JP2014222302A

JP2014222302A - 表示装置

Info

Publication number: JP2014222302A
Application number: JP2013101932A
Authority: JP
Inventors: 文香山田; Fumika Yamada; 米窪　政敏; Masatoshi Yonekubo; 政敏米窪; 横山　修; Osamu Yokoyama; 修横山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2014-11-27
Anticipated expiration: 2033-05-14
Also published as: US20190041650A1; CN104155760A; US20140340749A1; JP6225474B2; CN109188689B; US10884244B2; CN104155760B; CN109188689A

Abstract

【課題】画像に重なるように見えてしまう外光ノイズの発生を抑制することのできる表示装置を提供すること。【解決手段】表示装置１００では、画像形成装置１１から出射された画像光Ｌ０は、第２回折光学素子１７によって回折した後、導光部材２０の画像光入射部２１に入射し、導光部材２０内を進行した後、画像光出射部２３から出射される。そして、画像光出射部２３から出射された画像光Ｌ０は、第１回折光学素子１８によって回折し、観察者の眼Ｇに届く。導光部材２０において余計な外光Ｌ２が入射する位置には、偏光部材１９ａ等からなる外光ノイズ低減素子１９が設けられている。このため、余計な外光Ｌ２が導光部材２０に入射しても、余計な外光Ｌ２が観察者の眼Ｇに届くのを抑制することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、画像光が導光部材内を導光して出射される表示装置に関するものである。

画像光が導光部材内を導光して出射される表示装置としては、例えば、頭部装着型の表示装置を挙げることができる。頭部装着型の表示装置は、画像形成装置と、画像形成装置から出射された画像光が入射する画像光入射部、および画像光入射部から入射した画像光を出射する画像光出射部を備えた透光性の導光部材とを備えている。このため、画像光出射部から出射された画像光により、画像形成装置で形成された画像を見ることができるとともに、導光部材の向こう側の様子を見ることもできる。

頭部装着型の表示装置に関しては、画像光の進行方向を変える光学素子として、画像形成装置から出射された画像光を回折して画像光入射部に入射させる入射側の回折光学素子と、画像光出射部から出射された画像光を観察者の眼に向けて回折させる出射側の第２回折光学素子とを用いた構成が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００７−２１９１０６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成のように、回折光学素子によって画像光を観察者の眼に向けて回折させる構成では、導光部材に入射した余計な外光の一部も回折光学素子によって観察者の眼に向けて回折してしまい、外光ノイズが発生してしまうという問題点がある。かかる外光ノイズが発生すると、外光ノイズが画像に重なるように見えてしまい、好ましくない。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、画像に重なるように見えてしまう外光ノイズの発生を抑制することのできる表示装置を提供することにある。

本発明の一態様は、画像光を出射する画像形成装置と、画像光入射部、外光入射部および光出射部を備えた導光部材と、前記光出射部に設けられた第１回折光学素子と、前記外光入射部に設けられた偏光部材と、を有することを特徴とする。

本発明の一態様では、画像形成装置から出射された画像光は、導光部材の画像光入射部に入射した後、導光部材内を進行し、画像光出射部から出射される。そして、画像光出射部から出射された画像光は、第１回折光学素子によって回折し、観察者の眼に届く。また、導光部材の外光入部には偏光部材が設けられているため、余計な外光が導光部材に入射しようとしても、余計な外光が観察者の眼に届くのを抑制することができる。それ故、画像に外光ノイズが重なるように見えることを抑制することができる。

本発明の一態様において、前記偏光部材は、前記第１回折光学素子の偏光特性において回折効率が高い第１偏光を遮断し、回折効率が低い第２偏光を透過させることが好ましい。かかる構成によれば、余計な外光が導光部材に入射しようとしても、余計な外光が観察者の眼に届くのを効率よく抑制することができる。それ故、画像に外光ノイズが重なるように見えることを抑制することができる。

本発明の一態様において、前記光出射部は、前記導光部材の第１面に位置し、前記偏光部材は、前記第１面と対向した第２面に設けられている構成を採用することができる。

本発明の一態様において、前記偏光部材は、前記第１面に垂直な方向からみて、前記第１回折光学素子と重なる部分を有することが好ましい。かかる構成によれば、余計な外光が観察者の眼に届くのを効率よく抑制することができる。

本発明の一態様において、前記偏光部材は、前記第１面に垂直な方向からみて、前記第１回折光学素子よりも大きいことが好ましい。かかる構成によれば、余計な外光が観察者の眼に届くのを効率よく抑制することができる。

本発明の一態様において、前記画像光は、前記画像光入射部から入射し、前記導光部材を導光して前記第１回折光学素子で回折された後、第１方向に出射し、前記偏光部材は、前記第１方向からみて、前記第１回折光学素子よりも大きいことが好ましい。かかる構成によれば、余計な外光が観察者の眼に届くのを効率よく抑制することができる。

本発明の別の態様は、画像光を出射する画像形成装置と、画像光入射部、外光入射部および光出射部を備えた導光部材と、前記光出射部に設けられた第１回折光学素子と、前記外光入射部に設けられ、透過率が入射角度依存性を有する多層膜ミラーと、を有することを特徴とする。

本発明の別の一態様では、画像形成装置から出射された画像光は、導光部材の画像光入射部に入射した後、導光部材内を進行し、画像光出射部から出射される。そして、画像光出射部から出射された画像光は、第１回折光学素子によって回折し、観察者の眼に届く。また、導光部材の外光入部には多層膜ミラーが設けられているため、余計な外光が導光部材に入射しようとしても、余計な外光が観察者の眼に届くのを抑制することができる。それ故、画像に外光ノイズが重なるように見えることを抑制することができる。

本発明の別の一態様において、前記多層膜ミラーは、第１入射角度範囲と、前記第１入射角度範囲より透過率が高い第２入射角度範囲と、を有し、前記第１回折光学素子による前記画像光の一次回折角度が、前記第２入射角度範囲に含まれていることが好ましい。

本発明の別の一態様において、前記光出射部は、前記導光部材の第１面に位置し、前記多層膜ミラーは、前記第１面と対向した第２面に設けられている構成を採用することができる。

本発明の別の一態様において、前記多層膜ミラーは、前記第１面に垂直な方向からみて、前記第１回折光学素子と重なる部分を有することが好ましい。かかる構成によれば、余計な外光が観察者の眼に届くのを効率よく抑制することができる。

本発明の別の一態様において、前記多層膜ミラーは、前記第１面に垂直な方向からみて、前記第１回折光学素子よりも大きいことが好ましい。かかる構成によれば、余計な外光が観察者の眼に届くのを効率よく抑制することができる。

本発明の別の一態様において、前記画像光は、前記画像光入射部から入射し、前記導光部材を導光して前記第１回折光学素子で回折された後、第１方向に出射し、前記多層膜ミラーは、前記第１方向からみて、前記第１回折光学素子よりも大きいことが好ましい。かかる構成によれば、余計な外光が観察者の眼に届くのを効率よく抑制することができる。

本発明の一態様または別の一態様において、前記画像形成装置と前記光入射部との間に設けられた第２回折光学素子を有することが好ましい。

本発明の一態様または別の一態様において、前記導光部材を保持するフレームを備え、前記フレームは、頭部に装着される構成を採用することができる。

本発明の実施の形態１に係る表示装置の一例を示す斜視図である。図１に示す表示装置の光学系等の説明図である。本発明の実施の形態１に係る表示装置において、シースルーで背景を視認する様子を示す説明図である。本発明の実施の形態２に係る表示装置の光学系等の説明図である。本発明の実施の形態３に係る表示装置の光学系等の説明図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。また、以下に説明する表示装置はシースルーで外界を見ることができるので、その場合の外光を余計な外光と区別するために、シースルーで外界を見る際の外光は「外界光」とし、余計な外光を単に「外光」として説明する。

［実施の形態１］
（表示装置の全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る表示装置の一例を示す斜視図である。図２は、図１に示す表示装置の光学系等の説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、正面図、平面図および第２回折光学素子の回折効率を示すグラフである。

図１に示す表示装置１００は、眼鏡のような外観を有するヘッドマウントディスプレイ（頭部装着型表示装置）であり、表示装置１００を装着した観察者に対して画像光を認識させることができるとともに、観察者に外界像をシースルーで観察させることができる。表示装置１００は、観察者の眼の前を覆う光学パネル１１０と、光学パネル１１０を支持するフレーム１２１と、フレーム１２１の角付近に配置された駆動部（第１駆動部１３１および第２駆動部１３２）とを備えている。光学パネル１１０は、第１パネル部分１１１と第２パネル部分１１２とを有しており、第１パネル部分１１１と第２パネル部分１１２とは、中央で一体的に連結された板状の部品となっている。図面に向かって左側の第１パネル部分１１１と第１駆動部１３１とを組み合わせた第１表示装置１００Ａは、左眼用の部分であり、単独でも表示装置として機能する。また、図面に向かって右側の第２パネル部分１１２と第２駆動部１３２とを組み合わせた第２表示装置１００Ｂは、右眼用の部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。

図２に示すように、第１表示装置１００Ａは、画像光出射装置１５および導光部材２０等を備えている。画像光出射装置１５は、図１における第１駆動部１３１に相当し、導光部材２０は、図１における第１パネル部分１１１に相当する。なお、図１に示す第２表示装置１００Ｂは、第１表示装置１００Ａと同様の構造を有し、左右を反転させただけであるので、第２表示装置１００Ｂの詳細な説明は省略する。

画像光出射装置１５は、画像形成装置１１と投射光学系１２とを有している。画像形成装置１１は、図示を省略するが、２次元的な照明光を出射する照明装置と、透過型の空間光変調装置である液晶表示デバイス、照明装置および液晶表示デバイスの動作を制御する駆動制御部とを有している。照明装置は、赤、緑、青の３色を含む光を発生し、液晶表示デバイスは、照明装置からの照明光を空間的に変調して動画像等の表示対象となるべき画像光Ｌ０を形成する。投射光学系１２は、液晶表示デバイス上の各点から出射された画像光を平行状態の光束にするコリメートレンズである。なお、画像形成装置１１としては、光源からの光をＭＥＭＳ等のミラーで反射させて画像を形成させる反射型の空間光変調器を用いてもよい。

導光部材２０は、ＸＹ面に平行な面（第１面２０ａおよび第２面２０ｂ）をもってＸ方向に延在する平板状の透光性部材からなる。導光部材２０は、一体形成品であるが、機能的に、画像光入射部２１と導光部２２と画像光出射部２３とに分けて考えることができる。

画像光入射部２１は、導光部材２０のＸ方向の一方側端部で画像光出射装置１５と対向する面であり、画像光出射部２３は、導光部材２０のＸ方向の他方側端部で観察者の眼Ｇと対向する面であり、導光部２２は、画像光入射部２１と画像光出射部２３との間に位置する部分である。本形態において、画像光出射装置１５から画像光Ｌ０の出射方向は、画像光入射部２１に対して斜めに向いており、観察者の視線は、画像光出射部２３に対して斜めに向いている。

画像光入射部２１と画像光出射部２３は、導光部材２０のＹ方向の異なる面に構成される場合もあるが、本形態において、画像光入射部２１および画像光出射部２３は、導光部材２０においてＹ方向の一方側の面（第１面２０ａ）に構成されている。

導光部２２は、導光部材２０のＺ方向の一方側の第１面２０ａおよび他方側の第２面２０ｂを反射面として、画像光入射部２１から入射した画像光Ｌ０を画像光出射部２３に導く。ここでは、第１面２０ａおよび第２面２０ｂは、屈折率差を利用する全反射面であり、ミラー層等の反射コートが施されていない。なお、導光部材２０のＺ方向の厚みは、例えば５ｍｍ程度である。

（第２回折光学素子１７および第１回折光学素子１８）
導光部材２０には、画像光出射部２３に重なるように第１回折光学素子１８が配置され、画像光入射部２１に重なるように第２回折光学素子１７が配置されている。第２回折光学素子１７は、画像光出射装置１５から出射された画像光Ｌ０をＸ方向に回折して画像光入射部２１に斜めに入射させ、第１回折光学素子１８は、画像光出射装置１５から出射された画像光Ｌ０をＸ方向に回折して観察者の眼Ｇに到達させる。

本形態において、第１回折光学素子１８は、表面レリーフ型の回折光学素子であり、第１回折光学素子１８に入射した光に対して、図２（ｃ）に示す回折効率を有している。図２（ｃ）には、第１回折光学素子１８の溝方向と電場ベクトルの振動方向とが垂直であるＳ偏光の回折効率を点線ＬＳで示し、第１回折光学素子１８の溝方向と電場ベクトルの振動方向とが平行であるＰ偏光の回折効率を実線ＬＰで示してある。

図２（ｃ）に示すように、本形態では、Ｓ偏光（第１偏光）は、Ｐ偏光（第２偏光）に比して回折効率が高い。それ故、本形態では、画像光出射装置１５から出射された画像光Ｌ０は、図２（ｃ）に示す特性に合わせてＳ偏光を多く含んだ状態で出射され、Ｓ偏光を多く含んだ光として観察者の眼Ｇに到達する。

（画像表示動作）
本形態の表示装置１００において、画像光出射装置１５から画像光Ｌ０が出射されると、画像光Ｌ０は、第１回折光学素子１８によってＸ方向に回折した１次回折光（例えば、＋１次回折光）が画像光入射部２１から導光部材２０に入射する。そして、導光部材２０において、画像光Ｌ０は、まず、導光部材２０の第２面２０ｂに入射し、全反射される。次に、画像光Ｌ０は、導光部材２０の第１面２０ａに入射し、全反射される。以下この動作が繰り返されることで、画像光は、導光部材２０の内部を画像光出射部２３が位置する側に導かれる。

そして、画像光Ｌ０は、画像光出射部２３から出射された後、第１回折光学素子１８によってＸ方向に回折され、１次回折光（例えば、＋１次回折光）が観察者の眼Ｇに届く。従って、観察者は、画像光出射装置１５で形成された画像を見ることができる。

（シースルーでの背景の視認）
図３は、本発明の実施の形態１に係る表示装置１００において、シースルーで背景を視認する様子を示す説明図である。なお、図３では、入射角度を表すにあたって、入射部に対する法線から時計周りに傾いた方向の極性を＋で表し、入射部に対する法線から反時計周りに傾いた方向の極性を−で表してある。

本形態の表示装置１００では、導光部材２０の第１面２０ａおよび第２面２０ｂには反射コートが施されていない。このため、導光部材２０において、画像光入射部２１および光出射部２３以外の全面が、外光が入射可能な外光入射部２９になっている。従って、導光部材２０の向こう側において、観察者の眼Ｇと画像光出射部２３とを通る仮想線上（画像光出射部２３を通って第１回折光学素子１８による画像光Ｌ０の回折方向に沿う方向に延在する仮想線上）を進行する外界光Ｌ１は、外光入射部２９のうち、第２面２０ｂから導光部材２０に入射した後、画像光出射部２３から出射される。そして、外界光Ｌ１のうち、第１回折光学素子１８から０次光として出射された光が観察者の眼Ｇに届く。従って、観察者は、画像光出射装置１５で形成された画像を見ることができるとともに、導光部材２０の向こう側の景色等をシースルーで見ることができる。本形態では、第１回折光学素子１８の回折効率がＳ偏光に対してＰ偏光が低いので、外界光Ｌ１のうち、第１回折光学素子１８から０次光として透過したＰ偏光が主に観察者の眼Ｇに届く。

なお、本形態では、導光部材２０の第１面２０ａ、画像光出射部２３および第１回折光学素子１８に対する法線に対して、例えば、−２５°の角度を成す位置に観察者の眼Ｇが位置するように設定されている。このため、導光部材２０の向こう側から、導光部材２０の第２面２０ｂに対して−２５°の入射角度で入射した外界光Ｌ１が観察者の眼Ｇに届くようになっている。

（余計な外光対策）
本形態の表示装置１００では、例えば、導光部材２０の向こう側において、導光部材２０の外光入射部２９のうち、第２面２０ｂに対して、例えば、＋３１°の入射角度で入射した余計な外光（図３に示す外光Ｌ２）については、以下に説明する外光ノイズ低減素子１９を用いて、観察者の眼Ｇに届くことを阻止する。具体的には、導光部材２０の外光入射部２９のうち、余計な外光Ｌ２が入射する位置に外光ノイズ低減素子１９が設けられている。

外光ノイズ低減素子１９は、導光部材２０の第１面２０ａおよび第２面２０ｂのうち、第１回折光学素子１８が配置されている側とは反対側の側（導光部材２０の画像光出射部２３と対向する面側とは反対側）の第２面２０ｂに沿うように配置されている。ここで、画像光出射部２３に対する法線方向（画像光出射部２３に対して垂直な方向）からみたとき、外光ノイズ低減素子１９は第１回折光学素子１８と重なっている。また、画像光出射部２３に対する法線方向からみたとき、外光ノイズ低減素子１９は第１回折光学素子１８より広い範囲にわたって配置されている。

本形態において、外光ノイズ低減素子１９は偏光部材１９ａであり、第１回折光学素子１８での回折効率が低い方の第２偏光を透過し、第１回折光学素子１８での回折効率が高い方の第１偏光を遮断する。本形態において、外光ノイズ低減素子１９（偏光部材１９ａ）は、第１回折光学素子１８での回折効率が低いＰ偏光（第２偏光）を透過し、第１回折光学素子１８での回折効率が高いＳ偏光（第１偏光）を遮断する。

従って、本形態の表示装置１００において、観察者は、画像光出射装置１５で形成された画像、および導光部材２０の向こう側の景色等をシースルーで見ることができるのに対して、導光部材２０の向こう側のうち、導光部材２０の第２面２０ｂに対して、例えば、＋３１°の入射角度で入射した余計な外光Ｌ２については、第１回折光学素子１８で回折されて１次回折光として観察者の眼Ｇに到達してしまう現象を抑制することができる。

なお、本形態では、画像光出射部２３に対する法線方向からみたとき、外光ノイズ低減素子１９は第１回折光学素子１８より広い範囲にわたって配置されている。また、観察者の眼Ｇと画像光出射部２３とを通る仮想線（第１回折光学素子１８による画像光Ｌ０の＋１回折方向=第１方向）に沿う方向からみたとき、外光ノイズ低減素子１９は、第１回折光学素子１８より大きく、第１回折光学素子１８より広い範囲にわたって配置されている。従って、観察者の眼Ｇと画像光出射部２３とを通る仮想線（第１回折光学素子１８による画像光Ｌ０の＋１回折方向=第１方向に沿って延在する仮想線）は、外光ノイズ低減素子１９を通る。このような場合でも、外光ノイズ低減素子１９（偏光部材１９ａ）は、Ｐ偏光を透過させるので、観察者は、画像光出射装置１５で形成された画像および外界光Ｌ１を見ることができる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の表示装置１００では、画像形成装置１１から出射された画像光Ｌ０は、第２回折光学素子１７によって回折した後、導光部材２０の画像光入射部２１に入射し、導光部材２０内を進行した後、画像光出射部２３から出射される。そして、画像光出射部２３から出射された画像光Ｌ０は、第１回折光学素子１８によって回折し、観察者の眼Ｇに届く。

また、本形態では、導光部材２０において余計な外光Ｌ２が入射する位置には外光ノイズ低減素子１９が設けられているため、余計な外光Ｌ２が導光部材２０に入射しようとしても、余計な外光Ｌ２が観察者の眼Ｇに届くのを抑制することができる。それ故、画像に外光ノイズが重なるように見えることを抑制することができる。

また、外光ノイズ低減素子１９は、導光部材２０の第１面２０ａおよび第２面２０ｂのうち、第１回折光学素子１８が配置されている側とは反対側の側（導光部材２０の画像光出射部２３と対向する面側とは反対側）の第２面２０ｂに重なるように配置されている。また、画像光出射部２３に対する法線方向からみたとき、外光ノイズ低減素子１９は第１回折光学素子１８と重なっており、外光ノイズ低減素子１９は第１回折光学素子１８より広い範囲にわたって配置されている。また、画像光出射部２３を通って第１回折光学素子１８による画像光Ｌ０の回折方向に沿う方向に延在する仮想線が、外光ノイズ低減素子１９が配置されている領域を通っている。このため、余計な外光Ｌ２のうち、導光部材２０において観察者の眼に届きやすい位置に入射しようとする成分を効率よく低減することができる。

また、外光ノイズ低減素子１９は、偏光部材１９ａであり、偏光部材１９ａは、第１回折光学素子１８の偏光特性において回折効率が高いＳ偏光（第１偏光）を遮断し、回折効率が低いＰ偏光（第２偏光）を透過する。このため、余計な外光Ｌ２のうち、第１回折光学素子１８で回折されて１次回折光として観察者の眼に届きやすい成分を効率よく低減することができる。

［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の形態２に係る表示装置の光学系等の説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）は、平面図、および外光ノイズ低減素子として用いた多層膜ミラーの透過率の入射角度依存性を示すグラフである。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。

図４（ｂ）に示す表示装置１００においても、実施の形態１と同様、導光部材２０には、画像光入射部２１に重なるように第２回折光学素子１７が配置されているとともに、画像光出射部２３に重なるように第１回折光学素子１８が配置されている。本形態でも、実施の形態１と同様、導光部材２０の第１面２０ａおよび第２面２０ｂには反射コートが施されていない。このため、導光部材２０において、画像光入射部２１および光出射部２３以外の全面が、外光が入射可能な外光入射部２９になっている。

また、本形態の表示装置１００でも、実施の形態１と同様、導光部材２０の向こう側において、導光部材２０の第２面２０ｂに対して、例えば、＋３１°の入射角度で入射した余計な外光（図３に示す外光Ｌ２）については、以下に説明する外光ノイズ低減素子１９を用いて、観察者の眼Ｇに届くことを阻止する。具体的には、導光部材２０外光入射部２９のうち、余計な外光Ｌ２が入射する位置に外光ノイズ低減素子１９が設けられている。本形態においても、実施の形態１と同様、外光ノイズ低減素子１９は、導光部材２０の第１面２０ａおよび第２面２０ｂのうち、第１回折光学素子１８が配置されている側とは反対側の側（導光部材２０の画像光出射部２３と対向する面側とは反対側）の第２面２０ｂに沿うように配置されている。ここで、画像光出射部２３に対する法線方向からみたとき、外光ノイズ低減素子１９は第１回折光学素子１８と重なっている。また、画像光出射部２３に対する法線方向からみたとき、外光ノイズ低減素子１９は第１回折光学素子１８より広い範囲にわたって配置されている。また、観察者の眼Ｇと画像光出射部２３とを通る仮想線（第１回折光学素子１８による画像光Ｌ０の＋１回折方向=第１方向）に沿う方向からみたとき、外光ノイズ低減素子１９は、第１回折光学素子１８より大きく、第１回折光学素子１８より広い範囲にわたって配置されている。従って、観察者の眼Ｇと画像光出射部２３とを通る仮想線（第１回折光学素子１８による画像光Ｌ０の＋１回折方向=第１方向に沿って延在する仮想線）は、外光ノイズ低減素子１９を通る。

本形態において、外光ノイズ低減素子１９は、屈折率が異なる誘電体膜を複数、積層した多層膜ミラー１９ｂである。本形態において、多層膜ミラー１９ｂは、図４（ｂ）に示すように、透過率が約３０％の第１入射角度範囲θ１と、第１入射角度範囲θ１より透過率が高い第２入射角度範囲θ２とを有している。本形態において、第２入射角度範囲θ２は、例えば、−４０°から＋２０°の角度範囲であり、第１入射角度範囲θ１は、−４０°未満の角度範囲、および＋２０°を超える角度範囲である。従って、第１回折光学素子１８による画像光Ｌ０の１次回折角度（−２５°）は、第２入射角度範囲θ２に含まれている。

それ故、図３に示すように、導光部材２０の向こう側から、導光部材２０の第２面２０ｂに対して−２５°の入射角度で入射した外界光Ｌ１を含めて、−４０°から＋２０°の角度範囲で入射した外界光Ｌ１は、観察者の眼Ｇに届く。これに対して、導光部材２０の向こう側のうち、導光部材２０の第２面２０ｂに対して、例えば、＋３１°の入射角度で入射した余計な外光Ｌ２については、多層膜ミラー１９ｂで反射される。従って、余計な外光Ｌ２が導光部材２０に入射しないので、余計な外光Ｌ２が観察者の眼Ｇに到達することを抑制することができる。

また、本形態では、外光ノイズ低減素子１９は、多層膜ミラー１９ｂであり、図４（ｂ）に示すように、−４０°から＋２０°の入射角度範囲（第２入射角度範囲θ２）では透過率が高い。それ故、導光部材２０の向こう側から、導光部材２０の第２面２０ｂに対して入射してきた背景の外界光Ｌ１を広い角度範囲で見ることができる。それ故、シースルーできる角度範囲が広いという利点がある。

［実施の形態３］
図５は、本発明の実施の形態３に係る表示装置の光学系等の説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。

図５に示す表示装置１００においても、実施の形態１と同様、導光部材２０には、画像光入射部２１に重なるように第２回折光学素子１７が配置されているとともに、画像光出射部２３に重なるように第１回折光学素子１８が配置されている。また、導光部材２０の第１面２０ａおよび第２面２０ｂには反射コートが施されていない。このため、導光部材２０において、画像光入射部２１および光出射部２３以外の全面が、外光が入射可能な外光入射部２９になっている。また、本形態の表示装置１００でも、実施の形態１と同様、導光部材２０の外光入射部２９のうち、余計な外光Ｌ２が入射する位置に、多層膜ミラー１９ｂからなる外光ノイズ低減素子１９が設けられている。本形態においても、実施の形態１と同様、外光ノイズ低減素子１９は、導光部材２０の第１面２０ａおよび第２面２０ｂのうち、第１回折光学素子１８が配置されている側とは反対側の側（導光部材２０の画像光出射部２３と対向する面側とは反対側）の第２面２０ｂに重なるように配置されている。また、画像光出射部２３に対する法線方向からみたとき、外光ノイズ低減素子１９は第１回折光学素子１８と重なっている。また、画像光出射部２３に対する法線方向からみたとき、外光ノイズ低減素子１９は第１回折光学素子１８より広い範囲にわたって配置されている。

ここで、導光部材２０は、第２回折光学素子１７によって回折された画像光Ｌ０の＋１次回折光を画像光出射部２３に導く第１導光部材として配置されている。本形態では、かかる導光部材２０に対して画像光出射装置１５とは反対側には、第２回折光学素子１７の０次光を画像光出射部２３に導く導光部材２０′（第２導光部材）が配置されている。導光部材２０′は、導光部材２０に対向するように配置されている。

かかる導光部材２０′も、導光部材２０と同様、一体形成品であるが、機能的に、画像光入射部２１′と導光部２２′と画像光出射部２３′とに分けて考えることができる。

画像光入射部２１′は、導光部材２０のＸ方向の一方側端部と対向する面であり、画像光出射部２３′は、導光部材２０のＸ方向の他方側端部で対向する面であり、導光部２２′は、画像光入射部２１′と画像光出射部２３′との間に位置する部分である。

また、導光部材２０′にも、導光部材２０と同様、画像光入射部２１′に重なるように第２回折光学素子１７′が配置されているとともに、画像光出射部２３′に重なるように第１回折光学素子１８′が配置されている。このため、第１回折光学素子１８′は、導光部材２０に設けられた外光ノイズ低減素子１９と重なっている。また、導光部材２０′の第１面２０ａ′および第２面２０ｂ′には反射コートが施されていない。このため、導光部材２０′において、画像光入射部２１′および光出射部２３′以外の全面が、外光が入射可能な外光入射部２９′になっている。

また、導光部材２０′には、偏光部材１９ａや多層膜ミラー１９ｂからなる外光ノイズ低減素子１９が設けられている。外光ノイズ低減素子１９′は、導光部材２０′の第１面２０ａ′および第２面２０ｂ′のうち、第１回折光学素子１８′が配置されている側とは反対側の側（導光部材２０′の画像光出射部２３′と対向する面側とは反対側）の第２面２０ｂ′に重なるように配置されている。ここで、画像光出射部２３′に対する法線方向からみたとき、外光ノイズ低減素子１９′は第１回折光学素子１８′と重なっている。また、画像光出射部２３に対する法線方向からみたとき、外光ノイズ低減素子１９′は第１回折光学素子１８′より広い範囲にわたって配置されている。

このように構成した表示装置１００においては、画像光出射装置１５から画像光Ｌ０が出射されると、画像光Ｌ０は、第２回折光学素子１７によってＸ方向に回折した＋１次回折光が画像光入射部２１から導光部材２０に入射する。かかる＋１次回折光は、実施の形態１で説明したように、導光部材２０の内部を進行した後、画像光出射部２３および第１回折光学素子１８を経由して観察者の眼Ｇに向かう。

本形態では、第２回折光学素子１７の０次光も、画像光入射部２１から導光部材２０に入射する。但し、０次光は、導光部材２０の第２面２０ｂに対する入射角が小さい。従って、０次光は、導光部材２０の第２面２０ｂから、第２回折光学素子１７′に向けて出射される。そして、導光部材２０の第２面２０ｂから出射された０次光は、第２回折光学素子１７′によってＸ方向に回折し、画像光入射部２１′から導光部材２０′に入射する。

次に、導光部材２０′において、画像光Ｌ０は、まず、導光部材２０′の第２面２０ｂ′に入射し、全反射される。次に、画像光Ｌ０は、導光部材２０′の第１面２０ａ′に入射し、全反射される。以下この動作が繰り返されることで、画像光は、導光部材２０′の内部を画像光出射部２３′が位置する側に導かれる。

そして、画像光Ｌ０は、画像光出射部２３′から出射された後、第１回折光学素子１８′によってＸ方向に回折された後、導光部材２０に設けられた外光ノイズ低減素子１９を透過し、導光部材２０に入射し、しかる後に、画像光出射部２３および第１回折光学素子１８を介して観察者の眼Ｇに到達する。

このように構成した表示装置１００でも、実施の形態１、２と同様、観察者は、画像光出射装置１５で形成された画像、および導光部材２０の向こう側の景色等をシースルーで見ることができるのに対して、例えば、導光部材２０の向こう側のうち、導光部材２０の第２面２０ｂに対して、例えば、＋３１°の入射角度で入射した余計な外光Ｌ２については、観察者の眼Ｇに到達することを抑制することができる。

なお、本形態では、２つの外光ノイズ低減素子１９、１９′を用いたが、一方の外光ノイズ低減素子のみでも、余計な外光Ｌ２が観察者の眼Ｇに届くのを緩和することは可能である。

１１・・画像形成装置、１２・・投射光学系、１５・・画像光出射装置、１７・・第２回折光学素子、１８・・第１回折光学素子、１９・・外光ノイズ低減素子、１９ａ・・偏光部材、１９ｂ・・多層膜ミラー、２０・・導光部材、２０ａ・・導光部材の第１面、２０ｂ・・導光部材の第２面、２１・・光入射部、２２・・導光部、２３・・光出射部、２９・・外光入射部、１００・・表示装置、１２１・・フレーム

Claims

画像光を出射する画像形成装置と、
画像光入射部、外光入射部および光出射部を備えた導光部材と、
前記光出射部に設けられた第１回折光学素子と、
前記外光入射部に設けられた偏光部材と、
を有することを特徴とする表示装置。
請求項１に記載の表示装置において、
前記偏光部材は、前記第１回折光学素子の偏光特性において回折効率が高い第１偏光を遮断し、回折効率が低い第２偏光を透過させることを特徴とする表示装置。
請求項１または２に記載の表示装置において、
前記光出射部は、前記導光部材の第１面に位置し、
前記偏光部材は、前記第１面と対向した第２面に設けられていることを特徴とする表示装置。
請求項３に記載の表示装置において、
前記偏光部材は、前記第１面に垂直な方向からみて、前記第１回折光学素子と重なる部分を有することを特徴とする表示装置。
請求項４に記載の表示装置において、
前記偏光部材は、前記第１面に垂直な方向からみて、前記第１回折光学素子よりも大きいことを特徴とする表示装置。
請求項１乃至５の何れか一項に記載の表示装置において、
前記画像光は、前記画像光入射部から入射し、前記導光部材を導光して前記第１回折光学素子で回折された後、第１方向に出射し、
前記偏光部材は、前記第１方向からみて、前記第１回折光学素子よりも大きいことを特徴とする表示装置。
画像光を出射する画像形成装置と、
画像光入射部、外光入射部および光出射部を備えた導光部材と、
前記光出射部に設けられた第１回折光学素子と、
前記外光入射部に設けられ、透過率が入射角度依存性を有する多層膜ミラーと、
を有することを特徴とする表示装置。
請求項７に記載の表示装置において、
前記多層膜ミラーは、第１入射角度範囲と、前記第１入射角度範囲より透過率が高い第２入射角度範囲と、を有し、
前記第１回折光学素子による前記画像光の一次回折角度が、前記第２入射角度範囲に含まれていることを特徴とする表示装置。
請求項７または８に記載の表示装置において、
前記光出射部は、前記導光部材の第１面に位置し、
前記多層膜ミラーは、前記第１面と対向した第２面に設けられていることを特徴とする表示装置。
請求項９に記載の表示装置において、
前記多層膜ミラーは、前記第１面に垂直な方向からみて、前記第１回折光学素子と重なる部分を有することを特徴とする表示装置。
請求項１０に記載の表示装置において、
前記多層膜ミラーは、前記第１面に垂直な方向からみて、前記第１回折光学素子よりも大きいことを特徴とする表示装置。
請求項７乃至１１の何れか一項に記載の表示装置において、
前記画像光は、前記画像光入射部から入射し、前記導光部材を導光して前記第１回折光学素子で回折された後、第１方向に出射し、
前記多層膜ミラーは、前記第１方向からみて、前記第１回折光学素子よりも大きいことを特徴とする表示装置。
請求項１乃至１２の何れかに記載の表示装置において、
前記画像形成装置と前記光入射部との間に設けられた第２回折光学素子を有することを特徴とする表示装置。
請求項１乃至１３の何れか一項に記載の表示装置において、
前記導光部材を保持するフレームを備え、
前記フレームは、頭部に装着されることを特徴とする表示装置。