KR20160052334A - 허상 표시 장치 - Google Patents

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KR20160052334A
KR20160052334A KR1020150147661A KR20150147661A KR20160052334A KR 20160052334 A KR20160052334 A KR 20160052334A KR 1020150147661 A KR1020150147661 A KR 1020150147661A KR 20150147661 A KR20150147661 A KR 20150147661A KR 20160052334 A KR20160052334 A KR 20160052334A
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light
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diffraction grating
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outgoing
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KR1020150147661A
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아키라 신보
오사무 요코야마
마사토시 요네쿠보
Original Assignee
세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 화상의 열화를 억제할 수 있는 허상 표시 장치를 제공하는 것이다.
(해결 수단) 허상 표시 장치(1)는, 제1 입사면(입사면(41A))을 통하여 내부에 입사되는 표시 광속을 반복하여 내면 반사시키고, 제1 입사면으로부터 멀어지는 제1 방향측으로 진행시킴과 함께, 외부와의 계면 중 적어도 1개의 면으로서 제1 방향으로 연장되는 제1 출사면(출사면(41B))의 각각의 영역으로부터 표시 광속(光束)의 일부의 빛을 외부로 출사하는 제1 도광체(출사측 도광체(41))와, 입사되는 빛을 회절하여 제1 도광체 내로 입사시키는 제1 입사측 회절 격자(입사측 회절 격자(42))와, 제1 도광체로부터 입사되는 빛을 회절하는 제1 출사측 회절 격자(출사측 회절 격자(43))를 구비한다.

Description

허상 표시 장치{VIRTUAL IMAGE DISPLAY APPARATUS}
본 발명은, 허상 표시 장치에 관한 것이다.
종래, 비디오 프로젝터로부터 투사된 화상을 허상으로서 시인(視認)시키는 플랫 패널 프로젝션 디스플레이가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
이 특허문헌 1에 기재된 프로젝션 디스플레이는, 투명 로드 및 투명 슬래브와, 비디오 프로젝터와, 2개의 미러를 갖는다. 　
투명 슬래브는, 굴절률이 선택된 풀(glue)에 의해 적층된 복수의 플로트 유리(float glass)가 연마되어 입방체 슬래브가 된 구조를 갖고, 풀과 유리와의 사이에 형성되는 계면이, 수평에 대하여 45°가 되도록 배치된다. 투명 로드는, 상기 투명 슬래브와 동일하게 형성되지만, 당해 로드는, 투명 슬래브의 두께 치수에 대응하는 대략 방형의 단면(rectangular cross section)을 갖는다. 비디오 프로젝터는, 상기 2개의 미러를 개재하여, 상기 투명 로드의 로드축에 대하여 평행해지지는 않는 각도에서, 화상을 형성하는 광선을 투명 로드에 출사한다.
이러한 프로젝션 디스플레이에서는, 투명 로드 내로 입사된 광선은, 당해 투명 로드 내를 로드축을 따라 진행한다. 그리고, 내부를 진행하는 광선은, 풀과 유리와의 계면에서 부분적으로 반사되어 수직 방향으로 외부로 출사되고, 이에 따라, 투명 로드로부터 투명 슬래브 내로 입사된다. 또한, 투명 슬래브 내로 입사된 광선은, 투명 로드와 동일하게, 각각의 상기 계면에서 부분적으로 반사되어, 당해 투명 슬래브에 있어서의 각 계면에 따른 위치로부터 수평 방향으로 광선이 출사된다. 그리고, 당해 광선의 진행 방향에 관찰자가 위치함으로써, 당해 광선에 의해 형성되는 화상을 관찰 가능하게 된다. 즉, 비디오 프로젝터에 의해 출사된 광선의 출사 위치는, 투명 로드에 의해 수직 방향으로 넓어지고, 투명 슬래브에 의해 수평 방향으로 넓어진다. 　
이러한 프로젝션 디스플레이는, 예를 들면, 헤드 업 디스플레이에 적용된다.
일본특허공보 제3990984호
상기 특허문헌 1에 기재된 프로젝션 디스플레이는, 예를 들면 헤드 업 디스플레이에 적용된 경우와 같이, 관찰 위치가 고정되고, 허상인 표시 화상에만 핀트가 맞는 용도로 이용되는 경우에는 문제없다. 　
그러나, 상기 투명 슬래브의 구성에서는, 상기 계면에서 일부의 빛이 반사되어 관찰자의 눈에 도달하기 때문에, 임의의 관찰 위치로부터 당해 표시 화상이 관찰되는 용도에서는, 투명 슬래브의 존재가 인식되기 쉽고, 계면의 존재 및 계면 간의 극간이 표시 화상에 중첩되어, 노이즈가 되어 인식되기 쉽다는 문제가 있다. 　
구체적으로, 상기 투명 슬래브에서는, 상기 계면에서의 반사가 발생할 때마다, 당해 계면을 통하여 출사되는 광선 전체의 휘도가 저하된다. 이 때문에, 투명 슬래브 내에서의 광선의 진행 방향에 있어서의 상류측의 계면에서 반사되는 광선의 휘도와, 하류측의 계면에서 반사되는 광선의 휘도가 상이하다. 이러한 휘도의 상위(相違)에 의해, 각 계면의 존재 및 계면 간의 극간이 시인되기 쉬워지고, 나아가서는, 투명 슬래브 너머로 관찰되는 화상이 열화된다는 문제가 있다.
이러한 문제로부터, 화상의 열화를 억제할 수 있는 다른 구성이 요망되어 왔다.
본 발명은, 화상의 열화를 억제할 수 있는 허상 표시 장치를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 허상 표시 장치는, 제1 입사면을 통하여 내부에 입사되는 표시 광속(display light flux)을 반복하여 내면 반사시키고, 상기 제1 입사면으로부터 멀어지는 제1 방향측으로 진행시킴과 함께, 외부와의 계면 중 적어도 1개의 면으로서 상기 제1 방향으로 연장되는 제1 출사면의 각각의 영역으로부터 상기 표시 광속의 일부의 빛을 외부로 출사하는 제1 도광체와, 입사되는 빛을 회절하여 상기 제1 도광체 내로 입사시키는 제1 입사측 회절 격자와, 상기 제1 도광체로부터 입사되는 빛을 회절하는 제1 출사측 회절 격자를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제1 입사측 회절 격자는, 제1 입사면과 대향하는 위치에 배치되어도 좋고, 당해 제1 입사면과는 반대측의 제1 도광체의 면과 대향하는 위치(제1 도광체를 사이에 끼우고 제1 입사면과 대향하는 위치)에 배치되어도 좋다.
전자(前者)의 경우에는, 제1 입사측 회절 격자는, 투과형 회절 격자에 의해 구성할 수 있고, 당해 제1 입사측 회절 격자에 의해 회절된 표시 광속은, 제1 입사면을 통하여 제1 도광체 내로 입사되어, 당해 제1 도광체 내를 진행한다. 즉, 제1 입사측 회절 격자는, 입사되는 빛을 회절하여, 상기 제1 입사면을 통하여 상기 제1 도광체 내로 입사시키는 투과형 회절 격자가 된다.
후자의 경우에는, 제1 입사측 회절 격자는, 반사형 회절 격자에 의해 구성할 수 있고, 제1 입사면으로부터 제1 도광체 내로 입사된 표시 광속은, 제1 입사측 회절 격자에 입사되고 회절되어, 제1 도광체 내를 진행한다. 즉, 제1 입사측 회절 격자는, 제1 도광체로부터 입사되는 빛을 회절하여 제1 도광체 내로 입사시키는 반사형 회절 격자가 된다.
또한, 제1 출사측 회절 격자도 동일하게, 제1 출사면과 대향하는 위치에 배치되어도 좋고, 당해 제1 출사면과는 반대측의 제1 도광체의 면과 대향하는 위치(제1 도광체를 사이에 끼우고 제1 출사면과 대향하는 위치)에 배치되어도 좋다.
전자의 경우에는, 제1 출사측 회절 격자는, 투과형 회절 격자에 의해 구성할 수 있고, 당해 제1 출사면으로부터 출사된 표시 광속은, 제1 출사측 회절 격자에 의해 회절되어, 허상 표시 장치의 외부로 출사된다. 즉, 제1 출사측 회절 격자는, 제1 출사면으로부터 입사되는 빛을 회절하여, 허상 표시 장치의 외부로 출사하는 투과형 회절 격자가 된다.
후자의 경우에는, 제1 출사측 회절 격자는, 반사형 회절 격자에 의해 구성할 수 있고, 제1 도광체 내를 상기 제1 방향으로 진행하면서 제1 출사측 회절 격자에 입사된 표시 광속은, 당해 제1 출사측 회절 격자에 의해 회절되어, 제1 출사면으로부터 제1 도광체의 외부, 즉, 허상 표시 장치의 외부로 출사된다. 즉, 제1 출사측 회절 격자는, 제1 도광체로부터 입사되는 빛을 회절하여, 회절된 빛이 제1 출사면을 통하여 외부로 출사되는 방향으로 진행시키는 반사형 회절 격자가 된다.
여기에서, 회절 격자는, 입사되는 빛의 파장이 클수록 회절각(입사광과 회절 격자의 법선이 이루는 각)이 크다. 이 때문에, 제1 입사측 회절 격자는, 입사되는 표시 광속을 구성하는 빛을, 각각의 파장마다 상이한 회절각으로 회절한다. 이에 따라, 각각 파장이 상이한 빛은, 각각 상이한 영역에서 내면 반사를 반복하면서 제1 도광체 내를 제1 방향측으로 진행한다. 한편, 제1 출사측 회절 격자는, 제1 도광체로부터 입사되는 빛을, 파장마다 상이한 회절각으로 회절한다. 이러한 허상 표시 장치로부터 출사되는 빛이 입사되는 위치에 관찰자가 위치하면, 당해 빛에 의해 형성되는 화상을 허상으로서 관찰할 수 있다. 이때, 제1 도광체를 제1 방향으로 길게 형성하고, 당해 제1 방향으로 긴 제1 출사측 회절 격자를 제1 도광체에 형성함으로써, 제1 방향에 있어서의 임의의 위치에서, 입사된 표시 광속에 의해 형성되는 화상을, 제1 도광체의 안측(빛의 출사측과는 반대측)에 위치하는 허상으로서 시인할 수 있다. 　
이러한 허상 표시 장치에서는, 제1 입사측 회절 격자에 의한 빛의 회절각이 파장에 따라 상이함으로써, 각각의 파장의 빛이 제1 도광체 내를 상이한 광로에서 진행한다. 또한, 표시 광속을 제1 입사측 회절 격자에 집약하여 입사시키면, 당해 표시 광속에 의한 화상의 일부를 형성하는 빛과, 다른 일부를 형성하는 빛으로, 제1 도광체 내를 진행할 때의 광로를 상이하게 할 수 있다. 그리고, 제1 도광체 내를 진행하는 빛이, 당해 제1 도광체 내를 진행하는 과정에서, 또는, 제1 출사면으로부터 출사된 후에 제1 출사측 회절 격자를 개재함으로써, 파장마다 상이한 회절각으로 회절되기 때문에, 당해 빛을 허상 표시 장치의 외부로 분산하여 출사시킬 수 있는 것 외에, 당해 빛의 출사각을 파장마다 조정할 수 있다. 　
이러한 허상 표시 장치에 의하면, 제1 방향에 대하여 경사지는 복수의 반투과층이 내부에 형성된 도광체(예를 들면, 상기 투명 슬래브)에 표시 광속을 입사시키고, 각각의 반투과층에 의해 반사된 빛을 출사하는 구성을 채용한 경우에 발생하는 휘도 변화의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 당해 휘도 변화가 시인되어, 출사되는 빛에 의해 형성되는 화상이 열화되는 것을 억제할 수 있다.
상기 일 실시 형태에서는, 상기 제1 입사측 회절 격자와, 상기 제1 출사측 회절 격자는, 각각 동일한 파장의 빛이 입사되었을 때의 회절각이 동일한 것이 바람직하다.
상기 일 실시 형태에 의하면, 제1 입사측 회절 격자에 입사된 빛이 출사될 때의 회절각과, 제1 출사측 회절 격자에 입사된 빛이 출사될 때의 회절각은, 당해 빛의 파장마다 각각 동일해진다. 이에 의하면, 제1 입사측 회절 격자로의 빛의 입사각(제1 입사측 회절 격자의 광입사면의 법선에 대한 입사광의 각도)과, 제1 출사측 회절 격자로부터의 당해 빛의 출사각(제1 출사측 회절 격자의 광출사면의 법선에 대한 출사광의 각도)을, 동일한 각도로 할 수 있다. 따라서, 허상 표시 장치로부터의 빛의 출사각을 용이하게 조정할 수 있는 것 외에, 당해 빛에 의해 형성되는 화상을 관찰자가 시인하기 쉽게 할 수 있다. 　
상기 일 실시 형태에서는, 제2 입사면을 통하여 내부에 입사되는 상기 표시 광속을 반복하여 내면 반사시키고, 상기 제1 방향에 대략 직교하는 제2 방향측으로 진행시킴과 함께, 외부와의 계면 중 적어도 1개의 면으로서 상기 제2 방향으로 연장되는 제2 출사면의 각각의 영역으로부터 상기 표시 광속의 일부의 빛을 상기 제1 입사면을 향해 출사하는 제2 도광체를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 일 실시 형태에 의하면, 제1 도광체가, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향으로 길게 형성되고, 당해 제1 도광체에 표시 광속을 유도하는 제2 도광체가 제2 방향으로 길게 형성되어 있으면, 제2 도광체 내를 제2 방향측으로 진행하는 표시 광속을, 제2 출사면의 각각의 영역으로부터 제1 입사면을 통하여 제1 도광체 내로 입사시킬 수 있다. 이에 의하면, 제2 도광체에 의해 표시 광속을 제2 방향으로 분산시켜 출사할 수 있음과 함께, 제1 도광체에 의해 당해 표시 광속을 제1 방향으로 분산시켜 출사할 수 있다. 따라서, 당해 표시 광속에 의해 형성되는 화상을 시인 가능한 범위를, 제1 방향 및 제2 방향의 각각으로 확대할 수 있다.
상기 일 실시 형태에서는, 입사되는 빛을 회절하여 상기 제2 도광체 내로 입사시키는 제2 입사측 회절 격자와, 상기 제2 도광체로부터 입사되는 빛을 회절하는 제2 출사측 회절 격자를 구비하는 것이 바람직하다. 　
또한, 제2 입사측 회절 격자는, 상기 제1 입사측 회절 격자와 동일하게, 제2 입사면과 대향하는 위치에 배치되어도 좋고, 당해 제2 입사면과는 반대측의 제2 도광체의 면과 대향하는 위치(제2 도광체를 사이에 끼우고 제2 입사면과 대향하는 위치)에 배치되어도 좋다. 　
전자의 경우에는, 제2 입사측 회절 격자는, 투과형 회절 격자에 의해 구성할 수 있고, 당해 제2 입사측 회절 격자에 의해 회절된 표시 광속은, 제2 입사면을 통하여 제2 도광체 내로 입사되어, 당해 제2 도광체 내를 진행한다. 즉, 제2 입사측 회절 격자는, 입사되는 빛을 회절하여, 상기 제2 입사면을 통하여 상기 제2 도광체 내로 입사시키는 투과형 회절 격자가 된다. 　
후자의 경우에는, 제2 입사측 회절 격자는, 반사형 회절 격자에 의해 구성할 수 있고, 제2 입사면으로부터 제2 도광체 내로 입사된 표시 광속은, 제2 입사측 회절 격자에 입사되고 회절되어, 제2 도광체 내를 진행한다. 즉, 제2 입사측 회절 격자는, 제2 도광체로부터 입사되는 빛을 회절하여 제2 도광체 내로 입사시키는 반사형 회절 격자가 된다. 　
또한, 제2 출사측 회절 격자도, 제1 출사측 회절 격자와 동일하게, 제2 출사면과 대향하는 위치에 배치되어도 좋고, 당해 제2 출사면과는 반대측의 제2 도광체의 면과 대향하는 위치(제2 도광체를 사이에 끼우고 제2 출사면과 대향하는 위치)에 배치되어도 좋다.
전자의 경우에는, 제2 출사측 회절 격자는, 투과형 회절 격자에 의해 구성할 수 있고, 당해 제2 출사면으로부터 출사된 표시 광속은, 제2 출사측 회절 격자에 의해 회절되어, 제1 도광체를 향해 출사된다. 즉, 제2 출사측 회절 격자는, 제2 출사면으로부터 입사되는 빛을 회절하여, 제1 도광체를 향해 출사하는 투과형 회절 격자가 된다.
후자의 경우에는, 제2 출사측 회절 격자는, 반사형 회절 격자에 의해 구성할 수 있고, 제2 도광체 내를 상기 제2 방향으로 진행하면서 제2 출사측 회절 격자에 입사된 표시 광속은, 당해 제2 출사측 회절 격자에 의해 회절되어, 제2 출사면으로부터 제1 도광체를 향해 출사된다. 즉, 제2 출사측 회절 격자는, 제2 도광체로부터 입사되는 빛을 회절하여, 회절된 빛이 제2 출사면을 통하여 외부로 출사되는 방향으로 진행시키는 반사형 회절 격자가 된다.
상기 일 실시 형태에 의하면, 상기 제1 입사측 회절 격자 및 제1 출사측 회절 격자와 동일하게, 표시 광속이 제2 입사측 회절 격자에 입사됨으로써, 당해 표시 광속을 구성하는 빛의 파장 및 당해 빛의 제2 입사측 회절 격자에 대한 입사각에 따라서, 당해 표시 광속을 구성하는 빛이 제2 도광체 내를 진행할 때의 광로를 상이하게 할 수 있다. 그리고, 제2 도광체 내를 진행하는 빛이, 당해 제2 도광체 내를 진행하는 과정에서, 또는, 제2 출사면으로부터 출사된 후에 제2 출사측 회절 격자를 개재함으로써, 파장마다 상이한 회절각으로 회절되기 때문에, 당해 빛을 제1 도광체를 향해 분산하여 출사시킬 수 있는 것 외에, 당해 빛의 출사각을 파장마다 조정할 수 있다. 　
따라서, 제1 도광체에 입사시키는 표시 광속을, 제2 방향으로 확실하게 분산하여 출사시킬 수 있다.
상기 일 실시 형태에서는, 상기 제2 출사면과, 상기 제1 입사면은, 서로 대향하는 위치에 배치되고, 상기 제2 입사측 회절 격자와, 상기 제2 출사측 회절 격자는, 각각 동일한 파장의 빛이 입사되었을 때의 회절각이 동일한 것이 바람직하다.
또한, 제2 출사면과 제1 입사면이 서로 대향하는 위치에 배치되는 경우에는, 이들 제2 출사면과 제1 입사면과의 사이에, 제2 출사측 회절 격자나 제1 입사측 회절 격자가 개재되는 경우도 포함된다.
상기 일 실시 형태에 의하면, 제2 출사면과 제1 입사면은, 서로 대향하는 위치에 배치되기 때문에, 당해 제2 출사면으로부터 출사된 빛을, 제1 입사면에 입사시키기 쉽게 할 수 있다.
또한, 제2 입사측 회절 격자에 입사된 빛이 출사될 때의 회절각과, 제2 출사측 회절 격자에 입사된 빛이 출사될 때의 회절각은, 당해 빛의 파장마다 각각 동일해진다. 이에 의하면, 상기 제1 입사측 회절 격자 및 제1 출사측 회절 격자의 관계와 동일하게, 제2 입사측 회절 격자에 대한 빛의 입사각과, 제2 출사측 회절 격자로부터의 빛의 출사각을, 동일한 각도로 할 수 있다. 따라서, 제2 도광체로부터 제1 도광체에 입사되는 빛의 진행 방향을 파악하기 쉽게 할 수 있어, 당해 제2 도광체로부터 제1 도광체에, 빛을 확실하게 입사시킬 수 있다.
상기 일 실시 형태에서는, 상기 제1 출사면에 따라서 배치되고, 상기 제1 도광체의 외부로 출사되는 빛의 진행 방향을 조정하는 방향 조정층을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 방향 조정층으로서는, 복수의 프리즘이 형성된 층을 예시할 수 있다. 또한, 방향 조정층의 위치로서는, 예를 들면, 상기 제1 출사측 회절 격자가 제1 출사면과 대향하는 위치에 배치되는 경우에는, 당해 제1 출사측 회절 격자의 광출사측을 들 수 있고, 또한 예를 들면, 상기 제1 출사측 회절 격자가 제1 출사면과는 반대측의 제1 도광체의 면과 대향하는 위치에 배치되는 경우에는, 당해 제1 출사면의 광출사측을 들 수 있다.
여기에서, 제1 출사측 회절 격자로부터의 빛의 출사각은, 당해 제1 출사측 회절 격자의 특성에 의존하기 때문에, 표시 광속의 중심이 되는 빛(이하, 중심광이라고 함)의 출사각이, 제1 출사면의 법선을 따르지 않는 경우가 있다.
예를 들면, 제1 출사측 회절 격자와 제1 입사측 회절 격자가, 동일한 회절 격자(동일한 특성을 갖는 회절 격자)인 경우에는, 상기 중심광을 제1 출사면의 법선을 따라 출사시키기 위해, 제1 입사측 회절 격자의 광입사면의 법선을 따라 당해 광입사면에 표시 광속을 입사시키면, 당해 제1 입사측 회절 격자를 통하여 제1 도광체 내를 진행하는 표시 광속 중, 일부의 빛이 제1 방향측으로 진행하지 않을 가능성이 있다. 이 때문에, 제1 입사측 회절 격자의 광입사면에 대하여 중심축이 경사지도록 표시 광속을 입사시킬 필요가 있다. 그러나, 이 경우에는, 제1 도광체의 외부로 출사되는 상기 중심광은, 제1 출사측 회절 격자를 경유하는 과정에서, 당해 제1 출사측 회절 격자의 광출사면으로부터 경사져 출사되어 버려, 당해 중심광의 출사 방향이 상기 제1 출사면의 법선을 따르지 않게 된다.
이와 같이, 상기 중심광이 제1 출사면의 법선을 따라 진행하지 않는 경우에는, 관찰자는, 시(視)방향을 당해 제1 출사면에 대하여 경사시킬 필요가 있어, 화상을 관찰하기 어렵다.
이에 대하여, 상기 방향 조정층이 배치됨으로써, 당해 방향 조정층을 통과하는 빛의 진행 방향을 조정할 수 있다. 이 때문에, 예를 들면, 상기 중심광이 제1 출사면의 법선을 따라 출사되도록, 방향 조정층을 통과하는 모든 빛의 진행 방향을 당해 방향 조정층에 의해 조정할 수 있다. 따라서, 허상 표시 장치에 의해 허상으로서 시인되는 화상(표시 광속에 의해 형성되는 화상)을 관찰하기 쉽게 할 수 있다.
상기 일 실시 형태에서는, 상기 제1 출사측 회절 격자는, 상기 제1 방향을 향함에 따라, 회절 효율이 상승하는 특성을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 회절 효율은, 입사광의 에너지 중, 회절광으로서 어느 정도의 에너지를 취출할 수 있는지를 나타내는 값이며, 입사광의 광량에 대한 출사광의 광량의 비율을 나타낸다. 이 때문에, 회절 효율은, 회절 격자가 투과형 회절 격자인 경우에는, 입사광의 광량에 대한 투과광의 광량의 비율이 되고, 회절 격자가 반사형 회절 격자인 경우에는, 입사광의 광량에 대한 반사광의 광량의 비율이 된다.
여기에서, 상기와 같이, 제1 도광체에 입사된 빛은, 내면 반사를 반복하면서 제1 방향측으로 진행하고, 제1 출사측 회절 격자 및 제1 출사면을 통하여, 일부의 빛이 허상 표시 장치의 외부로 출사된다. 즉, 허상 표시 장치로부터 출사되는 빛은, 당해 빛의 출사 위치가 제1 방향측이 됨에 따라, 일정한 비율로 감광(減光)된다. 이 점에서, 허상 표시 장치로부터의 출사광량은, 제1 방향을 향함에 따라 떨어지게 된다. 이 때문에, 관찰자의 위치가 제1 방향을 향함에 따라, 시인되는 화상의 휘도는 저감된다.
이에 대하여, 제1 출사측 회절 격자가, 상기 특성을 가짐으로써, 허상 표시 장치로부터의 출사광량을, 제1 방향에 있어서 균일화할 수 있다. 따라서, 제1 방향에 있어서 각각 상이한 위치에서, 대략 동일한 휘도의 화상을 시인할 수 있다.
상기 일 실시 형태에서는, 상기 제1 출사측 회절 격자의 광입사측 및 광출사측 중 적어도 어느 쪽에 배치되고, 상기 제1 방향을 향함에 따라, 입사되는 빛의 투과율이 상승하는 특성 및, 당해 빛의 반사 효율이 저감되는 특성 중 어느 것을 갖는 투과광량 조정층을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 일 실시 형태에 의하면, 제1 출사측 회절 격자 자체가 상기 특성을 갖는 경우와 동일하게, 허상 표시 장치로부터의 출사광량을 제1 방향에 있어서 균일화할 수 있기 때문에, 제1 방향에 있어서 각각 상이한 위치에서, 대략 동일한 휘도의 화상을 시인할 수 있다. 　
상기 일 실시 형태에서는, 상기 표시 광속은, 10㎚ 이상의 파장폭을 갖는 적어도 1개의 색광을 포함하는 것이 바람직하다.
이러한 색광으로서는, 빨강, 초록 및 파랑의 각각으로 분류되는 빛을 예시할 수 있다. 또한, 10㎚ 이상의 파장폭을 갖는 색광은, 단일의 색으로 분류 가능하면, 파장이 연속하고 있어도 연속하고 있지 않아도 좋다.
여기에서, 파장폭이 비교적 좁은 색광을 포함하는 표시 광속이, 제1 입사측 회절 격자에 입사되는 경우에는, 당해 색광은, 제1 입사측 회절 격자로부터 대략 동일한 회절각으로 회절되어 제1 도광체 내를 진행한다. 이 때문에, 제1 도광체 내를 제1 방향측으로 진행하는 당해 색광의 광로는, 대략 동일해지고, 당해 색광은, 제1 출사면 및 제1 출사측 회절 격자를 통하여, 허상 표시 장치에 있어서 제1 방향으로 대략 등간격의 위치로부터 출사되게 된다. 이러한 경우, 당해 색광에 있어서는, 허상 표시 장치로부터의 출사 위치가 그다지 분산되지 않고, 상기 복수의 반투과층을 갖는 도광체를 채용한 경우의 휘도 변화가 발생할 가능성이 있다.
이에 대하여, 당해 색광이 10㎚ 이상의 파장폭을 가짐으로써, 동일한 색으로 분류되기는 하지만 파장이 상이한 빛이 제1 입사측 회절 격자에 입사되기 때문에, 제1 도광체 내의 광로를 각각 상이하게 할 수 있다. 따라서, 허상 표시 장치에 있어서, 당해 색으로 분류되는 빛의 출사 위치를 확실하게 분산시킬 수 있기 때문에, 상기 휘도 변화의 발생을 확실하게 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 허상 표시 장치의 개략 구성을 나타내는 사시도.
도 2는 상기 제1 실시 형태에 있어서의 허상 표시 장치를 나타내는 횡단면도.
도 3은 상기 제1 실시 형태에 있어서의 허상 표시 장치를 나타내는 종단면도.
도 4는 상기 제1 실시 형태에 있어서의 입사측 도광 장치에 입사된 빛의 광로를 나타내는 개략도.
도 5는 상기 제1 실시 형태에 있어서의 입사측 도광 장치에 입사된 제1∼제3 색광의 광로를 나타내는 개략도.
도 6은 상기 제1 실시 형태에 있어서의 출사측 도광 장치에 입사된 빛의 광로를 나타내는 개략도.
도 7은 상기 제1 실시 형태에 있어서의 출사측 도광 장치에 입사된 빛의 광로를 나타내는 개략도.
도 8은 상기 제1 실시 형태에 있어서의 투사 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 9는 상기 제1 실시 형태에 있어서의 허상 표시 장치의 변형을 나타내는 횡단면도.
도 10은 상기 제1 실시 형태에 있어서의 허상 표시 장치의 변형을 나타내는 종단면도.
도 11은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 허상 표시 장치의 구성 및, 허상 표시 장치로부터 출사되는 빛의 광로를 나타내는 개략도.
도 12는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 허상 표시 장치의 개략 구성을 나타내는 사시도.　
도 13은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 허상 표시 장치의 구성 및, 허상 표시 장치로부터 출사되는 빛의 광로를 나타내는 개략도.
도 14는 상기 제 4 실시 형태에 있어서의 입사측 도광 장치의 구성 및, 입사측 도광 장치를 통과하는 빛의 광로를 나타내는 개략도.
(발명을 실시하기 위한 형태)
[제1 실시 형태]　
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해서, 도면에 기초하여 설명한다.
[허상 표시 장치의 개략 구성]　
도 1은, 본 실시 형태에 따른 허상 표시 장치(1)의 개략 구성을 나타내는 사시도이다. 또한, 도 2 및 도 3은, 각각, 허상 표시 장치(1)를 나타내는 횡단면도 및 종단면도이다. 또한, 도 3에 있어서는, 투사 장치(2)의 도시를 생략하고 있다.
본 실시 형태에 따른 허상 표시 장치(1)는, 도 1∼도 3에 나타내는 바와 같이, 화상을 형성하는 표시 광속을 투사하는 투사 장치(2)와, 당해 표시 광속이 입사되는 입사측 도광 장치(3)와, 당해 입사측 도광 장치(3)와 일부가 서로 대향하는 위치에 배치되어, 입사측 도광 장치(3)로부터 입사되는 표시 광속을 분산시켜 출사하는 출사측 도광 장치(4)를 구비한다. 　
이 허상 표시 장치(1)에서는, 투사 장치(2)로부터 투사된 표시 광속은, 입사측 도광 장치(3)에 입사된다. 입사측 도광 장치(3)에 입사된 표시 광속은, 내면 반사를 반복하면서, 입사측 도광 장치(3)의 장축 방향(후술하는 X방향이며, 본 발명의 제2 방향)으로 진행하여, 외부와의 계면인 출사면(31B)에 도달한다. 이 출사면(31B)에 도달한 표시 광속 중, 일부의 빛은, 당해 출사면(31B)에서 내면 반사되어 상기 장축 방향으로 추가로 진행하지만, 다른 빛은, 외부로 출사되어, 당해 출사면(31B)과 대향하는 출사측 도광 장치(4)로 입사된다. 이 출사측 도광 장치(4)에 입사된 빛은, 상기 장축 방향에 대한 직교 방향(후술하는 Y방향이며, 본 발명의 제1 방향)으로 출사측 도광 장치(4) 내를 내면 반사하면서 진행하여, 외부와의 계면을 구성하는 출사면(41B)에 도달한다. 이 출사면(41B)에 도달한 빛 중, 일부의 빛은, 당해 출사면(41B)에서 내면 반사되어 상기 직교 방향으로 추가로 진행하지만, 다른 빛은, 외부로 출사되어 화상으로서 시인된다. 이러한 화상은, 출사측 도광 장치(4)의 안측에 위치하는 허상으로서 시인된다.
이들 입사측 도광 장치(3) 및 출사측 도광 장치(4)는, 각각, 도광체와, 당해 도광체의 광입사측 및 광출사측에 배치되는 회절 격자를 갖고, 상세하게는 후술하지만, 당해 각 회절 격자가, 입사되는 표시 광속을 구성하는 빛의 입사각과, 당해 빛의 파장에 따른 회절각으로 당해 빛을 분리 및 출사한다. 이에 따라, 복수의 반투과층에서의 반사에 의해 내부를 통과하는 빛의 일부를 순서대로 분리 및 출사하는 도광체에서 관찰되는 휘도 변화의 발생을 억제하여, 허상으로서 시인되는 화상의 열화를 억제하고 있다. 　
이러한 허상 표시 장치(1)의 구성 중, 투사 장치(2)에 대해서는, 후에 상술한다.
또한, 이하의 설명 및 도면에 있어서, X, Y 및 Z방향은, 각각 서로 직교 하는 방향이다. 본 실시 형태에서는, Z방향을 수평 방향을 따르는 일방향으로 하고, X방향을, 수평 방향을 따르고, 또한, Z방향과는 반대측으로부터 보아 왼쪽에서 오른쪽을 향하는 방향으로 하고, Y방향을, 연직 방향과는 반대 방향(아래에서 위를 향하는 방향)으로 한다.
[입사측 도광 장치의 구성]　
입사측 도광 장치(3)는, 투사 장치(2)로부터 입사되는 화상을 출사측 도광 장치(4)로 유도하는 기능을 갖는다. 이 입사측 도광 장치(3)는, 도 1∼도 3에 나타내는 바와 같이, 입사측 도광체(31), 입사측 회절 격자(32) 및 출사측 회절 격자(33)를 갖는다.
입사측 도광체(31)는, 본 발명의 제2 도광체에 상당하는 것이며, 유리 및 수지 등의 투광성 부재에 의해, 장축 방향이 X방향을 따르는 대략 사각 기둥 형상으로 형성되어 있다. 이 입사측 도광체(31)는, X방향측의 일부가 출사측 도광 장치(4)의 일부와 Z방향에 있어서 겹치도록, 당해 출사측 도광 장치(4)와 대향하는 위치에 배치된다. 　
이러한 입사측 도광체(31)는, 각각 XY평면을 따르는 제1면(311) 및 제2면(312)과, 각각 XZ평면을 따르는 제3면(313) 및 제4면(314)과, 각각 YZ평면을 따르는 제5면(315)및 제6면(316)을 갖는다. 이들 중, 투사 장치(2) 및 출사측 도광 장치(4)에 대향하는 제1면(311)을 제외한 각 면(312∼316)에는, 전(全)반사층이 전면에 형성되어 있다. 　
제1면(311)은, 투사 장치(2)로부터의 표시 광속이 입사되는 면이며, 또한, 입사측 도광체(31) 내를 진행한 빛이 출사되는 면이다. 　
상술하면, 제1면(311)에 있어서 출사측 도광 장치(4)와 Z방향에서 겹치지 않는 영역 중, X방향과는 반대측의 영역에, 상기 표시 광속이 입사되는 입사면(31A)(본 발명의 제2 입사면에 상당)이 설정되어 있다.
또한, 제1면(311)에 있어서 출사측 도광 장치(4)와 Z방향에서 겹치는 영역은, 입사측 도광체(31)의 내부를 X방향측으로 진행한 빛이 출사되는 출사면(31B)(본 발명의 제2 출사면에 상당)이 설정되어 있다. 　
또한, 제1면(311)에 있어서, 입사면(31A) 및 출사면(31B) 이외의 영역에는, 상기 전반사층이 형성되어 있다. 　
입사측 회절 격자(32)는, 본 발명의 제2 입사측 회절 격자에 상당하고, 상기 입사면(31A)을 덮도록 부착된다. 이 입사측 회절 격자(32)는, 입사면(31A)으로부터 입사된 빛이 입사측 도광체(31) 내를 반복하여 내면 반사되어 X방향측으로 진행하도록, 당해 빛을 회절한다. 즉, 입사측 회절 격자(32)는, 투사 장치(2)로부터 Z방향으로 투사된 표시 광속이 입사되고, 당해 표시 광속을 구성하는 빛을, 각각의 파장에 따른 회절각으로 회절시켜, 입사면(31A)으로 입사시킨다.
출사측 회절 격자(33)는, 본 발명의 제2 출사측 회절 격자에 상당하고, 상기 출사면(31B)을 덮도록 부착된다. 이 출사측 회절 격자(33)는, 입사측 도광체(31)로부터 입사된 빛이, 출사면(31B)으로부터 출사되는 빛의 진행 방향측(즉, X방향에 직교하는 Z방향과는 반대측)으로 진행하도록, 입사된 빛을 회절한다. 즉, 출사측 회절 격자(33)는, 출사면(31B)으로부터 입사되는 빛(상기 표시 광속을 구성하는 빛)을, 각각의 파장에 따른 회절각으로 회절시켜, 후술하는 출사측 도광 장치(4)의 입사측 회절 격자(42)로 입사시킨다.
이들 입사측 회절 격자(32) 및 출사측 회절 격자(33)는, 입사광의 회절에 관하여, 각각 동일한 특성을 갖는다. 구체적으로, 각 회절 격자(32, 33)는, 각각에 동일한 파장의 빛이 입사되었을 때에, 동일한 회절각으로 회절시키는 특성을 갖는다. 이 때문에, 예를 들면, 적색광으로 분류되는 파장 660㎚의 빛이, 각 회절 격자(32, 33)의 각각에 입사된 경우, 각각의 회절면에 입사되는 빛의 진행 방향에 대한, 당해 회절면으로부터 회절되어 출사되는 빛의 진행 방향의 각도(회절각)는, 각각 동일하다. 다른 파장의 빛(적어도 가시광선 영역의 빛)도 동일하다.
또한, 이들 회절 격자(32, 33)는, 투과형 회절 격자이지만, 홀로그램 시트에 의해 구성해도 좋다.
[입사측 도광 장치에 입사된 화상을 형성하는 표시 광속의 광로]
도 4는, 입사측 도광 장치(3)에 입사된 빛의 광로를 나타내는 개략도이다. 상술하면, 도 4는, 표시 광속에 의해 형성되는 화상의 X방향에 있어서의 일단 및 타단을 형성하는 빛의 광로를 나타내는 도면이다. 　
여기에서, 입사측 도광 장치(3)에 있어서의 표시 광속의 광로에 대해서 설명한다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 투사 장치(2)로부터 투사되는 표시 광속은, 소정의 화각을 갖는다. 이 표시 광속은, 중심축(CA)이 Z방향에 대하여 경사지는 방향(환언하면, 입사측 회절 격자(32)의 회절면에 대하여 경사지는 방향)으로 투사되고, 당해 입사측 회절 격자(32)를 통하여 입사측 도광체(31) 내로 입사된다. 이때, 당해 표시 광속에 의한 화상의 X방향에 있어서의 일단측을 형성하는 소정 파장의 빛(이하, 일단광이라고 함)(L1)은, 도 4에 일점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 당해 입사측 회절 격자(32)의 특성에 따른 회절각으로 회절된 후, 입사측 도광체(31) 내로 입사된다. 또한, 타단측을 형성하는 동파장의 빛(이하, 타단광이라고 함)(L2)은, 도 4에 점선으로 나타내는 바와 같이, 당해 입사측 회절 격자(32)에서 동일한 회절각으로 회절된 후, 입사측 도광체(31) 내로 입사된다. 즉, 일단광(L1) 및 타단광(L2)은, 각각, 입사측 회절 격자(32)에 대한 입사각이 상이한 점에서, 각각 상이한 출사각으로 입사측 회절 격자(32)로부터 회절되고, 입사면(31A)을 통하여 입사측 도광체(31) 내로 도입된다.
입사측 도광체(31) 내로 도입된 상기 일단광(L1)은, 전반사층이 형성된 계면(면(311∼316))에서 내면 반사를 반복하면서, X방향측으로 진행한다. 그리고, 출사면(31B)의 각각의 영역에 도달한 일단광 중, 일부의 빛(소정 비율의 빛)은, 출사면(31B)을 통과하여 출사측 회절 격자(33)에 입사되고, 당해 출사측 회절 격자(33)의 특성에 따른 회절각으로 회절되어 출사된다. 한편, 다른 빛은, 출사면(31B)에서 내면 반사되어, 재차 X방향측으로 진행하고, 상기 계면에서 내면 반사된 후, 재차 출사면(31B)에 입사된다. 그리고, 당해 다른 빛 중, 추가로 일부의 빛이, 출사면(31B) 및 출사측 회절 격자(33)를 통하여 외부로 출사되고, 나머지의 빛이, 당해 출사면(31B)에서 내면 반사된다. 이와 같이 하여, 상기 일단광(L1)은, 입사측 도광체(31)에서 내면 반사되면서 X방향측으로 진행할 때에, 출사면(31B)에 입사될 때마다, 일부의 빛이 외부로 출사된다.
또한, 입사면(31A)에 대하여 경사져 입사측 도광체(31) 내로 도입된 상기 타단광(L2)도, 내면 반사를 반복하면서, X방향측으로 진행한다. 그리고, 출사면(31B)에 입사된 타단광(L2) 중, 일부의 빛(소정 비율의 빛)은, 출사면(31B)을 통과하여 출사측 회절 격자(33)에 입사되고, 당해 출사측 회절 격자(33)의 특성에 따른 회절각으로 회절되어 출사된다. 한편, 다른 빛은, 출사면(31B)에서 내면 반사되고, 재차 X방향측으로 진행하여, 추가로 상기 계면에서 내면 반사된 후, 재차 출사면(31B)에 입사된다. 이와 같이, 타단광(L2)은, 상기 일단광(L1)과 동일하게, 입사측 도광체(31)에서 내면 반사되면서 X방향측으로 진행할 때에, 출사면(31B)에 입사될 때마다, 일부의 빛이 외부로 출사된다.
이들 빛이 관찰자에게 닿음으로써, 상기 소정의 화각의 화상이 관찰된다.
[입사측 도광 장치에 입사된 각 파장의 빛의 광로]　
여기에서, 회절 격자는, 입사된 빛을, 당해 빛의 파장에 의해 상이한 회절각으로 회절시켜 출사하는 기능을 갖는다. 이 회절각은, 빛의 파장이 클수록 커진다. 　
이 때문에, 입사측 회절 격자(32)에 입사된 표시 광속을 구성하는 각 파장의 빛은, 각각 상이한 각도로 입사측 회절 격자(32)로부터 출사되어, 입사측 도광체(31) 내로 입사된다. 　
도 5는, 입사측 도광 장치(3)에 입사된 표시 광속(PL)을 구성하고, 각각 파장이 상이한 제1 색광(C1), 제2 색광(C2) 및 제3 색광(C3)의 광로를 나타내는 개략도이다. 　
예를 들면, 각각 동일한 색으로 분류되기는 하지만 파장이 상이한 제1 색광(C1)(점선), 제2 색광(C2)(일점 쇄선) 및 제3 색광(C3)(이점 쇄선)이, 입사측 회절 격자(32)에 대하여 입사된 경우, 각각 상이한 회절각으로 회절되는 점에서, 도 5에 나타내는 바와 같이, 입사측 도광체(31) 내로의 각 색광(C1∼C3)의 입사각도 상이하다. 　
이들 각 색광(C1∼C3)이, 입사측 도광체(31) 내를 내면 반사하면서 X방향측으로 진행하고, 당해 각 색광(C1∼C3)의 각각의 일부가, 출사면(31B)으로부터 출사되어, 출사측 회절 격자(33)에 입사되면, 각각 파장에 따른 회절각으로 회절되어 출사된다. 이때, 입사측 회절 격자(32)와 출사측 회절 격자(33)는, 파장에 따른 회절각이 동일한 특성을 갖는 점에서, 출사측 회절 격자(33)로부터의 제1 색광(C1), 제2 색광(C2) 및 제3 색광(C3)의 출사각은, 각각 동일해진다.
이와 같이, 입사되는 빛의 파장에 따라서 입사측 회절 격자(32)로부터의 출사각, 나아가서는, 입사측 도광체(31) 내로의 입사각이 상이한 점에서, 각각의 파장의 빛의 광로는 상이하고, 당해 각각의 파장의 빛은, 출사측 회절 격자(33)로부터 동일한 출사각으로 출사되기는 하지만, 출사면(31B)에 있어서의 각 광의 출사 위치는 상이해진다. 　
여기에서, 예를 들면, 중심축에 대하여 경사지는 복수의 반투과층이 내부에 형성된 도광체에 표시 광속을 입사시키고, 각각의 반투과층에서 반사시킴으로써, 당해 표시 광속의 일부의 빛을 도광체 외로 출사하는 구성에서는, 출사되는 빛의 휘도 변화로부터, 당해 반투과층의 존재가 시인되어 버린다. 또한, 이러한 빛이, 허상으로서 시인되는 화상에 중첩되어 시인되면, 당해 화상이 열화된다.
이에 대하여, 상기 각 색광(C1∼C3)과 같이, 입사측 도광체(31) 내를 X방향측으로 진행한 빛은, 동일한 색으로 분류되는 빛이라도, 당해 빛의 파장에 의해, 출사측 회절 격자(33)에 있어서의 상이한 위치로부터 출사된다. 즉, 표시 광속이, 복수의 색으로 분류되는 소정의 파장폭의 색광을 포함하는 광속이면, 당해 표시 광속에 포함되는 빛은, 출사측 회절 격자(33)에 있어서 각각 상이한 위치로부터 출사된다. 이에 의하면, 당해 출사측 회절 격자(33)로부터 빛을 분산하여 출사할 수 있다. 따라서, 입사측 도광체(31) 내의 구조가 시인되는 바와 같은 사태를 억제할 수 있는 것 외에, 시인되는 화상의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 상세하게는 후술하지만, 출사측 도광 장치(4)의 구성도, 입사측 도광 장치(3)와 동일하다. 이 때문에, 투사 장치(2)는, 비교적 파장폭이 넓은 복수의 색광에 의해 구성되는 표시 광속을, 상기 입사측 도광 장치(3)에 투사한다. 이 투사 장치(2)의 구성은, 후에 상술한다.
[출사측 도광 장치의 구성]　
출사측 도광 장치(4)는, 입사측 도광 장치(3)로부터 입사되는 표시 광속을, 출사측 도광 장치(4)에 대하여 Z방향과는 반대측으로 분산하여 출사함으로써, 당해 표시 광속에 의해 형성되는 화상을 허상으로서 시인시키는 기능을 갖는다. 이러한 출사측 도광 장치(4)는, 입사측 도광 장치(3)와 동일한 구성을 갖고, 구체적으로는, 도 1∼도 3에 나타내는 바와 같이, 출사측 도광체(41), 입사측 회절 격자(42) 및 출사측 회절 격자(43)를 구비한다.
출사측 도광체(41)는, 본 발명의 제1 도광체에 상당하는 것이며, 유리 및 수지 등의 투광성 부재에 의해, 대략 직사각형의 판 형상으로 형성되어 있다. 이 출사측 도광체(41)는, Y방향과는 반대측의 단부가, 출사면(31B)을 덮는 출사측 회절 격자(33)와 Z방향에 있어서 겹치도록, XY평면을 따라 배치된다. 또한, 출사측 도광체(41)에 있어서의 Y방향의 치수는, 출사측 회절 격자(33)에 있어서의 Y방향의 치수보다 크다.
이러한 출사측 도광체(41)는, 각각 XY평면을 따르는 제1면(411) 및 제2면(412)과, 각각 XZ평면을 따르는 제3면(413) 및 제4면(414)과, 각각 YZ평면을 따르는 제5면(415) 및 제6면(416)을 갖는다. 이들 중, 제1면(411) 및 제2면(412)을 제외한 각 면(413∼416)에는, 전반사층이 전면에 형성되어 있다.
제2면(412)에 있어서, 입사측 도광 장치(3)와 Z방향에서 겹치는 영역은, 당해 입사측 도광 장치(3)로부터 출사된 표시 광속이 입사되는 입사면(41A)(본 발명의 제1 입사면에 상당)으로 되어 있다. 이 입사면(41A)에 있어서의 X방향의 치수는, 입사측 도광 장치(3)로부터 출사되는 표시 광속의 전부가 입사되도록, 출사측 회절 격자(33)에 있어서의 X방향의 치수와 대략 일치한다. 이 제2면(412)에 있어서 입사면(41A) 이외의 영역에는, 전반사층이 형성되어 있다.
제1면(411)의 대략 전면은, 출사측 도광체(41) 내를 진행한 빛이 출사되는 출사면(41B)(본 발명의 제1 출사면에 상당)으로 되어 있다.
이러한 출사측 도광체(41)는, 상세하게는 후술하지만, 입사면(41A)으로부터 입사된 표시 광속을, 외부와의 계면(주로 제1면(411) 및 제2면(412))에서 내면 반사시키면서, 입사면(41A)으로부터 멀어지는 방향인 Y방향측으로 진행시킨다. 이때, 출사면(41B)의 각각의 영역으로 입사된 빛의 일부는, 당해 출사면(41B)으로부터 외부로 출사되고, 나머지의 빛은, 당해 출사면(41B)에서 내면 반사되어, 추가로 Y방향측으로 진행한다. 　
입사측 회절 격자(42)는, 본 발명의 제1 입사측 회절 격자에 상당하고, 상기 입사면(41A)을 덮도록, 당해 입사면(41A)에 부착된다. 이 입사측 회절 격자(42)는, 입사면(41A)으로부터 입사된 빛이 출사측 도광체(41) 내를 반복하여 내면 반사되어 Y방향측으로 진행하도록, 당해 빛을 회절한다. 즉, 입사측 회절 격자(42)는, 상기 출사측 회절 격자(33)로부터 입사되는 표시 광속에 포함되는 빛을, 각각의 빛의 파장에 따른 회절각으로 회절시켜, 입사면(41A)에 입사시킨다.
출사측 회절 격자(43)는, 본 발명의 제1 출사측 회절 격자에 상당하고, 상기 출사면(41B)을 덮도록, 당해 출사면(41B)에 부착된다. 이 출사측 회절 격자(43)는, 출사측 도광체(41)로부터 입사된 빛이, 출사면(41B)으로부터 출사되는 빛의 진행 방향측(Y방향으로 직교하는 Z방향과는 반대측)으로 진행하도록, 입사된 빛을 회절한다. 즉, 출사측 회절 격자(43)는, 출사면(41B)으로부터 출사된 빛을, 각각의 빛의 파장에 따른 회절각으로 회절시켜 외부로 출사한다.
여기에서, 입사측 회절 격자(42) 및 출사측 회절 격자(43)는, 상기 회절 격자(32, 33)의 관계와 동일하게, 입사광의 회절에 관하여, 각각 동일한 특성을 갖는다. 이 때문에, 입사측 회절 격자(42)를 통하여 출사측 도광체(41) 내로 입사된 빛은, 당해 출사측 도광체(41)의 출사면(41B)으로부터 출사측 회절 격자(43)로 입사되고, 당해 빛이 입사측 회절 격자(42)로 입사되었을 때의 입사각과 동일한 각도가 되는 출사각으로 출사측 회절 격자(43)로부터 출사된다.
또한, 이들 회절 격자(42, 43)는, 상기 회절 격자(32, 33)와 동일하게 투과형 회절 격자이지만, 홀로그램 시트에 의해 구성해도 좋다.
[출사측 도광 장치에 입사된 빛의 광로]
도 6 및 도 7은, 출사측 도광 장치(4)에 입사된 빛의 광로를 나타내는 개략도이다. 또한, 도 6 및 도 7에 있어서는, 출사측 도광 장치(4)에 입사되는 상기 표시 광속을 구성하는 빛 중, 투사 장치(2)로부터 투사된 표시 광속의 중심축을 따라 상기 입사측 도광 장치(3)에 입사되고, 당해 입사측 도광 장치(3)로부터 출사측 도광 장치(4)에 입사되는 소정 파장의 빛의 광로가 나타나 있다.
입사측 회절 격자(42)에는, 상기 출사측 회절 격자(33)의 대략 전면으로부터, 상기 표시 광속을 구성하는 빛이 입사된다. 구체적으로, 당해 표시 광속의 소정 부위를 형성하는 소정 파장의 빛만으로 언급한 경우라도, 도 6에 나타내는 바와 같이, 당해 소정 파장의 빛은, 출사측 회절 격자(33)의 X방향에 있어서의 복수 개소로부터 입사측 회절 격자(42)로 입사된다. 그리고, 입사측 회절 격자(42)는, 입사된 빛을, 당해 입사측 회절 격자(42)가 갖는 특성 및, 당해 빛의 파장에 따른 회절각으로 회절시켜, 입사면(41A)으로부터 출사측 도광체(41) 내로 입사시킨다. 이때, 당해 입사측 회절 격자(42)는, 입사된 빛의 진행 방향을 Y방향측으로 유도하도록 설정되어 있다. 이 때문에, 출사측 도광체(41) 내로 도입된 빛은, 도 7에 나타내는 바와 같이, Z방향과는 반대측으로 진행함과 함께, Y방향측으로 진행하여, 출사면(41B)의 각각의 영역에 도달한다.
출사면(41B)에 도달한 빛 중, 일부의 빛(소정 비율의 빛)은, 상기와 동일하게, 당해 출사면(41B)으로부터 외부로 출사되고, 당해 출사면(41B)에 배치된 출사측 회절 격자(43)로 입사된다. 또한, 다른 빛은, 당해 출사면(41B)에서 내면 반사되어, Z방향측 및 Y방향측으로 다시 진행한다. 이 빛은, 다른 계면에서 내면 반사되어 재차 출사면(41B)에 입사되고, 당해 빛의 일부가, 추가로 외부로 출사된다. 이와 같이, 출사측 도광체(41) 내로 도입된 빛은, 내면 반사를 반복하면서, Y방향측으로 진행한다.
출사측 회절 격자(43)에 입사된 빛은, 당해 출사측 회절 격자(43)에 대한 빛의 입사각과, 당해 빛의 파장에 따른 회절각으로 회절되어, 출사측 도광 장치(4)에 대하여 Z방향과는 반대측으로 출사된다.
여기에서, 출사측 회절 격자(43)와, 입사측 회절 격자(42)는, 각각 동일한 특성을 갖기 때문에, 출사측 회절 격자(43)는, 입사된 빛을, 당해 빛이 입사측 회절 격자(42)에 입사되었을 때의 입사각과 동일한 각도의 출사각으로 출사한다. 이 때문에, 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 입사측 회절 격자(42)의 회절면에 대하여 경사져 빛이 입사되는 경우에는, 동일한 각도만큼 경사지는 방향으로, 당해 빛이 출사측 회절 격자(43)로부터 출사된다. 이에 따라, 관찰자는, 출사측 회절 격자(43)에 대하여 Z방향과는 반대측이고, 또한, 당해 빛의 입사 범위 내에 위치하고 있으면, 어느 위치에 있어도, 출사되는 빛에 의해 형성되는 화상, 즉, 투사 장치(2)가 입사측 회절 격자(32)에 투사한 화상이, 출사측 도광 장치(4)에 대하여 Z방향측에 위치하는 허상으로서 시인된다.
[투사 장치의 구성]　
도 8은, 투사 장치(2)의 구성을 나타내는 블록도이다. 　
투사 장치(2)는, 화상 정보에 따른 화상을 형성 및 투사한다. 이 투사 장치(2)는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 광원 장치(21), 광변조 장치(22) 및 투사 광학 장치(23)를 갖는다.
이들 중, 광변조 장치(22)는, 광원 장치(21)로부터 출사된 빛을 변조하여, 화상 정보에 따른 화상을 형성한다. 이러한 광변조 장치(22)로서는, 적어도 1개의 투과형 또는 반사형의 액정 패널을 채용할 수 있는 것 외에, 마이크로 미러를 이용한 디바이스(예를 들면 DMD(Digital Micromirror Device))를 채용할 수 있다.
투사 광학 장치(23)는, 광변조 장치(22)에 의해 형성된 화상을, 표시 광속으로서 투사한다. 이때, 투사 광학 장치(23)는, 당해 표시 광속을 상기 입사측 회절 격자(32)의 대략 중앙에 집약시켜 출사한다.
광원 장치(21)는, 상기 광변조 장치(22)에 빛을 출사한다. 여기에서, 상기 회절 격자(32, 33, 42, 43)는, 입사된 표시 광속에 포함되는 각 파장의 빛을, 당해 빛의 파장에 따른 회절각으로 분리 및 출사한다. 이 점에서, 광원 장치(21)는, 소정의 파장폭을 갖는 색광을 출사하여, 광변조 장치에, 당해 색광이 포함되는 화상을 형성시킨다.
구체적으로, 광원 장치(21)는, 빨강, 초록 및 파랑으로 분류되는 각 색광을 포함하는 빛을 출사하지만, 각각의 색광은, 소정의 파장폭(예를 들면 10㎚ 이상의 파장폭)을 갖는 빛에 의해 구성된다. 이 파장폭은, 연속하고 있어도, 연속하고 있지 않아도 좋다. 이러한 빛을 광원 장치(21)가 출사함으로써, 상기 휘도 변화의 발생이 억제되게 된다. 　
또한, 이러한 빛을 출사하는 광원 장치(21)로서는, 초고압 수은 램프 등의 방전 광원 램프를 갖는 구성을 예시할 수 있는 것 외에, LED(Light Emitting Diode)를 갖는 구성을 예시할 수 있다. 　
[제1 실시 형태의 효과]　
이상 설명한 본 실시 형태에 따른 허상 표시 장치(1)에 의하면, 이하의 효과가 있다. 　
입사면(41A)의 광입사측에 위치하는 입사측 회절 격자(42)는, 입사되는 표시 광속을 구성하는 빛이 출사측 도광체(41) 내를 반복하여 내면 반사되어 X방향측으로 진행하도록, 당해 빛을, 각각의 파장마다 상이한 회절각으로 회절한다. 이에 따라, 각각 파장이 상이한 빛은, 각각 상이한 영역에서 내면 반사를 반복하면서, 입사면(41A)으로부터 멀어지는 방향인 Y방향측으로 진행하고, 출사면(41B)에 있어서 각각 상이한 영역에 입사된다. 출사면(41B)의 당해 각 위치로부터 출사된 각각의 빛은, 출사측 회절 격자(43)를 통과할 때에, 각각의 파장에 따른 회절각으로 재차 회절되어 출사된다. 이에 따라, 당해 출사측 회절 격자(43)에 대하여 Z방향에 대향하고, 또한, Y방향에 있어서의 임의의 위치에서, 입사된 빛에 의해 형성되는 화상을, 출사측 도광체(41)에 대한 Z방향측에 위치하는 허상으로서 시인할 수 있다. 　
입사측 회절 격자(42)에 의한 회절에 의해, 출사측 도광체(41) 내로 입사되는 빛의 입사각은, 파장에 따라 상이하다. 이에 따라, 각각의 파장의 빛은, 출사측 도광체(41) 내를 상이한 광로에서 진행하기 때문에, 당해 빛을 출사면(41B)에 있어서의 각각 상이한 위치로부터 분산하여 출사시킬 수 있다.
또한, 입사측 회절 격자(42)를 통하여 입사되는 빛의 입사각은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 표시 광속에 있어서의 위치에 따라 상이하다. 이 점에서, 당해 표시 광속을 구성하는 빛의 위치에 따라서, 출사측 도광체(41) 내에서의 광로를 상이하게 할 수 있다. 이에 따라, 출사면(41B)에 있어서의 각각의 빛의 입사 위치를 상이하게 할 수 있고, 나아가서는, 당해 빛을 출사면(41B) 및 출사측 회절 격자(43)를 통하여, 분산하여 출사 시킬 수 있다. 또한, 출사면(41B)으로부터 출사된 빛은, 출사측 회절 격자(43)를 통하여 외부로 출사됨으로써, 출사면(41B)으로부터의 빛의 출사각을 파장마다 조정할 수 있다.
이러한 허상 표시 장치(1)에 의하면, Y방향에 대하여 경사지는 복수의 반투과층이 내부에 형성된 도광체에 표시 광속을 입사시켜, 각각의 반투과층에 의해 반사된 빛을 출사하는 구성을 채용한 경우에 발생하는 휘도 변화의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 당해 휘도 변화가 시인되어, 출사되는 빛에 의해 형성되는 화상이 열화되는 것을 억제할 수 있다. 　
입사측 회절 격자(42)와 출사측 회절 격자(43)는, 입사광의 회절에 관하여, 각각 동일한 특성을 갖는다. 이 때문에, 입사측 회절 격자(42)에 의한 회절각과, 출사측 회절 격자(43)에 의한 회절각은, 입사되는 빛의 파장마다 각각 동일해진다. 이에 의하면, 입사측 회절 격자(42)로의 빛의 입사각과, 출사측 회절 격자(43)로부터의 당해 빛의 출사각을, 동일한 각도로 할 수 있다. 따라서, 허상 표시 장치(1)로부터의 빛의 출사각을 용이하게 조정할 수 있는 것 외에, 당해 빛에 의해 형성되는 화상을 관찰자가 시인하기 쉽게 할 수 있다. 　
입사측 도광체(31)는, 내부에 입사된 빛을 반복하여 내면 반사시켜 X방향측으로 진행시킴과 함께, 외부와의 계면인 출사면(31B)에서 내면 반사시킬 때에, 일부의 빛을 외부로 출사하고, 상기 출사측 도광 장치(4)로 입사시킨다. 이에 의하면, 입사측 도광체(31)가 X방향으로 길게 형성되고, 출사측 도광체(41)가, X방향 및 Y방향으로 길게 형성되어 있음으로써, 표시 광속을 구성하는 빛을, 입사측 도광 장치(3)에 의해 X방향으로 분산시키고, 당해 출사측 도광 장치(4)에 의해 Y방향으로 분산시켜 출사할 수 있다. 따라서, 표시 광속에 의해 형성되는 화상을 시인 가능한 범위를, X방향 및 Y방향의 각각으로 확대할 수 있다.
입사측 도광 장치(3)는, 상기 입사측 도광체(31)에 더하여, 입사측 회절 격자(32)와, 출사측 회절 격자(33)를 구비한다. 이에 의하면, 입사측 회절 격자(32)를 통하여 표시 광속을 입사측 도광체(31) 내로 입사시킴으로써, 당해 표시 광속에 포함되는 빛의 파장 및 당해 빛의 입사각에 따라서, 각각의 빛이 입사측 도광체(31) 내를 진행할 때의 광로를 상이하게 할 수 있다. 이에 따라, 당해 빛을 출사측 회절 격자(33)에 있어서 각각 상이한 위치에 입사시킬 수 있다. 이 출사측 회절 격자(33)는, 각각 입사된 빛을 파장마다 상이한 회절각으로 회절시키고, 입사측 도광 장치(3)의 외부로 출사시키기 때문에, 당해 빛을 입사측 도광 장치(3)의 외부로, 확실하게 분산하여 출사시킬 수 있는 것 외에, 당해 외부로의 빛의 출사각을 파장마다 조정할 수 있다. 따라서, 출사측 도광 장치(4)에 입사시키는 표시 광속을, X방향으로 확실하게 분산하여 출사시킬 수 있다.
출사면(31B)과 입사면(41A)은, 서로 대향하는 위치에 배치되기 때문에, 입사측 도광 장치(3)의 출사측 회절 격자(33)로부터 출사된 빛을, 출사측 도광 장치(4)의 입사측 회절 격자(42)로 입사시키기 쉽게 할 수 있다.
또한, 입사측 회절 격자(32)에 입사된 빛이 출사될 때의 회절각과, 출사측 회절 격자(33)에 입사된 빛이 출사될 때의 회절각은, 당해 빛의 파장마다 동일해진다. 이에 의하면, 입사측 회절 격자(42) 및 출사측 회절 격자(43)의 관계와 동일하게, 입사측 회절 격자(32)에 대한 빛의 입사각과, 출사측 회절 격자(33)로부터의 빛의 출사각을, 동일한 각도로 할 수 있다. 따라서, 입사측 도광 장치(3)로부터 출사측 도광 장치(4)에 입사되는 빛의 진행 방향을 파악하기 쉽게 할 수 있어, 입사측 도광 장치(3)로부터 출사측 도광 장치(4)로, 빛을 확실하게 입사시킬 수 있다. 　
여기에서, 파장폭이 비교적 좁은 색광을 포함하는 표시 광속이, 입사측 회절 격자(32), 나아가서는, 입사측 회절 격자(42)에 입사되는 경우에는, 당해 색광은, 각각 대략 동일한 회절각으로 회절되어 입사측 도광체(31) 및 출사측 도광체(41)에 입사된다. 이 때문에, 동일한 색으로 분류되기는 하지만 각각 파장이 상이한 빛은, 도광체(31, 41) 내를 대략 동일한 광로에서 진행하기 때문에, 출사면(31B, 41B)에 있어서의 대략 동일한 위치에 입사된다. 이러한 경우, 동일한 색으로 분류되는 빛이, 출사면(31B, 41B)에 있어서의 대략 동일한 위치로부터 출사되어 버리기 때문에, 당해 빛이 분산되지 않고, 상기 복수의 반투과층을 갖는 도광체를 채용한 경우의 휘도 변화가 발생할 가능성이 있다.
이에 대하여, 각각의 색광이 상기 소정의 파장폭(10㎚ 이상의 파장폭)을 가짐으로써, 입사측 회절 격자(32, 42)를 통하여 입사면(31A, 41A)에 입사될 때의 입사각을 상이하게 할 수 있다. 이에 따라, 도광체(31, 41) 내에 있어서, 동일한 색으로 분류되기는 하지만 파장이 상이한 색광의 광로를 상이하게 할 수 있어, 각각의 색광의 출사면(31B, 41B)으로의 입사 위치를 상이하게 할 수 있다. 따라서, 출사면(31B, 41B)에 있어서, 각각의 색광의 출사 위치를 분산시킬 수 있기 때문에, 당해 휘도 변화의 발생을 억제할 수 있고, 나아가서는, 시인되는 화상의 열화를 억제할 수 있다. 　
[제1 실시 형태의 변형]　
상기 허상 표시 장치(1)에서는, 내면 반사를 반복하여 진행하는 빛은, 출사면(31B, 41B)에 도달할 때마다, 소정 비율의 빛이 외부로 출사되고, 나머지의 빛이 내면 반사되는 점에서, 출사면(31B, 41B)으로부터 출사되는 빛의 광량(휘도)은, 도광체(31, 41) 내를 진행하는 빛의 진행 방향을 향함에 따라 적어진다(낮아진다). 구체적으로, 출사측 회절 격자(33)로부터의 출사광량은, 입사면(31A)으로부터 멀어지는 X방향을 향함에 따라 적어지고, 또한, 출사측 회절 격자(43)로부터의 출사광량은, 입사면(41A)으로부터 멀어지는 Y방향을 향함에 따라 적어진다. 이 때문에, X방향과는 반대측이고, 또한, Y방향과는 반대측에서 시인되는 화상에 비해, X방향측이고, 또한, Y방향측에서 시인되는 화상의 휘도는 낮아진다. 　
이와 같이, 관찰 위치에 따라, 관찰되는 화상의 휘도가 상이하다는 현상이 발생한다. 　
이에 대하여, 출사측 회절 격자(33, 43)의 회절 효율을, 부위에 따라 상이하게 해도 좋다.
예를 들면, 출사측 회절 격자(33)를, 입사측 도광체(31) 내에 있어서의 빛의 진행 방향인 X방향을 향함에 따라, 회절 효율이 상승하는 특성을 갖는 구성으로 해도 좋다. 이와 같이 구성된 출사측 회절 격자(33)에서는, 당해 X방향을 향함에 따라, 입사광의 광량에 대한 출사광의 광량의 비율이 높아진다. 환언하면, 당해 출사측 회절 격자(33)는, X방향을 향함에 따라, 입사되는 빛의 투과율이 상승하고, 또한, 당해 빛의 반사 효율이 저감되는 특성을 갖는다. 이에 따라, 입사측 도광 장치(3)(출사측 회절 격자(33))로부터 출사되는 빛의 광량을, X방향에서 대략 균일하게 할 수 있다.
마찬가지로, 출사측 회절 격자(43)를, 출사측 도광체(41) 내에 있어서의 빛의 진행 방향인 Y방향을 향함에 따라, 회절 효율이 상승하는 특성을 갖는 구성으로 해도 좋다. 이와 같이 구성된 출사측 회절 격자(43)에서는, 당해 Y방향을 향함에 따라, 입사광의 광량에 대한 출사광의 광량의 비율이 높아진다. 환언하면, 당해 출사측 회절 격자(43)는, Y방향을 향함에 따라, 입사되는 빛의 투과율이 상승하고, 또한, 당해 빛의 반사 효율이 저감되는 특성을 갖는다. 이에 따라, 출사측 도광 장치(4)(출사측 회절 격자(43))로부터 출사되는 빛의 광량을, Y방향에서 대략 균일하게 할 수 있다. 　
도 9 및 도 10은, 상기 허상 표시 장치(1)의 변형인 허상 표시 장치(1A)의 구성과, 당해 허상 표시 장치(1A)를 구성하는 입사측 도광 장치(3A) 및 출사측 도광 장치(4A)를 통과하는 빛의 광로를 나타내는 개략도이다. 이들 중, 도 9는, XZ평면에서의 허상 표시 장치(1A)의 구성을 나타내고, 도 10은, YZ평면에서의 허상 표시 장치(1A)의 구성을 나타내고 있다. 또한, 이들 도 9 및 도 10에 있어서는, 투사 장치(2)의 도시를 생략하고 있다.
또한, 예를 들면, 도 9 및 도 10에 나타내는 허상 표시 장치(1A)와 같이, 출사면(31B)과 출사측 회절 격자(33)와의 사이 및, 출사면(41B)과 출사측 회절 격자(43)와의 사이에, 투과광량 조정층(34, 44)을 배치해도 좋다.
이 허상 표시 장치(1A)는, 허상 표시 장치(1)와 동일하게, 투사 장치(2), 입사측 도광 장치(3A) 및 출사측 도광 장치(4A)를 구비한다. 이들 중, 입사측 도광 장치(3A)는, 출사면(31B)과 출사측 회절 격자(33)와의 사이에 투과광량 조정층(34)이 배치되어 있는 것 외에는, 상기 입사측 도광 장치(3)와 동일한 구성 및 기능을 갖는다. 또한, 출사측 도광 장치(4A)는, 출사면(41B)과 출사측 회절 격자(43)와의 사이에 투과광량 조정층(44)이 배치되어 있는 것 외에는, 상기 출사측 도광 장치(4)와 동일한 구성을 갖는다. 　
투과광량 조정층(34)은, 입사측 도광체(31) 내에 있어서의 빛의 진행 방향인 X방향을 향함에 따라, 입사되는 빛의 투과율이 상승하는 특성 및, 당해 빛의 반사 효율이 저감되는 특성 중 어느 것을 갖는다. 이 투과광량 조정층(34)에 의해, 도 9에 나타내는 바와 같이, 출사면(31B)에 있어서의 X방향의 각각의 출사 위치로부터, 투과광량 조정층(34) 및 출사측 회절 격자(33)를 통하여 외부로 출사되는 빛의 광량을, 각각 대략 동일하게 할 수 있다.
또한, 투과광량 조정층(44)은, 출사측 도광체(41) 내에 있어서의 빛의 진행 방향인 Y방향을 향함에 따라, 입사되는 빛의 투과율이 상승하는 특성 및, 당해 빛의 반사 효율이 저감되는 특성중 어느 것을 갖는다. 이 투과광량 조정층(44)에 의해, 도 10에 나타내는 바와 같이, 출사면(41B)에 있어서의 Y방향의 각각의 출사 위치로부터, 투과광량 조정층(44) 및 출사측 회절 격자(43)를 통하여 외부로 출사되는 빛의 광량을, 각각 대략 동일하게 할 수 있다. 　
따라서, 출사측 회절 격자(33, 43)가, 도광체(31, 41) 내에 있어서의 빛의 진행 방향을 향함에 따라, 회절 효율이 상승하는 특성을 가짐으로써, 혹은, 상기 투과광량 조정층(34, 44)이 각 도광 장치(3A, 4A)에 형성됨으로써, 출사측 회절 격자(43)에 대향하는 임의의 위치에서 각각 관찰되는 화상의 휘도를 균일화할 수 있다.
또한, 상기 투과광량 조정층(34)은, 출사측 회절 격자(33)의 광출사측에 배치되어 있어도 좋고, 광입사측 및 광출사측의 각각에 배치되어 있어도 좋다.
마찬가지로, 상기 투과광량 조정층(44)은, 출사측 회절 격자(43)의 광출사측에 배치되어 있어도 좋고, 광입사측 및 광출사측의 각각에 배치되어 있어도 좋다.
[제2 실시 형태]　
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다.
본 실시 형태에 따른 허상 표시 장치는, 상기 허상 표시 장치(1)와 동일한 구성에 더하여, 출사측 도광 장치(4)를 구성하는 출사측 회절 격자(43)의 광출사측에, 당해 출사측 회절 격자(43)로부터 출사된 빛의 진행 방향을 조정하는 방향 조정층이 배치되어 있다. 이 점에서, 본 실시 형태에 따른 허상 표시 장치는, 상기 허상 표시 장치(1)와 상위하다. 또한, 이하의 설명에서는, 이미 설명한 부분과 동일 또는 대략 동일한 부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.
도 11은, 본 실시 형태에 따른 허상 표시 장치(1B)의 구성 및, 당해 허상 표시 장치(1B)로부터 출사되는 빛의 광로를 나타내는 개략도이다. 또한, 도 11에서는, 투사 장치(2)의 도시를 생략하고 있다.
본 실시 형태에 따른 허상 표시 장치(1B)는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 상기 출사측 도광 장치(4)를 대신하여 출사측 도광 장치(4B)를 갖는 것 외에는, 상기 허상 표시 장치(1)와 동일한 구성 및 기능을 갖는다. 또한, 출사측 도광 장치(4B)는, 상기 출사측 도광 장치(4)의 구성에 더하여, 방향 조정층(45)을 추가로 갖는다. 　
방향 조정층(45)은, 출사측 회절 격자(43)의 광출사측에 위치하고, 당해 출사측 회절 격자(43)를 덮도록 배치되어 있다. 이 방향 조정층(45)은, 출사측 회절 격자(43)로부터 입사되는 빛의 진행 방향을 조정하는 기능을 갖는다. 구체적으로, 방향 조정층(45)은, 투사 장치(2)로부터 투사된 표시 광속의 중심이 되는 빛(상기 중심광이며, 화상의 중심을 형성하는 빛)이, 당해 방향 조정층(45)의 법선 방향(출사측 회절 격자(43)의 법선 방향)을 따라 출사되도록, 당해 방향 조정층(45)을 통과하는 모든 빛의 진행 방향을 조정한다. 이러한 방향 조정층(45)은, 복수의 미소한 프리즘이 형성된 프리즘 시트에 의해 구성할 수 있다. 　
[제2 실시 형태의 효과]　
이상 설명한 본 실시 형태에 따른 허상 표시 장치(1B)에 의하면, 상기 허상 표시 장치(1)와 동일한 효과를 나타낼 수 있는 것 외에, 이하의 효과를 나타낼 수 있다. 　
방향 조정층(45)이 출사측 회절 격자(43)의 광출사측에 배치되어 있음으로써, 당해 출사측 회절 격자(43)로부터 출사되는 상기 중심광의 진행 방향이, 당해 출사측 회절 격자(43)의 법선(즉, 출사면(41B)의 법선)을 따르지 않는 경우라도, 당해 중심광이 출사측 회절 격자(43)의 법선 및 출사면(41B)의 법선을 따라 출사되도록, 당해 방향 조정층(45)을 통과하는 빛의 진행 방향을 조정할 수 있다. 따라서, 출사측 회절 격자(43) 및 출사면(41B)에 대하여 시방향을 경사시키는 일 없이, 출사측 도광 장치(4B)로부터 출사된 빛에 의해 형성되는 화상을 시인할 수 있기 때문에, 당해 화상을 시인하기 쉽게 할 수 있다. 　
또한, 이러한 허상 표시 장치(1B)가 갖는 출사측 회절 격자(33, 43)를, 상기 제1 실시 형태의 변형으로 나타낸 특성을 갖는 구성으로 해도 좋다. 또한, 당해 허상 표시 장치(1B)가, 상기 투과광량 조정층(34, 44)을 갖는 구성으로 해도 좋다. 이들의 경우, 어느 관찰 위치에 있어서도, 각각 대략 동일한 휘도의 화상을 시인할 수 있다는 효과를 향수(享受)할 수 있다. 　
[제3 실시 형태]　
다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해서 설명한다.
본 실시 형태에 따른 허상 표시 장치는, 상기 허상 표시 장치(1)와 동일한 구성을 갖는다. 여기에서, 당해 허상 표시 장치(1)에 있어서는, 투사 장치(2)는, 입사측 도광 장치(3)에 대하여 Z방향과는 반대측에 위치하고, Z방향으로 상기 표시 광속을 투사하는 구성이었다. 이에 대하여, 본 실시 형태에 따른 허상 표시 장치에서는, 투사 장치는, 입사측 도광 장치(3)에 대하여 Y방향측에 위치하고, Y방향과는 반대 방향으로 상기 표시 광속을 투사한다. 이 점에서, 본 실시 형태에 따른 허상 표시 장치와, 상기 허상 표시 장치(1)는 상위하다. 또한, 이하의 설명에서는, 이미 설명한 부분과 동일 또는 대략 동일한 부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다. 　
도 12는, 본 실시 형태에 따른 허상 표시 장치(1C)의 개략 구성을 나타내는 사시도이다.
본 실시 형태에 따른 허상 표시 장치(1C)는, 도 12에 나타내는 바와 같이, 투사 장치(2), 입사측 도광 장치(3C) 및 출사측 도광 장치(4C)와, 이들을 내부에 수납하는 케이스체(5)를 구비하고, 상기 허상 표시 장치(1)와 동일한 기능을 갖는다.
또한, 본 실시 형태에서는, X, Y 및 Z방향은, 상기 제1 및 제2 실시 형태에서 나타낸 X, Y 및 Z방향과 각각 동일한 방향으로 한다.
투사 장치(2)는, 본 실시 형태에서는, 표시 광속의 투사 방향이 Y방향과는 반대 방향이 되도록, 입사측 도광 장치(3C)의 Y방향측에 위치한다.
입사측 도광 장치(3C)는, 상기 입사측 도광 장치(3)와 동일하게, 장축 방향이 X방향을 따르는 입사측 도광체(31)와, 입사측 회절 격자(32) 및 출사측 회절 격자(33)를 구비한다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 입사측 회절 격자(32)는, 입사측 도광체(31)에 있어서 Y방향측을 향하는 제3면(313)에 있어서의 X방향과는 반대측의 영역인 입사면(31A)을 덮도록 부착되고, 출사측 회절 격자(33)는, 당해 제3면(313)에 있어서의 X방향측의 영역인 출사면(31B)을 덮도록 부착되어 있다. 그리고, 각 면(311, 312, 314∼316)의 전면과, 제3면(313)에 있어서의 입사면(31A) 및 출사면(31B) 이외의 영역에는, 전반사층이 형성되어 있다. 즉, 입사측 도광 장치(3C)는, 입사측 도광체(31)의 제1면(311)이 Y방향측을 향하도록 배치한 입사측 도광 장치(3)와 동일한 구성이다.
이러한 입사측 도광 장치(3C)에 대하여 투사 장치(2)로부터 투사된 표시 광속은, 각각 Y방향측을 향하는 입사측 회절 격자(32) 및 입사면(31A)을 통하여, 입사측 도광체(31) 내에 입사되어, 내면 반사를 반복하면서 X방향측으로 진행하고, 동일하게 Y방향측을 향하는 출사면(31B) 및 출사측 회절 격자(33)를 통하여, 출사측 도광 장치(4C)를 향해 출사된다.
출사측 도광 장치(4C)는, 상기 출사측 도광 장치(4)와 동일하게, XY평면을 따라 배치되는 대략 직사각형 판 형상의 출사측 도광체(41), 입사측 회절 격자(42) 및 출사측 회절 격자(43)를 갖는다. 그러나, 본 실시 형태에 있어서는, 입사측 회절 격자(42)는, 출사측 도광체(41)에 있어서 Y방향과는 반대측의 제4면(414)에 부착되어 있고, 당해 제4면(414)이, 출사측 도광체(41)에 있어서의 입사면(41A)이 되어 있다. 또한, 출사측 회절 격자(43)는, 출사측 도광체(41)에 있어서 Z방향과는 반대측의 제1면(411)에 부착되어 있고, 당해 제1면(411)이, 출사측 도광체(41)에 있어서의 출사면(41B)이 되어 있다.
또한, 다른 면(412, 413, 415, 416)의 전면에는, 각각 전반사층이 형성되어 있다.
이러한 출사측 도광 장치(4C)에 있어서, 출사측 회절 격자(33)로부터 입사측 회절 격자(42)를 통하여 출사측 도광체(41) 내로 입사된 빛은, 전반사층이 형성된 411∼413, 415, 416(주로는 제2면(412)과 출사면(41B)과의 사이)에서 내면 반사를 반복하면서 Y방향측으로 진행한다. 이때, 출사면(41B)에 도달한 빛의 일부(소정 비율의 빛)가, 상기와 동일하게, 출사면(41B)으로부터 출사되고, 다른 빛이, 당해 출사면(41B)에서 내면 반사되고, 추가로 Y방향측으로 진행하여, 재차 출사면(41B)에 입사된다. 이와 같이 하여 출사면(41B)으로부터 출사된 빛은, 출사측 회절 격자(43)를 통하여, 허상 표시 장치(1C) 밖으로 출사된다.
이와 같이 하여, 상기 허상 표시 장치(1C)로부터 출사된 빛에 의한 화상은, 상기 허상 표시 장치(1)로부터 출사된 빛에 의한 화상과 동일하게, X방향 및 Y방향에 있어서의 각각의 관찰 위치에서, 허상으로서 시인된다. 　
[제3 실시 형태의 효과]　
이상 설명한 본 실시 형태에 따른 허상 표시 장치(1C)에 의하면, 상기 허상 표시 장치(1)와 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
또한, 이러한 허상 표시 장치(1C)가 갖는 출사측 회절 격자(33, 43)를, 상기 제1 실시 형태의 변형으로 나타낸 특성을 갖는 구성으로 해도 좋다. 또한, 당해 허상 표시 장치(1C)가, 상기 투과광량 조정층(34, 44)을 갖는 구성으로 해도 좋다. 이들의 경우, 어느 관찰 위치에 있어서도, 각각 대략 동일한 휘도의 화상을 시인할 수 있다는 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 방향 조정층(45)을, 출사측 회절 격자(43)의 광출사측에 배치해도 좋다. 　
[제4 실시 형태]　
다음으로, 본 발명의 제4 실시 형태에 대해서 설명한다.
본 실시 형태에 따른 허상 표시 장치는, 상기 허상 표시 장치(1B)와 동일한 구성을 갖는다. 여기에서, 당해 허상 표시 장치(1B)에서는, 입사측 회절 격자(32, 42) 및 출사측 회절 격자(33, 43)는, 각각 투과형 회절 격자에 의해 구성되고, 각각 입사면(31A, 41A) 및 출사면(31B, 41B)에 대향하는 위치에 배치되어 있었다. 이에 대하여, 본 실시 형태에 따른 허상 표시 장치에서는, 입사측 회절 격자 및 출사측 회절 격자는, 각각 반사형 회절 격자에 의해 구성되고, 입사측 도광체(31) 및 출사측 도광체(41)에 대한 위치가 상이하다. 이 점에서, 본 실시 형태에 따른 허상 표시 장치와 상기 허상 표시 장치(1B)는 상위하다. 또한, 이하의 설명에서는, 이미 설명한 부분과 동일 또는 대략 동일한 부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.
도 13은, 본 실시 형태에 따른 허상 표시 장치(1D)의 구성 및, 당해 허상 표시 장치(1D)로부터 출사되는 빛의 광로를 나타내는 개략도이다.
본 실시 형태에 따른 허상 표시 장치(1D)는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 투사 장치(2)(도시 생략)와, 당해 투사 장치(2)로부터 표시 광속이 입사되는 입사측 도광 장치(3D)와, 당해 표시 광속이 입사측 도광 장치(3D)를 통하여 입사되는 출사측 도광 장치(4D)를 구비하고, 당해 허상 표시 장치(1B)와 동일한 기능을 갖는다. 　
도 14는, 입사측 도광 장치(3D)의 구성 및, 입사측 도광 장치(3D)를 통과하는 빛의 광로를 나타내는 개략도이다. 　
입사측 도광 장치(3D)는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 제2 도광체에 상당하는 입사측 도광체(31)와, 제2 입사측 회절 격자에 상당하는 입사측 회절 격자(32D)와, 제2 출사측 회절 격자에 상당하는 출사측 회절 격자(33D)와, 투과광량 조정층(34)을 갖고, 상기 입사측 도광 장치(3A)와 동일한 기능을 갖는다.
입사측 도광체(31)는, 상기와 같이, 장축 방향이 X방향을 따르는 대략 사각기둥 형상으로 형성되어 있다. 이 입사측 도광체(31)에 있어서의 제1면(311)의 X방향과는 반대측의 영역에는, 투사 장치(2)로부터 표시 광속이 입사되는 입사면(31A)이 설정되고, X방향측의 영역에는, 출사측 도광 장치(4D)를 향해 표시 광속을 출사하는 출사면(31B)이 설정되어 있다. 또한, 입사측 도광체(31)의 각 면(312∼316) 중, 면(313∼316)에는, 전반사층이 형성되어 있지만, 제1면(311) 및 당해 제1면(311)과는 반대측에 위치하는 제2면(312)에는, 일부(입사측 회절 격자(32D)와 출사측 회절 격자(33D) 및 투과광량 조정층(34)과의 사이)를 제외하고, 전반사층이 형성되어 있지 않다. 　
입사측 회절 격자(32D)는, 반사형 회절 격자에 의해 구성되고, 제2면(312)과 대향하는 위치에 배치되어 있다. 상술하면, 입사측 회절 격자(32D)는, 입사측 도광체(31)를 사이에 끼우고 입사면(31A)과 대향하는 위치에 배치되어 있다. 이 입사측 회절 격자(32D)에는, 입사면(31A)을 통하여 입사측 도광체(31) 내로 입사된 표시 광속이 입사된다. 그리고, 입사측 회절 격자(32D)는, 입사된 표시 광속을 구성하는 빛을, 당해 빛의 파장에 따른 회절각 및, 당해 입사측 회절 격자(32D)의 입사면에 대한 입사각에 따른 각도로 회절하고, 입사측 도광체(31)의 다른 면(예를 들면 제1면(311))에 임계각 이상의 각도로 입사되도록, 당해 빛을 반사시킨다. 이러한 입사측 회절 격자(32D)에 의해 반사된 빛은, 입사측 도광체(31) 내를 반복하여 내면 반사하면서, X방향측으로 진행한다.
출사측 회절 격자(33D)는, 입사광의 회절에 관하여 상기 입사측 회절 격자(32D)와 동일한 특성을 갖는 반사형 회절 격자에 의해 구성되고, 제2면(312)과 대향하는 위치에 배치되어 있다. 상술하면, 출사측 회절 격자(33D)는, 입사측 도광체(31)를 사이에 끼우고 상기 출사면(31B)과 대향하는 위치에 배치되어 있다. 이 출사측 회절 격자(33D)에는, 입사측 도광체(31) 내를 X방향측으로 진행하여 제2면(312)에 입사된 빛의 일부가 입사된다. 그리고, 출사측 회절 격자(33D)는, 파장 및 당해 출사측 회절 격자(33D)의 입사면에 대한 입사각에 따라서, 입사된 빛을 회절하여 반사시킨다. 이 출사측 회절 격자(33D)에 의해 회절된 빛은, 상기 출사면(31B)의 임계각보다 작은 각도로 당해 출사면(31B)에 입사되고, 당해 출사면(31B)으로부터 입사측 도광 장치(3D)의 외부로 출사된다.
투과광량 조정층(34)은, 제2면(312)과 출사측 회절 격자(33D)와의 사이에 배치된다. 이 투과광량 조정층(34)은, 입사되는 빛 중, 일부의 빛을 투과시켜 출사측 회절 격자(33D)에 입사시킴과 함께, 다른 일부의 빛을, 당해 투과광량 조정층(34)에 대한 입사각과 동일한 각도로 반사시킨다. 이 투과광량 조정층(34)은, X방향을 향함에 따라, 입사되는 빛의 반사 효율이 저감되는 특성을 갖는다.
이러한 입사측 도광 장치(3D) 내로 입사면(31A)을 통하여 투사 장치(2)로부터 입사된 표시 광속은, 입사측 회절 격자(32D)에 의해 회절되어 반사되고, 내면 반사를 반복하면서 입사측 도광체(31) 내를 X방향으로 진행한다. 그리고, 제2면(312)에 도달한 표시 광속 중, 일부의 빛은, 투과광량 조정층(34)에서 반사되어 추가로 X방향으로 진행하고, 내면 반사를 반복하여, 재차 제2면(312)에 도달한다. 한편, 제2면(312)에 도달한 표시 광속 중, 다른 빛은, 투과광량 조정층(34)을 통하여 출사측 회절 격자(33D)에 입사되고, 당해 출사측 회절 격자(33D)에 의해 회절되어 반사된다. 이 출사측 회절 격자(33D)에 의해 반사된 빛은, 제2면(312)과는 반대측에 위치하는 출사면(31B)으로부터 Z방향과는 반대 방향으로 출사되어, 출사측 도광 장치(4D)에 입사된다. 이때, 투과광량 조정층(34)은, X방향을 향함에 따라 반사 효율이 저감되는 특성을 갖는 점에서, X방향에 있어서 출사측 회절 격자(33D)에 입사되는 빛의 광량은 대략 동일해지고, 이에 따라, X방향에 있어서 입사측 도광 장치(3D)로부터 출사되는 빛의 광량을 균일화할 수 있다.
출사측 도광 장치(4D)는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 제1 도광체에 상당하는 출사측 도광체(41)와, 제1 입사측 회절 격자에 상당하는 입사측 회절 격자(42D)와, 제1 출사측 회절 격자에 상당하는 출사측 회절 격자(43D)와, 투과광량 조정층(44)과, 방향 조정층(45)을 갖고, 상기 출사측 도광 장치(4B)와 동일한 기능을 갖는다. 　
출사측 도광체(41)는, 상기와 같이, XY평면을 따르는 대략 직사각형 판 형상으로 형성되어 있다. 이 출사측 도광체(41)에 있어서 Z방향측의 면인 제2면(412)의 Y방향과는 반대측의 영역에는, 입사측 도광 장치(3D)로부터 표시 광속이 입사되는 입사면(41A)이 설정되어 있다. 또한, 당해 제2면(412)에 대향하는 제1면(411)의 Y방향측의 영역에는, 출사측 도광체(41) 내를 진행한 표시 광속을 외부로 출사하여, 당해 표시 광속에 의해 형성되는 화상을 시인 가능하게 하는 출사면(41B)이 설정되어 있다. 또한, 출사측 도광체(41)의 각 면(413∼416)에는, 전반사층이 형성되어 있지만, 제1면(411) 및 제2면(412)에는, 전반사층이 형성되어 있지 않다.
입사측 회절 격자(42D)는, 반사형 회절 격자에 의해 구성되고, 제1면(411)의 Y방향과는 반대측의 영역과 대향하는 위치에 배치되어 있다. 상술하면, 입사측 회절 격자(42D)는, 출사측 도광체(41)를 사이에 끼우고 입사면(41A)과 대향하는 위치에 배치되어 있다. 이 입사측 회절 격자(42D)는, 입사면(41A)을 통하여 출사측 도광체(41) 내로 입사된 표시 광속이 입사된다. 그리고, 입사측 회절 격자(42D)는, 상기 입사측 회절 격자(32D)와 동일하게, 입사된 표시 광속을 구성하는 빛을, 당해 빛의 파장에 따른 회절각 및, 당해 입사측 회절 격자(42D)의 입사면에 대한 입사각에 따른 각도로 회절하여, 출사측 도광체(41)의 다른 면(예를 들면 제2면(412))에 임계각 이상의 각도로 입사되도록, 당해 빛을 반사시킨다. 이러한 입사측 회절 격자(42D)에 의해 반사된 빛은, 출사측 도광체(41) 내를 반복하여 내면 반사하면서, Y방향측으로 진행한다. 　
출사측 회절 격자(43D)는, 입사광의 회절에 관하여 상기 입사측 회절 격자(42D)와 동일한 특성을 갖는 반사형 회절 격자에 의해 구성되고, 제2면(412)의 Y방향측의 영역과 대향하는 위치에 배치되어 있다. 상술하면, 출사측 회절 격자(43D)는, 출사측 도광체(41)를 사이에 끼우고 출사면(41B)에 대향하는 위치에 배치되어 있다. 이 출사측 회절 격자(43D)에는, 출사측 도광체(41) 내를 Y방향측으로 진행하여 제2면(412)에 입사된 빛의 일부가 입사된다. 그리고, 출사측 회절 격자(43D)는, 파장 및 당해 출사측 회절 격자(43D)의 입사면에 대한 입사각에 따라서, 입사된 빛을 회절하여 반사시킨다. 이 출사측 회절 격자(43D)에 의해 회절된 빛은, 상기 출사면(41B)의 임계각보다 작은 각도로 당해 출사면(41B)에 입사되고, 당해 출사면(41B)으로부터 출사측 도광 장치(4D), 나아가서는, 허상 표시 장치(1D)의 외부로 출사된다.
투과광량 조정층(44)은, 제2면(412)과 출사측 회절 격자(43D)와의 사이에 배치된다. 이 투과광량 조정층(44)은, 상기 투과광량 조정층(34)과 동일하게, 입사되는 빛 중, 일부의 빛을 투과시켜 출사측 회절 격자(43D)에 입사시킴과 함께, 다른 일부의 빛을, 당해 투과광량 조정층(44)에 대한 입사각과 동일한 각도로 반사시킨다. 이 투과광량 조정층(44)은, Y방향을 향함에 따라, 입사되는 빛의 반사 효율이 저감되는 특성을 갖는다.
방향 조정층(45)은, 출사면(41B)에 따른 위치에서, 당해 출사면(41B)의 광출사측에 배치되어 있다. 이 방향 조정층(45)은, 상기 중심광(표시 광속에 의해 형성되는 화상의 중심을 형성하는 빛)이, 당해 방향 조정층(45)의 법선 방향(출사면(41B)의 법선 방향)을 따라 출사되도록, 당해 방향 조정층(45)을 통과하는 모든 빛의 진행 방향을 조정한다. 　
이러한 출사측 도광 장치(4D)에 입사면(41A)을 통하여 입사측 도광 장치(3D)로부터 입사된 표시 광속은, 입사측 회절 격자(42D)에 의해 회절되어 반사되고, 내면 반사를 반복하면서 출사측 도광체(41) 내를 Y방향으로 진행한다. 그리고, 제2면(412)에 도달한 표시 광속 중, 일부의 빛은, 투과광량 조정층(44)에서 반사되어 추가로 Y방향으로 진행하고, 내면 반사를 반복하여, 재차 제2면(412)에 도달한다. 한편, 제2면(412)에 도달한 표시 광속 중, 다른 빛은, 투과광량 조정층(44)을 통하여 출사측 회절 격자(43D)에 입사되고, 당해 출사측 회절 격자(43D)에 의해 회절되어 반사된다. 이 출사측 회절 격자(43D)에 의해 반사된 빛은, 당해 제2면(412)과는 반대측에 위치하는 출사면(41B)으로부터 Z방향과는 반대 방향으로 출사되고, 이에 따라, 당해 빛은, 허상 표시 장치(1D) 밖으로 출사된다. 이때, 투과광량 조정층(44)은, Y방향을 향함에 따라 반사 효율이 저감되는 특성을 갖는 점에서, Y방향에 있어서 출사측 회절 격자(43D)에 입사되는 빛의 광량은 대략 동일해진다. 이에 따라, 출사측 도광 장치(4D)로부터 출사되는 빛의 광량, 즉, 허상 표시 장치(1D)로부터 출사되는 빛의 광량을, X방향 및 Y방향에 있어서 균일화할 수 있다. 　
[제4 실시 형태의 효과]　
이상 설명한 본 실시 형태에 따른 허상 표시 장치(1D)에 의하면, 상기 허상 표시 장치(1B)와 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
또한, 상기 허상 표시 장치(1D)에서는, 방향 조정층(45)은 생략해도 좋다. 한편, 각 회절 격자(32D, 33D, 42D, 43D)에, 상기 회절 효율의 상승 특성을 설정해도 좋다. 또한, 출사면(31B, 41B)에서, 내면 반사를 반복하면서 도광체(31, 41) 내를 진행하는 빛과, 출사측 회절 격자(33D, 43D)에 의해 회절된 빛이, 구별되어 출사되도록, 소정의 광학 특성을 갖는 층을 위치시켜도 좋다.
[실시 형태의 변형]
본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서의 변형, 개량 등은 본 발명에 포함되는 것이다.
상기 각 실시 형태에서는, 허상 표시 장치(1, 1A∼1D)는, 투사 장치(2)로부터 출사된 빛을 X방향으로 분산시켜 출사하는 입사측 도광 장치(3, 3A, 3C, 3D)와, 당해 입사측 도광 장치(3, 3A, 3C, 3D)로부터 입사되는 빛을 Y방향으로 분산시켜 출사하는 출사측 도광 장치(4, 4A∼4D)를 구비하는 구성으로 했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 허상 표시 장치는, 투사 장치(2)와, 입사측 도광 장치(3, 3A, 3C, 3D) 및 출사측 도광 장치(4, 4A∼4D) 중 어느 것에 의해 구성되어 있어도 좋다.
예를 들면, 도 4 및 도 5에 있어서 나타낸 바와 같이, 입사측 도광 장치(3)는, 투사 장치(2)로부터 입사되는 표시 광속을, 당해 입사측 도광 장치(3)의 장축 방향인 X방향으로 분산시켜 출사한다. 이 때문에, 당해 입사측 도광 장치(3)에 의한 빛의 출사측이면서, X방향을 따라 각각 설정된 복수의 관찰 위치의 각각에 관찰자가 위치하면, 당해 투사 장치(2)로부터 투사된 표시 광속에 의해 형성되는 화상을, 허상으로서 시인할 수 있다.
이때, 입사측 도광 장치(3)는, 장축 방향이 X방향을 따르도록 배치하지 않아도 좋고, 예를 들면, Y방향을 따르도록 배치해도 좋다. 　
한편, 도 7에 있어서 나타낸 바와 같이, 출사측 도광 장치(4)는, 입사측 도광 장치(3)에 의해 X방향으로 분산된 빛이 입사되고, 당해 빛을 Y방향으로 분산시켜 출사한다. 이 때문에, 출사측 도광 장치(4)의 입사측 회절 격자(42)에 상기 표시 광속을 입사시키면, 출사측 도광 장치(4)에 의한 빛의 출사측이면서, Y방향을 따라 각각 설정된 복수의 관찰 위치의 각각에 위치하는 관찰자가, 당해 투사 장치(2)로부터 투사된 표시 광속에 의해 형성되는 화상을 허상으로서 시인할 수 있다. 또한, 당해 입사측 회절 격자(42)에 대하여 서로 겹치지 않도록 동일한 화상 또는 각각 상이한 화상을 입사시키면, X방향에 있어서 각각 상이한 위치에 설정된 관찰 위치에서, 각각 동일한 화상이나, 상이한 화상을 허상으로서 시인할 수 있다.
상기 제1∼제3 실시 형태에서는, 입사측 회절 격자(32, 42)는, 입사측 도광체(31), 출사측 도광체(41)의 입사면(31A, 41A)과 대향하는 위치에 배치되고, 출사측 회절 격자(33, 43)는, 출사면(31B, 41B)과 대향하는 위치에 배치되었다. 그리고, 이들 회절 격자(32, 33, 42, 43)는, 투과형 회절 격자에 의해 구성했다. 또한, 상기 제4 실시 형태에서는, 입사측 회절 격자(32D, 42D)는, 도광체(31, 41)를 사이에 끼우고 입사면(31A, 41A)과 대향하는 위치에 배치되고, 출사측 회절 격자(33D, 43D)는, 도광체(31, 41)를 사이에 끼우고 출사면(31B, 41B)과 대향하는 위치에 배치되었다. 그리고, 이들 회절 격자(32D, 33D, 42D, 43D)는, 반사형 회절 격자에 의해 구성했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 입사측 회절 격자 및 출사측 회절 격자의 각각에 채용되는 2개의 회절 격자 중, 한쪽이 투과형 회절 격자에 의해 구성되고, 다른 한쪽이 반사형 회절 격자에 의해 구성되어 있어도 좋다. 또한, 입사측 도광 장치 및 출사측 도광 장치 중, 한쪽의 도광 장치가 2개의 투과형 회절 격자를 갖고, 다른 한쪽이 2개의 반사형 회절 격자를 갖는 구성으로 해도 좋다. 즉, 각 도광 장치에 있어서의 회절 격자의 특성 및 배치는, 적절하게 변경 가능하다. 　
상기 각 실시 형태에서는, 입사측 회절 격자(32, 32D) 및 출사측 회절 격자(33, 33D)는, 각각 동일한 파장의 빛이 입사되었을 때의 회절각이 동일하다고 하고, 입사측 회절 격자(42, 42D) 및 출사측 회절 격자(43, 43D)도 동일하다고 했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 입사측 회절 격자(32, 32D) 및 출사측 회절 격자(33, 33D)의 각각의 회절각은 상이해도 좋고, 입사측 회절 격자(42, 42D) 및 출사측 회절 격자(43, 43D)의 각각의 회절각은 상이해도 좋다.
상기 각 실시 형태에서는, 입사측 도광체(31)의 출사면(31B)과, 출사측 도광체(41)의 입사면(41A)은, 서로 대향하는 위치에 배치된다고 했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 프리즘이나 다른 도광 부재를 통하여, 출사면(31B)으로부터 출사된 빛을, 입사면(41A)으로 유도하는 구성으로 해도 좋다.
상기 제1∼제3 실시 형태에서는, 관찰자를 향해 빛을 출사하는 출사측 도광 장치(4)에 표시 광속을 유도하는 입사측 도광 장치(3)는, 입사측 도광체(31)의 입사면(31A)에 표시 광속을 입사시키는 입사측 회절 격자(32)와, 당해 입사측 도광체(31)의 출사면(31B)으로부터 입사되는 표시 광속을 회절시키는 출사측 회절 격자(33)를 갖는다고 했다. 또한, 상기 제4 실시 형태에서는, 관찰자를 향해 빛을 출사하는 출사측 도광 장치(4D)로 표시 광속을 유도하는 입사측 도광 장치(3D)는, 입사측 도광체(31) 내에서 반복하여 내면 반사시키고 X방향으로 진행시키도록, 입사면(31A)을 개재하고 입사된 표시 광속을 회절하여 반사시키는 입사측 회절 격자(32D)와, 대향하는 출사면(41B)을 통하여 외부로 출사되도록, 입사측 도광체(31)로부터 입사되는 표시 광속을 회절하는 출사측 회절 격자(33D)를 갖는다고 했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 입사측 도광 장치(3, 3A, 3C, 3D)를 대신하여, 회절 격자(32, 33)를 형성하지 않고, 빛의 진행 방향에 대하여 경사져 배치된 복수의 반투과층(하프 미러)이 내부에 형성되고, 당해 복수의 반투과층의 각각에 의해 분리된 빛을 상기 출사측 도광 장치(4)의 입사측 회절 격자(42)에 입사시키는 구성을 채용해도 좋다. 또한, 입사측 도광 장치(3)에 있어서, 출사측 회절 격자(33)를 대신하여, 부분 반사층을 입사측 도광체(31)에 형성해도 좋다. 이러한 구성에 의해서도, 입사측 도광체(31)에 입사된 표시 광속을 내면 반사시키면서, 당해 도광체(31)의 장축 방향(중심축을 따르는 방향)으로 진행시키고, 당해 부분 반사층에서, 표시 광속을 분산하여 출사할 수 있다. 　
상기 제2 실시 형태에서는, 출사측 도광 장치(4B)를 구성하는 출사측 회절 격자(43)의 광출사측에 방향 조정층(45)을 형성한다고 했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 방향 조정층(45)은 형성되어 있지 않아도 좋다. 한편, 입사측 도광 장치에 방향 조정층(45)을 형성하는 구성으로 해도 좋다. 이 경우, 출사면(31B)의 광출사측(당해 출사면(31B)의 광출사측에 출사측 회절 격자(33)가 배치되어 있는 경우에는, 당해 출사측 회절 격자(33)의 광출사측)에, 방향 조정층(45)을 배치하면 좋다.
또한, 허상 표시 장치(1A)에서는, 입사측 도광 장치(3)에 있어서의 입사측 도광체(31)의 출사면(31B)과 출사측 회절 격자(33)와의 사이 및, 출사측 도광 장치(4)에 있어서의 출사측 도광체(41)의 출사면(41B)과 출사측 회절 격자(43)와의 사이에, 투과광량 조정층(34, 44)이 배치되었다. 또한, 허상 표시 장치(1D)에서는, 입사측 도광 장치(3D)에 있어서의 입사측 도광체(31)의 제2면(312)과 출사측 회절 격자(33D)와의 사이 및, 출사측 도광 장치(4D)에 있어서의 출사측 도광체(41)의 제2면(412)과 출사측 회절 격자(43D)와의 사이에, 투과광량 조정층(34, 44)이 배치되었다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 이러한 투과광량 조정층(34, 44)은, 없어도 좋다.
또한, 출사측 회절 격자(33, 43)는, 당해 회절 격자(33, 43)가 형성되는 도광체에 있어서의 빛의 진행 방향을 향함에 따라, 입사광량에 대한 투과광량의 비율이 높아지는 회절 효율이 상승하는 특성을 갖는다고 했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 이러한 특성도 갖지 않는 구성으로 해도 좋다. 　
상기 각 실시 형태에서는, 투사 장치(2)를 구성하는 광원 장치(21)는, 빨강, 초록 및 파랑으로 분류되고, 각각 10㎚ 이상의 파장폭을 갖는 색광을 포함하는 광속을 출사한다고 했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 당해 광속에 포함되는 색광은, 빨강, 초록 및 파랑의 색광에 한정되지 않고, 다른 색광으로 분류되는 빛이 포함되어 있어도 좋고, 10㎚ 이상의 파장폭을 갖는 색광이면, 단색의 표시 광속(1개의 색으로 분류되는 색광에 의해 구성되는 표시 광속)을 투사 장치(2)가 투사하는 구성이라도 좋다. 또한, 상기 입사측 회절 격자(32, 32D, 42, 42D)에 의해 분리되고, 출사측 회절 격자(33, 33D, 43, 43D)에서 분산되어 출사가능하면, 광원 장치(21)에 의해 출사되고, 나아가서는, 입사측 도광 장치(3, 3D) 및 출사측 도광 장치(4, 4D)에 입사되는 빛의 파장폭은 10㎚ 이하라도 좋고, 단색의 빛이라도 좋다. 　
상기 각 실시 형태에서는, 입사측 도광체(31) 및 출사측 도광체(41)는, 유리 및 수지 등의 투광성 부재에 의해 대략 사각 기둥 형상 및 직사각형 판 형상으로 형성된다고 했다. 즉, 각 도광체(31, 41)는, 중실체(solid body)라고 했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 입사측 도광체(31) 및 출사측 도광체(41) 중 적어도 어느 것이 중공체라도 좋다. 　
상기 각 실시 형태에서는, 출사측 도광체(41)의 제1면(411)에, 빛을 출사하는 출사면(41B)이 설정되어 있었다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 입사측 도광 장치(3, 3A, 3C, 3D) 및 출사측 도광 장치(4, 4A∼4D)에 있어서 빛을 출사하는 면은, 어느 면이라도 좋다. 예를 들면, 제2면(412)에 출사면(41B)을 설정해도 좋고, 나아가서는, 제1면(411) 및 제2면(412)의 각각에 출사면(41B)을 설정하는 등, 복수의 면에 출사면(31B, 41B)을 설정해도 좋다.
상기 제1, 제2 및 제4 실시 형태에서는, 입사측 도광체(31)의 입사면(31A)을 제1면(311)으로 설정하고, 상기 제3 실시 형태에서는, 당해 입사면(31A)을, 제3면(313)으로 설정했다. 또한, 상기 제1, 제2 및 제4 실시 형태에서는, 출사측 도광체(41)의 입사면(41A)을 제2면(412)으로 설정하고, 상기 제3 실시 형태에서는, 당해 입사면(41A)을, 제4면(414)으로 설정했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 입사측 도광체(31)의 입사면(31A)을 제2면(312)으로 설정하고, 제1면(311)의 전면에 출사면(31B)을 설정해도 좋다. 또한, 상기 출사측 도광 장치(4C)와 같이, 출사측 도광체(41)의 제4면(414)에 입사면(41A)을 설정하고, 제1면(411) 전체를 출사면(41B)으로 해도 좋다.
즉, 각 도광체(31, 41)에 있어서의 입사면(31A, 41A) 및 출사면(31B, 41B)의 위치는, 적절하게 설정 가능하다.
상기 각 실시 형태에서는, 허상 표시 장치(1, 1A∼1D)는, 관찰자에게 시인되는 화상을 형성하는 표시 광속을 투사하는 투사 장치(2)를 구비한다고 했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 투사 장치(2)가 별도 장착되어 스크린으로서 기능하는 허상 표시 장치로서 구성해도 좋다.
1, 1A, 1B, 1C, 1D : 허상 표시 장치
31 : 입사측 도광체(제2 도광체)
31A : 입사면(제2 입사면)
31B : 출사면(제2 출사면)
32, 32D : 입사측 회절 격자(제2 입사측 회절 격자)
33, 33D : 출사측 회절 격자(제2 출사측 회절 격자)
34 : 투과광량 조정층
41 : 출사측 도광체(제1 도광체)
41A : 입사면(제1 입사면)
41B : 출사면(제1 출사면)
42, 42D : 입사측 회절 격자(제1 입사측 회절 격자)
43, 43D : 출사측 회절 격자(제1 출사측 회절 격자)
44 : 투과광량 조정층
45 : 방향 조정층

Claims (9)

  1. 제1 입사면을 통하여 내부로 입사되는 표시 광속(display light flux)을 반복하여 내면 반사시키고, 상기 제1 입사면으로부터 멀어지는 제1 방향측으로 진행시킴과 함께, 외부와의 계면 중 적어도 1개의 면으로서 상기 제1 방향으로 연장되는 제1 출사면의 각각의 영역으로부터 상기 표시 광속의 일부의 빛을 외부로 출사하는 제1 도광체와,
    입사되는 빛을 회절하여 상기 제1 도광체 내로 입사시키는 제1 입사측 회절 격자와,
    상기 제1 도광체로부터 입사되는 빛을 회절하는 제1 출사측 회절 격자를 구비하는 것을 특징으로 하는 허상 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 입사측 회절 격자와, 상기 제1 출사측 회절 격자는, 각각 동일한 파장의 빛이 입사되었을 때의 회절각이 동일한 것을 특징으로 하는 허상 표시 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제2 입사면을 통하여 내부로 입사되는 상기 표시 광속을 반복하여 내면 반사시키고, 상기 제1 방향에 대략 직교하는 제2 방향측으로 진행시킴과 함께, 외부와의 계면 중 적어도 1개의 면으로서 상기 제2 방향으로 연장되는 제2 출사면의 각각의 영역으로부터 상기 표시 광속의 일부의 빛을 상기 제1 입사면을 향해 출사하는 제2 도광체를 구비하는 것을 특징으로 하는 허상 표시 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    입사되는 빛을 회절하여 상기 제2 도광체 내로 입사시키는 제2 입사측 회절 격자와,
    상기 제2 도광체로부터 입사되는 빛을 회절하는 제2 출사측 회절 격자를 구비하는 것을 특징으로 하는 허상 표시 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 출사면과, 상기 제1 입사면은, 서로 대향하는 위치에 배치되고,
    상기 제2 입사측 회절 격자와, 상기 제2 출사측 회절 격자는, 각각 동일한 파장의 빛이 입사되었을 때의 회절각이 동일한 것을 특징으로 하는 허상 표시 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 출사면에 따라서 배치되고, 상기 제1 도광체의 외부로 출사되는 빛의 진행 방향을 조정하는 방향 조정층을 갖는 것을 특징으로 하는 허상 표시 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 출사측 회절 격자는, 상기 제1 방향을 향함에 따라, 회절 효율이 상승하는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 허상 표시 장치.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 출사측 회절 격자의 광입사측 및 광출사측 중 적어도 어느 쪽에 배치되고, 상기 제1 방향을 향함에 따라, 입사되는 빛의 투과율이 상승하는 특성 및, 당해 빛의 반사 효율이 저감되는 특성 중 어느 것을 갖는 투과광량 조정층을 구비하는 것을 특징으로 하는 허상 표시 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시 광속은, 10㎚ 이상의 파장폭을 갖는 적어도 1개의 색광을 포함하는 것을 특징으로 하는 허상 표시 장치.
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