(57)【要約】【課題】画像の劣化を抑制できる虚像表示装置を提供すること。【解決手段】虚像表示装置１は、第１入射面（入射面４１Ａ）を介して内部に入射される表示光束を繰り返し内面反射させて、第１入射面から離れる第１方向側に進行させるとともに、外部との界面の少なくとも１つの面であって第１方向に延びる第１出射面（出射面４１Ｂ）のそれぞれの領域から表示光束の一部の光を外部に出射する第１導光体（出射側導光体４１）と、入射される光を回折して第１導光体内に入射させる第１入射側回折格子（入射側回折格子４２）と、第１導光体から入射される光を回折する第１出射側回折格子（出射側回折格子４３）と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１入射面を介して内部に入射される表示光束を繰り返し内面反射させて、前記第１入射面から離れる第１方向側に進行させるとともに、外部との界面の少なくとも１つの面であって前記第１方向に延びる第１出射面のそれぞれの領域から前記表示光束の一部の光を外部に出射する第１導光体と、
入射される光を回折して前記第１導光体内に入射させる第１入射側回折格子と、
前記第１導光体から入射される光を回折する第１出射側回折格子と、を備えることを特徴とする虚像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の虚像表示装置において、
前記第１入射側回折格子と、前記第１出射側回折格子とは、それぞれ同じ波長の光が入射された際の回折角が同じであることを特徴とする虚像表示装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の虚像表示装置において、
第２入射面を介して内部に入射される前記表示光束を繰り返し内面反射させて、前記第１方向に略直交する第２方向側に進行させるとともに、外部との界面の少なくとも１つの面であって前記第２方向に延びる第２出射面のそれぞれの領域から前記表示光束の一部の光を前記第１入射面に向けて出射する第２導光体を備えることを特徴とする虚像表示装置。
【請求項４】
請求項３に記載の虚像表示装置において、
入射される光を回折して前記第２導光体内に入射させる第２入射側回折格子と、
前記第２導光体から入射される光を回折する第２出射側回折格子と、を備えることを特徴とする虚像表示装置。
【請求項５】
請求項４に記載の虚像表示装置において、
前記第２出射面と、前記第１入射面とは、互いに対向する位置に配置され、
前記第２入射側回折格子と、前記第２出射側回折格子とは、それぞれ同じ波長の光が入射された際の回折角が同じであることを特徴とする虚像表示装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の虚像表示装置において、
前記第１出射面に応じて配置され、前記第１導光体の外部に出射される光の進行方向を調整する方向調整層を有することを特徴とする虚像表示装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の虚像表示装置において、
前記第１出射側回折格子は、前記第１方向に向かうに従って、回折効率が上昇する特性を有することを特徴とする虚像表示装置。
【請求項８】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の虚像表示装置において、
前記第１出射側回折格子の光入射側及び光出射側の少なくともいずれかに配置され、前記第１方向に向かうに従って、入射される光の透過率が上昇する特性、及び、当該光の反射効率が低減される特性のいずれかを有する透過光量調整層を備えることを特徴とする虚像表示装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の虚像表示装置において、
前記表示光束は、１０ｎｍ以上の波長幅を有する少なくとも１つの色光を含むことを特徴とする虚像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、虚像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ビデオプロジェクターから投射された画像を虚像として視認させるフラットパネルプロジェクションディスプレイが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載のプロジェクションディスプレイは、透明ロッド及び透明スラブと、ビデオプロジェクターと、２つのミラーと、を有する。
透明スラブは、屈折率が選択されたのりによって積層された複数のフロートガラスが研磨されて立方体スラブとなった構造を有し、のりとガラスとの間に形成される界面が、水平に対して４５°となるように配置される。透明ロッドは、上記透明スラブと同様に形成されるが、当該ロッドは、透明スラブの厚み寸法に対応する略方形の断面を有する。ビデオプロジェクターは、上記２つのミラーを介して、上記透明ロッドのロッド軸に対して平行とはならない角度にて、画像を形成する光線を透明ロッドに出射する。
【０００３】
このようなプロジェクションディスプレイでは、透明ロッド内に入射された光線は、当該透明ロッド内をロッド軸に沿って進行する。そして、内部を進行する光線は、のりとガラスとの界面にて部分的に反射されて垂直方向に外部に出射され、これにより、透明ロッドから透明スラブ内に入射される。また、透明スラブ内に入射された光線は、透明ロッドと同様に、それぞれの上記界面にて部分的に反射され、当該透明スラブにおける各界面に応じた位置から水平方向に光線が出射される。そして、当該光線の進行方向に観察者が位置することで、当該光線により形成される画像を観察可能となる。すなわち、ビデオプロジェクターにより出射された光線の出射位置は、透明ロッドにより垂直方向に広げられ、透明スラブにより水平方向に広げられる。
このようなプロジェクションディスプレイは、例えば、ヘッドアップディスプレイに適用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９９０９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載のプロジェクションディスプレイは、例えばヘッドアップディスプレイに適用された場合のように、観察位置が固定されて、虚像である表示画像にのみピントが合う用途に用いられる場合には問題ない。
しかしながら、上記透明スラブの構成では、上記界面にて一部の光が反射されて観察者の眼に届くため、任意の観察位置から当該表示画像が観察される用途では、透明スラブの存在が認識されやすく、界面の存在及び界面間の隙間が表示画像に重畳されて、ノイズとなって認識されやすいという問題がある。
【０００６】
具体的に、上記透明スラブでは、上記界面での反射が生じるごとに、当該界面を介して出射される光線全体の輝度が低下する。このため、透明スラブ内での光線の進行方向における上流側の界面にて反射される光線の輝度と、下流側の界面にて反射される光線の輝度とが異なる。このような輝度の相違により、各界面の存在及び界面間の隙間が視認されやすくなり、ひいては、透明スラブ越しに観察される画像が劣化するという問題がある。
このような問題から、画像の劣化を抑制できる他の構成が要望されてきた。
【０００７】
本発明は、画像の劣化を抑制できる虚像表示装置を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る虚像表示装置は、第１入射面を介して内部に入射される表示光束を繰り返し内面反射させて、前記第１入射面から離れる第１方向側に進行させるとともに、外部との界面の少なくとも１つの面であって前記第１方向に延びる第１出射面のそれぞれの領域から前記表示光束の一部の光を外部に出射する第１導光体と、入射される光を回折して前記第１導光体内に入射させる第１入射側回折格子と、前記第１導光体から入射される光を回折する第１出射側回折格子と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
なお、第１入射側回折格子は、第１入射面と対向する位置に配置されてもよく、当該第１入射面とは反対側の第１導光体の面と対向する位置（第１導光体を挟んで第１入射面と対向する位置）に配置されてもよい。
前者の場合には、第１入射側回折格子は、透過型回折格子により構成でき、当該第１入射側回折格子により回折された表示光束は、第１入射面を介して第１導光体内に入射され、当該第１導光体内を進行する。すなわち、第１入射側回折格子は、入射される光を回折して、前記第１入射面を介して前記第１導光体内に入射させる透過型回折格子となる。
後者の場合には、第１入射側回折格子は、反射型回折格子により構成でき、第１入射面から第１導光体内に入射された表示光束は、第１入射側回折格子に入射されて回折され、第１導光体内を進行する。すなわち、第１入射側回折格子は、第１導光体から入射される光を回折して第１導光体内に入射させる反射型回折格子となる。
【００１０】
また、第１出射側回折格子も同様に、第１出射面と対向する位置に配置されてもよく、当該第１出射面とは反対側の第１導光体の面と対向する位置（第１導光体を挟んで第１入射面と対向する位置）に配置されてもよい。
前者の場合には、第１出射側回折格子は、透過型回折格子により構成でき、当該第１出射面から出射された表示光束は、第１出射側回折格子により回折されて、虚像表示装置の外部に出射される。すなわち、第１出射側回折格子は、第１出射面から入射される光を回折して、虚像表示装置の外部に出射する透過型回折格子となる。
後者の場合には、第１出射側回折格子は、反射型回折格子により構成でき、第１導光体内を上記第１方向に進行しつつ第１出射側回折格子に入射された表示光束は、当該第１出射側回折格子により回折されて、第１出射面から第１導光体の外部、すなわち、虚像表示装置の外部に出射される。すなわち、第１出射側回折格子は、第１導光体から入射される光を回折して、回折された光が第１出射面を介して外部に出射される方向に進行させる反射型回折格子となる。
【００１１】
ここで、回折格子は、入射される光の波長が大きいほど回折角（入射光と回折格子の法線とのなす角）が大きい。このため、第１入射側回折格子は、入射される表示光束を構成する光を、それぞれの波長毎に異なる回折角で回折する。これにより、それぞれ波長が異なる光は、それぞれ異なる領域にて内面反射を繰り返しつつ第１導光体内を第１方向側に進行する。一方、第１出射側回折格子は、第１導光体から入射される光を、波長毎に異なる回折角にて回折する。このような虚像表示装置から出射される光が入射される位置に観察者が位置すれば、当該光により形成される画像を虚像として観察できる。この際、第１導光体を第１方向に長く形成し、当該第１方向に長い第１出射側回折格子を第１導光体に設けることにより、第１方向における任意の位置で、入射された表示光束により形成される画像を、第１導光体の奥側（光の出射側とは反対側）に位置する虚像として視認できる。
【００１２】
このような虚像表示装置では、第１入射側回折格子による光の回折角が波長によって異なることにより、それぞれの波長の光が第１導光体内を異なる光路にて進行する。また、表示光束を第１入射側回折格子に集約して入射させれば、当該表示光束による画像の一部を形成する光と、他の一部を形成する光とで、第１導光体内を進行する際の光路を異ならせることができる。そして、第１導光体内を進行する光が、当該第１導光体内を進行する過程にて、又は、第１出射面から出射された後にて第１出射側回折格子を介することにより、波長毎に異なる回折角で回折されるので、当該光を虚像表示装置の外部に分散して出射させることができる他、当該光の出射角を波長毎に調整できる。
このような虚像表示装置によれば、第１方向に対して傾斜する複数の半透過層が内部に形成された導光体（例えば、上記透明スラブ）に表示光束を入射させ、それぞれの半透過層によって反射された光を出射する構成を採用した場合に生じる輝度変化の発生を抑制できる。従って、当該輝度変化が視認されて、出射される光によって形成される画像が劣化することを抑制できる。
【００１３】
上記一態様では、前記第１入射側回折格子と、前記第１出射側回折格子とは、それぞれ同じ波長の光が入射された際の回折角が同じであることが好ましい。
上記一態様によれば、第１入射側回折格子に入射された光が出射される際の回折角と、第１出射側回折格子に入射された光が出射される際の回折角とは、当該光の波長毎にそれぞれ同じとなる。これによれば、第１入射側回折格子への光の入射角（第１入射側回折格子の光入射面の法線に対する入射光の角度）と、第１出射側回折格子からの当該光の出射角（第１出射側回折格子の光出射面の法線に対する出射光の角度）とを、同じ角度にすることができる。従って、虚像表示装置からの光の出射角を容易に調整できる他、当該光によって形成される画像を観察者が視認しやすくすることができる。
【００１４】
上記一態様では、第２入射面を介して内部に入射される前記表示光束を繰り返し内面反射させて、前記第１方向に略直交する第２方向側に進行させるとともに、外部との界面の少なくとも１つの面であって前記第２方向に延びる第２出射面のそれぞれの領域から前記表示光束の一部の光を前記第１入射面に向けて出射する第２導光体を備えることが好ましい。
上記一態様によれば、第１導光体が、上記第１方向及び上記第２方向に長く形成され、当該第１導光体に表示光束を導く第２導光体が第２方向に長く形成されていれば、第２導光体内を第２方向側に進行する表示光束を、第２出射面のそれぞれの領域から第１入射面を介して第１導光体内に入射させることができる。これによれば、第２導光体によって表示光束を第２方向に分散させて出射できるとともに、第１導光体によって当該表示光束を第１方向に分散させて出射できる。従って、当該表示光束により形成される画像を視認可能な範囲を、第１方向及び第２方向のそれぞれに拡大できる。
【００１５】
上記一態様では、入射される光を回折して前記第２導光体内に入射させる第２入射側回折格子と、前記第２導光体から入射される光を回折する第２出射側回折格子と、を備えることが好ましい。
【００１６】
なお、第２入射側回折格子は、上記第１入射側回折格子と同様に、第２入射面と対向する位置に配置されてもよく、当該第２入射面とは反対側の第２導光体の面と対向する位置（第２導光体を挟んで第２入射面と対向する位置）に配置されてもよい。
前者の場合には、第２入射側回折格子は、透過型回折格子により構成でき、当該第２入射側回折格子により回折された表示光束は、第２入射面を介して第２導光体内に入射され、当該第２導光体内を進行する。すなわち、第２入射側回折格子は、入射される光を回折して、前記第２入射面を介して前記第２導光体内に入射させる透過型回折格子となる。
後者の場合には、第２入射側回折格子は、反射型回折格子により構成でき、第２入射面から第２導光体内に入射された表示光束は、第２入射側回折格子に入射されて回折され、第２導光体内を進行する。すなわち、第２入射側回折格子は、第２導光体から入射される光を回折して第２導光体内に入射させる反射型回折格子となる。
【００１７】
また、第２出射側回折格子も、第１出射側回折格子と同様に、第２出射面と対向する位置に配置されてもよく、当該第２出射面とは反対側の第２導光体の面と対向する位置（第２導光体を挟んで第２出射面と対向する位置）に配置されてもよい。
前者の場合には、第２出射側回折格子は、透過型回折格子により構成でき、当該第２出射面から出射された表示光束は、第２出射側回折格子により回折されて、第１導光体に向けて出射される。すなわち、第２出射側回折格子は、第２出射面から入射される光を回折して、第１導光体に向けて出射する透過型回折格子となる。
後者の場合には、第２出射側回折格子は、反射型回折格子により構成でき、第２導光体内を上記第２方向に進行しつつ第２出射側回折格子に入射された表示光束は、当該第２出射側回折格子により回折されて、第２出射面から第１導光体に向けて出射される。すなわち、第２出射側回折格子は、第２導光体から入射される光を回折して、回折された光が第２出射面を介して外部に出射される方向に進行させる反射型回折格子となる。
【００１８】
上記一態様によれば、上記第１入射側回折格子及び第１出射側回折格子と同様に、表示光束が第２入射側回折格子に入射されることにより、当該表示光束を構成する光の波長及び当該光の第２入射側回折格子に対する入射角に応じて、当該表示光束を構成する光が第２導光体内を進行する際の光路を異ならせることができる。そして、第２導光体内を進行する光が、当該第２導光体内を進行する過程にて、又は、第２出射面から出射された後にて第２出射側回折格子を介することにより、波長毎に異なる回折角で回折されるので、当該光を第１導光体に向けて分散して出射させることができる他、当該光の出射角を波長毎に調整できる。
従って、第１導光体に入射させる表示光束を、第２方向に確実に分散して出射させることができる。
【００１９】
上記一態様では、前記第２出射面と、前記第１入射面とは、互いに対向する位置に配置され、前記第２入射側回折格子と、前記第２出射側回折格子とは、それぞれ同じ波長の光が入射された際の回折角が同じであることが好ましい。
なお、第２出射面と第１入射面とが互いに対向する位置に配置される場合には、これら第２出射面と第１入射面との間に、第２出射側回折格子や第１入射側回折格子が介在される場合も含まれる。
上記一態様によれば、第２出射面と第１入射面とは、互いに対向する位置に配置されるので、当該第２出射面から出射された光を、第１入射面に入射させやすくすることができる。
また、第２入射側回折格子に入射された光が出射される際の回折角と、第２出射側回折格子に入射された光が出射される際の回折角とは、当該光の波長毎にそれぞれ同じとなる。これによれば、上記第１入射側回折格子及び第１出射側回折格子の関係と同様に、第２入射側回折格子に対する光の入射角と、第２出射側回折格子からの光の出射角とを、同じ角度にすることができる。従って、第２導光体から第１導光体に入射される光の進行方向を把握しやすくすることができ、当該第２導光体から第１導光体に、光を確実に入射させることができる。
【００２０】
上記一態様では、前記第１出射面に応じて配置され、前記第１導光体の外部に出射される光の進行方向を調整する方向調整層を有することが好ましい。
なお、方向調整層としては、複数のプリズムが形成された層を例示できる。また、方向調整層の位置としては、例えば、上記第１出射側回折格子が第１出射面と対向する位置に配置される場合には、当該第１出射側回折格子の光出射側が挙げられ、また例えば、上記第１出射側回折格子が第１出射面とは反対側の第１導光体の面と対向する位置に配置される場合には、当該第１出射面の光出射側が挙げられる。
【００２１】
ここで、第１出射側回折格子からの光の出射角は、当該第１出射側回折格子の特性に依存するため、表示光束の中心となる光（以下、中心光という）の出射角が、第１出射面の法線に沿わない場合がある。
例えば、第１出射側回折格子と第１入射側回折格子とが、同じ回折格子（同じ特性を有する回折格子）である場合には、上記中心光を第１出射面の法線に沿って出射させるために、第１入射側回折格子の光入射面の法線に沿って当該光入射面に表示光束を入射させると、当該第１入射側回折格子を介して第１導光体内を進行する表示光束のうち、一部の光が第１方向側に進行しない可能性がある。このため、第１入射側回折格子の光入射面に対して中心軸が傾斜するように表示光束を入射させる必要がある。しかしながら、この場合には、第１導光体の外部に出射される上記中心光は、第１出射側回折格子を経由する過程にて、当該第１出射側回折格子の光出射面から傾斜して出射されてしまい、当該中心光の出射方向が上記第１出射面の法線に沿わないこととなる。
このように、上記中心光が第１出射面の法線に沿って進行しない場合には、観察者は、視方向を当該第１出射面に対して傾斜させる必要があり、画像を観察しづらい。
【００２２】
これに対し、上記方向調整層が配置されることにより、当該方向調整層を通過する光の進行方向を調整できる。このため、例えば、上記中心光が第１出射面の法線に沿って出射されるように、方向調整層を通過する全ての光の進行方向を当該方向調整層によって調整できる。従って、虚像表示装置により虚像として視認される画像（表示光束により形成される画像）を観察しやすくすることができる。
【００２３】
上記一態様では、前記第１出射側回折格子は、前記第１方向に向かうに従って、回折効率が上昇する特性を有することが好ましい。
なお、回折効率は、入射光のエネルギーのうち、回折光としてどの程度のエネルギーを取り出せるかを示す値であり、入射光の光量に対する出射光の光量の割合を示す。このため、回折効率は、回折格子が透過型回折格子である場合には、入射光の光量に対する透過光の光量の割合となり、回折格子が反射型回折格子である場合には、入射光の光量に対する反射光の光量の割合となる。
ここで、上記のように、第１導光体に入射された光は、内面反射を繰り返しつつ第１方向側に進行し、第１出射側回折格子及び第１出射面を介して、一部の光が虚像表示装置の外部に出射される。すなわち、虚像表示装置から出射される光は、当該光の出射位置が第１方向側となるにつれ、一定の割合で減光される。このことから、虚像表示装置からの出射光量は、第１方向に向かうに従って下がることとなる。このため、観察者の位置が第１方向に向かうに従って、視認される画像の輝度は低減される。
これに対し、第１出射側回折格子が、上記特性を有することにより、虚像表示装置からの出射光量を、第１方向において均一化できる。従って、第１方向においてそれぞれ異なる位置にて、略同じ輝度の画像を視認できる。
【００２４】
上記一態様では、前記第１出射側回折格子の光入射側及び光出射側の少なくともいずれかに配置され、前記第１方向に向かうに従って、入射される光の透過率が上昇する特性、及び、当該光の反射効率が低減される特性のいずれかを有する透過光量調整層を備えることが好ましい。
上記一態様によれば、第１出射側回折格子自体が上記特性を有する場合と同様に、虚像表示装置からの出射光量を第１方向において均一化できるので、第１方向においてそれぞれ異なる位置にて、略同じ輝度の画像を視認できる。
【００２５】
上記一態様では、前記表示光束は、１０ｎｍ以上の波長幅を有する少なくとも１つの色光を含むことが好ましい。
このような色光としては、赤、緑及び青のそれぞれに分類される光を例示できる。また、１０ｎｍ以上の波長幅を有する色光は、単一の色に分類可能であれば、波長が連続していても連続していなくてもよい。
【００２６】
ここで、波長幅が比較的狭い色光を含む表示光束が、第１入射側回折格子に入射される場合には、当該色光は、第１入射側回折格子から略同じ回折角で回折されて第１導光体内を進行する。このため、第１導光体内を第１方向側に進行する当該色光の光路は、略同じとなり、当該色光は、第１出射面及び第１出射側回折格子を介して、虚像表示装置において第１方向に略等間隔の位置から出射されることになる。このような場合、当該色光においては、虚像表示装置からの出射位置があまり分散されず、上記複数の半透過層を有する導光体を採用した場合の輝度変化が生じる可能性がある。
これに対し、当該色光が１０ｎｍ以上の波長幅を有することにより、同じ色に分類されるものの波長が異なる光が第１入射側回折格子に入射されるので、第１導光体内の光路をそれぞれ異ならせることができる。従って、虚像表示装置において、当該色に分類される光の出射位置を確実に分散させることができるので、上記輝度変化の発生を確実に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る虚像表示装置の概略構成を示す斜視図。
【図２】上記第１実施形態における虚像表示装置を示す横断面図。
【図３】上記第１実施形態における虚像表示装置を示す縦断面図。
【図４】上記第１実施形態における入射側導光装置に入射された光の光路を示す模式図。
【図５】上記第１実施形態における入射側導光装置に入射された第１〜第３色光の光路を示す模式図。
【図６】上記第１実施形態における出射側導光装置に入射された光の光路を示す模式図。
【図７】上記第１実施形態における出射側導光装置に入射された光の光路を示す模式図。
【図８】上記第１実施形態における投射装置の構成を示すブロック図。
【図９】上記第１実施形態における虚像表示装置の変形を示す横断面図。
【図１０】上記第１実施形態における虚像表示装置の変形を示す縦断面図。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る虚像表示装置の構成、及び、虚像表示装置から出射される光の光路を示す模式図。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る虚像表示装置の概略構成を示す斜視図。
【図１３】本発明の第４実施形態に係る虚像表示装置の構成、及び、虚像表示装置から出射される光の光路を示す模式図。
【図１４】上記第４実施形態における入射側導光装置の構成、及び、入射側導光装置を通過する光の光路を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図面に基づいて説明する。
［虚像表示装置の概略構成］
図１は、本実施形態に係る虚像表示装置１の概略構成を示す斜視図である。また、図２及び図３は、それぞれ、虚像表示装置１を示す横断面図及び縦断面図である。なお、図３においては、投射装置２の図示を省略している。
本実施形態に係る虚像表示装置１は、図１〜図３に示すように、画像を形成する表示光束を投射する投射装置２と、当該表示光束が入射される入射側導光装置３と、当該入射側導光装置３と一部が互いに対向する位置に配置され、入射側導光装置３から入射される表示光束を分散させて出射する出射側導光装置４と、を備える。
【００２９】
この虚像表示装置１では、投射装置２から投射された表示光束は、入射側導光装置３に入射される。入射側導光装置３に入射された表示光束は、内面反射を繰り返しつつ、入射側導光装置３の長軸方向（後述するＸ方向であり、本発明の第２方向）に進行して、外部との界面である出射面３１Ｂに到達する。この出射面３１Ｂに到達した表示光束のうち、一部の光は、当該出射面３１Ｂにて内面反射されて上記長軸方向に更に進行するが、他の光は、外部に出射され、当該出射面３１Ｂと対向する出射側導光装置４に入射される。この出射側導光装置４に入射された光は、上記長軸方向に対する直交方向（後述するＹ方向であり、本発明の第１方向）に出射側導光装置４内を内面反射しつつ進行し、外部との界面を構成する出射面４１Ｂに到達する。この出射面４１Ｂに到達した光のうち、一部の光は、当該出射面４１Ｂにて内面反射されて上記直交方向に更に進行するが、他の光は、外部に出射されて画像として視認される。このような画像は、出射側導光装置４の奥側に位置する虚像として視認される。
【００３０】
これら入射側導光装置３及び出射側導光装置４は、それぞれ、導光体と、当該導光体の光入射側及び光出射側に配置される回折格子とを有し、詳しくは後述するが、当該各回折格子が、入射される表示光束を構成する光の入射角と、当該光の波長とに応じた回折角にて当該光を分離及び出射する。これにより、複数の半透過層での反射によって内部を通過する光の一部を順に分離及び出射する導光体で観察される輝度変化の発生を抑制し、虚像として視認される画像の劣化を抑制している。
【００３１】
このような虚像表示装置１の構成のうち、投射装置２については、後に詳述する。
なお、以下の説明及び図において、Ｘ、Ｙ及びＺ方向は、それぞれ互いに直交する方向である。本実施形態では、Ｚ方向を水平方向に沿う一方向とし、Ｘ方向を、水平方向に沿い、かつ、Ｚ方向とは反対側から見て左から右に向かう方向とし、Ｙ方向を、鉛直方向とは反対方向（下から上に向かう方向）とする。
【００３２】
［入射側導光装置の構成］
入射側導光装置３は、投射装置２から入射される画像を出射側導光装置４に導く機能を有する。この入射側導光装置３は、図１〜図３に示すように、入射側導光体３１、入射側回折格子３２及び出射側回折格子３３を有する。
入射側導光体３１は、本発明の第２導光体に相当するものであり、ガラス及び樹脂等の透光性部材により、長軸方向がＸ方向に沿う略四角柱状に形成されている。この入射側導光体３１は、Ｘ方向側の一部が出射側導光装置４の一部とＺ方向において重なるように、当該出射側導光装置４と対向する位置に配置される。
このような入射側導光体３１は、それぞれＸＹ平面に沿う第１面３１１及び第２面３１２と、それぞれＸＺ平面に沿う第３面３１３及び第４面３１４と、それぞれＹＺ平面に沿う第５面３１５及び第６面３１６と、を有する。これらのうち、投射装置２及び出射側導光装置４に対向する第１面３１１を除いた各面３１２〜３１６には、全反射層が全面に形成されている。
【００３３】
第１面３１１は、投射装置２からの表示光束が入射される面であり、また、入射側導光体３１内を進行した光が出射される面である。
詳述すると、第１面３１１において出射側導光装置４とＺ方向にて重ならない領域のうち、Ｘ方向とは反対側の領域に、上記表示光束が入射される入射面３１Ａ（本発明の第２入射面に相当）が設定されている。
また、第１面３１１において出射側導光装置４とＺ方向にて重なる領域は、入射側導光体３１の内部をＸ方向側に進行した光が出射される出射面３１Ｂ（本発明の第２出射面に相当）が設定されている。
更に、第１面３１１において、入射面３１Ａ及び出射面３１Ｂ以外の領域には、上記全反射層が形成されている。
【００３４】
入射側回折格子３２は、本発明の第２入射側回折格子に相当し、上記入射面３１Ａを覆うように取り付けられる。この入射側回折格子３２は、入射面３１Ａから入射された光が入射側導光体３１内を繰り返し内面反射されてＸ方向側に進行するように、当該光を回折する。すなわち、入射側回折格子３２は、投射装置２からＺ方向に投射された表示光束が入射され、当該表示光束を構成する光を、それぞれの波長に応じた回折角で回折させて、入射面３１Ａに入射させる。
出射側回折格子３３は、本発明の第２出射側回折格子に相当し、上記出射面３１Ｂを覆うように取り付けられる。この出射側回折格子３３は、入射側導光体３１から入射された光が、出射面３１Ｂから出射される光の進行方向側（すなわち、Ｘ方向に直交するＺ方向とは反対側）に進行するように、入射された光を回折する。すなわち、出射側回折格子３３は、出射面３１Ｂから入射される光（上記表示光束を構成する光）を、それぞれの波長に応じた回折角で回折させて、後述する出射側導光装置４の入射側回折格子４２に入射させる。
【００３５】
これら入射側回折格子３２及び出射側回折格子３３は、入射光の回折に関して、それぞれ同じ特性を有する。具体的に、各回折格子３２，３３は、それぞれに同じ波長の光が入射された際に、同じ回折角で回折させる特性を有する。このため、例えば、赤色光に分類される波長６６０ｎｍの光が、各回折格子３２，３３のそれぞれに入射された場合、それぞれの回折面に入射される光の進行方向に対する、当該回折面から回折されて出射される光の進行方向の角度（回折角）は、それぞれ同じである。他の波長の光（少なくとも可視光領域の光）も同様である。
なお、これら回折格子３２，３３は、透過型回折格子であるが、ホログラムシートによって構成してもよい。
【００３６】
［入射側導光装置に入射された画像を形成する表示光束の光路］
図４は、入射側導光装置３に入射された光の光路を示す模式図である。詳述すると、図４は、表示光束により形成される画像のＸ方向における一端及び他端を形成する光の光路を示す図である。
ここで、入射側導光装置３における表示光束の光路について説明する。
図４に示すように、投射装置２から投射される表示光束は、所定の画角を有する。この表示光束は、中心軸ＣＡがＺ方向に対して傾斜する方向（換言すると、入射側回折格子３２の回折面に対して傾斜する方向）に投射され、当該入射側回折格子３２を介して入射側導光体３１内に入射される。この際、当該表示光束による画像のＸ方向における一端側を形成する所定波長の光（以下、一端光という）Ｌ１は、図４に一点鎖線で示すように、当該入射側回折格子３２の特性に応じた回折角で回折された後、入射側導光体３１内に入射される。また、他端側を形成する同波長の光（以下、他端光という）Ｌ２は、図４に点線で示すように、当該入射側回折格子３２にて同じ回折角で回折された後、入射側導光体３１内に入射される。すなわち、一端光Ｌ１及び他端光Ｌ２は、それぞれ、入射側回折格子３２に対する入射角が異なることから、それぞれ異なる出射角で入射側回折格子３２から回折されて、入射面３１Ａを介して入射側導光体３１内に導入される。
【００３７】
入射側導光体３１内に導入された上記一端光Ｌ１は、全反射層が形成された界面（面３１１〜３１６）にて内面反射を繰り返しつつ、Ｘ方向側に進行する。そして、出射面３１Ｂのそれぞれの領域に到達した一端光のうち、一部の光（所定割合の光）は、出射面３１Ｂを通過して出射側回折格子３３に入射され、当該出射側回折格子３３の特性に応じた回折角で回折されて出射される。一方、他の光は、出射面３１Ｂにて内面反射されて、再びＸ方向側に進行し、上記界面にて内面反射された後、再び出射面３１Ｂに入射される。そして、当該他の光のうち、更に一部の光が、出射面３１Ｂ及び出射側回折格子３３を介して外部に出射され、残りの光が、当該出射面３１Ｂにて内面反射される。このようにして、上記一端光Ｌ１は、入射側導光体３１にて内面反射されつつＸ方向側に進行する際に、出射面３１Ｂに入射されるごとに、一部の光が外部に出射される。
【００３８】
また、入射面３１Ａに対して傾斜して入射側導光体３１内に導入された上記他端光Ｌ２も、内面反射を繰り返しつつ、Ｘ方向側に進行する。そして、出射面３１Ｂに入射された他端光Ｌ２のうち、一部の光（所定割合の光）は、出射面３１Ｂを通過して出射側回折格子３３に入射され、当該出射側回折格子３３の特性に応じた回折角で回折されて出射される。一方、他の光は、出射面３１Ｂにて内面反射されて、再びＸ方向側に進行し、更に上記界面にて内面反射された後、再び出射面３１Ｂに入射される。このように、他端光Ｌ２は、上記一端光Ｌ１と同様に、入射側導光体３１にて内面反射されつつＸ方向側に進行する際に、出射面３１Ｂに入射されるごとに、一部の光が外部に出射される。
これら光が観察者に届くことにより、上記所定の画角の画像が観察される。
【００３９】
［入射側導光装置に入射された各波長の光の光路］
ここで、回折格子は、入射された光を、当該光の波長によって異なる回折角にて回折させて出射する機能を有する。この回折角は、光の波長が大きいほど大きくなる。
このため、入射側回折格子３２に入射された表示光束を構成する各波長の光は、それぞれ異なる角度にて入射側回折格子３２から出射され、入射側導光体３１内に入射される。
【００４０】
図５は、入射側導光装置３に入射された表示光束ＰＬを構成し、それぞれ波長が異なる第１色光Ｃ１、第２色光Ｃ２及び第３色光Ｃ３の光路を示す模式図である。
例えば、それぞれ同じ色に分類されるものの波長が異なる第１色光Ｃ１（点線）、第２色光Ｃ２（一点鎖線）及び第３色光Ｃ３（二点鎖線）が、入射側回折格子３２に対して入射された場合、それぞれ異なる回折角で回折されることから、図５に示すように、入射側導光体３１内への各色光Ｃ１〜Ｃ３の入射角も異なる。
【００４１】
これら各色光Ｃ１〜Ｃ３が、入射側導光体３１内を内面反射しつつＸ方向側に進行し、当該各色光Ｃ１〜Ｃ３のそれぞれの一部が、出射面３１Ｂから出射されて、出射側回折格子３３に入射されると、それぞれ波長に応じた回折角にて回折されて出射される。この際、入射側回折格子３２と出射側回折格子３３とは、波長に応じた回折角が同じ特性を有することから、出射側回折格子３３からの第１色光Ｃ１、第２色光Ｃ２及び第３色光Ｃ３の出射角は、それぞれ同じとなる。
このように、入射される光の波長に応じて入射側回折格子３２からの出射角、ひいては、入射側導光体３１内への入射角が異なることから、それぞれの波長の光の光路は異なり、当該それぞれの波長の光は、出射側回折格子３３から同じ出射角で出射されるものの、出射面３１Ｂにおける各光の出射位置は異なることとなる。
【００４２】
ここで、例えば、中心軸に対して傾斜する複数の半透過層が内部に形成された導光体に表示光束を入射させ、それぞれの半透過層にて反射させることで、当該表示光束の一部の光を導光体外に出射する構成では、出射される光の輝度変化から、当該半透過層の存在が視認されてしまう。また、このような光が、虚像として視認される画像に重畳されて視認されると、当該画像が劣化する。
これに対し、上記各色光Ｃ１〜Ｃ３のように、入射側導光体３１内をＸ方向側に進行した光は、同じ色に分類される光であっても、当該光の波長によって、出射側回折格子３３における異なる位置から出射される。すなわち、表示光束が、複数の色に分類される所定の波長幅の色光を含む光束であれば、当該表示光束に含まれる光は、出射側回折格子３３においてそれぞれ異なる位置から出射される。これによれば、当該出射側回折格子３３から光を分散して出射できる。従って、入射側導光体３１内の構造が視認されるような事態を抑制できる他、視認される画像の劣化を抑制できる。
なお、詳しくは後述するが、出射側導光装置４の構成も、入射側導光装置３と同様である。このため、投射装置２は、比較的波長幅の広い複数の色光により構成される表示光束を、上記入射側導光装置３に投射する。この投射装置２の構成は、後に詳述する。
【００４３】
［出射側導光装置の構成］
出射側導光装置４は、入射側導光装置３から入射される表示光束を、出射側導光装置４に対してＺ方向とは反対側に分散して出射することにより、当該表示光束により形成される画像を虚像として視認させる機能を有する。このような出射側導光装置４は、入射側導光装置３と同様の構成を有し、具体的には、図１〜図３に示すように、出射側導光体４１、入射側回折格子４２及び出射側回折格子４３を備える。
【００４４】
出射側導光体４１は、本発明の第１導光体に相当するものであり、ガラス及び樹脂等の透光性部材により、略矩形の板状に形成されている。この出射側導光体４１は、Ｙ方向とは反対側の端部が、出射面３１Ｂを覆う出射側回折格子３３とＺ方向において重なるように、ＸＹ平面に沿って配置される。また、出射側導光体４１におけるＹ方向の寸法は、出射側回折格子３３におけるＹ方向の寸法より大きい。
このような出射側導光体４１は、それぞれＸＹ平面に沿う第１面４１１及び第２面４１２と、それぞれＸＺ平面に沿う第３面４１３及び第４面４１４と、それぞれＹＺ平面に沿う第５面４１５及び第６面４１６と、を有する。これらのうち、第１面４１１及び第２面４１２を除いた各面４１３〜４１６には、全反射層が全面に形成されている。
【００４５】
第２面４１２において、入射側導光装置３とＺ方向にて重なる領域は、当該入射側導光装置３から出射された表示光束が入射される入射面４１Ａ（本発明の第１入射面に相当）とされている。この入射面４１ＡにおけるＸ方向の寸法は、入射側導光装置３から出射される表示光束の全てが入射されるように、出射側回折格子３３におけるＸ方向の寸法と略一致する。この第２面４１２において入射面４１Ａ以外の領域には、全反射層が形成されている。
第１面４１１の略全面は、出射側導光体４１内を進行した光が出射される出射面４１Ｂ（本発明の第１出射面に相当）とされている。
このような出射側導光体４１は、詳しくは後述するが、入射面４１Ａから入射された表示光束を、外部との界面（主に第１面４１１及び第２面４１２）にて内面反射させつつ、入射面４１Ａから離れる方向であるＹ方向側に進行させる。この際、出射面４１Ｂのそれぞれの領域にて入射された光の一部は、当該出射面４１Ｂから外部に出射され、残りの光は、当該出射面４１Ｂにて内面反射され、更にＹ方向側に進行する。
【００４６】
入射側回折格子４２は、本発明の第１入射側回折格子に相当し、上記入射面４１Ａを覆うように、当該入射面４１Ａに取り付けられる。この入射側回折格子４２は、入射面４１Ａから入射された光が出射側導光体４１内を繰り返し内面反射されてＹ方向側に進行するように、当該光を回折する。すなわち、入射側回折格子４２は、上記出射側回折格子３３から入射される表示光束に含まれる光を、それぞれの光の波長に応じた回折角にて回折させ、入射面４１Ａに入射させる。
出射側回折格子４３は、本発明の第１出射側回折格子に相当し、上記出射面４１Ｂを覆うように、当該出射面４１Ｂに取り付けられる。この出射側回折格子４３は、出射側導光体４１から入射された光が、出射面４１Ｂから出射される光の進行方向側（Ｙ方向に直交するＺ方向とは反対側）に進行するように、入射された光を回折する。すなわち、出射側回折格子４３は、出射面４１Ｂから出射された光を、それぞれの光の波長に応じた回折角にて回折させて外部に出射する。
【００４７】
ここで、入射側回折格子４２及び出射側回折格子４３は、上記回折格子３２，３３の関係と同様に、入射光の回折に関して、それぞれ同じ特性を有する。このため、入射側回折格子４２を介して出射側導光体４１内に入射された光は、当該出射側導光体４１の出射面４１Ｂから出射側回折格子４３に入射され、当該光が入射側回折格子４２に入射された際の入射角と同じ角度となる出射角にて出射側回折格子４３から出射される。
なお、これら回折格子４２，４３は、上記回折格子３２，３３と同様に透過型回折格子であるが、ホログラムシートによって構成してもよい。
【００４８】
［出射側導光装置に入射された光の光路］
図６及び図７は、出射側導光装置４に入射された光の光路を示す模式図である。なお、図６及び図７においては、出射側導光装置４に入射される上記表示光束を構成する光のうち、投射装置２から投射された表示光束の中心軸に沿って上記入射側導光装置３に入射され、当該入射側導光装置３から出射側導光装置４に入射される所定波長の光の光路が示されている。
入射側回折格子４２には、上記出射側回折格子３３の略全面から、上記表示光束を構成する光が入射される。具体的に、当該表示光束の所定部位を形成する所定波長の光のみに言及した場合でも、図６に示すように、当該所定波長の光は、出射側回折格子３３のＸ方向における複数箇所から入射側回折格子４２に入射される。そして、入射側回折格子４２は、入射された光を、当該入射側回折格子４２が有する特性、及び、当該光の波長に応じた回折角で回折させて、入射面４１Ａから出射側導光体４１内に入射させる。この際、当該入射側回折格子４２は、入射された光の進行方向をＹ方向側に導くように設定されている。このため、出射側導光体４１内に導入された光は、図７に示すように、Ｚ方向とは反対側に進行するとともに、Ｙ方向側に進行し、出射面４１Ｂのそれぞれの領域に到達する。
【００４９】
出射面４１Ｂに到達した光のうち、一部の光（所定割合の光）は、上記と同様に、当該出射面４１Ｂから外部に出射され、当該出射面４１Ｂに配置された出射側回折格子４３に入射される。また、他の光は、当該出射面４１Ｂにて内面反射されて、Ｚ方向側及びＹ方向側に更に進行する。この光は、他の界面にて内面反射されて再び出射面４１Ｂに入射され、当該光の一部が、更に外部に出射される。このように、出射側導光体４１内に導入された光は、内面反射を繰り返しつつ、Ｙ方向側に進行する。
【００５０】
出射側回折格子４３に入射された光は、当該出射側回折格子４３に対する光の入射角と、当該光の波長とに応じた回折角で回折されて、出射側導光装置４に対してＺ方向とは反対側に出射される。
ここで、出射側回折格子４３と、入射側回折格子４２とは、それぞれ同じ特性を有するので、出射側回折格子４３は、入射された光を、当該光が入射側回折格子４２に入射された際の入射角と同じ角度の出射角で出射する。このため、図６及び図７に示すように、入射側回折格子４２の回折面に対して傾斜して光が入射される場合には、同じ角度だけ傾斜する方向に、当該光が出射側回折格子４３から出射される。これにより、観察者は、出射側回折格子４３に対してＺ方向とは反対側で、かつ、当該光の入射範囲内に位置していれば、どの位置に居ても、出射される光により形成される画像、すなわち、投射装置２が入射側回折格子３２に投射した画像が、出射側導光装置４に対してＺ方向側に位置する虚像として視認される。
【００５１】
［投射装置の構成］
図８は、投射装置２の構成を示すブロック図である。
投射装置２は、画像情報に応じた画像を形成及び投射する。この投射装置２は、図８に示すように、光源装置２１、光変調装置２２及び投射光学装置２３を有する。
これらのうち、光変調装置２２は、光源装置２１から出射された光を変調して、画像情報に応じた画像を形成する。このような光変調装置２２としては、少なくとも１つの透過型又は反射型の液晶パネルを採用できる他、マイクロミラーを用いたデバイス（例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device））を採用できる。
投射光学装置２３は、光変調装置２２により形成された画像を、表示光束として投射する。この際、投射光学装置２３は、当該表示光束を上記入射側回折格子３２の略中央に集約させて出射する。
【００５２】
光源装置２１は、上記光変調装置２２に光を出射する。ここで、上記回折格子３２，３３，４２，４３は、入射された表示光束に含まれる各波長の光を、当該光の波長に応じた回折角で分離及び出射する。このことから、光源装置２１は、所定の波長幅を有する色光を出射して、光変調装置に、当該色光が含まれる画像を形成させる。
具体的に、光源装置２１は、赤、緑及び青に分類される各色光を含む光を出射するが、それぞれの色光は、所定の波長幅（例えば１０ｎｍ以上の波長幅）を有する光により構成される。この波長幅は、連続していても、連続していなくてもよい。このような光を光源装置２１が出射することにより、上記輝度変化の発生が抑制されることとなる。
なお、このような光を出射する光源装置２１としては、超高圧水銀ランプ等の放電光源ランプを有する構成を例示できる他、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を有する構成を例示できる。
【００５３】
［第１実施形態の効果］
以上説明した本実施形態に係る虚像表示装置１によれば、以下の効果がある。
入射面４１Ａの光入射側に位置する入射側回折格子４２は、入射される表示光束を構成する光が出射側導光体４１内を繰り返し内面反射されてＸ方向側に進行するように、当該光を、それぞれの波長毎に異なる回折角で回折する。これにより、それぞれ波長が異なる光は、それぞれ異なる領域にて内面反射を繰り返しつつ、入射面４１Ａから離れる方向であるＹ方向側に進行し、出射面４１Ｂにおいてそれぞれ異なる領域に入射される。出射面４１Ｂの当該各位置から出射されたそれぞれの光は、出射側回折格子４３を通過する際に、それぞれの波長に応じた回折角で再度回折されて出射される。これにより、当該出射側回折格子４３に対してＺ方向に対向し、かつ、Ｙ方向における任意の位置で、入射された光により形成される画像を、出射側導光体４１に対するＺ方向側に位置する虚像として視認できる。
【００５４】
入射側回折格子４２による回折により、出射側導光体４１内に入射される光の入射角は、波長によって異なる。これにより、それぞれの波長の光は、出射側導光体４１内を異なる光路にて進行するので、当該光を出射面４１Ｂにおけるそれぞれ異なる位置から分散して出射させることができる。
また、入射側回折格子４２を介して入射される光の入射角は、図４に示したように、表示光束における位置によって異なる。このことから、当該表示光束を構成する光の位置に応じて、出射側導光体４１内での光路を異ならせることができる。これにより、出射面４１Ｂにおけるそれぞれの光の入射位置を異ならせることができ、ひいては、当該光を出射面４１Ｂ及び出射側回折格子４３を介して、分散して出射させることができる。また、出射面４１Ｂから出射された光は、出射側回折格子４３を介して外部に出射されることにより、出射面４１Ｂからの光の出射角を波長毎に調整できる。
このような虚像表示装置１によれば、Ｙ方向に対して傾斜する複数の半透過層が内部に形成された導光体に表示光束を入射させ、それぞれの半透過層によって反射された光を出射する構成を採用した場合に生じる輝度変化の発生を抑制できる。従って、当該輝度変化が視認されて、出射される光によって形成される画像が劣化することを抑制できる。
【００５５】
入射側回折格子４２と出射側回折格子４３とは、入射光の回折に関して、それぞれ同じ特性を有する。このため、入射側回折格子４２による回折角と、出射側回折格子４３による回折角とは、入射される光の波長毎にそれぞれ同じとなる。これによれば、入射側回折格子４２への光の入射角と、出射側回折格子４３からの当該光の出射角とを、同じ角度にすることができる。従って、虚像表示装置１からの光の出射角を容易に調整できる他、当該光によって形成される画像を観察者が視認しやすくすることができる。
【００５６】
入射側導光体３１は、内部に入射された光を繰り返し内面反射させてＸ方向側に進行させるとともに、外部との界面である出射面３１Ｂにて内面反射させる際に、一部の光を外部に出射して、上記出射側導光装置４に入射させる。これによれば、入射側導光体３１がＸ方向に長く形成され、出射側導光体４１が、Ｘ方向及びＹ方向に長く形成されていることにより、表示光束を構成する光を、入射側導光装置３によりＸ方向に分散させ、当該出射側導光装置４によりＹ方向に分散させて出射できる。従って、表示光束により形成される画像を視認可能な範囲を、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに拡大できる。
【００５７】
入射側導光装置３は、上記入射側導光体３１に加えて、入射側回折格子３２と、出射側回折格子３３と、を備える。これによれば、入射側回折格子３２を介して表示光束を入射側導光体３１内に入射させることにより、当該表示光束に含まれる光の波長及び当該光の入射角に応じて、それぞれの光が入射側導光体３１内を進行する際の光路を異ならせることができる。これにより、当該光を出射側回折格子３３においてそれぞれ異なる位置に入射させることができる。この出射側回折格子３３は、それぞれ入射された光を波長毎に異なる回折角で回折させて、入射側導光装置３の外部に出射させるので、当該光を入射側導光装置３の外部に、確実に分散して出射させることができる他、当該外部への光の出射角を波長毎に調整できる。従って、出射側導光装置４に入射させる表示光束を、Ｘ方向に確実に分散して出射させることができる。
【００５８】
出射面３１Ｂと入射面４１Ａとは、互いに対向する位置に配置されるので、入射側導光装置３の出射側回折格子３３から出射された光を、出射側導光装置４の入射側回折格子４２に入射させやすくすることができる。
また、入射側回折格子３２に入射された光が出射される際の回折角と、出射側回折格子３３に入射された光が出射される際の回折角とは、当該光の波長毎にそれぞれ同じとなる。これによれば、入射側回折格子４２及び出射側回折格子４３の関係と同様に、入射側回折格子３２に対する光の入射角と、出射側回折格子３３からの光の出射角とを、同じ角度にすることができる。従って、入射側導光装置３から出射側導光装置４に入射される光の進行方向を把握しやすくすることができ、入射側導光装置３から出射側導光装置４に、光を確実に入射させることができる。
【００５９】
ここで、波長幅が比較的狭い色光を含む表示光束が、入射側回折格子３２、ひいては、入射側回折格子４２に入射される場合には、当該色光は、それぞれ略同じ回折角で回折されて入射側導光体３１及び出射側導光体４１に入射される。このため、同じ色に分類されるもののそれぞれ波長が異なる光は、導光体３１，４１内を略同じ光路で進行するため、出射面３１Ｂ，４１Ｂにおける略同じ位置に入射される。このような場合、同じ色に分類される光が、出射面３１Ｂ，４１Ｂにおける略同じ位置から出射されてしまうため、当該光が分散されず、上記複数の半透過層を有する導光体を採用した場合の輝度変化が生じる可能性がある。
これに対し、それぞれの色光が上記所定の波長幅（１０ｎｍ以上の波長幅）を有することにより、入射側回折格子３２，４２を介して入射面３１Ａ，４１Ａに入射される際の入射角を異ならせることができる。これにより、導光体３１，４１内において、同じ色に分類されるものの波長が異なる色光の光路を異ならせることができ、それぞれの色光の出射面３１Ｂ，４１Ｂへの入射位置を異ならせることができる。従って、出射面３１Ｂ，４１Ｂにおいて、それぞれの色光の出射位置を分散させることができるので、当該輝度変化の発生を抑制でき、ひいては、視認される画像の劣化を抑制できる。
【００６０】
［第１実施形態の変形］
上記虚像表示装置１では、内面反射を繰り返して進行する光は、出射面３１Ｂ，４１Ｂに到達する毎に、所定割合の光が外部に出射され、残りの光が内面反射されることから、出射面３１Ｂ，４１Ｂから出射される光の光量（輝度）は、導光体３１，４１内を進行する光の進行方向に向かうに従って少なくなる（低くなる）。具体的に、出射側回折格子３３からの出射光量は、入射面３１Ａから遠ざかるＸ方向に向かうに従って少なくなり、また、出射側回折格子４３からの出射光量は、入射面４１Ａから遠ざかるＹ方向に向かうに従って少なくなる。このため、Ｘ方向とは反対側で、かつ、Ｙ方向とは反対側にて視認される画像に比べて、Ｘ方向側で、かつ、Ｙ方向側にて視認される画像の輝度は低くなる。
このように、観察位置によって、観察される画像の輝度が異なるという現象が生じる。
【００６１】
これに対し、出射側回折格子３３，４３の回折効率を、部位によって異ならせてもよい。
例えば、出射側回折格子３３を、入射側導光体３１内における光の進行方向であるＸ方向に向かうに従って、回折効率が上昇する特性を有する構成としてもよい。このように構成された出射側回折格子３３では、当該Ｘ方向に向かうに従って、入射光の光量に対する出射光の光量の割合が高くなる。換言すると、当該出射側回折格子３３は、Ｘ方向に向かうに従って、入射される光の透過率が上昇し、また、当該光の反射効率が低減される特性を有する。これにより、入射側導光装置３（出射側回折格子３３）から出射される光の光量を、Ｘ方向で略均一にすることができる。
同様に、出射側回折格子４３を、出射側導光体４１内における光の進行方向であるＹ方向に向かうに従って、回折効率が上昇する特性を有する構成としてもよい。このように構成された出射側回折格子４３では、当該Ｙ方向に向かうに従って、入射光の光量に対する出射光の光量の割合が高くなる。換言すると、当該出射側回折格子４３は、Ｙ方向に向かうに従って、入射される光の透過率が上昇し、また、当該光の反射効率が低減される特性を有する。これにより、出射側導光装置４（出射側回折格子４３）から出射される光の光量を、Ｙ方向で略均一にすることができる。
【００６２】
図９及び図１０は、上記虚像表示装置１の変形である虚像表示装置１Ａの構成と、当該虚像表示装置１Ａを構成する入射側導光装置３Ａ及び出射側導光装置４Ａを通過する光の光路を示す模式図である。これらのうち、図９は、ＸＺ平面での虚像表示装置１Ａの構成を示し、図１０は、ＹＺ平面での虚像表示装置１Ａの構成を示している。なお、これら図９及び図１０においては、投射装置２の図示を省略している。
また、例えば、図９及び図１０に示す虚像表示装置１Ａのように、出射面３１Ｂと出射側回折格子３３との間、及び、出射面４１Ｂと出射側回折格子４３との間に、透過光量調整層３４，４４を配置してもよい。
この虚像表示装置１Ａは、虚像表示装置１と同様に、投射装置２、入射側導光装置３Ａ及び出射側導光装置４Ａを備える。これらのうち、入射側導光装置３Ａは、出射面３１Ｂと出射側回折格子３３との間に透過光量調整層３４が配置されている他は、上記入射側導光装置３と同様の構成及び機能を有する。また、出射側導光装置４Ａは、出射面４１Ｂと出射側回折格子４３との間に透過光量調整層４４が配置されている他は、上記出射側導光装置４と同様の構成を有する。
【００６３】
透過光量調整層３４は、入射側導光体３１内における光の進行方向であるＸ方向に向かうに従って、入射される光の透過率が上昇する特性、及び、当該光の反射効率が低減される特性のいずれかを有する。この透過光量調整層３４により、図９に示すように、出射面３１ＢにおけるＸ方向のそれぞれの出射位置から、透過光量調整層３４及び出射側回折格子３３を介して外部に出射される光の光量を、それぞれ略同じにできる。
また、透過光量調整層４４は、出射側導光体４１内における光の進行方向であるＹ方向に向かうに従って、入射される光の透過率が上昇する特性、及び、当該光の反射効率が低減される特性のいずれかを有する。この透過光量調整層４４により、図１０に示すように、出射面４１ＢにおけるＹ方向のそれぞれの出射位置から、透過光量調整層４４及び出射側回折格子４３を介して外部に出射される光の光量を、それぞれ略同じにできる。
【００６４】
従って、出射側回折格子３３，４３が、導光体３１，４１内における光の進行方向に向かうに従って、回折効率が上昇する特性を有することにより、或いは、上記透過光量調整層３４，４４が各導光装置３Ａ，４Ａに設けられることにより、出射側回折格子４３に対向する任意の位置にてそれぞれ観察される画像の輝度を均一化できる。
なお、上記透過光量調整層３４は、出射側回折格子３３の光出射側に配置されていてもよく、光入射側及び光出射側のそれぞれに配置されていてもよい。
同様に、上記透過光量調整層４４は、出射側回折格子４３の光出射側に配置されていてもよく、光入射側及び光出射側のそれぞれに配置されていてもよい。
【００６５】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態に係る虚像表示装置は、上記虚像表示装置１と同様の構成に加えて、出射側導光装置４を構成する出射側回折格子４３の光出射側に、当該出射側回折格子４３から出射された光の進行方向を調整する方向調整層が配置されている。この点で、本実施形態に係る虚像表示装置は、上記虚像表示装置１と相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６６】
図１１は、本実施形態に係る虚像表示装置１Ｂの構成、及び、当該虚像表示装置１Ｂから出射される光の光路を示す模式図である。なお、図１１では、投射装置２の図示を省略している。
本実施形態に係る虚像表示装置１Ｂは、図１１に示すように、上記出射側導光装置４に代えて出射側導光装置４Ｂを有する他は、上記虚像表示装置１と同様の構成及び機能を有する。また、出射側導光装置４Ｂは、上記出射側導光装置４の構成に加えて、方向調整層４５を更に有する。
【００６７】
方向調整層４５は、出射側回折格子４３の光出射側に位置し、当該出射側回折格子４３を覆うように配置されている。この方向調整層４５は、出射側回折格子４３から入射される光の進行方向を調整する機能を有する。具体的に、方向調整層４５は、投射装置２から投射された表示光束の中心となる光（上記中心光であり、画像の中心を形成する光）が、当該方向調整層４５の法線方向（出射側回折格子４３の法線方向）に沿って出射されるように、当該方向調整層４５を通過する全ての光の進行方向を調整する。このような方向調整層４５は、複数の微小なプリズムが形成されたプリズムシートにより構成できる。
【００６８】
［第２実施形態の効果］
以上説明した本実施形態に係る虚像表示装置１Ｂによれば、上記虚像表示装置１と同様の効果を奏することができる他、以下の効果を奏することができる。
方向調整層４５が出射側回折格子４３の光出射側に配置されていることにより、当該出射側回折格子４３から出射される上記中心光の進行方向が、当該出射側回折格子４３の法線（すなわち、出射面４１Ｂの法線）に沿わない場合でも、当該中心光が出射側回折格子４３の法線及び出射面４１Ｂの法線に沿って出射されるように、当該方向調整層４５を通過する光の進行方向を調整できる。従って、出射側回折格子４３及び出射面４１Ｂに対して視方向を傾斜させることなく、出射側導光装置４から出射された光により形成される画像を視認できるので、当該画像を視認しやすくすることができる。
【００６９】
なお、このような虚像表示装置１Ｂが有する出射側回折格子３３，４３を、上記第１実施形態の変形で示した特性を有する構成としてもよい。また、当該虚像表示装置１Ｂが、上記透過光量調整層３４，４４を有する構成としてもよい。これらの場合、いずれの観察位置においても、それぞれ略同じ輝度の画像を視認できるという効果を享受でできる。
【００７０】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態に係る虚像表示装置は、上記虚像表示装置１と同様の構成を有する。ここで、当該虚像表示装置１においては、投射装置２は、入射側導光装置３に対してＺ方向とは反対側に位置し、Ｚ方向に上記表示光束を投射する構成であった。これに対し、本実施形態に係る虚像表示装置では、投射装置は、入射側導光装置３に対してＹ方向側に位置し、Ｙ方向とは反対方向に上記表示光束を投射する。この点で、本実施形態に係る虚像表示装置と、上記虚像表示装置１とは相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７１】
図１２は、本実施形態に係る虚像表示装置１Ｃの概略構成を示す斜視図である。
本実施形態に係る虚像表示装置１Ｃは、図１２に示すように、投射装置２、入射側導光装置３Ｃ及び出射側導光装置４Ｃと、これらを内部に収納する筐体５とを備え、上記虚像表示装置１と同様の機能を有する。
なお、本実施形態では、Ｘ、Ｙ及びＺ方向は、上記第１及び第２実施形態にて示したＸ、Ｙ及びＺ方向とそれぞれ同じ方向とする。
【００７２】
投射装置２は、本実施形態では、表示光束の投射方向がＹ方向とは反対方向となるように、入射側導光装置３のＹ方向側に位置する。
入射側導光装置３Ｃは、上記入射側導光装置３と同様に、長軸方向がＸ方向に沿う入射側導光体３１と、入射側回折格子３２及び出射側回折格子３３と、を備える。しかしながら、本実施形態では、入射側回折格子３２は、入射側導光体３１においてＹ方向側を向く第３面３１３におけるＸ方向とは反対側の領域である入射面３１Ａを覆うように取り付けられ、出射側回折格子３３は、当該第３面３１３におけるＸ方向側の領域である出射面３１Ｂを覆うように取り付けられている。そして、各面３１１，３１２，３１４〜３１６の全面と、第３面３１３における入射面３１Ａ及び出射面３１Ｂ以外の領域とには、全反射層が形成されている。すなわち、入射側導光装置３Ｃは、入射側導光体３１の第１面３１１がＹ方向側を向くように配置した入射側導光装置３と同じ構成である。
このような入射側導光装置３Ｃに対して投射装置２から投射された表示光束は、それぞれＹ方向側を向く入射側回折格子３２及び入射面３１Ａを介して、入射側導光体３１内に入射され、内面反射を繰り返しつつＸ方向側に進行し、同じくＹ方向側を向く出射面３１Ｂ及び出射側回折格子３３を介して、出射側導光装置４Ｃに向けて出射される。
【００７３】
出射側導光装置４Ｃは、上記出射側導光装置４と同様に、ＸＹ平面に沿って配置される略矩形板状の出射側導光体４１、入射側回折格子４２及び出射側回折格子４３を有する。しかしながら、本実施形態においては、入射側回折格子４２は、出射側導光体４１においてＹ方向とは反対側の第４面４１４に取り付けられており、当該第４面４１４が、出射側導光体４１における入射面４１Ａとされている。また、出射側回折格子４３は、出射側導光体４１においてＺ方向とは反対側の第１面４１１に取り付けられており、当該第１面４１１が、出射側導光体４１における出射面４１Ｂとされている。
なお、他の面４１２，４１３，４１５，４１６の全面には、それぞれ全反射層が形成されている。
【００７４】
このような出射側導光装置４Ｃにおいて、出射側回折格子３３から入射側回折格子４２を介して出射側導光体４１内に入射された光は、全反射層が形成された４１１〜４１３，４１５，４１６（主には第２面４１２と出射面４１Ｂとの間）にて内面反射を繰り返しつつＹ方向側に進行する。この際、出射面４１Ｂに到達した光の一部（所定割合の光）が、上記と同様に、出射面４１Ｂから出射され、他の光が、当該出射面４１Ｂにて内面反射されて、更にＹ方向側に進行し、再び出射面４１Ｂに入射される。このようにして出射面４１Ｂから出射された光は、出射側回折格子４３を介して、虚像表示装置１Ｃ外に出射される。
このようにして、上記虚像表示装置１Ｃから出射された光による画像は、上記虚像表示装置１から出射された光による画像と同様に、Ｘ方向及びＹ方向におけるそれぞれの観察位置にて、虚像として視認される。
【００７５】
［第３実施形態の効果］
以上説明した本実施形態に係る虚像表示装置１Ｃによれば、上記虚像表示装置１と同様の効果を奏することができる。
なお、このような虚像表示装置１Ｃが有する出射側回折格子３３，４３を、上記第１実施形態の変形で示した特性を有する構成としてもよい。また、当該虚像表示装置１Ｂが、上記透過光量調整層３４，４４を有する構成としてもよい。これらの場合、いずれの観察位置においても、それぞれ略同じ輝度の画像を視認できるという効果を奏することができる。更に、上記方向調整層４５を、出射側回折格子４３の光出射側に配置してもよい。
【００７６】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
本実施形態に係る虚像表示装置は、上記虚像表示装置１Ｂと同様の構成を有する。ここで、当該虚像表示装置１Ｂでは、入射側回折格子３２，４２及び出射側回折格子３３，４３は、それぞれ透過型回折格子により構成され、それぞれ入射面３１Ａ，４１Ａ及び出射面３１Ｂ，４１Ｂに対向する位置に配置されていた。これに対し、本実施形態に係る虚像表示装置では、入射側回折格子及び出射側回折格子は、それぞれ反射型回折格子により構成され、入射側導光体３１及び出射側導光体４１に対する位置が異なる。この点で、本実施形態に係る虚像表示装置と上記虚像表示装置１とは相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一又は略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７７】
図１３は、本実施形態に係る虚像表示装置１Ｄの構成、及び、当該虚像表示装置１Ｄから出射される光の光路を示す模式図である。
本実施形態に係る虚像表示装置１Ｄは、図１３に示すように、投射装置２（図示省略）と、当該投射装置２から表示光束が入射される入射側導光装置３Ｄと、当該表示光束が入射側導光装置３Ｄを介して入射される出射側導光装置４Ｄとを備え、当該虚像表示装置１Ｂと同様の機能を有する。
【００７８】
図１４は、入射側導光装置３Ｄの構成、及び、入射側導光装置３Ｄを通過する光の光路を示す模式図である。
入射側導光装置３Ｄは、図１４に示すように、第２導光体に相当する入射側導光体３１と、第２入射側回折格子に相当する入射側回折格子３２Ｄと、第２出射側回折格子に相当する出射側回折格子３３Ｄと、透過光量調整層３４と、を有し、上記入射側導光装置３Ａと同様の機能を有する。
入射側導光体３１は、上記のように、長軸方向がＸ方向に沿う略四角柱状に形成されている。この入射側導光体３１における第１面３１１のＸ方向とは反対側の領域には、投射装置２から表示光束が入射される入射面３１Ａが設定され、Ｘ方向側の領域には、出射側導光装置４Ｄに向けて表示光束を出射する出射面３１Ｂが設定されている。また、入射側導光体３１の各面３１２〜３１６のうち、面３１３〜３１６には、全反射層が形成されているが、第１面３１１及び当該第１面３１１とは反対側に位置する第２面３１２には、一部（入射側回折格子３２Ｄと出射側回折格子３３Ｄ及び透過光量調整層３４との間）を除いて、全反射層が形成されていない。
【００７９】
入射側回折格子３２Ｄは、反射型回折格子により構成され、第２面３１２と対向する位置に配置されている。詳述すると、入射側回折格子３２Ｄは、入射側導光体３１を挟んで入射面３１Ａと対向する位置に配置されている。この入射側回折格子３２Ｄには、入射面３１Ａを介して入射側導光体３１内に入射された表示光束が入射される。そして、入射側回折格子３２Ｄは、入射された表示光束を構成する光を、当該光の波長に応じた回折角、及び、当該入射側回折格子３２Ｄの入射面に対する入射角に応じた角度にて回折して、入射側導光体３１の他の面（例えば第１面３１１）に臨界角以上の角度にて入射されるように、当該光を反射させる。このような入射側回折格子３２Ｄにより反射された光は、入射側導光体３１内を繰り返し内面反射しつつ、Ｘ方向側に進行する。
【００８０】
出射側回折格子３３Ｄは、入射光の回折に関して上記入射側回折格子３２Ｄと同じ特性を有する反射型回折格子により構成され、第２面３１２と対向する位置に配置されている。詳述すると、出射側回折格子３３Ｄは、入射側導光体３１を挟んで上記出射面３１Ｂと対向する位置に配置されている。この出射側回折格子３３Ｄには、入射側導光体３１内をＸ方向側に進行して第２面３１２に入射された光の一部が入射される。そして、出射側回折格子３３Ｄは、波長及び当該出射側回折格子３３Ｄの入射面に対する入射角に応じて、入射された光を回折して反射させる。この出射側回折格子３３Ｄによって回折された光は、上記出射面３１Ｂの臨界角より小さな角度にて当該出射面３１Ｂに入射され、当該出射面３１Ｂから入射側導光装置３Ｄの外部に出射される。
【００８１】
透過光量調整層３４は、第２面３１２と出射側回折格子３３Ｄとの間に配置される。この透過光量調整層３４は、入射される光のうち、一部の光を透過させて出射側回折格子３３Ｄに入射させるとともに、他の一部の光を、当該透過光量調整層３４に対する入射角と同じ角度にて反射させる。この透過光量調整層３４は、Ｘ方向に向かうに従って、入射される光の反射効率が低減される特性を有する。
【００８２】
このような入射側導光装置３Ｄ内に入射面３１Ａを介して投射装置２から入射された表示光束は、入射側回折格子３２Ｄによって回折されて反射され、内面反射を繰り返しつつ入射側導光体３１内をＸ方向に進行する。そして、第２面３１２に到達した表示光束のうち、一部の光は、透過光量調整層３４にて反射されて更にＸ方向に進行し、内面反射を繰り返して、再び第２面３１２に到達する。一方、第２面３１２に到達した表示光束のうち、他の光は、透過光量調整層３４を介して出射側回折格子３３Ｄに入射され、当該出射側回折格子３３Ｄによって回折されて反射される。この出射側回折格子３３Ｄによって反射された光は、第２面３１２とは反対側に位置する出射面３１ＢからＺ方向とは反対方向に出射され、出射側導光装置４Ｄに入射される。この際、透過光量調整層３４は、Ｘ方向に向かうに従って反射効率が低減される特性を有することから、Ｘ方向において出射側回折格子３３Ｄに入射される光の光量は略同じとなり、これにより、Ｘ方向において入射側導光装置３Ｄから出射される光の光量を均一化できる。
【００８３】
出射側導光装置４Ｄは、図１３に示すように、第１導光体に相当する出射側導光体４１と、第１入射側回折格子に相当する入射側回折格子４２Ｄと、第１出射側回折格子に相当する出射側回折格子４３Ｄと、透過光量調整層４４と、方向調整層４５と、を有し、上記出射側導光装置４Ｂと同様の機能を有する。
出射側導光体４１は、上記のように、ＸＹ平面に沿う略矩形板状に形成されている。この出射側導光体４１においてＺ方向側の面である第２面４１２のＹ方向とは反対側の領域には、入射側導光装置３Ｄから表示光束が入射される入射面４１Ａが設定されている。また、当該第２面４１２に対向する第１面４１１のＹ方向側の領域には、出射側導光体４１内を進行した表示光束を外部に出射して、当該表示光束により形成される画像を視認可能とする出射面４１Ｂが設定されている。更に、出射側導光体４１の各面４１３〜４１６には、全反射層が形成されているが、第１面４１１及び第２面４１２には、全反射層が形成されていない。
【００８４】
入射側回折格子４２Ｄは、反射型回折格子により構成され、第１面４１１のＹ方向とは反対側の領域と対向する位置に配置されている。詳述すると、入射側回折格子４２Ｄは、出射側導光体４１を挟んで入射面４１Ａと対向する位置に配置されている。この入射側回折格子４２Ｄは、入射面４１Ａを介して出射側導光体４１内に入射された表示光束が入射される。そして、入射側回折格子４２Ｄは、上記入射側回折格子３２Ｄと同様に、入射された表示光束を構成する光を、当該光の波長に応じた回折角、及び、当該入射側回折格子４２Ｄの入射面に対する入射角に応じた角度にて回折して、出射側導光体４１の他の面（例えば第２面４１２）に臨界角以上の角度にて入射されるように、当該光を反射させる。このような入射側回折格子４２Ｄにより反射された光は、出射側導光体４１内を繰り返し内面反射しつつ、Ｙ方向側に進行する。
【００８５】
出射側回折格子４３Ｄは、入射光の回折に関して上記入射側回折格子４２Ｄと同じ特性を有する反射型回折格子により構成され、第２面４１２のＹ方向側の領域と対向する位置に配置されている。詳述すると、出射側回折格子４３Ｄは、出射側導光体４１を挟んで出射面４１Ｂに対向する位置に配置されている。この出射側回折格子４３Ｄには、出射側導光体４１内をＹ方向側に進行して第２面４１２に入射された光の一部が入射される。そして、出射側回折格子４３Ｄは、波長及び当該出射側回折格子４３Ｄの入射面に対する入射角に応じて、入射された光を回折して反射させる。この出射側回折格子４３Ｄによって回折された光は、上記出射面４１Ｂの臨界角より小さな角度にて当該出射面４１Ｂに入射され、当該出射面４１Ｂから出射側導光装置４Ｄ、ひいては、虚像表示装置１Ｄの外部に出射される。
【００８６】
透過光量調整層４４は、第２面４１２と出射側回折格子４３Ｄとの間に配置される。この透過光量調整層４４は、上記透過光量調整層３４と同様に、入射される光のうち、一部の光を透過させて出射側回折格子４３Ｄに入射させるとともに、他の一部の光を、当該透過光量調整層４４に対する入射角と同じ角度にて反射させる。この透過光量調整層４４は、Ｙ方向に向かうに従って、入射される光の反射効率が低減される特性を有する。
方向調整層４５は、出射面４１Ｂに応じた位置で、当該出射面４１Ｂの光出射側に配置されている。この方向調整層４５は、上記中心光（表示光束により形成される画像の中心を形成する光）が、当該方向調整層４５の法線方向（出射面４１Ｂの法線方向）に沿って出射されるように、当該方向調整層４５を通過する全ての光の進行方向を調整する。
【００８７】
このような出射側導光装置４Ｄに入射面４１Ａを介して入射側導光装置３Ｄから入射された表示光束は、入射側回折格子４２Ｄによって回折されて反射され、内面反射を繰り返しつつ出射側導光体４１内をＹ方向に進行する。そして、第２面４１２に到達した表示光束のうち、一部の光は、透過光量調整層４４にて反射されて更にＹ方向に進行し、内面反射を繰り返して、再び第２面４１２に到達する。一方、第２面４１２に到達した表示光束のうち、他の光は、透過光量調整層４４を介して出射側回折格子４３Ｄに入射され、当該出射側回折格子４３Ｄによって回折されて反射される。この出射側回折格子４３Ｄによって反射された光は、当該第２面４１２とは反対側に位置する出射面４１ＢからＺ方向とは反対方向に出射され、これにより、当該光は、虚像表示装置１Ｄ外に出射される。この際、透過光量調整層４４は、Ｙ方向に向かうに従って反射効率が低減される特性を有することから、Ｙ方向において出射側回折格子４３Ｄに入射される光の光量は略同じとなる。これにより、出射側導光装置４Ｄから出射される光の光量、すなわち、虚像表示装置１Ｄから出射される光の光量を、Ｘ方向及びＹ方向において均一化できる。
【００８８】
［第４実施形態の効果］
以上説明した本実施形態に係る虚像表示装置１Ｄによれば、上記虚像表示装置１Ｂと同様の効果を奏することができる。
なお、上記虚像表示装置１Ｄでは、方向調整層４５は省略してもよい。一方、各回折格子３２Ｄ，３３Ｄ，４２Ｄ，４３Ｄに、上記回折効率の上昇特性を設定してもよい。更に、出射面３１Ｂ，４１Ｂに、内面反射を繰り返しつつ導光体３１，４１内を進行する光と、出射側回折格子３３Ｄ，４３Ｄによって回折された光とが、区別されて出射されるように、所定の光学特性を有する層を位置させてもよい。
【００８９】
［実施形態の変形］
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
上記各実施形態では、虚像表示装置１，１Ａ〜１Ｄは、投射装置２から出射された光をＸ方向に分散させて出射する入射側導光装置３，３Ａ，３Ｃ，３Ｄと、当該入射側導光装置３，３Ｃ，３Ｄから入射される光をＹ方向に分散させて出射する出射側導光装置４，４Ａ〜４Ｄと、を備える構成とした。しかしながら、本発明はこれに限らない。すなわち、虚像表示装置は、投射装置２と、入射側導光装置３，３Ａ，３Ｃ，３Ｄ及び出射側導光装置４，４Ａ〜４Ｄのいずれかとにより構成されていてもよい。
【００９０】
例えば、図４及び図５において示したように、入射側導光装置３は、投射装置２から入射される表示光束を、当該入射側導光装置３の長軸方向であるＸ方向に分散させて出射する。このため、当該入射側導光装置３による光の出射側で、かつ、Ｘ方向に沿ってそれぞれ設定された複数の観察位置のそれぞれに観察者が位置すれば、当該投射装置２から投射された表示光束により形成される画像を、虚像として視認できる。
この際、入射側導光装置３は、長軸方向がＸ方向に沿うように配置しなくてもよく、例えば、Ｙ方向に沿うように配置してもよい。
【００９１】
一方、図７において示したように、出射側導光装置４は、入射側導光装置３によってＸ方向に分散された光が入射され、当該光をＹ方向に分散させて出射する。このため、出射側導光装置４の入射側回折格子４２に上記表示光束を入射させれば、出射側導光装置４による光の出射側で、かつ、Ｙ方向に沿ってそれぞれ設定された複数の観察位置のそれぞれに位置する観察者が、当該投射装置２から投射された表示光束により形成される画像を虚像として視認できる。更に、当該入射側回折格子４２に対して互いに重ならないように同じ画像又はそれぞれ異なる画像を入射させれば、Ｘ方向においてそれぞれ異なる位置に設定された観察位置にて、それぞれ同じ画像や、異なる画像を虚像として視認できる。
【００９２】
上記第１〜第３実施形態では、入射側回折格子３２，４２は、入射側導光体３１，４１の入射面３１Ａ，４１Ａと対向する位置に配置され、出射側回折格子３３，４３は、出射面３１Ｂ，４１Ｂと対向する位置に配置された。そして、これら回折格子３２，３３，４２，４３は、透過型回折格子により構成した。また、上記第４実施形態では、入射側回折格子３２Ｄ，４２Ｄは、導光体３１，４１を挟んで入射面３１Ａ，４１Ａと対向する位置に配置され、出射側回折格子３３Ｄ，４３Ｄは、導光体３１，４１を挟んで出射面３１Ｂ，４１Ｂと対向する位置に配置された。そして、これら回折格子３２Ｄ，３３Ｄ，４２Ｄ，４３Ｄは、反射型回折格子により構成した。しかしながら、本発明はこれに限らない。すなわち、入射側導光装置及び出射側回折格子のそれぞれに採用される２つの回折格子のうち、一方が透過型回折格子により構成され、他方が反射型回折格子により構成されていてもよい。また、入射側導光装置及び出射側導光装置のうち、一方の導光装置が２つの透過型回折格子を有し、他方が２つの反射型回折格子を有する構成としてもよい。すなわち、各導光装置における回折格子の特性及び配置は、適宜変更可能である。
【００９３】
上記各実施形態では、入射側回折格子３２，３２Ｄ及び出射側回折格子３３，３３Ｄは、それぞれ同じ波長の光が入射された際の回折角が同じであるとし、入射側回折格子４２，４２Ｄ及び出射側回折格子４３，４３Ｄも同様であるとした。しかしながら、本発明はこれに限らない。すなわち、入射側回折格子３２，３２Ｄ及び出射側回折格子３３，３３Ｄのそれぞれの回折角は異なっていてもよく、入射側回折格子４２，４２Ｄ及び出射側回折格子４３，４３Ｄのそれぞれの回折角は異なっていてもよい。
上記各実施形態では、入射側導光体３１の出射面３１Ｂと、出射側導光体４１の入射面４１Ａとは、互いに対向する位置に配置されるとした。しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば、プリズムや他の導光部材を介して、出射面３１Ｂから出射された光を、入射面４１Ａに導く構成としてもよい。
【００９４】
上記第１〜第３実施形態では、観察者に向けて光を出射する出射側導光装置４に表示光束を導く入射側導光装置３は、入射側導光体３１の入射面３１Ａに表示光束を入射させる入射側回折格子３２と、当該入射側導光体３１の出射面３１Ｂから入射される表示光束を回折させる出射側回折格子３３と、を有するとした。また、上記第４実施形態では、観察者に向けて光を出射する出射側導光装置４Ｄに表示光束を導く入射側導光装置３Ｄは、入射側導光体３１内にて繰り返し内面反射させてＸ方向に進行させるように、入射面３１Ａを介して入射された表示光束を回折して反射させる入射側回折格子３２Ｄと、対向する出射面４１Ｂを介して外部に出射されるように、入射側導光体３１から入射される表示光束を回折する出射側回折格子３３Ｄと、を有するとした。しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば、入射側導光装置３，３Ａ，３Ｃ，３Ｄに代えて、回折格子３２，３３を設けずに、光の進行方向に対して傾斜して配置された複数の半透過層（ハーフミラー）が内部に形成され、当該複数の半透過層のそれぞれによって分離された光を上記出射側導光装置４の入射側回折格子４２に入射させる構成を採用してもよい。また、入射側導光装置３において、出射側回折格子３３に代えて、部分反射層を入射側導光体３１に形成してもよい。このような構成によっても、入射側導光体３１に入射された表示光束を内面反射させつつ、当該導光体３１の長軸方向（中心軸に沿う方向）に進行させて、当該部分反射層にて、表示光束を分散して出射できる。
【００９５】
上記第２実施形態では、出射側導光装置４Ｂを構成する出射側回折格子４３の光出射側に方向調整層４５を設けるとした。しかしながら、本発明はこれに限らない。すなわち、方向調整層４５は設けられていなくてもよい。一方、入射側導光装置に方向調整層４５を設ける構成としてもよい。この場合、出射面３１Ｂの光出射側（当該出射面３１Ｂの光出射側に出射側回折格子３３が配置されている場合には、当該出射側回折格子３３の光出射側）に、方向調整層４５を配置すればよい。
また、虚像表示装置１Ａでは、入射側導光装置３における入射側導光体３１の出射面３１Ｂと出射側回折格子３３との間、及び、出射側導光装置４における出射側導光体４１の出射面４１Ｂと出射側回折格子４３との間に、透過光量調整層３４，４４が配置された。また、虚像表示装置１Ｄでは、入射側導光装置３Ｄにおける入射側導光体３１の第２面３１２と出射側回折格子３３Ｄとの間、及び、出射側導光装置４Ｄにおける出射側導光体４１の第２面４１２と出射側回折格子４３Ｄとの間に、透過光量調整層３４，４４が配置された。しかしながら、本発明はこれに限らず、このような透過光量調整層３４，４４は、なくてもよい。
更に、出射側回折格子３３，４３は、当該回折格子３３，４３が設けられる導光体における光の進行方向に向かうに従って、入射光量に対する透過光量の割合が高くなる回折効率が上昇する特性を有するとした。しかしながら、本発明はこれに限らず、このような特性も有しない構成としてもよい。
【００９６】
上記各実施形態では、投射装置２を構成する光源装置２１は、赤、緑及び青に分類され、それぞれ１０ｎｍ以上の波長幅を有する色光を含む光束を出射するとした。しかしながら、本発明はこれに限らない。すなわち、当該光束に含まれる色光は、赤、緑及び青の色光に限定されず、他の色光に分類される光が含まれていてもよく、１０ｎｍ以上の波長幅を有する色光であれば、単色の表示光束（１つの色に分類される色光により構成される表示光束）を投射装置２が投射する構成であってもよい。また、上記入射側回折格子３２，３２Ｄ，４２，４２Ｄにより分離されて、出射側回折格子３３，３３Ｄ，４３，４３Ｄにて分散して出射可能であれば、光源装置２１により出射され、ひいては、入射側導光装置３，３Ｄ及び出射側導光装置４，４Ｄに入射される光の波長幅は１０ｎｍ以下であってもよく、単色の光であってもよい。
【００９７】
上記各実施形態では、入射側導光体３１及び出射側導光体４１は、ガラス及び樹脂等の透光性部材により略四角柱状及び矩形板状に形成されるとした。すなわち、各導光体３１，４１は、中実体であるとした。しかしながら、本発明はこれに限らない。すなわち、入射側導光体３１及び出射側導光体４１の少なくともいずれかが中空体であってもよい。
【００９８】
上記各実施形態では、出射側導光体４１の第１面４１１に、光を出射する出射面４１Ｂが設定されていた。しかしながら、本発明はこれに限らない。すなわち、入射側導光装置３，３Ａ，３Ｃ，３Ｄ及び出射側導光装置４，４Ａ〜４Ｄにおいて光を出射する面は、どの面でもよい。例えば、第２面４１２に出射面４１Ｂを設定してもよく、更には、第１面４１１及び第２面４１２のそれぞれに出射面４１Ｂを設定する等、複数の面に出射面３１Ｂ，４１Ｂを設定してもよい。
【００９９】
上記第１、第２及び第４実施形態では、入射側導光体３１の入射面３１Ａを第１面３１１に設定し、上記第３実施形態では、当該入射面３１Ａを、第３面３１３に設定した。また、上記第１、第２及び第４実施形態では、出射側導光体４１の入射面４１Ａを第２面４１２に設定し、上記第３実施形態では、当該入射面４１Ａを、第４面４１４に設定した。しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば、入射側導光体３１の入射面３１Ａを第２面３１２に設定し、第１面３１１の全面に出射面３１Ｂを設定してもよい。また、上記出射側導光装置４Ｃのように、出射側導光体４１の第４面４１４に入射面４１Ａを設定し、第１面４１１全体を出射面４１Ｂとしてもよい。
すなわち、各導光体３１，４１における入射面３１Ａ，４１Ａ及び出射面３１Ｂ，４１Ｂの位置は、適宜設定可能である。
【０１００】
上記各実施形態では、虚像表示装置１，１Ａ〜１Ｄは、観察者に視認される画像を形成する表示光束を投射する投射装置２を備えるとした。しかしながら、本発明はこれに限らない。すなわち、投射装置２が別途装着されてスクリーンとして機能する虚像表示装置として構成してもよい。
【符号の説明】
【０１０１】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…虚像表示装置、３１…入射側導光体（第２導光体）、３１Ａ…入射面（第２入射面）、３１Ｂ…出射面（第２出射面）、３２，３２Ｄ…入射側回折格子（第２入射側回折格子）、３３，３３Ｄ…出射側回折格子（第２出射側回折格子）、３４…透過光量調整層、４１…出射側導光体（第１導光体）、４１Ａ…入射面（第１入射面）、４１Ｂ…出射面（第１出射面）、４２，４２Ｄ…入射側回折格子（第１入射側回折格子）、４３，４３Ｄ…出射側回折格子（第１出射側回折格子）、４４…透過光量調整層、４５…方向調整層。
【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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