JP2010044172A - Virtual image display device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a virtual image display device achieving a uniform distribution of light intensity in a reproduced image without sacrificing contrast of the reproduced image or use efficiency of light. <P>SOLUTION: The device includes: a spatial light modulating unit 3 that modulates incident light to emit image light; a collimating optical system 4 that converts the image light emitted from the spatial light modulating unit 3 into a group of parallel beams to project; a light guide plate 5 that transmits the group of parallel beams projected by the collimating optical system 4 while totally reflecting the beams a plurality of times inside and emits the beams as reproduced image light; and an illumination optical system 7 that irradiates the spatial light modulating unit 3 with illumination light having a distribution of illuminance capable of correcting the distribution of light intensity of the reproduced image light emitted from the light guide plate into uniform distribution. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、２次元画像を、虚像光学系により拡大虚像として観察者に観察させるように表示する虚像表示装置に関する。   The present invention relates to a virtual image display device that displays a two-dimensional image so that an observer observes it as an enlarged virtual image by a virtual image optical system.

従来、観察者に拡大虚像を観察させるために、下記特許文献１では、図７に示すような虚像観察光学系が提案されている。   Conventionally, in order to make an observer observe a magnified virtual image, the following Patent Document 1 proposes a virtual image observation optical system as shown in FIG.

図７に示すように、従来の虚像表示装置８０は、画像を表示する画像表示素子８１と、画像表示素子８１で表示された表示光を入射して、観察者の瞳８６へと導く虚像光学系とを備えている。   As shown in FIG. 7, a conventional virtual image display device 80 includes an image display element 81 that displays an image, and virtual image optics that guides display light displayed on the image display element 81 to the pupil 86 of an observer. System.

画像表示素子８１は、例えば、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、無機ＥＬディスプレイや、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）などである。
虚像光学系は、コリメート光学系８２と、ホログラム層８４を内部に有する導光板８３とを備える。 The image display element 81 is, for example, an organic EL (Electro Luminescence) display, an inorganic EL display, a liquid crystal display (LCD), or the like.
The virtual image optical system includes a collimating optical system 82 and a light guide plate 83 having a hologram layer 84 therein.

コリメート光学系８２は、画像表示素子８１の各画素から射出された光束を入射して、互いに画角の異なる平行光束群とする光学系である。コリメート光学系８２から射出された、互いに画角の異なる平行光束群は、それぞれ導光板８３に入射される。   The collimating optical system 82 is an optical system in which light beams emitted from the respective pixels of the image display element 81 are incident to form parallel light beam groups having different angles of view. The parallel light flux groups having different angles of view emitted from the collimating optical system 82 are incident on the light guide plate 83, respectively.

導光板８３は、ホログラム層８４を透明基板８３Ａ、８３Ｂで挟み込んだ構造となっている。導光板８３は、コリメート光学系８２から射出された互いに画角の異なる平行光束群を入射する光入射口８３ａ１を一方端部に有し、他方端部に光を射出する光射出口８３ａ２を有する光学面８３ａと、この光学面８３ａに対向する光学面８３ｂとを主面とする薄型の平行平板な導光板である。   The light guide plate 83 has a structure in which the hologram layer 84 is sandwiched between the transparent substrates 83A and 83B. The light guide plate 83 has a light incident port 83a1 at one end for entering parallel light flux groups having different angles of view emitted from the collimating optical system 82, and a light exit 83a2 for emitting light at the other end. The light guide plate is a thin parallel plate having an optical surface 83a and an optical surface 83b opposite to the optical surface 83a as main surfaces.

導光板８３の光学面８３ａ，８３ｂには、当該光学面８３ａ，８３ｂをそれぞれ保護するための保護シート８５，８６が設けられている。また、光学面８３ｂに設けられた保護シート１６には、導光板８３の光入射口８３ａ１と同じ位置に、画像表示素子８１で表示されコリメート光学系８２で拡大された拡大像が導光板８３外への漏れ出るのを防止するための遮光板８７が設けられている。   Protection sheets 85 and 86 for protecting the optical surfaces 83a and 83b are provided on the optical surfaces 83a and 83b of the light guide plate 83, respectively. Further, on the protective sheet 16 provided on the optical surface 83 b, an enlarged image displayed by the image display element 81 and enlarged by the collimating optical system 82 is displayed outside the light guide plate 83 at the same position as the light incident port 83 a 1 of the light guide plate 83. A light shielding plate 87 is provided for preventing leakage of the light.

ホログラム層８４は、光入射口８３ａ１に対応する位置に第１の反射型体積ホログラムグレーティング８４ａが形成され、光射出口８３ａ２に対応する位置に第２の反射型体積ホログラムグレーティング８４ｃが形成されている。それ以外の部分は、干渉縞が記録されていない干渉縞無記録領域８４ｂである。   In the hologram layer 84, a first reflective volume hologram grating 84a is formed at a position corresponding to the light incident port 83a1, and a second reflective volume hologram grating 84c is formed at a position corresponding to the light exit port 83a2. . The other part is an interference fringe non-recording area 84b where no interference fringe is recorded.

第１の反射型体積ホログラムグレーティング８４ａ、第２の反射型体積ホログラムグレーティング８４ｃには、ホログラム表面のピッチが均等である干渉縞が記録されている。   On the first reflective volume hologram grating 84a and the second reflective volume hologram grating 84c, interference fringes having a uniform hologram surface pitch are recorded.

導光板８３の光入射口８３ａ１から入射した互いに画角の異なる平行光束群は、上述した第１の反射型体積ホログラムグレーティング８４ａに入射され、それぞれの平行光束が平行光束のまま回折反射される。回折反射された平行光束群は、導光板８３の光学面８３ａ，８３ｂとの間で全反射を繰り返しながら進行し、上述した第２の反射型体積ホログラムグレーティング８４ｃに入射することになる。   A group of parallel light beams having different angles of view incident from the light incident port 83a1 of the light guide plate 83 is incident on the first reflective volume hologram grating 84a described above, and each parallel light beam is diffracted and reflected as a parallel light beam. The diffracted and reflected parallel light flux group travels while repeating total reflection with the optical surfaces 83a and 83b of the light guide plate 83, and enters the above-described second reflective volume hologram grating 84c.

導光板８３の長手方向の長さ及び光学面８３ａ−光学面８３ｂ間の厚みは、このときに内部を全反射しながら進行する互いに画角の異なる平行光束群が、各画角によって、第２の反射型体積ホログラムグレーティング８４ｃに到達するまでの全反射回数に違いがでるような光路長となるように、薄型化され、長手方向の長さも十分な長さとなるように設計されている。   The length of the light guide plate 83 in the longitudinal direction and the thickness between the optical surface 83a and the optical surface 83b are such that a parallel light flux group that travels while totally reflecting the inside of the light guide plate 83 is different depending on each field angle. The reflection type volume hologram grating 84c is designed to be thin and have a sufficient length in the longitudinal direction so that the number of total reflections until reaching the reflection volume hologram grating 84c is different.

具体的には、導光板８３に入射する平行光束群のうち、第２の反射型体積ホログラムグレーティング８４ｃ側へ傾きながら入射する平行光束群、つまり入射角が大きな平行光束群の反射回数は、それとは、逆に第２の反射型体積ホログラムグレーティング８４ｃ側へあまり傾かずに入射する平行光束群、つまり入射角が小さな平行光束群の反射回数と比較して少なくなっている。これは、導光板８３に入射した平行光束群は、それぞれ画角の異なる平行光束群となって入射されるためである。つまり、第１の反射型体積ホログラムグレーティング８４ａへの入射角度も異なることから、それぞれ異なる回折角で射出されることで、各平行光束群の全反射角も異なっているため、導光板８３を、薄型化し、長手方向の長さを十分確保することで、全反射する回数に違いが顕著にでることになる。   Specifically, among the parallel light flux groups incident on the light guide plate 83, the number of reflections of the parallel light flux group incident while tilting toward the second reflective volume hologram grating 84c, that is, the parallel light flux group having a large incident angle is Conversely, the number of reflections is smaller than the number of reflections of a parallel light beam group that is incident on the second reflective volume hologram grating 84c side without much inclination, that is, a parallel light beam group having a small incident angle. This is because the parallel light flux groups incident on the light guide plate 83 are incident as parallel light flux groups having different angles of view. That is, since the incident angle to the first reflection type volume hologram grating 84a is also different, the total reflection angle of each parallel light beam group is different by being emitted at different diffraction angles. By reducing the thickness and securing a sufficient length in the longitudinal direction, the difference in the number of total reflections becomes significant.

第２の反射型体積ホログラムグレーティング８４ｃに入射した各画角の平行光束は、回折反射されることで全反射条件からはずれ、導光板８３の光射出口８３ａ２から射出され、観察者の瞳８６に入射する。   The parallel luminous flux of each angle of view incident on the second reflective volume hologram grating 84c is diffracted and reflected to deviate from the total reflection condition, and is emitted from the light exit port 83a2 of the light guide plate 83 to the observer's pupil 86. Incident.

また、この虚像表示装置８０は、レンズ効果のない第１の反射型体積ホログラムグレーティング８４ａ、第２の反射型体積ホログラムグレーティング８４ｃを備えることで、単色偏心収差、回折色収差を排除低減することができる。   In addition, the virtual image display device 80 includes the first reflection type volume hologram grating 84a and the second reflection type volume hologram grating 84c having no lens effect, thereby eliminating and reducing monochromatic decentering aberration and diffraction chromatic aberration. .

ところで、この従来例の虚像表示装置８０では、虚像表示装置８０で再生される、再生画像の光強度は、画面内の特に水平方向（導光板８３内の画像光の進行方向）に、強い画角依存性を有し、一般的には、画面左右端の光強度が落ちてしまう。左右画角端の再生画像の光強度が落ちる理由は、体積型ホログラムの回折スペクトルの中心波長が、入射、又は出射する平行光束群の入射（出射）角度に依存して変化することと、光源として使用するＬＥＤの発光スペクトルが一般的に、回折スペクトルの中心波長の変化に対して十分に広くないためである。   By the way, in the virtual image display device 80 of this conventional example, the light intensity of the reproduced image reproduced by the virtual image display device 80 is a strong image especially in the horizontal direction in the screen (the traveling direction of the image light in the light guide plate 83). In general, the light intensity at the left and right ends of the screen is lowered. The reason why the light intensity of the reproduced image at the left and right angles of view decreases is that the center wavelength of the diffraction spectrum of the volume hologram changes depending on the incident (exit) angle of the incident or outgoing parallel light beam group, and the light source This is because the emission spectrum of the LED used as is generally not sufficiently wide with respect to changes in the center wavelength of the diffraction spectrum.

この再生画像における光強度の画角依存性を、画像表示素子８１の光強度特性をコントロールすることにより、補償することも可能であるが、画像表示素子８１の有する階調表現能力を消費してしまう。このため、再生画像のコントラスト低下等の画質劣化の原因となると共に、光利用効率が低下するため、好ましい方法ではない。   The angle-of-view dependency of the light intensity in the reproduced image can be compensated by controlling the light intensity characteristic of the image display element 81, but consumes the gradation expression capability of the image display element 81. End up. For this reason, it causes deterioration of the image quality such as a reduction in the contrast of the reproduced image, and the light use efficiency decreases.

上述の点に鑑み、本発明は、再生画像のコントラストや、光利用効率を犠牲にすることなく、均一な再生画像の光強度分布を実現する、虚像表示装置を提供するものである。   In view of the above, the present invention provides a virtual image display device that realizes a uniform light intensity distribution of a reproduced image without sacrificing the contrast of the reproduced image and the light utilization efficiency.

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の虚像表示装置は、入射された光を変調して画像光を出射する空間光変調部と、空間変調部から出射された画像光を、平行光束群に変換して投射するコリメート光学系とを有する。さらに、コリメート光学系から入射された平行光束群を、内部で複数回全反射させながら伝播し、再生画像光として出射する導光板とを有する。さらに、導光板から出射される再生画像光の光強度分布を補正することができる照度分布を有する照明光を空間光変調部に照射する照明光学装置を有する。   In order to solve the above problems and achieve the object of the present invention, a virtual image display device of the present invention includes a spatial light modulation unit that modulates incident light and emits image light, and an image emitted from the spatial modulation unit. A collimating optical system that converts the light into a parallel light flux group and projects the light. Furthermore, it has a light guide plate that propagates the collimated light beam incident from the collimating optical system while being totally reflected a plurality of times inside and emits it as reproduced image light. Furthermore, an illumination optical device that irradiates the spatial light modulator with illumination light having an illuminance distribution that can correct the light intensity distribution of the reproduced image light emitted from the light guide plate.

本発明の虚像表示装置では、照明光学装置から照射される照明光の照度分布は、再生画像光の光強度分布を補正するように構成される。このため、再生画像光の光強度分布は均一になされる。   In the virtual image display device of the present invention, the illuminance distribution of the illumination light emitted from the illumination optical device is configured to correct the light intensity distribution of the reproduced image light. For this reason, the light intensity distribution of the reproduced image light is made uniform.

本発明によれば、再生画像のコントラストや、光利用効率を犠牲にすることなく、均一な表示画像分布を簡便な構成で実現することができる。   According to the present invention, a uniform display image distribution can be realized with a simple configuration without sacrificing the contrast and light utilization efficiency of a reproduced image.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

まず、本発明の実施の形態の理解を容易にするために、前述した従来の虚像表示装置の問題点である、左右画角端における再生画像の光強度が落ちる原因のメカニズムを、詳細に説明する。   First, in order to facilitate understanding of the embodiment of the present invention, a mechanism that causes a drop in the light intensity of a reproduced image at the left and right angle-of-view ends, which is a problem of the conventional virtual image display device described above, will be described in detail. To do.

図８及び図９は、図７に示した従来の虚像表示装置８０の要部の概略構成である。図８及び図９では、導光板８３と、第２の反射型体積ホログラムグレーティング８４ｃと、導光板８３内を伝播し、第２の反射型体積ホログラムグレーティング８４ｃの作用により瞳８６に入射される再生画像光を示す。図８及び図９に示すように、観察者の瞳８６の位置と、第２の反射型体積ホログラムグレーティング８４ｃまでの距離をＳとする。また、基準の画角Ｖ（＝０°）で、瞳位置に入射してくる再生画像光の第２の反射型体積ホログラムグレーティング８４ｃでの回折位置を、位置ＸＶとする。また、画角＋θで、瞳８６に入射してくる再生画像光の第２の反射型体積ホログラムグレーティング８４ｃでの回折位置を、位置Ｘ＋θとする。また、画角−θで、瞳８６に入射してくる再生画像光の第２の反射型ホログラムグレーティング８４ｃでの回折位置を、位置Ｘ−θとする。 8 and 9 are schematic configurations of main parts of the conventional virtual image display device 80 shown in FIG. 8 and 9, the light guide plate 83, the second reflection type volume hologram grating 84c, and the reproduction that propagates through the light guide plate 83 and enters the pupil 86 by the action of the second reflection type volume hologram grating 84c. Image light is shown. As shown in FIGS. 8 and 9, let S be the distance between the position of the observer's pupil 86 and the second reflective volume hologram grating 84c. Further, the reference angle of view V (= 0 °), the diffraction position of the second grating 84c of the reproduced image light coming incident on the pupil position, and the position X V. Further, the diffraction position of the reproduced image light incident on the pupil 86 at the angle of view + θ at the second reflective volume hologram grating 84c is defined as a position X + θ . Further, the diffraction position of the reproduction image light incident on the pupil 86 at the angle of view −θ at the second reflective hologram grating 84c is defined as a position X− θ .

このような構成において、例えば、第２の反射型体積ホログラムグレーティング８４ｃにより回折される主な波長、すなわち、回折中心波長は、入射する平行光束群の角度により、ブラッグ条件が変わる。このため、画角＋θから画角−θまで、連続的にシフトする。
下記の表１に、
ホログラムの表面ピッチ：ｐ＝０．５３５μｍ
入射する波長帯域：λ＝６３５ｎｍ
導光板の屈折率：ｎ＝１．５２
画角：±θ＝±８度
画角：Ｖ＝０度
のときの内部全反射角度、及び回折中心波長を示す。 In such a configuration, for example, the Bragg condition of the main wavelength diffracted by the second reflective volume hologram grating 84c, that is, the diffraction center wavelength varies depending on the angle of the incident parallel light beam group. For this reason, it shifts continuously from the angle of view + θ to the angle of view −θ.
In Table 1 below,
Hologram surface pitch: p = 0.535 μm
Incident wavelength band: λ = 635 nm
Refractive index of light guide plate: n = 1.52
Angle of view: ± θ = ± 8 degrees Angle of view: Total internal reflection angle when V = 0 degrees, and diffraction center wavelength.

Figure 2010044172
Figure 2010044172

表１に示されるように、画角θにより、内部全反射角度、及び回折中心波長（μｍ）が変化する。例えば、表１からわかるように、画角＋θのときの回折中心波長は、６６０ｎｍで、基準の画角Ｖのときの回折中心波長は、６３５ｎｍで、画角−θのときの回折中心波長は、６０５ｎｍである。   As shown in Table 1, the total internal reflection angle and the diffraction center wavelength (μm) vary depending on the angle of view θ. For example, as can be seen from Table 1, the diffraction center wavelength at the view angle + θ is 660 nm, the diffraction center wavelength at the reference view angle V is 635 nm, and the diffraction center wavelength at the view angle −θ is 605 nm.

このような特性を有する場合において、画像表示素子の光源として、波長ピークが６３５ｎｍであるスペクトル分布を有する赤色のＬＥＤを用いるとする。そうすると、画角＋θ、画角−θのときの回折中心波長は、それぞれ、６６０ｎｍ、６０５ｎｍであるから、波長ピークの光量よりも少ない光量の波長が回折されることとなる。すなわち、前述したように、光源として使用するＬＥＤの発光スペクトルが、回折中心波長の変化に対して十分に広くないため、画角±θで用いられる回折光の光量が減少する。   In such a case, it is assumed that a red LED having a spectral distribution with a wavelength peak of 635 nm is used as the light source of the image display element. Then, since the diffraction center wavelengths at the angle of view + θ and the angle of view −θ are 660 nm and 605 nm, respectively, the wavelength of the light amount smaller than the light amount at the wavelength peak is diffracted. That is, as described above, since the emission spectrum of the LED used as the light source is not sufficiently wide with respect to the change of the diffraction center wavelength, the amount of diffracted light used at the angle of view ± θ is reduced.

このため、従来用いられている画像表示素子の光源では画角が大きくなるにつれて、光量が減少する傾向にある。   For this reason, in the light source of the conventionally used image display element, the amount of light tends to decrease as the angle of view increases.

以上のような虚像表示装置の一般的特性をふまえて、本発明の一実施形態例について説明する。   One embodiment of the present invention will be described based on the general characteristics of the virtual image display device as described above.

［実施形態例］
図１Ａ，Ｂに、本発明の一実施形態における虚像表示装置の概略構成を示す。図１Ａは、観察者の瞳２が虚像表示装置１をとらえたときの視線方向に対して、直交する上方から見たときの概略構成である。また、図１Ｂは、観察者の瞳２が虚像表示装置１をとらえたときの視線方向に対して、直交する横方向から見たときの概略構成である。図１Ａ，Ｂにおいては、共通するＸＹＺ座標系を示し、観察者の瞳２に対して、左右（水平）方向をＸ軸方向、上下（縦）方向をＹ軸方向、奥行き方向をＺ軸方向として示す。 [Example Embodiment]
1A and 1B show a schematic configuration of a virtual image display device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a schematic configuration when viewed from above orthogonal to the line-of-sight direction when the observer's pupil 2 captures the virtual image display device 1. FIG. 1B is a schematic configuration when viewed from a lateral direction orthogonal to the line-of-sight direction when the observer's pupil 2 captures the virtual image display device 1. 1A and 1B show a common XYZ coordinate system, with respect to the observer's pupil 2, the horizontal (horizontal) direction is the X-axis direction, the vertical (vertical) direction is the Y-axis direction, and the depth direction is the Z-axis direction. As shown.

本実施形態例の虚像表示装置１は、図１Ａ，Ｂに示すように、空間光変調部３と、コリメート光学系４と、導光板５と、照明光学装置７とを有して構成される。図２に、照明光学装置７の拡大図を示す。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the virtual image display device 1 according to the present embodiment includes a spatial light modulation unit 3, a collimating optical system 4, a light guide plate 5, and an illumination optical device 7. . FIG. 2 shows an enlarged view of the illumination optical device 7.

空間光変調部３は、透過型空間光変調素子から構成され、透過型の空間光変調部３としては、透過型液晶パネルを用いることができる。この空間光変調部３では、空間光変調部３に入射される後述の照明光を、表示する所望の映像に対応して変調し、画像光としてコリメート光学系４に向けて射出する。本実施形態例では、その変調されて形成された画像光のｐ偏光のみが射出される構成とされる。   The spatial light modulator 3 includes a transmissive spatial light modulator, and a transmissive liquid crystal panel can be used as the transmissive spatial light modulator 3. In the spatial light modulation unit 3, illumination light, which will be described later, incident on the spatial light modulation unit 3 is modulated corresponding to a desired image to be displayed, and is emitted toward the collimating optical system 4 as image light. In the present embodiment, only the p-polarized light of the image light formed by the modulation is emitted.

コリメート光学系４は、空間光変調部３から射出された画像光を、互いに画角の異なる平行光束群とする光学系である。すなわち、空間光変調部３から射出された画像光が、コリメート光学系４に入射することにより、互いに画角の異なる平行光束群として射出される。コリメート光学系４から射出された、互いに画角の異なる平行光束群は、それぞれ導光板に入射される。ここで、画角とは、空間光変調部３において所望の映像に対応して射出された画像光の範囲を角度θで示したものである。また、本実施形態例において、画角という場合は、Ｘ軸方向の水平画角を指すものとする。図１Ａにおいては、ＸＺ平面における代表的な平行光束Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを、また、図１Ｂにおいては、ＹＺ平面における代表的な平行光束ＬＡ，ＬＢ，ＬＣを示す。   The collimating optical system 4 is an optical system that uses the image light emitted from the spatial light modulator 3 as parallel light flux groups having different angles of view. That is, the image light emitted from the spatial light modulator 3 is incident on the collimating optical system 4 and is emitted as parallel light flux groups having different angles of view. The parallel light flux groups having different angles of view emitted from the collimating optical system 4 are respectively incident on the light guide plate. Here, the angle of view refers to the range of image light emitted corresponding to a desired image in the spatial light modulator 3 by an angle θ. Further, in the present embodiment example, the view angle refers to the horizontal view angle in the X-axis direction. In FIG. 1A, typical parallel light beams La, Lb, and Lc in the XZ plane are shown, and in FIG. 1B, typical parallel light beams LA, LB, and LC in the YZ plane are shown.

導光板５は、コリメート光学系４から射出された互いに画角の異なる平行光束群を入射する光入射口５ａ１を一方端部に有し、他方端部に光を射出する光射出口５ａ２を有する光学面５ａと、この光学面５ａに対向する光学面５ｂとを主面とする薄型の平行平板である。図１Ａにおいては、平行平板な導光板５の光学面５ａ，５ｂは、ＸＹ平面上にある。   The light guide plate 5 has a light incident port 5a1 at one end for entering parallel light flux groups having different angles of view emitted from the collimating optical system 4, and a light exit 5a2 for emitting light at the other end. It is a thin parallel plate having an optical surface 5a and an optical surface 5b opposite to the optical surface 5a as main surfaces. In FIG. 1A, the optical surfaces 5a and 5b of the parallel light guide plate 5 are on the XY plane.

導光板５の光学面５ｂの、光入射口５ａ１と対向する位置には、コリメート光学系４から射出された平行光束群を、導光板５の内部で全反射させるために回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子からなる第１の回折格子部材が形成される。以下、この第１の回折格子部材を、第１の反射型体積ホログラムグレーティング６ａという。
また、導光板５の光学面５ｂの、光射出口５ａ２と対向する位置には、導光板５の内部を全反射して伝播した平行光束群を回折反射し、導光板５から画像光として出射する、反射型体積ホログラム回折格子からなる第２の回折格子部材が形成される。以下、この第２の回折格子部材を、第２の反射型体積ホログラムグレーティング６ｂという。
ここで、導光板５内において全反射されながら導光される平行光束光の進行方向を、Ｘ軸の正の方向とする。 A reflection type that reflects and diffracts the parallel light beam emitted from the collimating optical system 4 at the position of the optical surface 5 b of the light guide plate 5 facing the light incident port 5 a 1 so as to totally reflect the light within the light guide plate 5. A first diffraction grating member made of a volume hologram diffraction grating is formed. Hereinafter, this first diffraction grating member is referred to as a first reflective volume hologram grating 6a.
In addition, at the position of the optical surface 5 b of the light guide plate 5 facing the light exit 5 a 2, the parallel light beam group that has been totally reflected and propagated inside the light guide plate 5 is diffracted and reflected and emitted from the light guide plate 5 as image light. A second diffraction grating member made of a reflective volume hologram diffraction grating is formed. Hereinafter, this second diffraction grating member is referred to as a second reflective volume hologram grating 6b.
Here, the traveling direction of the parallel light beam guided while being totally reflected in the light guide plate 5 is defined as a positive direction of the X axis.

第１及び第２の反射型体積ホログラムグレーティング６ａ，６ｂには、干渉縞の傾きであるスラント角が異なる３種類の干渉縞が、第１、及び第２の反射型体積ホログラムグレーティング６ａ，６ｂ表面において、それぞれ同一ピッチとなるように、多重して記録されている。第１、第２の反射型体積ホログラムグレーティング６ａ，６ｂは、回折受容波長帯域が２０ｎｍ程度の単色用ホログラムグレーティングであり、上述したスラント角がそれぞれ異なる３種類の干渉縞を記録することで、回折受容角を広げることができる。   The first and second reflective volume hologram gratings 6a and 6b have three types of interference fringes with different slant angles, which are inclinations of the interference fringes, on the surfaces of the first and second reflective volume hologram gratings 6a and 6b. Are multiplexed and recorded so as to have the same pitch. The first and second reflective volume hologram gratings 6a and 6b are monochromatic hologram gratings having a diffraction acceptance wavelength band of about 20 nm, and record the three kinds of interference fringes having different slant angles as described above. The acceptance angle can be widened.

このように、第１、第２の反射型体積ホログラムグレーティング６ａ，６ｂには、干渉縞が同一ピッチ、すなわち、位置に関わらず均等なピッチで複数記録されている。そして、第１、第２の反射型体積ホログラムグレーティング６ａ，６ｂは、それぞれの干渉縞が、光学面と５ａ，５ｂ垂直な平面に対して対称となるように導光板５の光学面５ｂ状に配置されている。   Thus, a plurality of interference fringes are recorded on the first and second reflective volume hologram gratings 6a and 6b at the same pitch, that is, at an equal pitch regardless of the position. The first and second reflective volume hologram gratings 6a and 6b are formed in the shape of the optical surface 5b of the light guide plate 5 so that the respective interference fringes are symmetrical with respect to a plane perpendicular to the optical surface 5a and 5b. Has been placed.

以上の構成を有する導光板５では、導光板５の光入射口５ａ１から入射した互いに画角の異なる平行光束群が、上述した、第１の反射型体積ホログラムグレーティング６ａに入射され、それぞれの平行光束群が平行光束群のまま回折反射される。回折反射された平行光束群は、導光板５の光学面５ａ，５ｂとの間で、全反射を繰り返しながら進行し、上述した第２の反射型体積ホログラムグレーティング６ｂに入射する。すなわち、導光板５内部においては、図１Ａで示すＸＺ平面のＺ軸方向には、各光束Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが平行光束のまま光学面５ａ，５ｂ間で全反射を繰り返しながら導光され、第２の反射型体積ホログラムグレーティング６ｂに向けてＸ軸方向に進行する。   In the light guide plate 5 having the above configuration, the parallel light flux groups having different angles of view incident from the light incident port 5a1 of the light guide plate 5 are incident on the first reflective volume hologram grating 6a described above, and are parallel to each other. The light beam group is diffracted and reflected as a parallel light beam group. The diffracted and reflected parallel light flux group travels between the optical surfaces 5a and 5b of the light guide plate 5 while repeating total reflection, and enters the above-described second reflective volume hologram grating 6b. That is, inside the light guide plate 5, in the Z-axis direction of the XZ plane shown in FIG. 1A, each light beam La, Lb, Lc is guided while repeating total reflection between the optical surfaces 5a, 5b while being a parallel light beam. It proceeds in the X-axis direction toward the second reflective volume hologram grating 6b.

第２の反射型体積ホログラムグレーティング６ｂに入射した各画角の平行光束群は、回折反射されることで、全反射条件からはずれ、導光板５の光射出口５ａ２から射出され、観察者の瞳２に入射する。   The collimated light flux group of each angle of view incident on the second reflection type volume hologram grating 6b is diffracted and reflected, so that it deviates from the total reflection condition and is emitted from the light exit 5a2 of the light guide plate 5 to be the pupil of the observer. 2 is incident.

そして、第２の反射型体積ホログラムグレーティング６ｂは、記録された干渉縞が、第１の反射型体積ホログラムグレーティング６ａの干渉縞をホログラム面内で１８０度回転させた形状と同じになるように、導光板５の光学面５ｂ上に設置されている。したがって、第２の反射型体積ホログラムグレーティング６ｂで反射される平行光束群は、第１の反射型体積ホログラムグレーティング６ａへの入射角と等しい角度で反射されることになるため、再生画像がぼやけることなく、観察者は高い解像度の再生画像を視認することができる。   The second reflection volume hologram grating 6b has the same recorded interference fringe as the shape obtained by rotating the interference fringe of the first reflection volume hologram grating 6a by 180 degrees in the hologram plane. It is installed on the optical surface 5 b of the light guide plate 5. Therefore, the parallel light flux group reflected by the second reflective volume hologram grating 6b is reflected at an angle equal to the incident angle to the first reflective volume hologram grating 6a, and thus the reproduced image is blurred. The observer can visually recognize a high-resolution reproduced image.

なお、導光板５内では、瞳２の位置に対し、上下方向となるＹ方向については、平行光束群は反射しない。すなわち、各画角の平行光束群が導光板５内で反射する反射方向と、伝播する方向とに沿う平面とほぼ直交するＹ方向については、反射しない。   In the light guide plate 5, the parallel light flux group is not reflected in the Y direction which is the vertical direction with respect to the position of the pupil 2. In other words, the Y direction that is substantially orthogonal to the plane along the reflection direction in which the parallel light flux group of each angle of view reflects within the light guide plate 5 and the propagation direction does not reflect.

図３に示すように、ＹＺ平面において、各画角の異なる入射光ＬＡ、ＬＢ及びＬＣは、導光板５内において、Ｚ軸方向に反射を繰り返すが、Ｙ軸方向には反射しないで射出部に到達する。この様子を、図の概略側面構成に示す。図３において、図１に対応する部分には、同一符号を付し、重複説明を省略する。図３に示すように、コリメート光学系４から射出された光は、導光板５の光入射口５ａ１から入射され、導光板５のＹＺ平面においては、収束されて、導光板５内をＸ軸の正の方向に進行する。この導光板５のＹＺ平面において、コリメート光学系４から射出される画角の異なる代表的な入射光の進行方向を矢印Ａｉ、Ｂｉ及びＣｉで示す。これらの光は、Ｙ軸方向に収束されて導光板の光学面５ａ及び５ｂ間を矢印Ａ１，Ａ２，Ａ３，・・・Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，・・・で示すように反射しながら進行する。そして、第２の反射型体積ホログラムグレーティング６ａにより、反射回折されて光射出口５ａ２から射出されて、観察者の瞳２に、矢印Ａｏ，Ｂｏ，Ｃｏで示すように、入射される。   As shown in FIG. 3, in the YZ plane, incident lights LA, LB, and LC having different angles of view repeatedly reflect in the Z-axis direction within the light guide plate 5, but do not reflect in the Y-axis direction, and are emitted. To reach. This is shown in the schematic side view configuration of the figure. 3, parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. As shown in FIG. 3, the light emitted from the collimating optical system 4 enters from the light incident port 5 a 1 of the light guide plate 5, converges on the YZ plane of the light guide plate 5, and passes through the light guide plate 5 in the X axis. Proceed in the positive direction. In the YZ plane of the light guide plate 5, the traveling directions of typical incident light having different angles of view emitted from the collimating optical system 4 are indicated by arrows Ai, Bi, and Ci. These lights are converged in the Y-axis direction and travel while reflecting between the optical surfaces 5a and 5b of the light guide plate as indicated by arrows A1, A2, A3,... C1, C2, C3,. . Then, the light is reflected and diffracted by the second reflective volume hologram grating 6a, is emitted from the light exit 5a2, and enters the pupil 2 of the observer as indicated by arrows Ao, Bo, and Co.

この場合、上述したようにこれらの光はＹ軸方向には収束されるので、第１の反射型体積ホログラムグレーティング６ａのＹ軸方向の長さに対し、第２の反射型体積ホログラムグレーティング６ｂの反射回折面は比較的短い構成としてもよい。
そして、このような構成を有する導光板５では、観察者の瞳２に対して横方向（Ｘ軸方向）から映像や各種上方等を表示する画像光が導光されて、瞳２にその画像光が入射する。 In this case, as described above, since these lights are converged in the Y-axis direction, the second reflective volume hologram grating 6b has a length that is longer than the length of the first reflective volume hologram grating 6a in the Y-axis direction. The reflective diffractive surface may have a relatively short configuration.
In the light guide plate 5 having such a configuration, image light for displaying images and various upper directions is guided from the lateral direction (X-axis direction) to the observer's pupil 2, and the image is displayed on the pupil 2. Light enters.

照明光学装置７は、図２に示すように、光源９ａ，９ｂと、光源９ａ，９ｂから照射された光束を伝播する照明用導光板８と、照明用導光板８内部を伝播される光束の一部を、空間光変調部３方向に射出させるための拡散シート１０とを有して構成される。   As shown in FIG. 2, the illumination optical device 7 includes light sources 9 a and 9 b, an illumination light guide plate 8 that propagates light beams emitted from the light sources 9 a and 9 b, and a light beam that propagates inside the illumination light guide plate 8. A diffusion sheet 10 for injecting a part in the direction of the spatial light modulator 3 is configured.

照明光学装置７は、空間光変調部３の背面、すなわち、空間光変調部３に対してコリメート光学系４が構成される側とは反対側に構成されるものであり、照明光学装置７から出射される照明光は、空間光変調部３に入射される。   The illumination optical device 7 is configured on the back surface of the spatial light modulation unit 3, that is, on the opposite side of the spatial light modulation unit 3 from the side on which the collimating optical system 4 is configured. The emitted illumination light is incident on the spatial light modulator 3.

まず、照明用導光板８は、薄型の平面平板な導光板からなり、空間光変調部３全面に対向する位置に、近接して形成される。この照明用導光板８において、空間光変調部３に対向する面は照明光の出射面となる。そして、照明用導光板８の、出射面とは反対側の面上には、反射シート１２が構成され、照明用導光板８の出射面の面上には、拡散シート１０及びプリズムシート１１が順に構成されている。
照明用導光板８は、光源９ａ，９ｂから照射された光束を、照明用導光板８面内において伝播するものである。 First, the illumination light guide plate 8 is a thin flat plate light guide plate, and is formed close to a position facing the entire surface of the spatial light modulator 3. In the illumination light guide plate 8, the surface facing the spatial light modulator 3 is an illumination light exit surface. A reflection sheet 12 is formed on the surface of the illumination light guide plate 8 opposite to the exit surface, and a diffusion sheet 10 and a prism sheet 11 are disposed on the exit surface of the illumination light guide plate 8. It is structured in order.
The illumination light guide plate 8 propagates the light beam emitted from the light sources 9a and 9b within the surface of the illumination light guide plate 8.

反射シート１２は、照明用導光板８内を伝播する光束が、コリメート光学系４が形成される側とは反対側に出射しないようにするためのものであり、反射シート１２により反射された光束は、照明用導光板８内で全反射しながら伝播される。また、拡散シート１０の作用により、照明用導光板８内を伝播する光束の一部は、プリズムシート１１を介して、透過型の空間光変調部３にむけて照明光として射出される。   The reflection sheet 12 is for preventing the light beam propagating through the illumination light guide plate 8 from being emitted to the side opposite to the side on which the collimating optical system 4 is formed, and the light beam reflected by the reflection sheet 12. Is propagated while being totally reflected in the light guide plate 8 for illumination. In addition, due to the action of the diffusion sheet 10, a part of the light beam propagating through the illumination light guide plate 8 is emitted as illumination light toward the transmissive spatial light modulator 3 via the prism sheet 11.

光源９ａ，９ｂは、ＬＥＤから構成され、照明用導光板８の側面であって、Ｘ軸方向に対向する側面にそれぞれ配設される。すなわち、照明用導光板８のＸ軸方向に対向する側面に配設されたそれぞれの光源９ａ，９ｂから照明用導光板８に照射される光束は、照明用導光板８内を、反射を繰り返しながらＸ軸方向に、それぞれ照明用導光板８中央に向かって伝播する。   The light sources 9a and 9b are composed of LEDs, and are respectively disposed on the side surfaces of the illumination light guide plate 8 and facing the X-axis direction. In other words, the light beams applied to the illumination light guide plate 8 from the respective light sources 9 a and 9 b disposed on the side surfaces facing the X-axis direction of the illumination light guide plate 8 are repeatedly reflected in the illumination light guide plate 8. However, the light propagates in the X-axis direction toward the center of the light guide plate 8 for illumination.

このような照明光学装置７において、光源９ａ，９ｂから出射した光束は、前述したように照明用導光板８内部を、反射を繰り返しながらＸ軸方向に伝播する。そして、照明用導光板８内部を伝播する光束の一部は、拡散シート１０の作用により、プリズムシート１１を介して空間光変調部３を照射する。   In such an illumination optical device 7, the light beams emitted from the light sources 9a and 9b propagate in the X-axis direction while being repeatedly reflected in the illumination light guide plate 8 as described above. A part of the light beam propagating through the illumination light guide plate 8 irradiates the spatial light modulator 3 through the prism sheet 11 by the action of the diffusion sheet 10.

そうすると、照明用導光板８の一方の側面に構成された光源９ａから射出されて照明用導光板８内部を伝播する光束は、Ｘ軸の正の方向に伝播するに従い少なくなる。それに伴い、空間光変調部３を照射する光の強度も、図４に示すように、Ｘ軸の正の方向に行くに従い減少するような分布を持つ。このＸ軸方位置に対する、空間光変調部３への照射光強度の減少する程度は、拡散シート１０の拡散度や、照明用導光板８の厚みを変えることにより制御することができる。   Then, the light flux emitted from the light source 9a formed on one side surface of the illumination light guide plate 8 and propagating through the illumination light guide plate 8 decreases as it propagates in the positive direction of the X axis. Accordingly, the intensity of the light irradiating the spatial light modulator 3 has a distribution that decreases as it goes in the positive direction of the X axis, as shown in FIG. The degree to which the irradiation light intensity to the spatial light modulator 3 decreases with respect to the X-axis position can be controlled by changing the diffusion degree of the diffusion sheet 10 and the thickness of the illumination light guide plate 8.

同様に、光源９ｂから出射した光束も照明用導光板８、拡散シート１０、プリズムシート１１を介して空間光変調部３を照射する。光源９ｂにより、透過型の空間光変調部３を照射する光の強度は、図４に示すように、Ｘ軸の負の方向にいくに従い減少するような分布となり、光源９ａの分布と左右逆転した特性となっている。光源９ａ及び光源９ｂを同時に点灯した場合の、空間光変調部３を照射する光の強度は、それぞれの和となり、図４の実線で示すような分布となる。図４の照明光強度分布（照度分布）をコリメート光学系４により、対応する画角分布に変換したグラフを図５に示す。   Similarly, the light beam emitted from the light source 9 b also irradiates the spatial light modulator 3 through the illumination light guide plate 8, the diffusion sheet 10, and the prism sheet 11. As shown in FIG. 4, the intensity of the light irradiating the transmissive spatial light modulator 3 by the light source 9b has a distribution that decreases in the negative direction of the X axis. It has become a characteristic. When the light source 9a and the light source 9b are turned on at the same time, the intensity of the light irradiating the spatial light modulation unit 3 is the sum of each, and has a distribution as shown by the solid line in FIG. FIG. 5 shows a graph in which the illumination light intensity distribution (illuminance distribution) in FIG. 4 is converted into the corresponding field angle distribution by the collimating optical system 4.

図５に示すように、本実施形態例の照明光学装置７では、画角が大きくなるにつれて、すなわち、画像光のＸ軸方向の端部にいくにつれて、照明光強度が大きくなるように照明光強度分布が画角範囲内で不均一になされる。そして、このような不均一な照明光強度分布を有する照明光が空間光変調部３に入射される。   As shown in FIG. 5, in the illumination optical device 7 of the present embodiment, the illumination light is so increased that the illumination light intensity increases as the angle of view increases, that is, as it approaches the end of the image light in the X-axis direction. The intensity distribution is made nonuniform within the field angle range. Then, illumination light having such a non-uniform illumination light intensity distribution is incident on the spatial light modulator 3.

以上の構成を有する虚像表示装置１において、照明光学装置７から射出される照明光を空間変調部３に照射し、空間光変調部３から所望の画像光を射出して、導光板５に入射させる。導光板５に入射された画像光は、第１の反射型体積ホログラムグレーティング６ａ の作用により、導光板５内を、全反射を複数回繰り返しながら進行する。そして、導光板５内をＸ軸方向に進行した画像光は、第２の反射型体積ホログラムグレーティング６ｂ の作用により、再生画像光として瞳２に射出される。このようにして、空間光変調部３において生成された画像の虚像が、瞳２の位置に再生される。   In the virtual image display device 1 having the above configuration, illumination light emitted from the illumination optical device 7 is irradiated to the spatial modulation unit 3, desired image light is emitted from the spatial light modulation unit 3, and is incident on the light guide plate 5. Let The image light incident on the light guide plate 5 travels while repeating total reflection a plurality of times in the light guide plate 5 by the action of the first reflective volume hologram grating 6a. Then, the image light traveling in the X-axis direction in the light guide plate 5 is emitted to the pupil 2 as reproduced image light by the action of the second reflective volume hologram grating 6b. In this way, the virtual image of the image generated in the spatial light modulator 3 is reproduced at the position of the pupil 2.

図６に、このよう画角範囲内において照明光強度分布が不均一にされた照明光を用いた場合の、瞳２に入射される再生画像光の画像光強度分布を示す。本実施形態例における照明光学装置７では、空間光変調部３を照射する照明光の光強度は、図４に示すように不均一になされ、そのため、コリメート光学系４により画角の異なる平行光束群とされた画像光の強度分布も、図５に示すように、画角の大きい部分で大きくなる。このため、従来、瞳２に入射される再生画像光は、画角の大きい部分において、図１０に示すように光強度分布が小さくなる傾向にあったが、再生画像光のうち、画角の大きな再生画像光に相当する照明光の光強度が大きくなるように構成された照明光学装置７の作用によりリセットされ、補正される。このため、図６に示すように、瞳２に入射される再生画像光の光強度分布は、ほぼ均一になる。   FIG. 6 shows the image light intensity distribution of the reproduced image light incident on the pupil 2 when the illumination light having such a nonuniform illumination light intensity distribution is used in such an angle of view range. In the illumination optical device 7 according to the present embodiment, the light intensity of the illumination light that irradiates the spatial light modulator 3 is nonuniform as shown in FIG. As shown in FIG. 5, the intensity distribution of the grouped image light is also increased at a portion with a large angle of view. For this reason, conventionally, the reproduction image light incident on the pupil 2 has a tendency that the light intensity distribution becomes small as shown in FIG. 10 in the portion where the angle of view is large. It is reset and corrected by the action of the illumination optical device 7 configured to increase the light intensity of the illumination light corresponding to the large reproduced image light. For this reason, as shown in FIG. 6, the light intensity distribution of the reproduced image light incident on the pupil 2 is substantially uniform.

このように、本実施形態例の虚像表示装置１では、不均一な光強度分布を有する照明光学装置７を用いることで、体積型ホログラムに入射、又は出射する平行光束群の入射（出射）角度に依存して、回折スペクトルの中心波長の変化を補償することができる。また、本実施形態例の照明光学装置７では、従来の虚像表示装置において、光源として使用するＬＥＤの発光スペクトルが一般的に回折スペクトルの中心波長の変化に対して十分に広くないことに起因した画像端部の光強度の低下を補償することができる。
これにより、再生画像のコントラストや、光利用効率を犠牲にすることなく、均一な表示画像分布を簡便な構成で実現することができる。 As described above, in the virtual image display device 1 according to the present embodiment, by using the illumination optical device 7 having a non-uniform light intensity distribution, the incident (exit) angle of the parallel light beam group that enters or exits the volume hologram is obtained. Depending on, changes in the center wavelength of the diffraction spectrum can be compensated. Further, in the illumination optical device 7 of the present embodiment example, in the conventional virtual image display device, the emission spectrum of the LED used as the light source is generally not sufficiently wide with respect to the change in the center wavelength of the diffraction spectrum. It is possible to compensate for a decrease in light intensity at the edge of the image.
Thereby, a uniform display image distribution can be realized with a simple configuration without sacrificing the contrast of the reproduced image and the light utilization efficiency.

本実施形態例の照明光学装置７においては、不均一な照明光強度分布を有する為に、照明用導光板８のＸ軸方向の両側面に光源９ａ，９ｂを構成する例としたが、これに限られるものではない。すなわち、再生画像光の光強度分布を均一にすることができる構成であればよく、種々の構成が可能である。   In the illumination optical device 7 according to the present embodiment, the light sources 9a and 9b are configured on both side surfaces in the X-axis direction of the illumination light guide plate 8 in order to have a non-uniform illumination light intensity distribution. It is not limited to. That is, any configuration can be used as long as the light intensity distribution of the reproduced image light can be made uniform, and various configurations are possible.

なお、このような導光板５の構成を有する虚像表示装置１では、照明光学装置７や空間光変調部３、コリメート光学系４を瞳２に対して上方に配置せず、横方向に配置している。このような場合は、瞳２に近接した上方に配置する場合と比べると、上限の視野内に光学系が設けられないので、良好な外界の観察が可能となる。そして、このような虚像表示装置１は、頭部装着型ディスプレイ（ＨＭＤ）に好適に適用される。   In the virtual image display device 1 having such a configuration of the light guide plate 5, the illumination optical device 7, the spatial light modulation unit 3, and the collimating optical system 4 are not disposed above the pupil 2 but are disposed in the lateral direction. ing. In such a case, as compared with the case where the optical system is disposed above the pupil 2, an optical system is not provided in the upper limit visual field, so that a good external environment can be observed. Such a virtual image display device 1 is suitably applied to a head-mounted display (HMD).

Ａ，Ｂ 本発明の一実施形態例における虚像表示装置の概略構成図である。1A and 1B are schematic configuration diagrams of a virtual image display device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態例における虚像表示装置の照明光学装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the illumination optical apparatus of the virtual image display apparatus in one embodiment of the present invention. 導光板においてＹ軸方向に伝播する平行光束群を示す光路説明図である。It is optical path explanatory drawing which shows the parallel light beam group which propagates in a Y-axis direction in a light-guide plate. 本発明の一実施形態例における虚像表示装置の照明光学装置で生成される照明光強度分布図である。It is an illumination light intensity distribution map produced | generated with the illumination optical apparatus of the virtual image display apparatus in the example of 1 embodiment of this invention. 本発明の一実施形態例における虚像表示装置の照明光学装置で生成される照明光強度分布を、画角に対応させて示した図である。It is the figure which showed the illumination light intensity distribution produced | generated with the illumination optical apparatus of the virtual image display apparatus in one example of this invention corresponding to the angle of view. 本発明の一実施形態例における虚像表示装置において得られる再生画像光の強度分布図である。It is an intensity distribution figure of reproduction picture light obtained in a virtual image display device in one example of the present invention. 従来例における虚像表示装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the virtual image display apparatus in a prior art example. 従来例における虚像表示装置の回折光強度の入射角度依存性を説明するための図（その一）である。It is the figure (the 1) for demonstrating the incident angle dependence of the diffracted light intensity of the virtual image display apparatus in a prior art example. 従来例における虚像表示装置の回折光強度の入射角度依存性を説明するための図（その二）である。It is FIG. (2) for demonstrating the incident angle dependence of the diffracted light intensity of the virtual image display apparatus in a prior art example. 従来例における虚像表示装置で得られる再生画像強度分布図である。It is a reproduction | regeneration image intensity distribution map obtained with the virtual image display apparatus in a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

１・・虚像表示装置、２・・瞳、３・・空間光変調部、４・・コリメート光学系、５・・導光板、５ａ１・・光入射口、５ａ２・・光射出口、５ａ，５ｂ・・光学面、６ａ・・第１の反射型体積ホログラムグレーティング、６ｂ・・第２の反射型体積ホログラムグレーティング、７・・照明光学装置、８・・照明用導光板、９ａ，９ｂ・・光源、１０・・拡散シート、１１・・プリズムシート、１２・・反射シート   1 .. Virtual image display device 2.. Eye 3.. Spatial light modulator 4. Collimating optical system 5. Light guide plate 5 a 1 Light entrance 5 a 2 Light exit 5 a 5 b ..Optical surface, 6a ..First reflection type volume hologram grating, 6b ..Second reflection type volume hologram grating, 7 ..Lighting optical device, 8 ..Light guide plate for illumination, 9a, 9b. 10 .... Diffusion sheet, 11 .... Prism sheet, 12 .... Reflection sheet

Claims (8)

入射された光を変調して画像光を出射する空間光変調部と、
前記空間光変調部から出射された画像光を、平行光束群に変換して投射するコリメート光学系と、
前記コリメート光学系から入射された平行光束群を、内部で複数回全反射させながら伝播し、再生画像光として出射する導光板と、
前記導光板から出射される再生画像光の光強度分布が均一になるように補正することができる照度分布を有する照明光を前記空間光変調部に照射する照明光学装置と、
を有する虚像表示装置。 A spatial light modulator that modulates incident light and emits image light; and
A collimating optical system that converts the image light emitted from the spatial light modulation unit into a parallel light flux group and projects it; and
A light guide plate that propagates the parallel light flux incident from the collimating optical system while internally reflecting the light multiple times a plurality of times, and emits it as reproduced image light;
An illumination optical device that irradiates the spatial light modulator with illumination light having an illuminance distribution that can be corrected so that the light intensity distribution of the reproduced image light emitted from the light guide plate is uniform;
A virtual image display device. 前記平行光束群を、導光板の内部で全反射させるために、前記導光板に入射された前記平行光束群を回折反射する、第１の回折格子部材と、
前記導光板の内部を全反射して伝播した前記平行光束群を回折反射し、前記導光板から、前記再生画像光として出射する、第２の回折格子部材と
を有する請求項１記載の虚像表示装置。 A first diffraction grating member that diffracts and reflects the parallel light beam group incident on the light guide plate to totally reflect the parallel light beam group inside the light guide plate;
2. The virtual image display according to claim 1, further comprising: a second diffraction grating member that diffracts and reflects the parallel light flux group propagated by total reflection inside the light guide plate and emits the reproduced image light from the light guide plate. apparatus. 前記照明光学装置は、光源と、光源から照射された光束を伝播する照明用導光板と、
前記照明用導光板内部を伝播される光束の一部を、前記空間光変調部方向に射出させるための拡散シートと
を有して構成される請求項１記載の虚像表示装置。 The illumination optical device includes a light source, an illumination light guide plate that propagates a light beam emitted from the light source, and
The virtual image display device according to claim 1, further comprising: a diffusion sheet configured to emit a part of a light beam propagating through the illumination light guide plate toward the spatial light modulation unit. 前記照明光学装置は、光源と、光源から照射された光束を伝播する照明用導光板と、
前記照明用導光板内部を伝播される光束の一部を、前記空間光変調部方向に射出させるための拡散シートと
を有して構成される請求項２記載の虚像表示装置。 The illumination optical device includes a light source, an illumination light guide plate that propagates a light beam emitted from the light source, and
The virtual image display device according to claim 2, further comprising: a diffusion sheet configured to emit a part of a light beam propagating through the illumination light guide plate toward the spatial light modulation unit. 前記照度分布は、前記導光板内部を伝播する平行光束群の伝播方向に対して水平な画角において、画角の大きな再生画像光に相当する照明光の光強度が大きくなるように構成される
請求項１記載の虚像表示装置。 The illuminance distribution is configured such that the intensity of illumination light corresponding to reproduced image light having a large angle of view increases at an angle of view that is horizontal to the propagation direction of the parallel light flux group propagating through the light guide plate. The virtual image display device according to claim 1. 前記照度分布は、前記導光板内部を伝播する平行光束群の伝播方向に対して水平な画角において、画角の大きな再生画像光に相当する照明光の光強度が大きくなるように構成される
請求項２記載の虚像表示装置。 The illuminance distribution is configured such that the intensity of illumination light corresponding to reproduced image light having a large angle of view increases at an angle of view that is horizontal to the propagation direction of the parallel light flux group propagating through the light guide plate. The virtual image display device according to claim 2. 前記光源は、ＬＥＤで構成される
請求項６記載の虚像表示装置。 The virtual image display device according to claim 6, wherein the light source is configured by an LED. 前記拡散シートの、光束が射出される面上には、プリズムシートが構成される
請求項７記載の虚像表示装置。 The virtual image display device according to claim 7, wherein a prism sheet is formed on a surface of the diffusion sheet from which a light beam is emitted.
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