構成する各装置の処理に必要な情報、各装置によって生成された情報等を記憶する。記憶装置１５は、例えば、ＲＡＭ(Random Access Memory)、フラッシュメモリ、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)、ＳＳＤ（solid state drive）ＣＤ-Ｒ（Compact Disc- Recordable）、ＤＶＤ-ＲＡＭ（Digital Versatile Disk-Random Access Memory）等の書き込み及び読み出し可能な記憶メディアまたは記憶メディア駆動装置等から成る。

【0019】

センシング装置１６は、センサ入出力部１７を介して接続される各センサを用いて周囲の状況を検知する。該センサとしては、例えば、ユーザの体勢、向き、及び動きを検出する傾斜センサ、加速度センサ、ユーザの身体状況を検出する視線センサ、温度センサ、ユーザの位置情報を検出するＧＰＳ(Global Positioning System)受信装置、感圧センサ、静電容量センサ、バーコードリーダ等を挙げることができる。

【0020】

通信装置１８は、通信入出力部１９を介し、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、ＵＨＦ（Ultra-High Frequency）波、ＶＨＦ（Very High Frequency）波等を用いた無線通信または有線通信を用いて所定の通信ネットワーク（携帯電話通信網、インターネット等）に接続して通信を行う。

【0021】

音声処理装置２０は、音声入出力部２１を介してマイクやイヤホン等と接続し、音声信号の入出力を行う。

【0022】

＜映像表示装置１１の第１の構成例＞
次に、図２は、映像表示装置１１の第１の構成例としての映像表示装置１０１を示している。

【0023】

映像表示装置１０１は、映像投影部２００、映像光複製部２１０、及び導光板２２０から成る。

【0024】

映像投影部２００は、映像信号処理装置１３によって生成され、制御装置１２を介して供給される映像信号を入力とし、該映像信号に基づき、映像表示装置１１が表示する映像となる映像光を生成して後段に投影する。同図の場合、映像投影部２００が投影した映像光は、映像光複製部２１０に入射される。

【0025】

図３は、映像投影部２００に採用し得る映像生成装置の例を示している。同図（Ａ）は、映像投影部２００に採用し得るファイバ走査型プロジェクタ２０１を示している。同図（Ｂ）は、映像投影部２００に採用し得るミラー走査型プロジェクタ２０２を示している。

【0026】

同図（Ａ）に示すファイバ走査型プロジェクタ２０１は、光源部９００、ファイバ９０１、ファイバ走査素子９０２、及びコリメートレンズ９０３を備える。

【0027】

光源部９００は、例えばレーザ光を発光する。光源部９００にて発光されたレーザ光は、ファイバ９０１の内部を伝搬して、ファイバ９０１の端面９０４から出射する。ファイバ９０１からの出射光は、コリメートレンズ９０３を通過することにより高い指向性を有する光となる。

【0028】

ファイバ９０１に取り付けられたファイバ走査素子９０２は、ファイバ９０１の端面９０４を振動させ、ファイバ９０１からの出射光を走査する。光源部９００が出力するレーザ光の強度と、ファイバ走査素子９０２による端面９０４の振動とを、映像信号に同期させることにより、該ファイバ走査型プロジェクタ２０１は、映像を投影することができる。

【0029】

同図（Ｂ）に示すミラー走査型プロジェクタ２０２は、光源部９００及び走査素子９１１を備えている。

【0030】

走査素子９１１は、走査ミラー（不図示）を有する。光源部９００が出力したレーザ光には指向性があり、該レーザ光は走査素子９１１の走査ミラーに入射して反射する。このとき、走査素子９１１が走査ミラーを振動させることによって反射した反射光を走査することができる。光源部９００が出力するレーザ光の強度と、走査素子９１１の振動とを、映像信号に同期させることにより、ミラー走査型プロジェクタ２０２は、映像を投影することができる。

【0031】

図２に戻る。映像光複製部２１０は、入射された映像光の画角を略保存しながら、映像光の光線を２本以上に複製し、複製した２本以上の映像光を導光板２２０に出力する。なお、映像光複製部２１０の詳細は後述する。

【0032】

導光板２２０は、映像光複製部２１０からの映像光が入射する光入力部２２１と、ユーザの目に対して映像光を出射する光出力部２２２を有する。

【0033】

次に、図４は、導光板２２０における映像光の伝搬を説明するための図である。

【0034】

映像光複製部２１０からの映像光ｋは、光入力部２２１（図における上面）から導光板２２０の内部に入射し、導光板２２０のｘｚ面に平行な対向する内側反射面２２３及び２２４における全反射により、導光板２２０の内部を伝搬する。

【0035】

導光板２２０は、映像表示装置１０１にて表示する映像光の光束径である瞳サイズを拡大する機能を備えており、光入力部２２１から導光板２２０に入射した映像光ｋを複数に複製して、光出力部２２２（図における下面）から出力する。これにより、光入力部２２１から導光板２２０に入射した映像光ｋの光束径である瞳サイズφ１よりも大きい瞳サイズφ２の映像光（同図の場合、複製された３本の映像光ｋ）を光出力部２２２から出力することが可能となる。

【0036】

次に、図５は、導光板２２０の例を示す図である。なお、同図においては、映像投影部２００と導光板２２０の間に設けられる映像光複製部２１０の図示は省略している。

【0037】

同図（Ａ）に示す導光板２２０の一例である導光板８０１は、３つの回折領域８０２，８０３，８０４を備える。

【0038】

回折領域８０２は、ｙ軸に略平行な光をｚ軸に略平行な方向に回折する構造を有する。回折領域８０３は、ｘｚ面内でｚ軸に略平行な光をｘ軸に略平行な方向に回折する構造を有する。回折領域８０４は、ｘ軸に略平行な光をｙ軸に略平行な方向に回折する構造を有する。回折領域８０２と回折領域８０４の回折構造のピッチは互いに略等しく、回折領域８０３の回折構造のピッチは、回折領域８０２の回折構造のピッチの１／√２倍に略等しい。

【0039】

導光板８０１においては、映像投影部２００からの映像光が光入力部２２１に対応する回折領域８０２に入射する。回折領域８０２に入射した映像光は回折して、導光板８０１の内部に取り込まれ、導光板８０１の内部を全反射導光し、回折領域８０３に到達する。回折領域８０３に到達した映像光の一部は回折領域８０３で回折し、回折しなかった映像光は導光板８０１の内部で全反射して、再び回折領域８０３に到達する。そして、回折領域８０３に到達するごとに映像光は複数に複製され、複製された映像光は導光板８０１の内部を全反射導光し、光出力部２２２に対応する回折領域８０４に到達する。

【0040】

回折領域８０４に到達した映像光の一部は回折領域８０４で回折し、回折しなかった映像光は導光板８０１の内部で全反射して、再び回折領域８０４に到達する。そして、回折領域８０４に到達するごとに映像光は複数に複製されて導光板８０１から出射する。

【0041】

したがって、導光板８０１によれば、映像光の光束径である瞳サイズを２次元方向に拡大することができる。なお、導光板８０１は、３つの回折領域８０２～８０４を備えるが、例えば、導光板に２つの回折領域を設け、２つの回折領域の回折構造の方向と周期（ピッチ）を略同一としてもよい。これにより、導光板の構造を平易にすることができ、導光板のコストを低減できる。

【0042】

次に、同図（Ｂ）に示す導光板２２０の一例である導光板８１１は、２つの回折領域８１２，８１３を備える。

【0043】

回折領域８１２は、ｙ軸に略平行な光をｘｚ平面内でｘ軸に略平行な方向に回折する構造を有する。回折領域８１３は、ｘｚ面において、ｘ軸に略平行な光をｘ軸から反時計回りに略６０度と、略－６０度の２方向に回折する構造を有する。回折領域８１２の回折構造のピッチと、回折領域８１３の２つの方向の回折構造のピッチは、互いに全て略等しい。

【0044】

導光板８１１においては、映像投影部２００からの映像光が光入力部２２１に対応する回折領域８１２に入射する。回折領域８１２に入射した映像光は回折して、導光板８１１の内部に取り込まれ、導光板８１１の内部を全反射導光し、光出力部２２２に対応する回折領域８１３に到達する。回折領域８１３は映像光を２方向に回折する構造を有するが、導光板８１１の内部で全反射導光する過程で、回折領域８１３が有する２方向の回折構造のそれぞれで１回ずつ回折すると、映像光は導光板８１１から出射する。

【0045】

したがって、導光板８１１によっても、映像光の光束径である瞳サイズを２次元方向に拡大することができる。

【0046】

次に、同図（Ｃ）に示す導光板２２０の一例である導光板８２１は、入射面８２２、及び複数の部分反射面８２３を備える。

【0047】

複数の部分反射面８２３は、互いに平行で、入射した光の少なくとも一部を反射し、残りを透過する複数枚のビームスプリッタ面である。

【0048】

導光板８２１においては、映像投影部２００からの映像光が光入力部２２１に対応する入射面８２２に入射する。入射面８２２に入射した映像光は、導光板８２１の内部で全反射導光し、複数の部分反射面８２３に到達する。複数の部分反射面８２３を構成するそれぞれのビームスプリッタ面が映像光を反射することにより、光出力部２２２に対応する光出力面８２４から映像光が出射する。

【0049】

したがって、導光板８２１によれば、映像光の光束径である瞳サイズを１次元方向に拡大することが可能となる。

【0050】

上述したように、導光板８０１，８１１，８２１から出射された映像光の一部は、ユーザの目１２０に入射する。ユーザは、目１２０に入射した光を知覚することで、映像表示装置１０１が表示する映像を視認することができる。

【0051】

なお、導光板２２０が有する瞳サイズを拡大する機能により、導光板２２０の光出力部２２２から出力される映像光の瞳サイズφ２（図４）は、導光板２２０に入射する映像光の瞳サイズφ１（図４）よりも大きくなっているため、導光板２２０を経ずに導光板２２０に入射する映像光をユーザが直接見る場合と比べて、導光板２２０を出射した映像光を見る場合の方が、ユーザの目１２０が移動した際にユーザが映像を視認できるエリア（アイボックス）を広くすることが可能となる。

【0052】

しかしながら、図３に示されたファイバ走査型プロジェクタ２０１やミラー走査型プロジェクタ２０２のような指向性のある光（レーザ光）を走査して映像を生成する映像生成装置を映像投影部２００に採用した場合、映像光の射出瞳直径が指向性のある光の直径とほぼ等しく、０．１～２．０ｍｍ程度である。

【0053】

０．１～２．０ｍｍ程度の映像光の射出瞳直径は、導光板２２０から出力される複数の映像光の間隔２ｍｍ～８ｍｍ程度と比べて小さいため、導光板２２０から出力される複数の映像光どうしが重なりを持たず、ユーザの目が複数の映像光の隙間に位置した際に、ユーザの目の瞳孔に映像光が入射しないか、ほとんど入射しない場合がある。この場合、ユーザは映像の少なくとも一部分を視認することができないか、映像の一部分が顕著に暗く見えてしまう事態が起こり得る。

【0054】

このような事態の発生を抑止するために、映像表示装置１０１では、映像投影部２００と導光板２２０の間に、映像光複製部２１０が設けられている。以下、映像光複製部２１０について詳述する。

【0055】

＜映像光複製部２１０の第１の構成例＞
次に、図６は、映像表示装置１０１における映像光複製部２１０の第１の構成例を示す断面図である。

【0056】

映像光複製部２１０の第１の構成例は、映像光複製プリズム３０１から成る。映像光複製プリズム３０１は、透明な硝材または樹脂によって形成されており、入力面３０２、出力面３０３、及び、少なくとも２つ以上の略平面で互いに略平行な映像光分岐面３０４を備える。同図の場合、映像光複製プリズム３０１は、２つの映像光分岐面３０４Ａ，３０４Ｂを備える。

【0057】

映像光複製プリズム３０１においては、映像投影部２００からの映像光が入力面３０２から入射し、映像光分岐面３０４Ａに到達する。映像光分岐面３０４Ａは、入射した光の少なくとも一部を反射し、残りを透過する。よって、映像光分岐面３０４Ａに到達して透過した映像光は、出力面３０３から出射する。また、映像光分岐面３０４Ａに到達して反射した映像光は、映像光分岐面３０４Ｂに到達する。映像光分岐面３０４Ｂは、少なくとも一部の光を反射する。よって、映像光分岐面３０４Ｂに到達して反射した光は、出力面３０３から出射する。

【0058】

映像光分岐面３０４Ａ，３０４Ｂは、何れも略平面で、互いに略平行なので、映像光複製プリズム３０１は、映像光複製プリズム３０１に入射した映像光と略同一の画角を持つ映像光を２本に複製して出力することが可能となる。

【0059】

映像光複製プリズム３０１が出力した２本の映像光は、何れも導光板２２０の光入力部２２１に入射する。光入力部２２１に入射した２本の映像光は、それぞれ導光板２２０が有する瞳サイズを拡大する機能により複製されて光出力部２２２から出力する。

【0060】

映像光複製プリズム３０１が出力した２つの映像光は、導光板２２０の光入力部２２１の異なる場所に入射するため、光出力部２２２の異なる場所から出力される。そのため、導光板２２０から出力される映像光どうしの隙間が少なくなる。これにより、ユーザの目の瞳孔に映像光が入射するようになり、ユーザは映像の全体を視認することが可能となる。

【0061】

なお、映像光分岐面３０４Ｂ（複数の映像光分岐面３０４のうち、映像光が最後に到達する映像光分岐面３０４）は、全ての映像光を反射することが望ましい。これにより、光利用効率を高めることが可能となる。

【0062】

また、映像光分岐面３０４Ａのエネルギ反射率（以下、反射率と略称する）をＲＡ、映像光分岐面３０４Ｂの反射率をＲＢとした場合、（１－ＲＡ）とＲＡ×ＲＢが略等しくなるように、映像光分岐面３０４Ａ，３０４Ｂを形成することが望ましい。

【0063】

特に、映像光分岐面３０４Ｂが映像光を全反射するようにした場合、すなわち、ＲＢ＝１とした場合、ＲＡ＝０．５とすることが望ましい。これにより、映像光複製プリズム３０１から出射する２つの映像光の強度が互いに略等しくなり、ユーザが視認する映像をより均一にすることができる。

【0064】

なお、同図の場合、映像光複製プリズム３０１は、２つの映像光分岐面３０４を備えるとして説明したが、２つ以上の映像光分岐面３０４を備えていてもよい。映像光複製プリズム３０１が２つ以上の映像光分岐面３０４を備える場合においても、全ての映像光分岐面３０４を略平面で互いに略平行となるように形成する。

【0065】

例えば、映像光分岐面３０４の数をＮ枚とし、Ｎ枚の映像光分岐面３０４のうち、入力面３０２に近いものから順に第１、第２、…、第Ｎの映像光分岐面３０４とした場合、入力面３０２から入射した映像光は、第１の映像光分岐面３０４に入射する。第１の映像光分岐面３０４に入射した光の少なくとも一部は第１の映像光分岐面３０４を透過して出力面３０３から出射し、第１の映像光分岐面３０４に入射した光の少なくとも一部は第１の映像光分岐面３０４で反射して第２の映像光分岐面３０４に入射する。２以上（Ｎ－１）以下の整数ｋに対して、第ｋの映像光分岐面３０４に入射した光の少なくとも一部は第ｋの映像光分岐面３０４で反射して出力面３０３から出射し、第ｋの映像光分岐面３０４に入射した光の少なくとも一部は第ｋの映像光分岐面３０４を透過して第（ｋ＋１）の映像光分岐面３０４に入射する。第Ｎの映像光分岐面３０４に入射した光の少なくとも一部は、第Ｎの映像光分岐面３０４で反射して出力面３０３から出射する。これにより、映像光複製プリズム３０１は、映像光複製プリズム３０１に入射した映像光と略同一の画角を持つ映像光をＮ本に複製して出力することが可能となる。

【0066】

また、第１～第Ｎの映像光分岐面３０４のうち、第１の映像光分岐面３０４の反射率が最も高く、第２～第Ｎの映像光分岐面３０４の反射率は、入力面に近いほど低くなるように構成するとよい。好適には、第１の映像光分岐面３０４の反射率は（Ｎ－１）／Ｎであり、２以上Ｎ以下の整数ｋに対して、第ｋの映像光分岐面３０４の反射率は１／（Ｎ－ｋ＋１）とするとよい。これにより、ユーザが視認する映像をより均一にすることが可能となる。

【0067】

さらに、映像光複製プリズム３０１は、入力面３０２から映像光複製プリズム３０１に入射した映像光が、映像光分岐面３０４に入射する前に、映像光複製プリズム３０１の出力面３０３以外の端面に入射しないように構成することが望ましい。これにより、迷光が発生することを防ぐことができる。

【0068】

またさらに、映像光複製プリズム３０１は、第１の映像光分岐面３０４で反射した光が、第１の映像光分岐面３０４以外の第２～Ｎの映像光分岐面３０４で反射する前に、映像光複製プリズム３０１の端面に入射しないように構成することが望ましい。これにより、迷光が発生することを防ぐことができる。

【0069】

別の映像光複製プリズム３０１として、映像光複製プリズム３０１に入射して第１の映像光分岐面３０４で反射した光が出力面３０３から出射するように構成した映像光複製プリズム３０１を利用してもよい。例えば、入力面３０２から入射した映像光は、第１の映像光分岐面３０４に入射する。１以上（Ｎ－１）以下の整数ｋに対して、第ｋの映像光分岐面３０４に入射した光の少なくとも一部は第ｋの映像光分岐面３０４で反射して出力面３０３から出射し、第ｋの映像光分岐面３０４に入射した光の少なくとも一部は第ｋの映像光分岐面３０４を透過して第（ｋ＋１）の映像光分岐面３０４に入射する。第Ｎの映像光分岐面３０４に入射した光の少なくとも一部は、第Ｎの映像光分岐面３０４で反射して出力面３０３から出射する。これにより、配置の自由度を高めることが可能である。また、第１～第Ｎの映像光分岐面３０４の反射率は、入力面に近いほど低くなるように構成するとよい。好適には、１以上Ｎ以下の整数ｋに対して、第ｋの映像光分岐面３０４の反射率は１／（Ｎ－ｋ＋１）とするとよい。これにより、ユーザが視認する映像をより均一にすることが可能となる。

【0070】

さらに、映像光複製プリズム３０１は、映像投影部２００の映像光を出射する開口サイズをφＰＪ（不図示）、映像光複製プリズム３０１のＮ枚の映像光分岐面３０４の配置間隔をＤｉｓｔＰとした場合、ＤｉｓｔＰはφＰＪと略等しいか、またはφＰＪよりも小さくなるように構成するとよい。これにより、映像光複製プリズム３０１が出力する２本以上の映像光は互いに重なりを持つようになり、ユーザが視認する映像をより均一にすることが可能となる。

【0071】

また、別の観点から、映像光複製プリズム３０１は、導光板２２０の瞳サイズを拡大する機能により導光板２２０から出力される複数の映像光の間隔をＤｗｇ（不図示）とした場合、ＤｉｓｔＰはＤｗｇの１／Ｎと略等しいか、Ｄｗｇの１／Ｎの整数倍と略等しくなるように構成するとよい。これにより、導光板２２０から出力される映像光どうしの隙間をより少なくすることができ、ユーザが視認する映像をより均一にすることが可能となる。

【0072】

＜映像光複製部２１０の第２の構成例＞
次に、図７は、映像表示装置１０１における映像光複製部２１０の第２の構成例を示す断面図である。

【0073】

映像光複製部２１０の第２の構成例は、映像光複製回折素子３１１から成る。映像光複製回折素子３１１は、透明な硝材または樹脂によって形成されており、入力面３１２、および出力面３１３を備える。入力面３１２は、少なくとも一部の光を回折する回折領域３１４を備える。出力面３１３は、少なくとも一部の光を回折する複数の回折領域３１５を備える。同図の場合、出力面３１３は、２つの回折領域３１５Ａ、３１５Ｂを備える。

【0074】

回折領域３１４と回折領域３１５の回折構造の方向と周期（ピッチ）は、略同一とする。同図の場合、回折領域３１４，３１５の回折構造の溝の方向はｚ軸方向であり、ピッチの方向はｘ軸方向である。

【0075】

映像光複製回折素子３１１においては、映像投影部２００からの映像光が入力面３１２の回折領域３１４に入射する。回折領域３１４は、０次光と、１次光と、－１次光と、を発生させる。回折領域３１４から出射した０次光と、１次光と、－１次光は、それぞれ映像光複製回折素子３１１の内部を伝搬する。回折領域３１４からの０次光は、出力面３１３のうち、回折領域３１５が設けられていない領域から導光板２２０に出力される。回折領域３１４からの－１次光は、回折領域３１５Ａに到達し、１次回折して導光板２２０に出力される。回折領域３１４からの１次光は、回折領域３１５Ｂに到達し、－１次回折して導光板２２０に出力される。

【0076】

上述したように、回折領域３１４と回折領域３１５の回折構造の方向と周期（ピッチ）は、略同一となるように構成されている。これにより、映像光複製回折素子３１１は、映像光複製回折素子３１１に入射した映像光と略同一の画角を持つ映像光を３本に複製して出力することが可能となる。

【0077】

なお、回折領域３１４による０次回折、１次回折、及び－１次回折の３つの回折次数以外の回折効率は、略０であることが望ましい。また、回折領域３１５Ａの１次の回折効率と、回折領域３１５Ｂの－１次の回折効率とは、何れも略１であることが望ましい。これにより、光利用効率を高めることができる。

【0078】

さらに、回折領域３１４の０次回折、１次回折、及び－１次回折それぞれの回折効率は、互いに略等しいことが望ましい。これにより、映像光複製回折素子３１１から出力される３本の映像光の強度を略等しくすることができ、ユーザが視認する映像をより均一にすることが可能となる。

【0079】

またさらに、回折領域３１５Ａの中心点と回折領域３１５Ｂの中心点との間を１：１に内分する点と、回折領域３１４の中心点から出力面３１３に下した垂線と出力面３１３との交点は、略同一の位置であることが望ましい。これにより、映像光複製回折素子３１１の構造を平易にすることができ、映像光複製回折素子３１１のコストを低減することが可能となる。

【0080】

また別の観点では、回折領域３１５Ａに入射する映像光の中心点と回折領域３１５Ｂに入射する映像光の中心点との間を１：１に内分する点と、回折領域３１４に入射する映像光の中心点から出力面３１３に下した垂線と出力面３１３との交点は、略同一の位置であることが望ましい。これにより、映像光複製回折素子３１１の構造を平易にすることができ、映像光複製回折素子３１１のコストを低減することが可能となる。

【0081】

映像光複製回折素子３１１は、映像投影部２００の映像光を出射する開口サイズをφＰＪ、回折領域３１５Ａの中心点と回折領域３１５Ｂの中心点の間の距離をＤｉｓｔＧ１（どちらも不図示）とした場合、ＤｉｓｔＧ１はφＰＪの略２倍であるか、略２倍より小さいことが望ましい。これにより、映像光複製回折素子３１１が出力する３つの映像光は互いに重なりを持つようになり、ユーザが視認する映像をより均一にすることが可能となる。

【0082】

また、別の観点では、回折領域３１５Ａに入射する映像光の中心点と回折領域３１５Ｂに入射する映像光の中心点の間の距離をＤｉｓｔＧ２（不図示）とした場合、ＤｉｓｔＧ２はφＰＪの略２倍か略２倍より小さいことが望ましい。これにより、映像光複製回折素子３１１が出力する３つの映像光は互いに重なりを持つようになり、ユーザが視認する映像をより均一にすることが可能となる。

【0083】

なお、上述した説明では、回折領域３１４は、０次回折と、１次回折と、－１次回折との３つの次数の回折光を出力するとして説明したが、例えば、１次回折と－１次回折などの２つの次数の回折光を出力するとしてもよい。これにより、映像光複製回折素子３１１の構造を平易にすることができ、映像光複製回折素子３１１のコストを低減することができる。

【0084】

または、回折領域３１４は、０次回折と１次回折と－１次回折と２次回折と－２次回折などＮ個（Ｎは２以上の整数）の次数の回折光を出力するとしてもよい。ｋを整数として、回折領域３１４でｋ次回折した光は、出力面３１３が備える回折領域３１５で－ｋ次回折して、映像光複製回折素子３１１から出力される。これにより、映像光複製回折素子３１１は、映像光複製回折素子３１１に入射した映像光と略同一の画角を持つ映像光をＮ本に複製して出力することができ、ユーザが視認する映像をより均一にすることが可能となる。

【0085】

また、出力面３１３のうち、回折領域３１４でｋ次回折した光が到達する領域は、－ｋ次回折の回折効率が高い回折領域を備えるように映像光複製回折素子３１１を構成するとよい。さらに、出力面３１３のうち、回折領域３１４で０次回折した（回折しなかった）光が到達する領域は、回折領域を備えていないことが望ましい。これにより、光利用効率を高くすることが可能となる。

【0086】

さらに、回折領域３１４で回折して出力面３１３に到達する隣接した映像光どうしの間の距離ＤｉｓｔＧ３（不図示）は、映像投影部２００の映像光を出射する開口サイズφＰＪと略等しいか、φＰＪより小さいことが望ましい。これにより、映像光複製回折素子３１１が出力する２つ以上の映像光は互いに重なりを持つようになり、ユーザが視認する映像をより均一にすることが可能となる。

【0087】

また、別の観点では、導光板２２０の瞳サイズを拡大する機能により導光板２２０から出力される複数の映像光の間隔をＤｗｇとした場合、ＤｉｓｔＧ３はＤｗｇの１／Ｎと略等しいか、Ｄｗｇの１／Ｎの整数倍と略等しくなるように映像光複製回折素子３１１を構成するとよい。これにより、導光板から出力される映像光どうしの隙間をより少なくすることができ、ユーザが視認する映像をより均一にすることが可能となる。

【0088】

＜映像光複製部２１０の第３の構成例＞
次に、図８は、映像表示装置１０１における映像光複製部２１０の第３の構成例を示す断面図である。

【0089】

映像光複製部２１０の第３の構成例は、映像光複製ビームスプリッタ３２１から成る。映像光複製ビームスプリッタ３２１は、透明な硝材または樹脂によって形成されており、入力面３２２、及び出力面３２３を有する。映像光複製ビームスプリッタ３２１は、出力面３２３と光入力部２２１とがなす角が０度より大きく、入力面３２２と出力面３２３とが互いに平行となるように形成されている。

【0090】

映像光複製ビームスプリッタ３２１においては、映像投影部２００からの映像光が入力面３２２から入射し、入射した映像光の少なくとも一部は映像光複製ビームスプリッタ３２１の内部を伝搬する。映像光複製ビームスプリッタ３２１の内部を伝搬した映像光は、出力面３２３に到達する。出力面３２３は少なくとも一部の光を透過し、少なくとも一部の光を反射する。出力面３２３を透過した光は映像光複製ビームスプリッタ３２１から出射する。出力面３２３で反射した光は、映像光複製ビームスプリッタ３２１の内部を伝搬して入力面３２２に到達し、入力面３２２で反射し、再び出力面３２３に到達する。入力面３２２から入射した光が出力面３２３に到達するごとに、映像光が出力面３２３から出射する。

【0091】

上述したように、入力面３２２と出力面３２３とは互いに平行となるように形成されているので、映像光複製ビームスプリッタ３２１は、映像光複製ビームスプリッタ３２１に入射する映像光と略同一の画角を持つ複数の映像光を少なくとも２本以上に複製して出力することが可能となる。

【0092】

入力面３２２のうち、映像投影部２００からの映像光が入射するエリアの透過率は、略１であることが望ましい。これにより光利用効率を高くすることができる。

【0093】

また、入力面３２２のうち、出力面３２３で反射した映像光が入射する領域の反射率は、略１であることが望ましい。これにより、光利用効率を高くすることができる。

【0094】

入力面３２２から入射した映像光が到達する出力面内の領域を第１到達領域、ｋを１以上の整数として、第ｋ到達領域で反射して、入力面３２２で反射した映像光が、再び出力面３２３に到達する出力面内の領域を第（ｋ＋１）到達領域と定義する。また、Ｎを２以上の整数として、出力面３２３は第１到達領域から第Ｎ到達領域まで備え、映像光複製ビームスプリッタ３２１はＮ本の映像光を出力するものとする。この場合、第ｋ到達領域の反射率は、第（ｋ＋１）到達領域の反射率より大きいことが望ましい。好適には、第ｋ到達領域の反射率は（Ｎ－ｋ）／（Ｎ－ｋ＋１）とする。これにより、映像光複製ビームスプリッタ３２１が出力する映像光の強度が互いに略等しくなるため、ユーザが視認する映像をより均一にすることが可能となる。

【0095】

別の観点では、映像光複製ビームスプリッタ３２１は、入力面３２２と出力面３２３のうちの少なくとも一方の全面が略均一の反射率となるように構成することが望ましい。これにより映像光複製ビームスプリッタ３２１のコストを抑えることが可能となる。

【0096】

以上に説明した映像光複製部２１０を備える映像表示装置１０１によれば、映像投影部２００に、図３に示されたファイバ走査型プロジェクタ２０１やミラー走査型プロジェクタ２０２のような射出瞳が小さい映像生成装置が採用されていても、ユーザの目の瞳孔に映像光が入射するようになるため、ユーザは映像の全体を視認可能となる。換言すれば、映像投影部２００に、図３に示されたファイバ走査型プロジェクタ２０１やミラー走査型プロジェクタ２０２のような射出瞳が小さい映像生成装置を採用して、ユーザが映像の全体を視認可能であって、映像表示装置１１を小型化することが可能となる。

【0097】

＜映像表示装置の第２の構成例＞
次に、図９は、映像表示装置１１の第２の構成例としての映像表示装置１０２を示している。なお、該映像表示装置１０２の構成要素のうち、映像表示装置１０１（図２）の構成要素と共通するものについては、同一の符号を付してその説明を適宜省略する。

【0098】

映像表示装置１０２は、映像投影部２００、及び導光板４００から成る。導光板４００は、光入力部２２１、映像光複製部２３０、及び光出力部２２２を有する。

【0099】

映像表示装置１０２においては、映像投影部２００からの映像光が、光入力部２２１から導光板４００の内部に入射し、導光板４００の内部を伝搬して映像光複製部２３０に入射する。映像光複製部２３０は、入射した映像光の画角を略保存しながら、映像光の光線を少なくとも２本以上に複製して出力する。映像光複製部２３０にて複製された映像光は、導光板４００の内部を伝搬して光出力部２２２から導光板４００の外部に出射する。

【0100】

＜映像光複製部２３０を含む導光板４００の構成例＞
次に、映像光複製部２３０を含む導光板４００の複数の構成例について、図１０～図１３を参照して説明する。

【0101】

図１０は、導光板４００の第１の構成例を示す断面図である。導光板４００の第１の構成例である導光板４１０は、光入力部２２１、光出力部２２２、及び透明平板４０１Ａ，４０１Ｂ，４０２なら成る。

【0102】

透明平板４０１Ａ，４０１Ｂは、映像光複製部２３０に相当する。透明平板４０１Ａ，４０１Ｂ，４０２は、それぞれ透明な硝材または樹脂により形成されている。透明平板４０１Ａと透明平板４０１Ｂは、ｘｚ面に平行な貼り合せ面４０３で透明な接着剤、またはオプティカルコンタクトにより貼り合わされている。同様に、貼り合わされた透明平板４０１Ａ，４０１Ｂと、透明平板４０２とは、ｙｚ面に平行な貼り合せ面４０４にて透明な接着剤、またはオプティカルコンタクトにより貼り合わされている。

【0103】

さらに、透明平板４０１Ａの厚さをｔ１、透明平板４０１Ｂの厚さをｔ２、透明平板４０２の厚さをｔｔとした場合、透明平板４０２の厚さｔｔは、透明平板４０１Ａ，４０１Ｂの厚さの加算値ｔ１＋ｔ２に略等しい関係を有する。

【0104】

導光板４１０においては、映像投影部２００からの映像光が、光入力部２２１から導光板４１０の内部に入射する。導光板４１０の内部に入射した光は、透明平板４０１Ａの内部を伝搬し、貼り合せ面４０３に到達する。貼り合せ面４０３では、その少なくとも一部の領域が、少なくとも一部の映像光を反射し、少なくとも一部の映像光を透過する。これにより、貼り合せ面４０３に到達した映像光は、貼り合せ面４０３で反射するか、または透過するかによって２本に複製される。

【0105】

貼り合せ面４０３にて反射した映像光は、透明平板４０１Ａの全反射面４０５Ａで全反射し、再び貼り合せ面４０３に到達する。一方、貼り合せ面４０３を透過した映像光は、透明平板４０１Ｂの全反射面４０５Ｂで全反射し、再び貼り合せ面４０３に到達する。貼り合せ面４０３に映像光が到達するごとに、貼り合せ面４０３で反射するかまたは透過するかにより２本に複製される。これにより、映像光複製部２３０に入射した映像光は複数に複製され、貼り合せ面４０４に到達する。貼り合せ面４０４に到達した複数の映像光は、映像光複製部２３０から透明平板４０２に入射し、光出力部２２２に到達する。

【0106】

なお、映像光複製部２３０からの複数の映像光は、それぞれ導光板４１０が有する瞳サイズを拡大する機能によりさらに複製されて光出力部２２２の互いに異なる場所から出力される。よって、導光板４１０から出射される映像光どうしの隙間が少なくなる。これにより、ユーザの目の瞳孔に映像光が入射するようになり、ユーザは映像の全体を視認可能となる。

【0107】

なお、透明平板４０１Ａの厚さｔ１と透明平板４０１Ｂの厚さｔ２とを略等しく形成した場合、透明平板４０１Ａ及び透明平板４０１Ｂが薄くなることを防ぐことができ、導光板４１０の強度を高くすることが可能となる。また、この場合、映像光複製部２３０では映像光を２本に複製することができる。

【0108】

また、透明平板４０１Ａ，４０１Ｂの貼り合せ面４０３の反射率は、略０．５であることが望ましい。これにより、映像光複製部２３０が出力する複数の光線の強度を互いに略等しくすることができ、ユーザが視認する映像をより均一にすることが可能となる。

【0109】

また、別の観点では、透明平板４０１Ａの厚さｔ１と透明平板４０１Ｂの厚さｔ２との関係を、０．２≦ｔ２／ｔ１＜５とした場合、導光板４１０の強度を低下させることなく、映像光複製部２３０が出力する映像光の数を増やすことが可能となる。

【0110】

例えば、ｔ２／ｔ１＝０．５またはｔ２／ｔ１＝２とした場合、映像光複製部２３０は、映像光を３本に複製することができる。これにより、導光板４１０から出射される映像光どうしの隙間をより少なくすることができ、ユーザが視認する映像をより均一にすることが可能となる。

【0111】

次に、図１１は、導光板４００の第２の構成例を示す断面図である。導光板４００の第２の構成例である導光板４２０は、導光板４１０（図１０）に対し、光入力部２２１の直下に透明平板４０６を追加したものである。

【0112】

透明平板４０６は、透明な硝材または樹脂により形成されている。貼り合わされた透明平板４０１Ａ，４０１Ｂと、透明平板４０６とは、ｙｚ面に平行な貼り合せ面４０７にて透明な接着剤、またはオプティカルコンタクトにより貼り合わされている。

【0113】

導光板４２０においては、映像投影部２００からの映像光が、光入力部２２１から導光板４２０の内部に入射する。導光板４１０の内部に入射した光は、透明平板４０６の内部を伝搬し、貼り合せ面４０７から映像光複製部２３０に入射する。映像光複製部２３０に入射した後の映像光の伝搬については、導光板４１０と同様なので、その説明は省略する。

【0114】

映像光複製部２３０にて複製された映像光は、それぞれ導光板４２０が有する瞳サイズを拡大する機能によりさらに複製されて光出力部２２２の互いに異なる場所から出力される。よって、導光板４２０から出射される映像光どうしの隙間が少なくなる。これにより、ユーザの目の瞳孔に映像光が入射するようになり、ユーザは映像の全体を視認可能となる。

【0115】

次に、図１２は、導光板４００の第３の構成例を示す断面図である。導光板４００の第３の構成例である導光板４３０は、光入力部２２１、光出力部２２２、透明平板４４１、及び透明平板４４２から成る。

【0116】

映像光複製部２３０は、透明平板４４１と、透明平板４４２の一部とによって実現される。

【0117】

透明平板４４１と透明平板４４２とは、ｘｚ面に平行な貼り合せ面４４３において、透明な接着剤、またはオプティカルコンタクトにより貼り合わされている。貼り合せ面４４３の少なくとも一部の領域は、少なくとも一部の映像光を反射し、少なくとも一部の映像光を透過する。

【0118】

導光板４３０においては、映像投影部２００からの映像光が、光入力部２２１から導光板４４０の内部に入射し、貼り合せ面４４３に到達する。貼り合せ面４４３では、映像光が反射するか、または透過するかによって２本に複製される。これにより、映像光複製部２３０に入射した映像光は複数に複製される。映像光複製部２３０から出力された複数の映像光は、それぞれ導光板４３０が有する瞳サイズを拡大する機能により複製されて光出力部２２２の互いに異なる場所から出力される。よって、導光板４３０から出力される映像光どうしの隙間が少なくなる。これにより、ユーザの目の瞳孔に映像光が入射するようになり、ユーザは映像の全体を視認可能となる。

【0119】

上述した導光板４１０，４２０，４３０では、映像光複製部２３０を２枚の透明平板によって形成していたが、２枚以上の透明平板によって映像光複製部２３０を形成するようにしてもよい。

【0120】

次に、図１３は、導光板４００の第４の構成例を示す断面図である。導光板４００の第４の構成例である導光板４４０は、光入力部２２１、光出力部２２２、透明平板４０２、及び３枚の透明平板４２１Ａ～４２１Ｃから成る。

【0121】

映像光複製部２３０は、３枚の透明平板４２１Ａ～４２１Ｃによって実現される。映像光複製部２３０を成す透明平板４２１Ａと４２１Ｂとは、ｘｚ面に平行な貼り合せ面４２３Ａで、透明平板４２１Ｂと透明平板４２１Ｃとは、ｘｚ面に平行な貼り合せ面４２３Ｂで、透明な接着剤、またはオプティカルコンタクトにより貼り合わされている。貼り合わされた透明平板４２１Ａ～４２１Ｃと透明平板４０２とは、ｙｚ面に平行な貼り合せ面４２４で透明な接着剤、またはオプティカルコンタクトにより貼り合わされている。

【0122】

透明平板４２１Ａの厚さをｔ１、透明平板４２１Ｂの厚さをｔ２、透明平板４２１Ｃの厚さをｔ３、透明平板４０２の厚さをｔｔとした場合、透明平板４０２の厚さｔｔは、透明平板４２１Ａ，４２１Ｂ，４２１Ｃの厚さの加算値ｔ１＋ｔ２＋ｔ３と略等しい。

【0123】

貼り合せ面４２３Ａ，４２３Ｂは、それぞれ少なくとも一部の領域が、少なくとも一部の映像光を反射し、少なくとも一部の映像光を透過する。

【0124】

なお、映像光複製部２３０を成す透明平板の枚数をより増やせば、映像光複製部２３０が複製する映像光の本数を増やすことができる。これにより、導光板４４０から出力される映像光どうしの隙間をより少なくすることができ、ユーザが視認する映像をより均一にすることが可能となる。

【0125】

以上に説明した導光板４１０～４４０のいずれかを備える映像表示装置１０２によれば、上述した映像表示装置１０１が得られる作用・効果に加えて、映像投影部２００と導光板４００との間に配置する光学部品が不要となるので、映像表示装置１１をより小型化することができる。

【0126】

＜映像表示装置の第３の構成例＞
次に、図１４は、映像表示装置１１の第３の構成例である映像表示装置１０３を示している。映像表示装置１０３の構成要素のうち、映像表示装置１０１（図２）の構成要素と共通するものについては、同一の符号を付してその説明を適宜省略する。

【0127】

映像表示装置１０３は、映像投影部２００、映像光複製部２５０、及び導光板７００から成る。映像光複製部２５０は、導光板７００に対して透明な接着剤、またはオプティカルコンタクトにより貼り合わされている。

【0128】

導光板７００は、光入力部２２１、全反射導光部２４０、及び光出力部２２２を有する。

【0129】

映像表示装置１０３においては、映像投影部２００からの映像光が光入力部２２１から導光板７００の内部に入射し、全反射導光部２４０にて全反射導光する。そして、全反射導光する過程で、映像光は映像光複製部２５０に伝搬する。映像光複製部２５０は、伝搬してきた映像光の画角を略保存しながら、少なくとも２本以上に複製して出力する。映像光複製部２５０から出力された映像光は、再び全反射導光部２４０に入射して全反射導光する。全反射導光部２４０を出射した映像光は、光出力部２２２から導光板７００の外部に出射する。

【0130】

図１５は、映像光複製部２５０が貼り合わされた導光板７００の構成例を示す断面図である。

【0131】

映像光複製部２５０は、透明な硝材または樹脂で形成された透明平板４３１Ａから成る。全反射導光部２４０は、透明な硝材または樹脂で形成された透明平板４３２から成る。

【0132】

透明平板４３１Ａと透明平板４３２とは、ｘｚ面に平行な貼り合せ面４３３にて透明な接着剤またはオプティカルコンタクトにより貼り合わされている。

【0133】

導光板７００においては、映像投影部２００からの映像光が光入力部２２１から導光板７００の内部に入射し、透明平板４３２（全反射導光部２４０）の内部を全反射導光する。透明平板４３２の内部で全反射導光する過程で、映像光は貼り合せ面４３３に到達する。貼り合せ面４３３の少なくとも一部の領域は、少なくとも一部の映像光を透過し、少なくとも一部の光を反射する。貼り合せ面４３３を透過した映像光は、透明平板４３１の内部で全反射導光して、再び貼り合せ面４３３に到達する。一方、貼り合せ面４３３で反射した映像光は、透明平板４３２の内部で全反射導光して、再び貼り合せ面４３３に到達する。よって、映像光は、貼り合せ面４３３に到達するごとに複製されることになり、これにより、映像光複製部２５０は複数の映像光を出力することができる。

【0134】

映像光複製部２５０が出力した複数の映像光は、それぞれ導光板７００が有する瞳サイズを拡大する機能により複製されて光出力部２２２の互いに異なる場所から出力される。このため、導光板７００から出力される映像光どうしの隙間が少なくなる。これにより、ユーザの目の瞳孔に映像光が入射するようになり、ユーザは映像の全体を視認可能となる。

【0135】

なお、透明平板４３１Ａの厚さｔ１と、透明平板４３２の厚さｔ２とは、ｔ１＜ｔ２の関係が成立するように形成する。これにより、透明平板４３１Ａの内部における全反射の一往復の距離が短くなり、映像光複製部２５０による映像光の複製数を増やすことができ、ユーザが視認する映像をより均一にすることが可能となる。

【0136】

以上に説明した導光板７００を備える映像表示装置１０３によれば、上述した映像表示装置１０１が得られる作用・効果に加えて、映像投影部２００と導光板７００との間に配置する光学部品が不要となるので、映像表示装置１１をより小型化することができる。

【0137】

＜映像表示装置１０１の第１の変形例＞
次に、映像表示装置１１の第１の構成例である映像表示装置１０１の第１の変形例について説明する。上述した映像表示装置１０１は、図６～図８に示されたように、映像投影部２００からの映像光を映像光複製部２１０にて複製して１枚の導光板２２０に入射するようにしたが、映像光複製部２１０にて複製した複数の映像光を複数の導光板２２０に入射するように変形してもよい。

【0138】

図１６は、映像表示装置１０１の第１の変形例を示している。該第１の変形例は、ｙ軸方向に重ねて配置した３枚の導光板２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃを備える。

【0139】

導光板２２０Ａの光入力部２２１Ａは、映像光複製部２１０から入射した映像光の少なくとも一部を導光板２２０Ａに取り込み、少なくとも一部を透過させる。導光板２２０Ｂの光入力部２２１Ｂは、光入力部２２１Ａを透過した映像光の少なくとも一部を導光板２２０Ｂに取り込み、少なくとも一部を透過させる。導光板２２０Ｃの光入力部２２１Ｃは、光入力部２２１Ｂを透過した映像光の少なくとも一部を導光板２２０Ｃに取り込む。

【0140】

なお、導光板２２０Ａ～２２０Ｃには、それぞれ異なる波長の光を伝搬する特性を持たせるようにする。例えば、導光板２２０Ａには青色帯域の光を伝搬する特性を持たせ、導光板２２０Ｂには緑色帯域の光を伝搬する特性を持たせ、導光板２２０Ｃには赤色帯域の光を伝搬する特性を持たせる。

【0141】

これにより、映像光が有する色に応じて導光板２２０Ａ～２２０Ｃのいずれかにて映像光を伝搬することが可能となる。さらに、導光板２２０Ａ～２２０Ｃそれぞれで伝搬する映像光の波長を狭帯域にすることができるので、各導光板２２０の構成を伝搬する光の波長に最適化することにより、光利用効率等の光学特性を高めることが可能となる。

【0142】

＜映像表示装置１０１の第２の変形例＞
次に、映像表示装置１１の第１の構成例である映像表示装置１０１の第２の変形例について説明する。上述した映像表示装置１０１は、図６～図８に示されたように、映像投影部２００からの映像光を、映像光複製部２１０にて１次元方向（ｘ軸方向）に複製して導光板２２０に入射するようにしたが、映像光複製部２１０にて２次元方向（ｘ軸方向及びｙ軸方向）に映像光を複製して導光板２２０に入射するように変形してもよい。

【0143】

図１７は、映像表示装置１０１の第２の変形例を示しており、同図（Ａ）は、該第２の変形例のｘｙ面の断面図であり、同図（Ｂ）は、該第２の変形例のｙｚ面の断面図である。

【0144】

該第２の変形例における映像光複製部２１０は、映像光複製プリズム３０１Ａ，３０１Ｂから成る。映像光複製プリズム３０１Ａは、映像投影部２００からの映像光をｘ軸方向に複製して映像光複製プリズム３０１Ｂに出力する。映像光複製プリズム３０１Ｂは、映像光複製プリズム３０１Ａからの映像光をｚ軸方向に複製して光入力部２２１から導光板２２０に入射する。

【0145】

したがって、該第２の変形例においては、映像投影部２００からの映像光を映像光複製部２１０にて２次元方向に複製してから導光板２２０に入射することができる。これにより、導光板２２０から出射される映像光どうしの隙間をより少なくすることができ、ユーザが視認する映像をより均一にすることが可能となる。

【0146】

なお、図１７に示された第２の変形例では、映像光複製部２１０を２つの映像光複製プリズム３０１Ａ，３０１Ｂから構成したが、該第２の変形例における映像光複製部２１０を２つの映像光複製回折素子３１１（図７）や、２つの映像光複製ビームスプリッタ３２１（図８）から構成してもよい。

【0147】

＜映像表示装置１０２の変形例＞
次に、映像表示装置１１の第２の構成例である映像表示装置１０２の変形例について説明する。上述した映像表示装置１０２は、図１０～図１３に示されたように、映像投影部２００からの映像光を、１枚の導光板４００に入射するようにしたが、映像投影部２００からの映像光を複数の導光板４００に入射するようにしてもよい。

【0148】

図１８は、映像表示装置１０２の変形例を示している。該変形例では、ｙ軸方向に重ねて配置した３枚の導光板４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃを備える。

【0149】

導光板４００Ａの光入力部２２１Ａは、映像投影部２００からの映像光の少なくとも一部を導光板４００Ａに取り込み、少なくとも一部を透過させる。導光板４００Ｂの光入力部２２１Ｂは、光入力部２２１Ａを透過した映像光の少なくとも一部を導光板４００Ｂに取り込み、少なくとも一部を透過させる。導光板４００Ｃの光入力部２２１Ｃは、光入力部２２１Ｂを透過した映像光の少なくとも一部を導光板４００Ｃに取り込む。

【0150】

なお、導光板４００Ａ～４００Ｃには、それぞれ異なる波長の光を伝搬する特性を持たせるようにする。例えば、導光板４００Ａには青色帯域の光を伝搬する特性を持たせ、導光板４００Ｂには緑色帯域の光を伝搬する特性を持たせ、導光板４００Ｃには赤色帯域の光を伝搬する特性を持たせる。

【0151】

これにより、映像光が有する色に応じて導光板４００Ａ～４００Ｃのいずれかにて映像光を伝搬することが可能となる。さらに、導光板４００Ａ～４００Ｃそれぞれで伝搬する映像光の波長を狭帯域にすることができるので、各導光板４００の構成を伝搬する光の波長に最適化することにより、光利用効率等の光学特性を高めることが可能となる。

【0152】

なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。

【0153】

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、上記した各実施形態は、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、本発明が、必ずしも説明した全ての構成要素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、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となる。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となる。

【符号の説明】

【0154】

１０・・・映像表示システム、１１・・・映像表示装置、１２・・・制御装置、１３・・・映像信号処理装置、１４・・・電力供給装置、１５・・・記憶装置、１６・・・センシング装置、１７・・・センサ入出力部、１８・・・通信装置、１９・・・通信入出力部、２０・・・音声処理装置、２１・・・音声入出力部、１０１～１０４・・・映像表示装置、１２０・・・目、２００・・・映像投影部、２０１・・・ファイバ走査型プロジェクタ、２０２・・・ミラー走査型プロジェクタ、２１０・・・映像光複製部、２２０・・・導光板、２２０・・・導光板、２２１・・・光入力部、２２２・・・光出力部、２２３・・・内側反射面、２２４・・・内側反射面、２３０・・・映像光複製部、２４０・・・全反射導光部、２５０・・・映像光複製部、３０１・・・映像光複製プリズム、３０２・・・入力面、３０３・・・出力面、３０４・・・映像光分岐面、３１１・・・映像光複製回折素子、３１２・・・入力面、３１３・・・出力面、３１４・・・回折領域、３１５・・・回折領域、３１５Ａ・・・回折領域、３１５Ｂ・・・回折領域、３２１・・・映像光複製ビームスプリッタ、３２２・・・入力面、３２３・・・出力面、４００・・・導光板、４０１・・・透明平板、４０２・・・透明平板、４０３・・・貼り合せ面、４０４・・・貼り合せ面、４０５・・・全反射面、４０６・・・透明平板、４０７・・・貼り合せ面、４１０・・・導光板、４２０・・・導光板、４２１・・・映像光複製部、４２１・・・透明平板、４２３・・・貼り合せ面、４２４・・・貼り合せ面、４３０・・・導光板、４３１・・・透明平板、４３１・・・映像光複製部、４３２・・・透明平板、４３３・・・貼り合せ面、４４０・・・導光板、４４１・・・透明平板、４４２・・・透明平板、４４３・・・貼り合せ面、７００・・・導光板、８０１・・・導光板、８０２・・・回折領域、８０３・・・回折領域、８０４・・・回折領域、８１１・・・導光板、８１２・・・回折領域、８１３・・・回折領域、８２１・・・導光板、８２２・・・入射面、８２３・・・部分反射面、８２４・・・光出力面、９００・・・光源部、９０１・・・ファイバ、９０２・・・ファイバ走査素子、９０３・・・コリメートレンズ、９０４・・・端面、９１１・・・走査素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】