JP7192396B2 - Display device - Google Patents

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Description

本発明は、回折素子を利用して画像を表示する表示装置に関するものである。 The present invention relates to a display device that displays images using diffraction elements.

ホログラフィック素子等の回折素子を用いた表示装置として、画像光生成装置から出射された画像光を回折素子によって観察者の眼に向けて偏向するものが提案されている。回折素子では、特定波長で最適な回折角度と回折効率が得られるように干渉縞が最適化されている。しかしながら、画像光は、特定波長を中心にして所定のスペクトル幅を有していることから、特定波長からずれた周辺波長の光は、画像の解像度を低下させる原因となる。そこで、画像光生成装置から出射された画像光を反射型の第1回折素子によって、前方に配置された第2回折素子に向けて出射し、第1回折素子から出射された画像光を第2回折素子によって観察者の眼に向けて偏向する表示装置が提案されている。かかる構成によれば、第1回折素子によって波長補償を行うことができ、特定波長からずれた周辺波長の光に起因する画像の解像度の低下を抑制することができる(特許文献1参照)。また、散布誤差を互いに補償するように設計された2つの回折素子を備えた表示装置が提案されている(特許文献2参照)。また、接眼光学系において、2つの回折素子を用いて収差の発生や色ずれを抑制する技術が提案されている(特許文献3参照)。 2. Description of the Related Art As a display device using a diffraction element such as a holographic element, there has been proposed one in which image light emitted from an image light generation device is deflected toward an observer's eye by the diffraction element. In the diffraction element, the interference fringes are optimized so that the optimum diffraction angle and diffraction efficiency can be obtained at a specific wavelength. However, since image light has a predetermined spectral width centered on a specific wavelength, light with peripheral wavelengths that deviate from the specific wavelength causes a reduction in image resolution. Therefore, the image light emitted from the image light generation device is emitted toward the second diffraction element arranged in front by the reflective first diffraction element, and the image light emitted from the first diffraction element is emitted to the second diffraction element. Display devices have been proposed in which a diffractive element deflects the light toward the viewer's eye. According to such a configuration, wavelength compensation can be performed by the first diffraction element, and reduction in image resolution caused by light of peripheral wavelengths that deviate from the specific wavelength can be suppressed (see Patent Document 1). A display device has also been proposed that includes two diffractive elements that are designed to mutually compensate for the spread error (see Patent Document 2). Also, in an eyepiece optical system, a technique has been proposed in which two diffraction elements are used to suppress the occurrence of aberration and color shift (see Patent Document 3).

特開2017-167181号公報JP 2017-167181 A 特開2004-318140号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-318140 特開平08-184779号公報JP-A-08-184779

しかしながら、上記特許文献1、2、3に開示された技術では、2つの回折素子によって十分に波長補償できないおそれがあるため、さらなる改善が望まれていた。 However, with the techniques disclosed in Patent Documents 1, 2, and 3, there is a possibility that the two diffraction elements cannot sufficiently compensate for the wavelength, so further improvements have been desired.

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、2つの回折素子によって適正に波長補償を行うことのできる表示装置を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a display device capable of appropriately performing wavelength compensation using two diffraction elements.

上記課題を解決するために、本発明の第一態様に係る表示装置は、画像光生成装置から出射された画像光の光路に沿って、正のパワーを有する第1光学部と、第1回折素子を有し、正のパワーを有する第2光学部と、正のパワーを有する第3光学部と、第2回折素子を有し、正のパワーを有する第4光学部と、を備え、前記光路において、前記第1光学部は、前記画像光生成装置と前記画像光の第1中間像との間に設けられ、前記光路において、前記第2光学部は、前記光学部と瞳との間に設けられ、前記光路において、前記第3光学部は、前記光学部と前記画像光の第2中間像との間に設けられ、前記光路において、前記第4光学部は、前記第3光学部と射出瞳との間に設けられることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a display device according to a first aspect of the present invention includes a first optical section having positive power and a first diffraction light along an optical path of image light emitted from an image light generation device. a second optical section having a positive power, a third optical section having a positive power, and a fourth optical section having a second diffraction element and having a positive power ; In the optical path, the first optical section is provided between the image light generating device and a first intermediate image of the image light, and in the optical path, the second optical section is provided between the first optical section and a pupil. in the optical path, the third optical section is provided between the second optical section and a second intermediate image of the image light; and in the optical path, the fourth optical section is provided in the It is characterized by being provided between the third optical unit and the exit pupil .

第一態様に係る表示装置によれば、第1光学部と第3光学部との間に画像光の第1中間像を形成し、第3光学部と第4光学部との間に第2中間像を形成し、第3光学部近傍に瞳を形成する。このため、画像光生成装置の1つの点から出射した光線を網膜に1つの点として結像させることができるとともに、光学系の入射瞳と眼球の瞳とを共役とすることができ、さらに、2つの回折素子(第1回折素子と第2回折素子)を共役あるいは略共役とすることができる。従って、第1回折素子と第2回折素子とでは、同一の光線が入射する位置同士が対応するので、2つの回折素子によって波長補償を適正に行うことができる。 According to the display device according to the first aspect, the first intermediate image of the image light is formed between the first optical section and the third optical section, and the second intermediate image is formed between the third optical section and the fourth optical section. An intermediate image is formed and a pupil is formed in the vicinity of the third optical section. Therefore, the light rays emitted from one point of the image light generating device can be imaged as one point on the retina, and the entrance pupil of the optical system and the pupil of the eyeball can be conjugated, and further, The two diffractive elements (the first diffractive element and the second diffractive element) can be conjugate or nearly conjugate. Therefore, the first diffraction element and the second diffraction element correspond to the incident positions of the same light beam, so that wavelength compensation can be properly performed by the two diffraction elements.

第一態様に係る表示装置において、前記第1中間像は、前記第1光学部と前記第2光学部との間に形成される態様を採用することができる。かかる態様によれば、第1中間像を第2光学部と第3光学部との間に形成した場合より十分な波長補償を行うことができる。 In the display device according to the first aspect, it is possible to employ an aspect in which the first intermediate image is formed between the first optical section and the second optical section. According to this aspect, more sufficient wavelength compensation can be performed than when the first intermediate image is formed between the second optical section and the third optical section.

第一態様に係る表示装置において、前記第3光学部は、前記第2光学部から射出された画像光を発散光、収束光あるいは平行光と自在に制御して前記第4光学部に入射させる態様を採用することができる。 In the display device according to the first aspect, the third optical section freely controls the image light emitted from the second optical section as divergent light, convergent light, or parallel light, and makes the image light incident on the fourth optical section. Aspects can be employed.

第一態様に係る表示装置において、前記第3光学部は、前記画像光生成装置が生成した画像の1点に相当する光については、前記第1回折素子により偏向されて特定波長の光からずれた光を第2回折素子の所定の範囲に入射させる態様を採用することができる。本発明において、「前記画像光生成装置が生成した画像の1点に相当する光」とは、画像光生成装置がパネル状である場合には、パネル状の画像光生成装置の表示面の1点から出射される光に相当する。これに対して、画像光生成装置が、レーザー光をマイクロミラーデバイスで2次元的に走査して画像を生成する場合、マイクロミラーデバイスから1つの方向に出射される光に相当する。 In the display device according to the first aspect, the third optical section deflects the light corresponding to one point of the image generated by the image light generating device by the first diffraction element and deviates from the light of the specific wavelength. It is also possible to employ a mode in which the light is incident on a predetermined range of the second diffraction element. In the present invention, "the light corresponding to one point of the image generated by the image light generating device" means, when the image light generating device is a panel-shaped image light generating device, one of the display surfaces of the panel-shaped image light generating device. It corresponds to light emitted from a point. On the other hand, when the image light generating device generates an image by two-dimensionally scanning laser light with a micromirror device, it corresponds to light emitted in one direction from the micromirror device.

第一態様に係る表示装置において、前記第2光学部は、前記第1光学部から射出された画像光を収束光として前記第3光学部に入射させる態様を採用することができる。 In the display device according to the first aspect, it is possible to employ an aspect in which the second optical section causes the image light emitted from the first optical section to enter the third optical section as convergent light.

第一態様に係る表示装置において、前記第2回折素子の入射面は、周辺部に対して中央部が凹んだ凹曲面であり、前記第2回折素子は、前記第3光学部から射出された画像光を平行光化する態様を採用することができる。 In the display device according to the first aspect, the incident surface of the second diffraction element is a concave curved surface in which the central portion is recessed with respect to the peripheral portion, and the second diffraction element emits light from the third optical section. A mode in which the image light is collimated can be adopted.

第一態様に係る表示装置において、前記第1回折素子の前記第3光学部による前記第2回折素子上の射影の倍率の絶対値は0.5倍から10倍までである態様を採用することができる。この場合、前記倍率の絶対値は1倍から5倍までであることが好ましい。 In the display device according to the first aspect, the absolute value of the magnification of the projection of the first diffraction element onto the second diffraction element by the third optical section is from 0.5 times to 10 times. can be done. In this case, the absolute value of the magnification is preferably from 1 to 5 times.

第一態様に係る表示装置において、前記第1回折素子と前記第3光学部との間の光学距離は、前記第3光学部と前記第2回折素子の光学距離よりも短い態様を採用することができる。 In the display device according to the first aspect, the optical distance between the first diffraction element and the third optical section is shorter than the optical distance between the third optical section and the second diffraction element. can be done.

第一態様に係る表示装置において、前記第1回折素子と前記第2回折素子とは共役関係にある態様を採用することができる。さらに、前記第1回折素子における第1の位置から出射した光は、前記第2回折素子における前記第1の位置に対応する第2の位置に対して±0.8mmの範囲内に入射する態様を採用することができる。 In the display device according to the first aspect, it is possible to employ an aspect in which the first diffraction element and the second diffraction element are in a conjugate relationship. Further, the light emitted from the first position in the first diffraction element is incident within a range of ±0.8 mm with respect to the second position corresponding to the first position in the second diffraction element. can be adopted.

本発明の第二態様に係る表示装置は、画像光生成装置から出射された画像光の光路に沿って、正のパワーを有し、複数のレンズを含む第1光学部と、第1回折素子を備え、正のパワーを有する第2光学部と、正のパワーを有する第3光学部と、第2回折素子を備え、正のパワーを有する第4光学部と、を有し、前記光路において、前記第1光学部における前記複数のレンズのうち最も前記画像光生成装置側に位置する第1レンズと前記第3光学部との間に前記画像光の第1中間像が形成され、前記第2光学部と前記第4光学部の間に瞳が形成され、前記第3光学部と前記第4光学部との間に前記画像光の第2中間像が形成され、前記第4光学部の前記第3光学部とは反対側に射出瞳が形成されることを特徴とする。 A display device according to a second aspect of the present invention has a positive power along an optical path of image light emitted from an image light generation device, and includes a first optical section including a plurality of lenses, and a first diffraction element. comprising a second optical section having positive power, a third optical section having positive power, and a fourth optical section having positive power and comprising a second diffraction element, wherein in the optical path a first intermediate image of the image light is formed between the third optical section and a first lens located closest to the image light generating device among the plurality of lenses in the first optical section; a pupil is formed between the second optical section and the fourth optical section; a second intermediate image of the image light is formed between the third optical section and the fourth optical section; An exit pupil is formed on the side opposite to the third optical unit.

第二態様に係る表示装置によれば、第1レンズと第3光学部との間に画像光の第1中間像を形成し、第3光学部と第4光学部との間に第2中間像を形成し、第3光学部近傍に瞳を形成する。このため、画像光生成装置の1つの点から出射した光線を網膜に1つの点として結像させることができるとともに、光学系の入射瞳と眼球の瞳とを共役とすることができ、さらに、2つの回折素子(第1回折素子と第2回折素子)を共役あるいは略共役とすることができる。従って、第1回折素子と第2回折素子とでは、同一の光線が入射する位置同士が対応するので、2つの回折素子によって波長補償を適正に行うことができる。 According to the display device according to the second aspect, the first intermediate image of the image light is formed between the first lens and the third optical section, and the second intermediate image is formed between the third optical section and the fourth optical section. An image is formed and a pupil is formed in the vicinity of the third optical section. Therefore, the light rays emitted from one point of the image light generating device can be imaged as one point on the retina, and the entrance pupil of the optical system and the pupil of the eyeball can be conjugated. The two diffractive elements (the first diffractive element and the second diffractive element) can be conjugate or nearly conjugate. Therefore, the first diffraction element and the second diffraction element correspond to the incident positions of the same light beam, so that wavelength compensation can be properly performed by the two diffraction elements.

第二態様に係る表示装置において、前記第1中間像は、前記第1光学部の中に形成される態様を採用することができる。 In the display device according to the second aspect, it is possible to employ an aspect in which the first intermediate image is formed in the first optical section.

第一実施形態に係る表示装置の外観の一態様を示す外観図。1 is an external view showing one aspect of the external appearance of a display device according to a first embodiment; FIG. 表示装置の別の外観の一態様を示す外観図。FIG. 10 is an external view showing another aspect of the external appearance of the display device; 表示装置の光学系の一態様を示す説明図。1A and 1B are explanatory views showing one mode of an optical system of a display device; FIG. 回折素子の干渉縞の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of interference fringes of a diffraction element; 回折素子の干渉縞の別の形態の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of another form of interference fringes of a diffraction element; 第1回折素子および第2回折素子の回折特性を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing diffraction characteristics of a first diffraction element and a second diffraction element; 第1回折素子と第2回折素子とが共役関係にある場合の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram when the first diffraction element and the second diffraction element are in a conjugate relationship; 第1回折素子と第2回折素子とが共役関係にない場合の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram when the first diffraction element and the second diffraction element are not in a conjugate relationship; 第1回折素子と第2回折素子とが共役関係にない場合の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram when the first diffraction element and the second diffraction element are not in a conjugate relationship; 第1回折素子と第2回折素子との共役関係からのずれの許容差を示す説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram showing tolerances for deviations from the conjugate relationship between the first diffraction element and the second diffraction element; 共役関係からのずれの許容差を示す別の形態の説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram of another form showing tolerance for deviation from the conjugate relationship; 光学系の光線図。Ray diagram of the optical system. 第一変形例に係る光学系の光線図。The ray diagram of the optical system which concerns on a 1st modification. 第二変形例に係る光学系の光線図。The ray diagram of the optical system which concerns on a 2nd modification. 第三変形例に係る光学系の光線図。The ray diagram of the optical system which concerns on a 3rd modification. 第四変形例に係る光学系の光線図。FIG. 11 is a ray diagram of an optical system according to a fourth modified example; 第四変形例の光学系における第1光学部の説明図。Explanatory drawing of the 1st optical part in the optical system of a 4th modification. 第二実施形態に係る光学系の説明図。Explanatory drawing of the optical system which concerns on 2nd embodiment. 第三実施形態に係る光学系の説明図。Explanatory drawing of the optical system which concerns on 3rd embodiment. 第四実施形態に係る光学系の説明図。Explanatory drawing of the optical system which concerns on 4th embodiment. 水平方向および垂直方向における中間像の位置が異なる図。FIG. 4 shows different positions of the intermediate image in the horizontal and vertical directions; 第五実施形態に係る光学系の説明図。Explanatory drawing of the optical system which concerns on 5th embodiment. 第六実施形態に係る光学系の説明図。Explanatory drawing of the optical system which concerns on 6th embodiment. 第七実施形態に係る光学系の説明図。Explanatory drawing of the optical system which concerns on 7th embodiment. 第八実施形態に係る光学系における第1回折素子と第2回折素子との略共役関係を示す図。FIG. 11 is a diagram showing a substantially conjugate relationship between a first diffraction element and a second diffraction element in an optical system according to an eighth embodiment; 図21に示す略共役関係のときに第2回折素子から出射される光の説明図。FIG. 22 is an explanatory diagram of light emitted from the second diffraction element when the substantially conjugate relationship is shown in FIG. 21; 図22に示す光が眼に入射する様子を示す説明図。FIG. 23 is an explanatory diagram showing how the light shown in FIG. 22 enters the eye;

(第一実施形態)
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度や角度を実際とは異ならせしめている。
(First embodiment)
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing below, the scale and angle of each layer and each member are made different from the actual ones in order to make each layer and each member recognizable.

図1は、本実施形態の表示装置100の外観の一態様を示す外観図である。図2は、表示装置100の別の外観の一態様を示す外観図である。図3は、図1に示す表示装置100の光学系10の一態様を示す説明図である。なお、図1から図3においては、表示装置を装着した観察者に対する前後方向をZ軸に沿う方向とし、前後方向の一方側として表示装置を装着した観察者の前方を前側Z1とし、前後方向の他方側として表示装置を装着した観察者の後方を後側Z2としてある。また、表示装置を装着した観察者に対する左右方向をX軸に沿う方向とし、左右方向の一方側として表示装置を装着した観察者の右方を右側X1とし、左右方向の他方側として表示装置を装着した観察者の左方を左側X2としてある。また、表示装置を装着した観察者に対する上下方向をY軸方向に沿う方向とし、上下方向の一方側として表示装置を装着した観察者の上方を上側Y1とし、上下方向の他方側として表示装置を装着した観察者の下方を下側Y2としてある。 FIG. 1 is an external view showing one aspect of the external appearance of the display device 100 of this embodiment. FIG. 2 is an external view showing another aspect of the external appearance of the display device 100. As shown in FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing one aspect of the optical system 10 of the display device 100 shown in FIG. 1 to 3, the front-back direction with respect to the viewer wearing the display device is defined as the direction along the Z axis, and the front of the viewer wearing the display device as one side of the front-back direction is defined as the front side Z1. The rear side Z2 is the rear side of the observer wearing the display device. In addition, the horizontal direction with respect to the observer wearing the display device is the direction along the X axis, the right side of the observer wearing the display device as one side in the horizontal direction is the right side X1, and the other side in the horizontal direction is the display device. The left side of the observer who wears it is set as the left side X2. In addition, the vertical direction with respect to the viewer wearing the display device is the direction along the Y-axis direction, the upper side of the viewer wearing the display device is the upper side Y1 as one side in the vertical direction, and the display device is the other side in the vertical direction. A lower side Y2 is defined as the lower side of the observer wearing the device.

図1に示す表示装置100は、頭部装着型の表示装置であり、画像光L0aを右眼Eaに入射させる右眼用光学系10aと、画像光L0bを左眼Ebに入射させる左眼用光学系10bとを有している。表示装置100は、例えば、眼鏡のような形状に形成される。具体的に、表示装置100は、右眼用光学系10aと左眼用光学系10bとを保持する筐体90をさらに備えている。表示装置100は、筐体90によって観察者の頭部に装着される。 The display device 100 shown in FIG. 1 is a head-mounted display device, and includes a right-eye optical system 10a that causes the image light L0a to enter the right eye Ea, and a left-eye optical system 10a that causes the image light L0b to enter the left eye Eb. and an optical system 10b. The display device 100 is formed in a shape like eyeglasses, for example. Specifically, the display device 100 further includes a housing 90 that holds the right-eye optical system 10a and the left-eye optical system 10b. The display device 100 is mounted on the observer's head by the housing 90 .

表示装置100は、筐体90として、フレーム91と、フレーム91の右側に設けられ、観察者の右耳に係止されるテンプル92aと、フレーム91の左側に設けられ、観察者の左耳に係止されるテンプル92bと、を備えている。フレーム91は、両側部に収納空間91sを有しており、収納空間91s内に、後述する光学系10を構成する画像光投射装置等の各部品が収容されている。テンプル92a,92bは、ヒンジ95によってフレーム91に対して折り畳み可能に連結されている。 The display device 100 includes a frame 91 as a housing 90, a temple 92a provided on the right side of the frame 91 and engaged with the observer's right ear, and a temple 92a provided on the left side of the frame 91 and attached to the observer's left ear. and a temple 92b to be locked. The frame 91 has storage spaces 91s on both sides, and each component such as an image light projection device constituting the optical system 10, which will be described later, is stored in the storage spaces 91s. The temples 92a and 92b are connected to the frame 91 by hinges 95 so as to be foldable.

右眼用光学系10aと左眼用光学系10bとは基本的な構成が同一である。従って、以下の説明では、右眼用光学系10aと左眼用光学系10bとを区別せずに光学系10として説明する。 The optical system for right eye 10a and the optical system for left eye 10b have the same basic configuration. Therefore, in the following description, the optical system 10a for the right eye and the optical system 10b for the left eye will be described as the optical system 10 without distinguishing between them.

また、図1に示す表示装置100では、画像光L0をX軸に沿う左右方向に進行させたが、図2に示すように、画像光L0を上側Y1から下側Y2に進行させて観察者の眼Eに出射させる場合や、頭頂部から眼Eの前にわたって光学系10が配置されるように構成される場合もある。 Further, in the display device 100 shown in FIG. 1, the image light L0 is caused to travel in the horizontal direction along the X axis, but as shown in FIG. In some cases, the optical system 10 is arranged from the top of the head to the front of the eyes E.

図3を参照して表示装置100の光学系10の基本的な構成を説明する。図3は、図1に示す表示装置100の光学系10の一態様を示す説明図である。なお、図3には、画像光L0の特定波長の光L1(実線)に加えて、長波長側の光L2(一点鎖線)、および特定波長に対して短波長側の光L3(点線)も図示してある。 A basic configuration of the optical system 10 of the display device 100 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing one aspect of the optical system 10 of the display device 100 shown in FIG. In addition to the light L1 (solid line) of the specific wavelength of the image light L0, FIG. Illustrated.

図3に示すように、光学系10では、画像光生成装置31から出射された画像光L0の進行方向に沿って、正のパワーを有する第1光学部L10と、正のパワーを有する第2光学部L20と、正のパワーを有する第3光学部L30と、正のパワーを有する第4光学部L40とが配置されている。 As shown in FIG. 3, in the optical system 10, along the traveling direction of the image light L0 emitted from the image light generation device 31, there is a first optical section L10 having positive power and a second optical section L10 having positive power. An optical section L20, a third optical section L30 having positive power, and a fourth optical section L40 having positive power are arranged.

本実施形態において、正のパワーを有する第1光学部L10は、投射光学系32によって構成されている。正のパワーを有する第2光学部L20は、反射型の第1回折素子50によって構成されている。正のパワーを有する第3光学部L30は、導光系60によって構成されている。正のパワーを有する第4光学部L40は、反射型の第2回折素子70によって構成されている。本実施形態において、第1回折素子50および第2回折素子70は、反射型の回折素子である。 In this embodiment, the first optical section L10 having positive power is configured by the projection optical system 32. As shown in FIG. A second optical section L20 having positive power is composed of a reflective first diffraction element 50 . A third optical section L30 having positive power is configured by the light guide system 60 . A fourth optical section L40 having positive power is composed of a reflective second diffraction element 70 . In this embodiment, the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 are reflective diffraction elements.

かかる光学系10において、画像光L0の進行方向に着目すると、画像光生成装置31は、投射光学系32に向けて画像光L0を出射し、投射光学系32は入射した画像光L0を第1回折素子50に向けて出射し、第1回折素子50は入射した画像光L0を導光系60に向けて出射する。導光系60は、入射した画像光L0を第2回折素子70に出射し、第2回折素子70は、入射した画像光L0を観察者の眼Eに向けて出射する。 Focusing on the traveling direction of the image light L0 in the optical system 10, the image light generator 31 emits the image light L0 toward the projection optical system 32, and the projection optical system 32 directs the incident image light L0 to the first direction. The light is emitted toward the diffraction element 50 , and the first diffraction element 50 emits the incident image light L 0 toward the light guide system 60 . The light guide system 60 emits the incident image light L0 to the second diffraction element 70, and the second diffraction element 70 emits the incident image light L0 toward the eye E of the observer.

本実施形態において、画像光生成装置31は画像光L0を生成する。
画像光生成装置31は、有機エレクトロルミネッセンス表示素子等の表示パネル310を備えている態様を採用することができる。かかる態様によれば、小型で高画質な画像表示が可能な表示装置100を提供することができる。また、画像光生成装置31は、照明光源(図示せず)と、照明光源から出射された照明光を変調する液晶表示素子等の表示パネル310とを備えている態様を採用してもよい。かかる態様によれば、照明光源の選択が可能なため、画像光L0の波長特性の自由度が広がるという利点がある。ここで、画像光生成装置31は、カラー表示可能な1枚の表示パネル310を有する態様を採用することができる。また、画像光生成装置31は、各色に対応する複数の表示パネル310と、複数の表示パネル310から出射された各色の画像光を合成する合成光学系とを有する態様を採用してもよい。さらに、画像光生成装置31は、レーザー光をマイクロミラーデバイスで変調する態様を採用してもよい。
In this embodiment, the image light generator 31 generates image light L0.
The image light generation device 31 may employ a mode having a display panel 310 such as an organic electroluminescence display element. According to this aspect, it is possible to provide the display device 100 that is small and capable of displaying high-quality images. In addition, the image light generating device 31 may employ a mode including an illumination light source (not shown) and a display panel 310 such as a liquid crystal display element that modulates the illumination light emitted from the illumination light source. According to this aspect, since the illumination light source can be selected, there is an advantage that the degree of freedom of the wavelength characteristics of the image light L0 is increased. Here, the image light generating device 31 can employ a mode having one display panel 310 capable of color display. Further, the image light generating device 31 may employ a mode having a plurality of display panels 310 corresponding to each color and a synthesizing optical system for synthesizing the image light of each color emitted from the plurality of display panels 310 . Furthermore, the image light generation device 31 may employ a mode in which the laser light is modulated by a micromirror device.

投射光学系32は画像光生成装置31が生成した画像光L0を投射する光学系であって、複数のレンズ321によって構成されている。図3では、投射光学系32におけるレンズ321を3枚とした場合を例に挙げたが、レンズ321の枚数はこれに限定されることはなく、投射光学系32が4枚以上のレンズ321を備えていてもよい。また、各レンズ321は貼り合わせて投射光学系32を構成してもよい。また、レンズ321は自由曲面のレンズで構成されていてもよい。 The projection optical system 32 is an optical system for projecting the image light L0 generated by the image light generation device 31 and is composed of a plurality of lenses 321 . In FIG. 3, the case where the number of lenses 321 in the projection optical system 32 is three is taken as an example, but the number of lenses 321 is not limited to this, and the projection optical system 32 may include four or more lenses 321. may be provided. Also, the lenses 321 may be bonded together to form the projection optical system 32 . Further, the lens 321 may be composed of a lens with a free curved surface.

導光系60は、第1回折素子50から出射された画像光L0が入射するレンズ系61と、レンズ系61から出射された画像光L0を斜めに傾いた方向に出射するミラー62とを有している。レンズ系61は、Z軸に沿う前後方向に配置された複数のレンズ611からなる。ミラー62は、前後方向に向けて斜めに傾いた反射面620を有している。本実施形態において、ミラー62は全反射ミラーである。但し、ミラー62をハーフミラーとしてもよく、この場合、外光を視認できる範囲を広くすることができる。 The light guide system 60 has a lens system 61 into which the image light L0 emitted from the first diffraction element 50 is incident, and a mirror 62 that emits the image light L0 emitted from the lens system 61 in an oblique direction. doing. The lens system 61 is composed of a plurality of lenses 611 arranged in the front-rear direction along the Z-axis. The mirror 62 has a reflecting surface 620 obliquely inclined in the front-rear direction. In this embodiment, mirror 62 is a total reflection mirror. However, the mirror 62 may be a half mirror, and in this case, the range in which external light can be visually recognized can be widened.

続いて、第1回折素子50および第2回折素子70の構成について説明する。
本実施形態において、第1回折素子50および第2回折素子70は基本的な構成が同一である。以下では、第2回折素子70の構成を例に挙げて説明する。
Next, configurations of the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 will be described.
In this embodiment, the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 have the same basic configuration. The configuration of the second diffraction element 70 will be described below as an example.

図4Aは、図3に示す第2回折素子70の干渉縞751の説明図である。図4Aに示すように、第2回折素子70は、反射型体積ホログラフィック素子75を備えており、反射型体積ホログラフィック素子75は部分反射型回折光学素子である。このため、第2回折素子70は、部分透過反射性のコンバイナーを構成している。従って、外光も第2回折素子70を介して眼Eに入射するため、観察者は、画像光生成装置31で形成した画像光L0と外光(背景)とが重畳した画像を認識することができる。 FIG. 4A is an explanatory diagram of interference fringes 751 of the second diffraction element 70 shown in FIG. As shown in FIG. 4A, the second diffractive element 70 comprises a reflective volume holographic element 75, which is a partially reflective diffractive optical element. Thus, the second diffractive element 70 constitutes a partially transflective combiner. Therefore, since external light also enters the eye E via the second diffraction element 70, the observer can recognize an image in which the image light L0 formed by the image light generating device 31 and the external light (background) are superimposed. can be done.

第2回折素子70は、観察者の眼Eと対向しており、画像光L0が入射する第2回折素子70の入射面71は、眼Eから離れる方向に凹んだ凹曲面になっている。換言すれば、入射面71は、画像光L0の入射方向において、周辺部に対して中央部が凹んで湾曲した形状となっている。このため、画像光L0を観察者の眼Eに向けて効率良く集光させることができる。 The second diffraction element 70 faces the observer's eye E, and an incident surface 71 of the second diffraction element 70 on which the image light L0 is incident is a concave curved surface that is recessed in a direction away from the eye E. In other words, the incident surface 71 has a curved shape in which the central portion is recessed with respect to the peripheral portion in the incident direction of the image light L0. Therefore, the image light L0 can be efficiently condensed toward the eye E of the observer.

第2回折素子70は、特定波長に対応するピッチを有した干渉縞751を有している。干渉縞751は屈折率等の差としてホログラム感光層に記録されており、干渉縞751は特定の入射角度に対応するように、第2回折素子70の入射面71に対して一方方向に傾いている。従って、第2回折素子70は、画像光L0を所定の方向に回折して偏向する。特定波長および特定の入射角度とは、画像光L0の波長と入射角度に対応する。かかる構成の干渉縞751は、参照光Lrおよび物体光Lsを用いてホログラフィック感光層に干渉露光を行うことにより形成することができる。 The second diffraction element 70 has interference fringes 751 with a pitch corresponding to a specific wavelength. The interference fringes 751 are recorded in the hologram photosensitive layer as a difference in refractive index, etc., and the interference fringes 751 are inclined in one direction with respect to the incident surface 71 of the second diffraction element 70 so as to correspond to a specific incident angle. there is Therefore, the second diffraction element 70 diffracts and deflects the image light L0 in a predetermined direction. The specific wavelength and specific incident angle correspond to the wavelength and incident angle of the image light L0. The interference fringes 751 having such a configuration can be formed by subjecting the holographic photosensitive layer to interference exposure using the reference light Lr and the object light Ls.

本実施形態では、画像光L0がカラー表示用である。このため、第2回折素子70は、特定波長に対応するピッチで形成された干渉縞751R、751G、751Bを有している。例えば、干渉縞751Rは、580nmから700nmの波長範囲のうち、例えば、波長615nmの赤色画像光LRに対応するピッチで形成される。干渉縞751Gは、500nmから580nmの波長範囲のうち、例えば、波長535nmの緑色画像光LGに対応するピッチで形成される。干渉縞751Bは、400nmから500nmの波長範囲のうち、例えば、波長460nmの青色画像光LB3に対応するピッチで形成される。かかる構成は、各波長に対応する感度を有するホログラフィック感光層を形成した状態で、各波長の参照光LrR、LrG、LrB、および物体光LsR、LsG、LsBを用いてホログラフィック感光層に干渉露光を行うことにより形成することができる。 In this embodiment, the image light L0 is for color display. Therefore, the second diffraction element 70 has interference fringes 751R, 751G, and 751B formed at pitches corresponding to specific wavelengths. For example, the interference fringes 751R are formed at a pitch corresponding to, for example, the red image light LR with a wavelength of 615 nm within the wavelength range of 580 nm to 700 nm. The interference fringes 751G are formed at a pitch corresponding to the green image light LG with a wavelength of 535 nm, for example, within the wavelength range of 500 nm to 580 nm. The interference fringes 751B are formed at a pitch corresponding to the blue image light LB3 with a wavelength of 460 nm, for example, within the wavelength range of 400 nm to 500 nm. In such a configuration, in a state in which a holographic photosensitive layer having sensitivity corresponding to each wavelength is formed, reference light beams LrR, LrG and LrB and object light beams LsR, LsG and LsB of each wavelength are used to interfere with the holographic photosensitive layer. It can be formed by exposure.

なお、各波長に対応する感度を有する感光材料をホログラフィック感光層に分散させておき、各波長の参照光LrR、LrG、LrBおよび物体光LsR、LsG、LsBを用いてホログラフィック感光層に干渉露光を行うことによって、図4Bに示すように1つの層に干渉縞751R、751G、751Bを重畳した干渉縞751を形成してもよい。また、参照光LrR、LrG、LrBおよび物体光LsR、LsG、LsBとして球面波の光を用いてもよい。 A photosensitive material having a sensitivity corresponding to each wavelength is dispersed in the holographic photosensitive layer, and the reference beams LrR, LrG, and LrB and the object beams LsR, LsG, and LsB of each wavelength are used to interfere with the holographic photosensitive layer. By performing exposure, interference fringes 751 in which interference fringes 751R, 751G, and 751B are superimposed on one layer as shown in FIG. 4B may be formed. Further, spherical wave light may be used as the reference lights LrR, LrG, LrB and the object lights LsR, LsG, LsB.

第2回折素子70と基本的な構成が同一である第1回折素子50は、反射型体積ホログラフィック素子55を備えている。第1回折素子50は、画像光L0が入射する入射面51が、凹んだ凹曲面になっている。換言すれば、入射面51は、画像光L0の入射方向において、周辺部に対して中央部が凹んで湾曲した形状となっている。そのため、画像光L0を導光系60に向けて効率良く偏向させることができる。 The first diffractive element 50 , which has the same basic configuration as the second diffractive element 70 , comprises a reflective volume holographic element 55 . The first diffraction element 50 has an incident surface 51 on which the image light L0 is incident, which is a concavely curved surface. In other words, the incident surface 51 has a curved shape in which the central portion is recessed with respect to the peripheral portion in the incident direction of the image light L0. Therefore, the image light L0 can be efficiently deflected toward the light guide system 60 .

図5は、図3に示す第1回折素子50および第2回折素子70の回折特性を示す説明図である。図5は、体積ホログラム上の1点に光線が入射したときの、特定波長と周辺波長の回折角の差を示したものである。図5には、特定波長を531nmとしたとき、波長が526nmの周辺波長の光の回折角度のずれを実線L526で示し、波長が536nmの周辺波長の光の回折角度のずれを点線L536で示してある。図5に示すように、ホログラムに記録された同じ干渉縞に光線が入射した場合でも、長波長の光線程、大きく回折し、短波長の光線程、回折しにくい。そのため、本実施形態のように2つの回折素子、すなわち第1回折素子50および第2回折素子70を用いた際、特定波長に対する長波長の光および短波長の光における光線角度をそれぞれ考慮して入射させないと適正に波長補償できない。すなわち第2回折素子70で発生する色収差をキャンセルできなくなる。また、干渉縞の本数によって回折角が異なるので、干渉縞を考慮する必要がある。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing diffraction characteristics of the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 shown in FIG. FIG. 5 shows the difference in diffraction angle between a specific wavelength and peripheral wavelengths when a light beam is incident on one point on the volume hologram. In FIG. 5, when the specific wavelength is 531 nm, a solid line L526 indicates the deviation of the diffraction angle of light with a wavelength around 526 nm, and a dotted line L536 shows the deviation of the diffraction angle of light with a wavelength around 536 nm. There is. As shown in FIG. 5, even when rays are incident on the same interference fringes recorded in the hologram, rays with longer wavelengths are diffracted more and rays with shorter wavelengths are less diffracted. Therefore, when two diffraction elements, that is, the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 are used as in the present embodiment, the ray angles of the long-wavelength light and the short-wavelength light with respect to the specific wavelength are taken into account. If the light is not incident, proper wavelength compensation cannot be performed. That is, it becomes impossible to cancel the chromatic aberration generated by the second diffraction element 70 . Also, since the diffraction angle differs depending on the number of interference fringes, it is necessary to consider the interference fringes.

図3に示す光学系10では、特開2017-167181号公報に記載されているように、第1回折素子50と第2回折素子70との間での中間像の形成回数と、ミラー62での反射回数の和が奇数か偶数かに対応して、第2回折素子70への入射方向等を適正化してあるため、波長補償、すなわち色収差をキャンセル可能である。 In the optical system 10 shown in FIG. 3, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-167181, the number of intermediate images formed between the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 and the number of intermediate images formed by the mirror 62 Since the incident direction and the like to the second diffraction element 70 are optimized according to whether the sum of the number of times of reflection is an odd number or an even number, wavelength compensation, that is, chromatic aberration can be canceled.

具体的に、第1回折素子50に入射した画像光L0は、図3に示すように、第1回折素子50によって回折されることで偏向する。このとき、特定波長に対して長波長側の光L2の回折角度θは、特定波長の光L1の回折角度θより大きくなる。また、特定波長に対して短波長側の光L3の回折角度θは、特定波長の光L1の回折角度θより小さくなる。従って、第1回折素子50を出射した画像光L0は、波長毎に偏向されて分散することとなる。 Specifically, the image light L0 incident on the first diffraction element 50 is deflected by being diffracted by the first diffraction element 50, as shown in FIG. At this time, the diffraction angle θ2 of the light L2 on the long wavelength side with respect to the specific wavelength becomes larger than the diffraction angle θ1 of the light L1 of the specific wavelength. Further, the diffraction angle θ3 of the light L3 on the short wavelength side with respect to the specific wavelength is smaller than the diffraction angle θ1 of the light L1 of the specific wavelength. Therefore, the image light L0 emitted from the first diffraction element 50 is deflected and dispersed for each wavelength.

第1回折素子50を出射した画像光L0は、導光系60を介して第2回折素子70に入射し、第2回折素子70によって回折されることで偏向する。その際、第1回折素子50から第2回折素子70までの光路において、中間像の形成が1回行われるとともに、ミラー62での反射が1回行われる。従って、画像光L0と第2回折素子70の入射面法線との間の角度を入射角とすると、特定波長に対して長波長側の光L2は、特定波長の光L1における入射角θ11よりも大きな入射角θ12となり、特定波長に対して短波長側の光L3は、特定波長の光L1における入射角θ11よりも小さな入射角θ13となる。また、上述したように特定波長に対して長波長側の光L2の回折角度θは、特定波長の光L1の回折角度θよりも大きくなり、特定波長に対して短波長側の光L3の回折角度θは、特定波長の光L1の回折角度θよりも小さくなる。 The image light L0 emitted from the first diffraction element 50 enters the second diffraction element 70 via the light guide system 60 and is diffracted by the second diffraction element 70 to be deflected. At that time, in the optical path from the first diffraction element 50 to the second diffraction element 70, the formation of the intermediate image is performed once and the reflection by the mirror 62 is performed once. Therefore, when the angle between the image light L0 and the normal to the incident surface of the second diffraction element 70 is the incident angle, the light L2 on the long wavelength side with respect to the specific wavelength is incident at an incident angle θ 11 with respect to the light L1 of the specific wavelength. , and the light L3 on the short wavelength side with respect to the specific wavelength has an incident angle .theta.13 smaller than the incident angle .theta.11 of the light L1 with the specific wavelength. Further, as described above, the diffraction angle θ2 of the light L2 on the long wavelength side with respect to the specific wavelength becomes larger than the diffraction angle θ1 of the light L1 with the specific wavelength, and the light L3 on the short wavelength side with respect to the specific wavelength becomes larger. is smaller than the diffraction angle θ 1 of the light L1 of the specific wavelength.

従って、特定波長に対して長波長側の光L2は、特定波長の光L1よりも大きな入射角で第1回折素子50に入射するが、特定波長に対して長波長側の光L2の回折角度が、特定波長の光L1の回折角度よりも大きいため、結果として第2回折素子70から出射するときには、特定波長に対して長波長側の光L2と特定波長の光L1は略平行な光となる。これに対して、特定波長に対して短波長側の光L3は、特定波長の光L1よりも小さな入射角で第1回折素子50に入射するが、特定波長に対して短波長側の光L3の回折角度が、特定波長の光L1の回折角度よりも小さいため、結果として第2回折素子70から出射するときには、特定波長に対して短波長側の光L3と特定波長の光L1は略平行な光となる。このようにして、図3に示すように、第2回折素子70を出射した画像光L0は、略平行な光として観察者の眼Eに入射するので、波長毎の網膜E0での結像位置ずれが抑制される。従って、第2回折素子70で発生する色収差をキャンセルできる。 Therefore, the light L2 on the long wavelength side with respect to the specific wavelength is incident on the first diffraction element 50 at a larger incident angle than the light L1 with the specific wavelength, but the diffraction angle of the light L2 on the long wavelength side with respect to the specific wavelength is is larger than the diffraction angle of the light L1 of the specific wavelength. As a result, when the light L1 of the specific wavelength is emitted from the second diffraction element 70, the light L2 on the longer wavelength side and the light L1 of the specific wavelength are substantially parallel light. Become. On the other hand, the light L3 on the short wavelength side with respect to the specific wavelength enters the first diffraction element 50 at a smaller incident angle than the light L1 with the specific wavelength, but the light L3 on the short wavelength side with respect to the specific wavelength is smaller than the diffraction angle of the light L1 of the specific wavelength, as a result, the light L3 on the short wavelength side with respect to the specific wavelength and the light L1 of the specific wavelength are substantially parallel when emitted from the second diffraction element 70. light. In this manner, as shown in FIG. 3, the image light L0 emitted from the second diffraction element 70 is incident on the observer's eye E as substantially parallel light. Displacement is suppressed. Therefore, the chromatic aberration generated by the second diffraction element 70 can be canceled.

続いて、第1回折素子50と第2回折素子70との共役関係について説明する。
図6Aは、第1回折素子50と第2回折素子70とが共役関係にある場合の説明図である。図6Bおよび図6Cは第1回折素子50と第2回折素子70とが共役関係にない場合の説明図である。図7Aおよび図7Bは、図6Bおよび図6Cに示す第1回折素子50と第2回折素子70との共役関係からのずれの許容差を示す説明図である。図7Aおよび図7Bには、特定波長の光を実線Leで示し、波長が特定波長-10nmの光を一点鎖線Lfで示し、波長が特定波長+10nmの光を二点鎖線Lgで示してある。なお、図6A~C、図7Aおよび図7Bでは、光の進行が分かりやすいように、第1回折素子50、第2回折素子70および導光系60を透過型として示し、第1回折素子50、第2回折素子70および導光系60を矢印で示してある。
Next, the conjugate relationship between the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 will be described.
FIG. 6A is an explanatory diagram when the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 are in a conjugate relationship. 6B and 6C are explanatory diagrams when the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 are not in a conjugate relationship. FIGS. 7A and 7B are explanatory diagrams showing tolerances for deviations from the conjugate relationship between the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 shown in FIGS. 6B and 6C. In FIGS. 7A and 7B, a solid line Le indicates light with a specific wavelength, a dashed-dotted line Lf indicates light with a wavelength of -10 nm, and a two-dot chain line Lg indicates light with a wavelength of +10 nm. 6A to 6C, 7A and 7B, the first diffraction element 50, the second diffraction element 70, and the light guide system 60 are shown as transmissive so that the progress of light can be easily understood. , the second diffraction element 70 and the light guide system 60 are indicated by arrows.

図6Aに示すように、第1回折素子50と第2回折素子70とを共役の関係とした場合、第1回折素子50のA点(第1の位置)から出射した発散光は正パワーを持つ導光系60によって集光され、第2回折素子70のB点(第1の位置に対応する第2の位置)に入射する。従って、B点で発生する回折による色収差をA点で補償することができる。 As shown in FIG. 6A, when the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 are in a conjugate relationship, the divergent light emitted from point A (first position) of the first diffraction element 50 has a positive power. The light is condensed by the light guide system 60 and enters point B (second position corresponding to the first position) of the second diffraction element 70 . Therefore, the chromatic aberration due to diffraction generated at the B point can be compensated at the A point.

これに対して、図6Bおよび図6Cに示すように、第1回折素子50と第2回折素子70とが共役の関係にない場合、第1回折素子50のA点から出射した発散光は、中央の正パワーを持つ導光系60によって集光されるが、第2回折素子70上のB点よりも遠い位置、あるいは近い位置で交わって入射する。このため、A点とB点とが1対1の関係になっていない。ここで、領域内の干渉縞が一様の場合に補償効果が高まることから、第1回折素子50と第2回折素子70とが共役の関係にない場合、補償効果が弱くなる。一方、第1回折素子50によって、第2回折素子70の投影領域全体を補償することは困難である。それ故、図6Bおよび図6Cに示す態様の場合、十分な波長補償を行うことができないので、解像度の劣化が発生する。 On the other hand, as shown in FIGS. 6B and 6C, when the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 are not in a conjugate relationship, the divergent light emitted from the point A of the first diffraction element 50 is The light is condensed by the light guide system 60 having positive power in the center, but crosses and enters at a position farther or nearer than point B on the second diffraction element 70 . Therefore, points A and B do not have a one-to-one relationship. Here, since the compensation effect is enhanced when the interference fringes in the region are uniform, the compensation effect is weakened when the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 are not in a conjugate relationship. On the other hand, it is difficult to compensate the entire projection area of the second diffraction element 70 with the first diffraction element 50 . Therefore, in the case of the embodiments shown in FIGS. 6B and 6C, since sufficient wavelength compensation cannot be performed, resolution degradation occurs.

なお、特定波長に対して±10nmの波長の光では、特定波長の光が到達するB点から±0.4mm程度の誤差が存在するが、解像度の低下は目立たない。かかる許容範囲を検討した結果、図7Aに示すように、特定波長の光が到達する理想的な第2回折素子70上のB点よりも手前で交わり±0.8mmの範囲内に入射する場合には、解像度の低下は目立たない。また、図7Bに示すように、特定波長の光が到達する理想的な第2回折素子70上のB点よりも後方で交わり±0.8mmの範囲内に入射する場合には、解像度の低下は目立たない。従って、第1回折素子50と第2回折素子70とにおいては、完全な共役関係になくても、略共役関係にあって、理想的なB点から±0.8mmの範囲内に到達する場合には、解像度の低下を許容することができる。すなわち、本実施形態において、第1回折素子50と第2回折素子70とが共役関係を有するとは、特定波長の光の入射位置が理想的な入射点から±0.8mmの誤差範囲に収まることをいう。 In the case of light with a wavelength of ±10 nm with respect to the specific wavelength, there is an error of about ±0.4 mm from the point B where the light with the specific wavelength reaches, but the decrease in resolution is not conspicuous. As a result of examining such an allowable range, as shown in FIG. 7A, when light of a specific wavelength intersects before point B on the ideal second diffraction element 70 and is incident within a range of ±0.8 mm resolution loss is not noticeable. Further, as shown in FIG. 7B, when light of a specific wavelength crosses behind point B on the ideal second diffraction element 70 and is incident within a range of ±0.8 mm, the resolution is reduced. is inconspicuous. Therefore, even if the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 are not in a perfect conjugate relationship, they are in a substantially conjugate relationship, and when reaching within ±0.8 mm from the ideal point B, can tolerate a loss of resolution. That is, in the present embodiment, the conjugate relationship between the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 means that the incident position of light of a specific wavelength falls within the error range of ±0.8 mm from the ideal incident point. Say things.

図8は、本実施形態の光学系10における光線図である。図8、および後で参照する図では、光軸に沿って配置された各光学部を太い矢印で示してある。また、画像光生成装置31の1つの画素から出射した光線を実線Laで示し、画像光生成装置31の端部から出射される主光線を一点鎖線Lbで示し、第1回折素子50と共役関係となる位置を長い破線Lcで示してある。ここで、「中間像」とは、1画素から出射された光線(実線La)が集まる個所であり、「瞳」とは、各画角の主光線(一点鎖線Lb)が集まる個所である。また、図8は、画像光生成装置31から出射された光の進行を示すものである。なお、図8においては、図を簡略化するため、すべての光学部を透過型として図示している。 FIG. 8 is a ray diagram in the optical system 10 of this embodiment. In FIG. 8 and the figures to be referred to later, each optical section arranged along the optical axis is indicated by a thick arrow. Further, a light ray emitted from one pixel of the image light generation device 31 is indicated by a solid line La, a principal ray emitted from an end of the image light generation device 31 is indicated by a dashed line Lb, and a conjugate relationship with the first diffraction element 50. A long broken line Lc indicates the position where . Here, the “intermediate image” is a place where rays (solid line La) emitted from one pixel gather, and the “pupil” is a place where principal rays (chain line Lb) of each angle of view gather. 8 shows the progress of light emitted from the image light generating device 31. As shown in FIG. In addition, in FIG. 8, in order to simplify the drawing, all the optical units are shown as transmissive type.

図8に示すように、本実施形態の光学系10では、画像光生成装置31から出射された画像光の光路に沿って、正のパワーを有する第1光学部L10と、第1回折素子50を備え、正のパワーを有する第2光学部L20と、正のパワーを有する第3光学部L30と、第2回折素子70を備え、正のパワーを有する第4光学部L40とが設けられている。 As shown in FIG. 8, in the optical system 10 of the present embodiment, along the optical path of the image light emitted from the image light generation device 31, the first optical section L10 having positive power and the first diffraction element 50 A second optical section L20 having positive power, a third optical section L30 having positive power, and a fourth optical section L40 having positive power and having a second diffraction element 70 are provided. there is

第1光学部L10の焦点距離はL/2であり、第2光学部L20、第3光学部L30、および第4光学部L40の焦点距離はいずれもLである。従って、第2光学部L20から第3光学部L30までの光学距離と第3光学部L30から第4光学部L40までの光学距離とが等しい。 The focal length of the first optical section L10 is L/2, and the focal lengths of the second optical section L20, the third optical section L30, and the fourth optical section L40 are all L. Therefore, the optical distance from the second optical section L20 to the third optical section L30 is equal to the optical distance from the third optical section L30 to the fourth optical section L40.

かかる光学系10では、第1光学部L10と第3光学部L30との間に画像光の第1中間像P1が形成され、第2光学部L20と第4光学部L40との間に瞳R1が形成され、第3光学部L30と第4光学部L40との間に画像光の第2中間像P2が形成され、第4光学部L40は、画像光を平行光化して射出瞳R2を形成する。その際、第3光学部L30は、第2光学部L20から射出された画像光を発散光あるいは収束光あるいは平行光と自在に制御して第4光学部L40に入射させる。第2光学部L20は、第1光学部L10から射出された画像光を収束光として第3光学部L30に入射させる。本実施形態の光学系10において、瞳R1は、第2光学部L2と第4光学部L40との間のうち、第3光学部L30の近傍に形成される。第3光学部L30の近傍とは、第2光学部L20と第3光学部L30の間のうち、第2光学部L20より第3光学部L30に近い位置、または第3光学部L30と第4光学部L40の間のうち、第4光学部L40より第3光学部L30に近い位置を意味する。 In the optical system 10, a first intermediate image P1 of image light is formed between the first optical section L10 and the third optical section L30, and a pupil R1 is formed between the second optical section L20 and the fourth optical section L40. is formed, a second intermediate image P2 of the image light is formed between the third optical unit L30 and the fourth optical unit L40, and the fourth optical unit L40 collimates the image light to form an exit pupil R2. do. At that time, the third optical section L30 freely controls the image light emitted from the second optical section L20 as divergent light, convergent light, or parallel light, and causes the light to enter the fourth optical section L40. The second optical section L20 causes the image light emitted from the first optical section L10 to enter the third optical section L30 as convergent light. In the optical system 10 of this embodiment, the pupil R1 is formed in the vicinity of the third optical section L30 between the second optical section L2 and the fourth optical section L40. The vicinity of the third optical section L30 refers to a position between the second optical section L20 and the third optical section L30 that is closer to the third optical section L30 than the second optical section L20, or a position between the third optical section L30 and the fourth optical section L30. It means a position closer to the third optical part L30 than the fourth optical part L40 among the optical parts L40.

また、第3光学部L30は、画像光生成装置31の1点からの画像光について、第1回折素子50により偏向されて特定波長からずれた周辺波長の光を第2回折素子70の所定の範囲に入射させる。すなわち、第1回折素子50と第2回折素子70は共役あるいは略共役の関係にある。ここで、第1回折素子50の第3光学部L30による第2回折素子70上の射影の倍率の絶対値は0.5倍から10倍までであり、かかる倍率の絶対値は1倍から5倍までであることが好ましい。 In addition, the third optical unit L30 converts the image light from one point of the image light generation device 31 into the light of the peripheral wavelength that is deflected by the first diffraction element 50 and deviated from the specific wavelength by the second diffraction element 70. Make it incident on the range. That is, the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 are in a conjugate or substantially conjugate relationship. Here, the absolute value of the magnification of the projection onto the second diffraction element 70 by the third optical section L30 of the first diffraction element 50 is from 0.5 times to 10 times, and the absolute value of such magnification is from 1 time to 5 times. Up to double is preferred.

従って、本実施形態の光学系10によれば、投射光学系32と導光系60との間に画像光の第1中間像P1が形成され、導光系60の近傍に瞳R1が形成され、導光系60と第2回折素子70との間に画像光の第2中間像P2が形成され、第2回折素子70は、画像光を平行光化して射出瞳R2を形成する。 Therefore, according to the optical system 10 of the present embodiment, the first intermediate image P1 of the image light is formed between the projection optical system 32 and the light guide system 60, and the pupil R1 is formed near the light guide system 60. , a second intermediate image P2 of the image light is formed between the light guide system 60 and the second diffraction element 70, and the second diffraction element 70 collimates the image light to form an exit pupil R2.

本実施形態の光学系10において、第1中間像P1は、第1光学部L10(投射光学系32)と第2光学部L20(第1回折素子50)との間に形成される。 In the optical system 10 of this embodiment, the first intermediate image P1 is formed between the first optical section L10 (projection optical system 32) and the second optical section L20 (first diffraction element 50).

本実施形態の光学系10によれば、以下に示す4つの条件(条件1、2、3、4)を満たしている。
条件1:画像光生成装置31の1つの点から出射した光線は、網膜E0に1つの点として結像される。
条件2:光学系の入射瞳と眼球の瞳が共役である。
条件3:周辺波長を補償するように第1回折素子50と第2回折素子70とを適正に配置する。
条件4:第1回折素子50と第2回折素子70とが共役または略共役の関係にある。
The optical system 10 of this embodiment satisfies the following four conditions (conditions 1, 2, 3, and 4).
Condition 1: A light ray emitted from one point of the image light generating device 31 is imaged as one point on the retina E0.
Condition 2: The entrance pupil of the optical system and the pupil of the eyeball are conjugate.
Condition 3: Properly arrange the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 so as to compensate for the peripheral wavelength.
Condition 4: The first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 are in a conjugate or substantially conjugate relationship.

より具体的には、図8に示す実線Laから分かるように、画像光生成装置31の1つの点から出射した光線は、網膜E0に1つの点として結像されるという条件1を満たすので、観察者は1画素を視認することができる。また、図8に示す実線Laから分かるように、光学系10の入射瞳と眼Eの瞳E1とが共役(瞳の共役)の関係にあるという条件2を満たすので、画像光生成装置31で生成した画像の全域を視認することができる。また、周辺波長を補償するように第1回折素子50と第2回折素子70とを適正に配置するという条件3を満たすため、波長補償を行うことによって第2回折素子70で発生する色収差をキャンセル可能である。また、図8に示す長い破線Lcから分かるように、第1回折素子50と第2回折素子70とが共役または略共役の関係にあるという条件4を満たすため、第1回折素子50と第2回折素子70とでは、光線を干渉縞が同一な個所に入射させることが可能であり、波長補償を適正に行うことができる。よって、画像光の解像度の劣化を抑えることができる。 More specifically, as can be seen from the solid line La shown in FIG. 8, a light ray emitted from one point of the image light generating device 31 satisfies Condition 1 that an image is formed as one point on the retina E0. An observer can visually recognize one pixel. 8, the entrance pupil of the optical system 10 and the pupil E1 of the eye E are in a conjugate relationship (pupil conjugate). The entire area of the generated image can be visually recognized. Further, in order to satisfy the condition 3 that the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 are appropriately arranged so as to compensate for the peripheral wavelength, the chromatic aberration generated in the second diffraction element 70 is canceled by performing wavelength compensation. It is possible. Further, as can be seen from the long dashed line Lc shown in FIG. With the diffractive element 70, it is possible to make the light beams incident on the same place of the interference fringes, so that wavelength compensation can be properly performed. Therefore, deterioration of resolution of image light can be suppressed.

(第一変形例)
図9は、第一変形例に係る光学系10Aの光線図である。図9に示すように、本変形例の光学系10Aでは、画像光生成装置31から出射された画像光の光路に沿って、正のパワーを有する第1光学部L10(投射光学系32)と、第1回折素子50を備え、正のパワーを有する第2光学部L20と、正のパワーを有する第3光学部L30(導光系60)と、反射型の第2回折素子70を備え、正のパワーを有する第4光学部L40とが設けられている。
(first modification)
FIG. 9 is a ray diagram of the optical system 10A according to the first modification. As shown in FIG. 9, in the optical system 10A of this modified example, along the optical path of the image light emitted from the image light generation device 31, the first optical unit L10 (projection optical system 32) having positive power and the , comprising a first diffraction element 50, a second optical section L20 having positive power, a third optical section L30 (light guide system 60) having positive power, and a reflective second diffraction element 70, A fourth optical section L40 having positive power is provided.

第1光学部L10の焦点距離は4L/11であり、第2光学部L20の焦点距離は6L/11であり、第3光学部L30の焦点距離は3L/4であり、第4光学部L40の焦点距離はLである。従って、第2光学部L20から第3光学部L30までの光学距離と第3光学部L30から第4光学部L40までの光学距離との比は1:2であり、第2光学部L20から第3光学部L30までの光学距離は、第3光学部L30から第4光学部L40までの光学距離より短い。従って、光学系10を小型化した場合でも、視界が第3光学部L30によって遮られにくい。 The focal length of the first optical section L10 is 4L/11, the focal length of the second optical section L20 is 6L/11, the focal length of the third optical section L30 is 3L/4, and the focal length of the fourth optical section L40 has a focal length L. Therefore, the ratio of the optical distance from the second optical section L20 to the third optical section L30 to the optical distance from the third optical section L30 to the fourth optical section L40 is 1:2. The optical distance to the third optical section L30 is shorter than the optical distance from the third optical section L30 to the fourth optical section L40. Therefore, even when the optical system 10 is downsized, the field of view is less likely to be blocked by the third optical section L30.

本変形例でも、図8を参照して説明した第一実施形態の構成と同様、第1光学部L10と第3光学部L30との間に画像光の第1中間像P1が形成され、第3光学部L30近傍に瞳R1が形成され、第3光学部L30と第4光学部L40との間に画像光の第2中間像P2が形成され、第4光学部L40は、画像光を平行光化して射出瞳R2を形成する。本変形例において、第一実施形態の構成と同様、第1中間像P1は、第1光学部L10(投射光学系32)と第2光学部L20(第1回折素子50)との間に形成される。 In this modified example as well, similarly to the configuration of the first embodiment described with reference to FIG. A pupil R1 is formed near the third optical section L30, a second intermediate image P2 of the image light is formed between the third optical section L30 and the fourth optical section L40, and the fourth optical section L40 collimates the image light. It is photonized to form an exit pupil R2. In this modified example, as in the configuration of the first embodiment, the first intermediate image P1 is formed between the first optical section L10 (projection optical system 32) and the second optical section L20 (first diffraction element 50). be done.

本変形例の光学系10Aにおいても、第一実施形態の構成と同様、画像光生成装置31の1つの点から出射した光線は、網膜E0に1つの点として結像されるという条件1を満たす。また、光学系10Aの入射瞳と眼Eの瞳E1とが共役(瞳の共役)の関係にあるという条件2を満たす。また、第1回折素子50と第2回折素子70とを適正に配置するという条件3を満たす。また、第1回折素子50と第2回折素子70とが共役または略共役の関係にあるという条件4を満たすため、第1回折素子50と第2回折素子70とでは、光線を干渉縞が同一な個所に入射させることが可能であり、波長補償を適正に行うことで色収差をキャンセルできる。よって、画像光の解像度の劣化を抑えることができる。 Also in the optical system 10A of this modified example, similarly to the configuration of the first embodiment, the light ray emitted from one point of the image light generation device 31 satisfies Condition 1 that an image is formed as one point on the retina E0. . Moreover, the condition 2 that the entrance pupil of the optical system 10A and the pupil E1 of the eye E are in a conjugate relationship (pupil conjugate) is satisfied. Moreover, the condition 3 is satisfied that the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 are properly arranged. Further, in order to satisfy the condition 4 that the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 are in a conjugate or substantially conjugate relationship, the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 have the same interference fringes for light beams. chromatic aberration can be canceled by appropriately performing wavelength compensation. Therefore, deterioration of resolution of image light can be suppressed.

(第二変形例)
図10は、第二変形例に係る光学系10Bの光線図である。図10に示すように、本変形例の光学系10Bでは、画像光生成装置31から出射された画像光の光路に沿って、正のパワーを有する第1光学部L10(投射光学系32)と、第1回折素子50を備え、正のパワーを有する第2光学部L20と、正のパワーを有する第3光学部L30(導光系60)と、反射型の第2回折素子70を備え、正のパワーを有する第4光学部L40とが設けられている。本変形例では、画像光生成装置31と投射光学系32との間に第5光学部L50が設けられている。
(Second modification)
FIG. 10 is a ray diagram of an optical system 10B according to a second modification. As shown in FIG. 10, in the optical system 10B of this modified example, along the optical path of the image light emitted from the image light generation device 31, the first optical unit L10 (projection optical system 32) having positive power and the , comprising a first diffraction element 50, a second optical section L20 having positive power, a third optical section L30 (light guide system 60) having positive power, and a reflective second diffraction element 70, A fourth optical section L40 having positive power is provided. In this modified example, a fifth optical section L50 is provided between the image light generation device 31 and the projection optical system 32 .

本変形例でも、図8を参照して説明した第一実施形態の構成と同様、第1光学部L10と第3光学部L30との間に画像光の第1中間像P1が形成され、第3光学部L30近傍に瞳R1が形成され、第3光学部L30と第4光学部L40との間に画像光の第2中間像P2が形成され、第4光学部L40は、画像光を平行光化して射出瞳R2を形成する。本変形例においても、第一実施形態の構成と同様、第1中間像P1は、第1光学部L10(投射光学系32)と第2光学部L20(第1回折素子50)との間に形成される。すなわち、図8を参照して説明した第一実施形態の構成において、画像光生成装置31が配置されていた位置を仮想パネル位置とした場合、図10に示す構成では、画像光生成装置31を仮想パネル位置より第1光学部L10とは反対側に配置されており、画像光生成装置31と第1光学部L10との距離は、図8を参照して説明した第一実施形態の構成における画像光生成装置31と第1光学部L10との距離より長い。このような場合でも、画像光生成装置31と投射光学系32との間に第5光学部L50が設けられているため、画像光生成装置31から出射された光線は、第1光学部L10に到達した以降、図8を参照して説明した第一実施形態の構成と同様となる。 In this modified example as well, similarly to the configuration of the first embodiment described with reference to FIG. A pupil R1 is formed near the third optical section L30, a second intermediate image P2 of the image light is formed between the third optical section L30 and the fourth optical section L40, and the fourth optical section L40 collimates the image light. It is photonized to form an exit pupil R2. Also in this modified example, similarly to the configuration of the first embodiment, the first intermediate image P1 is positioned between the first optical section L10 (projection optical system 32) and the second optical section L20 (first diffraction element 50). It is formed. That is, in the configuration of the first embodiment described with reference to FIG. 8, when the position where the image light generation device 31 was arranged is assumed to be the virtual panel position, in the configuration shown in FIG. It is arranged on the side opposite to the first optical section L10 from the virtual panel position, and the distance between the image light generating device 31 and the first optical section L10 is the same as in the configuration of the first embodiment described with reference to FIG. It is longer than the distance between the image light generator 31 and the first optical section L10. Even in such a case, since the fifth optical section L50 is provided between the image light generating device 31 and the projection optical system 32, the light beam emitted from the image light generating device 31 is directed to the first optical section L10. After reaching the point, the configuration is the same as that of the first embodiment described with reference to FIG.

それ故、本変形例の光学系10Bにおいても、第一実施形態の構成と同様、画像光生成装置31の1つの点から出射した光線は、網膜E0に1つの点として結像されるという条件1を満たす。また、光学系10Bの入射瞳と眼Eの瞳E1とが共役(瞳の共役)の関係にあるという条件2を満たす。また、第1回折素子50と第2回折素子70とを適正に配置するという条件3を満たす。また、第1回折素子50と第2回折素子70とが共役または略共役の関係にあるという条件4を満たすため、第1回折素子50と第2回折素子70とでは、光線を干渉縞が同一な個所に入射させることが可能であり、波長補償を適正に行うことで色収差をキャンセルできる。よって、画像光の解像度の劣化を抑えることができる。 Therefore, in the optical system 10B of this modified example, as in the configuration of the first embodiment, the condition is that the light beam emitted from one point of the image light generation device 31 is imaged as one point on the retina E0. 1 is satisfied. Moreover, the condition 2 that the entrance pupil of the optical system 10B and the pupil E1 of the eye E are in a conjugate relationship (pupil conjugate) is satisfied. Moreover, the condition 3 is satisfied that the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 are properly arranged. Further, in order to satisfy the condition 4 that the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 are in a conjugate or substantially conjugate relationship, the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 have the same interference fringes for light beams. chromatic aberration can be canceled by appropriately performing wavelength compensation. Therefore, deterioration of resolution of image light can be suppressed.

(第三変形例)
図11は、第三変形例に係る光学系10Cの光線図である。図11に示すように、本変形例の光学系10Cでは、画像光生成装置31から出射された画像光の光路に沿って、正のパワーを有する第1光学部L10(投射光学系32)と、第1回折素子50を備え、正のパワーを有する第2光学部L20と、正のパワーを有する第3光学部L30(導光系60)と、反射型の第2回折素子70を備え、正のパワーを有する第4光学部L40とが設けられている。
(Third modification)
FIG. 11 is a ray diagram of an optical system 10C according to the third modification. As shown in FIG. 11, in the optical system 10C of this modified example, along the optical path of the image light emitted from the image light generation device 31, the first optical unit L10 (projection optical system 32) having positive power and the , comprising a first diffraction element 50, a second optical section L20 having positive power, a third optical section L30 (light guide system 60) having positive power, and a reflective second diffraction element 70, A fourth optical section L40 having positive power is provided.

本変形例でも、第一実施形態、第一変形例および第二変形例の構成と同様、第1光学部L10と第3光学部L30との間に画像光の第1中間像P1が形成され、第3光学部L30近傍に瞳R1が形成され、第3光学部L30と第4光学部L40との間に画像光の第2中間像P2が形成され、第4光学部L40は、画像光を平行光化して射出瞳R2を形成する。 In this modified example, similarly to the configurations of the first embodiment, the first modified example, and the second modified example, the first intermediate image P1 of the image light is formed between the first optical unit L10 and the third optical unit L30. , a pupil R1 is formed near the third optical section L30, a second intermediate image P2 of the image light is formed between the third optical section L30 and the fourth optical section L40, and the fourth optical section L40 forms the image light are collimated to form an exit pupil R2.

本変形例では、第一実施形態、第一変形例および第二変形例の構成と異なり、第1中間像P1は、第2光学部L20(第1回折素子50)と第3光学部L30(導光系60)との間に形成される。 In this modified example, unlike the configurations of the first embodiment, the first modified example, and the second modified example, the first intermediate image P1 is formed by the second optical section L20 (the first diffraction element 50) and the third optical section L30 ( It is formed between the light guide system 60).

かかる光学系10Cでも、第一実施形態の構成と同様、画像光生成装置31の1つの点から出射した光線は、網膜E0に1つの点として結像されるという条件1を満たす。また、光学系10Cの入射瞳と眼Eの瞳E1とが共役(瞳の共役)の関係にあるという条件2を満たす。また、第1回折素子50と第2回折素子70とを適正に配置するという条件3を満たす。なお、本変形例の光学系10Cでは、第1回折素子50と第2回折素子70とが共役または略共役の関係にあるという条件4を満たさない。この場合でも、第3光学部L30は、画像光生成装置31の1点からの画像光について、第1回折素子50により偏向されて特定波長からずれた光を第2回折素子70の所定の範囲に入射させることができる。このため、干渉縞が異なる場所に入射するという問題は、第3光学部L30によって補償される。従って、波長が特定波長の周辺波長の光も特定波長の光の近傍に入射可能となり、波長補償を行うことで色収差を概ねキャンセルできる。よって、解像度の劣化を抑えることができる。すなわち、本変形例の光学系10Cによれば、第一実施形態の構成等と比較して、波長補償効果は弱いが、開口率が小さい場合は一定の波長補償効果が得られる。 The optical system 10C also satisfies Condition 1 that a light ray emitted from one point of the image light generating device 31 is imaged as one point on the retina E0, similarly to the configuration of the first embodiment. Moreover, the condition 2 that the entrance pupil of the optical system 10C and the pupil E1 of the eye E are in a conjugate relationship (pupil conjugate) is satisfied. Moreover, the condition 3 is satisfied that the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 are properly arranged. Note that the optical system 10C of this modified example does not satisfy the condition 4 that the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 are in a conjugate or substantially conjugate relationship. Even in this case, the third optical unit L30 converts image light from one point of the image light generation device 31 into a predetermined range of the second diffraction element 70, which is deflected by the first diffraction element 50 and deviates from the specific wavelength. can be made incident on Therefore, the problem that the interference fringes are incident on different places is compensated for by the third optical section L30. Therefore, light with wavelengths around the specific wavelength can also be incident in the vicinity of the light with the specific wavelength, and chromatic aberration can be substantially canceled by performing wavelength compensation. Therefore, deterioration of resolution can be suppressed. That is, according to the optical system 10C of this modified example, although the wavelength compensation effect is weaker than that of the configuration of the first embodiment, etc., a certain wavelength compensation effect can be obtained when the aperture ratio is small.

(第四変形例)
図12は、第四変形例に係る光学系10Dの光線図である。図13は、本変形例に係る第1光学部L10の説明図である。図12に示すように、本変形例の光学系10Dでは、図8を参照して説明した第一実施形態の構成と同様、正のパワーを有する第1光学部L10(投射光学系32)と、第1回折素子50を備え、正のパワーを有する第2光学部L20と、正のパワーを有する第3光学部L30(導光系60)と、反射型の第2回折素子70を備え、正のパワーを有する第4光学部L40とが設けられている。ここで、画像光生成装置31は、レーザー光源316と、コリメートレンズ317と、マイクロミラーデバイス318とを有しており、マイクロミラーデバイス318を駆動することによりレーザー光源316を走査することにより、画像を生成する。従って、画像光生成装置31自身が画角の光を形成する。
(Fourth modification)
FIG. 12 is a ray diagram of an optical system 10D according to a fourth modification. FIG. 13 is an explanatory diagram of the first optical unit L10 according to this modified example. As shown in FIG. 12, in an optical system 10D of this modified example, similarly to the configuration of the first embodiment described with reference to FIG. , comprising a first diffraction element 50, a second optical section L20 having positive power, a third optical section L30 (light guide system 60) having positive power, and a reflective second diffraction element 70, A fourth optical section L40 having positive power is provided. Here, the image light generating device 31 has a laser light source 316, a collimating lens 317, and a micromirror device 318. By driving the micromirror device 318 to scan the laser light source 316, an image is generated. to generate Therefore, the image light generating device 31 itself forms the light of the angle of view.

このため、図13に示すように、図8を参照して説明した第一実施形態の構成において、第1光学部L10に用いたレンズL11、L12の間に瞳を形成する場合と比較すると、画像光生成装置31とレンズL11とが上述したレーザー光源316、コリメートレンズ317およびマイクロミラーデバイス318で置き換えられる。 For this reason, as shown in FIG. 13, in the configuration of the first embodiment described with reference to FIG. The image light generator 31 and lens L11 are replaced by the laser light source 316, collimating lens 317 and micromirror device 318 described above.

かかる光学系10Dによれば、表示装置100を装着した際、体温や表示装置100自身の熱によって温度変化が発生してレーザー光のスペクトラム幅等が変動した場合でも、波長補償によって品位の高い画像を表示することができる。 According to the optical system 10D, when the display device 100 is worn, even if the spectrum width of the laser light or the like changes due to temperature changes due to body temperature or the heat of the display device 100 itself, a high-quality image can be produced by wavelength compensation. can be displayed.

(第二実施形態)
続いて、第二実施形態に係る表示装置について説明する。本実施形態は、光学系における別の構成に関するものである。
(Second embodiment)
Next, a display device according to a second embodiment will be described. This embodiment relates to another configuration in the optical system.

図14は、第二実施形態に係る表示装置の説明図である。図14に示す光学系12は、図2に示すように上下方向に沿って配置されており、頭頂部に配置された画像光生成装置31から眼Eの前の第2回折素子70までの間に投射光学系32、第1回折素子50、および導光系60が配置されている。本実施形態において、導光系60は、周辺部より中央が凹んだ反射面620を有するミラー62によって構成されており、正のパワーを有している。反射面620は、球面、非球面、または自由曲面からなる。本実施形態において、反射面620は自由曲面からなる。第1回折素子50は、透過型体積ホログラフィック素子とレンズとが一体化されており、正のパワーを有している。なお、第1回折素子50自身が正のパワーを有するように構成されることもある。 FIG. 14 is an explanatory diagram of the display device according to the second embodiment. The optical system 12 shown in FIG. 14 is arranged along the vertical direction as shown in FIG. , the projection optical system 32, the first diffraction element 50, and the light guide system 60 are arranged. In this embodiment, the light guide system 60 is composed of a mirror 62 having a reflecting surface 620 whose center is recessed from its periphery, and has positive power. The reflective surface 620 consists of a spherical surface, an aspherical surface, or a free-form surface. In this embodiment, the reflecting surface 620 is a free-form surface. The first diffraction element 50 is a transmissive volume holographic element integrated with a lens, and has positive power. Note that the first diffraction element 50 itself may be configured to have positive power.

本実施形態の光学系12では、図9を参照して説明した第一変形例と同様、画像光生成装置31から出射された画像光の光路に沿って、正のパワーを有する第1光学部L10(投射光学系32)と、第1回折素子50を備え、正のパワーを有する第2光学部L20と、正のパワーを有する第3光学部L30(導光系60のミラー62)と、反射型の第2回折素子70を備え、正のパワーを有する第4光学部L40とが設けられている。従って、第1光学部L10と第3光学部L30との間に画像光の第1中間像P1が形成され、第3光学部L30近傍に瞳R1が形成され、第3光学部L30と第4光学部L40との間に画像光の第2中間像P2が形成され、第4光学部L40は、画像光を平行光化して射出瞳R2を形成する。 In the optical system 12 of the present embodiment, as in the first modification described with reference to FIG. 9, along the optical path of the image light emitted from the image light generator 31, the first optical unit L10 (projection optical system 32), a second optical section L20 having a positive power and having a first diffraction element 50, a third optical section L30 having a positive power (mirror 62 of light guide system 60), A fourth optical section L40 having a positive power and including a reflective second diffraction element 70 is provided. Therefore, a first intermediate image P1 of image light is formed between the first optical section L10 and the third optical section L30, a pupil R1 is formed near the third optical section L30, and a pupil R1 is formed near the third optical section L30 and the fourth optical section L30. A second intermediate image P2 of the image light is formed between it and the optical section L40, and the fourth optical section L40 collimates the image light to form an exit pupil R2.

ここで、第3光学部L30は、正のパワーを有するミラー62によって構成されている。従って、第2光学部L20で回折した発散光は、ミラー62によって集光される。また、集光された光は、第4光学部L40(第2回折素子70)の特定波長の光が入射する点および近傍に入射する。 Here, the third optical section L30 is composed of a mirror 62 having positive power. Therefore, the divergent light diffracted by the second optical section L20 is condensed by the mirror 62. FIG. Further, the condensed light is incident on and near the point where the light of the specific wavelength of the fourth optical section L40 (second diffraction element 70) is incident.

本実施形態の光学系12でも、図9を参照して説明した第一変形例1と同様、画像光生成装置31の1つの点から出射した光線は、網膜E0に1つの点として結像されるという条件1を満たす。また、光学系12の入射瞳と眼Eの瞳E1とが共役(瞳の共役)の関係にあるという条件2を満たす。また、第1回折素子50と第2回折素子70とを適正に配置するという条件3を満たす。また、第1回折素子50と第2回折素子70とが共役または略共役の関係にあるという条件4を満たすため、第1回折素子50と第2回折素子70とでは、光線を干渉縞が同一な個所に入射させることが可能であり、波長補償を適正に行うことで色収差をキャンセルできる。よって、画像光の解像度の劣化を抑えることができる。 In the optical system 12 of the present embodiment, similarly to the first modification 1 described with reference to FIG. 9, light rays emitted from one point of the image light generating device 31 are imaged as one point on the retina E0. satisfies condition 1 that Moreover, the condition 2 that the entrance pupil of the optical system 12 and the pupil E1 of the eye E are in a conjugate relationship (pupil conjugate) is satisfied. Moreover, the condition 3 is satisfied that the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 are properly arranged. Further, in order to satisfy the condition 4 that the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 are in a conjugate or substantially conjugate relationship, the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 have the same interference fringes for light beams. chromatic aberration can be canceled by appropriately performing wavelength compensation. Therefore, deterioration of resolution of image light can be suppressed.

(第三実施形態)
続いて、第三実施形態に係る表示装置について説明する。本実施形態は、光学系における別の構成に関するものである。
(Third embodiment)
Next, a display device according to the third embodiment will be described. This embodiment relates to another configuration in the optical system.

図15は、第三実施形態に係る表示装置の説明図である。図14に示す光学系12は、第1光学部L10(投射光学系32)と第2光学部L20(第1回折素子50)とが別体であったが、本実施形態の光学系13は、図15に示すように、第1光学部L10(投射光学系)と第2光学部L20(第1回折素子50)とが一体である。より具体的には、第1光学部L10(投射光学系32)は、複数の反射面851、852を備えたプリズム85によって構成されており、プリズム85の出射面853に第2光学部L20(透過型の第1回折素子50)が構成されている。 FIG. 15 is an explanatory diagram of the display device according to the third embodiment. In the optical system 12 shown in FIG. 14, the first optical section L10 (projection optical system 32) and the second optical section L20 (first diffraction element 50) are separate bodies. 15, the first optical section L10 (projection optical system) and the second optical section L20 (first diffraction element 50) are integrated. More specifically, the first optical section L10 (projection optical system 32) is configured by a prism 85 having a plurality of reflecting surfaces 851 and 852, and the output surface 853 of the prism 85 is provided with the second optical section L20 (projection optical system 32). A transmissive first diffraction element 50) is constructed.

その他の構成は、図14を参照して説明した第二実施態様と共通である。従って、図14に示す態様と同様、波長補償を適正に行うことで色収差をキャンセルできる。よって、画像光の解像度の劣化を抑えることができる。また、プリズム85を用いることにより、第1光学部L10(投射光学系32)と第2光学部L20(第1回折素子50)とを一体化したため、組立公差の低減や頭部前後方向の小型化等を図ることができる。 Other configurations are common to the second embodiment described with reference to FIG. Therefore, similarly to the mode shown in FIG. 14, chromatic aberration can be canceled by appropriately performing wavelength compensation. Therefore, deterioration of resolution of image light can be suppressed. Also, by using the prism 85, the first optical part L10 (the projection optical system 32) and the second optical part L20 (the first diffraction element 50) are integrated. It is possible to achieve

(第四実施形態)
続いて、第四実施形態に係る表示装置について説明する。本実施形態は、光学系における別の構成に関するものである。
(Fourth embodiment)
Next, a display device according to the fourth embodiment will be described. This embodiment relates to another configuration in the optical system.

図16は、第四実施形態に係る表示装置の説明図である。図16に示す光学系14は、図1および図3を参照して説明した態様と同様、側頭部に配置された画像光生成装置31から眼Eの前の第2回折素子70までの間に、投射光学系32、第1回折素子50、および導光系60が配置されている。本実施形態において、投射光学系32は、回転対称のレンズ326と、自由曲面のレンズ327とを有している。導光系60は、周辺部より中央が凹んだ反射面620を有するミラー62によって構成されており、正のパワーを有している。反射面620は、球面、非球面、または自由曲面からなる。本実施形態において、反射面620は自由曲面からなる。第1回折素子50は、反射型体積ホログラフィック素子からなる。投射光学系32から第1回折素子50に到る光路の途中位置にミラー40が配置されており、投射光学系32は、ミラー40の反射面またはその近傍に中間像(第1中間像P1)を形成する。ミラー40は、反射面400が凹曲面になっており、正のパワーを有している。ミラー40の反射面400が正のパワーを有する場合、ミラー40を投射光学系32の構成要素に含めるようにしてもよい。すなわち、ミラー40が正のパワーを有する場合、第1光学部L10がミラー40を含むようにしてもよい。なお、ミラー40の反射面400が、平面になっており、パワーを有しないように構成してもよい。 FIG. 16 is an explanatory diagram of a display device according to the fourth embodiment. The optical system 14 shown in FIG. 16 is located between the image light generating device 31 arranged on the temporal region and the second diffraction element 70 in front of the eye E, similarly to the embodiment described with reference to FIGS. A projection optical system 32, a first diffraction element 50, and a light guide system 60 are arranged at the bottom. In this embodiment, the projection optical system 32 has a rotationally symmetric lens 326 and a free-form surface lens 327 . The light guide system 60 is composed of a mirror 62 having a reflecting surface 620 whose center is recessed from its periphery, and has positive power. The reflective surface 620 consists of a spherical surface, an aspherical surface, or a free-form surface. In this embodiment, the reflecting surface 620 is a free-form surface. The first diffraction element 50 consists of a reflective volume holographic element. A mirror 40 is arranged in the middle of the optical path from the projection optical system 32 to the first diffraction element 50, and the projection optical system 32 projects an intermediate image (first intermediate image P1) on the reflecting surface of the mirror 40 or in the vicinity thereof. to form The mirror 40 has a concave curved reflecting surface 400 and has positive power. If the reflective surface 400 of the mirror 40 has positive power, the mirror 40 may be included as a component of the projection optical system 32 . That is, the first optical section L10 may include the mirror 40 when the mirror 40 has positive power. Note that the reflecting surface 400 of the mirror 40 may be flat and have no power.

このように構成した光学系14では、図9を参照して説明した第一変形例と同様、画像光生成装置31から出射された画像光の光路に沿って、正のパワーを有する第1光学部L10(投射光学系32)と、第1回折素子50を備え、正のパワーを有する第2光学部L20と、正のパワーを有する第3光学部L30(導光系60のミラー62)と、反射型の第2回折素子70を備え、正のパワーを有する第4光学部L40とが設けられている。 In the optical system 14 configured in this manner, the first optical system having a positive power along the optical path of the image light emitted from the image light generation device 31, as in the first modification described with reference to FIG. A portion L10 (projection optical system 32), a second optical portion L20 having positive power and having first diffraction element 50, and a third optical portion L30 having positive power (mirror 62 of light guide system 60) , and a fourth optical section L40 having a positive power, which includes a reflective second diffraction element 70 .

本実施形態の光学系14において、第1光学部L10は複数のレンズ326,327を含む。複数のレンズ326,327のうちレンズ326は、最も画像光生成装置31側に位置するレンズである。すなわち、レンズ326は「第1レンズ」に相当する。
本実施形態の光学系14において、第1光学部L10におけるレンズ326とレンズ327との間に瞳R0が形成され、第3光学部L30近傍に瞳R1が形成され、第3光学部L30と第4光学部L40との間に画像光の第2中間像P2が形成され、第4光学部L40は、画像光を平行光化して射出瞳R2を形成する。
In the optical system 14 of this embodiment, the first optical section L10 includes a plurality of lenses 326,327. Among the plurality of lenses 326 and 327, the lens 326 is the lens closest to the image light generating device 31 side. That is, the lens 326 corresponds to the "first lens".
In the optical system 14 of this embodiment, a pupil R0 is formed between the lens 326 and the lens 327 in the first optical section L10, a pupil R1 is formed near the third optical section L30, and a pupil R1 is formed near the third optical section L30. A second intermediate image P2 of the image light is formed between it and the fourth optical section L40, and the fourth optical section L40 collimates the image light to form an exit pupil R2.

図16に示す第1中間像P1および第2中間像P2は、紙面に沿う水平方向に拡がった画像光における中間像である。画像光生成装置31から出射された画像光は、水平方向のみならず図16の紙面に直交する垂直方向にも拡がることから、垂直方向に拡がった画像光の中間像も存在する。本実施形態において、垂直方向の中間像が水平方向の中間像の近傍に存在している。
なお、本実施形態の光学系14において、第1中間像P1はミラー40の近傍に形成されるが、第1光学部L10(投射光学系32)の中に形成されても良い。
A first intermediate image P1 and a second intermediate image P2 shown in FIG. 16 are intermediate images in the image light spread in the horizontal direction along the plane of the paper. Since the image light emitted from the image light generating device 31 spreads not only in the horizontal direction but also in the vertical direction perpendicular to the plane of FIG. 16, an intermediate image of the vertically spread image light also exists. In this embodiment, the vertical intermediate image is in the vicinity of the horizontal intermediate image.
Although the first intermediate image P1 is formed near the mirror 40 in the optical system 14 of the present embodiment, it may be formed in the first optical section L10 (projection optical system 32).

また、水平方向の中間像と垂直方向の中間像とは異なる位置に存在していてもよい。図17は水平方向および垂直方向における中間像の位置が異なる場合の光線図であり、図17は水平方向および垂直方向の画像光における光線図である。図17において、符号Lは水平方向の画像光を示し、符号P1は水平方向の画像光Lにおける第1中間像を示し、符号Lは垂直方向の画像光を示し、符号P1は垂直方向の画像光Lにおける第1中間像を示す。また、図17では、光軸に沿って配置される、画像光生成装置31、第1光学部L10(投射光学系32)およびミラー40を模式化して示している。また、図17では、投射光学系32を構成するレンズ326,327の形状も簡略化している。 Further, the intermediate image in the horizontal direction and the intermediate image in the vertical direction may exist at different positions. FIG. 17 is a ray diagram when the position of the intermediate image is different in the horizontal direction and the vertical direction, and FIG. 17 is a ray diagram of image light in the horizontal direction and the vertical direction. In FIG. 17, reference LH denotes horizontal image light, reference P1H denotes a first intermediate image in horizontal image light LH , reference LV denotes vertical image light, and reference P1V . denotes the first intermediate image in the vertical image light LV . 17 schematically shows the image light generating device 31, the first optical section L10 (the projection optical system 32), and the mirror 40 arranged along the optical axis. In addition, in FIG. 17, the shapes of lenses 326 and 327 constituting the projection optical system 32 are also simplified.

図17に示すように、水平方向の第1中間像P1はミラー40の近傍に位置しており、垂直方向の第1中間像P1は水平方向の第1中間像P1よりも第1光学部L10の近傍に位置している。 As shown in FIG. 17, the first horizontal intermediate image P1H is positioned closer to the mirror 40, and the first vertical intermediate image P1V is closer to the first intermediate image P1H than the first horizontal intermediate image P1H . It is located near the optical part L10.

図17では、第1中間像P1において水平方向と垂直方向とで中間像の位置が異なる場合を示したが、第2中間像においても水平方向と垂直方向とで位置が異なっていてもよい。また、第1中間像P1において水平方向と垂直方向とで中間像の位置が異なる場合において、第1中間像P1および第1中間像P1の一方が第1光学部L10の中に形成され、第1中間像P1および第1中間像P1の他方が第1光学部L10の外側に形成されてもよい。 FIG. 17 shows the case where the positions of the intermediate images are different in the horizontal direction and the vertical direction in the first intermediate image P1, but the positions in the second intermediate image may also be different in the horizontal direction and the vertical direction. Further, when the position of the intermediate image in the first intermediate image P1 differs between the horizontal direction and the vertical direction, one of the first intermediate image P1H and the first intermediate image P1V is formed in the first optical section L10. , the other of the first intermediate image P1- H and the first intermediate image P1- V may be formed outside the first optical section L10.

本実施形態の光学系14においても、図9を参照して説明した第一変形例と同様、画像光生成装置31の1つの点から出射した光線は、網膜E0に1つの点として結像されるという条件1を満たす。また、光学系10の入射瞳と眼Eの瞳E1とが共役(瞳の共役)の関係にあるという条件2を満たす。また、第1回折素子50と第2回折素子70とを適正に配置するという条件3を満たす。また、第1回折素子50と第2回折素子70とが共役または略共役の関係にあるという条件4を満たすため、第1回折素子50と第2回折素子70とでは、光線を干渉縞が同一な個所に入射させることが可能であり、波長補償を適正に行うことで色収差をキャンセルできる。よって、画像光の解像度の劣化を抑えることができる。 Also in the optical system 14 of the present embodiment, similarly to the first modified example described with reference to FIG. satisfies condition 1 that Moreover, the condition 2 that the entrance pupil of the optical system 10 and the pupil E1 of the eye E are in a conjugate relationship (pupil conjugate) is satisfied. Moreover, the condition 3 is satisfied that the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 are properly arranged. Further, in order to satisfy the condition 4 that the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 are in a conjugate or substantially conjugate relationship, the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 have the same interference fringes for light beams. chromatic aberration can be canceled by appropriately performing wavelength compensation. Therefore, deterioration of resolution of image light can be suppressed.

また、図16に示す部材のうち、透光性部材を構成するプラスチック、ガラス等には、高分散と低分散を組合せた光学部材を使用している。また、第3光学部L30にミラー62を用いているため、第1光学部L10で色消し状態としている。このため、光学系14の重心位置が後側Z2に移るため、使用者の鼻への負担を軽減できる等の利点がある。また、ミラー62については、透明樹脂もしくはガラスなどの透明部材にスパッター法等により半透過型ミラー層や角度選択性のミラー層を形成すれば、ミラー62を介して外界を視認することができる。 Further, among the members shown in FIG. 16, optical members having a combination of high dispersion and low dispersion are used for the plastic, glass, or the like constituting the translucent member. Further, since the mirror 62 is used in the third optical section L30, the first optical section L10 is in an achromatic state. Therefore, the position of the center of gravity of the optical system 14 is moved to the rear side Z2, which is advantageous in that the burden on the nose of the user can be reduced. As for the mirror 62, if a transflective mirror layer or an angle-selective mirror layer is formed on a transparent member such as transparent resin or glass by a sputtering method or the like, the external world can be visually recognized through the mirror 62.

(第五実施形態)
続いて、第五実施形態に係る表示装置について説明する。本実施形態は、光学系における別の構成に関するものである。
(Fifth embodiment)
Next, a display device according to the fifth embodiment will be described. This embodiment relates to another configuration in the optical system.

図18は、第五実施形態に係る表示装置の説明図である。図18に示す光学系15は、図16を参照して説明した第四実施態様と同様、側頭部に配置された画像光生成装置31から眼Eの前の第2回折素子70(第4光学部L40)までの間に投射光学系32(第1光学部L10)、ミラー40、第1回折素子50(第2光学部L20)、および導光系60のミラー62(第3光学部L30)が配置されている。 FIG. 18 is an explanatory diagram of the display device according to the fifth embodiment. The optical system 15 shown in FIG. 18, like the fourth embodiment described with reference to FIG. Optical section L40), projection optical system 32 (first optical section L10), mirror 40, first diffraction element 50 (second optical section L20), and mirror 62 of light guide system 60 (third optical section L30 ) are placed.

本実施形態では、ミラー40とミラー62とが、共通の部材81の異なる面に構成されている。その他の構成は、図16に示す第四実施態様と共通である。従って、図16に示す第四実施態様と同様、波長補償を適正に行うことができる。また、ミラー40とミラー62とが、共通の部材81に構成されているため、組立公差の低減等を図ることができる。また、ミラーを製造する金型の種類を減らすことができるので、コストの削減を図ることができる。 In this embodiment, mirror 40 and mirror 62 are configured on different surfaces of common member 81 . Other configurations are common to the fourth embodiment shown in FIG. Therefore, wavelength compensation can be properly performed, as in the fourth embodiment shown in FIG. Moreover, since the mirror 40 and the mirror 62 are configured by the common member 81, it is possible to reduce the assembly tolerance. Also, since the number of molds for manufacturing the mirror can be reduced, the cost can be reduced.

(第六実施形態)
続いて、第六実施形態に係る表示装置について説明する。本実施形態は、光学系における別の構成に関するものである。
(Sixth embodiment)
Next, a display device according to the sixth embodiment will be described. This embodiment relates to another configuration in the optical system.

図19は、第六実施形態に係る表示装置の説明図である。図19に示す光学系16は、図16を参照して説明した第四実施態様と同様、側頭部に配置された画像光生成装置31から眼Eの前の第2回折素子70(第4光学部L40)までの間に投射光学系32(第1光学部L10)、ミラー40、第1回折素子50(第2光学部L20)、および導光系60のミラー62(第3光学部L30)が配置されている。 FIG. 19 is an explanatory diagram of a display device according to the sixth embodiment. The optical system 16 shown in FIG. 19, like the fourth embodiment described with reference to FIG. Optical section L40), projection optical system 32 (first optical section L10), mirror 40, first diffraction element 50 (second optical section L20), and mirror 62 of light guide system 60 (third optical section L30 ) are placed.

本実施形態では、ミラー62と第2回折素子70とが、共通の部材82の異なる面に構成されている。その他の構成は、図16に示す第四実施態様と共通である。従って、図16に示す第四実施態様と同様、波長補償を適正に行うことができる。また、ミラー62と第2回折素子70とが、共通の部材82に構成されているため、組立公差の低減等を図ることができる。また、ミラーを製造する金型の種類を減らすことができるので、コストの削減を図ることができる。 In this embodiment, the mirror 62 and the second diffraction element 70 are arranged on different sides of a common member 82 . Other configurations are common to the fourth embodiment shown in FIG. Therefore, wavelength compensation can be properly performed, as in the fourth embodiment shown in FIG. In addition, since the mirror 62 and the second diffraction element 70 are formed by the common member 82, it is possible to reduce the assembly tolerance. Also, since the number of molds for manufacturing the mirror can be reduced, the cost can be reduced.

(第七実施形態)
続いて、第七実施形態に係る表示装置について説明する。本実施形態は、光学系における別の構成に関するものである。
(Seventh embodiment)
Next, a display device according to the seventh embodiment will be described. This embodiment relates to another configuration in the optical system.

図20は、第七実施形態に係る表示装置の説明図である。図20に示す光学系17は、図16を参照して説明した第四実施態様と同様、側頭部に配置された画像光生成装置31から眼Eの前の第2回折素子70(第4光学部L40)までの間に投射光学系32(第1光学部L10)、ミラー40、第1回折素子50(第2光学部L20)、および導光系60のミラー62(第3光学部L30)が配置されている。 FIG. 20 is an explanatory diagram of a display device according to the seventh embodiment. The optical system 17 shown in FIG. 20, like the fourth embodiment described with reference to FIG. Optical section L40), projection optical system 32 (first optical section L10), mirror 40, first diffraction element 50 (second optical section L20), and mirror 62 of light guide system 60 (third optical section L30 ) are placed.

本実施形態では、ミラー40、ミラー62、および第2回折素子70が、共通の部材83の異なる面に構成されている。その他の構成は、図16に示す第四実施態様と共通である。従って、図16に示す第四実施態様と同様、波長補償を適正に行うことができる。また、ミラー40、ミラー62、および第2回折素子70が共通の部材83に構成されているため、組立公差の低減等を図ることができる。また、ミラーを製造する金型の種類を減らすことができるので、コストの削減を図ることができる。 In this embodiment, mirror 40 , mirror 62 and second diffractive element 70 are arranged on different sides of common member 83 . Other configurations are common to the fourth embodiment shown in FIG. Therefore, wavelength compensation can be properly performed, as in the fourth embodiment shown in FIG. Moreover, since the mirror 40, the mirror 62, and the second diffraction element 70 are configured by the common member 83, it is possible to reduce the assembly tolerance. Also, since the number of molds for manufacturing the mirror can be reduced, the cost can be reduced.

(第八実施形態)
続いて、第八実施形態に係る表示装置について説明する。本実施形態は、光学系における別の構成に関するものである。本実施形態の光学系では、第1回折素子50と第2回折素子70とが略共役関係となっている。以下、第1回折素子50と第2回折素子70との略共役関係について説明する。
(Eighth embodiment)
Next, a display device according to the eighth embodiment will be described. This embodiment relates to another configuration in the optical system. In the optical system of this embodiment, the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 are in a substantially conjugate relationship. The substantially conjugate relationship between the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 will be described below.

図21は、本実施形態の光学系18における第1回折素子50と第2回折素子70との略共役関係を示す説明図である。図22は、図21に示す略共役関係のときに第2回折素子70から出射される光の説明図である。図23は、図22に示す光が眼Eに入射する様子を示す説明図である。なお、図21には、特定波長の光を実線Leで示し、波長が特定波長-10nmの光を一点鎖線Lfで示し、波長が特定波長+10nmの光を二点鎖線Lgで示してある。図23には、図面に向かって最も左側に、波長が特定波長-10nmの光(図22に一点鎖線Lfで示す光)が眼Eに入射する様子を示し、図面に向かって最も右側に、波長が特定波長+10nmの光(図22に二点鎖線Lgで示す光)が眼Eに入射する様子を示し、その間には、特定波長-10nmから特定波長+10nmまで波長を変化させた光が眼Eに入射する様子を示してある。なお、図23には、特定波長の光が眼Eに入射する様子を示していないが、特定波長の光が眼Eに入射する様子は、左から3番目に示す様子と左から4番目に示す様子との中間の様子となる。 FIG. 21 is an explanatory diagram showing a substantially conjugate relationship between the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 in the optical system 18 of this embodiment. FIG. 22 is an explanatory diagram of light emitted from the second diffraction element 70 in the substantially conjugate relationship shown in FIG. FIG. 23 is an explanatory diagram showing how the light shown in FIG. 22 enters the eye E. As shown in FIG. In FIG. 21, light of a specific wavelength is indicated by a solid line Le, light of a wavelength of -10 nm is indicated by a dashed line Lf, and light of a wavelength of +10 nm is indicated by a two-dot chain line Lg. FIG. 23 shows, on the leftmost side of the drawing, light with a specific wavelength of −10 nm (light indicated by the dashed-dotted line Lf in FIG. 22) entering the eye E, and on the far right side of the drawing, Light with a wavelength of a specific wavelength of +10 nm (light indicated by a two-dot chain line Lg in FIG. 22) is incident on the eye E. In the meantime, light with a wavelength changed from the specific wavelength of −10 nm to the specific wavelength of +10 nm enters the eye. The state of incidence on E is shown. Although FIG. 23 does not show how the light of the specific wavelength is incident on the eye E, the appearance of the light of the specific wavelength being incident on the eye E is shown in the third from the left and the fourth from the left. It will be an intermediate state with the state shown.

上記実施形態等では、第1回折素子50と第2回折素子70とを共役関係にすることが好ましかったが、本実施形態では、上述したように第1回折素子50と第2回折素子70とを略共役の関係としている。この場合、図21に示すように、特定波長からずれた周辺波長の光では、第2回折素子70に入射する状態が異なる。ここで、第2回折素子70では、光軸に近づくほど干渉縞数が少なくなり、光を曲げる力が弱い。このため、長波長側の光を光軸側に入射させ、短波長側の光を端の方に入射させれば、特定波長の光、および周辺波長の光は平行光化されるため、波長補償と同様な効果を得ることができる。 In the above embodiment and the like, it is preferable that the first diffraction element 50 and the second diffraction element 70 are in a conjugate relationship. 70 are in a substantially conjugate relationship. In this case, as shown in FIG. 21, light of peripheral wavelengths deviated from the specific wavelength is incident on the second diffraction element 70 in a different state. Here, in the second diffraction element 70, the closer to the optical axis, the smaller the number of interference fringes, and the weaker the light bending force. For this reason, if light with longer wavelengths is incident on the optical axis side and light with shorter wavelengths is incident on the edge, light of a specific wavelength and light of peripheral wavelengths are collimated. An effect similar to compensation can be obtained.

この場合、波長によって光線位置がずれるため、図22に示すように、瞳に入射する光線径が径φaから径φbへと大きくなる。その時の瞳孔に入射する光線強度の様子を示したのが図23である。図23から分かるように、特定波長近傍では瞳孔を満たす事ができないが、周辺波長の光は、特定波長の光とずれた位置に入射するため、瞳孔径を満たすことができる。その結果、観察者は画像を見やすくなる等の利点を得ることができる。 In this case, since the position of the light beam is shifted depending on the wavelength, the diameter of the light beam incident on the pupil increases from the diameter φa to the diameter φb as shown in FIG. FIG. 23 shows the state of the light intensity incident on the pupil at that time. As can be seen from FIG. 23, the pupil cannot be filled in the vicinity of the specific wavelength, but the peripheral wavelength light can fill the pupil diameter because it is incident on a position shifted from the specific wavelength light. As a result, the observer can obtain advantages such as easier viewing of the image.

[他の表示装置への適用]
上記実施形態では、頭部装着型の表示装置100を例示したが、ヘッドアップディスプレイやハンドヘルドディスプレイやプロジェクター用光学系等に対して本発明を適用してもよい。
[Application to other display devices]
Although the head-mounted display device 100 has been exemplified in the above embodiment, the present invention may be applied to a head-up display, a handheld display, an optical system for a projector, and the like.

10,10A,10B,10C,10D,12,13,14,15,16,17,18…光学系、10a…右眼用光学系、10b…左眼用光学系、31…画像光生成装置、32…投射光学系、40、62…ミラー、50…第1回折素子、55,75…反射型体積ホログラフィック素子、60…導光系、61…レンズ系、70…第2回折素子、85…プリズム、91…前部分、100…表示装置、310…表示パネル、316…レーザー光源、317…コリメートレンズ、318…マイクロミラーデバイス、L10…第1光学部、L20…第2光学部、L2…第2光学部光、L30…第3光学部、L40…第4光学部、P1…第1中間像、P2…第2中間像、R0,R1…瞳、R2…射出瞳。 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18... optical system, 10a... optical system for right eye, 10b... optical system for left eye, 31... image light generating device, 32... Projection optical system 40, 62... Mirror 50... First diffraction element 55, 75... Reflective volume holographic element 60... Light guide system 61... Lens system 70... Second diffraction element 85... Prism 91 Front portion 100 Display device 310 Display panel 316 Laser light source 317 Collimating lens 318 Micromirror device L10 First optical unit L20 Second optical unit L2 Second 2 optical section lights, L30... 3rd optical section, L40... 4th optical section, P1... 1st intermediate image, P2... 2nd intermediate image, R0, R1... pupil, R2... exit pupil.

Claims (11)

画像光生成装置から出射された画像光の光路に沿って、
正のパワーを有する第1光学部と、
第1回折素子を有し、正のパワーを有する第2光学部と、
正のパワーを有する第3光学部と、
第2回折素子を有し、正のパワーを有する第4光学部と、
を備え、
前記光路において、前記第1光学部は、前記画像光生成装置と前記画像光の第1中間像
との間に設けられ、
前記光路において、前記第2光学部は、前記第1光学部と前記画像光生成装置から出射
された前記画像光の主光線が集まる瞳との間に設けられ、
前記光路において、前記第3光学部は、前記第2光学部と前記画像光の第2中間像との
間に設けられ、
前記光路において、前記第4光学部は、前記第3光学部と射出瞳との間に設けられ
前記第1回折素子と前記第2回折素子とは共役関係にあることを特徴とする表示装置。
Along the optical path of the image light emitted from the image light generation device,
a first optical section having positive power;
a second optical section having a first diffraction element and having positive power;
a third optical section having positive power;
a fourth optical section having a second diffraction element and having positive power;
with
In the optical path, the first optical unit is provided between the image light generating device and a first intermediate image of the image light,
In the optical path, the second optical section is emitted from the first optical section and the image light generation device .
provided between a pupil where the principal rays of the image light that are formed are gathered ,
In the optical path, the third optical section is provided between the second optical section and a second intermediate image of the image light,
In the optical path, the fourth optical section is provided between the third optical section and the exit pupil ,
A display device , wherein the first diffraction element and the second diffraction element are in a conjugate relationship .
請求項1に記載の表示装置において、
前記光路において、前記第2光学部は、前記第1中間像と前記瞳との間に設けられるこ
とを特徴とする表示装置。
The display device according to claim 1,
A display device, wherein the second optical section is provided between the first intermediate image and the pupil in the optical path.
請求項1または2に記載の表示装置において、
前記第3光学部は、前記第2光学部から出射された画像光を発散光として前記第4光学
部に入射させることを特徴とする表示装置。
The display device according to claim 1 or 2,
The display device, wherein the third optical section causes the image light emitted from the second optical section to enter the fourth optical section as divergent light.
請求項3に記載の表示装置において、
前記第2光学部は、前記第1光学部から出射された画像光を収束光として前記第3光学
部に入射させることを特徴とする表示装置。
The display device according to claim 3 ,
The display device, wherein the second optical section causes the image light emitted from the first optical section to enter the third optical section as convergent light.
請求項3または4に記載の表示装置において、
前記第2回折素子の入射面は、周辺部に対して中央部が凹んだ凹曲面であり、
前記第2回折素子は、前記第3光学部から出射された画像光を平行光化することを特徴
とする表示装置。
The display device according to claim 3 or 4 ,
the incidence surface of the second diffraction element is a concave curved surface in which the central portion is concave with respect to the peripheral portion;
The display device, wherein the second diffraction element collimates the image light emitted from the third optical section.
請求項1からまでの何れか一項に記載の表示装置において、
前記第1回折素子の前記第3光学部による前記第2回折素子上の射影の倍率の絶対値は
0.5倍から10倍までであることを特徴とする表示装置。
In the display device according to any one of claims 1 to 5 ,
A display device, wherein the absolute value of the magnification of the projection of the first diffraction element onto the second diffraction element by the third optical section is from 0.5 times to 10 times.
請求項に記載の表示装置において、
前記倍率の絶対値は1倍から5倍までであることを特徴とする表示装置。
The display device according to claim 6 ,
A display device, wherein the absolute value of the magnification is from 1 to 5 times.
請求項1からまでの何れか一項に記載の表示装置において、
前記第1回折素子と前記第3光学部との間の光学距離は、前記第3光学部と前記第2回
折素子の光学距離よりも短いことを特徴とする表示装置。
In the display device according to any one of claims 1 to 7 ,
A display device, wherein an optical distance between the first diffraction element and the third optical section is shorter than an optical distance between the third optical section and the second diffraction element.
請求項1から8までの何れか一項に記載の表示装置において、
前記第1回折素子における第1の位置から出射した光は、前記第2回折素子における前
記第1の位置に対応する第2の位置に対して±0.8mmの範囲内に入射する
ことを特徴とする表示装置。
In the display device according to any one of claims 1 to 8 ,
The light emitted from the first position in the first diffraction element is incident within a range of ±0.8 mm with respect to the second position corresponding to the first position in the second diffraction element. display device.
画像光生成装置から出射された画像光の光路に沿って、
第1レンズと、
第2レンズと、
正のパワーを有し、前記画像光を回折させる第1回折素子と、
正のパワーを有し、前記画像光を反射させるミラーと、
正のパワーを有し、前記画像光を回折させる第2回折素子と、を備え、
前記光路において、前記第1レンズは、前記画像光生成装置と前記画像光の第1中間像
との間に設けられ、
前記光路において、前記第1回折素子は、前記第2レンズと前記画像光生成装置から出
射された前記画像光の主光線が集まる瞳との間に設けられ、
前記光路において、前記ミラーは、前記第1回折素子と前記画像光の第2中間像との間
に設けられ、
前記光路において、前記第2回折素子は、前記ミラーと射出瞳との間に設けられ
前記第1回折素子と前記第2回折素子とは共役関係にあることを特徴とする表示装置。
Along the optical path of the image light emitted from the image light generation device,
a first lens;
a second lens;
a first diffraction element having positive power and diffracting the image light;
a mirror that has positive power and reflects the image light;
a second diffraction element having positive power and diffracting the image light,
In the optical path, the first lens is provided between the image light generator and a first intermediate image of the image light,
In the optical path, the first diffractive element exits from the second lens and the image light generator .
provided between a pupil where the principal rays of the projected image light converge ,
In the optical path, the mirror is provided between the first diffraction element and a second intermediate image of the image light,
In the optical path, the second diffraction element is provided between the mirror and the exit pupil ,
A display device , wherein the first diffraction element and the second diffraction element are in a conjugate relationship .
請求項10に記載の表示装置において、
前記第2レンズは、前記第1回折素子と前記第1中間像との間に設けられることを特徴
とする表示装置。
The display device according to claim 10 ,
A display device, wherein the second lens is provided between the first diffraction element and the first intermediate image.
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