JP6223228B2

JP6223228B2 - 表示装置

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Inventors: 堀川　嘉明; 嘉明堀川
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Description

本発明は、表示装置に関するものである。

近年、表示画面の虚像を観察者の前方に形成するための画像表示装置が提案されている。この画像表示装置では、表示光束を透明な基板内で繰り返し内面反射させて、表示光束を基板内で伝播させている。そして、表示光束が内面反射を行う毎に、その表示光束の一部を基板外に射出させている。このようにすることにより、この画像表示装置では、基板のほぼ全面から表示光束を射出させている（特許文献１）。

より具体的には、この画像表示装置では、液晶表示素子の表示画面から表示光束が射出する。表示画面から射出した表示光束は対物レンズで平行光束に変換されて、透明な基板に入射する。そして、表示光束は透明な基板内で内面反射を繰り返しながら、透明な基板内を伝播する。このとき、内面反射毎に、表示光束の一部が基板から外に射出する。このように、透明な基板の複数の位置から表示光束が射出するため、透明な基板全面から表示光束が射出する。その結果、透明な基板から射出する表示光束全体の径は、透明な基板に入射したときの光束の径よりも大きくなる。

観察者が表示画面の虚像を観察するためには、透明な基板から射出する表示光束を眼に入射させなくてはならない。上記の画像表示装置では、透明な基板から射出する表示光束の径が大きい（太い）。そのため、表示光束（透明な基板）に対する眼の位置合わせの許容範囲は、表示光束の径が小さい（細い）場合と比べると広くなる。その結果、観察者は、容易に虚像を観察することができる。

また、透明な基板から射出する表示光束は平行光束である。そのため、観察者は透明な基板の奥に虚像を観察することができる。また、表示光束が太いので、観察者は表示装置に眼を近づける必要が無い。なお、透明な基板の奥とは、透明な基板を挟んで観察者の位置と反対側の位置のことである。

特許第４６０５１５２号公報

特許文献１の画像表示装置では、表示画面（液晶表示素子）から射出した表示光束を、対物レンズで平行光束に変換している。ここで、表示光束には、軸上光束に加えて軸外光束が含まれているので、軸外光束も収差の少ない平行光束に変換しなければならない。そのため、対物レンズには複数枚のレンズが必要となる。その結果、特許文献１の画像表示装置では、平行光束を得るまでの構成（液晶表示素子と対物レンズ）が大型化してしまう。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、小型・薄型でありながら、高い光学性能を有する表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る表示装置は、
表示光束を形成する空間位相変調素子と、
前記表示光束が繰り返し内面反射して伝播する透明な基板と、
前記表示光束が前記内面反射を行う毎に、前記表示光束の一部を前記透明な基板外へ射出させる分岐部と、
照明光束を前記空間位相変調素子に導き、前記空間位相変調素子で形成される前記表示光束を前記透明な基板に導くビームスプリッタを有する光束導入光学系と、を備え、
前記空間位相変調素子は、前記照明光束の回折により前記表示光束をホログラフィックに形成し、
前記光束導入光学系は、前記空間位相変調素子と前記透明な基板との間の前記表示光束の光路中に、負のレンズパワーを有する光学素子をさらに備える、ことを特徴とするものである。

さらに、本発明に係る表示装置は、
表示光束を形成する空間位相変調素子と、
前記表示光束が繰り返し内面反射して伝播する透明な基板と、
前記表示光束が前記内面反射を行う毎に、前記表示光束の一部を前記透明な基板外へ射出させる分岐部と、
照明光束を前記空間位相変調素子に導き、前記空間位相変調素子で形成される前記表示光束を前記透明な基板に導くビームスプリッタを有する光束導入光学系と、を備え、
前記空間位相変調素子は、前記照明光束の回折により前記表示光束をホログラフィックに形成し、
前記光束導入光学系は、前記空間位相変調素子と前記透明な基板との間の前記表示光束の光路中におけるレンズパワーが負である、ことを特徴とするものである。

さらに、本発明に係る表示装置は、
表示光束を形成する空間位相変調素子と、
前記表示光束が繰り返し内面反射して伝播する透明な基板と、
前記表示光束が前記内面反射を行う毎に、前記表示光束の一部を前記透明な基板外へ射出させる分岐部と、
照明光束を前記空間位相変調素子に導き、前記空間位相変調素子で形成される前記表示光束を前記透明な基板に導くビームスプリッタを有する光束導入光学系と、を備え、
前記空間位相変調素子は、前記照明光束の回折により前記表示光束をホログラフィックに形成し、
前記ビームスプリッタは偏光ビームスプリッタからなり、
前記光束導入光学系は、前記偏光ビームスプリッタと前記空間位相変調素子との間に１／４波長板をさらに備える、ことを特徴とするものである。

前記光束導入光学系は、前記照明光束の中心光線を前記空間位相変調素子の法線に対して傾斜させて、前記照明光束を前記空間位相変調素子に入射させてもよい。

さらに、本発明に係る表示装置は、
表示光束を形成する空間位相変調素子と、
前記表示光束が繰り返し内面反射して伝播する透明な基板と、
前記表示光束が前記内面反射を行う毎に、前記表示光束の一部を前記透明な基板外へ射出させる分岐部と、
照明光束を前記空間位相変調素子に導き、前記空間位相変調素子で形成される前記表示光束を前記透明な基板に導くビームスプリッタを有する光束導入光学系と、を備え、
前記空間位相変調素子は、前記照明光束の回折により前記表示光束をホログラフィックに形成し、
前記光束導入光学系は、前記照明光束の中心光線を前記空間位相変調素子の法線に対して傾斜させて、前記照明光束を前記空間位相変調素子に入射させ、
前記空間位相変調素子での前記照明光束の０次光の反射角は、前記表示光束による一つの表示画角の半分よりも大きい、ことを特徴とするものである。

前記空間位相変調素子での前記照明光束の０次光を画角の狭い方向で除去するとよい。

さらに、本発明に係る表示装置は、
表示光束を形成する空間位相変調素子と、
前記表示光束が繰り返し内面反射して伝播する透明な基板と、
前記表示光束が前記内面反射を行う毎に、前記表示光束の一部を前記透明な基板外へ射出させる分岐部と、
照明光束を前記空間位相変調素子に導き、前記空間位相変調素子で形成される前記表示光束を前記透明な基板に導くビームスプリッタを有する光束導入光学系と、を備え、
前記空間位相変調素子は、前記照明光束の回折により前記表示光束をホログラフィックに形成し、
前記表示光束のコヒーレンス長は、一度の前記内面反射で前記表示光束が伝播する距離より短い、ことを特徴とするものである。

前記透明な基板外に射出される前記表示光束は、無限遠に虚像を表示するものであるとよい。

前記空間位相変調素子による０次光は前記透明な基板を透過し、１次光は前記透明な基板の内部で全反射する条件で、前記透明な基板に入射するとよい。

前記分岐部は回折格子とするとよい。

前記回折格子はボリュームホログラムからなるとよい。

前記分岐部はプリズムアレイとしてもよい。

さらに、本発明に係る表示装置は、
表示光束を形成する空間位相変調素子と、
前記表示光束が繰り返し内面反射して伝播する透明な基板と、
前記表示光束が前記内面反射を行う毎に、前記表示光束の一部を前記透明な基板外へ射出させる分岐部と、
照明光束を前記空間位相変調素子に導き、前記空間位相変調素子で形成される前記表示光束を前記透明な基板に導くビームスプリッタを有する光束導入光学系と、を備え、
前記空間位相変調素子は、前記照明光束の回折により前記表示光束をホログラフィックに形成し、
前記透明な基板から射出される前記表示光束を入射して、該表示光束を繰り返し内面反射して伝播する第２の透明な基板と、
該第２の透明な基板内で前記表示光束が前記内面反射を行う毎に、前記表示光束の一部を当該第２の透明な基板外へ射出させる第２の分岐部と、をさらに備える、ことを特徴とするものである。

本発明によれば、小型・薄型でありながら、高い光学性能を有する表示装置を提供することができる。

表示装置の基本構造と表示光束の伝搬の様子を示す図であって、（ａ）は発散する照明光束を透明な基板に入射させた場合、（ｂ）は平行な照明光束を透明な基板に入射させた場合を示す図である。表示光束をホログラフィックに形成する方法及び装置を示す図であって、（ａ）は虚像を観察するときの通常の光学系を示す図、（ｂ）は表示光束をホログラフィックに形成する光学系を示す図である。計算によってホログラムを求めるときの処理を示すブロック図である。第１実施の形態に係る表示装置の概略構成を示す図である。図４の光束導入光学系の部分詳細図である。第２実施の形態に係る表示装置の概略構成を示す図である。第３実施の形態に係る表示装置の概略構成を示す図である。図７の光束導入光学系の部分詳細図である。第４実施の形態に係る表示装置の概略構成を示す図である。第４実施の形態の表示領域を説明するための図である。第５実施の形態に係る表示装置の概略構成を示す図である。図１１の第２の透明な基板の構成及び表示光束の伝搬の様子を示す図である。図１１の表示装置から射出される光束の光学的距離を説明するための図である。

先ず、本発明の実施の形態の説明に先立って、本発明に係る表示装置による画像表示の原理について説明する。

本発明に係る表示装置は、表示光束をホログラフィックに形成する。この表示光束は、回折によって生成され、透明な基板内を繰り返し内面反射して伝播され、内面反射する毎に表示光束の一部が透明な基板の外に射出される。そして、表示光束が伝播するに従って、複数の表示光束が透明な基板から射出される。これにより、透明な基板のほぼ全面から表示光束が射出される。

このように、本発明に係る表示装置では、表示光束をホログラフィックに形成している。そのため、小型・薄型でありながら、高い光学性能を実現できる。なお、表示光束をホログラフィックに形成するとは、ホログラムを使って表示光束を形成（再生）することを意味している。

また、本発明に係る表示装置では、表示光束を伝播するに従って、複数の表示光束を透明な基板から射出させる。したがって、観察者は、いずれか１つの表示光束を見ても、あるいは複数の表示光束を見ても像を見ることができる。すなわち、それぞれの表示光束が合わさって一つの太い表示光束となっているとみなすことができる。また、画像の中心を表示する軸上の表示光束だけでなく、画像の端を表示する軸外の表示光束も同様に、それぞれの表示光束が合わさって一つの太い表示光束となっているとみなすことができる。

このように、本発明に係る表示装置では、透明な基板から複数の表示光束を射出させるが、これは、透明な基板の全面から一つの太い表示光束を射出するのと等価である。そのため、透明な基板の全面が射出瞳であり、また、透明な基板の大きさが射出瞳の大きさである。したがって、それ自体が瞳であるルーペと同様に瞳が大きいので、観察者は表示装置に顔を近づけなくても容易に虚像を観察することができる。

また、本発明に係る表示装置において、透明な基板から外に射出される表示光束は、無限遠に虚像を表示する光束である。すなわち、観察者が表示光束を見た時、無限遠（遠方）に虚像が形成される。よって、透明な基板から射出された複数の表示光束の各々についても、観察者がこれらの表示光束を見た時、全て無限遠に虚像が形成される。その結果、観察者の目が近点に焦点の合わない老眼であっても、観察者は焦点の合った表示を見ることができる。また、観察者はどの表示光束を見ても、あるいは複数の表示光束を同時に見ても、無限遠に形成された虚像を見ることができる。

次に、図を参照して、本発明に係る表示装置の画像表示の原理について、さらに詳細に説明する。

図１（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る表示装置の画像表示の原理を説明するための図である。図１に示すように、表示装置は、ＬＣＯＳ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＯｎＳｉｌｉｃｏｎ：反射型液晶表示素子）３と、透明な基板４と、回折格子５と、を有する。ＬＣＯＳ３はＳＰＭ（ＳｐａｃｉａｌＰｈａｓｅＭｏｄｕｌａｔｏｒ：空間位相変調素子）であって、表示光束２をホログラフィックに形成するホログラム表示素子である。

透明な基板４は、界面４ａと界面４ｂとを有する。透明な基板４では、その内面、すなわち、界面４ａや界面４ｂで表示光束２の反射（全反射）が生じる。これにより、表示光束２は透明な基板４の内部を伝搬する。

回折格子５は分岐部を構成する。回折格子５は、表示光束２が内面反射を行う毎に、その光束の一部を透明な基板４の外へ射出させる。回折格子５は、界面４ａから界面４ｂまでの間に位置している。なお、この回折格子５は、ボリュームホログラムで構成されていても良い。

表示光束２を形成するためには、ＬＣＯＳ３に照明光束１を入射させる必要がある。図１（ａ）、（ｂ）では、説明の便宜上、照明光束１を透明な基板４の界面４ａ側から透明な基板４を透過させて界面４ｂ側に配置されたＬＣＯＳ３に入射させている。図１（ａ）は、光源（不図示）からの照明光束１が発散光束の場合を示しており、図１（ｂ）は照明光束１が平行光束の場合を示している。

図１（ａ）、（ｂ）において、照明光束１は、界面４ａから入射し、界面４ｂ側に配置されたＬＣＯＳ３に入射する。ここで、ＬＣＯＳ３には位相ホログラム（ホログラムパターン、あるいは位相パターン）が表示されている。そのため、ＬＣＯＳ３に入射された照明光束１は位相ホログラム（ＬＣＯＳ３）で回折される。その結果、ＬＣＯＳ３から、表示光束２がホログラフィックに生成される。なお、表示光束２は、ＬＣＯＳ３に表示されたホログラムの１次回折光（１次光）として生成される。ＬＣＯＳ３で正反射した０次回折光（０次光）は、透明な基板４を射出する。

図１（ａ）の表示装置では、ＬＣＯＳ３に表示させている位相ホログラムが、発散光束の照明光束１を入射させたときに平行な表示光束２を生じるホログラムとなっている。一方、図１（ｂ）の表示装置では、ＬＣＯＳ３に表示させている位相ホログラムが、平行な照明光束１を入射させたときに平行な表示光束２を生じるホログラムとなっている。また、図１（ａ）、（ｂ）において、表示光束２は軸上の表示光束（画像の中心から出た光束）に相当する。

なお、ＬＣＯＳ３には、発散光束や平行光束の照明光束１のほかに、収束光束の照明光束を入射させても良い。ＬＣＯＳ３に収束光束の照明光束を入射させる場合は、収束光束を入射させたときに平行な表示光束が生じるホログラムを、ＬＣＯＳ３に表示させれば良い。なお、図１（ａ）、（ｂ）において、ＬＣＯＳ３からは軸外の表示光束（画像の中心以外から出た光束）もホログラフィックに生成されるが、図を明瞭とするため、軸外の表示光束については図示を省略している。

ここで、表示光束２をホログラフィックに形成する方法及び装置について、図２を用いて説明する。図２において、（ａ）は虚像を観察するときの通常の光学系を示す図、（ｂ）は表示光束をホログラフィックに形成する光学系を示す図である。この表示光束は、虚像を観察するときの光束（図２（ａ）における平行光束１０、１２）である。

図２（ａ）に示す光学系は、ＬＣＤなどの表示素子６と、レンズ７と、で構成されている。表示素子６をレンズ７の焦点位置（前側焦点位置）に置くと、表示素子６に表示された画像８はレンズ７によって無限遠に投影される。ここで、実線９は表示素子６の中心（軸上）から射出する光束、破線１１は表示素子の端（軸外）から射出する光束である。実線９で示す光束は、平行光束１０となってレンズ７を射出する。また、破線１１で示す光束も、平行光束１２となってレンズ７を射出する。

平行光束１０及び１２は、観察者の眼１３の瞳１４に入射する。これにより、観察者は画像８の像１５を見ることができる。観察者の瞳１４に入射する光束１０及び１２は平行光束であるので、観察者は表示装置の奥（図２（ａ）において、表示素子６よりも左側）、すなわち、無限遠にある虚像を観察していることになる。したがって、観察者の目が近点にしか焦点の合わない老眼であっても、観察者は焦点の合った画像８を見ることができる。

図２（ｂ）は、平行光束１０、１２をホログラフィックに形成するときの光学系を示している。この光学系は、コヒーレント光源１６と、ＳＰＭ（空間位相変調素子）１７と、で構成されている。コヒーレント光源１６としては、ＬＤ（レーザーダイオード）がある。また、ＳＰＭ１７としては、前述のＬＣＯＳがある。なお、このＳＰＭ１７は、ホログラム表示素子のことである。本明細書では、ホログラム表示素子をＳＰＭとも称する。

ホログラムはホログラムパターンを有する。ホログラムパターンは、２つの波面によって形成された干渉パターンである。１つの波面は、図２（ａ）のレンズ７から射出する波面で、もう１つの波面は、図２（ｂ）のコヒーレント光源１６から射出する波面である。ここで、レンズ７から射出する波面（平行光束１０、１２）は、画像８の像の情報を含んでいる。一方、コヒーレント光源１６から射出する波面は干渉縞を生成する波面であると同時に、ホログラムから再生光を生成するための波面である。

なお、表示素子６から射出する光はインコヒーレントな光である。そのため、表示素子６から射出する光と、コヒーレント光源１６から射出する波面と、を重ね合わせても干渉しない。すなわち、ホログラムパターンを得ることができない。そこで、実際には、計算でホログラム（ホログラムパターン）を求める。そして、計算したホログラムをＳＰＭ１７に表示し、コヒーレント光源１６で照明する。このようにすることで、ホログラム、すなわち、平行光束１０、１２が再生される。平行光束１０、１２のうちの平行光束１０が、図１に示す表示光束２である。

そして、このホログラフィックに形成された平行光束１０、１２を観察者が見ることによって、観察者は画像８を観察することができる。すなわち、平行光束１０、１２は観察者の眼１３の瞳１４に入射し、像１５を形成する。

なお、図２（ａ）に示す光学系では、レンズ７は、軸外の画像（表示素子６の周辺部に表示された画像）も解像力良く眼１３に投影する必要がある。そのために、実際には、レンズ７は複数枚のレンズで構成される。また、レンズ７は、その径も大きくする必要がある。このようなことから、表示装置に図２（ａ）に示す光学系を用いた場合、表示装置の薄型化・小型化は困難となる。

次に、計算によるホログラムの求め方について説明する。図３は、計算によってホログラムを求めるときの処理を示すブロック図である。図３に示すように、まず、画像データ１８を用意する。この画像データ１８は、図２（ａ）において、表示素子６に入力されるデータである。レンズ７から射出する波面は、フーリエ変換処理２０で、画像データ１８をフーリエ変換することによって求められる。

ただし、フーリエ変換によって求められた空間周波数分布には、空間位相分布と同時に空間強度分布も生じるので、回折効率の良い位相ホログラムを形成できない。そこで、フーリエ変換処理２０の前に、ランダム位相の付与１９が行われる。予め画像データ１８にランダムな位相情報を付与（重畳）しておくと、フーリエ変換後の空間強度の値を空間周波数面全面に渡って平均化、すなわち、空間強度をほぼ等しくするができる。その結果、ホログラムを位相情報のみを持つ位相ホログラムとすることができる。

次に補正処理２１を行う。この補正処理２１は、光学系の配置に基づく補正処理である。例えば、図２（ｂ）に示す光学系では、コヒーレント光源１６からの波面でホログラム（平行光束１０、１２）を再生する。この再生を行なったときに、正確な表示光束２（平行光束１０、１２）が形成されるようにする必要がある。コヒーレント光源１６からの波面は球面波であるので、補正処理２１では、この球面波の情報でホログラムを計算する。その後、計算結果（ホログラム情報）はＳＰＭドライバ制御２２に入力される。そして、ＳＰＭドライバ制御２２からの制御情報により、ＳＰＭ１７（図１ではＬＣＯＳ３）にホログラムが表示される。

なお、ＳＰＭ１７の回折効率はほぼ一定であるので、明るいシーンの画像でも、暗いシーンの画像でも、同程度の明るさになってしまう。したがって、表示光束をホログラフィックに形成する場合は、画像の総光量に従ってＳＰＭ１７に入射させる光量を制御する必要がある。そこで、画像データ１８の総光量データを光源ドライバ２３に入力することで、光源の明るさの制御が行われる。

図１（ａ）に戻って説明を続ける。ＬＣＯＳ３から射出した表示光束２は、透明な基板４の界面４ａで全反射し、回折格子５に入射する。回折格子５では、表示光束２の一部が回折される。回折方向は、界面４ａの法線方向である。回折格子５で回折された光束は透明な基板４から外に射出し、表示光束２ａとなる。

回折格子５を透過した表示光束２は、更に透明な基板４の界面４ｂで全反射し、回折格子５を透過する。回折格子５を透過した表示光束２は、再び界面４ａで全反射し、回折格子５に入射する。回折格子５では、表示光束２の一部が回折される。回折方向は、界面４ａの法線方向である。回折格子５で回折された光束は透明な基板４から外に射出し、表示光束２ｂとなる。同様に、表示光束２は透明な基板４内を伝播し、新たな表示光束２ｃを形成する。このような繰り返しにより、透明な基板４（界面４ａ）の全面から多数の表示光束２ａ、２ｂ、２ｃ・・・が射出される。

観察者は、表示光束２ａ、２ｂ、２ｃ・・・の少なくとも１つを眼に入射させることで、虚像を観察することができる。ここで、例えば、画像データ１８が動画の場合は、観察者は動画を観察することができる。また、画像データが静止画の場合は、観察者は静止画を観察することができる。

図１（ａ）では、ＬＣＯＳ３を用いて表示光束２を形成している。そのため、小型・薄型でありながら、高い光学性能を有する表示装置が実現できる。また、ＬＣＯＳ３に入射させる光束は軸上光束のみで良い。そのため、光源から射出した光を、そのままＬＣＯＳ３に入射させる光束として使うことができる。この場合、光束変換用のレンズを必要としないため、表示装置の薄型化・小型化ができる。

また、図１（ｂ）に示したように、ＬＣＯＳ３に入射させる照明光束１が平行光束の場合であっても、平行な軸上光束のみをＬＣＯＳ３に入射させればよい。そのため、収束光束や発散光束を平行光束に変換するレンズを、簡素化することができる。よって、ＬＣＯＳ３に入射させる照明光束１が平行光束の場合であっても、表示装置の薄型化・小型化ができる。なお、ＬＣＯＳ３に収束光束を入射させる場合も、同様に表示装置の薄型化・小型化ができる。

また、図１（ａ）、（ｂ）に示した表示装置では、ＬＣＯＳ３で表示光束２をホログラフィックに形成している。そのため、上記のように、表示装置の薄型化・小型化ができる。

また、図１（ａ）、（ｂ）に示した表示装置では、表示光束が伝播されるに従って、複数の表示光束２ａ、２ｂ、２ｃ・・・が透明な基板４から射出される。観察者は、眼の瞳に少なくとも１つの表示光束を入射させることで、虚像を観察することができる。このように、透明な基板４には、複数の表示光束２ａ、２ｂ、２ｃ・・・が存在するので、表示光束の径が大きくなっているのと等価である。表示光束には画像の中心を表示する軸上光束と画像の端を表示する軸外光束があるが、それぞれの表示光束が太くなっており、射出瞳は表示光束が射出する透明な基板４の全面となる。そのため、表示光束（透明な基板４）に対する眼の位置合わせの許容範囲は、表示光束の径が小さい（細い）場合比べると広くなる。その結果、観察者は、容易に虚像を観察することができる。

なお、上記のように、ＳＰＭには、ＬＣＯＳが用いられるが、デフォーマブルミラーを用いることもできる。デフォーマブルミラーとしては、複数の微小ミラーの各々を偏向させるタイプや、１枚の薄いミラーを変形させるタイプがある。

また、表示装置は、例えば、次のようにして製作することができる。まず、透明な基板４の一部、すなわち、回折格子５を設ける部分に凹部を形成しておく。そして、この凹部に、回折格子５を配置する。その後、回折格子５の上から、凹部と略一致する透明部材で覆う。あるいは、まず、透明な基板４の側面に、界面４ａと平行なスリット状の凹部を形成する。そして、この凹部に回折格子５を挿入する。その後、側面を透明部材や接着材等で覆う。

ところで、図１（ａ）、（ｂ）に示した構成においては、ＬＣＯＳ３からなるＳＰＭに表示されるホログラムの０次光の正反射光が確実に界面４ａを射出して、１次光の表示光束２に入らないようにする必要がある。そのためには、表示光束２の回折角を大きくする必要がある。

ここで、ホログラムは、一種の回折格子である。したがって、回折格子のピッチをｄ、入射角をθ_Ｉ、回折角をθ_Ｓ、回折次数をｍ、波長をλとすると、ｄ＝ｍλ／（sinθ_Ｓ−sinθ_I）、のグレーティング方程式が成り立つ。

ＳＰＭは、微細な画素が１次元あるいは２次元に配列された構造を有し、その微細な画素を使ってホログラムを表示している。よって、微細な画素２つの大きさ、すなわち画素ピッチの２倍が回折格子のピッチｄに相当する。

上記のグレーティング方程式から明らかなように、入射角θ_Ｉを一定とすると、回折格子のピッチｄが大きくなるほど、すなわち、ＳＰＭの画素ピッチが大きくなるほど、回折角θ_Ｓは小さくなる。ここで、０次光の反射角は入射角θ_Ｉと同じ角度なので、回折角θ_Ｓが小さくなると、０次光と１次光とを分離することが困難になる。

そこで、本発明に係る表示装置の好適実施の形態では、ＳＰＭでの回折角が小さくても反射光と回折光とを容易に分離できるようにする。

（第１実施の形態）
図４は、第１実施の形態に係る表示装置の概略構成を示す図である。図４に示す表示装置は、ＬＣＯＳ（反射型液晶表示素子）３０、透明な基板４０、反射プリズム５０、プリズムアレイ６０、光束導入光学系７０を有する。光束導入光学系７０は、光源７１、レンズ７２、偏光ビームスプリッタ７３及び１／４波長板７４を備える。

光源７１は、例えば半導体レーザが使用され、透明な基板４０と平行な方向に照明光束１を射出する。図５に部分詳細図をも示すように、光源７１から射出される照明光束１は、レンズ７２を経て偏光ビームスプリッタ７３に例えばＳ偏光で入射される。偏光ビームスプリッタ７３に入射された照明光束１は、偏光ビームスプリッタ７３の偏光膜７３ａで反射されて偏光ビームスプリッタ７３から射出される。偏光ビームスプリッタ７３から射出された照明光束１は、１／４波長板７４を透過することにより円偏光に変換されてＬＣＯＳ３０に照射される。

ＬＣＯＳ３０は、上述したＬＣＯＳ３と同様、ＳＰＭ（空間位相変調素子）を構成するもので、表示光束をホログラフィックに形成するホログラム表示素子である。ＬＣＯＳ３０は、その法線が、光束導入光学系７０から射出される照明光束１の中心光線とほぼ平行となるように配置される。これにより、ＬＣＯＳ３０は、ほぼ垂直方向から照明光束１によって照明される。

照明光束１の照射によりＬＣＯＳ３０で反射される回折光は、１／４波長板７４で再び直線偏光に変換されて偏光ビームスプリッタ７３にＰ偏光で入射する。偏光ビームスプリッタ７３に入射した回折光は、偏光ビームスプリッタ７３の偏光膜７３ａを透過して、偏光ビームスプリッタ７３から射出される。偏光ビームスプリッタ７３から射出された回折光は、透明な基板４０に入射される。

ここで、ＬＣＯＳ３０には、上述したように像情報のフーリエ変換に相当する位相情報が表示される。したがって、ＬＣＯＳ３０は、通常の結像光学系の瞳位置に相当し、像の画角が光束の角度となる。ＬＣＯＳ３０の１次回折光（１次光）は、その角度情報を含んで、瞳位置から表示光束として射出される。図では、代表的な平行な表示光束２を示している。

透明な基板４０は、平行な界面４０ａと界面４０ｂとを有する。界面４０ａと界面４０ｂの間には、半透膜４０ｃが形成されている。このような透明な基板４０は、例えば２枚の透明な平行平板を用意し、一方の透明な平行平板の一方の表面に半透膜４０ｃを形成し、その半透膜４０ｃ上に他方の透明な平行平板を接合して構成することができる。

偏光ビームスプリッタ７３は、回折光の射出面７３ｂが、透明な基板４０の一端部の界面４０ｂに対向又は接合して配置される。反射プリズム５０は、偏光ビームスプリッタ７３と対向して界面４０ａに接合又は界面４０ａを形成する基板と一体に形成される。また、プリズムアレイ６０は、界面４０ｂに接合又は界面４０ｂを形成する基板と一体に形成される。

偏光ビームスプリッタ７３から透明な基板４０に入射した回折光は、透明な基板４０を透過して反射プリズム５０に入射される。反射プリズム５０は、入射する回折光のうち１次光を透明な基板４０に入射させるように反射させ、０次光を含む他の回折光は透過又は他の方向に反射させるように、透明な基板４０に接合されている。

反射プリズム５０で反射された１次光は、表示光束２として透明な基板４０に入射される。透明な基板４０に入射された表示光束２は、界面４０ａと半透膜４０ｃとの間で反射を繰り返しながら、透明な基板４０の他端部に向けて伝播される。つまり、表示光束２は、半透膜４０ｃでは反射光と透過光とに振幅分割され、界面４０ａでは全反射される。

半透膜４０ｃを透過した表示光束２は、プリズムアレイ６０に入射される。プリズムアレイ６０は、分岐部を構成するもので、入射した表示光束２が界面４０ａから射出されるように界面４０ａの方向に反射させて半透膜４０ｃを透過させ、界面４０ａから表示光束２ａ、２ｂ、２ｃ・・・として射出させる。なお、ＬＣＯＳ３０からは軸外の表示光束（画像の中心以外から出た光束）もホログラフィックに生成されるが、図を明瞭とするため、軸外の表示光束については図示を省略している。また、表示光束２は、軸上光束のうちの中心光線のみを示している。これらは、後述の他の実施の形態においても同様である。

本実施の形態に係る表示装置によると、光束導入光学系７０において、光源７１から透明な基板４０とほぼ平行な方向に射出された照明光束１を、偏光ビームスプリッタ７３を用いてＬＣＯＳ３０にほぼ垂直方向から入射させている。そして、ＬＣＯＳ３０からの回折光を、偏光ビームスプリッタ７３及び透明な基板４０を透過させて反射プリズム５０に入射させ、反射プリズム５０により１次光の表示光束２を反射させて透明な基板４０に入射させている。したがって、ＬＣＯＳ３０の１次光の回折角が小さくても、反射プリズム５０により１次光を０次光や他の次数光の回折光と確実に分離することができる。

また、ＬＣＯＳ３０と透明な基板４０との間の回折光の光路がパワーレス、つまり回折光の光路中におけるレンズパワーが零となっている。これにより、小型・薄型でありながら、高い光学性能を有する表示装置が実現できる。また、偏光ビームスプリッタ７３及び１／４波長板７４を用いて、照明光束１とＬＣＯＳ３０の回折光とを偏光分離するので、光の利用効率も向上できる。なお、図４において、偏光ビームスプリッタ７３の向きを紙面に対してレンズ７２が紙面の奥になるように回転し、光源７１を紙面の奥になるように配置されていてもよい。

（第２実施の形態）
図６は、第２実施の形態に係る表示装置の概略構成を示す図である。図６に示す表示装置は、図４に示した表示装置において、偏光ビームスプリッタ７３から射出されるＬＣＯＳ３０からの回折光のうち、１次光の表示光束２が透明な基板４０の一方の端面４０ｄから界面４０ａに全反射の条件で入射させるように構成されたものである。

そのため、端面４０ｄは、界面４０ａ、４０ｂに対して傾斜して形成され、その傾斜した端面４０ｄに偏光ビームスプリッタ７３の射出面７３ｂが対向又は接合されている。そして、偏光ビームスプリッタ７３の射出面７３ｂから射出されるＬＣＯＳ３０からの回折光が、透明な基板４０の傾斜した端面４０ｄから入射して、１次光の表示光束２が界面４０ａで全反射される。界面４０ａで全反射された表示光束２は、第１実施の形態の場合と同様に透明な基板４０の内部を伝播して、界面４０ａから表示光束２ａ、２ｂ、２ｃ・・・として射出される。なお、図４と同様の機能を生じる部材には同じ参照符号を付し、説明を省略する。

したがって、本実施の形態においても、第１実施の形態と同様の効果が得られる。また、本実施の形態では、図４の反射プリズム５０が不要となるので、部品点数の削減が可能となり、コストダウンが図れる。また、偏光ビームスプリッタ７３を、透明な基板４０の界面４０ａと同一平面となるようにカットしているので、より薄型化が可能となる。なお、図６では、偏光ビームスプリッタ７３の射出面７３ｂを透明な基板４０の界面４０ａに対して傾斜させたのに伴い、光源７１からの照明光束１を透明な基板４０に対して傾斜させて偏光ビームスプリッタ７３に入射させている。しかし、光源７１から透明な基板４０と平行な方向に照明光束１を射出させ、その照明光束１を反射部材等を適宜使用して偏光ビームスプリッタ７３に入射させるようにして、より薄型化を図ることもできる。

（第３実施の形態）
図７は、第３実施の形態に係る表示装置の概略構成を示す図である。図７に示す表示装置は、図４に示した表示装置において、偏光ビームスプリッタ７３と透明な基板４０との間の回折光の光路中に、負のレンズパワーを有する凹レンズ７６を配置したものである。つまり、空間位相変調素子と透明な基板との間の表示光束の光路中におけるレンズパワーを負としたものである。その他の構成は、図４と同様であるので、図４と同様の機能を生じる部材には同じ参照符号を付して説明を省略する。

このように、ＬＣＯＳ３０の回折光が射出される偏光ビームスプリッタ７３の射出面７３ｂ側に凹レンズ７６を配置すれば、表示光束によって表示される画像の画角を拡大することが可能となる。例えば、図７において、ＬＣＯＳ３０の画素ピッチｄを１１μｍ、照明光束１の波長λを０．５５μｍとする。この場合、図８に部分詳細図を示すように、１次光の回折角θは、ｄsinθ＝λ、からほぼ２．８５度となる。つまり、１次光による画角は±２．８５度となる。

ここで、図８に示すように、凹レンズ７６の焦点距離を−ｆとして、その焦点位置にＬＣＯＳ３０を配置すると、偏向角がほぼ倍となる。これにより、同じＬＣＯＳ３０で、同じ波長の照明光束１を用いて、±５．７度の画角を確保することができる。この画角は、ＬＣＯＳ３０の画素ピッチが１／２、つまりほぼ５．５μｍに相当する。

この場合、±５．７度の画角方向では、０次光の左右に±５．７度の範囲で画像情報(画角の広がり)を含んだ１次光が発生することになるが、０次光は、±５．７度の画角方向に垂直な方向において、反射プリズム５０による１次光の全反射条件によりぎりぎりカットされる。また、凹レンズ７６から射出される回折光を平行光とするため、レンズ７２は焦点距離が３ｆの凸レンズで構成される。そして、光源７１からの照明光束１がレンズ７２に平行光束で入射されて、ＬＣＯＳ３０に収束光の照明光束１が入射される。

したがって、本実施の形態によると、上述した実施の形態の効果に加えて、瞳位置（ＬＣＯＳ３０の虚像）を透明な基板４０の入射瞳に近づけることができる。なお、図７において、偏光ビームスプリッタ７３の向きを紙面に対してレンズ７２が紙面の奥になるように回転し、光源７１を紙面の奥になるように配置されていてもよい。

（第４実施の形態）
図９は、第４実施の形態に係る表示装置の要部の概略構成を示す図である。本実施の形態に係る表示装置は、図４に示した表示装置において、光束導入光学系７０を構成する光源７１をレンズ７２の光軸に対して傾けて配置して、光源７１からの照明光束１を、その中心光線がＬＣＯＳ３０の法線に対して傾斜させてＬＣＯＳ３０に入射させるようにしている。その他の構成は、図４と同様である。

本実施の形態において、０次光は、例えば画角の小さい方向において反射プリズム５０（図４参照）により除去される。このとき、画角の小さい方向では、０次光の片側の１次光に、画像情報(画角)が含まれるようにしている。ＬＣＯＳ３０での０次光の反射角は、画角の小さい方向では、その方向の半画角よりも大きくなっている。

これにより、例えば図１０に模式的に示すように、０次光の左右に１次光（±１次回折光）による広い画角を有し、その画角方向と直交する方向において、０次光がぎりぎりにカットされた片側の１次光（例えば、＋１次回折光）による狭い画角を有する表示領域ＤＳを形成することができる。したがって、例えばアスペクト比が１６：９のハイビジョン（ＨＤ）の表示にも容易に対応することが可能となる。

（第５実施の形態）
図１１は、第５実施の形態に係る表示装置の概略構成を示す図である。本実施の形態に係る表示装置は、第１の透明な基板４１と、第２の透明な基板４２と、を備える。第１の透明な基板４１は、第２の透明な基板４２の端部に位置し、この位置で、第１の透明な基板４１が第２の透明な基板４２に固定されている。

第１の透明な基板４１は、第１実施の形態で説明した透明な基板４０と同様に構成されて、光束導入光学系７０（図示せず）から回折光が入射される。また、第１の透明な基板４１は、入射する回折光から０次光と１次光（表示光束）とを分離するための反射プリズム５０及び伝播される表示光束を第１の透明な基板４１から射出させるためのプリズムアレイ６０（図示せず）を有している。

第２の透明な基板４２は、図１２に示すように、第１の透明な基板４１と同様に、平行な界面４２ａと界面４２ｂとを有する。界面４２ａと界面４２ｂの間には、半透膜４２ｃが形成されている。このような第２の透明な基板４２は、例えば２枚の透明な平行平板を用意し、一方の透明な平行平板の一方の表面に半透膜４２ｃを形成し、その半透膜４２ｃ上に他方の透明な平行平板を接合して構成することができる。

第２の透明な基板４２には、端部の界面４２ａ側に第１の透明な基板４１が固定される。また、第２の透明な基板４２は、界面４２ｂ側で第１の透明な基板４１と対向する領域にプリズムアレイ８０を有し、その他の界面４２ｂの領域にはプリズムアレイ６１を有する。また、プリズムアレイ６１は、第１の透明な基板４１側のプリズムアレイ６０と同様に、界面４２ｂに接合又は界面４２ｂを形成する基板と一体に形成される。

以下、詳細に説明する。第１の透明な基板４１は、図１１に示すように、外形が長方形状に構成され、長辺方向がＹ軸方向として配置されている。そして、図４で説明したと同様にして、第１の透明な基板４１は、表示光束２を長辺方向に沿って伝播しながら、第１の透明な基板４１から表示光束２ａ、２ｂ、２ｃ・・・を垂直方向（Ｚ軸方向）に射出させて第２の透明な基板４２に入射させる。なお、第１の透明な基板４１の厚みは、例えば、２〜４ｍｍである。

第２の透明な基板４２は、図１１に示すように、外形が略長方形の板状をなしている。第２の透明な基板４２は、Ｙ軸方向（短辺）の長さが第１の透明な基板４１の反射プリズム５０を除く長辺の長さと同じである。一方、Ｘ軸方向（長辺）の長さは、第１の透明な基板４１の短辺の長さよりも長い。なお、第２の透明な基板４２の外形は、長方形に限られない。第２の透明な基板４２は、入射した表示光束２ａ、２ｂ、２ｃ・・・をＸ軸方向に沿って伝播していく。なお、第２の透明な基板４２の厚みは、例えば、２〜４ｍｍである。

図１２に示すように、第２の透明な基板４２に入射された表示光束２ａ、２ｂ、２ｃ・・・は、プリズムアレイ８０により偏向される。偏向された表示光束２ａ、２ｂ、２ｃ・・・は、第２の透明な基板４２の界面４２ａと半透膜４２ｃとの間で反射を繰り返しながら、第２の透明な基板４２をＸ軸方向に伝播される。つまり、表示光束２ａ、２ｂ、２ｃ・・・は、半透膜４２ｃでは反射光と透過光とに振幅分割され、界面４２ａでは全反射される。

半透膜４２ｃを透過した表示光束は、プリズムアレイ６１に入射される。プリズムアレイ６１は、第２の分岐部を構成するもので、入射した表示光束が界面４２ａから射出されるようにＺ軸方向に反射させて半透膜４２ｃを透過させ、界面４２ａから表示光束２ｄ、２ｅ、２ｆ・・・として射出させる。

このように、表示光束２ａは第２の透明な基板４２の内部で全反射を繰り返して、第２の透明な基板４２の内部をＸ軸方向に伝播する。そして、伝播しながら、次々と表示光束２ｄ、２ｅ、２ｆ・・・を第２の透明な基板４２からＺ軸方向に射出させる。表示光束２ｂ、２ｃも同様である。すなわち、図１１に示すように、表示光束２は第１の透明な基板４１の内部を伝播しながら表示装置のＹ軸方向に広がると共に、第２の透明な基板４２の内部を伝播しながら表示装置のＸ軸方向に広がる。その結果、表示装置の表面（界面４２ａ）の全面から、表示光束２が射出される。

ここで、本実施の形態に係る表示装置から射出される光束について説明する。図１３は、表示装置から射出される各々の光束の光学的距離を示す図である。図１１に示したように、表示装置の第２の透明な基板４２の表面（界面４２ａ）から表示光束２が射出される。この表示光束２は、図１２に示したように、表示光束２ｄ、２ｅ、２ｆ・・・で構成されている。このような表示装置を観察者が見た場合、表示光束の一部が観察者の眼の瞳１４に入射するので、観察者は表示（虚像）を見ることができる。

図１３には、表示光束が３つの位置３０ａ、３０ｂ、３０ｃから射出する様子が示されている。３つの表示光束の各々は、表示光束２と、最軸外の表示光束２Ｕｏと、最軸外の表示光束２Ｌｏで構成されている。表示光束２は、軸上（画像の中心）から射出された光束に対応する。最軸外の表示光束２Ｕｏは、最軸外（画像の一方の端）から射出された光束に対応する。最軸外の表示光束２Ｌｏは、最軸外（画像の他方の端）から射出された光束に対応する。

位置３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、それぞれ観察者側から見たときのＬＣＯＳ３０（図４参照）の光学的位置である。この光学的位置は、第２の透明な基板４２の表面（界面４２ａ）からＬＣＯＳ３０までの距離である。

位置３０ａは、表示光束２が第２の透明な基板４２内で１回だけ全反射して射出する場合のＬＣＯＳ３０の光学的位置である。位置３０ｂは、表示光束２が第２の透明な基板４２内で２回全反射して射出する場合のＬＣＯＳ３０の光学的位置である。位置３０ｃは、表示光束２が第２の透明な基板４２内で３回全反射して射出する場合のＬＣＯＳ３０の光学的位置である。

ここで、２つの光学的位置の光学的距離の差Δは、第２の透明な基板４２で生じる１回の全反射によって伝播する距離である。より具体的には、半透膜４２ｃから界面４２ａまでを表示光束２が往復したときの距離である。

なお、図１３では三つの光学的位置３０ａ、３０ｂ、３０ｃを示したが、ＬＣＯＳ３０の光学的位置は、実際には二次元に全反射を繰り返して伝播する光束の数だけある。また、観察者の瞳１４には、通常複数の異なる光学的位置のＬＣＯＳ３０からの表示光束２が入射する。

ＬＣＯＳ３０では、コヒーレント光によって、表示光束２、最軸外の表示光束２Ｌｏ及び最軸外の表示光束２Ｕｏがホログラフィックに形成される。そのため、表示光束２、最軸外の表示光束２Ｌｏ及び最軸外の表示光束２Ｕｏも、各々コヒーレント光となる。図１３に示すように、観察者の瞳１４が位置３０ｂに正対する場合、瞳１４には、主に位置３０ｂからの表示光束（２、２Ｌｏ、２Ｕｏ）が入射するが、瞳１４の位置によっては、位置３０ａや位置３０ｃからの表示光束も入射する。

上記のように、位置３０ａからの表示光束、位置３０ｂからの表示光束及び位置３０ｃからの表示光束は、各々コヒーレント光である。そのため、例えば位置３０ｂからの表示光束と位置３０ａからの表示光束とが観察者の瞳１４に入射した場合、２つの光束が干渉してしまい、観察する虚像が意図しない像（虚像）になってしまうことが想定される。意図しない像とは、例えば、画質が劣化した像である。

そのため、光源７１（図４参照）から射出される照明光束１のコヒーレンス長、つまり表示光束２のコヒーレンス長は、光学的距離の差Δより短くすることが好ましい。すなわち、表示光束２のコヒーレンス長は、第２の透明な基板４２で生じる１回の全反射によって伝播する距離より短いことが好ましい。このようにすることで、異なる光学的距離を持つ複数の表示光束が観察者の眼に入射しても、意図しない像が形成されることを防止することができる。

本実施の形態に係る表示装置では、表示光束が伝播されるに従って、複数の表示光束２ｄ、２ｅ、２ｆ・・・が第２の透明な基板４２から射出される。したがって、観察者は、いずれか１つの表示光束を見ても、あるいは複数の表示光束を見ても像を見ることができる。すなわち、それぞれの表示光束が合わさって一つの太い表示光束となっているとみなすことができる。また、画像の中心を表示する軸上の表示光束だけでなく、画像の端を表示する軸外の表示光束も同様に、それぞれの表示光束が合わさって一つの太い表示光束となっているとみなすことができる。

このように、本実施の形態に係る表示装置では、表示装置の表面から複数の表示光束が射出するが、これは、表示装置の表面の全面から一つの太い表示光束が射出されているのと等価である。そのため、表示装置の表面の全面が射出瞳であり、また、表示装置の表面の大きさが射出瞳その大きさである。したがって、それ自体が瞳であるルーペと同様に瞳が大きいので、観察者は表示装置に顔を近づけなくても容易に虚像を観察することができる。

また、第２の透明な基板４２から外に射出される表示光束２ｄ、２ｅ、２ｆ・・・（表示光束２）は、無限遠に虚像を表示する光束である。すなわち、観察者が表示光束を見た時、無限遠（遠方）に虚像が形成される。よって、第２の透明な基板４２から射出された複数の表示光束の各々についても、観察者がこれらの表示光束を見た時、全て無限遠に虚像が形成される。その結果、観察者の目が近点に焦点の合わない老眼であっても、観察者は焦点の合った表示を見ることができる。また、観察者はどの表示光束を見ても、あるいは複数の表示光束を同時に見ても、無限遠に形成された虚像を見ることができる。なお、第２〜４実施の形態においても透明な基板を二枚用いて二次元的広がりのある表示装置を構成できることは言うまでもない。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変形又は変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、表示光束をホログラフィックに生成するためにＳＰＭを用いている。しかしながら、ＳＰＭを用いなくても、表示光束をホログラフィックに生成することはできる。例えば、静止画であれば、ホログラムパターンを変化させる必要がない。そのため、フィルムにホログラムパターンを記録し、このフィルムをＳＰＭの位置に配置しても良い。ホログラムパターンを一度しか記録できない特性を持つものであれば、フィルムでなくても良い。

また、第１〜３実施の形態で説明した透明な基板４０や第５実施の形態で説明した第１の透明な基板４１及び第２の透明な基板４２は、図１（ａ）、（ｂ）に示した透明な基板４と同様にボリュームホログラムからなる回折格子を用いる構成としてもよい。また、光束導入光学系７０は、１／４波長板７４を省略し、偏光ビームスプリッタ７３に代えて例えばハーフプリズムを用いて構成してもよい。

以上のように、本発明に係る表示装置は、小型・薄型でありながら、高い光学性能を有する点において有用である。

１照明光束
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ表示光束
３ＬＣＯＳ
４透明な基板
４ａ、４ｂ界面
５回折格子
１４眼の瞳
３０ＬＣＯＳ
４０透明な基板
４０ａ、４０ｂ界面
４０ｃ半透膜
４１第１の透明な基板
４２第２の透明な基板
４２ａ、４２ｂ界面
４２ｃ半透膜
５０反射プリズム
６０、６１プリズムアレイ
７０光束導入光学系
７１光源
７２レンズ
７３偏光ビームスプリッタ
７４１／４波長板
７６凹レンズ
８０プリズムアレイ

Claims

表示光束を形成する空間位相変調素子と、
前記表示光束が繰り返し内面反射して伝播する透明な基板と、
前記表示光束が前記内面反射を行う毎に、前記表示光束の一部を前記透明な基板外へ射出させる分岐部と、
照明光束を前記空間位相変調素子に導き、前記空間位相変調素子で形成される前記表示光束を前記透明な基板に導くビームスプリッタを有する光束導入光学系と、を備え、
前記空間位相変調素子は、前記照明光束の回折により前記表示光束をホログラフィックに形成し、
前記光束導入光学系は、前記空間位相変調素子と前記透明な基板との間の前記表示光束の光路中に、負のレンズパワーを有する光学素子をさらに備える、ことを特徴とする表示装置。
表示光束を形成する空間位相変調素子と、
前記表示光束が繰り返し内面反射して伝播する透明な基板と、
前記表示光束が前記内面反射を行う毎に、前記表示光束の一部を前記透明な基板外へ射出させる分岐部と、
照明光束を前記空間位相変調素子に導き、前記空間位相変調素子で形成される前記表示光束を前記透明な基板に導くビームスプリッタを有する光束導入光学系と、を備え、
前記空間位相変調素子は、前記照明光束の回折により前記表示光束をホログラフィックに形成し、
前記光束導入光学系は、前記空間位相変調素子と前記透明な基板との間の前記表示光束の光路中におけるレンズパワーが負である、ことを特徴とする表示装置。
表示光束を形成する空間位相変調素子と、
前記表示光束が繰り返し内面反射して伝播する透明な基板と、
前記表示光束が前記内面反射を行う毎に、前記表示光束の一部を前記透明な基板外へ射出させる分岐部と、
照明光束を前記空間位相変調素子に導き、前記空間位相変調素子で形成される前記表示光束を前記透明な基板に導くビームスプリッタを有する光束導入光学系と、を備え、
前記空間位相変調素子は、前記照明光束の回折により前記表示光束をホログラフィックに形成し、
前記ビームスプリッタは偏光ビームスプリッタからなり、
前記光束導入光学系は、前記偏光ビームスプリッタと前記空間位相変調素子との間に１／４波長板をさらに備える、ことを特徴とする表示装置。
前記光束導入光学系は、前記照明光束の中心光線を前記空間位相変調素子の法線に対して傾斜させて、前記照明光束を前記空間位相変調素子に入射させる、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表示装置。
表示光束を形成する空間位相変調素子と、
前記表示光束が繰り返し内面反射して伝播する透明な基板と、
前記表示光束が前記内面反射を行う毎に、前記表示光束の一部を前記透明な基板外へ射出させる分岐部と、
照明光束を前記空間位相変調素子に導き、前記空間位相変調素子で形成される前記表示光束を前記透明な基板に導くビームスプリッタを有する光束導入光学系と、を備え、
前記空間位相変調素子は、前記照明光束の回折により前記表示光束をホログラフィックに形成し、
前記光束導入光学系は、前記照明光束の中心光線を前記空間位相変調素子の法線に対して傾斜させて、前記照明光束を前記空間位相変調素子に入射させ、
前記空間位相変調素子での前記照明光束の０次光の反射角は、前記表示光束による一つの表示画角の半分よりも大きい、ことを特徴とする表示装置。
前記空間位相変調素子での前記照明光束の０次光を画角の狭い方向で除去することを特徴とする請求項３または５に記載の表示装置。
表示光束を形成する空間位相変調素子と、
前記表示光束が繰り返し内面反射して伝播する透明な基板と、
前記表示光束が前記内面反射を行う毎に、前記表示光束の一部を前記透明な基板外へ射出させる分岐部と、
照明光束を前記空間位相変調素子に導き、前記空間位相変調素子で形成される前記表示光束を前記透明な基板に導くビームスプリッタを有する光束導入光学系と、を備え、
前記空間位相変調素子は、前記照明光束の回折により前記表示光束をホログラフィックに形成し、
前記表示光束のコヒーレンス長は、一度の前記内面反射で前記表示光束が伝播する距離より短い、ことを特徴とする表示装置。
前記透明な基板外に射出される前記表示光束は、無限遠に虚像を表示するものである、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の表示装置。
前記空間位相変調素子による０次光は前記透明な基板を透過し、１次光は前記透明な基板の内部で全反射する条件で、前記透明な基板に入射する、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の表示装置。
前記分岐部は回折格子からなる、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の表示装置。
前記回折格子はボリュームホログラムからなる、ことを特徴とする請求項１０に記載の表示装置。
前記分岐部はプリズムアレイからなる、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の表示装置。
表示光束を形成する空間位相変調素子と、
前記表示光束が繰り返し内面反射して伝播する透明な基板と、
前記表示光束が前記内面反射を行う毎に、前記表示光束の一部を前記透明な基板外へ射出させる分岐部と、
照明光束を前記空間位相変調素子に導き、前記空間位相変調素子で形成される前記表示光束を前記透明な基板に導くビームスプリッタを有する光束導入光学系と、を備え、
前記空間位相変調素子は、前記照明光束の回折により前記表示光束をホログラフィックに形成し、
前記透明な基板から射出される前記表示光束を入射して、該表示光束を繰り返し内面反射して伝播する第２の透明な基板と、
該第２の透明な基板内で前記表示光束が前記内面反射を行う毎に、前記表示光束の一部を当該第２の透明な基板外へ射出させる第２の分岐部と、をさらに備える、ことを特徴とする表示装置。