[go: up one dir, main page]

WO2022185609A1 - 光学系、及び、画像表示装置 - Google Patents

光学系、及び、画像表示装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2022185609A1
WO2022185609A1 PCT/JP2021/040064 JP2021040064W WO2022185609A1 WO 2022185609 A1 WO2022185609 A1 WO 2022185609A1 JP 2021040064 W JP2021040064 W JP 2021040064W WO 2022185609 A1 WO2022185609 A1 WO 2022185609A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
axis
optical system
image light
image
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2021/040064
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
聡 葛原
和博 南
裕昭 岡山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority to CN202180095015.9A priority Critical patent/CN116897310A/zh
Priority to EP21928383.5A priority patent/EP4303642A4/en
Priority to JP2023503371A priority patent/JP7716673B2/ja
Publication of WO2022185609A1 publication Critical patent/WO2022185609A1/ja
Priority to US18/240,764 priority patent/US20230408746A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0081—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for altering, e.g. enlarging, the entrance or exit pupil
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0015—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0016—Grooves, prisms, gratings, scattering particles or rough surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0075—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for altering, e.g. increasing, the depth of field or depth of focus
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B27/0103—Head-up displays characterised by optical features comprising holographic elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0036—2-D arrangement of prisms, protrusions, indentations or roughened surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0123—Head-up displays characterised by optical features comprising devices increasing the field of view
    • G02B2027/0125—Field-of-view increase by wavefront division
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G02B2027/0174—Head mounted characterised by optical features holographic
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B2027/0178—Eyeglass type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide

Definitions

  • the present disclosure relates to optical systems and image display devices.
  • Patent Document 1 discloses an optical element (optical system) including a waveguide (light guide member) for expanding an exit pupil in two directions.
  • the optical element comprises three diffractive optical elements (DOEs).
  • a first DOE couples light from the display element into the waveguide.
  • a second DOE expands the exit pupil in a first direction along a first coordinate axis.
  • a third DOE expands the exit pupil in a second direction along a second coordinate axis to cause the light to exit the waveguide.
  • Patent Document 1 The optical element described in Patent Document 1 is used, for example, in head-mounted displays. In head-mounted displays, it is sometimes desired to reduce the size of waveguides of optical elements, depending on how the optical elements are used.
  • the present disclosure provides an optical system and an image display device in which the size of the light guide member can be reduced.
  • An optical system includes a projection optical system that projects image light forming an image output from a display device, and guides the image light projected by the projection optical system to a user's visual field area as a virtual image. and a light guide member.
  • the light guide member has a coupling region that guides the image light into the light guide member and directs it in the direction of the first axis within the light guide member, and directs the image light from the coupling region along the first axis. and a propagation region for directing a portion of the image light in a prescribed direction including a directional component of a second axis orthogonal to the first axis.
  • the distance from the projection optical system to the entrance pupil of the projection optical system with respect to the display element in the plane orthogonal to the first axis is the projection optical system. to said coupling region.
  • An image display device includes the optical system described above and the display element.
  • FIG. 1 Schematic diagram of a configuration example of an image display device including an optical system according to an embodiment Schematic view of the image display device in FIG. 1 on the YZ plane Schematic diagram in the XY plane of a configuration example of the light guide member of the optical system of FIG. Explanatory drawing of the position of the entrance pupil in the YZ plane of the projection optical system of the image display device of FIG. 1. Explanatory drawing of the position of the entrance pupil in the XZ plane of the projection optical system of the image display apparatus of FIG. Schematic diagram of the image display device of Modification 1 on the YZ plane Schematic diagram of the image display device of modification 2 on the YZ plane FIG.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of the position of the entrance pupil in the XZ plane of the projection optical system of the image display device of Modification 3; Schematic diagram in the XY plane of a configuration example of the light guide member of the image display device of Modification 4 Schematic diagram in the XY plane of another configuration example of the light guide member of the image display device of Modification 4 Schematic diagram in the XY plane of a structural example of the light guide member of the image display device of Modification 5 Schematic diagram in the XY plane of a configuration example of the light guide member of the image display device of Modification 6 Schematic diagram in the XY plane of a structural example of the light guide member of the image display device of Modification 7
  • FIG. 11 is an explanatory diagram of the position of the entrance pupil in the YZ plane of the projection optical system of the image display device of Modification 8; Explanatory drawing of the position of the entrance pupil in the XZ plane of the projection optical system of FIG.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a configuration example of an image display device 1.
  • the image display device 1 is, for example, a head-mounted display (HMD) that is worn on the user's head and displays an image (video).
  • HMD head-mounted display
  • FIG. 1 The X-axis corresponds to the horizontal direction and the Y-axis corresponds to the vertical direction.
  • the Z-axis corresponds to the front-back direction of the user.
  • "direction of XX axis” means a direction parallel to XX axis passing through an arbitrary point.
  • expressions such as "directed in the direction of XX” and “propagated in the direction of XX” with respect to light mean that the light forming the image as a whole is directed in the direction of XX, and forms the image.
  • a ray included in the light may be tilted with respect to the ⁇ direction.
  • “light directed in the direction of XX” only requires that the principal ray of this light is directed in the direction of XX, and the secondary ray of light may be inclined with respect to the direction of XX.
  • the image display device 1 includes a display element 2 and an optical system 3.
  • the display element 2 outputs image light L1 that forms an image.
  • the optical system 3 includes a light guide member 4 and a projection optical system 5 .
  • the projection optical system 5 projects image light L ⁇ b>1 forming an image output from the display element 2 .
  • the light guide member 4 guides the image light L1 projected by the projection optical system 5 to the user's visual field area 7 as a virtual image.
  • the light guide member 4 has a coupling area 41 and a propagation area 42 .
  • the coupling region 41 guides the image light L1 into the light guide member 4 and directs it in the direction of the first axis (the X axis in the present embodiment) within the light guide member 4 .
  • the propagation region 42 propagates the image light L1 from the coupling region 41 in the direction of the first axis, and transmits a part (L2) of the image light L1 to the second axis (Y axis) (the direction of the second axis in this embodiment).
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the image display device 1 of FIG. 1 on the YZ plane. As shown in FIG. 2, on the optical path of the image light L1 projected by the projection optical system 5, from the projection optical system 5 in a plane perpendicular to the first axis (in this embodiment, a YZ plane perpendicular to the X axis) is longer than the distance D10 from the projection optical system 5 to the coupling region 41 .
  • the "entrance pupil of the projection optical system with respect to the display element” corresponds to the aperture stop of the projection optical system.
  • Position of the entrance pupil of the projection optical system with respect to the display element is the central ray of the light flux emitted from each point of the display element constituting the image light L1, when viewed in a cross section parallel to the optical axis of the projection optical system. , at which it intersects with the optical axis.
  • FIG. 3 is a schematic diagram in the XY plane of a configuration example of the light guide member 4 of the optical system 3 of FIG.
  • the image display device 1 on the optical path of the image light L1 projected by the projection optical system 5, within a plane orthogonal to the first axis from the projection optical system 5 (in this embodiment, a YZ plane orthogonal to the X axis)
  • the distance D1 from the display element 2 to the entrance pupil P1 of the projection optical system 5 is longer than the distance D10 from the projection optical system 5 to the coupling area 41 .
  • the projection optical system 5 and the light guide member 4 are arranged in a straight line, the projection optical system for the display element 2 in the plane perpendicular to the first axis (the YZ plane perpendicular to the X axis)
  • the position of the entrance pupil P1 of the system 5 is on the opposite side of the projection optics 5 with respect to the coupling region 41 .
  • the area from the projection optical system 5 to the entrance pupil P1 light rays from each point of the display element 2 forming the image light L1 converge and diverge from the entrance pupil P1. Therefore, as shown in FIG. 3, within the propagation area 42, the light rays from each point of the display element 2 that constitute the image light L1 can be converged.
  • the position of the entrance pupil P1 of the projection optical system 5 with respect to the display element 2 is positioned with respect to the coupling region 41. It is on the same side as the projection optical system 5 .
  • the light rays from each point of the display element 2 forming the image light L1 diverge without converging. Therefore, as in the image display device 1 of the present embodiment, by converging light rays from each point of the display element 2 that constitute the image light L1 in the propagation area 42, the propagation area 42 spreads from the display element 2. , the size required for propagating the image light L1 can be reduced. As a result, the size of the light guide member 4 can be reduced.
  • the image display device 1 of the present embodiment will be described in more detail below with reference to FIGS. 1 to 6.
  • FIG. 1 the image display device 1 includes a display element 2 and an optical system 3 .
  • the display element 2 outputs image light L1 forming an image in order to display an image (video).
  • the image light L1 includes light rays output from each point of the display element 2 .
  • Each point of the display element 2 corresponds to each pixel of the display element 2, for example.
  • the display element 2 is arranged such that the optical axis of the display element 2 is along the Z-axis, and the horizontal direction and vertical direction of the image displayed on the display element 2 are along the X-axis and the Y-axis, respectively.
  • the optical axis of the display element 2 is the optical axis of the image light L1.
  • the optical axis of the image light L1 is the optical axis of the light output from the center of the display element 2, for example.
  • Examples of the display element 2 include known displays such as a liquid crystal display and an organic EL display.
  • the display element 2 has output angle characteristics in which the image light L1 is wider on the second axis than on the first axis.
  • the position of the entrance pupil P1 of the projection optical system 5 with respect to the display element 2 in the plane perpendicular to the first axis (the YZ plane perpendicular to the X axis) and the position of the entrance pupil P1 of the projection optical system 5 perpendicular to the second It becomes easy to vary the position of the entrance pupil P2 of the projection optical system 5 with respect to the display element 2 in the plane (the XZ plane perpendicular to the Y axis).
  • the optical system 3 guides the image light L1 output by the display element 2 to the viewing area 7 set for the user's eyes 6.
  • the user can visually recognize the image formed by the display element 2 with his or her own eyes 6 without interruption.
  • the optical system 3 expands the viewing area 7 by pupil dilation.
  • the optical system 3 includes a light guide member 4 and a projection optical system 5.
  • the light guide member 4 guides the image light L1 forming the image output from the display element 2 to the visual field area 7 of the user as a virtual image.
  • the light guide member 4 has a plate shape. More specifically, the light guide member 4 has a plate-like body portion 40 .
  • the body portion 40 is made of a transparent material and has a first surface 40a and a second surface 40b in the thickness direction. As shown in FIG. 1, the light guide member 4 is arranged such that the thickness of the body portion 40 is along the Z-axis, the first surface 40a is directed toward the display element 2, and the second surface 40b is directed toward the viewing area 7. placed.
  • the light guide member 4 has a coupling area 41 and a propagation area 42 as elements for guiding the image light L1 from the display element 2 to the user's visual field area 7 .
  • the coupling region 41 guides the image light L1 into the light guide member 4 and directs it in the direction along the first axis within the light guide member 4 .
  • the coupling region 41 is used for coupling between the display element 2 and the light guide member 4 .
  • the coupling region 41 allows external light (image light L1) to enter the light guide member 4 so as to propagate through the light guide member 4 under the condition of total reflection.
  • the term “coupling” used herein refers to a state in which light propagates through the light guide member 4 under the condition of total reflection.
  • the first axis is orthogonal to the thickness direction of light guide member 4 .
  • the first axis is the X-axis.
  • the coupling region 41 is composed of a periodic structure having a diffractive action on the image light L1.
  • the periodic structure of the coupling region 41 is, for example, a transmissive diffraction grating.
  • the joint region 41 is formed, for example, on the first surface 40a of the body portion 40 .
  • the diffraction grating of the coupling region 41 may, for example, include a plurality of recesses or protrusions extending along the second axis and spaced apart along the first axis. In FIG. 2, the protrusions are shown as being arranged along the Y-axis only for the purpose of clearly showing that the coupling region 41 has a periodic structure having a diffraction effect.
  • the coupling region 41 causes the image light L1 to enter the light guide member 4 under the condition of total reflection with respect to the first surface 40a and the second surface 40b by diffraction.
  • the image light L1 is totally reflected by the first surface 40a and the second surface 40b in the light guide member 4 (that is, in the main body portion 40) by the coupling region 41, thereby Then move in the direction of the X axis).
  • the size of the coupling area 41 is set so that part or all of the image light L1 from the display element 2 that has passed through the projection optical system 5 enters the coupling area 41 .
  • the joint region 41 has an elliptical shape in the XY plane, with the major axis along the first axis and the minor axis along the second axis. That is, the dimension of the bonding region 41 along the second axis (Y-axis) is greater than the dimension of the bonding region 41 along the first axis (X-axis).
  • the joint region 41 is not limited to an elliptical shape, and may be a rectangular shape in which the dimension of the joint region 41 along the second axis (Y-axis) is larger than the dimension of the joint region 41 along the first axis.
  • the propagation area 42 includes a first extension area 421 and a second extension area 422 .
  • the first expansion region 421 is arranged so as to be aligned with the coupling region 41 on the first axis.
  • the first extension region 421 propagates the image light L1 from the coupling region 41 along the first axis, and directs part of the image light L1 (image light L2) in a prescribed direction.
  • the specified direction is a direction including a directional component of a second axis orthogonal to the first axis.
  • the second axis is perpendicular to the thickness direction of the light guide member 4 and the first axis.
  • the second axis is the Y-axis.
  • the prescribed direction includes only the directional component of the second axis and matches the direction of the second axis.
  • the first expansion region 421 expands the pupil of the image light L1 along the first axis. More specifically, as shown in FIG. 3 , the first expansion region 421 divides the image light L1 into a plurality of parallel image lights L2 directed in a prescribed direction, thereby dividing the image light L1 projected by the projection optical system 5 into the image light L1. is replicated and dilated in the first axis.
  • the first extended region 421 is composed of a periodic structure that has a diffractive action on the image light L1.
  • the periodic structure of the first extended region 421 is, for example, a reflective diffraction grating.
  • the first expansion region 421 is formed on the first surface 40a of the main body 40, for example.
  • the diffraction gratings of the first extended region 421 extend along a direction inclined by 45 degrees with respect to the Y-axis in a plane perpendicular to the Z-axis and are arranged at predetermined intervals in a direction inclined by 135 degrees with respect to the Y-axis.
  • a plurality of recesses or protrusions may be included.
  • the size of the first expansion area 421 is set so that all the image light L1 from the coupling area 41 is incident on the first expansion area 421.
  • the first expansion region 421 has a quadrangular shape on the XY plane.
  • the first extension region 421 has a first end 421a and a second end 421b on the first axis. The first end 421a is closer to the coupling region 41 than the second end 421b.
  • the width W1 and the width W2 are 0.
  • the width W1 and the width W2 satisfy the relationship 0.4 ⁇ W1/W2 ⁇ 1.8, so that the image light L1 propagates in the direction of the first axis inside the light guide member 4.
  • an increase in the size of the coupling area 41 can be suppressed. Therefore, by making the width of the first extended region 421 at the first end 421a equal to the width W1 of the optical path and the width of the first extended region 421 at the second end 421b equal to the width W2 of the optical path, the first The size of the extension region 421 can be reduced, and the size of the light guide member 4 can be reduced.
  • the dimension of the first extended region 421 along the first axis (X-axis) is set according to the dimension of the viewing region 7 along the first axis.
  • the second expansion area 422 is arranged so as to be aligned with the first expansion area 421 on the second axis (Y-axis).
  • the second extended region 422 propagates the image light L2 from the first extended region 421 in a prescribed direction, and emits a portion of the image light L2 (image light L3) from the light guide member 4 to the visual field region 7 .
  • the second expansion region 422 expands the pupil of the image light L1 along the second axis. More specifically, as shown in FIG. 2 , the second expansion area 422 divides the image projected by the projection optical system 5 into a plurality of parallel image lights L3 directed from the light guide member 4 toward the viewing area 7 .
  • the pupil of light L1 is replicated and expanded in the second axis.
  • the image light L3 travels, for example, in the direction of the third axis.
  • the second extended region 422 is composed of a periodic structure that has a diffractive action on the image light L2.
  • the periodic structure of the second extended region 422 is, for example, a reflective diffraction grating.
  • the second expansion region 422 is formed on the first surface 40a of the main body 40, for example.
  • the diffraction grating of the second extended region 422 may include, for example, a plurality of recesses or protrusions extending in the direction of the first axis and arranged at predetermined intervals in the direction of the second axis.
  • the size of the second expansion area 422 is set so that all the image light L2 from the first expansion area 421 is incident on the second expansion area 422.
  • the second expansion region 422 has a rectangular shape on the XY plane.
  • the dimension along the first axis (X-axis) of the second extended region 422 is equal to the dimension along the first axis of the first extended region 421 .
  • the dimension of the second extended region 422 along the second axis (Y-axis) is set according to the dimension of the viewing region 7 along the second axis.
  • the light guide member 4 divides the image light L1 that has entered the light guide member 4 from the coupling area 41 into a plurality of image lights L2 and L3 that are parallel to each other within the light guide member 4 to form the visual field areas. 7, the pupil of the image light L1 is duplicated and expanded. More specifically, the light guide member 4 has a coupling region 41 and a propagation region 42 , and the image light L1 entering the light guide member 4 from the coupling region 41 is transferred to the first expansion region 421 of the propagation region 42 .
  • the second expansion region 422 divides the image light beams L2 and L3 parallel to each other in the light guide member 4 and emits them to the visual field region 7, thereby duplicating the pupil of the image light beam L1 on the first axis and the second axis. to extend.
  • the projection optical system 5 projects image light L1 forming an image output from the display element 2 . Thereby, the projection optical system 5 allows the image light L ⁇ b>1 from the display element 2 to enter the light guide member 4 . As shown in FIGS. 1 and 2 , the projection optical system 5 is between the display element 2 and the coupling area 41 of the light guide member 4 . The projection optical system 5 , for example, collimates the image light L ⁇ b>1 from the display element 2 and makes it enter the coupling region 41 . The projection optical system 5 causes the image light L1 to enter the coupling region 41 as substantially collimated light.
  • the projection optical system 5 is, for example, a biconvex lens.
  • the projection optical system 5 is a projection optical system for the display element 2 within a plane orthogonal to the first axis (YZ plane orthogonal to the X axis) from the projection optical system 5 on the optical path of the image light L1 projected by the projection optical system 5.
  • the distance D1 (see FIG. 4) to the entrance pupil P1 of the projection optical system 5 is a plane orthogonal to the second axis from the projection optical system 5 on the optical path of the image light L1 projected by the projection optical system 5 (XZ plane orthogonal to the Y axis) It is configured to be longer than the distance D2 (see FIG. 5) from the entrance pupil P2 of the projection optical system 5 to the display element 2 inside.
  • the projection optical system 5 and the light guide member 4 are arranged in a straight line, the projection optical system 5 with respect to the display element 2 in the plane perpendicular to the first axis (the YZ plane perpendicular to the X axis)
  • the position of the entrance pupil P1 is farther from the projection optical system 5 than the position of the entrance pupil P2 of the projection optical system 5 with respect to the display element 2 in the plane orthogonal to the second axis (the XZ plane orthogonal to the Y axis).
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the position of the entrance pupil P1 in the YZ plane of the projection optical system 5 of the image display device 1.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of the position of the entrance pupil P2 on the XZ plane of the projection optical system 5 of the image display device 1.
  • a portion of the light guide member 4 corresponding to the coupling region 41 is indicated by hatching in order to illustrate the coupling region 41 in an easy-to-understand manner.
  • the entrance pupil P1 of the projection optical system 5 with respect to the display element 2 in the plane orthogonal to the first axis from the projection optical system 5 is longer than the distance D10 from the projection optical system 5 to the coupling area 41 .
  • the position of the entrance pupil P1 of the projection optical system 5 with respect to the display element 2 in the plane orthogonal to the first axis is the projection optical system It is on the opposite side of 5.
  • the position of the entrance pupil P1 is set such that the light rays from each point of the display element 2 forming the image light L1 converge and diverge within the first extended region 421 of the propagation region 42 .
  • the image light L1 incident on the coupling area 41 from the projection optical system 5 includes a principal ray L10 corresponding to the center of the virtual image and It includes a plurality of secondary rays L11-1, L11-2, .
  • the plurality of secondary rays L11-1 and L11-2 intersect the principal ray L10 within the first extended region 421 of the propagation region .
  • the term “intersection” means that the principal ray L10 and the secondary ray L11 intersect when the optical path is projected onto a plane containing the first axis and the second axis. good too.
  • the entrance pupil P2 of the projection optical system 5 with respect to the display element 2 in the plane orthogonal to the second axis from the projection optical system 5 is equal to the distance D20 from the projection optical system 5 to the coupling area 41 .
  • the position of the entrance pupil P2 of the projection optical system 5 with respect to the display element 2 in the plane orthogonal to the second axis (the XZ plane orthogonal to the Y axis) is the first surface 40a of the light guide member 4. at a position corresponding to the coupling region 41 . Therefore, light rays from each point of the display element 2 forming the image light L1 converge on the combined area 41 .
  • the image light L1 incident on the coupling area 41 from the projection optical system 5 includes a principal ray L10 corresponding to the center of the virtual image and and a plurality of secondary rays L12-1, L12-2, .
  • a plurality of secondary rays L12 intersect with the principal ray L10 at the coupling region 41 .
  • the optical system 3 includes the projection optical system 5 that projects the image light L1 forming the image output from the display element 2, and the image light L1 projected by the projection optical system 5 onto the user's visual field 7. and a light guide member 4 that guides as a virtual image to.
  • the light guide member 4 includes a coupling region 41 that guides the image light L1 into the light guide member 4 and directs it in the direction of the first axis within the light guide member 4, and the image light L1 from the coupling region 41 along the first axis. and a propagation region 42 for directing part of the image light L1 in a prescribed direction including a directional component of a second axis orthogonal to the first axis.
  • the distance D1 from the projection optical system 5 to the entrance pupil P1 of the projection optical system 5 with respect to the display element 2 in the plane orthogonal to the first axis is the projection optical system 5 to the coupling region 41 than the distance D10. According to this configuration, the size of the light guide member 4, particularly the propagation region 42 can be reduced.
  • the light guide member 4 is plate-shaped, and each of the first axis, the second axis and the prescribed direction is orthogonal to the thickness direction of the light guide member 4 . With this configuration, the dimension of the second axis of the light guide member 4 can be reduced.
  • the image light L1 incident on the coupling area 41 from the projection optical system 5 is composed of a principal ray L10 corresponding to the center of the virtual image and a principal ray L10 in the direction of the second axis from the projection optical system 5 toward the coupling area 41. It includes a plurality of secondary rays L11-1 and L11-2 approaching the ray L10. A plurality of secondary rays L11-1 and L11-2 intersect the principal ray L10 within the propagation region . With this configuration, the size of the light guide member 4 can be reduced.
  • the distance D1 from the projection optical system 5 on the optical path of the image light L1 to the entrance pupil P1 of the projection optical system 5 with respect to the display element 2 in the plane perpendicular to the first axis is on the optical path of the image light L1.
  • the distance D1 and the distance D2 satisfy 3.0 ⁇ D1/D2 ⁇ 100.
  • the dimension of the coupling region 41 along the second axis is larger than the dimension of the coupling region 41 along the first axis.
  • the propagation region 42 divides the image light L1 into a plurality of parallel image lights L2 directed in a prescribed direction, thereby replicating the pupil of the image light L1 projected by the projection optical system 5 on the first axis. It includes a first expansion area 421 that expands as This configuration allows pupil dilation in the first axis.
  • the first extended region 421 has a first end 421a and a second end 421b on the first axis.
  • the first end 421a is closer to the coupling region 41 than the second end 421b.
  • the width W1 and the width W2 are 0.4 ⁇ W1/W2 ⁇ 1.8. satisfy the relationship According to this configuration, the first expansion area 421 can be made smaller, and the size of the propagation area 42 of the light guide member 4 can be reduced.
  • the propagation area 42 propagates the image light L2 from the first extended area 421 in a specified direction, and emits a partial image light L3 of the image light L2 from the light guide member 4 to the visual field area 7.
  • the viewing area 7 can be widened.
  • the propagation area 42 splits the image light L2 from the first extended area 421 into a plurality of parallel image lights L3 directed from the light guide member 4 toward the viewing area 7, so that the projection optical system 5 projects the image light L2.
  • It includes a second expansion region 422 that duplicates and expands the pupil of the image light L1 in the second axis. This configuration allows pupil dilation in the second axis.
  • the coupling region 41 includes a periodic structure that has a diffraction effect on the image light L1. With this configuration, the size of the light guide member 4 can be reduced.
  • the light guide member 4 divides the image light L 1 that has entered the light guide member 4 from the coupling area 41 into a plurality of parallel image lights L 1 and L 2 within the light guide member 4 to form a visual field area 7 .
  • the pupil of the image light L1 projected by the projection optical system 5 is duplicated and expanded. This configuration allows pupil dilation.
  • the projection optical system 5 causes the image light L1 to enter the coupling area 41 as substantially collimated light. With this configuration, the size of the light guide member 4 can be reduced.
  • the image display device 1 described above includes the optical system 3 and the display element 2 described above. With this configuration, the size of the light guide member 4 can be reduced.
  • the display element 2 has output angle characteristics in which the image light L1 is wider on the second axis than on the first axis. According to this configuration, the position of the entrance pupil P1 of the projection optical system 5 with respect to the display element 2 in the plane orthogonal to the first axis and the projection onto the display element 2 in the plane orthogonal to the second axis are determined by the projection optical system 5. It becomes easy to make the position of the entrance pupil P2 of the optical system 5 different.
  • Embodiments of the present disclosure are not limited to the above embodiments.
  • the above-described embodiment can be modified in various ways according to the design, etc., as long as the subject of the present disclosure can be achieved. Modifications of the above embodiment are listed below. Modifications described below can be applied in combination as appropriate.
  • FIG. 6 shows the image display device 1 of Modification 1.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of the image display device 1 of Modification 1 on the YZ plane.
  • the coupling region 41 of the light guide member 4 is different from the coupling region 41 of the light guide member 4 of the image display device 1 of the above embodiment.
  • the coupling region 41 of the light guide member 4 in FIG. 6 guides the image light L1 into the light guide member 4 and directs it in the direction of the first axis within the light guide member 4 .
  • the coupling region 41 is composed of a periodic structure having a diffractive action on the image light L1.
  • the periodic structure of the coupling region 41 is, for example, a reflective diffraction grating.
  • the joint region 41 is formed on the second surface 40b of the body portion 40, for example.
  • the diffraction grating of the coupling region 41 may, for example, include a plurality of recesses or protrusions extending along the second axis and spaced apart along the first axis. In FIG. 6, the projections are illustrated along the Y-axis only for the purpose of clearly showing that the coupling region 41 has a periodic structure having a diffraction effect.
  • the coupling region 41 causes the image light L1 to enter the light guide member 4 under the condition of total reflection with respect to the first surface 40a and the second surface 40b by diffraction.
  • the image light L1 is totally reflected by the first surface 40a and the second surface 40b inside the light guide member 4 (that is, inside the main body 40) by the coupling region 41, and travels in the direction of the first axis.
  • FIG. 7 shows the image display device 1 of Modification 2.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of the image display device 1 of Modification 2 on the YZ plane.
  • the coupling region 41 of the light guide member 4 is different from the coupling region 41 of the light guide member 4 of the image display device 1 of the above embodiment.
  • the coupling region 41 of the light guide member 4 in FIG. 7 guides the image light L1 into the light guide member 4 and directs it in the direction of the first axis within the light guide member 4 .
  • the coupling region 41 is composed of a periodic structure having a diffractive action on the image light L1.
  • the periodic structure of the coupling region 41 is, for example, a volume hologram (holographic diffraction grating) that produces diffraction by periodic modulation of the refractive index.
  • the coupling region 41 is formed inside the body portion 40, for example.
  • the diffraction grating of the coupling region 41 has, for example, a structure in which first portions 411 and second portions 412 having different refractive indices are alternately arranged.
  • the coupling region 41 causes the image light L1 to enter the light guide member 4 under the condition of total reflection with respect to the first surface 40a and the second surface 40b by diffraction.
  • the image light L1 is totally reflected by the first surface 40a and the second surface 40b inside the light guide member 4 (that is, inside the main body 40) by the coupling region 41, and travels in the direction of the first axis.
  • FIG. 8 shows an image display device 1 of Modification 3.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of the position of the entrance pupil P2 in the XZ plane of the optical system 3 of the image display device 1 of Modification 3.
  • a plane orthogonal to the second axis from the projection optical system 5 (XZ plane orthogonal to the Y axis)
  • the distance D2 from the projection optical system 5 to the entrance pupil P2 of the projection optical system 5 with respect to the display element 2 is longer than the distance D20 from the projection optical system 5 to the coupling region 41 .
  • the projection optical system 5 and the coupling region 41 of the light guide member 4 are aligned in a straight line, the projection optical system 5 with respect to the display element 2 in the plane orthogonal to the second axis (the XZ plane orthogonal to the Y axis) is on the opposite side of the projection optical system 5 with respect to the coupling region 41 .
  • distance D2 need not match distance D20. That is, the position of the entrance pupil P2 does not need to match the coupling region 41 as in the above embodiment.
  • FIG. 9 shows a configuration example of the light guide member 4 of the image display device of Modification 4.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of the light guide member 4 in the XY plane.
  • the first axis is the X-axis and the second axis is the Y-axis, as in the above embodiment.
  • the first extension region 421 of the propagation region 42 of FIG. 9 is arranged so as to be aligned with the coupling region 41 on the first axis (X-axis).
  • the first expansion region 421 propagates the image light L1 from the coupling region 41 in the direction of the first axis (X-axis), and spreads part of the image light L1 along the second axis (Y-axis) orthogonal to the first axis.
  • the specified direction includes direction components of the first axis and the second axis, unlike the above embodiment. That is, the prescribed direction is not the direction of the second axis orthogonal to the first axis, but the direction that intersects the first axis without being orthogonal.
  • the directional component of the first axis included in the prescribed direction is the component in the direction from the first expansion region 421 toward the joint region 41 .
  • FIG. 10 shows another configuration example of the light guide member 4 of the image display device of Modification 4.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of the light guide member 4 in the XY plane.
  • the first axis is the X-axis and the second axis is the Y-axis, as in the above embodiments.
  • the first extension region 421 of the propagation region 42 of FIG. 10 is arranged so as to be aligned with the coupling region 41 on the first axis (X-axis).
  • the first expansion region 421 propagates the image light L1 from the coupling region 41 in the direction of the first axis (X-axis), and spreads part of the image light L1 along the second axis (Y-axis) orthogonal to the first axis.
  • the specified direction includes direction components of the first axis and the second axis, unlike the above embodiment. That is, the prescribed direction is not the direction of the second axis orthogonal to the first axis, but the direction that intersects the first axis without being orthogonal.
  • the directional component of the first axis included in the prescribed direction is the component in the direction from the joint region 41 toward the first expansion region 421 .
  • the specified direction does not necessarily have to match the direction of the second axis, and may be a direction that includes the directional component of the second axis.
  • the specified direction includes the directional component of the first axis and the directional component of the second axis, but does not include the directional component of the third axis.
  • the magnitude of the directional component of the second axis is greater than or equal to the magnitude of the directional component of the first axis.
  • FIG. 11 shows the light guide member 4 of the image display device of Modification 5.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of a configuration example of the light guide member 4 on the XY plane.
  • the first axis is the X-axis and the second axis is the Y-axis, but in Modification 5 the first axis is the Y-axis and the second axis is the X-axis.
  • the coupling region 41 guides the image light L1 into the light guide member 4 and directs it in the direction of the first axis (Y-axis) within the light guide member 4 .
  • the joint region 41 has an elliptical shape in the XY plane, with the major axis along the first axis (Y axis) and the minor axis along the second axis (X axis).
  • the first extension region 421 of the propagation region 42 is arranged so as to line up with the coupling region 41 on the first axis (Y-axis).
  • the first expansion region 421 propagates the image light L1 from the coupling region 41 in the direction of the first axis (Y-axis), and spreads part of the image light L1 along the second axis (X-axis) orthogonal to the first axis.
  • the specified direction includes only the directional component of the second axis and matches the direction of the second axis.
  • the second extension area 422 of the propagation area 42 is arranged to line up with the first extension area 421 on the second axis (X-axis).
  • the second expansion region 422 propagates the image light L2 from the first expansion region 421 in a prescribed direction, and emits a part of the image light L2 from the light guide member 4 to the visual field region 7 .
  • the propagation area 42 (especially the first extended area 421) of the light guide member 4 can be made small on the X-axis. As a result, the size of the light guide member 4 can be reduced.
  • FIG. 12 shows the light guide member 4 of the image display device of Modification 6.
  • FIG. 12 is a schematic diagram of a configuration example of the light guide member 4 on the XY plane.
  • the first axis is the X axis and the second axis is the Y axis, as in the above embodiment.
  • the light guide member 4 in FIG. 12 has a coupling area 41 and a propagation area 42 as elements for guiding the image light L1 from the display element 2 to the user's visual field area 7 .
  • the coupling region 41 guides the image light L1 into the light guide member 4 and directs it in the direction of the first axis within the light guide member 4 . More specifically, the coupling area 41 generates two image lights L1-1 and L1-2 directed in different directions of the first axis from the image light L1 incident on the coupling area 41.
  • FIG. The image light L1-1 travels in the first direction of the first axis (left direction in FIG. 12), and the image light L1-2 travels in the second direction opposite to the first direction (right direction in FIG. 12).
  • the coupling region 41 is composed of a periodic structure having a diffractive action on the image light L1.
  • the periodic structure of the coupling region 41 is, for example, a transmissive diffraction grating.
  • the propagation area 42 includes a pair of first extension areas 421 - 1 and 421 - 2 and a second extension area 422 .
  • the pair of first expansion regions 421-1 and 421-2 are arranged in the direction of the first axis. As shown in FIG. 12, the pair of first expansion regions 421-1, 421-2 are positioned on both sides of the coupling region 41 along the first axis.
  • One of the pair of first expansion regions 421-1 and 421-2 (first expansion region 421-1) propagates the image light L1-1 from the coupling region 41 in the first direction, A part of the light is oriented in a specified direction (the direction of the second axis in FIG. 12) including the directional component of the second axis. As shown in FIG.
  • the first extended region 421-1 divides the image light L1-1 into a plurality of parallel image lights L2-1 directed in a prescribed direction, thereby forming the image light projected by the projection optical system 5.
  • the pupil of L1 is duplicated and dilated in the first axis.
  • the other of the pair of first expansion regions 421-1 and 421-2 propagates the image light L1-2 from the coupling region 41 in the second direction, A part of the light is oriented in a specified direction (the direction of the second axis in FIG. 12) including the directional component of the second axis. As shown in FIG.
  • the first expansion region 421-2 divides the image light L1-2 into a plurality of parallel image lights L2-2 directed in a prescribed direction, thereby forming the image light projected by the projection optical system 5.
  • the pupil of L1 is duplicated and dilated in the first axis.
  • the first extended regions 421-1 and 421-2 are composed of periodic structures that have a diffraction effect on the image lights L1-1 and L1-2.
  • the periodic structures of the first extended regions 421-1 and 421-2 are, for example, reflective diffraction gratings.
  • the second extension area 422 is arranged to line up with the pair of first extension areas 421-1 and 421-2 on the second axis (Y-axis). That is, the second extension area 422 is a common second extension area for the pair of first extension areas 421-1 and 421-2.
  • the second expansion region 422 propagates the image lights L2-1 and L2-2 from the pair of first expansion regions 421-1 and 421-2 along a prescribed direction, and the image lights L2-1 and L2-2 A part of the light is emitted from the light guide member 4 to the viewing area 7 .
  • the second expansion area 422 divides the image light L2-1 and L2-2 into a plurality of parallel image lights directed from the light guide member 4 toward the visual field area 7, thereby forming the image light L1 projected by the projection optical system 5. is replicated and dilated in the second axis.
  • the second extended region 422 is composed of a periodic structure having a diffractive action on the image lights L2-1 and L2-2.
  • the periodic structure of the second extended region 422 is, for example, a reflective diffraction grating.
  • the second extended region 422 may have a region having no diffraction grating in the specified direction (direction of the second axis in FIG. 12) including the directional component of the second axis of the coupling region 41 .
  • the second extension regions 422 may be a pair of second extension regions 422-1 and 422-2 for the pair of first extension regions 421-1 and 421-2.
  • the propagation region 42 includes a pair of first extension regions 421-1 and 421-2 aligned along the first axis.
  • One of the pair of first expansion regions 421-1 and 421-2 propagates the image light L1-1 in the first direction of the first axis, and converts part of the image light L1-1 into the directional component of the second axis. Make it face in a specified direction, including
  • the other of the pair of first expansion regions 421-1 and 421-2 propagates the image light L1-2 in a second direction opposite to the first direction, and a part of the image light L1-2 is propagated along the second axis. Point in a specified direction that contains a directional component.
  • the second expansion region 422 propagates the image lights L2-1 and L2-2 from the pair of first expansion regions 421-1 and 421-2 in a prescribed direction, and part of the image lights L2-1 and L2-2 is emitted from the light guide member 4 to the viewing area 7 .
  • the viewing area 7 can be widened.
  • FIG. 13 shows the light guide member 4 of the image display device of Modification 7.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of a configuration example of the light guide member 4 on the XY plane.
  • the first axis is the X axis and the second axis is the Y axis, as in the above embodiment.
  • the light guide member 4 of FIG. 13 has a plurality of coupling areas 41 and a propagation area 42 as elements for guiding the image light L1 from the display element 2 to the user's visual field area 7.
  • the image display device of Modification 7 includes a plurality of display elements 2 corresponding to the plurality of coupling areas 41, and a plurality of projection optical systems 5 arranged between the plurality of coupling areas 41 and the plurality of display elements 2, respectively.
  • the multiple bonding areas 41 include a first bonding area 41-1 and a second bonding area 41-2 aligned in the direction of the first axis.
  • the first coupling region 41-1 and the second coupling region 41-2 guide the image light L1 into the light guide member 4 and direct it in the light guide member 4 in the direction of the first axis. More specifically, the first coupling region 41-1 guides the image light L1 into the light guide member 4 and directs it in the first direction of the first axis (the right direction in FIG. 13) within the light guide member 4. As shown in FIG.
  • the second coupling region 41-2 guides the image light L1 into the light guide member 4 and directs it in the second direction opposite to the first direction (the left direction in FIG. 13) within the light guide member 4.
  • the first coupling region 41-1 and the second coupling region 41-2 are composed of periodic structures having a diffraction effect on the image light L1.
  • the periodic structures of the first coupling region 41-1 and the second coupling region 41-2 are, for example, transmissive diffraction gratings.
  • the propagation area 42 includes a pair of first extended areas 421-1 and 421-2 aligned in the direction of the first axis. As shown in FIG. 13, the pair of first extension regions 421-1 and 421-2 are located between the first bonding region 41-1 and the second bonding region 41-2 along the first axis, Extension regions 421-1 and 421-2 are adjacent to the first bond region 41-1 and the second bond region 41-2, respectively.
  • One of the pair of first expansion regions 421-1 and 421-2 (first expansion region 421-1) propagates the image light L1 from the first coupling region 41-1 in the first direction, A part of the light is oriented in a specified direction (direction of the second axis in FIG. 13) including the direction component of the second axis. As shown in FIG.
  • the first expansion region 421-1 divides the image light L1 into a plurality of parallel image lights L2 directed in a prescribed direction, thereby widening the pupil of the image light L1 projected by the projection optical system 5. , replicate and extend in the first axis.
  • the other of the pair of first expansion regions 421-1 and 421-2 propagates the image light L1 from the second coupling region 41-2 in the second direction, A part of the light is oriented in a specified direction (direction of the second axis in FIG. 13) including the direction component of the second axis. As shown in FIG.
  • the first expansion region 421-2 divides the image light L1 into a plurality of parallel image lights L2 directed in a prescribed direction, thereby expanding the pupil of the image light L1 projected by the projection optical system 5. , replicate and extend in the first axis.
  • the pair of first extended regions 421-1 and 421-2 are composed of periodic structures having a diffractive action on the image light L1.
  • the periodic structures of the pair of first extended regions 421-1 and 421-2 are, for example, reflective diffraction gratings.
  • the image light L1 from the second joint region 41-2 reaches the first expansion region 421-1 so that the image light L1 from the first joint region 41-1 does not reach the first expansion region 421-2.
  • a shielding wall may be provided in the light guide member between the first expansion region 421-1 and the first expansion region 421-2 to prevent the light from entering.
  • the second extension area 422 is arranged to line up with the pair of first extension areas 421-1 and 421-2 on the second axis (Y-axis). That is, the second extension area 422 is a common second extension area for the pair of first extension areas 421-1 and 421-2.
  • the second expansion region 422 propagates the image light L2 from the pair of first expansion regions 421-1 and 421-2 in a prescribed direction, and emits part of the image light L2 from the light guide member 4 to the visual field region 7. .
  • the second expansion region 422 divides the image light L2 into a plurality of parallel image lights directed from the light guide member 4 toward the visual field region 7, thereby dividing the pupil of the image light L1 projected by the projection optical system 5 into the second Duplicate and expand on the axis.
  • the second extended region 422 is composed of a periodic structure that has a diffractive action on the image light L2.
  • the periodic structure of the second extended region 422 is, for example, a reflective diffraction grating.
  • the light guide member 4 includes a plurality of coupling regions 41 including a first coupling region 41-1 and a second coupling region 41-2, and the propagation region 42 extends along the first axis It includes a pair of first extension regions 421-1 and 421-2 aligned in the direction of .
  • One of the pair of first expansion regions 421-1 and 421-2 propagates the image light L1 in the first direction of the first axis, and transmits part of the image light L1 to the second Orient in a specified direction that includes an axial directional component.
  • the other of the pair of first expansion regions 421-1 and 421-2 propagates the image light L1 in a second direction opposite to the first direction, and a part of the image light L1 is oriented in a prescribed direction that includes the directional component of the second axis.
  • the second expansion region 422 propagates the image light L2 from the pair of first expansion regions 421-1 and 421-2 in a prescribed direction, and emits part of the image light L2 from the light guide member 4 to the visual field region 7. . With this configuration, the viewing area 7 can be widened.
  • FIGS. 14 and 15 show the projection optical system 5 of the image display device of Modification 8.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram of the position of the entrance pupil P1 on the YZ plane of the projection optical system 5 of the image display device of Modification 8, and
  • FIG. is an explanatory diagram of the position of .
  • a portion of the light guide member 4 corresponding to the coupling region 41 is indicated by hatching in order to illustrate the coupling region 41 in an easy-to-understand manner.
  • the projection optical system 5 causes the image light L1 from the display element 2 to enter the light guide member 4 .
  • the projection optical system 5 is between the display element 2 and the coupling area 41 of the light guide member 4 .
  • the projection optical system 5 includes a first optical element 51 and a second optical element 52 as a plurality of optical elements.
  • the first optical element 51 is, for example, a cemented lens combining a negative meniscus lens and a biconvex lens
  • the second optical element 52 is a cemented lens combining a positive meniscus lens and a negative meniscus lens.
  • the projection optical system 5 shown in FIGS. 14 and 15 is directed from the projection optical system 5 on the optical path of the image light L1 to the display element 2 in the plane orthogonal to the first axis (YZ plane orthogonal to the X axis).
  • the distance D1 (see FIG. 14) from the projection optical system 5 to the entrance pupil P1 of the image light L1 is projected onto the display element 2 in the plane orthogonal to the second axis (the XZ plane orthogonal to the Y axis) on the optical path of the image light L1. It is configured to be longer than the distance D2 (see FIG. 15) to the entrance pupil P2 of the optical system 5 . By doing so, it is possible to reduce the dimension of the first axis (X-axis) of the coupling region 41 while reducing the dimension of the propagation region 42 .
  • the position of the entrance pupil P1 is set such that the light rays from each point of the display element 2 forming the image light L1 converge and diverge within the first extended region 421 of the propagation region 42 .
  • the image light L1 incident on the coupling area 41 from the projection optical system 5 includes a principal ray L10 corresponding to the center of the image and a plurality of secondary rays L11-1, L11-2, L11-3, L11-4, . including.
  • the plurality of secondary rays L11 intersect with the principal ray L10 within the first extended region 421 of the propagation region 42 .
  • the position of the entrance pupil P2 of the projection optical system 5 with respect to the display element 2 in the plane orthogonal to the second axis is the first surface 40a of the light guide member 4. at a position corresponding to the coupling region 41 .
  • the image light L1 incident on the coupling area 41 from the projection optical system 5 consists of a principal ray L10 corresponding to the center of the image and a principal ray L10 as it travels from the projection optical system 5 toward the coupling area 41 a plurality of secondary rays L12-1, L12-2, L12-3, L12-4, . including.
  • a plurality of secondary rays L12 intersect with the principal ray L10 at the coupling region 41 .
  • the projection optical system 5 is directed from the projection optical system 5 on the optical path of the image light L1 to the display element 2 in the plane orthogonal to the first axis (the YZ plane orthogonal to the X axis). is the entrance pupil of the projection optical system 5 with respect to the display element 2 in the plane perpendicular to the second axis (the XZ plane perpendicular to the Y axis) from the projection optical system 5 on the optical path of the image light L1
  • a plurality of optical elements may be combined so as to be longer than the distance to P2.
  • the projection optical system 5 and the coupling region 41 of the light guide member 4 are arranged on a straight line, but the projection optical system 5 and the coupling region 41 of the light guide member 4 are not necessarily arranged on a straight line.
  • the optical path of the image light L1 to the coupling area 41 between the projection optical system 5 and the light guide member 4 is not necessarily straight.
  • the image light L1 from the projection optical system 5 may be reflected by a reflector and made incident on the coupling region 41 of the light guide member 4 .
  • the optical path of the image light L1 to the coupling area 41 between the projection optical system 5 and the light guide member 4 is not linear, but is L-shaped, for example. Even in such a case, on the optical path of the image light L1 projected by the projection optical system 5, the entrance pupil P1 of the projection optical system 5 with respect to the display element 2 in the plane orthogonal to the first axis from the projection optical system 5 is longer than the distance from the projection optical system 5 to the coupling region 41, the size of the light guide member 4 can be reduced.
  • the distance from the projection optical system 5 on the optical path of the image light L1 to the entrance pupil P1 of the projection optical system 5 with respect to the display element 2 in the plane orthogonal to the first axis is the projection optical system on the optical path of the image light L1. 5 to the entrance pupil P2 of the projection optical system 5 with respect to the display element 2 in the plane orthogonal to the second axis.
  • the coupling region 41 of the light guide member 4 does not necessarily have to be provided on the first surface 40a or the second surface 40b of the body portion 40.
  • the coupling region 41 may be formed on the side surface (end surface) of the body portion 40 .
  • the joint region 41 may be configured with a surface that is inclined with respect to the thickness direction of the body portion 40 . Thereby, the coupling region 41 can guide the image light L1 into the light guide member 4 and direct it in the direction of the first axis within the light guide member 4 .
  • the coupling region 41 does not necessarily have to be composed of a periodic structure having a diffractive action on the image light L1, and is composed of a surface that refracts the image light L1 in the direction of the first axis. good.
  • the first extension region 421 of the propagation region 42 propagates the image light L1 from the coupling region 41 in the direction of the first axis and diverts a portion of the image light L1 to the second axis perpendicular to the first axis. is directed in a specified direction containing the directional component of
  • the first axis is the X-axis and the second axis is the Y-axis in the above embodiment
  • the first axis may be the X-axis or the Y-axis and the second axis may be the Z-axis.
  • the light guide member 4 performs pupil dilation in the first axis or the second axis.
  • the second extension area 422 is not essential.
  • the second axis does not have to be orthogonal to the first axis.
  • the first axis is the X-axis
  • the second axis may be an axis that intersects the X-axis at 45 degrees, rather than the Y-axis or the Z-axis.
  • the second extended region 422 may be a transmissive diffraction grating instead of a reflective diffraction grating, or may be a volume hologram (holographic diffraction grating).
  • a first aspect is an optical system (3) comprising a projection optical system (5) for projecting image light (L1) forming an image output from a display element (2), and the projection optical system (5 ) is provided with a light guide member (4) for guiding the projected image light (L1) to a user's visual field area (7) as a virtual image.
  • the light guide member (4) has a coupling area (41) that guides the image light (L1) into the light guide member (4) and directs it in the direction of the first axis within the light guide member (4).
  • the image light (L1) from the coupling region (41) is propagated in the direction of the first axis, and a part of the image light (L1) is transmitted in the direction of a second axis orthogonal to the first axis, and a propagating area (42) directed in a defined direction.
  • the projection optical system for the display element (2) in the plane orthogonal to the first axis from the projection optical system (5) on the optical path of the image light (L1) projected by the projection optical system (5); to the entrance pupil (P1) is longer than the distance (D10) from said projection optics (5) to said coupling area (41). According to this aspect, it is possible to reduce the size of the light guide member (4), particularly the propagation area (42).
  • the second aspect is the optical system (3) based on the first aspect.
  • the distance (D1) to the pupil (P1) is the distance from the projection optical system (5) on the optical path of the image light (L1) to the display element (2) in the plane perpendicular to the second axis. longer than the distance (D2) to the entrance pupil (P2) of system (5).
  • the size of the light guide member (4) can be reduced.
  • a third aspect is an optical system (3) based on the first or second aspect.
  • the light guide member (4) is plate-shaped, and each of the first axis, the second axis and the prescribed direction is orthogonal to the thickness direction of the light guide member (4). . According to this aspect, the dimension of the second axis of the light guide member (4) can be reduced.
  • a fourth aspect is an optical system (3) based on any one of the first to third aspects.
  • the image light (L1) incident on the coupling region (41) from the projection optical system (5) includes a principal ray (L10) corresponding to the center of the virtual image and the projection optical system ( 5) and a plurality of secondary rays (L11-1, L11-2) approaching the principal ray (L10) in the direction of the second axis as they go toward the coupling region (41).
  • the plurality of secondary rays (L11-1, L11-2) intersect the chief ray (L10) within the propagation region (42). According to this aspect, the size of the light guide member (4) can be reduced.
  • a fifth aspect is an optical system (3) based on any one of the first to fourth aspects.
  • the dimension of said bonding area (41) in said second axis is greater than the dimension of said bonding area (41) in said first axis. According to this aspect, the size of the light guide member (4) can be reduced.
  • a sixth aspect is an optical system (3) based on any one of the first to fifth aspects.
  • the propagation region (42) divides the image light (L1) into a plurality of parallel image lights (L2) directed in the specified direction, so that the projection optical system (5) projects It includes a first expansion region (421) that duplicates and expands the pupil of the image light (L1) obtained in the first axis. This aspect allows pupil dilation in the first axis.
  • a seventh aspect is an optical system (3) based on the sixth aspect.
  • said first extension region (421) has a first end (421a) and a second end (421b) on said first axis.
  • the first end (421a) is closer to the coupling region (41) than the second end (421b).
  • W1 and W2 are 0.4 ⁇ W1. /W2 ⁇ 1.8 is satisfied.
  • the first expansion area (421) of the propagation area (42) can be made smaller, and the size of the propagation area (42) of the light guide member (4) can be reduced.
  • An eighth aspect is an optical system (3) based on the sixth or seventh aspect.
  • the propagation region (42) propagates the image light (L2) from the first expansion region (421) in the specified direction, and a portion of the image light (L2) (image light L3) is emitted from the light guide member (4) to the viewing area (7).
  • the viewing area (7) can be widened.
  • a ninth aspect is an optical system (3) based on the eighth aspect.
  • the propagation area (42) splits the image light (L1) into a plurality of parallel image lights (L1) directed from the light guide member (4) to the viewing area (7). and includes a second expansion region (422) that duplicates and expands the pupil of the image light (L1) projected by the projection optical system (5) on the second axis. This aspect allows pupil dilation in the second axis.
  • a tenth aspect is an optical system (3) based on the ninth aspect.
  • the propagation region (42) includes a pair of first extension regions (421-1, 421-2) aligned in the direction of the first axis.
  • One of the pair of first extended regions (421-1, 421-2) propagates the image light (L1) in the first direction of the first axis, and part of the image light (L1) is transmitted to the Orient in the specified direction.
  • the other of the pair of first expansion regions (421-1, 421-2) propagates the image light (L1) in a second direction opposite to the first direction, and one of the image light (L1) The part is oriented in the specified direction.
  • the second expansion region (422) propagates the image light (L2) from the pair of first expansion regions (421-1, 421-2) in the prescribed direction, from the light guide member (4) into the viewing area (7). According to this aspect, the viewing area (7) can be widened.
  • An eleventh aspect is an optical system (3) based on any one of the first to tenth aspects.
  • the coupling region (41) includes a periodic structure having a diffractive action on the image light (L1). According to this aspect, the size of the light guide member (4) can be reduced.
  • a twelfth aspect is an optical system (3) based on any one of the first to eleventh aspects.
  • the light guide member (4) directs the image light (L1) entering the light guide member (4) from the coupling region (41) parallel to each other within the light guide member (4).
  • the image light (L1, L2) is divided into a plurality of image lights (L1, L2) and emitted to the visual field area (7), thereby replicating and expanding the pupil of the image light (L1) projected by the projection optical system (5). . According to this aspect, it is possible to dilate the pupil.
  • a thirteenth aspect is an optical system (3) based on any one of the first to twelfth aspects.
  • the projection optical system (5) causes the image light (L1) to enter the coupling area (41) as substantially collimated light. According to this aspect, the size of the light guide member (4) can be reduced.
  • a fourteenth aspect is an image display device (1) comprising an optical system (3) based on any one of the first to thirteenth aspects, and the display element (2). According to this aspect, the size of the light guide member (4) can be reduced.
  • a fifteenth aspect is an image display device (1) based on the fourteenth aspect.
  • the display element (2) has output angle characteristics such that the image light (L1) is wider in the second axis than in the first axis.
  • the position of the entrance pupil (P1) of the projection optical system (5) with respect to the display element (2) in the plane perpendicular to the first axis and the position of the entrance pupil (P1) of the projection optical system (5) perpendicular to the second axis It becomes easy to make the position of the entrance pupil (P2) of the projection optical system (5) different from that of the display element (2) in the plane.
  • the present disclosure is applicable to optical systems and image display devices. Specifically, the present disclosure is applicable to an optical system for guiding light from a display element to a user's viewing area, and an image display device including this optical system.
  • image display device 2 display element 3 optical system 4 light guide member 41 coupling region 42 propagation region 421, 421-1, 421-2 first expansion region 421a first end 421b second end 422 second expansion region 5 projection optical system 7 Viewing area L1 Image light L10 Chief ray L11-1, L11-2 Secondary ray P1 Entrance pupil P2 Entrance pupil

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

光学系（３）は、表示素子（２）から出力される画像を形成する画像光（Ｌ１）を投射する投射光学系（５）と、投射光学系（５）が投射した画像光（Ｌ１）をユーザの視野領域（７）に虚像として導く導光部材（４）とを備える。導光部材（４）は、画像光（Ｌ１）を導光部材（４）内に導き、導光部材（４）内で第１軸（Ｘ軸）の方向に向かわせる結合領域（４１）と、結合領域（４１）からの画像光（Ｌ１）を第１軸の方向に伝播させ、画像光（Ｌ１）の一部を第１軸に直交する第２軸（Ｙ軸）の方向成分を含む規定方向に向かわせる伝播領域（４２）とを有する。投射光学系（５）が投射した画像光（Ｌ１）の光路上において、投射光学系（５）から第１軸に直交する面内における表示素子（２）に対する投射光学系（５）の入射瞳（Ｐ１）までの距離（Ｄ１）は、投射光学系（５）から結合領域（４１）までの距離（Ｄ１０）より長い。

Description

光学系、及び、画像表示装置
　本開示は、光学系、及び、画像表示装置に関する。
　特許文献１は、出射瞳を２方向で拡張するための導波路（導光部材）を備える光学素子（光学系）を開示する。光学要素は、３つの回折光学素子（ＤＯＥ）を備える。第１のＤＯＥは、表示素子からの光を導波路の内部に結合させる。第２のＤＯＥは、出射瞳を第１方向に、第１座標軸に沿って拡張する。第３のＤＯＥは、出射瞳を第２方向に、第２座標軸に沿って拡張して、光を導波路の外部に射出させる。
米国特許第１０４２９６４５号明細書
　特許文献１に記載の光学要素は、例えば、ヘッドマウントディスプレイに利用される。ヘッドマウントディスプレイにおいては、光学要素の使用態様にもよるが、光学要素の導波路の小型化が望まれる場合がある。
　本開示は、導光部材の小型化が図れる光学系、及び、画像表示装置を提供する。
　本開示の一態様にかかる光学系は、表示素子から出力される画像を形成する画像光を投射する投射光学系と、前記投射光学系が投射した前記画像光をユーザの視野領域に虚像として導く導光部材とを備える。前記導光部材は、前記画像光を前記導光部材内に導き、前記導光部材内で第１軸の方向に向かわせる結合領域と、前記結合領域からの前記画像光を前記第１軸の方向に伝播させ、前記画像光の一部を前記第１軸に直交する第２軸の方向成分を含む規定方向に向かわせる伝播領域とを有する。前記投射光学系が投射した前記画像光の光路上において、前記投射光学系から前記第１軸に直交する面内における前記表示素子に対する前記投射光学系の入射瞳までの距離が、前記投射光学系から前記結合領域までの距離より長い。
　本開示の一態様にかかる画像表示装置は、上記の光学系と、前記表示素子とを備える。
　本開示の態様によれば、導光部材の小型化が図れる。
一実施の形態にかかる光学系を備える画像表示装置の構成例の概略図 図１の画像表示装置のＹＺ平面における概略図 図１の光学系の導光部材の構成例のＸＹ平面における概略図 図１の画像表示装置の投射光学系のＹＺ平面における入射瞳の位置の説明図 図１の画像表示装置の投射光学系のＸＺ平面における入射瞳の位置の説明図 変形例１の画像表示装置のＹＺ平面における概略図 変形例２の画像表示装置のＹＺ平面における概略図 変形例３の画像表示装置の投射光学系のＸＺ平面における入射瞳の位置の説明図 変形例４の画像表示装置の導光部材の構成例のＸＹ平面における概略図 変形例４の画像表示装置の導光部材の別の構成例のＸＹ平面における概略図 変形例５の画像表示装置の導光部材の構成例のＸＹ平面における概略図 変形例６の画像表示装置の導光部材の構成例のＸＹ平面における概略図 変形例７の画像表示装置の導光部材の構成例のＸＹ平面における概略図 変形例８の画像表示装置の投射光学系のＹＺ平面における入射瞳の位置の説明図 図１４の投射光学系のＸＺ平面における入射瞳の位置の説明図
　以下、適宜図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者（ら）は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面及び以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
　［１．実施の形態］
　［１．１　概要］
　図１は、画像表示装置１の構成例の概略図である。画像表示装置１は、例えば、ユーザの頭部に装着され、画像（映像）を表示するヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）である。以下では、図１に示す、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に基づいて画像表示装置１に関する方向を説明する。Ｘ軸は、水平方向に対応し、Ｙ軸は、鉛直方向に対応する。Ｚ軸は、ユーザの前後方向に対応する。本開示において、「〇〇軸の方向」は、任意の点を通り〇〇軸に平行する方向を意味する。本開示において、光に関して「〇〇方向に向かわせる」及び「〇〇方向に伝播させる」等の表現は、画像を形成する光が全体として〇〇方向に向かうことを意味し、画像を形成する光に含まれる光線は〇〇方向に対して傾いていてもよい。例えば、「〇〇方向に向かう光」は、この光の主光線が〇〇方向に向いていればよく、光の副光線は〇〇方向に対して傾いていてもよい。
　図１に示すように、画像表示装置１は、表示素子２と、光学系３とを備える。表示素子２は、画像を形成する画像光Ｌ１を出力する。光学系３は、導光部材４と、投射光学系５とを備える。投射光学系５は、表示素子２から出力される画像を形成する画像光Ｌ１を投射する。導光部材４は、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１をユーザの視野領域７に虚像として導く。導光部材４は、結合領域４１と、伝播領域４２とを有する。結合領域４１は、画像光Ｌ１を導光部材４内に導き、導光部材４内で第１軸（本実施の形態では、Ｘ軸）の方向に向かわせる。伝播領域４２は、結合領域４１からの画像光Ｌ１を第１軸の方向に伝播させ、画像光Ｌ１の一部（Ｌ２）を第１軸に直交する第２軸（本実施の形態では、Ｙ軸）の方向成分を含む規定方向（本実施の形態では、第２軸の方向）に向かわせる。図２は、図１の画像表示装置１のＹＺ平面における概略図である。図２に示すように、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１の光路上において、投射光学系５から第１軸に直交する面（本実施の形態では、Ｘ軸に直交するＹＺ平面）内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ１までの距離Ｄ１は、投射光学系５から結合領域４１までの距離Ｄ１０より長い。
　本開示において、「表示素子に対する投射光学系の入射瞳」は、投射光学系の開口絞りに相当する。「表示素子に対する投射光学系の入射瞳の位置」は、画像光Ｌ１を構成する表示素子の各点から出射した光束の中心光線が、投射光学系の光軸と平行な断面で見た際に、光軸と交差する位置である。
　図３は、図１の光学系３の導光部材４の構成例のＸＹ平面における概略図である。画像表示装置１では、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１の光路上において、投射光学系５から第１軸に直交する面（本実施の形態では、Ｘ軸に直交するＹＺ平面）内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ１までの距離Ｄ１は、投射光学系５から結合領域４１までの距離Ｄ１０より長い。本実実施の形態において、投射光学系５と導光部材４とが一直線上に並んでいるから、第１軸に直交する面（Ｘ軸に直交するＹＺ平面）内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ１の位置は、結合領域４１に対して投射光学系５と反対側にある。そして、投射光学系５から入射瞳Ｐ１までの間においては、画像光Ｌ１を構成する表示素子２の各点からの光線が収束し、入射瞳Ｐ１から発散する。そのため、図３に示すように、伝播領域４２内において、画像光Ｌ１を構成する表示素子２の各点からの光線を収束させることができる。一方で、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１の光路上において、距離Ｄ１が距離Ｄ１０より短い場合には、表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ１の位置が結合領域４１に対して投射光学系５と同じ側にある。この場合には、伝播領域４２内において画像光Ｌ１を構成する表示素子２の各点からの光線が収束せずに発散する。したがって、本実施の形態の画像表示装置１のように、伝播領域４２内において、画像光Ｌ１を構成する表示素子２の各点からの光線を収束させることで、伝播領域４２が表示素子２からの画像光Ｌ１を伝播するために必要な大きさを小さくできる。これによって、導光部材４の小型化が図れる。
　［１．２　詳細］
　以下、本実施の形態の画像表示装置１について、図１～図６を参照して更に詳細に説明する。図１に示すように、画像表示装置１は、表示素子２と、光学系３とを備える。
　表示素子２は、画像（映像）を表示するために、画像を形成する画像光Ｌ１を出力する。画像光Ｌ１は、表示素子２の各点から出力される光線を含む。表示素子２の各点は、例えば、表示素子２の各画素に対応する。表示素子２は、表示素子２の光軸がＺ軸に沿い、表示素子２で表示する画像の横方向及び縦方向がＸ軸及びＹ軸にそれぞれ沿うように配置される。表示素子２の光軸は、画像光Ｌ１の光軸である。画像光Ｌ１の光軸は、例えば、表示素子２の中心から出力される光の光軸である。表示素子２の例としては、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等の既知のディスプレイが挙げられる。
　本実施の形態において、図４及び図５に示すように、表示素子２は、画像光Ｌ１が第１軸よりも第２軸において広がる出射角度特性を有する。これによって、後述する投射光学系５により、第１軸に直交する面（Ｘ軸に直交するＹＺ平面）内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ１の位置と第２軸に直交する面（Ｙ軸に直交するＸＺ平面）内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ２の位置とを異ならせることが容易になる。
　光学系３は、図１に示すように、表示素子２が出力する画像光Ｌ１を、ユーザの目６に対して設定される視野領域７に導く。視野領域７では、表示素子２が形成する画像をユーザが自身の目６で途切れることなく視認できる。特に、本実施の形態において、光学系３は、瞳拡張の作用により、視野領域７を広げる。
　図１に示すように、光学系３は、導光部材４と、投射光学系５とを備える。
　導光部材４は、表示素子２から出力される画像を形成する画像光Ｌ１をユーザの視野領域７に虚像として導く。導光部材４は、板状である。より詳細には、導光部材４は、板状の本体部４０を有する。本体部４０は、透明な材料で形成され、厚み方向の第１面４０ａ及び第２面４０ｂを有する。図１に示すように、導光部材４は、本体部４０の厚みがＺ軸に沿うようにして、第１面４０ａを表示素子２側に、第２面４０ｂを視野領域７側に向けて配置される。
　図１に示すように、導光部材４は、表示素子２からの画像光Ｌ１をユーザの視野領域７に導くための要素として、結合領域４１と、伝播領域４２とを有する。
　結合領域４１は、画像光Ｌ１を導光部材４内に導き、導光部材４内で第１軸に沿った方向に向かわせる。結合領域４１は、表示素子２と導光部材４との結合（カップリング）に用いられる。結合領域４１は、外部からの光（画像光Ｌ１）を全反射条件で導光部材４内を伝播するように導光部材４内に入射させる。ここでいう「結合」とは、全反射条件で導光部材４内を伝播する状態である。本実施の形態において、第１軸は、導光部材４の厚み方向に直交する。本実施の形態において、第１軸は、Ｘ軸である。結合領域４１は、画像光Ｌ１に対する回折作用を有する周期構造体により構成される。結合領域４１の周期構造体は、例えば、透過型の回折格子である。結合領域４１は、例えば、本体部４０の第１面４０ａに形成される。結合領域４１の回折格子は、例えば、第２軸に沿って延びて第１軸に沿って所定間隔で並ぶ複数の凹部又は凸部を含んでよい。なお、図２では、結合領域４１が回折作用を有する周期構造体を持つことを分かりやすく図示するためだけに、Ｙ軸に沿って凸部が並ぶものとして図示している。結合領域４１は、回折作用によって、画像光Ｌ１を、導光部材４内に、第１面４０ａ及び第２面４０ｂに対して全反射する条件で入射させる。結合領域４１によって、画像光Ｌ１は、導光部材４内（つまりは本体部４０内）を、第１面４０ａ及び第２面４０ｂで全反射されることで、第１軸（本実施の形態では、Ｘ軸）の方向に進む。
　結合領域４１の大きさは、投射光学系５を経た表示素子２からの画像光Ｌ１の一部又はすべて結合領域４１に入射するように設定される。本実施の形態において、図３に示すように、結合領域４１は、ＸＹ平面において楕円形状であり、長径が第１軸に沿い、短径が第２軸に沿う。つまり、結合領域４１の第２軸（Ｙ軸）における寸法は、結合領域４１の第１軸（Ｘ軸）における寸法より大きい。ただし、結合領域４１は楕円形状に限定されることはなく、結合領域４１の第２軸（Y軸）における寸法が、結合領域４１の第１軸における寸法より大きい矩形形状であってもよい。
　伝播領域４２は、第１拡張領域４２１と、第２拡張領域４２２とを含む。
　第１拡張領域４２１は、図３に示すように、第１軸において、結合領域４１と並ぶように配置される。第１拡張領域４２１は、結合領域４１からの画像光Ｌ１を第１軸に沿って伝播させ、画像光Ｌ１の一部（画像光Ｌ２）を規定方向に向かわせる。規定方向は、第１軸に直交する第２軸の方向成分を含む方向である。本実施の形態において、第２軸は、導光部材４の厚み方向及び第１軸に直交する。本実施の形態において、第２軸は、Ｙ軸である。本実施の形態において、規定方向は、第２軸の方向成分のみを含み、第２軸の方向に一致する。本実施の形態において、第１拡張領域４２１は、第１軸において画像光Ｌ１の瞳の拡張を行う。より詳細には、図３に示すように、第１拡張領域４２１は、画像光Ｌ１を規定方向に向かう平行な複数の画像光Ｌ２に分割することで、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１の瞳を、第１軸において複製して拡張する。第１拡張領域４２１は、画像光Ｌ１に対する回折作用を有する周期構造体により構成される。第１拡張領域４２１の周期構造体は、例えば、反射型の回折格子である。第１拡張領域４２１は、例えば、本体部４０の第１面４０ａに形成される。第１拡張領域４２１の回折格子は、例えば、Ｚ軸に直交する面内においてＹ軸に対して４５度傾斜した方向に沿って延びてＹ軸に対して１３５度傾斜した方向に所定間隔で並ぶ複数の凹部又は凸部を含んでよい。
　第１拡張領域４２１の大きさは、結合領域４１からの画像光Ｌ１がすべて第１拡張領域４２１に入射するように設定される。本実施の形態において、図３に示すように、第１拡張領域４２１は、ＸＹ平面において四角形状である。第１拡張領域４２１は、第１軸における第１端４２１ａ及び第２端４２１ｂを有する。第１端４２１ａは、第２端４２１ｂより結合領域４１側にある。第１拡張領域４２１において、画像光Ｌ１の第１端４２１ａでの光路の幅をＷ１、画像光Ｌ１の第２端４２１ｂでの光路の幅をＷ２とすると、幅Ｗ１及び幅Ｗ２は、０．４＜Ｗ１／Ｗ２＜１．８の関係を満たす。幅Ｗ１及び幅Ｗ２は、０．４＜Ｗ１／Ｗ２＜１．８の関係を満たすことによって、導光部材４内部で画像光Ｌ１を第１軸の方向に伝播させるために第１拡張領域４２１の必要な領域が小さくなるとともに、結合領域４１のサイズの大型化を抑えることができる。したがって、第１拡張領域４２１の第１端４２１ａでの幅を光路の幅Ｗ１に等しくし、第１拡張領域４２１の第２端４２１ｂでの幅を光路の幅Ｗ２に等しくすることで、第１拡張領域４２１のサイズを小さくでき、導光部材４の小型化が図れる。第１拡張領域４２１の第１軸（Ｘ軸）における寸法は、視野領域７の第１軸の寸法に応じて設定される。
　第２拡張領域４２２は、図２に示すように、第２軸（Ｙ軸）において、第１拡張領域４２１と並ぶように配置される。第２拡張領域４２２は、第１拡張領域４２１からの画像光Ｌ２を規定方向に伝播させ、画像光Ｌ２の一部（画像光Ｌ３）を導光部材４から視野領域７に出射する。本実施の形態において、第２拡張領域４２２は、第２軸において画像光Ｌ１の瞳の拡張を行う。より詳細には、図２に示すように、第２拡張領域４２２は、導光部材４から視野領域７に向かう平行な複数の画像光Ｌ３に分割することで、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１の瞳を、第２軸において複製して拡張する。画像光Ｌ３は、例えば、第３軸の方向に進む。第２拡張領域４２２は、画像光Ｌ２に対する回折作用を有する周期構造体により構成される。第２拡張領域４２２の周期構造体は、例えば、反射型の回折格子である。第２拡張領域４２２は、例えば、本体部４０の第１面４０ａに形成される。第２拡張領域４２２の回折格子は、例えば、第１軸の方向に延びて第２軸の方向に所定間隔で並ぶ複数の凹部又は凸部を含んでよい。
　第２拡張領域４２２の大きさは、第１拡張領域４２１からの画像光Ｌ２がすべて第２拡張領域４２２に入射するように設定される。本実施の形態において、図３に示すように、第２拡張領域４２２は、ＸＹ平面において四角形状である。第２拡張領域４２２の第１軸（Ｘ軸）における寸法は、第１拡張領域４２１の第１軸における寸法に等しい。第２拡張領域４２２の第２軸（Ｙ軸）における寸法は、視野領域７の第２軸の寸法に応じて設定される。
　以上述べたように、導光部材４は、結合領域４１から導光部材４内に入射した画像光Ｌ１を導光部材４内で互いに平行な複数の画像光Ｌ２，Ｌ３に分割して視野領域７に出射することで画像光Ｌ１の瞳を複製して拡張する。より詳細には、導光部材４は、結合領域４１と、伝播領域４２とを有し、結合領域４１から導光部材４内に入射した画像光Ｌ１を、伝播領域４２の第１拡張領域４２１及び第２拡張領域４２２により導光部材４内で互いに平行な複数の画像光Ｌ２，Ｌ３に分割して視野領域７に出射することで第１軸及び第２軸において画像光Ｌ１の瞳を複製して拡張する。
　投射光学系５は、表示素子２から出力される画像を形成する画像光Ｌ１を投射する。これによって、投射光学系５は、表示素子２からの画像光Ｌ１を導光部材４に入射させる。図１及び図２に示すように、投射光学系５は、表示素子２と導光部材４の結合領域４１との間にある。投射光学系５は、例えば、表示素子２からの画像光Ｌ１をコリメートして結合領域４１に入射させる。投射光学系５は、画像光Ｌ１を略コリメート光として結合領域４１に入射させる。投射光学系５は、例えば、両凸レンズである。
　投射光学系５は、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１の光路上における投射光学系５から第１軸に直交する面（Ｘ軸に直交するＹＺ平面）内における表示素子２に対する投射光学系の入射瞳Ｐ１までの距離Ｄ１（図４参照）が、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１の光路上における投射光学系５から第２軸に直交する面（Ｙ軸に直交するＸＺ平面）内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ２までの距離Ｄ２（図５参照）よりも長くなるように構成されている。本実施の形態では、投射光学系５と導光部材４とが一直線上に並ぶため、第１軸に直交する面（Ｘ軸に直交するＹＺ平面）内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ１の位置が第２軸に直交する面（Ｙ軸に直交するＸＺ平面）内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ２の位置よりも投射光学系５から遠くなる。
　次に、投射光学系５の入射瞳の位置について図４及び図５を参照して説明する。図４は、画像表示装置１の投射光学系５のＹＺ平面における入射瞳Ｐ１の位置の説明図である。図５は、画像表示装置１の投射光学系５のＸＺ平面における入射瞳Ｐ２の位置の説明図である。なお、図４及び図５では、結合領域４１を分かりやすく図示するために、導光部材４において結合領域４１に対応する部分をハッチングで示している。
　特に、図４に示すように、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１の光路上において、投射光学系５から第１軸に直交する面内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ１までの距離Ｄ１は、投射光学系５から結合領域４１までの距離Ｄ１０より長い。これにより、図４では、第１軸に直交する面（Ｘ軸に直交するＹＺ平面）内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ１の位置は、結合領域４１に対して投射光学系５と反対側にある。また、入射瞳Ｐ１の位置は、伝播領域４２の第１拡張領域４２１内で、画像光Ｌ１を構成する表示素子２の各点からの光線の収束及び発散が起きるように、設定される。より詳細には、図４に示すように、投射光学系５から結合領域４１に入射する画像光Ｌ１は、虚像の中心に対応する主光線Ｌ１０と、投射光学系５から結合領域４１に向かうにつれて第２軸（Ｙ軸）において主光線Ｌ１０に近付く複数の副光線Ｌ１１－１，Ｌ１１－２，…，Ｌ１１－ｎ（以下、総称して符号Ｌ１１を付す）とを含む。図３に示すように、複数の副光線Ｌ１１－１，Ｌ１１－２は、伝播領域４２の第１拡張領域４２１内で、主光線Ｌ１０と交差する。このように、伝播領域４２の第１拡張領域４２１内において、画像光Ｌ１を構成する表示素子２の各点からの光の光線（主光線Ｌ１０及び副光線Ｌ１１）を収束及び発散させることで、伝播領域４２（特に第１拡張領域４２１）が表示素子２からの画像光Ｌ１を伝播するために必要な大きさを小さくできる。ここで、「交差」とは第１軸と第２軸を含む平面上に光路を投影した場合に、主光線Ｌ１０と副光線Ｌ１１が交わることを表し、３次元空間でねじれの関係にあってもよい。
　一方、図５に示すように、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１の光路上において、投射光学系５から第２軸に直交する面内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ２までの距離Ｄ２は、投射光学系５から結合領域４１までの距離Ｄ２０に等しい。これにより、図５では、第２軸に直交する面（Ｙ軸に直交するＸＺ平面）内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ２の位置は、導光部材４の第１面４０ａにおいて結合領域４１に対応する位置にある。よって、結合領域４１に、画像光Ｌ１を構成する表示素子２の各点からの光線が収束する。より詳細には、図５に示すように、投射光学系５から結合領域４１に入射する画像光Ｌ１は、虚像の中心に対応する主光線Ｌ１０と、投射光学系５から結合領域４１に向かうにつれて第１軸（Ｘ軸）において主光線Ｌ１０に近付く複数の副光線Ｌ１２－１，Ｌ１２－２，…，Ｌ１２－ｎ（以下、総称して符号Ｌ１２を付す）とを含む。複数の副光線Ｌ１２は、結合領域４１で、主光線Ｌ１０と交差する。
　［１．３　効果等］
　以上述べたように、光学系３は、表示素子２から出力される画像を形成する画像光Ｌ１を投射する投射光学系５と、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１をユーザの視野領域７に虚像として導く導光部材４とを備える。導光部材４は、画像光Ｌ１を導光部材４内に導き、導光部材４内で第１軸の方向に向かわせる結合領域４１と、結合領域４１からの画像光Ｌ１を第１軸の方向に伝播させ、画像光Ｌ１の一部を第１軸に直交する第２軸の方向成分を含む規定方向に向かわせる伝播領域４２とを有する。投射光学系５が投射した画像光Ｌ１の光路上において、投射光学系５から第１軸に直交する面内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ１までの距離Ｄ１は、投射光学系５から結合領域４１までの距離Ｄ１０より長い。この構成によれば、導光部材４、特に、伝播領域４２の小型化が図れる。
　光学系３において、導光部材４は、板状であり、第１軸、第２軸及び規定方向の各々は、導光部材４の厚み方向に直交する。この構成によれば、導光部材４の第２軸の寸法を小さくできる。
　光学系３において、投射光学系５から結合領域４１に入射する画像光Ｌ１は、虚像の中心に対応する主光線Ｌ１０と、投射光学系５から結合領域４１に向かうにつれて第２軸の方向において主光線Ｌ１０に近付く複数の副光線Ｌ１１－１，Ｌ１１－２とを含む。複数の副光線Ｌ１１－１，Ｌ１１－２は、伝播領域４２内で、主光線Ｌ１０と交差する。この構成によれば、導光部材４の小型化が図れる。
　光学系３において、画像光Ｌ１の光路上における投射光学系５から第１軸に直交する面内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ１までの距離Ｄ１は、画像光Ｌ１の光路上における投射光学系５から第２軸に直交する面内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ２までの距離Ｄ２よりも長い。距離Ｄ１及び距離Ｄ２は、３．０＜Ｄ１／Ｄ２＜１００を満足する。この構成によれば、複数の副光線Ｌ１１－１，Ｌ１１－２が伝播領域４２内で主光線Ｌ１０と交差する位置を適切に設定することができ、導光部材４の小型化が図れる。
　光学系３において、結合領域４１の第２軸における寸法は、結合領域４１の第１軸における寸法より大きい。この構成によれば、導光部材４の小型化が図れる。
　光学系３において、伝播領域４２は、画像光Ｌ１を規定方向に向かう平行な複数の画像光Ｌ２に分割することで、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１の瞳を、第１軸において複製して拡張する第１拡張領域４２１を含む。この構成によれば、第１軸における瞳の拡張が可能になる。
　光学系３において、第１拡張領域４２１は、第１軸における第１端４２１ａ及び第２端４２１ｂを有する。第１端４２１ａは、第２端４２１ｂより結合領域４１側にある。画像光Ｌ１の第１端での光路の幅をＷ１、画像光Ｌ１の第２端での光路の幅をＷ２とすると、幅Ｗ１及び幅Ｗ２は、０．４＜Ｗ１／Ｗ２＜１．８の関係を満たす。この構成によれば、第１拡張領域４２１を小さくできて導光部材４の伝播領域４２の小型化が図れる。
　光学系３において、伝播領域４２は、第１拡張領域４２１からの画像光Ｌ２を規定方向に伝播させ、画像光Ｌ２の一部画像光Ｌ３を導光部材４から視野領域７に出射する。この構成によれば、視野領域７を広げることができる。
　光学系３において、伝播領域４２は、第１拡張領域４２１からの画像光Ｌ２を導光部材４から視野領域７に向かう平行な複数の画像光Ｌ３に分割することで、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１の瞳を、第２軸において複製して拡張する第２拡張領域４２２を含む。この構成によれば、第２軸における瞳の拡張が可能になる。
　光学系３において、結合領域４１は、画像光Ｌ１に対する回折作用を有する周期構造体を含む。この構成によれば、導光部材４の小型化が図れる。
　光学系３において、導光部材４は、結合領域４１から導光部材４内に入射した画像光Ｌ１を導光部材４内で互いに平行な複数の画像光Ｌ１，Ｌ２に分割して視野領域７に出射することで、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１の瞳を複製して拡張する。この構成によれば、瞳の拡張が可能になる。
　光学系３において、投射光学系５は、画像光Ｌ１を略コリメート光として結合領域４１に入射させる。この構成によれば、導光部材４の小型化が図れる。
　以上述べた画像表示装置１は、以上述べた光学系３と、表示素子２とを備える。この構成によれば、導光部材４の小型化が図れる。
　画像表示装置１において、表示素子２は、画像光Ｌ１が第１軸よりも第２軸において広がる出射角度特性を有する。この構成によれば、投射光学系５により、第１軸に直交する面内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ１の位置と第２軸に直交する面内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ２の位置とを異ならせることが容易になる。
　［２．変形例］
　本開示の実施の形態は、上記実施の形態に限定されない。上記実施の形態は、本開示の課題を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下に、上記実施の形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
　［２．１　変形例１］
　図６は、変形例１の画像表示装置１を示す。特に、図６は、変形例１の画像表示装置１のＹＺ平面における概略図である。変形例１の画像表示装置１は、導光部材４の結合領域４１が、上記実施の形態の画像表示装置１の導光部材４の結合領域４１と異なる。図６の導光部材４の結合領域４１は、画像光Ｌ１を導光部材４内に導き、導光部材４内で第１軸の方向に向かわせる。結合領域４１は、画像光Ｌ１に対する回折作用を有する周期構造体により構成される。結合領域４１の周期構造体は、例えば、反射型の回折格子である。結合領域４１は、例えば、本体部４０の第２面４０ｂに形成される。結合領域４１の回折格子は、例えば、第２軸に沿って延びて第１軸に沿って所定間隔で並ぶ複数の凹部又は凸部を含んでよい。なお、図６では、結合領域４１が回折作用を有する周期構造体を持つことを分かりやすく図示するためだけに、Ｙ軸に沿って凸部が並ぶものとして図示している。結合領域４１は、回折作用によって、画像光Ｌ１を、導光部材４内に、第１面４０ａ及び第２面４０ｂに対して全反射する条件で入射させる。結合領域４１によって、画像光Ｌ１は、導光部材４内（つまりは本体部４０内）を、第１面４０ａ及び第２面４０ｂで全反射されることで、第１軸の方向に進む。
　［２．２　変形例２］
　図７は、変形例２の画像表示装置１を示す。特に、図７は、変形例２の画像表示装置１のＹＺ平面における概略図である。変形例２の画像表示装置１は、導光部材４の結合領域４１が、上記実施の形態の画像表示装置１の導光部材４の結合領域４１と異なる。図７の導光部材４の結合領域４１は、画像光Ｌ１を導光部材４内に導き、導光部材４内で第１軸の方向に向かわせる。結合領域４１は、画像光Ｌ１に対する回折作用を有する周期構造体により構成される。結合領域４１の周期構造体は、例えば、屈折率の周期変調で回折作用を発生させる体積ホログラム（ホログラフィック回折格子）である。結合領域４１は、例えば、本体部４０の内部に形成される。結合領域４１の回折格子は、例えば、互いに屈折率が異なる第１部位４１１及び第２部位４１２が交互に並ぶ構造を有する。結合領域４１は、回折作用によって、画像光Ｌ１を、導光部材４内に、第１面４０ａ及び第２面４０ｂに対して全反射する条件で入射させる。結合領域４１によって、画像光Ｌ１は、導光部材４内（つまりは本体部４０内）を、第１面４０ａ及び第２面４０ｂで全反射されることで、第１軸の方向に進む。
　［２．３　変形例３］
　図８は、変形例３の画像表示装置１を示す。特に、図８は、変形例３の画像表示装置１の光学系３のＸＺ平面における入射瞳Ｐ２の位置の説明図である。変形例３の画像表示装置１の光学系３では、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１の光路上において、投射光学系５から第２軸に直交する面（Ｙ軸に直交するＸＺ平面）内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ２までの距離Ｄ２は、投射光学系５から結合領域４１までの距離Ｄ２０より長い。図８では、投射光学系５と導光部材４の結合領域４１とが一直線に並ぶため、第２軸に直交する面（Ｙ軸に直交するＸＺ平面）内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ２の位置は、結合領域４１に対して投射光学系５と反対側にある。このように、距離Ｄ２が距離Ｄ２０と一致している必要はない。つまり、入射瞳Ｐ２の位置は、上記実施の形態のように結合領域４１に一致している必要はない。
　［２．４　変形例４］
　図９は、変形例４の画像表示装置の導光部材４の構成例を示す。特に、図９は、導光部材４のＸＹ平面における概略図である。図９では、上記実施の形態と同様に、第１軸はＸ軸、第２軸はＹ軸である。図９の伝播領域４２の第１拡張領域４２１は、第１軸（Ｘ軸）において、結合領域４１と並ぶように配置される。第１拡張領域４２１は、結合領域４１からの画像光Ｌ１を第１軸（Ｘ軸）の方向に伝播させ、画像光Ｌ１の一部を第１軸に直交する第２軸（Ｙ軸）の方向成分を含む規定方向に向かわせる。図９において、規定方向は、上記実施の形態とは異なり、第１軸及び第２軸の方向成分を含む。つまり、規定方向は、第１軸に直交する第２軸の方向ではなく、第１軸に直交せずに交差する方向である。規定方向に含まれる第１軸の方向成分は、第１拡張領域４２１から結合領域４１に向かう方向の成分である。
　図１０は、変形例４の画像表示装置の導光部材４の別の構成例を示す。特に、図１０は、導光部材４のＸＹ平面における概略図である。図１０では、上記実施の形態と同様に、第１軸はＸ軸、第２軸はＹ軸である。図１０の伝播領域４２の第１拡張領域４２１は、第１軸（Ｘ軸）において、結合領域４１と並ぶように配置される。第１拡張領域４２１は、結合領域４１からの画像光Ｌ１を第１軸（Ｘ軸）の方向に伝播させ、画像光Ｌ１の一部を第１軸に直交する第２軸（Ｙ軸）の方向成分を含む規定方向に向かわせる。図１０において、規定方向は、上記実施の形態とは異なり、第１軸及び第２軸の方向成分を含む。つまり、規定方向は、第１軸に直交する第２軸の方向ではなく、第１軸に直交せずに交差する方向である。規定方向に含まれる第１軸の方向成分は、結合領域４１から第１拡張領域４２１に向かう方向の成分である。
　このように、規定方向は、必ずしも、第２軸の方向に一致していなくてよく、第２軸の方向成分を含む方向であってよい。特に、規定方向は、第１軸の方向成分と第２軸の方向成分を含み、第３軸の方向成分を含んでいない。規定方向は、第２軸の方向成分の大きさが第１軸の方向成分の大きさ以上であるとよい。
　［２．５　変形例５］
　図１１は、変形例５の画像表示装置の導光部材４を示す。特に、図１１は、導光部材４の構成例のＸＹ平面における概略図である。上記実施の形態においては、第１軸はＸ軸、第２軸はＹ軸であるが、変形例５では、第１軸はＹ軸、第２軸はＸ軸である。
　したがって、変形例５において、結合領域４１は、画像光Ｌ１を導光部材４内に導き、導光部材４内で第１軸（Ｙ軸）の方向に向かわせる。結合領域４１は、ＸＹ平面において楕円形状であり、長径が第１軸（Ｙ軸）に沿い、短径が第２軸（Ｘ軸）に沿う。
　伝播領域４２の第１拡張領域４２１は、第１軸（Ｙ軸）において、結合領域４１と並ぶように配置される。第１拡張領域４２１は、結合領域４１からの画像光Ｌ１を第１軸（Ｙ軸）の方向に伝播させ、画像光Ｌ１の一部を第１軸に直交する第２軸（Ｘ軸）の方向成分を含む規定方向に向かわせる。変形例５において、規定方向は、第２軸の方向成分のみを含み、第２軸の方向に一致する。
　伝播領域４２の第２拡張領域４２２は、第２軸（Ｘ軸）において、第１拡張領域４２１と並ぶように配置される。第２拡張領域４２２は、第１拡張領域４２１からの画像光Ｌ２を規定方向に伝播させ、画像光Ｌ２の一部を導光部材４から視野領域７に出射する。
　変形例５の導光部材４では、Ｘ軸において、導光部材４の伝播領域４２（特に、第１拡張領域４２１）を小さくできる。これによって、導光部材４の小型化が図れる。
　［２．６　変形例６］
　図１２は、変形例６の画像表示装置の導光部材４を示す。特に、図１２は、導光部材４の構成例のＸＹ平面における概略図である。変形例６では、上記実施の形態と同様に、第１軸はＸ軸、第２軸はＹ軸である。
　図１２の導光部材４は、表示素子２からの画像光Ｌ１をユーザの視野領域７に導くための要素として、結合領域４１と、伝播領域４２とを有する。
　結合領域４１は、画像光Ｌ１を導光部材４内に導き、導光部材４内で第１軸の方向に向かわせる。より詳細には、結合領域４１は、結合領域４１に入射した画像光Ｌ１から、第１軸の異なる方向に向かう２つの画像光Ｌ１－１，Ｌ１－２を発生させる。画像光Ｌ１－１は、第１軸の第１方向（図１２の左方向）に進み、画像光Ｌ１－２は、第１方向とは反対の第２方向（図１２の右方向）に進む。結合領域４１は、画像光Ｌ１に対する回折作用を有する周期構造体により構成される。結合領域４１の周期構造体は、例えば、透過型の回折格子である。
　伝播領域４２は、一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２と、第２拡張領域４２２とを含む。一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２とは、第１軸の方向に並ぶ。図１２に示すように、一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２は、第１軸において、結合領域４１の両側に位置する。一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２の一方（第１拡張領域４２１－１）は、結合領域４１からの画像光Ｌ１－１を第１方向に伝播させ、画像光Ｌ１－１の一部を第２軸の方向成分を含む規定方向（図１２では、第２軸の方向）に向かわせる。図１２に示すように、第１拡張領域４２１－１は、画像光Ｌ１－１を規定方向に向かう平行な複数の画像光Ｌ２－１に分割することで、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１の瞳を、第１軸において複製して拡張する。一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２の他方（第１拡張領域４２１－２）は、結合領域４１からの画像光Ｌ１－２を第２方向に伝播させ、画像光Ｌ１－２の一部を第２軸の方向成分を含む規定方向（図１２では、第２軸の方向）に向かわせる。図１２に示すように、第１拡張領域４２１－２は、画像光Ｌ１－２を規定方向に向かう平行な複数の画像光Ｌ２－２に分割することで、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１の瞳を、第１軸において複製して拡張する。第１拡張領域４２１－１，４２１－２は、画像光Ｌ１－１，Ｌ１－２に対する回折作用を有する周期構造体により構成される。第１拡張領域４２１－１，４２１－２の周期構造体は、例えば、反射型の回折格子である。
　第２拡張領域４２２は、図１２に示すように、第２軸（Ｙ軸）において、一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２と並ぶように配置される。つまり、第２拡張領域４２２は、一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２に対する共通の第２拡張領域である。第２拡張領域４２２は、一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２からの画像光Ｌ２－１，Ｌ２－２を規定方向に沿って伝播させ、画像光Ｌ２－１，Ｌ２－２の一部を導光部材４から視野領域７に出射する。第２拡張領域４２２は、画像光Ｌ２－１，Ｌ２－２を、導光部材４から視野領域７に向かう平行な複数の画像光に分割することで、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１の瞳を、第２軸において複製して拡張する。第２拡張領域４２２は、画像光Ｌ２－１，Ｌ２－２に対する回折作用を有する周期構造体により構成される。第２拡張領域４２２の周期構造体は、例えば、反射型の回折格子である。また、第２拡張領域４２２は、結合領域４１の第２軸の方向成分を含む規定方向（図１２では、第２軸の方向）に回折格子を持たない領域があってもよい。第２拡張領域４２２は、一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２に対する一対の第２拡張領域４２２－１、第２拡張領域４２２－２であってもよい。
　以上述べたように、変形例６において、伝播領域４２は、第１軸に沿って並ぶ一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２を含む。一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２の一方は、画像光Ｌ１－１を第１軸の第１方向に伝播させ、画像光Ｌ１－１の一部を第２軸の方向成分を含む規定方向に向かわせる。一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２の他方は、画像光Ｌ１－２を第１方向とは反対の第２方向に伝播させ、画像光Ｌ１－２の一部を第２軸の方向成分を含む規定方向に向かわせる。第２拡張領域４２２は、一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２からの画像光Ｌ２－１，Ｌ２－２を規定方向に伝播させ、画像光Ｌ２－１，Ｌ２－２の一部を導光部材４から視野領域７に出射する。この構成によれば、視野領域７を広げることができる。
　［２．７　変形例７］
　図１３は、変形例７の画像表示装置の導光部材４を示す。特に、図１３は、導光部材４の構成例のＸＹ平面における概略図である。変形例７では、上記実施の形態と同様に、第１軸はＸ軸、第２軸はＹ軸である。
　図１３の導光部材４は、表示素子２からの画像光Ｌ１をユーザの視野領域７に導くための要素として、複数の結合領域４１と、伝播領域４２とを有する。変形例７の画像表示装置は、複数の結合領域４１それぞれに対応する複数の表示素子２と、複数の結合領域４１と複数の表示素子２との間にそれぞれ配置される複数の投射光学系５とを備える。
　複数の結合領域４１は、第１軸の方向に並ぶ第１結合領域４１－１及び第２結合領域４１－２を含む。第１結合領域４１－１及び第２結合領域４１－２は、画像光Ｌ１を導光部材４内に導き、導光部材４内で第１軸の方向に向かわせる。より詳細には、第１結合領域４１－１は、画像光Ｌ１を導光部材４内に導き、導光部材４内で第１軸の第１方向（図１３の右方向）に向かわせる。第２結合領域４１－２は、画像光Ｌ１を導光部材４内に導き、導光部材４内で第１方向とは反対の第２方向（図１３の左方向）に向かわせる。第１結合領域４１－１及び第２結合領域４１－２は、画像光Ｌ１に対する回折作用を有する周期構造体により構成される。第１結合領域４１－１及び第２結合領域４１－２の周期構造体は、例えば、透過型の回折格子である。
　伝播領域４２は、第１軸の方向に並ぶ一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２を含む。図１３に示すように、一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２は、第１軸において、第１結合領域４１－１及び第２結合領域４１－２の間に位置し、第１拡張領域４２１－１，４２１－２が第１結合領域４１－１及び第２結合領域４１－２それぞれの隣にある。一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２の一方（第１拡張領域４２１－１）は、第１結合領域４１－１からの画像光Ｌ１を第１方向に伝播させ、画像光Ｌ１の一部を第２軸の方向成分を含む規定方向（図１３では、第２軸の方向）に向かわせる。図１３に示すように、第１拡張領域４２１－１は、画像光Ｌ１を規定方向に向かう平行な複数の画像光Ｌ２に分割することで、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１の瞳を、第１軸において複製して拡張する。一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２の他方（第１拡張領域４２１－２）は、第２結合領域４１－２からの画像光Ｌ１を第２方向に伝播させ、画像光Ｌ１の一部を第２軸の方向成分を含む規定方向（図１３では、第２軸の方向）に向かわせる。図１３に示すように、第１拡張領域４２１－２は、画像光Ｌ１を規定方向に向かう平行な複数の画像光Ｌ２に分割することで、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１の瞳を、第１軸において複製して拡張する。一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２は、画像光Ｌ１に対する回折作用を有する周期構造体により構成される。一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２の周期構造体は、例えば、反射型の回折格子である。また、第１結合領域４１－１からの画像光Ｌ１が第１拡張領域４２１－２に届かないように、第２結合領域４１－２からの画像光Ｌ１が第１拡張領域４２１－１に届かないように、第１拡張領域４２１－１と第１拡張領域４２１－２の間の導光部材に、遮断壁を備えてもよい。
　第２拡張領域４２２は、図１３に示すように、第２軸（Ｙ軸）において、一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２と並ぶように配置される。つまり、第２拡張領域４２２は、一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２に対する共通の第２拡張領域である。第２拡張領域４２２は、一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２からの画像光Ｌ２を規定方向に伝播させ、画像光Ｌ２の一部を導光部材４から視野領域７に出射する。第２拡張領域４２２は、画像光Ｌ２を、導光部材４から視野領域７に向かう平行な複数の画像光に分割することで、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１の瞳を、第２軸において複製して拡張する。第２拡張領域４２２は、画像光Ｌ２に対する回折作用を有する周期構造体により構成される。第２拡張領域４２２の周期構造体は、例えば、反射型の回折格子である。
　以上述べたように、変形例７において、導光部材４は、第１結合領域４１－１及び第２結合領域４１－２を含む複数の結合領域４１を備え、伝播領域４２は、第１軸の方向に並ぶ一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２を含む。一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２の一方（第１拡張領域４２１－１）は、画像光Ｌ１を第１軸の第１方向に伝播させ、画像光Ｌ１の一部を第２軸の方向成分を含む規定方向に向かわせる。一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２の他方（第１拡張領域４２１－２）は、画像光Ｌ１を第１方向とは反対の第２方向に伝播させ、画像光Ｌ１の一部を第２軸の方向成分を含む規定方向に向かわせる。第２拡張領域４２２は、一対の第１拡張領域４２１－１，４２１－２からの画像光Ｌ２を規定方向に伝播させ、画像光Ｌ２の一部を導光部材４から視野領域７に出射する。この構成によれば、視野領域７を広げることができる。
　［２．８　変形例８］
　図１４及び図１５は、変形例８の画像表示装置の投射光学系５を示す。特に、図１４は変形例８の画像表示装置の投射光学系５のＹＺ平面における入射瞳Ｐ１の位置の説明図であり、図１５は変形例８の投射光学系５のＸＺ平面における入射瞳Ｐ２の位置の説明図である。なお、図１４及び図１５では、結合領域４１を分かりやすく図示するために、導光部材４において結合領域４１に対応する部分をハッチングで示している。
　変形例８において、投射光学系５は、表示素子２からの画像光Ｌ１を導光部材４に入射させる。投射光学系５は、表示素子２と導光部材４の結合領域４１との間にある。投射光学系５は、複数の光学素子として、第１光学素子５１及び第２光学素子５２を備える。第１光学素子５１は、例えば、負メニスカスレンズと両凸レンズを組み合わせた接合レンズであり、第２光学素子５２は、正メニスカスレンズと負メニスカスレンズを組み合わせた接合レンズである。
　図１４及び図１５の投射光学系５は、画像光Ｌ１の光路上における投射光学系５から第１軸に直交する面（Ｘ軸に直交するＹＺ平面）内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ１までの距離Ｄ１（図１４参照）が、画像光Ｌ１の光路上における投射光学系５から第２軸に直交する面（Ｙ軸に直交するＸＺ平面）内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ２までの距離Ｄ２（図１５参照）よりも長くなるように構成されている。こうすることで、伝播領域４２の寸法を小さくしながら、結合領域４１の第１軸（X軸）の寸法を小さくすることができる。
　図１４に示すように、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１の光路上において、投射光学系５から第１軸に直交する面内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ１までの距離Ｄ１は、投射光学系５から結合領域４１までの距離Ｄ１０より長い。これにより、図１４では、第１軸に直交する面（Ｘ軸に直交するＹＺ平面）内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ１の位置は、結合領域４１に対して投射光学系５と反対側にある。また、入射瞳Ｐ１の位置は、伝播領域４２の第１拡張領域４２１内で、画像光Ｌ１を構成する表示素子２の各点からの光線の収束及び発散が起きるように、設定される。より詳細には、図１４に示すように、投射光学系５から結合領域４１に入射する画像光Ｌ１は、画像の中心に対応する主光線Ｌ１０と、投射光学系５から結合領域４１に向かうにつれて第２軸（Ｙ軸）において主光線Ｌ１０に近付く複数の副光線Ｌ１１－１，Ｌ１１－２，Ｌ１１－３，Ｌ１１－４，…，Ｌ１１－ｎ（以下、総称して符号Ｌ１１を付す）とを含む。複数の副光線Ｌ１１は、伝播領域４２の第１拡張領域４２１内で、主光線Ｌ１０と交差する。このように、伝播領域４２の第１拡張領域４２１内において、画像光Ｌ１を構成する表示素子２の各点からの光線（主光線Ｌ１０及び副光線Ｌ１１）を収束及び発散させることで、伝播領域４２（特に第１拡張領域４２１）が表示素子２からの画像光Ｌ１を伝播するために必要な大きさを小さくできる。
　図１５に示すように、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１の光路上において、投射光学系５から第２軸に直交する面内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ２までの距離Ｄ２は、投射光学系５から結合領域４１までの距離Ｄ２０に等しい。これにより、図１５では、第２軸に直交する面（Ｙ軸に直交するＸＺ平面）内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ２の位置は、導光部材４の第１面４０ａにおいて結合領域４１に対応する位置にある。よって、結合領域４１に、画像光Ｌ１を構成する表示素子２の各点からの光線が収束する。より詳細には、図１５に示すように、投射光学系５から結合領域４１に入射する画像光Ｌ１は、画像の中心に対応する主光線Ｌ１０と、投射光学系５から結合領域４１に向かうにつれて第１軸（Ｘ軸）において主光線Ｌ１０に近付く複数の副光線Ｌ１２－１，Ｌ１２－２，Ｌ１２－３，Ｌ１２－４，…，Ｌ１２－ｎ（以下、総称して符号Ｌ１２を付す）とを含む。複数の副光線Ｌ１２は、結合領域４１で、主光線Ｌ１０と交差する。
　以上述べたように、投射光学系５は、画像光Ｌ１の光路上における投射光学系５から第１軸に直交する面（Ｘ軸に直交するＹＺ平面）内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ１までの距離が、画像光Ｌ１の光路上における投射光学系５から第２軸に直交する面（Ｙ軸に直交するＸＺ平面）内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ２までの距離よりも長くなるように、複数の光学素子を組み合わせて構成されてよい。
　［２．９　その他の変形例］
　上記の実施の形態において、投射光学系５と導光部材４の結合領域４１とは一直線上に並んでいるが、投射光学系５と導光部材４の結合領域４１とは必ずしも一直線上に並んでいる必要はない。つまり、投射光学系５と導光部材４の結合領域４１への画像光Ｌ１の光路は、必ずしも直線であるとは限らない。例えば、投射光学系５からの画像光Ｌ１を反射板で反射させて導光部材４の結合領域４１に入射させてよい。この場合、投射光学系５と導光部材４の結合領域４１への画像光Ｌ１の光路は直線状ではなく、例えば、Ｌ字状となる。このような場合であっても、投射光学系５が投射した画像光Ｌ１の光路上において、投射光学系５から第１軸に直交する面内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ１までの距離が、投射光学系５から結合領域４１までの距離より長いという条件を満たすことで、導光部材４の小型化が図れる。また、画像光Ｌ１の光路上における投射光学系５から第１軸に直交する面内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ１までの距離は、画像光Ｌ１の光路上における投射光学系５から第２軸に直交する面内における表示素子２に対する投射光学系５の入射瞳Ｐ２までの距離よりも長く設定できる。
　一変形例において、導光部材４の結合領域４１は、必ずしも、本体部４０の第１面４０ａ又は第２面４０ｂに設けられていなくてもよい。結合領域４１は、本体部４０の側面（端面）に形成されてよい。例えば、結合領域４１は、本体部４０の厚み方向に対して傾斜する面で構成されてよい。これによって、結合領域４１は、画像光Ｌ１を導光部材４内に導き、導光部材４内で第１軸の方向に向かわせることができる。この場合、結合領域４１は、必ずしも、画像光Ｌ１に対する回折作用を有する周期構造体により構成されていなくてもよく、画像光Ｌ１を第１軸の方向に向かうように屈折させる面で構成されてよい。
　上述したように、伝播領域４２の第１拡張領域４２１は、結合領域４１からの画像光Ｌ１を第１軸の方向に伝播させ、画像光Ｌ１の一部を第１軸に直交する第２軸の方向成分を含む規定方向に向かわせる。上記実施の形態では、第１軸はＸ軸、第２軸はＹ軸であったが、第１軸はＸ軸又はＹ軸、第２軸はＺ軸であってよい。この場合、導光部材４は、第１軸又は第２軸において瞳拡張を行う。この場合、第２拡張領域４２２は必須ではない。また、第２軸は、第１軸と直交していなくてよい。例えば、第１軸がＸ軸である場合に、第２軸はＹ軸又はＺ軸ではなく、Ｘ軸に対して４５度で交差する軸であってよい。
　一変形例において、Ｗ１及びＷ２は、０．４＜Ｗ１／Ｗ２＜１．８の関係を満たしてよい。ただし、Ｗ１及びＷ２は、Ｗ１／Ｗ２＝１を満たすことがより好ましい。
　一変形例において、第２拡張領域４２２は、反射型の回折格子ではなく、透過型の回折格子であってもよいし、体積ホログラム（ホログラフィック回折格子）であってもよい。
　［３．態様］
　上記実施の形態及び変形例から明らかなように、本開示は、下記の態様を含む。以下では、実施の形態との対応関係を明示するためだけに、符号を括弧付きで付している。
　第１の態様は、光学系（３）であって、表示素子（２）から出力される画像を形成する画像光（Ｌ１）を投射する投射光学系（５）と、前記投射光学系（５）が投射した前記画像光（Ｌ１）をユーザの視野領域（７）に虚像として導く導光部材（４）とを備える。前記導光部材（４）は、前記画像光（Ｌ１）を前記導光部材（４）内に導き、前記導光部材（４）内で第１軸の方向に向かわせる結合領域（４１）と、前記結合領域（４１）からの前記画像光（Ｌ１）を前記第１軸の方向に伝播させ、前記画像光（Ｌ１）の一部を前記第１軸に直交する第２軸の方向成分を含む規定方向に向かわせる伝播領域（４２）とを有する。前記投射光学系（５）が投射した前記画像光（Ｌ１）の光路上において、前記投射光学系（５）から前記第１軸に直交する面内における前記表示素子（２）に対する前記投射光学系の入射瞳（Ｐ１）までの距離（Ｄ１）は、前記投射光学系（５）から前記結合領域（４１）までの距離（Ｄ１０）より長い。この態様によれば、導光部材（４）、特に、伝播領域（４２）の小型化が図れる。
　第２の態様は、第１の態様に基づく光学系（３）である。第２の態様において、前記画像光（Ｌ１）の光路上における前記投射光学系（５）から前記第１軸に直交する面内における前記表示素子（２）に対する前記投射光学系（５）の入射瞳（Ｐ１）までの距離（Ｄ１）は、前記画像光（Ｌ１）の光路上における前記投射光学系（５）から前記第２軸に直交する面内における前記表示素子（２）に対する前記投射光学系（５）の入射瞳（Ｐ２）までの距離（Ｄ２）よりも長い。この態様によれば、導光部材（４）の小型化が図れる。第２の態様において、前記画像光（Ｌ１）の光路上における前記投射光学系（５）から前記第１軸に直交する面内における前記表示素子（２）に対する前記投射光学系（５）の入射瞳（Ｐ１）までの距離をＤ１、前記画像光（Ｌ１）の光路上における前記投射光学系（５）から前記第２軸に直交する面内における前記表示素子（２）に対する前記投射光学系（５）の入射瞳（Ｐ２）までの距離をＤ２とすると、Ｄ１及びＤ２は、３．０＜Ｄ１／Ｄ２＜１００の関係を満たしてよい。この場合、複数の副光線（Ｌ１１－１，Ｌ１１－２）が伝播領域（４２）内で主光線（Ｌ１０）と交差する位置を適切に設定することができ、導光部材（４）の小型化が図れる。
　第３の態様は、第１又は第２の態様に基づく光学系（３）である。第３の態様において、前記導光部材（４）は、板状であり、前記第１軸、前記第２軸及び前記規定方向の各々は、前記導光部材（４）の厚み方向に直交する。この態様によれば、導光部材（４）の第２軸の寸法を小さくできる。
　第４の態様は、第１～第３の態様のいずれか一つに基づく光学系（３）である。第４の態様において、前記投射光学系（５）から前記結合領域（４１）に入射する前記画像光（Ｌ１）は、前記虚像の中心に対応する主光線（Ｌ１０）と、前記投射光学系（５）から前記結合領域（４１）に向かうにつれて前記第２軸の方向において前記主光線（Ｌ１０）に近付く複数の副光線（Ｌ１１－１，Ｌ１１－２）とを含む。前記複数の副光線（Ｌ１１－１，Ｌ１１－２）は、前記伝播領域（４２）内で、前記主光線（Ｌ１０）と交差する。この態様によれば、導光部材（４）の小型化が図れる。
　第５の態様は、第１～第４の態様のいずれか一つに基づく光学系（３）である。第５の態様において、前記結合領域（４１）の前記第２軸における寸法は、前記結合領域（４１）の前記第１軸における寸法より大きい。この態様によれば、導光部材（４）の小型化が図れる。
　第６の態様は、第１～第５の態様のいずれか一つに基づく光学系（３）である。第６の態様において、前記伝播領域（４２）は、前記画像光（Ｌ１）を前記規定方向に向かう平行な複数の画像光（Ｌ２）に分割することで、前記投射光学系（５）が投射した画像光（Ｌ１）の瞳を、前記第１軸において複製して拡張する第１拡張領域（４２１）を含む。この態様によれば、第１軸における瞳の拡張が可能になる。
　第７の態様は、第６の態様に基づく光学系（３）である。第７の態様において、前記第１拡張領域（４２１）は、前記第１軸における第１端（４２１ａ）及び第２端（４２１ｂ）を有する。前記第１端（４２１ａ）は、前記第２端（４２１ｂ）より前記結合領域（４１）側にある。前記画像光（Ｌ１）の前記第１端での光路の幅をＷ１、前記画像光（Ｌ１）の前記第２端での光路の幅をＷ２とすると、Ｗ１及びＷ２は、０．４＜Ｗ１／Ｗ２＜１．８の関係を満たす。この態様によれば、伝播領域（４２）の第１拡張領域（４２１）を小さくできて導光部材（４）の伝播領域（４２）の小型化が図れる。
　第８の態様は、第６又は第７の態様に基づく光学系（３）である。第８の態様において、前記伝播領域（４２）は、前記第１拡張領域（４２１）からの前記画像光（Ｌ２）を前記規定方向に伝播させ、前記画像光（Ｌ２）の一部（画像光Ｌ３）を前記導光部材（４）から前記視野領域（７）に出射する。この態様によれば、視野領域（７）を広げることができる。
　第９の態様は、第８の態様に基づく光学系（３）である。第９の態様において、前記伝播領域（４２）は、前記画像光（Ｌ１）を前記導光部材（４）から前記視野領域（７）に向かう平行な複数の画像光（Ｌ１）に分割することで、前記投射光学系（５）が投射した画像光（Ｌ１）の瞳を、前記第２軸において複製して拡張する第２拡張領域（４２２）を含む。この態様によれば、第２軸における瞳の拡張が可能になる。
　第１０の態様は、第９の態様に基づく光学系（３）である。第１０の態様において、前記伝播領域（４２）は、前記第１軸の方向に並ぶ一対の第１拡張領域（４２１－１，４２１－２）を含む。前記一対の第１拡張領域（４２１－１，４２１－２）の一方は、前記画像光（Ｌ１）を前記第１軸の第１方向に伝播させ、前記画像光（Ｌ１）の一部を前記規定方向に向かわせる。前記一対の第１拡張領域（４２１－１，４２１－２）の他方は、前記画像光（Ｌ１）を前記第１方向とは反対の第２方向に伝播させ、前記画像光（Ｌ１）の一部を前記規定方向に向かわせる。前記第２拡張領域（４２２）は、前記一対の第１拡張領域（４２１－１，４２１－２）からの前記画像光（Ｌ２）を前記規定方向に伝播させ、前記画像光（Ｌ２）の一部を前記導光部材（４）から前記視野領域（７）に出射する。この態様によれば、視野領域（７）を広げることができる。
　第１１の態様は、第１～第１０の態様のいずれか一つに基づく光学系（３）である。第１１の態様において、前記結合領域（４１）は、前記画像光（Ｌ１）に対する回折作用を有する周期構造体を含む。この態様によれば、導光部材（４）の小型化が図れる。
　第１２の態様は、第１～第１１の態様のいずれか一つに基づく光学系（３）である。第１２の態様において、前記導光部材（４）は、前記結合領域（４１）から前記導光部材（４）内に入射した画像光（Ｌ１）を前記導光部材（４）内で互いに平行な複数の画像光（Ｌ１，Ｌ２）に分割して前記視野領域（７）に出射することで、前記投射光学系（５）が投射した前記画像光（Ｌ１）の瞳を複製して拡張する。この態様によれば、瞳の拡張が可能になる。
　第１３の態様は、第１～第１２の態様のいずれか一つに基づく光学系（３）である。第３の態様において、前記投射光学系（５）は、前記画像光（Ｌ１）を略コリメート光として前記結合領域（４１）に入射させる。この態様によれば、導光部材（４）の小型化が図れる。
　第１４の態様は、画像表示装置（１）であって、第１～第１３の態様のいずれか一つに基づく光学系（３）と、前記表示素子（２）とを備える。この態様によれば、導光部材（４）の小型化が図れる。
　第１５の態様は、第１４の態様に基づく画像表示装置（１）である。第１５の態様において、前記表示素子（２）は、前記画像光（Ｌ１）が前記第１軸よりも前記第２軸において広がる出射角度特性を有する。この態様によれば、投射光学系（５）により、第１軸に直交する面内における表示素子（２）に対する投射光学系（５）の入射瞳（Ｐ１）の位置と第２軸に直交する面内における表示素子（２）に対する投射光学系（５）の入射瞳（Ｐ２）の位置とを異ならせることが容易になる。
　以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面及び詳細な説明を提供した。従って、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略等を行うことができる。
　本開示は、光学系及び画像表示装置に適用可能である。具体的には、表示素子からの光をユーザの視野領域に導くための光学系、及び、この光学系を備える画像表示装置に、本開示は適用可能である。
　１　画像表示装置
　２　表示素子
　３　光学系
　４　導光部材
　４１　結合領域
　４２　伝播領域
　４２１，４２１－１，４２１－２　第１拡張領域
　４２１ａ　第１端
　４２１ｂ　第２端
　４２２　第２拡張領域
　５　投射光学系
　７　視野領域
　Ｌ１　画像光
　Ｌ１０　主光線
　Ｌ１１－１，Ｌ１１－２　副光線
　Ｐ１　入射瞳
　Ｐ２　入射瞳

Claims (15)

  1. 　表示素子から出力される画像を形成する画像光を投射する投射光学系と、
    　前記投射光学系が投射した前記画像光をユーザの視野領域に虚像として導く導光部材と、
    　を備え、
    　前記導光部材は、
    　　前記画像光を前記導光部材内に導き、前記導光部材内で第１軸の方向に向かわせる結合領域と、
    　　前記結合領域からの前記画像光を前記第１軸の方向に伝播させ、前記画像光の一部を前記第１軸と直交する第２軸の方向成分を含む規定方向に向かわせる伝播領域と、
    　を有し、
    　前記投射光学系が投射した前記画像光の光路上において、前記投射光学系から前記第１軸に直交する面内における前記表示素子に対する前記投射光学系の入射瞳までの距離は、前記投射光学系から前記結合領域までの距離より長い、
    　光学系。
  2. 　前記画像光の光路上における前記投射光学系から前記第１軸に直交する面内における前記表示素子に対する前記投射光学系の入射瞳までの距離は、前記画像光の光路上における前記投射光学系から前記第２軸に直交する面内における前記表示素子に対する前記投射光学系の入射瞳までの距離よりも長い、
    　請求項１に記載の光学系。
  3. 　前記導光部材は、板状であり、
    　前記第１軸、前記第２軸及び前記規定方向の各々は、前記導光部材の厚み方向に直交する、
    　請求項１又は２に記載の光学系。
  4. 　前記投射光学系から前記結合領域に入射する前記画像光は、前記虚像の中心に対応する主光線と、前記投射光学系から前記結合領域に向かうにつれて前記第２軸の方向において前記主光線に近付く複数の副光線とを含み、
    　前記複数の副光線は、前記伝播領域内で、前記主光線と交差する、
    　請求項１～３のいずれか一つに記載の光学系。
  5. 　前記結合領域の前記第２軸における寸法は、前記結合領域の前記第１軸における寸法より大きい、
    　請求項１～４のいずれか一つに記載の光学系。
  6. 　前記伝播領域は、前記画像光を前記規定方向に向かう平行な複数の画像光に分割することで、前記投射光学系が投射した前記画像光の瞳を、前記第１軸において複製して拡張する第１拡張領域を含む、
    　請求項１～５のいずれか一つに記載の光学系。
  7. 　前記第１拡張領域は、前記第１軸における第１端及び第２端を有し、
    　前記第１端は、前記第２端より前記結合領域側にあり、
    　前記画像光の前記第１端での光路の幅をＷ１、前記画像光の前記第２端での光路の幅をＷ２とすると、Ｗ１及びＷ２は、０．４＜Ｗ１／Ｗ２＜１．８の関係を満たす、
    　請求項６に記載の光学系。
  8. 　前記伝播領域は、前記第１拡張領域からの前記画像光を前記規定方向に伝播させ、前記画像光の一部を前記導光部材から前記視野領域に出射する、
    　請求項６又は７に記載の光学系。
  9. 　前記伝播領域は、前記第１拡張領域からの前記画像光を前記導光部材から前記視野領域に向かう平行な複数の画像光に分割することで、前記投射光学系が投射した前記画像光の瞳を、前記第２軸において複製して拡張する第２拡張領域を含む、
    　請求項８に記載の光学系。
  10. 　前記伝播領域は、前記第１軸の方向に並ぶ一対の第１拡張領域を有し、
    　前記一対の第１拡張領域の一方は、前記画像光を前記第１軸の第１方向に伝播させ、前記画像光の一部を前記規定方向に向かわせ、
    　前記一対の第１拡張領域の他方は、前記画像光を前記第１方向とは反対の第２方向に伝播させ、前記画像光の一部を前記規定方向に向かわせ、
    　前記第２拡張領域は、前記一対の第１拡張領域からの前記画像光を前記規定方向に伝播させ、前記画像光の一部を前記導光部材から前記視野領域に出射する、
    　請求項９に記載の光学系。
  11. 　前記結合領域は、前記画像光に対する回折作用を有する周期構造体を含む、
    　請求項１～１０のいずれか一つに記載の光学系。
  12. 　前記導光部材は、前記結合領域から前記導光部材内に入射した画像光を前記導光部材内で互いに平行な複数の画像光に分割して前記視野領域に出射することで、前記投射光学系が投射した前記画像光の瞳を複製して拡張する、
    　請求項１～１１のいずれか一つに記載の光学系。
  13. 　前記投射光学系は、前記画像光を略コリメート光として前記結合領域に入射させる、
    　請求項１～１２のいずれか一つに記載の光学系。
  14. 　請求項１～１３のいずれか一つに記載の光学系と、
    　前記表示素子と、
    　を備える、
    　画像表示装置。
  15. 　前記表示素子は、前記画像光が前記第１軸よりも前記第２軸において広がる出射角度特性を有する、
    　請求項１４に記載の画像表示装置。
PCT/JP2021/040064 2021-03-05 2021-10-29 光学系、及び、画像表示装置 Ceased WO2022185609A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202180095015.9A CN116897310A (zh) 2021-03-05 2021-10-29 光学系统以及图像显示装置
EP21928383.5A EP4303642A4 (en) 2021-03-05 2021-10-29 OPTICAL SYSTEM AND IMAGE DISPLAY DEVICE
JP2023503371A JP7716673B2 (ja) 2021-03-05 2021-10-29 光学系、及び、画像表示装置
US18/240,764 US20230408746A1 (en) 2021-03-05 2023-08-31 Optical system and image display device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021035695 2021-03-05
JP2021-035695 2021-03-05

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US18/240,764 Continuation US20230408746A1 (en) 2021-03-05 2023-08-31 Optical system and image display device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022185609A1 true WO2022185609A1 (ja) 2022-09-09

Family

ID=83154240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/040064 Ceased WO2022185609A1 (ja) 2021-03-05 2021-10-29 光学系、及び、画像表示装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230408746A1 (ja)
EP (1) EP4303642A4 (ja)
JP (1) JP7716673B2 (ja)
CN (1) CN116897310A (ja)
WO (1) WO2022185609A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025117286A1 (en) * 2023-11-28 2025-06-05 Snap Inc. Light projector

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2641748A (en) * 2024-06-11 2025-12-17 Envisics Ltd In-coupling optimisation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010044172A (ja) * 2008-08-11 2010-02-25 Sony Corp 虚像表示装置
JP2017090561A (ja) * 2015-11-05 2017-05-25 セイコーエプソン株式会社 虚像表示措置
WO2019176438A1 (ja) * 2018-03-13 2019-09-19 ソニー株式会社 光学装置、画像表示装置及び表示装置
US10429645B2 (en) 2015-10-07 2019-10-01 Microsoft Technology Licensing, Llc Diffractive optical element with integrated in-coupling, exit pupil expansion, and out-coupling

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5803082B2 (ja) * 2010-10-08 2015-11-04 セイコーエプソン株式会社 虚像表示装置
US9933684B2 (en) * 2012-11-16 2018-04-03 Rockwell Collins, Inc. Transparent waveguide display providing upper and lower fields of view having a specific light output aperture configuration
JP6442149B2 (ja) * 2014-03-27 2018-12-19 オリンパス株式会社 画像表示装置
JP6498682B2 (ja) * 2014-10-03 2019-04-10 オリンパス株式会社 表示装置
US10067347B2 (en) * 2016-04-13 2018-09-04 Microsoft Technology Licensing, Llc Waveguides with improved intensity distributions
JP2018054978A (ja) * 2016-09-30 2018-04-05 セイコーエプソン株式会社 虚像表示装置及びその製造方法
DE112018002581A5 (de) 2017-05-19 2020-03-19 Seereal Technologies S.A. Anzeigevorrichtung mit einem lichtleiter
US10175423B2 (en) * 2017-05-31 2019-01-08 Microsoft Technology Licensing, Llc Optical waveguide using overlapping optical elements
CN109581669B (zh) 2019-01-23 2021-07-13 歌尔股份有限公司 投影光路及头戴显示设备

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010044172A (ja) * 2008-08-11 2010-02-25 Sony Corp 虚像表示装置
US10429645B2 (en) 2015-10-07 2019-10-01 Microsoft Technology Licensing, Llc Diffractive optical element with integrated in-coupling, exit pupil expansion, and out-coupling
JP2017090561A (ja) * 2015-11-05 2017-05-25 セイコーエプソン株式会社 虚像表示措置
WO2019176438A1 (ja) * 2018-03-13 2019-09-19 ソニー株式会社 光学装置、画像表示装置及び表示装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025117286A1 (en) * 2023-11-28 2025-06-05 Snap Inc. Light projector

Also Published As

Publication number Publication date
JP7716673B2 (ja) 2025-08-01
EP4303642A1 (en) 2024-01-10
US20230408746A1 (en) 2023-12-21
EP4303642A4 (en) 2025-04-02
JPWO2022185609A1 (ja) 2022-09-09
CN116897310A (zh) 2023-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102775782B1 (ko) 헤드업 디스플레이를 위한 도파관 구조
CN110596807B (zh) 波导结构、显示装置及电子设备
KR20180085663A (ko) 광학 시스템 및 헤드-마운트형 디스플레이 장치
CN110036235B (zh) 具有用于再循环光的外围侧面几何形状的波导
CN111025661A (zh) 一种光纤耦合波导近眼显示光学装置
WO2022185609A1 (ja) 光学系、及び、画像表示装置
CN115509006B (zh) 光学设备及电子设备
GB2573611A (en) Waveguide structure for head up displays
WO2023123920A1 (zh) 光传输结构和头戴显示设备
JPWO2022185609A5 (ja)
US12111470B2 (en) Optical system and mixed reality device
CN218567743U (zh) 光学装置和近眼显示设备
WO2023188657A1 (ja) 光学系、及び、画像表示装置
WO2022259756A1 (ja) 光学系、及び、画像表示装置
CN214846062U (zh) 一种ar眼镜
EP3537201A1 (en) Waveguide structure for head-up displays
US11822084B2 (en) Direction of light propagation in wearable optical devices
CN112612138A (zh) 一种波导显示系统
WO2023188656A1 (ja) 光学系、及び、画像表示装置
JP7784640B2 (ja) 光学系及びそれを備えたヘッドアップディスプレイシステム
CN222939332U (zh) 近眼显示装置
CN214335368U (zh) 一种光学系统及混合现实设备
WO2022259757A1 (ja) 光学系、及び、画像表示装置
WO2023188701A1 (ja) 光学系及び画像表示装置
WO2024004288A1 (ja) 光学系、及び、画像表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21928383

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023503371

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202180095015.9

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2021928383

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021928383

Country of ref document: EP

Effective date: 20231005

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE