JP2003185977A - Image display device - Google Patents

Image display device

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JP2003185977A
JP2003185977A JP2001385887A JP2001385887A JP2003185977A JP 2003185977 A JP2003185977 A JP 2003185977A JP 2001385887 A JP2001385887 A JP 2001385887A JP 2001385887 A JP2001385887 A JP 2001385887A JP 2003185977 A JP2003185977 A JP 2003185977A
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JP
Japan
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diffraction grating
image display
phase type
type diffraction
optical system
Prior art date
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Application number
JP2001385887A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichi Takahashi
浩一 高橋
Jiyunko Takahashi
潤子 高橋
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image display device constituted so that the roughness of an image can be satisfactorily reduced, and also, an image of high resolution can be imparted. <P>SOLUTION: As for the image display device provided with an image display element 1 wherein many pixels having a prescribed aperture are two- dimensionally and regularly arranged, a phase type diffraction grating 3 and an observation optical system 2, provided that L denotes a distance (length as calculated on an air basis) from the display surface of the image display element 1 to the phase type diffraction grating 3, (f) denotes the focal distance of the observation optical system 2, and (m) denotes magnification, the following inequality is satisfied; f>L≥0.2/m<SP>2</SP>[m]...(10). <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、画像表示装置に関
し、特に、電子ビューファインダー等の画像表示装置に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image display device, and more particularly to an image display device such as an electronic viewfinder.

【0002】[0002]

【従来の技術】液晶表示素子(LCD)に代表されるド
ットマトリックス型画像表示素子は、2次元的に配列さ
れた画素を変調することで画像表示を行うものである。
この表示素子の画素密度は高い程表示する画像は緻密に
なり、先鋭度も増すが、製造における難易度も高くな
り、コストが増大する。安価な画素密度の低い表示素子
を用いると、画素間の隙間が目立ち、ざらついた画質が
観察されることになる。
2. Description of the Related Art A dot matrix type image display element represented by a liquid crystal display element (LCD) displays an image by modulating pixels arranged two-dimensionally.
The higher the pixel density of this display element, the finer the image to be displayed and the sharpness increases, but the difficulty in manufacturing also increases and the cost increases. If an inexpensive display element having a low pixel density is used, the gaps between the pixels are conspicuous and a rough image quality is observed.

【0003】一方、画像表示素子の画像を光学系によっ
て拡大して表示する装置として、プロジェクターやHM
D(頭部装着型画像表示装置)があげられる。これらの
装置に上記した安価な表示素子を用いると、画像が拡大
されると共に画素の隙間部分も拡大されるため、ざらつ
きがさらに目立つものになり、表示している画像を本来
のものと感じるいわゆる質感が低い画像となってしま
う。
On the other hand, as a device for enlarging and displaying an image of an image display element by an optical system, a projector or an HM
D (head-mounted image display device) can be given. When the inexpensive display element described above is used in these devices, the image is enlarged and the gap portion of the pixel is also enlarged, so that the roughness becomes more conspicuous and the image being displayed is felt to be original. The image will have a low texture.

【0004】そこで、画像表示素子と観察者の眼球の間
に光学フィルターを配備し、1つの画素を複数個に分離
することで、画素のざらつきを低減する方法が提案され
ている。
Therefore, a method has been proposed in which an optical filter is provided between the image display element and the eyeball of the observer to separate one pixel into a plurality of pixels, thereby reducing the roughness of the pixel.

【0005】例えば、図26に構成図を示すような液晶
表示素子と観察者の間に水晶を数枚重ねて設置した構成
の画像表示装置がある。
For example, there is an image display device having a structure in which a plurality of quartz crystals are stacked between a liquid crystal display element and an observer as shown in FIG.

【0006】さらに、従来の他のタイプとして、特許第
2,883,492号、特許第2,980,268号が
あげられる。液晶表示素子と観察者の間に2次元格子パ
ターンを設置した構成の画像表示装置である。
Further, other conventional types include Japanese Patent No. 2,883,492 and Japanese Patent No. 2,980,268. The image display device has a configuration in which a two-dimensional lattice pattern is installed between a liquid crystal display element and an observer.

【0007】さらに、画像表示装置前面に光学的ローパ
スフィルターが配置された特開平5−307174号、
特開平8−122709号や、表示スクリーンと観察者
の間にマイクロレンズアレーを設置した米国特許第5,
719,588号等がある。
Further, JP-A-5-307174, in which an optical low-pass filter is arranged on the front surface of the image display device,
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-122709 and US Pat.
719, 588, etc.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図26
のように光学フィルターとして水晶等の結晶を用いると
非常に高価であり、さらに、2次元表示に対応するため
に複数枚の結晶を使用するため、光学フィルター部分が
厚くなり、装置自体が大型化する。
However, as shown in FIG.
It is very expensive to use a crystal such as quartz as an optical filter, and moreover, because multiple crystals are used to support two-dimensional display, the optical filter becomes thick and the device itself becomes large. To do.

【0009】また、光学フィルターを位相型回折格子で
構成する場合、画素のざらつきを低減するために、光学
フィルターのナイキスト限界におけるMTF(Modu
lation Transfer Function)
が低く設定されている。これによりざらつきは低減され
るが、ナイキスト限界近傍の空間周波数のMTFが低く
なるため、ぼけた画像を観察することになる。逆に、ナ
イキスト限界におけるMTFを高めに設定すると、その
周波数近傍のMTFは高く、高解像な表示ができるが、
ざらつきを十分に低減することができない。
When the optical filter is composed of a phase type diffraction grating, in order to reduce the roughness of the pixel, the MTF (Modu) at the Nyquist limit of the optical filter is reduced.
(Lation Transfer Function)
Is set low. This reduces the graininess, but since the MTF of the spatial frequency near the Nyquist limit becomes low, a blurred image will be observed. On the contrary, if the MTF at the Nyquist limit is set to be high, the MTF in the vicinity of that frequency is high, and high resolution display can be performed.
Roughness cannot be reduced sufficiently.

【0010】さらに、位相型回折格子は波長によって回
折角が異なり、画像表示素子のカラー表示の基本となる
RGBに対応する各波長における光学フィルターのMT
Fが変化する。しかしながら、従来の技術においては、
異なった波長に対する光学フィルターのMTFが考慮さ
れたものがない。
Further, the phase type diffraction grating has a different diffraction angle depending on the wavelength, and the MT of the optical filter at each wavelength corresponding to RGB, which is the basis of the color display of the image display device.
F changes. However, in the conventional technology,
There is no consideration for the MTF of optical filters for different wavelengths.

【0011】また、位相型回折格子は光学的ローパスフ
ィルターの作用を有するが、同時に、表示素子の画素と
位相型回折格子が干渉しあい、モアレ縞が発生する原因
となる。このモアレ縞は画素ピッチの数倍以上の周期に
なるため、表示画像の上に大きな縞が重なって見え画像
を著しく悪化させる。このモアレ縞を見え難くする方法
として、特開平5−307174号や特許第2,88
3,492号のように、位相型回折格子の格子ピッチを
表示素子の画素ピッチ以下にする方法がある。しかしな
がら、回折格子ピッチと回折角は反比例の関係にあるた
め、回折格子ピッチが小さいと回折角が大きくなり、画
素拡散量が大きくなる。それに伴って、光学フィルター
が有するMTFの低下する領域が低周波側にシフトする
ため、低い空間周波数におけるMTFも低下し、全体に
ぼけた画像となる。
Further, the phase type diffraction grating has the function of an optical low pass filter, but at the same time, the pixels of the display element and the phase type diffraction grating interfere with each other to cause moire fringes. Since the moire fringes have a period of several times the pixel pitch or more, large fringes are overlapped on the display image and the image is significantly deteriorated. As a method of making the moire fringes less visible, JP-A-5-307174 and Japanese Patent No. 2,88
No. 3,492, there is a method in which the grating pitch of the phase type diffraction grating is set to be equal to or less than the pixel pitch of the display element. However, since the diffraction grating pitch and the diffraction angle are in inverse proportion to each other, when the diffraction grating pitch is small, the diffraction angle becomes large and the pixel diffusion amount becomes large. Along with this, the region where the MTF of the optical filter is reduced shifts to the low frequency side, so that the MTF at low spatial frequencies is also reduced, and the image becomes blurred overall.

【0012】さらに、画像表示装置はこのような光学フ
ィルターを介して画像表示素子を観察するため、異物付
着、異物混入、透過率低下のフィルターを用いた場合、
観察者は画像情報以外の異物や、透過率の低下した画像
を観察することとなる。しかしながら、従来技術には、
装置として組み込んだ際の問題点についての記載がな
い。
Further, since the image display device observes the image display element through such an optical filter, when a filter for adhering foreign matter, mixing in foreign matter, and decreasing transmittance is used,
The observer observes the foreign matter other than the image information and the image with reduced transmittance. However, in the prior art,
There is no description about problems when incorporated as a device.

【0013】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、画像のざらつき
を十分に減らし、なおかつ、解像感の高い画像を与える
画像表示装置を提供することである。
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object thereof is to provide an image display device which sufficiently reduces the roughness of an image and gives an image with high resolution. It is to be.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の画像表示装置は、ある一定の開口を持った画素が多
数2次元に規則的に配列された画像表示素子と、位相型
回折格子と、観察光学系とを備えた画像表示装置におい
て、前記画像表示素子の表示面から前記位相型回折格子
までの距離(空気換算長)をLとし、前記観察光学系の
焦点距離をf、拡大率をmとした場合に、 f>L≧0.2/m2 〔m〕 ・・・(10) の関係を満たすことを特徴とするものである。
An image display device of the present invention that achieves the above object is an image display device in which a large number of pixels having a certain aperture are regularly arranged in two dimensions, and a phase type diffraction grating. And an observation optical system, the distance (air conversion length) from the display surface of the image display element to the phase type diffraction grating is L, and the focal length of the observation optical system is f. When the ratio is m, the relationship of f> L ≧ 0.2 / m 2 [m] (10) is satisfied.

【0015】本発明のもう1つの画像表示装置は、ある
一定の開口を持った画素が多数2次元に規則的に配列さ
れた画像表示素子と、位相型回折格子と、観察光学系と
を備えた画像表示装置において、前記画像表示素子の中
心から射出し、前記観察光学系に入射する光束の前記位
相型回折格子上での光束径Wに対して、前記位相型回折
格子の格子ピッチPが、 2≦W/P≦50 ・・・(11) の条件を満たすことを特徴とするものである。
Another image display device of the present invention comprises an image display element in which a large number of pixels having a certain aperture are regularly arranged in a two-dimensional manner, a phase type diffraction grating, and an observation optical system. In the image display device, the grating pitch P of the phase type diffraction grating is relative to the light beam diameter W on the phase type diffraction grating of the light beam emitted from the center of the image display element and entering the observation optical system. , 2 ≦ W / P ≦ 50 (11) are satisfied.

【0016】以下、本発明において上記構成をとる理由
と作用について説明する。
Hereinafter, the reason why the above structure is adopted and the operation thereof will be described.

【0017】図1に示すように、観察光学系2によって
拡大した虚像を観察する場合、観察物体である画像表示
素子1は観察光学系2の前側焦点位置近傍に配備され
る。したがって、画像表示素子1の近くにあるものはそ
のまま拡大観察される。本発明の場合、画像表示素子1
の表示面の近くに位相型回折格子3を配備して画像表示
素子1の画質を改善する方法をとる。その場合、この位
相型回折格子3の配置される位置が人間の眼Eの調整力
の範囲内にあると、その位相型回折格子3上にごみ等の
異物が付着すると、それが拡大されて見えてしまう。
As shown in FIG. 1, when observing a virtual image magnified by the observation optical system 2, the image display element 1 which is an observation object is arranged near the front focus position of the observation optical system 2. Therefore, an object near the image display element 1 is directly observed in an enlarged manner. In the case of the present invention, the image display device 1
The phase-type diffraction grating 3 is provided near the display surface of No. 1 to improve the image quality of the image display element 1. In that case, if the position where the phase type diffraction grating 3 is arranged is within the range of the adjustment force of the human eye E, if foreign matter such as dust adheres to the phase type diffraction grating 3, it is enlarged. I can see it.

【0018】人間の眼の遠点距離をDf (m)、近点距
離をDn (m)とすると、人間の眼の調整力B(m-1
は、次式で与えられる。
Assuming that the far point distance of the human eye is D f (m) and the near point distance is D n (m), the adjusting force B (m -1 ) of the human eye is
Is given by the following equation.

【0019】 B=1/Dn −1/Df ・・・(1) 近点距離は、図2に示すように、人間の年齢によって大
きく異なる。20〜50歳代の観察者を想定すると、近
点距離は約−10〜−2D(ディオプター:m -1)、D
n =10〜500mmの距離であり、遠点距離がDf
∞の場合の調節力は10〜2D(ディオプター:m-1
となる。
[0019]     B = 1 / Dn-1 / Df                                ... (1) As shown in Fig. 2, the near distance depends on the human age.
Very different. Assuming an observer in his 20s to 50s,
Point distance is about -10 to -2D (diopter: m -1), D
n= 10 to 500 mm, and the far point distance is Df=
In the case of ∞, the adjustment power is 10-2D (diopter: m-1)
Becomes

【0020】本発明のような小さい画像表示素子1を拡
大された虚像として観察する画像表示装置においては、
画像表示素子1は観察光学系2の前側焦点位置の近傍に
置かれ、眼Eの位置が観察光学系2の後側焦点位置近傍
にあるようにそれぞれが配置されていると考えられる。
この場合には、画像表示素子1の画像は観察光学系2に
よって拡大された虚像として観察され、この場合、図3
に示すように、画像表示素子1の虚像を見込む角度u’
(図3(b))と画像表示素子1を明視の距離(250
mm)で見込む角度u(図3(a))の比を拡大率mと
定義される。式で表すと、 m=tan(u’)/tan(u) ・・・(2) となる。さらに、拡大率mは、観察光学系2の後側焦点
距離をf’(mmで表される)として、 m=250/f’ ・・・(3) で与えられる。
In the image display device for observing the small image display element 1 as an enlarged virtual image as in the present invention,
It is considered that the image display elements 1 are placed near the front focus position of the observation optical system 2 and arranged so that the position of the eye E is near the rear focus position of the observation optical system 2.
In this case, the image on the image display element 1 is observed as a virtual image magnified by the observation optical system 2, and in this case, as shown in FIG.
As shown in, the angle u ′ at which the virtual image of the image display element 1 is seen
(FIG. 3 (b)) and the distance (250
The ratio of the angle u (FIG. 3A) expected in mm) is defined as the enlargement ratio m. When expressed by a formula, m = tan (u ′) / tan (u) (2) Further, the enlargement ratio m is given by m = 250 / f ′ ... (3), where f ′ (represented by mm) is the rear focal length of the observation optical system 2.

【0021】次に、画像表示装置の観察光学系2におけ
る画像表示素子1側の焦点深度を求める。図4に示すよ
うに、人間の眼Eの遠点距離Df 、近点距離Dn は共
に、眼Eの入射瞳である前側主点からの距離である。し
たがって、Df 、Dn に対応する画像表示素子の前側焦
点位置F’から測った距離をそれぞれdf 、dn 、観察
光学系2の前側焦点距離をf、後側焦点距離をf’とす
ると、 dn −df =−f・f’(1/Df −1/Dn ) ・・・(4) となる。式(3)にならって拡大率を示すと、 m=Df /f’ ・・・(5) である。観察光学系2の画像表示面側と像側の屈折率を
n、n’とすると、 f=−n’/n・f’ ・・・(6) (4)式を(5)式、(6)式で変形して、 dn −df =n’/n・f’2 ・(1/Df −1/Dn ) =n’/n・(Df /m)2 ・(1/Df −1/Dn ) ・・・(7) 眼の調整力による画像表示素子1側の焦点深度をδ=d
f −dn とすると、遠点距離Df を∞として、 δ=n’/n・(Dn /m)2 ・B =n’/n・Dn /m2 ・・・(8) である。表示面側、像側共空気であるため、n=n’=
1となる。
Next, the depth of focus on the image display element 1 side in the observation optical system 2 of the image display device is obtained. As shown in FIG. 4, the far point distance D f and the near point distance D n of the human eye E are both distances from the front principal point which is the entrance pupil of the eye E. Therefore, the distances measured from the front focal position F ′ of the image display element corresponding to D f and D n are respectively d f , d n , the front focal length of the observation optical system 2 is f, and the rear focal length is f ′. Then, the d n -d f = -f · f '(1 / D f -1 / D n) ··· (4). When the enlargement ratio is shown according to the equation (3), m = D f / f ′ ... (5). Assuming that the refractive indices of the image display surface side and the image side of the observation optical system 2 are n and n ′, f = −n ′ / n · f ′ (6) Equation (4) is changed to Equation (5), 6) is modified to obtain d n −d f = n ′ / n · f ′ 2 · (1 / D f −1 / D n ) = n ′ / n · (D f / m) 2 · (1 / D f -1 / D n) ··· (7) the image display device 1 side of the depth of focus by adjusting power of the eye [delta] = d
If f- dn , the far point distance D f is ∞, and δ = n ′ / n · (D n / m) 2 · B = n ′ / n · D n / m 2 (8) is there. Since both the display surface side and the image side are air, n = n '=
It becomes 1.

【0022】一般に、近点近傍で画像を観察すると、物
の細部まではっきり視認できるが、眼は緊張し、長く見
続けると疲れる恐れがある。余り疲れずに良く見える距
離は、近点より遠くになる。20歳代では、観察距離が
約200mm以上あると、余り疲れないため、上式にお
ける近点距離をDn =0.2とすると、δは、 δ=0.2/m2 ・・・(9) で示される。
In general, when an image is observed near a near point, the details of an object can be clearly seen, but the eyes are strained, and there is a risk of getting tired if the eyes are viewed for a long time. The distance that looks good without getting too tired is farther than the near point. In the twenties, if the observation distance is about 200 mm or more, fatigue does not occur so much. Therefore, assuming that the near point distance in the above equation is D n = 0.2, δ is δ = 0.2 / m 2 ( 9).

【0023】ここで、画像表示素子1の表示面から位相
型回折格子3までの空気換算長距離をL(空気換算長)
とし、0.2/m2 (δ)より大きく設定すると、位相
型回折格子3に付着したごみ等は観察者の眼Eの調節力
よりも視度がマイナス側になるため、付着物にピントが
合うことがなく観察画像に与える影響を抑えることがで
きる。また、位相型回折格子3は観察光学系2との干渉
を防ぐために、位相型回折格子3は観察光学系2の主点
よりも画像表示素子側にあることが望ましい。
Here, the air-equivalent long distance from the display surface of the image display element 1 to the phase type diffraction grating 3 is L (air-equivalent length).
When set to be larger than 0.2 / m 2 (δ), dust and the like adhering to the phase type diffraction grating 3 have a diopter side that is on the negative side of the accommodation power of the eye E of the observer. Can be suppressed and the influence on the observed image can be suppressed. Further, in order to prevent the phase type diffraction grating 3 from interfering with the observation optical system 2, it is desirable that the phase type diffraction grating 3 is located closer to the image display element than the principal point of the observation optical system 2.

【0024】そこで、空気換算長距離Lは、 f>L≧0.2/m2 〔m〕 ・・・(10) とすることで、観察者はごみ等の影響の少ない良好な画
像観察が可能となる。
Therefore, by setting the air-converted long distance L to be f> L ≧ 0.2 / m 2 [m] (10), the observer can observe a good image with less influence of dust and the like. It will be possible.

【0025】例えば、観察光学系2の拡大率mが5倍と
25倍とすると、(10)式に代入して、 5倍 :L≧8(mm) 25倍:L≧0.32(mm) となる。この範囲に位相型回折格子3を配置すると、ご
み等の付着物が観察者の眼Eの調節力よりも視度がマイ
ナス側になるため、付着物にピントが合い難く、観察画
像に影響が少ない。
For example, assuming that the magnification ratio m of the observation optical system 2 is 5 times and 25 times, substituting it into the equation (10), 5 times: L ≧ 8 (mm) 25 times: L ≧ 0.32 (mm ). If the phase-type diffraction grating 3 is arranged in this range, the adhered matter such as dust is on the negative side of the accommodation power of the observer's eye E, so that it is difficult to focus the adhered matter and the observed image is affected. Few.

【0026】位相型回折格子3によって画質を向上させ
るために、画像表示素子1と観察者眼球Eとの間に位相
型回折格子3を配置する場合、位相型回折格子3の格子
ピッチに対して光束径が十分大きいことが、観察画面全
体における画質の均一性を達成するために必要な条件で
ある。画像表示素子1から位相型回折格子3までの距離
が短い場合には回折角が大きく格子ピッチが小さいた
め、光束中の位相型回折格子3の格子数は問題にならな
い。しかしながら、画像表示素子1から位相型回折格子
3までの距離が長い場合には、位相型回折格子3の回折
角を小さくする必要があり(逆光線追跡で考えると、位
相型回折格子3の異なる回折次数で画素を半ピッチずら
して結像させるためには、画像表示素子1から位相型回
折格子3までの距離が離れる程回折角が小さくな
る。)、位相型回折格子3の格子ピッチが大きくなり、
上記の位相型回折格子3の格子ピッチに対して光束径が
十分大きいとの条件を満たすことが困難になる場合があ
る。
When the phase type diffraction grating 3 is arranged between the image display element 1 and the observer's eye E in order to improve the image quality by the phase type diffraction grating 3, with respect to the grating pitch of the phase type diffraction grating 3. A sufficiently large luminous flux diameter is a necessary condition for achieving uniform image quality on the entire observation screen. When the distance from the image display element 1 to the phase type diffraction grating 3 is short, the diffraction angle is large and the grating pitch is small, so that the number of the phase type diffraction grating 3 in the light flux does not matter. However, when the distance from the image display element 1 to the phase type diffraction grating 3 is long, it is necessary to reduce the diffraction angle of the phase type diffraction grating 3 (in consideration of the backward ray tracing, different diffraction of the phase type diffraction grating 3 is considered). In order to form an image by shifting the pixels by a half pitch in the order, the diffraction angle becomes smaller as the distance from the image display element 1 to the phase type diffraction grating 3 increases), and the grating pitch of the phase type diffraction grating 3 becomes larger. ,
In some cases, it may be difficult to satisfy the condition that the luminous flux diameter is sufficiently larger than the grating pitch of the phase type diffraction grating 3.

【0027】格子ピッチに対して位相型回折格子の光束
径が十分な大きさでないと、観察者が眼球を回旋させて
表示素子の周辺まで観察した時、その光束径に対する回
折格子の格子数の変化が大きくなり回折効果に変化が生
じるため、見ている場所によって観察画像の画質が変化
してしまう。そこで、位相型回折格子の光束径Wに対し
て回折格子の格子ピッチ(凹凸の1ピッチ)をPとし、 2≦W/P≦50 ・・・(11) の条件を満たすことが重要である。
If the beam diameter of the phase type diffraction grating is not sufficiently large with respect to the grating pitch, when the observer rotates the eyeball and observes the periphery of the display element, the grating number of the diffraction grating with respect to the beam diameter is Since the change becomes large and the diffraction effect changes, the quality of the observed image changes depending on the place where the user is looking. Therefore, it is important to set the grating pitch of the diffraction grating (1 pitch of the unevenness) to P with respect to the beam diameter W of the phase type diffraction grating, and to satisfy the condition of 2 ≦ W / P ≦ 50 (11) .

【0028】この条件の下限の2を越えて小さくなる
と、光束径に対する回折格子の格子数が少なく、格子間
の長さが大きいため観察者が眼球を回旋させて表示素子
の周辺まで観察する場合にその光束径に対して回折格子
の格子数が変化してしまい、見ている場所によって観察
画像の画質が変化する恐れが生じる。上限の50を越え
て大きくなると、位相回折格子の格子ピッチが小さくな
り、回折角が大きくなりそれに伴って回折像の拡散量が
大きくなるため画像がボケたものになるおそれが生じ
る。
When the lower limit of 2 of this condition is exceeded, the number of diffraction gratings with respect to the light beam diameter is small and the length between the gratings is large, so that the observer rotates the eyeball to observe the periphery of the display element. In addition, the number of diffraction gratings changes with respect to the diameter of the light flux, and the image quality of the observed image may change depending on the place of viewing. If the value exceeds the upper limit of 50 and becomes larger, the grating pitch of the phase diffraction grating becomes smaller, the diffraction angle becomes larger, and the amount of diffusion of the diffracted image becomes larger accordingly, so that the image may be blurred.

【0029】ところで、位相型回折格子3は凸部と基板
部によって1つの格子パターン(凹凸)が作られている
ものであるが(図6)、その格子パターンが光束径W中
に2個以上があることが、回折像を形成するために最低
必要な条件である。さらに好ましくは、格子パターンが
光束径W中に3個以上あることが、安定した画質を再現
するための条件である。さらに好ましくは、格子パター
ンが5個以上あることが、より安定した画質を再現する
ための条件である。
By the way, the phase type diffraction grating 3 has one grating pattern (irregularities) formed by the convex portion and the substrate portion (FIG. 6). Is the minimum necessary condition for forming a diffraction image. More preferably, it is a condition for reproducing stable image quality that there are three or more grating patterns in the light flux diameter W. More preferably, the number of grid patterns is 5 or more is a condition for reproducing more stable image quality.

【0030】本発明において、位相型回折格子は2つの
回折成分を持つ形状であることができる。拡大された画
像表示素子は、ある一定の開口を持った画素が2次元的
に多数配列された画像表示素子であり、映像にない不要
な高周波ざらつきも2次元的に存在している。回折方向
が1つ(1方向回折格子と呼ぶ。)の回折格子を配置し
た場合、回折された画素は一定方向のみに分離し補間が
生じる。例えば画素がデルタ配列(図10)の画像表示
素子の場合、1方向回折格子の回折パターンは0次光を
中心として1次元方向に高次光を発散しており、その画
素配列の画像表示素子と回折方向が水平方向又は垂直方
向の1方向回折格子と組み合わせたとき、観察できる映
像は、画素が水平方向のみあるいは垂直方向のみに分離
するため、上下あるいは左右の画素間にあるブラックマ
トリックスは補間されず、横方向あるいは縦方向に黒い
筋が残った画像として観察され、残ったブラックマトリ
ックスが高周波ざらつきを低減しきれない。そこで、回
折方向が2方向の回折格子(2方向回折格子)を用いる
と、回折パターンは2次元的な広がりを持ったパターン
になり、画像表示素子との組み合わせにおいて非常に効
率よく画素を補間することが可能となり、2次元的な高
周波ざらつきの低減が可能となる。
In the present invention, the phase type diffraction grating may have a shape having two diffraction components. The enlarged image display element is an image display element in which a large number of pixels having a certain opening are arranged two-dimensionally, and unnecessary high-frequency roughness that is not present in an image also exists two-dimensionally. When a diffraction grating having one diffraction direction (referred to as a one-direction diffraction grating) is arranged, diffracted pixels are separated only in a certain direction and interpolation occurs. For example, in the case of an image display element with pixels arranged in a delta array (FIG. 10), the diffraction pattern of the one-way diffraction grating diverges high-order light in the one-dimensional direction centering on the zero-order light, When combined with a one-way diffraction grating whose direction is horizontal or vertical, the observable image separates pixels in the horizontal direction or in the vertical direction only, so the black matrix between the upper and lower pixels or the left and right pixels is not interpolated. , It is observed as an image in which black streaks remain in the horizontal direction or the vertical direction, and the remaining black matrix cannot reduce the high frequency roughness. Therefore, if a diffraction grating having two directions of diffraction (two-direction diffraction grating) is used, the diffraction pattern becomes a pattern having a two-dimensional spread, and pixels are interpolated very efficiently in combination with an image display element. This makes it possible to reduce the two-dimensional high-frequency roughness.

【0031】また、そのような2つの回折成分を持つ形
状の位相型回折格子3として、図7に斜視図を示すよう
に、1つの面に2つの回折成分を持つ形状とすることが
できる。図中、13は位相部である。1面に2つの回折
成分を持せた位相型回折格子の場合、製作や評価が1面
だけでよくなり、製作時間の削減ができ、コストダウン
になる。また、他方の面を光学面にすることも可能であ
る。例えば正の屈折パワーを持たせることで、観察光学
系の倍率を上げることができ、観察者は画角の大きな映
像を楽しめる。他には、収差補正用の光学面にしたり、
色収差補正用の回折光学面を形成することで、より完成
度の高い画像表示装置を達成できる。
Further, as the phase type diffraction grating 3 having such a shape having two diffractive components, it is possible to have a shape having two diffractive components on one surface as shown in a perspective view in FIG. In the figure, 13 is a phase part. In the case of a phase type diffraction grating having two diffractive components on one surface, only one surface needs to be manufactured and evaluated, the manufacturing time can be reduced, and the cost can be reduced. Further, the other surface can be an optical surface. For example, by giving a positive refracting power, the magnification of the observation optical system can be increased, and the observer can enjoy an image with a large angle of view. Besides, it can be used as an optical surface for aberration correction,
By forming the diffractive optical surface for correcting chromatic aberration, it is possible to achieve a more complete image display device.

【0032】また、そのような2つの回折成分を持つ形
状の位相型回折格子3として、図8に斜視図を示すよう
に、表裏にそれぞれ1方向の回折成分を持つ形状とする
ことができる。図中、13aは表側の位相部、13bは
表側の位相部である。回折格子は位相部13a、13b
の格子高を変えることで、異なる回折効率を与えること
や波長依存性の異なったものを作ることができる。長波
長(R)の画素分離は短波長(B)の画素分離量より大
きいため色ずれが発生し、この色ずれの量は分離量の大
きさに比例し、色ずれ量が大きいと画像をボケさせてし
まう。2次元回折格子の場合、最適な分離量が2方向で
異ると、色ずれ量の大きさも変わり、2方向で解像感が
大きく異なってしまう。そこで、位相型回折格子3は、
図8に示すように、表裏にそれぞれ1方向回折格子を形
成させると、格子高を変えることができ、色ずれ量の大
きい方向のRの回折効率を小さくすることで、解像力の
低下を防ぐことが可能となる。このような構成の位相型
回折格子3を用いると、解像力を低下せず様々な配列の
画像表示素子に適応させることが可能となる。
Further, as the phase type diffraction grating 3 having such a shape having two diffraction components, as shown in a perspective view of FIG. In the figure, 13a is a front side phase portion, and 13b is a front side phase portion. The diffraction grating has phase parts 13a and 13b.
By changing the grating height of, it is possible to give different diffraction efficiencies and to make different wavelength dependences. Since the pixel separation of the long wavelength (R) is larger than the pixel separation amount of the short wavelength (B), color misregistration occurs. The amount of color misregistration is proportional to the size of the separation amount. It will be blurred. In the case of a two-dimensional diffraction grating, if the optimum separation amount differs in two directions, the magnitude of the color shift amount also changes, and the sense of resolution greatly differs in the two directions. Therefore, the phase type diffraction grating 3 is
As shown in FIG. 8, if one-direction diffraction gratings are formed on the front and back sides, respectively, the grating height can be changed, and the diffraction efficiency of R in the direction in which the amount of color misregistration is large can be reduced to prevent the resolution from being lowered. Is possible. By using the phase type diffraction grating 3 having such a configuration, it is possible to adapt to image display elements of various arrangements without lowering the resolution.

【0033】そして、1次元回折格子2枚はそれぞれ独
立した回折格子のため、2つの回折方向のなす角を自由
に与えることで、画素ピッチや画素配列の異なる様々な
画像表示素子に適応させることができ、組み合わせによ
って全く新しい回折格子を作り出すことが可能となる。
Since the two one-dimensional diffraction gratings are independent diffraction gratings, the angle formed by the two diffraction directions can be freely given to adapt to various image display elements having different pixel pitches and pixel arrangements. It is possible to create a completely new diffraction grating by combining them.

【0034】もちろん、図9に示すように、1方向回折
格子31 、32 を2枚組み合わせても、同様の作用効果
の位相型回折格子3を構成することができる。
Of course, as shown in FIG. 9, by combining two one-way diffraction gratings 3 1 and 3 2 , it is possible to construct a phase type diffraction grating 3 having the same function and effect.

【0035】また、位相型回折格子3は1つの回折成分
を持つ形状であってもよい。画素上下方向に大きいブラ
ックマトリックス部分がある画像表示素子を使用した場
合、1方向のみの回折で画素を回折像で補間を行うこと
ができ、画素周りのブラックマトリックス枠が細く感じ
られ、観察者にとって実効的に画素開口が向上すること
になる。文字の拡大表示を行う場合を考えると、1方向
の回折のみを施した方が解像高く観察しやすい場合があ
る。また、1方向回折格子の場合、製作や評価が1面だ
けでよいので、評価時間が削減できコストダウンにな
る。また、他方の面を平面にすることで、製作性、組立
て性が上がる。さらに、他方の面を光学面にすることも
可能である。例えば正のパワーを持たせることで、観察
光学系の倍率を上げることができ、観察者は画角の大き
な映像を楽しめる。他には、収差補正用の光学面にした
り、色収差補正用の回折面を形成することで、より完成
度の高い画像表示装置を達成できる。
The phase type diffraction grating 3 may have a shape having one diffraction component. When an image display element having a large black matrix portion in the vertical direction of the pixel is used, the pixel can be interpolated by a diffraction image by diffraction in only one direction, and the black matrix frame around the pixel can be felt thin, which is noticeable to the observer. The pixel aperture is effectively improved. Considering the case of enlarging and displaying characters, it may be easier to observe when the diffraction in only one direction is performed because the resolution is high. Further, in the case of the one-way diffraction grating, since only one surface needs to be manufactured and evaluated, the evaluation time can be reduced and the cost can be reduced. Further, by making the other surface flat, manufacturability and assemblability are improved. Further, the other surface can be an optical surface. For example, by giving a positive power, the magnification of the observation optical system can be increased and the observer can enjoy an image with a large angle of view. Besides, by forming an optical surface for aberration correction or forming a diffractive surface for correction of chromatic aberration, an image display device having a higher degree of completion can be achieved.

【0036】また、本発明において、位相型回折格子は
3つの回折成分を持つ形状であってもよい。画像表示素
子の画素配列としては様々な配列のものがあるが、その
中で図10のように垂直方向の画素配置を略半画素ずれ
て配置するタイプ(デルタ配列)があり、緑の画素Gを
中心とした場合、一番近い同色画素の方向は矢印A、矢
印C、矢印Dの3方向となる。このような画像表示素子
の3方向に対して補間ができる3方向回折格子を用いる
と、解像度を余り下げずにざらつきを減らすことができ
る。特に斜め方向の回折光は、水平、垂直の成分に分け
ることができ、画像表示素子のどの方向においてもある
程度のローパスフィルター効果を与えることができ、画
像全体の質感を上げる効果が大きい。3方向回折格子に
は、図11のように、表に2次元の位相部13cからな
る回折格子、裏に1次元の位相部13dからなる回折格
子を形成するタイプや、回折格子(位相部)13eの周
期的構造が3方向に対して存在する図12のような回折
格子、その他にも回折パターンが3方向のものだと、同
様の効果を得ることができる。この効果は、動画や人物
や風景のように質感が重要であるものや、色グラデーシ
ョンのあるものに対して適している。
Further, in the present invention, the phase type diffraction grating may have a shape having three diffraction components. There are various pixel arrangements of the image display element, and among them, there is a type (delta arrangement) in which the pixel arrangement in the vertical direction is shifted by a half pixel as shown in FIG. With the center as the center, the directions of the closest same-color pixels are three directions of arrow A, arrow C, and arrow D. By using a three-way diffraction grating that can interpolate in three directions of such an image display device, it is possible to reduce roughness without significantly lowering the resolution. In particular, the diffracted light in the oblique direction can be divided into horizontal and vertical components, a low pass filter effect can be given to some extent in any direction of the image display element, and the effect of improving the texture of the entire image is great. In the three-way diffraction grating, as shown in FIG. 11, a type in which a diffraction grating having a two-dimensional phase portion 13c on the front side and a one-dimensional phase portion 13d on the back side is formed, or a diffraction grating (phase portion) The same effect can be obtained when the diffraction structure of FIG. 12 in which the periodic structure of 13e exists in three directions and the diffraction pattern in three directions are also used. This effect is suitable for moving images, people, landscapes, and the like in which the texture is important, and those with color gradation.

【0037】なお、本発明において、位相型回折格子3
は、画像表示素子1側に回折作用面が向いていることが
望ましい。位相型回折格子3は、図6〜図9、図11〜
図12のように、位相部13、13a〜13eにより部
分的に位相差をつけた光学素子であり、一般的な位相型
回折格子3は、その一面に凹凸形状をつけることで光の
位相差を発生させるものである。この位相型回折格子3
の凹部分に油や指紋が付着すると、一定の位相差を与え
ていた回折格子が、部分的に異なった位相差を持つこと
になり、回折強度に差が出てくる。また、位相型回折格
子3に付着した汚れは透過率に影響を与え、観察し難い
画像となってしまう。さらに、凹凸部分が欠けたり傷つ
くと、同様の影響を与える。そこで、回折面を画像表示
素子1側に向けると、画像表示装置の鏡枠内に回折面が
配置され、観察者は直接回折格子面に触れる恐れがな
く、回折面の凹凸部分に外部からゴミ、汚れ、指紋や油
の付着が防止され、また、凹凸部分が欠けたり傷つくこ
とがなくなり、均一で良好な映像観察が可能となる。
In the present invention, the phase type diffraction grating 3
It is desirable that the diffractive surface is oriented toward the image display element 1 side. The phase type diffraction grating 3 is shown in FIGS.
As shown in FIG. 12, it is an optical element in which a phase difference is partially provided by the phase portions 13 and 13a to 13e, and a general phase type diffraction grating 3 has a concave and convex shape on one surface thereof to obtain a phase difference of light. Is generated. This phase type diffraction grating 3
If oil or a fingerprint adheres to the concave portion, the diffraction grating that has given a constant phase difference will have a partially different phase difference, resulting in a difference in diffraction intensity. Further, the dirt attached to the phase-type diffraction grating 3 affects the transmittance, resulting in an image that is difficult to observe. Further, if the uneven portion is chipped or damaged, the same effect is exerted. Therefore, when the diffractive surface is directed toward the image display element 1, the diffractive surface is arranged in the lens frame of the image display device, the observer does not have to directly touch the diffraction grating surface, and the uneven portion of the diffractive surface is dusted from the outside. In addition, stains, fingerprints, and oil are prevented from adhering, and the uneven portions are not chipped or scratched, and uniform and good image observation is possible.

【0038】ところで、位相型回折格子3による画素分
離量は、波長と回折角の関係より、赤(R)が一番大き
く、青(B)が一番小さくなる。この画素分離量の違い
は解像度に直接反映され、3色共同じ回折効率とする
と、赤の分離量が一番大きいので解像度が下がることに
なる。これを防ぐためには、回折効率を適切に設定する
ことで波長依存性の少ない画像表示装置を提供すること
が可能となる。
By the way, the amount of pixel separation by the phase type diffraction grating 3 is largest in red (R) and smallest in blue (B) according to the relationship between wavelength and diffraction angle. This difference in the pixel separation amount is directly reflected in the resolution, and if the three colors have the same diffraction efficiency, the red separation amount is the largest, so the resolution is lowered. In order to prevent this, it is possible to provide an image display device having less wavelength dependence by appropriately setting the diffraction efficiency.

【0039】そのためには、位相型回折格子に単色光を
照射して得られた回折光のそれぞれを0次回折光で規格
化した値を回折効率とし、1次回折光の回折効率をE
1、単色光の波長に対応する色が青、緑、赤それぞれの
場合、その記号の後に添えた(B)、(G)、(R)に
て区別する場合、 E1(R)<E1(G)<E1(B) ・・・(12) の関係を満たすことが必要である。この関係を満足する
と、ナイキスト周波数以下の色毎のMTFの差が少なく
なり、波長依存性の少ない画像表示装置が得られる。
For that purpose, the diffraction efficiency of the first-order diffracted light is defined as the diffraction efficiency, which is the value obtained by normalizing each of the diffracted lights obtained by irradiating the phase type diffraction grating with monochromatic light by the 0-th order diffracted light.
1. When the colors corresponding to the wavelengths of monochromatic light are blue, green, and red respectively, when distinguishing by (B), (G), and (R) added after the symbol, E1 (R) <E1 ( It is necessary to satisfy the relationship of G) <E1 (B) ... (12). If this relationship is satisfied, the difference in MTF for each color below the Nyquist frequency is reduced, and an image display device with less wavelength dependence can be obtained.

【0040】また、位相型回折格子3は、回折作用面の
断面形状が略矩形で形成されており、その角部分は丸み
をおびているものとすることができる。位相型回折格子
の回折光強度(回折像)は位相部分の断面形状が大きく
関与している。回折光の強度は、回折格子の断面形状を
位相差に変換し、フーリエ変換することで得られる。断
面形状が矩形、角部が丸みを持つ矩形の回折格子を考え
た場合、高次回折光効率は、矩形より角部が丸みを持つ
矩形の方が小さいことが分かっている。高次回折光効率
が大きい位相回折格子は、観察者が黒地に白い物体を観
察した際に回折方向に高次光が強く発生し、画質を低下
させる原因となる。そこで、矩形の回折格子を製作して
角部を研磨等により丸めることで、高次回折光強度を小
さくし、散乱光の少ない良い画質を得ることができる。
Further, in the phase type diffraction grating 3, the diffractive surface has a substantially rectangular cross section, and its corners may be rounded. The cross-sectional shape of the phase portion is greatly involved in the diffracted light intensity (diffraction image) of the phase type diffraction grating. The intensity of the diffracted light is obtained by converting the cross-sectional shape of the diffraction grating into a phase difference and performing Fourier transform. When considering a rectangular diffraction grating having a rectangular cross section and rounded corners, it is known that the higher-order diffracted light efficiency is smaller in a rectangle having rounded corners than in a rectangle. A phase diffraction grating having a high efficiency of high-order diffracted light causes a high-order light to be strongly generated in the diffraction direction when an observer observes a white object on a black background, which causes deterioration of image quality. Therefore, by manufacturing a rectangular diffraction grating and rounding the corners by polishing or the like, it is possible to reduce the intensity of higher-order diffracted light and obtain good image quality with less scattered light.

【0041】また、位相型回折格子3は、回折作用面の
断面形状が台形で形成されており、その角部分は丸みを
おびているものとすることができる。断面形状の角部を
鈍角に設定し、さらに研磨等により角部に丸みをつける
ことで、製作しやすく、高次回折光強度が小さく、より
良好な画質が得られる位相型回折格子となる。
Further, in the phase type diffraction grating 3, the diffractive surface has a trapezoidal cross section, and its corners may be rounded. By setting the corners of the cross-sectional shape to obtuse angles and then rounding the corners by polishing or the like, the phase diffraction grating can be manufactured easily, the high-order diffracted light intensity is small, and a better image quality can be obtained.

【0042】ところで、後記の実施例に示したように、
具体的に、位相型回折格子のある波長における1次回折
光の回折効率(%)をExy(xは水平方向、yは垂直
方向)とし、画像表示素子の基準色である青、緑、赤が
その記号の後に添えた(B)、(G)、(R)にて区別
する場合、以下の条件式が成り立つものとすることが望
ましい。
By the way, as shown in the examples below,
Specifically, the diffraction efficiency (%) of the first-order diffracted light at a certain wavelength of the phase type diffraction grating is defined as Exy (x is the horizontal direction, y is the vertical direction), and the reference colors of the image display element are blue, green, and red. When the symbols (B), (G), and (R) attached after the symbol are used for discrimination, it is desirable that the following conditional expressions are satisfied.

【0043】 赤:70<E10(R)<300、70<E01(R)<300 緑:100<E10(G)<700、100<E01(G)<700 青:100<E10(B)<800、100<E01(B)<800 ここで、それぞれの波長は、(B)=442nm、
(G)=537nm、(R)=636nmとする。
Red: 70 <E10 (R) <300, 70 <E01 (R) <300 Green: 100 <E10 (G) <700, 100 <E01 (G) <700 Blue: 100 <E10 (B) < 800, 100 <E01 (B) <800 Here, the respective wavelengths are (B) = 442 nm,
(G) = 537 nm and (R) = 636 nm.

【0044】このような特性の位相型回折格子3を用い
る場合、ナイキスト周波数近傍でMTFに遮断周波数を
持つものとなり、画像のざらつきを十分に減らし、なお
かつ、解像感の高い画像が観察可能になる。
When the phase type diffraction grating 3 having such a characteristic is used, the MTF has a cutoff frequency in the vicinity of the Nyquist frequency, the roughness of the image is sufficiently reduced, and an image with a high resolution can be observed. Become.

【0045】また、後記の実施例に示したように、具体
的に、以下の条件式が成り立つものとすることもでき
る。
Further, as shown in the embodiments described later, the following conditional expressions may be concretely established.

【0046】 赤:20<E10(R)<50、20<E01(R)<50 緑:30<E10(G)<60、30<E01(G)<60 青:30<E10(B)<70、30<E01(B)<70 ここで、それぞれの波長は、(B)=442nm、
(G)=537nm、(R)=636nmとする。
Red: 20 <E10 (R) <50, 20 <E01 (R) <50 Green: 30 <E10 (G) <60, 30 <E01 (G) <60 Blue: 30 <E10 (B) < 70, 30 <E01 (B) <70 Here, the respective wavelengths are (B) = 442 nm,
(G) = 537 nm and (R) = 636 nm.

【0047】このような特性の位相型回折格子3を用い
る場合は、ナイキスト周波数近傍でMTFに遮断周波数
を持たないが、同様に、画像のざらつきを十分に減ら
し、なおかつ、解像感の高い画像が観察可能になる。
When the phase type diffraction grating 3 having such characteristics is used, the MTF does not have a cutoff frequency in the vicinity of the Nyquist frequency, but similarly, the roughness of the image is sufficiently reduced and an image with a high resolution is obtained. Can be observed.

【0048】また、本発明の位相型回折格子3は、少な
くとも1つの格子の回折方向が画像表示素子1の表示面
の何れの辺に対しても角度を有することが望ましい。図
10のように、垂直方向の画素配置を略半画素ずれて配
置するデルタ配列において軸の概念を導入すると、図1
0中、ラインAが水平方向の、ラインBが垂直方向の軸
になる。しかし、斜め方向にも同色画素が並んでおり、
X字を描くようなラインC、Dが設定できる。位相型回
折格子3の回折方向を画像表示素子1のラインCに揃え
ることで同色画素間に分離画素を配置でき、滑らかで良
質の画像を得ることが可能となる。また、ラインCとは
ずらした角度に位相型回折格子3の回折方向を設定する
ことで、表示面にある軸を強調せず、表示面に均一に色
画素を散りばめることも可能となる。そして、画像表示
素子1の画素配列、画素サイズ、ブラックマトリックス
サイズにより最適な角度が異なり、採用した画像表示素
子1のに適した角度を選定するのが重要である。
Further, in the phase type diffraction grating 3 of the present invention, it is desirable that the diffraction direction of at least one grating has an angle with respect to any side of the display surface of the image display element 1. As shown in FIG. 10, when the concept of the axis is introduced in the delta array in which the pixel arrangement in the vertical direction is shifted by about half a pixel,
In 0, line A is the horizontal axis and line B is the vertical axis. However, the same color pixels are lined up diagonally,
Lines C and D that draw an X can be set. By aligning the diffraction direction of the phase type diffraction grating 3 with the line C of the image display element 1, separation pixels can be arranged between pixels of the same color, and a smooth and high-quality image can be obtained. Further, by setting the diffraction direction of the phase type diffraction grating 3 at an angle deviated from the line C, it is possible to uniformly disperse the color pixels on the display surface without emphasizing the axis on the display surface. The optimum angle differs depending on the pixel arrangement, pixel size, and black matrix size of the image display element 1, and it is important to select an angle suitable for the adopted image display element 1.

【0049】また、本発明の位相型回折格子3は、少な
くとも2つの格子の回折方向が画像表示素子1の表示面
の何れの辺に対しても角度を有することが望ましい。位
相型回折格子3の回折方向の2つを表示面辺に対して角
度を持たせ、図10のラインC、Dに揃えることで、同
色画素間に分離画素を配置でき、表示面軸を保ったまま
滑らかで良質の画像を得ることが可能となる。また、回
折方向をラインA〜Dとも角度を持たせることで、表示
面軸を隠して画素を一面にちりばめることも可能とな
り、ざらつきを減らした画像が得られる。
In the phase type diffraction grating 3 of the present invention, it is desirable that the diffraction directions of at least two gratings have an angle with respect to any side of the display surface of the image display element 1. By arranging two of the diffraction directions of the phase type diffraction grating 3 with respect to the display surface side and aligning them with the lines C and D in FIG. 10, separation pixels can be arranged between pixels of the same color and the display surface axis can be maintained. It is possible to obtain smooth and high-quality images as they are. In addition, by making the diffraction direction at an angle with the lines A to D, it is possible to hide the display surface axis and scatter the pixels on one surface, and an image with reduced roughness can be obtained.

【0050】なお、ラインA〜Dに角度を持たせる場
合、|θ|≧1°を満たす角度θをずらすことが望まし
い。
When the lines A to D are angled, it is desirable to shift the angle θ satisfying | θ | ≧ 1 °.

【0051】ところで、本発明の画像表示装置において
は、図1に典型的に示すように、位相型回折格子3の射
出面側に、観察光学系2として接眼光学系を配置して構
成する。
By the way, in the image display device of the present invention, as typically shown in FIG. 1, an eyepiece optical system is arranged as the observation optical system 2 on the exit surface side of the phase type diffraction grating 3.

【0052】また、本発明の画像表示装置において、観
察光学系としては、通常の同軸光学系からなる接眼レン
ズだけでなく、偏心自由曲面光学系から構成することも
できる。本発明の画像表示装置は、小さい画像表示素子
を観察光学系で拡大して虚像として表示する装置であ
り、省スペースで大画面を楽しむには、装置や光学系は
小さい方が好ましい。観察光学系には、図13(a)〜
(d)に示すように、様々なタイプのものがあるが、図
13(a)のような共軸光学系では、収差補正をしつつ
虚像サイズを大きくするためには光学面(屈折面)の面
数を増やす必要があり、光学系が大きなものとなり装置
が巨大化してしまう。屈折面及び反射面を偏心させて構
成した偏心自由曲面光学系、特に、図13(b)〜
(d)のような偏心プリズム光学系(例えば、特開平1
1−142783号参照)を用いることでこの問題は解
決できる。なお、図13(a)〜(d)において、符号
4は射出瞳(アイポイント)を示す。このような偏心自
由曲面光学系は、面を偏心させることで光路を折り畳
み、小型な光学系を達成でき、発生した偏心収差は、偏
心自由曲面光学系の少なくとも1つの面形状を回転非対
称な自由曲面にすることで良好に補正できる。このよう
な偏心自由曲面光学系を用いることで、従来では何枚も
必要だった光学素子を少なくすることができ、小型な光
学系を達成することができる。
Further, in the image display apparatus of the present invention, the observation optical system may be not only an eyepiece lens which is a normal coaxial optical system, but also a decentered free-form surface optical system. The image display device of the present invention is a device for displaying a virtual image by enlarging a small image display element with an observation optical system, and it is preferable that the device and the optical system are small in order to enjoy a large screen in a small space. The observation optical system is shown in FIG.
As shown in FIG. 13D, there are various types, but in the coaxial optical system as shown in FIG. 13A, an optical surface (refractive surface) is required to increase the virtual image size while correcting aberrations. It is necessary to increase the number of surfaces, and the optical system becomes large and the device becomes huge. An eccentric free-form surface optical system configured by decentering a refracting surface and a reflecting surface, in particular, FIG.
A decentered prism optical system as shown in FIG.
This problem can be solved by using No. 1-142783). 13A to 13D, reference numeral 4 indicates an exit pupil (eye point). Such a decentered free-form surface optical system can achieve a compact optical system by folding the optical path by decentering the surface, and the generated decentering aberration causes at least one surface shape of the decentered free-form surface optical system to be rotationally asymmetrical. Good correction can be achieved by using a curved surface. By using such a decentered free-form surface optical system, it is possible to reduce the number of optical elements that were required in the past and to achieve a compact optical system.

【0053】本発明の画像表示装置において、位相型回
折格子3と画像表示素子1と観察光学系2は一体化され
た支持部材により固定し、観察者頭部に支持可能とする
ことで、観察者は自由な観察姿勢や観察方向で画像を観
察することが可能となる。
In the image display apparatus of the present invention, the phase type diffraction grating 3, the image display element 1 and the observation optical system 2 are fixed by an integrated supporting member so that they can be supported on the observer's head, thereby observing. The person can observe the image in any observation posture and observation direction.

【0054】なお、以上の構成において、観察光学系に
代えて結像光学系を配置し、画像表示素子に代えて撮像
素子を配置することにより撮像装置として用いこともで
きる。その場合に、結像光学系として偏心自由曲面光学
系を用いることができる。
In the above structure, the imaging optical system may be arranged in place of the observation optical system, and the image pickup device may be arranged in place of the image display device to be used as an image pickup apparatus. In that case, a decentered free-form surface optical system can be used as the imaging optical system.

【0055】[0055]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の画像表示装置の
いくつかの実施例について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Several embodiments of the image display device of the present invention will be described below.

【0056】観察者の瞳孔径は、図5に示すように、観
察する物体の輝度によって変化する。本発明の画像表示
装置の場合、その輝度は画像表示素子の輝度と光学系の
総合効率によって決まるが、概略1〜500cd/m2
と考えられるため、瞳孔径は約2mmから5mmが予想
される。位相型回折格子での光束径は、表示素子から位
相型回折格子までの距離が長い場合、観察者の瞳孔径の
大きさと略同等の大きさの光束となる。例えば、回折格
子のピッチが1.5mm、瞳孔径が2mmの状態で中心
を観察している場合の位相格子上での光束を図6(a)
に示す。瞳孔に入る光束には1本の格子パターンが存在
するが、観察者が眼球を回転運動させて画面の隅を観察
した場合には、1〜2本の格子パターンになるため観察
画像の画質が見ている場所によって変化してしまう。
As shown in FIG. 5, the observer's pupil diameter changes depending on the brightness of the object to be observed. In the case of the image display device of the present invention, its brightness is determined by the brightness of the image display element and the total efficiency of the optical system, but it is approximately 1 to 500 cd / m 2.
Therefore, the pupil diameter is expected to be about 2 mm to 5 mm. When the distance from the display element to the phase type diffraction grating is long, the beam diameter of the phase type diffraction grating is approximately the same as the size of the observer's pupil diameter. For example, FIG. 6A shows the light flux on the phase grating when the center is observed with the pitch of the diffraction grating being 1.5 mm and the pupil diameter being 2 mm.
Shown in. The luminous flux entering the pupil has one lattice pattern, but when the observer observes the corner of the screen by rotating the eyeball, the image quality of the observed image will be 1 to 2 lattice patterns. It changes depending on where you are looking.

【0057】これに対して、図6(b)に回折格子のピ
ッチが0.25mm、瞳孔径が2mmの状態で中心を観
察している場合を示す。光束径Wには8本の格子パター
ンが存在し、観察者が画面周辺を観察するため眼球を回
転運動させた場合には、8〜9本の格子パターンとな
る。この格子数の変化は回折効果に影響のない変化のた
め、観察者は画面周辺まで良好な観察画質を得ることが
できる。
On the other hand, FIG. 6B shows a case where the center is observed with the diffraction grating pitch being 0.25 mm and the pupil diameter being 2 mm. The light flux diameter W has eight grid patterns, and when the observer rotates the eyeball to observe the periphery of the screen, the grid pattern has eight to nine grid patterns. Since the change in the number of gratings does not affect the diffraction effect, the observer can obtain a good observation image quality up to the periphery of the screen.

【0058】図14に、本発明による画像表示装置の構
成例を示す。図14において、光源である照明手段(バ
ックライト)5から発した照明光は、透過型LCDから
なる画像表示素子1によって変調され、位相型回折格子
3からなる光学ローパスフィルターを介して観察光学系
2に入射し、観察者眼球Eに導かれる。
FIG. 14 shows a structural example of the image display device according to the present invention. In FIG. 14, the illumination light emitted from the illumination means (backlight) 5 which is a light source is modulated by the image display element 1 made of a transmissive LCD, and passes through an optical low-pass filter made of a phase type diffraction grating 3 to provide an observation optical system. It is incident on 2 and is guided to the observer's eye E.

【0059】位相型回折格子3は、図15(a)に平面
図、同図(b)に断面図を示すように、基材14の上に
位相部である凸部13を規則的に配置してなる位相回折
格子である(実施例1、3)。基材14は光軸10に対
して略垂直に配置されている。位相部13の凸部の形状
は前面から見ると、図15(a)に示すように円形であ
り、断面形状は略矩形を有している。前面から見る位相
部13の形状は円形に限らず、四角形、四角形の角部を
円形にしたもの、楕円形であってもよい。また、断面形
状は矩形に限らず、正弦波形状、台形形状、三角波形状
であってもよい。なお、画像表示素子1の表示面から位
相型回折格子3の格子面までの空気換算長をLとする。
In the phase type diffraction grating 3, as shown in a plan view of FIG. 15 (a) and a sectional view of FIG. 15 (b), convex portions 13 which are phase portions are regularly arranged on a base material 14. It is a phase diffraction grating made of (Examples 1 and 3). The base material 14 is arranged substantially perpendicular to the optical axis 10. When viewed from the front, the shape of the convex portion of the phase portion 13 is circular as shown in FIG. 15A, and the cross-sectional shape is substantially rectangular. The shape of the phase portion 13 viewed from the front is not limited to a circle, but may be a quadrangle, a quadrangular corner of which is circular, or an ellipse. Further, the sectional shape is not limited to the rectangular shape, and may be a sine wave shape, a trapezoidal shape, or a triangular wave shape. The air-equivalent length from the display surface of the image display element 1 to the grating surface of the phase type diffraction grating 3 is L.

【0060】位相型回折格子3からなる光学ローパスフ
ィルターのいくつかの実施例を以下に示す。
Some examples of the optical low-pass filter including the phase type diffraction grating 3 will be shown below.

【0061】まず、実施例1〜6の光学ローパスフィル
ターの位相型回折格子3の数値データを次の表1に示
す。
First, numerical data of the phase type diffraction grating 3 of the optical low-pass filters of Examples 1 to 6 are shown in Table 1 below.

【0062】 [0062]

【0063】ここで、実施例1の観察光学系2の焦点距
離fは20.0mm、実施例2の観察光学系2の焦点距
離fは16.0mm、実施例3の観察光学系2の焦点距
離fは32.0mm、実施例4の観察光学系2の焦点距
離fは26.0mm、実施例5の観察光学系2の焦点距
離fは18.5mm、実施例6の観察光学系2の焦点距
離fは22.6mm、であり、位相型回折格子3のd線
に対する屈折率nd =1.5254であり、実施例2の
位相型回折格子3の厚さは1.4mm、実施例4の位相
型回折格子3の厚さは2.0mmである。
Here, the focal length f of the observation optical system 2 of Example 1 is 20.0 mm, the focal length f of the observation optical system 2 of Example 2 is 16.0 mm, and the focal point of the observation optical system 2 of Example 3 is The distance f is 32.0 mm, the focal length f of the observation optical system 2 of Example 4 is 26.0 mm, the focal length f of the observation optical system 2 of Example 5 is 18.5 mm, and the focal length f of the observation optical system 2 of Example 6 is The focal length f is 22.6 mm, the refractive index n d = 1.5254 for the d-line of the phase type diffraction grating 3, and the thickness of the phase type diffraction grating 3 of Example 2 is 1.4 mm. The thickness of the phase type diffraction grating 3 of No. 4 is 2.0 mm.

【0064】ここで、実施例1〜4の位相型回折格子3
は2次元の位相格子てあるが、実施例1、3は、図15
に示すように、1面に2次元回折格子を形成したタイ
プ、実施例2、4は、図8に示すように、フィルターの
表面と裏面に1次元回折格子を形成してなるタイプであ
る。また、実施例5はX方向(水平方向)にのみ回折成
分を有する1次元回折格子からなるもの、実施例6はY
方向(垂直方向)にのみ回折成分を有する1次元回折格
子からなるものである。
Here, the phase type diffraction grating 3 of Examples 1 to 4
Is a two-dimensional phase grating, and the first and third embodiments are shown in FIG.
As shown in FIG. 8, the two-dimensional diffraction grating is formed on one surface, and Examples 2 and 4 are types in which the one-dimensional diffraction grating is formed on the front surface and the back surface of the filter as shown in FIG. Further, Example 5 is a one-dimensional diffraction grating having a diffraction component only in the X direction (horizontal direction), and Example 6 is Y.
The one-dimensional diffraction grating has a diffraction component only in the direction (vertical direction).

【0065】なお、実施例3は、X方向に回折成分を有
する1次元回折格子が垂直方向から20°時計回りに回
転して構成されており、そのため、その回折方向は水平
から20°時計回りに回転している。実施例1、2、4
は直交する2次元回折格子を用いている。ただし、1次
元回折格子、2次元回折格子に係わらず、格子の方向を
光軸10を中心にして回転することはもちろん可能であ
る。
In the third embodiment, the one-dimensional diffraction grating having a diffraction component in the X direction is rotated by 20 ° clockwise from the vertical direction. Therefore, the diffraction direction is rotated by 20 ° clockwise from the horizontal direction. Is rotating. Examples 1, 2, 4
Uses orthogonal two-dimensional diffraction gratings. However, it is possible to rotate the direction of the grating about the optical axis 10 regardless of the one-dimensional diffraction grating and the two-dimensional diffraction grating.

【0066】したがって、実施例1〜6の条件式(1
0)、(11)に関するL、W/P、0.2/m2 の値
は、次の表2のようになる。ただし、L、W/PはX方
向とY方向の値LX 、LY 、W/PX 、W/PY として
示してある。なお、距離に関する値はmmで表してあ
る。
Therefore, the conditional expression (1
The values of L, W / P and 0.2 / m 2 for 0) and (11) are as shown in Table 2 below. However, L and W / P are shown as values L X , L Y , W / P X , and W / P Y in the X and Y directions. The values relating to the distance are expressed in mm.

【0067】 [0067]

【0068】次に、上記実施例1〜6の0次光で規格化
した1次光、2次光相対強度を次の表3〜表8に示す。
Next, Tables 3 to 8 show the relative intensities of the primary light and the secondary light standardized by the 0th light of Examples 1 to 6 above.

【0069】 [0069]

【0070】 [0070]

【0071】 [0071]

【0072】 [0072]

【0073】 [0073]

【0074】 [0074]

【0075】これらの実施例1〜6のMTF曲線をそれ
ぞれ図16〜図17、図18〜図19、図20〜図2
1、図22〜図23、図24、図25に示す。図16、
図18、図20、図22、図24はX方向(水平方向)
のMTF曲線で、(a)はR(633nm)、(b)は
G(543nm)、(c)はB(422nm)のMTF
曲線である。また、図17、図19、図21、図23、
図25はY方向(垂直方向)のMTF曲線で、(a)は
R(633nm)、(b)はG(543nm)、(c)
はB(422nm)のMTF曲線である。なお、各図の
横軸は本/mmである。
The MTF curves of Examples 1 to 6 are shown in FIGS. 16 to 17, 18 to 19, and 20 to 2, respectively.
1, FIG. 22 to FIG. 23, FIG. 24, and FIG. 16,
18, 20, 22, and 24 are in the X direction (horizontal direction).
MTF curves of (a) are R (633 nm), (b) are G (543 nm), and (c) are B (422 nm).
It is a curve. In addition, FIG. 17, FIG. 19, FIG. 21, FIG.
FIG. 25 is an MTF curve in the Y direction (vertical direction), where (a) is R (633 nm), (b) is G (543 nm), and (c).
Is an MTF curve of B (422 nm). In addition, the horizontal axis of each figure is a book / mm.

【0076】以上の説明から明らかなように、本発明の
画像表示装置は例えば次のように構成することができ
る。
As is clear from the above description, the image display device of the present invention can be configured as follows, for example.

【0077】〔1〕 ある一定の開口を持った画素が多
数2次元に規則的に配列された画像表示素子と、位相型
回折格子と、観察光学系とを備えた画像表示装置におい
て、前記画像表示素子の表示面から前記位相型回折格子
までの距離(空気換算長)をLとし、前記観察光学系の
焦点距離をf、拡大率をmとした場合に、 f>L≧0.2/m2 〔m〕 ・・・(10) の関係を満たすことを特徴とする画像表示装置。
[1] In an image display device provided with an image display element in which a large number of pixels having a certain aperture are regularly arranged in two dimensions, a phase type diffraction grating, and an observation optical system, When the distance from the display surface of the display element to the phase type diffraction grating (air conversion length) is L, the focal length of the observation optical system is f, and the magnification is m, f> L ≧ 0.2 / An image display device characterized by satisfying the relationship of m 2 [m] (10).

【0078】〔2〕 ある一定の開口を持った画素が多
数2次元に規則的に配列された画像表示素子と、位相型
回折格子と、観察光学系とを備えた画像表示装置におい
て、前記画像表示素子の中心から射出し、前記観察光学
系に入射する光束の前記位相型回折格子上での光束径W
に対して、前記位相型回折格子の格子ピッチPが、 2≦W/P≦50 ・・・(11) の条件を満たすことを特徴とする画像表示装置。
[2] In the image display device including an image display element in which a large number of pixels having a certain aperture are regularly arranged in a two-dimensional manner, a phase type diffraction grating, and an observation optical system, Light beam diameter W on the phase type diffraction grating of the light beam emitted from the center of the display element and entering the observation optical system.
On the other hand, the image display device characterized in that the grating pitch P of the phase type diffraction grating satisfies the condition of 2 ≦ W / P ≦ 50 (11).

【0079】〔3〕 ある一定の開口を持った画素が多
数2次元に規則的に配列された画像表示素子と、位相型
回折格子と、観察光学系とを備えた画像表示装置におい
て、前記画像表示素子の表示面から前記位相型回折格子
までの距離(空気換算長)をLとし、前記観察光学系の
焦点距離をf、拡大率をmとした場合に、 f>L≧0.2/m2 〔m〕 ・・・(10) の関係を満たし、かつ、前記画像表示素子の中心から射
出し、前記観察光学系に入射する光束の前記位相型回折
格子上での光束径Wに対して、前記位相型回折格子の格
子ピッチPが、 2≦W/P≦50 ・・・(11) の条件を満たすことを特徴とする画像表示装置。
[3] In the image display device including an image display element in which a large number of pixels having a certain aperture are regularly arranged in two dimensions, a phase type diffraction grating, and an observation optical system, When the distance from the display surface of the display element to the phase type diffraction grating (air conversion length) is L, the focal length of the observation optical system is f, and the magnification is m, f> L ≧ 0.2 / m 2 [m] (10) is satisfied, and with respect to the light beam diameter W on the phase-type diffraction grating of the light beam that emerges from the center of the image display element and enters the observation optical system. And the grating pitch P of the phase type diffraction grating satisfies the condition of 2 ≦ W / P ≦ 50 (11).

【0080】〔4〕 前記光束径W中に前記位相型回折
格子の位相部が少なくとも2個以上含まれていることを
特徴とする上記2又は3記載の画像表示装置。
[4] The image display device according to the above 2 or 3, wherein at least two phase portions of the phase type diffraction grating are included in the light flux diameter W.

【0081】〔5〕 前記位相型回折格子は、2つの回
折成分を持つ形状であることを特徴とする上記1から4
の何れか1項記載の画像表示装置。
[5] The phase type diffraction grating has a shape having two diffractive components.
The image display device according to claim 1.

【0082】〔6〕 前記位相型回折格子は、1つの面
に2つの回折成分を持つ形状であることを特徴とする上
記5記載の画像表示装置。
[6] The image display device according to the above item 5, wherein the phase type diffraction grating has a shape having two diffraction components on one surface.

【0083】〔7〕 前記位相型回折格子は、表裏にそ
れぞれ1方向の回折成分を持つ形状であることを特徴と
する上記5記載の画像表示装置。
[7] The image display device as described in the above item 5, wherein the phase type diffraction grating has a shape having diffraction components in one direction on the front and back sides, respectively.

【0084】〔8〕 前記位相型回折格子は、1つの面
に1方向の周期的な回折格子が形成されているものを2
面用いて2つの方向に回折像を形成するものであること
を特徴とする上記5記載の画像表示装置。
[8] As the phase type diffraction grating, one having a periodic diffraction grating in one direction formed on one surface is used.
The image display device according to the above item 5, wherein a diffraction image is formed in two directions by using a surface.

【0085】[0085]

〔9〕 前記位相型回折格子は、1つの回
折成分を持つ形状であることを特徴とする上記1から4
の何れか1項記載の画像表示装置。
[9] The above-mentioned 1 to 4 characterized in that the phase type diffraction grating has a shape having one diffraction component.
The image display device according to claim 1.

【0086】〔10〕 前記位相型回折格子は、3つの
回折成分を持つ形状であることを特徴とする上記1から
4の何れか1項記載の画像表示装置。
[10] The image display device according to any one of items 1 to 4, wherein the phase type diffraction grating has a shape having three diffraction components.

【0087】〔11〕 前記位相型回折格子は、前記画
像表示素子側に回折作用面が向いていることを特徴とす
る上記1から10の何れか1項記載の画像表示装置。
[11] The image display device described in any one of the above items 1 to 10, wherein the phase type diffraction grating has a diffractive surface facing the image display element side.

【0088】〔12〕 前記位相型回折格子は、単色光
を照射して得られた回折光のそれぞれを0次回折光で規
格化した値を回折効率とし、1次回折光の回折効率をE
1、単色光の波長に対応する色が青、緑、赤それぞれの
場合、その記号の後に添えた(B)、(G)、(R)に
て区別する場合、以下の条件が成り立つことを特徴とす
る上記1から11の何れか1項記載の画像表示装置。
[12] In the phase-type diffraction grating, the diffraction efficiency of the first-order diffracted light is defined as a value obtained by normalizing each of the diffracted lights obtained by irradiating monochromatic light with the 0-th order diffracted light.
1. When the colors corresponding to the wavelengths of monochromatic light are blue, green, and red respectively, the following conditions must be satisfied when distinguishing by the symbols (B), (G), and (R) added after the symbol. 12. The image display device according to any one of 1 to 11 above.

【0089】 E1(R)<E1(G)<E1(B) ・・・(12) 〔13〕 前記位相型回折格子は、回折作用面の断面形
状が矩形で形成されており、その角部分が丸みをおびて
いることを特徴とする上記1から12の何れか1項記載
の画像表示装置。
E1 (R) <E1 (G) <E1 (B) (12) [13] In the phase type diffraction grating, the diffractive surface has a rectangular cross-section, and its corners are formed. 13. The image display device according to any one of 1 to 12 above, wherein the image display device is rounded.

【0090】〔14〕 前記位相型回折格子は、回折作
用面の断面形状が台形で形成されており、その角部分は
丸みをおびていることを特徴とする上記1から12の何
れか1項記載の画像表示装置。
[14] In the phase type diffraction grating, the diffraction action surface is formed in a trapezoidal cross-sectional shape, and the corner portions thereof are rounded, and the phase diffraction grating is rounded. Image display device.

【0091】〔15〕 前記位相型回折格子のある波長
における1次回折光の回折効率(%)をExy(xは水
平方向、yは垂直方向)とし、前記画像表示素子の基準
色である青、緑、赤がその記号の後に添えた(B)、
(G)、(R)にて区別する場合、以下の条件式が成り
立つことを特徴とする上記1から14の何れか1項記載
の画像表示装置。
[15] Let the diffraction efficiency (%) of the first-order diffracted light at a certain wavelength of the phase type diffraction grating be Exy (x is the horizontal direction, y is the vertical direction), and the reference color of the image display element is blue. Green and red are added after the symbol (B),
15. The image display device according to any one of 1 to 14 above, wherein the following conditional expressions are satisfied when distinguishing between (G) and (R).

【0092】 赤:70<E10(R)<300、70<E01(R)<300 緑:100<E10(G)<700、100<E01(G)<700 青:100<E10(B)<800、100<E01(B)<800 ここで、それぞれの波長は、(B)=442nm、
(G)=537nm、(R)=636nmとする。
Red: 70 <E10 (R) <300, 70 <E01 (R) <300 Green: 100 <E10 (G) <700, 100 <E01 (G) <700 Blue: 100 <E10 (B) < 800, 100 <E01 (B) <800 Here, the respective wavelengths are (B) = 442 nm,
(G) = 537 nm and (R) = 636 nm.

【0093】〔16〕 前記位相型回折格子のある波長
における1次回折光の回折効率(%)をExy(xは水
平方向、yは垂直方向)とし、前記画像表示素子の基準
色である青、緑、赤がその記号の後に添えた(B)、
(G)、(R)にて区別する場合、以下の条件式が成り
立つことを特徴とする上記1から14の何れか1項記載
の画像表示装置。
[16] Let the diffraction efficiency (%) of the first-order diffracted light at a certain wavelength of the phase type diffraction grating be Exy (x is the horizontal direction, y is the vertical direction), and the reference color of the image display element is blue, Green and red are added after the symbol (B),
15. The image display device according to any one of 1 to 14 above, wherein the following conditional expressions are satisfied when distinguishing between (G) and (R).

【0094】 赤:20<E10(R)<50、20<E01(R)<50 緑:30<E10(G)<60、30<E01(G)<60 青:30<E10(B)<70、30<E01(B)<70 ここで、それぞれの波長は、(B)=442nm、
(G)=537nm、(R)=636nmとする。
Red: 20 <E10 (R) <50, 20 <E01 (R) <50 Green: 30 <E10 (G) <60, 30 <E01 (G) <60 Blue: 30 <E10 (B) < 70, 30 <E01 (B) <70 Here, the respective wavelengths are (B) = 442 nm,
(G) = 537 nm and (R) = 636 nm.

【0095】〔17〕 前記位相型回折格子は、少なく
とも1つの格子の回折方向が前記画像表示素子の表示面
の何れの辺に対しても角度を有することを特徴とする上
記1から16の何れか1項記載の画像表示装置。
[17] In the phase type diffraction grating, the diffraction direction of at least one grating has an angle with respect to any side of the display surface of the image display element. The image display device according to item 1.

【0096】〔18〕 前記位相型回折格子は、少なく
とも2つの格子の回折方向が前記画像表示素子の表示面
の何れの辺に対しても角度を有することを特徴とする上
記1から16の何れか1項記載の画像表示装置。
[18] In the phase type diffraction grating, the diffraction directions of at least two gratings have an angle with respect to any side of the display surface of the image display element. The image display device according to item 1.

【0097】〔19〕 前記の何れの辺に対しても、|
θ|≧1°を満たす角度θを有することを特徴とする上
記17又は18記載の画像表示装置。
[19] For any of the above sides,
The image display device according to the above 17 or 18, wherein the image display device has an angle θ that satisfies θ | ≧ 1 °.

【0098】〔20〕 前記位相型回折格子の射出面側
に、前記観察光学系を配置したことを特徴とする上記1
から19の何れか1項記載の画像表示装置。
[20] The observation optical system is arranged on the exit surface side of the phase type diffraction grating.
20. The image display device according to claim 1.

【0099】〔21〕 前記観察光学系は、偏心自由曲
面光学系からなることを特徴とする上記1から20の何
れか1項記載の画像表示装置。
[21] The image display device according to any one of the above items 1 to 20, wherein the observation optical system is a decentered free-form surface optical system.

【0100】〔22〕 前記位相型回折格子と前記画像
表示素子と前記観察光学系は一体化された支持部材によ
り固定されていることを特徴とする上記1から21の何
れか1項記載の画像表示装置。
[22] The image according to any one of the above items 1 to 21, wherein the phase type diffraction grating, the image display element and the observation optical system are fixed by an integrated support member. Display device.

【0101】〔23〕 上記1から22の何れか1項に
おいて、前記観察光学系に代えて結像光学系を配置し、
前記画像表示素子に代えて撮像素子を配置することによ
り撮像装置としたことを特徴とする撮像装置。
[23] In any one of the above items 1 to 22, an imaging optical system is arranged in place of the observation optical system,
An image pickup apparatus comprising an image pickup element by disposing an image pickup element instead of the image display element.

【0102】〔24〕 前記結像光学系は、偏心自由曲
面光学系からなることを特徴とする上記23記載の撮像
装置。
[24] The image pickup apparatus as described in the above item 23, wherein the image forming optical system is a decentered free-form surface optical system.

【0103】[0103]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、画像のざらつきを十分に減らし、なおかつ、
解像感の高い画像を与える画像表示装置を提供すること
ができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the roughness of an image is sufficiently reduced, and
It is possible to provide an image display device that gives an image with high resolution.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の画像表示装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an image display device of the present invention.

【図2】人間の年齢によって変化する近点距離と遠点距
離を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a near point distance and a far point distance that change depending on the age of a person.

【図3】観察光学系の拡大率を説明するための図であ
る。
FIG. 3 is a diagram for explaining a magnification of an observation optical system.

【図4】観察光学系の画像表示素子側の焦点深度を説明
するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the depth of focus on the image display element side of the observation optical system.

【図5】物体の輝度によって変化する観察者の瞳孔径を
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a pupil diameter of an observer which changes depending on the brightness of an object.

【図6】瞳孔径を通る光束径中に含まれる位相型回折格
子の凹凸の組み合わせを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a combination of irregularities of a phase type diffraction grating included in a light beam diameter passing through a pupil diameter.

【図7】1つの面に2つの回折成分を持つ形状の位相型
回折格子の斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view of a phase type diffraction grating having a shape having two diffraction components on one surface.

【図8】表裏にそれぞれ1方向の回折成分を持つ形状の
位相型回折格子の斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view of a phase type diffraction grating having a shape in which front and back sides each have a diffraction component in one direction.

【図9】1方向回折格子を2枚組み合わせてなる位相型
回折格子の斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view of a phase type diffraction grating formed by combining two one-direction diffraction gratings.

【図10】画素のデルタ配列を示す平面図である。FIG. 10 is a plan view showing a delta arrangement of pixels.

【図11】表に2次元の位相部からなる回折格子、裏に
1次元の位相部からなる回折格子を設けた3方向回折格
子の斜視図である。
FIG. 11 is a perspective view of a three-direction diffraction grating in which a front side is provided with a diffraction grating including a two-dimensional phase portion and a back side is provided with a diffraction grating including a one-dimensional phase portion.

【図12】回折格子(位相部)の周期的構造が3方向に
対して存在する3方向回折格子の平面図である。
FIG. 12 is a plan view of a three-way diffraction grating in which a periodic structure of the diffraction grating (phase portion) exists in three directions.

【図13】観察光学系の様々なタイプを示す断面図であ
る。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing various types of observation optical systems.

【図14】本発明による画像表示装置の構成例を示す図
である。
FIG. 14 is a diagram showing a configuration example of an image display device according to the present invention.

【図15】図14中の位相型回折格子の平面図と断面図
である。
15 is a plan view and a cross-sectional view of the phase type diffraction grating in FIG.

【図16】実施例1のX方向(水平方向)のMTF曲線
である。
16 is an MTF curve in the X direction (horizontal direction) of Example 1. FIG.

【図17】実施例1のY方向(垂直方向)のMTF曲線
である。
17 is an MTF curve in the Y direction (vertical direction) of Example 1. FIG.

【図18】実施例2のX方向(水平方向)のMTF曲線
である。
18 is an MTF curve in the X direction (horizontal direction) of Example 2. FIG.

【図19】実施例2のY方向(垂直方向)のMTF曲線
である。
19 is an MTF curve in the Y direction (vertical direction) of Example 2. FIG.

【図20】実施例3のX方向(水平方向)のMTF曲線
である。
20 is an MTF curve in the X direction (horizontal direction) of Example 3. FIG.

【図21】実施例3のY方向(垂直方向)のMTF曲線
である。
FIG. 21 is a Y-direction (vertical direction) MTF curve of Example 3;

【図22】実施例4のX方向(水平方向)のMTF曲線
である。
FIG. 22 is an MTF curve in the X direction (horizontal direction) of Example 4;

【図23】実施例4のY方向(垂直方向)のMTF曲線
である。
23 is an MTF curve in the Y direction (vertical direction) of Example 4. FIG.

【図24】実施例5のX方向(水平方向)のMTF曲線
である。
FIG. 24 is an MTF curve in the X direction (horizontal direction) of Example 5;

【図25】実施例6のY方向(垂直方向)のMTF曲線
である。
FIG. 25 is an MTF curve in the Y direction (vertical direction) of Example 6.

【図26】従来の液晶表示素子と観察者の間に水晶を数
枚重ねて設置した構成の画像表示装置の構成を示す図で
ある。
FIG. 26 is a diagram showing a configuration of an image display device having a configuration in which several crystals are stacked between a conventional liquid crystal display element and an observer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

E…観察者眼球 1…画像表示素子 2…観察光学系 3…位相型回折格子 31 、32 …1方向回折格子 4…射出瞳(アイポイント) 5…照明手段(バックライト) 10…光軸 13、13a、13b、13c、13d…位相部(凸
部) 13e…回折格子(位相部) 14…基材
E ... Observer eye 1 ... Image display element 2 ... Observation optical system 3 ... Phase type diffraction grating 3 1 , 3 2 ... One-way diffraction grating 4 ... Exit pupil (eyepoint) 5 ... Illumination means (backlight) 10 ... Light Shafts 13, 13a, 13b, 13c, 13d ... Phase portion (convex portion) 13e ... Diffraction grating (phase portion) 14 ... Base material

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H049 AA03 AA13 AA50 AA51 AA60 AA65 AA66 5C058 AA06 BA25 DA15 EA14    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 2H049 AA03 AA13 AA50 AA51 AA60                       AA65 AA66                 5C058 AA06 BA25 DA15 EA14

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ある一定の開口を持った画素が多数2次
元に規則的に配列された画像表示素子と、位相型回折格
子と、観察光学系とを備えた画像表示装置において、 前記画像表示素子の表示面から前記位相型回折格子まで
の距離(空気換算長)をLとし、前記観察光学系の焦点
距離をf、拡大率をmとした場合に、 f>L≧0.2/m2 〔m〕 ・・・(10) の関係を満たすことを特徴とする画像表示装置。
1. An image display device comprising an image display element in which a large number of pixels having a certain opening are regularly arranged in a two-dimensional manner, a phase type diffraction grating, and an observation optical system, When the distance from the display surface of the element to the phase type diffraction grating (air conversion length) is L, the focal length of the observation optical system is f, and the magnification is m, f> L ≧ 0.2 / m 2 [m] An image display device characterized by satisfying the relationship of (10).
【請求項2】 ある一定の開口を持った画素が多数2次
元に規則的に配列された画像表示素子と、位相型回折格
子と、観察光学系とを備えた画像表示装置において、 前記画像表示素子の中心から射出し、前記観察光学系に
入射する光束の前記位相型回折格子上での光束径Wに対
して、前記位相型回折格子の格子ピッチPが、 2≦W/P≦50 ・・・(11) の条件を満たすことを特徴とする画像表示装置。
2. An image display device comprising an image display device in which a large number of pixels having a certain aperture are regularly arranged in a two-dimensional manner, a phase type diffraction grating, and an observation optical system. The grating pitch P of the phase type diffraction grating is 2 ≦ W / P ≦ 50 with respect to the beam diameter W of the light beam emitted from the center of the element and entering the observation optical system on the phase type diffraction grating. .. An image display device characterized by satisfying the condition (11).
【請求項3】 ある一定の開口を持った画素が多数2次
元に規則的に配列された画像表示素子と、位相型回折格
子と、観察光学系とを備えた画像表示装置において、 前記画像表示素子の表示面から前記位相型回折格子まで
の距離(空気換算長)をLとし、前記観察光学系の焦点
距離をf、拡大率をmとした場合に、 f>L≧0.2/m2 〔m〕 ・・・(10) の関係を満たし、かつ、前記画像表示素子の中心から射
出し、前記観察光学系に入射する光束の前記位相型回折
格子上での光束径Wに対して、前記位相型回折格子の格
子ピッチPが、 2≦W/P≦50 ・・・(11) の条件を満たすことを特徴とする画像表示装置。
3. An image display device comprising an image display device in which a large number of pixels having a certain aperture are regularly arranged in a two-dimensional manner, a phase type diffraction grating, and an observation optical system, When the distance from the display surface of the element to the phase type diffraction grating (air conversion length) is L, the focal length of the observation optical system is f, and the magnification is m, f> L ≧ 0.2 / m 2 [m] ... (10) is satisfied, and with respect to the light beam diameter W on the phase type diffraction grating of the light beam that emerges from the center of the image display element and enters the observation optical system. An image display device characterized in that the grating pitch P of the phase type diffraction grating satisfies the condition of 2 ≦ W / P ≦ 50 (11).
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