JPH11308640A - Method and apparatus for virtual image forming - Google Patents

Method and apparatus for virtual image forming

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JPH11308640A
JPH11308640A JP10115150A JP11515098A JPH11308640A JP H11308640 A JPH11308640 A JP H11308640A JP 10115150 A JP10115150 A JP 10115150A JP 11515098 A JP11515098 A JP 11515098A JP H11308640 A JPH11308640 A JP H11308640A
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JP
Japan
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polarizing
virtual image
light beam
light
image forming
Prior art date
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JP10115150A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Takegawa
洋 武川
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a satisfactory virtual image by improving the light utilization efficiency and preventing returning lights at the same time. SOLUTION: A polarized beam splitter 9 which reflects an s-polarized light reflects a polarized luminous flux emitted from an LCD 8 and having prescribed image information to lead the s-polarized light to a quarter-wave plate 11, after which it is reflected in an aspherical concave half mirror 12, and led again to the quarter-wave plate 11, where it is converted into a p-polarized light and the p-polarized light is transmitted through a polarized beam splitter 9 and led to a viewer side 13 to form a virtual image.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、画像出力装置から
出力された画像を虚像として結像する、虚像結像方法及
び虚像結像装置に関するものである。
The present invention relates to a virtual image forming method and a virtual image forming apparatus for forming an image output from an image output device as a virtual image.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、光束分割素子を用いた虚像結像光
学系(虚像観察光学系)では、光束分割素子としてハー
フミラーなどの無偏光ビームスピリッタ、又は、1/4
波長板の使用を伴わない偏光ビームスプリッタが使用さ
れている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a virtual image forming optical system (virtual image observation optical system) using a light beam splitting element, a non-polarizing beam splitter such as a half mirror or a 1/4 as a light beam splitting element.
A polarizing beam splitter without the use of a wave plate is used.

【0003】ここで、前記光束分割素子としてハーフミ
ラーが用いられている虚像結像光学系を図10を参照に
説明する。
A virtual image forming optical system using a half mirror as the light beam splitting element will be described with reference to FIG.

【0004】この虚像結像光学系は、バックライト7か
ら出射した光束を液晶表示素子(LCD)8で変調し、
バックライト7及びLCD8で構成される画像出力装置
から出力された光束をハーフミラー31を介して非球面
凹面ハーフミラー12に導き、さらに、非球面凹面ハー
フミラー12で反射された光束がハーフミラー31を介
して、瞳13に導くように構成されている。
In this virtual image forming optical system, a light beam emitted from a backlight 7 is modulated by a liquid crystal display (LCD) 8,
The light beam output from the image output device including the backlight 7 and the LCD 8 is guided to the aspheric concave half mirror 12 via the half mirror 31, and the light beam reflected by the aspheric concave half mirror 12 is further reflected by the half mirror 31. Through the pupil 13.

【0005】このとき、表示像の明るさは、LCD8か
ら出射される光束(例えばp偏光)の光量を100%と
すると、表示光束がハーフミラー31を2回経ることか
ら、瞳13に入射する光束の光量は、100%×0.5
×0.5=25%となる。
[0005] At this time, the brightness of the display image is incident on the pupil 13 because the display light beam passes through the half mirror 31 twice assuming that the light amount of the light beam (for example, p-polarized light) emitted from the LCD 8 is 100%. The amount of light flux is 100% × 0.5
× 0.5 = 25%.

【0006】また、非球面凹面ハーフミラー12で反射
された光束がハーフミラー31で反射され、再び画像出
力装置に戻って、ゴースト像の原因となったり、瞳13
側から入射した光束が画像出力装置に戻ることがある。
さらに、ハーフミラー31による反射により、外部の光
(迷光)30が瞳13に入射することがあり、その明る
さは、迷光30の光量を100%とすると、50%の光
量を有する光束が瞳13に入射してしまう。
The light beam reflected by the aspherical concave half mirror 12 is reflected by the half mirror 31 and returns to the image output device again to cause a ghost image or the pupil 13
The light beam incident from the side may return to the image output device.
Further, external light (stray light) 30 may enter the pupil 13 due to reflection by the half mirror 31, and the brightness of the pupil 13 is such that a light beam having a light amount of 50% with the light amount of the stray light 30 being 100%. 13 is incident.

【0007】また、ハーフミラー31の代わりに、例え
ば、p偏光の透過率100%、s偏光の反射率50%の
偏光ビームスプリッタ(PBS)を用い、画像出力装置
から出射される光束がs偏光である場合、画像出力装置
から出射される光束の光量を100%とすると、表示像
の明るさは100%×0.5×0.5=25%となる。
また、迷光の明るさは、〔50%(s成分)×0.5〕
+〔50%(p成分)×0〕=25%となる。このよう
に、ハーフミラーの代わりに偏光ビームスプリッタを用
いる場合の方が、表示像の明るさと迷光の明るさとの比
(S/N比)が改善されるものの、未だ十分であるとは
言い難い。
In place of the half mirror 31, for example, a polarizing beam splitter (PBS) having a transmittance of p-polarized light of 100% and a reflectance of s-polarized light of 50% is used. In a case where the light amount of the light beam emitted from the image output device is 100%, the brightness of the display image is 100% × 0.5 × 0.5 = 25%.
The brightness of the stray light is [50% (s component) × 0.5]
+ [50% (p component) × 0] = 25%. As described above, when the polarizing beam splitter is used instead of the half mirror, although the ratio (S / N ratio) between the brightness of the display image and the brightness of the stray light is improved, it is hard to say that it is still sufficient. .

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の虚
像結像光学系では、 (1)光源から射出した光束が、往路光及び復路光でビ
ームスプリッタを2回介するため、光利用効率が最大で
も25%にしかならない。 (2)画像出力装置から射出した光が、ビームスプリッ
タの存在により再び画像出力装置に戻り、反射ミラー、
ビームスプリッタ、画像出力装置間での多重反射により
ゴースト像が発生する。 (3)太陽光などの強力な平行線が瞳側から入射する
と、その光が光の逆進性により画像出力装置上に結像
し、これによって発生する熱によって液晶表示パネル等
が損傷する危険性がある。 といった問題がある。
As described above, in the conventional virtual image forming optical system, (1) the light flux emitted from the light source passes through the beam splitter twice with the forward light and the backward light, so that the light use efficiency is reduced. The maximum is only 25%. (2) The light emitted from the image output device returns to the image output device again due to the presence of the beam splitter,
A ghost image is generated due to multiple reflections between the beam splitter and the image output device. (3) When a strong parallel line such as sunlight enters from the pupil side, the light forms an image on the image output device due to the regression of the light, and the heat generated thereby may damage the liquid crystal display panel and the like. There is. There is a problem.

【0009】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、光の利用効率を向上すると
同時に、より鮮明な虚像画像が得られる虚像結像方法及
び虚像結像装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to improve a light use efficiency and at the same time to obtain a clearer virtual image image and a virtual image forming apparatus. Is to provide.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、画像出
力装置から出射された画像情報を有する偏光性光束を偏
光性光束分割素子に導く過程と、前記偏光性光束分割素
子を経た前記偏光性光束を、直交する直線偏光成分間に
4分の1波長の光路差を与える光学素子に導く過程と、
この光学素子を通過して偏光状態が変化した光束を、反
射型光学素子にて反射させて再び前記光学素子に導く過
程と、前記光学素子を通過することによってさらに偏光
状態が変化した光束を、前記偏光性光束分割素子を介し
て、前記画像出力装置から出射された前記偏光性光束の
光路とは異なる光路に導く過程とを経て、前記画像出力
装置から出射された出力画像の虚像を結像させる、虚像
結像方法(以下、本発明の第1の虚像結像方法と称す
る。)に係るものである。
That is, the present invention is directed to a process of guiding a polarizing light beam having image information emitted from an image output device to a polarizing light beam splitting element, and a step of guiding the polarized light beam through the polarizing light beam splitting element. Guiding the luminous flux to an optical element that provides a quarter-wavelength optical path difference between orthogonal linearly polarized light components;
A process in which the light flux whose polarization state has changed after passing through this optical element is reflected by a reflective optical element and guided again to the optical element, and the light flux whose polarization state has further changed by passing through the optical element, Through the polarizing light beam splitting element, leading to a light path different from the light path of the polarizing light beam emitted from the image output device to form a virtual image of the output image emitted from the image output device. The present invention relates to a virtual image forming method (hereinafter, referred to as a first virtual image forming method of the present invention).

【0011】本発明の第1の虚像結像方法によれば、特
に、前記偏光性光束分割素子と前記反射型光学素子との
間に、前記偏光性光束(特に直線偏光)の直線偏光成分
間に4分の1波長の光路差を与える前記光学素子(例え
ば1/4波長板)を配して、前記画像出力装置から導か
れる光束(往路の光束)と、前記反射型光学素子にて反
射されて前記虚像を結像させる側に導かれる光束(復路
の光束)とのそれぞれの偏光状態(偏光方向)を互いに
異ならせるので、前記偏光性光束分割素子にて前記往路
の光束と前記復路の光束とを高い割合で分割して、光の
利用効率を高めることができる。また、これと同時に、
ゴースト像等を生じさせる戻り光(多重折り返し光)
が、前記画像出力装置等へ戻ることが抑制される。
According to the first virtual image forming method of the present invention, in particular, the linear polarization component of the polarizing light flux (particularly, linearly polarized light) is interposed between the polarizing light beam splitting element and the reflective optical element. The optical element (for example, a quarter-wave plate) that gives a quarter-wavelength optical path difference to the image output device is disposed, and the light flux (forward light flux) guided from the image output device is reflected by the reflection type optical element. Then, the polarization state (polarization direction) of the light flux (light flux on the return path) guided to the side on which the virtual image is formed is made different from each other, so that the light flux on the outward path and the light flux on the return path by the polarizing light beam splitting element. The light beam can be split at a high rate to increase the light use efficiency. At the same time,
Return light that produces ghost images (multifold light)
However, returning to the image output device or the like is suppressed.

【0012】また、本発明は、本発明の第1の虚像結像
方法を再現性良く実施する装置として、画像出力装置か
ら出射された画像情報を有する偏光性光束を偏光性光束
分割素子に導く過程と、前記偏光性光束分割素子を経た
前記偏光性光束を、直交する直線偏光成分間に4分の1
波長の光路差を与える光学素子に導く過程と、この光学
素子を通過して偏光状態が変化した光束を、反射型光学
素子にて反射させて再び前記光学素子に導く過程と、前
記光学素子を通過することによってさらに偏光状態が変
化した光束を、前記偏光性光束分割素子を介して、前記
画像出力装置から出射された前記偏光性光束の光路とは
異なる光路に導く過程とを経て、前記画像出力装置から
出射された出力画像の虚像を結像させる虚像結像装置で
あって、前記画像出力装置と、前記偏光性光束分割素子
と、前記光学素子と、少なくとも1つの前記反射型光学
素子とから構成され、前記光学素子が前記偏光性光束分
割素子と前記反射型光学素子との間に設けられている、
虚像結像装置(以下、本発明の第1の虚像結像装置と称
する。)を提供するものである。
According to the present invention, as a device for implementing the first virtual image forming method of the present invention with good reproducibility, a polarizing beam having image information emitted from an image output device is guided to a polarizing beam splitter. And dividing the polarizing light beam having passed through the polarizing light beam splitting element by a quarter between orthogonal linearly polarized light components.
Guiding the optical element to give an optical path difference of wavelength, and passing the optical element and changing the polarization state of the light beam, reflecting the reflected optical element and guiding the optical element again to the optical element, Guiding the light flux whose polarization state has been further changed by passing through the polarizing light beam splitting element to a light path different from the light path of the polarizing light beam emitted from the image output device, to obtain the image. A virtual image forming apparatus that forms a virtual image of an output image output from an output device, wherein the image output device, the polarizing light beam splitting element, the optical element, and at least one of the reflective optical elements Wherein the optical element is provided between the polarizing light beam splitting element and the reflective optical element,
A virtual image forming apparatus (hereinafter, referred to as a first virtual image forming apparatus of the present invention) is provided.

【0013】また、本発明は、画像出力装置から出射さ
れた画像情報を有する偏光性光束を偏光性光束分割素子
に導く過程と、前記偏光性光束分割素子を経た前記偏光
性光束を、直交する直線偏光成分間に4分の1波長の光
路差を与える光学素子に導く過程と、この光学素子を通
過して偏光状態が変化した光束を、反射型回折光学素子
にて反射させて再び前記光学素子に導く過程と、前記光
学素子を通過することによってさらに偏光状態が変化し
た光束を、前記偏光性光束分割素子を介して、前記画像
出力装置から出射された前記偏光性光束の光路とは異な
る光路に導く過程とを経て、前記画像出力装置から出射
された出力画像の虚像を結像させる、虚像結像方法(以
下、本発明の第2の虚像結像方法と称する。)に係るも
のである。
Further, according to the present invention, a step of guiding a polarizing beam having image information emitted from an image output device to a polarizing beam splitting element, and intersecting the polarizing beam passing through the polarizing beam splitting element at right angles. A process of leading to an optical element that gives a quarter-wavelength optical path difference between linearly polarized light components, and a light beam that has passed through this optical element and has changed its polarization state is reflected by a reflection-type diffractive optical element, and the optical beam is again reflected. The process of leading to the element and the light beam whose polarization state has been further changed by passing through the optical element are different from the light path of the polarizing light beam emitted from the image output device via the polarizing light beam splitting element. The present invention relates to a virtual image forming method (hereinafter, referred to as a second virtual image forming method of the present invention) for forming a virtual image of an output image emitted from the image output device through a process of leading to an optical path. is there.

【0014】本発明の第2の虚像結像方法によれば、特
に、前記偏光性光束分割素子と前記反射型回折光学素子
(例えば体積ホログラム)との間に、前記偏光性光束の
直線偏光成分間に4分の1波長の光路差を与える前記光
学素子を配して、前記画像出力装置から導かれる光束
(往路の光束)と、前記反射型回折光学素子にて反射さ
れて前記虚像を結像させる側に導かれる光束(復路の光
束)とのそれぞれの偏光状態(偏光方向)を互いに異な
らせるので、前記偏光性光束分割素子にて前記往路の光
束と前記復路の光束とを高い割合で分割して、光の利用
効率を高めることができる。また、これと同時に、ゴー
スト像等を生じさせる戻り光(多重折り返し光)が、前
記画像出力装置等へ戻ることが抑制される。さらに、前
記反射型回折光学素子は波長選択性を有しているので、
前記虚像を結像させる側から太陽光等の強力な平行光の
全てが前記画像出力装置に戻ることがなく、この平行光
の戻りによる前記画像出力装置の損傷等が抑制される。
According to the second virtual image forming method of the present invention, in particular, the linearly polarized light component of the polarizing light beam is interposed between the polarizing light beam splitting element and the reflection type diffractive optical element (for example, a volume hologram). The optical element that provides a quarter-wavelength optical path difference therebetween is provided, and the light flux (forward light flux) guided from the image output device is reflected by the reflective diffraction optical element to form the virtual image. Since the respective polarization states (polarization directions) of the light beam (light beam on the return path) guided to the image forming side are made different from each other, the polarization light beam splitting element causes the light beam on the outward path and the light beam on the return path at a high ratio. By dividing, the light use efficiency can be increased. At the same time, return light (multiple return light) that causes a ghost image or the like is suppressed from returning to the image output device or the like. Further, since the reflection type diffractive optical element has wavelength selectivity,
All of the strong parallel light such as sunlight does not return to the image output device from the side where the virtual image is formed, and damage to the image output device due to the return of the parallel light is suppressed.

【0015】また、本発明は、本発明の第2の虚像結像
方法を再現性良く実施する方法として、画像出力装置か
ら出射された画像情報を有する偏光性光束を偏光性光束
分割素子に導く過程と、前記偏光性光束分割素子を経た
前記偏光性光束を、直交する直線偏光成分間に4分の1
波長の光路差を与える光学素子に導く過程と、この光学
素子を通過して偏光状態が変化した光束を、反射型回折
光学素子にて反射させて再び前記光学素子に導く過程
と、前記光学素子を通過することによってさらに偏光状
態が変化した光束を、前記偏光性光束分割素子を介し
て、前記画像出力装置から出射された前記偏光性光束の
光路とは異なる光路に導く過程とを経て、前記画像出力
装置から出射された出力画像の虚像を結像させる虚像結
像装置であって、前記画像出力装置と、前記偏光性光束
分割素子と、前記光学素子と、少なくとも1つの前記反
射型回折光学素子とから構成され、前記光学素子が前記
偏光性光束分割素子と前記反射型回折光学素子との間に
設けられている、虚像結像装置(以下、本発明の第2の
虚像結像装置と称する。)を提供するものである。
According to the present invention, as a method of implementing the second virtual image forming method of the present invention with good reproducibility, a polarizing beam having image information emitted from an image output device is guided to a polarizing beam splitter. And dividing the polarizing light beam having passed through the polarizing light beam splitting element by a quarter between orthogonal linearly polarized light components.
A step of leading to an optical element that gives an optical path difference of a wavelength, a step of reflecting a light beam having a changed polarization state after passing through the optical element, reflecting the light beam by a reflective diffractive optical element, and guiding the reflected light to the optical element again; Through the polarizing light beam splitting element, through a process of guiding the light beam having a different polarization state to a light path different from the light path of the polarizing light beam emitted from the image output device. A virtual image forming apparatus that forms a virtual image of an output image output from an image output device, wherein the image output device, the polarizing light beam splitting element, the optical element, and at least one of the reflective diffractive optics A virtual image forming apparatus (hereinafter, referred to as a second virtual image forming apparatus of the present invention, wherein the optical element is provided between the polarizing beam splitter and the reflective diffractive optical element. Call ) It is intended to provide.

【0016】さらに、本発明は、光源から出射された光
束を偏光性光束分割素子に導く過程と、この偏光性光束
分割素子を経た偏光性光束を、直交する直線偏光成分間
に4分の1波長の光路差を与える光学素子に導く過程
と、この光学素子によって偏光状態が変化した偏光性光
束を反射型画像出力装置に導く過程と、前記反射型画像
出力装置にて反射された画像情報を有する偏光性光束
を、再び前記光学素子に導く過程と、この光学素子を通
過してさらに偏光状態が変化した光束を、前記偏光性光
束分割素子を介して屈折光学素子に導く過程とを経て、
前記反射型画像出力装置から出射された出力画像の虚像
を結像させる、虚像結像方法(以下、本発明の第3の虚
像結像方法と称する。)に係るものである。
Further, according to the present invention, there is provided a process for guiding a light beam emitted from a light source to a polarizing beam splitting device, and a process for dividing a polarizing beam passing through the polarizing beam splitting device into a quarter between orthogonal linearly polarized light components. The process of leading to an optical element that gives an optical path difference of wavelength, the process of guiding a polarizing light flux whose polarization state has been changed by this optical element to a reflective image output device, and the image information reflected by the reflective image output device Having a polarizing light beam having a light beam whose polarization state has been further changed after passing through the optical element and guiding the light beam to the refractive optical element through the polarizing light beam splitting element,
The present invention relates to a virtual image forming method for forming a virtual image of an output image emitted from the reflection type image output device (hereinafter, referred to as a third virtual image forming method of the present invention).

【0017】本発明の第3の虚像結像方法によれば、特
に、前記偏光性光束分割素子と前記反射型画像出力装置
(例えば反射型液晶表示素子)との間に、前記偏光性光
束の直線偏光成分間に4分の1波長の光路差を与える前
記光学素子を配して、前記光源から前記画像出力装置へ
と導かれる光束(往路の光束)と、前記反射型画像出力
装置にて反射されて前記虚像を結像させる側に導かれる
光束(復路の光束)とのそれぞれの偏光状態(偏光方
向)を互いに異ならせるので、前記偏光性光束分割素子
にて前記往路の光束と前記復路の光束とを高い割合で分
割して、光の利用効率を高めることができる。また、こ
れと同時に、ゴースト像等を生じさせる戻り光(多重折
り返し光)が、前記画像出力装置等へ戻ることが最小限
に抑制される。
According to the third virtual image forming method of the present invention, in particular, the polarization light beam is interposed between the polarization light beam splitting element and the reflection type image output device (for example, a reflection type liquid crystal display element). The optical element that gives a quarter-wavelength optical path difference between linearly polarized light components is disposed, and a light beam (a forward light beam) guided from the light source to the image output device is output from the reflection type image output device. Since the respective polarized states (polarization directions) of the light flux (light flux on the return path) reflected and guided to the side on which the virtual image is formed are made different from each other, the light flux on the outward path and the return path on the polarizing light beam splitting element are different. Can be split at a high rate to increase the light use efficiency. At the same time, return light (multiple return light) that produces a ghost image or the like is minimized from returning to the image output device or the like.

【0018】また、本発明は、本発明の第3の虚像結像
方法を再現性良く実施する方法として、光源から出射さ
れた光束を偏光性光束分割素子に導く過程と、この偏光
性光束分割素子を経た偏光性光束を、直交する直線偏光
成分間に4分の1波長の光路差を与える光学素子に導く
過程と、この光学素子によって偏光状態が変化した偏光
性光束を反射型画像出力装置に導く過程と、前記反射型
画像出力装置にて反射された画像情報を有する偏光性光
束を、再び前記光学素子に導く過程と、この光学素子を
通過してさらに偏光状態が変化した光束を、前記偏光性
光束分割素子を介して屈折光学素子に導く過程とを経
て、前記反射型画像出力装置から出射された出力画像の
虚像を結像させる虚像結像装置であって、前記反射型画
像出力装置と、前記偏光性光束分割素子と、前記光学素
子と、少なくとも1つの前記屈折光学素子とから構成さ
れ、前記光学素子が前記偏光性光束分割素子と前記反射
型画像出力装置との間に設置されている、虚像結像装置
(以下、本発明の第3の虚像結像装置と称する。)を提
供するものである。
According to the present invention, as a method for implementing the third virtual image forming method of the present invention with good reproducibility, a step of guiding a light beam emitted from a light source to a polarizing beam splitting element, Guiding the polarizing luminous flux having passed through the element to an optical element that provides a quarter-wavelength optical path difference between orthogonal linearly polarized light components, and converting the polarizing luminous flux whose polarization state has been changed by the optical element to a reflective image output device And the process of guiding the polarizing light beam having image information reflected by the reflective image output device to the optical element again, and the light beam that has passed through the optical element and has changed its polarization state. And a step of guiding the light to the refractive optical element through the polarizing light beam splitting element to form a virtual image of an output image emitted from the reflective image output device. Device and said A light beam splitting element, the optical element, and at least one refractive optical element, wherein the optical element is provided between the polarizing light beam splitting element and the reflective image output device; It is intended to provide a virtual image forming apparatus (hereinafter, referred to as a third virtual image forming apparatus of the present invention).

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】まず、本発明の第1の虚像結像方
法及び本発明の第1の虚像結像装置について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, a first virtual image forming method of the present invention and a first virtual image forming apparatus of the present invention will be described.

【0020】本発明の第1の虚像結像方法及び本発明の
第1の虚像結像装置において、液晶ディスプレイ等の前
記画像出力装置から出射された直線偏光成分(例えばs
偏光)を有する前記偏光性光束を、偏光ビームスプリッ
タ等の前記偏光性光束分割素子に導く過程と、前記偏光
性光束分割素子(例えば、s偏光を反射し、p偏光を透
過させる偏光ビームスプリッタ)にて反射された前記光
束を、その直交する直線偏光成分間に4分の1波長の光
路差(即ち90°の位相差)を与える1/4波長板に導
く過程と、この1/4波長板を通過して偏光状態が変化
した光束(例えば右回りの円偏光)を、前記反射型光学
素子にて反射させて(例えば左回りの円偏光になる)、
再び前記1/4波長板に導く過程と、前記1/4波長板
を再び通過することによってさらに偏光状態が変化した
光束(例えばp偏光)を、前記偏光性光束分割素子を透
過させる過程とを経て、前記画像出力装置から出射され
た出力画像の虚像を結像させることができる(図1参
照)。
In the first virtual image forming method of the present invention and the first virtual image forming apparatus of the present invention, a linearly polarized light component (for example, s) emitted from the image output device such as a liquid crystal display.
Guiding the polarizing light beam having polarized light to the polarizing light beam splitting device such as a polarizing beam splitter; and the polarizing light beam splitting device (for example, a polarizing beam splitter that reflects s-polarized light and transmits p-polarized light). Guiding the light beam reflected by the に wavelength plate to a 波長 wavelength plate that gives a quarter wavelength optical path difference (that is, a phase difference of 90 °) between its orthogonal linearly polarized light components, The light flux (for example, clockwise circularly polarized light) that has passed through the plate and changed in polarization state is reflected by the reflective optical element (for example, becomes clockwise circularly polarized light),
The step of guiding the light again to the 波長 wavelength plate and the step of transmitting the light flux (for example, p-polarized light) whose polarization state has changed by passing through the 前 記 wavelength plate again, through the polarizing light beam splitting element. Thus, a virtual image of the output image emitted from the image output device can be formed (see FIG. 1).

【0021】ここで、前記1/4波長板(又はλ/4
板)は、その光軸が前記光束の偏光方向に対して45°
傾くように設置することが望ましい。このように設置す
ることで、効率良く前記偏光性光束を所定の偏光方向に
偏光させることができる。
Here, the 波長 wavelength plate (or λ / 4)
Plate) whose optical axis is at 45 ° to the polarization direction of the light beam.
It is desirable to install it inclining. With this arrangement, the polarizing light beam can be efficiently polarized in a predetermined polarization direction.

【0022】また、前記反射型光学素子は、凹面鏡、凹
面半透明鏡、非球面凹面鏡、及び、非球面凹面半透明鏡
からなる群より選ばれる1種の光学素子であってよい。
特に、背景光束と前記画像情報を有する光束とを重ね合
わせる場合は、凹面又は非球面凹面の半透明鏡(ハーフ
ミラー)を用いることが望ましい。
The reflection type optical element may be one kind of optical element selected from the group consisting of a concave mirror, a concave translucent mirror, an aspheric concave mirror, and an aspheric concave semitransparent mirror.
In particular, when the background light beam and the light beam having the image information are overlapped, it is desirable to use a semi-transparent mirror (half mirror) having a concave surface or an aspheric concave surface.

【0023】また、前記1/4波長板は、前記反射型光
学素子と一体に設けることができる。即ち、1/4波長
板と反射型光学素子とを一体化することによって、1/
4波長板と反射型光学素子との間の空間的変動(例えば
光の散乱)等を低減できる。特に、この1/4波長板と
反射型光学素子との間は、前記光束が往復するので、前
記空間的変動は少ないことが望ましい。
The quarter-wave plate can be provided integrally with the reflective optical element. That is, by integrating the 1 / wavelength plate and the reflection type optical element, 1 /
Spatial fluctuation (for example, light scattering) between the four-wavelength plate and the reflective optical element can be reduced. In particular, since the light beam reciprocates between the quarter-wave plate and the reflective optical element, it is desirable that the spatial fluctuation is small.

【0024】また、前記画像出力装置は、液晶画像出力
装置(液晶表示素子又はLCD:Liquid Crystal Displ
ay)であってよい。この液晶画像出力装置には、例え
ば、冷陰極管や発光ダイオード等のバックライトを用い
ることができ、さらに、このバックライトと前記液晶表
示素子との間には、照明輝度を均一にし、拡散角度をコ
ントロールするための拡散板が設けられていることが望
ましい。
The image output device is a liquid crystal image output device (liquid crystal display element or LCD: Liquid Crystal Displ.).
ay). For this liquid crystal image output device, for example, a backlight such as a cold-cathode tube or a light-emitting diode can be used. Further, between this backlight and the liquid crystal display element, illumination brightness is made uniform, and a diffusion angle is obtained. It is desirable that a diffusion plate for controlling the temperature be provided.

【0025】また、前記画像出力装置から出射された画
像情報を有する偏光性光束がs偏光を有する光束であっ
て、前記偏光性光束分割素子のp偏光に対する透過率
(Tp)を90%以上、s偏光に対する反射率(RS
を90%以上とすることが望ましい。但し、前記偏光性
光束がp偏光であって、p偏光に対する反射率を90%
以上、s偏光に対する透過率を90%以上の偏光性光束
分割素子を用いてもよく、この他の偏光状態を利用する
ことも可能である。但し、前記偏光性光束分割素子は偏
光性光束を分割する作用を有するので、前記画像情報を
有する偏光性光束がs偏光及びp偏光などが混在する光
束であっても、前記偏光性光束分割素子を経た光束は所
望の偏光状態を有する光束になる。
The polarizing beam having image information emitted from the image output device is a beam having s-polarized light, and the transmittance (T p ) of the polarizing beam splitter for p-polarized light is 90% or more. , S-polarized light reflectance (R s )
Is desirably 90% or more. However, the polarizing light flux is p-polarized light, and the reflectance for p-polarized light is 90%.
As described above, a polarizing beam splitter having a transmittance of 90% or more for s-polarized light may be used, and other polarization states may be used. However, since the polarizing light beam splitting element has an action of splitting the polarizing light beam, even if the polarizing light beam having the image information is a light beam in which s-polarized light and p-polarized light are mixed, the polarizing light beam splitting element The light beam having passed through becomes a light beam having a desired polarization state.

【0026】前記偏光性光束分割素子は、主として斜め
板ガラスから構成されるものであってよく、また、この
偏光性光束分割素子は、偏光ビームスプリッタと偏光性
光束分割膜とからなる光学素子であってよい。即ち、こ
の偏光性光束分割素子によって、偏光状態に応じた光束
の分割が行われる。
The polarizing beam splitting element may be mainly composed of an oblique plate glass, and the polarizing beam splitting element is an optical element including a polarizing beam splitter and a polarizing beam splitting film. May be. That is, the polarizing beam splitting element splits the beam according to the polarization state.

【0027】また、前記1/4波長板は、広帯域1/4
波長板とすることが望ましい。この広帯域1/4波長板
は、例えば、2枚のポリカーボネートをその光軸を変え
て張り合わせたフィルム状のものであってよく、特に可
視光領域での波長依存性が少ないものが望ましい。
Further, the quarter-wave plate has a wide band of 1/4.
It is desirable to use a wave plate. The broadband quarter-wave plate may be, for example, a film in which two polycarbonates are bonded together with their optical axes changed, and it is particularly desirable that the plate has little wavelength dependence in the visible light region.

【0028】さらに、本発明においては、結像した前記
虚像を観察することができる。例えば、前記反射型光学
素子の背景側から入射した背景光束と、前記画像出力装
置による所定画像とを重ね合わせることによって、立体
的画像が得られる。或いは、ビデオカメラのビューファ
インダーで実現されているように、前記背景光束を前記
画像出力装置による所定画像のバックライトとして利用
してもよい。前記背景光束は、いわゆるシースルーによ
る背景像(光学系を介して見える像)であってよい。な
お、本発明において「結像」とは、人の目に観察できる
ようにすることである(以下、同様)。
Further, in the present invention, the formed virtual image can be observed. For example, a stereoscopic image can be obtained by superimposing a background light beam incident from the background side of the reflective optical element and a predetermined image from the image output device. Alternatively, the background light flux may be used as a backlight of a predetermined image by the image output device, as realized by a viewfinder of a video camera. The background light beam may be a so-called see-through background image (an image seen through an optical system). In the present invention, “imaging” refers to making the image observable to human eyes (the same applies hereinafter).

【0029】次に、本発明の第2の虚像結像方法及び本
発明の第2の虚像結像装置について説明する。
Next, a second virtual image forming method and a second virtual image forming apparatus according to the present invention will be described.

【0030】本発明の第2の虚像結像方法及び本発明の
第2の虚像結像装置においては、液晶ディスプレイ等の
前記画像出力装置から出射された直線偏光成分(例えば
s偏光)を有する前記偏光性光束を、偏光ビームスプリ
ッタ等の前記偏光性光束分割素子に導く過程と、前記偏
光性光束分割素子(例えば、s偏光を反射し、p偏光を
透過させる偏光ビームスプリッタ)にて反射された前記
光束を、その直交する直線偏光成分間に4分の1波長の
光路差(即ち90°の位相差)を与える1/4波長板に
導く過程と、この1/4波長板を通過して偏光状態が変
化した光束(例えば右回りの円偏光)を、体積ホログラ
ム等の前記反射型回折光学素子にて反射させて(ここで
例えば左回りの円偏光となる)、再び前記1/4波長板
に導く過程と、前記1/4波長板を再び通過することに
よってさらに偏光状態が変化した光束(例えばp偏光)
を、前記偏光性光束分割素子を透過させる過程とを経
て、前記画像出力装置から出射された出力画像の虚像を
結像させることができる(図5参照)。
According to the second virtual image forming method of the present invention and the second virtual image forming apparatus of the present invention, the method has a linearly polarized component (for example, s-polarized light) emitted from the image output device such as a liquid crystal display. The process of guiding the polarizing beam to the polarizing beam splitting element such as a polarizing beam splitter, and the process of guiding the polarizing beam splitter (for example, a polarizing beam splitter that reflects s-polarized light and transmits p-polarized light). Guiding the luminous flux to a quarter-wave plate that gives a quarter-wavelength optical path difference (that is, a phase difference of 90 °) between the orthogonal linearly polarized light components, and passing through the quarter-wave plate. The luminous flux whose polarization state has changed (for example, clockwise circularly polarized light) is reflected by the reflection type diffractive optical element such as a volume hologram (here, for example, counterclockwise circularly polarized light), and the 前 記 wavelength is again obtained. The process of leading to the board and before Further light beam polarized state is changed by passing through the quarter-wave plate again (e.g. p-polarized light)
Through the polarizing light beam splitting element to form a virtual image of an output image emitted from the image output device (see FIG. 5).

【0031】前記1/4波長板は、その光軸が前記光束
の偏光方向に対して45°傾くように設置することが望
ましい。このように設置することで、効率良く前記偏光
性光束を所定の偏光方向に偏光させることができる。
The quarter-wave plate is desirably installed so that its optical axis is inclined by 45 ° with respect to the polarization direction of the light beam. With this arrangement, the polarizing light beam can be efficiently polarized in a predetermined polarization direction.

【0032】また、前記反射型回折光学素子はリップマ
ン体積ホログラムとすることが望ましい。リップマン体
積ホログラムは、干渉縞の3次元格子によるブラッグ反
射で像を作るホログラムであり、参照光(reference be
am)と物体光(object beam)とがホログラムの表側及
び裏側からそれぞれ入射するので、ホログラム内部に
は、表面にほぼ平行な干渉縞の層ができ、3次元の回折
格子となる。このリップマン体積ホログラムは、特に波
長選択性が高く、可視光領域で良好な波長選択性を示
す。但し、本発明においては、リップマン体積ホログラ
ム以外にもその他の体積ホログラムを使用しても構わな
い。
Preferably, the reflection type diffractive optical element is a Lippmann volume hologram. A Lippman volume hologram is a hologram that forms an image by Bragg reflection by a three-dimensional grating of interference fringes, and is a reference beam
am) and an object beam (object beam) are incident from the front side and the back side of the hologram, respectively, so that a layer of interference fringes substantially parallel to the surface is formed inside the hologram, and becomes a three-dimensional diffraction grating. This Lippman volume hologram has particularly high wavelength selectivity and exhibits good wavelength selectivity in the visible light region. However, in the present invention, other volume holograms than the Lippmann volume hologram may be used.

【0033】また、前記1/4波長板は前記反射型回折
光学素子と一体に設けてもよい。即ち、1/4波長板と
反射型回折光学素子とを一体化することによって、1/
4波長板と反射型回折光学素子との間の空間的変動(例
えば光の散乱)等を低減できる。特に、この1/4波長
板と反射型回折光学素子との間は、前記光束が往復する
ので、前記空間的変動は少ないことが望ましい。
The quarter-wave plate may be provided integrally with the reflection type diffractive optical element. That is, by integrating the quarter wavelength plate and the reflection type diffractive optical element, 1 /
Spatial fluctuation (for example, light scattering) between the four-wavelength plate and the reflection type diffractive optical element can be reduced. In particular, since the light beam reciprocates between the quarter-wave plate and the reflective diffractive optical element, it is desirable that the spatial fluctuation is small.

【0034】また、前記画像出力装置は、液晶画像出力
装置(液晶表示素子又はLCD)であってよい。この液
晶画像出力装置には、例えば、冷陰極管や発光ダイオー
ド等のバックライトを用いることができ、さらに、この
バックライトと前記液晶表示素子との間には、照明輝度
を均一にし、拡散角度をコントロールするための拡散板
が設けられていることが望ましい。
Further, the image output device may be a liquid crystal image output device (liquid crystal display device or LCD). For this liquid crystal image output device, for example, a backlight such as a cold-cathode tube or a light-emitting diode can be used. Further, between this backlight and the liquid crystal display element, illumination brightness is made uniform, and a diffusion angle is obtained. It is desirable that a diffusion plate for controlling the temperature be provided.

【0035】この画像出力装置から出射された画像情報
を有する偏光性光束をs偏光を有する光束とし、前記偏
光性光束分割素子のp偏光に対する透過率を90%以
上、s偏光に対する反射率を90%以上とすることが望
ましい。但し、前記偏光性光束がp偏光であって、p偏
光に対する反射率を90%以上、s偏光に対する透過率
を90%以上の偏光性光束分割素子を用いてもよく、こ
の他の偏光状態を利用することも可能である。但し、前
記偏光性光束分割素子は偏光性光束を分割する作用を有
するので、前記画像情報を有する偏光性光束がs偏光及
びp偏光などが混在する光束であっても、前記偏光性光
束分割素子を経た光束は所望の偏光状態を有する光束に
なる。
The polarizing beam having image information emitted from the image output device is defined as a beam having s-polarized light, and the transmittance of the polarizing beam splitter for p-polarized light is 90% or more and the reflectance for s-polarized light is 90%. % Is desirable. However, the polarizing beam may be p-polarized light, and a polarizing beam splitting element having a reflectance of 90% or more for p-polarized light and a transmittance of 90% or more for s-polarized light may be used. It is also possible to use it. However, since the polarizing light beam splitting element has a function of splitting the polarizing light beam, even if the polarizing light beam having the image information is a light beam in which s-polarized light and p-polarized light are mixed, the polarizing light beam splitting element The light beam having passed through becomes a light beam having a desired polarization state.

【0036】この偏光性光束分割素子は斜め板ガラスか
らなるものであってよく、また、この偏光性光束分割素
子は偏光ビームスプリッタと偏光性光束分割膜とからな
る光学素子であってよい。即ち、この偏光性光束分割素
子によって、偏光状態に応じた光束の分割が行われる。
The polarizing beam splitting element may be made of an oblique plate glass, and the polarizing beam splitting element may be an optical element consisting of a polarizing beam splitter and a polarizing beam splitting film. That is, the polarizing beam splitting element splits the beam according to the polarization state.

【0037】また、前記1/4波長板は、広帯域1/4
波長板とすることが望ましい。この広帯域1/4波長板
は、例えば、2枚のポリカーボネートをその光軸を変え
て張り合わせたフィルム状のものであってよく、特に可
視光領域での波長依存性が少ないものが望ましい。
Further, the 波長 wavelength plate has a wide band 1 / wavelength.
It is desirable to use a wave plate. The broadband quarter-wave plate may be, for example, a film in which two polycarbonates are bonded together with their optical axes changed, and it is particularly desirable that the plate has little wavelength dependence in the visible light region.

【0038】さらに、本発明においては、結像した前記
虚像を観察することができる。例えば、体積ホログラム
等の前記反射型回折光学素子の背景側から入射した背景
光束(参照光)と、前記画像出力装置による所定画像
(物体光)とを重ね合わせることによって、立体的ホロ
グラムが得られる。また、前記背景光束は、光学系を介
して見ることのできる周辺の景色であり、いわゆるシー
スルーによる背景像として利用してもよい。さらに、こ
の光束を、ビデオカメラのビューファインダーで実現さ
れているように、バックライトとして利用することも可
能である。
Further, in the present invention, the formed virtual image can be observed. For example, a stereoscopic hologram can be obtained by superimposing a background light beam (reference light), such as a volume hologram, incident from the background side of the reflection type diffractive optical element and a predetermined image (object light) from the image output device. . Further, the background light flux is a peripheral scene that can be seen through an optical system, and may be used as a so-called see-through background image. Further, this light beam can be used as a backlight as realized by a viewfinder of a video camera.

【0039】次に、本発明の第3の虚像結像方法及び本
発明の第3の虚像結像装置について説明する。
Next, a third virtual image forming method according to the present invention and a third virtual image forming apparatus according to the present invention will be described.

【0040】本発明の第3の虚像結像方法及び本発明の
第3の虚像結像装置においては、バックライトとしての
前記光源から出射された直線偏光成分を有する光束(こ
れはs偏光及びp偏光が混在する光束であってよい。)
を、偏光ビームスプリッタ等の前記偏光性光束分割素子
に導く過程と、この偏光性光束分割素子(例えば、s偏
光を反射し、p偏光を透過させる偏光ビームスプリッ
タ)を通過した前記光束(例えばp偏光)を、直交する
直線偏光成分間に4分の1波長の光路差を与える1/4
波長板に導く過程と、この1/4波長板によって偏光状
態が変化した偏光性光束(例えば左回りの円偏光)を、
反射型液晶ディスプレイ等の反射型画像出力装置に導く
過程と、前記反射型画像出力装置にて反射された直線偏
光成分を有する前記光束(例えば右回りの円偏光)を、
再び前記1/4波長板に導く過程と、この1/4波長板
を通過してさらに偏光状態が変化した光束(例えばs偏
光)を、前記偏光性光束分割素子を介して、レンズ等の
前記屈折光学素子に導く過程とを経て、前記反射型画像
出力装置から出射された出力画像の虚像を結像させるこ
とができる(図9参照)。
In the third virtual image forming method of the present invention and the third virtual image forming apparatus of the present invention, a light beam having a linear polarization component emitted from the light source as a backlight (this is a s-polarized light and a p-polarized light beam). It may be a light beam in which polarized light is mixed.)
To the polarizing beam splitter such as a polarizing beam splitter, and the light beam (for example, p) passing through the polarizing beam splitting element (for example, a polarizing beam splitter that reflects s-polarized light and transmits p-polarized light). (Polarized light) to give a quarter-wavelength optical path difference between orthogonal linearly polarized light components.
The process of leading to the wave plate and the polarizing luminous flux whose polarization state has been changed by the quarter wave plate (for example, counterclockwise circularly polarized light)
A process of leading to a reflection type image output device such as a reflection type liquid crystal display, and the light beam having a linear polarization component reflected by the reflection type image output device (for example, clockwise circularly polarized light);
The process of guiding the light again to the 波長 wavelength plate, and the light flux (for example, s-polarized light) having passed through the 波長 wavelength plate and further changed in the polarization state is passed through the polarizing light beam splitting element to a lens or the like. Through the process of leading to the refractive optical element, a virtual image of the output image emitted from the reflective image output device can be formed (see FIG. 9).

【0041】また、前記1/4波長板は、その光軸が前
記光束の偏光方向に対して45°傾くように設置するこ
とが望ましい。このように設置することで、効率良く前
記偏光性光束を所定の偏光方向に偏光させることができ
る。
The quarter-wave plate is desirably installed so that its optical axis is inclined by 45 ° with respect to the polarization direction of the light beam. With this arrangement, the polarizing light beam can be efficiently polarized in a predetermined polarization direction.

【0042】また、前記屈折光学素子はレンズ、特に接
眼レンズであってよい。但し、この他の所定の屈折率を
付与する光学素子を用いてもよい。
The refractive optical element may be a lens, especially an eyepiece. However, another optical element for giving a predetermined refractive index may be used.

【0043】また、前記1/4波長板は前記反射型画像
出力装置と一体に設けてもよい。即ち、1/4波長板と
反射型画像出力装置とを一体化することによって、1/
4波長板と反射型画像出力装置との間の空間的変動(例
えば光の散乱)等を低減できる。特に、この1/4波長
板と反射型画像出力装置との間は、前記光束が往復する
ので、前記空間的変動は少ないことが望ましい。
The quarter-wave plate may be provided integrally with the reflection type image output device. That is, by integrating the 1 / wavelength plate and the reflection type image output device, 1 /
Spatial fluctuation (for example, light scattering) between the four-wavelength plate and the reflection type image output device can be reduced. In particular, since the light beam reciprocates between the quarter-wave plate and the reflection type image output device, it is desirable that the spatial fluctuation is small.

【0044】この反射型画像出力装置は、レーザー光源
とデジタルマイクロミラー画像表示装置とで構成されて
いてよい。また、反射型の液晶表示素子(反射型LC
D)を使用することもできる。
This reflection type image output device may be composed of a laser light source and a digital micromirror image display device. In addition, a reflective liquid crystal display element (reflective LC
D) can also be used.

【0045】また、前記偏光性光束分割素子のp偏光に
対する透過率を90%以上、s偏光に対する反射率を9
0%以上とすることが望ましい。但し、p偏光に対する
反射率を90%以上、s偏光に対する透過率を90%以
上の偏光性光束分割素子を用いてもよく、この他の偏光
状態を利用することも可能である。また、本発明におい
ては、前記偏光性光束分割素子において、所定の偏光状
態を有する光束のみが通過(又は反射)されるので、前
記光源から出射される光束が特定の偏光状態(偏光方
向)を有していなくても構わない。
The transmittance of the polarizing beam splitter for p-polarized light is 90% or more, and the reflectance for s-polarized light is 9%.
Desirably, it is 0% or more. However, a polarizing beam splitter having a reflectance of 90% or more for p-polarized light and a transmittance of 90% or more for s-polarized light may be used, and other polarization states may be used. Further, in the present invention, since only a light beam having a predetermined polarization state is passed (or reflected) by the polarizing light beam splitting element, the light beam emitted from the light source has a specific polarization state (polarization direction). You don't have to.

【0046】この偏光性光束分割素子は斜め板ガラスか
らなるものであってよく、また、この偏光性光束分割素
子は、偏光ビームスプリッタと偏光性光束分割膜とから
なる光学素子であってよい。即ち、この偏光性光束分割
素子によって、偏光状態に応じた光束の分割が行われ
る。
The polarizing beam splitting element may be made of an oblique plate glass, and the polarizing beam splitting element may be an optical element consisting of a polarizing beam splitter and a polarizing beam splitting film. That is, the polarizing beam splitting element splits the beam according to the polarization state.

【0047】また、前記1/4波長板は広帯域1/4波
長板であってよい。この広帯域1/4波長板は、例え
ば、2枚のポリカーボネートをその光軸を変えて張り合
わせたフィルム状のものであってよく、特に可視光領域
での波長依存性が少ないものが望ましい。
The quarter-wave plate may be a wide-band quarter-wave plate. The broadband quarter-wave plate may be, for example, a film in which two polycarbonates are bonded together with their optical axes changed, and it is particularly desirable that the plate has little wavelength dependence in the visible light region.

【0048】さらに、本発明においては、結像した前記
虚像を観察することができる。例えば、前記反射型光学
素子の背景側から入射した背景光束と、前記画像出力装
置による所定画像とを重ね合わせることによって立体的
画像が得られる。或いは、ビデオカメラのビューファイ
ンダーで実現されているように、前記背景光束を前記画
像出力装置による所定画像のバックライトとして使用す
るものであってもよい。
Further, in the present invention, the formed virtual image can be observed. For example, a three-dimensional image can be obtained by superimposing a background light beam incident from the background side of the reflective optical element and a predetermined image from the image output device. Alternatively, the background light flux may be used as a backlight of a predetermined image by the image output device, as realized by a viewfinder of a video camera.

【0049】以下、本発明を望ましい実施の形態例に従
い説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in accordance with preferred embodiments.

【0050】〔第1の実施の形態〕本実施の形態は、前
述した本発明の第1の虚像結像方法及び第1の虚像結像
装置に基づくものである。
[First Embodiment] The present embodiment is based on the above-described first virtual image forming method and first virtual image forming apparatus of the present invention.

【0051】図1に、本実施の形態による透過型液晶画
像出力装置(投射型液晶ディスプレイ)と、偏光性光束
分割素子としての偏光性光束分割膜10を有する偏光ビ
ームスプリッタ9と、広帯域1/4波長板11と、反射
型光学素子としての非球面凹面ハーフミラー12とを用
いた虚像結像光学系の概略構成を示す。
FIG. 1 shows a transmission type liquid crystal image output device (projection type liquid crystal display) according to the present embodiment, a polarizing beam splitter 9 having a polarizing beam splitting film 10 as a polarizing beam splitting element, and a broadband 1 / A schematic configuration of a virtual image forming optical system using a four-wavelength plate 11 and an aspherical concave half mirror 12 as a reflective optical element is shown.

【0052】次に、この虚像結像光学系の動作を説明す
る。
Next, the operation of the virtual image forming optical system will be described.

【0053】まず、ビデオ信号1が液晶ディスプレイ駆
動回路(LCDドライバ又はLCD駆動回路)2に入力
されると、LCD駆動回路2からバックライト電圧(冷
陰極管電圧)4と液晶ディスプレイ駆動信号(ドライブ
信号)3とが出力され、それぞれバックライト7の冷陰
極管5と液晶ディスプレイ(LCD)8とに入力され
る。
First, when a video signal 1 is inputted to a liquid crystal display driving circuit (LCD driver or LCD driving circuit) 2, a backlight voltage (cold cathode tube voltage) 4 and a liquid crystal display driving signal (drive) are supplied from the LCD driving circuit 2. 3) are output and input to the cold cathode tube 5 of the backlight 7 and the liquid crystal display (LCD) 8, respectively.

【0054】ここで、バックライト7は、光源としての
冷陰極管5と、LCD8側に設けられた照射輝度を均一
にして拡散角度を制御するための拡散板6とからなるも
のである。また、画像出力装置である液晶ディスプレイ
8には、例えば0.55インチの透過型液晶ディスプレ
イを用い、ここで電気的画像信号が実際の画像に変換さ
れ、バックライト7から出射した光が変調される。
Here, the backlight 7 comprises a cold cathode tube 5 as a light source and a diffusion plate 6 provided on the LCD 8 side for making the irradiation luminance uniform and controlling the diffusion angle. Further, as the liquid crystal display 8 as an image output device, for example, a 0.55 inch transmissive liquid crystal display is used. Here, an electric image signal is converted into an actual image, and light emitted from the backlight 7 is modulated. You.

【0055】周知のように、液晶画像出力装置としての
LCD8から出射する光束は、その光出射側に設けられ
た偏光板(図示省略)によって直線偏光になっている。
ここでは、LCD8から出射する光束の偏光方向は、紙
面に垂直に設定する。
As is well known, a light beam emitted from the LCD 8 as a liquid crystal image output device is linearly polarized by a polarizing plate (not shown) provided on the light emission side.
Here, the polarization direction of the light beam emitted from the LCD 8 is set perpendicular to the paper surface.

【0056】この偏光性光束が続いて入射する偏光性光
束分割素子は、偏光性光束分割膜10を有する偏光ビー
ムスプリッタ9であり、偏光ビームスプリッタ9は、そ
の偏光性光束分割膜10において、入射光束の偏光方向
が入射面(入射光と反射光とを含む面)に平行な偏光成
分(p偏光)は100%近く透過し(Tp ≒100
%)、垂直な偏光成分(s偏光)は100%近く反射す
る(RS ≒100%)といった特性を有している。つま
り、LCD8から出射する光束(偏光ビームスプリッタ
9の偏光性光束分割膜10に対してs偏光)は、この偏
光ビームスプリッタ9の偏光性光束分割膜10において
ほとんどが反射される。
The polarizing beam splitter to which the polarizing beam subsequently enters is a polarizing beam splitter 9 having a polarizing beam splitting film 10. The polarizing beam splitter 9 is incident on the polarizing beam splitting film 10. A polarization component (p-polarized light) in which the polarization direction of the light beam is parallel to the incident surface (the surface including the incident light and the reflected light) is transmitted by nearly 100% (T p ≒ 100).
%), And the vertical polarization component (s-polarized light) has a characteristic of reflecting near 100% (R S ≒ 100%). That is, most of the light beam emitted from the LCD 8 (s-polarized light with respect to the polarizing beam splitting film 10 of the polarizing beam splitter 9) is reflected by the polarizing beam splitting film 10 of the polarizing beam splitter 9.

【0057】次に、前記偏光性光束分割膜10で反射さ
れた光束は、この光束の偏光方向に対して光軸が45°
傾いた1/4波長板11に入射する。
Next, the light beam reflected by the polarizing beam splitting film 10 has an optical axis of 45 ° with respect to the polarization direction of the light beam.
The light enters the inclined quarter-wave plate 11.

【0058】この1/4波長板11は、1軸性複屈折物
質(水晶、方解石など)によって作られており、入射す
る光束の偏光方向に依存して屈折率が異なる性質を持
つ。本実施の形態のように、1/4波長板11の結晶の
光軸に対して入射光束の直線偏光方向が45°傾いて入
射した場合、入射偏光の光軸に平行な成分と垂直な成分
との間にπ/2(光路長でλ/4)の位相差が発生す
る。
The quarter-wave plate 11 is made of a uniaxial birefringent substance (quartz, calcite, etc.), and has a property that the refractive index differs depending on the polarization direction of the incident light beam. As in the present embodiment, when the incident light beam is incident at an angle of 45 ° with respect to the optical axis of the crystal of the quarter-wave plate 11, the component parallel to the optical axis of the incident polarized light and the component perpendicular to the optical axis of the incident polarized light And a phase difference of π / 2 (λ / 4 in optical path length) is generated.

【0059】いま、1/4波長板に入射する直線偏光
(振幅A、周期T)を E=Asin〔2πt/T〕 とし、光軸に垂直な偏光成分Eo が、光軸に平行な偏光
成分Ee に比べてλ/4進むとすると(即ち、常光線屈
折率no と異常光線屈折率ne との大小関係により、位
相が進むか或いは遅れるかが決まる。)、光軸に平行な
偏光成分Ee 、光軸に垂直な偏光成分Eo はそれぞれ、 Ee =(A√2)sin〔2πt/T〕 Eo =(A√2)sin2π〔t/T+(λ/4)/λ〕 =(A√2)cos〔2πt/T〕 となり、右回りの円偏光が得られる(図2参照)。
Now, let the linearly polarized light (amplitude A, period T) incident on the quarter-wave plate be E = A sin [2πt / T], and the polarized light component E o perpendicular to the optical axis is polarized light parallel to the optical axis. When lambda / 4 advances as compared with the component E e (i.e., the magnitude relationship between the ordinary refractive index n o and an extraordinary ray refractive index n e, the phase is advanced or delayed or are determined.), parallel to the optical axis = Do polarization components E e, respectively perpendicular polarization components E o is the optical axis, E e (A√2) sin [2.pi.t / T] E o = (A√2) sin2π [t / T + (λ / 4 ) / Λ] = (A√2) cos [2πt / T], and clockwise circularly polarized light is obtained (see FIG. 2).

【0060】なお、本実施の形態で用いた1/4波長板
11は、2枚の厚さ60μm程度のポリカーボネートを
光軸を変えて張り合わせたフィルム状のもの(1/4波
長フィルム)で、可視光領域での波長依存性が非常に少
ない。
The quarter-wave plate 11 used in the present embodiment is a film (1 / wavelength film) formed by laminating two pieces of polycarbonate having a thickness of about 60 μm while changing the optical axis. Very little wavelength dependence in the visible light range.

【0061】ここで、図3に、従来タイプの1/4波長
板と、本実施の形態で使用した1/4波長フィルム11
の位相差の波長依存性を示す。即ち、本実施の形態で使
用した1/4波長フィルム(図中黒丸で示す)は、従来
タイプの1/4波長板(図中白丸で示す)に比べて、比
較的広い波長範囲で位相差が安定しており、特に可視光
領域での位相差の波長依存性が非常に少なくなってい
る。
FIG. 3 shows a conventional quarter-wave plate and the quarter-wave film 11 used in the present embodiment.
Shows the wavelength dependence of the phase difference. That is, the quarter-wave film (shown by a black circle in the figure) used in the present embodiment has a phase difference in a relatively wide wavelength range as compared with a conventional quarter-wave plate (shown by a white circle in the figure). Is stable, and the wavelength dependence of the phase difference in the visible light region is extremely reduced.

【0062】次に、右回りの円偏光に変換された光束
は、反射型光学素子としての非球面凹面ハーフミラー1
2に入射する。ここで、光束の一部は、非球面凹面ハー
フミラー12を透過し、また、他の一部は反射される。
ここで、この反射光束は、画像出力装置の出力画像の虚
像を結像するための屈折力を与えられることになる。ま
た、進行方向が180°変化しているので、左回りの円
偏光になっている。
Next, the light beam converted into clockwise circularly polarized light is converted into an aspheric concave half mirror 1 as a reflective optical element.
2 is incident. Here, a part of the light flux is transmitted through the aspherical concave half mirror 12, and another part is reflected.
Here, the reflected light beam is given a refractive power for forming a virtual image of the output image of the image output device. In addition, since the traveling direction changes by 180 °, the light is counterclockwise circularly polarized light.

【0063】次に、非球面凹面ハーフミラー12で反射
された光束は、左回りの円偏光となっているので、再び
1/4波長板11を通過することによって、先の偏光ビ
ームスプリッタ出射直後の直線偏光の偏光方向と直交す
る直線偏光、即ちp偏光となる(図2参照)。即ち、こ
の直線偏光を持った光束(p偏光)は、続いて偏光ビー
ムスプリッタ9に再入射するが、今回は偏光ビームスプ
リッタ9の偏光性光束分割膜10にとってp偏光となる
ため、ほとんどの光束が通過する。
Next, since the light beam reflected by the aspherical concave half mirror 12 is left-handed circularly polarized light, the light beam passes through the quarter-wave plate 11 again, so that the light beam is immediately emitted from the polarization beam splitter. , That is, p-polarized light (see FIG. 2). That is, the light beam (p-polarized light) having the linearly polarized light subsequently re-enters the polarizing beam splitter 9, but this time becomes almost p-polarized light for the polarizing beam splitting film 10 of the polarizing beam splitter 9. Passes.

【0064】従って、本実施の形態によれば、LCD8
やバックライト7で構成される画像出力装置への戻り光
量が非常に少なく、LCDパネル8、偏光性光束分割膜
10、非球面凹面ハーフミラー12の間での多重反射光
が、瞳13に入射して起こるゴーストの発生を防止でき
る。それと同時に、1/4波長板の使用を伴わずに偏光
ビームスプリッタを用いた場合、又は、ハーフミラーの
反射率を50%とした場合に比べて、約4倍の光利用効
率を達成できる。
Therefore, according to the present embodiment, the LCD 8
The amount of light returning to the image output device constituted by the LCD and the backlight 7 is extremely small, and multiple reflection light between the LCD panel 8, the polarizing beam splitting film 10, and the aspherical concave half mirror 12 is incident on the pupil 13. Ghosting can be prevented. At the same time, it is possible to achieve approximately four times the light use efficiency as compared with a case where a polarizing beam splitter is used without using a quarter wavelength plate or a case where the reflectance of a half mirror is set to 50%.

【0065】次いで、偏光ビームスプリッタ9を透過し
た光束は結像され、虚像として瞳13に導かれる。そし
て、非球面凹面ハーフミラー12の背面側から入射する
背景光束Aと、画像出力装置から出射された出力画像
(虚像)との重ね合わせによって、所定の重ね合わせ画
像(特にホログラム)が得られる。
Next, the light beam transmitted through the polarizing beam splitter 9 is formed into an image, and is guided to the pupil 13 as a virtual image. Then, a predetermined superimposed image (particularly, a hologram) is obtained by superimposing the background light beam A incident from the back side of the aspherical concave half mirror 12 and the output image (virtual image) emitted from the image output device.

【0066】また、本実施の形態は、図4に示すように
して利用することもできる。即ち、図1に示した実施の
形態では、1/4波長板を別部品として偏光ビームスプ
リッタ9と非球面凹面ハーフミラー12との間に設けて
いるが、図4に示すように、非球面凹面ハーフミラー1
5のミラー面に沿って、1/4波長板(1/4波長フィ
ルム)14を一体化することもできる。
The present embodiment can be used as shown in FIG. That is, in the embodiment shown in FIG. 1, a quarter-wave plate is provided as a separate component between the polarizing beam splitter 9 and the aspheric concave half mirror 12, but as shown in FIG. Concave half mirror 1
A quarter-wave plate (a quarter-wave film) 14 can be integrated along the mirror surface of No. 5.

【0067】即ち、非球面凹面ハーフミラー15のミラ
ー面に沿って、1/4フィルム14を一体化しているの
で、1/4波長フィルム14と非球面凹面ハーフミラー
15との間での前記光束の散乱等を防止できる。勿論、
図1に示した実施の形態と同様に、LCD8やバックラ
イト7で構成される画像出力装置への戻り光量が非常に
少なく、LCDパネル8、偏光性光束分割膜10、非球
面凹面ハーフミラー12の間での多重反射光が、瞳13
に入射して起こるゴーストの発生を防止できる。それと
同時に、1/4波長板の使用を伴わずに偏光ビームスプ
リッタを用いた場合、又は、ハーフミラーの反射率を5
0%とした場合に比べて、約4倍の光利用効率を達成で
きる。
That is, since the 4 film 14 is integrated along the mirror surface of the aspheric concave half mirror 15, the light flux between the 波長 wavelength film 14 and the aspheric concave half mirror 15 is formed. Can be prevented from scattering. Of course,
As in the embodiment shown in FIG. 1, the amount of light returning to the image output device including the LCD 8 and the backlight 7 is extremely small, and the LCD panel 8, the polarizing beam splitting film 10, the aspherical concave half mirror 12 Between the pupils 13
Ghosts that occur when the light is incident on the surface can be prevented. At the same time, when a polarizing beam splitter is used without using a quarter-wave plate, or when the reflectance of the half mirror is 5
It is possible to achieve approximately four times the light use efficiency as compared with the case of 0%.

【0068】〔第2の実施の形態〕本実施の形態は、前
述した本発明の第2の虚像結像方法及び第2の虚像結像
装置に基づくものである。
[Second Embodiment] The present embodiment is based on the above-described second virtual image forming method and second virtual image forming apparatus of the present invention.

【0069】図5に、本実施の形態による透過型液晶画
像出力装置(投射型液晶ディスプレイ)と、偏光性光束
分割素子としての偏光性光束分割膜10を有する偏光ビ
ームスプリッタ9と、広帯域1/4波長板11と、反射
型回折光学素子としてのリップマン体積ホログラム19
とを用いた虚像結像光学系の概略構成を示す。
FIG. 5 shows a transmission type liquid crystal image output device (projection type liquid crystal display) according to the present embodiment, a polarizing beam splitter 9 having a polarizing beam splitting film 10 as a polarizing beam splitting element, and a broadband 1 / Four-wavelength plate 11 and Lippmann volume hologram 19 as a reflection type diffractive optical element
1 shows a schematic configuration of a virtual image forming optical system using the above.

【0070】次に、この虚像結像光学系の動作を説明す
る。
Next, the operation of the virtual image forming optical system will be described.

【0071】まず、ビデオ信号1が液晶ディスプレイ駆
動回路(LCDドライバ、LCD駆動回路)2に入力さ
れると、LCD駆動回路2からは、LED(発光ダイオ
ード:light emitting diode)点灯電流(LED電流)
16と液晶ディスプレイ駆動信号(ドライブ信号)3が
出力され、それぞれバックライト7を構成するLEDア
レイ17と液晶ディスプレイ(LCD)8とに入力され
る。
First, when the video signal 1 is input to the liquid crystal display drive circuit (LCD driver, LCD drive circuit) 2, the LCD drive circuit 2 outputs an LED (light emitting diode) lighting current (LED current).
16 and a liquid crystal display drive signal (drive signal) 3 are output and input to an LED array 17 and a liquid crystal display (LCD) 8 constituting the backlight 7, respectively.

【0072】ここで、バックライト7としては、光源と
して例えば535nmの中心波長を持つチップサイズの
LEDを横2列、縦4列の計8個を平面上マウントした
LEDアレイ17を使用し、LCD8側には、照射輝度
を均一にし、拡散角度を制御するために拡散板6が設け
られている。この場合、拡散板6は半値角で約10°と
なっている。
Here, as the backlight 7, an LED array 17 in which a total of eight chips of a chip size having a center wavelength of 535 nm, for example, two rows and four columns are mounted as a light source on a plane is used. A diffusion plate 6 is provided on the side to make the irradiation luminance uniform and to control the diffusion angle. In this case, the diffusion plate 6 has a half-value angle of about 10 °.

【0073】画像出力装置である液晶ディスプレイ8と
しては、例えば0.55インチの透過型液晶ディスプレ
イを用い、ここで電気的画像信号が実際の画像に変換さ
れ、バックライト7から出射した光束が変調される。
As the liquid crystal display 8 serving as an image output device, for example, a transmission type liquid crystal display of 0.55 inch is used. Here, an electric image signal is converted into an actual image, and a light beam emitted from the backlight 7 is modulated. Is done.

【0074】周知のように、画像出力装置としてのLC
D8から出射される光束は、LCD8の表面に設けられ
た偏光板(図示省略)によって直線偏光になっており、
ここでは、LCD8から出射する光束の偏光方向は紙面
に垂直になっている。
As is well known, LC as an image output device
The light beam emitted from D8 is linearly polarized by a polarizing plate (not shown) provided on the surface of LCD8.
Here, the polarization direction of the light beam emitted from the LCD 8 is perpendicular to the paper surface.

【0075】LCD8から出射された画像情報を有する
偏光性光束が続いて入射する偏光ビームスプリッタ9
は、その偏光性光束分割膜10において、入射光束の偏
光方向が入射面(入射光と反射光を含む面)に平行なp
偏光は100%近く透過し、垂直なs偏光は100%近
く反射する特性を有している。つまり、LCD8から出
射する光束(偏光ビームスプリッタ9の偏光性光束分割
膜10に対してs偏光)は、この偏光ビームスプリッタ
9の偏光性光束分割膜10においてほとんどが反射され
る。
A polarizing beam splitter 9 on which a polarizing light beam having image information emitted from the LCD 8 subsequently enters.
In the polarizing beam splitting film 10, p is such that the polarization direction of the incident light beam is parallel to the incident surface (the surface including the incident light and the reflected light).
Polarized light has a characteristic of transmitting near 100%, and vertical s-polarized light has a characteristic of reflecting close to 100%. That is, most of the light beam emitted from the LCD 8 (s-polarized light with respect to the polarizing beam splitting film 10 of the polarizing beam splitter 9) is reflected by the polarizing beam splitting film 10 of the polarizing beam splitter 9.

【0076】次に、この光束は、リップマン体積ホログ
ラム基板(ホログラム基板又はHOE基板:Holographi
c Optical Elemant )18に一体化して設けられた1/
4波長板(1/4波長フィルム)20に入射し、ここで
前述のように直線偏光から円偏光への変換が行われる。
この光束は、リップマン体積ホログラム基板18を透過
し、この基板18のもう一方の面に備えられたリップマ
ン体積ホログラム19に入射する。
Next, this light beam is applied to a Lippmann volume hologram substrate (hologram substrate or HOE substrate: Holographi).
c Optical Elemant) 18
The light enters the four-wavelength plate (a quarter-wave film) 20, where the linearly polarized light is converted into the circularly polarized light as described above.
This light beam passes through the Lippman volume hologram substrate 18 and enters a Lippman volume hologram 19 provided on the other surface of the substrate 18.

【0077】ここで、リップマン体積ホログラム19の
構造及び機能を説明する。
Here, the structure and function of the Lippman volume hologram 19 will be described.

【0078】図6にリップマン体積ホログラムの概略断
面構造を示す。ホログラム材料としては、フォトポリマ
ー、ダイクロメートゼラチンなどが挙げられる。図中縞
模様は干渉縞を表しており、実際にはここで屈折率が変
調される。典型的なフォトポリマーをホログラム材料と
した場合、その熱処理後の中心屈折率nと屈折率変調度
Δnは、それぞれn=1.52、Δn=0.06とな
る。
FIG. 6 shows a schematic sectional structure of a Lippmann volume hologram. Examples of the hologram material include photopolymer and dichromated gelatin. The fringe pattern in the figure represents an interference fringe, and the refractive index is actually modulated here. When a typical photopolymer is used as a hologram material, the central refractive index n and the refractive index modulation Δn after the heat treatment are n = 1.52 and Δn = 0.06, respectively.

【0079】図6より、リップマン体積ホログラムの干
渉縞は、材料の厚さ方向に入っていることが分かる。こ
れは、ホログラムの焼き付けを行う際、2つの光束をホ
ログラム面の裏表からそれぞれ入射させることで実現で
きる。
FIG. 6 shows that the interference fringes of the Lippmann volume hologram are in the thickness direction of the material. This can be achieved by printing two luminous fluxes from the front and back of the hologram surface when printing the hologram.

【0080】続いて、このリップマン体積ホログラムの
再生原理を説明する。リップマン体積ホログラムの再生
原理には、次の2つの条件がある。
Next, the principle of reproducing the Lippman volume hologram will be described. The reproduction principle of the Lippman volume hologram has the following two conditions.

【0081】1つは、図7に示すように、ある層上の異
なる2点の散乱成分が互いに強め合うことが必要にな
る。その条件は、この2点間の距離をLとすれば、Ls
in〔θ1 〕−Lsin〔θ2 〕=mλとなる。これが
任意のLについて成り立つためには、Lについての恒等
式になればよい。即ち、 θ1 =θ2 ・・・(1) が成り立てばよい。
First, as shown in FIG. 7, it is necessary that two different scattering components on a certain layer reinforce each other. Assuming that the distance between these two points is L, Ls
in [θ 1 ] −Lsin [θ 2 ] = mλ. In order for this to hold for any L, it is sufficient that the identity is about L. That is, θ 1 = θ 2 (1) may be satisfied.

【0082】もう1つは、図8に示すように、異なる2
層間の散乱成分が互いに強め合うことが必要になる。即
ち、異なる2層の散乱成分が互いに強め合うためには、 dcos〔θ1 〕−dcos〔θ2 〕=mλ・・・(2) が成り立てばよい。但し、dは、異なる2層間の距離で
ある。
The other is, as shown in FIG.
It is necessary that the scattering components between the layers reinforce each other. That is, in order for the scattering components of the two different layers to reinforce each other, dcos [θ 1 ] −dcos [θ 2 ] = mλ (2) may be satisfied. Here, d is the distance between two different layers.

【0083】従って、前記(1)及び前記(2)より、 2dcos〔θ1 〕=mλ・・・ブラッグ回折条件 であって、m=1(first order )の場合、 2dcos〔θ1 〕=λ が成り立てばよい。つまり、ブラッグ(Bragg )回折
は、波長選択性又は角度選択性をもった鏡面反射である
ということができる。
Therefore, from the above (1) and (2), 2dcos [θ 1 ] = mλ... Bragg diffraction condition, and when m = 1 (first order), 2dcos [θ 1 ] = λ Should be satisfied. In other words, Bragg diffraction is specular reflection having wavelength selectivity or angle selectivity.

【0084】本実施の形態では、この干渉縞を適当に形
成することにより、リップマン体積ホログラムに画像出
力装置からの出力画像の虚像を結像する屈折力をもたせ
ている。
In this embodiment, by appropriately forming the interference fringes, the Lippman volume hologram is provided with a refractive power for forming a virtual image of the output image from the image output device.

【0085】次に、リップマン体積ホログラム19に入
射する光束は、リップマン体積ホログラム19により、
特定の波長域(この場合は光源の波長である525nm
を中心として半値全巾で10nm程度)の光線のみ選択
的に屈折力を与えられて反射し、再びホログラム基板1
8を通過後、1/4波長板20を通過する。
Next, the light beam incident on the Lippmann volume hologram 19 is
A specific wavelength range (in this case, 525 nm which is the wavelength of the light source)
(Only about 10 nm in full width at half maximum with respect to the hologram substrate 1) is selectively given refraction power and reflected, and the hologram substrate 1
After passing through 8, the light passes through the quarter-wave plate 20.

【0086】この1/4波長板20で、前述のように、
偏光ビームスプリッタ出射直後の偏光方向と直交する直
線偏光に変換され、再び偏光ビームスプリッタ9に入射
する。この際には、ほぼ100%の光束が偏光ビームス
プリッタ9を通過し、瞳13に導かれる。
With the quarter-wave plate 20, as described above,
The light is converted into linearly polarized light orthogonal to the polarization direction immediately after the light is emitted from the polarization beam splitter, and then enters the polarization beam splitter 9 again. At this time, almost 100% of the light flux passes through the polarizing beam splitter 9 and is guided to the pupil 13.

【0087】一方、リップマン体積ホログラム18の左
側より進行してくる背景光束Aは、リップマン体積ホロ
グラム19、HOE基板(ホログラム基板)18、1/
4波長板20、偏光ビームスプリッタ9を通って同じく
瞳13に入射する。
On the other hand, the background light beam A traveling from the left side of the Lippman volume hologram 18 is reflected by the Lippman volume hologram 19, the HOE substrate (hologram substrate) 18,
The light also enters the pupil 13 through the four-wavelength plate 20 and the polarization beam splitter 9.

【0088】この時、背景から瞳13に到達するスペク
トルの波長525nm付近の強度はリップマン体積ホロ
グラム19で反射されるため、回折効率にほぼ逆比例し
て小さくなる。また、偏光ビームスプリッタ9を通過す
ることにより、瞳13に入射する光量は減少する。
At this time, since the intensity of the spectrum reaching the pupil 13 from the background near the wavelength of 525 nm is reflected by the Lippman volume hologram 19, the intensity decreases almost in inverse proportion to the diffraction efficiency. Further, by passing through the polarizing beam splitter 9, the amount of light incident on the pupil 13 decreases.

【0089】このように、本実施の形態による光学系に
よれば、前述の第1の実施の形態と同様に、画像出力装
置への戻り光量が非常に少なく、LCDパネル8、偏光
ビームスプリッタ9、リップマン体積ホログラム19間
での多重反射光が瞳13に入射して起こるゴーストの発
生を防止できる。また、1/4波長板を使用せずに偏光
ビームスプリッタを用いる場合や、ハーフミラーの反射
率を50%とした場合に比べて、約4倍の光利用効率を
達成できる。
As described above, according to the optical system of the present embodiment, the amount of light returning to the image output device is very small, and the LCD panel 8 and the polarizing beam splitter 9 are used, as in the first embodiment. The ghost that occurs when the multiple reflection light between the Lippman volume holograms 19 enters the pupil 13 can be prevented. Further, it is possible to achieve approximately four times the light use efficiency as compared with a case where a polarizing beam splitter is used without using a quarter-wave plate or a case where the reflectance of a half mirror is set to 50%.

【0090】さらに、太陽光など比較的強い平行光が瞳
側から入射することがあり、この光束がLCD上で焦点
を結び、この熱によりLCDパネルが損傷する問題が知
られているが、本実施の形態によれば、リップマン体積
ホログラム19の波長選択性により、この場合波長52
5nmを中心として半値全巾で10nm程度の光しか反
射されないため、LCD8への戻り光量も少なく抑えら
れ、LCDパネル等の損傷が抑制される。
Further, there is a known problem that relatively strong parallel light such as sunlight may enter from the pupil side, and this light beam focuses on the LCD, and the heat damages the LCD panel. According to the embodiment, due to the wavelength selectivity of the Lippman volume hologram 19, in this case the wavelength 52
Since only about 10 nm of light with a full width at half maximum of about 5 nm is reflected, the amount of light returning to the LCD 8 is also reduced, and damage to the LCD panel and the like is suppressed.

【0091】なお、本実施の形態では、緑色(525n
m付近)のみを回折するリップマン体積ホログラムを使
用しており、表示像が緑単色の例を説明したが、赤
(R)、緑(G)及び青(B)の3原色それぞれについ
て回折するリップマン体積ホログラムを使用し、バック
ライトとして前記の3原色スペクトルを含む光源を使用
することにより、フルカラー化可能である。また、リッ
プマン体積ホログラム19と1/4波長板20とをホロ
グラム基板18を介して一体に設けたが、リップマン体
積ホログラム、1/4波長板は、独立に設けてもよい。
In this embodiment, green (525n
m) is used, and the display image has been described as an example in which the display image is a single green color. However, the Lippman diffracting each of the three primary colors of red (R), green (G), and blue (B) has been described. By using a volume hologram and a light source including the above-mentioned three primary color spectra as a backlight, full colorization is possible. Although the Lippman volume hologram 19 and the quarter-wave plate 20 are provided integrally via the hologram substrate 18, the Lippman volume hologram and the quarter-wave plate may be provided independently.

【0092】〔第3の実施の形態〕本実施の形態は、前
述した本発明の第3の虚像結像方法及び第3の虚像結像
装置に基づくものである。
[Third Embodiment] The present embodiment is based on the third virtual image forming method and the third virtual image forming apparatus of the present invention described above.

【0093】図9に、本実施の形態による反射型液晶画
像出力装置(反射型液晶ディスプレイ)22と、広帯域
1/4波長板23と、偏光性光束分割素子としての偏光
性光束分割膜10を有する偏光ビームスプリッタ9と、
屈折光学素子としての接眼レンズ24とを用いた虚像結
像光学系の概略構成を示す。
FIG. 9 shows a reflection type liquid crystal image output device (reflection type liquid crystal display) 22, a broadband quarter-wave plate 23, and a polarizing beam splitting film 10 as a polarizing beam splitting element according to the present embodiment. A polarizing beam splitter 9 having
A schematic configuration of a virtual image forming optical system using an eyepiece lens 24 as a refractive optical element is shown.

【0094】この虚像結像光学系の動作は次の通りであ
る。
The operation of the virtual image forming optical system is as follows.

【0095】まず、ビデオ信号1が反射型液晶ディスプ
レイ駆動回路(LCDドライバ又は反射型LCD駆動回
路)2に入力される。すると、反射型LCD駆動回路2
からは、光源電流(LED電流)16と反射型液晶ディ
スプレイ駆動信号(ドライブ信号)3とが出力され、そ
れぞれ光源(バックライト)7の3原色発光ダイオード
21と反射型高分子分散液晶ディスプレイ22とに入力
される。
First, a video signal 1 is input to a reflection type liquid crystal display driving circuit (LCD driver or reflection type LCD driving circuit) 2. Then, the reflection type LCD drive circuit 2
Output a light source current (LED current) 16 and a reflection type liquid crystal display drive signal (drive signal) 3, and output the three primary color light emitting diodes 21 of the light source (backlight) 7 and the reflection type polymer dispersed liquid crystal display 22, respectively. Is input to

【0096】ここで、バックライト(光源)7は赤色
(R)、緑色(G)及び青色(B)の3原色を発光可能
なLEDとし、さらに、LED21表面には、照射輝度
を均一にし、反射型LCD22に対しておおよそ平行な
光束を照射するための光学素子として拡散板6が設けら
れている。
Here, the backlight (light source) 7 is an LED capable of emitting three primary colors of red (R), green (G) and blue (B). The diffusion plate 6 is provided as an optical element for irradiating the reflective LCD 22 with a light beam that is approximately parallel.

【0097】また、画像出力装置としての反射型高分子
分散液晶ディスプレイ22として、例えば0.55イン
チの反射型高分子分散液晶ディスプレイを用い、ここで
電気的画像信号が実際の画像に変換され、光源から出射
した光束が変調、反射される。
Further, as the reflection type polymer dispersed liquid crystal display 22 as an image output device, for example, a 0.55 inch reflection type polymer dispersed liquid crystal display is used. Here, an electric image signal is converted into an actual image. The light emitted from the light source is modulated and reflected.

【0098】周知のように、反射型高分子分散液晶画像
出力装置22は、各画素における電界の強さにより入射
光の反射率を各画素ごとに変えることによって画像を出
力するもので、入射光束の偏光状態をあまり変えること
なく反射光束が得られる。なお、この反射型高分子分散
液晶画像出力装置以外にも、例えば、相変化型ゲストホ
ストディスプレイや、ディジタルマイクロミラーデバイ
スなどを使用できる(他の実施の形態も同様)。
As is well known, the reflection type polymer dispersed liquid crystal image output device 22 outputs an image by changing the reflectance of incident light for each pixel according to the intensity of the electric field in each pixel. The reflected light beam can be obtained without changing the polarization state of the light beam. In addition to the reflective polymer dispersed liquid crystal image output device, for example, a phase change type guest host display, a digital micromirror device, and the like can be used (the same applies to other embodiments).

【0099】バックライト7から出射された光束はs偏
光やp偏光が混じり合った光束であるが、この光束が入
射する偏光ビームスプリッタ9は、その偏光性光束分割
膜10において、入射光束の偏光方向が入射面(入射光
と反射光とを含む面)に平行偏光成分(p偏光)は10
0%近く透過し、垂直な偏光成分(s成分)は100%
近く反射する特性を有しているので、p偏光のみが通過
し、1/4波長板23及び反射型高分子分散LCD22
に導かれる。
The luminous flux emitted from the backlight 7 is a luminous flux in which s-polarized light and p-polarized light are mixed. The direction of the parallel polarized light component (p-polarized light) is 10
Transmits near 0%, vertical polarization component (s component) is 100%
Since it has a characteristic of near reflection, only p-polarized light passes therethrough, and the 1 / wavelength plate 23 and the reflective polymer dispersed LCD 22
It is led to.

【0100】次に、この光束は、この光束の偏光方向に
対して光軸が45°傾いた1/4波長板(1/4波長フ
ィルタ)23に入射する。1/4波長板23を透過した
光束は円偏光(仮に右回り円偏光とする)に変換され、
反射型高分子分散液晶画像出力装置22に入射して変調
される。
Next, this light beam enters a quarter-wave plate (a quarter-wave filter) 23 whose optical axis is inclined by 45 ° with respect to the polarization direction of this light beam. The luminous flux transmitted through the 波長 wavelength plate 23 is converted into circularly polarized light (tentatively right-handed circularly polarized light),
The light enters the reflection type polymer dispersed liquid crystal image output device 22 and is modulated.

【0101】次に、反射型高分子分散液晶画像出力装置
22にて反射された画像情報を有する光束は、再び1/
4波長板23を通過する。このとき反射型高分子分散液
晶画像出力装置22にて反射された光束の偏光状態はほ
とんど変わらない。しかしながら、光束の進行方向が逆
向きであるため、入射時に右回り円偏光であった偏光光
束は、反射後は、座標のとり方が変わるために左回り円
偏光となる。この左回り円偏光が1/4波長板を通過す
ると、偏光ビームスプリッタ出射直後の偏光方向と直交
する直線偏光に変換され、再び偏光ビームスプリッタ9
に入射する。この際、偏光ビームスプリッタ9に入射す
る入射光はs偏光となっているため、ほぼ100%の割
合で偏光ビームスプリッタ9にて反射され、レンズ(接
眼レンズ)24に導かれる。このレンズ24により、虚
像結像のための屈折力が波面に付加され、レンズ24を
透過した光束が瞳23に導かれる。
Next, the luminous flux having the image information reflected by the reflection type polymer dispersed liquid crystal image output device 22 becomes 1 /
The light passes through the four-wavelength plate 23. At this time, the polarization state of the light beam reflected by the reflection type polymer dispersed liquid crystal image output device 22 hardly changes. However, since the traveling direction of the light beam is opposite, the polarized light beam that was clockwise circularly polarized at the time of incidence becomes, after reflection, left-handed circularly polarized light due to a change in how coordinates are taken. When the left-handed circularly polarized light passes through the quarter-wave plate, it is converted into linearly polarized light orthogonal to the polarization direction immediately after exiting the polarization beam splitter.
Incident on. At this time, the incident light incident on the polarization beam splitter 9 is s-polarized light, so that it is reflected by the polarization beam splitter 9 at a rate of almost 100% and guided to the lens (eyepiece lens) 24. By this lens 24, refracting power for forming a virtual image is added to the wavefront, and a light beam transmitted through the lens 24 is guided to the pupil 23.

【0102】従って、本実施の形態においても、1/4
波長板の使用を伴わずに偏光ビームスプリッタを用いた
場合や、ハーフミラーの反射率を50%とした場合に比
べて、約2倍の光利用効率を達成できる。また、本実施
の形態による光学系は、用いる各光学素子の配置が容易
である。
Therefore, also in the present embodiment, 1/4
As compared with the case where a polarizing beam splitter is used without using a wave plate or the case where the reflectance of a half mirror is set to 50%, the light use efficiency can be approximately doubled. In the optical system according to the present embodiment, the arrangement of each optical element to be used is easy.

【0103】以上、本発明による第1、第2及び第3の
実施の形態によれば、1/4波長板(特に1/4波長フ
ィルタ)と、偏光性光束分割膜を有する偏光ビームスプ
リッタとを光路中に使用することにより、偏光ビームス
プリッタにて偏光状態の違いによるビームスプリット
(光束分割)が行われ、光の利用効率が大幅に向上し、
無偏光ビームスプリッタや、1/4波長板の使用を伴わ
ない偏光ビームスプリッタを使用した場合に比べて、光
利用効率が約4倍向上(第3の実施の形態では約2倍)
する。
As described above, according to the first, second, and third embodiments of the present invention, a quarter-wave plate (particularly, a quarter-wave filter) and a polarizing beam splitter having a polarizing beam splitting film are provided. By using in the optical path, beam splitting (light beam splitting) is performed by the polarization beam splitter due to the difference in the polarization state, and the light use efficiency is greatly improved.
Light utilization efficiency is improved about 4 times (about 2 times in the third embodiment) as compared with the case of using a non-polarizing beam splitter or a polarizing beam splitter without using a quarter-wave plate.
I do.

【0104】また、1/4波長板と、偏光性光束分割膜
を有する偏光ビームスプリッタとを光路中に使用するこ
とにより、画像出力装置(特に液晶ディスプレイ)への
戻り光束のアイソレーションが実現でき、光路内での多
重反射によるゴースト像の発生を防止できる。この多重
反射によるゴースト像の発生は、画像表示装置の高画素
化に伴い開口率が低下するほど顕著になるため、特に高
解像度虚像結像光学系において有効である。
Further, by using a quarter-wave plate and a polarizing beam splitter having a polarizing beam splitting film in the optical path, isolation of a returning beam to an image output device (particularly a liquid crystal display) can be realized. In addition, the occurrence of a ghost image due to multiple reflections in the optical path can be prevented. The generation of the ghost image due to the multiple reflection becomes more remarkable as the aperture ratio decreases as the number of pixels of the image display device increases, and is particularly effective in a high-resolution virtual image forming optical system.

【0105】さらに、特に第2の実施の形態において、
太陽光などの強力な平行光が瞳側より入射しても、その
スペクトルのほとんどは、反射型回折光学素子の波長選
択性によって画像出力装置に入射することがないので、
この光の逆進性により画像出力装置上に結像し、これに
よって生じる熱によってLCDパネル等が損傷する危険
性を低減できる。また、同時に、外部からの光(迷光)
が瞳に入射することが少ないので、所望の表示光束に対
する迷光の割合(即ち、S/N比)が改善される。
Further, particularly in the second embodiment,
Even if strong parallel light such as sunlight enters from the pupil side, most of the spectrum does not enter the image output device due to the wavelength selectivity of the reflective diffractive optical element.
An image is formed on the image output device due to the regression of the light, and the risk of damage to the LCD panel or the like due to the heat generated thereby can be reduced. At the same time, external light (stray light)
Is less likely to enter the pupil, so that the ratio of the stray light to the desired display light flux (ie, the S / N ratio) is improved.

【0106】以上、本発明を望ましい実施の形態につい
て説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定さ
れるものではない。
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.

【0107】例えば、上述した第1及び第2の実施の形
態では、画像出力装置として液晶画像出力装置を採用し
ているが、この他の直線偏光を出射する画像出力装置と
して、例えば、半導体レーザーディスプレイなどを使用
できる。
For example, in the above-described first and second embodiments, a liquid crystal image output device is adopted as an image output device. However, as another image output device for emitting linearly polarized light, for example, a semiconductor laser is used. A display or the like can be used.

【0108】また、本実施の形態による虚像結像光学系
は、例えば、ヘッドマウントディスプレイ(立体表示も
可能)、携帯用情報端末機器のビューアー、ビデオカメ
ラのファインダーなど、種々の用途に適用できる。
The virtual image forming optical system according to the present embodiment can be applied to various uses such as a head-mounted display (three-dimensional display is also possible), a viewer of a portable information terminal device, and a finder of a video camera.

【0109】[0109]

【発明の効果】本発明の第1の虚像結像方法によれば、
画像出力装置から出射された画像情報を有する偏光性光
束を偏光性光束分割素子に導く過程と、前記偏光性光束
分割素子を経た前記偏光性光束を、直交する直線偏光成
分間に4分の1波長の光路差を与える光学素子に導く過
程と、この光学素子を通過して偏光状態が変化した光束
を、反射型光学素子にて反射させて再び前記光学素子に
導く過程と、前記光学素子を通過することによってさら
に偏光状態が変化した光束を、前記偏光性光束分割素子
を介して、前記画像出力装置から出射された前記偏光性
光束の光路とは異なる光路に導く過程とを経て、前記画
像出力装置から出射された出力画像の虚像を結像させる
ので、前記反射型光学素子に関して、前記偏光性光束の
往路と復路とでその偏光状態が互いに異なることにな
り、前記偏光性光束分割素子によって、前記の往路の光
束と前記の復路の光束とが互いに分離され、光の利用効
率が向上すると同時に、前記画像出力装置への戻り光が
少なくなる。
According to the first virtual image forming method of the present invention,
Guiding the polarizing beam having image information emitted from the image output device to the polarizing beam splitter, and dividing the polarizing beam passing through the polarizing beam splitter by a quarter between orthogonal linear polarization components. Guiding the optical element to give an optical path difference of wavelength, and passing the optical element and changing the polarization state of the light beam, reflecting the reflected optical element and guiding the optical element again to the optical element, Guiding the light flux whose polarization state has been further changed by passing through the polarizing light beam splitting element to a light path different from the light path of the polarizing light beam emitted from the image output device, to obtain the image. Since the virtual image of the output image output from the output device is formed, the polarization state of the polarizing optical element is different between the forward path and the return path of the polarizing optical element, and the polarizing optical element The split elements, the a and the return of the light flux light flux and of the outgoing path of separation from one another, and at the same time use efficiency of light is improved, the return light is reduced to the image output device.

【0110】本発明の第1の虚像結像装置によれば、画
像出力装置から出射された画像情報を有する偏光性光束
を偏光性光束分割素子に導く過程と、前記偏光性光束分
割素子を経た前記偏光性光束を、直交する直線偏光成分
間に4分の1波長の光路差を与える光学素子に導く過程
と、この光学素子を通過して偏光状態が変化した光束
を、反射型光学素子にて反射させて再び前記光学素子に
導く過程と、前記光学素子を通過することによってさら
に偏光状態が変化した光束を、前記偏光性光束分割素子
を介して、前記画像出力装置から出射された前記偏光性
光束の光路とは異なる光路に導く過程とを経て、前記画
像出力装置から出射された出力画像の虚像を結像させる
虚像結像装置であって、前記画像出力装置と、前記偏光
性光束分割素子と、前記光学素子と、少なくとも1つの
前記反射型光学素子とから構成され、前記光学素子が前
記偏光性光束分割素子と前記反射型光学素子との間に設
けられているので、本発明の第1の虚像結像方法が、簡
易な構成で再現性良く実施される。
According to the first virtual image forming apparatus of the present invention, the process of guiding the polarizing light beam having the image information emitted from the image output device to the polarizing light beam splitting element, and passing through the polarizing light beam splitting element Guiding the polarizing luminous flux to an optical element that provides a quarter-wavelength optical path difference between orthogonal linearly polarized light components, and passing the luminous flux having passed through the optical element and changing the polarization state to a reflective optical element. The light flux whose polarization state has been further changed by passing through the optical element, and the polarized light emitted from the image output device via the polarizing light beam splitting element. Through a process of guiding the light beam to a light path different from the light path of the polarized light beam, wherein the virtual image forming device forms a virtual image of the output image emitted from the image output device, the image output device, the polarizing light beam splitting Element and Since the optical element is composed of the optical element and at least one reflective optical element, and the optical element is provided between the polarizing beam splitting element and the reflective optical element, the first aspect of the present invention. The virtual image forming method is implemented with a simple configuration with good reproducibility.

【0111】本発明の第2の虚像結像方法によれば、画
像出力装置から出射された画像情報を有する偏光性光束
を偏光性光束分割素子に導く過程と、前記偏光性光束分
割素子を経た前記偏光性光束を、直交する直線偏光成分
間に4分の1波長の光路差を与える光学素子に導く過程
と、この光学素子を通過して偏光状態が変化した光束
を、反射型回折光学素子にて反射させて再び前記光学素
子に導く過程と、前記光学素子を通過することによって
さらに偏光状態が変化した光束を、前記偏光性光束分割
素子を介して、前記画像出力装置から出射された前記偏
光性光束の光路とは異なる光路に導く過程とを経て、前
記画像出力装置から出射された出力画像の虚像を結像さ
せるので、前記反射型回折光学素子に関して、前記偏光
性光束の往路と復路とでその偏光状態が互いに異なるこ
とになり、前記偏光性光束分割素子によって、前記の往
路の光束と前記の復路の光束とが互いに分離され、光の
利用効率が向上すると同時に、前記画像出力装置への戻
り光が少なくなる。さらに、前記反射型回折光学素子の
波長選択性によって、前記虚像の結像側から逆進してく
る光が前記画像出力装置に照射されることなく、この画
像出力装置の損傷等を防止できる。
According to the second virtual image forming method of the present invention, the process of guiding the polarizing light beam having the image information emitted from the image output device to the polarizing light beam splitting element, and passing through the polarizing light beam splitting element is performed. Guiding the polarizing luminous flux to an optical element that provides a quarter-wavelength optical path difference between orthogonal linearly polarized light components, and converting the luminous flux passing through the optical element and changing the polarization state into a reflective diffractive optical element The step of reflecting the light at the optical element and guiding it again to the optical element, and the light flux whose polarization state has been further changed by passing through the optical element, is emitted from the image output device through the polarizing light beam splitting element. A virtual image of an output image emitted from the image output device is formed through a process of leading to a light path different from the light path of the polarizing light beam, so that the forward and backward paths of the polarizing light beam with respect to the reflective diffractive optical element. The polarization states are different from each other, so that the forward light beam and the backward light beam are separated from each other by the polarizing light beam splitting element, and the light use efficiency is improved, and at the same time, Return light is reduced. Further, by the wavelength selectivity of the reflection type diffractive optical element, the image output device can be prevented from being damaged without irradiating the image output device with light traveling backward from the image forming side of the virtual image.

【0112】本発明の第2の虚像結像装置によれば、画
像出力装置から出射された画像情報を有する偏光性光束
を偏光性光束分割素子に導く過程と、前記偏光性光束分
割素子を経た前記偏光性光束を、直交する直線偏光成分
間に4分の1波長の光路差を与える光学素子に導く過程
と、この光学素子を通過して偏光状態が変化した光束
を、反射型回折光学素子にて反射させて再び前記光学素
子に導く過程と、前記光学素子を通過することによって
さらに偏光状態が変化した光束を、前記偏光性光束分割
素子を介して、前記画像出力装置から出射された前記偏
光性光束の光路とは異なる光路に導く過程とを経て、前
記画像出力装置から出射された出力画像の虚像を結像さ
せる虚像結像装置であって、前記画像出力装置と、前記
偏光性光束分割素子と、前記光学素子と、少なくとも1
つの前記反射型回折光学素子とから構成され、前記光学
素子が前記偏光性光束分割素子と前記反射型回折光学素
子との間に設けられているので、前記第2の虚像結像方
法が簡易な構成で実現され、かつ、再現性良く実施され
る。
According to the second virtual image forming apparatus of the present invention, the process of guiding the polarizing light beam having the image information emitted from the image output device to the polarizing light beam splitting device, and passing through the polarizing light beam splitting device is performed. Guiding the polarizing luminous flux to an optical element that provides a quarter-wavelength optical path difference between orthogonal linearly polarized light components, and converting the luminous flux passing through the optical element and changing the polarization state into a reflective diffractive optical element The step of reflecting the light at the optical element and guiding it again to the optical element, and the light flux whose polarization state has been further changed by passing through the optical element, is emitted from the image output device through the polarizing light beam splitting element. A virtual image forming device for forming a virtual image of an output image emitted from the image output device through a process of guiding the polarizing light beam to a light path different from the light path of the polarizing light beam, wherein the image output device and the polarizing light beam Split element And the optical element, at least one
And the reflection type diffractive optical element, and the optical element is provided between the polarizing beam splitter and the reflection type diffractive optical element, so that the second virtual image forming method is simplified. It is realized with a configuration and implemented with good reproducibility.

【0113】本発明の第3の虚像結像方法によれば、光
源から出射された光束を偏光性光束分割素子に導く過程
と、この偏光性光束分割素子を経た偏光性光束を、直交
する直線偏光成分間に4分の1波長の光路差を与える光
学素子に導く過程と、この光学素子によって偏光状態が
変化した偏光性光束を反射型画像出力装置に導く過程
と、前記反射型画像出力装置にて反射された画像情報を
有する偏光性光束を、再び前記光学素子に導く過程と、
この光学素子を通過してさらに偏光状態が変化した光束
を、前記偏光性光束分割素子を介して屈折光学素子に導
く過程とを経て、前記反射型画像出力装置から出射され
た出力画像の虚像を結像させているので、前記反射型画
像出力装置に関する前記偏光性光束の往路と復路とで、
その偏光状態が互いに異なることになり、前記偏光性光
束分割素子によって、前記の往路の光束と前記の復路の
光束とが互いに分離され、光の利用効率が向上すると同
時に、前記画像出力装置への戻り光が少なくなる。
According to the third virtual image forming method of the present invention, the process of guiding the light beam emitted from the light source to the polarizing light beam splitting device and the process of converting the polarizing light beam passing through the polarizing light beam splitting device into an orthogonal straight line A step of leading to an optical element that gives a quarter-wavelength optical path difference between the polarized light components, a step of guiding a polarizing light beam whose polarization state has been changed by the optical element to a reflective image output device, and the reflective image output device. A step of guiding a polarizing light beam having image information reflected at the optical element again,
Through the process of guiding the light flux whose polarization state has changed further through this optical element to the refractive optical element through the polarizing light beam splitting element, a virtual image of the output image emitted from the reflection type image output device is obtained. Since the image is formed, in the forward path and the return path of the polarizing light flux with respect to the reflective image output device,
The polarization states are different from each other, and the forward light beam and the backward light beam are separated from each other by the polarizing light beam splitting element, and the light use efficiency is improved, and at the same time, the light output to the image output device is improved. Return light is reduced.

【0114】本発明の第3の虚像結像装置によれば、光
源から出射された光束を偏光性光束分割素子に導く過程
と、この偏光性光束分割素子を経た偏光性光束を、直交
する直線偏光成分間に4分の1波長の光路差を与える光
学素子に導く過程と、この光学素子によって偏光状態が
変化した偏光性光束を反射型画像出力装置に導く過程
と、前記反射型画像出力装置にて反射された画像情報を
有する偏光性光束を、再び前記光学素子に導く過程と、
この光学素子を通過してさらに偏光状態が変化した光束
を、前記偏光性光束分割素子を介して屈折光学素子に導
く過程とを経て、前記反射型画像出力装置から出射され
た出力画像の虚像を結像させる虚像結像装置であって、
前記反射型画像出力装置と、前記偏光性光束分割素子
と、前記光学素子と、少なくとも1つの前記屈折光学素
子とから構成され、前記光学素子が前記偏光性光束分割
素子と前記反射型画像出力装置との間に設置されている
ので、前記第3の虚像結像方法が簡易な構成で実現され
ると同時に、再現性良く実施される。
According to the third virtual image forming apparatus of the present invention, the process of guiding the light beam emitted from the light source to the polarizing light beam splitting element, and the process of converting the polarizing light beam passing through the polarizing light beam splitting element into an orthogonal straight line A step of leading to an optical element that gives a quarter-wavelength optical path difference between the polarized light components, a step of guiding a polarizing light beam whose polarization state has been changed by the optical element to a reflective image output device, and the reflective image output device. A step of guiding a polarizing light beam having image information reflected at the optical element again,
Through the process of guiding the light flux whose polarization state has changed further through this optical element to the refractive optical element through the polarizing light beam splitting element, a virtual image of the output image emitted from the reflection type image output device is obtained. A virtual image forming apparatus for forming an image,
The reflective image output device, the polarizing beam splitter, the optical element, and at least one refractive optical element, wherein the optical element is the polarizing beam splitter and the reflective image output device. Therefore, the third virtual image forming method can be realized with a simple configuration and at the same time with high reproducibility.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態による虚像結像装置
の要部概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of a virtual image forming apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】1/4波長板における偏光状態の変化を説明す
るための模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a change in a polarization state in a quarter-wave plate.

【図3】一般的な1/4波長板における位相差の波長依
存性、及び、第1の実施の形態で用いた1/4波長板に
おける位相差の波長依存性を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the wavelength dependence of the phase difference in a general quarter-wave plate and the wavelength dependence of the phase difference in the quarter-wave plate used in the first embodiment.

【図4】本発明の第1の実施の形態による他の虚像結像
装置の要部概略図である。
FIG. 4 is a schematic diagram of a main part of another virtual image forming apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施の形態による虚像結像装置
の要部概略図である。
FIG. 5 is a schematic diagram of a main part of a virtual image forming apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図6】同、虚像結像装置に用いたリップマン体積ホロ
グラムを説明するための概略図である。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a Lippman volume hologram used in the virtual image forming apparatus.

【図7】同、リップマン体積ホログラムを説明するため
の他の概略図である。
FIG. 7 is another schematic view for explaining the Lippmann volume hologram.

【図8】同、リップマン体積ホログラムを説明するため
の他の概略図である。
FIG. 8 is another schematic view for explaining the Lippman volume hologram.

【図9】本発明の第3の実施の形態による虚像結像装置
の要部概略図である。
FIG. 9 is a schematic diagram of a main part of a virtual image forming apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図10】従来の虚像結像装置の要部概略図である。FIG. 10 is a schematic view of a main part of a conventional virtual image forming apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ビデオ信号、2…LCDドライバ、3…ドライブ信
号、4…冷陰極管電圧、5…冷陰極管、6…拡散板、7
…バックライト、8…LCD(液晶表示素子)、9…偏
光ビームスプリッタ、10…偏光性光束分割膜、11、
14、20、23…1/4波長板、12、15…非球面
凹面ハーフミラー、13…瞳、16…LED電流、17
…LEDアレイ、18…ホログラム基板、19…リップ
マン体積ホログラム、21…3原色発光ダイオード、2
2…反射型液晶画像出力装置、30…迷光、31…ハー
フミラー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Video signal, 2 ... LCD driver, 3 ... Drive signal, 4 ... Cold cathode tube voltage, 5 ... Cold cathode tube, 6 ... Diffusion plate, 7
... backlight, 8 ... LCD (liquid crystal display element), 9 ... polarizing beam splitter, 10 ... polarizing light beam splitting film, 11,
14, 20, 23: 1/4 wavelength plate, 12, 15: aspherical concave half mirror, 13: pupil, 16: LED current, 17
... LED array, 18 ... Hologram substrate, 19 ... Lipman volume hologram, 21 ... Three primary color light emitting diodes, 2
2: reflective liquid crystal image output device, 30: stray light, 31: half mirror

Claims (66)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 画像出力装置から出射された画像情報を
有する偏光性光束を偏光性光束分割素子に導く過程と、 前記偏光性光束分割素子を経た前記偏光性光束を、直交
する直線偏光成分間に4分の1波長の光路差を与える光
学素子に導く過程と、 この光学素子を通過して偏光状態が変化した光束を、反
射型光学素子にて反射させて再び前記光学素子に導く過
程と、 前記光学素子を通過することによってさらに偏光状態が
変化した光束を、前記偏光性光束分割素子を介して、前
記画像出力装置から出射された前記偏光性光束の光路と
は異なる光路に導く過程とを経て、前記画像出力装置か
ら出射された出力画像の虚像を結像させる、虚像結像方
法。
1. A process of guiding a polarizing beam having image information emitted from an image output device to a polarizing beam splitter, and converting the polarizing beam passing through the polarizing beam splitter between orthogonal linear polarization components. And a process of guiding a light beam having a changed polarization state that has passed through the optical device to a reflection type optical device and guiding the light beam to the optical device again. A step of guiding the light flux whose polarization state has been further changed by passing through the optical element to a light path different from the light path of the polarizing light flux emitted from the image output device via the polarizing light beam splitting element. And forming a virtual image of an output image emitted from the image output device through the method.
【請求項2】 前記画像出力装置から出射された直線偏
光成分を有する前記偏光性光束を前記偏光性光束分割素
子に導く過程と、 前記偏光性光束分割素子にて反射された前記光束を、直
交する直線偏光成分間に4分の1波長の光路差を与える
1/4波長板に導く過程と、 この1/4波長板を通過して偏光状態が変化した光束
を、前記反射型光学素子にて反射させて再び前記1/4
波長板に導く過程と、 前記1/4波長板を再び通過することによってさらに偏
光状態が変化した光束を、前記偏光性光束分割素子を透
過させる過程とを経て、前記画像出力装置から出射され
た出力画像の虚像を結像させる、請求項1に記載した虚
像結像方法。
2. A step of guiding the polarizing light beam having a linearly polarized light component emitted from the image output device to the polarizing light beam splitting element, and intersecting the light beam reflected by the polarizing light beam splitting element with an orthogonal light beam. Guiding a quarter-wave plate that gives a quarter-wavelength optical path difference between the linearly polarized light components, and passing the luminous flux that has passed through the quarter-wave plate and whose polarization state has changed to the reflective optical element. And reflect it again
A light beam whose polarization state has been further changed by passing through the quarter-wave plate again, and passing through the polarizing light beam splitting element, and emitted from the image output device. The virtual image forming method according to claim 1, wherein a virtual image of the output image is formed.
【請求項3】 前記1/4波長板を、その光軸が前記光
束の偏光方向に対して45°傾くように設置する、請求
項2に記載した虚像結像方法。
3. The virtual image forming method according to claim 2, wherein the quarter-wave plate is installed so that its optical axis is inclined by 45 ° with respect to the polarization direction of the light beam.
【請求項4】 前記反射型光学素子を、凹面鏡、凹面半
透明鏡、非球面凹面鏡、及び、非球面凹面半透明鏡から
なる群より選ばれる1種の光学素子とする、請求項1に
記載した虚像結像方法。
4. The optical element according to claim 1, wherein the reflective optical element is one kind of optical element selected from the group consisting of a concave mirror, a concave translucent mirror, an aspheric concave mirror, and an aspheric concave semitransparent mirror. Virtual image forming method.
【請求項5】 前記1/4波長板と前記反射型光学素子
とを一体に設ける、請求項2に記載した虚像結像方法。
5. The virtual image forming method according to claim 2, wherein the quarter-wave plate and the reflective optical element are provided integrally.
【請求項6】 前記画像出力装置を液晶画像出力装置と
する、請求項1に記載した虚像結像方法。
6. The virtual image forming method according to claim 1, wherein the image output device is a liquid crystal image output device.
【請求項7】 前記画像出力装置から出射された画像情
報を有する偏光性光束をs偏光を有する光束とし、前記
偏光性光束分割素子のp偏光に対する透過率を90%以
上、s偏光に対する反射率を90%以上とする、請求項
1に記載した虚像結像方法。
7. A polarizing light beam having image information emitted from the image output device is a light beam having s-polarized light, and the polarizing light beam splitting element has a transmittance of 90% or more for p-polarized light and a reflectance for s-polarized light. Is set to 90% or more.
【請求項8】 前記偏光性光束分割素子を斜め板ガラス
とする、請求項7に記載した虚像結像方法。
8. The virtual image forming method according to claim 7, wherein the polarizing beam splitter is an oblique plate glass.
【請求項9】 前記偏光性光束分割素子を偏光ビームス
プリッタと偏光性光束分割膜とからなる光学素子とす
る、請求項7に記載した虚像結像方法。
9. The virtual image forming method according to claim 7, wherein the polarizing beam splitting element is an optical element including a polarizing beam splitter and a polarizing beam splitting film.
【請求項10】 前記1/4波長板を広帯域1/4波長
板とする、請求項2に記載した虚像結像方法。
10. The virtual image forming method according to claim 2, wherein the quarter-wave plate is a broadband quarter-wave plate.
【請求項11】 結像した前記虚像を観察する、請求項
1に記載した虚像結像方法。
11. The virtual image forming method according to claim 1, wherein the formed virtual image is observed.
【請求項12】 画像出力装置から出射された画像情報
を有する偏光性光束を偏光性光束分割素子に導く過程
と、 前記偏光性光束分割素子を経た前記偏光性光束を、直交
する直線偏光成分間に4分の1波長の光路差を与える光
学素子に導く過程と、 この光学素子を通過して偏光状態が変化した光束を、反
射型光学素子にて反射させて再び前記光学素子に導く過
程と、 前記光学素子を通過することによってさらに偏光状態が
変化した光束を、前記偏光性光束分割素子を介して、前
記画像出力装置から出射された前記偏光性光束の光路と
は異なる光路に導く過程とを経て、前記画像出力装置か
ら出射された出力画像の虚像を結像させる虚像結像装置
であって、 前記画像出力装置と、前記偏光性光束分割素子と、前記
光学素子と、少なくとも1つの前記反射型光学素子とか
ら構成され、 前記光学素子が前記偏光性光束分割素子と前記反射型光
学素子との間に設けられている、虚像結像装置。
12. A process of guiding a polarizing beam having image information emitted from an image output device to a polarizing beam splitting element, and converting the polarizing beam passing through the polarizing beam splitting element between orthogonal linear polarization components. And a process of guiding a light beam having a changed polarization state that has passed through the optical device to a reflection type optical device and guiding the light beam to the optical device again. A step of guiding the light flux whose polarization state has been further changed by passing through the optical element to a light path different from the light path of the polarizing light flux emitted from the image output device via the polarizing light beam splitting element. A virtual image forming apparatus for forming a virtual image of an output image emitted from the image output device through the image output device, the polarizing light beam splitting element, the optical element, and at least one of: The reflective consists an optical element, said optical element is provided between said polarizing beam splitting element and the reflective optical element, virtual imaging device.
【請求項13】 前記画像出力装置から出射された直線
偏光成分を有する前記偏光性光束を前記偏光性光束分割
素子に導く過程と、 前記偏光性光束分割素子にて反射された前記光束を、直
交する直線偏光成分間に4分の1波長の光路差を与える
1/4波長板に導く過程と、 この1/4波長板を通過して偏光状態が変化した光束
を、前記反射型光学素子にて反射させて再び前記1/4
波長板に導く過程と、 前記1/4波長板を再び通過することによってさらに偏
光状態が変化した光束を、前記偏光性光束分割素子を透
過させる過程とを経て、前記画像出力装置から出射され
た出力画像の虚像を結像させる虚像結像装置である、請
求項12に記載した虚像結像装置。
13. A process of guiding the polarizing light beam having a linearly polarized light component emitted from the image output device to the polarizing light beam splitting element, and intersecting the light beam reflected by the polarizing light beam splitting element with an orthogonal light beam. Guiding a quarter-wave plate that gives a quarter-wavelength optical path difference between the linearly polarized light components, and passing the luminous flux that has passed through the quarter-wave plate and whose polarization state has changed to the reflective optical element. And reflect it again
A light beam whose polarization state has been further changed by passing through the quarter-wave plate again, and passing through the polarizing light beam splitting element, and emitted from the image output device. The virtual image forming apparatus according to claim 12, which is a virtual image forming apparatus that forms a virtual image of an output image.
【請求項14】 前記1/4波長板が、その光軸が前記
光束の偏光方向に対して45°傾くように設置されてい
る、請求項13に記載した虚像結像装置。
14. The virtual image forming apparatus according to claim 13, wherein the quarter-wave plate is installed such that its optical axis is inclined by 45 ° with respect to the polarization direction of the light beam.
【請求項15】 前記反射型光学素子が、凹面鏡、凹面
半透明鏡、非球面凹面鏡、及び、非球面凹面半透明鏡か
らなる群より選ばれる1種の光学素子である、請求項1
2に記載した虚像結像装置。
15. The reflection type optical element is one kind of optical element selected from the group consisting of a concave mirror, a concave translucent mirror, an aspheric concave mirror, and an aspheric concave semitransparent mirror.
3. The virtual image forming apparatus according to 2.
【請求項16】 前記1/4波長板と前記反射型光学素
子とが一体に設けられている、請求項13に記載した虚
像結像装置。
16. The virtual image forming apparatus according to claim 13, wherein the quarter-wave plate and the reflective optical element are provided integrally.
【請求項17】 前記画像出力装置が液晶画像出力装置
である、請求項12に記載した虚像結像装置。
17. The virtual image forming device according to claim 12, wherein the image output device is a liquid crystal image output device.
【請求項18】 前記画像出力装置から出射された画像
情報を有する偏光性光束がs偏光を有する光束であり、
前記偏光性光束分割素子のp偏光に対する透過率が90
%以上、s偏光に対する反射率が90%以上である、請
求項12に記載した虚像結像装置。
18. A polarizing light beam having image information emitted from the image output device is a light beam having s-polarized light,
The transmittance for the p-polarized light of the polarizing beam splitter is 90.
The virtual image forming apparatus according to claim 12, wherein the reflectance to s-polarized light is 90% or more.
【請求項19】 前記偏光性光束分割素子が斜め板ガラ
スである、請求項18に記載した虚像結像装置。
19. The virtual image forming apparatus according to claim 18, wherein the polarizing beam splitter is an oblique plate glass.
【請求項20】 前記偏光性光束分割素子が偏光ビーム
スプリッタと偏光性光束分割膜とからなる光学素子であ
る、請求項18に記載した虚像結像装置。
20. The virtual image forming apparatus according to claim 18, wherein the polarizing beam splitter is an optical element including a polarizing beam splitter and a polarizing beam splitting film.
【請求項21】 前記1/4波長板が広帯域1/4波長
板である、請求項13に記載した虚像結像装置。
21. The virtual image forming apparatus according to claim 13, wherein the quarter-wave plate is a broadband quarter-wave plate.
【請求項22】 結像した前記虚像が観察される、請求
項12に記載した虚像結像装置。
22. The virtual image forming apparatus according to claim 12, wherein the formed virtual image is observed.
【請求項23】 画像出力装置から出射された画像情報
を有する偏光性光束を偏光性光束分割素子に導く過程
と、 前記偏光性光束分割素子を経た前記偏光性光束を、直交
する直線偏光成分間に4分の1波長の光路差を与える光
学素子に導く過程と、 この光学素子を通過して偏光状態が変化した光束を、反
射型回折光学素子にて反射させて再び前記光学素子に導
く過程と、 前記光学素子を通過することによってさらに偏光状態が
変化した光束を、前記偏光性光束分割素子を介して、前
記画像出力装置から出射された前記偏光性光束の光路と
は異なる光路に導く過程とを経て、前記画像出力装置か
ら出射された出力画像の虚像を結像させる、虚像結像方
法。
23. A step of guiding a polarizing beam having image information emitted from an image output device to a polarizing beam splitting element, and converting the polarizing beam passing through the polarizing beam splitting element between orthogonal linear polarization components. Guiding an optical element that gives a quarter-wavelength optical path difference to the optical element, and reflecting a light flux whose polarization state has changed after passing through the optical element with a reflection type diffractive optical element and guiding it again to the optical element. Guiding the light beam, the polarization state of which has been further changed by passing through the optical element, to a light path different from the light path of the polarizing light beam emitted from the image output device via the polarizing light beam splitting element. And forming a virtual image of the output image emitted from the image output device through the method.
【請求項24】 前記画像出力装置から出射された直線
偏光成分を有する前記偏光性光束を前記偏光性光束分割
素子に導く過程と、 前記偏光性光束分割素子にて反射された前記光束を、直
交する直線偏光成分間に4分の1波長の光路差を与える
1/4波長板に導く過程と、 この1/4波長板を通過して偏光状態が変化した光束
を、前記反射型回折光学素子にて反射させて再び前記1
/4波長板に導く過程と、 前記1/4波長板を再び通過することによってさらに偏
光状態が変化した光束を、前記偏光性光束分割素子を透
過させる過程とを経て、前記画像出力装置から出射され
た出力画像の虚像を結像させる、請求項23に記載した
虚像結像方法。
24. A process in which the polarizing light beam having a linearly polarized light component emitted from the image output device is guided to the polarizing light beam splitting element, and the light beam reflected by the polarizing light beam splitting element is orthogonally crossed. Guiding a quarter-wave plate that gives a quarter-wavelength optical path difference between the linearly polarized light components, and a light beam whose polarization state has changed after passing through the quarter-wave plate is reflected by the reflection type diffractive optical element. And again
Exiting from the image output device through a process of leading to a 波長 wavelength plate, and a process of transmitting a light beam whose polarization state has been further changed by passing through the 波長 wavelength plate again through the polarizing beam splitter. The virtual image forming method according to claim 23, wherein the virtual image of the output image is formed.
【請求項25】 前記1/4波長板を、その光軸が前記
光束の偏光方向に対して45°傾くように設置する、請
求項24に記載した虚像結像方法。
25. The virtual image forming method according to claim 24, wherein the quarter-wave plate is installed so that an optical axis thereof is inclined by 45 ° with respect to a polarization direction of the light beam.
【請求項26】 前記反射型回折光学素子をリップマン
体積ホログラムとする、請求項23に記載した虚像結像
方法。
26. The virtual image forming method according to claim 23, wherein the reflection type diffractive optical element is a Lippmann volume hologram.
【請求項27】 前記1/4波長板と前記反射型回折光
学素子とを一体に設ける、請求項24に記載した虚像結
像方法。
27. The virtual image forming method according to claim 24, wherein the quarter-wave plate and the reflective diffractive optical element are provided integrally.
【請求項28】 前記画像出力装置を液晶画像出力装置
とする、請求項23に記載した虚像結像方法。
28. The virtual image forming method according to claim 23, wherein the image output device is a liquid crystal image output device.
【請求項29】 前記画像出力装置から出射された画像
情報を有する偏光性光束をs偏光を有する光束とし、前
記偏光性光束分割素子のp偏光に対する透過率を90%
以上、s偏光に対する反射率を90%以上とする、請求
項23に記載した虚像結像方法。
29. A polarizing beam having image information emitted from the image output device is a beam having s-polarized light, and the transmittance of the polarizing beam splitter for p-polarized light is 90%.
The virtual image forming method according to claim 23, wherein the reflectance for s-polarized light is 90% or more.
【請求項30】 前記偏光性光束分割素子を斜め板ガラ
スとする、請求項29に記載した虚像結像方法。
30. The virtual image forming method according to claim 29, wherein the polarizing beam splitter is an oblique plate glass.
【請求項31】 前記偏光性光束分割素子を偏光ビーム
スプリッタと偏光性光束分割膜とからなる光学素子とす
る、請求項29に記載した虚像結像方法。
31. The virtual image forming method according to claim 29, wherein the polarizing beam splitting element is an optical element including a polarizing beam splitter and a polarizing beam splitting film.
【請求項32】 前記1/4波長板を広帯域1/4波長
板とする、請求項24に記載した虚像結像方法。
32. The virtual image forming method according to claim 24, wherein the quarter-wave plate is a broadband quarter-wave plate.
【請求項33】 結像した前記虚像を観察する、請求項
23に記載した虚像結像方法。
33. The virtual image forming method according to claim 23, wherein the formed virtual image is observed.
【請求項34】 画像出力装置から出射された画像情報
を有する偏光性光束を偏光性光束分割素子に導く過程
と、 前記偏光性光束分割素子を経た前記偏光性光束を、直交
する直線偏光成分間に4分の1波長の光路差を与える光
学素子に導く過程と、 この光学素子を通過して偏光状態が変化した光束を、反
射型回折光学素子にて反射させて再び前記光学素子に導
く過程と、 前記光学素子を通過することによってさらに偏光状態が
変化した光束を、前記偏光性光束分割素子を介して、前
記画像出力装置から出射された前記偏光性光束の光路と
は異なる光路に導く過程とを経て、前記画像出力装置か
ら出射された出力画像の虚像を結像させる虚像結像装置
であって、 前記画像出力装置と、前記偏光性光束分割素子と、前記
光学素子と、少なくとも1つの前記反射型回折光学素子
とから構成され、 前記光学素子が前記偏光性光束分割素子と前記反射型回
折光学素子との間に設けられている、虚像結像装置。
34. A step of guiding a polarizing light beam having image information emitted from an image output device to a polarizing light beam splitting element, and converting the polarizing light beam passing through the polarizing light beam splitting element between orthogonal linear polarized light components. Guiding an optical element that gives a quarter-wavelength optical path difference to the optical element, and reflecting a light flux whose polarization state has changed after passing through the optical element with a reflection type diffractive optical element and guiding it again to the optical element. Guiding the light beam, the polarization state of which has been further changed by passing through the optical element, to a light path different from the light path of the polarizing light beam emitted from the image output device via the polarizing light beam splitting element. And a virtual image forming device that forms a virtual image of an output image emitted from the image output device through the image output device, the polarizing light beam splitting element, the optical element, at least One of the is composed of a reflection type diffractive optical element, said optical element is provided between said polarizing beam splitting element and said reflective diffractive optical element, virtual imaging device.
【請求項35】 前記画像出力装置から出射された直線
偏光成分を有する前記偏光性光束を前記偏光性光束分割
素子に導く過程と、 前記偏光性光束分割素子にて反射された前記光束を、直
交する直線偏光成分間に4分の1波長の光路差を与える
1/4波長板に導く過程と、 この1/4波長板を通過して偏光状態が変化した光束
を、前記反射型回折光学素子にて反射させて再び前記1
/4波長板に導く過程と、 前記1/4波長板を再び通過することによってさらに偏
光状態が変化した光束を、前記偏光性光束分割素子を透
過させる過程とを経て、前記画像出力装置から出射され
た出力画像の虚像を結像させる虚像結像装置である、請
求項34に記載した虚像結像装置。
35. A process in which the polarizing light beam having a linearly polarized light component emitted from the image output device is guided to the polarizing light beam splitting element, and the light beam reflected by the polarizing light beam splitting element is orthogonally crossed. Guiding a quarter-wave plate that gives a quarter-wavelength optical path difference between the linearly polarized light components, and a light beam whose polarization state has changed after passing through the quarter-wave plate is reflected by the reflection type diffractive optical element. And again
Exiting from the image output device through a process of leading to a 波長 wavelength plate, and a process of transmitting a light beam whose polarization state has been further changed by passing through the 波長 wavelength plate again through the polarizing beam splitter. 35. The virtual image forming apparatus according to claim 34, wherein the virtual image forming apparatus forms a virtual image of the output image.
【請求項36】 前記1/4波長板が、その光軸が前記
光束の偏光方向に対して45°傾くように設置されてい
る、請求項35に記載した虚像結像装置。
36. The virtual image forming apparatus according to claim 35, wherein the quarter-wave plate is installed such that its optical axis is inclined by 45 ° with respect to the polarization direction of the light beam.
【請求項37】 前記反射型回折光学素子がリップマン
体積ホログラムである、請求項34に記載した虚像結像
装置。
37. The virtual image forming apparatus according to claim 34, wherein the reflection type diffractive optical element is a Lippman volume hologram.
【請求項38】 前記1/4波長板と前記反射型回折光
学素子とが一体に設けられている、請求項35に記載し
た虚像結像装置。
38. The virtual image forming apparatus according to claim 35, wherein the quarter-wave plate and the reflective diffractive optical element are provided integrally.
【請求項39】 前記画像出力装置が液晶画像出力装置
である、請求項34に記載した虚像結像装置。
39. The virtual image forming device according to claim 34, wherein the image output device is a liquid crystal image output device.
【請求項40】 前記画像出力装置から出射された画像
情報を有する偏光性光束がs偏光を有する光束であり、
前記偏光性光束分割素子のp偏光に対する透過率が90
%以上、s偏光に対する反射率が90%以上である、請
求項34に記載した虚像結像方法。
40. A polarizing light beam having image information emitted from the image output device is a light beam having s-polarized light,
The transmittance for the p-polarized light of the polarizing beam splitter is 90.
35. The virtual image forming method according to claim 34, wherein the reflectance to s-polarized light is 90% or more.
【請求項41】 前記偏光性光束分割素子が斜め板ガラ
スである、請求項40に記載した虚像結像装置。
41. The virtual image forming apparatus according to claim 40, wherein the polarizing beam splitter is an oblique plate glass.
【請求項42】 前記偏光性光束分割素子が偏光ビーム
スプリッタと偏光性光束分割膜とからなる光学素子であ
る、請求項40に記載した虚像結像装置。
42. The virtual image forming apparatus according to claim 40, wherein the polarizing beam splitter is an optical element including a polarizing beam splitter and a polarizing beam splitting film.
【請求項43】 前記1/4波長板が広帯域1/4波長
板である、請求項35に記載した虚像結像装置
43. The virtual image forming apparatus according to claim 35, wherein the quarter-wave plate is a broadband quarter-wave plate.
【請求項44】 結像した前記虚像が観察される、請求
項34に記載した虚像結像装置。
44. The virtual image forming apparatus according to claim 34, wherein the formed virtual image is observed.
【請求項45】 光源から出射された光束を偏光性光束
分割素子に導く過程と、 この偏光性光束分割素子を経た偏光性光束を、直交する
直線偏光成分間に4分の1波長の光路差を与える光学素
子に導く過程と、 この光学素子によって偏光状態が変化した偏光性光束を
反射型画像出力装置に導く過程と、 前記反射型画像出力装置にて反射された画像情報を有す
る偏光性光束を、再び前記光学素子に導く過程と、 この光学素子を通過してさらに偏光状態が変化した光束
を、前記偏光性光束分割素子を介して屈折光学素子に導
く過程とを経て、前記反射型画像出力装置から出射され
た出力画像の虚像を結像させる、虚像結像方法。
45. A process of guiding a light beam emitted from a light source to a polarizing beam splitter, and converting a polarizing beam passing through the polarizing beam splitter into a quarter-wavelength optical path difference between orthogonal linearly polarized light components. Guiding the polarized light flux whose polarization state has been changed by the optical element to the reflective image output device; and polarizing light flux having image information reflected by the reflective image output device. To the optical element again, and a step of guiding a light flux having passed through the optical element and further changed in polarization state to the refraction optical element through the polarizing light beam splitting element. A virtual image forming method for forming a virtual image of an output image emitted from an output device.
【請求項46】 前記光源から出射された直線偏光成分
を有する光束を前記偏光性光束分割素子に導く過程と、 この偏光性光束分割素子を経た前記光束を、直交する直
線偏光成分間に4分の1波長の光路差を与える1/4波
長板に導く過程と、 この1/4波長板によって偏光状態が変化した偏光性光
束を反射型画像出力装置に導く過程と、 前記反射型画像出力装置にて反射された直線偏光成分を
有する前記光束を、再び前記1/4波長板に導く過程
と、 この1/4波長板を通過してさらに偏光状態が変化した
光束を、前記偏光性光束分割素子を介して前記屈折光学
素子に導く過程とを経て、前記反射型画像出力装置から
出射された出力画像の虚像を結像させる、請求項45に
記載した虚像結像方法。
46. A step of guiding a light beam having a linearly polarized light component emitted from the light source to the polarizing light beam splitting element, and dividing the light beam having passed through the polarizing light beam splitting element by four minutes between orthogonal linearly polarized light components. Guiding the polarized light flux whose polarization state has been changed by the quarter wavelength plate to a reflective image output device; and providing the reflective image output device with the reflective image output device. Guiding the luminous flux having the linearly polarized light component reflected by the 再 び wavelength plate again to the 4 wavelength plate, and dividing the luminous flux passing through the 波長 wavelength plate and further changing the polarization state into the polarizing luminous flux 46. The virtual image forming method according to claim 45, wherein a virtual image of an output image emitted from the reflection-type image output device is formed through a step of guiding the optical image to the refractive optical element via an element.
【請求項47】 前記1/4波長板を、その光軸が前記
光束の偏光方向に対して45°傾くように設置する、請
求項46に記載した虚像結像方法。
47. The virtual image forming method according to claim 46, wherein the quarter-wave plate is installed so that its optical axis is inclined at 45 ° with respect to the polarization direction of the light beam.
【請求項48】 前記屈折光学素子を接眼レンズとす
る、請求項45に記載した虚像結像方法。
48. The virtual image forming method according to claim 45, wherein the refractive optical element is an eyepiece.
【請求項49】 前記1/4波長板と前記反射型画像出
力装置とを一体に設ける、請求項46に記載した虚像結
像方法。
49. The virtual image forming method according to claim 46, wherein the quarter-wave plate and the reflection type image output device are provided integrally.
【請求項50】 前記反射型画像出力装置をデジタルマ
イクロミラー画像表示装置とする、請求項45に記載し
た虚像結像方法。
50. The virtual image forming method according to claim 45, wherein the reflection type image output device is a digital micromirror image display device.
【請求項51】 前記偏光性光束分割素子のp偏光に対
する透過率を90%以上、s偏光に対する反射率を90
%以上とする、請求項45に記載した虚像結像方法。
51. The polarizing beam splitter has a transmittance of at least 90% for p-polarized light and a reflectance of 90 for s-polarized light.
The virtual image forming method according to claim 45, wherein the ratio is not less than%.
【請求項52】 前記偏光性光束分割素子を斜め板ガラ
スとする、請求項51に記載した虚像結像方法。
52. The virtual image forming method according to claim 51, wherein the polarizing beam splitter is an oblique plate glass.
【請求項53】 前記偏光性光束分割素子を偏光ビーム
スプリッタと偏光性光束分割膜とからなる光学素子とす
る、請求項51に記載した虚像結像方法。
53. The virtual image forming method according to claim 51, wherein the polarizing beam splitter is an optical element including a polarizing beam splitter and a polarizing beam splitting film.
【請求項54】 前記1/4波長板を広帯域1/4波長
板とする、請求項46に記載した虚像結像方法。
54. The virtual image forming method according to claim 46, wherein the quarter-wave plate is a wide-band quarter-wave plate.
【請求項55】 結像した前記虚像を観察する、請求項
45に記載した虚像結像方法。
55. The virtual image forming method according to claim 45, wherein the formed virtual image is observed.
【請求項56】 光源から出射された光束を偏光性光束
分割素子に導く過程と、 この偏光性光束分割素子を経た偏光性光束を、直交する
直線偏光成分間に4分の1波長の光路差を与える光学素
子に導く過程と、 この光学素子によって偏光状態が変化した偏光性光束を
反射型画像出力装置に導く過程と、 前記反射型画像出力装置にて反射された画像情報を有す
る偏光性光束を、再び前記光学素子に導く過程と、 この光学素子を通過してさらに偏光状態が変化した光束
を、前記偏光性光束分割素子を介して屈折光学素子に導
く過程とを経て、前記反射型画像出力装置から出射され
た出力画像の虚像を結像させる虚像結像装置であって、 前記反射型画像出力装置と、前記偏光性光束分割素子
と、前記光学素子と、少なくとも1つの前記屈折光学素
子とから構成され、 前記光学素子が前記偏光性光束分割素子と前記反射型画
像出力装置との間に設置されている、虚像結像装置。
56. A process of guiding a light beam emitted from a light source to a polarizing light beam splitting element, and converting a polarizing light beam passing through the polarizing light beam splitting element into a quarter-wavelength optical path difference between orthogonal linearly polarized light components. Guiding the polarized light flux whose polarization state has been changed by the optical element to the reflective image output device; and polarizing light flux having image information reflected by the reflective image output device. To the optical element again, and a step of guiding a light flux having passed through the optical element and further changed in polarization state to the refraction optical element through the polarizing light beam splitting element. A virtual image forming apparatus that forms a virtual image of an output image emitted from an output device, wherein the reflective image output device, the polarizing beam splitter, the optical element, and at least one refractive optical element And it is composed of, the optical element is disposed between the reflection type image output apparatus and the polarization beam splitter, virtual imaging device.
【請求項57】 前記光源から出射された直線偏光成分
を有する光束を前記偏光性光束分割素子に導く過程と、 この偏光性光束分割素子を経た前記光束を、直交する直
線偏光成分間に4分の1波長の光路差を与える1/4波
長板に導く過程と、 この1/4波長板によって偏光状態が変化した偏光性光
束を反射型画像出力装置に導く過程と、 前記反射型画像出力装置にて反射された直線偏光成分を
有する前記光束を、再び前記1/4波長板に導く過程
と、 この1/4波長板を通過してさらに偏光状態が変化した
光束を、前記偏光性光束分割素子を介して前記屈折光学
素子に導く過程とを経て、前記画像出力装置から出射さ
れた出力画像の虚像を結像させる虚像結像装置である、
請求項56に記載した虚像結像装置。
57. A step of guiding a light beam having a linearly polarized light component emitted from the light source to the polarizing light beam splitting element, and dividing the light beam passing through the polarizing light beam splitting element into four orthogonal linearly polarized light components. Guiding the polarized light flux whose polarization state has been changed by the quarter wavelength plate to a reflective image output device; and providing the reflective image output device with the reflective image output device. Guiding the luminous flux having the linearly polarized light component reflected by the 再 び wavelength plate again to the 4 wavelength plate, and dividing the luminous flux passing through the 波長 wavelength plate and further changing the polarization state into the polarizing luminous flux Through a process of leading to the refractive optical element through an element, a virtual image forming apparatus for forming a virtual image of the output image emitted from the image output device,
The virtual image forming apparatus according to claim 56.
【請求項58】 前記1/4波長板が、その光軸が前記
光束の偏光方向に対して45°傾くように設置されてい
る、請求項57に記載した虚像結像装置。
58. The virtual image forming apparatus according to claim 57, wherein the quarter-wave plate is installed so that its optical axis is inclined by 45 degrees with respect to the polarization direction of the light beam.
【請求項59】 前記屈折光学素子が接眼レンズであ
る、請求項56に記載した虚像結像装置。
59. The virtual image forming apparatus according to claim 56, wherein the refractive optical element is an eyepiece.
【請求項60】 前記1/4波長板と前記反射型画像出
力装置とが一体に設けられている、請求項57に記載し
た虚像結像装置。
60. The virtual image forming device according to claim 57, wherein the quarter-wave plate and the reflection type image output device are provided integrally.
【請求項61】 前記反射型画像出力装置がデジタルマ
イクロミラー画像表示装置から構成されている、請求項
56に記載した虚像結像装置。
61. The virtual image forming device according to claim 56, wherein the reflection type image output device is constituted by a digital micromirror image display device.
【請求項62】 前記偏光性光束分割素子のp偏光に対
する透過率が90%以上、s偏光に対する反射率が90
%以上である、請求項56に記載した虚像結像装置。
The polarizing beam splitter has a transmittance of 90% or more for p-polarized light and a reflectance of 90% for s-polarized light.
The virtual image forming apparatus according to claim 56, wherein the ratio is not less than%.
【請求項63】 前記偏光性光束分割素子が斜め板ガラ
スである、請求項62に記載した虚像結像装置。
63. The virtual image forming apparatus according to claim 62, wherein the polarizing beam splitter is an oblique plate glass.
【請求項64】 前記偏光性光束分割素子が偏光ビーム
スプリッタと偏光性光束分割膜とからなる光学素子であ
る、請求項62に記載した虚像結像装置。
64. The virtual image forming apparatus according to claim 62, wherein the polarizing beam splitter is an optical element including a polarizing beam splitter and a polarizing beam splitting film.
【請求項65】 前記1/4波長板が広帯域1/4波長
板である、請求項57に記載した虚像結像装置。
65. The virtual image forming apparatus according to claim 57, wherein the quarter-wave plate is a broadband quarter-wave plate.
【請求項66】 結像した前記虚像が観察される、請求
項56に記載した虚像結像装置。
66. The virtual image forming apparatus according to claim 56, wherein the formed virtual image is observed.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003008950A (en) * 2001-06-26 2003-01-10 Minolta Co Ltd Finder optical system and view finder
JP2017097084A (en) * 2015-11-20 2017-06-01 日本放送協会 Stereoscopic image display device
KR20210027550A (en) * 2016-08-22 2021-03-10 매직 립, 인코포레이티드 Dithering methods and apparatus for wearable display device
JP2021513687A (en) * 2018-02-12 2021-05-27 マトリックスド、リアリティー、テクノロジー、カンパニー、リミテッドMatrixed Reality Technology Co., Ltd. Augmented reality device and optical system for it

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003008950A (en) * 2001-06-26 2003-01-10 Minolta Co Ltd Finder optical system and view finder
JP2017097084A (en) * 2015-11-20 2017-06-01 日本放送協会 Stereoscopic image display device
KR20210027550A (en) * 2016-08-22 2021-03-10 매직 립, 인코포레이티드 Dithering methods and apparatus for wearable display device
US11822112B2 (en) 2016-08-22 2023-11-21 Magic Leap, Inc. Projector architecture incorporating artifact mitigation
JP2021513687A (en) * 2018-02-12 2021-05-27 マトリックスド、リアリティー、テクノロジー、カンパニー、リミテッドMatrixed Reality Technology Co., Ltd. Augmented reality device and optical system for it
US11460704B2 (en) 2018-02-12 2022-10-04 Matrixed Reality Technology Co., Ltd. Augmented reality apparatus and optical system therefor
US11500205B2 (en) 2018-02-12 2022-11-15 Matrixed Reality Technology Co., Ltd. Wearable AR system, AR display device and its projection source module
US11693245B2 (en) 2018-02-12 2023-07-04 Matrixed Reality Technology Co., Ltd. Wearable AR system, AR display device and its projection source module
US11693244B2 (en) 2018-02-12 2023-07-04 Matrixed Reality Technology Co., Ltd. Augmented reality apparatus and optical system therefor
US11874466B2 (en) 2018-02-12 2024-01-16 Matrixed Reality Technology Co., Ltd. Augmented reality apparatus, and optical system and semi-reflector therefor

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