(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射面及び光出射面を有し、厚さが０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの導光板と、
前記光入射面に設けられた入射側回折格子と、
前記光出射面に設けられた出射側回折格子と、を備え、
前記入射側回折格子の格子周期は、前記出射側回折格子の格子周期と同じ周期であり、
前記光入射面と平行な方向から見た断面視において、前記入射側回折格子の形成領域の幅は、前記出射側回折格子の形成領域の幅よりも狭く、前記入射側回折格子は前記出射側回折格子と重なり、
前記入射側回折格子の格子周期は、前記入射側回折格子で回折した＋１次回折光及び−１次回折光の前記導光板内における回折角のうち小さい方の回折角が、前記導光板の臨界角よりも大きくなる周期であることを特徴とする光束径拡大素子。
【請求項２】
前記光入射面に入射する入射光の波長帯域のうち最も短い波長をλｍｉｎとし、前記光入射面に対する前記入射光の入射角度の最大角度の絶対値を｜θｍａｘ｜とし、前記光入射面の格子周期をＰとしたとき、
前記光入射面の格子周期が、
Ｐ  ≦  λｍｉｎ／（ｓｉｎ｜θｍａｘ｜＋１）
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光束径拡大素子。
【請求項３】
前記出射側回折格子の格子高さは、前記入射側回折格子の格子高さよりも低いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光束径拡大素子。
【請求項４】
画像光を射出する画像光生成部と、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光束径拡大素子から構成される、画像光拡大素子と、を備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
前記画像光は異なる波長帯の光を含み、
前記画像光拡大素子を複数備えており、
複数の前記画像光拡大素子の各々の前記入射側回折格子の格子周期が互いに異なる周期であることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項６】
複数の前記画像光拡大素子の各々の前記導光板は、互いに厚さが同じ厚さとなるように設けられていることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項７】
複数の前記画像光拡大素子の各々の前記入射側回折格子の格子周期は、前記画像光生成部側から離間するにつれて大きくなることを特徴とする請求項５又は６に記載の画像表示装置。
【請求項８】
複数の前記画像光拡大素子は、第１画像光拡大素子、第２画像光拡大素子及び第３画像光拡大素子を含み、
前記第１画像光拡大素子、前記第２画像光拡大素子及び前記第３画像光拡大素子の各々の前記入射側回折格子の格子周期は、各々の前記入射側回折格子で回折した回折光の回折角が同じ角度となるような周期であり、
前記画像光は、前記第１画像光拡大素子に対応する第１波長帯の光、前記第２画像光拡大素子に対応する第２波長帯の光及び前記第３画像光拡大素子に対応する第３波長帯の光を含むことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項９】
複数の前記画像光拡大素子から射出された光が入射する接眼光学系をさらに備え、
前記接眼光学系は、光透過性を有することを特徴とする請求項４乃至８のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光束径拡大素子及び画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヘッドマウントディスプレイ等の装着型の画像表示装置が注目されている。このようなヘッドマウントディスプレイとして、レーザービームをスキャンして目の網膜上に画像を描画するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このヘッドマウントディスプレイでは、回折格子によってレーザービームを複数のビームに分割することで画像光を拡大し、鑑賞者の眼が多少動いても瞳に入るレーザービームを確保し、画像を視認させているようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２６４５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、レーザービームを用いる方式では画像光が瞳径に比べて小さくなるため、上記従来技術では画像光を十分に拡大させることが難しかった。そこで、レーザービームを用いる方式のように画像光が瞳径よりも十分小さい場合であっても、画像光を瞳に入射させることができる新たな技術の提供が望まれている。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、光を拡大して瞳に良好に入射させることが可能な光束径拡大素子及び画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１態様に従えば、光入射面及び光出射面を有し、厚さが０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの導光板と、前記光入射面に設けられた入射側回折格子と、前記光出射面に設けられ、前記入射側回折格子と同じ格子周期となるように設けられた出射側回折格子と、を備え、前記入射側回折格子は、前記出射側回折格子よりも小さく、前記入射側回折格子の格子周期は、前記入射側回折格子で回折した＋１次回折光及び−１次回折光の前記導光板内における回折角のうち小さい方の回折角が、前記導光板の臨界角よりも大きくなる周期である光束径拡大素子が提供される。
【０００８】
第１態様に係る光束径拡大素子によれば、入射面に入射する１本の光線を該入射面に対する入射角度を保った状態で複数の光線に増やすことができる。導光板の厚さが０．２ｍｍ〜０．８ｍｍとされるため、複数の光線の間隔を目の瞳孔直径よりも小さい間隔（２ｍｍ以下）に良好に調整することができる。
よって、鑑賞者の眼が動く場合でも、眼の瞳孔に光線の少なくとも１本を入射させることができる。
【０００９】
上記第１態様において、前記光入射面に入射する入射光の波長帯域のうち最も短い波長をλｍｉｎとし、前記光入射面に対する前記入射光の入射角度の最大角度の絶対値を｜θｍａｘ｜とし、前記光入射面の格子周期をＰとしたとき、前記光入射面の格子周期が、Ｐ  ≦  λｍｉｎ／（ｓｉｎ｜θｍａｘ｜＋１）を満たすのが好ましい。
この構成によれば、入射側回折格子に入射した光を導光板内において全反射により伝播させることができる。これにより、光射出面から射出される光束径を良好に拡大させることができる。
【００１０】
上記第１態様において、前記出射側回折格子の格子高さは、前記入射側回折格子の格子高さよりも低いのが好ましい。
この構成によれば、出射側回折格子の回折効率が入射側回折格子の回折効率よりも低く設定される。よって、導光板内を伝搬する光を出射側回折格子により出射面から複数個所で出射させることができる。これにより、光束径拡大機能を良好に得ることができる。
【００１１】
本発明の第２態様に従えば、画像光を射出する画像光生成部と、上記第１態様の光束径拡大素子から構成される、画像光拡大素子と、を備える画像表示装置が提供される。
【００１２】
第２態様に係る画像表示装置によれば、上記光束拡大素子を備えるので、鑑賞者の瞳が動く場合でも、画像光を良好に視認させることができる。
【００１３】
上記第２態様において、前記画像光は異なる波長帯の光を含み、前記画像光拡大素子を複数備えており、前記複数の画像光拡大素子の各々の前記入射側回折格子の格子周期が互いに異なる周期であるのが好ましい。
この構成によれば、異なる波長帯の光のそれぞれの導光板での回折角を同一にすることができる。
さらに、前記複数の画像光拡大素子の各々の導光板は、互いに厚さが同じ厚さとなるように設けられているのが望ましい。
このようにすれば、光の波長帯によらず同一の位置から出射させることができる。
【００１４】
上記第２態様において、前記複数の画像光拡大素子の各々の前記入射側回折格子の格子周期は、前記画像光生成部側から離間するにつれて大きくなるのが好ましい。
この構成によれば、不要な回折光の発生を抑制することができる。
【００１５】
上記第２態様において、前記複数の画像光拡大素子は、第１画像光拡大素子、第２画像光拡大素子及び第３画像光拡大素子を含み、前記第１画像光拡大素子、前記第２画像光拡大素子及び前記第３画像光拡大素子の各々の前記入射側回折格子の格子周期は、各々の前記入射側回折格子で回折した回折光の回折角が同じ角度となるような周期であり、前記画像光は、前記第１画像光拡大素子に対応する第１波長帯の光、前記第２画像光拡大素子に対応する第２波長帯の光及び前記第３画像光拡大素子に対応する第３波長帯の光を含むのが好ましい。
この構成によれば、カラー画像を表示することができる。
【００１６】
上記第２態様において、前記複数の画像光拡大素子から射出された光が入射する接眼光学系をさらに備え、前記接眼光学系は、光透過性を有するのが好ましい。
この構成によれば、画像光とともに外光（シースルー光）を視認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係るＨＭＤの使用態様を示す図。
【図２】第１実施形態に係るＨＭＤの斜視図。
【図３】画像表示部の構成を示す図。
【図４】画像光拡大部の構成を示す斜視図。
【図５】厚さ０．８ｍｍの導光板を有する画像光拡大素子に入射角０度の光が入射した場合の説明図。
【図６】厚さ０．２ｍｍの導光板を有する画像光拡大素子に入射角０度の光が入射した場合の説明図。
【図７】画像光拡大素子に入射角＋１０度の光が入射した場合の説明図。
【図８】画像光拡大素子に入射角−１０度の光が入射した場合の説明図。
【図９】第２実施形態に係る画像光拡大部の断面構成を示す図。
【図１０】第２実施形態に係る画像光拡大部の断面構成を示す図。
【図１１】第２実施形態に係る画像光拡大部の断面構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１９】
（第１実施形態）
本実施形態の画像表示装置は、使用者が頭に装着して使用するヘッドマウントディスプレイの一例である。
以下の説明では、ヘッドマウントディスプレイ（Ｈｅａｄ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ）を、ＨＭＤと略記する。
図１は、使用者が本実施形態のＨＭＤを装着した状態を示す図である。
図２は、本実施形態のＨＭＤの斜視図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態のＨＭＤ３００は、使用者が眼鏡を掛ける感覚で頭部に装着して使用するものである。本実施形態のＨＭＤ３００は、シースルー型（透過型）のＨＭＤである。本実施形態のＨＭＤ３００によれば、使用者は画像表示部により生成された画像を視認でき、かつ、ＨＭＤ３００の外部の景色等の外界の像も視認できる。
【００２１】
図２に示すように、ＨＭＤ３００は、眼鏡に類似した形状を有する表示装置１００と、使用者が手で持つことが可能な程度の大きさを有する制御装置（コントローラー）２００と、を備えている。表示装置１００と制御装置２００とは、有線または無線で通信可能に接続される。本実施形態では、表示装置１００を構成する左眼用画像表示部１１０Ａおよび右眼用画像表示部１１０Ｂの各々と制御装置２００とは、ケーブル１５０を介して有線で通信可能に接続され、画像信号や制御信号を通信する。
【００２２】
表示装置１００は、メインフレーム（装置本体）１２０と、左眼用画像表示部１１０Ａと、右眼用画像表示部１１０Ｂと、を備えている。制御装置２００は、表示部２１０と、操作ボタン部２５０と、を備えている。表示部２１０は、例えば使用者に与える各種の情報や指示等を表示する。メインフレーム１２０は、使用者が耳に掛けるための一対のテンプル部１２２Ａ，１２２Ｂを備えている。メインフレーム１２０は、左眼用画像表示部１１０Ａと、右眼用画像表示部１１０Ｂと、を支持する部材である。
【００２３】
右眼用画像表示部１１０Ｂと左眼用画像表示部１１０Ａとは、同様の構成を有しており、双方の画像表示部内の各構成要素は左右対称に配置されている。そのため、以下では、右眼用画像表示部１１０Ｂを単に画像表示部１１０として詳細に説明し、左眼用画像表示部１１０Ａの説明を省略する。
【００２４】
図３は、画像表示部１１０の構成を示す図である。
図３に示すように、画像表示部１１０は、画像光生成部１９と、画像光拡大部２０と、集光光学系１３と、接眼光学系１４と、を備えている。画像光生成部１９は、画像情報を含む光を射出する。画像光拡大部２０は、後述する光走査デバイス１７から射出された光のビーム径を拡大する。
【００２５】
画像光生成部１９は、光源部１５と、コリメーターレンズ２８と、光走査デバイス１７と、を備えている。光源部１５は、内部の半導体レーザーで生成された光を射出する。光源部２５は、例えば赤色光を射出する半導体レーザー、緑色光を射出する半導体レーザー、および青色光を射出する半導体レーザーの少なくとも１つを含む固体光源を備えている。
【００２６】
なお、光源部１５が、赤色光を射出する半導体レーザー、緑色光を射出する半導体レーザー、および青色光を射出する半導体レーザーを含む複数の固体光源（図示略）を備える場合、各半導体レーザーから射出される各色光は、画像信号に応じて変調され、変調された各色光が合成され、画像光として光源部１５から射出される。
【００２７】
コリメーターレンズ２８は、光源部１５から入射した光を平行化する。
光走査デバイス１７は、ミラー１６で反射した光を走査する。光走査デバイス１７は、例えばＭＥＭＳミラー（図示略）を備えている。光走査デバイス１７は、光源部１５の変調動作に合わせてＭＥＭＳミラーの姿勢を変化させ、光を２次元的に走査する。このようにして、光走査デバイス１７は、画像情報を含む画像光を射出する。
【００２８】
本実施形態のＨＭＤ３００では、ＭＥＭＳミラーを備えた光走査デバイス１７を用いて画像光を生成することで広画角化を実現している。本実施形態の光走査デバイス１７は、例えば、直径１ｍｍ、振り角が半画角で１０度のＭＥＭＳミラーを採用している。
【００２９】
画像光拡大部２０は、観察者の眼が上下左右に移動しても、画像を見るための光線が必ず眼（瞳孔）に入るように、画角（入射光線の角度）を保った光線を広範囲に亘って複製するためものである。
【００３０】
図４は本実施形態に係る画像光拡大部２０の構成を示す斜視図である。本説明においては、画像光生成部１９の光源部１５より単色の光（画像光）が射出されるものとする。
【００３１】
図４に示すように、画像光拡大部２０は、１つの画像光拡大素子１２Ａから構成される。画像光拡大素子１２Ａは、導光板１と、入射側回折格子１１と、出射側回折格子１２とを有する。
【００３２】
導光板１は、ガラスあるいは光学樹脂等の平行平板から構成されている。本実施形態において、導光板１は、屈折率１．５２のガラス基板から構成されている。
導光板１は、その一方面に光入射面１ａを有し、該光入射面１ａに入射側回折格子１１が設けられている。また、導光板１は、その他方面に光出射面１ｂを有し、該光出射面１ｂに出射側回折格子１２が設けられている。
【００３３】
以降の説明においては、適宜、ＸＹＺ座標系を用いて説明する。この場合において、Ｘ方向は導光板１の光入射面１ａ及び光出射面１ｂに平行な面の一方向に対応し、Ｙ方向は光入射面１ａ及び光出射面１ｂに平行な面内においてＸ方向と直交する方向に対応し、Ｚ方向はＸ方向およびＹ方向に直交する方向であって導光板１の厚さ方向に対応する。
【００３４】
入射側回折格子１１及び出射側回折格子１２は表面レリーフ型回折格子であり、入射側回折格子１１と出射側回折格子１２とにおいて、格子方向および格子周期が同一となっている。入射側回折格子１１は、Ｘ方向に延在する格子１１ａがＹ方向に複数、等間隔に形成されている。出射側回折格子１２は、Ｘ方向に延在する格子１２ａがＹ方向に複数、等間隔に形成されている。
【００３５】
本実施形態において、入射側回折格子１１及び出射側回折格子１２のＸ方向における格子周期Ｐｘは同一であり、Ｙ方向における格子周期Ｐｙも同一である。なお、ＰＸとＰＹとは同一であっても良いし、異なっていても良い。具体的に本実施形態において、入射側回折格子１１及び出射側回折格子１２における格子周期Ｐｘ及び格子周期Ｐｙは、それぞれ０．４４７μｍに設定される。以下、格子周期Ｐｘ及び格子周期Ｐｙを総称して格子周期Ｐと呼ぶこともある。
【００３６】
画像光拡大素子１２Ａに入射した光は入射側回折格子１１によって回折されて導光板１内に導入される。本実施形態において、入射側回折格子１１は、導光板１内を全反射によって光を伝搬させるように、その回折角が設定される。入射側回折格子１１における回折角は、回折格子の格子周期に応じて決まる。
【００３７】
本実施形態において、入射側回折格子１１及び出射側回折格子１２は、凸形状体がＸＹ平面と平行な面内に２次元的に配置された格子パターンを構成している。図４において、ｄ１は入射側回折格子１１の凸形状体のＺ方向における高さ（以下、格子高さと称する。）を示し、ｄ２は出射側回折格子１２の格子高さを示す。
【００３８】
続いて、画像光拡大素子１２Ａにおける瞳拡大機能について説明する。本実施形態において、画像光拡大素子１２Ａの光入射面１ａには、光走査デバイス１７により所定の入射角度分布（−１０度から＋１０度の範囲）の光が入射する。
【００３９】
図５、６は、画像光拡大素子１２Ａに入射角０度の光が入射した場合の説明図である。なお、図５は導光板１の厚さが０．８ｍｍの場合の説明図であり、図６は導光板１の厚さが０．２ｍｍの場合の説明図である。
図７は、画像光拡大素子１２Ａに入射角＋１０度の光が入射した場合の説明図であり、図８は、画像光拡大素子１２Ａに入射角−１０度の光が入射した場合の説明図である。なお、図５乃至８においては、画像光拡大素子１２Ａに波長０．５２５μｍのレーザー光からなる光Ｌが入射するものとする。
【００４０】
なお、図５乃至８はＹＺ平面と平行な断面を示し、Ｙ方向における光の伝播について説明するが、Ｘ方向においても同様に光の伝播が生じているものとする。すなわち、画像光拡大素子１２Ａにより拡大された光は、Ｘ方向及びＹ方向に２次元的に拡大されたものとなる。
【００４１】
本実施形態においては、回折光のうち、回折効率を高くできる＋１次回折光および−１次回折光に注目する。なお、０次回折光も生じるが、光束径の拡大に寄与しないので、０次回折効率は低くすることが好ましい。
【００４２】
図５に示すように、光Ｌは入射側回折格子１１によって回折されることで、導光板１の内部に複数の回折光（０次回折光Ｌ０、＋１次回折光ＬＰ１、−１次回折光ＬＭ１）を形成する。具体的に、０次回折光Ｌ０は、回折角が０度で導光板１内に導入される。＋１次回折光ＬＰ１及び−１次回折光ＬＭ１は、互いの回折角θ１、θ２が等しく、５０．６度となる。
【００４３】
導光板１内を伝播して出射側回折格子１２に到達した光は出射側回折格子１２で回折され、その一部（透過回折光）が導光板１から外部に取り出される。
【００４４】
本実施形態においては、入射側回折格子１１及び出射側回折格子１２の格子周期Ｐを同一としている。そのため、入射側回折格子１１及び出射側回折格子１２は回折力が同じため、出射側回折格子１２から射出される際の出射角度も入射角と同じ０度となる。
【００４５】
出射側回折格子１２で反射される＋１次回折光ＬＰ１及び−１次回折光ＬＭ１は、出射側回折格子１２に入射した角度と同じ角度、すなわち、回折角と同じ５０．６度で反射され、導光板１内を伝播して光入射面１ａに到達する。
ここで、出射側回折格子１２による反射回折光が到達する位置に入射側回折格子１１が配置されていると、回折光が生じて導光板１から光が外に射出されてしまい、導光板１内を伝播する光量が低下してしまう。
【００４６】
本実施形態において、入射側回折格子１１は導光板１の光入射面１ａの一部（中央部）に設けられ、出射側回折格子１２は導光板１の光出射面１ｂの全面に設けられている。つまり、入射側回折格子１１と出射側回折格子１２とは導光板１の厚さ方向（Ｚ方向）で重なる領域に形成され、出射側回折格子１２の形成領域の大きさは、入射側回折格子１１の形成領域の大きさより大きい。
【００４７】
本実施形態では、上述のように、出射側回折格子１２による反射回折光が到達する光入射面１ａの位置に入射側回折格子１１が位置しないため、出射側回折格子１２による反射回折光を光入射面１ａで全反射させることで導光板１内を良好に伝播させることができる。
【００４８】
本実施形態では、＋１次回折光ＬＰ１及び−１次回折光ＬＭ１の回折角（５０．６度）が導光板１の屈折率（１．５２）で決まる臨界角（４１．４度）より大きくなるため、＋１次回折光ＬＰ１及び−１次回折光ＬＭ１を導光板１内で全反射によりＹ方向に伝播させる。
【００４９】
画像光拡大素子１２Ａは、導光板１内を全反射により伝播する＋１次回折光ＬＰ１及び−１次回折光ＬＭ１を出射側回折格子１２によって複数回出射させることで光Ｌを複製し、複数の出射光Ｌ２からなる拡大光線束Ｋを得る。
【００５０】
ここで、出射側回折格子１２の透過１次回折効率が高いと、出射側回折格子１２に対する＋１次回折光ＬＰ１及び−１次回折光ＬＭ１の１回目の入射時に多くの光量が導光板１の外部に射出されてしまい、導光板１内に残る光量が減ってしまう。これにより、導光板１内を伝播する＋１次回折光ＬＰ１及び−１次回折光ＬＭ１における出射側回折格子１２に対する２回目以降の入射時に導光板１の外部に射出される光量が大幅に減少してしまう。
【００５１】
そのため、出射側回折格子１２の回折効率は、入射側回折格子１１の回折効率よりも低く設定されている。すなわち、出射側回折格子１２の格子高さｄ２は、入射側回折格子１１の格子高さｄ１よりも低く設定される。なお、出射側回折格子１２の回折効率は、出射側回折格子１２より導光板１の外部に光を取り出す回数（出射光Ｌ２の数）に応じて設定される。
【００５２】
入射側回折格子１１の格子高さｄ１は、垂直に入射する光Ｌ（波長０．５２５μｍ）に対して１次回折効率が高くなる高さに設定される。例えば、入射側回折格子１１の屈折率が１．６５である場合、格子高さｄ１は約０．２５μｍとなり、格子高さｄ２は０．２５μｍより低く設定される。
【００５３】
上述のように本実施形態では、入射側回折格子１１を光入射面１ａの中央に設けることで、＋１次回折光ＬＰ１及び−１次回折光ＬＭ１を導光板１内に伝播させることで光線の複製を行っている。これに対し、入射側回折格子１１を光入射面１ａの端部に設けた場合、＋１次回折光ＬＰ１或いは−１次回折光ＬＭ１を導光板１の端部から出射させるためには、全反射の回数が多くなることで光の減衰が多くなり、導光板１の端部での出射光線の強度が大きく低下してしまう。
本実施形態によれば、光Ｌの入射位置から導光板１の端までの距離が導光板１全体の半分で済むため、導光板１の端部での出射光の強度低下を抑制できる。
【００５４】
ところで、一般に、観察者の眼の瞳孔直径は最小で２ｍｍ程度と言われている。
そのため、観察者の眼が上下左右に移動した際に、観察者が画像を視認できるようにするためには、拡大光線束Ｋを構成する複数の出射光Ｌ２の間隔が瞳孔直径（２ｍｍ）程度に設定する必要がある。すなわち、本実施形態の画像光拡大素子１２Ａは、複数の出射光Ｌ２の間隔を２ｍｍ程度にするように設計されている。
【００５５】
画像光拡大素子１２Ａから外部に取り出される出射光Ｌ２の間隔を小さくする手段としては、以下の手法が考えられる。
【００５６】
第１の手法としては、入射側回折格子１１における格子周期Ｐを大きくする、つまり、回折角を小さくすることが考えられる。しかしながら、この場合、回折角が臨界角より小さくなることで全反射による導光板１内の光の伝播が出来なくなってしまい、瞳拡大機能（出射光線の複製機能）が十分に得られなくなるおそれがある。
【００５７】
また、第２の手法としては、導光板１として屈折率が高い材料を用いることが考えられる。しかしながら、この場合、本実施形態で用いた一般的な光学ガラス（屈折率１．５２）よりも屈折率が高いガラスは高価なため、製造コストが上昇してしまう。
【００５８】
本発明者は、出射光Ｌ２の間隔が格子周期Ｐ及び導光板１の厚さで規定されることに着目し、導光板１内において全反射条件を満たす回折角を得る格子周期Ｐに設定した場合において、出射光Ｌ２の間隔Ｄを２ｍｍ以下にすることが可能な導光板１の厚さの範囲を見出した。
具体的に、本発明者は、導光板１の厚さＡを０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲に設定することを見出した。
【００５９】
格子周期Ｐを０．４４７μｍ、導光板１の厚さＡを０．８ｍｍとした画像光拡大素子１２Ａにおいて＋１次方向及び−１次方向とでそれぞれ３回ずつ出射光Ｌ２を取り出すことで、図５に示すように、２ｍｍ間隔で複数の出射光Ｌ２が配置された、光束径１０ｍｍの拡大光線束Ｋを生成することができる。
この場合、拡大光線束Ｋが存在する１０ｍｍの範囲内で観察者の眼が移動しても、出射光Ｌ２の少なくとも１本が瞳孔に入射するので、画像を観察者に良好に視認させることができる。
【００６０】
また、格子周期Ｐを０．４４７μｍ、導光板１の厚さＡを０．２ｍｍとした画像光拡大素子１２Ａにおいて＋１次方向及び−１次方向とでそれぞれ１１回ずつ出射光Ｌ２を取り出すことで、図６に示すように、０．５ｍｍの間隔Ｄ１で複数の出射光Ｌ２が配置された、光束径１０ｍｍの拡大光線束Ｋを生成することができる。
ここで、光Ｌ及び各出射光Ｌ２は直径１ｍｍ程度のガウス分布Ｇを有している。そのため、隣り合う出射光Ｌ２の間隔Ｄ１が０．５ｍｍとなると、図６に示すように、各出射光Ｌ２は空間的に重なり合った状態となる。
【００６１】
この場合、拡大光線束Ｋが存在する１０ｍｍの範囲内で観察者の眼が移動したとしても、出射光Ｌ２の少なくとも４本が瞳孔に入射するので、観察者に画像を良好に視認させることができる。
また、図６に示すように、各出射光Ｌ２が空間的に重なり合うため、拡大光線束Ｋの範囲内で観察者の眼が移動したとしても、眼に均一な照度分布の光を入射させることができる。よって、観察者は、明るさムラの小さい良質な画像を視認することができる。
【００６２】
続いて、導光板１の厚さＡが０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲から外れた場合について説明する。例えば、導光板１の厚さＡが０．８ｍｍよりも大きくなった場合、出射光Ｌ２の間隔が２ｍｍよりも大きくなってしまい、瞳拡大機能が不十分となってしまう。
【００６３】
導光板１の厚さＡが０．２ｍｍよりも小さくなった場合、導光板１の端部から出射されるまでの出射光Ｌ２における反射回数が多くなってしまい、導光板１の端部における出射光Ｌ２の出射強度が大幅に低下してしまう。よって、導光板１の中央部と端部とにおいて、出射光Ｌ２の強度にムラが生じてしまい、観察者の眼が移動した際に、視認画像に明るさムラが生じるおそれがある。厚さが０．２ｍｍよりも小さくなると、導光板１が破損し易くなってしまい、取り扱いが難しくなる。
【００６４】
本実施形態の画像光拡大素子１２Ａによれば、厚さ０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの導光板１を用いることで、観察者の眼が移動しても画像を良好に視認させることができる。
【００６５】
続いて、画像光拡大素子１２Ａに光Ｌが傾いて入射する場合（入射角が±１０度の場合）について図７，８を参照しつつ説明する。なお、図７，８においては、光入射面１ａ或いは光出射面１ｂに対する反時計回りの角度の符号を正（＋）とし、時計回りの角度を負（−）とした。
【００６６】
図７に示すように、光Ｌの入射角が１０度の場合、入射側回折格子１１による＋１次回折光ＬＰ１及び−１次回折光ＬＭ１の回折角は異なる。具体的に、＋１次回折角θＰは＋６２．４度、−１次回折角θＭは−４１．４度となる。また、導光板１からの＋１次回折角θＰ及び−１次回折角θＭの出射角度は、入射角と同じ＋１０度、つまり同一方向に射出される。
【００６７】
＋１０度の入射角で入射する光Ｌにおいて回折角が小さくなるのは、−１次回折光ＬＭ１の方である。従って、−１次回折光ＬＭ１の回折角θＭの絶対値が臨界角４１．４度より大きければ、＋１次回折光ＬＰ１の回折角θＰは臨界角より必ず大きくなる。
【００６８】
本実施形態において、回折角θＭの絶対値が臨界角と等しいため、＋１次回折光ＬＰ１及び−１次回折光ＬＭ１は導光板１内を全反射で伝播することができる。なお、本実施形態では、入射角が１０度よりも大きくなると、−１次回折光ＬＭ１の回折角θＭは臨界角より小さくなり、−１次回折光ＬＭ１は導光板１内を全反射により伝播できなくなってしまう。
【００６９】
また、図８に示すように、光Ｌの入射角が−１０度の場合、図７の入射角１０度の関係を上下反転させた状態となる。つまり、＋１次回折角θＰは＋４１．４度、−１次回折角θＭは−６２．４度となる。また、導光板１からの＋１次回折角θＰ及び−１次回折角θＭの出射角度は、入射角と同じ−１０度、つまり同一方向に射出される。
−１０度の入射角で入射する光Ｌにおいて回折角が小さい＋１次回折光ＬＰ１の回折角θＰは臨界角と等しいため、＋１次回折光ＬＰ１及び−１次回折光ＬＭ１は導光板１内を全反射で伝播することができる。
【００７０】
ここで、１次回折光が導光板１内を全反射により伝播できる条件を式で説明する。まず、光Ｌの波長をλとし、入射角の最大角度の絶対値を｜θｍａｘ｜とし、導光板１の屈折率をｎとし、導光板１内での１次回折光の回折角が臨界角と一致する格子周期Ｐは、以下の式で表される。
【００７１】
Ｐ＝λ／［ｓｉｎ｜θｍａｘ｜＋１］・・式（１）
【００７２】
なお、格子周期Ｐを一定とした場合、回折角は入射する光Ｌの波長に依存し、波長が短い程、回折角が小さくなる。従って、入射する光Ｌが波長分布を持っている場合、光Ｌの波長帯域の一番短い波長λｍｉｎに対する１次回折光の回折角の絶対値が臨界角より大きければ、全ての波長帯の光Ｌについて１次回折光を導光板１内で全反射により伝播させることができる。この条件を満たす、格子周期Ｐは、以下の式で表される。なお、下式の格子周期Ｐとは、格子周期Ｐｘ及びＰＹのうち周期が異なる場合、周期が大きいものが対象となる。
【００７３】
Ｐ＝λｍｉｎ／［ｓｉｎ｜θｍａｘ｜＋１］・・式（２）
【００７４】
本実施形態の画像光拡大素子１２Ａによれば、画像光拡大素子１２Ａに光Ｌが傾いて入射する場合においても、厚さ０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの導光板１を用いることで、観察者の眼が移動しても画像を良好に視認させることが可能である。
【００７５】
図３に戻って、集光光学系１３は複数のレンズ（不図示）から構成され、全体として正のパワーを有する。画像光拡大素子１２Ａから射出される拡大光線束Ｋは一本の細いビームではなく空間的に拡がっている。そのため、直接的に接眼光学系１４に入射させると、該接眼光学系１４によって収差や像の歪みが生じてしまう。これに対し、本実施形態では、全体として正のパワーを有する集光光学系１３によって画像光拡大素子１２Ａから射出された光を集光させ、接眼光学系１４の手前に中間像ＧＭを形成している。これにより、上記収差や像の歪みの発生を低減することができる。
【００７６】
接眼光学系１４は、少なくともメインフレーム１２０（図２参照）と観察者Ｍの眼ＭＥを含む面内において、正のパワーを有するハーフミラー（凹面鏡）或いはホログラフィック光学素子から構成される。接眼光学系１４は、中間像ＧＭを形成した光を平行化して観察者Ｍの眼ＭＥの瞳孔近傍に射出瞳を形成するとともに外光の一部を透過させる。そのため、観察者Ｍは外光とともに遠方に虚像Ｇ１を視認することができる。
【００７７】
以上述べたように、本実施形態の画像光拡大素子１２Ａによれば、観察者Ｍの眼ＭＥに、画像光として、複数の出射光Ｌ２が瞳孔のサイズよりも小さい２ｍｍ程度で配置された拡大光線束Ｋを入射させることができる。よって、観察者Ｍが眼ＭＥを移動させた場合でも、眼ＭＥに画像光を良好に視認させることができる。また、１次回折光が導光板１内を全反射の状態で伝播して出射側回折格子１２から出射させるため、光の利用効率が高いものとなる。
したがって、該画像光拡大素子１２Ａを備えたＨＭＤ３００によれば、画像視認性に優れた信頼性の高いものとなる。
【００７８】
（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態と上記実施形態との違いは、画像光拡大素子の構成である。具体的に、上記実施形態では、画像光生成部１９の光源部１５より単色の光が入射する場合について説明したが、本実施形態では画像光生成部１９の光源部１５より３色の光が入射する場合について説明する。
【００７９】
図９乃至１１は本実施形態に係る画像光拡大部の構成を示す断面図である。なお、図９乃至１１はＹＺ平面と平行な断面を示し、Ｙ方向における光の伝播について説明するが、Ｘ方向においても同様に光の伝播が生じているものとする。すなわち、画像光拡大部により拡大された光は、Ｘ方向及びＹ方向に２次元的に拡大されたものとなる。
【００８０】
図９は、青色用画像光拡大素子１１２Ｂにおける回折機能の説明図であり、図１０は、緑色用画像光拡大素子１１２Ｇにおける回折機能の説明図であり、図１１は、赤色用画像光拡大素子１１２Ｒにおける回折機能の説明図である。
【００８１】
図９乃至１１に示すように、本実施形態の画像光拡大部１１２は、青色用画像光拡大素子（第１画像光拡大素子）１１２Ｂ、緑色用画像光拡大素子（第２画像光拡大素子）１１２Ｇ、及び赤色用画像光拡大素子（第３画像光拡大素子）１１２Ｒを含む。
【００８２】
青色用画像光拡大素子１１２Ｂ、緑色用画像光拡大素子１１２Ｇ及び赤色用画像光拡大素子１１２Ｒの基本構成は、上記実施形態の画像光拡大素子１２Ａと同一であることから、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
【００８３】
本実施形態において、画像光拡大部１１２は、画像光の入射側から出射側に向かって、青色用画像光拡大素子１１２Ｂ、緑色用画像光拡大素子１１２Ｇ、赤色用画像光拡大素子１１２Ｒ（以下、これらを総称して単に拡大素子１１２Ｂ，１１２Ｇ，１１２Ｒと称する。）が光Ｌの進行方向に沿って順に配置されている。すなわち、各拡大素子１１２Ｂ，１１２Ｇ，１１２Ｒは、対応する光の波長が短いものから長いものの順に配置されている。また、拡大素子１１２Ｂ，１１２Ｇ，１１２Ｒは、同一の厚さの導光板１から構成されている。
【００８４】
本実施形態において、画像光生成部１９の光源部１５より射出される画像光（光Ｌ）は、青色光（第１の波長帯の光）ＬＢ、緑色光（第２の波長帯の光）ＬＧ及び赤色光（第３の波長帯の光）ＬＲを含む。これら青色光ＬＢ、緑色光ＬＧ、および赤色光ＬＲは、同じ入射角（±１０度の範囲）で画像光拡大部１１２に入射する。
【００８５】
本実施形態において、青色用画像光拡大素子１１２Ｂは、導光板１Ｂと、入射側回折格子１１Ｂと、出射側回折格子１２Ｂとを有し、波長０．４６０μｍの青色光ＬＢに対応する。
緑色用画像光拡大素子１１２Ｇは、導光板１Ｇと入射側回折格子１１Ｇと出射側回折格子１２Ｇとを有し、波長０．５２５μｍの緑色光ＬＧに対応する。
赤色用画像光拡大素子１１２Ｒは、導光板１Ｒと入射側回折格子１１Ｒと出射側回折格子１２Ｒとを有し、波長０．６１０μｍの赤色光ＬＲに対応する。
【００８６】
本実施形態において、青色用画像光拡大素子１１２Ｂ、緑色用画像光拡大素子１１２Ｇ及び赤色用画像光拡大素子１１２Ｒの格子周期ＰＢ，ＰＧ，ＰＲは、以下の関係を満たしている。つまり、画像光生成部１９から離間するにつれて、格子周期ＰＢ，ＰＧ，ＰＲが大きくなっている。
ＰＢ＜ＰＧ＜ＰＲ
【００８７】
また、入射側回折格子１１Ｂの格子高さＨ１１、出射側回折格子１２Ｂの格子高さＨ１２、入射側回折格子１１Ｇの格子高さＨ２１、出射側回折格子１２Ｇの格子高さＨ２２、入射側回折格子１１Ｒの格子高さＨ３１、出射側回折格子１２Ｒの格子高さＨ３２は、以下の関係を満たしている。
【００８８】
Ｈ１１＜Ｈ２１＜Ｈ３１
Ｈ１２＜Ｈ１１
Ｈ２２＜Ｈ２１
Ｈ３２＜Ｈ３１
Ｈ１２＜Ｈ１１＜Ｈ２２＜Ｈ２１＜Ｈ３２＜Ｈ３１
【００８９】
まず、青色用画像光拡大素子１１２Ｂについて説明する。
図９に示したように、青色用画像光拡大素子１１２Ｂは、青色光ＬＢに対する＋１次回折光及び−１次回折光のいずれも導光板１Ｂ（屈折率１．５２）の臨界角より大きな角度で回折させ、導光板１Ｂ内において回折光が伝播するように回折格子の格子周期Ｐが決められている。具体的に、本実施形態において、入射側回折格子１１Ｂ及び出射側回折格子１２Ｂにおける格子周期ＰＢ（格子周期Ｐｘ及び格子周期Ｐｙ）は、０．３９２μｍに設定されている。
【００９０】
ここで、比較例として、画像光の入射側から出射側に向かって、拡大素子１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂの順（格子周期が小さくなる順）に配置されていた場合について説明する。この場合、拡大素子１１２Ｒの格子周期が最も大きくなるため、例えば、青色光ＬＢが入射すると、その回折角が小さくなってしまい、後段に配置される拡大素子１１２Ｇ，１１２Ｂに入射することで不要な回折光の成分が多数発生し、入射角と異なる角度で出射される成分の光が増加してしまう。
【００９１】
これに対し、本実施形態では、上述のように画像光の入射側から出射側に向かって、拡大素子１１２Ｂ，１１２Ｇ，１１２Ｒの順（格子周期が大きくなる順）に配置されている。青色用画像光拡大素子１１２Ｂには緑色光ＬＧ及び赤色光ＬＲも入射するが、緑色光ＬＧ及び赤色光ＬＲは青色光ＬＢよりも波長が長いため、青色光ＬＢよりも大きな角度で回折される。よって、青色用画像光拡大素子１１２Ｂの後段に配置される緑色用画像光拡大素子１１２Ｇ或いは赤色用画像光拡大素子１１２Ｒに所定の入射角と異なる角度の光が入射することが抑制されるので、不要な回折光の発生を抑制することができる。
【００９２】
また、入射側回折格子１１Ｂの高さＨ１１は、波長０．４６０μｍの青色光ＬＢに対して１次回折効率が高く、緑色光ＬＧ及び赤色光ＬＲに対する回折効率が低くなる高さに設定される。
【００９３】
具体的に入射側回折格子１１Ｂの高さＨ１１は、該入射側回折格子１１Ｂの屈折率が１．６５の場合、０．５７μｍとなる。一方、出射側回折格子１２Ｂの高さＨ１２は、０．５７μｍよりも低くなる。これにより、出射側回折格子１２Ｂから出射される光量分布を適正化することができる。
【００９４】
青色用画像光拡大素子１１２Ｂにおいて、入射側回折格子１１Ｂ及び出射側回折格子１２Ｂは格子周期が等しいので、導光板１内を全反射により伝播して出射側回折格子１２Ｂに到達した光線は、入射角と同じ角度で出射される。したがって、上記第１実施形態の画像光拡大素子１２Ａと同様、青色用画像光拡大素子１１２Ｂは、入射角と同じ角度で出射される複数の青色光ＬＢ２を生成する。すなわち、入射角と同一角度で出射される光を複製した拡大光線束を生成する。
【００９５】
複数の青色光ＬＢ２は、緑色用画像光拡大素子１１２Ｇ及び赤色用画像光拡大素子１１２Ｒに入射した際に回折され、不要な回折光を生じる。この不要な回折光の回折角が１０度より十分大きければ後段で遮蔽或いは吸収可能である。
緑色用画像光拡大素子１１２Ｇ或いは赤色用画像光拡大素子１１２Ｒは、緑色光ＬＧ或いは赤色光ＬＲに対する回折効率が高くなるように格子高さが設定されるため、青色光ＬＢ２に対する回折効率は低く、上記不要な回折光の発生は実質的に抑制される。
【００９６】
次に、緑色用画像光拡大素子１１２Ｇについて説明する。
図１０に示したように、緑色用画像光拡大素子１１２Ｇは、緑色光ＬＧに対する＋１次回折光及び−１次回折光のいずれも導光板１Ｇ（屈折率１．５２）の臨界角より大きな角度で回折させ、導光板１Ｇ内において回折光が伝播するように回折格子の格子周期が決められている。
具体的に、本実施形態において、入射側回折格子１１Ｇ及び出射側回折格子１２Ｇにおける格子周期ＰＧ（格子周期Ｐｘ及び格子周期Ｐｙ）は０．４４７μｍに設定されている。
【００９７】
緑色用画像光拡大素子１１２Ｇに入射した赤色光ＬＲは、緑色光ＬＧよりも波長が長いため、緑色光ＬＧよりも大きな角度で回折される。そのため、緑色用画像光拡大素子１１２Ｇの後段に配置される赤色用画像光拡大素子１１２Ｒにおいて不要な回折光を発生させることが抑制される。
【００９８】
また、入射側回折格子１１Ｇの高さＨ２１は、波長０．５２５μｍの緑色光ＬＧに対して１次回折効率が高く、青色光ＬＢ及び赤色光ＬＲに対する回折効率が低くなる高さに設定される。
【００９９】
具体的に入射側回折格子１１Ｇの高さＨ２１は、該入射側回折格子１１Ｇの屈折率が１．６５の場合、０．６０μｍとなる。一方、出射側回折格子１２Ｇの高さｄ２は、０．６０μｍよりも低くなる。これにより、出射側回折格子１２Ｇから出射される光量分布を適正化することができる。
【０１００】
緑色用画像光拡大素子１１２Ｇにおいて、入射側回折格子１１Ｇ及び出射側回折格子１２Ｇの格子周期Ｐが等しい。そのため、導光板１Ｇ内を全反射により伝播して出射側回折格子１２Ｇに到達した光線は、入射角と同じ角度で出射される。
したがって、緑色用画像光拡大素子１１２Ｇは、入射角と同じ角度で出射される複数の緑色光ＬＧ２を複製する。すなわち、入射角と同一角度で出射される光を複製した拡大光線束を生成する。
【０１０１】
複数の緑色光ＬＧ２は、赤色用画像光拡大素子１１２Ｒに入射した際に回折され、不要な回折光を生じる。この不要な回折光の回折角が１０度より十分大きければ後段で遮蔽或いは吸収可能である。
赤色用画像光拡大素子１１２Ｒは、赤色光ＬＲに対する回折効率が高くなるように格子高さが設定されるため、緑色光ＬＧ２に対する回折効率は低く、上記不要な回折光の発生は実質的に抑制される。
【０１０２】
次に、赤色用画像光拡大素子１１２Ｒについて説明する。
図１１に示したように、赤色用画像光拡大素子１１２Ｒは、赤色光ＬＲに対する＋１次回折光及び−１次回折光のいずれも導光板１Ｒ（屈折率１．５２）の臨界角より大きな角度で回折させ、導光板１Ｒ内において回折光がＹ方向及びＹ方向に伝播するように回折格子の格子周期が決められている。
具体的に、本実施形態において、入射側回折格子１１Ｒ及び出射側回折格子１２Ｒにおける格子周期ＰＲ（格子周期Ｐｘ及び格子周期Ｐｙ）は０．５２０μｍに設定されている。
【０１０３】
入射側回折格子１１Ｒの高さＨ３１は、波長０．６１０μｍの赤色光ＬＲに対して１次回折効率が高く、青色光ＬＢ及び緑色光ＬＧに対する回折効率が低くなる高さに設定される。具体的に入射側回折格子１１Ｒの高さＨ３１は、該入射側回折格子１１Ｒの屈折率が１．６５の場合、０．７０μｍとなる。一方、出射側回折格子１２Ｒの高さＨ３２は、０．７０μｍよりも低くなる。これにより、出射側回折格子１２Ｒから出射される光量分布を適正化することができる。
【０１０４】
赤色用画像光拡大素子１１２Ｒにおいて、入射側回折格子１１Ｒ及び出射側回折格子１２Ｒの格子周期が等しいので、導光板１Ｒ内を全反射により伝播して出射側回折格子１２Ｒに到達した光線は、入射角と同じ角度で出射される。
したがって、赤色用画像光拡大素子１１２Ｒは、入射角と同じ角度で出射される複数の赤色光ＬＲ２を複製する。
【０１０５】
本実施形態によれば、拡大素子１１２Ｂ，１１２Ｇ，１１２Ｒの格子周期を上述のように色毎に異ならせることにより、各拡大素子１１２Ｂ，１１２Ｇ，１１２Ｒでの回折角を同じにすることができる。
また、本実施形態において、拡大素子１１２Ｂ，１１２Ｇ，１１２Ｒ（導光板１Ｂ，１Ｇ，１Ｒ）の厚さが同一であるため、各色の出射光（青色光ＬＢ２、緑色光ＬＧ２及び赤色光ＬＲ２）の出射位置が同一となる。
【０１０６】
具体的に、拡大素子１１２Ｂ，１１２Ｇ，１１２Ｒを構成する導光板１Ｂ，１Ｇ，１Ｒの厚さを０．８ｍｍとした場合、拡大素子１１２Ｂ，１１２Ｇ，１１２Ｒを透過することで光束径１０ｍｍの拡大光線束Ｋ１が生成される。拡大光線束Ｋ１は、各色の出射光（青色光ＬＢ２、緑色光ＬＧ２及び赤色光ＬＲ２）の間隔が上記第１実施形態と同様に約２ｍｍとなる。
【０１０７】
ここで、本実施形態の構成の比較例として、拡大素子１１２Ｂ，１１２Ｇ，１１２Ｒの格子周期を同一とし、導光板１Ｂ，１Ｇ，１Ｒの厚さを異ならせることで各色光の出射位置を同一にすることも考えられる。具体的に、回折角が小さい導光板１Ｂ，１Ｇ，１Ｒの厚さを厚くする。
【０１０８】
しかしながら、この場合、格子周期が各色光で同一となるため、各色光において回折角が異なることで回折効率も異なってしまう。特に回折角が大きくなる赤色光ＬＲの回折効率が低下し、各色光の色バランスを調整することが難しくなってしまう。
【０１０９】
これに対し、本実施形態の構成によれば、各色光において回折角が同じになるように格子周期を決めるので、各色光の回折効率もそれぞれ同程度になり、色バランスを取り易くなるといった効果が得られる。
また、導光板１Ｂ，１Ｇ，１Ｒの厚さが同一となるため、回折格子を同一のプロセスで作成可能となるので、各拡大素子１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂの製造コストを抑えることができるといった効果が得られる。
【０１１０】
以上述べたように、本実施形態の画像光拡大部１１２によれば、観察者Ｍの眼ＭＥに対して、各色の出射光（青色光ＬＢ２、緑色光ＬＧ２及び赤色光ＬＲ２）の間隔が瞳孔のサイズよりも小さい２ｍｍ程度で配置された画像光（拡大光線束Ｋ１）を入射させることができる。よって、観察者Ｍが眼ＭＥを移動させた場合でも、眼ＭＥに３色の画像光を視認させることができる。また、各色光の出射位置が同一のため、観察者Ｍが眼ＭＥを移動させた場合でも、観察者Ｍに視認される画像光の色バランスの乱れが抑制される。
したがって、この画像光拡大部１１２を備えた本実施形態のＨＭＤによれば、観察者の眼の移動によらず、カラー画像の視認性に優れた信頼性の高い画像表示装置を提供することができる。
【０１１１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
上記実施形態では、光Ｌの入射角を±１０度とする場合を例に挙げたが、光Ｌの入射角の範囲は±１０度に限定されることはない。
例えば、±１０度以上の入射角で光Ｌを入射させるようにしてもよい。この場合、導光板１内において全反射条件を満たすように格子周期Ｐ、導光板１の厚さを０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲で適宜設定すればよい。
【符号の説明】
【０１１２】
１，１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ…導光板、１ａ…光入射面、１ｂ…光出射面、１１，１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ…入射側回折格子、１２，１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ…出射側回折格子、１２Ａ，１１２…画像光拡大素子、１４…接眼光学系、１９…画像光生成部、１１２Ｒ…赤色用画像光拡大素子、１１２Ｇ…緑色用画像光拡大素子、１１２Ｂ…青色用画像光拡大素子、ｄ１，ｄ２，Ｈ１１，Ｈ１２，Ｈ２１，Ｈ２２，Ｈ３１，Ｈ３２…格子高さ、Ｐ，ＰＢ，ＰＧ，ＰＲ…格子周期、ＬＭ１…−１次回折光、ＬＰ１…＋１次回折光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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