JPWO2016051439A1

JPWO2016051439A1 - 表示装置

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Publication number: JPWO2016051439A1
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Inventors: 敢人宮崎; 智史渡部; 松本　浩司; 浩司松本
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Abstract

小型化・薄型化が容易にできて、画像内における輝度ムラを低減できる表示装置を提供する。画像光を無限遠に投影する投影光学系１１と、投影光学系１１からの画像光を順次一方向に拡大する第１の伝播光学系２１、第２の伝播光学系２２及び第３の伝播光学系２３と、を備え、第３の伝播光学系２３から射出される画像光により画像を観察可能とする。

Description

本発明は、射出瞳を拡大して画像を投影する表示装置に関するものである。

かかる表示装置として、例えば投影光学系の射出瞳を任意の１方向に拡大する２つの光学素子を互いに直交するように配置して、射出瞳を２次元状に拡大する表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−０６１４８０号公報

特許文献１に開示のような表示装置においては、投影光学系の射出瞳を観察者の瞳孔径よりも大きくして、投影される画像内の輝度ムラを低減することが望まれる。しかしながら、投影光学系の射出瞳を大きくすると、投影光学系が大型化して装置の小型化・薄型化が困難になることが懸念される。

本発明は、かかる観点に鑑みてなされたもので、小型化・薄型化が容易にできて、画像内における輝度ムラを低減できる表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る表示装置は、
画像光を無限遠に投影する投影光学系と、
該投影光学系からの前記画像光を順次一方向に拡大する第１の伝播光学系、第２の伝播光学系及び第３の伝播光学系と、を備え、
前記第３の伝播光学系から射出される前記画像光により画像を観察可能としたものである。

前記第１の伝播光学系、前記第２の伝播光学系及び前記第３の伝播光学系の各々は、
入射される前記画像光を対向する２面間で繰返し反射させながら導光する導光部と、
該導光部内を導光する前記画像光の一部を前記２面のうちの一方の面から順次射出させて前記画像光を拡大する出力偏向部と、を備え、
少なくとも前記第２の伝播光学系による光束拡大方向は、前記第１の伝播光学系及び前記第３の伝播光学系によるそれぞれの光束拡大方向と交差するとよい。

前記第１の伝播光学系、前記第２の伝播光学系及び前記第３の伝播光学系の少なくとも一つの前記出力偏向部は、前記画像光の導光方向に沿って前記導光部の前記２面間に傾斜して配列された複数のビームスプリット膜を有し、該ビームスプリット膜で一部反射される前記画像光を前記一方の面から射出させるとよい。

前記第１の伝播光学系、前記第２の伝播光学系及び前記第３の伝播光学系の少なくとも一つの前記出力偏向部は、前記導光部の前記２面のうちの他方の面側に配置されたビームスプリット膜及びプリズムアレイを備え、前記ビームスプリット膜を透過して前記プリズムアレイで反射される前記画像光を、前記ビームスプリット膜及び前記導光部を透過させて前記一方の面から射出させてもよい。

前記第１の伝播光学系、前記第２の伝播光学系及び前記第３の伝播光学系の少なくとも一つの前記出力偏向部は、前記導光部の前記２面のうちの他方の面側に配置されたビームスプリット膜及びグレーティングを備え、前記ビームスプリット膜を透過して前記グレーティングで回折される前記画像光を、前記ビームスプリット膜及び前記導光部を透過させて前記一方の面から射出させてもよい。

前記投影光学系は、前記第３の伝播光学系における前記画像光の射出面とほぼ平行に延在して配置されているとよい。

本発明に係る表示装置によれば、小型化・薄型化が容易にできて、画像内における輝度ムラを低減することが可能となる。

第１実施の形態に係る表示装置の概略構成を示す斜視図である。図１ＡのＢ矢視図である。図１の瞳拡大光学系の分解斜視図である。第１の伝播光学系の説明図である。第２の伝播光学系の説明図である。第３の伝播光学系の説明図である。瞳拡大光学系の寸法例の説明図である。ビームスプリット膜の反射率特性の一例を示す図である。第２の出力偏向部に出射可能な光線の角度の説明図である。第２の入力偏向部の傾斜面への最小入射角度の光束及び最大入射角度の光束の入力側接合面における透過領域を示す図である。第３の入力偏向部の傾斜面への最小入射角度の光束及び最大入射角度の光束の入力側接合面における透過領域を示す図である。物体高に応じたｙ方向の角度成分を有する光束の第２の導光部による伝播の軌跡をｚ方向に垂直な平面に射影した図である。第２の導光部内でｘ方向に伝播される光束の説明図である。第２の入力偏向部、第２の出力偏向部及び第３の入力偏向部の大きさを説明するための図である。第２実施の形態に係る表示装置における第１の伝播光学系の概略構成を示す図である。入射角により薄膜の分光曲線が波長方向に沿ってシフトする性質を説明するための図である。ビームスプリット膜の入射領域からの距離に応じた透過率特性を示す図である。第２の入力偏向部及び第２の出力偏向部の界面に塗料層を有しない場合の光の軌跡の説明図である。ビームスプリット膜が射出領域の端部に形成されない場合の光の軌跡の説明図である。第３実施の形態に係る表示装置における第１の伝播光学系の概略構成を示す図である。第４実施の形態に係る表示装置の概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施の形態）
図１Ａは、本発明の第１実施の形態に係る表示装置の概略構成を示す斜視図である。図１Ｂは、図１ＡのＢ矢視図である。本実施の形態に係る表示装置１０は、投影光学系１１及び瞳拡大光学系１２を含んで構成される。以下の説明では、便宜上、図１Ｂに示すように、瞳拡大光学系１２の近傍における紙面内左右方向をｙ方向、紙面内上下方向をｚ方向、紙面垂直方向をｘ方向とする。ｙ方向、ｚ方向及びｘ方向は、互いに直交する。

投影光学系１１は、任意の画像に対応する画像光を無限遠に投影する。瞳拡大光学系１２は、投影光学系１１の射出瞳を拡大して、投影する画像光を射出する。これにより、観察者は、瞳拡大光学系１２の画像光の射出面である投影領域ＰＡ内の任意の位置に目を合わせることにより、画像を観察することが可能となる。

投影光学系１１は、光源部１３、光束拡大・拡散素子１４、透過型のカラー液晶表示素子１５（以下、単にＬＣＤパネル１５と称する）、投影部１６、及び折り返しミラー１７を含んで構成される。

光源部１３は、例えば赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光及び青色（Ｂ）光のレーザ光を射出する３つのレーザ光源を有し、これらレーザ光源からのレーザ光を、光軸を合わせて射出する。Ｒ光、Ｇ光及びＢ光の波長は、例えばＲ：６４０ｎｍ、Ｂ：５２０ｎｍ、Ｂ：４５０ｎｍである。

光束拡大・拡散素子１４は、入射するレーザ光を拡大・拡散して射出する。

ＬＣＤパネル１５は、例えばｘ方向に５．６ｍｍ、ｙ方向に４．５ｍｍの長さを有する矩形である。ＬＣＤパネル１５は、表示装置１０で表示すべき任意の画像を形成し、光束拡大・拡散素子１４により均一照明される光源部１３からのレーザ光を画像に応じて透過することにより、レーザ光を空間変調して画像光を生成する。

投影部１６は、射出瞳径が例えば５ｍｍ〜１０ｍｍであり、ＬＣＤパネル１５により空間変調された画像光を無限遠に投影する。一例として、投影部１６は、焦点距離が２８．８ｍｍ、Ｆナンバーが４、射出瞳径が７ｍｍで構成される。なお、投影部１６は、ＬＣＤパネル１５の各画素のｘ方向及びｙ方向の位置、すなわち光軸からの物体高に応じたｘ方向及びｙ方向の角度成分を有する平行光束の群を画像光として射出する。例えば、投影部１６は、ｘ方向に±４．６°、ｙ方向に±５．７°の角度範囲で画像光を射出する。投影部１６が投影する画像光は、折り返しミラー１７で反射されて瞳拡大光学系１２に入射する。

次に、瞳拡大光学系１２の構成について、図２に示す分解斜視図を参照して説明する。瞳拡大光学系１２は、第１の伝播光学系２１、第２の伝播光学系２２及び第３の伝播光学系２３を含んで構成される。

第１の伝播光学系２１は、後述する導光部の入射領域と投影部１６の射出瞳とが合わさるように配置され、投影される射出瞳をｙ方向にＥｙ１の領域に亘って拡大して射出する。第２の伝播光学系２２は、第１の伝播光学系２１によりｙ方向に拡大された射出瞳をｘ方向にＥｘの領域に亘って拡大して射出する。第３の伝播光学系２３は、第２の伝播光学系２２によりｘ方向に拡大された射出瞳をさらにｙ方向にＥｙ２の領域に亘って拡大して、画像光の射出面である投影領域ＰＡから射出する。これにより、観察者は、投影領域ＰＡ内の任意の位置に目を合わせることにより画像を観察することが可能となる。

図１Ａ及び図１Ｂに示したように、本実施の形態において、投影光学系１１は、瞳拡大光学系１２の投影領域ＰＡを形成する第３の伝播光学系２３の画像光の射出面とほぼ平行に延在して配置される。したがって、表示装置１０の小型化・薄型化が容易に可能となる。

次に、図３を参照して、第１の伝播光学系２１の構成及び射出瞳の拡大機能について説明する。第１の伝播光学系２１は、第１の導光部２５、第１の入力偏向部２６及び第１の出力偏向部２７を含んで構成される。第１の導光部２５は、互いに平行且つ対向する第１の平面Ｓ１１及び第２の平面Ｓ１２を有する全体として透過性を有する平行平板状に形成される。

第１の入力偏向部２６は、例えば石英からなるプリズムであり、平面状の入力側接合面Ｓ１３及び入力側接合面Ｓ１３に対して傾斜した傾斜面Ｓ１４を有する。傾斜面Ｓ１４は、アルミが蒸着されて反射膜として機能する。第１の入力偏向部２６は、入力側接合面Ｓ１３が透明接着剤により第１の導光部２５の一端部の第１の平面Ｓ１１に接合される。なお、第１の入力偏向部２６は、第１の導光部２５の他端部側の端面Ｅ１が黒色に色付けられ、該端面Ｅ１に入射する光束を反射すること無く吸収する。

第１の出力偏向部２７は、導光部２５の入力偏向部２６の接合部を除く領域に、画像光の導光方向に沿って第１の平面Ｓ１１と第２の平面Ｓ１２との間に、第１の平面Ｓ１１及び第２の平面Ｓ１２に対して所定角度（本実施の形態では、５５°）傾斜して配列された複数のビームスプリット膜２８で構成される。実際には、第１の導光部２５及び第１の出力偏向部２７は、傾斜面を有する例えば石英からなる透明部材を、ビームスプリット膜２８を介して順次積層して、第１の平面Ｓ１１及び第２の平面Ｓ１２を有する平行平板状に形成することで構成される。第１の導光部２５の第２の平面Ｓ１２には、必要に応じて、垂直な方向から入射する画像光の反射を抑制する反射防止膜が形成される。以下、第１の伝播光学系２１の長手方向（図３におけるｙ方向）において、第１の入力偏向部２６が設けられる領域を入射領域、第１の出力偏向部２７が設けられる領域を射出領域と呼ぶ。

なお、第１の入力偏向部２７は、第１の導光部２５と同一の材質で形成することにより、入力側接合面Ｓ１３及び第１の平面Ｓ１１間の界面における反射を理想的に低減化することが可能となる。

第１の伝播光学系２１は、投影光学系１１の光軸に平行な光束Ｌｘが、第２の平面Ｓ１２における入射領域に外部から垂直に入射するように配置される。入射領域に垂直に入射した光束Ｌｘは、第１の導光部２５から第１の入力偏向部２６に入射し、傾斜面Ｓ１４により斜方に反射される。斜方に反射された光束Ｌｘは、第１の導光部２５の第１の平面Ｓ１１を透過して第２の平面Ｓ１２に入射する。第１の入力偏向部２６の入力側接合面Ｓ１３に対する傾斜面Ｓ１４のなす頂角は、傾斜面Ｓ１４で反射されて第２の平面Ｓ１２に入射する光束Ｌｘが全反射するように定められる。

したがって、第１の導光部２５内部での第２の平面Ｓ１２に対する入射角度θは、臨界角を超える、すなわちθ＞ｓｉｎ^-1（１／ｎ）（ｎは導光部２５の屈折率）であることが必要である。第１の導光部２５が例えば石英によって形成される場合、臨界角は４３．６°である。

投影光学系１１から垂直に入射する物体高の光束に関して、第１の導光部２５内での第２の平面Ｓ１２への入射角度θは、第１の入力偏向部２６の入力側接合面Ｓ１３に対する傾斜面Ｓ１４の傾斜角度の倍角なので、傾斜角度は２１．８°以上であることが必要である。本実施の形態では、当該傾斜角度は、例えば、２５．８°である。

ここで、ＬＣＤパネル１５のサイズと、投影部１６の焦点距離とに基づいて、第２の平面Ｓ１２の入射領域に入射する光線の角度を制限可能である。例えば、入射する光線の角度を、空気側でｘ方向に±４．６°、ｙ方向に±５．７°、石英により形成された第１の導光部２５の媒質中でｘ方向に±３．１°、ｙ方向に±３．９°の範囲内に制限することが可能である。このような角度に制限することにより、第１の伝播光学系２１において、全ての物体高に応じた画像光の光束を、導光部２５内で第２の平面Ｓ１２において全反射させることが可能となる。

第１の入力偏向部２６の傾斜面Ｓ１４で反射された光束（画像光）Ｌｘは、第１の導光部２５の内部で第２の平面Ｓ１２の射出領域に斜方から入射する。斜方から入射した光束Ｌｘは、第２の平面Ｓ１２に臨界角を超える角度で入射して全反射される。全反射された光束Ｌｘは、ビームスプリット膜２８に斜方から入射して、入射角に応じた光量が反射され、残りの光量が透過する。ビームスプリット膜２８を透過した光束Ｌｘは、第１の平面Ｓ１１に臨界角を超える角度で入射し、全反射される。以後、ビームスプリット膜２８における一部透過と、第２の平面Ｓ１２及び第１の平面Ｓ１１における全反射とを繰返しながら、光束Ｌｘは導光部２５のｘ方向に伝播される。そして、ビームスプリット膜２８で反射される光束のうち、第２の平面Ｓ１２に臨界角未満で入射する光束が、当該第２の平面Ｓ１２を透過して射出される。

第２の伝播光学系２２は、図４に部分詳細図を示すように、第２の導光部３５、第２の入力偏向部３６及び第２の出力偏向部３７を含んで、第１の伝播光学系２１と同様に構成される。第３の伝播光学系２３は、図５に部分詳細図を示すように、第３の導光部４５、第３の入力偏向部４６及び第３の出力偏向部４７を含んで、第１の伝播光学系２１と同様に構成される。なお、第１の伝播光学系２１と第２の伝播光学系２２との間、第２の伝播光学系２２と第３の伝播光学系２３との間には、後段の伝播光学系に入射される画像光の偏光を調整する１／２波長板が配置されてもよい。

第２の伝播光学系２２は、第１の伝播光学系２１から射出される画像光を入射して、ｘ方向に導光しながら射出するように配置される。第３の伝播光学系２３は、第２の伝播光学系２２から射出される画像光を入射して、ｙ方向に導光しながら射出するように配置される。これにより、投影部１６の射出瞳は、第１の伝播光学系２１でｙ方向に拡大され、第２の伝播光学系２２でｘ方向に拡大され、さらに第３の伝播光学系２３でｙ方向に拡大されて、投影領域ＰＡから画像光が射出される。

図６は、瞳拡大光学系１２の寸法例を示す図である。第１の伝播光学系２１は、ｙ方向の寸法Ｗｙ１が例えば２７ｍｍであり、ｘ方向の寸法Ｗｘ１が例えば１０ｍｍである。第２の伝播光学系２２は、ｙ方向の寸法Ｗｙ２が例えば２０ｍｍであり、ｘ方向の寸法Ｗｘ２が例えば６０ｍｍである。第３の伝播光学系２３は、ｙ方向の寸法Ｗｙ３が例えば１２０ｍｍであり、ｘ方向の寸法Ｗｘ３が例えば５０ｍｍである。第１の伝播光学系２１の射出領域のｙ方向の長さは、第２の伝播光学系２２のｙ方向の寸法Ｗｙ２とほぼ等しい。第２の伝播光学系２２の射出領域のｘ方向の長さは、第３の伝播光学系２３のｘ方向の寸法Ｗｘ３とほぼ等しい。

また、第１の伝播光学系２１、第２の伝播光学系２２及び第３の伝播光学系２３において、各導光部の厚さ、すなわち第１の平面と第２の平面との間隔は、例えば２ｍｍである。また、第１の伝播光学系２１、第２の伝播光学系２２及び第３の伝播光学系２３の各々において、ビームスプリット膜２８は、例えば１．４ｍｍ間隔で設けられる。したがって、ビームスプリット膜２８は、第１の伝播光学系２１についてはｙ方向に例えば１５層設けられ、第２の伝播光学系２２についてはｘ方向に例えば３９層設けられ、第３の伝播光学系２３についてはｙ方向に例えば７２層設けられる。

ここで、ビームスプリット膜２８は、各導光部において、入射領域から導光方向に離れるほど反射率が増加するとよい。本実施の形態においては、ビームスプリット膜２８の膜タイプを、表１に示す反射率を有するＢＳ膜タイプＡ〜Ｈとするとき、第１の伝播光学系２１は、表２に示すようにＢＳ膜タイプＣ及びＤの２種類のビームスプリット膜２８を含んで構成される。第２の伝播光学系２２は、表３に示すようにＢＳ膜タイプＡ、Ｂ、Ｃ及びＤの４種類のビームスプリット膜２８を含んで構成される。第３の伝播光学系２３は、表４に示すようにＢＳ膜タイプＥ、Ｆ、Ｇ及びＨの４種類のビームスプリット膜２８を含んで構成される。なお、表１の反射率は、入射角５５°及び１５°の場合の波長５２０ｎｍの光の反射率を示している。また、表２、表３及び表４において、ＢＳ膜番号は、画像光の入射側からの順番を示している。

図７は、ＢＳ膜タイプＡのビームスプリット膜２８の反射率特性の一例を示す。図７には、入射角５５°と、５５°±６°の入射角６１°及び４９°と、入射角１５°と、１５°±６°の入射角２１°及び９°との反射率特性を示している。ここで、入射角５５°、６１°及び４９°の光は、ビームスプリット膜２８に入射後、主に反射して導光部の外に取り出される光である。入射角１５°、２１°及び９°の光は、ビームスプリット膜２８に入射後、主にビームスプリット膜２８を透過して導光部の先端に向かって伝播される光である。

次に、第２の伝播光学系２２の第２の入力偏向部３６のサイズについて、図４、図８及び図９を参照して説明する。第２の伝播光学系２２によりｘ方向にコピーされる射出瞳には、射出領域内の観察位置及び物体高に応じた画像光の角度によっては輝度ムラが生じ得る。輝度ムラを低減化するためには、第２の入力偏向部３６で反射されて第２の導光部３５に入射される画像光によって第２の出力偏向部３７が満たされることが好ましい。

図４に示すように、第２の入力偏向部３６で反射されて第２の出力偏向部３７に入射する光線は、第２の入力偏向部３６で反射されて第２の導光部３５の第１の平面Ｓ２１に入射する光線の中で、第２の入力偏向部３６の端面Ｅ１よりも第２の入力偏向部３６よりに入射するｘ方向に沿った光線である。ここで、第２の入力偏向部３６で反射されて第１の平面Ｓ２１に入射する光線の中で、最も端面Ｅ１よりの光線を第１の光線ｂ１とする。

また、第２の入力偏向部３６で反射され、さらに第２の導光部３５の第２の平面Ｓ２２で全反射されて第２の出力偏向部３７に到達する光線は、第２の平面Ｓ２２での全反射後に第２の入力偏向部３６の端部Ｅ１よりも第２の出力偏向部３７側に到達するｘ方向に沿った光線である。ここで、第２の入力偏向部３６及び第２の導光部３５の第２の平面Ｓ２２で順次全反射されて第２の出力偏向部３７に到達する光線の中で、最も端面Ｅ１から離れた光線を第２の光線ｂ２とする。

第２の平面Ｓ２２において、第１の光線ｂ１及び第２の光線ｂ２の軌跡に囲まれる領域のｘ方向の幅Ｄｘは、（１）式によって与えられる。

（１）式において、θｖ１_y0は、ｙ方向の物体高がゼロである光束の第２の導光部３５内での第２の平面Ｓ２２への入射角度である。また、Ｔ１は、第２の導光部３５の厚さ、すなわちｚ方向の長さである。

また、第２の入力偏向部３６の入力側接合面Ｓ２３において、入射角度θｖ１_y0の光束に含まれる第１の光線ｂ１及び第２の光線ｂ２の軌跡に囲まれる領域のｘ方向の幅Ｂｘｘ（図８参照）は、（２）式によって与えられる。

入射角度θｖ１_y0は、ＬＣＤパネル１５のｘ方向の位置により、第１の伝播光学系２１を経て入射する物体高に応じて変動する。ここで、図８において、第２の入力偏向部３６の傾斜面Ｓ２４への入射角が最小となる入力側接合面Ｓ２３への入射角度θｖ１ｍ_y0の光束に含まれる第１の光線ｂ１及び第２の光線ｂ２の軌跡に囲まれる領域を、図９に示すように第１の領域Ａ１とする。また、第２の入力偏向部３６の傾斜面Ｓ２４への入射角が最大となる入力側接合面Ｓ２３への入射角度θｖ１Ｍ_y0の光束に含まれる第１の光線ｂ１及び第２の光線ｂ２の軌跡に囲まれる領域を、第２の領域Ａ２とする。

輝度ムラの低減化を図るためには、第１の領域Ａ１から第２の領域Ａ２までを画像光の光束で満たすことが好ましい。このような条件を満たすためには、第１の領域Ａ１及び第２の領域Ａ２を含むより広い領域Ａ３に対向する傾斜面Ｓ１４を有し、且つ第１の領域Ａ１及び第２の領域Ａ２の全体に射出瞳を投影することが望ましい。

なお、第１の伝播光学系２１は、図９に示した領域Ａ３を画像光で満たすように投影部１６の射出瞳をｙ方向に拡大して、画像光を第２の伝播光学系２２に入射させる。

次に、第３の伝播光学系２３の第３の入力偏向部４６のサイズについて、図５及び図１０を参照して説明する。第３の伝播光学系２３によりｙ方向にコピーされる射出瞳には、第３の導光部４５の第２の平面Ｓ３２の射出領域（投影領域ＰＡ）内の観察位置及び物体高に応じた画像光の角度によっては輝度ムラが生じ得る。輝度ムラを低減化するためには、第２の伝播光学系２２と同様に、第３の入力偏向部４６で反射されて第３の導光部４５に入射される画像光によって第３の出力偏向部４７が満たされることが好ましい。

第２の伝播光学系２２の場合と同様、図５において、第３の入力偏向部４６の傾斜面Ｓ３４への入射角が最小となる入力側接合面Ｓ３３へのｙ方向に沿った入射角度θｈ２ｍ_x0の光束に含まれる第１の光線ｂ３及び第２の光線ｂ４の軌跡に囲まれる領域を、図１０に示すように第１の領域Ａ４とする。また、第３の入力偏向部４６の傾斜面Ｓ３４への入射角が最大となる入力側接合面Ｓ３３への入射角度θｈ２Ｍ_x0の光束に含まれる第１の光線ｂ３及び第２の光線ｂ４の軌跡に囲まれる領域を、第２の領域Ａ５とする。

輝度ムラの低減化を図るためには、第１の領域Ａ４から第２の領域Ａ５までを画像光の光束で満たすことが好ましい。このような条件を満たすためには、第１の領域Ａ４及び第２の領域Ａ５を含むより広い領域Ａ６に対向する傾斜面Ｓ１４を有し、且つ第１の領域Ａ４及び第２の領域Ａ５全体に射出瞳を投影することが望ましい。

第１の伝播光学系２１、第２の伝播光学系２２及び第３の伝播光学系２３は、第１の領域Ａ４及び第２の領域Ａ５の全体に射出瞳を投影するため、第１の導光部２５のｙ方向の長さ及び第２の導光部３５のｙ方向の長さが、第３の入力偏向部４６のｙ方向の長さより大きくなるように形成される。なお、第３の入力偏向部４６のｙ方向の長さとは、当該第３の入力偏向部４６の傾斜面Ｓ３４のｙ方向に沿った長さである。

さらに、第１の領域Ａ４及び第２の領域Ａ５の全体に射出瞳を投影するために、以下の条件を満たすように、第１の伝播光学系２１、第２の伝播光学系２２及び第３の伝播光学系２３は形成される。

ＬＣＤパネル１５において光軸からｙ方向にずれた画素に対応する光束、すなわち物体高に応じたｙ方向の角度成分を有する平行光束が、第１の伝播光学系２１を経て第２の伝播光学系２２に入射すると、図１１に示すように、当該光束はｘ方向から当該角度成分に対応する角度だけ傾斜させた方向に伝播されながら、射出領域から第３の伝播光学系２３に射出される。そのため、第２の導光部３５の第２の出力偏向部３７側の端部Ｅ２に平行光束が到達するとき、射出領域の一部の領域Ａ７からは当該光束は射出されない。それゆえ、第３の伝播光学系２３において、第３の入力偏向部４６の入力側接合面Ｓ３３の第１の領域Ａ４及び第２の領域Ａ５の全体に射出瞳を投影するには、図１１において第２の伝播光学系２２の端部Ｅ２に到達した平行光束が、第３の伝播光学系２３の第３の入力偏向部４６の入力側接合面Ｓ３３の第１の領域Ａ４及び第２の領域Ａ５の全体に重なることが必要である。両者が重なる条件について、以下に説明する。

図１２に示すように、第２の伝播光学系２２において、第１の伝播光学系２１を経て物体高に応じたｙ方向の角度成分を有する平行光束が入射した場合の、当該光束の重心の第２の平面Ｓ２２への射影と、ｘ方向に平行な直線とのなす角をφとすると、当該光束が端部Ｅ２に到達したときのｙ方向に沿ったシフト量Ｓは（３）式により算出される。

第２の導光部３５は前述のように平行平板状に形成されているため、ｘ方向及びｙ方向の伝播角度は第２の導光部３５内で保存される。それゆえ、図１２において、第２の導光部３５内で反射によって折り返された線分ＬＳ１を、擬似的に直線状に延ばして、ｘ方向における伝播位置に対するｙ方向のシフト量を算出可能である。そこで、シフト量Ｓと、物体高に応じた画像光の角度との関係をより平易にするために、第２の導光部３５内の反射によりｘ方向に伝播される光線の軌跡を直線状に延ばして、説明する。

物体高に応じたｙ方向の角度成分を有する平行光束の重心となる光線は、第２の入力偏向部３６から第２の導光部３５内に入射した始点ＳＰを通り、端部Ｅ２に到達するまでの光線を直線状に延ばした軌跡は、終点ＥＰ到達する。終点ＥＰからｘ方向の逆側に向かって延び、長さがＷｘ３である直線Ｌ１を１つの辺とし、軌跡の始点ＳＰ及び終点ＥＰを１つの辺とする直角三角形ＲＴ１の始点ＳＰにおける頂角θｖ１は、（４）式を満たす。

（４）式において、θは、画像光における物体高に応じたｙ方向の角度成分の第２の導光部３５内における入射角のｙ方向の角度成分と第２の入力偏向部３６の傾斜面Ｓ１４の法線とのなす角度である。また、φは、画像光における物体高に応じたｙ方向の角度成分の第２の導光部３５内における入射角のｙ方向の角度成分とｚ方向に平行な直線とのなす角である。φが小さい範囲においては、ｃｏｓφは１に近似されるので、θｖ１はθに近似される。

また、終点ＥＰからｙ方向に向かって延び、長さがＳである直線Ｌ２を１つの辺とし、軌跡の始点ＳＰ及び終点ＥＰを１つの辺とする直角三角形ＲＴ２の始点ＳＰにおける頂角θｈ１は、画像光における物体高に応じたｘ方向の角度成分の第２の導光部３５内における入射角のｘ方向成分である。

始点ＳＰと終点ＥＰとを結んだ線分を、

とすると、第２の導光部３５の射出領域のｘ方向の長さＷｘ３は、（５）式により算出される。また、シフト量Ｓは、（６）式により算出される。

したがって、（３）式におけるｔａｎφ（＝Ｓ／Ｗｘ１）を（５）、（６）式により算出すると、（７）式が得られる。

（７）式から、シフト量Ｓは画像光の物体高に応じた角度に依存し、θｖ１が小さいほど、及び／又はθｈ１が大きいほど、大きくなる。したがって、ＬＣＤパネル１５及び第１の伝播光学系２１の構成により定まるθｖ１の最小値をθｖ１ｍ、θｈ１の最大値をθｈ１Ｍとすると、最大のシフト量ＳＭは、（８）式により算出される。

図１３に示すように、第２の伝播光学系２２の第２の入力偏向部３６から第２の導光部３５に射出される平行光束は、第２の出力偏向部３７側の端部Ｅ２においてｙ方向に沿った両方向に最大でＳＭの大きさでシフトする。したがって、第２の入力偏向部３６に入射する射出瞳のｙ方向の光束幅をＰｙ、第３の伝播光学系２３の第３の入力偏向部４６の入力側接合面Ｓ３３に入射させる光束を満たすべき領域のｙ方向の幅をＢｙｙとすると、第３の伝播光学系２３の射出領域において観察する画像光の輝度ムラを低減させるためには、（９）式を満たすことが好ましい。

また、第２の伝播光学系２２のｙ方向の長さＷｙ２は、ｙ方向の光束幅Ｐｙである光束の全領域を受光するために、（１０）式を満たすことが求められる。

Ｂｙｙは、第２の伝播光学系２２におけるＢｘｘと同様に、（１１）式により算出される。

（１０）式に、（８）式及び（１１）式を代入すると、（１２）式が得られる。

（１２）式を満たすように、第１の入力偏向部２５及び第２の入力偏向部３５のサイズを設計し、形成することにより、第３の伝播光学系２３における第２の平面Ｓ３２の射出領域内の観察位置及び物体高に応じた画像光の角度による輝度ムラを低減することが可能となる。

本実施の形態に係る表示装置１０によれば、投影光学系１１の射出瞳が第１の伝播光学系２１によりｙ方向に拡大される。したがって、例えばレンチキュラレンズやシリンドリカルレンズ等を用いてｘ方向よりもｙ方向の光束幅が長い矩形の画像光を得る場合に比べて、投影光学系１１の小型化が図れ、表示装置１０の小型化・薄型化が容易にできる。また、第１の伝播光学系２１によりｙ方向に拡大されて射出される画像光のｙ方向の光束幅、及び第１の伝播光学系２１からの画像光が入射される第２の伝播光学系２２の第２の導光部３５のｙ方向の長さが、第３の伝播光学系２３の第３の入力偏向部４６のｙ方向の長さより大きい。したがって、第３の伝播光学系２３から観察される画像光における輝度ムラを低減することが可能となる。また、第２の伝播光学系２２による光束拡大方向が、第１の伝播光学系２１及び第３の伝播光学系２３によるそれぞれの光束拡大方向と直交しているので、投影光学系１１の射出瞳を効率よく拡大することが可能となる。また、投影光学系１１は、第３の伝播光学系２３における画像光の射出面とほぼ平行に延在して配置されているので、表示装置１０をより小型化・薄型化することが可能となる。

また、第１の伝播光学系２１、第２の伝播光学系２２及び第３の伝播光学系２３は、（１２）式を満たすように構成されているので、第３の伝播光学系２３から観察される画像光における輝度ムラをさらに低減することが可能となる。

（第２実施の形態）
本発明の第２実施の形態においては、第１実施の形態に係る表示装置１０において、第１の伝播光学系２１、第２の伝播光学系２２及び第３の伝播光学系２３を構成する第１の出力偏向部２７、第２の出力偏向部３７及び第３の出力偏向部４７の各々が、ビームスプリット膜及びプリズムアレイを有して構成される点が主として異なる。

図１４は、第２実施の形態に係る表示装置における第１の伝播光学系２１の概略構成を示す図である。図１４において、第１の導光部２５は、互いに平行且つ対向する第１の平面Ｓ１１及び第２の平面Ｓ１２を有する透過性を有する平行平板状の例えば石英からなり、ｙ方向に延在する。第１の出力偏向部２７は、第１の導光部２５の第１の平面Ｓ１１上で、第１の入力偏向部２６が接合された領域を除く領域に接合される。

第１の出力偏向部２７は、ビームスプリット膜５１と、出力側接合面Ｓ１５及び三角プリズムアレイが形成された三角プリズムアレイ面Ｓ１６を板面とする透過性を有する板状透明部材５２とを含む。ビームスプリット膜５１は、例えば第１の導光部２５の第１の平面Ｓ１１上に蒸着により形成される。第１の導光部２５が石英からなる場合は、ビームスプリット膜５１を蒸着させる際の加熱に対して耐熱性を有するので、膜応力に対して反りにくくなる利点を有する。板状透明部材５２は、出力側接合面Ｓ５において透明接着剤によりビームスプリット膜５１に接合される。なお、後述するように、ビームスプリット膜５１は、入射領域側に僅かに食み出すよう形成されることが好ましい。

ビームスプリット膜５１は、実質的に垂直な方向から入射する光を透過し、斜方から入射する光の大部分を反射し、残りを透過するように設計された多層膜からなる。このような多層膜は、ローパス型またはバンドパス型の分光反射特性を有する。

従来知られているように、薄膜において入射角に応じて分光曲線が波長（λ）方向にシフトする。図１５に示すように、略垂直入射光に対する分光曲線（破線）は、斜入射光に対する分光曲線（実線）から、長波長側にΔλシフトする。したがって、ビームスプリット膜５１は、斜入射光に対する分光曲線と、略垂直入射光に対する分光曲線との両者のカットオフ波長に挟まれ、斜入射光に対して反射率が９５％、略垂直入射光に対して反射率が０％となるように、入射光束Ｌｘの波長λ及び薄膜の設定を組み合わせることで形成可能となる。

また、ビームスプリット膜５１は、第１の導光部２５における画像光の導光方向に沿った位置に応じて、斜入射光に対する透過率が変動する特性を有する。したがって、好ましくは、ビームスプリット膜５１は、例えば図１６に示すように、第１の入力偏向部２６側の一端からの距離に応じて等比級数的に透過率が増加するように形成される。蒸着によってこのような膜を形成するには、例えば蒸着源からの距離が第１の入力偏向部２６からの平面状の距離に応じて変化するように配置し、その距離の差（製膜される膜厚の差）によるそれぞれの位置において所望の反射特性を持つように予め設計することにより、成膜可能である。

図１４において、第１の導光部２５の第２の平面Ｓ２２には、反射防止膜３１が形成される。反射防止膜３１は垂直な方向から入射する画像光の反射を抑制する。反射防止膜３１は、膜応力がビームスプリット膜５１の膜応力とつり合うように形成される。膜応力をつりあわせることにより、第１の伝播光学系２１の歪みを抑制し、画像光の良好な伝播に寄与可能である。

第１の出力偏向部２７を構成する板状透明部材５２は、例えば３ｍｍの厚さを有するアクリルによって形成される。板状透明部材５２に形成される三角プリズムアレイは微細であり、射出成型により形成される。それゆえ、射出成型可能な透明媒体としてアクリルが例として選択される。三角プリズムアレイ面Ｓ１６にはアルミが蒸着され、反射膜として機能する。本実施の形態において、三角プリズムアレイは、アクリルによって形成される構成であるが、アクリル樹脂に限定されない。ただし、ビームスプリット膜５１のように一方向の偏光方向に特性を有する膜と平面において接合する場合、材料内部で複屈折の発生を抑制可能な材料及び成形条件を考慮することが好ましい。

第１の出力偏向部２７における三角プリズムアレイ面Ｓ１６には、第１の導光部２５における画像光の伝播方向（ｙ方向）と直交する方向（ｘ方向）に延在する複数の三角プリズム５３が形成される。複数の三角プリズム５３は、第１の導光部２５における画像光の伝播方向（ｙ方向）に沿って、例えば０．９ｍｍのピッチで鋸歯状に形成される。

各三角プリズム５３の、出力側接合面Ｓ１５に対する傾斜面Ｓ１７の傾斜角は、第１の入力偏向部２６の傾斜面Ｓ１４とは反対向き、すなわち傾斜面Ｓ１７の法線は第１の導光部２５の入射領域側に延びる。また、各三角プリズム５３の傾斜角の絶対値は傾斜面Ｓ１４の傾斜角と実質的に同じ、あるいは第１の入力偏向部２６、第１の導光部２５、及び第１の出力偏向部２７の板状透明部材５２の材料の組み合わせに応じて数度の範囲で異なる。なお、三角プリズムアレイ面Ｓ１６内の隣り合うプリズムの角度差は、０．０１°（０．５分）程度以下である。

三角プリズム５３の傾斜角は、第１の入力偏向部２６の傾斜面Ｓ１４の傾斜角と同様に、第１の導光部２５の第２の平面Ｓ１２における臨界角に基づいて定められる。本実施の形態において、三角プリズム５３の傾斜角度は、例えば２５°である。その他の構成は、第１実施の形態における第１の伝播光学系２１と同様である。

図１４に示した第１の伝播光学系２１において、第２の平面Ｓ１２の入射領域に垂直に入射した光束Ｌｘは、第１の入力偏向部２６の傾斜面Ｓ１４で反射され、第１の導光部２５の内部で第２の平面Ｓ１２の射出領域に斜方から入射する。斜方から入射した光束Ｌｘは第２の平面Ｓ１２に臨界角を超える角度で入射して全反射される。全反射された光束Ｌｘは、ビームスプリット膜５１に斜方から入射し、所定の割合の光量だけ透過し、残りの光量は反射される。ビームスプリット膜５１で反射された光束Ｌｘは、再び第２の平面Ｓ１２に臨界角を超える角度で入射して全反射される。以後、ビームスプリット膜５１における一部反射と、第２の平面Ｓ１２における全反射とを繰返しながら、光束Ｌｘは第１の導光部２５のｙ方向に伝播される。

光束Ｌｘは、ビームスプリット膜５１に斜入射するたびに、所定の割合で透過して三角プリズム５３に入射する。三角プリズム５３に入射された光束Ｌｘは、三角プリズム５３の傾斜面Ｓ１７の反射膜により再び第１の導光部２５の第２の平面Ｓ１２に垂直な方向に偏向される。第２の平面Ｓ１２に垂直な方向に偏向された光束Ｌｘは、ビームスプリット膜５１を実質的に１００％の透過率で透過し、第２の平面Ｓ１２から外部に射出される。

第２の伝播光学系２２及び第３の伝播光学系２３についても、図１４に示した第１の伝播光学系２１と同様に構成される。

本実施の形態に係る表示装置によれば、第１実施の形態と同様の効果が得られる。また、本実施の形態によれば、第１の伝播光学系２１の第１の入力偏向部２６の端面Ｅ１、すなわち第１の入力偏向部２６と第１の出力偏向部２７を構成する板状透明部材５２との界面が黒色に色付けられ、且つビームスプリット膜５１が入射領域側に僅かに食み出ている。第２の伝播光学系２２及び第３の伝播光学系２３についても、同様である。したがって、輝度の高い迷光及び輝度ムラの発生が抑制される。以下、第１の伝播光学系２１を例にとって説明する。

第１の伝播光学系２１においては、ビームスプリット膜５１を透過した光のみを、第１の出力偏向部２７内に進入させることにより、輝度の高い迷光及び輝度ムラの発生が抑制される。

一方で、図１７に示すように、第１の入力偏向部２６及び第１の出力偏向部２７の界面が光を透過可能である場合には、ビームスプリット膜５１を透過すること無く、第１の入力偏向部２６から第１の出力偏向部２７に光が直接進入し得る。それゆえ、本実施の形態では、図１８に示すように、第１の入力偏向部２６及び第１の出力偏向部２７の界面に黒色の塗料層５４が形成される。これにより、第１の入力偏向部２６から第１の出力偏向部２７への光の直接の進入が防がれ、輝度の高い迷光及び輝度ムラの発生が抑制される。

また、図１８に示すように、塗料層５４とビームスプリット膜５１との間に隙間があると、当該隙間を透過して、ビームスプリット膜５１を透過せずに、画像光が板状透明部材５２に進入し得る。そこで、本実施の形態においては、ビームスプリット膜５１を僅かに入射領域側に食み出させる。これにより、塗料層５４とビームスプリット膜５１との間の隙間が形成されるのを低減化する製造公差が与えられ、輝度の高い迷光及び輝度ムラの発生を抑制可能となる。

また、本実施の形態の表示装置によれば、第１の入力偏向部２６は、単一の傾斜面Ｓ１４を有する単一のプリズムによって構成されているので、第１の出力偏向部２７のプリズムアレイのように各プリズム部分の全面に入射して反射する光の中で、第１の出力偏向部２７側のプリズム部分の側壁によるケラレが生じない。それゆえ、光の効率的な利用が可能である。また、本実施の形態では、プリズムアレイにおけるケラレの生じる光束幅の分だけ、第１の入力偏向部２６に入射させる光のｘ方向の幅を狭小することが可能である。

（第３実施の形態）
本発明の第３実施の形態においては、第１実施の形態に係る表示装置１０において、投影光学系１１を構成する光源部１３が、例えば波長５３２ｎｍのＧ光を射出する単一のレーザ光源からなる。また、第１の伝播光学系２１、第２の伝播光学系２２及び第３の伝播光学系２３を構成する第１の出力偏向部２７、第２の出力偏向部３７及び第３の出力偏向部４７の各々は、ビームスプリット膜及びグレーティングを有して構成される。

図１９は、第３実施の形態に係る表示装置における第１の伝播光学系２１の概略構成を示す図である。図１９において、第１の導光部２５は、互いに平行且つ対向する第１の平面Ｓ１１及び第２の平面Ｓ１２を有する透過性を有する平行平板状の例えば石英からなり、ｙ方向に延在する。第１の出力偏向部２７は、第１の導光部２５の第１の平面Ｓ１１上で、第１の入力偏向部２６が接合された領域を除く領域に接合される。

第１の出力偏向部２７は、ビームスプリット膜６１とグレーティング６２とを有する。ビームスプリット膜６１は、例えば第１の導光部２５の第１の平面Ｓ１１上に蒸着により形成される。ビームスプリット膜６１は、第２実施の形態におけるビームスプリット膜５１と同様に構成される。グレーティング６２は、例えば石英等の光学基板６３上に溝本数２０００本／ｍｍで形成される。グレーティング６２上には、例えばアクリル等の透明な樹脂からなる保護層６４が形成される。保護層６４は、グレーティング６２と反対側の面において、透明接着剤等を介してビームスプリット膜６１に接着される。なお、グレーティング６２は、斜入射するＧ光の１次回折光が第２の平面Ｓ１２にほぼ垂直方向に反射されるように、例えばブレーズ化されて形成される。その他の構成は、第２実施の形態における第１の伝播光学系２１と同様である。

図１９に示した第１の伝播光学系２１において、第２の平面Ｓ１２の入射領域に垂直に入射した光束Ｌｘは、第１の入力偏向部２６の傾斜面Ｓ１４で反射され、第１の導光部２５の内部で第２の平面Ｓ１２の射出領域に斜方から入射する。斜方から入射した光束Ｌｘは第２の平面Ｓ１２に臨界角を超える角度で入射して全反射される。全反射された光束Ｌｘは、ビームスプリット膜６１に斜方から入射し、所定の割合の光量だけ透過し、残りの光量は反射される。ビームスプリット膜６１で反射された光束Ｌｘは、再び第２の平面Ｓ１２に臨界角を超える角度で入射して全反射される。以後、ビームスプリット膜６１における一部反射と、第２の平面Ｓ１２における全反射とを繰返しながら、光束Ｌｘは第１の導光部２５のｙ方向に伝播される。

光束Ｌｘは、ビームスプリット膜６１に斜入射するたびに、所定の割合で透過してグレーティング６２に入射する。グレーティング６２に入射された光束Ｌｘは、１次回折光が第２の平面Ｓ１２にほぼ垂直方向に射出される。第２の平面Ｓ１２に垂直な方向に偏向された１次回折光の光束Ｌｘは、ビームスプリット膜６１を実質的に１００％の透過率で透過し、第２の平面Ｓ１２から外部に射出される。

第２の伝播光学系２２及び第３の伝播光学系２３についても、図１９に示した第１の伝播光学系２１と同様に構成される。

本実施の形態に係る表示装置によれば、第１実施の形態及び第２実施の形態と同様の効果が得られる。また、グレーティング６２により画像光を回折させて取り出すので、画像光を効率よく取り出すことが可能となる。

（第４実施の形態）
図２０は、本発明の第４実施の形態に係る表示装置の概略構成を示す図で、図１ＡのＢ矢視図に対応している。本実施の形態に係る表示装置１０は、上述した実施の形態において、投影光学系１１の構成が異なるものである。投影光学系１１は、光源部１３、スキャンミラー１８、投影部１６、及び折り返しミラー１７を含んで構成される。すなわち、図２０に示す投影装置１１は、図１Ａ及び図１Ｂに示した光束拡大・拡散素子１４及びＬＣＤパネル１５に代えて、スキャンミラー１８を備える。また、光源部１３は、ｚ方向にレーザ光を射出するように配置される。

スキャンミラー１８は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーで構成される。スキャンミラー１８は、光源部１３から射出されるレーザ光をラスタスキャンして投影部１６に入射させる。光源部１３は、投影する画像に基づいて、スキャンミラー１８によるラスタスキャンに同期してレーザ光を変調して射出する。これにより、投影部１６には、ラスタスキャンによる画像光が入射される。なお、本実施の形態においては、投影光学系１１と第１の伝播光学系２１との間の光路中に偏光子を挿入してもよい。

本実施の形態に係る表示装置によれば、光源部１３からのレーザ光の変調と、スキャンミラー１８によるラスタスキャンによって画像光を生成するので、図１Ａ及び図１Ｂに示した光束拡大・拡散素子１４及びＬＣＤパネル１５を用いる場合に比べて、投影光学系１１のより小型化が可能となる。したがって、表示装置１０の小型化・薄型化がより容易にできる利点がある。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに留意されたい。したがって、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、第１の伝播光学系２１、第２の伝播光学系２２及び第３の伝播光学系２３は、第１実施の形態〜第３の実施の形態で説明した構成のものを適宜組み合わせてもよい。ただし、第１の伝播光学系２１、第２の伝播光学系２２及び第３の伝播光学系２３のうちの少なくとも１つが第３実施の形態で説明したグレーティングを有する構成からなる場合は、画像光を単色光とするとよい。また、図１Ａに示したＬＣＤパネル１５は、透過型に限らず反射型のＬＣＯＳを用いてもよい。

１０表示装置
１１投影光学系
１２瞳拡大光学系
１３光源部
１４光束拡大・拡散素子
１５ＬＣＤパネル
１６投影部
１７折り返しミラー
１８スキャンミラー
２１第１の伝播光学系
２２第２の伝播光学系
２３第３の伝播光学系
２５第１の導光部
２６第１の入力偏向部
２７第１の出力偏向部
２８、５１、６１ビームスプリット膜
３５第２の導光部
３６第２の入力偏向部
３７第２の出力偏向部
４５第３の導光部
４６第３の入力偏向部
４７第３の出力偏向部
５３三角プリズム
６２グレーティング

なお、第１の入力偏向部２６は、第１の導光部２５と同一の材質で形成することにより、入力側接合面Ｓ１３及び第１の平面Ｓ１１間の界面における反射を理想的に低減化することが可能となる。

図７は、ＢＳ膜タイプＡのビームスプリット膜２８の反射率特性の一例を示す。図７には、入射角５５°と、５５°±６°の入射角６１°及び４９°と、入射角１５°と、１５°±６°の入射角２１°及び９°との反射率特性を示している。ここで、入射角５５°、６１°及び４９°の光は、ビームスプリット膜２８に入射後、主に反射して導光部２５の外に取り出される光である。入射角１５°、２１°及び９°の光は、ビームスプリット膜２８に入射後、主にビームスプリット膜２８を透過して導光部２５の先端に向かって伝播される光である。

また、第２の入力偏向部３６で反射され、さらに第２の導光部３５の第２の平面Ｓ２２で全反射されて第２の出力偏向部３７に到達する光線は、第２の平面Ｓ２２での全反射後に第２の入力偏向部３６の端面Ｅ１よりも第２の出力偏向部３７側に到達するｘ方向に沿った光線である。ここで、第２の入力偏向部３６及び第２の導光部３５の第２の平面Ｓ２２で順次全反射されて第２の出力偏向部３７に到達する光線の中で、最も端面Ｅ１から離れた光線を第２の光線ｂ２とする。

（１２）式を満たすように、第１の入力偏向部２５及び第２の入力偏向部３６のサイズを設計し、形成することにより、第３の伝播光学系２３における第２の平面Ｓ３２の射出領域内の観察位置及び物体高に応じた画像光の角度による輝度ムラを低減することが可能となる。

また、ビームスプリット膜５１は、第１の導光部２５における画像光の導光方向に沿った位置に応じて、斜入射光に対する透過率が変動する特性を有する。したがって、好ましくは、ビームスプリット膜５１は、例えば図１６に示すように、第１の入力偏向部２６側の一端からの距離に応じて等比級数的に透過率が増加するように形成される。蒸着によってこのような膜を形成するには、例えば蒸着源からの距離が第１の入力偏向部２６からの平面上の距離に応じて変化するように配置し、その距離の差（製膜される膜厚の差）によるそれぞれの位置において所望の反射特性を持つように予め設計することにより、成膜可能である。

（第４実施の形態）
図２０は、本発明の第４実施の形態に係る表示装置の概略構成を示す図で、図１ＡのＢ矢視図に対応している。本実施の形態に係る表示装置１０は、上述した実施の形態において、投影光学系１１の構成が異なるものである。投影光学系１１は、光源部１３、スキャンミラー１８、投影部１６、及び折り返しミラー１７を含んで構成される。すなわち、図２０に示す投影光学系１１は、図１Ａ及び図１Ｂに示した光束拡大・拡散素子１４及びＬＣＤパネル１５に代えて、スキャンミラー１８を備える。また、光源部１３は、ｚ方向にレーザ光を射出するように配置される。

Claims

画像光を無限遠に投影する投影光学系と、
該投影光学系からの前記画像光を順次一方向に拡大する第１の伝播光学系、第２の伝播光学系及び第３の伝播光学系と、を備え、
前記第３の伝播光学系から射出される前記画像光により画像を観察可能とした表示装置。
前記第１の伝播光学系、前記第２の伝播光学系及び前記第３の伝播光学系の各々は、
入射される前記画像光を対向する２面間で繰返し反射させながら導光する導光部と、
該導光部内を導光する前記画像光の一部を前記２面のうちの一方の面から順次射出させて前記画像光を拡大する出力偏向部と、を備え、
少なくとも前記第２の伝播光学系による光束拡大方向は、前記第１の伝播光学系及び前記第３の伝播光学系によるそれぞれの光束拡大方向と交差する、
請求項１に記載の表示装置。
前記第１の伝播光学系、前記第２の伝播光学系及び前記第３の伝播光学系の少なくとも一つの前記出力偏向部は、前記画像光の導光方向に沿って前記導光部の前記２面間に傾斜して配列された複数のビームスプリット膜を有し、該ビームスプリット膜で一部反射される前記画像光を前記一方の面から射出させる、
請求項２に記載の表示装置。
前記第１の伝播光学系、前記第２の伝播光学系及び前記第３の伝播光学系の少なくとも一つの前記出力偏向部は、前記導光部の前記２面のうちの他方の面側に配置されたビームスプリット膜及びプリズムアレイを備え、前記ビームスプリット膜を透過して前記プリズムアレイで反射される前記画像光を、前記ビームスプリット膜及び前記導光部を透過させて前記一方の面から射出させる、
請求項２に記載の表示装置。
前記第１の伝播光学系、前記第２の伝播光学系及び前記第３の伝播光学系の少なくとも一つの前記出力偏向部は、前記導光部の前記２面のうちの他方の面側に配置されたビームスプリット膜及びグレーティングを備え、前記ビームスプリット膜を透過して前記グレーティングで回折される前記画像光を、前記ビームスプリット膜及び前記導光部を透過させて前記一方の面から射出させる、
請求項２に記載の表示装置。
前記投影光学系は、前記第３の伝播光学系における前記画像光の射出面とほぼ平行に延在して配置されている、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の表示装置。