JP2000056259A - Picture display device - Google Patents

Picture display device

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JP2000056259A
JP2000056259A JP10238013A JP23801398A JP2000056259A JP 2000056259 A JP2000056259 A JP 2000056259A JP 10238013 A JP10238013 A JP 10238013A JP 23801398 A JP23801398 A JP 23801398A JP 2000056259 A JP2000056259 A JP 2000056259A
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image display
diffraction element
transparent substrate
light
element
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JP10238013A
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Japanese (ja)
Inventor
Keizo Abe
Kazuhiro Hayashi
Yasuhiro Ogasawara
Takao Tomono
孝夫 友野
康裕 小笠原
和廣 林
敬三 阿部
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
富士ゼロックス株式会社
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS, OR APPARATUS
    • G02B27/00Other optical systems; Other optical apparatus
    • G02B27/0081Other optical systems; Other optical apparatus with means for altering, e.g. enlarging, the entrance or exit pupil

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a display device which is small in size and is capable of obtaining a picture having high picture quality. SOLUTION: This picture display device is provided with a transparent substrate 1, first and second diffraction elements 11, 12 arranged on the surface of the substrate 1 and the spatial modulating device for picture display 13 arranged facing onto the first diffraction element 11. The light from the spatial modulating device for picture display which is irradiated with an illuminating light is diffracted by the first diffraction element 11 and after the diffracted light is reflected on the inner surface of the substrate 11, it is made incident on the second diffraction element 12. Then, a picture is displayed by allowing the second diffraction element 12 to diffract this diffracted light again to converge the light on the pupil 22 of an eyeball 21.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【発明の属する技術分野】本発明は画像表示装置に係り、特に小型で高画質を得るのに好適な画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to relates to an image display apparatus, and a preferable image display device to obtain a high image quality, especially at small.

【0002】 [0002]

【従来の技術】ヘッド・マウンテッド・ディスプレイ(HMD)は頭部に装着して画像を観察する小型映像表示装置である。 BACKGROUND OF THE INVENTION Head mounted display (HMD) is a compact image display apparatus for observing an image mounted on the head. HMDは、液晶ディスプレイ(LCD) HMD may be a liquid crystal display (LCD)
などに代表される表示素子からなる画像形成部と、レンズ及びミラーからなる画像伝送部とを眼前に配置し、ベルトなどの装着機構で頭部に固定して用いる。 An image forming unit comprising a display device typified by, and an image transmission unit consisting of a lens and a mirror arranged in front of the eyes, used to secure the head in the mounting mechanism such as a belt. 画像形成部の表示素子に表示された画像は、画像伝送部のレンズとミラーにより収差補正と拡大操作が行われ、見やすい場所に大画面の仮想スクリーンを形成して表示される。 Image displayed on the display device of the image forming section, the aberration correcting the enlargement operation by lenses and mirrors of the image transmission portion is performed, it is displayed by forming a virtual screen of a large screen easily visible location.

【0003】この特徴を生かし、HMDは航空機用の高度・速度等の飛行情報を表示する装置、個人用の映画、 [0003] Taking advantage of this feature, HMD is device that displays flight information such as altitude and speed of the aircraft, personal for the movie,
テレビゲーム、人工現実感を実現するものとして開発され製品化されている。 TV game, developed as to realize an artificial reality has been commercialized. また、最近ではWearable In addition, in recent years Wearable
Computer用ディスプレイとしての研究も行われている。 Studies have been made as a Computer for display.

【0004】このようなHMDには、外界を見る事ができるタイプ(シースルー型)と、できないタイプ(クローズ型)がある。 [0004] Such HMD, the type that can be seen the outside world (see-through), there is a can not type (closed type). 人工現実感を得る場合などのようにシースルー型よりもむしろクローズ型の方が好ましい場合もあるが、多くの場合は外界も同時に観察できるシースルー型の方が携帯使用には便利である。 In some cases better closed type rather preferable than see-through, such as the case of obtaining an artificial reality, often are outside also convenient for see-through it is portable use that can be simultaneously observed. このシースルー型HMDは、上述のような画像形成部及び画像伝送部に加え、シースルー機能を実現するための要素としてビームコンバイナが必要となる。 The see-through HMD is added to the image forming unit and an image transmission unit as described above, the beam combiner is required as an element for realizing see-through function.

【0005】ビームコンバイナは、例えばCRT、LC [0005] beam combiner, for example CRT, LC
Dの表示画像を拡大表示すると同時に、外界からの入射光を観察できるようにしたもので、代表的な方式としてハーフミラー、プリズム、ホログラムがある。 At the same time to enlarge the display image and D, which was to be able to observe the incident light from the outside, the half mirror as a typical method, the prism, there is a hologram. ハーフミラーやプリズムはその原理において、画像光と外界光の光量の和が100%となるため、明るい画像を得るために高い反射率を設定すると、外界光が減少してシースルー性が低下することが避けられない。 In the half mirror or prism that principle, the amount of light the sum of the image light and external light is 100%, setting a high reflectivity in order to obtain a bright image, the see-through property decreases external light is decreased It can not be avoided. 一方、ホログラム方式は特定の波長に対して鋭い波長選択性があり、その波長のみを反射回折させる事ができるため、特定の波長の100%の画像表示光とその波長を除いた100%の外界光を重ねて見る事ができる。 On the other hand, the hologram system has sharp wavelength selectivity for a particular wavelength, therefore only can it be reflected and diffracted wavelength, 100% of the outside world, except for the 100% image display light and its wavelength of a specific wavelength it can be seen on top of the light. この方式によれば、ビームコンバイナで表示画像を表示すると同時に、外界からの光を100%取り込むことが可能で、高いシースルー性を実現することができる。 According to this method, at the same time displays the display image in the beam combiner, it can capture light from the outside world 100%, it is possible to realize high see-through property.

【0006】HMDは、全体の装置サイズに対し仮想的に大きな画面を表示することが可能なため、携帯性に優れている。 [0006] The HMD, since it is possible to display a large screen virtually to the entire size of the apparatus is excellent in portability. 携帯型表示装置の理想的な形態としては、メガネ型ディスプレイが挙げられる。 As an ideal form of a portable display device, spectacle-type displays. メガネ型ディスプレイのような小型、軽量を実現するには、表示素子(ディスプレイ)の小型化と同時に、画像伝送部やコンバイナの小型化も求められる。 Small like spectacle-type displays, and lightweight at the same time the size of the display device (display), downsizing of the image transmitting unit and the combiner is also determined. ハーフミラーやプリズム、あるいは通常の非対称光学系(Small−off axi A half mirror or a prism or regular asymmetrical optical system, (Small-off axi
s:SOA)ホログラムでは、いずれもその原理からくる制約のために目の前の装置サイズが大きくなり、メガネのような形態まで薄くすることは困難である。 s: SOA) in the hologram are both made large size of the apparatus in front of the eyes because of the constraints that come from the principle, it is difficult to reduce the thickness to form, such as glasses. これに対して、大きな非対称光学系(Large−off a In contrast, a large asymmetric optics (Large-off a
xis:LOA)ホログラムをコンバイナに用いることにより、目の前の部材を大幅に薄くすることが可能となる。 xis: LOA) by using a hologram combiner, it is possible to greatly reduce the previous members of the eyes.

【0007】LOAホログラムを用いた表示装置は、例えば米国特許第4309070号明細書に開示されている。 [0007] The display device using the LOA hologram, for example, disclosed in U.S. Patent No. 4,309,070. 本装置は、表面にLOAホログラムを形成した薄い透明基板の基板端面から入射した画像データを含む再生光を、LOAホログラムで基板に対し略垂直な方向へと回折して表示するものである。 The apparatus reproducing light including image data that has entered from the substrate end face of a thin transparent substrate provided with the LOA hologram on the surface, and displays diffracted into a direction substantially perpendicular to the substrate at LOA hologram. 本装置では、目の前に構成される部材は、ホログラム回折素子を形成した透明基板のみである。 In this apparatus, members constructed in front of the eyes, only the transparent substrate formed with the hologram diffraction element.

【0008】また、米国特許第4711512号明細書には、透明基板の厚さと表示装置(CRT)の表示幅の不整合による基板端面からの再生光入射の困難さを解決する手段として、画像データを含む再生光を透明基板に対し略垂直に入射するように構成した表示装置が提案されている。 Further, U.S. Pat. No. 4,711,512, as means for solving the difficulty of reproducing light incident from the substrate end face due to mismatch of the display width of the thickness of the transparent substrate and the display device (CRT), the image data display device substantially configured to be incident perpendicularly to the transparent substrate a reproduction light including has been proposed. 本装置は、基板と略平行に配置された表示装置からの光を、第1のLOAホログラムを用いて透明基板内に導入するとともに、回折により第2のLOAホログラムに導き、第2のLOAホログラムにおいて再度回折して基板から導出して表示するものである。 The apparatus light from the display device substrate and arranged generally parallel to, is introduced into the transparent substrate by using the first LOA hologram leads to a second LOA hologram by the diffraction, the second LOA hologram it is intended to display derived from the substrate by diffraction again at. 本装置においても、米国特許第4309070号のものと同様に、目の前に構成される部材は、ホログラム回折素子を形成した透明基板のみである。 In this device, similar to that of U.S. Patent No. 4309070, member configured in front is only transparent substrate formed with the hologram diffraction element.

【0009】これらの装置は、基本的にはいずれもヘッド・アップ・ディスプレイ(HUD)を想定して考案されたものであるが、透明基板をメガネ程度のサイズに薄く構成することによりメガネ・タイプのHMDとしても適用可能なものである。 [0009] These devices is basically was devised assuming both head-up display (HUD), glasses type by configuring thin transparent substrate glasses the size of about even the HMD those applicable.

【0010】HMDを想定して技術としては、例えば米国特許第5224198号明細書に開示された表示装置がある。 [0010] As the technique assumes HMD, there is a display device disclosed, for example, in U.S. Patent No. 5,224,198. 本装置は、HUDと共にHMDをも想定したものであり、その基本的構成は米国特許第4711512 This device, which has also assumed HMD with HUD, the basic configuration U.S. Patent No. 4,711,512
号のものと同様であるが、透明基板に形成された第1の光学素子(実質的にはLOAホログラム)と第2の光学素子(同)の間にさらに光学素子を配置し、基板内で光を複数回反射させた後、表示するものである。 Although similar to a that of No., disposed further optical elements between the first optical element formed on a transparent substrate (substantially LOA hologram) and the second optical element (same), within the substrate after multiple reflections of light, thereby displaying. 各光学素子は実像を拡大する機能を有し、第2の光学素子において虚像を生成して観察する。 Each optical element has a function of enlarging a real image, it is observed to produce a virtual image at the second optical element.

【0011】 [0011]

【発明が解決しようとする課題】このように、HMD用コンバイナにLOAホログラムを用いることにより、高いシースルー性を実現でき、また目の前の透明基板のサイズ、取り分けその厚さを大幅に軽減することができる。 In THE INVENTION Problems to be Solved] Thus, by using the LOA hologram for combiner HMD, you can achieve high see-through property, also prior to the transparent substrate size of the eye, to reduce especially its thickness greatly be able to. しかしながら、透明基板を薄くすると端面からの画像入射が困難になるという問題がある。 However, there is a problem that the thinner transparent substrate an image incident from the end face becomes difficult. また、メガネ型ディスプレイを実現するためには、透明基板の大きさを更に小さくしてメガネレンズ程度とする必要がある。 Further, in order to realize a spectacle type display, it is necessary to be about eyeglass lens to further reduce the size of the transparent substrate. しかも、高画質を得るためには、十分な視野角を確保し、 In addition, in order to obtain high image quality, ensuring a sufficient viewing angle,
明るく鮮明な画像を再現できるようにしなければならない。 Bright and must be able to reproduce a clear image. そして、高画質メガネ型ディスプレイの実用化のため、これらの問題の解決が待たれているのである。 Since the practical use of high quality glasses-type display, is the solution of these problems has been awaited.

【0012】従って本発明の目的は、小型で高画質を得ることのできる画像表示装置を提供することにある。 Accordingly an object of the present invention is to provide an image display apparatus which can obtain a high-quality compact.

【0013】 [0013]

【課題を解決するための手段】上記目的は、透明基板と、透明基板の表面に配置され照明光が垂直方向から傾いて照射される第1の回折素子と、第1の回折素子に面して配置され第1の回折素子を介して前記照明光を入射する画像表示用空間変調装置と、透明基板の表面に配置され画像表示用空間変調装置からの光が第1の回折素子を介して透明基板の内面で反射したのち入射される第2 SUMMARY OF THE INVENTION The above object is facing a transparent substrate, a first diffractive element illumination light are disposed on the surface of the transparent substrate is irradiated inclined from the vertical direction, the first diffraction element an image display spatial modulation device that enters the illumination light through the first diffraction element is arranged, light from being placed on the surface of the transparent substrate image display spatial modulation device through the first diffraction element Te the incident after being reflected by the inner surface of the transparent substrate 2
の回折素子とを備えた画像表示装置により、達成される。 The image display device including a diffraction element, is achieved.

【0014】ここで、第1の回折素子と第2の回折素子は、それぞれ透過型ホログラムと反射型ホログラム、反射型ホログラムと透過型ホログラム、及び反射型ホログラムと反射型ホログラムのいずれかの組み合せで用いられる。 [0014] Here, the first diffractive element and the second diffractive element, each transmission hologram and the reflection hologram, the reflection-type hologram transmission hologram, and a combination of any of the reflection-type hologram and the reflection hologram used. 第1の回折素子と第2の回折素子の組み合せが、 Combination of the first diffraction element and a second diffractive element,
透過型ホログラムと反射型ホログラム、又は反射型ホログラムと透過型ホログラムの場合は、透明基板の内面での反射は1回が好ましい。 Transmission hologram and the reflection hologram, or reflection hologram and transmission hologram is reflected at the inner surface of the transparent substrate is preferably one. また、第1の回折素子及び第2の回折素子が共に反射型ホログラムの場合は、透明基板の内面での反射は2回が好ましい。 In the case of the first diffractive element and the second diffractive element are both reflection type hologram, the reflection on the inner surface of the transparent substrate is preferably 2 times. さらに、透明基板は平行平板であることが望ましい。 Further, it is desirable that the transparent substrate is a parallel plate.

【0015】また、本発明に係る画像表示装置は、透明基板と、透明基板の表面に配置された第1の回折素子及び第2の回折素子と、第1の回折素子に面して配置された画像表示用空間変調装置とを備えたものであって、画像表示用空間変調装置からの光が第1の回折素子により回折されたのち透明基板の内面で反射を受けて入射した第2の回折素子により再度回折されるように構成される。 [0015] The image display apparatus according to the present invention includes a transparent substrate is a first diffractive element and a second diffractive element disposed on the surface of the transparent substrate, facing the first diffraction element arranged and a which was an image display spatial modulation device, light from the image display spatial modulation device second incident receiving reflected by the inner surface of the transparent substrate after being diffracted by the first diffraction element configured to be diffracted again by the diffraction element.

【0016】この第2の回折素子で回折された光は、目の瞳孔の位置に集光するように構成される。 The light diffracted by the second diffraction element is configured to condense at a position of the eye pupil. また、第1 In addition, the first
の回折素子を介して画像表示用空間変調装置を照射する照明光は、透明基板からみて目と同一側から入射されるようにする。 Illumination light for illuminating the image display spatial modulation device via the diffractive element is to be incident from the eye on the same side as viewed from the transparent substrate. この照明光は、第1の回折素子に対し垂直方向から傾いて照射される。 The illumination light is irradiated inclined from a vertical direction with respect to the first diffraction element.

【0017】さらに、本発明に係る画像表示装置は、透明基板の厚さをB、基板内面での反射回数をn、第2の回折素子への光の入射角をθ 3とした時、次式が成り立つように構成される。 Furthermore, when the image display apparatus according to the present invention, in which the thickness of the transparent substrate B, and the number of reflections at the substrate inner surface n, and 3 the angle of incidence of light θ to the second diffractive element, following configured such that the formula is true.

【0018】 [0018]

【数2】 25≦(n+1)Btanθ 3 (数2) [Number 2] 25 ≦ (n + 1) Btanθ 3 ( Formula 2)

【0019】(但し、B≦5(mm)、θ 3 ≦80°) このように構成することにより、小型で高画質の画像表示装置を得ることができる。 [0019] (wherein, B ≦ 5 (mm), θ 3 ≦ 80 °) With this configuration, it is possible to compact and obtain an image display device of high image quality.

【0020】 [0020]

【発明の実施の形態】図1は、本発明に係る画像表示装置の一実施例を示す図である。 Figure 1 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION is a diagram showing an embodiment of an image display apparatus according to the present invention. 本実施例は、図のように、平行透明基板1の第1の表面2に密着配置された第1の回折素子11と、同じく第1の表面2に密着配置された第2の回折素子12とを有する。 This embodiment, as shown in the figure, the first diffraction element 11 which is in close contact disposed on the first surface 2 of the parallel transparent substrate 1, a second diffraction element which is also in close contact disposed on the first surface 2 12 with the door. 第1の回折素子1 First diffraction element 1
1は透過型回折格子であり、第2の回折素子12は反射型回折格子である。 1 is a transmission type diffraction grating, the second diffraction element 12 is a reflective type diffraction grating. 第1の回折素子11の透明基板と反対側には画像表示用空間変調装置13が配置されている。 First diffraction element image display spatial modulation device 13 is on the opposite side of the transparent substrate 11 is disposed. 画像表示用空間変調装置13としては、例えば反射型液晶ディスプレイが用いられる。 The image display spatial modulation device 13, for example a reflective liquid crystal display is used.

【0021】画像表示用空間変調装置13として反射型ディスプレイが好ましい理由は、ディスプレイの製造方法に起因する高解像度化の点にある。 The reason why the reflective display is preferable as an image display spatial modulation device 13 is that of a high resolution due to the manufacturing method of the display. 通常、透過型ディスプレイは透明基板、一般にはガラス基板上にラージエリア・フォトリソ技術を用いて作製される。 Usually, the transmissive display is a transparent substrate, typically manufactured using large area photolithography on a glass substrate. これに対して、反射型ディスプレイは、シリコンウエハ上にLSI In contrast, the reflective display, LSI on a silicon wafer
プロセスを用いて作製することが可能であり、制御電極を高密度に配置することにより、高解像化を実現することができる。 It is possible to produce with the process, by placing a high density of control electrodes, it is possible to realize a high resolution. 高解像化によりディスプレイのサイズを小さくできると共に、画素数の増加や画素ピッチの減少により、高品質な画像を再現することが可能となる。 With the size of the display can be reduced by high resolution, a decrease and an increase in the pixel pitch of the number of pixels, it is possible to reproduce a high quality image.

【0022】以上のような構成に至る他の理由は、メガネ型ディスプレイを構成する時の必要条件である小型化に対応できることである。 [0022] Another reason that leads to the above described configuration is that it can respond to miniaturization is a prerequisite when configuring the spectacle-type display. 通常のメガネは、メガネレンズに対し観察者の目と装着用の弦が同一側にある。 Normal glasses, strings for mounting the viewer's eye to the spectacle lens are on the same side. メガネ型ディスプレイにおいてもこのことは必要不可欠な条件であり、光源や光学素子はできるだけ人の目と同一側にあった方がよい。 A This is a prerequisite even spectacle type display, a light source and an optical element is better suited to possible human eye on the same side. 以上のことから、照明光31は透明基板1に対し観察者の目と同一の側から照射する方が、 From the above, the illumination light 31 is better to be irradiated from the same side as the viewer's eyes with respect to the transparent substrate 1,
装置構成を簡単にでき装置の小型化を計ることができる。 It can measure the size of the easy device the device configuration. もし観察者の目と反対側から照明光を照射しようとした場合、目の反対側に光源や光学素子が突出して配置されることとなり、ディスプレイ全体が大きくなってバランスも悪くなる。 If you try to irradiate the illumination light if from the opposite side to the viewer's eye, will be on the opposite side of the eye light sources and optical elements are arranged so as to protrude, the balance becomes worse entire display is increased. また、光源や光学素子は目と同一側に配置するとしても、目の反対側から照射するにはミラー等を用いて透明基板の外側を経由する必要があり、装置が複雑となってしまう。 The light source and optical elements as arranged in the eye on the same side, the irradiated from the opposite side of the eye must pass through the outer of the transparent substrate by using a mirror or the like, apparatus becomes complicated.

【0023】図1において、照明光31は図示しない光学装置により略平行光に調整され透明基板1を通して第1の回折素子11を通過した後、画像表示用空間変調装置13に照射される。 [0023] In FIG. 1, the illumination light 31 passes through the first diffraction element 11 through to the transparent substrate 1 adjusted to substantially parallel light by an optical device (not shown), it is applied to an image display spatial modulation device 13. 画像表示用空間変調装置13においては、図示しない画像発生装置により画像データに対応した画像パターンが表面に形成されており、画像表示用空間変調装置13に照射された照明光はその画像パターンに対応した条件で反射され、平行光となって再度第1の回折素子11へと照射される。 In the image display spatial modulation device 13 is formed on the surface image pattern corresponding to the image data by the image generator (not shown) is, illumination light irradiated to the image display space modulator 13 corresponding to the image pattern is reflected by the conditions, is irradiated to the first diffraction element 11 again becomes parallel light. ここで第1の回折素子11は透過型のLarge−off axis(LO Wherein the first diffractive element 11 is a transmission type Large-off axis (LO
A)ホログラムであり、入射光をその入射方向に対し大きく異なる方向へと回折する。 A) is a hologram, is diffracted into very different directions incident light to the incident direction. 第1の回折素子11で回折された回折光32は平行光であり、透明基板1の他の表面3で全反射した後、第2の回折素子12へ伝送される。 Diffracted light 32 diffracted by the first diffraction element 11 is parallel light, after total reflection at the other surface 3 of the transparent substrate 1 is transmitted to the second diffraction element 12. 第2の光学素子12は、例えば反射型のLOAホログラムで形成されており、画像表示用空間変調装置13 The second optical element 12 of, for example, reflection type LOA hologram is formed, the image display spatial modulation device 13
から反射された画像データを含んだ照明光は、第2の回折素子12で再度反射され、集束光33として眼球21 Illumination light containing the image data reflected from the is reflected again by the second diffraction element 12, the eye 21 as convergent light 33
の瞳孔22の中心に集光され、網膜23へと投影される。 Is focused on the center of the pupil 22, it is projected onto the retina 23. このような構成にすることにより、大きな画角を実現することができる。 With such a configuration, it is possible to realize a large angle of view.

【0024】ここで照明光31は、第1の回折素子11 The illumination light 31 in this case, the first diffraction element 11
に対しその鉛直方向から傾きθ 4だけ傾いた方向から照射される。 Irradiated from the inclination theta 4 only a direction inclined from the vertical direction relative to. 図5(a)〜(d)は、このようにする理由を説明するためのものである。 Figure 5 (a) ~ (d) are intended to explain the reason for this. 図5(a)において、透過型LOAホログラム100に対し垂直に入射した光1 Figure 5 (a), the transmission type LOA light 1 incident perpendicularly to the hologram 100
11は回折光112となって透過する。 11 is transmitted becomes diffracted light 112. 一方、透過型L On the other hand, the transmission type L
OAホログラム100の反対側から垂直に入射した光1 Light incident perpendicularly from the opposite side of the OA hologram 100 1
13はホログラムの特性により回折光114となって透過する。 13 is transmitted becomes diffracted light 114 by the characteristics of the hologram.

【0025】このようなホログラムの特性により起る動作を図5(b)を用いて説明する。 [0025] will be described with reference to FIG. 5 (b) the operation that occurs due to the characteristics of such hologram. 同図のように、透過型LOAホログラム100の近傍には画像表示用空間変調装置101が配置される。 As in the figure, the image display spatial modulation device 101 is disposed in the vicinity of the transmission type LOA hologram 100. 透過型LOAホログラム1 The transmission type LOA hologram 1
00に画像表示用空間変調装置101の側と反対側から垂直に照明光121が照射されると、ホログラム100 When 00 the illumination light 121 perpendicularly from the side opposite to the side of the image display spatial modulation device 101 is irradiated to the hologram 100
で回折された光は回折光122となる。 Light diffracted in becomes diffracted light 122. この回折光12 This diffracted light 12
2は、画像表示用空間変調装置101の表面で正反射されて反射光123となって再度ホログラムに入射し、回折光124となって透過する。 2, are regularly reflected by the surface of the image display spatial modulation device 101 is again incident on the hologram as reflected light 123, transmitted through a diffracting light 124. このように、ホログラムに対し垂直に入射した光はその方向を変えることなく、 Thus, light incident perpendicularly to the hologram without changing its direction,
ほぼもと来た方向へと戻ってしまい、本来LOAホログラムで期待していた特性と異なる動作となってしまう。 Will revert to the Hobomoto came direction, resulting in a different behavior and characteristics that had been expected in the original LOA hologram.

【0026】図5(c)は、上記の問題を解消する手段を提供するための原理を説明したものである。 [0026] FIG. 5 (c) is obtained by explaining the principle for providing a means to solve the above problems. ホログラムの基本特性に方向選択性がある。 Is directional selectivity basic characteristics of the hologram. 方向選択性とはある一定の方向から入射した光に対しては本来設定した条件で回折特性が機能するが、方向が異なる光に対しては何等機能しないと言うものである。 While it is functioning diffraction characteristic in the original set conditions for light incident from a fixed direction in the direction selectivity, but to say that the direction is not anything like work for different light. これを図5(c)を用いて説明する。 This will be described with reference to FIG. 5 (c). LOAホログラム100は入射光131 LOA hologram 100 incident light 131
に対しては回折光132となるように作成されている。 Is created so that the diffracted light 132 with respect.
この場合、入射光134に対しては回折光135となる。 In this case, the diffracted light 135 with respect to the incident light 134. これに対し入射光133を入射したとすると、入射光は何等作用を受けずホログラム100を透過することができる。 When entering the incident light 133 with respect to this, it is possible to transmit the hologram 100 without being any way effect the incident light.

【0027】ホログラムのこのような特性を用いることにより、図5(b)の構成においても所望の特性を実現することができる。 [0027] By using such characteristics of the hologram can also achieve the desired characteristics in the configuration of FIG. 5 (b). その様子を図5(d)を用いて説明する。 This state will be described with reference to FIG. 5 (d). 透過型LOAホログラム100の近傍には画像表示用空間変調装置101が配置される。 Image display spatial modulation device 101 is disposed in the vicinity of the transmission type LOA hologram 100. 透過型LOAホログラム100に、画像表示用空間変調装置101の側と反対側より、垂直方向からわずかに傾いた入射光14 The transmissive LOA hologram 100, from the side opposite to the image display spatial modulation device 101, the incident light slightly tilted from the vertical direction 14
1を入射する。 1 incident. 入射光はホログラムからは何等作用を受けず透過光142となって画像表示用空間変調装置10 The incident light image display spatial modulation device becomes transmitted light 142 without being anything like action from the hologram 10
1へと到達する。 Reaching the 1. 画像表示用空間変調装置101の表面では正反射により反射光143となり再度ホログラム1 Again hologram becomes reflected light 143 by specular reflection on the surface of the image display spatial modulation device 101 1
00へと入射する。 Incident to 00. 透過型LOAホログラム100はあらかじめ入射光143に対して回折光144となるように作成されており、最初の入射光141の入射方向に対し大きく非対称な方向の回折光144を得ることができる。 Transmission LOA hologram 100 in advance are prepared such that the diffracted light 144 with respect to the incident light 143, it is possible to obtain the diffracted light 144 large asymmetrical direction to the incident direction of the first incident light 141. このようなことから、図1において、照明光31が回折光32となるためには、照明光31を第1の光学素子11に対し垂直方向からわずかに傾けて入射させる必要がある。 For this reason, in FIG. 1, for illuminating light 31 is diffracted light 32 needs to be incident slightly inclined from the vertical direction illumination light 31 with respect to the first optical element 11.

【0028】次に、図2を用いて第1の回折素子11と第2の回折素子12の位置関係について説明する。 Next, the first diffraction element 11 for the positional relationship of the second diffraction element 12 will be described with reference to FIG. 図2 Figure 2
において照明光31から集束光33までの動作は図1と同じである。 Operation from the illumination light 31 to the focused light 33 in the same as in FIG. 図2において、Xは第1の回折素子11と第2の回折素子12の距離、Aは目と第2の回折素子1 In FIG. 2, X is the distance of the first diffraction element 11 and the second diffraction element 12, A eye and the second diffractive element 1
2との距離、Bは透明基板1の厚さ、Cは第2の光学素子12の大きさ、θ 1は画角、θ 2は視野角、θ 3は第2 The distance between the 2, B is the thickness of the transparent substrate 1, C is the magnitude of the second optical element 12, theta 1 angle of view, theta 2 is the viewing angle, theta 3 second
の光学素子12に入射する回折光32の入射角である。 It is an incident angle of the diffracted light 32 of the incident on the optical element 12.

【0029】ここで2つの回折素子の距離Xの条件を図2に従って検討する。 [0029] Consider according to FIG 2 a where the two conditions of the distance X of the diffractive element. 第1の回折素子11から第2の回折素子12への伝送中に透明基板表面3で1回反射させる場合、2つの回折素子間距離Xは、回折素子への入射角θ 3と透明基板の厚さBから、次の(数3)より求められる。 Case of reflected once at the surface of a transparent substrate 3 during transmission from the first diffraction element 11 to the second diffraction element 12, the distance X is between the two diffractive elements, the incident angle theta 3 and the transparent substrate of the diffraction element thick B, is obtained from the following equation (3).

【0030】 [0030]

【数3】X=2Btanθ 3 (数3) [Number 3] X = 2Btanθ 3 (number 3)

【0031】また、透明基板表面3での反射回数がn回の場合、距離Xは次の(数4)より求められる。 Further, the number of reflections at the surface of a transparent substrate 3 when n times, the distance X is calculated from the following equation (4).

【0032】 [0032]

【数4】X=(n+1)Btanθ 3 (数4) [Number 4] X = (n + 1) Btanθ 3 ( number 4)

【0033】ここで、回折素子について十分な回折効率を確保するため、その入射角θ 3に条件が必要である。 [0033] Here, in order to ensure sufficient diffraction efficiency for the diffraction element is a requirement on the incident angle theta 3.
もしこの条件から外れた領域で光を入射させると回折効率が低下し、十分な明るさをもった画像を得ることができない。 If reduced diffraction efficiency and light enters a region deviated from this condition, it is impossible to obtain an image with sufficient brightness. 入射角に対する回折効率特性は、素子材料、材料の厚さ、透明基板と回折素子材料の屈折率差等の作成条件により異なる。 Diffraction efficiency characteristics with respect to the incident angle, the device material, the thickness of the material varies depending on preparation conditions of the refractive index difference or the like of the transparent substrate and the diffraction element material. 図3は、回折素子への入射光に対する回折効率を模式的に示したものである。 Figure 3 is a diffraction efficiency with respect to the incident light on the diffraction element shows schematically. 曲線Pは回折素子が十分厚い場合、曲線Qは薄い場合を示している。 If the curve P is thick enough diffraction element, the curve Q represents the case thin.
いずれの場合においても、通常では入射角θ 3が80度以上になると高い回折効率を得ることは困難で、この値以下に設定することが必要である。 In any case, in the normal it is difficult to obtain a high diffraction efficiency when the incident angle theta 3 is 80 degrees or more, it is necessary to set the following this value.

【0034】次に実際のメガネに対応させて回折素子間距離Xの条件を検討してみる。 [0034] Next to correspond to the actual glasses try to examine the conditions of the diffraction element between the distance X. 第1の回折素子11に対してはほぼ垂直に照明光が入射する必要があることから、第1の回折素子11の中心は顔の外(側面)におく必要がある。 Since almost vertically illuminating light needs to be incident to the first diffraction element 11, the center of the first diffraction element 11 must be placed on the outer (side) face. 一方、第2の回折素子12は観察者の瞳孔の位置におく必要があり、通常の人の場合、瞳孔の位置と顔の側面との距離は25mm以上である。 On the other hand, the second diffraction element 12 must be placed in the position of the observer's pupil, when a normal human, the distance between the side surface of the position and the face of the pupil is 25mm or more. よって、回折素子間距離Xはこの値よりも大きい必要がある。 Therefore, the distance between the diffraction element X is must be greater than this value.

【0035】メガネ型ディスプレイにおいてはシースルー性が重要な機能である。 [0035] In the spectacle-type display is a see-through property is an important feature. そのため外部光を十分な領域に渡り取り込めることが必要である。 Therefore the external light is necessary to capture over a sufficient area. つまり大きな視野角を確保する必要がある。 In other words there is a need to ensure a large viewing angle. 通常では視野角θ 2は100 The viewing angle θ 2 in the normal 100
度以上、望ましくは120度以上は必要である。 Degrees or more, desirably have 120 degrees or more. よって、第1の回折素子11及び画像表示用空間変調装置1 Thus, the first diffraction element 11 and the image display spatial modulation device 1
3の位置はこの視野角の外に配置される必要がある。 3 positions need to be located outside of the viewing angle. メガネ型ディスプレイのもう一つの重要機能として、小さい画像を仮想的に大画面に拡大して表示する点があり、 Another important function of the spectacle-type display, there is a point for expanding and displaying a small image on virtually large screen,
大きな画角を確保する必要がある。 There is a need to ensure a large angle of view. 通常では画角θ 1は40度以上、望ましくは60度以上である。 Angle theta 1 is 40 degrees or more in the normal, it is preferably 60 degrees or more.

【0036】以上のことから、視野角を確保する点からは回折素子間をできるだけ大きくした方がよく、一方回折素子での高い回折効率を確保するためには回折素子間をできるだけ近づけて入射角が小さくなるようにした方が有利である。 [0036] From the above, from the viewpoint of securing the viewing angle is better that as large as possible between the diffraction element, whereas in order to ensure a high diffraction efficiency of the diffraction element is incident angle as close as possible between the diffraction element the person who was to be less advantageous.

【0037】図2に従って回折素子間距離Xを求める。 [0037] obtaining a distance X between the diffraction element according to FIG.
回折素子の大きさは画角θ 1から2Atanθ 1 /2と求められ、視野角θ 2から図2中のDの値はAtanθ 2 The size of the diffraction element determined to be 2Atanθ 1/2 from the angle theta 1, the value of D in Figure 2 from the viewing angle theta 2 is Atanshita 2 /
2となる。 2 become. よって視野角θ 2を確保するためには回折素子間距離Xは、次の(数5)のようになる。 Thus between the diffraction element in order to secure a viewing angle theta 2 distance X is given by the following equation (5).

【0038】 [0038]

【数5】 X≧Atanθ 2 /2+Atanθ 1 /2 (数5) [Number 5] X ≧ Atanθ 2/2 + Atanθ 1/2 ( number 5)

【0039】一例として代表的な数値を用いて計算してみる。 [0039] will be calculated by using the typical value as an example. 画角θ 1 =40度、視野角θ 2 =100度、目と回折素子の距離A=15mmとすると距離Xは、次の(数6)のようになる。 Angle theta 1 = 40 °, the viewing angle theta 2 = 100 degrees, the distance when the distance A = 15 mm eyes and the diffraction element X is given by the following equation (6).

【0040】 [0040]

【数6】 X≧15tan50°+15tan20°=23.3(mm) (数6) [6] X ≧ 15tan50 ° + 15tan20 ° = 23.3 (mm) (6)

【0041】上記の条件である回折素子間距離25mm The diffraction element distance 25mm is the above conditions
以上はこの値を満たしている。 More than meets this value. よって回折素子間距離を25mm以上にすれば、画角40度、視野角100度が確保される。 Thus if the distance between the diffraction element above 25 mm, angle 40 °, the viewing angle 100 degrees is ensured. 以上の結果より、回折素子間距離Xには、 These results, the distance X between the diffraction element,
次の(数7)のような条件が必要となる。 Conditions such as the following (number 7) is required.

【0042】 [0042]

【数7】 25≦X=(n+1)Btanθ 3 (数7) Equation 7] 25 ≦ X = (n + 1 ) Btanθ 3 ( 7)

【0043】ここで、nは反射回数であり、好ましくは1又は2である。 [0043] Here, n is the number of reflections, preferably 1 or 2. 透明基板Bの厚さについても自ずと制限があり、特に重量の点から5mm以下、望ましくは3 There is naturally a limitation on the thickness of the transparent substrate B, in particular 5mm or less in terms of weight, preferably 3
mm以下である。 mm is less than or equal to. 以上の点をまとめて示したのが図4である。 That collectively shows the above points is 4. 図4の2本の線は入射角θ 3 =80°の場合の1 2 lines of 4 in the case of the incident angle θ 3 = 80 ° 1
回反射と2回反射の透明基板厚Bに対する回折素子間距離Xの関係をそれぞれ示すものである。 Times reflections and two reflections between the diffraction element to the transparent substrate thickness B distance X of relationship is indicative respectively. よって、各々この直線の下側と、回折素子間距離25mm、透明基板厚5mmで囲まれた領域で使用する事が必要である。 Therefore, each the lower side of the straight line, a diffraction element distance 25 mm, it is necessary to use in enclosed in transparent substrate thickness 5mm area. 例えば、透明基板厚が3mmの場合、1回反射では入射角が76.5°から80°までが使用可能範囲であるが、2 For example, when the transparent substrate thickness of 3 mm, the incident angle is reflected once is the usable range up to 80 ° from 76.5 °, 2
回反射とすれば入射角は70.2°から80°までの範囲で使用可能である。 Angle of incidence if times reflection can be used in the range of up to 80 ° from 70.2 °. ここで考えられることは、透明基板内での反射回数を増やすことにより更に入射角を小さくしたり、あるいは透明基板を薄くしたりすることであるが、後述するように反射回数を増やすことは他の問題を発生させるので好ましくない。 Here conceivable is or further reduce the angle of incidence by increasing the number of reflections in the transparent substrate, or it is or to thin the transparent substrate, the other is to increase the number of reflections as described below is not preferable because the cause of the problem.

【0044】図6は、本発明に係る画像表示装置の他の実施例を示す図である。 [0044] Figure 6 is a diagram showing another embodiment of the image display apparatus according to the present invention. 各部位で図1と同じ部材については同一の番号を付与してある。 The same members as in FIG. 1 at each site are given the same numbers. 本実施例では、図のように、平行な照明光34は第1の回折素子14に対し垂直方向からわずかに傾いた方向から入射される。 In this embodiment, as shown in the figure, the parallel illumination light 34 is incident from the slightly inclined direction from a vertical direction with respect to the first diffraction element 14. 回折素子14を透過した光は画像表示用空間変調装置13の表面で画像表示内容に従って変調され反射されて第1の回折素子14の入射光35となる。 The light transmitted through the diffraction element 14 becomes incident light 35 of the first diffraction element 14 is reflected and modulated in accordance with image contents displayed on the surface of the image display space modulator 13. 第1の回折素子14は例えば反射型LOAホログラムであり、入射光35が図示のような条件の時、回折されて反射光36となるように作成してある。 The first diffraction element 14 is, for example, reflective type LOA hologram, the incident light 35 when the condition as shown, are created so that the reflected light 36 is diffracted. 反射光36はその後一度透明基板1の第1の表面2で反射した後、第2の回折素子15に入射し、回折されると共に集束光37となって瞳孔の中心に集光される。 After the reflected light 36 is reflected thereafter once a first surface 2 of the transparent substrate 1, incident on the second diffraction element 15, is focused on the center of the pupil becomes convergent light 37 while being diffracted. 第2の回折素子15は例えば透過型LOA The second diffraction element 15, for example a transmission type LOA
ホログラムで構成される。 Composed of a hologram. このように構成することにより、図1及び図2で説明した時と同じ効果、条件が実現可能となる。 With this configuration, the same effect as that described in FIGS. 1 and 2, the condition can be realized.

【0045】これに対して図7のような構成も考えられる。 The configuration as shown in FIG. 7 On the other hand may be considered. 本構成は、図のように、透明基板1の表面での反射を用いないで、第1の回折素子50から第2の回折素子51へ光を直接伝送しようとするものである。 This configuration, as shown, without using the reflection on the surface of the transparent substrate 1, in which the first diffraction element 50 to the second diffraction element 51 attempts to transmit light directly. 即ち、図のように、平行な照明光61がまず第1の回折素子50 That is, as shown, parallel illumination light 61 is first first diffraction element 50
に対し垂直方向からわずかに傾けて入射される。 Are incident slightly inclined from a vertical direction with respect to the. 回折素子50を透過した光は画像表示用空間変調装置13の表面で画像表示内容に従って変調され反射されて第1の回折素子50の入射光62となる。 Light transmitted through the diffraction element 50 becomes incident light 62 of the first diffraction element 50 is reflected and modulated in accordance with image contents displayed on the surface of the image display space modulator 13. 第1の回折素子50 The first diffraction element 50
は、入射光62を回折して反射光63とするように作成されている。 It has been prepared by diffracting incident light 62 such that the reflected light 63. 反射光63は基板内面で反射されることなく、直接第2の回折素子51に入射、回折されて瞳孔の中心に集光される。 Reflected light 63 is not reflected by the inner surface of the substrate, directly incident on the second diffraction element 51 is diffracted by condensing the center of the pupil. このような構成において、視野角を十分確保しようとした場合、2つの回折素子間の距離は図2で説明した時と同じ条件が必要となる。 In such a configuration, when the viewing angle trying secure sufficient distance between the two diffractive elements the same conditions is required and when described in FIG. 図2と同様な条件で具体的に計算してみると、透明基板の厚さは2 Looking specifically calculated under the same conditions as FIG. 2, the thickness of the transparent substrate 2
倍の9.28mm必要となり、メガネ型ディスプレイとしては現実的ではない。 Times 9.28mm required for, not practical as a spectacle type display. また透明基板の厚さを変えないとすると、第2の回折素子51への入射角は82.4度と大きくなってしまい、高い回折効率が得られない。 Also when not changing the thickness of the transparent substrate, the incident angle of the second diffraction element 51 becomes large as 82.4 degrees, not obtain high diffraction efficiency. しかしながら本構成は、回折素子50及び51をいずれも反射型回折素子で構成している点で先の図1及び図6の実施例と異なっており、一般にホログラム素子は透過型よりも反射型の方が高い回折効率を実現できるので、この利点を生かして反射型回折素子だけで表示装置を構成することも効果的である。 However, the present arrangement, both the diffraction element 50 and 51 is different from the embodiment of the preceding Figures 1 and 6 in that it consists of a reflection type diffraction element generally hologram element of the reflection type than the transmission type since it is possible to realize a high diffraction efficiency, it is also effective to a display device only by the reflection type diffraction element taking advantage of this benefit.

【0046】図8は、図7で説明した点と図2で説明した点を考慮して構成した実施例である。 [0046] Figure 8 is an embodiment constructed in consideration of the points described in terms and FIG. 2 described in FIG. 図8において、 In FIG. 8,
第1の回折素子16及び第2の回折素子17は、いずれも反射型LOAホログラムである。 The first diffraction element 16 and the second diffraction element 17 are both reflection type LOA hologram. 本実施例では、図のように、平行な照明光37がまず第1の回折素子16に対し垂直方向からわずかに傾けて入射される。 In this embodiment, as shown, is incident slightly inclined with respect to parallel illumination light 37 is first the first diffraction element 16 from the vertical direction. 回折素子16を透過した光は画像表示用空間変調装置13の表面で画像表示内容に従って変調され反射されて第1の回折素子16の入射光となる。 Light transmitted through the diffraction element 16 is modulated in accordance with image contents displayed on the surface of the image display spatial modulation device 13 becomes the incident light of the first diffraction element 16 is reflected. 第1の回折素子16は、この入射光を回折して反射光38とするように作成されている。 The first diffraction element 16 is made to the reflected light 38 diffracts the incident light. 反射光38は、基板内面で2回反射されたのち第2 Reflected light 38 is first after being reflected twice by the substrate inner surface 2
の回折素子17に入射し、そこで回折されて、集束光3 Incident on the diffraction element 17, where it is diffracted, focused light 3
9として瞳孔の中心に集光される。 It is focused on the center of the pupil as 9. このように構成することにより、小型で高画質の表示装置を実現することができる。 With this configuration, it is possible to realize high image quality of the display device small.

【0047】図1、図6、図8で説明した構成に対し、 [0047] Figure 1, Figure 6, to the configuration described in FIG. 8,
例えば透明基板の両側での反射回数を増やす構成も考えられるが、回折素子間が広くなり透明基板が大きくなってしまう。 For example configuration to increase the number of reflections on both sides of the transparent substrate it is also contemplated, but widens the transparent substrate between the diffraction element becomes large. これに対しては、透明基板内の入反射角を小さくして回折素子間を狭くすることも考えられるが、透明基板内での伝送距離の増加による伝送効率の低下、反射時における伝送ロス、反射面の傷等により発生するノイズの累積、反射前後の光のオーバーラップによるノイズの発生等が考えられ、反射回数をできるだけ少なくした方が高画質、高伝送効率が実現できる。 For this, it is conceivable to narrow the between the input reflection angle smaller to diffraction element of the transparent substrate, a reduction in transmission efficiency due to increased transmission distance in the transparent substrate, the transmission loss at the time of reflection, cumulative noise generated by a scratch or the like of the reflection surface, generation of noise is considered by overlap of the front and rear reflective light, better to minimize the number of reflections quality, high transmission efficiency can be realized. また、以上の実施例では、透明基板として平行板を用いて説明したが、曲面を有する透明基板を用いることもできる。 In the above embodiment has been described using a parallel plate as a transparent substrate, it is also possible to use a transparent substrate having a curved surface. LO LO
Aホログラムを用いたメガネ型ディスプレイを実現するに際し、以上述べたような構成を取ることにより、小型で高画質な装置を実現することができる。 Upon realizing the spectacle-type display using the A hologram, by adopting the configuration as described above, it is possible to realize a high-quality device compact.

【0048】次に、本発明に係る画像表示装置の具体的構成例について、図1を用いて説明する。 [0048] Next, a specific configuration example of an image display apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. 本例では、透明基板1として5mm厚の光学ガラスを用いた。 In this example, we are using a 5mm thick optical glass as the transparent substrate 1. ここで重要な点は2つの面の平行度が高い、表面に傷がない、 The important point here is high parallelism of the two surfaces, scratches on the surface,
透明度が高いことであり、これらを満足するものであれば樹脂でもよく、たとえばアクリル樹脂等が使用可能である。 And their high transparency, as long as it satisfies these may be a resin, such as acrylic resin or the like can be used. 第1の回折素子11はフォト・ポリマーの透過型ホログラムで厚さ15ミクロンである。 The first diffraction element 11 is the thickness 15 microns transmission hologram photo-polymer. 第2の回折素子12は同じくフォト・ポリマーの反射型ホログラムで厚さ15ミクロンである。 The second diffraction element 12 is also thick 15 microns reflection hologram photo-polymer. ホログラム感光材料としては、 The hologram photosensitive material,
他に銀塩乳剤、重クロム酸ゼラチン等が用いられるが、 Other silver salt emulsion, but dichromated gelatin or the like is used,
厚さが薄いと回折効率が十分得られない場合がある。 Diffraction and small thickness efficiency sometimes not sufficiently obtained.

【0049】画像表示用空間変調装置13は反射型モノクロ液晶ディスプレイで画素数は640×480ドット、画面サイズは対角1インチのものを用いた。 The number of pixels in the image display spatial modulation device 13 is reflective monochrome LCD 640 × 480 dots, the screen size used was the one diagonal inches. 第1の回折素子11と第2の回折素子12の間隔は約37mm A first diffractive element 11 the distance of the second diffraction element 12 about 37mm
であり、各々のサイズは縦15mm、横20mmとした。 , And the each of the size and vertical 15mm, the horizontal 20mm. 照明光31は平行光であり、第1の回折素子11に対し垂直方向から10度傾けて入射した時、画像表示用空間変調装置13で反射された光が第1の回折素子11 Illumination light 31 is parallel light, when for the first diffraction element 11 is incident is inclined 10 degrees from the vertical direction, the light reflected by the image display spatial modulation device 13 is first diffraction element 11
で垂直方向に対し70度で回折するように設定した。 In set to diffract at 70 degrees with respect to the vertical direction. また第2の回折素子12において所定の入射角で入射した光が集光し距離15mmの位置で焦点を結ぶように設定した。 The light incident at a predetermined incidence angle at the second diffraction element 12 is set to focus at the position of the condensing and distance 15 mm.

【0050】以上のような装置において、図示しないL [0050] In the apparatus as described above, not shown L
ED赤色光源からの光をスペシャル・フィルタで拡散光とし、これをコリメータ・レンズにより平行光に変換して照明光31として入射した。 The light from the ED red light source and diffused light in special filter, incident as illumination light 31 which is then converted into parallel light by a collimator lens. 画像表示用空間変調装置13には図示しないパーソナル・コンピュータを接続し、モノクロの文書画像を表示させた。 Connect the personal computer not shown in the image display spatial modulation device 13, and displays a document image of black and white. そして、目を第2の回折素子12の集光点付近に持って行き画像を観察した所、画像表示用空間変調装置13に表示された内容を十分な明るさで鮮明に観測することができた。 Then, observation of the image to bring attention to focusing near the point of the second diffraction element 12, the content displayed on the image display spatial modulation device 13 can be clearly observed at sufficient brightness It was. これと同時に外部の景色も通常とほとんど変わりない明るさで観察することができた。 At the same time outside of scenery it could also be observed in almost the same not brightness and normal. 視野は十分確保されており、画像表示用空間変調装置の存在が特に気になることはなかった。 Field is sufficiently secured, the presence of the image display spatial modulation device did not particularly worrisome.

【0051】このように、LOAホログラムを用いた画像表示装置において、画像表示用空間変調装置、回折素子の構成条件を規定することにより、小型で高画質な表示装置が構成可能となり、メガネ型ディスプレイが実現可能となる。 [0051] Thus, in the image display apparatus using the LOA hologram image display spatial modulation device, by defining the configuration conditions of the diffraction element, compact and high-quality display device becomes configurable, spectacle-type display There can be realized. 実施例においては単色光源を用いたモノクロ・ディスプレイについて説明したが、カラーディスプレイ及びRGB3色の光源を用いることによりフルカラー画像を再現することは容易に可能である。 In the embodiment has been described monochrome display using a monochromatic light source, but it is easily possible to reproduce a full color image by using a color display and RGB3 color light sources. その時用いる回折格子も通常のカラーホログラム・パネルの作成方法を勘案して作成すればよい。 Diffraction grating used at that time may also be created in consideration of the creation process of normal color hologram panel.

【0052】 [0052]

【発明の効果】本発明によれば、小型で高画質の画像表示装置を得ることができる。 According to the present invention can be compact and obtain an image display device of high image quality.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明に係る画像表示装置の一実施例を示す図である。 1 is a diagram showing an embodiment of an image display apparatus according to the present invention.

【図2】本発明に係る画像表示装置の条件設定を説明する図である。 Figure 2 is a diagram illustrating the condition setting of the image display apparatus according to the present invention.

【図3】回折素子の入射角と回折効率の関係を示すグラフである。 3 is a graph showing the relationship between the incident angle and the diffraction efficiency of the diffraction element.

【図4】透明基板厚と回折素子間距離の関係を示すグラフである。 4 is a graph showing the relationship between the transparent substrate thickness a diffraction element distance.

【図5】(a)〜(d)はそれぞれホログラムの動作を説明する図である。 [5] (a) ~ (d) are diagrams respectively illustrating the operation of the hologram.

【図6】本発明に係る画像表示装置の他の実施例を示す図である。 6 is a diagram showing another embodiment of the image display apparatus according to the present invention.

【図7】画像表示装置の他の構成例を示す図である。 7 is a diagram showing another configuration example of the image display device.

【図8】本発明に係る画像表示装置の他の実施例を示す図である。 8 is a diagram showing another embodiment of the image display apparatus according to the present invention.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 透明基板 2 透明基板の第1の表面 3 透明基板の第2の表面 11 第1の回折素子 12 第2の回折素子 13 画像表示用空間変調装置 21 眼球 22 瞳孔 23 網膜 31 照明光 32 回折光 33 集束光 A 眼球と第2の回折素子との距離 B 透明基板の厚さ θ 1画角 θ 2視野角 θ 3回折格子への入射角 1 first surface 3 and the second surface 11 first diffraction element 12 and the second diffraction element 13 image display spatial modulation device 21 eye 22 the pupil 23 retina 31 illumination light 32 diffracted light transparent substrate of the transparent substrate 2 transparent substrate 33 focused light a eyeball and the incident angle to the distance B of the transparent substrate thickness theta 1 angle theta 2 viewing angle theta 3 the diffraction grating and the second diffraction element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 友野 孝夫 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい 富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 小笠原 康裕 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい 富士ゼロックス株式会社内 Fターム(参考) 2H049 AA04 AA08 AA60 AA62 AA65 CA01 CA04 CA05 CA08 CA17 CA22 2H091 FA19X FA41X FD03 GA01 LA11 MA02 5G435 AA00 AA18 BB12 BB16 CC12 EE22 FF02 FF03 FF08 HH02 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (72) inventor Takao Tomono Kanagawa Prefecture ashigarakami district Nakai-cho, Sakai 430 Green Tech a paddle Fuji Xerox Co., Ltd. in the (72) inventor Yasuhiro Ogasawara Kanagawa Prefecture ashigarakami district Nakai-cho, Sakai 430 Green Tech a paddle Fuji Xerox Co., Ltd. the internal F-term (reference) 2H049 AA04 AA08 AA60 AA62 AA65 CA01 CA04 CA05 CA08 CA17 CA22 2H091 FA19X FA41X FD03 GA01 LA11 MA02 5G435 AA00 AA18 BB12 BB16 CC12 EE22 FF02 FF03 FF08 HH02

Claims (12)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 透明基板と、前記透明基板の表面に配置され照明光が垂直方向から傾いて照射される第1の回折素子と、第1の回折素子に面して配置され第1の回折素子を介して前記照明光を入射する画像表示用空間変調装置と、前記透明基板の表面に配置され前記画像表示用空間変調装置からの光が第1の回折素子を介して前記透明基板の内面で反射したのち入射される第2の回折素子とを備えたことを特徴とする画像表示装置。 1. A transparent substrate and said a first diffraction element arranged illumination light on the surface of the transparent substrate is irradiated inclined from the vertical direction, the first diffraction is disposed facing the first diffraction element an image display spatial modulation device that enters the illuminating light through the element, the inner surface of the transparent substrate light through the first diffractive element from being disposed on a surface of the transparent substrate wherein the image display spatial modulation device an image display device comprising in that a second diffraction element is incident after being reflected.
  2. 【請求項2】 第1の回折素子が透過型ホログラムであり、第2の回折素子が反射型ホログラムであることを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。 Wherein the first diffraction element is a transmission hologram, the image display apparatus according to claim 1, wherein the second diffraction element is characterized in that it is a reflection hologram.
  3. 【請求項3】 第1の回折素子が反射型ホログラムであり、第2の回折素子が透過型ホログラムであることを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。 Wherein the first diffraction element is a reflection hologram, the image display apparatus according to claim 1, wherein the second diffraction element is characterized in that it is a transmission hologram.
  4. 【請求項4】 前記透明基板の内面での反射が1回であることを特徴とする請求項2又は3記載の画像表示装置。 Wherein said image display apparatus according to claim 2 or 3, wherein the reflection on the inner surface of the transparent substrate is characterized in that it is a one.
  5. 【請求項5】 第1の回折素子及び第2の回折素子が共に反射型ホログラムであることを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。 5. The image display apparatus according to claim 1, wherein the first diffractive element and the second diffractive element are both reflection hologram.
  6. 【請求項6】 前記透明基板の内面での反射が2回であることを特徴とする請求項5記載の画像表示装置。 6. The image display device according to claim 5, wherein the reflection on the inner surface of the transparent substrate is 2 times.
  7. 【請求項7】 前記透明基板が平行平板からなることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の画像表示装置。 7. The image display apparatus according to any one of claims 1 to 6, characterized in that said transparent substrate is made of a parallel plate.
  8. 【請求項8】 透明基板と、前記透明基板の表面に配置された第1の回折素子及び第2の回折素子と、第1の回折素子に面して配置された画像表示用空間変調装置とを備えた画像表示装置であって、前記画像表示用空間変調装置からの光が第1の回折素子により回折されたのち前記透明基板の内面で反射を受けて入射した第2の回折素子により再度回折されるように構成したことを特徴とする画像表示装置。 8. A transparent substrate, wherein the first diffractive element and a second diffractive element disposed on a surface of the transparent substrate, a first located facing the diffraction element image display spatial modulation device an image display device provided with, again by the second diffraction element which light from the image display spatial modulation device is incident upon receiving reflected by the inner surface of the transparent substrate after being diffracted by the first diffraction element the image display apparatus characterized by being configured so as to be diffracted.
  9. 【請求項9】 第2の回折素子で回折された光が目の瞳孔の位置に集光するように構成したことを特徴とする請求項8記載の画像表示装置。 9. An image display apparatus according to claim 8, wherein the second light diffracted by the diffraction element is characterized by being configured to be focused on the position of the eye pupil.
  10. 【請求項10】 第1の回折素子を介して前記画像表示用空間変調装置を照射する照明光が前記透明基板からみて目と同一側から入射されることを特徴とする請求項8 10. The method of claim 8 in which the illumination light that irradiates the image display spatial modulation device through the first diffraction element is characterized in that it is incident from the same side as the eye when viewed from the transparent substrate
    又は9記載の画像表示装置。 Or an image display device according 9.
  11. 【請求項11】 前記照明光が第1の回折素子に対し垂直方向から傾いて照射されることを特徴とする請求項1 11. The method of claim 1, wherein the illumination light is irradiated inclined from a vertical direction with respect to the first diffraction element
    0記載の画像表示装置。 0 image display device as claimed.
  12. 【請求項12】 前記透明基板の厚さをB、前記基板内面での反射回数をn、第2の回折素子への光の入射角をθ 3とした時、次式が成り立つように構成したことを特徴とする請求項8乃至11のいずれかに記載の画像表示装置。 12. B the thickness of the transparent substrate, the number of reflections by the inner surface of the substrate n, when the angle of incidence of the light on the second diffraction element and the theta 3, constituted as the following equation holds the image display apparatus according to any one of claims 8 to 11, characterized in that. 【数1】 25≦(n+1)Btanθ 3 (数1) [Number 1] 25 ≦ (n + 1) Btanθ 3 ( Equation 1) (但し、B≦5(mm)、θ 3 ≦80°) (However, B ≦ 5 (mm), θ 3 ≦ 80 °)
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