WO2016002138A1 - 画像表示装置 - Google Patents

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diffractive optical
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横山　修
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セイコーエプソン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an image display device.
  • a head mounted display is known as a display device that irradiates a laser directly to the retina of the pupil and causes a user to view an image.
  • the head mounted display generally comprises a light emitting device for emitting light, and a scanning means for changing an optical path so that the emitted light scans the user's retina.
  • a head mounted display allows the user to simultaneously view, for example, both the outside scene and the image drawn by the scanning means.
  • Patent Document 1 includes a light source device, a transmission type spatial light modulation element, a holographic polymer dispersed liquid crystal optical element, two 1 ⁇ 4 wavelength plates, a free curved surface semitransparent mirror, and a polarizing plate.
  • An image display apparatus is disclosed. A light flux emitted from the light source device is modulated according to image information by the transmission type spatial light modulation element, and is incident on the holographic polymer dispersed liquid crystal optical element.
  • P-polarization image light is diffracted among incident image light, and S-polarization image light is not diffracted.
  • the diffracted image light is incident on a 1 ⁇ 4 wavelength plate, and is incident on a free-form surface semi-transmissive mirror as circularly polarized image light.
  • the light is again incident on the 1 ⁇ 4 wavelength plate, and is incident on the holographic polymer dispersed liquid crystal optical element as S-polarization image light.
  • the transmitted S-polarized image light is directly incident on the user's pupil because the S-polarized image light is transmitted without being diffracted.
  • background light reaching from behind the free-form semi-transparent mirror is used by sequentially transmitting through the polarizing plate, quarter-wave plate, free-form semi-transparent mirror, quarter-wave plate, and holographic polymer dispersed liquid crystal optical element Enter the pupil of the person.
  • the background light is linearly polarized background light in the polarizing plate, circularly polarized background light in the first quarter-wave plate, and transmitted through the free-form semitransparent mirror, and then the second-quarter quarter-wave plate
  • the light is s-polarized background light and is incident on the holographic polymer dispersed liquid crystal optical element.
  • the transmitted S-polarized background light is directly incident on the user's pupil because the S-polarized background light is transmitted without being diffracted.
  • An object of the present invention is to provide an image display apparatus having see-through property and visibility with a simple configuration.
  • An image display apparatus includes a light source unit that emits first polarized light polarized in a first direction; A light scanner for scanning the first polarized light emitted from the light source unit; A reflective optical unit that reflects the first polarized light scanned by the light scanner; A diffractive optical unit including a pair of diffraction gratings whose grating patterns are equivalent to each other and diffracting the first polarized light reflected by the reflective optical unit; And a polarization selection unit positioned opposite to the diffractive optical unit of the reflective optical unit and transmitting a second polarized light polarized in a second direction orthogonal to the first direction, The diffractive optical unit diffracts the first polarized light and does not diffract the second polarized light.
  • an image display apparatus employs a method of scanning video light
  • a user recognizes an image as a collection of point images formed by the video light. Therefore, the diameter of the light beam of the image light can be very small, and distortion and blur of the image based on the aberration of the reflection surface can be minimized when the image light is reflected by the reflection optical unit. As a result, the resolution of the image can be increased.
  • the diffractive optical unit is Said pair of diffraction gratings having a grating pattern of isotropic refractive index material, It is preferable that a birefringent portion filled with a birefringent material is provided between grating patterns of each of the pair of diffraction gratings, as viewed from the direction in which the first polarized light enters the diffractive optical unit.
  • the image light incident on the diffractive optical unit is transmitted through the diffractive optical unit while being split into a plurality of light beams along the arrangement direction of the grating pattern of the diffraction grating.
  • the luminous flux of the image light divided into a plurality enters into the eye of the user, and the user visually recognizes the virtual image according to the image information as an image by the luminous flux replicated in plural along the direction.
  • the refractive index of the isotropic refractive index material is n0
  • the refractive index of the birefringence part in the first direction is n1.
  • the refractive index in the second direction of the birefringent portion is n2
  • n1 and n2 are different from each other, and n0 and n2 are equal to each other.
  • the first polarized light can be diffracted and the second polarized light can be prevented from being diffracted.
  • the image display device having both excellent see-through performance and high visibility.
  • the diffractive optical unit includes a substrate made of the isotropic refractive index material, A plurality of recesses are provided on the plate surface on both sides of the substrate, It is preferable that the plurality of concave portions be filled with the birefringent material.
  • the diffractive optical unit can be manufactured easily and with high accuracy. For this reason, a diffractive optical part having high dimensional accuracy and little aberration can be obtained.
  • the reflecting optical unit preferably includes a semi-transparent mirror having a concave reflecting surface.
  • the diffractive optical unit splits the first polarized light incident on the diffractive optical unit into a plurality of light beams by diffracting the first polarized light.
  • the exit pupil of the first polarized light is enlarged, and the visibility of the image formed by this light becomes higher.
  • the first polarized light diffracted by the diffractive optical unit and the second polarized light not diffracted by the diffractive optical unit are configured to reach the eyes of the user. Is preferred. Thereby, the image display apparatus which made the outstanding see-through property and high visibility compatible is obtained.
  • FIG. 6 (a) is a view of the diffractive optical part shown in FIG. 5 as viewed from the Y-axis direction, and FIG. 6 (b) is a view of the diffractive optical part as viewed from the X-axis direction.
  • FIG. 8A is a view of the diffractive optical unit shown in FIG. 7 as viewed in the Y-axis direction
  • FIG. 8B is a view of the diffractive optical unit as viewed in the X-axis direction. It is a figure which shows 3rd Embodiment (head up display) of the image display apparatus of this invention.
  • FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of a first embodiment (head mounted display) of an image display device according to the present invention
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of the image display device shown in FIG. 3 is a schematic diagram of a signal generating unit of the image display device shown in FIG. 1
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a light scanning unit included in the scanning light emitting unit shown in FIG. 1, and FIG. It is a figure for demonstrating typically an effect
  • X axis, Y axis, and Z axis are illustrated as three axes orthogonal to each other, and the distal end side of the illustrated arrow is “+ (plus)”, the proximal end side Let "-(minus)”. Further, a direction parallel to the X axis is referred to as “X axis direction”, a direction parallel to the Y axis is referred to as “Y axis direction”, and a direction parallel to the Z axis is referred to as “Z axis direction”.
  • the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis are the vertical direction of the head H in the Y-axis direction and the head H in the Z-axis direction.
  • the left and right direction, and the X axis direction are set to be the front and back direction of the head H.
  • the image display device 1 of the present embodiment is a head mounted display (head mounted image display device) having an appearance like glasses, and is mounted on the head H of the user. It is used, and allows the user to visually recognize the virtual image in a state of being superimposed on the external image.
  • head mounted display head mounted image display device
  • the image display device 1 includes a frame 2, a signal generation unit 3, a scanning light emission unit 4, a reflection unit 6, a polarizing plate 8, and a diffractive optical unit 9.
  • the image display device 1 includes a first optical fiber 71, a second optical fiber 72, and a connection unit 5.
  • the signal generation unit 3 generates signal light modulated according to image information, and the signal light passes through the first optical fiber 71, the connection unit 5 and the second optical fiber 72, and the scanning light emission unit
  • the scanning light emitting unit 4 two-dimensionally scans the signal light (image light) to emit scanning light
  • the reflecting unit 6 reflects the scanning light toward the user's eye EY. Thereby, the user can visually recognize the virtual image according to the image information.
  • the signal generating unit 3, the scanning light emitting unit 4, the connecting unit 5, the reflecting unit 6, the first optical fiber 71, the second optical fiber 72, the polarizing plate 8 and the diffractive optical unit 9 are on the right side of the frame 2.
  • the case where only the virtual image for the right eye is formed will be described as an example. However, by configuring the left side of the frame 2 in the same manner as the right side, the virtual image for the left eye is formed together with the virtual image for the right eye. Alternatively, only a virtual image for the left eye may be formed.
  • the means for optically connecting between the signal generation unit 3 and the scanning light emitting unit 4 may be replaced by means via various light guides, for example, other than means via an optical fiber.
  • the first optical fiber 71 and the second optical fiber 72 may not be connected by the connection portion 5, and the signal generation portion 3 and the scanning light emission may be output only by the first optical fiber 71 without the connection portion 5.
  • the part 4 may be optically connected.
  • the frame 2 is shaped like an eyeglass frame, and has a function of supporting the signal generating unit 3 and the scanning light emitting unit 4.
  • the frame 2 is connected to the front portion 22 supporting the scanning light emitting portion 4 and the nose pad portion 21, and a pair of temple portions connected to the front portion 22 and abutting on the user's ear And a modern portion 24 which is an end opposite to the front portion 22 of each temple portion 23.
  • the nose pad portion 21 is in contact with the user's nose NS at the time of use, and supports the image display device 1 against the head of the user.
  • the front portion 22 includes the rim portion 25 and the bridge portion 26.
  • the nose pad portion 21 is configured to be able to adjust the position of the frame 2 with respect to the user in use.
  • the shape of the frame 2 is not limited to that shown in the drawings as long as it can be attached to the head H of the user.
  • the signal generation unit 3 is provided in one of the frames 2 (the right side in the present embodiment) of the frame 2 described above (the end on the opposite side of the front portion 22 of the temple 23). There is.
  • the signal generation unit 3 is disposed on the opposite side to the eye EY with respect to the user's ear EA in use. Thereby, the weight balance of the image display device 1 can be made excellent.
  • the signal generation unit 3 has a function of generating signal light scanned by the light scanning unit 42 of the scanning light emission unit 4 described later, and a function of generating a drive signal for driving the light scanning unit 42.
  • such a signal generation unit 3 includes a signal light generation unit 31, a drive signal generation unit 32, a control unit 33, a light detection unit 34, and a fixing unit 35.
  • the signal light generation unit 31 generates signal light scanned (optically scanned) by the light scanning unit 42 (light scanner) of the scanning light emission unit 4 described later.
  • the signal light generation unit 31 includes a plurality of light sources 311R, 311G, and 311B having different wavelengths, a plurality of drive circuits 312R, 312G, and 312B, lenses 313R, 313G, and 313B, and a light synthesis unit (synthesis unit) 314. .
  • the light source 311R (R light source) emits red light
  • the light source 311G (G light source) emits green light
  • the light source 311B (B light source) emits blue light.
  • a full color image can be displayed by using such three color lights.
  • Such light sources 311R, 311G, and 311B are not particularly limited, but for example, laser diodes and LEDs can be used.
  • Such light sources 311R, 311G, and 311B are electrically connected to the drive circuits 312R, 312G, and 312B, respectively.
  • the drive circuit 312R has a function of driving the light source 311R described above
  • the drive circuit 312G has a function of driving the light source 311G described above
  • the drive circuit 312B has a function of driving the light source 311B described above.
  • the lenses 313R, 313G, and 313B are collimator lenses, respectively. As a result, the lights emitted from the light sources 311R, 311G, and 311B are collimated, and enter the light combining unit 314.
  • the light combining unit 314 combines the light from the plurality of light sources 311R, 311G, and 311B. Thereby, the number of optical fibers for transmitting the signal light generated by the signal light generation unit 31 to the scanning light emission unit 4 can be reduced. Therefore, in the present embodiment, the signal light can be transmitted from the signal generation unit 3 to the scanning light emission unit 4 via one light transmission path including the first optical fiber 71, the connection unit 5, and the second optical fiber 72. .
  • the light combining unit 314 has three dichroic mirrors 314a, 314b, and 314c, and emits light (three-color light of red light, green light, and blue light) emitted from the light sources 311R, 311G, and 311B. Combine and emit one signal light.
  • the light sources 311R, 311G, and 311B may be collectively referred to as “light source unit 311”, and the signal light generated by the signal light generation unit 31 may be referred to as "light emitted from the light source unit 311".
  • the light combining unit 314 is not limited to the configuration using the dichroic mirror as described above, and may be configured by, for example, a prism, an optical waveguide, an optical fiber, or the like.
  • the signal light generated by the signal light generation unit 31 as described above is incident on one end of the first optical fiber 71. Then, the signal light passes through the first optical fiber 71, the connection portion 5 and the second optical fiber 72 in this order, and is transmitted to the light scanning portion 42 of the scanning light emitting portion 4 described later.
  • a light detection unit 34 is provided in the vicinity of the end portion on the incident side of the signal light of the first optical fiber 71 (hereinafter, also simply referred to as “one end portion of the first optical fiber 71”).
  • the light detection unit 34 detects signal light.
  • one end of the first optical fiber 71 and the light detection unit 34 are fixed to the fixing unit 35.
  • the drive signal generation unit 32 generates a drive signal for driving a light scanning unit 42 (light scanner) of the scanning light emission unit 4 described later.
  • the drive signal generation unit 32 generates a first drive signal used for scanning (horizontal scan) in the first direction of the light scanning unit 42 (first drive circuit), and the light scanning unit 42. And a drive circuit 322 (second drive circuit) for generating a second drive signal used for scanning (vertical scan) in a second direction orthogonal to the first direction.
  • Such a drive signal generation unit 32 is electrically connected to the light scanning unit 42 of the scanning light emission unit 4 described later via a signal line (not shown).
  • the drive signals (first drive signal and second drive signal) generated by the drive signal generation unit 32 are input to the light scanning unit 42 of the scanning light emission unit 4 described later.
  • the drive circuits 312 R, 312 G, and 312 B of the signal light generation unit 31 and the drive circuits 321 and 322 of the drive signal generation unit 32 as described above are electrically connected to the control unit 33.
  • the control unit 33 has a function of controlling driving of the drive circuits 312R, 312G, and 312B of the signal light generation unit 31 and the drive circuits 321 and 322 of the drive signal generation unit 32, based on the video signal (image signal). That is, the control unit 33 has a function of controlling the drive of the scanning light emitting unit 4.
  • the signal light generation unit 31 generates signal light modulated according to the image information
  • the drive signal generation unit 32 generates a drive signal according to the image information.
  • control unit 33 is configured to be able to control the driving of the drive circuits 312R, 312G, and 312B of the signal light generation unit 31 based on the intensity of light detected by the light detection unit 34.
  • the scanning light emitting unit 4 is attached in the vicinity of the bridge portion 26 of the frame 2 described above (in other words, in the vicinity of the center of the front portion 22).
  • such a scanning light emitting unit 4 supports a housing 41 (housing), a light scanning unit 42, a lens 43 (coupling lens), a lens 45 (condensing lens), and And a member 46.
  • the housing 41 is attached to the front portion 22 via the support member 46. Further, the outer surface of the housing 41 is joined to the portion of the support member 46 opposite to the frame 2.
  • the housing 41 supports the light scanning unit 42 and houses the light scanning unit 42. Further, the lens 43 and the lens 45 are attached to the housing 41, and the lenses 43 and 45 constitute a part of the housing 41 (a part of a wall portion).
  • the lens 43 (a window portion of the housing 41 that transmits signal light) is separated from the second optical fiber 72.
  • the end on the signal light emission side of the second optical fiber 72 is spaced from the scanning light emitting unit 4 at a position facing the reflecting unit 10 provided on the front unit 22 of the frame 2. .
  • the reflecting unit 10 has a function of reflecting the signal light emitted from the second optical fiber 72 toward the light scanning unit 42.
  • the reflective portion 10 is provided in a concave portion 27 that opens inside the front portion 22.
  • the opening of the recess 27 may be covered with a window made of a transparent material.
  • the reflecting unit 10 is not particularly limited as long as it can reflect signal light, and can be configured by, for example, a mirror, a prism, or the like.
  • the light scanning unit 42 is a light scanner that two-dimensionally scans the signal light from the signal light generation unit 31.
  • the scanning light is formed by scanning the signal light by the light scanning unit 42. Specifically, the signal light emitted from the second optical fiber 72 is incident on the light reflecting surface of the light scanning unit 42 through the lens 43. Then, the signal light is two-dimensionally scanned by driving the light scanning unit 42 according to the drive signal generated by the drive signal generation unit 32.
  • the light scanning unit 42 has a coil 17 and a signal superimposing unit 18 (see FIG. 4), and the coil 17, the signal superposing unit 18 and the drive signal generating unit 32 drive a light scanning unit 42.
  • the lens 43 has a function of adjusting the spot diameter of the signal light emitted from the first optical fiber 71.
  • the lens 43 also has a function of adjusting the radiation angle of the signal light emitted from the first optical fiber 71 and making it substantially parallel.
  • the signal light (scanning light) scanned by the light scanning unit 42 is emitted to the outside of the housing 41 via the lens 45.
  • the scanning light emitting unit 4 may include a plurality of light scanning units that scan signal light one-dimensionally instead of the light scanning unit 42 that scans signal light two-dimensionally.
  • the reflecting portion 6 (reflection optical portion) As shown in FIGS. 1 and 2, the reflecting portion 6 (reflection optical portion) is attached to the rim portion 25 included in the front portion 22 of the frame 2 described above.
  • the reflecting unit 6 is disposed in front of the user's eye EY at the time of use and located farther from the light scanning unit 42 with respect to the user. As a result, it is possible to prevent the formation of a portion of the image display device 1 that protrudes to the front side with respect to the face of the user.
  • the reflection unit 6 has a function of reflecting the signal light from the light scanning unit 42 toward the eye EY of the user, as shown in FIG.
  • the reflecting section 6 is a half mirror (semi-transmissive mirror), and also has a function of transmitting ambient light (transparency to visible light). That is, the reflecting unit 6 has a function (combiner function) to reflect signal light (image light) from the light scanning unit 42 and to transmit external light from the outside of the reflecting unit 6 toward the user's eye during use Have. Thereby, the user can visually recognize the virtual image (image) formed by the signal light while visually recognizing the external image. That is, a see-through head mounted display can be realized.
  • the surface by the side of a user among the reflection parts 6 is a concave reflective surface. For this reason, the signal light reflected by the reflection unit 6 is focused on the user side. Therefore, the user can visually recognize the virtual image magnified more than the image formed on the concave surface of the reflective portion 6. Thereby, the visibility by the user can be enhanced.
  • the surface of the reflecting portion 6 on the side far from the user is a convex surface having substantially the same curvature as the concave surface. For this reason, the ambient light reaches the eyes of the user without being greatly deflected by the reflection unit 6. Therefore, the user can visually recognize the external image with less distortion.
  • the reflection part 6 may have a diffraction grating, for example.
  • the diffraction grating can be provided with various optical characteristics to reduce the number of parts of the optical system or increase the degree of freedom in design.
  • a hologram element as the diffraction grating, it is possible to adjust the emission direction of the signal light reflected by the reflection unit 6 or to select the wavelength of the signal light to be reflected.
  • the reflecting unit 6 may be, for example, a transparent substrate on which a semi-transmissive reflecting film formed of a metal thin film, a dielectric multilayer film, and the like may be formed, or a polarization beam splitter may be used. If it is a polarization beam splitter that reflects signal light, which is a TE wave described later, and transmits external light, which is a TM wave described later, the see-through property and the visibility can be enhanced.
  • the fixing unit 35 has a function of fixing one end of the first optical fiber 71 at a position where the intensity of light entering the first optical fiber 71 from the light source unit 311 is greater than 0 and not more than a predetermined value. Thereby, the intensity of light entering the first optical fiber 71 from the light source unit 311 can be reduced.
  • the fixing unit 35 also has a function of fixing the light detection unit 34.
  • the remaining part of the light (signal light) emitted from the light source part 311 that does not enter the first optical fiber 71 can be effectively used for detection of the light detection part 34.
  • the positional relationship between one end of the first optical fiber 71 and the light detection unit 34 can be fixed (maintained constant).
  • the light detection unit 34 fixed to the fixing unit 35 detects the intensity of the emitted light without providing the optical system for branching the signal light emitted from the light sources 311B, 311G, and 311R. Can be detected. Further, based on the intensity of light detected by the light detection unit 34, the control unit 33 can adjust the intensity of the light emitted from the light sources 311B, 311G, and 311R.
  • the control unit 33 can be said to constitute a "light control unit” that controls the light sources 311B, 311G, and 311R.
  • fixed part 35 it is not essential to provide the above-mentioned fixing
  • the provision of the light detection unit 34 in the fixed unit 35 is not essential, and the position of the light detection unit 34 is not particularly limited as long as the light amount of the light source unit 311 can be detected.
  • the polarizing plate 8 (polarization selection unit) is disposed farther to the user than the reflection unit 6.
  • the diffractive optical unit 9 is disposed closer to the user than the reflective unit 6, it can be said that the polarizing plate 8 is located on the opposite side to the diffractive optical unit 9 of the reflective unit 6. Thereby, light from the outside world (outside light) is incident on the reflecting portion 6 through the polarizing plate 8.
  • ambient light is generally natural light, and is non-polarized light whose vibration direction is not biased in a specific direction.
  • light polarized in a specific direction can be selectively transmitted. Therefore, the light transmitted through the polarizing plate 8 is light of linear polarization.
  • the polarizer 8 transmits only the TM wave (light polarized in the second direction, second polarized light) oscillating in the Z-axis direction in FIG. 5 among external light propagating to the + X side. And shield TE waves (light polarized in the first direction, first polarized light) oscillating in the Y-axis direction.
  • the TM wave passes through the reflecting unit 6 which is a half mirror, and is incident on the diffractive optical unit 9.
  • the external light L2 is indicated by a broken line
  • the signal light L1 is indicated by a solid line.
  • the fixing method of the polarizing plate 8 is not specifically limited.
  • it may be fixed so as to be in contact with the reflection portion 6 or may be separated from the reflection portion 6 and fixed.
  • FIG. 6A is a view of the diffractive optical unit 9 shown in FIG. 5 as viewed in the Y-axis direction
  • FIG. 6B is a view of the diffractive optical unit 9 as viewed in the X-axis direction.
  • the diffractive optical unit 9 is adjacent to the substrate 91 and a plurality of parallel grooves (recesses) 92 provided on both surfaces (plate surfaces on both sides) of the substrate 91 and the grooves 92. It has convex ridges 93 to be fitted and birefringence parts 94 provided in the grooves 92 respectively.
  • a plurality of grooves (recesses) 92 are provided on the plate surfaces on both sides of the substrate 91, and the grooves 92 are filled with the birefringence material to form the birefringence portion 94.
  • the substrate 91 is a rectangular plate when viewed from the incident direction (X-axis direction) of the signal light and the external light on the diffractive optical unit 9. Then, grooves 92 extending in the Y-axis direction are arranged in parallel at equal intervals in the Z-axis direction on one of the two main surfaces (plate surfaces) of the substrate 91 having a front-back relationship. . And the convex streak 93 is arrange
  • a groove 92 extending in the Y-axis direction and a ridge 93 adjacent thereto are disposed on the other main surface.
  • the positions of the grooves 92 and the ridges 93 on one main surface and the positions of the grooves 92 and the ridges 93 on the other main surface correspond to each other.
  • the diffractive optical unit 9 substantially has equivalent diffraction gratings provided on both sides of the substrate 91.
  • the substrate 91 and the ridges 93 are integrally formed.
  • Such a diffractive optical portion 9 can be easily and accurately manufactured by processing the grooves 92 on both surfaces of a flat base material and then providing the birefringent portion 94. Therefore, the diffractive optical unit 9 having high dimensional accuracy and few aberrations can be obtained.
  • the substrate 91 and the ridges 93 are made of a non-birefringent material (isotropic refractive index material). For this reason, the substrate 91 and the ridges 93 exhibit a single refractive index regardless of the polarization state of light transmitted therethrough.
  • the birefringent portion 94 is made of a birefringent material. For this reason, the birefringent part 94 exhibits two different refractive indices depending on the polarization state of the light passing therethrough. The presence or absence of such birefringence influences the behavior of the transmitted light depending on the state of polarization of the light transmitted through the diffractive optical unit 9.
  • the diffractive optical unit 9 when the diffractive optical unit 9 is viewed from the incident direction (X-axis direction) of the signal light and the external light, the diffractive optical unit 9 has linear convex lines 93 (grating pattern made of isotropic refractive index material) A second region) and a birefringent part 94 (first region) filled with a birefringent material between a plurality of ridges 93.
  • the refractive indices of the substrate 91 and the ridges 93 are n0
  • the two refractive indices indicated by the birefringent portion 94 are n1 and n2.
  • the refractive index of the TE wave (the light (the first polarized light) vibrating in the Y-axis direction) of the birefringence portion is n1
  • the refractive index for (second polarized light)) is n2.
  • the non-birefringent material and the birefringent material are appropriately selected so that the refractive index n0 and the refractive index n2 are equal to each other, and the birefringent portion 94 is configured.
  • the diffractive optical unit 9 has a refractive index n0 for this external light L2, and the birefringent portion 94 has a refractive index n2.
  • the diffractive optical unit 9 since the refractive index n0 and the refractive index n2 are equal to each other, the diffractive optical unit 9 does not function as a diffraction grating for the external light L2. Therefore, the light flux of the external light L2 is transmitted without being diffracted by the diffractive optical unit 9, and is incident on the eye EY of the user. As a result, the user can visually recognize the outside image with less distortion, blur and the like.
  • the diffractive optical unit 9 functions as a diffraction grating for the signal light L1.
  • the signal light L1 is diffracted by the diffractive optical unit 9 and transmitted while being split (split) into a plurality of pieces along the Z-axis direction.
  • the luminous flux of the signal light L1 divided into a plurality of rays enters the eye EY of the user.
  • the exit pupil of the signal light L1 is enlarged, one of the plurality of light beams will be incident on the pupil even if the user's eye moves a little, which makes it easier to observe the image (the visibility is improved) To do).
  • the diffractive optical part 9 does not have a concavo-convex shape on the surface, it causes diffraction in accordance with the phase difference based on the refractive index difference, and thus functions as a phase type diffraction grating. Since such a diffractive optical part 9 does not include the uneven shape on the surface, it is difficult to cause a shadow due to the uneven shape, and it is possible to avoid an optical adverse effect due to it.
  • FIG. 5 illustrates the case where the light flux of the signal light L1 is divided into three light fluxes as an example.
  • the three light fluxes are three light fluxes diffracted in the same direction as a result of the signal light L1 being diffracted by the pair of diffraction gratings. Specifically, when the signal light L1 enters one of the pair of diffraction gratings, 0th-order diffracted light and 1st-order diffracted light and -1st-order diffracted light located on both sides thereof are generated. Then, after the diffracted light propagates in the substrate 91 and reaches the other diffraction grating, the diffracted light is further diffracted to generate a plurality of diffracted lights.
  • the number of divisions of the signal light L1 in the diffractive optical unit 9 is not particularly limited, and may be two or four or more. In that case, it may be more than the first order diffracted light or the first order diffracted light Higher order diffracted light can also be used.
  • the exit pupil formed of three light beams becomes substantially larger than the exit pupil formed of one light beam. For this reason, it is permitted that the pupil of the eye EY moves by a fixed amount while suppressing the occurrence of the field loss (vignetting) by the amount by which the exit pupil is enlarged. As a result, even when the user's pupil moves unintentionally, the user can view the original image, and the image display apparatus 1 with high visibility can be obtained.
  • the relative position of the light flux after division is appropriately set according to the size of the user's pupil and the tendency of the movement amount when the pupil moves.
  • the position of the diffractive optical unit 9 is appropriately set so that the pupil includes at least one light beam.
  • the exit pupil substantially enlarged by splitting the light beam of the signal light L1 is appropriately set so as to include the range in which the pupil moves.
  • the exit pupil (the separation of light beams after division The distance may be set to 4 mm or more.
  • the diffractive optical unit 9 is arranged such that the division direction of the light beam of the signal light L1 follows the Z axis direction. Should be placed. Thereby, the movement direction of the pupil and the division direction of the light flux of the signal light L1 coincide with each other, and the visibility of the image can be further enhanced.
  • an image display device 1 despite the simple configuration, it is possible to achieve both the see-through property of superimposing the image on the external image and the high visibility of the external image and the image. That is, since the image display apparatus 1 simultaneously realizes the diffraction of the signal light L1 and the non-diffraction of the external light L2 in the diffractive optical unit 9 including a pair of diffraction gratings that are equivalent to each other, even with a small number of optical elements, While enlarging the exit pupil of the image, visual recognition of an external image with less distortion, blur, etc. is enabled. Therefore, according to the image display device 1, coexistence of see-through property and visibility is achieved without using optical elements such as a plurality of quarter-wave plates.
  • the image recognized by the retina is recognized as a collection of point images formed by the signal light L1.
  • Ru since the diameter of the light beam of the signal light L1 can be very small, distortion and blur of the image based on the aberration of the concave surface can be minimized when the signal light L1 is reflected by the concave surface of the reflecting portion 6 Can.
  • the image display apparatus 1 can increase the resolution of the image because the diameter of the light beam of the signal light L1 is small as described above. .
  • the non-birefringent material constituting the substrate 91 and the ridges 93 is not particularly limited as long as it is a material having optical isotropy, but, for example, various resins such as acrylic resin, olefin resin and polyethylene terephthalate Materials, various glass materials such as quartz glass and borosilicate glass, various crystal materials such as sapphire, and the like can be mentioned.
  • the birefringent material constituting the birefringent portion 94 is not particularly limited as long as it is a material having birefringence, for example, rutile (TiO 2 ), calcite (CaCO 3 ), lithium niobate, quartz, liquid crystal, polycarbonate And intrinsic birefringence materials such as polystyrene.
  • liquid crystals are preferably used. According to the liquid crystal, it is easy to control the refractive indices n1 and n2 of the birefringent portion 94 by appropriately adjusting the degree of the alignment. For this reason, it is possible to easily equalize the refractive index n0 and the refractive index n2 or optimize the difference between the refractive index n1 and the refractive index n2. Specifically, since the liquid crystal contains rod-like liquid crystal molecules, the liquid crystal molecules are oriented in a specific direction to cause anisotropy of the refractive index in the birefringent portion 94. As a result, in the birefringent portion 94, it is easy to make the refractive index n1 for the TE wave different from the refractive index n2 for the TM wave.
  • the inner surface of the groove 92 may be subjected to rubbing treatment or an alignment film may be formed, as necessary.
  • refractive index n0 and refractive index n2 are equal means the state whose both refractive index difference is 0.005 or less.
  • the difference between the refractive index n1 and the refractive index n2 means that the difference in refractive index between them (the difference between the refractive index for the ordinary ray and the refractive index for the extraordinary ray) is over 0.005.
  • the refractive index difference between the refractive index n0 and the refractive index n2 is preferably 0.003 or less, and the refractive index difference between the refractive index n1 and the refractive index n2 is preferably 0.1 or more.
  • the birefringent material may be a material having birefringence as well as a structural birefringent material in which structures shorter than the wavelength of light are periodically or aperiodically aggregated or oriented.
  • a structural birefringent material for example, a material in which fibers having a diameter equal to or less than the wavelength or a collection of elongated particles are mentioned.
  • light polarized in the extending direction of the grooves 92 and the ridges 93 of the diffractive optical unit 9 is a TE wave
  • light polarized in a direction orthogonal to the extending direction is a TM wave
  • the diffraction gratings provided on both sides of the substrate 91 are equivalent to each other as described above.
  • the width of the groove 92 formed on one main surface of the substrate 91 and the width of the ridge 93 are equal to the width of the groove 92 and the width of the ridge 93 formed on the other main surface, respectively.
  • the pitch of the grooves 92 formed on one main surface of the substrate 91 and the pitch of the ridges 93 are equal to the pitch of the grooves 92 formed on the other main surface and the pitch of the ridges 93, respectively.
  • the groove 92 formed on one main surface of the substrate 91 is parallel to the groove 92 formed on the other main surface, and the ridge 93 formed on the one main surface of the substrate 91. And the ridges 93 formed on the other main surface are parallel to each other.
  • the emission angle of light emitted from the diffractive optical unit 9 can be adjusted by appropriately adjusting the pitch of the grooves 92 and the pitch of the ridges 93. Therefore, the outgoing light angle of the plurality of outgoing lights other than the outgoing light guided to the user's eye EY may be adjusted as appropriate so that the outgoing light can be shielded. As a result, it is possible to shield the outgoing light that is unnecessary for the formation of an image, and it is possible to generate an image with higher contrast.
  • the width of the grooves 92 and the width of the ridges 93 are appropriately set according to the emission angle by the diffractive optical unit 9 and the refractive index of the birefringent material, but the width of the adjacent grooves 92 and the width of the ridges 93
  • the pitch of the grooves 92 and the ridges 93 is preferably 2 ⁇ m or less, and preferably about 1 ⁇ m or less, in order to make the distance between a plurality of light beams emitted from the diffractive optical unit 9 appropriate. Is more preferable.
  • the depth of the groove 92 is preferably 1 ⁇ m or less, and more preferably about 0.5 ⁇ m or less from the viewpoint of diffraction efficiency or easiness of manufacture.
  • the width and pitch of the grooves 92 and the width and pitch of the ridges 93 being equal to each other allow an error due to an unavoidable cause such as manufacturing variation or material anisotropy.
  • the grooves 92 are parallel and the ridges 93 are parallel is a concept that allows an error due to the unavoidable cause as described above.
  • the fixing method of the diffractive optical unit 9 is not particularly limited. For example, it may be fixed so as to be in contact with a part of the reflecting portion 6 or may be fixed to the frame 2 apart from the reflecting portion 6.
  • the TE wave and the TM wave may be interchanged between the signal light L1 and the external light L2.
  • the configuration of the birefringent portion 94 may be changed as appropriate so as to diffract the signal light L1 which is a TM wave and not to diffract the external light L2 which is a TE wave.
  • the diffractive optical unit 9 may be formed by integrating one pair of diffraction gratings as described above, it may be formed by opposing two independent diffraction gratings. .
  • FIG. 7 is a view for schematically explaining the operation of the image display device according to the second embodiment.
  • 8A is a view of the diffractive optical unit 9 shown in FIG. 7 as viewed in the Y-axis direction
  • FIG. 8B is a view of the diffractive optical unit 9 as viewed in the X-axis direction.
  • the diffractive optical unit 9 according to the second embodiment is the same as the diffractive optical unit 9 according to the first embodiment except that the grating pattern of the diffraction grating is different.
  • the diffractive optical unit 9 has birefringence when viewed from the incident direction (X-axis direction) of the signal light L1 and the external light L2 on the diffractive optical unit 9 respectively.
  • a square-shaped birefringent portion 94 (first region) made of a material and a square-shaped convex portion 93 '(second region) made of a non-birefringent material (isotropic refractive index material) They are arranged alternately along the Y-axis direction and the Z-axis direction.
  • the diffractive optical portion 9 is a birefringent portion in which a birefringent material is filled between a plurality of convex portions 93 'forming a square which is a grating pattern made of an isotropic refractive index material and a plurality of convex portions 93'. And 94. Furthermore, in other words, any two of the square-shaped birefringence portions 94 are arranged so that their sides are not shared with each other. As a result, the plurality of birefringent portions 94 are arranged to be adjacent in the diagonal direction. Similarly, any two of the square shaped convex portions 93 'are arranged so as not to share their sides with each other. As a result, the plurality of convex portions 93 'are arranged to be adjacent in the diagonal direction.
  • convex portions 93 ′ and birefringence portions 94 alternate in the Y-axis direction.
  • the pattern is arranged so as to be aligned, and the convex portions 93 ′ and the birefringent portions 94 are alternately arranged also in the Z-axis direction.
  • the diffractive optical unit 9 includes a substrate 91 and concave portions 92 ′ provided on both surfaces (plate surfaces on both sides) of the substrate 91, and concave portions 92 ′. And a birefringent portion 94 provided in each of the concave portions 92 '.
  • a plurality of concave portions 92 ' are provided on the plate surfaces on both sides of the substrate 91, and the birefringent portion 94 is configured by being filled with the birefringent material in the concave portions 92'.
  • the length of one side of the convex portion 93 ′ formed on one main surface of the substrate 91 is equal to the length of one side of the convex portion 93 ′ formed on the other main surface.
  • the length of one side of the birefringent part 94 formed on the main surface is equal to the length of one side of the birefringent part 94 formed on the other main surface.
  • the diffractive optical unit 9 when external light L2 that is a TM wave is incident on such a diffractive optical unit 9, as in the first embodiment, the diffractive optical unit 9 generates a diffraction grating with respect to the external light L2. It does not function as Therefore, the light flux of the external light L2 is transmitted without being diffracted by the diffractive optical unit 9, and is incident on the eye EY of the user. As a result, the user can visually recognize the outside image with less distortion, blur and the like.
  • the diffractive optical unit 9 functions as a diffraction grating for the signal light L1.
  • the signal light L1 is diffracted by the diffractive optical unit 9, and is transmitted while being split (split) not only in the Z-axis direction but also in the Y-axis direction.
  • the luminous flux of the signal light L1 divided into a plurality of pieces in a two-dimensional manner enters the eye EY of the user.
  • the exit pupil constituted by the light flux of the signal light L1 two-dimensionally divided in this manner is two-dimensionally enlarged.
  • FIG. 9 is a view showing a third embodiment (head-up display) of the image display device of the present invention.
  • X axis, Y axis and Z axis are illustrated as three axes orthogonal to each other, and the distal end side of the illustrated arrow is “+ (plus)”, the proximal end side Let "-(minus)”.
  • a direction parallel to the X axis is referred to as “X axis direction”
  • Y axis direction a direction parallel to the Y axis
  • Z axis direction a direction parallel to the Z axis
  • the image display apparatus 1 according to the third embodiment is not attached to the head of the user but attached to the ceiling of the car and used, according to the first and second embodiments. It is similar to the image display device 1.
  • the image display device 1 according to the third embodiment is used by being attached to the ceiling part CE of the car CA, and a state in which the user superimposes a virtual image on the outside image through the front window W of the car CA. Make it visible.
  • the image display apparatus 1 includes a light source unit UT having a signal generating unit 3 and a scanning light emitting unit 4 built therein, a reflecting unit 6, and a frame 2 ′ connected to the light source unit UT and the reflecting unit 6. And a polarizing plate 8 and a diffractive optical unit 9.
  • the members for fixing the frame 2 ′ and the polarizing plate 8 and the members for fixing the frame 2 ′ and the diffractive optical unit 9 are not shown.
  • the light source unit UT, the frame 2 ′, the reflecting unit 6, the polarizing plate 8 and the diffractive optical unit 9 will be described by way of example mounted on the ceiling CE of the automobile CA. It may be mounted on the dashboard of the automobile CA, or a part of the configuration may be fixed to the front window W. Furthermore, the image display apparatus 1 may be mounted not only on a car but also on various moving bodies such as an aircraft, a ship, a construction machine, a heavy machine, a two-wheeled vehicle, a bicycle, and a spacecraft.
  • the light source unit UT may be fixed to the ceiling part CE by any method, but is fixed by a method of being attached to a sun visor using, for example, a band or a clip.
  • the frame 2 ′ includes, for example, a pair of elongated members, and by connecting the light source unit UT and both ends in the Z-axis direction of the reflecting portion 6, the light source unit UT and the reflecting portion 6 are fixed. ing.
  • the light source unit UT incorporates the signal generating unit 3 and the scanning light emitting unit 4, and the scanning light emitting unit 4 emits the signal light L ⁇ b> 1 toward the reflecting unit 6.
  • the reflection part 6 which concerns on this embodiment is also a half mirror, and has the function to permeate
  • the user can visually recognize the virtual image (image) formed by the signal light L1 while visually recognizing the external image. That is, a see-through head-up display can be realized.
  • the grating pattern of one pair of diffraction gratings is viewed from the propagation direction (X-axis direction) of the signal light L1 and the external light L2.
  • the patterns are arranged so as to alternate along the Z-axis direction. That is, it can be said that the grating patterns of the pair of diffraction gratings provided in the diffractive optical unit 9 are equivalent to each other.
  • the refractive index of the non-birefringent material is n0
  • the refractive index of the TE wave (light oscillating in the Y-axis direction) of the birefringence part is n1
  • the TM wave of the birefringence part vibration in the Z-axis direction
  • Non-birefringent material and birefringent material are appropriately selected so that the refractive index n0 and the refractive index n2 are equal to each other, and the birefringent portion 94 is configured such that ing.
  • the diffractive optical unit 9 When the external light L2 polarized into the TM wave by the polarizing plate 8 is incident on such a diffractive optical unit 9, the diffractive optical unit 9 functions as a diffraction grating for the external light L2, as in the first embodiment. Because it does not, the light flux of the external light L2 is transmitted without being diffracted by the diffractive optical unit 9, and is incident on the user's eye EY. As a result, the user can visually recognize the outside image with less distortion, blur and the like.
  • the diffractive optical unit 9 functions as a diffraction grating for the signal light L1 as in the first embodiment. For this reason, the signal light L1 is diffracted by the diffractive optical unit 9, and the light beam is split (split) into plural pieces along the Z-axis direction and transmitted. As a result, the luminous flux of the signal light L1 divided into a plurality of rays enters the eye EY of the user. As a result, the user can visually recognize an image in which a plurality of virtual images corresponding to the image information are reproduced.
  • the signal light L1 is split in this way, the signal light L1 is composed of a plurality of light beams, so that the exit pupil is substantially more than the exit pupil composed of one light beam. growing. For this reason, the pupil of the eye EY is allowed to move by a fixed amount while suppressing the occurrence of the visual field loss (vignetting) by the amount of expansion of the exit pupil. As a result, even when the user's pupil moves unintentionally, the user can view the original image, and the image display apparatus 1 with high visibility can be obtained.
  • each part can be replaced with an arbitrary configuration that exhibits the same function, and any configuration can be added.
  • the reflecting portion may be provided with a flat reflecting surface.
  • the embodiment of the image display device of the present invention is not limited to the head mounted display and the head up display described above, but may be any form as long as it has a display principle of retina scanning type and has see-through property. It is applicable.
  • first optical fiber 72 second optical fiber 91: substrate 92: groove 92: recess 92: projection 93: projection 93: projection 94: birefringence section 311: light source section 311B ... light source, 311 G ... light source, 311 R ... light source, 312 B ... Circuits 312G: drive circuit 312R: drive circuit 313B: lens 313G: lens 313R: lens 314: light combining section 314a: dichroic mirror 314b: dichroic mirror 314c: dichroic mirror 321: drive circuit 322 ... Drive circuit, CA ... Car, CE ... Ceiling part, EA ... Ear, EY ... Eye, H ... Head, L1 ... Signal light, L2 ... Outside light, NS ... Nose, UT ... Light source unit, W ... Front window.

Abstract

本発明は、簡易な構成で、良好なシースルー性と視認性とを有する画像表示装置を提供することを目的とする。 本発明に係る画像表示装置は、ＴＥ波である信号光（Ｌ１）を生成する光源部と、信号光（Ｌ１）を走査する光スキャナー（４２）を備える走査光出射部と、光スキャナー（４２）によって走査された信号光（Ｌ１）を反射する反射光学部（６）と、互いに格子パターンが等価である１対の回折格子を含み、反射光学部（６）において反射された信号光（Ｌ１）を回折させる回折光学部（９）と、反射光学部（６）の回折光学部（９）と反対側に位置し、ＴＭ波である外界光（Ｌ２）を反射光学部（６）に向けて透過させる偏光選択部（８）と、を有し、回折光学部（９）は、信号光（Ｌ１）を回折させ、外界光（Ｌ２）を回折させないことを特徴とする。

Description

画像表示装置
　本発明は、画像表示装置に関するものである。
　瞳の網膜に直接レーザーを照射し、使用者に画像を視認させる表示装置としてヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）が知られている。
　ヘッドマウントディスプレイは、一般に、光を出射する発光装置と、出射した光が使用者の網膜を走査するように光路を変更する走査手段と、を備えている。このようなヘッドマウントディスプレイにより、使用者は、例えば外の景色と走査手段によって描かれる画像の双方を同時に視認することができる。
　例えば、特許文献１には、光源装置と、透過型空間光変調素子と、ホログラフィック高分子分散液晶光学素子と、２枚の１／４波長板と、自由曲面半透鏡と、偏光板と、を備える画像表示装置が開示されている。光源装置から出射した光束は、透過型空間光変調素子で画像情報に応じて変調され、ホログラフィック高分子分散液晶光学素子に入射する。この光学素子では、入射画像光のうち、Ｐ偏光画像光を回折させ、Ｓ偏光画像光については回折させない。回折した画像光は、１／４波長板に入射し、円偏光画像光として自由曲面半透鏡に入射する。そして、自由曲面半透鏡で反射された後、再び１／４波長板に入射し、Ｓ偏光画像光としてホログラフィック高分子分散液晶光学素子に入射する。この光学素子では、Ｓ偏光画像光を回折させることなく透過させるため、透過したＳ偏光画像光はそのまま使用者の瞳に入射する。
　一方、自由曲面半透鏡の背後から到達する背景光は、偏光板、１／４波長板、自由曲面半透鏡、１／４波長板、およびホログラフィック高分子分散液晶光学素子を順次透過して使用者の瞳に入射する。このとき、背景光は、偏光板において直線偏光背景光となり、１段目の１／４波長板において円偏光背景光となり、自由曲面半透鏡を透過後、２段目の１／４波長板においてＳ偏光背景光となり、ホログラフィック高分子分散液晶光学素子に入射する。前述したように、この光学素子では、Ｓ偏光背景光を回折させることなく透過させるため、透過したＳ偏光背景光はそのまま使用者の瞳に入射する。
　したがって、このような特許文献１に記載の画像表示装置では、背景に画像を重畳させることができるので、いわゆるシースルー機能を備える眼鏡型虚像表示装置（ヘッドマウントディスプレイ）となる。
　ところで、このようなヘッドマウントディスプレイを使用する使用者が画像を正常に視認し続けるためには、瞳に入射する画像光や背景光の光束を使用者の瞳に合わせ続ける必要がある。しかしながら、画像を視認する際、使用者の瞳を固定することは困難であり、使用者の意図に反して瞳が動くことも多い。このようにして瞳が動くと、光束が使用者の瞳から外れることになる。その結果、画像や背景等の表示には視野欠け（ケラレ）が発生し、使用者は、本来の画像を視認することができなくなり、視認性が低下する。
特開２００３－３１５７２７号公報
　本発明の目的は、簡易な構成で、シースルー性と視認性とを有する画像表示装置が得られる。
　このような目的は、下記の本発明により達成される。
　本発明の画像表示装置は、第１の方向に偏光する第１偏光光を射出する光源部と、
　前記光源部から射出された前記第１偏光光を走査する光スキャナーと、
　前記光スキャナーによって走査された前記第１偏光光を反射する反射光学部と、
　互いに格子パターンが等価である１対の回折格子を含み、前記反射光学部にて反射された前記第１偏光光を回折させる回折光学部と、
　前記反射光学部の前記回折光学部と反対側に位置し、前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光する第２偏光光を透過させる偏光選択部と、を備え、
　前記回折光学部は、前記第１偏光光を回折させ、前記第２偏光光を回折させないことを特徴とする。
　これにより、外界光（第２偏光光）については回折光学部で回折されることなく透過する一方、映像光（第１偏光光）については回折光学部で複数の光束に分割されつつ透過するので、歪みや滲み等の少ない外界像を視認することができ、かつ、映像光の分割によって出射瞳を拡大することができ、優れたシースルー性と高い視認性とを両立した画像表示装置が得られる。
　また、かかる画像表示装置は、映像光を走査する方式が採用されているので、使用者は、映像光によって形成される点像の集合体として画像を認識する。したがって、映像光の光束の直径は非常に小さくて済み、映像光が反射光学部で反射される際、反射面の収差に基づく画像の歪みや滲み等を最小限に抑えることができる。その結果、画像の解像度を高めることができる。
　本発明の画像表示装置では、前記回折光学部は、
　等方性屈折率材料からなる格子パターンを有する前記１対の回折格子と、
　前記第１偏光光が前記回折光学部へ入射する方向から見て、前記１対の回折格子の各々の格子パターンの間に複屈折材料が充填された複屈折部と、を備えることが好ましい。
　これにより、回折光学部に入射した映像光は、回折格子の格子パターンの配列方向に沿って複数の光束に分割されつつ回折光学部を透過する。その結果、複数に分割された映像光の光束が使用者の眼に入射し、使用者は、画像情報に応じた虚像を、さらに前記方向に沿って複数に複製した光束による像として視認することができる。
　本発明の画像表示装置では、前記等方性屈折率材料の屈折率をｎ０とし、
　前記複屈折部の前記第１の方向の屈折率をｎ１とし、
　前記複屈折部の前記第２の方向の屈折率をｎ２としたとき、
　ｎ１およびｎ２は互いに異なり、かつ、ｎ０およびｎ２は互いに等しいことが好ましい。
　これにより、第１偏光光については回折させることができ、かつ、第２偏光光については回折させないようにすることができる。その結果、特に優れたシースルー性と高い視認性とを両立した画像表示装置が得られる。
　本発明の画像表示装置では、前記回折光学部は、前記等方性屈折率材料からなる基板を含み、
　前記基板の両側の板面に複数の凹部が設けられ、
　前記複数の凹部に前記複屈折材料が充填されていることが好ましい。
　これにより、回折光学部は、容易かつ高い精度で製造可能なものとなる。このため、寸法精度が高く、収差の少ない回折光学部が得られる。
　本発明の画像表示装置では、前記反射光学部は、凹面の反射面を有する半透鏡を含むことが好ましい。
　これにより、使用者は、反射光学部の反射面上に形成された画像よりも拡大された虚像を視認することが可能になる。その結果、使用者の視認性を高めることができる。
　本発明の画像表示装置では、前記回折光学部は、前記第１偏光光を回折させることにより、前記回折光学部に入射する前記第１偏光光を複数の光束に分割することが好ましい。
　これにより、第１偏光光の射出瞳が拡大され、この光によって形成される像の視認性がより高くなる。
　本発明の画像表示装置では、前記回折光学部により回折された前記第１偏光光と、前記回折光学部により回折されなかった前記第２偏光光とを、使用者の眼に到達させるように構成されていることが好ましい。
　これにより、優れたシースルー性と高い視認性とを両立した画像表示装置が得られる。
本発明の画像表示装置の第１実施形態（ヘッドマウントディスプレイ）の概略構成を示す図である。 図１に示す画像表示装置の部分拡大図である。 図１に示す画像表示装置の信号生成部の概略構成図である。 図１に示す走査光出射部に含まれる光走査部の概略構成を示す図である。 図１に示す画像表示装置の作用を模式的に説明するための図である。 図６（ａ）は、図５に示す回折光学部をＹ軸方向から見た図であり、図６（ｂ）は、回折光学部をＸ軸方向から見た図である。 第２実施形態に係る画像表示装置の作用を模式的に説明するための図である。 図８（ａ）は、図７に示す回折光学部をＹ軸方向から見た図であり、図８（ｂ）は、回折光学部をＸ軸方向から見た図である。 本発明の画像表示装置の第３実施形態（ヘッドアップディスプレイ）を示す図である。
　以下、本発明の画像表示装置について、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜画像表示装置＞
　≪第１実施形態≫
　まず、本発明の画像表示装置の第１実施形態について説明する。
　図１は、本発明の画像表示装置の第１実施形態（ヘッドマウントディスプレイ）の概略構成を示す図、図２は、図１に示す画像表示装置の部分拡大図である。また、図３は、図１に示す画像表示装置の信号生成部の概略構成図、図４は、図１に示す走査光出射部に含まれる光走査部の概略構成を示す図、図５は、図１に示す画像表示装置の作用を模式的に説明するための図である。
　なお、図１では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、その図示した矢印の先端側を「＋（プラス）」、基端側を「－（マイナス）」とする。また、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」という。
　ここで、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、後述する画像表示装置１を使用者の頭部Ｈに装着した際に、Ｙ軸方向が頭部Ｈの上下方向、Ｚ軸方向が頭部Ｈの左右方向、Ｘ軸方向が頭部Ｈの前後方向となるように設定されている。
　図１に示すように、本実施形態の画像表示装置１は、眼鏡のような外観を有するヘッドマウントディスプレイ（頭部装着型画像表示装置）であって、使用者の頭部Ｈに装着して使用され、使用者に虚像による画像を外界像と重畳した状態で視認させる。
　この画像表示装置１は、図１に示すように、フレーム２と、信号生成部３と、走査光出射部４と、反射部６と、偏光板８と、回折光学部９と、を備える。
　また、画像表示装置１は、図２に示すように、第１光ファイバー７１と、第２光ファイバー７２と、接続部５と、を備える。
　この画像表示装置１では、信号生成部３が画像情報に応じて変調された信号光を生成し、その信号光が第１光ファイバー７１、接続部５および第２光ファイバー７２を介して走査光出射部４へ導かれ、走査光出射部４が信号光（映像光）を２次元的に走査して走査光を出射し、反射部６がその走査光を使用者の眼ＥＹに向けて反射する。これにより、画像情報に応じた虚像を使用者に視認させることができる。
　なお、本実施形態では、信号生成部３、走査光出射部４、接続部５、反射部６、第１光ファイバー７１、第２光ファイバー７２、偏光板８および回折光学部９をフレーム２の右側にのみ設け、右眼用の虚像のみを形成する場合を例に説明するが、フレーム２の左側を右側と同様に構成することによって、右眼用の虚像と併せて左眼用の虚像も形成してもよいし、左眼用の虚像のみを形成するようにしてもよい。
　また、信号生成部３と走査光出射部４との間を光学的に接続する手段は、光ファイバーを介する手段の他、例えば各種の導光体を介する手段で代替することもできる。
　なお、接続部５によって第１光ファイバー７１と第２光ファイバー７２が接続されている構成でなくてもよく、接続部５を有さずに第１光ファイバー７１のみによって、信号生成部３と走査光出射部４とが光学的に接続されていてもよい。
　以下、画像表示装置１の各部を順次詳細に説明する。
　（フレーム）
　図１に示すように、フレーム２は、眼鏡フレームのような形状をなし、信号生成部３および走査光出射部４を支持する機能を有する。
　また、フレーム２は、図１に示すように、走査光出射部４およびノーズパッド部２１を支持するフロント部２２と、フロント部２２に接続されて使用者の耳に当接する１対のテンプル部（つる部）２３と、各テンプル部２３のフロント部２２と反対の端部であるモダン部２４と、を含む。
　ノーズパッド部２１は、使用時に使用者の鼻ＮＳに当接して、画像表示装置１を使用者の頭部に対して支持している。フロント部２２には、リム部２５やブリッジ部２６が含まれる。
　このノーズパッド部２１は、使用時における使用者に対するフレーム２の位置を調整可能に構成されている。
　なお、フレーム２の形状は、使用者の頭部Ｈに装着することができるものであれば、図示のものに限定されない。
　（信号生成部）
　図１に示すように、信号生成部３は、前述したフレーム２の一方（本実施形態では右側）のモダン部２４（テンプル部２３のフロント部２２とは反対側の端部）に設けられている。
　すなわち、信号生成部３は、使用時に使用者の耳ＥＡに対して眼ＥＹとは反対側に配置されている。これにより、画像表示装置１の重量バランスを優れたものとすることができる。
　この信号生成部３は、後述する走査光出射部４の光走査部４２で走査される信号光を生成する機能と、光走査部４２を駆動する駆動信号を生成する機能とを有する。
　このような信号生成部３は、図３に示すように、信号光生成部３１と、駆動信号生成部３２と、制御部３３と、光検出部３４と、固定部３５とを備える。
　信号光生成部３１は、後述する走査光出射部４の光走査部４２（光スキャナー）で走査（光走査）される信号光を生成するものである。
　この信号光生成部３１は、波長の異なる複数の光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂと、複数の駆動回路３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂと、レンズ３１３Ｒ、３１３Ｇ、３１３Ｂと、光合成部（合成部）３１４とを有する。
　光源３１１Ｒ（Ｒ光源）は、赤色光を出射するものであり、光源３１１Ｇ（Ｇ光源）は、緑色光を出射するものであり、光源３１１Ｂ（Ｂ光源）は、青色光を出射するものである。このような３色の光を用いることにより、フルカラーの画像を表示することができる。
　このような光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂが、それぞれ特に限定されないが、例えばレーザーダイオード、ＬＥＤを用いることができる。
　このような光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂは、それぞれ駆動回路３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂに電気的に接続されている。
　駆動回路３１２Ｒは、前述した光源３１１Ｒを駆動する機能を有し、駆動回路３１２Ｇは、前述した光源３１１Ｇを駆動する機能を有し、駆動回路３１２Ｂは、前述した光源３１１Ｂを駆動する機能を有する。
　このような駆動回路３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂにより駆動された光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂから出射された３つ（３色）の光は、レンズ３１３Ｒ、３１３Ｇ、３１３Ｂを介して、光合成部３１４に入射する。
　レンズ３１３Ｒ、３１３Ｇ、３１３Ｂは、それぞれコリメーターレンズである。これにより、光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂから射出された光は、それぞれ平行光とされ、光合成部３１４に入射する。
　光合成部３１４は、複数の光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂからの光を合成するものである。これにより、信号光生成部３１で生成される信号光を走査光出射部４へ伝送するための光ファイバーの数を少なくすることができる。そのため、本実施形態では、第１光ファイバー７１、接続部５および第２光ファイバー７２からなる１本の光伝送経路を介して信号生成部３から走査光出射部４へ信号光を伝送することができる。
　本実施形態では、光合成部３１４は、３つのダイクロイックミラー３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃを有し、光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂから射出された光（赤色光、緑色光および青色光の３色の光）を合成して１つの信号光を出射する。なお、以下では、光源３１１Ｒ、３１１Ｇ、３１１Ｂをまとめて「光源部３１１」ともいい、信号光生成部３１で生成した信号光を「光源部３１１から射出された光」ともいう。
　なお、光合成部３１４は、前述したようなダイクロイックミラーを用いた構成に限定されず、例えば、プリズム、光導波路、光ファイバー等で構成されていてもよい。
　このような信号光生成部３１で生成した信号光は、第１光ファイバー７１の一端部に入射する。そして、かかる信号光は、第１光ファイバー７１、接続部５および第２光ファイバー７２をこの順で通過して、後述する走査光出射部４の光走査部４２に伝送される。
　ここで、第１光ファイバー７１の信号光の入射側の端部（以下、単に「第１光ファイバー７１の一端部」ともいう）近傍には、光検出部３４が設けられている。この光検出部３４は、信号光を検出する。また、第１光ファイバー７１の一端部および光検出部３４は、固定部３５に固定されている。
　駆動信号生成部３２は、後述する走査光出射部４の光走査部４２（光スキャナー）を駆動する駆動信号を生成するものである。
　この駆動信号生成部３２は、光走査部４２の第１の方向での走査（水平走査）に用いる第１の駆動信号を生成する駆動回路３２１（第１の駆動回路）と、光走査部４２の第１の方向に直交する第２の方向での走査（垂直走査）に用いる第２の駆動信号を生成する駆動回路３２２（第２の駆動回路）とを有する。
　このような駆動信号生成部３２は、図示しない信号線を介して、後述する走査光出射部４の光走査部４２と電気的に接続されている。これにより、駆動信号生成部３２で生成した駆動信号（第１の駆動信号および第２の駆動信号）は、後述する走査光出射部４の光走査部４２に入力される。
　前述したような信号光生成部３１の駆動回路３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂおよび駆動信号生成部３２の駆動回路３２１、３２２は、制御部３３と電気的に接続されている。
　制御部３３は、映像信号（画像信号）に基づいて、信号光生成部３１の駆動回路３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂおよび駆動信号生成部３２の駆動回路３２１、３２２の駆動を制御する機能を有する。すなわち、制御部３３は、走査光出射部４の駆動を制御する機能を有する。これにより、信号光生成部３１が画像情報に応じて変調された信号光を生成するとともに、駆動信号生成部３２が画像情報に応じた駆動信号を生成する。
　また、制御部３３は、光検出部３４で検出された光の強度に基づいて、信号光生成部３１の駆動回路３１２Ｒ、３１２Ｇ、３１２Ｂの駆動を制御し得るように構成されている。
　（走査光出射部）
　図１および図２に示すように、走査光出射部４は、前述したフレーム２のブリッジ部２６近傍（言い換えればフロント部２２の中心近傍）に取り付けられている。
　このような走査光出射部４は、図４に示すように、ハウジング４１（筐体）と、光走査部４２と、レンズ４３（カップリングレンズ）と、レンズ４５（集光レンズ）と、支持部材４６とを備える。
　ハウジング４１は、支持部材４６を介してフロント部２２に取り付けられている。
　また、支持部材４６のフレーム２とは反対側の部分には、ハウジング４１の外表面が接合されている。
　ハウジング４１は、光走査部４２を支持するとともに光走査部４２を収納している。また、ハウジング４１には、レンズ４３およびレンズ４５が取り付けられ、レンズ４３、４５がハウジング４１の一部（壁部の一部）を構成している。
　また、レンズ４３（ハウジング４１の信号光を透過する窓部）は、第２光ファイバー７２に対して離間している。本実施形態では、第２光ファイバー７２の信号光の出射側の端部は、フレーム２のフロント部２２に設けられた反射部１０に臨む位置で、かつ、走査光出射部４に離間している。
　反射部１０は、第２光ファイバー７２から出射した信号光を光走査部４２に向けて反射する機能を有する。また、反射部１０は、フロント部２２の内側に開口する凹部２７に設けられている。なお、凹部２７の開口には、透明材料で構成された窓部で覆われていてもよい。また、この反射部１０は、信号光を反射し得るものであれば、特に限定されず、例えば、ミラー、プリズム等で構成することができる。
　光走査部４２は、信号光生成部３１からの信号光を２次元的に走査する光スキャナーである。この光走査部４２で信号光を走査することにより走査光が形成される。具体的には、光走査部４２の光反射面に対し、第２光ファイバー７２から出射した信号光がレンズ４３を介して入射する。そして、駆動信号生成部３２で生成された駆動信号に応じて、光走査部４２を駆動することにより、信号光が２次元的に走査される。
　また、光走査部４２は、コイル１７および信号重畳部１８を有しており（図４参照）、コイル１７、信号重畳部１８および駆動信号生成部３２は、光走査部４２を駆動する駆動部を構成する。
　レンズ４３は、第１光ファイバー７１から出射した信号光のスポット径を調整する機能を有する。また、レンズ４３は、第１光ファイバー７１から出射した信号光の放射角を調整し、略平行化する機能をも有する。
　光走査部４２で走査された信号光（走査光）は、レンズ４５を介して、ハウジング４１の外部へ出射する。
　なお、走査光出射部４は、信号光を２次元的に走査する光走査部４２に代えて、信号光を１次元的に走査する複数の光走査部を備えていてもよい。
　（反射部）
　図１および図２に示すように、反射部６（反射光学部）は、前述したフレーム２のフロント部２２に含まれるリム部２５に取り付けられている。
　すなわち、反射部６は、使用時に使用者の眼ＥＹの前方かつ光走査部４２よりも当該使用者に対して遠方側に位置するように配置されている。これにより、画像表示装置１に使用者の顔に対して前方側に張り出した部分が形成されるのを防止することができる。
　この反射部６は、図５に示すように、光走査部４２からの信号光を当該使用者の眼ＥＹに向けて反射する機能を有する。
　本実施形態では、反射部６は、ハーフミラー（半透鏡）であり、外界光を透過させる機能（可視光に対する透光性）をも有する。すなわち、反射部６は、光走査部４２からの信号光（映像光）を反射させるとともに、使用時において反射部６の外側から使用者の眼に向かう外界光を透過させる機能（コンバイナー機能）を有する。これにより、使用者は、外界像を視認しながら、信号光により形成された虚像（画像）を視認することができる。すなわち、シースルー型のヘッドマウントディスプレイを実現することができる。
　また、反射部６のうち、使用者側の面は、凹面の反射面になっている。このため、反射部６で反射された信号光は、使用者側に集束する。したがって、使用者は、反射部６の凹面上に形成された画像よりも拡大された虚像を視認することが可能になる。これにより、使用者による視認性を高めることができる。
　一方、反射部６のうち、使用者に対して遠方側の面は、前記凹面とほぼ同じ曲率を有する凸面になっている。このため、外界光は、反射部６で大きく偏向させられることなく、使用者の眼に到達する。したがって、使用者は、歪みの少ない外界像を視認することができる。
　なお、反射部６は、例えば回折格子を有していてもよい。この場合、回折格子に様々な光学特性をもたせ、光学系の部品点数を減らしたり、デザインの自由度を高めたりすることができる。例えば、回折格子としてホログラム素子を用いることにより、反射部６で反射する信号光の出射方向を調整したり、反射する信号光の波長を選択したりすることができる。また、回折格子にレンズ効果をもたせることによって、反射部６で反射する信号光からなる走査光全体の結像状態を調整したり、凹面で信号光が反射するときの収差を補正したりすることもできる。
　また、反射部６は、例えば、透明基板上に金属薄膜や誘電体多層膜等で構成された半透過反射膜を形成したものであってもよく、偏光ビームスプリッターを用いてもよい。後述するＴＥ波である信号光を反射させ、後述するＴＭ波である外界光を透過するような偏光ビームスプリッターとすれば、シースルー性と視認性とを高めることができる。
　（第１光ファイバー、光検出部および固定部）
　固定部３５は、光源部３１１から第１光ファイバー７１に入射する光の強度が０よりも大きく所定値以下となる位置に第１光ファイバー７１の一端部を固定する機能を有する。これにより、光源部３１１から第１光ファイバー７１に入射する光の強度を小さくすることができる。
　また、固定部３５は、光検出部３４を固定する機能をも有する。これにより、光源部３１１から出射された光（信号光）のうち第１光ファイバー７１に入射しない残部を光検出部３４の検出に有効利用することができる。また、第１光ファイバー７１の一端部と光検出部３４との位置関係を固定（一定に維持）することができる。
　このように固定部３５に固定された光検出部３４は、光源３１１Ｂ、３１１Ｇ、３１１Ｒから出射された信号光を分岐する光学系を設けなくても、出射された光の強度を光検出部３４で検出することができる。また、光検出部３４で検出された光の強度に基づいて、光源３１１Ｂ、３１１Ｇ、３１１Ｒから出射される光の強度を制御部３３で調整することができる。なお、制御部３３は、光源３１１Ｂ、３１１Ｇ、３１１Ｒを制御する「光制御部」を構成するといえる。
　なお、上記のような固定部３５を設けることは必須ではなく、光源部３１１から射出される光を意図的に減光させることなく光ファイバー７１に結合する構成であってもよい。また、光検出部３４を固定部３５に設けることは必須ではなく、光源部３１１の光量を検出できる位置であれば、光検出部３４の位置は特に限定されない。
　（偏光板）
　偏光板８（偏光選択部）は、反射部６よりも使用者に対して遠方側に位置するように配置されている。なお、反射部６よりも使用者側には、回折光学部９が配置されているため、偏光板８は、反射部６の回折光学部９と反対側に位置しているといえる。これにより、外界からの光（外界光）は、偏光板８を介して反射部６に入射する。
　ここで、外界光は、一般に自然光であり、振動方向が特定の方向に偏らない非偏光の光である。このような外界光が偏光板８に入射すると、特定の方向に偏光した光を選択的に透過させることができる。したがって、偏光板８を透過した光は、直線偏光の光となる。
　本実施形態に係る偏光板８は、＋Ｘ側に伝搬する外界光のうち、図５のＺ軸方向に振動するＴＭ波（第２の方向に偏光する光、第２偏光光）のみを透過させ、Ｙ軸方向に振動するＴＥ波（第１の方向に偏光する光、第１偏光光）を遮蔽する。このＴＭ波は、ハーフミラーである反射部６を透過し、回折光学部９に入射する。なお、図５では、外界光Ｌ２を破線で示し、信号光Ｌ１を実線で示す。
　なお、偏光板８の固定方法は、特に限定されない。例えば、反射部６に接するように固定されていてもよく、反射部６から離間して固定されていてもよい。
　（回折光学部）
　図６（ａ）は、図５に示す回折光学部９をＹ軸方向から見た図であり、図６（ｂ）は、回折光学部９をＸ軸方向から見た図である。
　回折光学部９は、図６（ａ）に示すように、基板９１と、基板９１の両面（両側の板面）にそれぞれ設けられた複数の並列する溝（凹部）９２と、溝９２に隣り合う凸条９３と、溝９２内にそれぞれ設けられた複屈折部９４と、を備えている。換言すれば、基板９１の両側の板面に複数の溝（凹部）９２が設けられ、溝９２に複屈折材料が充填されて複屈折部９４を構成している。
　基板９１は、図６（ｂ）に示すように、信号光や外界光の回折光学部９への入射方向（Ｘ軸方向）から見たとき、矩形をなす板状体である。そして、基板９１の互いに表裏の関係にある２つの主面（板面）のうち、一方の主面には、Ｙ軸方向に延伸する溝９２が、Ｚ軸方向に等間隔で並列している。そして、溝９２のＺ軸方向に隣り合う位置には、凸条９３が配置されている。したがって、Ｚ軸方向において溝９２と凸条９３とが交互に配置されている。また、他方の主面にも、同様に、Ｙ軸方向に延伸する溝９２と、それに隣り合う凸条９３と、が配置されている。そして、一方の主面における溝９２および凸条９３の位置と、他方の主面における溝９２および凸条９３の位置とは、互いに対応している。
　このように回折光学部９は、実質的に、基板９１の両面に設けられた、互いに等価な回折格子を有しているといえる。
　また、本実施形態に係る回折光学部９では、基板９１と凸条９３とが一体的に形成されている。このような回折光学部９は、平板状の母材の両面に溝９２を加工し、その後、複屈折部９４を設ける方法により、容易かつ正確に製造することができる。このため、寸法精度が高く、収差の少ない回折光学部９が得られる。
　本実施形態では、基板９１および凸条９３は、非複屈折材料（等方性屈折率材料）で構成されている。このため、基板９１および凸条９３は、それを透過する光の偏光の状態によらず、単一の屈折率を示す。一方、複屈折部９４は、複屈折材料で構成されている。このため、複屈折部９４は、それを透過する光の偏光の状態によって、２つの異なる屈折率を示す。このような複屈折性の有無は、回折光学部９を透過する光の偏光の状態によって、透過する光の挙動に影響を及ぼす。
　すなわち、回折光学部９は、回折光学部９を信号光や外界光の入射方向（Ｘ軸方向）から見たとき、等方性屈折率材料からなる格子パターンである線状の凸条９３（第２領域）と、複数の凸条９３の間に複屈折材料が充填された複屈折部９４（第１領域）と、を備えている。
　ここで、基板９１および凸条９３の屈折率をｎ０とし、複屈折部９４が示す２つの屈折率をｎ１、ｎ２とする。また、本実施形態では、複屈折部のＴＥ波（Ｙ軸方向に振動する光（第１偏光光））についての屈折率をｎ１とし、複屈折部のＴＭ波（Ｚ軸方向に振動する光（第２偏光光））についての屈折率をｎ２とする。
　本実施形態では、屈折率ｎ０と屈折率ｎ２とが互いに等しくなるように、非複屈折材料および複屈折材料が適宜選択され、かつ、複屈折部９４が構成されている。
　このような回折光学部９に対して、図５に示すように、ＴＭ波である外界光Ｌ２が入射する場合について説明する。回折光学部９のうち、凸条９３は、この外界光Ｌ２について屈折率ｎ０を有し、複屈折部９４は、屈折率ｎ２を有する。前述したように、本実施形態では屈折率ｎ０と屈折率ｎ２とが互いに等しいため、回折光学部９は外界光Ｌ２に対し回折格子として機能しない。このため、外界光Ｌ２の光束は、回折光学部９で回折されることなく透過し、使用者の眼ＥＹに入射する。その結果、使用者は、歪みや滲み等の少ない外界像を視認することができる。
　一方、回折光学部９に対して、図５に示すように、ＴＥ波である信号光Ｌ１が入射する場合について説明する。回折光学部９のうち、凸条９３は、この信号光Ｌ１について屈折率ｎ０を有し、複屈折部９４は、屈折率ｎ１を有する。前述したように、本実施形態では屈折率ｎ０と屈折率ｎ１とが互いに異なるため、回折光学部９は信号光Ｌ１に対し回折格子として機能する。このため、信号光Ｌ１は、回折光学部９で回折され、Ｚ軸方向に沿って複数に分割（分岐）されつつ透過する。これにより、複数に分割された信号光Ｌ１の光束が、使用者の眼ＥＹに入射する。その結果、信号光Ｌ１の射出瞳が拡大されるため、使用者の眼が多少移動しても複数の光束のいずれかが瞳孔に入射することとなり、像を観察し易くなる（視認性が向上する）。
　したがって、回折光学部９は、その表面に凹凸形状を有しないものの、屈折率差に基づく位相差に伴って回折を生じさせることから、位相型回折格子として機能する。このような回折光学部９は、表面に凹凸形状を含まないので、凹凸形状に起因する影を生じ難く、それによる光学的な悪影響を回避することができる。
　なお、図５では、一例として信号光Ｌ１の光束が３本の光束に分割された場合を図示している。この３本の光束は、信号光Ｌ１が１対の回折格子で回折された結果、同じ方向に回折された３本の光束である。具体的には、信号光Ｌ１が１対の回折格子のうちの一方の回折格子に入射すると、０次回折光とその両側に位置する１次回折光および－１次回折光とが発生する。次いで、これらの回折光は、基板９１中を伝搬した後、他方の回折格子に到達すると、これらの回折光がさらに回折され、それぞれ複数の回折光を発生させる。このようにして０次回折光、１次回折光および－１次回折光からそれぞれ複数の出射光が発生するが、それらの出射光の中には、出射角が互いに等しい光束が含まれている。そこで、これらの出射角が互いに等しい光束を使用者の眼ＥＹまで導くことにより、上述したような効果が確実に発揮される。
　なお、回折光学部９における信号光Ｌ１の分割数は、特に限定されず、２本であっても、４本以上であってもよく、その場合は、１次回折光や－１次回折光よりも高次の回折光を用いることもできる。
　このようにして信号光Ｌ１が分割されると、３本の光束で構成される射出瞳は、１本の光束で構成される射出瞳よりも実質的に大きくなる。このため、射出瞳が拡大された分だけ、視野欠け（ケラレ）が生じるのを抑制しつつ、眼ＥＹの瞳が一定量移動することが許容されることとなる。その結果、使用者は、瞳が意図せず動いた場合でも、本来の画像を視認することができ、視認性の高い画像表示装置１が得られる。
　また、信号光Ｌ１の光束を複数に分割するとき、分割後の光束の相対的な位置は、使用者の瞳孔の大きさや瞳が動く場合の移動量の傾向に応じて適宜設定される。例えば、瞳孔に少なくとも１本の光束が含まれるように、回折光学部９の位置が適宜設定される。また、信号光Ｌ１の光束が分割されることによって実質的に拡大された射出瞳は、瞳が動く範囲を包含するように適宜設定される。
　また、例えば、瞳孔の一般的な大きさを２～８ｍｍ程度とし、瞳の移動幅を左右にそれぞれ２ｍｍ程度とした場合、分割後の光束で構成される射出瞳（分割後の光束同士の離間距離）を４ｍｍ以上に設定すればよい。
　また、瞳が移動するとき、一般には、Ｚ軸方向における移動の頻度および移動量が大きい傾向にある。したがって、ヘッドマウントディスプレイのように使用者の眼ＥＹに合わせて頭部Ｈに装着される画像表示装置１の場合、信号光Ｌ１の光束の分割方向がＺ軸方向に沿うように回折光学部９を配置するようにすればよい。これにより、瞳の移動方向と信号光Ｌ１の光束の分割方向とが一致することになり、画像の視認性をより高めることができる。
　このような画像表示装置１によれば、簡易な構成にもかかわらず、外界像に画像を重畳させるシースルー性と、外界像および画像の高い視認性と、を両立させることができる。すなわち、画像表示装置１は、互いに等価な１対の回折格子を含む回折光学部９において、信号光Ｌ１の回折と外界光Ｌ２の非回折とを同時に実現しているので、少ない光学要素でも、画像の射出瞳の拡大を図りつつ、歪みや滲み等の少ない外界像の視認が可能にする。よって、画像表示装置１によれば、複数枚の１／４波長板のような光学要素を用いることなく、シースルー性と視認性との両立が図られている。
　また、画像表示装置１によれば、眼ＥＹの網膜に光を走査する方式が採用されているので、網膜で認識される画像は、信号光Ｌ１によって形成される点像の集合体として認識される。したがって、信号光Ｌ１の光束の直径は、非常に小さくて済むため、信号光Ｌ１が反射部６の凹面で反射される際、凹面の収差に基づく画像の歪みや滲み等を最小限に抑えることができる。すなわち、例えば液晶表示素子のような空間光変調素子によって空間変調された信号光の場合、光束の直径がある程度大きくならざるを得ないため、凹面で反射される際、凹面の収差に基づく画像の歪みや滲み等が増幅され、画像の解像度の低下を招くのに対し、画像表示装置１によれば、前述したように信号光Ｌ１の光束の直径が小さいため、画像の解像度を高めることができる。
　基板９１および凸条９３を構成する非複屈折材料は、光学的に等方性を有する材料であれば、特に限定されないが、例えば、アクリル系樹脂、オレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレートのような各種樹脂材料、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスのような各種ガラス材料、サファイアのような各種結晶材料等が挙げられる。
　複屈折部９４を構成する複屈折材料は、複屈折性を有する材料であれば、特に限定されないが、例えば、ルチル（ＴｉＯ2）、方解石（ＣａＣＯ3）、ニオブ酸リチウム、水晶、液晶、ポリカーボネート、ポリスチレンのような固有複屈折材料等が挙げられる。
　このうち、液晶が好ましく用いられる。液晶によれば、その配向の程度を適宜調整することによって、複屈折部９４の屈折率ｎ１、ｎ２を制御し易くなる。このため、屈折率ｎ０と屈折率ｎ２とを等しくしたり、屈折率ｎ１と屈折率ｎ２との差を最適化したりすることが容易に行える。具体的には、液晶には、棒状の液晶分子が含まれているので、この液晶分子が特定の方向に配向することにより、複屈折部９４には屈折率の異方性が生じる。その結果、複屈折部９４では、ＴＥ波についての屈折率ｎ１とＴＭ波についての屈折率ｎ２とを互いに異ならせることが容易になる。
　また、液晶の配向にあたっては、必要に応じて、溝９２の内面にラビング処理を施したり、配向膜を成膜したりするようにしてもよい。
　なお、屈折率ｎ０と屈折率ｎ２とが等しいとは、両者の屈折率差が０．００５以下である状態をいう。同様に、屈折率ｎ１と屈折率ｎ２とが異なるとは、両者の屈折率差（常光線についての屈折率と異常光線についての屈折率との差）が０．００５超である状態をいう。
　また、屈折率ｎ０と屈折率ｎ２との屈折率差は、０．００３以下であるのが好ましく、屈折率ｎ１と屈折率ｎ２との屈折率差は、０．１以上であるのが好ましい。
　また、複屈折材料は、それ自体が複屈折性を有する材料の他、光の波長より短い構造が周期的または非周期的に集合または配向してなる構造性複屈折材料であってもよい。かかる構造性複屈折材料としては、例えば、直径が波長以下の繊維や細長い粒子が集合した材料が挙げられる。
　なお、本実施形態では、回折光学部９の溝９２および凸条９３の延伸方向に偏光する光をＴＥ波とし、前記延伸方向に直交する方向に偏光する光をＴＭ波とする。
　また、基板９１の両面に設けられた回折格子は、前述したようにその格子パターンが互いに等価である。具体的には、基板９１の一方の主面に形成される溝９２の幅および凸条９３の幅が、それぞれ、他方の主面に形成される溝９２の幅および凸条９３の幅と等しく、また、基板９１の一方の主面に形成される溝９２のピッチおよび凸条９３のピッチが、それぞれ、他方の主面に形成される溝９２のピッチおよび凸条９３のピッチと等しくなっている。また、基板９１の一方の主面に形成される溝９２と他方の主面に形成される溝９２とが平行になっており、また、基板９１の一方の主面に形成される凸条９３と他方の主面に形成される凸条９３とが平行になっている。このような互いに等価な１対の回折格子を設けることにより、回折光学部９に入射する光の入射角と、回折光学部９で回折されて出射される光の出射角とが、互いに等しい関係を有する回折光が存在することとなる。このため、かかる出射光を使用者の眼ＥＹに導くことで、画像情報に応じて走査された信号光Ｌ１の走査角度を維持した状態で画像を視認することができる。このため、走査された信号光Ｌ１が、意図しない方向へ回折されることが防止され、使用者は、高解像度の画像を視認することができる。
　なお、溝９２のピッチや凸条９３のピッチを適宜調整することにより、回折光学部９から出射する光の出射角を調整することができる。したがって、複数の出射光のうち、使用者の眼ＥＹに導く出射光以外の出射光については、適宜遮蔽できるように、その出射角を調整するようにすればよい。これにより、画像の形成に不必要な出射光を遮蔽することができ、よりコントラストの高い画像を生成することができる。
　また、溝９２の幅および凸条９３の幅は、回折光学部９による出射角や複屈折材料の屈折率等に応じて適宜設定されるが、隣り合う溝９２の幅と凸条９３の幅との和、すなわち溝９２や凸条９３のピッチは、回折光学部９から出射される複数の光束の間隔を適切な間隔とするために、２μｍ以下であるのが好ましく、１μｍ以下程度であるのがより好ましい。
　一方、溝９２の深さは、回折効率あるいは製造の容易さの観点から、１μｍ以下であるのが好ましく、０．５μｍ以下程度であるのがより好ましい。
　また、溝９２の幅やピッチおよび凸条９３の幅やピッチが互いに等しいとは、製造バラツキや材料の異方性といった不可避的な原因による誤差を許容するものである。同様に、溝９２同士が平行および凸条９３同士が平行とは、上述したような不可避的な原因による誤差を許容する概念である。
　なお、回折光学部９の固定方法は、特に限定されない。例えば、反射部６の一部に接するように固定されていてもよく、反射部６から離間してフレーム２に固定されていてもよい。
　以上、第１実施形態について説明したが、本発明の実施形態は第１実施形態に限定されず、例えば、信号光Ｌ１と外界光Ｌ２とでＴＥ波とＴＭ波とが入れ替わっていてもよい。その場合、ＴＭ波である信号光Ｌ１を回折させるとともに、ＴＥ波である外界光Ｌ２を回折させないように、複屈折部９４の構成を適宜変更するようにすればよい。
　また、回折光学部９は、上述したように１対の回折格子が一体化してなるものであってもよいが、各々独立した２枚の回折格子を対向配置してなるものであってもよい。
　≪第２実施形態≫
　次に、本発明の画像表示装置の第２実施形態について説明する。
　図７は、第２実施形態に係る画像表示装置の作用を模式的に説明するための図である。また、図８（ａ）は、図７に示す回折光学部９をＹ軸方向から見た図であり、図８（ｂ）は、回折光学部９をＸ軸方向から見た図である。
　以下、第２実施形態について説明するが、以下の説明では、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。また、図において、前述した実施形態と同様の事項については、同一符号を付している。
　第２実施形態に係る回折光学部９は、回折格子の格子パターンが異なる以外、第１実施形態に係る回折光学部９と同様である。
　すなわち、本実施形態に係る回折光学部９は、図８に示すように、信号光Ｌ１や外界光Ｌ２の回折光学部９への入射方向（Ｘ軸方向）から見たとき、それぞれ、複屈折材料で構成された正方形をなす複屈折部９４（第１領域）と、非複屈折材料（等方性屈折率材料）で構成された正方形をなす凸部９３’（第２領域）とが、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に沿って交互に並ぶように配置されている。換言すれば、回折光学部９は、等方性屈折率材料からなる格子パターンである正方形をなす凸部９３’と、複数の凸部９３’の間に複屈折材料が充填された複屈折部９４と、を備えている。さらに、換言すれば、正方形をなす複屈折部９４のうち、任意の２つは、それぞれの辺を互いに共有しないように配置されている。その結果、複数の複屈折部９４は、その対角線方向に隣接するように配列することとなる。同様に、正方形をなす凸部９３’のうち、任意の２つは、それぞれの辺を互いに共有しないように配置されている。その結果、複数の凸部９３’は、その対角線方向に隣接するように配列することとなる。
　したがって、本実施形態に係る回折光学部９が備える１対の回折格子の格子パターンは、図８（ｂ）に示すように、Ｙ軸方向において凸部９３’と複屈折部９４とが交互に並ぶように配置されており、かつ、Ｚ軸方向においても凸部９３’と複屈折部９４とが交互に並ぶように配置されたパターンとなる。
　また、本実施形態においても、回折光学部９が備える１対の回折格子は、その格子パターンが互いに等価である。具体的には、本実施形態に係る回折光学部９は、図８に示すように、基板９１と、基板９１の両面（両側の板面）にそれぞれ設けられた凹部９２’と、凹部９２’に隣り合う凸部９３’と、凹部９２’内にそれぞれ設けられた複屈折部９４と、を備えている。換言すれば、基板９１の両側の板面に複数の凹部９２’が設けられ、凹部９２’に複屈折材料が充填されることによって複屈折部９４を構成している。
　そして、基板９１の一方の主面に形成される凸部９３’の一辺の長さは、他方の主面に形成される凸部９３’の一辺の長さと等しく、また、基板９１の一方の主面に形成される複屈折部９４の一辺の長さは、他方の主面に形成される複屈折部９４の一辺の長さと等しくなっている。また、基板９１の一方の主面において凸部９３’と複屈折部９４とが交互に並ぶ方向と、他方の主面において凸部９３’と複屈折部９４とが交互に並ぶ方向とが、一致している。
　このような回折光学部９に対して、図７に示すように、ＴＭ波である外界光Ｌ２が入射する場合は、第１実施形態と同様、回折光学部９が外界光Ｌ２に対し回折格子として機能しない。このため、外界光Ｌ２の光束は、回折光学部９で回折されることなく透過し、使用者の眼ＥＹに入射する。その結果、使用者は、歪みや滲み等の少ない外界像を視認することができる。
　一方、回折光学部９に対して、図７に示すように、ＴＥ波である信号光Ｌ１が入射する場合は、回折光学部９は信号光Ｌ１に対し回折格子として機能する。このため、信号光Ｌ１は、回折光学部９で回折され、Ｚ軸方向のみでなくＹ軸方向にも分割（分岐）されつつ透過する。これにより、２次元的に複数に分割された信号光Ｌ１の光束が、使用者の眼ＥＹに入射する。このようにして２次元的に分割された信号光Ｌ１の光束で構成される射出瞳は、２次元的に拡大されたものとなる。このため、視野欠けが生じるのを抑制しつつ、Ｚ軸方向のみでなくＹ軸方向における瞳の移動も許容されることとなる。その結果、より視認性の高い画像表示装置１が得られる。
　このような第２実施形態においても、第１実施形態と同様の作用、効果が得られる。
　≪第３実施形態≫
　次に、本発明の画像表示装置の第３実施形態について説明する。
　図９は、本発明の画像表示装置の第３実施形態（ヘッドアップディスプレイ）を示す図である。なお、図９では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、その図示した矢印の先端側を「＋（プラス）」、基端側を「－（マイナス）」とする。また、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」という。
　以下、第３実施形態について説明するが、以下の説明では、前述した第１、第２実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。また、図において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
　第３実施形態に係る画像表示装置１は、使用者の頭部に装着されるのではなく、自動車の天井部に装着されて使用されるものである以外、第１、第２実施形態に係る画像表示装置１と同様である。
　すなわち、第３実施形態に係る画像表示装置１は、自動車ＣＡの天井部ＣＥに装着して使用され、使用者に虚像による画像を、自動車ＣＡのフロントウィンドウＷを介して外界像と重畳した状態で視認させる。
　この画像表示装置１は、図９に示すように、信号生成部３および走査光出射部４を内蔵する光源ユニットＵＴと、反射部６と、光源ユニットＵＴと反射部６と接続するフレーム２’と、偏光板８と、回折光学部９と、を備える。なお、図９では、フレーム２’と偏光板８とを固定する部材や、フレーム２’と回折光学部９とを固定する部材の図示を省略している。
　また、本実施形態では、光源ユニットＵＴ、フレーム２’、反射部６、偏光板８および回折光学部９を、自動車ＣＡの天井部ＣＥに装着している場合を例に説明するが、これらを自動車ＣＡのダッシュボード上に装着してもよいし、一部の構成をフロントウィンドウＷに固定するようにしてもよい。さらに、画像表示装置１は、自動車のみならず、航空機、船舶、建設機械、重機、二輪車、自転車、宇宙船のような各種移動体に装着されるものであってもよい。
　以下、画像表示装置１の各部を順次詳細に説明する。
　光源ユニットＵＴは、いかなる方法で天井部ＣＥに固定されていてもよいが、例えばバンドやクリップ等を用いてサンバイザーに装着する方法により固定される。
　フレーム２’は、例えば１対の長尺状の部材を備えており、光源ユニットＵＴと反射部６のＺ軸方向の両端とを接続することにより、光源ユニットＵＴと反射部６とを固定している。
　光源ユニットＵＴは、信号生成部３および走査光出射部４を内蔵しており、走査光出射部４からは反射部６に向けて信号光Ｌ１が出射される。
　本実施形態に係る反射部６も、ハーフミラーであり、外界光Ｌ２を透過させる機能を有する。すなわち、反射部６は、光源ユニットＵＴからの信号光Ｌ１（映像光）を反射させるとともに、使用時において自動車ＣＡ外からフロントウィンドウＷおよび偏光板８を経て使用者の眼ＥＹに向かう外界光Ｌ２を透過させる機能を有する。これにより、使用者は、外界像を視認しながら、信号光Ｌ１により形成された虚像（画像）を視認することができる。すなわち、シースルー型のヘッドアップディスプレイを実現することができる。
　また、本実施形態に係る回折光学部９も、第１実施形態と同様、１対の回折格子の格子パターンは、信号光Ｌ１や外界光Ｌ２の伝搬方向（Ｘ軸方向）から見たとき、それぞれ、複屈折材料で構成された線状の複屈折部（第１領域）と、非複屈折材料（等方性屈折率材料）で構成された線状の凸条（第２領域）とが、Ｚ軸方向に沿って交互に並ぶように配置されたパターンになっている。すなわち、回折光学部９が備える１対の回折格子の格子パターンは、互いに等価であるといえる。
　その上で、非複屈折材料の屈折率をｎ０とし、複屈折部のＴＥ波（Ｙ軸方向に振動する光）についての屈折率をｎ１とし、複屈折部のＴＭ波（Ｚ軸方向に振動する光）についての屈折率をｎ２としたとき、屈折率ｎ０と屈折率ｎ２とが互いに等しくなるように、非複屈折材料および複屈折材料が適宜選択され、かつ、複屈折部９４が構成されている。
　このような回折光学部９に対して、偏光板８によってＴＭ波に偏光した外界光Ｌ２が入射するとき、第１実施形態と同様、回折光学部９は外界光Ｌ２に対して回折格子として機能しないので、外界光Ｌ２の光束は、回折光学部９で回折させることなく透過し、使用者の眼ＥＹに入射する。その結果、使用者は、歪みや滲み等の少ない外界像を視認することができる。
　一方、回折光学部９に対して、ＴＥ波である信号光Ｌ１が入射するとき、第１実施形態と同様、回折光学部９は信号光Ｌ１に対して回折格子として機能する。このため、信号光Ｌ１は、回折光学部９で回折され、Ｚ軸方向に沿って光束が複数に分割（分岐）されつつ透過する。これにより、複数に分割された信号光Ｌ１の光束が、使用者の眼ＥＹに入射する。その結果、使用者は、画像情報に応じた虚像を、さらに複数に複製した像を視認することができる。
　このようにして信号光Ｌ１が分割されると、信号光Ｌ１が複数本の光束で構成されることになるため、その出射瞳は、１本の光束で構成される出射瞳よりも実質的に大きくなる。このため、出射瞳が拡大された分だけ、視野欠け（ケラレ）が生じるのを抑制しつつ、眼ＥＹの瞳が一定量移動することが許容されることとなる。その結果、使用者は、瞳が意図せず動いた場合でも、本来の画像を視認することができ、視認性の高い画像表示装置１が得られる。
　したがって、このような画像表示装置１によれば、簡易な構成にもかかわらず、外界像に画像を重畳させるシースルー性と、外界像および画像の高い視認性と、を両立させることができる。
　このような第３実施形態においても、第１、第２実施形態と同様の作用、効果が得られる。
　以上、本発明の画像表示装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
　例えば、本発明の画像表示装置では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
　また、反射部は、平面の反射面を備えていてもよい。
　また、本発明の画像表示装置の実施形態は、上述したヘッドマウントディスプレイやヘッドアップディスプレイに限定されず、網膜走査方式の表示原理を有し、かつシースルー性を有する形態であればいかなる形態にも適用可能である。
　１…画像表示装置、２…フレーム、２’…フレーム、３…信号生成部、４…走査光出射部、５…接続部、６…反射部、８…偏光板、９…回折光学部、１０…反射部、１７…コイル、１８…信号重畳部、２１…ノーズパッド部、２２…フロント部、２３…テンプル部、２４…モダン部、２５…リム部、２６…ブリッジ部、２７…凹部、３１…信号光生成部、３２…駆動信号生成部、３３…制御部、３４…光検出部、３５…固定部、４１…ハウジング、４２…光走査部、４３…レンズ、４５…レンズ、４６…支持部材、７１…第１光ファイバー、７２…第２光ファイバー、９１…基板、９２…溝、９２’…凹部、９３…凸条、９３’…凸部、９４…複屈折部、３１１…光源部、３１１Ｂ…光源、３１１Ｇ…光源、３１１Ｒ…光源、３１２Ｂ…駆動回路、３１２Ｇ…駆動回路、３１２Ｒ…駆動回路、３１３Ｂ…レンズ、３１３Ｇ…レンズ、３１３Ｒ…レンズ、３１４…光合成部、３１４ａ…ダイクロイックミラー、３１４ｂ…ダイクロイックミラー、３１４ｃ…ダイクロイックミラー、３２１…駆動回路、３２２…駆動回路、ＣＡ…自動車、ＣＥ…天井部、ＥＡ…耳、ＥＹ…眼、Ｈ…頭部、Ｌ１…信号光、Ｌ２…外界光、ＮＳ…鼻、ＵＴ…光源ユニット、Ｗ…フロントウィンドウ。

Claims (7)

  1. 　第１の方向に偏光する第１偏光光を射出する光源部と、
    　前記光源部から射出された前記第１偏光光を走査する光スキャナーと、
    　前記光スキャナーによって走査された前記第１偏光光を反射する反射光学部と、
    　互いに格子パターンが等価である１対の回折格子を含み、前記反射光学部にて反射された前記第１偏光光を回折させる回折光学部と、
    　前記反射光学部の前記回折光学部と反対側に位置し、前記第１の方向と直交する第２の方向に偏光する第２偏光光を透過させる偏光選択部と、を備え、
    　前記回折光学部は、前記第１偏光光を回折させ、前記第２偏光光を回折させないことを特徴とする画像表示装置。
  2. 　前記回折光学部は、
    　等方性屈折率材料からなる格子パターンを有する前記１対の回折格子と、
    　前記第１偏光光が前記回折光学部へ入射する方向から見て、前記１対の回折格子の各々の格子パターンの間に複屈折材料が充填された複屈折部と、を備える請求項１に記載の画像表示装置。
  3. 　前記等方性屈折率材料の屈折率をｎ０とし、
    　前記複屈折部の前記第１の方向の屈折率をｎ１とし、
    　前記複屈折部の前記第２の方向の屈折率をｎ２としたとき、
    　ｎ１およびｎ２は互いに異なり、かつ、ｎ０およびｎ２は互いに等しい請求項２に記載の画像表示装置。
  4. 　前記回折光学部は、前記等方性屈折率材料からなる基板を含み、
    　前記基板の両側の板面に複数の凹部が設けられ、
    　前記複数の凹部に前記複屈折材料が充填されている請求項２または３に記載の画像表示装置。
  5. 　前記反射光学部は、凹面の反射面を有する半透鏡を含む請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  6. 　前記回折光学部は、前記第１偏光光を回折させることにより、前記回折光学部に入射する前記第１偏光光を複数の光束に分割する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  7. 　前記回折光学部により回折された前記第１偏光光と、前記回折光学部により回折されなかった前記第２偏光光とを、使用者の眼に到達させるように構成されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
PCT/JP2015/002943 2014-06-30 2015-06-11 画像表示装置 WO2016002138A1 (ja)

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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10061129B2 (en) * 2015-03-15 2018-08-28 Kessler Optics and Photonics Solutions Ltd. Birefringent ocular for augmented reality imaging
KR102530558B1 (ko) * 2016-03-16 2023-05-09 삼성전자주식회사 투시형 디스플레이 장치
CN110959131A (zh) * 2016-12-15 2020-04-03 株式会社Ntt都科摩 使用激光束扫描仪的可穿戴显示器的光学器件
JP7104704B2 (ja) * 2016-12-15 2022-07-21 フサオ イシイ シースルーディスプレイシステム及びディスプレイシステム
US11294165B2 (en) * 2017-03-30 2022-04-05 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Modular, electro-optical device for increasing the imaging field of view using time-sequential capture
KR102568792B1 (ko) 2017-12-04 2023-08-21 삼성전자주식회사 회절 광학 렌즈를 구비한 다중 영상 디스플레이 장치
US10845594B1 (en) * 2017-12-21 2020-11-24 Facebook Technologies, Llc Prism based light redirection system for eye tracking systems
CN110275295B (zh) * 2018-03-14 2022-09-16 蒋晶 衍射显示系统
JP7187987B2 (ja) 2018-10-31 2022-12-13 セイコーエプソン株式会社 表示装置
EP3671320A1 (en) * 2018-12-21 2020-06-24 Thomson Licensing Stray light resistant augmented reality device
KR20220019814A (ko) * 2019-06-27 2022-02-17 가부시키가이샤 리코 광학 장치, 영상 표시 장치 및 검안 장치
JP2022547250A (ja) * 2019-09-13 2022-11-11 メタ プラットフォームズ テクノロジーズ， リミテッド ライアビリティ カンパニー 単一のリフレクタを使用する空間光変調器の短距離照明
US11774737B2 (en) * 2019-12-06 2023-10-03 Meta Platforms Technologies, Llc Folded-beam, low-obliquity beam scanner
JP2022049138A (ja) * 2020-09-16 2022-03-29 株式会社Ｊｖｃケンウッド ヘッドアップディスプレイ装置
CN112612138B (zh) * 2020-12-21 2022-03-25 北京理工大学 一种波导显示系统
WO2023199050A1 (en) * 2022-04-13 2023-10-19 Bae Systems Plc Retinal scanning display device
CN115657182B (zh) * 2022-11-11 2024-03-12 上海镭望光学科技有限公司 一种透反射双面衍射光学元件及制作方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08201718A (ja) * 1995-01-31 1996-08-09 Nippondenso Co Ltd ディスプレイ装置
JPH09101478A (ja) * 1995-08-03 1997-04-15 Denso Corp ヘッドアップディスプレイ装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3623250B2 (ja) * 1993-06-23 2005-02-23 オリンパス株式会社 映像表示装置
WO1997034182A1 (fr) * 1996-03-11 1997-09-18 Seiko Epson Corporation Affichage porte sur la tete
US6151167A (en) * 1998-08-05 2000-11-21 Microvision, Inc. Scanned display with dual signal fiber transmission
JP4792679B2 (ja) * 2001-08-24 2011-10-12 旭硝子株式会社 アイソレータおよび電圧可変アッテネータ
WO2003019247A1 (fr) * 2001-08-24 2003-03-06 Asahi Glass Company, Limited Polariseur multicouches a diffraction et element a cristaux liquides
JP3460716B1 (ja) * 2002-04-25 2003-10-27 ソニー株式会社 画像表示装置
JP5143772B2 (ja) * 2008-03-28 2013-02-13 パナソニック株式会社 画像表示装置および画像表示方法
JP5499854B2 (ja) * 2010-04-08 2014-05-21 ソニー株式会社 頭部装着型ディスプレイにおける光学的位置調整方法
JP6069946B2 (ja) * 2012-08-17 2017-02-01 セイコーエプソン株式会社 画像表示装置および頭部装着型画像表示装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08201718A (ja) * 1995-01-31 1996-08-09 Nippondenso Co Ltd ディスプレイ装置
JPH09101478A (ja) * 1995-08-03 1997-04-15 Denso Corp ヘッドアップディスプレイ装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3163356A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP6337656B2 (ja) 2018-06-06
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