JP2022191873A - Combiner and head-mounted display using the same - Google Patents

Abstract

Translated fromJapanese

【課題】視野を拡大することが可能なコンバイナを提供する。
【解決手段】コンバイナ１００は、導波路１１０およびレンズアレイ１２０を備える。導波路１１０は、仮想世界の画像を受ける入射領域１１２と、離散的に配置された複数の出射部１１６と、を有する。レンズアレイ１２０は、導波路１１０の複数の出射部１１６に対応する複数の位置に離散的に設けられた複数のレンズ１２２を含む。
【選択図】図２

A combiner capable of expanding a field of view is provided.
A combiner (100) includes a waveguide (110) and a lens array (120). The waveguide 110 has an entrance area 112 that receives an image of the virtual world, and a plurality of discrete exits 116 . The lens array 120 includes a plurality of lenses 122 discretely provided at a plurality of positions corresponding to the plurality of output portions 116 of the waveguide 110 .
[Selection drawing] Fig. 2

Description

Translated fromJapanese

本開示は、ヘッドマウントディスプレイに関する。 The present disclosure relates to head mounted displays.

シースルー型ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：Head Mount Display）デバイスは、現実世界上に仮想世界の画像を結合するデバイスであり、ＡＲ（Augmented Reality）グラス・ＭＲ（Mixed Reality）グラス・ＸＲ（Extended Reality）グラスとして用途の広がりを見せている。 A see-through type head mounted display (HMD: Head Mount Display) device is a device that combines an image of a virtual world on a real world, and includes AR (Augmented Reality) glasses, MR (Mixed Reality) glasses, and XR (Extended Reality) glasses. As a result, its application is expanding.

図１は、典型的なＨＭＤデバイスと眼の光学系の模式図である。ＨＭＤデバイス２は、ディスプレイ装置（マイクロディスプレイともいう）１０およびコンバイナ２０を備える。ディスプレイ装置１０は、仮想世界の画像を表示するデバイスであり、ＯＬＥＤ（Organic Light-Emitting Diode）、μＬＥＤ（Light-Emitting Diode）、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等の表示デバイス１２と、レンズ１４を含む。レンズ１４は、表示デバイス１２の出射光を平行光に変換する。コンバイナ２０は、仮想世界の画像の光Ｌ１を眼まで伝送（リレー）し、外光Ｌ２である現実世界の像と結合する。 FIG. 1 is a schematic diagram of a typical HMD device and eye optics. TheHMD device 2 includes a display device (also called microdisplay) 10 and acombiner 20 . Thedisplay device 10 is a device that displays an image of a virtual world, and displays such as OLED (Organic Light-Emitting Diode), μLED (Light-Emitting Diode), LCOS (Liquid Crystal on Silicon), and DMD (Digital Micromirror Device). It includesdevice 12 andlens 14 . Thelens 14 converts light emitted from thedisplay device 12 into parallel light. The combiner 20 transmits (relays) the light L1 of the image of the virtual world to the eye and combines it with the image of the real world, which is the external light L2.

仮想世界像の画像と現実世界の像はコンバイナ２０によって結合され、それらを含む画像（合成画像）Ｌ３は、平行光として人間の目３０に入射する。人間の目３０は、実質的に無限遠にピントがあっており、レンズ３２は水晶体（または水晶体とメガネ、水晶体とコンタクトレンズ）であり、平行光（平面波）である合成画像を、網膜３４上に結像させる。 The image of the virtual world image and the image of the real world are combined by thecombiner 20, and an image (synthesized image) L3 including them enters thehuman eye 30 as parallel light. Thehuman eye 30 is focused substantially to infinity, and thelens 32 is a crystalline lens (or a crystalline lens and spectacles, or a crystalline lens and a contact lens), and a composite image of parallel light (plane waves) is projected onto theretina 34. to form an image.

コンバイナ２０としては、ハーフミラーやプリズムを用いた方式や、光導波路と回折格子を組み合わせた方式が一般的である。ミラーやプリズムを用いた方式は一般的には視野（ＦｏＶ：Field Of View）が２０度程度と小さいものが多い。特に断らない限り、本明細書における視野角は全画角で表している。これはミラー形式では視野を大きくするためには光導波路を厚くする必要があり、現実的なメガネサイズとならないためである。 As the combiner 20, a system using a half mirror or a prism, or a system combining an optical waveguide and a diffraction grating are generally used. Many systems using mirrors and prisms generally have a small field of view (FoV) of about 20 degrees. Unless otherwise specified, the viewing angle in this specification is represented by the full viewing angle. This is because the optical waveguide must be thickened in order to widen the field of view in the mirror type, and the size of glasses cannot be realistic.

一方、光導波路と回折格子を用いた方式は、ミラー・プリズム方式と比べて視野が大きな製品が多い。これは回折格子方式では視野を大きくするために光導波路を厚くする必要がないためである。 On the other hand, the method using an optical waveguide and a diffraction grating has many products with a wider field of view than the mirror/prism method. This is because the diffraction grating method does not require a thick optical waveguide to increase the field of view.

米国特許出願公開第１９８７／４７１１５１２号明細書U.S. Patent Application Publication No. 1987/4711512米国特許出願公開第２０２０／１０８３１６９号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2020/1083169

しかしながら、回折格子を用いた方式でも下式であらわされるように最大視野ＦｏＶは、導波路の屈折率ｎで制限される。
ＦｏＶ＝２・ｓｉｎ｛（ｎ－１）／２｝
市販されている高屈折率ガラスはｎ＝２．０が最大であるため、視野は最大６０度となり、回折格子を用いたコンバイナでは、これより大きな視野を有するＨＭＤを作ることはできない。However, even in the method using a diffraction grating, the maximum field of view FoV is limited by the refractive index n of the waveguide as expressed by the following equation.
FoV=2·sin {(n−1)/2}
Since n=2.0 is the maximum of commercially available high-refractive-index glasses, the maximum field of view is 60 degrees, and a combiner using a diffraction grating cannot produce an HMD with a larger field of view.

本開示は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、視野を拡大することが可能なコンバイナの提供にある。 The present disclosure has been made in view of such problems, and one exemplary objective of certain aspects thereof is to provide a combiner capable of expanding a field of view.

本開示のある態様のコンバイナは、その入射領域において仮想世界の画像を受け、その出射領域に離散的に配置された複数の出射部を有する導波路と、導波路の複数の出射部に対応する複数の位置に離散的に設けられた複数のレンズ（拡大素子）を含むレンズアレイと、を備える。 A combiner according to an aspect of the present disclosure includes a waveguide that receives an image of a virtual world at its input region and has a plurality of discretely arranged output portions at its output region, and corresponding to the plurality of output portions of the waveguide. and a lens array including a plurality of lenses (enlarging elements) discretely provided at a plurality of positions.

本開示のある態様のコンバイナは、導波路と、導波路の面内に離散的に設けられた複数の射出構造と、を備える。射出構造は、導波路に形成される出射部と出射部とオーバーラップするレンズを含む積層構造を有する。 A combiner according to one aspect of the present disclosure includes a waveguide and a plurality of injection structures discretely provided in the plane of the waveguide. The exit structure has a laminate structure including an exit portion formed in the waveguide and a lens overlapping the exit portion.

なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、本開示の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本開示の態様として有効である。 Arbitrary combinations of the above constituent elements, and mutually replacing the constituent elements and expressions of the present disclosure in methods, devices, systems, etc. are also effective as aspects of the present disclosure.

本開示のある態様によれば、ＨＭＤの視野を拡大できる。 According to one aspect of the present disclosure, the field of view of the HMD can be expanded.

典型的なＨＭＤデバイスと眼の光学系の模式図である。1 is a schematic diagram of a typical HMD device and eye optics; FIG.図２（ａ）は、実施形態に係るコンバイナを備えるＨＭＤの断面図であり、図２（ｂ）は、その平面図である。Fig.2 (a) is sectional drawing of HMD provided with the combiner based on embodiment, FIG.2(b) is the top view.図３（ａ）、（ｂ）は、レンズが存在しない場合と存在する場合の視野角を説明する図である。FIGS. 3(a) and 3(b) are diagrams for explaining the viewing angle with and without a lens.現実世界の光の伝搬を説明する図である。It is a figure explaining propagation of the light of the real world.視野角ＦｏＶの拡大を説明する図である。It is a figure explaining expansion of viewing angle FoV.導波路の屈折率ｎと拡大前の最大視野角θの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the refractive index n of a waveguide, and the maximum viewing angle (theta) before enlargement.導波路の屈折率ｎと拡大後の最大視野角を、レンズ基板の屈折率ｎ’をパラメータとして示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the refractive index n of a waveguide and the maximum viewing angle after enlargement using the refractive index n′ of a lens substrate as a parameter.レンズのフィルファクタを説明する図である。It is a figure explaining the fill factor of a lens.フィルファクタを１２％、３８％、７８％としたときの、眼の到達照度分布を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing illuminance distributions reaching the eye when fill factors are 12%, 38%, and 78%;フィルファクタとコントラスト比の関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between fill factor and contrast ratio;図１１（ａ）～（ｃ）は、出射部のサイズＷと、レンズの径φの関係を説明する図である。FIGS. 11A to 11C are diagrams for explaining the relationship between the size W of the output portion and the diameter φ of the lens.図１２（ａ）～（ｅ）は、出射部とレンズの配置を説明する図である。FIGS. 12A to 12E are diagrams for explaining the arrangement of the output section and the lens.図１３（ａ）～（ｅ）は、出射部の構成例を示す断面図である。13A to 13E are cross-sectional views showing configuration examples of the output section.図１４（ａ）～（ｃ）は、レンズの構成例を示す断面図である。14A to 14C are sectional views showing configuration examples of lenses.図１５（ａ）～（ｃ）は、コンバイナの製造方法の一例を説明する図である。15A to 15C are diagrams for explaining an example of a method for manufacturing a combiner.図１６（ａ）～（ｃ）は、コンバイナの製造方法の別の一例を説明する図である。16A to 16C are diagrams for explaining another example of the method of manufacturing the combiner.

（実施形態の概要）
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。この概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、すべての実施形態の重要な要素または重要な要素を特定することも、一部またはすべての態様の範囲を線引きすることも意図していない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。(Overview of embodiment)
SUMMARY OF THE INVENTION Several exemplary embodiments of the disclosure are summarized. This summary presents, in simplified form, some concepts of one or more embodiments, as a prelude to the more detailed description that is presented later, and for the purpose of a basic understanding of the embodiments. The size is not limited. This summary is not an extensive overview of all possible embodiments, but is intended to neither identify key or key elements of all embodiments nor delineate the scope of some or all aspects. not. For convenience, "one embodiment" may be used to refer to one embodiment (example or variation) or multiple embodiments (examples or variations) disclosed herein.

一実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ用のコンバイナは、その入射領域において仮想世界の画像を受け、その出射領域に離散的に配置された複数の出射部を有する導波路と、導波路の複数の出射部に対応する複数の位置に離散的に設けられた複数のレンズを含むレンズアレイと、を備える。 A combiner for a head-mounted display according to one embodiment includes a waveguide that receives an image of a virtual world in its entrance area, has a plurality of discretely arranged exit portions in its exit area, and a plurality of exits of the waveguide. and a lens array including a plurality of lenses discretely provided at a plurality of positions corresponding to the portions.

一実施形態に係るコンバイナは、導波路と、導波路の面内に離散的に設けられた複数の射出構造と、を備える。射出構造は、導波路に形成される出射部と出射部とオーバーラップするレンズを含む積層構造を有する。 A combiner according to one embodiment comprises a waveguide and a plurality of injection structures discretely provided in a plane of the waveguide. The exit structure has a laminate structure including an exit portion formed in the waveguide and a lens overlapping the exit portion.

これらの構成によれば、導波路の出射部から取り出された仮想世界の像を、レンズによって拡大することにより、視野を拡大できる。またレンズを離散的に配置することにより、現実世界の像（外光）は、レンズとレンズの間を通過して網膜上に結像することができる。 According to these configurations, the field of view can be expanded by enlarging the image of the virtual world taken out from the output portion of the waveguide with the lens. Also, by discretely arranging the lenses, an image of the real world (outside light) can pass between the lenses and form an image on the retina.

一実施形態において、出射部のサイズは、レンズのサイズよりも小さくてもよい。これにより、収差の影響を抑制できる。 In one embodiment, the size of the output section may be smaller than the size of the lens. Thereby, the influence of aberration can be suppressed.

一実施形態において、コンバイナの出射領域に対する複数のレンズの占める面積の比（フィルファクタ）は、１／２以下であってもよい。レンズは外光を散乱するため、レンズを通過した外光は、網膜に結像しないノイズ成分となる。フィルファクタを１／２以下とすることで、コントラスト比を１以上とすることができる。 In one embodiment, the ratio of the area occupied by the plurality of lenses to the output area of the combiner (fill factor) may be 1/2 or less. Since the lens scatters external light, the external light passing through the lens becomes a noise component that does not form an image on the retina. By setting the fill factor to 1/2 or less, the contrast ratio can be set to 1 or more.

一実施形態において、レンズアレイは、一体成形されていてもよい。レンズアレイを一体成形することで、コンバイナの製造時において、複数のレンズと複数の出射部の位置合わせが容易となる。 In one embodiment, the lens array may be integrally molded. Integrally molding the lens array facilitates the alignment of the plurality of lenses and the plurality of output portions during manufacture of the combiner.

一実施形態において、導波路には、出射部として、レリーフ型回折格子、ホログラフィック回折格子、液晶回折光格子、回折光学素子、マイクロプリズムのいずれかが形成されてもよい。 In one embodiment, the waveguide may be formed with any one of a relief type diffraction grating, a holographic diffraction grating, a liquid crystal diffraction grating, a diffractive optical element, and a micro-prism as an output section.

一実施形態において、レンズは、凹レンズ、フレネルレンズ、回折光学素子のいずれかであってもよい。 In one embodiment, the lens may be either a concave lens, a Fresnel lens, or a diffractive optical element.

（実施形態）
以下、好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、開示や発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示や発明の本質的なものであるとは限らない。(embodiment)
Preferred embodiments will be described below with reference to the drawings. The same or equivalent constituent elements, members, and processes shown in each drawing are denoted by the same reference numerals, and duplication of description will be omitted as appropriate. In addition, the embodiments are illustrative rather than limiting the disclosure or invention, and not all features or combinations thereof described in the embodiments are necessarily essential to the disclosure or invention. No.

また図面に記載される各部材の寸法（厚み、長さ、幅など）は、理解の容易化のために適宜、拡大縮小されている場合がある。さらには複数の部材の寸法は、必ずしもそれらの大小関係を表しているとは限らず、図面上で、ある部材Ａが、別の部材Ｂよりも厚く描かれていても、部材Ａが部材Ｂよりも薄いこともあり得る。 Also, the dimensions (thickness, length, width, etc.) of each member shown in the drawings may be appropriately scaled for easier understanding. Furthermore, the dimensions of a plurality of members do not necessarily represent their size relationship. It can be thinner than

図２（ａ）は、実施形態に係るコンバイナ１００を備えるＨＭＤ２００の断面図であり、図２（ｂ）は、その平面図である。ＨＭＤ２００は、コンバイナ１００に加えてディスプレイ装置２１０を備える。ディスプレイ装置２１０は、仮想世界の画像を表示する。ディスプレイ装置２１０は、表示デバイス２１２およびレンズなどの光学系２１４を有する。光学系２１４は、ユーザの目から表示デバイス２１２の発光面までの見かけの距離を設定する。この例では、表示デバイス２１２は仮想的に無限遠あるいはそれに準ずる距離（５ｍ以上）に配置されており、ディスプレイ装置２１０の出射光Ｌ１は、平行光（平面波）として出力される。図２（ａ）には、表示デバイス２１２上の異なる３点から発せられる主光線のみを示している。 Fig.2 (a) is sectional drawing of HMD200 provided with thecombiner 100 which concerns on embodiment, FIG.2(b) is the top view. TheHMD 200 has adisplay device 210 in addition to thecombiner 100 . Thedisplay device 210 displays images of the virtual world. Thedisplay device 210 has adisplay device 212 and anoptical system 214 such as a lens.Optical system 214 sets the apparent distance from the user's eyes to the light emitting surface ofdisplay device 212 . In this example, thedisplay device 212 is virtually placed at infinity or at a distance (5 m or more), and the output light L1 of thedisplay device 210 is output as parallel light (plane wave). FIG. 2( a ) shows only chief rays emitted from three different points on thedisplay device 212 .

コンバイナ１００は、主として、導波路１１０およびレンズアレイ１２０を備える。導波路１１０は、その入射領域（入射部）１１２に、ディスプレイ装置２１０からの光（仮想世界の画像）Ｌ１を受ける。たとえば入射領域１１２には、入射回折格子１１２ａと、射出瞳拡大（ＥＰＥ：Exit Pupil Expander）素子１１２ｂが形成される。入射回折格子１１２ａにおいて導波路１１０に結合した光線Ｌ１は、ＥＰＥ素子１１２ｂにおいて複製される。ＥＰＥ素子１１２ｂの構成は特に限定されるものではなく、公知技術あるいは将来利用可能な技術を用いればよく、たとえば回折格子で構成してもよいし、マイクロプリズムであってもよいし、マイクロレンズアレイであってもよい。なお、人間の目の位置とコンバイナ１００の相対的な位置関係を高精度に位置決め可能な場合、ＥＰＥ素子１１２ｂは省略してもよい。Combiner 100 primarily compriseswaveguide 110 andlens array 120 .Waveguide 110 receives light (virtual world image) L1 fromdisplay device 210 at its incident area (incident portion) 112 . For example, in theincident area 112, anincident diffraction grating 112a and an exit pupil expander (EPE)element 112b are formed. Light ray L1 coupled intowaveguide 110 at input grating 112a is replicated atEPE element 112b. The configuration of theEPE element 112b is not particularly limited, and a known technology or a technology that will be available in the future may be used. may be Note that theEPE element 112b may be omitted if the relative positional relationship between the position of the human eye and thecombiner 100 can be positioned with high accuracy.

ＥＰＥ素子１１２ｂにより複製された光線Ｌ１’は、導波路１１０の内部を全反射しながら出射領域１１４に向かって伝搬する。 The light beam L1' replicated by theEPE element 112b propagates toward theemission region 114 while undergoing total internal reflection inside thewaveguide 110. FIG.

導波路１１０の出射領域１１４には、複数の出射部１１６が離散的に設けられている。この例において、出射部１１６は、導波路１１０の表面に形成される回折格子である。 A plurality ofoutput portions 116 are discretely provided in theoutput region 114 of thewaveguide 110 . In this example,output section 116 is a diffraction grating formed on the surface ofwaveguide 110 .

導波路１１０の出射領域１１４には、レンズアレイ１２０が設けられる。レンズアレイ１２０は、アレイ状に配置される複数のレンズ（マイクロレンズともいう）１２２を含んでいる。本実施例では、レンズ１２２は凹レンズであるが、その限りでなく、その他の拡大素子を用いることができる。 Alens array 120 is provided in theexit region 114 of thewaveguide 110 . Thelens array 120 includes a plurality of lenses (also called microlenses) 122 arranged in an array. In this embodiment,lens 122 is a concave lens, but this is not the only option and other magnifying elements can be used.

複数のレンズ１２２は、複数の出射部１１６と対応している。レンズ１２２は、図２（ｂ）の平面図で見たときに、対応する出射部１１６とオーバーラップする位置に設けられる。より具体的には、出射部１１６は、対応するレンズ１２２の光軸上に配置される。隣接するレンズ１２２は、ＨＭＤ２００の装着時の水平方向（図２（ａ）の紙面左右方向）に関してギャップ（非レンズ部分）１２４を隔てて配置され、ＨＭＤ２００の装着時の垂直方向（鉛直方向、図２（ｂ）の紙面上下方向）に関してギャップ１２６を隔てて配置されている。ギャップ１２４の長さをｄｘ、ギャップ１２６の長さをｄｙとする。ｄｘはｄｙと等しくてもよいし、異なっていてもよい。さらに言えば、水平方向の複数のギャップ１２４の長さｄｘは均一であってもよいし、非均一であってもよく、垂直方向の複数のギャップ１２６の長さｄｙは均一であってもよいし、非均一であってもよい。 A plurality oflenses 122 correspond to a plurality ofoutput portions 116 . Thelens 122 is provided at a position overlapping thecorresponding output section 116 when viewed from the plan view of FIG. 2(b). More specifically, theoutput section 116 is arranged on the optical axis of thecorresponding lens 122 .Adjacent lenses 122 are arranged across a gap (non-lens portion) 124 with respect to the horizontal direction (horizontal direction in FIG. 2A) when theHMD 200 is mounted, and the vertical direction (vertical direction, FIG. 2A) when theHMD 200 is mounted. 2(b) in the up-and-down direction of the page) with agap 126 therebetween. Let dx be the length of thegap 124 and dy be the length of thegap 126 . dx may be equal to or different from dy. Further, the length dx of thehorizontal gaps 124 may be uniform or non-uniform, and the length dy of thevertical gaps 126 may be uniform. and may be non-uniform.

後述するように、レンズアレイ１２０は一体成形してもよい。これにより、対応する出射部１１６とレンズ１２２の位置合わせが容易となる。一体成形されたレンズアレイ１２０を、レンズ基板と称する。 As described below, thelens array 120 may be integrally molded. This makes it easy to align thecorresponding output portion 116 andlens 122 . The integrally moldedlens array 120 is called a lens substrate.

オーバーラップして形成されるレンズ１２２および出射部１１６のセットは、拡大機能付きの射出構造１３０と把握することができる。つまりコンバイナ１００は、導波路１１０と、導波路１１０の出射領域１１４内に離散的に設けられた複数の射出構造１３０を備える。各射出構造１３０は、導波路１１０に形成される出射部１１６と、出射部１１６とオーバーラップするレンズ１２２と、を含んでいる。 A set of thelens 122 and theexit portion 116 formed in an overlapping manner can be understood as an exit structure 130 with a magnifying function. That is, thecombiner 100 comprises awaveguide 110 and a plurality of exit structures 130 discretely provided within anexit region 114 of thewaveguide 110 . Each exit structure 130 includes anexit portion 116 formed inwaveguide 110 and alens 122 overlappingexit portion 116 .

以上がＨＭＤ２００の構成である。続いてその動作を説明する。 The above is the configuration of theHMD 200 . Next, the operation will be explained.

初めに、仮想世界の光Ｌ１について説明する。ディスプレイ装置２１０は、仮想世界の像に対応する光Ｌ１を、平行光として出射する。ここで図２（ａ）の破線は、表示デバイス２１２の左端から放射される光の主光線を示し、図２（ａ）の一点鎖線は、表示デバイス２１２の右端から放射される光の主光線を示すものとする。つまり、２つの主光線のなす角度θｉは、それを直接人間が見たときの視野角ＦｏＶに相当する。ここでは水平方向の視野角に着目するが、垂直方向も同様である。 First, the virtual world light L1 will be described. Thedisplay device 210 emits light L1 corresponding to the image of the virtual world as parallel light. Here, the dashed line in FIG. 2A indicates the principal ray of light emitted from the left end of thedisplay device 212, and the dashed-dotted line in FIG. 2A indicates the chief ray of light emitted from the right end of thedisplay device 212. shall indicate That is, the angle θi formed by the two principal rays corresponds to the viewing angle FoV when a person directly sees it. Here, attention is paid to the viewing angle in the horizontal direction, but the same applies to the vertical direction.

光Ｌ１は、入射領域１１２において導波路１１０と結合し、出射領域１１４に向かって伝搬する（Ｌ１’）。そして出射領域１１４に離散的に設けられた複数の出射部１１６から出射する。 Light L1 couples intowaveguide 110 atinput region 112 and propagates toward output region 114 (L1'). Then, the light is emitted from a plurality of emittingportions 116 discretely provided in the emittingarea 114 .

図３（ａ）、（ｂ）は、レンズ１２２が存在しない場合と存在する場合の視野角を説明する図である。図３（ａ）に示すように、ある出射部１１６から出射される光Ｌ１”は、導波路１１０の屈折率ｎで制限された視野角θｏで放射される。 FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining viewing angles when thelens 122 does not exist and when thelens 122 exists. As shown in FIG. 3A, light L1″ emitted from a certain emittingportion 116 is emitted at a viewing angle θo limited by the refractive index n of thewaveguide 110. As shown in FIG.

一方、図３（ｂ）に示すように、レンズ１２２を設けた場合、出射部１１６から視野角θｏで放射される光Ｌ１”は、パワーを有するレンズ１２２によって拡大される。拡大後の光Ｌ１”の視野角は、θｏからφに広がることとなる。 On the other hand, as shown in FIG. 3B, when thelens 122 is provided, the light L1″ emitted from the emittingportion 116 at the viewing angle θo is enlarged by thelens 122 having power. ” expands from θo to φ.

続いて現実世界の光Ｌ２について説明する。 Next, the light L2 in the real world will be explained.

図４は、現実世界の光Ｌ２の伝搬を説明する図である。導波路１１０には、現実世界の像に対応する外光Ｌ２が入射する。外光Ｌ２の一部Ｌ２ｓは、レンズ１２２のギャップ（１２４，１２６）を通過し、外光Ｌ２の残りの部分Ｌ２ｎは、レンズ１２２を通過する。 FIG. 4 is a diagram illustrating propagation of light L2 in the real world. External light L2 corresponding to the image of the real world is incident on thewaveguide 110 . A portion L2s of the external light L2 passes through the gap (124, 126) of thelens 122, and the remaining portion L2n of the external light L2 passes through thelens 122.

人間（ユーザ）がある程度遠くに焦点を合わせているとき、遠くに存在する物体からの光Ｌ２は平行光とみなすことができる。レンズ１２２のギャップを通過した光Ｌ２ｓは、平行光のまま、コンバイナ１００から出射される。したがってユーザが遠くにピントをあわせているとき、ギャップを通過した光Ｌ２ｓは、網膜上に結像する。 When a human (user) is focused far away to some extent, the light L2 from a distant object can be regarded as parallel light. The light L2s that has passed through the gap of thelens 122 is emitted from thecombiner 100 as parallel light. Therefore, when the user is focusing far away, the light L2s passing through the gap forms an image on the retina.

一方、外光Ｌ２のうちレンズ１２２を通過する光Ｌ２ｎは、レンズ１２２によって拡散される。言い換えると、レンズ１２２は、遠くに存在する現実世界の像の虚像を、実際の距離よりも近い位置に発生させる。ユーザが遠くにピントを合わせているとき、この虚像は、網膜上で結像せず、したがってレンズ１２２を通過した外光Ｌ２ｎはノイズ成分となる。 On the other hand, the light L2n passing through thelens 122 out of the external light L2 is diffused by thelens 122 . In other words, thelens 122 creates a virtual image of a distant real-world image at a position closer than the actual distance. When the user is focusing on a distant object, this virtual image is not formed on the retina, and therefore the external light L2n passing through thelens 122 becomes a noise component.

図２に戻る。コンバイナ１００は、ディスプレイ装置２１０からの光Ｌ１と外光Ｌ２を結合し、それらの合成画像Ｌ３を人間の目に出力する。以上がコンバイナ１００の動作である。 Return to FIG. Thecombiner 100 combines the light L1 from thedisplay device 210 and the external light L2 and outputs a composite image L3 thereof to the human eye. The above is the operation of thecombiner 100 .

図５は、視野角ＦｏＶの拡大を説明する図である。導波路１１０の屈折率をｎ、レンズアレイ（レンズ基板）１２０の屈折率をｎ’とする。θは、拡大前の最大視野角（半画角）ＦｏＶを、φは拡大後の最大視野角（半画角）ＦｏＶを示す。 FIG. 5 is a diagram for explaining the expansion of the viewing angle FoV. Let n be the refractive index of thewaveguide 110 and n' be the refractive index of the lens array (lens substrate) 120 . θ indicates the maximum viewing angle (half angle of view) FoV before enlargement, and φ indicates the maximum viewing angle (half angle of view) FoV after enlargement.

拡大前の最大視野角θは、導波路１１０の屈折率ｎに応じて定まる。図６は、導波路の屈折率ｎと拡大前の最大視野角θの関係を示す図である。図６には、各屈折率ｎにおいて、最大視野角θを得るために必要な、回折格子（出射部１１６）のピッチを示す。拡大前の最大視野角θは、屈折率ｎが高いほど大きくなるが、ｎは最大で２程度であるから、最大視野角θは、６０度以下に制限される。 The maximum viewing angle θ before expansion is determined according to the refractive index n of thewaveguide 110 . FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the refractive index n of the waveguide and the maximum viewing angle θ before expansion. FIG. 6 shows the pitch of the diffraction grating (outgoing portion 116) required to obtain the maximum viewing angle θ at each refractive index n. The maximum viewing angle θ before enlargement increases as the refractive index n increases. However, since n is about 2 at maximum, the maximum viewing angle θ is limited to 60 degrees or less.

この光学系において、出射部１１６がレンズ１２２の焦点に存在する場合、以下の式が成り立つ。
θ＝θ’
ｎ’ｓｉｎθ’＝ｓｉｎφ
つまり拡大後の最大視野角φは、
φ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ’ｓｉｎθ’）
から得ることができる。In this optical system, when theoutput section 116 exists at the focal point of thelens 122, the following equation holds.
θ = θ'
n'sin θ'=sin φ
In other words, the maximum viewing angle φ after expansion is
φ=arc sin(n'sin θ')
can be obtained from

図７は、導波路の屈折率ｎと拡大後の最大視野角を、レンズ基板の屈折率ｎ’をパラメータとして示す図である。たとえば、ｎ’＝１．９の屈折率を有するレンズ基板を使うと、最大視野角を、５３．５度から１１７．５度まで拡大することができる。 FIG. 7 is a diagram showing the refractive index n of the waveguide and the maximum viewing angle after enlargement using the refractive index n' of the lens substrate as a parameter. For example, using a lens substrate with a refractive index of n'=1.9, the maximum viewing angle can be increased from 53.5 degrees to 117.5 degrees.

なお、導波路１１０やレンズアレイ１２０は、透明な材質であればよく、ガラス、石英や樹脂などを用いることができる。 Thewaveguide 110 and thelens array 120 may be made of any transparent material, such as glass, quartz, or resin.

このコンバイナ１００によれば、仮想世界の光Ｌ１の視野角を広げて、現実世界の光Ｌ２と結合することができる。この構成において、拡大された視野角φは、レンズ基板の屈折率ｎ’に応じて設計することができる。したがって、従来の回折格子のみを備えたコンバイナのように、導波路の屈折率ｎのみに制約されず、６０度を超える大きな視野角を実現することができ、仮想世界の像を、視野いっぱいに表示することが可能となる。 According to thecombiner 100, the viewing angle of the light L1 in the virtual world can be widened and combined with the light L2 in the real world. In this configuration, the enlarged viewing angle φ can be designed according to the refractive index n' of the lens substrate. Therefore, unlike the conventional combiner with only a diffraction grating, it is not limited only by the refractive index n of the waveguide, and a large viewing angle exceeding 60 degrees can be realized, and the image of the virtual world can be displayed in the entire field of view. can be displayed.

あるいは、従来技術において、６０度またはそれに近い視野角を実現するためには、導波路１１０の材料として、屈折率ｎが高いものを選択する必要があり、材料に制約があった。これに対して本実施形態によれば、従来技術と同じ視野角を実現するために必要な導波路１１０の屈折率を下げることができる。このことは、導波路１１０の材料の選択肢が広がることを意味し、設計の自由度を高めることができる。 Alternatively, in the prior art, in order to achieve a viewing angle of 60 degrees or close to it, it was necessary to select a material with a high refractive index n as the material for thewaveguide 110, which restricted the material. On the other hand, according to this embodiment, the refractive index of thewaveguide 110 required to achieve the same viewing angle as the conventional technology can be lowered. This means that the options for the material of thewaveguide 110 are expanded, and the degree of freedom in design can be increased.

（フィルファクタ）
続いて、レンズのフィルファクタについて説明する。上述のように、外光Ｌ２のうち、レンズ１２２を通過する光は拡散されてノイズとなり、レンズ１２２のギャップを通過する光が信号成分となる。(fill factor)
Next, the fill factor of the lens will be explained. As described above, out of the external light L2, the light passing through thelens 122 is diffused and becomes noise, and the light passing through the gap of thelens 122 becomes the signal component.

図８は、レンズのフィルファクタを説明する図である。コンバイナ１００の出射領域１１４には、レンズ部分Ｓ_ｌと、非レンズ部分Ｓ_ｔが設けられる。非レンズ部分Ｓ_ｔは、上述のギャップに相当する部分である。FIG. 8 is a diagram for explaining the fill factor of the lens. Theexit area 114 of thecombiner 100 is provided with a lensed portion S_l and a non-lensed portion S_t . The non-lens portion_St is a portion corresponding to the gap described above.

出射領域１１４全体（Ｓ_ｌ＋Ｓ_ｔ）に対する複数のレンズ１２２（レンズ部分Ｓ_ｌ）の占める面積の割合（比）を、レンズのフィルファクタＦＦとして定義する。
ＦＦ＝Ｓ_ｌ／（Ｓ_ｌ＋Ｓ_ｔ）The ratio (ratio) of the area occupied by the plurality of lenses 122 (lens portions S_l ) to the entire emission area 114 (S_l + S_t ) is defined as the lens fill factor FF.
FF = S_l / (S_l + S_t )

非レンズ部分を通過した外光が信号成分、レンズ部分を透過した外光がノイズ成分となることから、フィルファクタＦＦが小さいほど、コントラスト比（Ｓ／Ｎ比）は高くなる。 Since the outside light passing through the non-lens portion becomes the signal component and the outside light passing through the lens portion becomes the noise component, the smaller the fill factor FF, the higher the contrast ratio (S/N ratio).

図９は、現実世界の矩形照度分布が、フィルファクタが１２％、３８％、７８％である出射領域１１４を通過したときの、眼の到達照度分布を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing the illuminance distribution reaching the eye when the rectangular illuminance distribution in the real world passes through theexit area 114 with fill factors of 12%, 38%, and 78%.

フィルファクタが大きいと、矩形のシグナル範囲の外光はより多く散乱され、矩形のノイズ成分が大きくなる。これはノイズフロアが上昇しているともいえる。これに対して、フィルファクタを小さくすると、矩形のシグナル成分が大きくなり、ノイズフロアが低下する。 A large fill factor scatters more ambient light in the rectangular signal range, resulting in a larger rectangular noise component. It can also be said that the noise floor is rising. On the other hand, decreasing the fill factor increases the rectangular signal component and lowers the noise floor.

矩形分布のシグナル成分に対するノイズ成分の比をコントラスト比と定義する。図１０は、フィルファクタとコントラスト比の関係を示す図である。コントラスト比が１以下は、ノイズ光の方が多く、現実世界の像を識別できないことを意味する。フィルファクタが５０％のとき、コントラスト比は３程度であり、現実世界の像を識別することが可能となる。フィルファクタが７０％の場合でも、コントラスト比は２程度である。つまり、フィルファクタは７０％以下であることが好ましく、より好ましくは、５０％（１／２）以下であることが好ましい。 The ratio of the noise component to the signal component of the rectangular distribution is defined as the contrast ratio. FIG. 10 is a diagram showing the relationship between fill factor and contrast ratio. A contrast ratio of 1 or less means that there is more noise light and the image in the real world cannot be discerned. At a fill factor of 50%, the contrast ratio is about 3, allowing real-world images to be discerned. Even with a fill factor of 70%, the contrast ratio is about 2. That is, the fill factor is preferably 70% or less, more preferably 50% (1/2) or less.

（出射部１１６とレンズ１２２のサイズ）
図１１（ａ）～（ｃ）は、出射部１１６のサイズＷと、レンズ１２２の径φの関係を説明する図である。ここでは視野の水平方向について検討することとする。この場合、出射部１１６の幅Ｗが出射部１１６のサイズとなる。図１１（ａ）は、Ｗ＜φの場合を示している。出射部１１６は、ほぼ実質的にレンズ１２２の焦点の近傍に局在している。したがって、出射部１１６から放射される光束は、レンズ１２２によって正しく拡大される。(Sizes ofoutput portion 116 and lens 122)
11A to 11C are diagrams for explaining the relationship between the size W of theoutput section 116 and the diameter φ of thelens 122. FIG. Here, we will consider the horizontal direction of the field of view. In this case, the width W of theoutput portion 116 is the size of theoutput portion 116 . FIG. 11(a) shows the case of W<φ. Theexit portion 116 is located substantially substantially near the focal point of thelens 122 . Therefore, the luminous flux emitted from the emittingportion 116 is correctly magnified by thelens 122 .

図１１（ｂ）は、Ｗ≒φの場合を、図１１（ｃ）は、Ｗ＞φの場合を示す。図１１（ｂ）や（ｃ）では、出射部１１６の中央付近、つまりレンズ１２２の光軸上の点から放射される光は、図１１（ａ）と同様に、正しく拡大される。一方で、レンズ１２２の光軸から離れた点から放射される光は、正しく拡大されず、収差が生じ、また像が歪むこととなる。収差の大きさは、レンズ１２２の光軸から離れるほど大きくなり、したがって、Ｗが大きいほど、収差の影響が大きくなる。このことから、Ｗ＜φが成り立つことが好ましく、より具体的にはＷ＜φ／４とするとよい。 FIG. 11(b) shows the case of W≈φ, and FIG. 11(c) shows the case of W>φ. In FIGS. 11B and 11C, the light emitted from the vicinity of the center of the emittingportion 116, that is, the point on the optical axis of thelens 122 is correctly magnified as in FIG. 11A. On the other hand, light emitted from a point away from the optical axis oflens 122 will not be magnified correctly, resulting in aberrations and distorted images. The magnitude of the aberration increases with increasing distance from the optical axis of thelens 122, so the greater W is, the greater the effect of the aberration. For this reason, it is preferable that W<φ holds, and more specifically, W<φ/4.

（変形例）
以下、コンバイナ１００の変形例について説明する。(Modification)
Modifications of thecombiner 100 will be described below.

（変形例１）
導波路１１０に関して、出射部１１６（回折格子）は透過型だけでなく、反射型や反射型と透過型を組み合わせた構成でもよく、したがって出射部１１６を形成する面は限定されない。またレンズアレイ１２０に関しても、レンズ１２２を形成する面は限定されない。(Modification 1)
Regarding thewaveguide 110, the output section 116 (diffraction grating) may be of not only a transmissive type but also a reflective type or a combination of a reflective type and a transmissive type. Also, regarding thelens array 120, the surface on which thelenses 122 are formed is not limited.

図１２（ａ）～（ｅ）は、出射部１１６とレンズ１２２の配置を説明する図である。図１２（ａ）、（ｃ）、（ｅ）では、出射部１１６は透過型であり、レンズアレイ１２０と対向する導波路１１０の面Ｓ１に形成される。図１２（ｂ）、（ｄ）では、出射部１１６は反射型であり、レンズアレイ１２０と対向する面Ｓ１と反対の面Ｓ２に形成される。 12A to 12E are diagrams for explaining the arrangement of theoutput section 116 and thelens 122. FIG. 12A, 12C, and 12E, theoutput section 116 is of a transmissive type and is formed on the surface S1 of thewaveguide 110 facing thelens array 120. In FIG. 12B and 12D, theoutput section 116 is of a reflective type, and is formed on the surface S2 opposite to the surface S1 facing thelens array 120. In FIG.

また図１２（ａ）、（ｂ）では、レンズ１２２は、導波路１１０と対向するレンズアレイ１２０の面Ｓ３に形成される。図１２（ｃ）～（ｅ）では、レンズ１２２は、導波路１１０と対向する面Ｓ３と反対の面Ｓ４に形成される。 12A and 12B, thelens 122 is formed on the surface S3 of thelens array 120 facing thewaveguide 110. In FIG. 12(c)-(e), thelens 122 is formed on the surface S4 opposite to the surface S3 facing thewaveguide 110. In FIG.

図１２（ａ）～図１２（ｄ）では、導波路１１０内を伝搬する光が出射部１１６以外の場所でレンズアレイ１２０と結合しないように、導波路１１０とレンズアレイ１２０の間にはギャップが挿入される。図１２（ｅ）に示すように、レンズアレイ１２０と導波路１１０は、出射部１１６およびレンズ１２２の位置において、オプティカルコンタクトが取られていてもよい。 12(a)-12(d), a gap is provided between thewaveguide 110 and thelens array 120 so that the light propagating in thewaveguide 110 is not coupled with thelens array 120 at a location other than theoutput portion 116. is inserted. As shown in FIG. 12( e ), thelens array 120 and thewaveguide 110 may be in optical contact at the positions of theoutput section 116 and thelens 122 .

（変形例２）
出射部１１６の構成は、回折格子に限定されない。図１３（ａ）～（ｅ）は、出射部１１６の構成例を示す断面図である。図１３（ａ）の出射部１１６はすでに説明したレリーフ型回折格子であるが、傾斜の有無は問わない。(Modification 2)
The configuration ofoutput section 116 is not limited to a diffraction grating. 13A to 13E are cross-sectional views showing configuration examples of theoutput section 116. FIG. Although theoutput section 116 in FIG. 13(a) is the already explained relief type diffraction grating, it does not matter whether or not it is inclined.

図１３（ｂ）の出射部１１６は、ホログラフィック回折格子（体積位相格子）である。図１３（ｃ）の出射部１１６は、配向が周期的に分布している液晶（液晶回折格子）である。図１３（ｄ）の出射部１１６は、回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）である。図１３（ｅ）の出射部１１６は、マイクロプリズムである。 Theoutput section 116 in FIG. 13(b) is a holographic diffraction grating (volume phase grating). Theoutput portion 116 in FIG. 13C is a liquid crystal (liquid crystal diffraction grating) whose orientation is periodically distributed. Theoutput section 116 in FIG. 13D is a diffractive optical element (DOE). Theoutput portion 116 in FIG. 13(e) is a microprism.

（変形例３）
レンズ１２２の構成は、凹レンズに限定されない。図１４（ａ）～（ｃ）は、レンズ１２２の構成例を示す断面図である。図１４（ａ）のレンズ１２２はすでに説明した凹レンズである。図１４（ｂ）のレンズ１２２は、フレネルレンズである。図１４（ｃ）のレンズ１２２は、回折光学素子（ＤＯＥ）である。(Modification 3)
The configuration oflens 122 is not limited to a concave lens. 14A to 14C are sectional views showing configuration examples of thelens 122. FIG. Thelens 122 in FIG. 14(a) is the already explained concave lens. Thelens 122 in FIG. 14(b) is a Fresnel lens. Thelens 122 in FIG. 14(c) is a diffractive optical element (DOE).

図１３（ａ）～（ｅ）の出射部１１６の任意のひとつを、図１４（ａ）～（ｃ）のレンズ１２２の任意のひとつと組み合わせることができる。 Any one of theoutput portions 116 of FIGS. 13(a)-(e) can be combined with any one of thelenses 122 of FIGS. 14(a)-(c).

（変形例４）
図２では、ディスプレイ装置２１０とレンズアレイ１２０が、導波路１１０に対して同じ面側に設けられていたがその限りでなく、ディスプレイ装置２１０は、レンズアレイ１２０と反対側に設けてもよいし、光Ｌ１が、導波路１１０の端面に結合するようにしてもよい。(Modification 4)
In FIG. 2, thedisplay device 210 and thelens array 120 are provided on the same side with respect to thewaveguide 110, but thedisplay device 210 may be provided on the opposite side of thelens array 120. ,light L 1 may be coupled to the end face of thewaveguide 110 .

（変形例５）
実施形態では、複数のレンズ１２２が一体形成されたが、その限りでなく、複数のレンズ１２２は個別に構成されてもよい。あるいは、１列（１行）ごとに一体形成したレンズアレイを、行方向（列方向）に並べてもよい。(Modification 5)
Although the plurality oflenses 122 are integrally formed in the embodiment, the plurality oflenses 122 may be individually configured. Alternatively, lens arrays integrally formed for each column (row) may be arranged in the row direction (column direction).

（製造方法）
最後にコンバイナ１００の製造方法を説明する。(Production method)
Finally, a method for manufacturing thecombiner 100 will be described.

図１５（ａ）～（ｃ）は、コンバイナ１００の製造方法の一例を説明する図である。 15A to 15C are diagrams illustrating an example of a method for manufacturing thecombiner 100. FIG.

はじめに図１５（ａ）を参照し、導波路１１０の製造工程の一例を説明する。ここでは出射部１１６は、図１３（ａ）に示したレリーフ型回折格子であるものとする。 First, an example of the manufacturing process of thewaveguide 110 will be described with reference to FIG. Here, theoutput section 116 is assumed to be the relief type diffraction grating shown in FIG. 13(a).

はじめに基板３００にレジスト３０２を塗布し、リソグラフィーにより露光・現像を行い、レジスト３０２をパターニングする。パターニングされたレジスト３０２をマスクとしてエッチングを行うことで、基板３００に回折格子のパターン３０４が転写される。最後にレジスト３０２を剥離することで、出射部１１６として機能するレリーフ型回折格子が形成される。 First, asubstrate 300 is coated with a resist 302, exposed and developed by lithography, and the resist 302 is patterned. Adiffraction grating pattern 304 is transferred to thesubstrate 300 by etching using the patterned resist 302 as a mask. Finally, by removing the resist 302, a relief-type diffraction grating that functions as theoutput section 116 is formed.

図１５（ｂ）を参照して、レンズアレイ（レンズ基板）１２０の製造工程の一例を説明する。レンズ１２２は、図１４（ａ）に示した凹レンズである。はじめに、基板４００に樹脂４０２を塗布する。続いてナノインプリントで樹脂４０２を凹レンズ型４０４にパターニングする。続いて、パターニングされた樹脂４０２をマスクとして、エッチングを行い基板４００に凹レンズの形状４０６を転写する。最後に樹脂４０２を剥離することで、複数のレンズ１２２が形成されるレンズアレイ（レンズ基板）１２０が完成する。 An example of the manufacturing process of the lens array (lens substrate) 120 will be described with reference to FIG. Thelens 122 is the concave lens shown in FIG. 14(a). First, asubstrate 400 is coated with aresin 402 . Subsequently, theresin 402 is patterned into aconcave lens mold 404 by nanoimprinting. Subsequently, etching is performed using the patternedresin 402 as a mask to transfer theconcave lens shape 406 to thesubstrate 400 . Finally, by peeling off theresin 402, the lens array (lens substrate) 120 on which a plurality oflenses 122 are formed is completed.

図１５（ｃ）には、導波路１１０とレンズアレイ１２０の組み立て工程が示される。図１５（ａ）で作製した導波路１１０と図１５（ｂ）で作製したレンズアレイ１２０は、各出射部１１６が、対応するレンズ１２２の光軸上に位置するようにアライメントされ、接着される。接着には接着材４０８を用いてもよい。 FIG. 15(c) shows a process of assembling thewaveguide 110 and thelens array 120. As shown in FIG. Thewaveguide 110 fabricated in FIG. 15(a) and thelens array 120 fabricated in FIG. 15(b) are aligned and bonded such that each emittingportion 116 is positioned on the optical axis of thecorresponding lens 122. . An adhesive 408 may be used for adhesion.

図１６（ａ）～（ｃ）は、コンバイナ１００の製造方法の別の一例を説明する図である。 16A to 16C are diagrams illustrating another example of the method of manufacturing thecombiner 100. FIG.

はじめに図１６（ａ）を参照し、導波路１１０の製造工程の別の一例を説明する。この例において出射部１１６は、図１３（ｂ）に示したホログラフィック回折格子である。はじめに基板３００に、感光性樹脂３１０を塗布する。続いて、二光束干渉の干渉縞により、感光性樹脂３１０に露光を行い、光の強度差で周期的な屈折率分布を形成する。この周期的な屈折率分布が、出射部１１６として機能するホログラフィック回折格子となる。 First, another example of the manufacturing process of thewaveguide 110 will be described with reference to FIG. In this example, theoutput section 116 is the holographic diffraction grating shown in FIG. 13(b). First, asubstrate 300 is coated with aphotosensitive resin 310 . Subsequently, thephotosensitive resin 310 is exposed by the interference fringes of the two-beam interference, and a periodic refractive index distribution is formed by the light intensity difference. This periodic refractive index distribution becomes a holographic diffraction grating that functions as theoutput section 116 .

図１６（ｂ）を参照して、レンズアレイ（レンズ基板）１２０の製造工程の別の一例を説明する。この例において、レンズ１２２は、図１４（ａ）に示した凹レンズである。はじめにレンズアレイの型４１０を用意する。そして型４１０に、プリフォームガラス４１２を流し込み、充填する。そしてプリフォームガラス４１２を冷却する。プリフォームガラス４１２の硬化後に型４１０を取り外すと、複数のレンズ１２２を有するレンズアレイ１２０が得られる。 Another example of the manufacturing process of the lens array (lens substrate) 120 will be described with reference to FIG. In this example, thelens 122 is the concave lens shown in FIG. 14(a). First, alens array mold 410 is prepared. Then, themold 410 is filled with preformedglass 412 . Then, thepreform glass 412 is cooled. Removing themold 410 after curing thepreform glass 412 yields alens array 120 having a plurality oflenses 122 .

図１６（ｃ）には、導波路１１０とレンズアレイ１２０の組み立て工程が示される。図１６（ａ）で作製した導波路１１０と図１６（ｂ）で作製したレンズアレイ１２０は、各出射部１１６が、対応するレンズ１２２の光軸上に位置するようにアライメントされ、接着される。接着には接着材４０８を用いてもよい。 FIG. 16(c) shows a process of assembling thewaveguide 110 and thelens array 120. As shown in FIG. Thewaveguide 110 produced in FIG. 16A and thelens array 120 produced in FIG. . An adhesive 408 may be used for adhesion.

レンズアレイ１２０の製造方法は、図１５（ｂ）や図１６（ｂ）で説明したものに限定されず、たとえば機械加工によってレンズ１２２を形成してもよい。具体的には、フライス盤などを用いてレンズ基板の表面を、レンズ形状を有するように機械加工する。そしてレンズ面を研磨し、レンズアレイとして機能する基板を製造する。 The method of manufacturing thelens array 120 is not limited to those described with reference to FIGS. 15(b) and 16(b), and thelenses 122 may be formed by machining, for example. Specifically, the surface of the lens substrate is machined using a milling machine or the like so as to have a lens shape. Then, the lens surface is polished to manufacture a substrate functioning as a lens array.

実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められ、そうした変形例も本発明の範囲に含まれる。 Many modifications and changes in arrangement are allowed in the embodiments without departing from the spirit of the invention defined in the claims, and such modifications are also included in the scope of the invention.

１００ コンバイナ
１１０ 導波路
１１２ 入射領域
１１２ａ 入射回折格子
１１２ｂ ＥＰＥ素子
１１４ 出射領域
１１６ 出射部
１２０ レンズアレイ
１２２ レンズ
１３０ 射出構造
２００ ＨＭＤ
２１０ ディスプレイ装置100combiner 110waveguide 112incident area 112aincident diffraction grating112b EPE element 114exit area 116exit part 120lens array 122 lens 130exit structure 200 HMD
210 display device

Claims (8)

Translated fromJapanese

その入射領域において仮想世界の画像を受け、その出射領域に離散的に配置された複数の出射部を有する導波路と、
前記導波路の前記複数の出射部に対応する複数の位置に離散的に設けられた複数のレンズを含むレンズアレイと、
を備えることを特徴とするコンバイナ。a waveguide that receives an image of a virtual world in its incident area and has a plurality of discretely arranged output portions in its output area;
a lens array including a plurality of lenses discretely provided at a plurality of positions corresponding to the plurality of output portions of the waveguide;
A combiner comprising: 導波路と、
前記導波路の面内に離散的に設けられた複数の射出構造と、
を備え、
前記射出構造は、前記導波路に形成される出射部と、前記出射部とオーバーラップするレンズと、を含む積層構造を有することを特徴とするコンバイナ。a waveguide;
a plurality of emission structures discretely provided in the plane of the waveguide;
with
The combiner, wherein the exit structure has a laminated structure including an exit portion formed in the waveguide and a lens overlapping the exit portion. 前記出射部のサイズは、前記レンズのサイズよりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載のコンバイナ。 3. The combiner according to claim 1, wherein the size of said output portion is smaller than the size of said lens. 前記コンバイナの出射領域に対する複数のレンズの占める面積の割合が、１／２以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のコンバイナ。 3. The combiner according to claim 1, wherein the ratio of the area occupied by the plurality of lenses to the output area of the combiner is 1/2 or less. 前記レンズアレイは、一体成形されていることを特徴とする請求項１に記載のコンバイナ。 2. The combiner of claim 1, wherein said lens array is integrally molded. 前記導波路には、前記出射部として、レリーフ型回折格子、ホログラフィック回折格子、液晶回折光格子、回折光学素子、マイクロプリズムのいずれかが形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のコンバイナ。 3. The waveguide according to claim 1, wherein any one of a relief type diffraction grating, a holographic diffraction grating, a liquid crystal diffraction grating, a diffraction optical element, and a microprism is formed as the output portion in the waveguide. Combiner as described. 前記レンズは、凹レンズ、フレネルレンズ、回折光学素子のいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載のコンバイナ。 3. The combiner according to claim 1, wherein said lens is one of a concave lens, a Fresnel lens and a diffractive optical element. 請求項１または２に記載のコンバイナを備えることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 A head mounted display comprising the combiner according to claim 1 or 2.

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