JP4543747B2 - Image display device - Google Patents

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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Description

この発明は、例えば、頭部装着型ディスプレイ等として使用して好適な画像表示装置に関する。詳しくは、この発明は、眼鏡レンズの瞳側の面に透過型回折光学素子を設けると共に瞳側とは反対側の面に反射型回折光学素子を設け、画像表示素子からの射出光を、透過型回折光学素子、眼鏡レンズ、反射型回折光学素子、眼鏡レンズおよび透過型回折光学素子を順次介して瞳への射出光とすることによって、光利用効率を高くでき、かつ画角を大きして倍率を高くできるようにした画像表示装置に係るものである。   The present invention relates to an image display device suitable for use as, for example, a head-mounted display. Specifically, in the present invention, a transmissive diffractive optical element is provided on the pupil side surface of the spectacle lens and a reflective diffractive optical element is provided on the surface opposite to the pupil side to transmit light emitted from the image display element. By using the diffractive optical element, spectacle lens, reflective diffractive optical element, spectacle lens and transmissive diffractive optical element as light emitted to the pupil, the light utilization efficiency can be increased and the angle of view can be increased. The present invention relates to an image display device that can increase the magnification.

従来、例えば、頭部装着型ディスプレイ等として使用される画像表示装置が提案されている。この種の画像表示装置として、画像表示素子の表示画像を虚像として観察する虚像観察光学系を備えているものがある。   Conventionally, for example, an image display device used as a head-mounted display or the like has been proposed. Some image display apparatuses of this type include a virtual image observation optical system that observes a display image of an image display element as a virtual image.

例えば、特許文献1には、図9に示すような、画像表示装置200が記載されている。この画像表示装置200は、液晶表示器(LCD:Liquid Crystal Display)等からなる画像表示素子201と、ハーフミラー202と、凹面鏡203とで構成されている。画像表示素子201から射出された射出光はハーフミラー202に入射される。このハーフミラー202で反射される反射光は凹面鏡203に入射される。この凹面鏡203で反射される反射光は、再びハーフミラー202に入射される。そして、このハーフミラー202を透過した透過光が瞳204に入射される。   For example, Patent Document 1 describes an image display device 200 as shown in FIG. The image display device 200 includes an image display element 201 formed of a liquid crystal display (LCD), a half mirror 202, and a concave mirror 203. Light emitted from the image display element 201 is incident on the half mirror 202. The reflected light reflected by the half mirror 202 enters the concave mirror 203. The reflected light reflected by the concave mirror 203 is incident on the half mirror 202 again. The transmitted light that has passed through the half mirror 202 is incident on the pupil 204.

また例えば、特許文献2には、図10に示すような、画像表示装置300が記載されている。この画像表示装置300は、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)301と、レンズ302と、透過型の液晶表示器303と、プリズム304と、反射型ホログラフィック光学素子305とで構成されている。   Further, for example, Patent Document 2 describes an image display device 300 as shown in FIG. The image display device 300 includes a light emitting diode (LED) 301, a lens 302, a transmissive liquid crystal display 303, a prism 304, and a reflective holographic optical element 305.

発光ダイオード301が発した光は、レンズ302によって、LCD303の全面に均一に照射される。LCD303は、全面に照射された光を画素毎に変調し、画像を表示する。このLCD303から射出された射出光はプリズム304に入射され、当該プリズム304の内面で所定回数だけ反射された後に、反射型ホログラフィック光学素子305に入射されて回折される。この光学素子305からの回折光はプリズム304を透過して瞳306に入射される。   The light emitted from the light emitting diode 301 is uniformly irradiated on the entire surface of the LCD 303 by the lens 302. The LCD 303 modulates the light irradiated on the entire surface for each pixel and displays an image. The emitted light emitted from the LCD 303 is incident on the prism 304, reflected by the inner surface of the prism 304 a predetermined number of times, and then incident on the reflective holographic optical element 305 and diffracted. The diffracted light from the optical element 305 passes through the prism 304 and enters the pupil 306.

特開2000−221899号公報(2頁、図7参照)JP 2000-221899 A (see page 2, FIG. 7) 特開2001−305476号公報(4頁〜5頁、図2参照)JP 2001-305476 A (refer to pages 4 to 5 and FIG. 2)

図9に示す画像表示装置200においては、画像表示素子201から射出される射出光はハーフミラー202を2回通過後に瞳204に入射されるため、その光利用効率が最大で25%、実際上は20%程度である。また、凹面鏡203をハーフミラーとすることで、シースルー構造となり、光学部品の向こう側を透過して見ることができるが、この場合の当該向こう側の光利用効率は最大で25%である。またこの場合、上記した画像表示素子201から射出される射出光の光利用効率は、最大で12.5%となる。   In the image display device 200 shown in FIG. 9, since the light emitted from the image display element 201 is incident on the pupil 204 after passing through the half mirror 202 twice, the light utilization efficiency is 25% at the maximum. Is about 20%. In addition, when the concave mirror 203 is a half mirror, a see-through structure is obtained, and the other side of the optical component can be seen through. However, in this case, the light utilization efficiency on the other side is 25% at the maximum. In this case, the light use efficiency of the emitted light emitted from the image display element 201 is 12.5% at the maximum.

図10に示す画像表示装置300においては、プリズム304の内面で所定回数だけ反射された反射光が最終的に反射型ホログラフィック光学素子305に入射されて回折され、その回折光が瞳306に入射される。そのため、画角θが大きくなると、反射型ホログラフィック光学素子305に、より大きな回折能力が必要となることから、画角θをあまり大きくできないという問題があった。   In the image display apparatus 300 shown in FIG. 10, the reflected light reflected by the inner surface of the prism 304 a predetermined number of times is finally incident on the reflective holographic optical element 305 and diffracted, and the diffracted light enters the pupil 306. Is done. For this reason, when the angle of view θ is increased, the reflection type holographic optical element 305 needs to have a larger diffraction capability, and thus there is a problem that the angle of view θ cannot be increased very much.

この発明の目的は、光利用効率を高くし、かつ画角を大きくして倍率を高くすることにある。   An object of the present invention is to increase the magnification by increasing the angle of view by increasing the light utilization efficiency.

この発明に係る画像表示装置は、画像表示素子と、眼鏡レンズと、この眼鏡レンズの瞳側の面である第1の面に設けられた透過型回折光学素子と、眼鏡レンズの第1の面とは反対側の面である第2の面に設けられた反射型回折光学素子とを備え、画像表示素子からの射出光は、透過型回折光学素子、眼鏡レンズ、反射型回折光学素子、眼鏡レンズおよび透過型回折光学素子を順次介されて、瞳への射出光とされるものである。   An image display device according to the present invention includes an image display element, a spectacle lens, a transmission type diffractive optical element provided on a first surface that is a pupil side surface of the spectacle lens, and a first surface of the spectacle lens. And a reflection type diffractive optical element provided on a second surface opposite to the surface, and light emitted from the image display element is transmitted through the transmission type diffractive optical element, spectacle lens, reflection type diffractive optical element, and spectacles. Light is emitted to the pupil through a lens and a transmission type diffractive optical element sequentially.

この発明において、眼鏡レンズの瞳側の面(第1の面)に、透過型回折光学素子が設けられている。また、眼鏡レンズの瞳側とは反対側の面(第2の面)に、反射型回折光学素子が設けられている。そして、画像表示素子からの射出光は、透過型回折光学素子、眼鏡レンズ、反射型回折光学素子、眼鏡レンズおよび透過型回折光学素子を順次介されて、瞳への射出光とされる。これにより、ユーザは、画像表示素子で表示される画像を虚像として見ることができる。   In the present invention, a transmission type diffractive optical element is provided on the pupil side surface (first surface) of the spectacle lens. A reflective diffractive optical element is provided on the surface (second surface) opposite to the pupil side of the spectacle lens. Then, light emitted from the image display element is sequentially emitted through the transmission type diffractive optical element, the spectacle lens, the reflection type diffractive optical element, the spectacle lens, and the transmission type diffractive optical element to be output to the pupil. Thereby, the user can view the image displayed on the image display element as a virtual image.

例えば、画像表示素子からの射出光は、透過型回折光学素子に、回折される角度で入射され、この透過型回折光学素子で回折された後に、眼鏡レンズに第1の面から入射光として入射される。この入射光は、眼鏡レンズの第2の面から射出光として射出される。この射出光は、反射型回折光学素子で回折および反射された後に、眼鏡レンズに第2の面から入射光として入射される。この入射光は、眼鏡レンズの第1の面から射出光として射出される。この射出光は、透過型回折光学素子に、回折されない角度で入射され、この透過型回折光学素子を回折されずに透過し、この透過型回折光学素子から瞳への射出光として射出される。   For example, light emitted from the image display element is incident on the transmissive diffractive optical element at a diffracted angle, and after being diffracted by the transmissive diffractive optical element, enters the spectacle lens as incident light from the first surface. Is done. This incident light is emitted as emitted light from the second surface of the spectacle lens. The emitted light is diffracted and reflected by the reflective diffractive optical element, and then enters the spectacle lens as incident light from the second surface. This incident light is emitted as emitted light from the first surface of the spectacle lens. The emitted light is incident on the transmissive diffractive optical element at an angle that is not diffracted, passes through the transmissive diffractive optical element without being diffracted, and is emitted from the transmissive diffractive optical element as emitted light to the pupil.

また例えば、画像表示素子からの射出光は、透過型回折光学素子に、回折されない角度で入射され、この透過型回折光学素子を透過した後に、眼鏡レンズに第1の面から入射光として入射される。この入射光は、眼鏡レンズの第2の面から射出光として射出される。この射出光は、反射型回折光学素子で回折および反射された後に、眼鏡レンズに第2の面から入射光として入射される。この入射光は、眼鏡レンズの第1の面から射出光として射出される。この射出光は、透過型回折光学素子に、回折される角度で入射され、この透過型回折光学素子で回折され、この透過型回折光学素子から瞳への射出光として射出される。   Further, for example, light emitted from the image display element is incident on the transmission type diffractive optical element at an angle that is not diffracted, and after passing through the transmission type diffractive optical element, is incident on the spectacle lens as incident light from the first surface. The This incident light is emitted as emitted light from the second surface of the spectacle lens. The emitted light is diffracted and reflected by the reflective diffractive optical element, and then enters the spectacle lens as incident light from the second surface. This incident light is emitted as emitted light from the first surface of the spectacle lens. The emitted light is incident on the transmissive diffractive optical element at a diffracted angle, diffracted by the transmissive diffractive optical element, and emitted from the transmissive diffractive optical element as emitted light to the pupil.

このように、画像表示素子からの射出光が、透過型回折光学素子、眼鏡レンズおよび反射型回折光学素子を介して、ユーザの瞳に入射されるものであり、ハーフミラーを用いるものと比べて、光利用効率が高くなる。また、画像表示素子からの射出光が、透過型回折光学素子および反射型回折光学素子でそれぞれで回折された後にユーザの瞳に入射されるものであり、透過型回折光学素子および反射型回折光学素子の個々に大きな回折能力は要求されず、従って画角を大きくでき、倍率を高くできる。   In this way, the light emitted from the image display element is incident on the user's pupil via the transmission type diffractive optical element, the spectacle lens, and the reflection type diffractive optical element, as compared with the case using a half mirror. , The light utilization efficiency is increased. In addition, the light emitted from the image display element is diffracted by the transmission type diffractive optical element and the reflection type diffractive optical element and then incident on the user's pupil. A large diffraction capability of each element is not required, so that the angle of view can be increased and the magnification can be increased.

また例えば、画像表示素子と透過型回折光学素子との間に結像光学素子が配置されており、画像表示素子からの射出光は、結像光学素子により、中間結像点で集光された後に発散して、透過型回折光学素子に入射される。この場合、瞳位置における光線、例えば平行光線を逆光線追跡したとき画像表示素子の表示面上に結像される光学系で構成されるものとした場合、中間結像点で結像された像に存在する、透過型回折光学素子、眼鏡レンズ、反射型回折光学素子で発生した各種光学収差を補正し、画像表示素子の表示面上に結像するように、結像光学素子を設計すればよくなる。この場合、実際には、結像光学素子により、中間結像点に、透過型回折光学素子、眼鏡レンズ、反射型回折光学素子で発生する各種光学収差を補正する収差を持った状態で像が結像される。   Further, for example, an imaging optical element is arranged between the image display element and the transmission type diffractive optical element, and the light emitted from the image display element is condensed at the intermediate imaging point by the imaging optical element. Later, it diverges and enters the transmissive diffractive optical element. In this case, when an optical system that forms an image on the display surface of the image display element when a ray at the pupil position, for example, a parallel ray is traced backward, is formed, an image formed at the intermediate image point is formed. It is only necessary to design the imaging optical element so as to correct the various optical aberrations generated by the existing transmissive diffractive optical element, spectacle lens, and reflective diffractive optical element and form an image on the display surface of the image display element. . In this case, in practice, the image is formed with an aberration that corrects various optical aberrations generated by the transmissive diffractive optical element, the spectacle lens, and the reflective diffractive optical element at the intermediate image forming point by the imaging optical element. Imaged.

例えば、眼鏡レンズの第1の面および第2の面の少なくとも一方の面は曲面とされる。これにより、第1の面、第2の面にレンズ効果を付与でき、光線束の広がりを抑制でき、結像光学素子の大型化を軽減できる。例えば、曲面を、垂直方向または水平方向の軸を持つ円筒形状の曲面とすれば、光線束の水平方向または垂直方向への広がりを抑制でき、またこの眼鏡レンズの第1の面、第2の面への透過型回折光学素子、反射型回折光学素子の被着も容易となる。   For example, at least one of the first surface and the second surface of the spectacle lens is a curved surface. Thereby, a lens effect can be given to the first surface and the second surface, the spread of the light beam can be suppressed, and the enlargement of the imaging optical element can be reduced. For example, if the curved surface is a cylindrical curved surface having a vertical or horizontal axis, the spread of the light bundle in the horizontal direction or the vertical direction can be suppressed, and the first and second surfaces of the spectacle lens can be suppressed. The transmission type diffractive optical element and the reflective type diffractive optical element can be easily applied to the surface.

例えば、瞳位置における光線、例えば平行光線を逆光線追跡したとき画像表示素子の表示面上に結像される光学系で構成されるものとした場合、反射型回折光学素子における回折によって生じる波長分散と逆の波長分散を、透過型回折光学素子における回折によって発生させることで、色分散した光線が例えば中間結像位置に集光される。これにより、回折によって発生する色収差が相殺される。   For example, when it is configured by an optical system that forms an image on the display surface of the image display element when a ray at the pupil position, for example, a parallel ray is traced backward, the wavelength dispersion caused by diffraction in the reflective diffractive optical element By generating reverse wavelength dispersion by diffraction in the transmission-type diffractive optical element, the color-dispersed light beam is condensed, for example, at an intermediate image forming position. Thereby, chromatic aberration generated by diffraction is canceled out.

例えば、透過型回折光学素子、反射型回折光学素子は、複数の波長帯域に対して回折効率を有する単一の回折層により構成される。また例えば、透過型回折光学素子および反射型回折光学素子は、複数の回折層により構成され、この複数の回折層はそれぞれ異なる波長帯域に対して回折効率を有するものとされる。   For example, a transmissive diffractive optical element and a reflective diffractive optical element are configured by a single diffractive layer having diffraction efficiency for a plurality of wavelength bands. In addition, for example, the transmissive diffractive optical element and the reflective diffractive optical element are configured by a plurality of diffractive layers, and the diffractive layers have diffraction efficiencies for different wavelength bands.

例えば、透過型回折光学素子、反射型回折光学素子は、それぞれ、可視光領域における、赤色の波長帯域と、緑色の波長帯域と、青色の波長帯域とに対して、回折効率を有するものとされる。これにより、画像表示素子からの射出光を構成する赤色成分、緑色成分および青色成分をそれぞれ透過型回折光学素子および反射型回折光学素子で回折でき、ユーザの瞳に各色成分を入射させることができ、ユーザにカラー画像を知覚させることができる。   For example, a transmissive diffractive optical element and a reflective diffractive optical element have diffraction efficiencies for a red wavelength band, a green wavelength band, and a blue wavelength band, respectively, in the visible light region. The As a result, the red component, the green component, and the blue component constituting the light emitted from the image display element can be diffracted by the transmissive diffractive optical element and the reflective diffractive optical element, respectively, and each color component can be incident on the user's pupil. The user can perceive a color image.

例えば、透過型回折光学素子、反射型回折光学素子は、それぞれ、赤色の波長帯域に対して回折効率を有する第1の層と、緑色の波長帯域に対して回折効率を有する第2の層と、青色の波長帯域に対して回折効率を有する第3の層とからなる。また例えば、透過型回折光学素子、反射型回折光学素子は、それぞれ、赤色の波長帯域に対して回折効率を有する第1の層と、緑色から青色の波長帯域に対して回折効率を有する第2の層とからなる。これにより、透過型回折光学素子、反射型回折光学素子として、各色の波長帯域に対して最適化されたものを得ることができる。   For example, each of the transmissive diffractive optical element and the reflective diffractive optical element includes a first layer having diffraction efficiency with respect to the red wavelength band, and a second layer having diffraction efficiency with respect to the green wavelength band. And a third layer having diffraction efficiency with respect to the blue wavelength band. Further, for example, each of the transmission type diffractive optical element and the reflection type diffractive optical element has a first layer having diffraction efficiency for the red wavelength band and a second layer having diffraction efficiency for the green to blue wavelength band. It consists of layers. As a result, transmission-type diffractive optical elements and reflective-type diffractive optical elements can be obtained that are optimized for each wavelength band.

例えば、透過型回折光学素子は、透過型ホログラフィック光学素子である。この場合、例えば、透過型ホログラフィック光学素子は、複数の波長帯域に対して回折効率を有する単一のホログラム層により構成される、またこの場合、例えば、透過型ホログラフィック光学素子は、任意の波長帯域に対して回折効率を有する複数のホログラム層により構成される。ここで、透過型ホログラフィック光学素子に偏光選択性を持たせることで、例えばp偏光またはs偏光のいずれかを選択的に回折させることができる。   For example, the transmissive diffractive optical element is a transmissive holographic optical element. In this case, for example, the transmissive holographic optical element is composed of a single hologram layer having diffraction efficiency for a plurality of wavelength bands. In this case, for example, the transmissive holographic optical element is an arbitrary It is composed of a plurality of hologram layers having diffraction efficiency with respect to the wavelength band. Here, by imparting polarization selectivity to the transmissive holographic optical element, for example, either p-polarized light or s-polarized light can be selectively diffracted.

また例えば、反射型回折光学素子は、反射型ホログラフィック光学素子である。この場合、例えば、反射型ホログラフィック光学素子は、複数の波長帯域に対して回折効率を有する単一のホログラム層により構成される、またこの場合、例えば、反射型ホログラフィック光学素子は、任意の波長帯域に対して回折効率を有する複数のホログラム層により構成される。   For example, the reflective diffractive optical element is a reflective holographic optical element. In this case, for example, the reflective holographic optical element is constituted by a single hologram layer having diffraction efficiency for a plurality of wavelength bands. In this case, for example, the reflective holographic optical element is an arbitrary It is composed of a plurality of hologram layers having diffraction efficiency with respect to the wavelength band.

この発明によれば、眼鏡レンズの瞳側の面に透過型回折光学素子を設けると共に瞳側とは反対側の面に反射型回折光学素子を設け、画像表示素子からの射出光を、透過型回折光学素子、眼鏡レンズ、反射型回折光学素子、眼鏡レンズおよび透過型回折光学素子を順次介して瞳への射出光とするものであり、光利用効率を高くでき、かつ画角を大きして倍率を高くできる。   According to the present invention, the transmission-type diffractive optical element is provided on the pupil side surface of the spectacle lens and the reflection-type diffractive optical element is provided on the surface opposite to the pupil side. The diffractive optical element, spectacle lens, reflective diffractive optical element, spectacle lens, and transmissive diffractive optical element are used to sequentially emit light to the pupil. The light utilization efficiency can be increased and the angle of view can be increased. The magnification can be increased.

この発明の第1の実施の形態について説明する。図1は、第1の実施の形態としての画像表示装置100の構成を示している。この画像表示装置100は、例えば液晶表示器(LCD:Liquid Crystal Display)等からなる画像表示素子101と、結像光学素子102と、眼鏡レンズ103と、偏光選択性透過型ホログラフィック光学素子104と、反射型ホログラフィック光学素子105とで構成されている。画像表示素子101が液晶表示器からなる場合、光源としては、例えば発光ダイオード(LED:Liquid Crystal Display)が用いられている。   A first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows a configuration of an image display apparatus 100 as the first embodiment. The image display device 100 includes, for example, an image display element 101 including a liquid crystal display (LCD), an imaging optical element 102, an eyeglass lens 103, a polarization selective transmission holographic optical element 104, and the like. And a reflection type holographic optical element 105. When the image display element 101 is a liquid crystal display, for example, a light emitting diode (LED: Liquid Crystal Display) is used as a light source.

本実施の形態において、画像表示素子101からの射出光は直線偏光であるp偏光とされており、また透過型ホログラフィック光学素子104はこのp偏光に対して回折効率を有するものとされている。なお、画像表示素子101からの射出光をp偏光と直交した偏光面を持つ直線偏光であるs偏光とし、また透過型ホログラフィック光学素子104をs偏光に対して回折効率を有するものとしてもよい。   In the present embodiment, light emitted from the image display element 101 is p-polarized light that is linearly polarized light, and the transmissive holographic optical element 104 has diffraction efficiency with respect to this p-polarized light. . The light emitted from the image display element 101 may be s-polarized light that is linearly polarized light having a polarization plane orthogonal to p-polarized light, and the transmissive holographic optical element 104 may have diffraction efficiency with respect to s-polarized light. .

偏光選択性透過型ホログラフィック光学素子104は、透過型回折光学素子を構成している。この透過型ホログラフィック光学素子104は、眼鏡レンズ103の瞳側の面(第1の面)に設けられている。この場合、透過型ホログラフィック光学素子104は、眼鏡レンズ103の第1の面に被着されている。   The polarization selective transmissive holographic optical element 104 constitutes a transmissive diffractive optical element. The transmissive holographic optical element 104 is provided on the pupil side surface (first surface) of the spectacle lens 103. In this case, the transmissive holographic optical element 104 is attached to the first surface of the spectacle lens 103.

反射型ホログラフィック光学素子105は、反射型回折光学素子を構成している。この反射型ホログラフィック光学素子105は、眼鏡レンズ103の瞳側の面(第1の面)とは反対側の面(第2の面)に設けられている。この場合、反射型ホログラフィック光学素子105は、眼鏡レンズ103の第2の面に被着されている。   The reflective holographic optical element 105 constitutes a reflective diffractive optical element. The reflective holographic optical element 105 is provided on a surface (second surface) opposite to the pupil-side surface (first surface) of the spectacle lens 103. In this case, the reflective holographic optical element 105 is attached to the second surface of the spectacle lens 103.

結像光学素子102は、結像光学素子102a〜102cで構成されている。この結像光学素子102は、画像表示素子101と透過型ホログラフィック光学素子104との間に配置されている。この場合、画像表示素子101からの射出光が、当該結像光学素子102により、中間結像点Pで集光された後に発散して、透過型ホログラフィック光学素子104に入射される。   The imaging optical element 102 includes imaging optical elements 102a to 102c. The imaging optical element 102 is disposed between the image display element 101 and the transmissive holographic optical element 104. In this case, the light emitted from the image display element 101 is condensed by the imaging optical element 102 at the intermediate imaging point P and then diverges and enters the transmissive holographic optical element 104.

画像表示装置100は、ユーザの瞳106の位置における光線、例えば平行光線を逆光線追跡したとき、画像表示素子101の表示面上に結像される光学系で構成されている。この逆光線追跡を考えた場合、結像光学素子102は、中間結像点Pで結像された像に存在する、透過型ホログラフィック光学素子104、眼鏡レンズ103、反射型ホログラフィック光学素子105で発生した各種光学収差を補正し、画像表示素子101の表示面上に結像するように、設計される。この場合、実際には、結像光学素子102により、中間結像点Pに、透過型ホログラフィック光学素子104、眼鏡レンズ103、反射型ホログラフィック光学素子105で発生する各種光学収差を補正する収差を持った状態で像が結像される。   The image display apparatus 100 is configured by an optical system that forms an image on the display surface of the image display element 101 when a ray at the position of the user's pupil 106, for example, a parallel ray is traced back. Considering this reverse ray tracing, the imaging optical element 102 is composed of a transmissive holographic optical element 104, a spectacle lens 103, and a reflective holographic optical element 105 existing in an image formed at the intermediate imaging point P. It is designed to correct various generated optical aberrations and form an image on the display surface of the image display element 101. In this case, in practice, the imaging optical element 102 corrects various optical aberrations generated by the transmissive holographic optical element 104, the spectacle lens 103, and the reflective holographic optical element 105 at the intermediate imaging point P. An image is formed with

眼鏡レンズ103の第1の面および第2の面の少なくとも一方は曲面とされ、レンズ効果を持つようにされている。これにより、光線束の広がりを抑制でき、結像光学素子102の大型化等を防止できる。例えば、曲面は、垂直方向または水平方向の軸を持つ円筒形状の曲面とされる。この場合、光線束の水平方向または垂直方向への広がりを抑制でき、またこの眼鏡レンズ103の第1の面、第2の面への透過型ホログラフィック光学素子104、反射型ホログラフィック光学素子105の被着も容易となる。   At least one of the first surface and the second surface of the spectacle lens 103 is a curved surface so as to have a lens effect. Thereby, the spread of the light beam can be suppressed, and the enlargement of the imaging optical element 102 can be prevented. For example, the curved surface is a cylindrical curved surface having a vertical or horizontal axis. In this case, the spread of the light beam in the horizontal direction or the vertical direction can be suppressed, and the transmissive holographic optical element 104 and the reflective holographic optical element 105 on the first surface and the second surface of the spectacle lens 103 can be suppressed. It is also easy to adhere to.

図2に示すように、画像表示素子101からの射出光は結像光学素子102(図2には図示せず)を介して透過型ホログラフィック光学素子104に入射されるが、その入射角が、当該透過型ホログラフィック光学素子104で回折される角度となるように、当該透過型ホログラフィック光学素子104の位置、角度等が設定されている。   As shown in FIG. 2, the light emitted from the image display element 101 is incident on the transmissive holographic optical element 104 via the imaging optical element 102 (not shown in FIG. 2). The position, angle, etc. of the transmissive holographic optical element 104 are set so that the angle is diffracted by the transmissive holographic optical element 104.

また、図2に示すように、この透過型ホログラフィック光学素子104からの回折光は、眼鏡レンズ103を介して反射型ホログラフィック光学素子105に入射されて回折および反射され、その回折光(反射光)は眼鏡レンズ103を介して再び透過型ホログラフィック光学素子104に入射されるが、その入射角が、当該透過型ホログラフィック光学素子104で回折されない角度となるように、反射型ホログラフィック光学素子105における回折光(反射光)の角度等が設定されている。   Further, as shown in FIG. 2, the diffracted light from the transmissive holographic optical element 104 is incident on the reflective holographic optical element 105 through the spectacle lens 103, and is diffracted and reflected. Light) is again incident on the transmissive holographic optical element 104 via the spectacle lens 103, and the reflection holographic optical is set so that the incident angle is not diffracted by the transmissive holographic optical element 104. The angle of diffracted light (reflected light) in the element 105 is set.

また、上述した逆光線追跡を考えた場合、反射型ホログラフィック光学素子105における回折によって生じる波長分散と逆の波長分散が、透過型ホログラフィック光学素子104における回折によって発生され、色分散した光線が中間結像位置に集光されるように、透過型ホログラフィック光学素子104の回折パワー等が設定されている。   Further, when considering the above-described reverse ray tracing, the wavelength dispersion opposite to the chromatic dispersion caused by the diffraction in the reflective holographic optical element 105 is generated by the diffraction in the transmissive holographic optical element 104, and the chromatically dispersed light beam is intermediate. The diffraction power of the transmissive holographic optical element 104 is set so that the light is condensed at the image forming position.

なお、眼鏡レンズ103が薄いため、透過型ホログラフィック光学素子104の位置における、反射型ホログラフィック光学素子105における回折によって生じる波長分散の広がりは小さい。そのため、透過型ホログラフィック光学素子104における回折によって、色分散した光線が結像位置に集光されるような波長分散を必ずしも発生させる必要はなく、透過型ホログラフィック光学素子104における回折によって発生させる波長分散は、反射型ホログラフィック光学素子105における回折によって生じる波長分散の、透過型ホログラフィック光学素子104の位置における広がりを、そのまま維持するものであってもよい。   Since the spectacle lens 103 is thin, the spread of chromatic dispersion caused by diffraction in the reflective holographic optical element 105 at the position of the transmissive holographic optical element 104 is small. For this reason, it is not always necessary to generate chromatic dispersion such that a chromatically dispersed light beam is collected at the imaging position by diffraction in the transmissive holographic optical element 104, and is generated by diffraction in the transmissive holographic optical element 104. The chromatic dispersion may maintain the spread of the chromatic dispersion caused by diffraction in the reflective holographic optical element 105 at the position of the transmissive holographic optical element 104 as it is.

また、上述した逆光線追跡を考えた場合、反射型ホログラフィック光学素子105で回折および反射されて透過型ホログラフィック光学素子104に入射される光線束が、全画角において略平行となるように、反射型ホログラフィック光学素子105の各部の干渉縞のピッチを段階的に異ならせる等して、当該反射型ホログラフィック光学素子105で得られるレンズ効果が最適化されている。これにより、透過型ホログラフィック光学素子104の回折効率の向上が図られている。   Further, when considering the above-described reverse ray tracing, the light flux diffracted and reflected by the reflective holographic optical element 105 and incident on the transmissive holographic optical element 104 is substantially parallel at all angles of view. The lens effect obtained by the reflection type holographic optical element 105 is optimized by changing the pitch of interference fringes of each part of the reflection type holographic optical element 105 stepwise. Thereby, the diffraction efficiency of the transmissive holographic optical element 104 is improved.

また、透過型ホログラフィック光学素子104および反射型ホログラフィック光学素子105は、それぞれ、可視領域における、赤色の波長帯域と、緑色の波長帯域と、青色の波長帯域とに対して、回折効率を有するものとされている。これにより、画像表示素子101からの射出光を構成する赤色成分、緑色成分および青色成分を、それぞれ、透過型ホログラフィック光学素子104および反射型ホログラフィック光学素子105で回折でき、ユーザの瞳106に各色成分を入射させることができ、ユーザにカラー画像を知覚させることが可能となる。   The transmissive holographic optical element 104 and the reflective holographic optical element 105 have diffraction efficiency with respect to the red wavelength band, the green wavelength band, and the blue wavelength band, respectively, in the visible region. It is supposed to be. As a result, the red component, the green component, and the blue component constituting the light emitted from the image display element 101 can be diffracted by the transmission holographic optical element 104 and the reflection holographic optical element 105, respectively. Each color component can be incident, and the user can perceive a color image.

本実施の形態において、ホログラフィック光学素子104,105は、それぞれ、赤色光回折用ホログラフィック光学素子110R,120R、緑色光回折用ホログラフィック光学素子110G,120Gおよび青色光回折用ホログラフィック光学素子110B,120Bが積層された3層構造とされている。ここで、ホログラフィック光学素子110R,120Rは、可視領域における、赤色の波長帯域(例えば620nm〜640nm)に対して、回折効率を有している。ホログラフィック光学素子110G,120Gは、可視領域における、緑色の波長帯域(例えば520nm〜540nm)に対して、回折効率を有している。ホログラフィック光学素子110B,120Bは、可視領域における、青色の波長帯域(例えば450nm〜500nm)に対して、回折効率を有している。   In the present embodiment, the holographic optical elements 104 and 105 are respectively a red light diffraction holographic optical element 110R and 120R, a green light diffraction holographic optical element 110G and 120G, and a blue light diffraction holographic optical element 110B. , 120B are laminated. Here, the holographic optical elements 110R and 120R have diffraction efficiency with respect to the red wavelength band (for example, 620 nm to 640 nm) in the visible region. The holographic optical elements 110G and 120G have diffraction efficiency with respect to a green wavelength band (for example, 520 nm to 540 nm) in the visible region. The holographic optical elements 110B and 120B have diffraction efficiency with respect to a blue wavelength band (for example, 450 nm to 500 nm) in the visible region.

この場合、透過型ホログラフィック光学素子104は、図3に示すように、眼鏡レンズ103側から、光学素子110R、光学素子110Bおよび光学素子110Gの順に配置される。なお、眼鏡レンズ103側から、光学素子110B、光学素子110Rおよび光学素子110Gの順に配置されていてもよい。   In this case, the transmissive holographic optical element 104 is arranged in the order of the optical element 110R, the optical element 110B, and the optical element 110G from the eyeglass lens 103 side, as shown in FIG. Note that the optical element 110B, the optical element 110R, and the optical element 110G may be arranged in this order from the eyeglass lens 103 side.

一方、反射型ホログラフィック光学素子105は、図3に示すように、眼鏡レンズ103側から、光学素子120G、光学素子120Bおよび光学素子120Rの順に配置される。なお、眼鏡レンズ103側から、光学素子120G、光学素子120Rおよび光学素子120Bの順に配置されていてもよい。   On the other hand, as shown in FIG. 3, the reflective holographic optical element 105 is arranged in the order of the optical element 120G, the optical element 120B, and the optical element 120R from the eyeglass lens 103 side. Note that the optical element 120G, the optical element 120R, and the optical element 120B may be arranged in this order from the eyeglass lens 103 side.

人間の眼は緑色の光に最も感度がよく、赤色がこれに次ぎ青色が最も低い。上述したように、ホログラフィック光学素子104,105において、回折すべき光線束が入射される側に、緑色の波長帯域に対して回折効率を有するホログラフィック光学素子110Gが配置されることで、回折すべき光線束は最初に光学素子110G,120Gに入射され、緑色の光線束は、他の光学素子の影響を受けることなく、当該光学素子110G,120Gで回折される。したがって、ホログラフィック光学素子104,105で、視感度の高い緑色の光線束を精度よく回折でき、ユーザは解像度のよい画像を知覚できるようなる。   The human eye is most sensitive to green light, red next to blue and lowest. As described above, in the holographic optical elements 104 and 105, the holographic optical element 110G having the diffraction efficiency with respect to the green wavelength band is arranged on the side on which the light beam to be diffracted is incident. The light beam to be incident is first incident on the optical elements 110G and 120G, and the green light beam is diffracted by the optical elements 110G and 120G without being affected by other optical elements. Therefore, the holographic optical elements 104 and 105 can accurately diffract a green light beam having high visibility, and the user can perceive an image with good resolution.

ここで、図4、図5を参照して、上述したホログラフィック光学素子110R,110G,110Bをそれぞれ構成する偏光選択性透過型ホログラフィック光学素子110の構造および製造プロセスを説明する。この透過型ホログラフィック光学素子110は、例えば特開2002−221710号公報に記載されている。   Here, with reference to FIG. 4 and FIG. 5, the structure and manufacturing process of the polarization selective transmission holographic optical element 110 that constitutes the holographic optical elements 110R, 110G, and 110B described above will be described. This transmissive holographic optical element 110 is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-221710.

この透過型ホログラフィック光学素子110は、高分子分散液晶(以下、「PDLC」という)を材料とした液晶パネルに、レーザ光線による干渉縞を露光して、ホログラムを形成したものである。   The transmissive holographic optical element 110 is formed by exposing a liquid crystal panel made of polymer dispersed liquid crystal (hereinafter referred to as “PDLC”) with interference fringes by a laser beam to form a hologram.

すなわち、まず、光重合を起こす前の高分子(以下、「プレポリマ」という)、ネマチック液晶、開始剤、色素などが混合されたPDLC1を、それぞれに透明電極2が形成された一対のガラス基板(あるいはフィルム)3,3間に挟み込み、PDLCパネルを形成する。このとき、ネマチック液晶の重量割合は全体の30%程度とする。また、このPDLC1の層厚(以下、「セルギャップ」という)は、2μm乃至15μm程度の範囲で、偏光選択性透過型ホログラフィック光学素子の仕様、例えば回折効率を持たせる波長帯域などに合わせて最適値が選ばれる。   That is, first, a PDLC 1 mixed with a polymer before photopolymerization (hereinafter referred to as “prepolymer”), a nematic liquid crystal, an initiator, a dye, and the like is paired with a pair of glass substrates on which a transparent electrode 2 is formed ( Alternatively, the film is sandwiched between films 3 and 3 to form a PDLC panel. At this time, the weight ratio of the nematic liquid crystal is about 30% of the whole. The layer thickness of the PDLC 1 (hereinafter referred to as “cell gap”) is in the range of about 2 μm to 15 μm, and is adapted to the specifications of the polarization selective transmission holographic optical element, for example, the wavelength band that gives diffraction efficiency. The optimum value is chosen.

次に、このPDLCパネルに干渉縞を記録するため、図示しないレーザ光源からの物体光4および参照光5を当該PDLCパネルに照射し、これらの干渉による光の強弱(A)を発生させる。このとき、干渉縞の明るいところ、つまり光子のエネルギーが大きい場所では、そのエネルギーにより、PDLC中のプレポリマが光重合を起こし、ポリマ化する。このため、プレポリマが周辺部から次々に供給され、結果的に、ポリマ化したプレポリマが密な領域と疎の領域とに分かれる。プレポリマが疎の領域では、ネマチック液晶の濃度が高くなる。これにより、高分子領域6と液晶領域7の2つの領域が形成される。   Next, in order to record interference fringes on the PDLC panel, object light 4 and reference light 5 from a laser light source (not shown) are irradiated to the PDLC panel, and light intensity (A) due to these interferences is generated. At this time, in a place where the interference fringes are bright, that is, a place where the energy of photons is large, the prepolymer in the PDLC undergoes photopolymerization and polymerizes due to the energy. For this reason, the prepolymer is supplied one after another from the peripheral portion, and as a result, the polymerized prepolymer is divided into a dense region and a sparse region. In regions where the prepolymer is sparse, the concentration of nematic liquid crystal is high. As a result, two regions of the polymer region 6 and the liquid crystal region 7 are formed.

ところで、上述のPDLCパネルの高分子領域6は、屈折率に関し等方的で、その値は、例えば1.5となされている。一方、PDLCパネルの液晶領域7では、ネマチック液晶分子8がその光軸を高分子領域6との境界面に対して略垂直として並んでいる。そのため、この液晶領域7では、屈折率が、入射偏光方位依存性を有しており、この場合常光線となるのは、PDLCパネルの光線入射面9に入射する入射光について考えた場合、s偏光成分である。   By the way, the polymer region 6 of the above-mentioned PDLC panel is isotropic with respect to the refractive index, and its value is, for example, 1.5. On the other hand, in the liquid crystal region 7 of the PDLC panel, nematic liquid crystal molecules 8 are arranged with their optical axes substantially perpendicular to the interface with the polymer region 6. Therefore, in this liquid crystal region 7, the refractive index has an incident polarization azimuth dependency. In this case, the ordinary ray is s when the incident light incident on the light incident surface 9 of the PDLC panel is considered. It is a polarization component.

そして、この液晶領域7の常光線屈折率nloを高分子領域6の屈折率npに略等しい状態、例えば、屈折率差が0.01未満である状態とすれば、入射s偏光成分に対する屈折率の変調は極めて小さく、回折効率をほとんど有しない。一般に、ネマチック液晶の常光線屈折率nloと異常光線屈折率nleとの差Δnは、0.1乃至0.2程度であるため、s偏光成分と入射方向が等しいp偏光成分の場合は、高分子領域6と液晶領域7との間に屈折率差を生じ、位相変調型ホログラムとして機能し、回折効率を有する。これが、透過型ホログラフィック光学素子(H−PDLCパネル)110の透明電極2,2間に電圧を印加しない場合の動作原理である(図4参照)。   If the ordinary refractive index nlo of the liquid crystal region 7 is substantially equal to the refractive index np of the polymer region 6, for example, the refractive index difference is less than 0.01, the refractive index for the incident s-polarized component. The modulation of is very small and has little diffraction efficiency. In general, the difference Δn between the ordinary ray refractive index nlo and the extraordinary ray refractive index nle of the nematic liquid crystal is about 0.1 to 0.2, so that the p-polarized component having the same incident direction as the s-polarized component is high. A difference in refractive index is generated between the molecular region 6 and the liquid crystal region 7, functions as a phase modulation hologram, and has diffraction efficiency. This is the operation principle when no voltage is applied between the transparent electrodes 2 and 2 of the transmissive holographic optical element (H-PDLC panel) 110 (see FIG. 4).

次に、図5に示すように、透過型ホログラフィック光学素子110の透明電極2,2間に電圧を印加した場合の動作について説明する。透明電極2,2間には、スイッチ10を介して、電源11が接続されている。スイッチ10を閉成することにより、透明電極2,2間には、電源11による電圧が印加される。これにより、透過型ホログラフィック光学素子110の内部の材料に電界が加わると、誘電率異方性を有する液晶分子8は、その電圧に応じた角度だけ、光軸を電界方向に揃えるように方向が変えられる。そして、入射光の偏光方向に関わらず、回折を起こさないように制御することが可能となる。   Next, an operation when a voltage is applied between the transparent electrodes 2 and 2 of the transmissive holographic optical element 110 as shown in FIG. 5 will be described. A power supply 11 is connected between the transparent electrodes 2 and 2 via a switch 10. By closing the switch 10, a voltage from the power source 11 is applied between the transparent electrodes 2 and 2. Thus, when an electric field is applied to the material inside the transmissive holographic optical element 110, the liquid crystal molecules 8 having dielectric anisotropy are oriented so that the optical axis is aligned with the electric field direction by an angle corresponding to the voltage. Can be changed. It is possible to control so as not to cause diffraction regardless of the polarization direction of incident light.

上述のような原理により、透過型ホログラフィック光学素子110は、入射光のうちのp偏光成分のみを回折する状態および入射光の全方向の偏光成分を回折しない状態の、2つの状態に切り替える動作が可能となる。   Based on the principle described above, the transmissive holographic optical element 110 is switched to two states, a state in which only the p-polarized component of the incident light is diffracted and a state in which the polarized component in all directions of the incident light is not diffracted. Is possible.

なお、上述したホログラフィック光学素子120R,120G,120Bをそれぞれ構成する反射型ホログラフィック光学素子は、フォトポリマーをホログラム感光剤としている。   Note that the reflection type holographic optical elements constituting the holographic optical elements 120R, 120G, and 120B described above each use a photopolymer as a hologram photosensitive agent.

画像表示素子101は、例えば赤色画像、緑色画像および青色画像を所定の周期、例えば1/180秒の周期をもって順次表示する。そして、この画像表示素子101からは、赤色画像、緑色画像および青色画像が表示されているとき、それぞれ赤色光、緑色光および青色光が射出される。図示しない制御部は、透過型ホログラフィック光学素子104を構成する光学素子110R,110Gおよび110Bを、それぞれ、画像表示素子101に赤色画像、緑色画像および青色画像が表示されているときp偏光成分のみを回折する状態とし、その他のとき全方向の偏光成分を回折しない状態とする。   The image display element 101 sequentially displays, for example, a red image, a green image, and a blue image with a predetermined period, for example, a period of 1/180 seconds. The image display element 101 emits red light, green light, and blue light, respectively, when a red image, a green image, and a blue image are displayed. A control unit (not shown) includes optical elements 110R, 110G, and 110B that constitute the transmissive holographic optical element 104, and displays only a p-polarized component when a red image, a green image, and a blue image are displayed on the image display element 101, respectively. Is in a state of diffracting, and in other cases, the polarization component in all directions is not diffracted.

この画像表示装置100において、画像表示素子101から射出される射出光(p偏光)は、結像光学素子102により、中間結像点Pで集光された後に発散して、透過型ホログラフィック光学素子104に回折される角度で入射されて回折される。この透過型ホログラフィック光学素子104からの回折光は、眼鏡レンズ103に、第1の面(瞳106側の面)から入射光として入射される。この入射光は、当該眼鏡レンズ103を透過して、第2の面(瞳106側とは反対側の面)から射出光として射出される。そして、この射出光は、反射型ホログラフィック光学素子105に入射され、回折および反射される。   In this image display device 100, the emitted light (p-polarized light) emitted from the image display element 101 is converged at the intermediate image formation point P by the imaging optical element 102 and then diverges, thereby transmitting holographic optics. The light is incident on the element 104 at a diffracted angle and is diffracted. The diffracted light from the transmissive holographic optical element 104 enters the spectacle lens 103 as incident light from the first surface (the surface on the pupil 106 side). The incident light passes through the spectacle lens 103 and is emitted as emitted light from the second surface (the surface opposite to the pupil 106 side). The emitted light is incident on the reflective holographic optical element 105, and is diffracted and reflected.

この反射型ホログラフィック光学素子105からの回折光(反射光)は、眼鏡レンズ103に、第2の面から入射光として入射される。この入射光は、当該眼鏡レンズ103を透過して、第1の面から射出光として射出される。この射出光は、透過型ホログラフィック光学素子104に回折されない角度で入射され、そのまま透過し、ユーザの瞳106に入射される。これにより、ユーザは、画像表示素子101に表示される画像を虚像として認識できるようになる。   The diffracted light (reflected light) from the reflective holographic optical element 105 enters the spectacle lens 103 as incident light from the second surface. The incident light passes through the spectacle lens 103 and is emitted as emitted light from the first surface. The emitted light is incident on the transmissive holographic optical element 104 at an angle that is not diffracted, passes through as it is, and enters the user's pupil 106. Thereby, the user can recognize the image displayed on the image display element 101 as a virtual image.

ここで、実際の光線の進行方向とは逆向きの光線追跡を考える。   Here, consider ray tracing in the direction opposite to the actual traveling direction of rays.

瞳106から所定の画角θを持った光線束(p偏光)が射出光として射出されたとする。この射出光は、透過型ホログラフィック光学素子104に回折されない角度で入射され、そのまま透過し、眼鏡レンズ103に、第1の面から入射光として入射される。この入射光は、当該眼鏡レンズ103を透過して、第2の面から射出光として射出される。そして、この射出光は、反射型ホログラフィック光学素子105に入射され、回折および反射される。この反射型ホログラフィック光学素子105では、可視領域の、赤色の波長帯域、緑色の波長帯域および青色の波長帯域のp偏光成分が、任意のパワーをもって回折される。   It is assumed that a light beam (p-polarized light) having a predetermined angle of view θ is emitted from the pupil 106 as emitted light. The emitted light is incident on the transmissive holographic optical element 104 at an angle that is not diffracted, passes through as it is, and enters the spectacle lens 103 as incident light from the first surface. The incident light passes through the spectacle lens 103 and is emitted as emitted light from the second surface. The emitted light is incident on the reflective holographic optical element 105, and is diffracted and reflected. In the reflection type holographic optical element 105, the p-polarized component in the visible wavelength region in the red wavelength band, the green wavelength band, and the blue wavelength band is diffracted with an arbitrary power.

この反射型ホログラフィック光学素子105からの回折光(反射光)は、眼鏡レンズ103に、第2の面から入射光として入射される。この入射光は、当該眼鏡レンズ103を透過して、第1の面から射出光として射出される。このp偏向成分の射出光は、透過型ホログラフィック光学素子104に回折される角度で入射されて回折される。この透過型ホログラフィック光学素子104では、可視領域の、赤色の波長帯域、緑色の波長帯域および青色の波長帯域のp偏光成分が、任意のパワーをもって回折される。   The diffracted light (reflected light) from the reflective holographic optical element 105 enters the spectacle lens 103 as incident light from the second surface. The incident light passes through the spectacle lens 103 and is emitted as emitted light from the first surface. The exit light of the p-polarized component is incident on the transmissive holographic optical element 104 at an angle to be diffracted and is diffracted. In this transmissive holographic optical element 104, the p-polarized component in the visible wavelength region in the red wavelength band, the green wavelength band, and the blue wavelength band is diffracted with an arbitrary power.

そして、この透過型ホログラフィック光学素子104からの回折光は、中間結像点Pで集光され、その後に結像光学素子102を介して、画像表示素子101の表示面上に再び集光される。これにより、瞳106の位置における光線、例えば平行光線は、画像表示素子101の表示面上に結像される。   Then, the diffracted light from the transmissive holographic optical element 104 is condensed at the intermediate image forming point P, and then condensed again on the display surface of the image display element 101 via the image forming optical element 102. The Thereby, a light ray at the position of the pupil 106, for example, a parallel light ray is imaged on the display surface of the image display element 101.

図1に示す画像表示装置100においては、画像表示素子101からの射出光が、眼鏡レンズ103およびホログラフィック光学素子104,105を介して、ユーザの瞳106に入射されるものであり、従来のようにハーフミラーを用いるものと比べて、光利用効率を高くでき、ユーザは明るい像を見ることができる。換言すれば、光利用効率を高くできることから、ユーザに明るい像を知覚させるための消費電力を低く抑えることができる。   In the image display apparatus 100 shown in FIG. 1, the light emitted from the image display element 101 is incident on the user's pupil 106 through the spectacle lens 103 and the holographic optical elements 104 and 105. As described above, the light use efficiency can be increased as compared with the case using the half mirror, and the user can see a bright image. In other words, since the light use efficiency can be increased, the power consumption for making the user perceive a bright image can be kept low.

すなわち、図1に示す画像表示装置100において、画像表示素子101からの射出光の光量の劣化または減衰は、ホログラフィック光学素子104,105の回折効率、眼鏡レンズ103、結像光学素子102およびホログラフィック光学素子104,105の内部での吸収、および各光学部品における表面反射でのみ発生する。しかも、偏光選択性透過型ホログラフィック光学素子104での回折効率は90%以上、また反射型ホログラフィック光学素子105での回折効率が95%以上と高い。したがって、画像表示素子101からの射出光の光量の劣化または減衰は少なく、ユーザの瞳106で観察される光量が多くなる。   That is, in the image display apparatus 100 shown in FIG. 1, the deterioration or attenuation of the light amount of the light emitted from the image display element 101 is caused by the diffraction efficiency of the holographic optical elements 104 and 105, the spectacle lens 103, the imaging optical element 102, and the holographic optical element. It occurs only due to absorption inside the graphic optical elements 104 and 105 and surface reflection in each optical component. Moreover, the diffraction efficiency of the polarization selective transmission holographic optical element 104 is as high as 90% or higher, and the diffraction efficiency of the reflective holographic optical element 105 is as high as 95% or higher. Therefore, there is little deterioration or attenuation of the light quantity of the emitted light from the image display element 101, and the light quantity observed by the user's pupil 106 is increased.

また、図1に示す画像表示装置100においては、ユーザの瞳106の前方に存在する眼鏡レンズ103の向こう側からの光は、眼鏡レンズ103およびホログラフィック光学素子104,105を介して、ユーザの瞳106に入射される。すなわち、図1に示す画像表示装置100においては、従来のように向こう側からの光がハーフミラーを介してユーザの瞳106に入射されるものではなく、明るいシースルー構造を提供できる。   Further, in the image display device 100 shown in FIG. 1, light from the other side of the spectacle lens 103 existing in front of the user's pupil 106 passes through the spectacle lens 103 and the holographic optical elements 104 and 105. The light enters the pupil 106. That is, in the image display apparatus 100 shown in FIG. 1, the light from the other side is not incident on the user's pupil 106 through the half mirror as in the prior art, and a bright see-through structure can be provided.

また、図1に示す画像表示装置100においては、画像表示素子101からの射出光が、透過型ホログラフィック光学素子104および反射型ホログラフィック光学素子105でそれぞれで回折された後にユーザの瞳106に入射されるものであり、ホログラフィック光学素子104,105に回折を分担させることができ、これらホログラフィック光学素子104,105の個々に大きな回折能力は要求されない。したがって、この図1に示す画像表示装置100によれば、従来の反射型ホログラフィック光学素子のみを用いるものと比べて、画角θを大きくでき、倍率を高くできる。   In the image display device 100 shown in FIG. 1, the light emitted from the image display element 101 is diffracted by the transmission holographic optical element 104 and the reflection holographic optical element 105, and then is diffracted to the user's pupil 106. The holographic optical elements 104 and 105 can share the diffraction, and the holographic optical elements 104 and 105 are not required to have a large diffraction capability. Therefore, according to the image display apparatus 100 shown in FIG. 1, the angle of view θ can be increased and the magnification can be increased as compared with the conventional apparatus using only the reflective holographic optical element.

また、図1に示す画像表示装置100においては、透過型ホログラフィック光学素子104および反射型ホログラフィック光学素子105を備えるものであり、瞳106の位置における光線、例えば平行光線を逆光線追跡した場合、反射型ホログラフィック光学素子105における回折によって生じる波長分散と逆の波長分散が、透過型ホログラフィック光学素子104における回折によって発生され、色分散した光線が中間結像位置に集光される。したがって、図1に示す画像表示装置100によれば、回折によって発生する色収差を相殺でき、画質の向上を図ることができる。この効果は、特に、画像表示素子101の光源として、3原色の各色光の波長帯域に広がりがある、発光ダイオードを用いている場合に、有効となる。   In addition, the image display device 100 shown in FIG. 1 includes a transmissive holographic optical element 104 and a reflective holographic optical element 105, and when a ray at the position of the pupil 106, for example, a parallel ray is traced backward, The chromatic dispersion opposite to the chromatic dispersion caused by the diffraction in the reflective holographic optical element 105 is generated by the diffraction in the transmissive holographic optical element 104, and the chromatically dispersed light beam is condensed at the intermediate image forming position. Therefore, according to the image display apparatus 100 shown in FIG. 1, it is possible to cancel chromatic aberration caused by diffraction and improve image quality. This effect is particularly effective when a light emitting diode having a broad wavelength band for each of the three primary colors is used as the light source of the image display element 101.

また、図1に示す画像表示装置100においては、眼鏡レンズ103の中で複数回の反射をさせる必要がないので、眼鏡レンズ103を製造可能なまでに薄くすることができる。   Further, in the image display device 100 shown in FIG. 1, since it is not necessary to make a plurality of reflections in the spectacle lens 103, the spectacle lens 103 can be made thin enough to be manufactured.

なお、図1に示す画像表示装置100では、透過型ホログラフィック光学素子104をホログラフィック光学素子110R,110G,110Bの3層構造としたものであるが、この透過型ホログラフィック光学素子104を、赤色光回折用ホログラフィック光学素子110Rおよび緑・青色光回折用ホログラフィック光学素子110GBが積層された2層構造とすることもできる。また、図1に示す画像表示装置100では、反射型ホログラフィック光学素子105をホログラフィック光学素子120R,120G,120Bの3層構造としたものであるが、この反射型ホログラフィック光学素子105を、赤色光回折用ホログラフィック光学素子120Rおよび緑・青色光回折用ホログラフィック光学素子120GBが積層された2層構造とすることもできる。この場合、ホログラフィック光学素子110R,120Rは、可視領域における赤色の波長帯域に対して回折効率を有するものとされるが、ホログラフィック光学素子110GB,120GBは、可視領域における緑色から青色の波長帯域に対して回折効率を有するものとされる。   In the image display apparatus 100 shown in FIG. 1, the transmission type holographic optical element 104 has a three-layer structure of holographic optical elements 110R, 110G, and 110B. A two-layer structure in which the holographic optical element 110R for red light diffraction and the holographic optical element 110GB for green / blue light diffraction are stacked may be employed. In the image display device 100 shown in FIG. 1, the reflective holographic optical element 105 has a three-layer structure of holographic optical elements 120R, 120G, and 120B. A two-layer structure in which the holographic optical element 120R for red light diffraction and the holographic optical element 120GB for green / blue light diffraction are stacked may be employed. In this case, the holographic optical elements 110R and 120R have diffraction efficiency with respect to the red wavelength band in the visible region, whereas the holographic optical elements 110GB and 120GB have a green to blue wavelength band in the visible region. It has a diffraction efficiency.

この場合、透過型ホログラフィック光学素子104は、図6に示すように、眼鏡レンズ103側から、光学素子110Rおよび光学素子110GBの順に配置される。一方、反射型ホログラフィック光学素子105は、図8に示すように、眼鏡レンズ103側から、光学素子120GBおよび光学素子120Rの順に配置される。   In this case, the transmissive holographic optical element 104 is arranged in the order of the optical element 110R and the optical element 110GB from the eyeglass lens 103 side, as shown in FIG. On the other hand, as shown in FIG. 8, the reflective holographic optical element 105 is disposed in the order of the optical element 120GB and the optical element 120R from the spectacle lens 103 side.

これにより、ホログラフィック光学素子104,105において、回折すべき光線束が入射される側に、緑色の波長帯域に対して回折効率を有するホログラフィック光学素子110GB,120GBが配置されることで、回折すべき光線束は最初に光学素子110GB,120GBに入射され、緑色の光線束は、他の光学素子の影響を受けることなく、当該光学素子110GB,120GBで回折される。したがって、ホログラフィック光学素子104,105で、視感度の高い緑色の光線束を精度よく回折でき、ユーザは解像度のよい画像を知覚できるようなる。   Thereby, in the holographic optical elements 104 and 105, the holographic optical elements 110GB and 120GB having the diffraction efficiency with respect to the green wavelength band are arranged on the side on which the light beam to be diffracted is incident. The beam bundle to be incident is first incident on the optical elements 110GB and 120GB, and the green beam bundle is diffracted by the optical elements 110GB and 120GB without being influenced by other optical elements. Therefore, the holographic optical elements 104 and 105 can accurately diffract a green light beam having high visibility, and the user can perceive an image with good resolution.

また、ホログラフィック光学素子104,105を、図示せずも、それぞれ、可視領域における赤色から青色の波長帯域に対して回折効率を有する、赤・緑・青色光回折用ホログラフィック光学素子の1層構造とすることもできる。   Further, although not shown, each of the holographic optical elements 104 and 105 is a single layer of holographic optical elements for diffracting red, green, and blue light that has diffraction efficiency in the red to blue wavelength band in the visible region. It can also be a structure.

次に、この発明の第2の実施の形態について説明する。図7は、第2の実施の形態としての画像表示装置100Aの構成を示している。この図7において、図1と対応する部分には同一符号を付し、適宜その説明を省略する。   Next explained is the second embodiment of the invention. FIG. 7 shows a configuration of an image display apparatus 100A as the second embodiment. In FIG. 7, parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted as appropriate.

この画像表示装置100Aは、画像表示素子101と、結像光学素子102と、眼鏡レンズ103と、偏光選択性透過型ホログラフィック光学素子104と、反射型ホログラフィック光学素子105とで構成されている。   The image display device 100A includes an image display element 101, an imaging optical element 102, an eyeglass lens 103, a polarization selective transmission holographic optical element 104, and a reflection holographic optical element 105. .

透過型ホログラフィック光学素子104は、透過型回折光学素子を構成している。このホログラフィック光学素子104は、眼鏡レンズ103の瞳側の面(第1の面)に設けられている。この場合、透過型ホログラフィック光学素子104は、眼鏡レンズ103の第1の面に被着されている。   The transmissive holographic optical element 104 constitutes a transmissive diffractive optical element. The holographic optical element 104 is provided on the pupil side surface (first surface) of the spectacle lens 103. In this case, the transmissive holographic optical element 104 is attached to the first surface of the spectacle lens 103.

反射型ホログラフィック光学素子105は、反射型回折光学素子を構成している。この反射型ホログラフィック光学素子105は、眼鏡レンズ103の瞳側の面(第1の面)とは反対側の面(第2の面)に設けられている。この場合、反射型ホログラフィック光学素子105は、眼鏡レンズ103の第2の面に被着されている。   The reflective holographic optical element 105 constitutes a reflective diffractive optical element. The reflective holographic optical element 105 is provided on a surface (second surface) opposite to the pupil-side surface (first surface) of the spectacle lens 103. In this case, the reflective holographic optical element 105 is attached to the second surface of the spectacle lens 103.

結像光学素子102は、結像光学素子102d,102eで構成されている。この結像光学素子102は、画像表示素子101と透過型ホログラフィック光学素子104との間に配置されている。この場合、画像表示素子101からの射出光が、当該結像光学素子102により、中間結像点Pで集光された後に発散して、透過型ホログラフィック光学素子104に入射される。   The imaging optical element 102 includes imaging optical elements 102d and 102e. The imaging optical element 102 is disposed between the image display element 101 and the transmissive holographic optical element 104. In this case, the light emitted from the image display element 101 is condensed by the imaging optical element 102 at the intermediate imaging point P and then diverges and enters the transmissive holographic optical element 104.

画像表示装置100Aは、ユーザの瞳106の位置における光線、例えば平行光線を逆光線追跡したとき、画像表示素子101の表示面上に結像される光学系で構成されている。この逆光線追跡を考えた場合、結像光学素子102は、中間結像点Pで結像された像に存在する、透過型ホログラフィック光学素子104、眼鏡レンズ103、反射型ホログラフィック光学素子105で発生した各種光学収差を補正し、画像表示素子101の表示面上に結像するように、設計される。この場合、実際には、結像光学素子102により、中間結像点Pに、透過型ホログラフィック光学素子104、眼鏡レンズ103、反射型ホログラフィック光学素子105で発生する各種光学収差を補正する収差を持った状態で像が結像される。   The image display device 100 </ b> A includes an optical system that forms an image on the display surface of the image display element 101 when a ray at the position of the user's pupil 106, for example, a parallel ray is traced back. Considering this reverse ray tracing, the imaging optical element 102 is composed of a transmissive holographic optical element 104, a spectacle lens 103, and a reflective holographic optical element 105 existing in an image formed at the intermediate imaging point P. It is designed to correct various generated optical aberrations and form an image on the display surface of the image display element 101. In this case, in practice, the imaging optical element 102 corrects various optical aberrations generated by the transmissive holographic optical element 104, the spectacle lens 103, and the reflective holographic optical element 105 at the intermediate imaging point P. An image is formed with

図8に示すように、画像表示素子101からの射出光は結像光学素子102(図8には図示せず)を介して透過型ホログラフィック光学素子104に入射されるが、その入射角が、当該透過型ホログラフィック光学素子104で回折されない角度となるように、当該透過型ホログラフィック光学素子104の位置、角度等が設定されている。   As shown in FIG. 8, the light emitted from the image display element 101 is incident on the transmissive holographic optical element 104 via the imaging optical element 102 (not shown in FIG. 8). The position, angle, etc. of the transmissive holographic optical element 104 are set so that the angle is not diffracted by the transmissive holographic optical element 104.

また、図8に示すように、この透過型ホログラフィック光学素子104を回折されずに透過した光は、眼鏡レンズ103を介して反射型ホログラフィック光学素子105に入射されて回折および反射され、その回折光(反射光)は眼鏡レンズ103を介して再び透過型ホログラフィック光学素子104に入射されるが、その入射角が、当該透過型ホログラフィック光学素子104で回折される角度となるように、反射型ホログラフィック光学素子105における回折光の角度等が設定されている。   Further, as shown in FIG. 8, the light transmitted through the transmissive holographic optical element 104 without being diffracted is incident on the reflective holographic optical element 105 through the spectacle lens 103, and is diffracted and reflected. The diffracted light (reflected light) is incident again on the transmissive holographic optical element 104 via the spectacle lens 103, so that the incident angle is an angle diffracted by the transmissive holographic optical element 104. The angle of diffracted light in the reflective holographic optical element 105 is set.

また、上述した逆光線追跡を考えた場合、反射型ホログラフィック光学素子105における回折によって生じる波長分散と逆の波長分散が、透過型ホログラフィック光学素子104における回折によって発生され、色分散した光線が中間結像位置に集光されるように、透過型ホログラフィック光学素子104の回折パワー等が設定されている。   Further, when considering the above-described reverse ray tracing, the wavelength dispersion opposite to the chromatic dispersion caused by the diffraction in the reflective holographic optical element 105 is generated by the diffraction in the transmissive holographic optical element 104, and the chromatically dispersed light beam is intermediate. The diffraction power of the transmissive holographic optical element 104 is set so that the light is condensed at the image forming position.

この画像表示装置100Aのその他は、図1に示す画像表示装置100と同様に構成される。   The rest of the image display device 100A is configured similarly to the image display device 100 shown in FIG.

この画像表示装置100Aにおいて、画像表示素子101から射出される射出光(p偏光)は、結像光学素子102により、中間結像点Pで集光された後に発散して、透過型ホログラフィック光学素子104に回折されない角度で入射され、そのまま透過し、眼鏡レンズ103に、第1の面(瞳106側の面)から入射光として入射される。この入射光は、当該眼鏡レンズ103を透過して、第2の面(瞳106側とは反対側の面)から射出光として射出される。そして、この射出光は、反射型ホログラフィック光学素子105に入射され、回折および反射される。   In this image display device 100A, the emitted light (p-polarized light) emitted from the image display element 101 is converged at the intermediate image formation point P by the imaging optical element 102 and then diverges, thereby transmitting holographic optics. The light is incident on the element 104 at an angle that is not diffracted, passes through as it is, and enters the spectacle lens 103 as incident light from the first surface (the surface on the pupil 106 side). The incident light passes through the spectacle lens 103 and is emitted as emitted light from the second surface (the surface opposite to the pupil 106 side). The emitted light is incident on the reflective holographic optical element 105, and is diffracted and reflected.

この反射型ホログラフィック光学素子105からの回折光(反射光)は、眼鏡レンズ103に、第2の面から入射光として入射される。この入射光は、当該眼鏡レンズ103を透過して、第1の面から射出光として射出される。この射出光は、透過型ホログラフィック光学素子104に回折される角度で入射されて回折される。この透過型ホログラフィック光学素子104からの回折光は、ユーザの瞳106に入射される。これにより、ユーザは、画像表示素子101に表示される画像を虚像として認識できるようになる。   The diffracted light (reflected light) from the reflective holographic optical element 105 enters the spectacle lens 103 as incident light from the second surface. The incident light passes through the spectacle lens 103 and is emitted as emitted light from the first surface. The emitted light is incident on the transmissive holographic optical element 104 at an angle to be diffracted and is diffracted. The diffracted light from the transmissive holographic optical element 104 enters the user's pupil 106. Thereby, the user can recognize the image displayed on the image display element 101 as a virtual image.

ここで、実際の光線の進行方向とは逆向きの光線追跡を考える。   Here, consider ray tracing in the direction opposite to the actual traveling direction of rays.

瞳106から所定の画角を持った光線束(p偏光)が射出光として射出されたとする。この射出光は、透過型ホログラフィック光学素子104に回折される角度で入射されて回折される。この透過型ホログラフィック光学素子104では、可視領域の、赤色の波長帯域、緑色の波長帯域および青色の波長帯域のp偏光成分が、任意のパワーをもって回折される。   It is assumed that a light beam (p-polarized light) having a predetermined angle of view is emitted from the pupil 106 as emitted light. The emitted light is incident on the transmissive holographic optical element 104 at an angle to be diffracted and is diffracted. In this transmissive holographic optical element 104, the p-polarized component in the visible wavelength region in the red wavelength band, the green wavelength band, and the blue wavelength band is diffracted with an arbitrary power.

この透過型ホログラフィック光学素子104からの回折光は、眼鏡レンズ103に、第1の面から入射光として入射される。この入射光は、当該眼鏡レンズ103を透過して、第2の面から射出光として射出される。そして、この射出光は、反射型ホログラフィック光学素子105に入射され、回折および反射される。この反射型ホログラフィック光学素子105では、可視領域の、赤色の波長帯域、緑色の波長帯域および青色の波長帯域のp偏光成分が、任意のパワーをもって回折される。   The diffracted light from the transmissive holographic optical element 104 enters the spectacle lens 103 as incident light from the first surface. The incident light passes through the spectacle lens 103 and is emitted as emitted light from the second surface. The emitted light is incident on the reflective holographic optical element 105, and is diffracted and reflected. In the reflection type holographic optical element 105, the p-polarized component in the visible wavelength region in the red wavelength band, the green wavelength band, and the blue wavelength band is diffracted with an arbitrary power.

この反射型ホログラフィック光学素子105からの回折光(反射光)は、眼鏡レンズ103に、第2の面から入射光として入射される。この入射光は、当該眼鏡レンズ103を透過して、第1の面から射出光として射出される。この射出光は、透過型ホログラフィック光学素子104に回折されない角度で入射され、そのまま透過する。   The diffracted light (reflected light) from the reflective holographic optical element 105 enters the spectacle lens 103 as incident light from the second surface. The incident light passes through the spectacle lens 103 and is emitted as emitted light from the first surface. The emitted light is incident on the transmissive holographic optical element 104 at an angle that is not diffracted and is transmitted as it is.

そして、このホログラフィック光学素子104からの射出光は、中間結像点Pで集光され、その後に結像光学素子102を介して、画像表示素子101の表示面上に再び集光される。これにより、瞳106の位置における光線、例えば平行光線は、画像表示素子101の表示面上に結像される。   The emitted light from the holographic optical element 104 is condensed at the intermediate image forming point P, and then condensed again on the display surface of the image display element 101 via the image forming optical element 102. Thereby, a light ray at the position of the pupil 106, for example, a parallel light ray is imaged on the display surface of the image display element 101.

図7に示す画像表示装置100Aにおいては、画像表示素子101からの射出光が反射型ホログラフィック光学素子105で回折および反射された後さらに透過型ホログラフィック光学素子104で回折されてユーザの瞳106に入射される点で、画像表示素子101からの射出光が透過型ホログラフィック光学素子104で回折された後さらに反射型ホログラフィック光学素子105で回折されてユーザの瞳106に入射される図1に示す画像表示装置100とは構成が異なるものの、その他は同様に構成されており、同様の作用効果を得ることができる。   In the image display device 100A shown in FIG. 7, the light emitted from the image display element 101 is diffracted and reflected by the reflective holographic optical element 105 and then diffracted by the transmissive holographic optical element 104 to be diffracted by the user's pupil 106. The light emitted from the image display element 101 is diffracted by the transmissive holographic optical element 104 and further diffracted by the reflective holographic optical element 105 to be incident on the pupil 106 of the user. Although the configuration is different from that of the image display apparatus 100 shown in FIG. 4, the other configurations are the same, and the same operational effects can be obtained.

この発明は、光利用効率を高くでき、シースルーが可能であり、眼鏡レンズを薄く作ることが可能であり、また画角を大きして倍率を高くできるものであり、頭部装着型ディスプレイ等として使用して好適である。   This invention can increase the light utilization efficiency, allows see-through, can make a spectacle lens thin, can increase the angle of view and increase the magnification, and can be used as a head-mounted display or the like. Suitable for use.

第1の実施の形態としての画像表示装置の構成を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of the image display apparatus as 1st Embodiment. 透過型ホログラフィック光学素子および反射型ホログラフィック光学素子における回折を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the diffraction in a transmissive | pervious holographic optical element and a reflective holographic optical element. 赤、緑、青の色光に対する、透過型ホログラフィック光学素子の構成例(3層構造)および反射型ホログラフィック光学素子の構成例(3層構造)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structural example (3 layer structure) of a transmissive | pervious holographic optical element with respect to red, green, and blue color light, and the structural example (3 layer structure) of a reflective holographic optical element. 偏光選択性透過型ホログラフィック光学素子の構成(電圧非印加状態)を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure (voltage non-application state) of a polarization selective transmission type holographic optical element. 偏光選択性透過型ホログラフィック光学素子の構成(電圧印加状態)を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure (voltage application state) of a polarization selective transmission type holographic optical element. 赤、緑、青の色光に対する、透過型ホログラフィック光学素子の構成例(2層構造)および反射型ホログラフィック光学素子の構成例(2層構造)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structural example (2 layer structure) of a transmission type holographic optical element with respect to red, green, and blue color light, and the structural example (2 layer structure) of a reflection type holographic optical element. 第2の実施の形態としての画像表示装置の構成を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of the image display apparatus as 2nd Embodiment. 透過型ホログラフィック光学素子および反射型ホログラフィック光学素子における回折を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the diffraction in a transmissive | pervious holographic optical element and a reflective holographic optical element. 従来の画像表示装置の一例の構成を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of an example of the conventional image display apparatus. 従来の画像表示装置の他の例の構成を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of the other example of the conventional image display apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

100,100A・・・画像表示装置、101・・・画像表示素子、102・・・結像光学素子、103・・・眼鏡レンズ、104・・・偏光選択性透過型ホログラフィック光学素子、105・・・反射型ホログラフィック光学素子、106・・・ユーザの瞳、110・・・偏光選択性透過型ホログラフィック光学素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,100A ... Image display apparatus, 101 ... Image display element, 102 ... Imaging optical element, 103 ... Eyeglass lens, 104 ... Polarization selective transmission type holographic optical element, 105. ..Reflection-type holographic optical element 106: User's pupil 110: Polarization selective transmission holographic optical element

Claims (21)

画像表示素子と、
眼鏡レンズと、
上記眼鏡レンズの瞳側の面である第1の面に設けられた透過型回折光学素子と、
上記眼鏡レンズの上記第1の面とは反対側の面である第2の面に設けられた反射型回折光学素子とを備え、
上記画像表示素子からの射出光は、上記透過型回折光学素子、上記眼鏡レンズ、上記反射型回折光学素子、上記眼鏡レンズおよび上記透過型回折光学素子を順次介されて、上記瞳への射出光とされる
ことを特徴とする画像表示装置。
An image display element;
Eyeglass lenses,
A transmission type diffractive optical element provided on a first surface which is a pupil side surface of the spectacle lens;
A reflective diffractive optical element provided on a second surface which is a surface opposite to the first surface of the spectacle lens;
The light emitted from the image display element is emitted to the pupil through the transmission diffractive optical element, the spectacle lens, the reflection diffractive optical element, the spectacle lens, and the transmission diffractive optical element sequentially. An image display device characterized by that.
上記画像表示素子からの射出光は、上記透過型回折光学素子に、回折される角度で入射され、該透過型回折光学素子で回折された後に、上記眼鏡レンズに上記第1の面から入射光として入射され、
上記眼鏡レンズに上記第1の面から入射された入射光は、上記眼鏡レンズの上記第2の面から射出光として射出され、
上記眼鏡レンズの第2の面から射出された射出光は、上記反射型回折光学素子で回折および反射された後に、上記眼鏡レンズに上記第2の面から入射光として入射され、
上記眼鏡レンズに上記第2の面から入射された入射光は、上記眼鏡レンズの上記第1の面から射出光として射出され、
上記眼鏡レンズの第1の面から射出された射出光は、上記透過型回折光学素子に、回折されない角度で入射され、該透過型回折光学素子を回折されずに透過し、該透過型回折光学素子から上記瞳への射出光として射出される
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
Light emitted from the image display element is incident on the transmissive diffractive optical element at a diffracted angle, diffracted by the transmissive diffractive optical element, and then incident on the spectacle lens from the first surface. As incident and
Incident light incident on the spectacle lens from the first surface is emitted as exit light from the second surface of the spectacle lens;
The light emitted from the second surface of the spectacle lens is diffracted and reflected by the reflective diffractive optical element, and then enters the spectacle lens as incident light from the second surface,
Incident light incident on the spectacle lens from the second surface is emitted as exit light from the first surface of the spectacle lens,
The light emitted from the first surface of the spectacle lens is incident on the transmissive diffractive optical element at an angle that is not diffracted, and is transmitted through the transmissive diffractive optical element without being diffracted. The image display device according to claim 1, wherein the image display device emits light from an element as light emitted to the pupil.
上記画像表示素子からの射出光は、上記透過型回折光学素子に、回折されない角度で入射され、該透過型回折光学素子を透過した後に、上記眼鏡レンズに上記第1の面から入射光として入射され、
上記眼鏡レンズに上記第1の面から入射された入射光は、上記眼鏡レンズの上記第2の面から射出光として射出され、
上記眼鏡レンズの第2の面から射出された射出光は、上記反射型回折光学素子で回折および反射された後に、上記眼鏡レンズに上記第2の面から入射光として入射され、
上記眼鏡レンズに上記第2の面から入射された入射光は、上記眼鏡レンズの上記第1の面から射出光として射出され、
上記眼鏡レンズの第1の面から射出された射出光は、上記透過型回折光学素子に、回折される角度で入射され、該透過型回折光学素子で回折され、該透過型回折光学素子から上記瞳への射出光として射出される
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
Light emitted from the image display element is incident on the transmissive diffractive optical element at an angle that is not diffracted, and after passing through the transmissive diffractive optical element, enters the spectacle lens as incident light from the first surface. And
Incident light incident on the spectacle lens from the first surface is emitted as exit light from the second surface of the spectacle lens;
The light emitted from the second surface of the spectacle lens is diffracted and reflected by the reflective diffractive optical element, and then enters the spectacle lens as incident light from the second surface,
Incident light incident on the spectacle lens from the second surface is emitted as exit light from the first surface of the spectacle lens,
The light emitted from the first surface of the spectacle lens is incident on the transmissive diffractive optical element at a diffracted angle, diffracted by the transmissive diffractive optical element, and from the transmissive diffractive optical element. The image display device according to claim 1, wherein the image display device is emitted as light emitted to a pupil.
上記画像表示素子と上記透過型回折光学素子との間に配置される結像光学素子をさらに備え、
上記画像表示素子からの射出光は、上記結像光学素子により、中間結像点で集光された後に発散して、上記透過型回折光学素子に入射される
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
An imaging optical element disposed between the image display element and the transmissive diffractive optical element;
The emitted light from the image display element is converged at an intermediate imaging point by the imaging optical element, and then diverges and enters the transmission type diffractive optical element. The image display device described.
上記眼鏡レンズの上記第1の面および上記第2の面の少なくとも一方の面は曲面とされている
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
The image display device according to claim 1, wherein at least one of the first surface and the second surface of the spectacle lens is a curved surface.
上記曲面は、垂直方向または水平方向の軸を持つ円筒形状の曲面である
ことを特徴とする請求項5に記載の画像表示装置。
The image display device according to claim 5, wherein the curved surface is a cylindrical curved surface having a vertical or horizontal axis.
上記瞳の位置における光線を逆光線追跡したとき上記画像表示素子の表示面上に結像される光学系で構成され、
上記反射型回折光学素子における回折によって生じる波長分散と逆の波長分散を、上記透過型回折光学素子によって発生させ、上記光線を結像位置に集光させる
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
Consists of an optical system that forms an image on the display surface of the image display element when the light ray at the position of the pupil is traced by a reverse ray.
The chromatic dispersion opposite to the chromatic dispersion caused by diffraction in the reflective diffractive optical element is generated by the transmissive diffractive optical element, and the light beam is condensed at an imaging position. Image display device.
上記瞳の位置における光線を逆光線追跡したとき上記画像表示素子の表示面上に結像される光学系で構成され、
上記透過型回折光学素子における回折によって生じる波長分散と逆の波長分散を、上記反射型回折光学素子によって発生させ、上記光線を結像位置に集光させる
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
Consists of an optical system that forms an image on the display surface of the image display element when the light ray at the position of the pupil is traced by a reverse ray.
The chromatic dispersion opposite to the chromatic dispersion caused by diffraction in the transmissive diffractive optical element is generated by the reflective diffractive optical element, and the light beam is condensed at an imaging position. Image display device.
上記透過型回折光学素子は、複数の波長帯域に対して回折効率を有する単一の回折層により構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
The image display apparatus according to claim 1, wherein the transmissive diffractive optical element is configured by a single diffraction layer having diffraction efficiency for a plurality of wavelength bands.
上記透過型回折光学素子は、複数の回折層により構成され、該複数の回折層はそれぞれ異なる波長帯域に対して回折効率を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
The image display apparatus according to claim 1, wherein the transmissive diffractive optical element includes a plurality of diffraction layers, and each of the plurality of diffraction layers has diffraction efficiency with respect to different wavelength bands.
上記透過型回折光学素子は、可視光領域における、赤色の波長帯域と、緑色の波長帯域と、青色の波長帯域とに対して、回折効率を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
The image according to claim 1, wherein the transmissive diffractive optical element has diffraction efficiency with respect to a red wavelength band, a green wavelength band, and a blue wavelength band in a visible light region. Display device.
上記透過型回折光学素子は、上記赤色の波長帯域に対して回折効率を有する第1の層と、上記緑色の波長帯域に対して回折効率を有する第2の層と、上記青色の波長帯域に対して回折効率を有する第3の層とから構成されている
ことを特徴とする請求項11に記載の画像表示装置。
The transmissive diffractive optical element includes a first layer having diffraction efficiency for the red wavelength band, a second layer having diffraction efficiency for the green wavelength band, and the blue wavelength band. The image display device according to claim 11, comprising: a third layer having diffraction efficiency.
上記透過型回折光学素子は、上記赤色の波長帯域に対して回折効率を有する第1の層と、上記緑色から上記青色の波長帯域に対して回折効率を有する第2の層とから構成されている
ことを特徴とする請求項11に記載の画像表示装置。
The transmission-type diffractive optical element includes a first layer having diffraction efficiency with respect to the red wavelength band and a second layer having diffraction efficiency with respect to the green to blue wavelength band. The image display device according to claim 11.
上記透過型回折光学素子は、透過型ホログラフィック光学素子である
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
The image display apparatus according to claim 1, wherein the transmissive diffractive optical element is a transmissive holographic optical element.
上記透過型ホログラフィック光学素子は、偏向選択性透過型ホログラフィック光学素子である
ことを特徴とする請求項14に記載の画像表示装置。
15. The image display device according to claim 14, wherein the transmissive holographic optical element is a deflection selective transmissive holographic optical element.
上記反射型回折光学素子は、複数の波長帯域に対して回折効率を有する単一の回折層により構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
The image display apparatus according to claim 1, wherein the reflective diffractive optical element includes a single diffraction layer having diffraction efficiency for a plurality of wavelength bands.
上記反射型回折光学素子は、複数の回折層により構成され、該複数の回折層はそれぞれ異なる波長帯域に対して回折効率を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
The image display apparatus according to claim 1, wherein the reflective diffractive optical element includes a plurality of diffraction layers, and each of the plurality of diffraction layers has a diffraction efficiency with respect to different wavelength bands.
上記反射型回折光学素子は、可視光領域における、赤色の波長帯域と、緑色の波長帯域と、青色の波長帯域とに対して、回折効率を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
The image according to claim 1, wherein the reflective diffractive optical element has diffraction efficiency with respect to a red wavelength band, a green wavelength band, and a blue wavelength band in a visible light region. Display device.
上記反射型回折光学素子は、上記赤色の波長帯域に対して回折効率を有する第1の層と、上記緑色の波長帯域に対して回折効率を有する第2の層と、上記青色の波長帯域に対して回折効率を有する第3の層とから構成されている
ことを特徴とする請求項18に記載の画像表示装置。
The reflective diffractive optical element includes a first layer having diffraction efficiency for the red wavelength band, a second layer having diffraction efficiency for the green wavelength band, and the blue wavelength band. The image display device according to claim 18, further comprising a third layer having diffraction efficiency.
上記反射型回折光学素子は、上記赤色の波長帯域に対して回折効率を有する第1の層と、上記緑色から上記青色の波長帯域に対して回折効率を有する第2の層とから構成されている
ことを特徴とする請求項18に記載の画像表示装置。
The reflective diffractive optical element includes a first layer having diffraction efficiency with respect to the red wavelength band, and a second layer having diffraction efficiency with respect to the green to blue wavelength band. The image display apparatus according to claim 18, wherein:
上記反射型回折光学素子は、反射型ホログラフィック光学素子である
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
The image display apparatus according to claim 1, wherein the reflective diffractive optical element is a reflective holographic optical element.
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