KR20160069478A - 화상 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 장치의 대형화를 억제하면서, 회절에 수반되는 회절 각도의 어긋남이 억제된, 고화질의 표시가 가능한 화상 표시 장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 화상 표시 장치(1)는, 영상 신호에 기초하여 변조된 영상광 L1을 생성하는 영상광 생성부(31)와, 영상광 생성부(31)로부터 사출된 영상광 L1을 회절시키는 광 회절부(35)(제1 회절 광학 소자)와, 영상광 L1을 공간적으로 주사하는 광 주사부(36)(광 스캐너)와, 광 주사부(36)에 의해 주사된 영상광 L2를 회절시키는 광 회절부(65)(제2 회절 광학 소자)를 구비하는 반사부(6)를 구비하고, 광 회절부(35)는, 영상광 생성부(31)와 광 주사부(36) 사이의 광로 상에 설치되어 있다. 또한, 광 회절부(35)로서는, 간섭 줄무늬 피치가 일정한 것이 바람직하고, 광 회절부(65)로서는, 간섭 줄무늬 피치가 서로 상이한 부분을 갖고 있는 것이 바람직하다.

Description

화상 표시 장치{IMAGE DISPLAY APPARATUS}

본 발명은, 화상 표시 장치에 관한 것이다.

동공의 망막에 직접 레이저를 조사하고, 사용자에게 화상을 시인시키는 표시 장치로서 헤드 마운트 디스플레이(HMD)가 알려져 있다.

헤드 마운트 디스플레이는, 일반적으로, 광을 출사하는 발광 장치와, 출사한 광이 사용자의 망막을 주사하도록 광로를 변경하는 주사 수단을 구비하고 있다. 이와 같은 헤드 마운트 디스플레이에 의해, 사용자는, 예를 들어 밖의 경치와 주사 수단에 의해 그려지는 화상의 양쪽을 동시에 시인할 수 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에는, 광원과, 광원으로부터 출사된 평행광을 주사하는 주사 수단과, 주사 수단에 의해 주사된 평행광을 중계하여 눈을 향해 출사하는 광학 장치를 구비하는 화상 표시 장치가 개시되어 있다. 이 중, 광학 장치는, 입사된 광이 내부에서 전반사에 의해 전반된 후, 출사하도록 구성된 도광판과, 도광판에 입사된 광이 전반사하도록 광을 회절시키는 제1 회절 격자 부재와, 전반사에 의해 전반된 광이 도광판으로부터 출사할 수 있도록 광을 회절시키는 제2 회절 격자 부재를 구비하고 있는 것이 개시되어 있다.

그러나, 특허문헌 1에 기재된 화상 표시 장치에서는, 주사 수단에 의해 주사된 광이 제1 회절 격자 부재에 입사되도록 되어 있다. 제1 회절 격자 부재에 입사하는 광은, 일정한 면적을 갖는 2차원적인 주사 범위에 걸쳐 주사되기 때문에, 제1 회절 격자 부재는 그 광을 수광할 수 있는 충분한 사이즈를 갖고 있을 필요가 있다. 그 결과, 특허문헌 1에 기재된 화상 표시 장치는, 대형화하는 것이 회피된다.

일본 특허공개 제2014-78022호 공보

본 발명의 목적은, 장치의 대형화를 억제하면서, 회절에 수반되는 회절 각도의 어긋남이 억제된, 고화질의 표시가 가능한 화상 표시 장치를 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적은, 다음의 본 발명에 의해 달성된다.

본 발명의 화상 표시 장치는, 영상 신호에 기초하여 변조된 영상광을 생성하는 영상광 생성부와,

상기 영상광 생성부로부터 사출된 상기 영상광을 회절시키는 제1 회절 광학 소자와,

상기 영상광을 공간적으로 주사하는 광 스캐너와,

상기 광 스캐너에 의해 주사된 상기 영상광이 입사되고, 상기 입사된 상기 영상광을 회절시키는 제2 회절 광학 소자

를 구비하고,

상기 제1 회절 광학 소자는, 상기 영상광 생성부와 상기 광 스캐너 사이의 광로 상에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 제1 회절 광학 소자가 작아도 되기 때문에, 장치의 대형화가 억제되어 있으며, 또한, 회절에 수반되는 회절 각도의 어긋남을 억제할 수 있으므로, 고화질의 표시가 가능한 화상 표시 장치가 얻어진다.

본 발명의 화상 표시 장치에서는, 상기 제2 회절 광학 소자는, 상기 영상광의 입사측의 표면 형상이 상기 제2 회절 광학 소자의 회절 격자와 수직인 방향에서 오목면으로 되어 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 제2 회절 광학 소자가 집광 렌즈와 등가의 기능을 갖기 때문에, 영상광을 관찰자의 눈을 향해 집광시키는 기능이 증강되게 된다. 그 결과, 화각이 크며, 또한 고화질의 영상을 시인시킬 수 있다.

본 발명의 화상 표시 장치에서는, 상기 광 스캐너는, 제1 방향을 따라서 상기 영상광을 주(主) 주사하고, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라서 상기 영상광을 부(副) 주사하고,

상기 제1 회절 광학 소자는, 회절 격자 주기가 일정하며,

상기 제2 회절 광학 소자는, 상기 제2 회절 광학 소자에 입사되는 상기 영상광의 상기 부 주사의 진폭 중심을 통과하는 상기 주 주사의 주사선 상에서 회절 격자 주기가 서로 상이한 부분을 갖는 것이 바람직하다.

이에 의해, 2차원적으로 주사되면서 제2 회절 광학 소자에 투사된 영상광을, 제2 회절 광학 소자에 있어서 관찰자의 눈에 입사시키도록 회절시킬 수 있으므로, 화각이 크며, 또한 고화질의 영상을 시인시킬 수 있다.

본 발명의 화상 표시 장치에서는, 상기 제1 회절 광학 소자의 회절 격자 주기는, 상기 제2 회절 광학 소자에 입사되는 상기 영상광의 상기 부 주사의 진폭 중심을 통과하는 상기 주 주사의 주사선 상에서의 회절 격자 주기의 최댓값과 최솟값의 사이인 것이 바람직하다.

이에 의해, 제2 회절 광학 소자의 거의 전역에 있어서, 제1 회절 광학 소자에서의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭을, 제2 회절 광학 소자에서의 회절에 있어서 충분히 상쇄할 수 있다.

본 발명의 화상 표시 장치에서는, 상기 제1 회절 광학 소자의 회절 격자 주기는, 상기 제2 회절 광학 소자에 입사되는 상기 영상광의 상기 부 주사의 진폭 중심을 통과하는 상기 주 주사의 주사선 상이며, 또한, 상기 주 주사의 진폭 중심의 위치에서의 회절 격자 주기와 동등한 것이 바람직하다.

이에 의해, 제2 회절 광학 소자의 거의 전역에 있어서, 제1 회절 광학 소자에서의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭을, 제2 회절 광학 소자에서의 회절에 있어서 보다 충분히 상쇄할 수 있다.

본 발명의 화상 표시 장치에서는, 상기 제1 회절 광학 소자의 회절 격자 주기는, 상기 제2 회절 광학 소자에 입사되는 상기 영상광의 상기 부 주사의 진폭 중심을 통과하는 상기 주 주사의 주사선 상에서의 회절 격자 주기의 평균값과 동등한 것이 바람직하다.

이에 의해, 제2 회절 광학 소자의 거의 전역에 있어서, 제1 회절 광학 소자에서의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭을, 제2 회절 광학 소자에서의 회절에 있어서 보다 충분히 상쇄할 수 있다.

본 발명의 화상 표시 장치에서는, 상기 제2 회절 광학 소자의 회절 격자의 연장 방향은, 상기 제1 방향과 직교하고 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 제1 회절 광학 소자에서의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭을, 제2 회절 광학 소자에서의 회절에 있어서 보다 확실하게 상쇄할 수 있다.

본 발명의 화상 표시 장치에서는, 상기 광 스캐너와 상기 제2 회절 광학 소자 사이의 광로 상에 설치된 동공 확대 광학계를 더 갖는 것이 바람직하다.

이에 의해, 영상광의 광속 폭(단면적)을 확대할 수 있어, 시인성을 높일 수 있다.

도 1은, 본 발명의 화상 표시 장치의 제1 실시 형태를 구비하는 헤드 마운트 디스플레이의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는, 도 1에 도시한 헤드 마운트 디스플레이의 개략 사시도이다.
도 3은, 도 1에 도시한 화상 표시 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 도 2에 도시한 화상 생성부의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5는, 도 4에 도시한 구동 신호 생성부의 구동 신호의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은, 도 4에 도시한 광 주사부의 평면도이다.
도 7은, 도 6에 도시한 광 주사부의 단면도(X1축을 따른 단면도)이다.
도 8은, 도 3에 도시한 광학 소자의 개략 구성을 나타내는 도면이며, (a)가 정면도, (b)가 평면도, (c)가 우측면도, (d)가 좌측면도이다.
도 9는, 도 8에 도시한 광학 소자에 입사된 영상광의 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은, 광 주사부에 의해 주사된 영상광이, 반사부에 투사됨과 함께 2차원적으로 주사되어 있는 모습의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11은, 도 3에 도시한 화상 표시 장치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는, 본 발명의 화상 표시 장치의 제2 실시 형태의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 13은, 본 발명의 화상 표시 장치의 제3 실시 형태를 구비하는 헤드업 디스플레이의 개략 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 화상 표시 장치에 대하여, 첨부 도면에 나타내는 바람직한 실시 형태에 기초하여 상세히 설명한다.

<제1 실시 형태>

우선, 본 발명의 화상 표시 장치의 제1 실시 형태에 대하여 설명한다.

도 1은, 본 발명의 화상 표시 장치의 제1 실시 형태를 구비하는 헤드 마운트 디스플레이의 개략 구성을 나타내는 도면, 도 2는, 도 1에 도시한 헤드 마운트 디스플레이의 개략 사시도, 도 3은, 도 1에 도시한 화상 표시 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도면, 도 4는, 도 2에 도시한 화상 생성부의 구성을 모식적으로 나타내는 도면, 도 5는, 도 4에 도시한 구동 신호 생성부의 구동 신호의 일례를 나타내는 도면, 도 6은, 도 4에 도시한 광 주사부의 평면도, 도 7은, 도 6에 도시한 광 주사부의 단면도(X1축을 따른 단면도), 도 8은, 도 3에 도시한 광학 소자의 개략 구성을 나타내는 도면이며, (a)가 정면도, (b)가 평면도, (c)가 우측면도, (d)가 좌측면도, 도 9는, 도 8에 도시한 광학 소자에 입사된 영상광의 경로를 설명하기 위한 도면이다.

또한, 도 1 내지 3에서는, 설명의 편의상, 서로 직교하는 3개의 축으로서 X축, Y축 및 Z축을 도시하고 있다. 또한, 그 도시한 화살표의 선단측을 「+(플러스)」, 기단부측을 「-(마이너스)」라 한다. 또한, X축에 평행한 방향을 「X축 방향」, Y축에 평행한 방향을 「Y축 방향」, Z축에 평행한 방향을 「Z축 방향」이라고 한다.

여기서, X축, Y축 및 Z축은, 화상 표시 장치(1)를 관찰자의 머리부 H에 장착 했을 때, X축 방향이 머리부 H의 좌우 방향, Y축 방향이 머리부 H의 상하 방향, Z축 방향이 머리부 H의 전후 방향이 되도록 설정되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 화상 표시 장치(1)를 구비한 헤드 마운트 디스플레이(10: 머리부 장착형 화상 표시 장치)는, 안경과 같은 외관을 이루고, 관찰자의 머리부 H에 장착하여 사용되며, 관찰자에게 허상에 의한 화상을 외계 상(像)과 중첩한 상태로 시인시킨다.

도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 헤드 마운트 디스플레이(10)는, 화상 생성부(3)와 확대 광학계(4)와 반사부(6)를 구비하는 화상 표시 장치(1)와, 프레임(2)을 갖는다.

이 헤드 마운트 디스플레이(10)에서는, 화상 생성부(3)가 영상 신호에 기초하여 변조된 영상광을 생성하고, 확대 광학계(4)가 상기 영상광의 광속 폭(단면적)을 확대하고, 반사부(6)가 확대 광학계(4)에 의해 확대된 영상광을 관찰자의 눈 EY로 유도한다. 이에 의해, 영상 신호에 따른 허상을 관찰자에게 시인시킬 수 있다.

또한, 헤드 마운트 디스플레이(10)는, 화상 표시 장치(1)가 구비하는 화상 생성부(3), 확대 광학계(4), 및 반사부(6)가 각각, 프레임(2)의 우측 및 좌측에 설치되어 있으며, YZ 평면을 기준으로 하여 대칭(좌우 대칭)이 되도록 배치되어 있다. 프레임(2)의 우측에 설치되어 있는 화상 생성부(3), 확대 광학계(4), 및 반사부(6)가 우안용 허상을 형성하고 있으며, 프레임(2)의 좌측에 설치되어 있는 화상 생성부(3), 확대 광학계(4), 및 반사부(6)가 좌안용 허상을 형성하고 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 헤드 마운트 디스플레이(10)는, 프레임(2)의 우측 및 좌측에, 각각 화상 생성부(3), 확대 광학계(4) 및 반사부(6)를 설치하고, 우안용 허상과 좌안용 허상을 형성하는 구성으로 하고 있지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 프레임(2)의 좌측에만 화상 생성부(3), 확대 광학계(4) 및 반사부(6)를 설치하고, 좌안용 허상만을 형성하는 구성으로 하여도 되며, 반대로, 프레임(2)의 우측에만 화상 생성부(3), 확대 광학계(4) 및 반사부(6)를 설치하고, 우안용 허상만을 형성하는 구성으로 하여도 된다. 즉, 헤드 마운트 디스플레이(10)는, 본 실시 형태와 같은 양안 타입의 헤드 마운트 디스플레이(10)에 한정되지 않고, 단안 타입의 헤드 마운트 디스플레이이어도 된다.

이하, 헤드 마운트 디스플레이(10)의 각 부를 차례로 상세히 설명한다.

또한, 2개의 화상 생성부(3), 2개의 확대 광학계(4) 및 2개의 반사부(6)는, 각각 동일한 구성을 갖고 있기 때문에, 이하에서는, 프레임(2)의 좌측에 설치되어 있는 화상 생성부(3), 확대 광학계(4) 및 반사부(6)를 중심으로 설명한다.

≪프레임≫

도 2에 도시한 바와 같이, 프레임(2)은, 안경 프레임과 같은 형상을 이루고, 화상 표시 장치(1)가 구비하는 화상 생성부(3), 확대 광학계(4) 및 반사부(6)를 지지하는 기능을 갖는다.

프레임(2)은, 림(211)과, 셰이드부(212)를 갖는 프론트부(21)와, 프론트부(21)의 좌우 양단으로부터 Z축 방향으로 연장된 템플(22)을 갖는다.

셰이드부(212)는, 외계광의 투과를 억제하는 기능을 갖고, 반사부(6)를 지지하는 부재이다. 셰이드부(212)는, 그 내측에, 관찰자측을 향해 개구하는 오목부(27)를 갖고 있으며, 이 오목부(27)에 반사부(6)가 설치되어 있다. 그리고, 이 반사부(6)를 지지하는 셰이드부(212)가, 림(211)에 의해 지지되어 있다.

또한, 셰이드부(212)의 중앙부에는, 노즈 패드(23)가 설치되어 있다. 노즈 패드(23)는, 관찰자가 헤드 마운트 디스플레이(10)를 머리부 H에 장착했을 때, 관찰자의 코 NS에 접촉하여, 헤드 마운트 디스플레이(10)를 관찰자의 머리부 H에 대하여 지지하고 있다.

템플(22)은, 관찰자의 귀 EA에 걸기 위한 각도가 부여되어 있지 않은 스트레이트 템플이며, 관찰자가 헤드 마운트 디스플레이(10)를 머리부 H에 장착했을 때, 템플(22)의 일부가, 관찰자의 귀 EA에 닿도록 구성되어 있다. 또한, 템플(22)의 내부에는, 화상 생성부(3) 및 확대 광학계(4)가 수용되고 있다.

또한, 템플(22)의 구성 재료로서는, 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 각종 수지 재료나, 수지에 탄소 섬유나 유리 섬유 등의 섬유가 혼합된 복합 재료, 알루미늄이나 마그네슘 등의 금속 재료 등을 사용할 수 있다.

또한, 프레임(2)의 형상은, 관찰자의 머리부 H에 장착할 수 있는 것이면, 도시한 것으로 한정되지 않는다.

≪화상 표시 장치≫

전술한 바와 같이, 화상 표시 장치(1)는, 화상 생성부(3)와, 확대 광학계(4)와, 반사부(6)를 갖고 있다.

이하, 본 실시 형태에 따른 화상 표시 장치(1)의 각 부에 대하여 상세히 설명한다.

[화상 생성부]

도 2에 도시한 바와 같이, 화상 생성부(3)는, 전술한 프레임(2)의 템플(22)에 내장되어 있다.

화상 생성부(3)는, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 영상광 생성부(31)와, 구동 신호 생성부(32)와, 제어부(33)와, 렌즈(34)와, 광 회절부(35)와, 광 주사부(36)를 구비하고 있다.

이와 같은 화상 생성부(3)는, 영상 신호에 기초하여 변조된 영상광을 생성하는 기능과, 광 주사부(36)를 구동하는 구동 신호를 생성하는 기능을 갖는다.

이하, 화상 생성부(3)의 각 부에 대하여 상세히 설명한다.

(영상광 생성부)

영상광 생성부(31)는, 광 주사부(36)(광 스캐너)에서 주사(광 주사)되는 영상광 L1을 생성하는 것이다.

이 영상광 생성부(31)는, 파장이 서로 다른 복수의 광원(광원부)(311R, 311G, 311B)을 갖는 광원부(311)와, 복수의 구동 회로(312R, 312G, 312B)와, 광 합성부(합성부)(313)를 갖는다.

광원부(311)가 갖는 광원(311R)(R 광원)은, 적색광을 사출하는 것이며, 광원(311G)(G 광원)은, 녹색광을 사출하는 것이며, 광원(311B)은, 청색광을 사출하는 것이다. 이러한 3색의 광을 사용함으로써, 풀 컬러의 화상을 표시할 수 있다.

광원(311R, 311G, 311B)에는, 각각 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 레이저 다이오드, LED 등을 사용할 수 있다.

이와 같은 광원(311R, 311G, 311B)은, 각각, 구동 회로(312R, 312G, 312B)와 전기적으로 접속되어 있다.

구동 회로(312R)는, 전술한 광원(311R)을 구동하는 기능을 갖고, 구동 회로(312G)는, 전술한 광원(311G)을 구동하는 기능을 갖고, 구동 회로(312B)는, 전술한 광원(311B)을 구동하는 기능을 갖는다.

이와 같은 구동 회로(312R, 312G, 312B)에 의해 구동된 광원(311R, 311G, 311B)으로부터 사출된 3개(3색)의 광(영상광)은, 광 합성부(313)에 입사한다.

광 합성부(313)는, 복수의 광원(311R, 311G, 311B)으로부터의 광을 합성하는 것이다.

본 실시 형태에서는, 광 합성부(313)는, 2개의 다이크로익 미러(313a, 313b)를 갖는다.

다이크로익 미러(313a)는, 적색광을 투과시킴과 함께 녹색광을 반사하는 기능을 갖는다. 또한, 다이크로익 미러(313b)는, 적색광 및 녹색광을 투과시킴과 함께 청색광을 반사하는 기능을 갖는다.

이와 같은 다이크로익 미러(313a, 313b)를 사용함으로써, 광원(311R, 311G, 311B)으로부터의 적색광, 녹색광 및 청색광의 3색의 광을 합성하여, 1개의 영상광 L1을 형성한다.

여기서, 본 실시 형태에서는, 전술한 광원부(311)는, 광원(311R, 311G, 311B)으로부터의 적색광, 녹색광 및 청색광의 광로 길이가 서로 동등해지도록, 배치되어 있다.

또한, 광 합성부(313)는, 전술한 바와 같은 다이크로익 미러를 사용한 구성에 한정되지 않으며, 예를 들어, 프리즘, 광 도파로, 광 파이버 등으로 구성된 것이어도 된다.

이상과 같은 구성의 영상광 생성부(31)에 의해, 광원부(311)로부터 3색의 영상광이 생성되고, 이러한 영상광이 광 합성부(313)에서 합성되고, 하나의 영상광 L1이 생성된다. 그리고, 영상광 생성부(31)에 의해 생성된 영상광 L1은, 렌즈(34)를 향해 사출된다.

또한, 전술한 영상광 생성부(31)에는, 예를 들어, 광원(311R, 311G, 311B)에서 생성된 영상광 L1의 강도 등을 검출하는 광 검출 수단(도시생략) 등이 설치되어 있어도 된다. 이와 같은 광 검출 수단을 설치함으로써, 검출 결과에 따라서 영상광 L1의 강도를 조정할 수 있다.

(렌즈)

영상광 생성부(31)에 의해 생성한 영상광 L1은, 렌즈(34)에 입사한다.

렌즈(34)는, 영상광 L1의 방사 각도를 제어하는 기능을 갖는다. 이 렌즈(34)는, 예를 들어, 콜리메이터 렌즈이다. 콜리메이터 렌즈는, 광을 평행 상태의 광속으로 조정(변조)하는 렌즈이다.

이와 같은 렌즈(34)에 의해, 영상광 생성부(31)로부터 사출된 영상광 L1은, 평행화된 상태에서 광 회절부(35)로 전송된다.

(광 회절부)

렌즈(34)에 있어서 평행화된 영상광 L1은, 광 회절부(제1 회절 광학 소자)(35)에 입사한다.

광 회절부(35)는, 영상광 L1을 회절시키는 회절 광학 소자를 포함하고 있다. 이 회절 광학 소자는, 반사형의 회절 소자이기 때문에, 광 회절부(35)에 입사한 영상광 L1은, 반사됨과 함께, 파장마다 결정된 특정한 각도로 광이 서로 강화한다. 이에 의해, 특정한 회절 각도에 있어서 상대적으로 강도가 큰 회절광이 발생하게 된다.

광 회절부(35)는, 본 실시 형태에서는, 회절 격자의 하나인 제1 홀로그램 소자(351)로 구성되어 있다. 제1 홀로그램 소자(351)는, 광 회절부(35)에 입사하는 영상광 L1 중, 특정 파장 영역에 있는 광에 대해서는 회절시키고, 그 이외의 파장 대역에 있는 광에 대해서는 투과하는 성질을 갖는 반투과막이다.

이와 같은 제1 홀로그램 소자(351)를 사용함으로써 특정한 파장 대역에 있는 영상광 L1에 대하여, 회절을 이용하여 광 주사부(36)로 유도할 수 있다.

또한, 광 회절부(35)를 구성하는 회절 격자는, 반사형 회절 격자이면 어떠한 것이어도 되며, 전술한 홀로그램 소자(홀로그래픽 격자) 외에, 횡단면이 톱니 형상을 이루는 홈이 형성되어 있는 표면 릴리프형 회절 격자(블레이즈드 그레이팅), 홀로그램 소자와 표면 릴리프형 회절 격자를 조합한 표면 릴리프 홀로그램 소자(블레이즈드 홀로그래픽 그레이팅) 등이어도 된다.

이 중, 회절 효율을 고려한 경우, 표면 블레이즈 홀로그램 소자가 바람직하게 사용된다. 이 소자는, 홈을 구성하는 면의 각도(블레이즈 각)에 의해 결정되는 회절광의 파장(회절 효율이 가장 높은 광의 파장)과, 홀로그램 소자의 간섭 줄무늬 피치에 의해 결정되는 회절광의 파장과, 영상광 L1의 파장을 대응시킴으로써, 특히 높은 회절 효율을 얻을 수 있다.

이와 같이 하여 광 회절부(35)에 의해 회절된 영상광 L1은, 광 주사부(36)로 전송된다. 또한, 광 회절부(35)의 기능에 대해서는, 후에 상세히 설명한다.

(구동 신호 생성부)

구동 신호 생성부(32)는, 광 주사부(36)(광 스캐너)를 구동하는 구동 신호를 생성하는 것이다.

이 구동 신호 생성부(32)는, 광 주사부(36)의 제1 방향에서의 주 주사(수평 주사)에 사용하는 제1 구동 신호를 생성하는 구동 회로(321)와, 광 주사부(36)의 제1 방향과 직교하는 제2 방향에서의 부 주사(수직 주사)에 사용하는 제2 구동 신호를 생성하는 구동 회로(322)를 갖는다.

예를 들어, 구동 회로(321)는, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 주기 T1으로 주기적으로 변화하는 제1 구동 신호 V1(수평 주사용 전압)을 발생시키는 것이며, 구동 회로(322)는, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 주기 T1과 서로 다른 주기 T2에서 주기적으로 변화하는 제2 구동 신호 V2(수직 주사용 전압)를 발생시키는 것이다.

또한, 제1 구동 신호 및 제2 구동 신호에 대해서는, 후술하는 광 주사부(36)의 설명과 함께, 후에 상세히 설명한다.

이와 같은 구동 신호 생성부(32)는, 신호선(도시생략)을 개재하여, 광 주사부(36)에 전기적으로 접속되어 있다. 이에 의해, 구동 신호 생성부(32)에 의해 생성된 구동 신호(제1 구동 신호 및 제2 구동 신호)는 광 주사부(36)에 입력된다.

(제어부)

전술한 바와 같은 영상광 생성부(31)의 구동 회로(312R, 312G, 312B) 및 구동 신호 생성부(32)의 구동 회로(321, 322)는, 제어부(33)에 전기적으로 접속되어 있다. 제어부(33)는, 영상 신호(화상 신호)에 기초하여, 영상광 생성부(31)의 구동 회로(312R, 312G, 312B) 및 구동 신호 생성부(32)의 구동 회로(321, 322)의 구동을 제어하는 기능을 갖는다.

제어부(33)의 명령에 기초하여, 영상광 생성부(31)는 화상 정보에 따라서 변조된 영상광 L1을 생성하고, 구동 신호 생성부(32)는, 화상 정보에 따른 구동 신호를 생성한다.

(광 주사부)

영상광 생성부(31)로부터 사출된 영상광 L1은, 렌즈(34) 및 광 회절부(35)를 통해 광 주사부(36)에 입사한다.

광 주사부(36)는, 영상광 생성부(31)로부터의 영상광 L1을 2차원적으로 주사하는 광 스캐너이다. 이 광 주사부(36)에서 영상광 L1을 주사함으로써 주사광(영상광) L2가 형성된다.

이 광 주사부(36)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 가동 미러부(11)와, 1쌍의 축부(12a, 12b)(제1 축부)와, 프레임체부(13)와, 2쌍의 축부(14a, 14b, 14c, 14d) (제2 축부)와, 지지부(15)와, 영구 자석(16)과, 코일(17)을 구비한다. 다시 말하면, 광 주사부(36)는 소위 짐벌 구조를 갖고 있다.

여기서, 가동 미러부(11) 및 1쌍의 축부(12a, 12b)는, Y1축(제1 축) 주위로 요동(왕복 회동)하는 제1 진동계를 구성한다. 또한, 가동 미러부(11), 1쌍의 축부(12a, 12b), 프레임체부(13), 2쌍의 축부(14a, 14b, 14c, 14d) 및 영구 자석(16)은, X1축(제2 축) 주위로 요동(왕복 회동)하는 제2 진동계를 구성한다.

또한, 광 주사부(36)는, 신호 중첩부(18)를 갖고 있으며(도 7 참조), 영구 자석(16), 코일(17), 신호 중첩부(18) 및 구동 신호 생성부(32)는, 전술한 제1 진동계 및 제2 진동계를 구동(즉, 가동 미러부(11)를 X1축 및 Y1축 주위로 요동)시키는 구동부를 구성한다.

이하, 광 주사부(36)의 각 부를 차례로 상세히 설명한다.

가동 미러부(11)는, 기부(111)(가동부)와, 스페이서(112)를 개재하여 기부(111)에 고정된 광 반사판(113)을 갖는다.

광 반사판(113)의 상면(한쪽 면)에는, 광 반사성을 갖는 광 반사부(114)가 설치되어 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 광 반사판(113)은, 평면에서 볼 때 원형을 이루고 있다. 또한, 광 반사판(113)의 평면에서 볼 때의 형상은, 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 타원형, 사각형 등의 다각형이어도 된다.

이와 같은 광 반사판(113)의 하면(다른 쪽의 면)에는, 도 7에 도시한 바와 같이, 경질층(115)이 형성되어 있다.

경질층(115)은, 광 반사판(113) 본체의 구성 재료보다도 경질의 재료로 구성되어 있다. 이에 의해, 광 반사판(113)의 강성을 높일 수 있다. 그로 인해, 광 반사판(113)의 요동 시에 있어서의 휨을 방지 또는 억제할 수 있다. 또한, 광 반사판(113)의 두께를 얇게 하여, 광 반사판(113)의 X1축 및 Y1축 주위의 요동 시에 있어서의 관성 모멘트를 억제할 수 있다.

이와 같은 경질층(115)의 구성 재료로서는, 광 반사판(113) 본체의 구성 재료보다도 경질의 재료이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 다이아몬드, 카본 나이트라이드막, 수정, 사파이어, 탄탈산리튬, 니오브산칼륨 등을 사용할 수 있다.

또한, 경질층(115)은, 단층으로 구성되어 있어도 되고, 복수 층의 적층체로 구성되어 있어도 된다. 또한, 경질층(115)은, 필요에 따라 설치되는 것으로, 생략할 수도 있다.

또한, 광 반사판(113)의 하면은, 스페이서(112)를 개재하여 기부(111)에 고정되어 있다. 이에 의해, 광 반사판(113)과, 축부(12a, 12b), 프레임체부(13) 및 축부(14a, 14b, 14c, 14d)의 접촉을 방지하면서, 광 반사판(113)을 Y1축 주위로 요동시킬 수 있다.

프레임체부(13)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 프레임 형상을 이루고, 전술한 가동 미러부(11)의 기부(111)를 둘러싸고 설치되어 있다. 다시 말하면, 가동 미러부(11)의 기부(111)는, 프레임 형상을 이루는 프레임체부(13)의 내측에 설치되어 있다.

그리고, 프레임체부(13)는, 축부(14a, 14b, 14c, 14d)를 개재하여 지지부(15)에 지지되어 있다. 또한, 가동 미러부(11)의 기부(111)는, 축부(12a, 12b)를 개재하여 프레임체부(13)에 지지되어 있다.

축부(12a, 12b)는, 가동 미러부(11)를 Y1축 주위로 회동(요동) 가능하게 하도록, 가동 미러부(11)와 프레임체부(13)를 연결하고 있다. 또한, 축부(14a, 14b, 14c, 14d)는, 프레임체부(13)를 Y1축과 직교하는 X1축 주위로 회동(요동) 가능하게 하도록, 프레임체부(13)와 지지부(15)를 연결하고 있다.

축부(12a, 12b)는, 가동 미러부(11)의 기부(111)를 개재하여 서로 대향하도록 배치되어 있다. 또한, 축부(12a, 12b)는, 각각, Y1축을 따른 방향으로 연장되는 길이 형상을 이룬다. 그리고, 축부(12a, 12b)는, 각각, 일단부가 기부(111)에 접속되고, 타단부가 프레임체부(13)에 접속되어 있다. 또한, 축부(12a, 12b)는, 각각, 중심축이 Y1축에 일치하도록 배치되어 있다.

이와 같은 축부(12a, 12b)는, 각각, 가동 미러부(11)의 Y1축 주위의 요동에 수반되어 비틀림 변형된다.

축부(14a, 14b) 및 축부(14c, 14d)는, 프레임체부(13)를 개재하여(사이에 두고) 서로 대향하도록 배치되어 있다. 또한, 축부(14a, 14b, 14c, 14d)는, 각각, X1축을 따른 방향으로 연장되는 길이 형상을 이룬다. 그리고, 축부(14a, 14b, 14c, 14d)는, 각각, 일단부가 프레임체부(13)에 접속되고, 타단부가 지지부(15)에 접속되어 있다. 또한, 축부(14a, 14b)는, X1축을 개재하여 서로 대향하도록 배치되고, 마찬가지로, 축부(14c, 14d)는, X1축을 개재하여 서로 대향하도록 배치되어 있다.

이와 같은 축부(14a, 14b, 14c, 14d)는, 프레임체부(13)의 X1축 주위의 요동에 수반되어, 축부(14a, 14b) 전체 및 축부(14c, 14d) 전체가 각각 비틀림 변형된다.

이와 같이, 가동 미러부(11)를 Y1축 주위로 요동 가능과 함과 함께, 프레임체부(13)를 X1축 주위로 요동 가능하게 함으로써, 가동 미러부(11)를 서로 직교하는 X1축 및 Y1축의 2개의 축 주위로 요동(왕복 회동)시킬 수 있다.

또한, 도시를 생략하였지만, 이러한 축부(12a, 12b) 중 적어도 한쪽의 축부, 및, 축부(14a, 14b, 14c, 14d) 중 적어도 하나의 축부에는, 각각, 예를 들어 왜곡 센서와 같은 각도 검출 센서가 설치되어 있다. 이 각도 검출 센서는, 광 주사부(36)의 각도 정보, 보다 구체적으로는, 광 반사부(114)의 X1축 주위 및 Y1축 주위의 각각의 요동각을 검출할 수 있다. 이 검출 결과는, 케이블(도시생략)을 통해 제어부(33)에 입력된다.

전술한 프레임체부(13)의 하면(광 반사판(113)과는 반대측의 면)에는, 영구 자석(16)이 접합되어 있다.

본 실시 형태에서는, 영구 자석(16)은, 길이 형상(막대 형상)을 이루고, X1축 및 Y1축에 대하여 경사지는 방향을 따라서 배치되어 있다. 그리고, 영구 자석(16)은, 그 길이 방향으로 자화되어 있다. 즉, 영구 자석(16)은, 일단부를 S극으로 하고, 타단부를 N극으로 하도록 자화되어 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 프레임체부(13)에 1개의 영구 자석의 수를 설치한 경우를 예로 들어 설명하지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 프레임체부(13)에 2개의 영구 자석을 설치하여도 된다. 이 경우, 예를 들어, 긴 형상을 이루는 2개의 영구 자석을, 평면에서 볼 때 기부(111)를 개재하여 서로 대향함과 함께, 서로 평행해지도록, 프레임체부(13)에 설치하면 된다.

영구 자석(16)의 바로 아래에는, 코일(17)이 설치되어 있다. 즉, 프레임체부(13)의 하면에 대향하도록, 코일(17)이 설치되어 있다. 이에 의해, 코일(17)로부터 발생하는 자계를 효율적으로 영구 자석(16)에 작용시킬 수 있어, 가동 미러부(11)를 서로 직교하는 2축(X1축 및 Y1축)의 각각의 축 주위로 회동시킬 수 있다.

코일(17)은, 신호 중첩부(18)에 전기적으로 접속되어 있다(도 7 참조).

그리고, 신호 중첩부(18)에 의해 코일(17)에 전압이 인가됨으로써, 코일(17)로부터 X1축 및 Y1축에 직교하는 자속을 갖는 자계가 발생한다.

신호 중첩부(18)는, 전술한 제1 구동 신호 V1과 제2 구동 신호 V2를 중첩하는 가산기(도시생략)를 갖고, 그 중첩한 전압을 코일(17)에 인가한다.

구동 회로(321)는, 예를 들어 도 5의 (a)에 도시한 바와 같은, 주기 T1으로 주기적으로 변화하는 제1 구동 신호 V1(수평 주사용 전압)을 발생시킨다. 즉, 구동 회로(321)는, 제1 주파수(1/T1)의 제1 구동 신호 V1을 발생시킨다.

제1 구동 신호 V1은, 정현파와 같은 파형을 이루고 있다. 그로 인해, 광 주사부(36)는 효과적으로 광을 주 주사할 수 있다. 또한, 제1 구동 신호 V1의 파형은, 이에 한정되지 않는다.

또한, 제1 주파수(1/T1)는 수평 주사에 적합한 주파수이면, 특별히 한정되지 않지만, 10 내지 40㎑인 것이 바람직하다.

본 실시 형태에서는, 제1 주파수는, 가동 미러부(11) 및 1쌍의 축부(12a, 12b)로 구성되는 제1 진동계(비틀림 진동계)의 비틀림 공진 주파수(f1)와 동등해지도록 설정되어 있다. 즉, 제1 진동계는, 그 비틀림 공진 주파수 f1이 수평 주사에 적합한 주파수가 되도록 설계(제조)되어 있다. 이에 의해, 가동 미러부(11)의 Y1축 주위의 회동각을 크게 할 수 있다.

한편, 구동 회로(322)는, 예를 들어 도 5의 (b)에 도시한 바와 같은, 주기 T1과 다른 주기 T2로 주기적으로 변화하는 제2 구동 신호 V2(수직 주사용 전압)를 발생시킨다. 즉, 구동 회로(322)는, 제2 주파수(1/T2)의 제2 구동 신호 V2를 발생시킨다.

제2 구동 신호 V2는, 톱니파와 같은 파형을 이루고 있다. 그로 인해, 광 주사부(36)는 효과적으로 광을 수직 주사(부 주사)할 수 있다. 또한, 제2 구동 신호 V2의 파형은, 이에 한정되지 않는다.

본 실시 형태에서는, 제2 구동 신호 V2의 주파수는, 가동 미러부(11), 1쌍의 축부(12a, 12b), 프레임체부(13), 2쌍의 축부(14a, 14b, 14c, 14d) 및 영구 자석(16)으로 구성된 제2 진동계(비틀림 진동계)의 비틀림 공진 주파수(공진 주파수)와 서로 다른 주파수가 되도록 조정되어 있다.

또한, 영상 묘화의 방식인 래스터 스캔 방식에 있어서는, 전술한 수평 주사를 행하면서, 전술한 수직 주사를 행한다. 이때, 수평 주사의 주파수가, 수직 주사의 주파수보다도 높게 설정되어 있다. 일반적으로, 이와 같이 래스터 스캔 방식에 있어서, 주파수가 높은 쪽의 주사를 주 주사, 주파수가 낮은 쪽의 주사를 부 주사라 칭한다.

이상 설명한 바와 같은 광 주사부(36)에 의하면, 광 반사부(114)를 구비하는 가동 미러부(11)를 서로 직교하는 2개의 축 주위로 각각 요동시키므로, 광 주사부(36)의 소형화 및 경량화를 도모할 수 있다. 그 결과, 관찰자에 있어서의 사용 편의성이 보다 우수한 화상 표시 장치(1)로 할 수 있다.

특히, 광 주사부(36)가 짐벌 구조를 갖기 때문에, 영상광을 2차원적으로 주사하는 구성(광 주사부(36))을 보다 소형인 것으로 할 수 있다.

[확대 광학계]

도 3에 도시한 바와 같이, 전술한 광 주사부(36)에 의해 주사된 주사 광(영상광) L2는, 확대 광학계(4)로 전송된다.

확대 광학계(4)는, 광 주사부(36)에 의해 주사된 영상광 L2의 광속 폭을 확대하는, 즉 영상광 L2의 단면적을 확대하는 기능을 갖는다.

이 확대 광학계(4)는, 이러한 기능을 구비하고 있는 것이면, 어떠한 것이어도 되며, 그 구성은 특별히 한정되지 않지만, 본 실시 형태에 따른 확대 광학계(4)는, 일례로서 도 3에 도시한 바와 같이, 광학 소자(5)와, 보정 렌즈(42)와, 차광판(43)을 구비하고 있다. 또한, 본 실시 형태에 따른 화상 표시 장치(1)는, 이러한 확대 광학계(4)를 구비하고 있지만, 상기 기능이 불필요한 경우에는 생략되어도 된다.

이하, 확대 광학계(4)의 각 부에 대하여 차례로 상세히 설명한다.

(광학 소자)

광학 소자(5)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 광 주사부(36)의 근방에 설치되어 있으며, 광 투과성(투광성)을 갖고, Z축 방향을 따른 긴 형상을 이루고 있다.

전술한 광 주사부(36)에 의해 주사된 영상광 L2는, 광학 소자(5)에 입사한다.

이 광학 소자(5)는, 광 주사부(36)에 의해 주사된 영상광 L2의 광속 폭(단면적)을 확대하는 것이다. 구체적으로는, 광학 소자(5)는, 광 주사부(36)로부터 주사한 영상광 L2를 광학 소자(5) 내부에서 다중 반사시키면서, Z 방향으로 전파함으로써, 영상광 L2의 광속 폭을 확대하고, 영상광 L2보다도 광속 폭이 큰 영상광 L3, L4를 사출하는 것이다. 이러한 광학 소자(5)는, 소위 동공 확대 광학계로서 기능한다.

도 8에 도시한 바와 같이, 광학 소자(5)는, 그 길이 방향(Z축 방향)의 일단부에 입사면(56)과 사출면(57)을 갖고 있으며, 이들(입사면(56) 및 사출면(57))은 서로 대향하고 있다. 또한, 광학 소자(5)는, 그 두께 방향(X축 방향)에 대향하는 측면(58a, 58b)과, 폭 방향(Y축 방향)에 대향하는 측면(59a, 59b)을 갖고 있다.

또한, 입사면(56)은, 광 주사부(36)를 행하도록 설치되어 있으며, 사출면(57)은, 보정 렌즈(42) 및 차광판(43)측을 향하도록 설치되어 있다(도 3 참조).

입사면(56)은, 광 투과성을 갖는 면이며, 광 주사부(36)에 의해 주사된 영상광 L2가 입사하는 면이다. 한편, 사출면(57)은, 광 투과성을 갖는 면이며, 입사면(56)으로부터 입사한 영상광 L2을, 영상광 L3, L4로서 사출하는 면이다.

또한, 측면(58a, 58b)은, 각각 전반사면이며, 광학 소자(5) 내에 입사한 영상광 L2를 전반사시킨다. 여기서, 전반사면이란, 광 투과율이 0%의 면뿐만 아니라, 광을 약간 투과하는 면, 예를 들어, 광 투과율이 3% 미만의 면을 포함한다.

또한, 측면(59a)과 측면(59b)은, 어떠한 광 투과율의 면이어도 되며, 예를 들어 전 반사면이나 반 반사면이어도 되지만, 특히, 광 투과율이 비교적 낮은 면인 것이 바람직하다. 이에 의해, 광학 소자(5) 내의 광이 미광(迷光)이 되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 광학 소자(5) 내의 광이 미광이 되는 것을 방지하는 방법으로서는, 예를 들어, 측면(59a)과 측면(59b)을 조면화하는 방법 등을 들 수 있다.

또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 입사면(56)과, 사출면(57)은, 평행하다. 또한, 측면(58a)과 측면(58b)은, 평행하다. 또한, 측면(59a)과 측면(59b)은, 평행하다. 이로 인해, 본 실시 형태에서는, 광학 소자(5)의 전체 형상은 직육면체로 되어 있다.

또한, 상기 「평행」이란, 완전히 평행하게 되어 있는 것 외에, 예를 들어, 각면이 이루는 각도가 ±2°정도인 것도 포함한다.

또한, 본 실시 형태에서는, 입사면(56)과 사출면(57)은, 평행하지만, 입사면(56)과 사출면(57)은, 평행하지 않아도 되고, 기울기 각도의 절댓값이 동일하면 된다. 「입사면(56)과 사출면(57)의 기울기 각도의 절댓값이 동일하다」라 함은, 예를 들어, 입사면(56)이 XY면에 대하여 +Z축 방향으로 예각 α(예를 들어, +20°)로 경사져 있으며, 사출면(57)이 XY면에 대하여 -Z축 방향으로 예각 α(예를 들어, -20°)로 경사져 있는 상태를 포함하는 것을 의미한다.

또한, 본 실시 형태에서는, 측면(59a)과 측면(59b)은, 평행하지만, 입사면(56)과 사출면(57)은, 평행하지 않아도 되고, 경사 각도가 상이하여도 된다.

이와 같은 구성의 광학 소자(5)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 영상광 L2를 도광하는 도광부(51: 제1 도광부), 도광부(52: 제2 도광부) 및 도광부(53: 제3 도광부)와, 하프 미러층(54: 제1 광 분기층) 및 하프 미러층(55: 제2 광 분기층)을 갖고 있다.

이 광학 소자(5)는, 도광부(51), 하프 미러층(54), 도광부(52), 하프 미러층(55), 도광부(53)가, 이 순서로 각 두께 방향(X축 방향)을 따라 적층되어 있다. 즉, 광학 소자(5)는, 도광부(51, 52, 53)가, 하프 미러층(54, 55)을 개재하여, 각 두께 방향을 따라 배열된 1차원 어레이이다.

도광부(51, 52, 53)는, 각각 판 형상을 이루는 라이트 파이프이며, 입사면(56)으로부터 입사한 영상광 L2(광 주사부(36)에 의해 주사된 영상광)을 +Z 방향으로 전파하는 기능을 갖는다.

또한, 도광부(51, 52, 53)에서는, 도 8의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 그 단면 형상(XY 평면에 있어서의 단면 형상)이 직사각 형상을 이루고 있지만, 도광부(51, 52, 53)의 단면 형상(XY 평면에 있어서의 단면 형상)은 이에 한정되지 않으며, 정사각 형상 등의 사각 형상이나, 그 밖의 다각 형상 등이어도 된다.

또한, 도광부(51, 52, 53)는, 광 투과성을 갖고 있으면 되며, 예를 들어, 아크릴 수지나 폴리카르보네이트 수지 등의 각종 수지 재료나, 각종 유리 등으로 구성되어 있다.

하프 미러층(54, 55)은, 예를 들어, 광 투과성을 갖는 반사막, 즉 반투과 반사막으로 구성되어 있다. 이 하프 미러층(54, 55)은, 영상광 L2의 일부를 반사시킴과 함께, 일부를 투과시키는 기능을 갖는다. 이 하프 미러층(54, 55)은, 예를 들어, 은(Ag), 알루미늄(Al) 등에 의한 금속 반사막이나 유전체 다층막 등의 반투과 반사막으로 구성되어 있다.

이와 같은 구성의 광학 소자(5)는, 예를 들어, 하프 미러층(54, 55)으로 될 수 있는 박막이 주면 위에 형성된 도광부(51), 도광부(52), 및 도광부(53)를, 표면활성화 접합함으로써 얻을 수 있다. 표면 활성화 접합에 의해 광학 소자(5)를 제조함으로써, 각 부(도광부(51, 52, 53))의 평행도를 높게 할 수 있다.

이상과 같은 구성의 광학 소자(5)는, 도 9에 도시한 바와 같이, 광 주사부(36)에 의해 주사된 영상광 L2를, 입사면(56)으로부터 입사하고, 광학 소자(5)의 내부에서 다중 반사시키고, 사출면(57)으로부터, 광속 폭이 확대된 상태의 영상광 L3, L4로서 사출시킨다. 이와 같이 하여, 광학 소자(5)에 의해 영상광 L2의 광속 폭(단면적)을 확대할 수 있다.

여기서, 입사면(56)과 사출면(57)은 서로 평행한 것이 바람직하다. 이로 인해, 입사면(56)에 입사하는 영상광 L2의 굴절량과, 사출면(57)으로부터 사출하는 영상광 L3, L4의 굴절량을 동일하게 할 수 있다. 즉, 하프 미러층(54, 55)에 대한 영상광 L2가 입사하는 각도 θ5와, 하프 미러층(54, 55)에 대한 영상광 L3 및 L4가 사출하는 각도 θ5를 동일하게 할 수 있다. 이에 의해, 굴절의 법칙의 삼각함수에 기인하는 왜곡이나 재료의 굴절률 파장 분산에 기인하는 색 수차의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 광학 소자(5)는, 도광부(51, 52, 53)가 두께 방향을 따라서 배열되어 있는 1차원 어레이(제1 1차원 어레이)이다. 이와 같이, 도광부(51, 52, 53)를 서로 적층한다고 하는 비교적 간단한 구성으로, 입사면(56)으로부터 입사한 영상광 L2를 광학 소자(5) 내에서 다중 반사시킬 수 있다. 그로 인해, 관찰자의 시선이나, 관찰자의 좌우 눈 EY의 위치에 영상광을 맞추는 위치 검출 수단 등을 사용하지 않고도, 본 실시 형태와 같은 비교적 간단한 구성으로, 영상광 L2의 광속 폭을 확대할 수 있다.

또한, 광학 소자(5)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 관찰자의 머리부 H에 장착된 상태에서, 반사부(6)로부터, 관찰자의 좌안 EY와 우안 EY가 배열되어 있는 방향(X축 방향)에 평행한 축선 W(도 1 참조)을 포함하는 면 내 방향(XZ 면 내 방향)에, 영상광 L3 및 L4의 주 광선이 사출되도록 배치되어 있다. 다시 말하면, 광학 소자(5)는, 축선 W 방향으로 영상광 L3의 단면적이 확대되도록 배치되어 있다. 또한, 보정 렌즈(42) 및 차광판(43)은, 축선 W를 따라 배열되어 있다. 이로 인해, 사출면(57)으로부터 사출된 영상광 L3은, 보정 렌즈(42)를 통해 반사부(6)를 향해 사출되고, 사출면(57)으로부터 사출된 영상광 L4는, 차광판(43)을 향해 사출된다. 이와 같이, 광학 소자(5)를, 축선 W 방향으로 영상광 L3의 단면적이 확대되도록 배치함으로써, 보정 렌즈(42) 및 반사부(6)를 통해 관찰자의 눈으로 유도되는 영상광 L3을, 눈의 좌우 방향으로 확대할 수 있다. 따라서, 눈의 상하 방향에 대하여 이동 범위가 큰 좌우 방향에 대하여, 시인성을 높일 수 있다.

(보정 렌즈)

도 3에 도시한 바와 같이, 광학 소자(5)로부터 사출한 영상광 L3은, 보정 렌즈(42)에 입사한다.

이 보정 렌즈(42)는, 후술하는 반사부(6)가 구비하는 비구면 미러(61)에 의해 영상광 L3의 평행성이 흐트러지는 것을 보정하는 기능을 갖는다. 이에 의해, 영상광 L3의 해상도 성능을 향상시킬 수 있다. 이러한 보정 렌즈(42)로서는, 예를 들어, 토로이달 렌즈, 원통형 렌즈, 자유 곡면 렌즈 등을 들 수 있다.

(차광판)

광학 소자(5)로부터 사출한 영상광 L4는, 차광판(43)에 입사한다.

이 차광판(43)은, 광을 흡수하는 광흡수 부재로 구성되어 있으며, 광을 차단하는 차광 수단이다. 이에 의해, 광학 소자(5)로부터 사출한 영상광 L4는, 불필요 광으로서 차단된다.

이와 같은 차광판(43)은, 예를 들어, 스테인리스, 알루미늄 합금 등으로 형성되어 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 영상광 L4를 차단하는 차광 수단으로서 차광판(43)을 사용하고 있지만, 영상광 L4를 차단하는 차광 수단은, 이에 한정되지 않고, 영상광 L4가 미광이 되는 것을 방지하는 것이면 된다. 예를 들어, 차광 수단으로서는, 차광판(43)을 사용하지 않고, 프레임(2)의 주연 부분에 도료 등을 도포함으로써 영상광 L4를 차광하는 구성이어도 된다.

이상과 같은 구성의 확대 광학계(4)에 의해 광속 폭이 확대된 영상광 L3은, 도 3에 도시한 바와 같이, 보정 렌즈(42)를 통해 반사부(6)에 입사한다.

[반사부]

반사부(6)는, 프론트부(21)의 셰이드부(212)에 설치되어 있으며, 사용 시에 관찰자의 좌안 EY의 전방에 위치하도록 배치되어 있다. 이 반사부(6)는, 관찰자의 눈 EY를 가리는 데 충분한 크기를 갖고 있으며, 광학 소자(5)로부터의 영상광 L3을 관찰자의 눈 EY를 향해 입사시키는 기능을 갖는다.

반사부(6)는, 광 회절부(제2 회절 광학 소자)(65)를 포함하는, 비구면 미러(61)를 갖는다.

비구면 미러(61)는, 가시 영역에서 높은 투광성(광 투과성)을 나타내는 수지 재료 등으로 형성된 기재 위에 반투과 반사막이 제막된 투광성 부재이다. 즉, 비구면 미러(61)는, 하프 미러이며, 외계광을 투과시키는 기능(가시광에 대한 투광성)도 갖는다. 따라서, 비구면 미러(61)를 구비하는 반사부(6)는, 광학 소자(5)로부터 사출된 영상광 L3을 반사시킴과 함께, 사용 시에 있어서 반사부(6)의 외측으로부터 관찰자의 눈 EY를 향하는 외계광을 투과시키는 기능을 갖는다. 이에 의해, 관찰자는, 외계상을 시인하면서, 영상광 L5에 의해 형성된 허상(화상)을 시인할 수 있다. 즉, 시쓰루형 헤드 마운트 디스플레이를 실현할 수 있다.

이와 같은 비구면 미러(61)는, 프레임(2)의 프론트부(21)의 만곡을 따라서 만곡된 형상을 이루고 있으며, 사용시에 있어서 오목면(611)이 관찰자측에 위치한다. 이에 의해, 비구면 미러(61)에서 반사한 영상광 L5를, 관찰자의 눈 EY를 향해 효율적으로 집광시킬 수 있다.

또한, 오목면(611) 위에는 광 회절부(65)가 설치되어 있다. 광 회절부(65)는, 광학 소자(5)의 사출면(57)으로부터 사출된 영상광 L3을 회절에 의해 관찰자의 눈 EY의 방향으로 편향시키는 기능을 갖고 있다. 즉, 광 회절부(65)는, 영상광 L3을 회절시키는 회절 광학 소자를 포함하고 있다. 이 회절 광학 소자는, 반사형 회절 소자이기 때문에, 광 회절부(65)에 입사한 영상광 L3은, 반사됨과 함께, 파장마다 결정된 특정한 각도로 광이 강화한다. 이에 의해, 특정한 회절 각도에 있어서 상대적으로 강도가 큰 회절광이 발생하게 된다.

광 회절부(65)는, 본 실시 형태에서는, 회절 격자의 하나인 제2 홀로그램 소자(651)로 구성되어 있다. 제2 홀로그램 소자(651)는, 광학 소자(5)로부터 제2 홀로그램 소자(651)에 조사되는 영상광 L3 중, 특정 파장 대역에 있는 광에 대해서는 회절시키고, 그 이외의 파장 대역에 있는 광에 대해서는 투과하는 성질을 갖는 반투과막이다.

이와 같은 제2 홀로그램 소자(651)를 사용함으로써 특정한 파장 대역에 있는 영상광에 대하여, 회절을 이용하여 관찰자의 눈으로 유도되는 영상광의 각도나 광속의 상태를 조정할 수 있어, 눈앞에 허상을 형성할 수 있다. 구체적으로는, 비구면 미러(61)에서 반사한 영상광 L3이 외부로 사출되고, 제2 홀로그램 소자(651)에 의해 영상광 L5로서 관찰자의 좌안 EY에 입사한다. 또한, 우안 EY측에 위치하는 반사부(6)에 대해서도 마찬가지이다. 그리고, 관찰자의 좌우 눈 EY에 각각 입사한 영상광 L5는, 관찰자의 망막에 있어서 결상한다. 이에 의해, 관찰자는, 시야 영역에, 광학 소자(5)로부터 사출된 영상광 L3에 의해 형성된 허상(화상)을 관찰할 수 있다.

또한, 광 회절부(65)를 구성하는 회절 격자는, 반사형의 회절 격자이면 어떠한 것이어도 되며, 전술한 홀로그램 소자(홀로그래픽 격자) 외에, 횡단면이 톱니 형상을 이루는 홈이 형성되어 있는 표면 릴리프형 회절 격자(브레이즈드 격자), 홀로그램 소자와 표면 릴리프형 회절 격자를 조합한 표면 릴리프 홀로그램 소자(블레이즈드 홀로그래픽 그레이팅) 등이어도 된다.

이상 설명한 바와 같은 화상 표시 장치(1)에 의하면, 화상 생성부(3)에 의해 생성된 영상광 L1을, 확대 광학계(4)에서 확대하고, 반사부(6)에 의해 관찰자의 눈 EY에 유도함으로써 관찰자는, 화상 생성부(3)에 의해 생성된 영상광을, 관찰자의 시야 영역에 형성된 허상으로서 인식할 수 있다.

도 10은, 광 주사부(36)에 의해 주사된 영상광이, 반사부(6)에 투사됨과 함께 2차원적으로 주사되어 있는 모습의 일례를 나타내는 도면이다.

도 10에 도시한 예에서는, 광 주사부(36)에 의해 주사되고, 확대 광학계(4)에서 확대된 영상광 L3은, 반사부(6)의 비구면 미러(61)의 직사각형을 이루는 제2 홀로그램 소자(651)(광 회절부(65)) 내로 투사된다.

영상광 L3은, 수평 방향(도 10의 좌우 방향)의 주 주사와, 수직 방향(도 10의 상하 방향)의 부 주사가 조합됨으로써, 제2 홀로그램 소자(651) 내에 임의의 영상을 묘화한다. 영상광 L3의 스캔 패턴은, 특별히 한정되지 않지만, 도 10에 파선의 화살표로 나타내는 패턴 예에서는, 수평 방향을 따라서 주 주사된 후, 단부에서 수직 방향으로 부 주사되고, 수평 방향을 따라서 역방향으로 주 주사된 후, 단부에서 수직 방향으로 부 주사된다고 하는 움직임이 반복된다.

도 11은, 도 3에 도시한 화상 표시 장치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

광 회절부(65)에 있어서의 회절 각도는, 광 회절부(65)에 입사하는 영상광 L3의 파장에 좌우된다. 가령, 영상광 L3이 완전한 단색광, 즉 특정한 파장의 광밖에 포함하지 않는 경우, 영상광 L3의 회절 각도는 항상 일정하며, 관찰자의 눈 EY에 입사하는 영상광 L5의 출사 방향도 항상 일정해진다. 이로 인해, 관찰자가 인식하는 허상의 위치가 어긋날 일이 없어, 흐려짐이나 번짐이 없는 선명한 화상을 시인할 수 있다.

그러나, 영상광 L3을 완전한 단색광으로 하는 것, 다시 말하면, 도 3에 있어서 광 회절부(35)에 입사시키는 영상광 L1을 완전한 단색광으로 하는 것은 용이하지 않고, 광원부(311)의 종류에 따라 상이하지만, 예를 들어 수 ㎚의 파장 폭이 포함되어 있다. 특히 광원으로서 세로 멀티 모드의 반도체 레이저를 사용한 경우에는 이 경향이 현저하다. 광 회절부(35)를 갖지 않은 종래의 구성에서는, 이러한 파장 폭을 갖는 영상광 L1이 광 회절부(65)에 입사하여 회절되고, 예를 들어 수 ㎚의 파장 폭에 따라서 회절 각도에도 소정의 각도 폭이 발생하고 있었다. 그 결과, 영상광 L5는, 이 각도 폭을 포함하게 되고, 영상광 L5로서 관찰자의 눈 EY에 입사한다. 관찰자의 눈 EY에 입사하는 위치의 어긋남보다도 각도의 어긋남 쪽이 관찰자의 망막에 있어서의 위치 어긋남에 크게 영향을 미치기 때문에, 종래의 구성에서는, 관찰자의 망막에 있어서 수 화소분 내지 수십 화소분의 큰 위치 어긋남이 발생한다.

이 위치 어긋남을 계산한 결과의 예를 들면, 광 회절부(65)에 입사하는 광이 녹색광인 경우에 그 녹색광의 파장이 1㎚ 어긋난(파장 폭이 발생한) 경우, 망막 상에 있어서 3.4 화소분의 위치 어긋남으로 이어진다. 또한, 광 회절부(65)에 입사하는 광이 청색광인 경우에 그 청색광의 파장이 1㎚ 어긋난 경우, 망막 상에 있어서 3.9 화소분의 위치 어긋남으로 이어지고, 적색광의 파장이 1㎚ 어긋난 경우, 2.7 화소분의 위치 어긋남으로 이어진다. 이러한 허상의 위치 어긋남은, 관찰자에게 인식되는 영상에 있어서 해상도의 저하를 초래한다. 다시 말하면, 영상의 화질이 저하되게 된다.

또한, 환경 온도의 변화에 수반되어 광원부(311)의 온도가 변화하면, 광원부(311)의 온도 특성에 수반되어, 출력되는 광의 파장이 변화한다. 이에 의해, 영상광 L3의 파장이 변화하면, 광 회절부(65)에 있어서 회절 각도의 변화를 초래하여, 나아가서는 영상광 L5가 결상하는 위치가 어긋나게 된다. 이때, 적색광을 사출하는 광원(311R)과, 녹색광을 사출하는 광원(311G)과, 청색광을 사출하는 광원(311B)에서, 가령 온도 특성이 서로 동등한 경우, 3색의 광의 결상 위치의 어긋남도 서로 동등해지기 때문에, 영상의 이동(시프트)은 발생하지만, 색 편차는 발생하지 않는다.

그런데, 광원(311R), 광원(311G) 및 광원(311B)은, 온도 특성이 서로 상이한 것이 일반적이다. 이러한 경우, 환경 온도가 변화하면, 광의 색마다 파장의 변화 폭에 차가 생길 수 있게 된다. 그 결과, 종래의 구성에 있어서는, 예를 들어, 적색의 영상광 L5와, 녹색의 영상광 L5와, 청색의 영상광 L5에서, 결상 위치가 서로 상이하게 되어, 영상의 시프트 외에, 소위 색 편차가 발생한다.

또한, 영상광 L5의 강도를 변조하기 위해서, 광원(311R), 광원(311G) 및 광원(311B)의 출력을 변화시켰을(직접 변조시켰을) 때, 구동 전류의 변화에 수반되어, 출력되는 광의 파장이 변화하는 경우가 있다. 이러한 파장의 변화가 발생하면, 영상광 L3의 파장이 강도 변조 신호에 기초하여 변화하고, 광 회절부(65)에 있어서의 회절 각도도 강도 변조 신호에 기초하여 경시적으로 변화한다. 그 결과, 종래의 구성에 있어서는, 영상광 L5의 강도를 변조할 때마다, 영상광 L5가 결상하는 위치가 어긋나서, 관찰자에게 시인되는 영상에 있어서 해상도의 저하를 초래한다.

이들 과제를 해결하기 위해, 본 실시 형태에서는, 렌즈(34)와 광 주사부(36) 사이의 광로 상에 광 회절부(35)를 설치하고 있다. 이러한 광 회절부(35)에 광이 입사하면, 광 회절부(65)와 마찬가지로, 입사하는 광(영상광 L1)의 파장 폭에 기초하여, 회절 각도에 각도 폭이 수반된다. 예를 들어, 영상광 L1에 수 ㎚의 파장 폭이 존재하고 있을 때, 광 회절부(35)로부터 사출되는 광의 회절 각도는, 광 회절부(35)를 구성하는 제1 홀로그램 소자(351)의 형상이나 영상광 L1의 파장에 기초하여 결정되기 때문에, 파장 폭에 대응한 소정의 각도 폭을 수반한다. 도 11에 도시한 예에서는, 광 회절부(35)에 있어서 영상광 L1에 회절이 발생하고, 소정의 각도로 넓어지도록 전반하는 영상광 L3과 영상광 L3'가 형성된다. 이하의 설명에서는, 설명의 편의상, 광 회절부(35)에 있어서의 영상광 L1의 회절을, 「1회째의 회절」이라고 한다.

또한, 광 회절부(35)에 입사하는 영상광 L1은, 광 주사부(36)에 의해 주사되기 전의 광이기 때문에, 공간적인 확대가 작다. 따라서, 광 회절부(35)가 광을 회절시키는 데 필요한 면적은, 공간적인 확대가 작은 영상광 L1을 수광할 수 있을 정도의 면적이면 된다. 이로 인해, 렌즈(34)와 광 주사부(36) 사이의 광로 상에 광 회절부(35)를 설치함으로써, 광 회절부(35)의 소형화를 도모할 수 있고, 나아가서는, 화상 표시 장치(1)의 소형화를 도모할 수 있다.

이와 같은 1회째의 회절에 의해 소정의 각도 폭을 수반한 영상광 L3 및 영상광 L3'는, 광 주사부(36) 및 확대 광학계(4)를 거쳐서 반사부(6)에 입사한다. 그리고, 반사부(6)에 설치된 광 회절부(65)에 입사한 영상광 L3 및 영상광 L3'에는, 전술한 바와 같이 다시 회절이 발생한다. 또한, 이하의 설명에서는, 설명의 편의상, 광 회절부(65)에 있어서의 영상광 L3 및 영상광 L3'의 회절을, 「2회째의 회절」이라고 한다.

2회째의 회절에서도, 광 회절부(65)로부터 사출되는 광의 회절 각도는, 광 회절부(65)를 구성하는 제2 홀로그램 소자(651)의 형상이나 영상광 L3 및 영상광 L3'의 파장에 기초하여 결정되기 때문에, 파장 폭에 대응한 소정의 각도 폭을 수반한다.

여기서, 2회째의 회절에서는, 1회째의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭을 상쇄(보정)하도록 회절이 발생한다. 그 결과, 광 회절부(65)로부터 사출되는 영상광 L3과 영상광 L3'는, 회절 각도의 각도 폭이 작게 억제된다. 이에 의해, 관찰자의 망막에 있어서의 영상광 L5 및 영상광 L5'의 결상 위치의 어긋남을 작게 억제할 수 있다. 즉, 이 2회째의 회절이 없는 경우에는, 영상광 L3과 영상광 L3'는, 소정의 각도로 계속해서 넓어지게 되고, 그대로 각도 차를 갖고 눈에 입사하여, 망막 상에서 해상도 저하를 초래해버린다. 그러나, 2회째의 회절에 의해, 1회째의 회절에 있어서 발생한 각도 폭의 적어도 일부가 상쇄됨으로써, 영상광 L3의 회절광인 영상광 L5와 영상광 L3'의 회절광인 영상광 L5'의 각도 차는, 도 11에 도시한 바와 같이 충분히 작아져서, 관찰자의 망막에 있어서의 결상 위치의 차도 충분히 작아진다. 그 결과, 영상의 해상도 저하를 억제할 수 있다.

마찬가지로, 이러한 2회의 회절을 거침으로써, 환경 온도가 변화하여 광원부(311)로부터 출력되는 광의 파장이 변화했을 때에도, 1회째의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 변화를, 2회째의 회절에 있어서 적어도 일부 상쇄할 수 있다. 그 결과, 2회째의 회절에 있어서의 회절 각도의 각도 변화를 작게 억제할 수 있어, 색 편차의 발생을 작게 억제할 수 있다.

또한, 마찬가지로, 이러한 2회의 회절을 거침으로써, 광원(311R), 광원(311G) 및 광원(311B)을 각각 직접 변조시켰을 때에도, 1회째의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 변화를, 2회째의 회절에 있어서 적어도 일부 상쇄할 수 있다. 그 결과, 2회째의 회절에 있어서의 회절 각도의 각도 변화를 작게 억제할 수 있어, 관찰자의 망막에 있어서의 영상광 L5의 결상 위치의 어긋남을 작게 억제할 수 있다.

이상의 점에서, 본 실시 형태에 의하면, 영상광 L1이 파장 폭을 수반하고 있거나, 광의 색마다 파장의 변화 폭이 상이하거나, 파장이 경시적으로 변화하거나 한 경우에도, 영상광 L5에 있어서는, 이러한 파장 폭에 수반되어 회절 각도의 각도 폭이 증가하거나, 파장의 변화에 수반되어 회절 각도의 변화 폭이 경시적으로 혹은 색마다 증가하거나 하는 것이 억제된다. 이에 의해, 영상광 L5가 결상하는 위치를, 예를 들어 1화소분 이하로 억제하고, 화질의 저하가 억제됨과 함께, 색 편차에 수반되는 화질의 저하도 억제된다.

또한, 1회째의 회절과 2회째의 회절에 의해, 회절 각도에 발생하는 각도 폭을 가능한 한 확실하게 상쇄하기 위해서는, 1회째의 회절에 사용하는 회절 격자의 격자 주기와 2회째의 회절에 사용하는 회절 격자의 격자 주기를 가능한 한 근접하도록 하면 된다.

본 실시 형태에서는, 1회째의 회절을 담당하는 광 회절부(35)로서 제1 홀로그램 소자(351)를 사용하고, 2회째의 회절을 담당하는 광 회절부(65)로서 제2 홀로그램 소자(651)를 사용하고 있다. 홀로그램 소자에서는, 거기에 기록되어 있는 회절 격자로서의 간섭 줄무늬에 기초하여 회절이 발생하므로, 제1 홀로그램 소자(351)와 제2 홀로그램 소자(651)에서 간섭 줄무늬의 거리 피치(회절 격자 주기)가 가능한 한 근접하도록 구성하면 된다. 또한, 1회째의 회절에 표면 릴리프형 회절 격자를 사용하고, 2회째의 회절에 제2 홀로그램 소자(651)를 사용한 경우에도, 표면 릴리프형 회절 격자의 격자 피치와 제2 홀로그램 소자(651)의 간섭 줄무늬 피치가 가능한 한 근접하도록 구성하면 된다. 또한, 이하의 설명에서는, 주로 간섭 줄무늬에 대하여 설명하지만, 간섭 줄무늬에 관한 규정은, 격자나 홈 등의 회절 격자 구조에도 그대로 적용 가능하다.

제1 홀로그램 소자(351)는, 간섭 줄무늬 피치가 서로 상이한 부분을 갖고 있어도 되지만, 바람직하게는 전체적으로 간섭 줄무늬 피치가 일정하게 된다. 이러한 제1 홀로그램 소자(351)는, 설계 및 제조가 용이해지기 때문에, 간섭 줄무늬 피치의 고정밀도화를 도모하기 쉽다는 이점이 얻어짐과 함께, 저비용화를 도모할 수 있다.

이 경우의 「간섭 줄무늬 피치가 일정」하다는 규정에서는, 예를 들어 제조 프로세스에 기인하는 간섭 줄무늬 피치의 요동 등이 허용된다.

또한, 제1 홀로그램 소자(351)의 간섭 줄무늬 피치(회절 격자 주기)는, 제1 홀로그램 소자(351) 중, 영상광 L1이 투사되는 점을 통과하도록, 또한, 간섭 줄무늬와 직교하도록 그려진 선 위에 있어서 구해진 피치를 의미한다.

한편, 제2 홀로그램 소자(651)는, 간섭 줄무늬 피치가 서로 상이한 부분을 갖고 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도 11에 도시한 제2 홀로그램 소자(651) 중, 예를 들어 중심부(651a)와, 화상 생성부(3)측의 단부(651b)와, 화상 생성부(3)측과는 반대측의 단부(651c)에서는, 관찰자의 눈 EY에 입사하도록 영상광 L3을 회절시킬 때의 회절시켜야 할 각도가 서로 상이하기 때문에, 그에 따라서 간섭 줄무늬 피치를 서로 상이하게 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 2차원적으로 주사되면서 제2 홀로그램 소자(651)에 투사된 영상광 L3을, 관찰자의 눈 EY에 입사시키도록 회절시킬 수 있다. 그 결과, 화각이 크고, 또한 고화질의 영상을 시인시킬 수 있다.

제2 홀로그램 소자(651)가, 간섭 줄무늬 피치가 서로 상이한 부분을 갖고 있는 예로서는, 중심부(651a)보다도 단부(651b)의 간섭 줄무늬 피치가 상대적으로 성기고, 중심부(651a)보다도 단부(651c)측의 간섭 줄무늬 피치가 상대적으로 밀한 경우를 들 수 있다. 이와 같이 하면, 전술한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이렇게 간섭 줄무늬 피치를 부분적으로 서로 다르게 하는 경우, 간섭 줄무늬 피치가 연속적으로 변화하게 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 간섭 줄무늬 피치가 불연속적으로 변화한 경우에 발생하는 해상도의 저하 등을 억제할 수 있다.

단, 이와 같이 제2 홀로그램 소자(651)에 대하여, 간섭 줄무늬 피치가 서로 상이한 부분을 설치함으로써, 제1 홀로그램 소자(351)의 간섭 줄무늬 피치와의 차가 커지게 되는 부분이 발생할 우려가 있다. 제1 홀로그램 소자(351)의 간섭 줄무늬 피치와의 차가 커지면, 전술한 바와 같이, 1회째의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭이나 각도 변화를, 2회째의 회절에 있어서 충분히 상쇄할 수 없게 될 우려가 있다.

이들을 고려한 경우, 제1 홀로그램 소자(351)의 간섭 줄무늬 피치는, 제2 홀로그램 소자(651)의 간섭 줄무늬 피치의 최댓값의 2배 이하이고, 또한 최솟값의 절반 이하로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 설정하면, 1회째의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭이나 각도 변화를, 2회째의 회절에 있어서 상쇄하는 기능은 충분하다고는 할 수 없지만, 제1 홀로그램 소자(351)를 설치하지 않는 경우에 비교하면, 해상도 저하나 색 편차의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 보다 바람직하게는, 제1 홀로그램 소자(351)의 간섭 줄무늬 피치가, 제2 홀로그램 소자(651)의 간섭 줄무늬 피치의 최댓값과 최솟값의 사이가 되도록 설정된다. 이와 같이 설정하면, 제2 홀로그램 소자(651)에 있어서 간섭 줄무늬 피치에 차를 설정한 경우에도, 제2 홀로그램 소자(651)의 거의 전역에 있어서, 제1 홀로그램 소자(351)와 제2 홀로그램 소자(651)의 간섭 줄무늬 피치의 차를 충분히 작게 할 수 있다. 이로 인해, 제2 홀로그램 소자(651)의 거의 전역에 있어서, 1회째의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭이나 각도 변화를 충분히 상쇄할 수 있게 된다.

한편, 제1 홀로그램 소자(351)의 간섭 줄무늬 피치는, 제2 홀로그램 소자(651)의 중심부(651a)에 있어서의 간섭 줄무늬 피치와 동등해지도록 설정되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 예를 들어 제2 홀로그램 소자(651)의 간섭 줄무늬 피치가, 중심부(651a)에 있어서의 간섭 줄무늬 피치를 중심으로 일정한 폭으로 분포하고 있는 경우에는, 제2 홀로그램 소자(651)의 거의 전역에 있어서, 1회째의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭이나 각도 변화를 보다 충분히 상쇄할 수 있다.

또한, 간섭 줄무늬 피치가 이렇게 설정된 제2 홀로그램 소자(651)에서는, 중심부(651a)에 있어서 회절 각도의 각도 폭이나 각도 변화가 상대적으로 가장 상쇄되기 쉽고, 중심부(651a)에서 회절 반사되는 영상광 L5는, 해상도 저하나 색 편차가 상대적으로 가장 억제되게 된다. 중심부(651a)에서 회절 반사되는 영상광 L5는, 일반적으로, 영상 중에서도 비교적 중요성이 높은 정보를 포함함과 함께, 관찰자의 눈 EY가 무의식적으로 시인하기 쉬운 광인 경우가 많다고도 생각된다. 따라서, 이러한 중심부(651a)에서 회절 반사되는 영상광 L5에 대하여, 해상도 저하나 색 편차가 충분히 억제되어 있음으로써, 특히 화질이 높은 영상을 시인할 수 있다.

또한, 제2 홀로그램 소자(651)의 간섭 줄무늬 피치(회절 격자 주기)란, 영상광 L3의 주사 범위(본 실시 형태에서는 제2 홀로그램 소자(651)에 있어서의 영상광 L3의 주사 범위에 대응) 중, 수직 방향(도 10의 상하 방향)을 따르는 부 주사의 진폭 중심을 통과하고, 또한, 수평 방향(도 10의 좌우 방향)을 따르는 주 주사의 주사선 SL 상에 있어서 구해진 값을 의미한다.

또한, 제2 홀로그램 소자(651)의 중심부(651a)란, 영상광 L3의 주사 범위(본 실시 형태에서는 제2 홀로그램 소자(651)에 있어서의 영상광 L3의 주사 범위에 대응) 중, 수직 방향을 따르는 부 주사의 진폭 중심이며, 또한, 수평 방향을 따르는 주 주사의 진폭 중심이기도 한 위치를 가리킨다.

한편, 제1 홀로그램 소자(351)의 간섭 줄무늬 피치에 대해서는, 제2 홀로그램 소자(651)의 간섭 줄무늬 피치의 평균값과 동등해지도록 설정되어 있어도 된다. 이와 같이 설정하면, 제2 홀로그램 소자(651)에 있어서 간섭 줄무늬 피치에 차를 설정한 경우이더라도, 제2 홀로그램 소자(651)의 거의 전역에 있어서, 제1 홀로그램 소자(351)와 제2 홀로그램 소자(651)의 간섭 줄무늬 피치의 차를 충분히 작게 할 수 있다. 이로 인해, 제2 홀로그램 소자(651)의 거의 전역에 있어서, 1회째의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭이나 각도 변화를 보다 충분히 상쇄할 수 있게 된다.

이상과 같이, 제1 홀로그램 소자(351)의 간섭 줄무늬 피치는, 제2 홀로그램 소자(651)의 간섭 줄무늬 피치와의 대소 관계에 기초하여 규정되지만, 이와는 반대로, 제2 홀로그램 소자(651)의 간섭 줄무늬 피치를, 제1 홀로그램 소자(351)의 간섭 줄무늬 피치에 기초하여 규정하도록 해도 된다.

예를 들어, 제2 홀로그램 소자(651)의 간섭 줄무늬 피치는, 제1 홀로그램 소자(351)의 간섭 줄무늬 피치의 70% 이상 130% 이하의 범위 내에 포함되도록 설정되는 것이 바람직하고, 90% 이상 110% 이하의 범위 내에 포함되도록 설정되는 것이 보다 바람직하다. 제2 홀로그램 소자(651)의 간섭 줄무늬 피치를 이러한 범위 내에 포함함으로써, 제2 홀로그램 소자(651)에 있어서의 간섭 줄무늬 피치는, 중심부(651a)에 있어서의 간섭 줄무늬 피치를 중심으로 하여 비교적 좁은 범위 내에 수용되어 있게 된다. 이에 의해, 제2 홀로그램 소자(651)의 거의 전역에 있어서, 1회째의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭이나 각도 변화를 특히 충분히 상쇄할 수 있다.

구체예를 들자면, 파장 515㎚의 녹색광을 회절시키는 경우, 제1 홀로그램 소자(351)의 간섭 줄무늬가 1㎜당 1550개의 밀도로 형성되어 있을 때, 제2 홀로그램 소자(651)의 중심부(651a)의 간섭 줄무늬는 1㎜당 1550개의 밀도로 형성되어 있는 것이 바람직하고, 제2 홀로그램 소자(651)의 단부(651b) 및 단부(651c)의 간섭 줄무늬는, 1㎜당 1085개 이상 2015개 이하의 밀도로 형성되어 있는 것이 바람직하고, 1㎜당 1395개 이상 1705개 이하의 밀도로 형성되어 있는 것이 보다 바람직하다.

또한, 이 경우, 더 바람직하게는, 제2 홀로그램 소자(651)의 단부(651b) 및 단부(651c)의 간섭 줄무늬의 형성 밀도는, 1㎜당 1490개 이상 1700개 이하로 된다.

한편, 파장 450㎚의 청색광을 회절시키는 경우, 제1 홀로그램 소자(351)의 간섭 줄무늬가 1㎜당 1790개의 밀도로 형성되어 있는 것이 바람직하고, 이에 따라서 제2 홀로그램 소자(651)의 간섭 줄무늬의 밀도를 전술한 바와 같이 하여 정하면 된다.

또한, 파장 630㎚의 적색광을 회절시키는 경우, 제1 홀로그램 소자(351)의 간섭 줄무늬가 1㎜당 1270개의 밀도로 형성되어 있는 것이 바람직하고, 이에 따라서 제2 홀로그램 소자(651)의 간섭 줄무늬의 밀도를 전술한 바와 같이 하여 정하면 된다.

또한, 상기의 계산 예는, 좌우로 ±15°의 화각이며, 2.5m 전방에 60인치 상당의 크기의 허상이 시인되도록 영상광을 주사했을 때의 계산 예이다. 또한, 이 계산 예에서는, 영상의 해상도를 720P로 하고, 영상의 애스펙트비를 16:9로 하고 있다.

또한, 본 발명의 화상 표시 장치에서는, 해상도는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 1080P나 2160P 등이어도 된다. 또한, 애스펙트비도 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 4:3이나 2.35:1 등이어도 된다.

이와 같이 제1 홀로그램 소자(351)와 제2 홀로그램 소자(651) 사이에서 간섭 줄무늬 피치에 다소의 차가 있는 경우에도, 그 차를 상기 범위 내로 설정함으로써, 1회째의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭이나 각도 변화를, 2회째의 회절에 있어서 충분히 상쇄할 수 있어, 영상에 대한 영향을 최소한으로 그칠 수 있다. 다시 말하면, 제1 홀로그램 소자(351)와 제2 홀로그램 소자(651)의 사이에서의 간섭 줄무늬 피치의 차가 상기 범위 내이면, 1회째의 회절에 있어서 회절 각도에 각도 폭이나 각도 변화가 발생했다고 해도, 그것에 의한 영상에 대한 영향을, 2회째의 회절을 거침으로써, 관찰자가 인식할 수 없을 정도로 억제할 수 있다.

다만, 제2 홀로그램 소자(651)의 간섭 줄무늬 피치의 결정에 있어서는, 관찰자의 눈 EY에 입사하도록 영상광 L3을 회절시키는 것이 전제로 있기 때문에, 제2 홀로그램 소자(651)의 크기나 제2 홀로그램 소자(651)와 관찰자의 거리, 제2 홀로그램 소자(651)와 화상 생성부(3)의 위치 관계 등에 따라서는, 관찰자의 눈 EY에 영상광 L5를 확실하게 입사시키는 것과, 전술한 바와 같은 해상도의 저하나 색 편차와 같은 효과를 유지하는 것을 양립시키는 것이 어려운 경우가 있다.

이와 같은 경우도 고려하여, 본 실시 형태에 따른 반사부(6)는, 관찰자측에 위치하는 면이 오목면(611)이 되도록 구성되어 있다. 즉, 제2 홀로그램 소자(651)의 영상광 L3의 입사측의 표면 형상도 오목면으로 되어 있다. 제2 홀로그램 소자(651)의 영상광 L3의 입사면의 표면 형상은, 적어도, 제2 홀로그램 소자(651)의 회절 격자와 수직인 방향(즉 회절 격자의 격자 패턴의 연장 방향과 수직인 방향)에 있어서, 오목면으로 되어 있으면 된다. 이러한 오목면(611) 위에 제2 홀로그램 소자(651)를 설치함으로써, 오목면(611)은, 1회째의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭을 2회째의 회절에 있어서 적어도 일부 상쇄한다고 하는 제2 홀로그램 소자(651)의 기능을 보강하도록 작용한다. 즉, 제2 홀로그램 소자(651)는, 전술한 바와 같이, 제2 홀로그램 소자(651)에 있어서의 회절에서 발생한 영상광 L5를 관찰자의 눈 EY를 향해 집광시키지만, 전술한 바와 같은 간섭 줄무늬 피치의 제약, 구체적으로는, 제2 홀로그램 소자(651) 중에 있어서 간섭 줄무늬 피치의 차를 그다지 크게 할 수 없다는 제약에 기초하여, 제2 홀로그램 소자(651)의 설계 시에 회절 각도를 자유롭게 선택하는 것은 어렵다는 배경이 있다.

이에 반하여, 본 실시 형태와 같이, 오목면(611)을 갖는 반사부(6)를 사용하고, 오목면(611) 위에 제2 홀로그램 소자(651)를 설치하도록 하면, 오목면(611)이 집광 렌즈와 등가의 기능을 갖기 때문에, 영상광 L5를 눈 EY를 향해 집광시키는 기능이 보강되게 된다. 그 결과, 화각이 크고, 또한 고화질의 영상을 시인시킬 수 있다. 또한, 집광 기능이 보강된 만큼, 제2 홀로그램 소자(651)에 있어서 간섭 줄무늬 피치의 차를 그다지 크게 하지 않아도 마치게 된다. 즉, 가령, 1회째의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭이나 각도 변화가, 제2 홀로그램 소자(651)로 충분히 상쇄할 수 없을 정도의 것이더라도, 오목면(611)에 의해, 부족분의 적어도 일부를 보충할 수 있다.

따라서, 반사부(6)는, 평탄면을 갖는 평판 형상을 이루고 있어도 되지만, 바람직하게는 본 실시 형태와 같이 오목면(611)을 갖는 것으로 된다. 이에 의해, 회절 각도의 각도 폭이나 각도 변화에 수반되는 영상의 해상도 저하나 색 편차를 보다 확실하게 억제할 수 있다.

여기서, 일례로서, 반사부(6)가 오목면(611)을 갖는 경우와, 반사부(6)가 오목면(611) 대신에 평면을 갖는 경우에서, 관찰자의 망막 위에 결상하는 영상광 L5의 위치 어긋남이나 색 편차를 보정하는 데 필요한 회절 격자의 조건을 비교하는 계산 예에 대하여 설명한다.

오목면(611) 대신에 평면으로 한 경우, 반사부(6)의 평면 중심 부분에 설치되어 있는 간섭 줄무늬의 형성 밀도를 1㎜당 1550개로 하면, 평면의 전체에서는, 최솟값이 1㎜당 980개, 최댓값이 1㎜당 2200개로 되는 범위에서 형성 밀도에 폭을 갖게 할 필요가 있다고 산출된다. 즉, 이 평면 내에 있어서의 형성 밀도의 차는, 최대 1㎜당 1220개에 미치게 된다.

한편, 본 실시 형태에 있어서, 반사부(6)의 오목면(611)의 중심 부분에 설치되어 있는 간섭 줄무늬의 형성 밀도를 1㎜당 1550개로 하면, 오목면(611)의 전체에서는, 최솟값이 1㎜당 1490개, 최댓값이 1㎜당 1700개로 되는 범위에서 형성 밀도에 폭을 갖게 할 필요가 있다고 산출된다. 즉, 이 평면 내에 있어서의 형성 밀도의 차는, 최대 1㎜당 210개로 억제된다.

이와 같은 계산 예에 의하면, 반사부(6)에 대하여 오목면(611)을 설치함으로써, 반사부(6)에 형성되는 간섭 줄무늬 피치의 차를 작게 억제하는 것이 뒷받침된다. 이와 같이 반사부(6)에 형성되는 간섭 줄무늬 피치의 차를 억제함으로써, 영상의 중심부뿐만 아니라, 전체에 있어서 고화질화를 도모할 수 있다.

또한, 오목면(611)의 형상은, 특별히 한정되지 않고 예를 들어, 자유 곡면(비구면) 외에, 구면, 쌍곡면, 포물면 등을 들 수 있다.

또한, 제1 홀로그램 소자(351)의 간섭 줄무늬의 연장 방향은, 제2 홀로그램 소자(651)의 간섭 줄무늬의 연장 방향과 평행한 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도 3의 경우, 제1 홀로그램 소자(351)의 간섭 줄무늬의 연장 방향 및 제2 홀로그램 소자(651)의 간섭 줄무늬의 연장 방향은, 각각 지면에 수직인 방향인 것이 바람직하다. 이에 의해, 1회째의 회절에 있어서의 입사광에 대한 회절 방향(회절광의 출사 방향)과 2회째의 회절에 있어서의 입사광에 대한 회절 방향(회절광의 출사 방향)의 관계가, 동일해진다. 따라서, 1회째의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭이나 각도 변화를, 2회째의 회절에 있어서 보다 확실하게 상쇄할 수 있게 된다.

또한, 적어도 상기의 효과를 얻는다는 관점에서 말하자면, 제1 홀로그램 소자(351)의 간섭 줄무늬의 연장 방향과 제2 홀로그램 소자(651)의 간섭 줄무늬의 연장 방향은, 반드시 평행하지 않아도 되며, 예를 들어, 제1 홀로그램 소자(351)의 간섭 줄무늬의 연장 방향과 제2 홀로그램 소자(651)의 간섭 줄무늬의 연장 방향이 평행인 상태로부터, 상기 연장 방향과 직교하는 축을 회동 축으로 하여 제2 홀로그램 소자(651)를 임의의 회동각에서 회동한 상태, 예를 들어, 수평한 축을 회동 축으로하여 제2 홀로그램 소자(651)를 회동한 상태(소위 「틸팅」상태)에서도, 상기의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 제2 홀로그램 소자(651)의 간섭 줄무늬(회절 격자)의 연장 방향은, 영상광 L3의 주 주사 방향, 즉 수평 방향과 직교하고 있는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 1회째의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭은, 영상광 L3의 주 주사 방향에 폭을 갖는 각도 폭이기 때문에, 2회째의 회절에서는, 이 각도 폭을 상쇄하는 회절이 발생하도록 간섭 줄무늬가 배치되어 있을 필요가 있다. 따라서, 제2 홀로그램 소자(651)의 간섭 줄무늬의 연장 방향을, 영상광 L3의 주 주사 방향과 직교하는 방향에 맞춤으로써, 1회째의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭을 2회째의 회절에 있어서 보다 확실하게 상쇄할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따른 화상 표시 장치(1)에서는, 전술한 바와 같이, 적색광, 녹색광 및 청색광의 3색의 광을 사용해서 영상을 형성하고 있다. 따라서, 제1 홀로그램 소자(351) 및 제2 홀로그램 소자(651)에는, 각각, 적색광용 간섭 줄무늬와, 녹색광용 간섭 줄무늬와, 청색광용 간섭 줄무늬를 중첩(다중화)시킨 상태에서 형성되어 있다. 이로 인해, 제1 홀로그램 소자(351) 및 제2 홀로그램 소자(651)는, 각각, 적색광, 녹색광 및 청색광을, 개별로 최적의 각도로 회절 반사시킬 수 있다. 그 결과, 적색광으로 이루어지는 영상광 L5, 녹색광으로 이루어지는 영상광 L5 및 청색광으로 이루어지는 영상광 L5의 각각에 대하여, 회절 각도의 각도 폭이나 각도 변화의 발생을 억제하여, 해상도 저하나 색 편차가 억제된 풀 컬러의 영상을 얻을 수 있다.

따라서, 전술한 바와 같은 제1 홀로그램 소자(351)와 제2 홀로그램 소자(651) 사이의 간섭 줄무늬 피치의 대소 관계나, 제2 홀로그램 소자(651) 중에서의 간섭 줄무늬 피치의 대소 관계는, 각각, 적색광용 간섭 줄무늬, 녹색광용 간섭 줄무늬 및 청색광용 간섭 줄무늬에 대하여 개별로 또한 서로 독립해서 성립되어 있다. 이로 인해, 예를 들어 적색광에 대하여, 1회째의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭이나 각도 변화가, 2회째의 회절에 있어서 적어도 일부 상쇄된다. 마찬가지로, 녹색광에 대해서도, 1회째의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭이나 각도 변화가, 2회째의 회절에 있어서 적어도 일부 상쇄되고, 청색광에 대해서도, 1회째의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭이나 각도 변화가, 2회째의 회절에 있어서 적어도 일부 상쇄된다.

이상과 같은 제1 홀로그램 소자(351)나 제2 홀로그램 소자(651)를 제조하기 위해서는, 예를 들어, 밀착 노광 방식, 1 광속 간섭 방식, 2 광속 간섭 방식, 콜리니어 방식과 같은 각종 제조 방법이 사용된다.

또한, 전술한 바와 같은 파장이 서로 다른 복수종의 광에 대하여, 그에 적합한 간섭 줄무늬를 중첩시키기 위해서는, 상기 제조 방법에 있어서 피처리체를 노광 할 때, 파장의 다른 복수종의 광을 사용하여 노광하도록 하면 된다.

홀로그램 소자에서는, 그것을 제조 시에 사용한 파장의 광이 입사할 때, 특히 높은 회절 효율을 나타냄과 함께, 그 이외의 파장의 광에 대해서는, 거의 회절이 일어나지 않는다(파장 선택성이 높다). 따라서, 1개의 홀로그램층에, 파장이 서로 다른 광용 간섭 줄무늬를 중첩시킨 경우에도, 각 광용 간섭 줄무늬의 독립성이 유지되기 쉽고, 적색광, 녹색광 및 청색광에 대하여, 각각 회절 각도의 각도 폭이나 각도 변화의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 화상 표시 장치(1)에서는, 적색광, 녹색광 및 청색광 이외에 다른 색의 광이 추가되어 있어도 되며, 반대로, 3색 미만, 즉 1색의 광만 또는 2색의 광만이 사용되어도 된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 영상광 생성부(31)와 광 주사부(36)의 사이에 광 회절부(35)가 설치되어 있다. 이로 인해, 영상광 생성부(31)로부터 출사한 영상광 L1은, 영상의 내용에 의하지 않고, 광 회절부(35)의 특정한 위치에 투사되게 된다. 다시 말하면, 광 회절부(35)를 광 주사부(36)보다도 광원측에 배치한 것에 의해, 공간적으로 주사되기 전의 영상광 L1이 광 회절부(35)에 투사되게 되기 때문에, 광 회절부(35)에 필요한 면적은 얼마 되지 않는다. 따라서, 본 실시 형태에 의하면, 면적의 작은 광 회절부(35)를 사용할 수 있고, 화상 표시 장치(1)의 소형화 및 저비용화를 도모할 수 있다.

또한, 광 회절부(35)를, 표면 릴리프형 회절 격자나 표면 릴리프 홀로그램 소자로 구성한 경우에는, 표면 릴리프의 홈 경사면이 광을 경면 반사시킨다. 이로 인해, 표면 릴리프의 홈 형상에 기초하여 소정의 방향으로 회절되는 회절광이 광 주사부(36)를 향하도록, 표면 릴리프의 홈 형상을 적절히 설정하는 것이 바람직하다.

<제2 실시 형태>

다음으로, 본 발명의 화상 표시 장치의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다.

도 12는, 본 발명의 화상 표시 장치의 제2 실시 형태의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.

이하, 제2 실시 형태에 대하여 설명하지만, 이하의 설명에서는, 전술한 제1 실시 형태와의 상위점을 중심으로 설명하고, 동일한 사항에 대해서는 그 설명을 생략한다. 또한, 도면에 있어서, 전술한 실시 형태와 마찬가지의 사항에 대해서는, 동일 부호를 붙이고 있다.

제2 실시 형태에 따른 화상 표시 장치(1)는, 제1 홀로그램 소자(351) 및 제2 홀로그램 소자(651)의 구성이 상이한 것 외에, 제1 실시 형태에 따른 화상 표시 장치(1)와 마찬가지이다.

즉, 전술한 제1 실시 형태에 대한 제1 홀로그램 소자(351) 및 제2 홀로그램 소자(651)에는, 각각, 적색광, 녹색광 및 청색광의 3색의 광을 개별로 회절시키도록, 적색광용 간섭 줄무늬와 녹색광용 간섭 줄무늬와 청색광용 간섭 줄무늬를 서로 다른 피치로 중첩(다중화)시켜서 형성하고 있다.

이에 반하여, 본 실시 형태에 따른 제1 홀로그램 소자(351)는, 도 12에 도시한 바와 같이, 적색광을 회절시키기 위한 홀로그램층(351R)과, 녹색광을 회절시키기 위한 홀로그램층(351G)과, 청색광을 회절시키기 위한 홀로그램층(351B)을 적층하여 이루어지는 적층체로 구성되어 있다.

마찬가지로, 본 실시 형태에 따른 제2 홀로그램 소자(651)는, 도 12에 도시한 바와 같이, 적색광을 회절시키기 위한 홀로그램층(651R)과, 녹색광을 회절시키기 위한 홀로그램층(651G)과, 청색광을 회절시키기 위한 홀로그램층(651B)을 적층하여 이루어지는 적층체로 구성되어 있다.

이와 같이 본 실시 형태에서는, 적색광용 간섭 줄무늬와, 녹색광용 간섭 줄무늬와, 청색광용 간섭 줄무늬를, 서로 다른 홀로그램층에 형성하도록 했기 때문에, 간섭 줄무늬끼리가 중복해버림에 의한 회절 효율의 저하가 억제된다. 이로 인해, 본 실시 형태에 의하면, 제1 홀로그램 소자(351) 및 제2 홀로그램 소자(651)의 회절 효율을 각각 높일 수 있다.

또한, 제1 실시 형태에 대하여 설명한 제1 홀로그램 소자(351)와 제2 홀로그램 소자(651) 사이의 간섭 줄무늬 피치의 대소 관계나, 제2 홀로그램 소자(651) 중에 있어서의 간섭 줄무늬 피치의 대소 관계는, 각각, 본 실시 형태에 따른 적색광용 간섭 줄무늬, 녹색광용 간섭 줄무늬 및 청색광용 간섭 줄무늬에 대하여 개별로 또한 서로 독립하여 성립되어 있다. 이로 인해, 예를 들어 적색광에 대하여, 1회째의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭이나 각도 변화가, 2회째의 회절에 있어서 적어도 일부 상쇄되게 된다. 마찬가지로, 녹색광에 대해서도, 1회째의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭이나 각도 변화가, 2회째의 회절에 있어서 적어도 일부 상쇄되고, 청색광에 대해서도, 1회째의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭이나 각도 변화가, 2회째의 회절에 있어서 적어도 일부 상쇄된다.

또한, 홀로그램층(351R), 홀로그램층(351G) 및 홀로그램층(351B)의 적층순은, 도 12에 도시한 적층순으로 한정되지 않는다.

이상과 같은 제2 실시 형태에 있어서도, 제1 실시 형태와 마찬가지의 작용, 효과가 얻어진다.

<제3 실시 형태>

다음으로, 본 발명의 화상 표시 장치의 제3 실시 형태에 대하여 설명한다.

도 13은, 본 발명의 화상 표시 장치의 제3 실시 형태를 구비하는 헤드업 디스플레이의 개략 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.

이하, 제3 실시 형태에 대하여 설명하지만, 이하의 설명에서는, 전술한 제1 내지 제2 실시 형태와의 상위점을 중심으로 설명하고, 동일한 사항에 대해서는 그 설명을 생략한다. 또한, 도면에 있어서, 전술한 실시 형태와 마찬가지의 사항에 대해서는, 동일 부호를 붙이고 있다.

제3 실시 형태에 따른 화상 표시 장치(1)는, 자동차의 천장부에 장착되어 사용되는 헤드업 디스플레이(10')에 포함되는 것 외에, 제1 내지 제2 실시 형태에 따른 화상 표시 장치(1)와 마찬가지이다.

즉, 제3 실시 형태에 따른 화상 표시 장치(1)는, 자동차 CA의 천장부 CE에 장착해서 사용되고, 허상과 외계상을 중첩시킨 상태에서 관찰자에게 시인시킨다.

이 화상 표시 장치(1)는, 도 13에 도시한 바와 같이, 화상 생성부(3) 및 확대 광학계(4)를 내장한 광원 유닛 UT와, 반사부(6)와, 광원 유닛 UT와 반사부(6)를 접속하는 프레임(2')을 구비한다.

또한, 본 실시 형태에서는, 광원 유닛 UT, 프레임(2') 및 반사부(6)를, 자동차 CA의 천장부 CE에 장착하고 있는 경우를 예로 들어 설명하지만, 이들을 자동차 CA의 대시 보드 위에 장착해도 되며, 일부의 구성을 프론트 윈도우 FW에 고정하도록 해도 된다. 또한, 헤드업 디스플레이(10')는 자동차뿐만 아니라, 항공기, 선박, 건설 기계, 중기, 이륜차, 자전거, 우주선과 같은 각종 이동체에 장착되는 것이어도 된다.

이하, 화상 표시 장치(1)의 각 부를 차례로 상세히 설명한다.

광원 유닛 UT는, 어떠한 방법으로 천장부 CE에 고정되어 있어도 되지만, 예를 들어 밴드나 클립 등을 사용해서 선 바이저에 장착하는 방법에 의해 고정된다.

프레임(2')은, 예를 들어 1쌍의 긴 형상의 부재를 구비하고 있으며, 광원 유닛 UT와 반사부(6)의 X축 방향의 양단을 접속함으로써, 광원 유닛 UT와 반사부(6)를 고정하고 있다.

광원 유닛 UT는, 화상 생성부(3) 및 확대 광학계(4)를 내장하고 있으며, 확대 광학계(4)로부터는 반사부(6)를 향해 영상광 L3이 출사된다. 그리고, 반사부(6)에서 회절 반사된 영상광 L5는, 관찰자의 눈 EY에 결상한다.

한편, 본 실시 형태에 따른 반사부(6)도, 사용 시에 있어서 반사부(6)의 외측으로부터 관찰자의 눈 EY를 향하는 외계광 L6을 투과시키는 기능을 갖는다. 즉, 반사부(6)는, 광원 유닛 UT로부터의 영상광 L3을 반사함과 함께, 사용 시에 있어서 자동차 CA 외로부터 프론트 윈도우 FW를 거쳐서 관찰자의 눈 EY를 향하는 외계광 L6을 투과시키는 기능을 갖는다. 이에 의해, 관찰자는, 외계상을 시인하면서, 동시에, 영상광 L5에 의해 형성된 허상(화상)을 시인할 수 있다. 즉, 시쓰루형 헤드업 디스플레이를 실현할 수 있다.

이와 같은 제3 실시 형태에 있어서도, 제1 내지 제2 실시 형태와 마찬가지의 작용, 효과가 얻어진다.

즉, 본 실시 형태에 따른 화상 표시 장치(1)에 있어서도, 1회째의 회절에 있어서 발생한 회절 각도의 각도 폭이나 각도 변화 중, 2회째의 회절에 있어서, 적어도 일부를 상쇄할 수 있다. 이에 의해, 관찰자는, 해상도 저하나 색 편차가 충분히 억제된 고화질의 영상을 시인할 수 있다.

이상, 본 발명의 화상 표시 장치에 대하여, 도시의 실시 형태에 기초하여 설명하였지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 본 발명의 화상 표시 장치에서는, 각 부의 구성은, 마찬가지의 기능을 발휘하는 임의의 구성의 것으로 치환할 수 있으며, 또한, 임의의 구성을 부가할 수도 있다.

또한, 본 발명의 화상 표시 장치의 실시 형태는, 전술한 헤드 마운트 디스플레이나 헤드업 디스플레이에 한정되지 않고, 망막 주사 방식의 표시 원리를 갖는 것이면 어떠한 형태의 것에도 포함시킬 수 있다.

1: 화상 표시 장치
2: 프레임
2': 프레임
3: 화상 생성부
4: 확대 광학계
5: 광학 소자
6: 반사부
10: 헤드 마운트 디스플레이
10': 헤드업 디스플이
11: 가동 미러부
12a: 축부
12b: 축부
13: 프레임체부
14a: 축부
14b: 축부
14c: 축부
14d: 축부
15: 지지부
16: 영구 자석
17: 코일
18: 신호 중첩부
21: 프론트부
22: 템플
23: 노즈 패드
27: 오목부
31: 영상광 생성부
32: 구동 신호 생성부
33: 제어부
34: 렌즈
35: 광 회절부
36: 광 주사부
42: 보정 렌즈
43: 차광판
51: 도광부
52: 도광부
53: 도광부
54: 하프 미러층
55: 하프 미러층
56: 입사면
57: 사출면
58a: 측면
58b: 측면
59a: 측면
59b: 측면
61: 비구면 미러
65: 광 회절부
111: 기부
112: 스페이서
113: 광 반사판
114: 광 반사부
115: 경질층
211: 림
212: 셰이드부
311: 광원부
311B: 광원
311G: 광원
311R: 광원
312B: 구동 회로
312G: 구동 회로
312R: 구동 회로
313: 광 합성부
313a: 다이크로익 미러
313b: 다이크로익 미러
321: 구동 회로
322: 구동 회로
351: 제1 홀로그램 소자
351B: 홀로그램층
351G: 홀로그램층
351R: 홀로그램층
611: 오목면
651: 제2 홀로그램 소자
651B: 홀로그램층
651G: 홀로그램층
651R: 홀로그램층
651a: 중심부
651b: 단부
651c: 단부
CA: 자동차
CE: 천장부
EA: 귀
EY: 눈
FW: 프론트 윈도우
H: 머리부
L1: 영상광
L2: 영상광
L3: 영상광
L3': 영상광
L4: 영상광
L5: 영상광
L5': 영상광
L6: 외계광
NS: 코
SL: 주사선
T1: 주기
T2: 주기
UT: 광원 유닛
V1: 제1 구동 신호
V2: 제2 구동 신호
W: 축선

Claims (8)

1. 영상 신호에 기초하여 변조된 영상광을 생성하는 영상광 생성부와,
   상기 영상광 생성부로부터 사출된 상기 영상광을 회절시키는 제1 회절 광학 소자와,
   상기 영상광을 공간적으로 주사하는 광 스캐너와,
   상기 광 스캐너에 의해 주사된 상기 영상광이 입사되고, 상기 입사된 상기 영상광을 회절시키는 제2 회절 광학 소자
   를 구비하고,
   상기 제1 회절 광학 소자는, 상기 영상광 생성부와 상기 광 스캐너 사이의 광로 상에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 회절 광학 소자는, 상기 영상광의 입사측의 표면 형상이 상기 제2 회절 광학 소자의 회절 격자와 수직인 방향에서 오목면으로 되어 있는 화상 표시 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 광 스캐너는, 제1 방향을 따라서 상기 영상광을 주(主) 주사하고, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라서 상기 영상광을 부(副) 주사하고,
   상기 제1 회절 광학 소자는, 회절 격자 주기가 일정하며,
   상기 제2 회절 광학 소자는, 상기 제2 회절 광학 소자에 입사되는 상기 영상광의 상기 부 주사의 진폭의 중심을 통과하는 상기 주 주사의 주사선 상에서 회절 격자 주기가 서로 상이한 부분을 갖는 화상 표시 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 회절 광학 소자의 회절 격자 주기는, 상기 제2 회절 광학 소자에 입사되는 상기 영상광의 상기 부 주사의 진폭의 중심을 통과하는 상기 주 주사의 주사선 상에서의 회절 격자 주기의 최대값과 최소값의 사이인 화상 표시 장치.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 제1 회절 광학 소자의 회절 격자 주기는, 상기 제2 회절 광학 소자에 입사되는 상기 영상광의 상기 부 주사의 진폭의 중심을 통과하는 상기 주 주사의 주사선 상이며, 또한, 상기 주 주사의 진폭의 중심의 위치에서의 회절 격자 주기와 동등한 화상 표시 장치.
6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 제1 회절 광학 소자의 회절 격자 주기는, 상기 제2 회절 광학 소자에 입사되는 상기 영상광의 상기 부 주사의 진폭의 중심을 통과하는 상기 주 주사의 주사선 상에서의 회절 격자 주기의 평균값과 동등한 화상 표시 장치.
7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 회절 광학 소자의 회절 격자의 연장 방향은, 상기 제1 방향과 직교하고 있는 화상 표시 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 광 스캐너와 상기 제2 회절 광학 소자 사이의 광로 상에 설치된 동공 확대 광학계를 더 갖는 화상 표시 장치.

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