JP2015194549A - Optical device, image projection apparatus, and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Translated fromJapaneseDescription
Translated fromJapanese本発明は、光学デバイス、画像投影装置及び電子機器に関するものである。 The present invention relates to an optical device, an image projection apparatus, and an electronic apparatus.
近年、画像表示装置から射出された画像光を、導光板を有する光学デバイスを用いて観察者の眼まで導光し、観察者に画像（虚像）を観察させる画像投影装置が商品化されている。例えば、画像投影装置の一種であるヘッドマウントディスプレイでは、小型化、広画角化、高効率化に関する開発が行われている。このような光学デバイスにおいては、導光板内に光を入射させ、または、導光板内を導光する光を射出させるための構成として回折光学素子を用いることが、従来から提案されている。 In recent years, image projectors that guide image light emitted from an image display device to the eyes of an observer using an optical device having a light guide plate and cause the observer to observe an image (virtual image) have been commercialized. . For example, a head-mounted display, which is a type of image projection apparatus, has been developed for downsizing, wide angle of view, and high efficiency. In such an optical device, it has been conventionally proposed to use a diffractive optical element as a configuration for causing light to enter the light guide plate or emitting light that is guided through the light guide plate.
ところで、回折光学素子の回折特性には大きな波長依存性がある。そのため、回折光学素子を用いた光学デバイスを有する画像投影装置では、観察される虚像の色むらが大きくなることがある。 Incidentally, the diffraction characteristics of the diffractive optical element have a large wavelength dependency. For this reason, in an image projection apparatus having an optical device using a diffractive optical element, the color unevenness of the observed virtual image may increase.
そこで、複数の色（例えば、赤、緑、青）の光のそれぞれに対応した複数の回折光学素子を有する光学デバイスが提案されている。このような光学デバイスを用いた画像投影装置では、導光板が導光する光に含まれる複数の色の光を、それぞれの色の光に対応する回折光学素子で回折させることで、回折効率の波長依存性による色毎の効率差を低減した虚像を表示することができる（例えば、特許文献１）。 Thus, an optical device having a plurality of diffractive optical elements corresponding to each of a plurality of colors (for example, red, green, and blue) has been proposed. In an image projection apparatus using such an optical device, diffraction light of a plurality of colors included in light guided by the light guide plate is diffracted by a diffractive optical element corresponding to the light of each color. A virtual image in which the efficiency difference for each color due to wavelength dependency is reduced can be displayed (for example, Patent Document 1).
上記特許文献１に記載の構成では、導光板内に光を入射させる構成、及び導光板内から光を射出させるための構成のそれぞれについて、導光板内を導光する光に含まれる複数の色に対応して複数個の回折光学素子を積層させている。そのため、上記特許文献１に記載の光学デバイスにおいては、構造が複雑となり、画像投影装置の製造コストが増大するおそれがある。 In the configuration described in
また、異なる色に対応した複数の回折光学素子を積層して設ける場合、一の色に対応する回折光学素子で回折した光が、他の色に対応する回折光学素子に入射し、更なる回折を受けることとなる。そのため、回折角の制御が困難となり、表示される虚像の画質が低下する等の問題が生じることもあった。 In addition, when a plurality of diffractive optical elements corresponding to different colors are stacked, the light diffracted by the diffractive optical element corresponding to one color is incident on the diffractive optical element corresponding to the other color and further diffracted. Will receive. For this reason, it is difficult to control the diffraction angle, and problems such as deterioration of the image quality of the displayed virtual image may occur.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、画像投影装置に用いられ、簡易な構成で高品位な映像を表示することが可能な光学デバイスを提供することを目的とする。また、このような光学デバイスを有し、高品位な映像を表示することが可能な画像投影装置を提供することをあわせて目的とする。さらに、このような画像投影装置を有し、高品位な映像を表示することが可能な電子機器を提供することをあわせて目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical device that is used in an image projection apparatus and can display a high-quality video with a simple configuration. It is another object of the present invention to provide an image projection apparatus that has such an optical device and can display high-quality images. It is another object of the present invention to provide an electronic apparatus having such an image projection apparatus and capable of displaying a high-quality video.
上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、導光体と、前記導光体の第１面に設けられ、前記導光体の内部を導光する光の少なくとも一部を回折して取り出す第１回折素子と、を有し、前記第１回折素子は、複数の第１部分と、前記第１部分とは異なる回折特性を有する複数の第２部分と、を含み、前記複数の第１部分は、それぞれ前記導光体の内部を導光する光のうち第１波長帯域の光を、前記第１面に対して第１角度となるように回折する特性を備え、前記複数の第２部分は、それぞれ前記導光体の内部を導光する光のうち第２波長帯域の光を、前記第１面に対して前記第１角度となるように回折する特性を備え、前記複数の第１部分及び前記複数の第２部分の各々は、前記第１面に沿った方向である第１方向の幅が、０．５ｍｍ以上、かつ、７ｍｍを前記第１回折素子の互いに異なる回折特性の種類の数で除した値より小さいことを特徴とする光学デバイスを提供する。
この構成によれば、複数の領域に分割された回折素子を採用することで、第１波長帯域の光と第２波長帯域の光とを共通する導光体を用いて導光させることができる。そのため、各波長帯域に対応した複数の導光体を有する光学デバイスと比べ、導光板の数を減らして簡単な構造とすることができ、光学デバイスの軽量化、小型化を図ることができる。また、複数の領域が形成する周期構造により意図しない回折が生じたとしても、画質の低下を抑制することができ、高品位な映像を表示することが可能となる。In order to solve the above-described problem, an embodiment of the present invention diffracts at least a part of light that is provided on a light guide and a first surface of the light guide and guides the inside of the light guide. A first diffractive element to be taken out, wherein the first diffractive element includes a plurality of first parts and a plurality of second parts having diffraction characteristics different from the first part, Each of the first portions has a characteristic of diffracting light in a first wavelength band out of light guided inside the light guide so as to be at a first angle with respect to the first surface. Each of the second portions has a characteristic of diffracting light in a second wavelength band out of light guided inside the light guide so as to be at the first angle with respect to the first surface. Each of the first portion and the plurality of second portions has a width in the first direction which is a direction along the first surface of 0.5 mm or less. And provides an optical device, characterized in that the 7mm smaller than the value obtained by dividing the number of kinds of mutually different diffraction characteristics of said first diffractive element.
According to this configuration, by employing the diffraction element divided into a plurality of regions, the light in the first wavelength band and the light in the second wavelength band can be guided using the common light guide. . Therefore, compared with an optical device having a plurality of light guides corresponding to each wavelength band, the number of light guide plates can be reduced to provide a simple structure, and the optical device can be reduced in weight and size. In addition, even when unintended diffraction occurs due to the periodic structure formed by a plurality of regions, it is possible to suppress deterioration in image quality and display a high-quality image.
本発明の一態様においては、前記複数の第１部分及び前記複数の第２部分の各々は、前記第１方向に沿った幅が第１幅となるように配列され、前記複数の第１部分及び前記複数の第２部分のうち少なくとも一部は、前記第１方向と交差した方向である第２方向に沿った幅が、隣り合う異なる回折特性の部分の前記第２方向に沿った幅とは異なる幅である構成としてもよい。
この構成によれば、列の延在方向において、各領域の周期性が崩れるため、回折の発生を抑制することができる。そのため、意図しない回折による画質の低下を抑制することができる。In one aspect of the present invention, each of the plurality of first portions and the plurality of second portions is arranged such that a width along the first direction is a first width, and the plurality of first portions And at least a part of the plurality of second portions has a width along the second direction which is a direction intersecting the first direction, and a width along the second direction of adjacent portions having different diffraction characteristics. May have different widths.
According to this configuration, since the periodicity of each region is broken in the extending direction of the row, generation of diffraction can be suppressed. For this reason, it is possible to suppress deterioration in image quality due to unintended diffraction.
本発明の一態様においては、前記複数の第１部分及び前記複数の第２部分の各々は、前記第１方向に沿った幅が第１幅であり、かつ、前記第１方向と交差した方向である第２方向に沿って延在し、前記第１回折素子は、前記複数の第１部分と前記複数の第２部分とが前記第２方向に沿って帯状に並べられている素子である構成としてもよい。
この構成によれば、各領域の延在方向においては各領域の周期性が無くなり、回折の発生を抑制することができる。そのため、意図しない回折による画質の低下を抑制することができる。In one aspect of the present invention, each of the plurality of first portions and the plurality of second portions has a first width in the first direction and a direction intersecting the first direction. The first diffractive element is an element in which the plurality of first portions and the plurality of second portions are arranged in a strip shape along the second direction. It is good also as a structure.
According to this configuration, the periodicity of each region disappears in the extending direction of each region, and generation of diffraction can be suppressed. For this reason, it is possible to suppress deterioration in image quality due to unintended diffraction.
本発明の一態様においては、前記複数の第１部分の各々の面積は、前記複数の第２部分の各々の面積とは異なる面積である構成としてもよい。
この構成によれば、各領域の周期性が崩れるため、回折の発生を抑制することができる。そのため、意図しない回折による画質の低下を抑制することができる。In one aspect of the present invention, the area of each of the plurality of first portions may be different from the area of each of the plurality of second portions.
According to this configuration, since the periodicity of each region is broken, generation of diffraction can be suppressed. For this reason, it is possible to suppress deterioration in image quality due to unintended diffraction.
本発明の一態様においては、前記第１回折素子は、前記複数の第１部分及び前記複数の第２部分の各々が非周期的なパターンで配列されている構成としてもよい。
この構成によれば、各領域の周期性が無くなり、回折の発生を抑制することができる。そのため、意図しない回折による画質の低下を抑制することができる。In one aspect of the present invention, the first diffraction element may be configured such that each of the plurality of first portions and the plurality of second portions is arranged in an aperiodic pattern.
According to this configuration, the periodicity of each region is eliminated, and the generation of diffraction can be suppressed. For this reason, it is possible to suppress deterioration in image quality due to unintended diffraction.
本発明の一態様においては、前記第１回折素子と重なる位置に設けられた波長選択素子を有し、前記波長選択素子は、前記第１回折素子の前記複数の第１部分の各々と重なる位置に配置され、前記第１波長帯域の光を透過させる複数の第３部分と、前記第１回折素子の前記複数の第２部分の各々と重なる位置に配置され、前記第２波長帯域の光を透過させる複数の第４部分と、を備える構成としてもよい。
この構成によれば、画質を向上させることができる。In one mode of the present invention, it has a wavelength selection element provided in the position which overlaps with the 1st diffraction element, and the wavelength selection element overlaps with each of the plurality of 1st parts of the 1st diffraction element. Arranged in positions overlapping with each of the plurality of second portions of the first diffractive element and the plurality of second portions of the first diffraction element, and transmitting the light of the second wavelength band. It is good also as a structure provided with the some 4th part to permeate | transmit.
According to this configuration, the image quality can be improved.
本発明の一態様においては、前記第１回折素子は、前記第１面と前記波長選択素子との間に設けられている構成としてもよい。
この構成によれば、第１回折素子の形状を第１面に作り込むことができるため、部品数を減らすことができる。In one aspect of the present invention, the first diffraction element may be provided between the first surface and the wavelength selection element.
According to this configuration, since the shape of the first diffraction element can be formed on the first surface, the number of components can be reduced.
本発明の一態様においては、前記波長選択素子は、前記第１面と前記第１回折素子との間に設けられている構成としてもよい。
この構成によれば、第１面から順に第１波長選択素子、第１回折素子を作製しながら積層させることで、目的の積層構造を作製することができる。そのため、第１回折素子と第１波長選択素子とを個別に作製し、アライメントしながら重ね合せる場合と比べ、製造が容易となる。In one aspect of the present invention, the wavelength selection element may be provided between the first surface and the first diffraction element.
According to this configuration, the target stacked structure can be manufactured by stacking the first wavelength selection element and the first diffraction element in order from the first surface. Therefore, compared with the case where the first diffraction element and the first wavelength selection element are individually manufactured and overlapped while being aligned, manufacture becomes easier.
本発明の一態様においては、前記波長選択素子は、特定の波長の光を吸収する吸収型のカラーフィルターである構成としてもよい。
この構成によれば、意図しない迷光を低減することができ、ノイズ成分を少なくすることができる。In one aspect of the present invention, the wavelength selection element may be an absorption color filter that absorbs light of a specific wavelength.
According to this configuration, unintended stray light can be reduced and noise components can be reduced.
本発明の一態様においては、前記波長選択素子は、誘電体多層膜である構成としてもよい。
この構成によれば、透過できずに反射された光は、波長が一致する別の領域に再度入射させることが可能となる。そのため、光量ロスを低減することができる。In one aspect of the present invention, the wavelength selection element may be a dielectric multilayer film.
According to this configuration, the light reflected without being transmitted can be incident again on another region having the same wavelength. Therefore, it is possible to reduce the light amount loss.
本発明の一態様においては、前記第１回折素子及び前記波長選択素子を前記第１面に沿った第３方向に振動させる振動素子を有する構成としてもよい。
この構成によれば、複数の領域が形成する周期構造により意図しない回折が生じたとしても、画質の低下を抑制することができ、高品位な映像を表示することが可能となる。In one aspect of the present invention, the first diffraction element and the wavelength selection element may be configured to have a vibration element that vibrates in a third direction along the first surface.
According to this configuration, even if unintentional diffraction occurs due to the periodic structure formed by a plurality of regions, it is possible to suppress deterioration in image quality and display a high-quality image.
本発明の一態様においては、前記振動素子は、前記第３方向に前記第１回折素子及び前記波長選択素子を振動させる第１振動素子と、前記第３方向と交差する第４方向に前記第１回折素子及び前記波長選択素子を振動させる第２振動素子とを有する構成としてもよい。
この構成によれば、第１面の面方向であれば振動方向の制御が可能となり、振動制御の自由度が高まる。In one aspect of the present invention, the vibration element includes a first vibration element that vibrates the first diffraction element and the wavelength selection element in the third direction, and a fourth direction that intersects the third direction. It is good also as a structure which has the 1st diffraction element and the 2nd vibration element which vibrates the said wavelength selection element.
According to this configuration, the vibration direction can be controlled as long as the surface is the first surface, and the degree of freedom in vibration control is increased.
本発明の一態様においては、前記導光体の内部を導光する光を入射する入射部に設けられた第２回折素子を有する構成としてもよい。
この構成によれば、光学デバイス全体の薄型化が可能となる。In one aspect of the present invention, the light guide may have a second diffractive element provided in an incident portion that receives light that is guided through the light guide.
According to this configuration, the entire optical device can be thinned.
本発明の一態様においては、前記導光体は、前記導光体の内部を導光する光を入射する入射部に前記第１面に対して傾斜した反射面を含む構成としてもよい。
この構成によれば、光の利用効率を向上させることができ、かつ製造が容易となる。In one aspect of the present invention, the light guide may include a reflection surface that is inclined with respect to the first surface at an incident portion that receives light that is guided through the light guide.
According to this configuration, the light utilization efficiency can be improved, and the manufacture becomes easy.
また、本発明の一態様は、画像光を射出する画像表示装置と、上記の光学デバイスと、を有し、前記光学デバイスは、前記画像光を前記導光体に入射させ、前記導光体の内部を伝播する前記画像光を前記第１回折素子で回折させて取り出すことを特徴とする画像投影装置を提供する。
この構成によれば、上述の画像投影装置を有するため、高品位な映像を表示することが可能となる。Another embodiment of the present invention includes an image display device that emits image light and the optical device, and the optical device causes the image light to enter the light guide, and the light guide. An image projection apparatus characterized in that the image light propagating through the inside is diffracted by the first diffraction element and extracted.
According to this configuration, since the image projection device described above is included, it is possible to display a high-quality video.
また、本発明の一態様は、上記の画像投影装置を有することを特徴とする電子機器を提供する。
この構成によれば、上述の画像投影装置を有するため、高品位な映像を表示することが可能となる。Another embodiment of the present invention provides an electronic device including the above-described image projection device.
According to this configuration, since the image projection device described above is included, it is possible to display a high-quality video.
本発明の一態様においては、右眼用画像を表示する前記画像投影装置と、左眼用画像を表示する前記画像投影装置と、を有し、右眼用画像を表示する前記画像投影装置が有する前記光学デバイスと、左眼用画像を表示する前記画像投影装置が有する前記光学デバイスとは、互いに前記第１回折素子が異なる構成としてもよい。
この構成によれば、観察者の眼に入射する色光の分布を異ならせることができるため、画像の色付きを低減することができる。In one aspect of the present invention, the image projection device that displays the image for the right eye and the image projection device that displays the image for the left eye, and the image projection device that displays the image for the right eye. The optical device having the optical device and the optical device having the image projection apparatus that displays an image for the left eye may have different first diffraction elements.
According to this configuration, since the distribution of the colored light incident on the eyes of the observer can be made different, the coloring of the image can be reduced.
［第１実施形態］
以下、図を参照しながら、本発明の第１実施形態について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings below, the dimensions and ratios of the constituent elements are appropriately changed in order to make the drawings easy to see.
図１は、本実施形態に係る電子機器の外観図である。本実施形態では、電子機器として、透過型のヘッドマウントディスプレイ（表示装置１０００）を示している。表示装置１０００は、本発明の一態様である光学デバイス及び本発明の一態様である画像投影装置を有している。 FIG. 1 is an external view of an electronic apparatus according to this embodiment. In this embodiment, a transmissive head-mounted display (display device 1000) is shown as an electronic device. The
本実施形態に係る表示装置１０００は、眼鏡のような形状を有する本体部１００と、使用者の手で持つことが可能な程度の大きさを有する制御部２００と、を備える。 The
本体部１００と制御部２００とは、有線または無線で、通信可能に接続される。本実施形態では、本体部１００と制御部２００とがケーブル３００で通信可能に接続されている。そして、本体部１００と制御部２００とは、このケーブルを介して、画像信号や制御信号を通信する。 The
本体部１００は、左眼用表示部１１０Ａと、右眼用表示部１１０Ｂとを備えている。 The
左眼用表示部１１０Ａは、左眼用画像の画像光を形成する画像形成部１２０Ａと、左眼用画像の画像光を導光する導光ユニット１３０Ａと、を備える。 The left-
画像形成部１２０Ａは、眼鏡型の本体部１００において眼鏡のつる部分に収容されており、導光ユニット１３０Ａは眼鏡型の本体部１００において眼鏡レンズ部分に収容されている。 The
導光ユニット１３０Ａには、光透過性を有する視認部１３１Ａが設けられている。導光ユニット１３０Ａは、導光ユニット１３０Ａの内部を伝播する左眼用画像の画像光を、視認部１３１Ａから使用者の左眼に向けて射出する。また、表示装置１０００においては、視認部１３１Ａが光透過性を有し、視認部１３１Ａを介して周囲を視認可能となっている。 The
一方、右眼用表示部１１０Ｂは、右眼用の画像形成部１０Ｂと、右眼用の導光ユニット１３０Ｂと、右眼用の視認部１３１Ｂと、を備える。左眼用表示部１１０Ａと右眼用表示部１１０Ｂとは、同様の構成を採用しており、眼鏡型の本体部１００の中央（鼻あて付近）に対して左右対称の構成を有している。 On the other hand, the right-
制御部２００は、操作部２１０と、操作ボタン部２５０と、を備える。使用者は、制御部２００の操作部２１０や操作ボタン部２５０に対して操作入力を行い、本体部１００に対する指示を行う。 The
図２は、本発明の一実施形態に係る表示装置１０００の左眼用表示部１１０Ａの構成例を示す平面図である。図２には、本体部１００を装着する使用者の左眼ＬＥを示してある。ここでは、左眼用表示部１１０Ａの構成例についてのみ説明する。 FIG. 2 is a plan view illustrating a configuration example of the left-
図に示す画像形成部１２０Ａと導光ユニット１３０Ａとは、本発明の画像投影装置に該当する。導光ユニット１３０Ａは、本発明の光学デバイスに該当する。 The
画像形成部１２０Ａは、左眼用の画像表示部１２１Ａと、投射光学系１２２Ａと、を備える。画像表示部１２１Ａは、左眼用のバックライト４１０Ａと、左眼用の光変調素子４１１Ａと、を備える。画像表示部１２１Ａは、本発明の画像表示装置に該当する。 The
バックライト４１０Ａは、例えば赤色、緑色及び青色といった発光色ごとの光源の集合から構成されている。各光源としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）やレーザー光源などを用いることができる。光変調素子４１１Ａとしては、例えば、表示素子である液晶表示デバイスなどを用いることができる。 The
なお、画像表示部１２１Ａとしては、他にも、有機エレクトロルミネッセンス装置（有機ＥＬ装置）や、レーザー光源とＭＥＭＳミラーを有するレーザー光を走査する走査光学系とを含む走査型画像表示装置など、通常知られた画像表示装置を採用することもできる。 In addition, as the
投射光学系１２２Ａは、例えば、入力される画像光を投射する投射レンズの群から構成され、画像表示部１２１Ａの光変調素子４１１Ａから射出された画像光を投射して、平行な状態の光束にする。 The projection
導光ユニット１３０Ａは、投射光学系１２２Ａに対して相対位置が固定され、投射光学系１２２Ａから射出される画像光を、導光ユニット１３０Ａの所定の位置に導く。 The relative position of the
次いで、図１及び図２を参照して、本実施形態に係る表示装置１０００の概略を説明する。 Next, an outline of the
まず、画像表示部１２１Ａには、制御部２００からの画像信号が入力される。すると、画像表示部１２１Ａにおいて、バックライト４１０Ａの各光源が、赤色光、緑色光及び青色光を射出する。バックライト４１０Ａの各光源から射出された赤色光、緑色光及び青色光は、光変調素子４１１Ａに入射する。 First, an image signal from the
光変調素子４１１Ａは、制御部２００から画像表示部１２１Ａに入力された画像信号に応じて、投射された赤色光、緑色光及び青色光を空間変調する。これにより、画像表示部１２１Ａは当該画像信号に応じた画像光を形成し、投射光学系１２２Ａに向けて射出する。 The
投射光学系１２２Ａは、入射する画像光を拡大しつつ平行化し、導光ユニット１３０Ａに向けて射出する。 The projection
導光ユニット１３０Ａは、導光ユニット１３０Ａの内部を反射させながら画像光を伝播し、視認部１３１Ａから使用者の左眼ＬＥに向かって射出する。射出された画像光は、左眼ＬＥの網膜上に虚像を形成する。 The light guide unit 130 </ b> A propagates image light while reflecting the inside of the light guide unit 130 </ b> A and emits the light toward the left eye LE of the user from the visual recognition unit 131 </ b> A. The emitted image light forms a virtual image on the retina of the left eye LE.
また、視認部１３１Ａに周囲から入射する光の少なくとも一部は、視認部１３１Ａを透過し、使用者の左眼ＬＥに導かれる。これにより、使用者には、画像形成部１２０Ａにより形成された画像と、外界からの光学像とが重畳されて見える。 Further, at least a part of the light incident on the
使用者は、表示装置１０００の本体部１００を頭部に装着することにより、本体部１００から出力される画像光に応じた画像（虚像）を認識する。また、使用者は、本体部１００を頭部に装着したまま、本体部１００の視認部１３１Ａ，１３１Ｂを介して外界を見ることができる。 The user recognizes an image (virtual image) corresponding to the image light output from the
図３は、図２の導光ユニット１３０Ａに含まれる光学デバイス１にのみ着目し詳細に説明する説明図である。本実施形態の光学デバイス１は、導光板（導光体）２１と、第１回折部（第１回折素子）３１、第２回折部（第２回折素子）３２、第１波長選択部（波長選択素子）４１、第２波長選択部４２を有している。 FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining in detail focusing only on the
導光板２１は、対向して延在する第１面２１ａと第２面２１ｂとを有し、透光性を有する長尺の部材である。導光板２１は、延在方向の一端２１ｘの側から入射した光を他端２１ｙの側に導光する。本実施形態の導光板２１は、互いに平行な第１面２１ａと第２面２１ｂとを有する直方体状の部材である。 The
導光板２１においては、内部に入射した光を、第１面２１ａ及び第２面２１ｂで反射させながら導光する。第１面２１ａ及び第２面２１ｂでの反射は、全反射を利用するものでもよく、第１面２１ａ及び第２面２１ｂにおいて反射特性を持たせたい領域に設けた反射部材によるものでもよい。反射部材としては、金属膜、誘電体多層膜及び回折素子を挙げることができる。 In the
導光板２１は、透光性を有するならば、無機材料及び有機材料のいずれも使用することができる。導光板２１において内部を導光する際、第１面２１ａ及び第２面２１ｂの全反射を利用する場合には、導光板２１の周囲の媒質（例えば空気）との屈折率差が大きくなるように、なるべく高屈折率の材料を用いる方が好ましい。 As long as the
本実施形態の導光板２１は、第２面２１ｂの他端側が光透過性を有し、第２面２１ｂを介して外光ＮＬが入射する構成となっている。これにより、導光板２１を介して外光ＮＬが観察者の左眼ＬＥにまで達し、周囲を観察可能となる。第２面２１ｂにおいて光透過性を有する範囲は、画角に応じて適宜設定する。 The
第１回折部３１は、第１面２１ａの他端２１ｙの側に設けられている。第１回折部３１は、赤色光に応じた回折特性を有する複数の第１領域３１ａと、緑色光に応じた回折特性を有する複数の第２領域３１ｂと、青色光に応じた回折特性を有する複数の第３領域３１ｃと、を含む透過型の回折素子である。 The
ここで、本明細書において「（光）に応じた回折特性」とは、入射する光の波長に応じて、回折光の射出方向が設計値通りの回折角となるように回折パターンが設計されていることを指す。回折光は、例えば＋１次光である。 Here, in this specification, “diffraction characteristics according to (light)” means that a diffraction pattern is designed so that the exit direction of diffracted light has a diffraction angle as designed according to the wavelength of incident light. It points to that. The diffracted light is, for example, + 1st order light.
図では、第１領域３１ａの回折パターンは、入射角θで入射する赤色光Ｒを第１面２１ａの法線方向、すなわち第１面２１ａに対して９０度（第１角度）の方向に射出するように回折させることとして示している。図示は省略するが、第２領域３１ｂの回折パターン、第３領域３１ｃの回折パターンも、青色光及び緑色光を同様に第１面２１ａに対して９０度の方向に回折させる。 In the figure, the diffraction pattern of the
なお、赤色光、青色光、緑色光のうち任意の２つが、本発明における「第１波長帯域の光」及び「第２波長帯域の光」に該当する。本実施形態においては、赤色光が第１波長帯域の光であることとする。そのため、赤色光を第１角度となるように回折する第１領域３１ａは、本発明における「第１部分」に該当する。また、緑色光が第２波長帯域の光であることとする。そのため、緑色光を第１角度となるように回折する第２領域３１ｂは、本発明における「第２部分」に該当する。第１領域３１ａと第２領域３１ｂとは、回折特性が異なっている。 Any two of red light, blue light, and green light correspond to “light in the first wavelength band” and “light in the second wavelength band” in the present invention. In the present embodiment, the red light is light in the first wavelength band. Therefore, the
回折素子において、回折角は、波長に依存して変化する。そのため、異なる波長の光が同じ入射角θで入射する場合、同方向に射出するように回折させるためには、各光の波長に応じて回折パターンの設計が必要となる。表面レリーフ型の回折素子の場合、回折角は、凹凸のピッチや凹凸の深さによって制御することができる。 In the diffractive element, the diffraction angle changes depending on the wavelength. Therefore, when light of different wavelengths is incident at the same incident angle θ, it is necessary to design a diffraction pattern according to the wavelength of each light in order to diffract the light so as to be emitted in the same direction. In the case of a surface relief type diffraction element, the diffraction angle can be controlled by the pitch of the unevenness and the depth of the unevenness.
第１波長選択部４１は、第１面２１ａの他端２１ｙの側において、第１回折部３１と平面的に重なる位置に配置されている。具体的には、第１波長選択部４１は第１面２１ａの表面に設けられ、第１波長選択部４１の表面に第１回折部３１が積層している。 The first
このような構造の光学デバイス１では、第１面２１ａから順に第１波長選択部４１、第１回折部３１を作製しながら積層させることで、目的の積層構造を作製することができる。そのため、第１回折部３１と第１波長選択部４１とを個別に作製し、アライメントしながら重ね合せる場合と比べ、製造が容易となる。 In the
第１波長選択部４１は、選択的に赤色光を透過させる複数の第１波長選択領域（第３部分）４１ａと、選択的に緑色光を透過させる複数の第２波長選択領域（第４部分）４１ｂと、選択的に青色光を透過させる複数の第３波長選択領域４１ｃと、を有している。複数の第１波長選択領域４１ａは、複数の第１領域３１ａと平面視形状が等しくそれぞれ平面的に重なる位置に配置されている。複数の第２波長選択領域４１ｂは、複数の第２領域３１ｂと平面視形状が等しくそれぞれ平面的に重なる位置に配置されている。複数の第３波長選択領域４１ｃは、複数の第３領域３１ｃと平面視形状が等しくそれぞれ平面的に重なる位置に配置されている。 The first
第１波長選択部４１としては、吸収型のカラーフィルターや、反射型の誘電体多層膜を用いることができる。 As the first
第１波長選択部４１として吸収型のカラーフィルターを用いる場合、第１波長選択部４１を透過できなかった光は吸収されるため、意図しない迷光として導光板２１内に残る光を低減することができ、ノイズ成分を少なくすることができる。 When an absorption type color filter is used as the first
一方、第１波長選択部４１として反射型の誘電体多層膜を用いる場合、透過できずに反射された光が導光板２１に戻されるため、波長が一致する別の領域に再度入射させることが可能となる。そのため、光量ロスを低減することができる。 On the other hand, when a reflective dielectric multilayer film is used as the first
すなわち、第１波長選択部４１を用いることで、画質を向上させることができる。 That is, by using the first
第２回折部３２は、第１面２１ａの一端２１ｘの側に設けられている。導光板２１において、第２回折部３２が設けられた部分は、本発明における「入射部」に該当する。第２回折部３２は、赤色光に応じた回折特性を有する複数の第１領域３２ａと、緑色光に応じた回折特性を有する複数の第２領域３２ｂと、青色光に応じた回折特性を有する複数の第３領域３２ｃと、を含む透過型の回折素子である。 The
本実施形態の光学デバイス１では、第２回折部３２として第１回折部３１と同じ回折特性を有する表面レリーフ型の回折素子を用いることとしている。分光に第２回折部３２のような回折素子を用いることで、光学デバイス全体の薄型化が可能となる。 In the
第２波長選択部４２は、第１面２１ａの一端２１ｘの側において、第２回折部３２と平面的に重なって設けられている。具体的には、第２波長選択部４２は第１面２１ａの表面に設けられ、第２波長選択部４２の表面に第２回折部３２が積層している。 The second
第２波長選択部４２は、選択的に赤色光を透過させる複数の第１波長選択領域４２ａと、選択的に緑色光を透過させる複数の第２波長選択領域４２ｂと、選択的に青色光を透過させる複数の第３波長選択領域４２ｃと、を有している。複数の第１波長選択領域４２ａは、複数の第１領域３２ａとそれぞれ平面的に重なり、複数の第２波長選択領域４２ｂは、複数の第２領域３２ｂとそれぞれ平面的に重なり、複数の第３波長選択領域４２ｃは、複数の第３領域３２ｃとそれぞれ平面的に重なっている。 The second
本実施形態の光学デバイス１では、第２波長選択部４２として第１波長選択部４１と同じ分光透過率を有するカラーフィルターを用いることとしている。 In the
第１回折部３１と第２回折部３２とは、第１領域３２ａにおいて回折角θで回折し第１領域３２ａから射出された赤色光Ｒが第１領域３１ａに入射角θで入射するように配置している。同様に、第２領域３２ｂにおいて回折角θで回折し第２領域３２ｂから射出された緑色光が第２領域３１ｂに入射角θで入射するように配置しており、第３領域３２ｃにおいて回折角θで回折し第３領域３２ｃから射出された青色光が第３領域３１ｃに入射角θで入射するように配置している。 The first
このような光学デバイス１を有する表示装置１０００では、光学デバイス１においては、第２回折部３２及び第２波長選択部４２で画像光を赤色光、緑色光及び青色光に分光した後、導光板２１内を伝播し、第１回折部３１及び第１波長選択部４１に達する。 In the
第１回折部３１に達した赤色光、緑色光及び青色光は、所定の回折角で回折し、外部に射出される。また、各色光は、第１波長選択部４１を透過することで色純度が高められる。これにより、外部に射出される画像光で形成する画像の画質を向上させることができる。 The red light, the green light, and the blue light that have reached the
このようにして光学デバイス１から射出され左眼ＬＥに入射した赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂの各色の画像光に基づいて、観察者は画像（虚像）を認識する。なお、光学デバイス１の第１回折部３１は、図２に示す導光ユニット１３０Ａの視認部１３１Ａに対応する位置に配置される。 In this manner, the observer recognizes an image (virtual image) based on the image light of each color of red light R, green light G, and blue light B emitted from the
このようにして表示する虚像の画質を向上させるため、本実施形態の光学デバイス１では、第１回折部３１及び第１波長選択部４１が以下のような構成となっている。 In order to improve the image quality of the virtual image to be displayed in this way, in the
図４は、平面的に重なる第１回折部３１及び第１波長選択部４１の一部拡大図である。図に示すように、本実施形態の第１回折部３１は、平面視で同じ形状の複数の第１領域３１ａと第２領域３１ｂと第３領域３１ｃとが、マトリクス状に配列している。同様に、本実施形態の第１波長選択部４１は、平面視で同じ形状の複数の第１波長選択領域４１ａと第２波長選択領域４１ｂと第３波長選択領域４１ｃとが、ｘｙ平面上にマトリクス状に配列している。 FIG. 4 is a partially enlarged view of the
本実施形態の光学デバイス１においては、第１回折部３１が有する各領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、第１面２１ａに沿った方向である第１方向の幅が０．５ｍｍ以上、かつ「７ｍｍを第１回折部３１の互いに異なる回折特性の種類の数で除した値より小さい」値となっている。第１波長選択部４１が有する各領域４１ａ，４１ｂ，４１ｃにおいても、同様の幅となっている。
以下、この幅の規定について説明する。In the
Hereinafter, the regulation of the width will be described.
（領域の幅の下限値について）
各領域の幅の下限値は、第１回折部３１や第１波長選択部４１の分割構造に起因した回折による画質低下を抑制する目的で設定する。(About the lower limit of the area width)
The lower limit value of the width of each region is set for the purpose of suppressing deterioration in image quality due to diffraction due to the divided structure of the
第１回折部３１や第１波長選択部４１が複数の領域に分割されていると、これらの領域の配列自体が回折素子として機能し、第１回折部３１や第１波長選択部４１を透過する光が、意図しない回折をするおそれがある。例えば、マトリクス状に配列した第１回折部３１において、各領域のマトリクス状配列により光が回折すると、像が行列方向に多重に広がり、像の輪郭が不鮮明となる（像にボケが生じる）。このような影響は、導光板２１を介して表示される画像、及び光学デバイス１を介して視認する周囲の景色の両方に及ぶ。 When the first diffracting
このような回折による画質への影響は、観察者の視力により程度が異なる。目の分解能は、視力が良いほど高く、目に入射する光の入射角について、視力１．５の人では約０．０１°、視力１．０の人では約０．０２°、視力０．５の人では約０．０３°の違いを判別可能である。発明者の検討により、目の分解能の３倍の回折角までならば、像のボケを顕著に感じないことが分かっている。 The influence of the diffraction on the image quality varies depending on the visual acuity of the observer. The resolution of the eye is higher as the visual acuity is better, and the incident angle of light incident on the eye is about 0.01 ° for a person with a visual acuity of 1.5, about 0.02 ° for a person with a visual acuity of 1.0, A person of 5 can discriminate a difference of about 0.03 °. According to the inventor's investigation, it is known that the blur of the image is not noticeable when the diffraction angle is three times the resolution of the eye.
そのため、平均的な視力の観察者として、例えば視力１．０の人を想定すると、０．０６°までの入射角の違いであればボケを顕著に感じないと想定できる。すなわち、各領域のマトリクス配列により生じる回折角が０．０６°までであれば、各領域のマトリクス配列に起因した回折による画質への影響を捨象してデバイスを設計することができると考えられる。 For this reason, assuming that the average visual acuity is, for example, a person with visual acuity of 1.0, it can be assumed that the blur is not noticeable if the incident angle is different up to 0.06 °. That is, when the diffraction angle generated by the matrix arrangement of each region is up to 0.06 °, it is considered that the device can be designed by discarding the influence on the image quality due to the diffraction caused by the matrix arrangement of each region.
図５は、他の色よりもボケに対して最も影響の大きい緑色光を周期格子（回折格子）に入射したときの回折について、周期格子のピッチと回折角との関係を示したグラフである。グラフにおいて、横軸は周期格子のピッチ（単位：ｍｍ）縦軸は回折角（単位：°）を示す。図５からは、周期格子のピッチが０．５ｍｍ以上であれば、回折角は０．０６°となることが分かる。したがって、第１回折部３１が有する各領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃの幅は、０．５ｍｍ以上とするとよい。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the pitch of the periodic grating and the diffraction angle with respect to diffraction when green light having the greatest influence on the blur than other colors is incident on the periodic grating (diffraction grating). . In the graph, the horizontal axis represents the pitch (unit: mm) of the periodic grating, and the vertical axis represents the diffraction angle (unit: °). FIG. 5 shows that the diffraction angle is 0.06 ° when the pitch of the periodic grating is 0.5 mm or more. Therefore, the width of each
なお、回折格子のピッチと回折角との関係は、入射光の波長が異なると変化する。光学デバイス１の設計においては、視感度が高く画質に与える影響が最も大きい緑色光について、領域の幅を決定すると好ましい。 The relationship between the pitch of the diffraction grating and the diffraction angle changes when the wavelength of the incident light is different. In the design of the
このような考え方は、第１波長選択部４１が有する各領域４１ａ，４１ｂ，４１ｃの幅を設定する際にも、同様に適用することができる。 Such a concept can be similarly applied when setting the widths of the
（領域の幅の上限値について）
まず、「人間の瞳孔径」は、人種によって差がほとんどない一方で、暗視野では大きく、明視野では小さく、というように変化する。具体的には、瞳孔径は同一人物であっても２ｍｍ〜７ｍｍ程度の範囲で変化することが知られている。(About upper limit of area width)
First, the “human pupil diameter” varies little by race, but changes in such a manner that it is large in the dark field and small in the bright field. Specifically, it is known that the pupil diameter changes within a range of about 2 mm to 7 mm even for the same person.
本実施形態の光学デバイス１の設計時には、使用環境が暗所であるのか明所であるのかを想定し、基準となる瞳孔径を設定する。例えば、表示装置１０００のようなヘッドマウントディスプレイにおいては、瞳孔径が３．５ｍｍ程度となる場合が多い。 At the time of designing the
上述したように、第１回折部３１において、赤色光、緑色光、青色光に分割して観察者の網膜に画像光を照射する場合、例えば、第１領域３１ａの幅が３．５ｍｍであるとすると、第１領域３１ａから射出された赤色光の幅（主光線軸に直交する方向の幅）が瞳孔径と等しくなる。すると、目線によっては、第１領域３１ａから射出された光のみが観察者の眼に照射され、表示される画像が赤く色付いてしまうという不具合が想定される。 As described above, when the first diffracting
そのように想定される不具合を抑制するため、第１回折部３１が有する各領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃの幅を、使用時の瞳孔径を第１回折部３１が有する領域の種類（第１回折部３１の互いに異なる回折特性の種類）である「３」で除した値よりも小さい値とする。もちろん、第１回折部３１が有する領域の種類が増える場合には、瞳孔径を除する値も異なる。このように領域の幅を設定すると、観察者の眼に特定の色の画像光のみが照射されるおそれが低減され、色付きが抑制できる。例えば、第１回折部３１が有する各領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃの幅は１．０ｍｍ以下である。 In order to suppress such an inconvenience, the width of each
このような考え方は、第１波長選択部４１が有する各領域４１ａ，４１ｂ，４１ｃの幅を設定する際にも、同様に適用することができる。 Such a concept can be similarly applied when setting the widths of the
なお、上記幅は、観察者の視力が１．０であり、使用時の観察者の瞳孔径が３．５ｍｍ程度となる状況で使用する光学デバイス１について設定したものである。そのため、想定する観察者の視力や使用環境における観察者の瞳孔径が異なる場合には、上記設計思想に応じて適宜幅を設定するとよい。
本実施形態の光学デバイス１は、以上のような構成となっている。In addition, the said width | variety is set about the
The
このような構成の光学デバイス１においては、赤色光、緑色光、青色光を共通する導光板２１を用いて導光するため、各色に対応した導光部を有する光学デバイスと比べ、導光板の数を減らすことができる。そのため、光学デバイスの軽量化、小型化を図ることができる。 In the
また、第１回折部３１及び第１波長選択部４１が有する各領域の幅を、上述のように設定しているため、画質の低下を抑制することができる。 Moreover, since the width of each region included in the
したがって、本実施形態の光学デバイス１においては、簡易な構成で高品位な画像（虚像）を表示することが可能となる。 Therefore, in the
また、本実施形態の画像投影装置（左眼用表示部１１０Ａ、右眼用表示部１１０Ｂ）においては、上述のような光学デバイス１を有するため、高品位な画像（虚像）を表示することが可能となる。 In addition, since the image projection apparatus (the left-
また、本実施形態の表示装置１０００においては、上述の左眼用表示部１１０Ａ、右眼用表示部１１０Ｂを有するため、高品位な画像（虚像）を表示することが可能となる。 In addition, since the
なお、本実施形態においては、第１回折部３１の各領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃ及び第１波長選択部４１の各領域４１ａ，４１ｂ，４１ｃが、平面視で同じ形状を有し、それぞれマトリクス状に配列していることとしたが、これに限らない。 In the present embodiment, the
図６は、光学デバイスの変形例に係る第１回折部３１及び第１波長選択部４１の一部拡大図であり、図４に対応する図である。 FIG. 6 is a partially enlarged view of the first diffracting
例えば、図６（ａ）に示すように、第１回折部３１の各領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃ及び第１波長選択部４１の各領域４１ａ，４１ｂ，４１ｃが一方向に配列した複数の列Ｌを形成し、各列Ｌが列Ｌの延在方向と交差する方向に配列していることとしてもよい。 For example, as shown in FIG. 6A, each
図６（ａ）では「列Ｌの延在方向と交差する方向」が、本発明における「第１方向」に該当し、「列Ｌの延在方向」が本発明における「第２方向」に該当する。また、列Ｌについて第１方向の幅は、本発明における「第１幅」である。 In FIG. 6A, the “direction intersecting the extending direction of the row L” corresponds to the “first direction” in the present invention, and the “extending direction of the row L” is the “second direction” in the present invention. Applicable. Further, the width in the first direction for the row L is the “first width” in the present invention.
図６（ａ）に示すような第１回折部３１においては、第１方向に沿った幅が「０．５ｍｍ以上、かつ、７ｍｍを第１回折部３１の互いに異なる回折特性の種類の数で除した値より小さい」一定の幅に設定されている。第１波長選択部４１の各領域４１ａ，４１ｂ，４１ｃについても同様である。 In the first
また、各列Ｌにおいては、各領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃの少なくとも一部は、列Ｌの延在方向（第２方向）に沿った幅が、隣り合う異なる回折特性の領域の列Ｌの延在方向に沿った幅とは異なる幅となっている。例えば、領域３１ａについて列Ｌの延在方向に沿った幅は、領域３１ａに対して隣り合う領域３１ｂ，３１ｃについて同方向の幅とは異なっている。第１波長選択部４１の各領域４１ａ，４１ｂ，４１ｃについても同様である。 Further, in each row L, at least a part of each
このような構成の第１回折部３１では、列Ｌにおいて、各領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃの第１方向の端部を揃えることで、各領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃの第１方向の両端部（境界部分）が直線状に配列する。一方、各領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃの第２方向の両端部（境界部分）は、直線状に揃いにくくなる。第１波長選択部４１の各領域４１ａ，４１ｂ，４１ｃについても同様である。 In the first
第１回折部３１の各領域、及び第１波長選択部４１の各領域をこのような配置とすることで、列Ｌの延在方向において、各領域の周期性が崩れるため、回折の発生を抑制することができる。そのため、意図しない回折による画質の低下を抑制することができる。 By arranging each region of the first diffracting
この場合、列の幅が上記規定を満たすならば、隣り合う列の幅が異なっていてもよい。各領域の周期性が崩れるため、回折の発生を抑制することができる。そのため、意図しない回折による画質の低下を抑制することができる。 In this case, the widths of adjacent columns may be different as long as the widths of the columns satisfy the above-mentioned definition. Since the periodicity of each region is broken, generation of diffraction can be suppressed. For this reason, it is possible to suppress deterioration in image quality due to unintended diffraction.
また、図６（ｂ）に示すように、第１回折部３１の各領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃ及び第１波長選択部４１の各領域４１ａ，４１ｂ，４１ｃがそれぞれ帯状に設けられ、各領域の延在方向と交差する方向に配列していることとしてもよい。この場合、帯状に設けられた領域の幅が「０．５ｍｍ以上、かつ、７ｍｍを第１回折部３１の互いに異なる回折特性の種類の数で除した値より小さい」値である。 Further, as shown in FIG. 6 (b), the
第１回折部３１の各領域、及び第１波長選択部４１の各領域をこのような配置とすることで、各領域の延在方向において、回折格子が形成する周期性以外の周期性が無くなり、回折の発生を抑制することができる。そのため、意図しない回折による画質の低下を抑制することができる。 By arranging each region of the first diffracting
この場合、各領域の幅が上記規定を満たすならば、隣り合う領域の幅が異なっていてもよい。各領域の周期性が崩れるため、回折の発生を抑制することができる。そのため、意図しない回折による画質の低下を抑制することができる。 In this case, the widths of adjacent regions may be different as long as the width of each region satisfies the above definition. Since the periodicity of each region is broken, generation of diffraction can be suppressed. For this reason, it is possible to suppress deterioration in image quality due to unintended diffraction.
また、図６（ｃ）に示すように、第１回折部３１の各領域３１ａ，３１ｂ，３１ｃ及び第１波長選択部４１の各領域４１ａ，４１ｂ，４１ｃがそれぞれ不定形であり、非周期的なパターンを形成していることとしてもよい。この場合、各領域の幅は、複数箇所の幅の平均値を採用する。例えば、平行な２つの直線で領域を挟み、その２つの直線に直交する方向（第１方向）において、領域の幅を複数箇所で図った後に、複数箇所の幅の測定値について算術平均して得られる平均値を採用する。図６（ｃ）のような第１回折部３１の場合、当該平均値が、「０．５ｍｍ以上、かつ、７ｍｍを第１回折部３１の互いに異なる回折特性の種類の数で除した値より小さい」値である。 Further, as shown in FIG. 6C, the
第１回折部３１の各領域、及び第１波長選択部４１の各領域の形状を不定形とすることで、各領域の周期性が無くなり、回折の発生を抑制することができる。そのため、意図しない回折による画質の低下を抑制することができる。 By making the shape of each region of the first diffracting
図７は、本実施形態の変形例に係る光学デバイス２の説明図であり、図３に対応する図である。光学デバイス２は、導光板２１、第１回折部３１、第２回折部３２、第１波長選択部４１、第２波長選択部４２、保持部４９を有している。 FIG. 7 is an explanatory diagram of the optical device 2 according to a modification of the present embodiment, and corresponds to FIG. The optical device 2 includes a
第１回折部３１は、第１面２１ａの他端２１ｙの側において第１面２１ａの表面に設けられている。一方、第１波長選択部４１は、光透過性を有する板状の保持部４９の上に設けられている。保持部４９上に設けられた第１波長選択部４１は、例えば不図示のスペーサー部材を介して導光板２１に対して保持部４９が固定されることで、第１回折部３１と平面的に重なっている。 The
第２回折部３２は、第１面２１ａの一端２１ｘの側において第１面２１ａの表面に設けられている。一方、第２波長選択部４２は、光透過性を有する板状の保持部４９の上に設けられている。保持部４９上に設けられた第２波長選択部４２は、例えば不図示のスペーサー部材を介して導光板２１に対して保持部４９が固定されることで、第２回折部３２と平面的に重なっている。 The second
このような構成の光学デバイス２であっても、高品位な画像を表示することが可能となる。また、第１回折部３１の形状を第１面２１ａに作り込むことができるため、部品数を減らすことができる。 Even with the optical device 2 having such a configuration, a high-quality image can be displayed. Moreover, since the shape of the
また、本実施形態においては、導光板２１は第１面２１ａと第２面２１ｂとが平行である直方体状の部材であることとしたが、これに限らない。例えば、第１面２１ａの一部が第２面２１ｂに対して傾斜していたとしても、当該傾斜による反射角の違いを補正するように傾斜した部分を第１面２１ａまたは第２面２１ｂに設けることで、結果として第１回折部３１への入射角が所望の角度となるのであれば、そのような構成の導光板であっても用いることができる。導光板２１の第１面２１ａ及び第２面２１ｂに曲面が含まれる場合であっても同様に、別途の手段で結果として第１回折部３１への入射角が所望の角度となるように制御可能であれば使用可能である。 In the present embodiment, the
［第２実施形態］
図８は、本発明の第２実施形態に係る光学デバイス３の説明図である。本実施形態の光学デバイス３は、第１実施形態の光学デバイス１と一部共通している。したがって、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。[Second Embodiment]
FIG. 8 is an explanatory diagram of the optical device 3 according to the second embodiment of the present invention. The optical device 3 of this embodiment is partly in common with the
光学デバイス３は、導光板２２、第１回折部３１、第１波長選択部４１を有している。 The optical device 3 includes a
導光板２２は、一端に第１面２２ａに対して傾斜する反射面２２ｒが設けられている。反射面２２ｒでの反射は、全反射を利用するものでもよく、反射面２２ｒに設けた反射部材によるものでもよい。反射部材としては、金属膜、誘電体多層膜及び回折素子を挙げることができる。 The
このような光学デバイス３であっても、高品位な画像を表示することが可能となる。また、反射面２２ｒでは、回折素子による回折よりも高効率に入射光の進行方向を変更することができるため、光の利用効率を向上させることができる。 Even such an optical device 3 can display a high-quality image. Moreover, since the traveling direction of incident light can be changed with higher efficiency than the diffraction by the diffraction element, the light use efficiency can be improved.
さらに、光学デバイス３では、部品数が少なく、製造時に第１実施形態の光学デバイス１のような構成の場合には必要な、第１回折部３１と第２回折部３２との相対位置の制御や、第２回折部３２と第２波長選択部４２とのアライメントなどの作業が不要となる。 Furthermore, the optical device 3 has a small number of parts, and control of the relative position between the first
そのため、光学デバイス３では、簡易な構成で高品位な画像（虚像）を表示することが可能となる。 Therefore, the optical device 3 can display a high-quality image (virtual image) with a simple configuration.
［第３実施形態］
図９は、本発明の第３実施形態に係る光学デバイス４の説明図である。本実施形態の光学デバイス３は、第１実施形態で示した光学デバイス１と一部共通し、振動装置（振動素子）５０が設けられていることが異なっている。したがって、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。[Third Embodiment]
FIG. 9 is an explanatory diagram of the optical device 4 according to the third embodiment of the present invention. The optical device 3 of the present embodiment is partly in common with the
図９は、第１面２１ａ側からの視野における光学デバイス４の模式図である。図に示すように、光学デバイス４は、保持部４９に設けられ第１波長選択部４１を第１面２１ａの面方向に振動させる振動装置５０を有している。 FIG. 9 is a schematic diagram of the optical device 4 in the field of view from the
振動装置５０は、導光板２１の他端２１ｙに設けられた第１振動装置（第１振動素子）５１と、導光板２１の側面２１ｃに設けられた第２振動装置（第２振動素子）５２と、を有している。 The
振動装置５０は、駆動することで第１回折部３１及び第１波長選択部４１を第１面２１ａの面方向に振動させる。具体的には、第１振動装置５１は、第１回折部３１及び第１波長選択部４１を、第１面２１ａに沿った導光板２１の延在方向に振動させる。このとき、「導光板２１の延在方向」は、本発明における「第３方向」に該当する。また、第２振動装置５２は、第１回折部３１及び第１波長選択部４１を、第１面２１ａに沿って、導光板２１の延在方向と交差する方向である導光板２１の幅方向に振動させる。このとき、「導光板２１の幅方向」は、本発明における「第４方向」に該当する。 The
第１振動装置５１と第２振動装置５２の振動周期を制御することで、第１面２１ａの面方向であれば振動方向の制御が可能となり、振動制御の自由度が高まる。 By controlling the vibration period of the
振動装置５０による振動は、目の応答周波数（３０Ｈｚ）以上の周波数で行う。これにより、観察者の眼に入射する色光の量を平均化することができ、認識する画像（虚像）の色付きを抑制することができる。また、目に対する光の入射角も平均化され、像のボケも低減することができる。 The vibration by the
以上のような構成の光学デバイス４では、高品位な画像（虚像）を表示することが可能となる。 With the optical device 4 configured as described above, a high-quality image (virtual image) can be displayed.
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described examples are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
例えば、表示装置１０００では、右眼用の光学デバイスと左眼用の光学デバイスにおいて、第１回折部の各領域及び第１波長選択部の各領域が、表示する画像に対して異なる配列となるとよい。本体部１００を基準として考えると、第１回折部の各領域及び第１波長選択部の各領域は、例えば、左右の眼で線対称、回転対称であってもよい。または、第１回折部の各領域及び第１波長選択部の各領域は、全く異なる配置であってもよい。 For example, in the
このようにすることで、観察者の眼に入射する色光の分布を異ならせることができるため、画像の色付きを低減することができる。 By doing in this way, since distribution of the color light which injects into an observer's eyes can be varied, coloring of an image can be reduced.
１，２，３，４…光学デバイス、Ｌ…列、２１…導光板（導光体）、２１ａ，２２ａ…第１面、２１ｂ…第２面、２１ｘ…一端、２１ｙ…他端、２２ｒ…反射面、３１…第１回折部（第１回折素子）、３１ａ…第１領域（第１部分）、３１ｂ…第２領域（第２部分）、３２ａ…第１波長選択領域（第３部分）、３２ｂ…第２波長選択領域（第４部分）、３２…第２回折部（第２回折素子）、ＬＥ…左眼、１０００…表示装置 1, 2, 3, 4 ... Optical device, L ... Row, 21 ... Light guide plate (light guide), 21a, 22a ... First surface, 21b ... Second surface, 21x ... One end, 21y ... Other end, 22r ... Reflecting surface, 31... First diffracting section (first diffractive element), 31 a... First region (first portion), 31 b... Second region (second portion), 32 a. 32b, second wavelength selection region (fourth portion), 32, second diffraction part (second diffraction element), LE, left eye, 1000, display device
Claims (17)
Translated fromJapanese前記導光体の第１面に設けられ、前記導光体の内部を導光する光の少なくとも一部を回折して取り出す第１回折素子と、を有し、
前記第１回折素子は、複数の第１部分と、前記第１部分とは異なる回折特性を有する複数の第２部分と、を含み、
前記複数の第１部分は、それぞれ前記導光体の内部を導光する光のうち第１波長帯域の光を、前記第１面に対して第１角度となるように回折する特性を備え、
前記複数の第２部分は、それぞれ前記導光体の内部を導光する光のうち第２波長帯域の光を、前記第１面に対して前記第１角度となるように回折する特性を備え、
前記複数の第１部分及び前記複数の第２部分の各々は、前記第１面に沿った方向である第１方向の幅が、０．５ｍｍ以上、かつ、７ｍｍを前記第１回折素子の互いに異なる回折特性の種類の数で除した値より小さいことを特徴とする光学デバイス。A light guide;
A first diffractive element provided on the first surface of the light guide, and diffracting and extracting at least part of the light guided inside the light guide.
The first diffractive element includes a plurality of first parts and a plurality of second parts having diffraction characteristics different from the first part,
Each of the plurality of first portions has a characteristic of diffracting light in a first wavelength band out of light guided inside the light guide so as to have a first angle with respect to the first surface,
Each of the plurality of second portions has a characteristic of diffracting light in a second wavelength band out of light guided inside the light guide so as to be at the first angle with respect to the first surface. ,
Each of the plurality of first portions and the plurality of second portions has a width in the first direction, which is a direction along the first surface, of 0.5 mm or more and 7 mm. An optical device characterized by being smaller than a value divided by the number of different types of diffraction characteristics.
前記複数の第１部分及び前記複数の第２部分のうち少なくとも一部は、前記第１方向と交差した方向である第２方向に沿った幅が、隣り合う異なる回折特性の部分の前記第２方向に沿った幅とは異なる幅であることを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。Each of the plurality of first portions and the plurality of second portions is arranged such that a width along the first direction is a first width,
At least a part of the plurality of first portions and the plurality of second portions has a width along a second direction that is a direction intersecting the first direction, and the second of the portions having different diffraction characteristics adjacent to each other. The optical device according to claim 1, wherein the optical device has a width different from the width along the direction.
前記第１回折素子は、前記複数の第１部分と前記複数の第２部分とが前記第２方向に沿って帯状に並べられている素子であることを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。Each of the plurality of first portions and the plurality of second portions has a first width in the first direction and a second direction that is a direction intersecting the first direction. Extended,
2. The optical device according to claim 1, wherein the first diffractive element is an element in which the plurality of first portions and the plurality of second portions are arranged in a strip shape along the second direction. device.
前記波長選択素子は、
前記第１回折素子の前記複数の第１部分の各々と重なる位置に配置され、前記第１波長帯域の光を透過させる複数の第３部分と、
前記第１回折素子の前記複数の第２部分の各々と重なる位置に配置され、前記第２波長帯域の光を透過させる複数の第４部分と、を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光学デバイス。A wavelength selection element provided at a position overlapping the first diffraction element;
The wavelength selection element is:
A plurality of third portions arranged at positions overlapping each of the plurality of first portions of the first diffraction element, and transmitting light of the first wavelength band;
6. A plurality of fourth portions arranged at positions overlapping each of the plurality of second portions of the first diffraction element and transmitting light of the second wavelength band. 6. The optical device according to any one of the above.
請求項１から１４のいずれか１項に記載の光学デバイスと、を有し、
前記光学デバイスは、前記画像光を前記導光体に入射させ、前記導光体の内部を伝播する前記画像光を前記第１回折素子で回折させて取り出すことを特徴とする画像投影装置。An image display device for emitting image light;
An optical device according to any one of claims 1 to 14,
The image projection apparatus, wherein the optical device causes the image light to enter the light guide and diffracts the image light propagating through the light guide by the first diffraction element.
右眼用画像を表示する前記画像投影装置が有する前記光学デバイスと、左眼用画像を表示する前記画像投影装置が有する前記光学デバイスとは、互いに前記第１回折素子が異なることを特徴とする請求項１６に記載の電子機器。The image projection device displaying an image for the right eye, and the image projection device displaying an image for the left eye,
The optical device included in the image projector that displays an image for the right eye and the optical device included in the image projector that displays an image for the left eye are different from each other in the first diffraction element. The electronic device according to claim 16.
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