KR20040097367A - 화상 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화상 표시 소자의 허상을 형성하여 화상 표시를 행한 화상 표시 장치로서, 화상 표시 소자(20)로부터의 사출광을 회절시키는 투과형 회절 광학 소자(50)와, 이 투과형 회절 광학 소자(50)로부터의 회절광을 반사하는 정의 광학적 파워를 갖는 반사형 광학 소자(70)를 구비한다. 투과형 회절 광학 소자(50)는 반사형 광학 소자(70)에 의해 반사된 반사광이 재차 이 투과형 회절 광학 소자(50)에 입사할 때에, 화상 표시 소자(20)로부터의 사출광에 대한 회절 효율보다도 작은 회절 효율로 회절시킨다.

Description

화상 표시 장치{IMAGE DISPLAY UNIT}
종래, 비디오 카메라의 뷰 파인더나 두부 장착형 디스플레이 등으로서 사용되는 화상 표시 장치가 제안되어 있다. 이런 종류의 화상 표시 장치로서, 반사형 공간 광변조 소자를 사용하고 구성되는 허상 표시 장치가 제안되어 있다.
이런 종류의 화상 장치의 일예로서, 미국 특허 제5596451호 명세서에 기재된 것이 있다. 이 명세서에 기재되는 화상 표시 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 육면체 형상의 편광 빔 스플리터 큐브(125)를 구비하고 있다. 이 편광 빔 스플리터 큐브(125)는, 대각면에 편광 빔 스플리터 면(125E)을 갖고 있다.
이 화상 표시 장치는 편광 빔 스플리터 면(125E)에 대해 45°의 각도를 이루는 편광 빔 스플리터 큐브(125)의 제 1의 면(125A)에 대향하여, 조명용 광원 장치(121) 및 편광자(偏光子)(123)가 배치되어 있다. 편광 빔 스플리터 면(125E)에 대해 45°의 각도를 이루고 제 1의 면(125A)에 대해 90°의 각도를 이루는 편광 빔 스플리터 큐브(125)의 제 2의 면(125B)에 대향하여, 반사형 공간 광변조기(122)가 배치되어 있다. 제 2의 면(125B)에 대해 평행한 변광빔 스플리터 큐브(125)의 제 3의 면(125C)에 대향하여, 1/4파장판(126) 및 반사 미러(127)가 배치되어 있다.
이 화상 표시 장치에 있어서, 조명용 광원 장치(121)로부터 출사된 광은 편광자(123)를 투과함에 의해 편광 빔 스플리터 면(125E)에 대한 S편광인 직선 편광으로 되고, 이 편광 빔 스플리터 면(125E)에서 반사되어 90°편광되고, 반사형 공간 광변조기(122)에 도달한다. 이 반사형 공간 광변조기(122)로부터는, 표시 화상에 응하여 편광 상태가 변조된 반사광이 출사된다.
이 반사광중 편광 빔 스플리터 면(125E)에 대한 P편광 성분은 이 편광 빔 스플리터 면(125E)을 투과하고, 1/4파장판(126)을 투과하여, 반사 미러(127)의 오목형 반사면에 의해 반사된다. 이 반사 미러(127)에 있어서의 반사광은 재차 1/4파장판(126)을 투과함에 의해, 편광 빔 스플리터 면(125E)에 대한 S편광으로 된다. 편광 빔 스플리터 면(125E)에 도달한 반사광(128A)은 이 편광 빔 스플리터(125E)에 의해 반사되고 90°편광되고, 관찰 영역(130)에 있어서 인간의 눈동자(131)에 도달하여 관찰된다.
화상 표시 장치의 다른 예로서 미국 특허 제5886822호 명세서에 기재된 것이 있다. 이 명세서에 기재된 화상 표시 장치는, 도 2에 도시한 바와 같이, 상술한 화상 표시 장치와 마찬가지로, 육면체 형상의 편광 빔 스플리터 큐브(301)를 구비하고 있다. 편광 빔 스플리터 큐브(301)는 대각면에 편광 빔 스플리터 면(324)을 갖고 있다.
이 화상 표시 장치는, 편광 빔 스플리터 면(324)에 대해 45°의 각도를 이루는 편광 빔 스플리터 큐브(301)의 제 1의 면에 광학 매질로 형성된 광도파로(300)가 이 편광 빔 스플리터 큐브(301)에 광학적으로 밀착되어 마련되어 있다. 이 광도파로(300)의 종단부에는 제 1의 렌즈(360)가 이 광도파로(300)에 대해 광학적으로 밀착하어 배설되어 있다. 또한, 이 제 1의 렌즈(360)에 대향하여, 화상 표시 소자(320)가 배치되어 있다.
이 화상 표시 장치는 화상 표시 소자(320)로부터 사출한 화상 표시 광선(308)이, 제 1의 렌즈(360)를 통하여 광도파로(300)에 입사하고, 편광 빔 스플리터 면(324)에서 반사된 후, 제 2의 렌즈(370)를 통하여 사출되고, 관찰자의 눈동자(500)에 도달한다. 이 화상 표시 장치에서는, 제 1 및 제 2의 렌즈(360, 370)에 의해 허상 결상을 행하고 있다.
이 화상 표시 장치에서는, 화상 표시 소자와 허상 결상 렌즈와의 사이의 물리적 거리를 크게와 취할 수 있기 때문에, 눈의 직전에 화상 표시 소자를 배치할 필요가 없고, 설계상의 자유도가 크다는 이점이 있다.
화상 표시 장치의 또다른 예로서 특개20O1-264682 공보에 기재된 것이 있다. 이 공보에 기재된 화상 표시 장치는, 도 3에 도시한 바와 같이, 화상 표시 소자(201)로부터 발하여진 표시광(L)을 프리즘(202)에 입사시키고, 이 프리즘(202)의 내부에서 대향하는 2개의 반사면(202a, 202b) 사이를 복수회 반사시켜서 확대 렌즈까지 인도하도록 구성되어 있다. 이 화상 표시 장치에 있어서의 화상 표시 소자(201)는, 휘도 변조를 행하는 화상 표시 소자로 되어 있다.
확대 렌즈로서, 반사형 홀로그램 렌즈(203)가 이용되고, 이 반사형 홀로그램 렌즈(203)에 의해 허상 결상이 행하여진다. 즉, 이 화상 표시 장치에서는, 화상 표시 소자(201)로부터 사출된 표시광(L)은, 프리즘(202)에 입사 후, 대향하는 2개의 반사 제(202a, 202b) 사이에서 복수회의 내부 반사를 경유하여, 반사형 홀로그램 렌즈(203)에서 허상 결상의 파워가 주어지고, 프리즘(202)으로부터 사출하여 관찰자의 눈동자(204)에 도달한다.
이 화상 표시 장치에서는, 프리즘 내에 있어서의 내부 반사를 반복하면서 확대 렌즈까지 표시광이 전달되도록 하고 있기 때문에, 도 2에 도시한 화상 표시 장치에 비하여, 광학계를 얇게 구성할 수 있다는 이점이 있다.
상술한 바와 같은 화상 표시 장치에 있어서, 도 1에 도시한 화상 표시 장치에 관해서는, 이하와 같은 문제점이 있다.
우선, 조명용 광원 장치(121)로부터의 광의 일부는, 도 1 중의 파선으로 도시한 바와 같이, 미광(迷光)(128B)로서 편광 빔 스플리터 큐브(125)의 제 4의 면(125D)을 투과하고 눈동자(131)에 도달한다. 이 미광(128B)은, 반사형 공간 광변조기(122)에 의해 표시되는 화상 데이터에 있어서 노이즈로 되고, 표시 화상의 콘트라스트를 저하시킨다.
도 1에 도시한 화상 표시 장치의 광학계는, 화상 표시를 행하는 반사광(128A)을 눈동자(131)측으로 편광시키는 편광 빔 스플리터 큐브(125)의 크기에 의해, 광학계의 사출 눈동자 지름이나 표시화 각(角)의 최대치가 제약된다. 이 화상 표시 장치에 있어서, 아이 릴리프를 일정하게 유지한 채로, 이들 사출 눈동자 지름이나 표시화 각의 최대치 등의 값을 크게 하기 위해서는, 편광 빔 스플리터 큐브(125)를 크게 할 필요가 있다. 편광 빔 스플리터 큐브(125)를 크게 하면, 광학계 전체의 두께가 커지고, 중량도 커져 버린다.
도 1에 도시한 화상 표시 장치를 구성하는 편광 빔 스플리터 큐브(125)는 제조가 곤란하고, 제조비도 높기 때문에, 화상 표시 장치 전체의 제조가 곤란해지고, 제조비의 증대를 초래하여 버린다.
도 2에 도시한 화상 표시 장치에 관해서는, 이하와 같은 문제점이 있다.
우선, 도 2에 도시한 화상 표시 장치는 화상 표시 광선(308)을 반사하는 편광 빔 스플리터 큐브(301)의 크기에 의해 광학계의 사출 눈동자 지름, 표시화 각의 최대치가 제약되는 구성을 구비한다. 이 화상 표시 장치에 있어서, 아이 릴리프를 일정하게 유지한채로, 이들 사출 눈동자 지름이나 표시화 각의 최대치 등의 값을 크게 하기 위해서는, 편광 빔 스플리터 큐브(301) 및 광도파로(300)를 크게할 필요가 있다. 편광 빔 스플리터 큐브(301) 및 광도파로(300)를 크게 하면, 광학계 전체의 두께가 커지고, 중량도 커지게 된다.
이 화상 표시 장치를 구성하는 편광 빔 스플리터 큐브도 제조가 곤란하고, 제조비도 높기 때문에, 화상 표시 장치 전체의 제조가 곤란해지고 제조비의 증대도 초래하여 버린다.
도 3에 도시한 화상 표시 장치에 관해서는, 이하와 같은 문제점이 있다.
도 3에 도시한 화상 표시 장치는 공축(共軸) 광학계를 이용하고 있는 도 1 및 도 2에 도시한 화상 표시 장치에 비교하면, 편심 광학계를 채용함에 의해, 구성의 박형화에 적합하고 있다. 그러나, 반사형 홀로그램 렌즈(203)는 수차를 증대시키지 않기 위해 눈동자(204)에 대해 평행, 즉 눈동자(204)의 광축에 대해 직교하도록 배치할 수가 없다. 그 때문에, 이 화상 표시 장치에 있어서도, 광학계의 사출 눈동자 지름이나 표시화 각을 크게 하기 위해서는, 프리즘(202)의 두께가 커지고, 중량도 커진다.
도 3에 도시한 화상 표시 장치를 구성하는 광학계에서는, 화상 표시광이 입사되는 이 화상 표시광의 광축에 대해 경사된 반사형 홀로그램 렌즈(203)가 허상 결상을 위한 파워를 갖고 있다. 즉, 이 광학계는 편심 광학계이다.
이 광학계에 있어서의 편심량, 즉 반사형 홀로그램 렌즈(203)에의 화상 표시광의 입사각 또는 사출각은, 프리즘(202)을 이루는 매질중에 있어서, 10°를 넘는 각도로 된다. 이와 같은 큰 편심량을 갖는 광학계에서는, 방대한 량의 편심 수차가 발생하고, 반사형 홀로그램 렌즈(203)만에 의해, 이와 같은 편심 수차의 보정을 행하는 것은 곤란하다.
이 화상 표시 장치에 있어서, 높은 해상력, 예를 들면, 50개/㎜의 공간 주파수에 관하여, 20% 이상의 MTF(Modulation Transfer Function)를 확보할 수는 없다.
본 발명은 비디오 카메라의 뷰 파인더나 두부(頭部) 장착형 디스플레이 등으로서 사용하는데 알맞는 화상 표시 장치에 관한것으로, 특히, 시스루 기능을 갖는 안경형 허상(虛像) 표시 장치에 관한 것이다.
본 출원은 일본에서 20O2년 4월 25일에 출원된 일본 특허출원 번호20O2-124824를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이고, 이 출원은 참조함에 의해, 본 출원에 원용된다.
도 1은 종래의 화상 표시 장치를 도시한 측면도.
도 2는 다른 종래의 화상 표시 장치를 도시한 측면도.
도 3은 또다른 종래의 화상 표시 장치를 도시한 측면도.
도 4는 본 발명에 관한 화상 표시 장치를 도시한 측면도.
도 5는 본 발명에 관한 화상 표시 장치의 다른 예를 도시한 측면도.
도 6은 본 발명에 관한 화상 표시 장치의 또다른 예를 도시한 측면도.
도 7은 본 발명에 관한 화상 표시 장치의 또다른 예를 도시한 측면도.
도 8은 본 발명에 관한 화상 표시 장치의 또다른 예를 도시한 측면도.
본 발명의 목적은 종래의 화상 표시 장치가 갖는 문제점을 해소할 수 있는 신규의 화상 표시 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 화상 표시 소자의 허상을 형성하여 화상 표시를 행하는 화상 표시 장치로서, 광학계의 두께를 얇게 함과 함께 경량화를 도모하고, 장치 전체의 소형화와 함께 경량화를 도모할 수 있는 화상 표시 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 장치 전체의 소형화와 함께 경량화를 도모하면서, 사출 눈동자 지름, 표시화 각 및 아이 릴리프를 크게 할 수 있고, 게다가 수차가 저감된 화상 표시 장치를 제공하는 것에 있다.
상술한 바와 같은 목적을 실현하기 위해 제안되는 본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 화상 표시 소자와, 이 화상 표시 소자로부터의 사출광을 회절시키는 투과형 회절 광학 소자와, 이 투과형 회절 광학 소자로부터의 회절광을 반사하는 정(正)의 광학적 파워를 갖는 반사형 광학 소자를 구비한다. 이 화상 표시 장치를 구성하는 투과형 회절 광학 소자는, 정의 광학적 파워를 갖는 반사형 광학 소자에 의해 반사된 반사광이 재차 이 투과형 회절 광학 소자에 입사할 때에, 화상 표시 소자로부터의 사출광에 대한 회절 효율보다도 작은 회절 효율로 회절시킨다.
본 발명에 관한 화상 표시 장치는 화상 표시 소자와, 이 화상 표시 소자로부터의 사출광을 수광하는 투과형 회절 광학 소자와, 이 투과형 회절 광학 소자에서 회절되는 일 없이 투과한 화상 표시 소자로부터의 출사광을 반사하는 정의 광학적 파워를 갖는 반사형 광학 소자를 구비한다. 이 화상 표시 장치를 구성하는 투과형 회절 광학 소자는 정의 광학적 파워를 갖는 반사형 광학 소자에 의해 반사된 반사광이 재차 이 투과형 회절 광학 소자에 입사할 때에, 화상 표시 소자로부터의 사출광에 대한 회절 효율보다도 큰 회절 효율로 회절시킨다.
본 발명에 관한 화상 표시 장치에 있어서, 투과형 회절 광학 소자로서, P편광 입사광을 주로 회절하고 S편광 입사광은 거의 회절하지 않는 홀로그래픽 고분자 분산 액정 광학 소자(HPDLC)를 이용하는 것이 바람직하다. 이와 동시에, HPDLC 광학 소자에 입사하는 화상 표시광과, 반사광학 소자에 의해 반사되어 재차 HPDLC 광학 소자에 입사하는 반사광에서, 편광 방향을 90도 다르게 하기 때문에, HPDLC 광학 소자와 반사광학 소자와의 사이에 1/4파장판을 배치하는 것이 바람직하다.
투과형 회절 광학 소자는 화상 표시 소자로부터 정의 광학적 파워를 갖는 반사형 광학 소자에 편심하여 입사하는 화상 표시광에서 발생하는 편심 수차를 보정하는 기능을 갖고 있고, 그 때문에, 이 투과형 회절 광학 소자를 구성하는 회절 격자의 형상, 간격이 불균일하게 된다.
본 발명에서는, 화상 표시 소자와 투과형 회절 광학 소자와의 사이의 광로중에 굴절율이 1보다 큰 광학 매질을 배치함에 의해, 화상 표시 소자와 투과형 회절 광학 소자와의 사이의 광로의 공기 환산 거리를 단축하고, 정의 광학적 파워를 갖는 반사형 광학 소자와의 유효 초점 거리를 단축할 수 있다. 이로써, 광학계의 확대 배율을 크게 하고, 광학계의 사이즈를 작게 하는 것이 가능해진다.
본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 화상 표시 소자와 정의 광학적 파워를 갖는 반사형 광학 소자를 광학적으로 편심한 배치 구성을 갖음에 의해, 동일 사출 눈동자계, 동일 표시화 각의 다른 방식의 광학계와 비교하여, 광학계 전체의 박형화를 도모함과 함께 경량화를 실현한다. 본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 편심 광학계를 갖음에 의해, 발생하는 편심 수차를 투과형 회절 광학 소자에 의해 보정할 수 있고, 해상력이 높은 광학계를 실현할 수 있다.
본 발명의 또다른 목적, 본 발명에 의해 얻어지는 구체적인 이점은 이하에서 도면을 참조하여 설명되는 실시의 형태의 설명으로부터 한층 분명하게 될 것이다.
이하, 본 발명에 관한 화상 표시 장치를 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 도 4에 도시한 바와 같이, 조명용 광원 장치(10)와, 투과형 공간 광변조 소자(20A)와, 투과형 회절 광학 소자인 HPDLC 광학 소자(50)와, 2개의 1/4파장판(60, 61)과, 정의 광학적 파워를 갖는 반사형 광학 소자인 자유 곡면 반투경(70)과, 편광판(80)을 구비한다.
광원 장치(10)는, 광원으로서 반도체 레이저(11)를 이용하고 있다. 이 광원장치(10)는 반도체 레이저(11)로부터 사출된 광속을 인도하는 도광판(12)과, 광학 필름(14)을 구비한다. 반도체 레이저(11)로부터 사출된 광은 합성 수지로 이루어지는 도광판(12)에 입사하고, 이 도광판(12)에 의해 조도의 균일화, 사출 각도의 제어가 되어 사출면(13)으로부터 사출한다. 사출면(13)으로부터 사출한 조명광(A)은 사출면(13)에 평행하게 배치된 광학 필름(14)을 투과함에 의해, 다시 사출 각도가 제어된 후, 투과형 공간 광변조 소자(20A)에 입사한다. 또한, 도광판(12)에서는, 사출면(13) 이외의 각 면에는, 도시하지 않은 반사 시트가 마련되어 있다.
투과형 공간 광변조 소자(20A)에 입사한 조명광(A)은 이 투과형 공간 광변조 소자(20A)에 의해, 표시되는 화상에 대응하는 화상 정보에 응하여, 각 화소마다 휘도 변조되고, 화상 표시광(B)으로서 사출된다. 이 투과형 공간 광변조 소자(20A)로서는, 예를 들면, 액정 소자를 이용할 수 있다. 여기서, 화상 표시광(B)은 다음에 입사하는 HPDLC 광학 소자(50)에 대한 P편광의 광으로 되어 있다.
화상 표시광(B)은, 다음에, 약 45도의 입사각으로, 투과형의 HPDLC 광학 소자(50)에 입사한다. 이 HPDLC 광학 소자(50)는 홀로그래픽 고분자 분산 액정 광학 소자이고, 여기서는, P편광 입사광을 주로 회절시키고, S편광 입사광은 거의 회절시키지 않도록 형성되어 있다. 따라서 HPDLC 광학 소자(50)에 입사한 화상 표시광(B)의 대부분은 회절되지고, 1/4파장판(60)에 거의 수직으로 입사한다.
또한, HPDLC 광학 소자(50)는 액정층과 고분자층이 순차적으로 줄무늬형상으로 배열된 회절 격자와 같은 구조를 갖고 있고, 액정층의 분자의 배향 방향에 의해, P편광을 회절시키고 S편광을 회절시키지 않는 특성이나, 또는, S편광을 회절시키고 P편광을 회절시키지 않는 특성으로 된다.
1/4파장판(60)은 직선 편광인 화상 표시광(B)을 원편광으로 변환하도록 지상축(遲相軸)의 방향이 조정되어 있다. 이 1/4파장판(60)에 입사한 화상 표시광(B)은, 원편광으로 되어, 자유 곡면 반투경(70)에 입사한다. 여기서, 자유 곡면 반투경(70)의 반사면은 도 4에 있어서 지면(紙面)에 평행한 유일한 대칭면을 갖고, 또한, 그 면 내 및 면 외에 있어서 회전 대칭축이 존재하지 않는 형상, 이른바 자유 곡면으로 되어 있다. 화상 표시광(B)은 이 자유 곡면 반투경(70)이 정의 광학적 파워를 갖고 있기 때문에, 이 자유 곡면 반투경(70)에 의해 반사됨에 의해 허상을 결상한다.
이 자유 곡면 반투경(70)로부터의 반사광, 즉, 허상 표시광(C)은 재차 1/4파장판(60)에 입사하고, 이 1/4파장판(60)을 투과함에 의해 직선 편광으로 되돌아온다. 이 때, 허상 표시광(C)은 HPDLC 광학 소자(50)에 대해 P편광의 광이 아니라, S편광의 광으로 된다. 따라서 허상 표시광(C)은 HPDLC 광학 소자(50)에서 거의 회절되는 일 없이 투과하여, 관찰자의 눈동자(100)에 입사한다.
이 화상 표시 장치에서는, 화상 표시광(B)은 HPDLC 광학 소자(50)에서 회절됨에 의해, 자유 곡면 반투경(70)에 대해서는, 거의 수직으로 입사되기 때문에, 편심 광학계에서 발생하는 편심 수차가 거의 생기는 일이 없다.
한편, 자유 곡면 반투경(70)의 배후측으로부터 도달하는 배경광(D)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 편광판(80), 제 2의 1/4파장판(61), 자유 곡면 반투경(70), 1/4파장판(60), HPDLC 광학 소자(50)를 투과하여, 관찰자의 눈동자(100)에 입사한다. 이 배경광(D)은, 편광판(80)으로의 입사 전은 무편광 상태이지만, 이 편광판(80)을 투과함에 의해 직선 편광의 광으로 되고, 다음에, 제 2의 1/4파장판(61)을 투과함에 의해 원편광의 광으로 되고, 또한, 1/4파장판(60)을 투과함에 의해, HPDLC 광학 소자(50)에 대한 S편광의 광인 직선 편광이 된다. HPDLC 광학 소자(50)에서는, S편광의 광은 거의 회절되지 않기 때문에, 이 배경광(D)은 HPDLC 광학 소자(50)에서 회절되는 일 없이, 관찰자의 눈동자(100)에 도달한다. 이 경우의 관찰자의 눈동자(100)에 도달한 배경광(D)의 광량은 자유 곡면 반투경(70)에 있어서의 투과율(예를 들면, 50% 정도)에 의존한다.
또한, 편광판(80), 또는 제 2의 1/4파장판(61)을 각각의 면에 직교하는 축 주위로 회전시킴에 의해, 눈동자(100)에 도달하는 배경광(D)의 광량을 가변시킬 수 있다. 예를 들면, 제 2의 1/4파장판(61)과 1/4파장판(60)을 각각의 지상축이 직교하도록 배치함과 함께, 편광판(80)을 이 편광판(80)의 투과광이 HPDLC 광학 소자(50)에 대한 P편광의 광으로 되도록 회전시킴에 의해, 배경광(D)의 일부가 HPDLC 광학 소자(50)에서 광원 장치(10)측으로 회절되게 되고, 눈동자(100)에 입사하는 배경광(D)의 광량을, 예를 들면 10% 정도까지 감소시킬 수 있다.
본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 도 5에 도시한 바와 같이, 상술한 자유 곡면 반투경(70)에 대신하여, 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71)를 이용하여 구성할 수 있다. 이 화상 표시 장치는, 조명용 광원 장치(10), 반사형 공간 광변조 소자(20B), 릴레이 광학계(90), HPDLC 광학 소자(50), 2개의 1/4파장판(60, 61), 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71) 및 편광판(80)을 구비한다.
도 5에 도시한 화상 표시 장치를 구성하는 광원 장치(10)는, 도 4에 도시한 화상 표시 장치와 마찬가지로, 광원으로서 반도체 레이저(11)를 이용한다. 광원 장치(10)는, 반도체 레이저(11)와, 반도체 레이저(11)로부터 사출된 광속을 인도하는 도광판(12)과, 광학 필름(14)을 구비한다. 즉, 반도체 레이저(11)로부터 사출된 광은, 합성 수지로 이루어지는 도광판(12)에 입사하고, 이 도광판(12)에 의해 조도의 균일화, 사출 각도의 제어가 되어 사출면(13)으로부터 사출한다. 사출면(13)으로부터 사출한 조명광(A)은, 사출면(13)에 평행하게 배치된 광학 필름(14)을 투과함에 의해 다시 사출 각도가 제어되고, 편광 빔 스플리터(15)에 의해 주로 S편광 성분만이 반사되고, 반사형 공간 광변조 소자(20B)에 입사한다. 또한, 도광판(12)에서는, 사출면(13) 이외의 각 면에는, 도시하지 않은 반사 시트가 마련되어 있다.
반사형 공간 광변조 소자(20B)에 입사한 조명광(A)은 이 반사형 공간 광변조 소자(20B)에 의해, 표시되는 화상에 대응하는 화상 정보에 응하여, 각 화소마다 편광 상태가 변조되고, 재차 편광 빔 스플리터(15)에 입사한다. 이 반사형 공간 광변조 소자(20B)로서는, 예를 들면, 액정 소자를 이용할 수 있다. 편광 빔 스플리터(15)는, P편광 성분을 주로 투과시킨다. 따라서 반사형 공간 광변조 소자(20B)에서 편광 상태가 변조된 광은, 편광 빔 스플리터(15)를 투과함에 의해 휘도 변조된 화상 표시광(B)으로 변환되고 릴레이 광학계(90)에 입사한다.
릴레이 광학계(90)는, 결상 렌즈(91), 평면 반사경(93) 및 필드 렌즈(92)로 구성되어 있다. 릴레이 광학계(90)에서는, 화상 표시광(B)이, 우선, 결상 렌즈(91)에 입사되고, 이 결상 렌즈(91)의 출사광이 평면 반사경(93)을 경유하여 필드 렌즈(92)에 입사된다. 필드 렌즈(92)의 출사광은, 반사형 공간 광변조 소자(20B)의 공중상(空中像)(실상(實像))(110)을 형성한다. 이 중공상(110)을 형성한 화상 표시광(B)은, 다음에 약 45도의 입사각으로 투과형의 HPDLC 광학 소자(50)에 입사한다. 이 HPDLC 광학 소자(50)는 홀로그래픽 고분자 분산 액정 광학 소자로서, 여기서는, P편광 입사광을 주로 회절시키고, S편광 입사광은 거의 회절시키지 않도록 형성되어 있다. 여기서, HPDLC 광학 소자(50)에 입사하는 화상 표시광(B)은 HPDLC 광학 소자(50)에 대한 P편광의 광으로 되어 있기 때문에, HPDLC 광학 소자(50)에 입사한 화상 표시광(B)의 대부분은 회절되어 1/4파장판(60)에 거의 수직으로 입사한다.
1/4파장판(60)은 직선 편광인 화상 표시광(B)을 원편광으로 변환하도록 지상축의 방향이 조정되어 있다. 1/4파장판(60)에 입사한 화상 표시광(B)은 원편광으로 되어, 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71)에 입사한다. 화상 표시광(B)은, 이 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71)가 정의 광학적 파워를 갖고 있기 때문에, 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71)에 의해 반사됨에 의해 허상을 결상한다.
이 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71)으로부터의 반사광, 즉, 허상 표시광(C)은, 재차 1/4파장판(60)에 입사하고, 이 1/4파장판(60)을 투과함에 의해 직선 편광으로 되돌아온다. 이 때, 허상 표시광(C)은, HPDLC 광학 소자(50)에 대해 P편광의 광이 아니라 S편광의 광으로 된다. 허상 표시광(C)은, HPDLC 광학 소자(50)에서, 거의 회절되어지는 일 없이 투과하여 관찰자의 눈동자(100)에 입사한다.
도 5에 도시한 화상 표시 장치는, 화상 표시광(B)을 HPDLC 광학 소자(50) 및 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71)에서, 수차 보정하고, 광로 길이의 수정을 시행한다. 광로 길이의 수정이란, 화상 표시광(B)이 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71)에 대해 경사하여(편심하여) 입사하기 때문에), 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71)에 있어서의 릴레이 광학계(90)에 가까운 측과 먼 측에서 생기는 광로 길이차를 수정하는 것이다. 체적 홀로그램을 이용하면, 이와 같은 광로 길이차의 수정도 행할 수 있다.
HPDLC 광학 소자(50)는 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71)만의 경우보다도, 보정 가능한 편심 수차량을 증대시키는 효과를 갖는다. 즉, HPDLC 광학 소자(50)는, 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71)에 입사하는 화상 표시광(B)의 광로 길이를 컨트롤함에 의해, 보정 가능한 편심 수차량을 증대시키고 있다.
한편, 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71)의 배후측으로부터 도달하는 배경광(D)은, 도 5에 도시한 바와 같이, 편광판(80), 제 2의 1/4파장판(61), 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71), 1/4파장판(60), 「HPDLC」광학 소자(50)를 투과하여, 관찰자의 눈동자(100)에 입사한다. 이 배경광(D)은, 편광판(80)으로의 입사 전은 무편광 상태이지만, 이 편광판(80)을 투과함에 의해 직선 편광의 광으로 되고, 다음에, 제 2의 1/4파장판(61)을 투과함에 의해 원편광의 광으로 되고, 또한, 1/4파장판(60)을 투과함에 의해, 「HPDLC」광학 소자(50)에 대한 S편광의 광인 직선 편광으로 된다. 「HPDLC」광학 소자(50)에서는, S편광의 광은 거의 회절되지 않기 때문에, 이 배경광(D)은 「HPDLC」광학 소자(50)에서 회절되는 일 없이, 관찰자의 눈동자(100)에 도달한다. 이 경우의 관찰자의 눈동자(100)에 도달하는 배경광(D)의 광량은 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71)에 있어서의 투과율에 의존한다.
또한, 편광판(80), 또는 제 2의 1/4파장판(61)을 각각의 면에 직교하는 축 주위로 회전시킴에 의해, 눈동자(100)에 도달하는 배경광(D)의 광량을 가변시킬 수 있다. 예를 들면, 제 2의 1/4파장판(61)과 1/4파장판(60)을 각각의 지상축이 직교하도록 배치함과 함께, 편광판(80)을 이 편광판(80)의 투과광이 HPDLC 광학 소자(50)에 대한 P편광의 광으로 되도록 회전시킴에 의해, 배경광(D)의 일부가 HPDLC 광학 소자(50)에서 광원 장치(10)측으로 회절되게 되고, 눈동자(100)에 입사하는 배경광(D)의 광량을, 예를 들면 10% 정도까지 감소시킬 수 있다.
도 5에 도시한 화상 표시 장치는, 릴레이 광학계(90)를 이용하여 공중상(110)을 형성함에 의해, 반사형 공간 광변조 소자(20B)와 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71)와의 사이의 실효적인 간격을 단축하고, 표시 화상의 광학 배율을 크게 하는 것을 가능하게 하고 있다. 또한, 평면 반사경(93)은, 곡면경으로 바꿔도 좋다.
다음에, 본 발명에 관한 화상 표시 장치의 또다른 예를 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6에 도시한 화상 표시 장치는, 조명용의 광원 장치(10), 조명광학계(30), 반사형 공간 광변조 소자(20B), 도광 프리즘(40), 투과형 체적 홀로그램 광학 소자(51), 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71) 및 편광판(80)을 구비하고 있다.
도 6에 도시한 화상 표시 장치를 구성하는 광원 장치(10)는, 상술한 화상 표시 장치와 마찬가지로, 광원으로서 반도체 레이저(11)를 이용하고 있다. 이 화상 표시 장치를 구성하는 광원(10)은, 반도체 레이저(11)와, 반도체 레이저(11)로부터 사출된 광속을 인도하는 도광판(12)과, 광학 필름(14)을 구비한다. 즉, 반도체 레이저(11)로부터 사출된 광은 합성 수지로 이루어지는 도광판(12)에 입사하고, 이도광판(12)에 의해 조도의 균일화, 사출 각도의 제어가 되고 사출면(13)으로부터 사출한다. 사출면(13)으로부터 사출한 조명광(A)은 사출면(13)에 평행하게 배치된 광학 필름(14)을 투과함에 의해 다시 사출 각도가 제어된다. 또한, 도광판(12)의 사출면(13) 이외의 각 면에는 도시하지 않은 반사 시트가 마련되어 있다.
광학 필름(14)을 투과한 조명광(A)은 편광판(15)을 투과함에 의해, 직선 편광의 광으로 된다. 이 때의 조명광(A)의 편광 방향은 후술하는 HPDLC 광학 소자(32)에 대한 P편광의 광인 방향으로 되어 있다. 광학 필름(14)을 투과한 조명광(A)은 조명광학계(30)를 구성하는 조명 프리즘(31)에 입사한다. 조명 프리즘(31)은 제 1의 면이 조명광(A)의 입사면으로 되고, 제 1의 면에 대해 경사한 제 2의 면에 후술하는 HPDLC 광학 소자(32) 및 반사형 공간 광변조 소자(20B)가 접합되고, 제 1의 면에 대해 거의 직교하는 제 3의 면에 후술하는 도광 프리즘(40)의 입사면이 접합되어 있다.
조명 프리즘(31)에 입사한 조명광(A)은 조명 프리즘(31) 내로부터 HPDLC 광학 소자(32)에 입사한다. 이 때, 조명광(A)의 HPDLC 광학 소자(32)에 대한 조명 프리즘(31)의 매질중으로의 입사각은 약 25도로 되어 있다. HPDLC 광학 소자(32)에 입사한 조명광(A)은 HPDLC 광학 소자(32)에 대해 P편광으로 되어 있기 때문에, HPDLC 광학 소자(32)에 의해 거의 전 광량이 회절된다. HPDLC 광학 소자(32)에 의해 회절된 조명광(A)은 HPDLC 광학 소자(32)의 배후에 설치된 반사형 공간 광변조 소자(20B)에 거의 수직으로 입사한다.
반사형 공간 광변조 소자(20B)에 입사한 조명광(A)은 반사형 공간 광변조 소자(20B)에서 표시 화상의 각 화소마다 편광 상태가 변조되고 반사되고, 재차 HPDLC 광학 소자(32)에 입사한다. 반사형 공간 광변조 소자(20B)로서는, 예를 들면, 액정 소자를 이용할 수 있다. 반사형 공간 광변조 소자(20B)에서 변조되지 않은 P편광의 광은 HPDLC 광학 소자(32)에서 재차 회절되고, 광원 장치(10)측으로 돌아온다. 반사형 공간 광변조 소자(20B)에서 변조된 S편광의 광은 HPDLC 광학 소자(32)에서 회절되는 일 없이 HPDLC 광학 소자(32)를 투과하여 화상 표시광(B)으로 된다. 화상 표시(76B)는 표시 화상의 각 화소마다 휘도가 변조된휘도 변조광으로 되어 있다. 화상 표시광(B)은 조명 프리즘(31) 내에서 내면 반사하고, 조명 프리즘(31)의 제 3의 면으로부터 출사한다.
조명 프리즘(31)의 제 3의 면과 도광 프리즘(40)의 입사면과의 사이에는, 검광자(檢光子)(33)가 끼워 넣어져 있다. 즉, 조명 프리즘(31)의 제 3의 면으로부터 출사한 화상 표시광(B)은 검광자(33)를 투과하여, 도광 프리즘(40)의 입사면에 입사한다. 화상 표시광(B)은 검광자(33)를 투과함에 의해, 소정의 방향의 편광 성분만이 검파된다. 이 검광자(33)에서 검파됨에 의해, 화상 표시광(B)은, 다시 충분한 휘도 변조가 시행된 광으로 된다.
도광 프리즘(40)에 입사한 화상 표시광(B)은 도광 프리즘(40) 내에서의 수회의 내부 전반사를 경유하여, 도광 프리즘(40)에 광학적으로 밀착된 투과형 체적 홀로그램 광학 소자(51)에 경사 방향에서 입사한다. 투과형 체적 홀로그램 광학 소자(51)에 입사한 화상 표시광(B)은 이 투과형 체적 홀로그램 광학 소자(51)에 의해 회절되고, 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71)에 입사한다.
화상 표시광(B)은 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71)가 정의 광학적 파워를 갖고 있기 때문에, 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71)에 의해 반사됨에 의해, 허상을 결상하는 허상 표시광(C)으로 되고, 재차 투과형 체적 홀로그램 광학 소자(51)에 입사한다.
이 때, 허상 표시광(C)은 도광 프리즘(40) 내로부터 투과형 체적 홀로그램 광학 소자(51)에 입사하는 화상 표시광(B)과는 다른 입사각으로 투과형 체적 홀로그램 광학 소자(51)에 입사한다. 그 때문에, 허상 표시광(C)은, 투과형 체적 홀로그램 광학 소자(51)의 각도 선택성에 의해, 회절되지 않고 투과형 체적 홀로그램 광학 소자(51)를 투과한다. 허상 표시광(C)은 도광 프리즘(40)을 투과하여 관찰자의 눈동자(100)에 도달한다.
여기서, 투과형 체적 홀로그램 광학 소자(51)는, 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71)만의 경우보다도, 보정 가능한 편심 수차량을 증대시키는 효과를 갖는다. 즉, 투과형 체적 홀로그램 광학 소자(51)는, 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71)에 입사하는 화상 표시광(B)의 입사각도를 균일화함에 의해, 보정 가능한 편심 수차량을 증대시키고 있다.
한편, 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71)의 배후측으로부터 도달하는 배경광(D)은, 도 6에 도시한 바와 같이, 편광판(80), 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71), 투과형 체적 홀로그램 광학 소자(51), 도광 프리즘(40)을 투과하여, 관찰자의 눈동자(100)에 입사한다. 이 배경광(D)은, 편광판(80)으로의 입사 전은 무편광 상태이지만, 이 편광판(80)을 투과함에 의해, 투과형 체적 홀로그램 광학 소자(51)에 대한S편광의 광인 직선 편광으로 된다. 투과형 체적 홀로그램 광학 소자(51)에서는, S편광의 광은 거의 회절되는 일이 없기 때문에, 배경광(D)은 투과형 체적 홀로그램 광학 소자(51)에서 회절되는 일 없이 관찰자의 눈동자(100)에 도달한다. 이 경우의 관찰자의 눈동자(100)에 도달하는 배경광(D)의 광량은, 반사형 체적 홀로그램 렌즈(71) 및 투과형 체적 홀로그램 광학 소자(51)에 있어서의 투과율에 의존한다.
또한, 편광판(80)을 주면에 직교하는 축 주위로 회전시킴에 의해, 눈동자(100)에 도달하는 배경광(D)의 광량을 가변시킬 수 있다. 편광판(80)을 이 편광판(80)의 투과광이 투과형 체적 홀로그램 광학 소자(51)에 대한 P편광의 광으로 되도록 회전시킴에 의해, 배경광(D)이 투과형 체적 홀로그램 광학 소자(51)에서 광원 장치(10)측으로 회절되게 되고, 눈동자(100)에 입사하는 배경광(D)의 광량을 감소시킬 수 있다.
또한, 도 6에 도시한 화상 표시 장치에서는, 반사형 체적 홀로그램 광학 소자(71)에 대신하여, 자유 곡면 반사경(자유 곡면 반투경)을 이용하여도 좋고, 또한, 투과 형휴적 홀로그램 광학 소자(51)에 대신하여 HPDLC 광학 소자에 이용하여도 좋다. 이 경우, HPDLC 광학 소자는, 회절 효율에 해여 입사 광속의 편광 방향에 대한 의존성을 갖지 않고, 입사 광속의 입사각도에 대한 의존성을 갖는 것을 이용한다.
본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 도 7에 도시한 바와 같이, HPDLC 광학 소자를 사용하지 않고, 조명용의 광원 장치(10)로부터 사출한 조명광(A)을, 도광 프리즘(40)을 투과하여 직접 반사형 공간 광변조 소자(20B)에 경사 방향에서 입사시키는 구성으로 하여도 좋다. 도 7에 도시한 화상 표시 장치는, 조명용의 광원 장치(10), 반사형 공간 광변조 소자(디지털 마이크로 미러 디바이스)(20C), 도광 프리즘(40), 투과형 회절 광학 소자(52) 및 반사형 체적 홀로그램 렌즈(70)를 구비하고 있다.
이 화상 표시 장치를 구성하는 광원 장치(10)는, 상술한 각 화상 표시 장치와 마찬가지로, 광원으로서 반도체 레이저(11)가 이용된다. 광원 장치(10)는, 반도체 레이저(11)와, 반도체 레이저(11)로부터 사출된 광속을 인도하는 도광판(12)과, 광학 필름(14)을 갖고 구성되어 있다. 즉, 반도체 레이저(11)로부터 사출된 광은, 합성 수지로 이루어지는 도광판(12)에 입사하고, 이 도광판(12)에 의해 조도의 균일화, 사출 각도의 제어가 되고, 사출면(13)으로부터 사출한다. 사출면(13)으로부터 사출한 조명광(A)은 사출면(13)에 평행하게 배치된 광학 필름(14)을 투과함에 의해 다시 사출 각도가 제어된다. 또한, 도광판(12)의 사출면(13) 이외의 각 면에는, 도시하지 않은 반사 시트가 마련되어 있다.
광학 필름(14)을 투과한 조명광(A)은 도광 프리즘(40)의 일단측 부분을 투과하여, 경사 방향으로부터, 반사형 공간 광변조 소자인 디지털 마이크로 미러 디바이스(20C)에 입사한다. 디지털 마이크로 미러 디바이스(20C)는 표시 화상의 화소에 대응하는 미세한 미러를 갖고 구성되어 있고, 이들 미러가 각각 회전 조작 가능하게 되어 있다. 즉, 이 디지털 마이크로 미러 디바이스(20C)에서는, 각 미러를 회전 조작함에 의해, 각 화소마다 입사 광속에 대한 반사 방향을 바굴 수 있다.
도광 프리즘(40)의 일단측 부분은 쐐기 모양으로 형성되어 있다. 도광 프리즘(40)의 일단측 부분의 외측의 면에 접합된 디지털 마이크로 미러 디바이스(20C)는 광원 장치(10)로부터 투과하여 온 조명광(A)에 대해 경사하여 배치되어 있다.
디지털 마이크로 미러 디바이스(20C)에 입사한 조명광(A)은, 이 디지털 마이크로 미러 디바이스(20C)에 의해, 각 화소마다 반사 방향이 제어되고, 표시 화상에 대응하여, 일부가 화상 표시광(B)으로서 디지털 마이크로 미러 디바이스(20C)로부터 거의 수직으로 사출된다. 조명광(A)의 잔부는 디지털 마이크로 미러 디바이스(20C)로부터 재차 광원 장치(10)측으로 반사된다.
디지털 마이크로 미러 디바이스(20C)로부터 거의 수직으로 사출된 화상 표시광(B)은 도광 프리즘(40)에 재입사하고, 이 도광 프리즘(40)의 서로 평행한 외측의 면인 광속 분할면(41, 42)에 있어서 전반사를 교대로 수회 반복 후, 이 광속 분할면(41, 42)의 한쪽의 면에 광학적으로 밀착하여 마련된 투과형 회절 광학 소자(52)에 대해 경사 방향에서 입사한다. 또한, 투과형 회절 광학 소자(52)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 도광 프리즘(40)의 타단측에 위치하여 마련되어 있다.
투과형 회절 광학 소자(52)에 입사한 화상 표시광(B)은 투과형 회절 광학 소자(52)를 투과하여, 이 투과형 회절 광학 소자(52)에 광학적으로 밀착되어 있는 반사형 체적 홀로그램 렌즈(70)에 입사한다. 화상 표시광(B)은, 반사형 체적 홀로그램 렌즈(70)가 정의 광학적 파워를 갖고 있기 때문에, 반사형 체적 홀로그램 렌즈(70)에 의해 반사됨에 의해, 허상을 결상하는 허상 표시광(C)으로 되어 재차 투과형 회절 광학 소자(52)에 입사한다.
이 때, 이 허상 표시광(C)은 도광 프리즘(40) 내로부터 투과형 회절 광학 소자(52)에 입사하는 화상 표시광(B)과는 다른 입사각으로 투과형 회절 광학 소자(52)에 입사한다. 허상 표시광(C)은 투과형 회절 광학 소자(52)의 각도 선택성에 의해 회절되어 투과형 체적 홀로그램 광학 소자(51)를 투과한다. 허상 표시광(C)은 도광 프리즘(40)의 외면부(41, 42)를 투과하여 관찰자의 눈동자(100)에 도달한다.
본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 공간 광변조 소자가 되는 자발광형(自發光型) 마이크로 디스플레이(20D), 도광 프리즘(40), 투과형 회절 광학 소자(52) 및 반사형 체적 홀로그램 렌즈(70)를 이용하고 구성하도록 하여도 좋다.
도 8에 도시한 자발광형 마이크로 디스플레이(20D)는 광원을 내장하여 구성되고, 표시 화상에 응한 강도 변조가 이루어진 화상 표시광(B)을 출사한다. 이 자발광형 마이크로 디스플레이(20D)에서는, 각 화소마다 발광 강도가 제어되고, 표시 화상에 대응하는 화상 표시광(B)이 이 자발광형 마이크로 디스플레이(20D)로부터 거의 수직으로 사출된다.
자발광형 마이크로 디스플레이(20D)로부터 사출된 화상 표시광(B)은 도광 프리즘(40)의 일단측 부분으로부터 이 도광 프리즘(40) 내로 입사한다. 도광 프리즘(40)의 일단측 부분은 쐐기 모양으로 형성되어 있다. 이 도광 프리즘(40)의 일단측 부분의 외측의 면인 입사면(43)에 접합된 자발광형 마이크로 디스플레이(20D)는 도광 프리즘(40)의 서로 평행한 외측의 면인 광속 분할면(41, 42)에 대해 경사한 상태로 설치되어 있다.
자발광형 마이크로 디스플레이(20D)로부터 거의 수직으로 사출된 화상 표시광(B)은 도광 프리즘(40)에 입사하고, 이 도광 프리즘(40)의 서로 평행한 외측의 면인 광속 분할면(41, 42)에 있어서의 내부 전반사를 교대로 수회 반복 후에, 이 광속 분할면(41, 42)의 한쪽의 면에 광학적으로 밀착하여 마련된 투과형 회절 광학 소자(52)에 대해 경사 방향에서 입사한다. 또한, 투과형 회절 광학 소자(52)는 도광 프리즘(40)의 타단측에 해당하는 위치에 광학적으로 밀착되어 있다.
투과형 회절 광학 소자(52)에 입사한 화상 표시광(B)은 이 투과형 회절 광학 소자(52)를 투과하여, 이 투과형 회절 광학 소자(52)에 광학적으로 밀착되어 있는 반사형 체적 홀로그램 렌즈(70)에 입사한다. 화상 표시광(B)은 반사형 체적 홀로그램 렌즈(70)가 정의 광학적 파워를 갖고 있기 때문에, 이 반사형 체적 홀로그램 렌즈(70)에 의해 반사됨에 의해, 허상을 결상하는 허상 표시광(C)로 되어 재차 투과형 회절 광학 소자(52)에 입사한다.
이 때, 허상 표시광(C)은 도광 프리즘(40) 내로부터 투과형 회절 광학 소자(52)에 입사한 화상 표시광(B)과는 다른 입사각으로, 투과형 회절 광학 소자(52)에 입사 한다. 이 허상 표시광(C)은 투과형 회절 광학 소자(52)의 각도 선택성에 의해 회절되어 투과형 체적 홀로그램 광학 소자(51)를 투과한다. 허상 표시광(C)은 도광 프리즘(40)의 광속 분할면(41, 42)을 투과하여 관찰자의 눈동자(100)에 도달한다. 또한, 상술한 각 예에 있어서, HPDLC 광학 소자(50), 투과형 체적 홀로그램 광학 소자(51) 및 투과형 회절 광학 소자(52)에 있어서는, 편광 방향 또는 입사각에 의존하고 1회째의 투과에어서 회절되거나 또는 회절되지 않고, 2회째의 역방향에의 투과에서 회절되지 않거나 또는 회절되도록 하고 있지만, 이들의 관계를 역으로 하여, 1회째의 투과에서 회절되지 않거나 또는 회절되고 2회째의 역방향에의 투과에서 회절되거나 또는 회절되지 않도록 구성하여도 좋다.
또한, 본 발명은, 도면을 참조하여 설명한 상술한 예로 한정되는 것이 아니라, 첨부한 청구의 범위 및 그 주지를 일탈한 일 없이, 다양한 변경, 치환 또는 그 동등한 것을 행할 수가 있음은 당업자에 있어서 분명하다.
본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 화상 표시 소자와 정의 광학적 파워를 갖는 반사형 광학 소자를 광학적으로 편심하여 배치한 편심 광학계를 채용함에 의해, 동일 사출 눈동자계, 동일 표시화 각의 다른 방식의 광학계와 비교하여, 광학계 전체의 박형화를 도모하고, 또한 경량화할 수 있다. 또한, 화상 표시 장치는, 편심 광학계를 채용함에 의해, 발생하는 편심 수차를 투과형 회절 광학 소자에 의해 보정함에 의해 해상력이 높은 광학계를 실현할 수 있다.
본 발명을 이용함에 의해, 장치 전체의 소형화와 함께 경량화를 도모하면서, 사출 눈동자 지름, 표시화 각 및 아이 릴리프를 크게 할 수 있고, 게다가 수차가 저감된 화상 표시 장치를 실현할 수 있다.

Claims (38)

  1. 화상 표시 소자와,
    상기 화상 표시 소자로부터의 사출광을 회절시키는 투과형 회절 광학 소자와,
    상기 투과형 회절 광학 소자로부터의 회절광을 반사하는 정의 광학적 파워를 갖는 반사형 광학 소자를 구비하고,
    상기 투과형 회절 광학 소자는, 상기 정의 광학적 파워를 갖는 반사형 광학 소자에 의해 반사된 반사광이 재차 이 투과형 회절 광학 소자에 입사할 때에, 상기 화상 표시 소자로부터의 사출광에 대한 회절 효율보다도 작은 회절 효율로 회절시키는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 투과형 회절 광학 소자는 상기 화상 표시 소자로부터의 사출광의 주(主) 광선을 수광면의 법선에 대해 5도 이상이 되는 입사각으로 수광하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 투과형 회절 광학 소자는 체적형 홀로그램 광학 소자인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 투과형 회절 광학 소자는 간격이 불균일한 회절 격자에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 투과형 회절 광학 소자는 편광 선택성 홀로그램 광학 소자인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 편광 선택성 홀로그램 광학 소자는 홀로그래픽 고분자 분산 액정 광학 소자인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 홀로그래픽 고분자 분산 액정 광학 소자는 P편광 회절 효율이 S편광 회절 효율보다도 큰 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 정의 광학적 파워를 갖는 반사형 광학 소자는 반사형 체적 홀로그램 광학 소자인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 정의 광학적 파워를 갖는 반사형 광학 소자는 오목면 반사경이고, 상기 오목면 반사경의 반사면의 형상은 하나의 대칭면을 가지며, 또한, 그 면내 및 면외에 있어서 회전 대칭축이 존재하지 않는 형상인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 정의 광학적 파워를 갖는 반사형 광학 소자는 배면측으로부터의 광의 적어도 일부를 상기 투과형 회절 광학 소자측인 정면측으로 투과시키는 반투과 물질로 이루어지는 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 투과형 회절 광학 소자와 상기 정의 광학적 파워를 갖는 반사형 광학 소자의 사이의 광로중에 1/4파장판을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 화상 표시 소자와 상기 투과형 회절 광학 소자의 사이의 광로중에 굴절율이 1보다 큰 광학 매질이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 화상 표시 소자로부터의 사출광은 상기 광학 매질 내에서 적어도 1회 이상 내부 반사를 한 후에, 상기 투과형 회절 광학 소자에 입사하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 투과형 회절 광학 소자와 상기 반사형 광학 소자는 광학적으로 밀착되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 투과형 회절 광학 소자가 편광 선택성 홀로그램 광학 소자이고, 상기 반사광학 소자의 상기 회절광이 입사한 면의 배면측에 편광판이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 편광판은 상기 투과형 회절 광학 소자의 회절 효율이 가장 작아지는 편광 방위를 주로 투과하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 편광판은 수광면에 개략 수직한 축 주위로 회전 가능하게 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  18. 제 10항에 있어서,
    상기 반사 광학 소자의 상기 회절광이 입사하는 면의 배면측에, 제 1의 편광판, 1/4파장판 및 제 2의 편광판이 순차적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 1/4파장판 및 상기 각 편광판의 적어도 하나는 각 수광면에 개략 수직한 축 주위로 회전 가능하게 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  20. 화상 표시 소자와,
    상기 화상 표시 소자로부터의 사출광을 수광하는 투과형 회절 광학 소자와,
    상기 투과형 회절 광학 소자에서 회절되어지는 일 없이 투과한 상기 화상 표시 소자로부터의 출사광을 반사하는 정의 광학적 파워를 갖는 반사형 광학 소자를 구비하고,
    상기 투과형 회절 광학 소자는, 상기 정의 광학적 파워를 갖는 반사형 광학 소자에 의해 반사된 반사광이 재차 이 투과형 회절 광학 소자에 입사할 때에, 상기 화상 표시 소자로부터의 사출광에 대한 회절 효율보다도 큰 회절 효율로 회절시키는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 투과형 회절 광학 소자는 상기 화상 표시 소자로부터의 사출광의 주 광선을 수광면의 법선에 대해 5도 이상이 되는 입사각으로 수광하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 투과형 회절 광학 소자는 체적형 홀로그램 광학 소자인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  23. 제 20항에 있어서,
    상기 투과형 회절 광학 소자는 간격이 불균일한 회절 격자에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  24. 제 20항에 있어서,
    상기 투과형 회절 광학 소자는 편광 선택성 홀로그램 광학 소자인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 편광 선택성 홀로그램 광학 소자는 홀로그래픽 고분자 분산 액정 광학 소자인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 홀로그래픽 고분자 분산 액정 광학 소자는 P편광 회절 효율이 S편광 회절 효율보다도 큰 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  27. 제 20항에 있어서,
    상기 정의 광학적 파워를 갖는 반사형 광학 소자는 반사형 체적 홀로그램 광학 소자인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  28. 제 20항에 있어서,
    상기 정의 광학적 파워를 갖는 반사형 광학 소자는 오목면 반사경이고, 상기 오목면 반사경의 반사면의 형상은 하나의 대칭면을 가지며, 또한, 그 면 내 및 면 외에 있어서 회전 대칭축이 존재하지 않는 형상인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  29. 제 20항에 있어서,
    상기 정의 광학적 파워를 갖는 반사형 광학 소자는 배면측으로부터의 광의 적어도 일부를 상기 투과형 회절 광학 소자측인 정면측으로 투과시키는 반투과 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  30. 제 20항에 있어서,
    상기 투과형 회절 광학 소자와 상기 정의 광학적 파워를 갖는 반사형 광학 소자의 사이의 광로중에, 1/4파장판을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  31. 제 20항에 있어서,
    상기 화상 표시 소자와 상기 투과형 회절 광학 소자의 사이의 광로중에, 굴절율이 1보다 큰 광학 매질이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 화상 표시 소자로부터의 사출광은 상기 광학 매질 내에서 적어도 1회 이상 내부 반사를 한 후에 상기 투과형 회절 광학 소자에 입사하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  33. 제 20항에 있어서,
    상기 투과형 회절 광학 소자와 상기 반사형 광학 소자는 광학적으로 밀착되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  34. 제 29항에 있어서,
    상기 투과형 회절 광학 소자가 편광 선택성 홀로그램 광학 소자이고, 상기 반사광학 소자의 상기 회절광이 입사하는 면의 배면측에 편광판이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  35. 제 34항에 있어서,
    상기 편광판은 상기 투과형 회절 광학 소자의 회절 효율이 가장 작아지는 편광 방위를 주로 투과하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  36. 제 34항에 있어서,
    상기 편광판은 수광면에 개략 수직한 축 주위로 회전 가능하게 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  37. 제 29항에 있어서,
    상기 반사광학 소자의 상기 회절광이 입사하는 면의 배면측에, 제 1의 편광판, 1/4파장판 및 제 2의 편광판이 순차적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  38. 제 37항에 있어서,
    상기 1/4파장판 및 상기 각 편광판의 적어도 하나는 각 수광면에 개략 수직한 축 주위로 회전 가능하게 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
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