JP2015184385A

JP2015184385A - 画像表示装置

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Inventors: 智史渡部; Tomoji Watabe
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Abstract

【課題】画像光を回折するときに生じる不要光による画像劣化を低減する。【解決手段】画像表示装置は、画像光を無限遠に投影する映像投影光学系と、第１の平面Ｓ１および第２の平面Ｓ２を有する板状に形成され、映像投影光学系から投影される画像光の一部の第１の平面Ｓ１における透過と画像光の残りの前記第１の平面Ｓ１および第２の平面Ｓ２間での反射とを繰返しながらｘ方向に伝播させる第１の導光部２７と、第３の平面Ｓ３および第４の平面Ｓ４を有する板状に形成され、第３の平面Ｓ３は第１の平面Ｓ１に接合される第１の間隔板２９と、第４の平面Ｓ４に形成または接合され、第１の平面Ｓ１を透過した一部の画像光を、第１の平面Ｓ１に実質的に垂直な方向に回折する第１の出力偏向部３１とを有する。【選択図】図５

Description

本発明は、射出瞳を拡大して画像を投影する表示装置に関する。

２次元画像を観察者の視野内に投影する装置として、導光板内で画像光を反射を繰り返させながら伝播させつつ、導光板の一方の面側で一部の画像光を観察者側に偏向して出射させることにより射出瞳を拡大する、種々の画像表示装置が知られている。導光板内の画像光を偏向する方法としては、回折作用を利用する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−０６１４８０号公報

しかし、画像光を導光板内で反射により伝搬させ、回折格子により伝播する画像光の一部を順次偏向させて取り出す方法では、導光板の回折格子側に取り出し効率を制御するための偏光ビームスプリット膜などの機能膜が付され、導光板のこの機能膜が付された面と回折格子との間に薄い接着層を設けて接続している。しかし、本発明者らが鋭意検討した結果、接着層内を伝搬する画像光の成分により、表示しようとする画像ににじみや像の明暗などの画質劣化が生じることが確認された。以下に、画像劣化が生じる理由について説明する。

図１３は、回折格子を含む画像表示装置の瞳拡大光学系１１０の構成例を概略的に示す側面図である。瞳拡大光学系１１０は、導光板１１１と機能膜１１２と入射偏向部１１３と回折板１１４とを含んで構成される。導光板１１１は、互いに対向する第１の平面Ｓ１０１と第２の平面Ｓ１０２とを有し、これら第１の平面Ｓ１０１と第２の平面Ｓ１０２との間を、画像光が反射を繰り返しながら伝搬する。導光板１１１の画像光入射側端部には入射偏向部１１３が接合されており、導光板１１１の第２の平面Ｓ１０２の一方の端部から入射した画像光が、第１の平面Ｓ１０１を透過し入射偏向部１１３の斜面Ｓ１０３にて反射され、第１の平面Ｓ１０１から導光板１１１に斜めに傾斜して再度入射する。また、導光板１１１の第１の平面Ｓ１０１の入射偏向部１１３が接合されていない位置には、画像光の反射、透過率をコントロールする機能膜１１２が蒸着されている。回折板１１４は、透明な接着層１１５により導光板１１１に接着されており、この接着面に回折面Ｓ１０４が形成されている。回折板１１４の各回折溝は、導光板１１１内の画像光の進行方向（図において左方向）に直交する方向に延びている。

導光板１１１内を伝搬する画像光の進行角度は、第２の平面Ｓ１０２との間で全反射条件を満たす。一方、第１の平面１０１に入射する画像光の一部は、機能膜１１２を透過して回折格子１１４の回折面で第１の平面Ｓ１０１に略垂直方向に回折される。この回折光は、第１の平面Ｓ１０１から導光板１１１に再び入射し、第２の平面Ｓ１０２から観察者の眼球に向けて射出される。画像光は幅を有する光束として瞳拡大光学系１１０に入射し、導光板１１１の第２の平面Ｓ１０２の各位置から射出される。これによって、第２の平面Ｓ１０２は拡大された射出瞳を形成する。

しかし、このような回折格子１１４を用いた瞳拡大光学系１１０では、次のような課題が生じる。図１４は図１３の二点鎖線により囲まれた部分の拡大図である。ただし、接着層１１５は通常１０μｍ程度の厚さしかなく、数ミリメートル（ｍｍ）の厚さの導光板１１１に比べはるかに薄いが、図１４では説明のためこれを拡大して示している。図１４において導光板１１１を伝搬する画像光ｂ１１が、機能膜１１２を透過し、回折格子１１４の回折面Ｓ１０４に入射すると、１次の回折光以外に０次の回折光ｂ１２が発生する。機能膜１１２は、画像光の大部分を反射させるように設計されているので、０次の回折光ｂ１２は、接着層１１５の内部で多重反射するとともに、回折面Ｓ１０４に入射する度に、その一部が１次回折光ｂ１３となって、導光板１１１を通り第２の平面Ｓ１０２から射出される。このため、互いに平行な複数の１次回折光ｂ１３が生じてしまい、これらが観察者の網膜上で互いに干渉して明暗や画像のムラを生じさせる。なお、図中の１次回折光ｂ１３の複数の矢印のうち、最初に回折される右端の光線が正規の結像に寄与する画像光であり、他の矢印は不要な光である。

したがって、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、画像光を回折するときに生じる不要光による画像劣化を低減した画像表示装置を提供することである。

上記目的を達成する画像表示装置の発明は、
任意の画像に対応する画像光を無限遠に投影する映像投影光学系と、
互いに平行且つ対向する第１の平面および第２の平面を有する板状に形成され、前記映像投影光学系から投影される前記画像光の一部の前記第１の平面における透過と前記画像光の残りの前記第１の平面および前記第２の平面間での反射とを繰返しながら前記映像投影光学系の光軸の方向に垂直なｘ方向に伝播させる第１の導光部と、
互いに平行且つ対向する第３の平面および第４の平面を有する板状に形成され、前記第３の平面は前記第１の平面に接合される第１の間隔板と、
前記第４の平面に形成または接合され、前記第１の平面を透過した一部の前記画像光を、前記第１の平面に実質的に垂直な方向に回折する第１の出力偏向部と
を有することを特徴とするものである。

前記第１の出力偏向部は、反射型の回折面を備え、
前記画像光が前記第１の出力偏向部により前記第４の平面に対し垂直に回折される前記第１の間隔板内での該画像光の伝播角度をθ_ｃ１、前記第１の間隔板の厚みをｔ_１、前記画像光の波長をλ、前記第１の間隔板の屈折率をｎ_ｓ１、前記第１の導光部の屈折率をｎ_ｗ１とするとき、

を満たすことが好ましい。
あるいは、前記第１の出力偏向部は、透過型の回折面を備え、
前記画像光が前記第１の出力偏向部により前記第４の平面に対し垂直に回折される前記第１の間隔板内での該画像光の伝播角度をθ_ｃ１、前記第１の間隔板の厚みをｔ_１、前記画像光の波長をλ、前記第１の間隔板の屈折率をｎ_ｓ１とするとき、

を満たすようにしても良い。

前記第１の導光部の厚みをＴ_１とするとき、任意の５より小さい自然数ｎおよびｍの組み合わせについて、
Ｔ_ｖ１＝ａｂｓ（ｎ（ｎ_ｓ１ｔ_１）−ｍ（ｎ_ｗ１Ｔ_１））
とするとき、

を満たすことが好ましい。

さらに好ましくは、上述の画像表示装置は、互いに平行且つ対向する第５の平面および第６の平面を有する板状に形成され、前記第１の出力偏向部で回折された前記一部の前記画像光が、前記第２の平面から出射した画像光を伝播させる第２の導光部であって、前記画像光の一部の前記第５の平面における透過と前記画像光の残りの前記第５の平面および前記第６の平面間での反射とを繰返しながら前記映像投影光学系の光軸の方向に垂直かつｘ方向にも垂直なｙ方向に伝播させる第２の導光部と、
互いに平行且つ対向する第７の平面および第８の平面を有する板状に形成され、前記第７の平面は前記第５の平面に接合される第２の間隔板と、
前記第８の平面に形成または接合され、前記第５の平面から透過した一部の前記画像光を前記第５の平面に実質的に垂直な方向に回折する第２の出力偏向部と
を有する。

好ましくは、前記第２の出力偏向部は、反射型の回折面を備え、
前記画像光が前記第２の出力偏向部により前記第８の平面に対し垂直に回折される前記間隔板内での該画像光の伝播角度をθ_ｃ２、前記第２の間隔板の厚みをｔ_２、前記画像光の波長をλ、前記第２の間隔板の屈折率をｎ_ｓ２、前記第２の導光部の屈折率をｎ_ｗ２とするとき、

を満たすものとする。
あるいは、前記第２の出力偏向部は、透過型の回折面を備え、
前記画像光が前記第２の出力偏向部により前記第８の平面に対し垂直に回折される前記第２の間隔板内での該画像光の伝播角度をθ_ｃ２、前記第２の間隔板の厚みをｔ_２、前記画像光の波長をλ、前記第２の間隔板の屈折率をｎ_ｓ２とするとき、

を満たすようにしても良い。

さらに、前記第２の導光部の厚みをＴ_２とするとき、任意の５より小さい自然数ｎおよびｍの組み合わせについて、
Ｔ_ｖ２＝ａｂｓ（ｎ（ｎ_ｓ２ｔ_２）−ｍ（ｎ_ｗ２Ｔ_２））
とするとき

を満たすことが好適である。

上記のように構成された本発明に係る画像表示装置によれば、画像光を回折するときに生じる不要光による画像劣化を低減することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る画像表示装置の斜視図である。図１の映像投影光学系の構成を概略的に示す構成図である。図１の瞳拡大光学系の各構成要素を離間して表示した斜視図である。図３の第１の伝播光学系の各構成要素を離間して表示した斜視図である。第１の伝播光学系の側面図である。第１の偏光ビームスプリット膜の入射領域からの距離に応じた透過率を示すグラフである。図３の第２の伝播光学系の各構成要素を離間して表示した斜視図である。第１の伝播光学系による画像光の回折を説明する図である。空間的コントラスト感度関数の測定例を示す図である。変形例に係る瞳拡大光学系の各構成要素を離間して表示した斜視図である。変形例の第１の伝搬光学系における画像光の回折を説明する図である。第２の実施形態に係る表示装置の光学系を概略的に示す側面図である。従来技術の伝播光学系の構成を説明する側面図である。図１３の伝播光学系の問題点を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の斜視図である。

図１に示すように、画像表示装置１０は、映像投影光学系１１および瞳拡大光学系１２を含んで構成される。本実施形態において、映像投影光学系１１の光軸に沿った方向をｚ方向、ｚ方向に垂直且つ互いに垂直な２方向をｘ方向（第１の方向）およびｙ方向（第２の方向）とする。図１においては、上方向をｘ方向とする。また、図１において、瞳拡大光学系１２近傍においては、右斜め下方をｙ方向、左斜め下方をｚ方向とする。

映像投影光学系１１は、任意の画像に対応する画像光を無限遠に投影する。瞳拡大光学系１２は、映像投影光学系１１が投影する画像光を受光し、射出瞳を拡大して射出する。拡大された射出瞳の投影領域ＰＡ内のいずこかに目を合わせることにより、観察者は画像を観察可能である。

次に、映像投影光学系１１の構成について説明する。映像投影光学系１１は、光源１３、照明光学系１４、透過型チャート１５、および投影光学系１６を含んで構成される。

光源１３は、光源ドライバ（図示せず）に駆動され、バッテリ（図示せず）から供給される電力を用いて、照明光としてレーザを出射する。レーザの波長は、例えば５３２ｎｍである。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、照明光学系１４は、コリメートレンズ１７、第１のレンチキュラレンズ１８、第２のレンチキュラレンズ１９、第１のレンズ２０、拡散板２１、および第２のレンズ２２を含んで構成される。コリメートレンズ１７、第１のレンチキュラレンズ１８、第２のレンチキュラレンズ１９、第１のレンズ２０、拡散板２１、および第２のレンズ２２は、光学的に結合される。

コリメートレンズ１７は、光源１３から出射した照明光を平行光に変換する。

第１のレンチキュラレンズ１８はコリメートレンズ１７から出射する照明光の光束の幅よりも短いレンズピッチ、例えば０．１から０．５ｍｍで複数のレンズ要素を有し、入射する平行光束が複数のレンズ要素にまたがって照射されるように、構成される。第１のレンチキュラレンズ１８はｘ方向に屈折力を有し、平行光束に変換された照明光をｘ方向に沿って発散させる。

第２のレンチキュラレンズ１９は第１のレンチキュラレンズ１８より短い焦点距離を有する。例えば第１のレンチキュラレンズ１８および第２のレンチキュラレンズ１９の焦点距離は、１．６ｍｍおよび０．８ｍｍである。第２のレンチキュラレンズ１９は、第１のレンチキュラレンズ１８および第２のレンチキュラレンズ１９の後側焦点位置が実質的に一致するように、配置される。また、第２のレンチキュラレンズ１９はコリメートレンズ１７から出射する照明光の光束の幅よりも短いレンズピッチ、例えば０．１から０．５ｍｍで複数のレンズ要素を有し、入射する平行光束が複数のレンズ要素にまたがって照射されるように、構成される。第２のレンチキュラレンズ１９はｙ方向に屈折力を有し、ｘ方向に発散された照明光をｙ方向に沿って発散させる。ｙ方向への発散角度が第１のレンチキュラレンズ１８のｘ方向への発散角度より大きなレンチキュラレンズが、第２のレンチキュラレンズ１９として用いられる。

第１のレンズ２０は、第１のレンズ２０の前側焦点位置が第１のレンチキュラレンズ１８および第２のレンチキュラレンズ１９の後側焦点位置が実質的に一致するように、配置される。第１のレンズ２０の焦点距離は、例えば５０ｍｍである。したがって、第１のレンズ２０は、第２のレンチキュラレンズ１９の複数のレンズ要素から出射した各照明光成分を、それぞれ異なる出射角度の平行光束に変換して、出射する。

拡散板２１は、第１のレンズ２０の後側焦点位置に実質的に一致するように、配置される。したがって、第１のレンズ２０から出射する複数の平行光束は、拡散板２１上に畳み込まれる態様で照射される。その結果、拡散板２１上に、ガウシアン強度分布を有するレーザが略均一化された強度分布を有し、ｘ方向よりｙ方向の光束幅が長い矩形の照明光が照射される。拡散板２１は、拡散板駆動機構（図示せず）に駆動され、光軸ＯＸに垂直な平面に沿って振動し、スペックルの視認性を低減化する。拡散板２１は、例えば拡散角度を矩形に設計したホログラフィックディフューザであり、拡散板２１から出射する照明光を、均一な強度且つ過不足無く、後述する矩形の透過型チャート１５の全領域に照射する。

第２のレンズ２２は、第２のレンズ２２の前側焦点位置が拡散板２１の位置と実質的に一致するように、配置される。第２のレンズ２２の焦点距離は、例えば２６ｍｍである。第２のレンズ２２は、多様な角度で入射する照明光を、角度毎に集光させる。

透過型チャート１５は、第２のレンズ２２の後側焦点位置に配置される。透過型チャート１５は、例えばｘ方向に５．６ｍｍ、ｙ方向に４．５ｍｍの長さを有する矩形である。透過型チャート１５は、チャート駆動部（図示せず）により駆動され、画像表示装置１０で表示すべき任意の画像を形成する。透過型チャート１５の画像を構成する各画素には角度毎に集光した各平行光束が照射される。したがって、各画素を透過した光が画像光を構成する。

投影光学系１６は、投影光学系１６の射出瞳と拡散板２１とが光学的に共役となるように、配置される。したがって、射出瞳の形状はｘ方向よりｙ方向に長い矩形となる。投影光学系１６はたとえば焦点距離が２８ｍｍであり、透過型チャート１５を投影した画像光を無限遠に投影する。なお、投影光学系１６は、透過型チャート１５の各画素のｘ方向およびｙ方向の位置、すなわち光軸ＯＸからの物体高に応じたｘ方向およびｙ方向の角度成分を有する平行光束の群を画像光として出射する。本実施形態においては、例えばｘ方向に±４．６°、ｙ方向に±５．７°の角度範囲で出射される。投影光学系１６が投影する画像光は、瞳拡大光学系１２に入射する。

次に、瞳拡大光学系１２の構成について、図３を用いて説明する。瞳拡大光学系１２は、偏光子２３、第１の伝播光学系２４、１／２波長板２５、および第２の伝播光学系２６を含んで構成される。図３においては、説明のために、偏光子２３、第１の伝播光学系２４、１／２波長板２５、および第２の伝播光学系２６を大きく離間させた状態で表示されるが、実際には、図１に示すように、近接して配置される。

偏光子２３は、投影光学系１６の射出瞳および投影光学系１６の間に配置され、投影光学系１６から出射される画像光を受光して、Ｓ偏光を出射する。第１の伝播光学系２４は、後述する第１の導光部（図３において図示せず）の第２の平面（図３において図示せず）の入射領域（図３において図示せず）と投影光学系１６の射出瞳が合わさるように配置され、偏光子２３によりＳ偏光として投影される射出瞳をｘ方向に拡大して出射する（符号“Ｅｘ”参照）。１／２波長板２５は、ｘ方向に拡大された画像光の偏光面を９０°回転させる。偏光面を９０°回転させることにより、第２の伝播光学系２６の第１の偏光ビームスプリット膜（図３において図示せず）にＳ偏光で画像光を入射させることが可能である。第２の伝播光学系２６は、１／２波長板２５により偏光面が回転した画像光をｙ方向に拡大して出射する（符号“Ｅｙ”参照）。

次に、第１の伝播光学系２４による射出瞳の拡大機能について、第１の伝播光学系２４の構成とともに説明する。図４に示すように、第１の伝播光学系２４は、第１の導光部２７、第１の偏光ビームスプリット膜２８、第１の間隔板２９、第１の入力偏向部３０、および第１の出力偏向部３１を含んで構成される。なお、第１の偏光ビームスプリット膜２８は、後述するように、第１の導光部２７に蒸着されており、互いに分離できないが、図４においては、模式的に分離して記載される。

第１の導光部２７は、互いに平行且つ対向する第１の平面Ｓ１および第２の平面Ｓ２を有し、透過性を有する平板である。第１の間隔板２９は、互いに平行且つ対向する第３の平面Ｓ３および第４の平面Ｓ４を有する板状に形成され、第３の平面Ｓ３は第１の導光部２７の第１の平面Ｓ１に第１の偏光ビームスプリット膜２８を挟んで接合される。第１の入力偏向部３０はプリズムであり、平面状の入力側接合面Ｓ５および入力側接合面Ｓ５に対して傾斜した傾斜面Ｓ６を有する。第１の出力偏向部３１は、第１の間隔板２９側の面を回折面Ｓ７とする板状の反射型回折格子である。

第１の導光部２７の第１の平面Ｓ１の一部の領域には、第１の間隔板２９の第３の平面Ｓ３、第４の平面Ｓ４および第１の出力偏向部３１の回折面Ｓ７と実質的に同じ大きさの第１の偏光ビームスプリット膜２８が蒸着により形成される。第１の平面Ｓ１における第１の偏光ビームスプリット膜２８が形成された領域は、透明接着剤により、第１の間隔板２９の第３の平面Ｓ３に接合される。さらに、第１の間隔板２９の第４の平面Ｓ４において第１の出力偏向部３１の回折面Ｓ７が接合される。また、第１の平面Ｓ１における第１の偏光ビームスプリット膜２８が形成された領域以外の領域には、透明接着剤により、入力側接合面Ｓ５において第１の入力偏向部３０が接合される。第１の導光部２７と第１の間隔板２９、および第１の入力偏向部３０との接合、並びに、第１の間隔板２９と第１の出力偏向部３１との接合により、第１の伝播光学系２４は一体化される。以下、第１の伝播光学系２４の長手方向（図４における“ｘ方向”）において、第１の入力偏向部３０が設けられる領域を入射領域、第１の出力偏向部３１が設けられる領域を出射領域と呼ぶ（図５参照）。なお、第１の偏光ビームスプリット膜２８は、入射領域側に僅かに食み出すよう形成されることが好ましい。

一体化された第１の伝播光学系２４は平板状であり、第１の伝播光学系２４および第１の導光部２７の長さ方向（図４における“ｘ方向”）および幅方向（図４における“ｙ方向”）の長さＷｘ１、Ｗｙ１は、例えば６０ｍｍ、２０ｍｍである。また、第１の偏光ビームスプリット膜２８の長手方向の長さＷｘ１ｅは、例えば５０ｍｍである。また、第１の入力偏向部３０の長手方向の長さＷｘ１ｉは、例えば７ｍｍである。なお、図４に示すように、第１の入力偏向部３０は、入力側接合面Ｓ５と対向する面として、傾斜面Ｓ６以外の面を有する部位を含み得るが、第１の入力偏向部３０の長手方向の長さＷｘ１ｉは、傾斜面Ｓ６の長手方向に沿った長さである。

第１の偏光ビームスプリット膜２８は、実質的に垂直な方向から入射する光を透過し、斜方から入射する光の大部分を反射するように設計された多層膜である。このような特性を、ローパス型またはバンドパス型の分光反射特性を有する薄膜は有し得る。

また、第１の偏光ビームスプリット膜２８は、ｘ方向に沿った位置に応じて変動する、斜入射光に対する透過率を有する。例えば、第１の偏光ビームスプリット膜２８の、第１の入力偏向部３０側の一端からの距離に応じて等比級数的に透過率が増加するように（図６参照）、第１の偏光ビームスプリット膜２８が形成される。蒸着によってこのような膜を形成するには、例えば蒸着源からの距離が第１の入力偏向部３０からの平面状の距離に応じて変化するように配置し、その距離の差（製膜される膜厚の差）によるそれぞれの位置において所望の反射特性をもつように予め設計することにより、成膜可能である。

第１の導光部２７には、例えば３ｍｍの厚み、すなわちｚ方向の長さを有する石英（透明媒質）が用いられる（図４参照）。第１の導光部２７に石英を用いることにより、第１の偏光ビームスプリット膜２８を蒸着させるときの加熱に対して耐熱性を有し、硬質であるため膜応力に対して反りにくくなる利点を有する。

第１の導光部２７の第２の平面Ｓ２には、ＡＲ膜３２が形成される。ＡＲ膜３２は垂直な方向から入射する画像光の反射を抑制する。ＡＲ膜３２は、膜応力が第１の偏光ビームスプリット膜２８の膜応力とつり合うように設計され、形成される。膜応力をつりあわせることにより、第１の伝播光学系２４の歪みを抑制し、画像光の良好な伝播に寄与可能である。

第１の間隔板２９は、例えば石英により形成された板状部材が用いられる。第１の間隔板２９は、透明接着剤により第１の偏光ビームスプリット膜２８が形成された第１の導光部２７の第１の平面Ｓ１に接合される。第１の間隔板２９は透明接着剤と略等しい屈折率を有し、その屈折率は例えば１．５である。透明接着剤と略等しい屈折率とすることによって、透明接着剤内で画像光の多重反射が生じることを防止することができる。第１の間隔板の厚み、すなわち、ｚ方向の長さは、例えば、１．９ｍｍとすることができる。

第１の入力偏向部３０は、例えば石英により形成される。第１の入力偏向部３０を、第１の導光部２７と同一な材質である石英を用いて形成することにより、入力側接合面Ｓ５および第１の平面Ｓ１間の界面における反射を理想的に低減化可能である。

第１の入力偏向部３０の傾斜面Ｓ６にはアルミが蒸着され、反射膜として機能する。図５に示すように、傾斜面Ｓ６の法線は、第１の導光部２７の出射領域側に延びる。したがって、入射領域において第１の導光部２７の第２の平面Ｓ２に垂直に入射する光束が、第１の入力偏向部３０の内部において傾斜面Ｓ６に反射され、出射領域に向かって伝播される。入力側接合面Ｓ５および傾斜面Ｓ６のなす頂角については、後述する。また、第１の入力偏向部３０の、第１の間隔板２９および第１の出力偏向部３１との界面は黒色に色付けられ、入射する光束を反射すること無く、吸収する。

第１の出力偏向部３１は、第１の間隔板２９に接する面を回折面Ｓ７とする反射型の回折格子である。第１の出力偏向部３１の長さ方向（ｘ方向）および幅方向（y方向）の長さは、第１の偏光ビームスプリット膜２８と同様、すなわち、それぞれ５０ｍｍおよび２０ｍｍである。また、厚み、すなわちｚ方向の長さは、例えば、２ｍｍまたは３ｍｍとすることができる。回折面Ｓ７には、画像光が伝播する方向と直交するｙ方向に延びる、多数の回折溝が設けられている。回折面Ｓ７の格子密度は、例えば、２１５０［ｌ／ｍｍ］であり、画像光の真空中の波長λに応じて回折面Ｓ７に入射する画像光の１次回折光が、回折面Ｓ７に略垂直方向になるように設計されている。また、回折面Ｓ７の回折溝は、1次回折光の回折効率が最も高くなるような形状、配列となっている。なお、第１の出力偏向部３１に代えて、第１の間隔板の第４の面Ｓ４に回折面を直接形成し、これを第１の出力偏向部とすることも可能である。

第１の入力偏向部３０の入力側接合面Ｓ５および傾斜面Ｓ６のなす頂角は、以下に説明するように、第１の導光部２７の第２の平面Ｓ２における臨界角に基づいて定められる。

第１の伝播光学系２４は、映像投影光学系１１の光軸ＯＸに平行な光束Ｌｘが、第２の平面Ｓ２における入射領域に外部から垂直に入射するように、配置される。入射領域に垂直に入射した当該光束Ｌｘは第１の導光部２７から第１の入力偏向部３０に入射し、傾斜面Ｓ６により斜方に反射される。斜方に反射された光束Ｌｘは第１の導光部２７に内に透過し、第２の平面Ｓ２に入射する。第１の導光部２７内で第２の平面Ｓ２に入射する当該光束Ｌｘが全反射するように、第１の入力偏向部３０の入力側接合面Ｓ５および傾斜面Ｓ６のなす頂角が定められる。

したがって、第１の導光部２７内部での第２の平面Ｓ２に対する入射角度θが臨界角を超える、すなわちθ＞臨界角＝ｓｉｎ^−１（１／ｎ）（ｎは第１の導光部２７の屈折率）であることが必要である。本実施形態においては、上述のように第１の導光部２７は石英によって形成されるので、臨界角は４３．６°である。

映像投影光学系１１から垂直に入射する物体高の光束に関して、第１の導光部２７内での第２の平面Ｓ２への入射角度θは、第１の入力偏向部３０の入力側接合面Ｓ５に対する傾斜面Ｓ６の傾斜角度の倍角なので、当該傾斜角度は２１．８°以上であることが必要である。本実施形態では、当該傾斜角度は、例えば、２５．８°であって、２１．８°以上である。

ここで、透過型チャート１５のサイズと、投影光学系１６の焦点距離とに基づいて、第２の平面Ｓ２の入射領域に入射する光線の角度を制限可能であり、例えば、入射する光線の角度を、空気側でｘ方向に±４．６°、ｙ方向に±５．７°、石英により形成された第１の導光部２７の媒質中でｘ方向に±３．１°、ｙ方向に３．９°の範囲内に制限することは可能であり、このような角度に制限することにより、上述の第１の伝播光学系２４において、全ての物体高に応じた画像光の角度の光束を、第１の導光部２７内で第２の平面Ｓ２において全反射させることが可能である。

上述のように構成および配置した第１の伝播光学系２４において、第２の平面Ｓ２の入射領域に垂直に入射した光束Ｌｘは、第１の入力偏向部３０の傾斜面Ｓ６に反射され、第１の導光部２７の内部で第２の平面Ｓ２の出射領域に斜方から入射する。斜方から入射した光束Ｌｘは第２の平面Ｓ２に臨界角を超える角度で入射し、全反射される。全反射された光束Ｌｘは、第１の偏光ビームスプリット膜２８に斜方から入射し、所定の割合の光量だけ透過し、残りの光量は反射する。第１の偏光ビームスプリット膜２８に反射された光束Ｌｘは、再び第２の平面Ｓ２に臨界角を超える角度で入射し、全反射される。以後、第１の偏光ビームスプリット膜２８における一部反射と、第２の平面Ｓ２における全反射とを繰返しながら、光束Ｌｘは第１の導光部２７のｘ方向に伝播される。ただし、第１の偏光ビームスプリット膜２８に入射するたびに、所定の割合で透過し、第１の間隔板２９に出射する。

第１の間隔板２９の第３の平面Ｓ３から入射した光束Ｌｘは、第４の平面Ｓ４に接合された第１の出力偏向部３０の回折面Ｓ７により回折を受け、回折面Ｓ７に垂直な方向に偏向される。回折面Ｓ７に垂直な方向に偏向された光束Ｌｘは第１の間隔板２９を透過し、第１の偏光ビームスプリット膜２８に垂直に入射してこれを実質的に１００％の透過率で透過し、さらに第２の平面Ｓ２に垂直に入射してこの第２の平面Ｓ２から外部に出射される。

１／２波長板２５（図３参照）は、第２の平面Ｓ２の出射領域と実質的に同じサイズの形状に形成される。１／２波長板２５は、第２の平面Ｓ２の出射領域と対向する位置において、空隙を設けて配置される。したがって、第１の導光部２７内で第２の平面Ｓ２に臨界角より大きな角度で斜めに入射する光束は、第２の平面Ｓ２を透過すること無く、全反射が保障される。前述のように、１／２波長板２５は、第１の伝播光学系２４から出射する光束の偏光面を９０°回転させる。

第２の伝播光学系２６のサイズおよび配置以外の構成は、第１の伝播光学系２４と同じである。図７に示すように、第２の伝播光学系２６は、第２の導光部３３、第２の偏光ビームスプリット膜３４、第２の間隔板３５、第２の入力偏向部３６、および第２の出力偏向部３７を含んで構成される。第１の伝播光学系２４と同様に、これらの構成部材は一体化された平板状であり、第２の伝播光学系２６および第２の導光部３３の幅方向（図７における“ｘ方向”）および長さ方向（図７における“ｙ方向”）の長さＷｘ２、Ｗｙ２は、例えば５０ｍｍ、１１０ｍｍである。また、第２の伝播光学系２６における第２の偏光ビームスプリット膜３４、第２の間隔板３５および第２の出力偏向部３７の長手方向の長さＷｙ２ｅは、例えば１００ｍｍである。また、第２の入力偏向部３６の長手方向の長さＷｙ２ｉは、例えば１０ｍｍである。第２の導光部３３、第２の偏光ビームスプリット膜３４、第２の間隔板３５、第２の入力偏向部３６、および第２の出力偏向部３７の機能は、それぞれ第１の導光部２７、第１の偏光ビームスプリット膜２８、第１の間隔板２９、第１の入力偏向部３０、および第１の出力偏向部３１と同様である。

第２の導光部３３は、第２の偏光ビームスプリット膜３４が蒸着される第５の平面Ｓ８および第５の平面Ｓ８に対向する第６の平面Ｓ９を有する。第２の伝播光学系２６は、第１の伝播光学系２４の第２の平面Ｓ２の出射領域と第２の伝播光学系２６の第６の平面Ｓ９の入射領域とが対向し、第２の伝播光学系２６を第１の伝播光学系２４に対してｚ方向に平行な直線を軸に９０°回転させた姿勢で、配置される（図３参照）。したがって、第２の伝播光学系２６は、第１の伝播光学系２４から出射する画像光をｙ方向に拡大して出射する。

次に、第１の間隔板２９を含む第１の伝播光学系２４の構成によって、第１の出力偏向部３１の回折面Ｓ７で発生する０次回折光に起因する画像劣化が低減されることを説明する。

図５において、第１の導光部２７の第２の平面Ｓ２に入射し、第１の導光部２７内を伝播する有効な光束Ｌｘの光線のうち、ｘ方向に沿って最も第１の出力偏向部３１よりの光線を第１の光線ｂ１とし、最も第１の入力偏向部３０よりの光線を第２の光線ｂ２とする。以下の説明は、第２の光線ｂ２について説明するが、第１の光線ｂ１や光束Ｌｘ中の他の光線についても同様のことが当てはまる。

第２の光線ｂ２は、第２の平面Ｓ２から第１の導光部２７入射した後、第１の入力偏向部２０の傾斜面Ｓ６で反射され、第１の導光部２７に入射して、第１の導光部２７内を伝播する。例えば、第２の光線ｂ２が、第１の導光部２７の第２の平面Ｓ２で１回反射された後、その一部が第１の平面Ｓ１に蒸着された第１の偏光ビームスプリット膜２８を透過して、第３の平面Ｓ３から第１の間隔板２９に入射した場合、当該第２の光線ｂ２の一部は第１の間隔板２９内を第４の平面Ｓ４まで進み、第４の平面Ｓ４に接合された第１の出力偏向部３１の回折面Ｓ７に入射する。入射した第２の光線ｂ２の大部分は、回折面Ｓ７と垂直方向に１次の回折光である第３の光線ｂ３となって射出される。第３の光線ｂ３は、第１の間隔板２９、第１の導光部２７を透過して、第２の平面Ｓ２から出射する。

しかし、回折面Ｓ７において第２の光線ｂ２の一部分は、０次の回折光である第４の光線ｂ４となって、第１の間隔板２９の第４の平面Ｓ４への入射角θ_１と同じ反射角度θ_１で傾斜して、第３の平面Ｓ３に同じ入射角θ_１で入射する。第１の間隔板２９と第１の導光部２７との間に配置された第１の偏光ビームスプリット膜２８は、入射角度θ_１で入射した波長λの画像光の大部分を反射する特性を有し、０次回折光の第４の光線ｂ４は正反射されて、再び第２の間隔板２０内を伝播し第４の平面Ｓ４へ入射する。

第４の平面Ｓ４から出射した第４の光線ｂ４の一部は、第１の出力偏向部３１の回折面Ｓ７で１次回折され第５の光線ｂ５として回折面Ｓ７と垂直方向に出射される。第５の光線ｂ５は、第１の間隔板２９、第１の導光部２７を透過して、第２の平面Ｓ２から出射する。また、第４の光線ｂ４の残りの部分は、再び第１の間隔板２９内を正反射方向に伝播する。

このようにして、０次の回折光が生じることによって、第２の光線ｂ２に基づく互いに平行な第３の光線ｂ３および第５の光線ｂ５が観察者の眼球方向に射出される。これら第３の光線ｂ３および第５の光線ｂ５は、観察者の眼球の網膜上の同一点に集光し干渉を生じる。このような干渉は、眼球内の網膜上に明暗の縞を形成し観察される画像品質に影響を与える原因となる。

ここで、第１の間隔板の厚みをｔ_１とするとき、第１の間隔板２９内を１回反射することによる光路差は、２ｔ_１／ｃｏｓθ_１であるから、干渉縞の縞間隔Δθ_１は、第１の間隔板２９の屈折率をｎ_ｓ１、第１の間隔板中の画像光の波長をλ’とすると、次の式を満たす。

ここで、Δθ_１は微小であり、sin（Δθ_１）＝Δθ_１、cos（Δθ_１）＝１と近似すると、

となる。

次に、画像表示装置１０の観察者に観察される干渉縞の明暗のピッチについて、図８を参照して説明する。図８において、光線ｂ_ｐは、第１の出力偏向部３１の回折面Ｓ７で回折を受け、回折面Ｓ７に垂直に反射される光線を示している。このときの、第１の間隔板２９内の伝播角度をθ_ｃ１とする。また、光線ｂ_ｉは、第１の間隔板２９内で光線ｂ_ｐに対し、伝播角度がｘｚ面内方向に干渉縞の明暗のピッチΔθ_１だけ異なる光線である。

回折面Ｓ７に入射する前の光線ｂ_ｐと光線ｂ_ｉとの間の伝播角度の差Δθ_１は、回折により次のΔθ_ｄ１に変換される。なお、Δθ_１およびΔθ_ｄ１は、微小なので、sin（Δθ）＝Δθ、cos（Δθ）＝１、sin（Δθ_ｄ１）＝Δθ、cos（Δθ_ｄ１）＝１と近似できる。

さらに、光線ｂ_ｉは、第１の導光部２７から出射する際に屈折により、画像表示装置１０の外部から観察される干渉縞の明暗のピッチΔθ_ａｉｒ１に変換される。ここで、第１の導光部２７の屈折率をｎ_ｗ１とし、Δθ_ｄ１およびΔθ_ａｉｒ１は微小であるから、上述と同様の近似によって、

となる。

式（４）によれば、θ_ｃ１およびλが固定値の場合、Δθ_ａｉｒ１はｔ_１が大きいほど小さくなる。すなわち、厚みｔ_１を有する第１の間隔板２９を設けることによって、第１の間隔板２９が無い場合に比べ干渉縞の縞間隔Δθ_ａｉｒ１は小さくなる。縞間隔Δθ_ａｉｒ１が小さくなることによって、画像の視認性は改善される。したがって、第１の間隔板２９により、０次の回折光に起因して生じる干渉縞による画像劣化を軽減することができる。

本発明の干渉縞Δθ_ａｉｒ１は、明暗の縞状に現れるので、その見え方の低減具合を、空間的コントラスト感度から評価することができる。空間的コントラスト感度関数は視覚系の伝達関数に当たるもので、その値は観察対象の空間周波数と明るさに依存する。例えば図９（朝倉書店視覚I 視覚系の構造と初期機能 (P209)より引用。原典は、Van Nes FL, Bouman MA: Spatial moduration transfer in the human eye. Journal of the Optical Society of America, 57: 401-406, 1967.）に示すような実験結果が広く知られている。図９のグラフ上の複数の線は明るさの違いに対応し、右上のグラフの方が明るい環境での値になる。また、横軸は角度1度当たりの構造の繰り返し周期を示している。これによると、空間周波数３０ｃ／ｄ以上では、明るい物体を見た場合においても、低周波数領域に比べコントラストが低く見えることが分かる。したがって干渉縞の周期を３０ｃ／ｄ以上にしてやることが、本発明のひとつの目安となる。干渉縞の周期３０ｃ／ｄは、ヒトの眼の２点分解能０．０００６［ｒａｄ］に相当し、この空間周波数は視力０．５の人が分解できる周波数と同等である。

従って、式（４）から以下の条件を満たせば、干渉縞のコントラストが低いので、ヒトの眼には視認されにくい。

さらに、２点分解能０．０００３［ｒａｄ］は空間周波数として６０ｃ／ｄに相当し、視力に換算すると１．０の人が分解できる限界に相当する。図９のグラフからも、６０ｃ／ｄではコントラスト感度が大きく落ちていることが分かる。

従って、縞間隔Δθがこれより小さいと、干渉縞は視認されない。すなわち、

が満たされればより好適である。

よって、第１の間隔板２９の厚みｔ_１が、式（５）、さらに好ましくは、式（６）を満たすことによって、０次回折光に起因する画像の明暗は、ヒトの眼には視認されなくなる。

例えば、式（５）を満たすためには、θ_ｃ１＝５１．６°、λ＝５３２ｎｍのとき、第１の間隔板の厚みｔ_１は、０．１４ｍｍ以上とすれば良い。更には、式（６）を満たすためには、第１の間隔板の厚みｔ_１は、０．２８ｍｍ以上とすれば良い。

次に、再び図５を参照して、第２の光線ｂ２の第１の面Ｓ１を透過した部分が、第４の平面Ｓ４で０次回折光となり、第１の間隔板２９内において第３の平面Ｓ３と第４の平面との間を１回以上往復した第４の光線ｂ４と、第２の光線ｂ２の第１の平面Ｓ１で反射された部分が、第１の平面Ｓ１と第２の平面Ｓ２との間を１回以上往復して第１の平面Ｓ１を透過する第６の光線ｂ６と近接した場合、これらの第４の光線ｂ４および第６の光線ｂ６の間に干渉が生じ得る。

このような干渉による画像劣化を防ぐためには、第１の導光部２７の厚みをＴ_１とするとき、任意の５より小さい自然数ｎおよびｍの組み合わせについて、
Ｔ_ｖ１＝ａｂｓ（ｎ（ｎ_ｓ１ｔ_１）−ｍ（ｎ_ｗ１Ｔ_１））
とするとき

を満たすようにすれば良い。なお、ａｂｓ（Ｘ）は、Ｘの絶対値を表す関数である。

式（７）の条件を満たすことによって、第１の間隔板２９内を反射して伝播した画像光と第１の導光部２７内を反射して伝播した画像光とが、少ない往復回数で略重ならないので、干渉の影響による画像劣化をあまり受けないという効果を有する。例えば、Ｔ_１＝３ｍｍ、ｔ_１＝１．９ｍｍの場合、このような条件が満たされている。

上記説明は、第１の伝播光学系２４についてのものであった。しかし、第２の伝播光学系２６においても、第２の間隔板３５を設けることによって、画像光の０次回折光の影響による干渉縞の発生を抑制することができる。第１の間隔板２９がないか厚さが狭い場合、第１の伝播光学系２４において生じる干渉縞は、ｘ方向の明暗として現れる。これに対して、第２の伝播光学系２６では、ｙ方向に画像光が伝播するので、第１の伝播光学系２４と同様の理由によりｙ方向の明暗が発生し得る。第２の間隔板３５を設けることで、干渉縞の間隔が狭くなるので干渉縞は視認しにくくなる。よって、画像品質を向上させることができる。

また、第１伝播光学系２４についての説明したものと同様の理由により、第５の平面Ｓ８を透過した一部の画像光を、回折面Ｓ１４により第８の平面Ｓ１１に垂直に回折させる第２の間隔板内での角度をθ_ｃ２、第２の間隔板３５の厚みをｔ_２、第２の間隔板３５の屈折率をｎ_ｓ２、第２の導光部の屈折率をｎ_ｗ２、画像光の波長をλとするとき、干渉縞の明暗のピッチθ_ａｉｒ２に関し以下の式

を満たすようにする。

さらに、式（６）に関して記載したものと同じ理由により、干渉縞の明暗のピッチΔθ_ａｉｒが、次の式よりも小さければ干渉縞は視認されない。

また、第１伝播光学系２４と同様に、第２の導光部３３の厚みをＴ_２とするとき、任意の５より小さい自然数ｎおよびｍの組み合わせについて、
Ｔ_ｖ２＝ａｂｓ（ｎ（ｎ_ｓ２ｔ_２）−ｍ（ｎ_ｗ２Ｔ_２））
とするとき

を満たすことが好ましい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、画像光を投影する画像表示装置１０において、第１の伝播光学系２４の第１の偏光ビームスプリット膜２８が設けられた第１の平面Ｓ１と第１の出力偏向部３1ａの回折面Ｓ７との間に、第１の間隔板２９を設け、第２の伝播光学系２６の第２の偏光ビームスプリット膜３４が設けられた第５の平面Ｓ８と第２の出力偏向部３７の回折面Ｓ１４との間に第２の間隔板３５を設けたので、０次回折光の発生に起因して干渉縞が発生しても、その明暗の間隔を狭くしてヒトの眼に視認しにくくすることにより、観察される画像の劣化を低減する。特に、式（６）および式（９）を満たす設定によって、通常のヒトの眼の２点分解能では明暗は全く視認されなくなるので、画像劣化を完全に防止することができる。

（変形例）
なお、第１の実施形態では、第１の伝播光学系２４および第２の伝播光学系２６は、それぞれ反射型の回折面Ｓ７、Ｓ１４を有する第１の出力偏向部３１および第２の出力偏向部３７を用いていた。しかし、第１の伝播光学系２４および第２の伝播光学系２６に代えて、透過型の回折面を備える第１の伝播光学系２４ａおよび第２の伝播光学系２６ａを図１０のように配置して、瞳拡大光学系１２を構成することも可能である。図１０において、偏光子２３、１／２波長板２５は、第１の実施形態と同様の機能を有する。一方、第１の伝播光学系２４ａおよび第２の伝播光学系２６ａは、入射側とは反対側の面から画像光が射出される点で、第１の実施形態と異なる。

図１１は、第１の伝播光学系２４ａにおける画像光の回折を説明する図であり、画像光を伝播する第１の導光部２７、第１の偏光ビームスプリット膜２８、第１の間隔板２９および第１の出力偏向部３１ａのそれぞれ一部を拡大して示している。第１の出力偏向部３１ａは、第１の実施形態の第１の出力偏向部３１とは異なり、回折面Ｓ７が、透過型の回折格子となっている。また、第１の出力偏向部３１ａは画像光の波長に光を透過する材料で形成されている板状の部材であり、回折面Ｓ７に対抗する面は、平坦な光透過面となっている。その他の構成は、第１の実施形態の第１の伝播光学系２４と同様である。

このため、第１のビームスプリット膜２８を透過した画像光は、第１の間隔板２９を透過して、第１の出力偏向部３１の回折面Ｓ７で回折を受けて、回折面Ｓ７に略直交する方向に射出される。また、第２の伝播光学系２６ａについても同様に構成される。このように、観察者は、第２の伝播光学系２６ａの＋ｚ方向側（図１０の右上側）から画像を観察することができる。この変形例においても、第１の間隔板２９および第２の間隔板３５を設けたことにより、第１の実施形態と同様の効果を有する。

さらに、透過型回折格子を用いる場合について、図１１を用いて、図８を用いて説明したと同様に、干渉縞が視認できない条件について議論する。図１１において、光線ｂ_ｐは、第１の出力偏向部３１ａの回折面Ｓ７で回折を受け、回折面Ｓ７に垂直に透過する光線を示している。また、光線ｂ_ｉは、光線ｂ_ｐと伝播角度がｘｚ面内方向に干渉縞の明暗のピッチΔθだけ異なる光線である。

第１の間隔板２９を伝播する画像光の伝播角度をθ_１とするとき、干渉縞の明暗のピッチΔθ_１は、式（２）で表すことができた。光線ｂ_ｐが、第１の出力偏向部３１の回折面Ｓ７で回折を受け、回折面Ｓ７に垂直方向に透過する角度を、θ_ｃ１とすると、光線ｂ_ｉが第１の出力偏向部３１ａを透過し、空気中へ射出される伝播角度Δθ_ａｉｒ１は次式で表すことができる。ただし、第１の実施形態と同様の近似を行っている。

したがって、透過型の第１の出力偏向部３１ａを用いる場合は、式（５）を変更して、

とすれば、干渉縞のコントラストが低く、視認しにくくすることができる。

また、

とすれば、ヒトの眼に干渉縞は略視認されなくなる。

さらに、同様の理由によって、第２伝播光学系２６ａについても、以下の式

を満たすことにより、干渉縞のコントラストを低くし、見えにくくすることができる。

また、次の式よりを満たすことによって干渉縞は視認されない。

（第２の実施形態）
図１２は、第２の実施形態に係る画像表示装置の光学系を概略的に示す側面図である。第２の実施形態に係る画像表示装置は、第１の実施とは異なり、ｘ方向のみの伝播光学系を有する。この表示装置は、例えば、頭部に装着して側頭部に配置した映像投影光学系４１からの画像光を、伝播光学系４４により使用者の眼前で導光しつつ、使用者の眼球５０に向けて画像を投影するものである。

映像投影光学系４１は、ＬＣＤや有機ＥＬディスプレイ等の表示素子４２と、表示素子からの画像光を投影する投影光学系４３を備える。投影光学系４３は、射出瞳が伝播光学系４４の入射面（導光部４５の第２の平面Ｓ２２）に合わさるように配置される。また、伝播光学系４４は、導光部４５、偏光ビームスプリット膜４６、間隔板４７、入力偏向部４８および出力偏向部４９を備える。これらの伝播光学系４４の各構成要素は、サイズや細かい形状の違いを除き、第１の実施形態の図４および図５で示される第１の伝播光学系２４の、第１の導光部２７、第１の偏光ビームスプリット膜２８、第１の間隔板２９、第１の入力偏向部３０、第１の出力偏向部３１と同様に構成される。また、第１の平面Ｓ２１、第２の平面Ｓ２２、第３の平面Ｓ２３、第４の平面Ｓ２４、入力側接合面Ｓ２５、傾斜面Ｓ２６、回折面Ｓ２７も、それぞれ第１の実施形態の第１の平面Ｓ１、第２の平面Ｓ２、第３の平面Ｓ３、第４の平面Ｓ４、入力側接合面Ｓ５、傾斜面Ｓ６、回折面Ｓ７と同様の平面である。これらの各構成要素は、映像投影光学系４１から入射した画像光を第１の実施形態の第１の伝播光学系２４と同様に伝播させるので、本実施形態では各構成要素の構成及び作用の説明を省略する。

このように、一方向に画像光を伝播する伝播光学系４４を用いた場合でも、画像光の伝播方向に瞳を拡大する効果がある。さらに、第１の実施形態と同様に導光部４５と出力偏向部４９との間に間隔板４７を設けたので、第１の実施形態と同様の理由により、０次の回折光による干渉による明暗が視認しにくくなるので、観察される画像の劣化を低減することができる。また、式（４）を満たすことによって、干渉縞による明暗はヒトの眼に視認されなくなる。さらに、式（５）の関係を満たすことが好ましいことも、第１の実施形態と同様である。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。

例えば、第１の実施形態に記載された各構成要素の寸法、形状、配置等は例示であって、本発明の範囲内で種々の寸法、形状、配置等をとることができる。また、映像投影光学系１１は、表示画像を投影する射出瞳が、瞳拡大光学系１２の入射領域に一致していれば良く、種々の構成が可能である。また、第１の出力偏向部３１は、反射型の回折格子ではなく透過型の回折格子とし、投影される画像光が第１の出力偏向部３１の回折面Ｓ７に対向する面から射出されるようにしても良い。さらに、上述したように、独立した部材である第１の出力偏向部３１に代えて、第１の間隔板２９の第４の面Ｓ４に回折面を直接形成し、これを第１の出力偏向部とすることも可能である。第２の伝播光学系２６および第２の実施形態においても同様である。

１０画像表示装置
１１映像投影光学系
１２瞳拡大光学系
１３光源
１４照明光学系
１５透過型チャート
１６投影光学系
１７コリメートレンズ
１８第１のレンチキュラレンズ
１９第２のレンチキュラレンズ
２０第１のレンズ
２１拡散板
２２第２のレンズ
２３偏光子
２４、２４ａ第１の伝播光学系
２５１／２波長板
２６、２６ａ第２の伝播光学系
２７第１の導光部
２８第１の偏光ビームスプリット膜
２９第１の間隔板
３０第１の入力偏向部
３１、３１ａ第１の出力偏向部
３２ＡＲ膜
３３第２の導光部
３４第２の偏光ビームスプリット膜
３５第２の間隔板
３６第２の入力偏向部
３７第２の出力偏向部
４１映像投影光学系
４２表示素子
４３投影光学系
４４伝播光学系
４５導光部
４６偏光ビームスプリット膜
４７間隔板
４８入力偏向部
４９出力偏向部
５０眼球
ｂ１第１の光線
ｂ２第２の光線
ｂ３第３の光線
ｂ４第４の光線
ｂ５第５の光線
ｂ６第６の光線
Ｌｘ光束
ＯＸ光軸
ＰＡ投影領域
Ｓ１第１の平面
Ｓ２第２の平面
Ｓ３第３の平面
Ｓ４第４の平面
Ｓ５入力側接合面
Ｓ６傾斜面
Ｓ７回折面
Ｓ８第５の平面
Ｓ９第６の平面
Ｓ１０第７の平面
Ｓ１１第８の平面
Ｓ１２傾斜面
Ｓ１３入力側接合面
Ｓ１４回折面
Ｓ２１第１の平面
Ｓ２２第２の平面
Ｓ２３第３の平面
Ｓ２４第４の平面
Ｓ２５入力側接合面
Ｓ２６傾斜面
Ｓ２７回折面

Claims

任意の画像に対応する画像光を無限遠に投影する映像投影光学系と、
互いに平行且つ対向する第１の平面および第２の平面を有する板状に形成され、前記映像投影光学系から投影される前記画像光の一部の前記第１の平面における透過と前記画像光の残りの前記第１の平面および前記第２の平面間での反射とを繰返しながら前記映像投影光学系の光軸の方向に垂直なｘ方向に伝播させる第１の導光部と、
互いに平行且つ対向する第３の平面および第４の平面を有する板状に形成され、前記第３の平面は前記第１の平面に接合される第１の間隔板と、
前記第４の平面に形成または接合され、前記第１の平面を透過した一部の前記画像光を、前記第１の平面に実質的に垂直な方向に回折する第１の出力偏向部と
を有する画像表示装置。
前記第１の出力偏向部は、反射型の回折面を備え、
前記画像光が前記第１の出力偏向部により前記第４の平面に対し垂直に回折される前記第１の間隔板内での該画像光の伝播角度をθ_ｃ１、前記第１の間隔板の厚みをｔ_１、前記画像光の波長をλ、前記第１の間隔板の屈折率をｎ_ｓ１、前記第１の導光部の屈折率をｎ_ｗ１とするとき、

を満たすことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記第１の出力偏向部は、透過型の回折面を備え、
前記画像光が前記第１の出力偏向部により前記第４の平面に対し垂直に回折される前記第１の間隔板内での該画像光の伝播角度をθ_ｃ１、前記第１の間隔板の厚みをｔ_１、前記画像光の波長をλ、前記第１の間隔板の屈折率をｎ_ｓ１とするとき、

を満たすことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記第１の導光部の厚みをＴ_１とするとき、任意の５より小さい自然数ｎおよびｍの組み合わせについて、
Ｔ_ｖ１＝ａｂｓ（ｎ（ｎ_ｓ１ｔ_１）−ｍ（ｎ_ｗ１Ｔ_１））
とするとき、

を満たすことを特徴とする請求項２または３に記載の画像表示装置。
互いに平行且つ対向する第５の平面および第６の平面を有する板状に形成され、前記第１の出力偏向部で回折された前記一部の前記画像光が、前記第２の平面から出射した画像光を伝播させる第２の導光部であって、前記画像光の一部の前記第５の平面における透過と前記画像光の残りの前記第５の平面および前記第６の平面間での反射とを繰返しながら前記映像投影光学系の光軸の方向に垂直かつｘ方向にも垂直なｙ方向に伝播させる第２の導光部と、
互いに平行且つ対向する第７の平面および第８の平面を有する板状に形成され、前記第７の平面は前記第５の平面に接合される第２の間隔板と、
前記第８の平面に形成または接合され、前記第５の平面から透過した一部の前記画像光を前記第５の平面に実質的に垂直な方向に回折する第２の出力偏向部と
を有する請求項１〜４の何れか一項に記載の画像表示装置。
前記第２の出力偏向部は、反射型の回折面を備え、
前記画像光が前記第２の出力偏向部により前記第８の平面に対し垂直に回折される前記第２の間隔板内での該画像光の伝播角度をθ_ｃ２、前記第２の間隔板の厚みをｔ_２、前記画像光の波長をλ、前記第２の間隔板の屈折率をｎ_ｓ２、前記第２の導光部の屈折率をｎ_ｗ２とするとき、

を満たすことを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
前記第２の出力偏向部は、透過型の回折面を備え、
前記画像光が前記第２の出力偏向部により前記第８の平面に対し垂直に回折される前記間隔板内での該画像光の伝播角度をθ_ｃ２、前記第２の間隔板の厚みをｔ_２、前記画像光の波長をλ、前記第２の間隔板の屈折率をｎ_ｓ２とするとき、

を満たすことを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
前記第２の導光部の厚みをＴ_２とするとき、任意の５より小さい自然数ｎおよびｍの組み合わせについて、
Ｔ_ｖ２＝ａｂｓ（ｎ（ｎ_ｓ２ｔ_２）−ｍ（ｎ_ｗ２Ｔ_２））
とするとき

を満たすことを特徴とする請求項６または７に記載の画像表示装置。