(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察眼に投光すべき表示光束に対し透明であり、平行な第１側面対と、当該第１側面対に直交する第２側面対とを有した角柱状の基体と、
前記基体内において前記第１側面対及び前記第２側面対に対して非平行に配置され、外部から前記基体内へ入射した前記表示光束を、前記第１側面対の間で内面反射するとともに前記第２側面対の間で内面反射する方向に向けて反射する導入手段と、
前記内面反射に供される何れかの側面上又は前記基体内に配置され、前記第１側面対及び前記第２側面対で内面反射した前記表示光束を、前記基体から前記観察眼に向けて反射する導出手段と
を備えたことを特徴とする画像表示光学系。
【請求項２】
請求項１に記載の画像表示光学系において、
前記導出手段は、
前記基体内部に設けられた互いに平行な複数の部分反射面からなる
ことを特徴とする画像表示光学系。
【請求項３】
請求項１に記載の画像表示光学系において、
前記導出手段は、
前記表示光束が到達する前記基体の面の少なくとも１部に設けられ、かつ前記表示光束の一部を外部へ射出させる光学膜と、
前記光学膜の反基体側に設けられた互いに平行な複数の反射面とからなる
ことを特徴とする画像表示光学系。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の画像表示光学系において、
前記複数の反射面の何れか１つは、
ホログラフィック光学膜からなる
ことを特徴とする画像表示光学系。
【請求項５】
請求項１に記載の画像表示光学系において、
前記導出手段は、
前記基体の何れかの側面に設けられたホログラフィック光学膜からなる
ことを特徴とする画像表示光学系。
【請求項６】
観察眼に投光すべき表示光束を射出する画像表示素子と、
前記表示光束を前記観察眼へと導光する請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の画像表示光学系と
を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
請求項６に記載の画像表示装置と、
前記画像表示装置を観察者の頭部に装着する装着手段と
を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アイグラスディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ、カメラ、携帯電話、双眼鏡、顕微鏡、望遠鏡などにおいてＬＣＤなどの小型画像表示素子の虚像を観察眼の前方に形成するための画像表示光学系に関する。また、本発明は、その画像表示光学系を搭載した画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、この種の画像表示光学系として、射出瞳と画角とが広く確保されたものが提案されている（特許文献１など）。
例えば、特許文献１の図２に記載された画像表示光学系は、互いに平行な複数の部分反射面を透明な基板内に設けてなる。
液晶表示素子などの画像表示素子から射出した表示光束は、平行光束化された状態で基板内部に導入される。【０００４】
基板内部に導入された表示光束は、反射面（特許文献１の図２の符号１６）にて偏向された後、基板を内面反射しながら伝播する。
基板を伝播する表示光束は、複数の部分反射面（特許文献１の図２の符号２２）に対し順に入射する。
各部分反射面に対し互いに等角度で入射した各表示光束は、それぞれ等角度ずつ偏向されて基板外に射出する。【０００５】
その結果、基板外に、画像表示素子の各位置から射出した各画角の表示光束が重畳して入射する比較的広い領域が形成される。
その領域内の何れかに観察者の眼の瞳が配置されれば、観察者は画像表示素子の虚像を観察することができる。つまり、この領域は、射出瞳と等価な働きをする。以下、この領域を「射出瞳」という。【０００６】
この射出瞳は、部分反射面の配置数を増やすことによって容易に拡大可能である。射出瞳が広いと観察眼の瞳の位置の自由度が高まるので、観察者がよりリラックスした状態で観察をすることができる。
また、特許文献１の図２では、表示光束が１本の折れ線で描かれているが、実際の表示光束には、各画角の表示光束が含まれている。【０００７】
各画角の表示光束は、それぞれ異なる角度で基板内部に導入され、それぞれ異なる角度で基板を内面反射しながら伝播する。したがって、基板を伝播する表示光束の光線の開き角度によって、この画像表示光学系の画角が決まる。
しかも、この画像表示光学系においては、表示光束の伝播路が基板内で折り畳まれるので、基板を伝播可能な光線の開き角度は、折り畳まれなかったときよりも大きくなる。【０００８】
したがって、この画像表示光学系においては、画角を広く採ることが可能である。
【特許文献１】特表２００３−５３６１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、この画像表示光学系の画角は、横方向（特許文献１の図２の紙面横方向）に拡大されるものの、縦方向（特許文献１の図２の紙面手前奥方向）には拡大されない。
このため、特許文献１の図１５には、縦横双方に亘り画角の拡大を図る技術が記載されている。しかし、この技術では、４５°の反射面を複数配置する必要があるために、配置スペースの増大（つまり基板サイズの増大）を招く。【００１０】
そこで本発明は、省スペースを図りつつ画角を縦横双方に亘り拡大することのできる画像表示光学系を提供することを目的とする。
また、本発明は、小型でありながらも高性能な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】
【００１２】
本発明の画像表示光学系は、観察眼に投光すべき表示光束に対し透明であり、平行な第１側面対と、当該第１側面対に直交する第２側面対とを有した角柱状の基体と、前記基体内において前記第１側面対及び前記第２側面対に対して非平行に配置され、外部から前記基体内へ入射した前記表示光束を、前記第１側面対の間で内面反射するとともに前記第２側面対の間で内面反射する方向に向けて反射する導入手段と、前記内面反射に供される何れかの側面上又は前記基体内に配置され、前記第１側面対及び前記第２側面対で内面反射した前記表示光束を、前記基体から前記観察眼に向けて反射する導出手段とを備えたことを特徴とする。  
【００１３】
なお、前記導出手段は、前記基体内部に設けられた互いに平行な複数の部分反射面によって構成されてもよい。
また、前記導出手段は、前記表示光束が到達する前記基体の面の少なくとも１部に設けられ、かつ前記表示光束の一部を外部へ射出させる光学膜と、前記光学膜の反基体側に設けられた互いに平行な複数の反射面とによって構成されてもよい。
【００１４】
また、前記複数の反射面の何れか１つは、ホログラフィック光学膜によって構成されてもよい。
また、前記導出手段は、前記基体の何れかの側面に設けられたホログラフィック光学膜によって構成されてもよい。
また、本発明の画像表示装置は、観察眼に投光すべき表示光束を射出する画像表示素子と、前記表示光束を前記観察眼へと導光する本発明の何れかの画像表示光学系とを備えたことを特徴とする。【００１５】
また、本発明の何れかの画像表示装置には、前記画像表示装置を観察者の頭部に装着する装着手段が備えられてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、省スペースを図りつつ画角を縦横双方に亘り拡大することのできる画像表示光学系が実現する。
また、本発明によれば、小型でありながらも高性能な画像表示装置が実現する。
また、本発明によれば、省スペースを図りつつ照明角度範囲を縦横双方に亘り拡大することのできる照明光学系が実現する。【００１９】
また、本発明によれば、薄型でありながらも高性能な液晶表示装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態のアイグラスディスプレイの外観図である。
【図２】第１実施形態のアイグラスディスプレイの光学系部分を説明する図である。
【図３】第１実施形態のアイグラスディスプレイの画角を説明する図である。
【図４】従来のアイグラスディスプレイの光学系部分を説明する図である。
【図５】第１実施形態の表示光束Ｌ１の各成分を説明する図である。
【図６】複数の偏向ミラー１Ｂの変形例を説明する図である。
【図７】方向ベクトルと方向余弦を説明する図である。
【図８】導入ミラー１Ａ，偏向ミラー１Ｂの配置姿勢の選定方法を説明する図である。
【図９】第１実施例の多層膜の反射率の波長特性を示す図である。
【図１０】第１実施例の多層膜の波長５５０ｎｍのｐ偏光に対する反射率の角度特性を示す図である。
【図１１】第２実施例の多層膜の反射率の波長特性を示す図である。
【図１２】第２実施例の多層膜の波長５５０ｎｍのｐ偏光に対する反射率の角度特性を示す図である。
【図１３】第３実施例の多層膜の反射率の波長特性を示す図である。
【図１４】第３実施例の多層膜の波長５５０ｎｍのｐ偏光に対する反射率の角度特性を示す図である。
【図１５】第４実施例の多層膜の反射率の波長特性を示す図である。
【図１６】第４実施例の多層膜の波長５５０ｎｍのｐ偏光に対する反射率の角度特性を示す図である。
【図１７】画像表示素子２ａの光源の発光スペクトルを示す図である。
【図１８】第５実施例の多層膜の反射率の波長特性を示す図である。
【図１９】基体１の変形例を示す図である。
【図２０】露光光学系の構成図である。
【図２１】ホログラフィック光学膜５４が適用された基体１の機能を説明する図である。
【図２２】第２実施形態の立体虚像ディスプレイの外観図である。
【図２３】第２実施形態の光学系６０の配置角度を説明する図である。
【図２４】第３実施形態の３６０°立体虚像ディスプレイ用の信号の取得方法を説明する図である。
【図２５】第３実施形態の３６０°立体虚像ディスプレイの外観図である。
【図２６】第４実施形態の液晶ディスプレイの外観図である。
【図２７】第４実施形態の基体１を説明する図である。
【図２８】基体１に入射する表示光束Ｌ１のパラメータを示す表である。
【図２９】導入ミラー１Ａにて反射した直後の表示光束Ｌ１のパラメータを示す表である。
【図３０】導入ミラー１Ａの配置姿勢のパラメータを示す表である。
【図３１】基体１から射出する表示光束Ｌ１のパラメータを示す表である。
【図３２】表示光束Ｌ１の成分ＬＩを基体１外へ射出させるための偏向ミラー１Ｂの配置姿勢のパラメータを示す表である。
【図３３】表示光束Ｌ１の成分ＬIIを基体１外へ射出させるための偏向ミラー１Ｂの配置姿勢のパラメータを示す表である。
【図３４】表示光束Ｌ１の成分ＬIIIを基体１外へ射出させるための偏向ミラー１Ｂの配置姿勢のパラメータを示す表である。
【図３５】表示光束Ｌ１の成分ＬIVを基体１外へ射出させるための偏向ミラー１Ｂの配置姿勢のパラメータを示す表である。
【図３６】多層膜（第１実施例）の構成を示す表である（表９では、「基体」を「基板」と表現した。他の表も同様。）。
【図３７】多層膜（第２実施例）の構成を示す表である。
【図３８】多層膜（第３実施例）の構成を示す表である。
【図３９】多層膜（第４実施例）の構成を示す表である。
【図４０】多層膜（第５実施例）の構成を示す表である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
［第１実施形態］
以下、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５、図１６、図１７、図１８、図１９、図２０、図２１，図２８，図２９，図３０，図３１，図３２，図３３，図３４，図３５，図３６，図３７，図３８，図３９，図４０に基づき本発明の第１実施形態を説明する。【００２２】
本実施形態は、アイグラスディスプレイの実施形態である。
図１は、本アイグラスディスプレイの外観図である。
図１に示すように、本アイグラスディスプレイは、基体１、画像導入ユニット２、ケーブル４、眼鏡フレーム３（請求項の装着手段に対応）などからなる。ここでは、右眼用のアイグラスディスプレイを説明する。【００２３】
基体１は、可視光に対し透明な長方形の平行平面板からなる。正面から見た基体１の形状は、眼鏡レンズに近い長方形に整えられている。この基体１は、眼鏡フレーム３の右のフロントに装着されている。
画像導入ユニット２は、光学系を搭載したユニットである。この画像導入ユニット２は、基体１の近傍（眼鏡フレーム３の右のテンプル）に固定され、ケーブル４を介して外部機器と接続されている。このケーブル４を介して、外部機器から画像導入ユニット２へと画像表示用の信号及び電源が供給される。【００２４】
このようなアイグラスディスプレイは、眼鏡フレーム３によって観察者の頭部に装着される。アイグラスディスプレイを装着した観察者の右眼に、基体１の表裏面が相対する。
図１中のＸＹＺ座標系は、アイグラスディスプレイを装着した観察者の左方向をＸ方向、上方向をＹ方向、前方向をＺ方向とした右手系のＸＹＺ直交座標系である。以下、このＸＹＺ座標系、又は観察者から見た各方向（左右、上下、縦横）の表現によって、アイグラスディスプレイを説明する。【００２５】
アイグラスディスプレイが観察者に装着された状態で、画像導入ユニット２から基体１の右下の領域へと表示光束が導入される。
図２は、本アイグラスディスプレイの光学系部分を説明する図である。図２（ａ）は、光学系部分の斜視図、図２（ｂ）は、光学系部分をＸＺ平面と平行な平面で切断してできる概略断面図、図２（ｃ）は、光学系部分をＸＹ平面と平行な平面で切断してできる概略断面図である。【００２６】
図２（ａ）に示すとおり、基体１の上下の側面１ａ’，１ｂ’は、基体１の表裏面１ａ，１ｂと同等の精度でそれぞれ平面加工されている。なお、基体１の左右の側面は、本アイグラスディスプレイの光学的性能に関係しないので、平面加工されていなくてもよい。
また、画像導入ユニット２には、ＬＣＤ（液晶表示素子）などの画像表示素子２ａ、対物レンズ２ｂ、及び不図示の回路などが搭載されている。【００２７】
画像表示素子２ａの各位置から射出した可視光からなる表示光束Ｌ１は、対物レンズ２ｂにおいて平行光束化される。なお、図では、表示光束の全体のうち、画像表示素子２ａの中心から射出した主光線のみを示した。
対物レンズ２ｂの近傍には、図２（ｃ）に示すとおり、画像表示素子２ａの各位置から射出した各表示光束Ｌ１が重畳して入射する入射瞳Ｐｉｎが形成される。なお、入射瞳Ｐｉｎの径は、基体１の上下の側面１ａ’，１ｂ’よりも若干小さい程度である。【００２８】
入射瞳Ｐｉｎから射出した表示光束Ｌ１は、基体１の内部に導入される。
基体１において表示光束Ｌ１が最初に入射する領域には、反射膜からなる導入ミラー１Ａ（請求項の導入手段に対応）が配置されている。導入ミラー１Ａの配置姿勢は、表示光束Ｌ１の伝播路が基体１内に形成されるように最適化されている（詳細は後述）。
表示光束Ｌ１は、導入ミラー１Ａに入射すると、図２（ｂ）に示すとおり、基体１の表裏面１ａ，１ｂで交互に内面反射すると共に、図２（ｃ）に示すとおり、基体１の上下の側面１ａ’，１ｂ’で交互に内面反射して、基体１の＋Ｘ方向へと伝播する。【００２９】
したがって、表示光束Ｌ１の各軸上光線の光路は、それぞれ、図２（ａ）中に点線で示したように、ＸＹ平面上に立てられた屏風状の面内に存在する、折れ線状の光路となる。
基体１の内部において観察者の右眼に相対する領域には、部分反射膜からなり、かつ互いに平行な複数の偏向ミラー１Ｂ（請求項の導出手段に対応）が、観察者から見て隙間が無いよう密に並べて設けられている。【００３０】
個々の偏向ミラー１Ｂの配置姿勢は、表示光束Ｌの光路が基体１と観察者の右眼との間に形成されるよう最適化されている（詳細は後述）。また、個々の偏向ミラー１Ｂは、表示光束Ｌ１を所定の反射率で反射する。
基体１を伝播した表示光束Ｌ１は、個々の偏向ミラー１Ｂに入射し、それぞれ観察者の右眼の方向に偏向され、基体１の外部に射出する。個々の偏向ミラー１Ｂによって偏向された個々の表示光束Ｌ１は、観察者の右眼の近傍の互いにずれた領域に入射する。【００３１】
観察者の右眼の近傍には、図２（ｂ），（ｃ）に示すとおり、画像表示素子２ａの各位置から射出した各表示光束Ｌ１が重畳して入射する広い射出瞳Ｐｏｕｔが形成される。
この射出瞳Ｐｏｕｔ内の何れかの箇所に観察者の右眼の瞳が位置していれば、観察者は画像表示素子２ａの虚像を観察することができる。
また、外界（観察者から見て遠方）から観察者の右眼に向かう外界光束は、基体１を透過する。また、その外界光束は、基体１内に設けられた偏向ミラー１Ｂを、透過する。【００３２】
よって、観察者は、画像表示素子２ａの虚像と共に外界像をを観察することができる。
なお、観察者の右眼から見た射出瞳Ｐｏｕｔの形状は、観察者の右眼から見た複数の偏向ミラー１Ｂの全体の形状と概ね一致する。
因みに、図２に示した複数の偏向ミラー１Ｂの全体の形状は平行四辺形なので、射出瞳Ｐｏｕｔの形状も平行四辺形となる。必要に応じて、複数の偏向ミラー１Ｂの全体形状を変更し、射出瞳Ｐｏｕｔの形状を変更してもよい。【００３３】
次に、本アイグラスディスプレイの画角を説明する。
本アイグラスディスプレイの画角は、２方向の画角、すなわち、図２（ｂ）中に示す第１の画角ａと、図２（ｃ）中に示す第２の画角ｂとによって決まる。
第１の画角ａは、基体１を伝播する表示光束Ｌ１のうち、画像表示素子２ａの最外周の画素から射出した２つの主光線をＸＺ平面と平行な面へ射影したときの開き角度と比例関係にある。第２の画角ｂは、基体１を伝播する表示光束Ｌ１のうち、画像表示素子２ａの最外周の画素から射出した２つの主光線をＹＸ平面と平行な面へ射影したときの開き角度と比例関係にある。【００３４】
これら第１の画角ａ，第２の画角ｂを観察者の側から見ると、図３に示すように、斜め方向の画角に相当するが、両者それぞれが拡大されれば、本アイグラスディスプレイの縦横の画角が拡大されることになる。
なお、第１の画角ａ，第２の画角ｂの方向を観察者から見て縦横方向に一致させる必要がある場合には、光学系部分の全体の姿勢を、図１，図２，図３に示した姿勢から傾斜させればよい。【００３５】
次に、本アイグラスディスプレイの効果を説明する。
説明をわかりやすくするため、本アイグラスディスプレイを従来のアイグラスディスプレイと比較する。
従来のアイグラスディスプレイは、特許文献１に記載の技術が適用されたアイグラスディスプレイである。【００３６】
図４に、従来のアイグラスディスプレイの光学系部分を示した。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）の記載方法（符号も含む）は、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）のそれに対応させてある（但し、図４では画像導入ユニット２は省略。）。
従来のアイグラスディスプレイの表示光束Ｌ１の伝播路は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、表裏面１ａ，１ｂの間で折り畳まれている。よって、従来のアイグラスディスプレイの第１の画角ａ（この場合は、Ｘ方向における画角）は、基体１の臨界角度θｃによって決まる。【００３７】
例えば、基体１の屈折率を１．５６、媒質を空気とすると、臨界角度θｃは概ね４０°となり、このとき基体１を伝播可能な表示光束Ｌ１の光線の開き角度は、最大で５０°となるので、従来のアイグラスディスプレイの第１の画角ａは、５０°にまで拡大可能である。
しかし、従来のアイグラスディスプレイの表示光束Ｌ１の伝播路は、図４（ａ），（ｃ）に示すように、上下の側面１ａ’，１ｂ’の間で折り畳まれていない。よって、従来のアイグラスディスプレイの第２の画角ｂ（この場合は、Ｙ方向における画角）は、図４（ｃ）に示すように、基体１のサイズによって決まる。具体的には、次式（１）で表される。【００３８】
ｂ＝２ｔａｎ-1｛（Ｄｓ−ｄ0）／２Ｌ0｝  ・・・（１）
但し、式（１）において「Ｄｓ」は基体１の縦寸法、「ｄ0」は入射瞳Ｐｉｎの径、「Ｌ0」は基体１の実効的な横寸法である。
例えば、Ｄｓ＝３０ｍｍ、ｄ0＝２０ｍｍ、Ｌ0＝５０ｍｍとすると、第２の画角ｂは、１１．４°となる。つまり、従来のアイグラスディスプレイの第２の画角ｂは、第１の画角ａには到底及ばない。【００３９】
一方、本アイグラスディスプレイの表示光束Ｌ１の伝播路は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、表裏面１ａ，１ｂの間で折り畳まれている。よって、本アイグラスディスプレイの第１の画角ａは、基体１の臨界角度θｃによって決まる。
例えば、従来のアイグラスディスプレイと同じ条件下では、本アイグラスディスプレイの第１の画角ａは、５０°にまで拡大可能である。【００４０】
また、本アイグラスディスプレイの表示光束Ｌ１の伝播路は、図２（ａ），（ｃ）に示すように、上下の側面１ａ’，１ｂ’の間で折り畳まれている。よって、本アイグラスディスプレイの第２の画角ｂは、第１の画角ａと同じだけ拡大可能である。
すなわち、本アイグラスディスプレイでは、表示光束Ｌ１の伝播路が表裏面１ａ，１ｂの間で折り畳まれているだけでなく上下の側面１ａ’，１ｂ’の間でも折り畳まれているので、基体１のサイズ拡大を伴わずに、第２の画角ｂを第１の画角ａと同じだけ拡大すること、つまり画角を縦横双方に亘り拡大することが可能である。【００４１】
よって、本アイグラスディスプレイは、従来のアイグラスディスプレイと同等のサイズであったとしても、画像表示素子２ａの虚像を縦横双方に亘って広い画角で表示することのできる、高性能なアイグラスディスプレイである。
なお、本アイグラスディスプレイでは、内面反射に寄与する面（すなわち表裏面１ａ，１ｂと上下の側面１ａ’，１ｂ’）の表面が平面加工されるのみであるが、それらの面にさらに光学膜を設けたり、それらの面を回折光学面にしたりすれば、基体１の臨界角度θｃよりも小さい入射角度で入射する光線を基体１で内面反射させることができる。このようにして基体１を伝播する表示光束Ｌ１の光線の開き角度を拡大すれば、本アイグラスディスプレイの画角をさらに拡大することができる。【００４２】
また、本アイグラスディスプレイの画角は、内面反射に寄与する面の幅（つまり、面１ａと面１ｂとの間隔、面１ａ’と面１ｂ’との間隔）が入射瞳Ｐｉｎの径よりも大きい限り、基体１のサイズや形状の制約を受けない。よって、本アイグラスディスプレイの基体１のサイズや形状の自由度は高い。
例えば、本アイグラスディスプレイの基体１の縦寸法（面１ａ’と面１ｂ’との間隔）は、基体１の厚さ（面１ａと面１ｂとの間隔）よりも大きいが、仮に、前者が後者と同じ程度に抑えられたとしても、本アイグラスディスプレイの画角は何ら損なわれない。よって、例えば、基体１の形状を、棒状にすることもできる。【００４３】
棒状とは、すなわち、ＹＺ平面と平行な面によって切断してできる断面が、正多角形（ここでは正方形）となった基体１である。
つまり、基体１の形状は、アイグラスディスプレイの美観や、基体１が装着されるべき眼鏡フレーム３の構造などに応じて自由に選定可能である。
また、本アイグラスディスプレイには、基体１及び画像導入ユニット２を観察者の頭部に装着する装着手段として、一般的な眼鏡フレーム３が用いられたが、その装着手段は、基体１のサイズや形状と共に最適なものに変更することができる。【００４４】
次に、本アイグラスディスプレイの偏向ミラー１Ｂの特性を詳しく説明する。
図２に示したとおり、複数の偏向ミラー１Ｂは、基体１へ入射した表示光束Ｌ１をそれぞれ反射して、基体１の外部に射出瞳Ｐｏｕｔを形成する。
但し、基体１を伝播する表示光束Ｌ１の軸上光線は、図５に示すように、どの位置でも４成分ＬI，ＬII，ＬIII，ＬIVのうち何れかの方向をとる。このうち、成分ＬIが、導入ミラー１Ａで反射した直後の成分である。なお、図５では、表示光束Ｌ１の或る軸上光線の４成分を示した。【００４５】
このうち、基体１の外部に向けて偏向されるのは、特定の１成分のみに限定される必要がある。
なぜなら、特定の１成分以外の成分が偏向されると、虚像のゴーストが形成される虞があるからである。
このため、個々の偏向ミラー１Ｂには、何れか１成分を反射し、かつ他の３成分を透過するような特性、つまり特定の入射角度範囲で入射する可視光のみを反射するような特性が付与される。【００４６】
また、個々の偏向ミラー１Ｂには、上述したとおり、観察者による外界像の観察を妨げないよう、外界光束を透過するような特性が付与される。
ところで、本アイグラスディスプレイの複数の偏向ミラー１Ｂは、図２に示したように、基体１の内部に設けられているが、複数の偏向ミラー１Ｂは、図６に示すように、基体１の外部に設けられていてもよい。なお、図６（ａ），（ｂ）の記載方法（符号も含む）は、図２（ａ），（ｂ）のそれに対応させてある（但し、図６では画像導入ユニット２は省略。）。【００４７】
図６に示した基体１には、面１ａに基体１と同様に可視光に対し透明な基板１’が設けられている。その基板１’中に、複数の偏向ミラー１Ｂが設けられる。
基体１と基板１’との界面には、光学膜１Ｄが形成されており、この光学膜１Ｄは、基体１を内面反射する表示光束Ｌ１の一部を基板１’に入射させる役割、つまり、複数の偏向ミラー１Ｂに入射させる役割を果たす。【００４８】
このような光学膜１Ｄには、比較的大きな入射角度（臨界角度θｃよりも大きい入射角度）で入射する可視光を部分反射し、かつそれ以外の可視光を全透過する性質が付与される。
因みに、光学膜１Ｄは、高屈折率の誘電体と低屈折率の誘電体を交互に積層してなる多層膜、或いは、ホログラフィック光学膜によって構成される。【００４９】
なお、図６に示す基板１’内には、複数の偏向ミラー１Ｂに加えて、複数の偏向ミラー１Ｂ’が設けられ、かつ基体１内には、折り返しミラー１Ｃが設けられている。
折り返しミラー１Ｃは、基体１を伝播した表示光束Ｌ１を光軸方向に折り返すものである。複数の偏向ミラー１Ｂ’は、折り返された後の表示光束Ｌ１をそれぞれ反射して射出瞳Ｐｏｕｔの方向に射出させるものである。偏向ミラー１Ｂ，１Ｂ’のそれぞれの法線は、表示光束Ｌ１の入射面上に存在する。【００５０】
この折り返しミラー１Ｃ，偏向ミラー１Ｂ’によれば、射出瞳Ｐｏｕｔ上の位置による表示光束Ｌ１の光量ムラ、つまり、射出瞳Ｐｏｕｔ上の位置による虚像の明るさのムラを抑えることができる。
また、図６のアイグラスディスプレイでは、偏向ミラー１Ｂ（及び偏向ミラー１Ｂ’）を設けた基板１’の配置箇所が、基体１の面１ａの側（外界側）であるが、面１ｂの側（観察者側）であってもよい。その場合も、偏向ミラー１Ｂ（及び偏向ミラー１Ｂ’）の姿勢を最適化することで、観察者の側に表示光束Ｌ１を導光し、同様の射出瞳Ｐｏｕｔを形成することができる。【００５１】
次に、本アイグラスディスプレイにおける導入ミラー１Ａ，偏向ミラー１Ｂの配置姿勢の選定方法を詳しく説明する。ここでは、偏向ミラー１Ｂが基体１の内部に設けられる場合（図２）を説明する。
説明に当たり、方向を示すパラメータとして方向余弦を用いる。先ず、この方向余弦を説明しておく。【００５２】
図７に示すように、或る方向ベクトルＳがＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と成す角度をそれぞれθｘ，θｙ，θｚとおくと、その方向余弦Ａ＝（α，β，γ）は、
α＝ｃｏｓθｘ，
β＝ｃｏｓθｙ，
γ＝ｃｏｓθｚ
で表される。【００５３】
以上の方向余弦のパラメータを用い、各方向を次の通り定義する。なお、各方向は、方向余弦のパラメータのみによって規定できるが、各方向を直感的に認識するために、角度のパラメータも補足しておく。
＜方向余弦のパラメータ＞
ＡI＝（α，β，γ）：
ＡIは、導入ミラー１Ａにて反射した直後の表示光束Ｌ１の軸上光線の成分ＬIの方向余弦であり、成分ＬIの方向のパラメータである（図８参照）。【００５４】
ＡII＝（α，−β，γ）：
ＡIIは、表示光束Ｌ１の軸上光線の成分ＬIIの方向余弦であり、成分ＬIIの方向のパラメータである。
ＡIII＝（α，β，−γ）：
ＡIIIは、表示光束Ｌ１の軸上光線の成分ＬIIIの方向余弦であり、成分ＬIIIの方向のパラメータである。【００５５】
ＡIV＝（α，−β，−γ）：
ＡIVは、表示光束Ｌ１の軸上光線の成分ＬIVの方向余弦であり、成分ＬIVの方向のパラメータである。
因みに、パラメータＡI，ＡII，ＡIII，ＡIVの関係は、表示光束Ｌ１の軸上光線が面１ａ’，１ｂ’の何れかで反射すると、その方向余弦の成分βの符号が反転し、また、軸上光線が面１ａ，１ｂの何れかで反射すると、その方向余弦の成分γの符号が反転することに起因する。【００５６】
Ａi＝（αi，βi，γi）：
Ａiは、基体１に入射する表示光束Ｌ１の光軸の方向余弦であり、基体１に入射する表示光束Ｌ１のパラメータである（図８参照）。
Ａ0＝（α0，β0，γ0）：
Ａ0は、導入ミラー１Ａの法線の方向余弦であり、導入ミラー１Ａのパラメータである（図８参照）。【００５７】
Ａ＝ＡI，ＡII，ＡIII，ＡIVの何れか：
Ａは、基体１を伝播する表示光束Ｌ１の軸上光線の方向余弦であり、基体１を伝播する表示光束Ｌ１の軸上光線のパラメータである（図８参照）。
Ａm＝（αm，βm，γm）：
Ａmは、偏向ミラー１Ｂの法線の方向余弦であり、偏向ミラー１Ｂのパラメータである（図８参照）。【００５８】
Ａ’＝（α’，β’，γ’）：
Ａ’は、基体１から観察者の眼へ射出する表示光束Ｌ１の軸上光線の方向余弦であり、基体１から射出する表示光束Ｌ１のパラメータである（図８参照）。
＜角度のパラメータ＞
θXY-Xは、基体１を伝播する表示光束Ｌ１の軸上光線のＸＹ平面への射影がＸ軸と成す角度であり、基体１を伝播する表示光束Ｌ１のパラメータである。因みに、導入ミラー１Ａにて反射した直後の表示光束Ｌ１（つまり成分ＬI）のパラメータθXY-Xは、θXY-X＝ｔａｎ-1（β／α）で表される。【００５９】
θZは、基体１を伝播する表示光束Ｌ１の軸上光線がＺ軸と成す角度であり、基体１を伝播する表示光束Ｌ１のパラメータである。
θ0は、導入ミラー１Ａに対する表示光束Ｌ１の軸上光線の入射角度であり、基体１に入射する表示光束Ｌ１のパラメータである（図８参照）。
θ0XY-Xは、導入ミラー１ＡとＸＹ平面との交線がＸ軸と成す角度であり、導入ミラー１Ａの配置姿勢のパラメータである。【００６０】
θ0Zは、導入ミラー１ＡがＸＹ平面と成す角度であり、導入ミラー１Ａの配置姿勢のパラメータである（図８参照）。
θaは、偏向ミラー１Ｂに入射する表示光束Ｌ１の軸上光線の入射角度であり、偏向ミラー１Ｂに入射する表示光束Ｌ１のパラメータである（図８参照）。
θmXY-Xは、偏向ミラー１ＢとＸＹ平面との交線がＸ軸と成す角度であり、偏向ミラー１Ｂの配置姿勢のパラメータである（図８参照）。【００６１】
θmZは、偏向ミラー１ＢがＸＹ平面と成す角度であり、偏向ミラー１Ｂの配置姿勢のパラメータである（図８参照）。
さて、導入ミラー１Ａの配置姿勢のパラメータＡ0の選定は、基体１に入射する表示光束Ｌ１のパラメータＡiと、導入ミラー１Ａにて反射した直後の表示光束Ｌ１のパラメータＡ（つまりＡI）と、式（２），式（３）とに基づいて行われる。【００６２】
Ａ0＝（−Ａi＋Ａ）／（２ｃｏｓθ0）  ・・・（２）
ｃｏｓ２θ0＝Ａi・Ａ  ・・・（３）
なお、式（３）は、式（３’）のとおり変形できる。
ｃｏｓθ0＝√［（αiα＋βiβ＋γiγ＋１）／２］  ・・・（３’）
また、偏向ミラー１Ｂの配置姿勢のパラメータＡmの選定も、同様に考えて、偏向ミラー１Ｂに入射する表示光束Ｌ１のパラメータＡ（つまりＡI、ＡII，ＡIII，ＡIVの何れか）と、基体１から射出する表示光束Ｌ１のパラメータＡ’と、次式（４），（５）とに基づいて行われる。【００６３】
Ａm＝（−Ａ＋Ａ’）／（２ｃｏｓθa）  ・・・（４）
ｃｏｓ２θa＝Ａ・Ａ’  ・・・（５）
ところで、上述したとおり、表示光束Ｌ１の軸上光線はどの位置でも４成分（ＬI〜ＬIV）のうち何れかからなり、偏向ミラー１Ｂには、そのうち何れか１成分のみを所定の反射率で反射し、他の３成分を全て透過するような特性が付与される。【００６４】
但し、偏向ミラー１Ｂによって所定の反射率で反射すべき光の入射角度と、偏向ミラー１Ｂによって透過すべき光の入射角度とが完全に分離されているときにしか、その多層膜を設計することはできない。
このため、本実施形態では、上述した偏向ミラー１Ｂなどの配置姿勢の選定を、表示光束Ｌ１の４成分ＬI，ＬII，ＬIII，ＬIVについてそれぞれ行った上で、それらを比較し、最適なものに絞り込んだ。次に、選定方法の具体例を説明する。【００６５】
先ず、基体１に入射する表示光束Ｌ１のパラメータＡiが（１，１，０）、基体１から射出する表示光束Ｌ１のパラメータＡ’が（０，０，−１）、基体１を伝播する表示光束Ｌ１の成分ＬIのパラメータ（θXY-X，θZ）が（４５°，１３５°）に選定されたとする。なお、これらのパラメータは、基体１と画像ユニット２との位置関係、基体１と観察者の右眼との位置関係などを勘案して選定されたものである。【００６６】
このとき、導入ミラー１Ａのパラメータ（θ0XY-X，θ0Z）は、（４５°，２２．５°）に一義的に選定される。
一方、偏向ミラー１Ｂのパラメータ（θmXY-X，θmZ）は、以下の４通りの何れかに選定可能である。
（−１３５°，６７．５°），
（−１３５°，２２．５°），
（１３５°，６７．５°），
（１３５°，２２．５°）。【００６７】
以上のとおり選定された各パラメータを表にすると、図２８〜図３５のとおりである。なお、各表では、成分ＬI，ＬII，ＬIII，ＬIVを、それぞれ「光線I」，「光線II」，「光線III」，「光線IV」と表記した。
図２８は、基体１に入射する表示光束Ｌ１のパラメータを示す表である。点線枠内がパラメータＡi（表示光束Ｌ１の光軸の方向余弦）である。【００６８】
図２９は、導入ミラー１Ａにて反射した直後の表示光束Ｌ１のパラメータを示す表である。点線枠内がパラメータＡI（表示光束Ｌ１の方向余弦）である。
図３０は、導入ミラー１Ａの配置姿勢のパラメータを示す表である。点線枠内がパラメータＡ0（導入ミラー１Ａの法線の方向余弦）である。
図３１は、基体１から射出する表示光束Ｌ１のパラメータを示す表である。点線枠内がパラメータＡ’（表示光束Ｌ１の方向余弦）である。【００６９】
図３２は、表示光束Ｌ１の成分ＬＩを基体１外へ射出させるための偏向ミラー１Ｂの配置姿勢のパラメータを示す表である。点線枠内がパラメータＡm（偏向ミラー１Ｂの法線の方向余弦）である。
図３３は、表示光束Ｌ１の成分ＬIIを基体１外へ射出させるための偏向ミラー１Ｂの配置姿勢のパラメータを示す表である。点線枠内がパラメータＡm（偏向ミラー１Ｂの法線の方向余弦）である。【００７０】
図３４は、表示光束Ｌ１の成分ＬIIIを基体１外へ射出させるための偏向ミラー１Ｂの配置姿勢のパラメータを示す表である。点線枠内がパラメータＡm（偏向ミラー１Ｂの法線の方向余弦）である。
図３５は、表示光束Ｌ１の成分ＬIVを基体１外へ射出させるための偏向ミラー１Ｂの配置姿勢のパラメータを示す表である。点線枠内がパラメータＡm（偏向ミラー１Ｂの法線の方向余弦）である。【００７１】
次に、図３２，図３３，図３４，図３５の各パラメータを比較し、最適なものに絞り込む。最適なものとは、所定の反射率で反射すべき光の入射角度と、透過すべき光の入射角度とが、完全に分離されているものである。
ここで、図３２，図３３，図３４，図３５の各パラメータを比較する。
先ず、図３２の右下欄に示すとおり、図３２のパラメータによると、偏向ミラー１Ｂに対する４成分ＬI，ＬII，ＬIII，ＬIVの入射角度は、以下の４角度になる。【００７２】
成分ＬI：６７．５°（基体１外へ射出させる成分），
成分ＬII：２２．５°，
成分ＬIII：７４．３°，
成分ＬIV：７４．３°
また、図３３の右下欄に示すとおり、図３３のパラメータによると、偏向ミラー１Ｂに対する４成分ＬI，ＬII，ＬIII，ＬIVの入射角度は、以下の４角度になる。【００７３】
成分ＬI：６７．５°，
成分ＬII：２２．５°（基体１外へ射出させる成分），
成分ＬIII：４９．２１°，
成分ＬIV：４９．２１°
また、図３４の右下欄に示すとおり、図３４のパラメータによると、偏向ミラー１Ｂに対する４成分ＬI，ＬII，ＬIII，ＬIVの入射角度は、以下の４角度になる。【００７４】
成分ＬI：７４．３°，
成分ＬII：７４．３°，
成分ＬIII：６７．５°（基体１外へ射出させる成分），
成分ＬIV：２２．５°
また、図３５の右下欄に示すとおり、図３５のパラメータによると、偏向ミラー１Ｂに対する４成分ＬI，ＬII，ＬIII，ＬIVの入射角度は、以下の４角度になる。【００７５】
成分ＬI：４９．２１°，
成分ＬII：４９．２１°，
成分ＬIII：６７．５°，
成分ＬIV：２２．５°（基体１外へ射出させる成分）
以上の比較の結果、反射角度領域と透過角度領域とを１つの閾値で分離できるケースは、図３３又は図３５で示したケースであることがわかる。よって、偏向ミラー１Ｂを多層膜で比較的に容易に製造できるケースである図３３又は図３５のパラメータに絞り込まれる。【００７６】
（多層膜の第１実施例１）
次に、偏向ミラー１Ｂを実現する多層膜の実施例を説明する。ここでは、図３３のパラメータが選定された場合を説明する。
この多層膜に付与すべき特性は、入射角度２２．５°で入射する可視光を所定の反射率で反射し、かつ入射角度４９．２１°及び５７．５°で入射する可視光を透過するものである。【００７７】
なお、図３３に示したパラメータは、表示光束Ｌ１の軸上光線についてのデータであるが、実際の表示光束Ｌ１には、画角に対応した開き角度の各光線が含まれているので、多層膜の設計時には、それが考慮される。
このため、多層膜に付与すべき特性は、入射角度２２．５°の前後で入射する可視光の光束（画角に対応した開き角度の光束）に対し十分な反射率を有し、かつ入射角度４９°，６７．５°の前後で入射する可視光の光束（画角に対応した開き角度の光束）に対し十分な透過率を有したものとなる（以下、画角を１０°とする。）。【００７８】
また、画像表示素子２ａがＬＣＤであるときには、表示光束Ｌ１は直線偏光しているので、表示光束Ｌ１に偏光板を挿入することによって、表示光束Ｌ１をｐ偏光のみに制限したり、表示光束Ｌ１をｓ偏光のみに制限したりすることができる。
そこで、この多層膜には、表示光束Ｌ１をｐ偏光に制限した場合に最適な特性が付与される。【００７９】
なお、上述したように、偏向ミラー１Ｂは、基体１中に複数個設けられ、かつ表示光束Ｌ１に対し並列に配置されている。よって、個々の偏向ミラー１Ｂの反射率は、個々の偏向ミラー１Ｂにて反射される個々の表示光束Ｌ１の光量が均一化されるように個別の値に設定されてもよい。ここでは、このうち１つの偏向ミラー１Ｂに用いられる多層膜を説明する。【００８０】
この多層膜の仕様を、以下のとおり定める。
画角：１０°，
波長帯域：可視広域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ），
入射角度２２．５±５°のｐ偏光に対する反射率Ｒｐ：４０％，
入射角度４５．２１±５°〜６７．５±５°のｐ偏光に対する透過率Ｔｐ：１００％。【００８１】
この多層膜には、偏光ビームスプリッタと同じ構成が適用できる。
偏光ビームスプリッタの代表的な構成は、以下の３通りである。
基体/(0.25H0.25L)p0.25H/基体，
基体/(0.125H0.25L0.125H)p/基体，
基体/(0.125L0.25H0.125L)p/基体
なお、
「Ｈ」：高屈折率層（Ｈ層），
「Ｌ」：低屈折率層（Ｌ層），
「ｐ」：括弧で括られた層群の積層回数
各層の左側の数値：各層の膜厚（但し、単位は設計中心波長λｃ）
である。【００８２】
本実施例では、上述した３つの構成のうち、第２の構成を用いると共に、反射帯域を拡大するために、膜厚の異なる４つの層群を用いた。
なお、
基体１の屈折率：１．５６，
Ｈ層の屈折率１．６７，
Ｌ層の屈折率：１．４６，
設計中心波長λｃ：４５０ｎｍ
とした。【００８３】
本実施例の多層膜の構成は、次のとおりである。
基体/(0.125H0.25L0.125H)7(0.15H0.3L0.15H)7
(0.175H0.35L0.175H)7(0.205H0.41L0.205H)7/基体
図３６に、この多層膜の構成を示す（図３６では、「基体」を「基板」と表現した。他の表も同様。）。【００８４】
図９に、この多層膜の反射率の波長特性を示す。図９には、入射角度２２．５°のｐ偏光に対する特性、入射角度４９．２°のｐ偏光に対する特性、入射角度６７．５°のｐ偏光に対する特性を示す。
図１０に、この多層膜の波長５５０ｎｍのｐ偏光に対する反射率の角度特性を示す。
（多層膜の第２実施例）
本実施例では、第１実施例の多層膜を基礎として計算機で各層の膜厚を最適化して改良（反射率の平坦化）を施した。【００８５】
図３７に、この多層膜の構成を示す。
図１１に、この多層膜の反射率の波長特性を示す。図１１には、入射角度２２．５°のｐ偏光に対する特性、入射角度４９．２°のｐ偏光に対する特性、入射角度６７．５°のｐ偏光に対する特性を示す。
図１２に、この多層膜の波長５５０ｎｍのｐ偏光に対する反射率の角度特性を示す。【００８６】
（多層膜の第３実施例）
本実施例では、第２実施例の多層膜にさらなる改良を施して、層数の低減を試みた。層数の低減のために、Ｈ層に屈折率の高い材料を用いた。
図３８に、この多層膜の構成を示す。
図１３に、この多層膜の反射率の波長特性を示す。図１３には、入射角度２２．５°のｐ偏光に対する特性、入射角度４９．２°のｐ偏光に対する特性、入射角度６７．５°のｐ偏光に対する特性を示す。【００８７】
図１４に、この多層膜の波長５５０ｎｍのｐ偏光に対する反射率の角度特性を示す。
（多層膜の第４実施例）
本実施例では、上述した実施例とは仕様の異なる多層膜を設計した。この多層膜に設定した反射率Ｒｐは、７０％である。
なお、
基体１の屈折率：１．５６，
Ｈ層の屈折率：２．３０，
Ｌ層の屈折率：１．４６，
設計中心波長λｃ：４５０ｎｍ
とした。【００８８】
図３９に、この多層膜の構成を示す。
図１５に、この多層膜の反射率の波長特性を示す。図１５には、入射角度２２．５°のｐ偏光に対する特性、入射角度４９．２°のｐ偏光に対する特性、入射角度６７．５°のｐ偏光に対する特性を示す。
図１６に、この多層膜の波長５５０ｎｍのｐ偏光に対する反射率の角度特性を示す。【００８９】
以上のとおり、計算機による最適化を施すと、種々の仕様に対応した多層膜を設計することができる。これらの多層膜を偏向ミラー１Ｂに適用すれば、上述した特性を確実に偏向ミラー１Ｂに付与することができる。
（多層膜の第５実施例）
本実施例では、表示光束Ｌ１に含まれる波長成分が、特定の波長成分のみに限定されている場合に最適な多層膜を設計した。【００９０】
一般に、画像表示素子２ａの光源にＬＥＤが用いられたときには、その発光スペクトルは、図１７に示すように、Ｒ色，Ｇ色，Ｂ色それぞれに対応する３つのピークを有している。このとき、表示光束Ｌ１に含まれるのは、それらピークに対応した３つの波長成分のみと見なせる。
このときには、本実施例の多層膜が反射すべき波長成分を、その３つの波長成分のみに限定したとしても、虚像を形成するための表示光束Ｌ１の光量は、殆ど損なわれない。【００９１】
そこで、本実施例では、反射すべき波長成分が３つの波長成分のみに限定された多層膜を設計した。
なお、
反射率Ｒｐ：７０％，
基体１の屈折率：１．５６，
Ｈ層の屈折率：２．３０，
Ｌ層の屈折率：１．４６，
設計中心波長λｃ：４５０ｎｍ
とした。【００９２】
図４０に、この多層膜の構成を示す。
図１８に、この多層膜の反射率の波長特性を示す。図１８には、入射角度２２．５°のｐ偏光に対する特性、入射角度４９．２°のｐ偏光に対する特性、入射角度６７．５°のｐ偏光に対する特性を示す。
（その他）
なお、本アイグラスディスプレイの基体１の断面（ＹＺ平面と平行な面によって切断してできる断面）は、長方形（正方形）である。【００９３】
しかし、基体１の断面は、図１９（ａ）に示すように三角形であってもよい。その場合、表示光束Ｌ１は、例えば、図１９（ａ）に矢印で示すように、３つの面にて内面反射しながら基体１を伝播する。このとき、表示光束Ｌ１の成分は、３成分ＬI，ＬII，ＬIIIとなる。
また、基体１の断面は、図１９（ｂ）に示すように、別の四角形であってもよい。その場合、表示光束Ｌ１は、例えば、図１９（ｂ）に示すように、４つの面にて内面反射しながら基体１を伝播する。このとき、表示光束Ｌ１の成分は、４成分ＬI，ＬII，ＬIII，ＬIVとなる。【００９４】
また、基体１の断面は、図１９（ｃ）に示すように、５角形であってもよい。その場合、表示光束Ｌ１は、例えば、図１９（ｃ）に示すように、５つの面にて内面反射しながら基体１を伝播する。このとき、表示光束Ｌ１の成分は、５成分ＬI，ＬII，ＬIII，ＬIV，ＬVとなる。
なお、図１９（ａ）〜（ｃ）に示した基体１を伝播する表示光束Ｌ１がこれらの面の何れか１つの面から射出される様に、図示されない偏向ミラーが基体１に設けられている。【００９５】
何れにせよ、基体１の表示光束Ｌ１が基体１から射出する面と図１９に示した射出する面と垂直な断面に対して、略垂直な関係を有する複数の他の面の全てにおいて表示光束Ｌ１が内面反射するよう基体１内に導入ミラー１Ａを配置し、かつ、表示光束Ｌ１が基体１外に射出するよう基体１内又は基体１の表面に偏向ミラー１Ｂを配置すれば、本アイグラスディスプレイと同じ機能のアイグラスディスプレイが実現する。【００９６】
但し、本アイグラスディスプレイの基体１（図２参照）や、図１９（ｂ）に示す基体１などは、基体１の何れか２つの側面が平行なので、観察者の眼（観察眼）と外界との間に存在する界面（基体１の側面）を平行にして、外界の視認性を高くすることができる。
（導入ミラー１Ａ，偏向ミラー１Ｂの変形例）
なお、図２に示した導入ミラー１Ａには、多層膜ではなくホログラフィック光学膜を用いることもできる。【００９７】
また、図２に示した偏向ミラー１Ｂには、多層膜ではなくホログラフィック光学膜を用いることもできる。
また、図６に示した複数の偏向ミラー１Ｂ及び光学膜１Ｄの代わりに、それらと同じ役割を果たすホログラフィック光学膜を用いることもできる。その場合、基板１’は不要である。【００９８】
また、図６に示した複数の偏向ミラー１Ｂ及び複数の偏向ミラー１Ｂ’及び光学膜１Ｄの代わりに、それらと同じ役割を果たすホログラフィック光学膜を用いることもできる。その場合、基板１’は不要である。
ここで、図６の複数の偏向ミラー１Ｂ及び光学膜１Ｄの代わりに適用可能なホログラフィック光学膜を説明する。【００９９】
このホログラフィック光学膜の製造には、例えば、図２０に示すような露光光学系が用いられる。
図２０において、符号５１で示すのが、レーザ光源、符号ＢＳで示すのがビームスプリッタ、符号Ｍで示すのがミラー、符号５３で示すのがビームエキスパンダ、符号５４で示すのが、感光材料である。【０１００】
図２０に示すように、所定の方向から２光束を入射させ、その２光束が形成する干渉縞のパターンを感光材料５４に転写し、それを現像すれば、ホログラフィック光学膜が完成する。
図２１は、このホログラフィック光学膜５４が形成された基体１と、その基体１を伝播する表示光束の様子とを示す概念図である。【０１０１】
ホログラフィック光学膜５４は、基体１の面１ａに設けられる。このホログラフィック光学膜５４は、基体１を内面反射して伝播する表示光束（Ｌｉｎ）を回折し、基体１の外部へと射出する光束（Ｌｏｕｔ）に変換する。このように、ホログラフィック光学膜５４は、表示光束の射出方向を制御できる。
なお、ホログラフィック光学膜５４の製造には、図２０に示す露光光学系による露光以外に、精密金型を用いた射出成形や、マイクロリソグラフィーなどを適用することができる。【０１０２】
［第２実施形態］
以下、図２２、図２３に基づき本発明の第２実施形態を説明する。
本実施形態は、大型立体虚像ディスプレイの実施形態である。
図２２は、本立体虚像ディスプレイの外観図である。
図２２に示すように、本立体虚像ディスプレイには、第１実施形態のアイグラスディスプレイの何れかの基体１と画像導入ユニット２とからなる画像表示光学系６０が複数個備えられる。基体１には、例えば、導入ミラー１Ａ及び複数の偏向ミラー１Ｂが所定の関係で設けられている。【０１０３】
但し、本実施形態の個々の画像表示光学系６０の基体１は、観察者から見て左右に細く、かつ上下に長い棒状をしている。画像導入ユニット２は、基体１の一端に連結される。複数の画像表示光学系６０は、観察者の前に左右に並べて配置される。個々の画像表示光学系６０の射出瞳は、観察者の側に左右方向に並んで形成される。観察者の左右の眼は、射出瞳の形成される領域の何れかに配置される。【０１０４】
個々の画像表示光学系６０には、画像供給装置６１が接続されている。画像供給装置６１は、観察者の左眼に表示すべきＬ−Ｃｈ画像の信号と、観察者の右眼に表示すべきＲ−Ｃｈ画像の信号とを出力する。Ｌ−Ｃｈ画像とＲ−Ｃｈ画像とは、ステレオ画像（立体画像）である。
Ｌ−Ｃｈ画像の信号は、１つおきに配置された画像表示光学系６０にそれぞれ入力される。これらの各画像表示光学系６０は、Ｌ−Ｃｈ画像の虚像を、それぞれ画像表示光学系６０の背後の所定距離の位置に形成する。【０１０５】
Ｒ−Ｃｈ画像の信号は、残りの画像表示光学系６０にそれぞれ入力される。これらの各画像表示光学系６０は、Ｒ−Ｃｈ画像の虚像を、それぞれ画像表示光学系６０の背後の所定距離の位置に形成する。
したがって、観察者が、左右の眼の瞳を射出瞳の何れかの位置に配置すると、Ｌ−Ｃｈ画像、Ｒ−Ｃｈ画像の虚像を観察することができる。【０１０６】
個々の画像表示光学系６０は、第１実施形態で述べた基体１と画像導入ユニット２とからなるので、基体１が細長い棒状であるにも拘わらず、観察者は、縦横双方に亘り広い画角で虚像を観察することができる。
ここで、図２３に示すように、Ｌ−Ｃｈ画像を表示する画像表示光学系６０と、Ｒ−Ｃｈ画像を表示する画像表示光学系６０とは、互いにθｃだけ異なる角度で配置される。【０１０７】
この角度θｃは、観察者が前記所定距離に存在する物体を両眼で目視するときの輻輳角度に一致させてある。
したがって、観察者は、左眼でＬ−Ｃｈ画像、右眼でＲ−Ｃｈ画像を個別に観察することができる。よって、鮮明な立体虚像を観察できる。
また、画像表示光学系６０を広い範囲に亘って配置すれば、観察者が立体虚像を観察するための眼の配置範囲を広げることができる。また、複数人の観察者が同時に同じ立体画像を観察することもできる。【０１０８】
［第３実施形態］
以下、図２４、図２５に基づき本発明の第３実施形態を説明する。
本実施形態は、３６０°立体虚像ディスプレイの実施形態である。
先ず、本立体虚像ディスプレイに供給すべき信号の取得方法を説明する。
信号を取得するには、図２４に示すように、或る物体から等距離のｎ種類の各位置において物体を撮影する。ｎ種類の各位置は、物体の周囲３６０°をｎ個に等分割してなる各位置である。【０１０９】
これによって、ｎ個の画像の信号（１−Ｃｈ画像の信号，２−Ｃｈ画像の信号，・・・ｎ−Ｃｈ画像の信号）が記録される。なお、分割数ｎは、後述する３６０°立体虚像が連続的に観察できるよう、十分に大きな値に設定される。
次に、本立体虚像ディスプレイの構成を説明する。
図２５は、本立体虚像ディスプレイの外観図である。【０１１０】
図２５に示すように、本立体虚像ディスプレイには、第１実施形態のアイグラスディスプレイの何れかの基体１と画像導入ユニット２とからなる画像表示光学系６０がｎ個備えられる。基体１には、例えば、導入ミラー１Ａ及び複数の偏向ミラー１Ｂが所定の関係で設けられている。
個々の画像表示光学系６０の基体１は、観察者から見て左右に細く、かつ上下に長い棒状をしている。画像導入ユニット２は、基体１の一端に連結される。ｎ個の画像表示光学系６０は、観察者の前に円筒状に並べて配置される。個々の画像表示光学系６０の射出瞳は、円筒の外側に並んで形成される。観察者の左右の眼は、射出瞳の何れかに配置される。【０１１１】
個々の画像表示光学系６０には、コントローラ６２が接続されている。コントローラ６２は、予め記録されたｎ個の信号（１−Ｃｈ画像の信号，２−Ｃｈ画像の信号，・・・，ｎ−Ｃｈ画像の信号）を出力する。
ｎ個の信号は、ｎ個の画像表示光学系６０に個別に入力される。これらの各画像表示光学系６０は、１−Ｃｈ画像，２−Ｃｈ画像，・・・，ｎ−Ｃｈ画像の虚像を、円筒の中心位置にそれぞれ形成する。【０１１２】
したがって、観察者が、眼の瞳を円筒状の射出瞳の何れかの位置に配置すると、その位置に対応する画像の虚像（その位置から見た物体の虚像）を観察することができる。しかも、眼の配置位置をその円筒の周方向にずらすと、そのずれた位置から見た物体の虚像を観察することができる。つまり、観察者は、物体の３６０°立体虚像を観察することができる。【０１１３】
個々の画像表示光学系６０は、第１実施形態で述べた基体１と画像導入ユニット２とからなるので、基体１が細長い棒状であるにも拘わらず、観察者は、どの位置からも、縦横双方に亘り広い画角で虚像を観察することができる。
なお、本立体虚像ディスプレイでは、静止画像の信号を用いれば、静止画像の３６０°立体虚像を、動画像の信号を用いれば、動画像の３６０°立体虚像を観察することができる。【０１１４】
また、本立体虚像ディスプレイでは、物体を撮影することによって取得した画像の信号を用いたが、計算機で合成された画像の信号を用いてもよい。
［第４実施形態］
以下、図２６、図２７に基づき本発明の第４実施形態を説明する。
本実施形態は、液晶ディスプレイの実施形態である。【０１１５】
図２６は、本液晶ディスプレイの外観図である。
本液晶ディスプレイには、液晶パネル８０と、それを背面から照明する照明光学系７０とが備えられる。
照明光学系７０は、第１実施形態のアイグラスディスプレイの何れかの基体１と、照明ユニット２’とからなる。基体１には、例えば、導入ミラー１Ａ及び複数の偏向ミラー１Ｂが所定の関係で設けられている。【０１１６】
但し、本実施形態の基体１は、観察者から見て縦横方向に大きく、かつ奥行き方向に薄い板状をしている。
基体１を正面から見ると、図２７に示すように、４隅の１つに導入ミラー１Ａが配置され、また、略全面に亘って複数の偏向ミラー１Ｂが並べて配置されている。
照明ユニット２’は、液晶パネル８０の各位置を照明するための照明光束を、導入ミラー１Ａに向けて射出する。【０１１７】
照明光束は、第１実施形態の表示光束Ｌ１と同様、基体１を内面反射しながら伝播し、複数の偏向ミラー１Ｂにて基体１の外部へ向けて偏向され、液晶パネル８０の略全面の各位置を照明する。
液晶パネル８０を照明するこの照明光束の開き角度は、第１実施形態の表示光束Ｌ１のそれと同様に、縦横双方に亘って広く確保される。【０１１８】
したがって、液晶パネル８０の各位置は、縦横双方に亘り広い角度範囲の照明光束で照明される。
よって、本液晶ディスプレイは、薄型でありながらも、縦横双方に亘り広い角度範囲から観察者が画像を視認することのできる、高性能な液晶ディスプレイである。
なお、本液晶ディスプレイの用途は、テレビ、携帯電話、パーソナルコンピュータのディスプレイなど、様々である。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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