JP2008268846A

JP2008268846A - Spectacles with electronic image display function

Info

Publication number: JP2008268846A
Application number: JP2007232608A
Authority: JP
Inventors: Kenji Matsumoto; 松本　　健志
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2007-09-07
Publication date: 2008-11-06

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain always-wearable spectacles with an electronic image display function, which has a see-through function relative to an external environment image, and superposes an electronic image on the external environment image, thereby displaying the electronic image assisting acquisition of various kinds of information and various kinds of operation/behavior without hindering the observation of the external environment image as for an electronic image display device of a spectacles type. <P>SOLUTION: The spectacles with the electronic image display function enabling an observer to observe an image obtained by superposing the electronic image on the external environment image, is equipped with: a display device which emits the electronic image; a light transmission element which transmits the external environment image and emits it toward observer's pupil; and a liquid crystal element provided to be overlapped at least on a part of the surface on which the external environment image is made incident and having a diffraction surface on one side or both sides of a liquid crystal layer. The light transmission element has a function for emitting toward the observer's pupil, the image obtained by superposing the electronic image emitted from the display device and guided to the liquid crystal element and diffraction reflecting or diffraction transmitting by the diffraction surface, on the external environment image passing through the liquid crystal element and the light transmission element. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、電子像表示機能付き眼鏡に関し、特に外界像に対してシースルー機能を持ち、外界像の観察を邪魔することなく、外界像の一部に電子像を重畳して観察者に導くことで、各種情報の入手や、各種操作・行動の補助・支援が可能とした電子像表示機能付き眼鏡に関する。 The present invention relates to glasses with an electronic image display function, and particularly has a see-through function with respect to an external image, and superimposes an electronic image on a part of the external image and guides it to an observer without disturbing the observation of the external image. Thus, the present invention relates to glasses with an electronic image display function capable of obtaining various information and assisting / supporting various operations and actions.

従来より、頭部又は顔面に装着され、装着者である観察者の瞳に電子像を投影表示する表示装置として、近年の表示デバイス、光学系の小型化により、長時間装着や常時装着可能とした眼鏡型等の小型表示装置が提案されている（例えば、特許文献１から３参照のこと）。 Conventionally, as a display device that is attached to the head or face and projects and displays an electronic image on the pupil of the observer who is the wearer, it can be worn for a long time or always by the miniaturization of display devices and optical systems in recent years. A small-sized display device such as an eyeglass type has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 3).

この特許文献１には、ハーフミラーにより、表示装置で映し出される電子像と外界像とを合成し、観察者の瞳に投影する頭部装着型ディスプレイ装置が記載されている。しかしながら、特許文献１に記載の装置は、装置の小型化が困難で有り、さらに、電子像は原理的に１／４以下の光量となり、しかも外界像も１／２以下の光量となってしまうという問題を有している。また、基本的に、この装置は、表示装置で電子像表示をしない場合を想定していないため、そのときに、表示装置や投影光学系からの光束が外界像に重畳されてしまう等の不具合が生じるため、常時装着することはできないという問題も抱えている。 This patent document 1 describes a head-mounted display device that synthesizes an electronic image projected on a display device and an external image by a half mirror and projects the resultant image onto the pupil of an observer. However, it is difficult to reduce the size of the device described in Patent Document 1. Further, in principle, an electronic image has a light amount of ¼ or less, and an external image also has a light amount of ½ or less. Has the problem. Basically, this device does not assume the case where the electronic image is not displayed on the display device. At that time, the light beam from the display device or the projection optical system is superimposed on the external image. Therefore, there is a problem that it cannot be always worn.

この様な問題を解消するために、特許文献２に記載の構成では、凹面反射面を有するプリズム構成を有して、装置の小型化とともに、収差を低減し、良好な電子像の表示ができる様になっている。 In order to solve such a problem, the configuration described in Patent Document 2 has a prism configuration having a concave reflecting surface, which can reduce the aberration and reduce the aberration and display a good electronic image. It is like.

また、特許文献３に記載の構成では、ホログラム反射面を有するプリズムを設け、ホログラムの波長選択性により、外界像と電子像の重畳を行うことができる様になっている。この様に構成して、電子像とホログラムの回折効率の波長特性を十分に考慮した設計を行うことにより、カラー化においても良好な合成系を構成することができ、装置の小型化するとともに、装着の煩わしさの低減を計ることができる。 Further, in the configuration described in Patent Document 3, a prism having a hologram reflecting surface is provided, and an external image and an electronic image can be superimposed by the wavelength selectivity of the hologram. By constructing in this way and performing a design that fully considers the wavelength characteristics of the diffraction efficiency of the electronic image and the hologram, it is possible to configure a good synthesis system even in colorization, downsizing the device, It is possible to reduce the mounting troublesomeness.

特開平６−１９７２９２号公報（第４頁、第８図）Japanese Patent Laid-Open No. 6-197292 (page 4, FIG. 8) 特開平７−３３３５５１号公報（第１−１１頁、第１−４図）JP-A-7-333551 (page 1-11, Fig. 1-4) 特開２００１−２６４６８２号公報（第７頁、第１３図）Japanese Patent Laid-Open No. 2001-264682 (page 7, FIG. 13)

しかしながら、上記特許文献２に開示される構成の場合、光学系の薄型化は不十分であり、また、半透過面により電子像と外界像の合成を行っているので、電子像、外界像とも光量が１／２以下となってしまう。 However, in the case of the configuration disclosed in Patent Document 2, the optical system is not sufficiently thin, and the electronic image and the external image are synthesized by the semi-transmissive surface. The amount of light becomes 1/2 or less.

また、上記特許文献３に開示される構成では、電子像と外界像の合成面にホログラムを用い薄型化を達成しているが、ホログラムの製造には、高度な設計能力と高い製造技術が必要で有り、プロセスも長くなり量産性に課題がある。 In addition, in the configuration disclosed in Patent Document 3, a hologram is used for the combined surface of the electronic image and the external image to achieve a reduction in thickness. However, a high degree of design capability and a high manufacturing technique are required to manufacture the hologram. However, the process becomes longer and there is a problem in mass productivity.

また、上述の構成では、シースルー性により装着の違和感が無いことをうたっているが、いずれの構成においても、電子像を表示しない場合、外界像の透過を制限したり、ノイズ光を重畳することがあり、常時装着には課題があった。例えば、表示装置、及び電子像
を導光する光学系方向からの光束が、観察者の瞳に導かれるとか、観察者以外の第３者から見て、電子像表示面が視認されてしまうため、違和感が有る等の課題がある。このような観点から、常時装着が必須である視力矯正眼鏡との併用にも課題がある。 In addition, in the above configuration, it is said that there is no sense of incongruity of wearing due to see-through property. However, in any configuration, when an electronic image is not displayed, transmission of an external image is limited or noise light is superimposed. There was a problem in always wearing. For example, the light beam from the direction of the optical system that guides the display device and the electronic image is guided to the observer's pupil, or the electronic image display surface is viewed by a third party other than the observer. There are problems such as a sense of incongruity. From such a point of view, there is a problem in combined use with vision correction glasses that are always required to be worn.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、小型でシースルー機能を持ち、特に電子像の表示が不要の場合、電子像と外界像の合成を行う界面を擬似的に無くすことにより、外界像になんら変調を与えることなく観察でき、それにより、常時装着することが可能とし、さらに、視力矯正、防眩機能を併せ持つことができる電子像表示機能付き眼鏡を供給することを目的とする。 In order to eliminate the above-mentioned problems caused by the conventional technology, the present invention has a small size and a see-through function. In particular, when display of an electronic image is not required, an interface for synthesizing an electronic image and an external image is eliminated in a pseudo manner. The purpose of the present invention is to provide glasses with an electronic image display function that can be observed without any modulation of the external image, thereby being able to be worn at all times, and having both vision correction and anti-glare functions. To do.

上述した課題を解決するために、本発明の電子像表示機能付き眼鏡は、基本的には下記記載の構成要件を採用するものである。 In order to solve the above-described problems, the eyeglasses with an electronic image display function of the present invention basically adopts the following constituent elements.

この発明にかかる電子像表示機能付き眼鏡は、電子像と外界像とを重畳させた像を、観察者が観測できるようにした電子像表示機能付き眼鏡において、電子像を出射する表示装置と、外界像を透過させて観測者の瞳に向けて出射する導光素子と、外界像が入射する面の少なくとも一部にオーバーラップして設けられ、液晶層の片面または両面に回折面を有する液晶素子とを備え、上記導光素子が、表示装置から出射されて液晶素子に導かれ、回折面にて回折反射または回折透過させた像を、観察者の瞳に向けて出射する機能を有することを特徴とするものである。 An eyeglass with an electronic image display function according to the present invention is a display device that emits an electronic image in an eyeglass with an electronic image display function that allows an observer to observe an image obtained by superimposing an electronic image and an external image, and A light guide element that transmits an external image and emits it toward the observer's pupil, and a liquid crystal that is provided so as to overlap with at least a part of a surface on which the external image is incident and has a diffractive surface on one or both surfaces of the liquid crystal layer The light guide element has a function of emitting an image emitted from the display device, guided to the liquid crystal element, and diffracted and reflected or transmitted through the diffraction surface toward the observer's pupil. It is characterized by.

また、この発明にかかる電子像表示機能付き眼鏡を、前述した液晶素子における回折面を、表面レリーフ型の厚い格子により形成し、回折面の格子周期を、電子像の中心波長及び中心画角において、ブラッグ条件を満たす様に設定することが望ましい。 Further, in the eyeglasses with an electronic image display function according to the present invention, the diffraction surface in the liquid crystal element described above is formed by a surface relief type thick grating, and the grating period of the diffraction surface is determined at the central wavelength and the central field angle of the electronic image. It is desirable to set so as to satisfy the Bragg condition.

また、この発明にかかる電子像表示機能付き眼鏡は、前述した導光素子における外界像を取り込む面と、観測者の瞳に向けて出射する面の少なくとも何れか一方の面に曲率を持たせ、かつ当該曲率及び導光素子の屈折率を、眼鏡の使用者の視力矯正度数に合わせて設定することで、導光素子に近眼矯正機能を持たせることが望ましい。 Further, the eyeglasses with an electronic image display function according to the present invention has a curvature on at least one of the surface that captures the external image in the light guide element and the surface that emits toward the pupil of the observer, In addition, it is desirable that the light guide element has a myopia correction function by setting the curvature and the refractive index of the light guide element in accordance with the eyesight correction power of the user of the glasses.

また、この発明にかかる電子像表示機能付き眼鏡は、前述した回折面の屈折率と、液晶層における液晶の常光線に対する屈折率とを一致させることが望ましい。 In the eyeglasses with an electronic image display function according to the present invention, it is desirable that the refractive index of the diffractive surface described above coincides with the refractive index of the liquid crystal in the liquid crystal layer with respect to ordinary rays.

また、この発明にかかる電子像表示機能付き眼鏡は、前述した液晶素子における液晶層の片面の回折面には、回折機能とレンズ機能を併せ持って形成されることが望ましい。 Moreover, it is desirable that the eyeglasses with an electronic image display function according to the present invention be formed on the diffraction surface on one side of the liquid crystal layer in the liquid crystal element described above having both the diffraction function and the lens function.

また、この発明にかかる電子像表示機能付き眼鏡は、前述した液晶素子における回折面が、液晶層の両面に形成されており、回折面の一方の面が、偏向機能を持つ線形格子であり、回折面の他方の面が、レンズ機能を持つフレネルレンズであることが望ましい。 Further, in the eyeglasses with an electronic image display function according to the present invention, the diffractive surface in the liquid crystal element described above is formed on both surfaces of the liquid crystal layer, and one surface of the diffractive surface is a linear grating having a deflection function, It is desirable that the other surface of the diffractive surface is a Fresnel lens having a lens function.

また、この発明にかかる電子像表示機能付き眼鏡は、前述した導光素子が、外界像が透過する一方の面に、透過軸を液晶素子の常光線の偏光軸と一致させた第１の偏光子を有し、導光素子における回折面の構造を、中心からの距離の二乗に比例する位相分布を持つように構成することが望ましい。 Further, in the eyeglasses with an electronic image display function according to the present invention, the light guide element described above is a first polarized light whose transmission axis coincides with the normal light polarization axis of the liquid crystal element on one surface through which an external image is transmitted. It is desirable that the structure of the diffractive surface of the light guide element has a phase distribution proportional to the square of the distance from the center.

また、この発明にかかる電子像表示機能付き眼鏡は、前述した導光素子が、外界像が透過する他方の面に第２の偏光子を有し、第１の偏光子の透過軸に対して、第２の偏光子の透過軸を回転できるように構成することが望ましい。 Further, in the eyeglasses with an electronic image display function according to the present invention, the light guide element described above has a second polarizer on the other surface through which an external image is transmitted, with respect to the transmission axis of the first polarizer. It is desirable that the transmission axis of the second polarizer can be rotated.

本発明によれば、電子像を投影しながら、外界像を観察するシースルー機能を持ち、特に電子像を表示しない場合には、なんら外界像の観察を邪魔するものを無くすことが可能となる。特に、本来眼鏡に期待される視力矯正、防眩機能などの機能を本発明の電子像表示機能付き眼鏡に持たせるにあたって、これら機能性能を損ねることなく両立する、常時装着可能な薄型の電子像表示機能付き眼鏡が得られるという効果を奏する。 According to the present invention, it has a see-through function of observing an external image while projecting an electronic image. In particular, when an electronic image is not displayed, it is possible to eliminate anything that obstructs the observation of the external image. In particular, when the eyeglasses with an electronic image display function of the present invention have functions such as vision correction and anti-glare functions that are originally expected from glasses, the thin electronic image that can be always worn can be used without compromising these functional performances. There is an effect that glasses with a display function can be obtained.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる電子像表示機能付き眼鏡の好適な実施の形態を詳細に説明する。 Exemplary embodiments of eyeglasses with an electronic image display function according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.

まず、本発明にかかる電子像表示機能付き眼鏡の一例について説明する。図１は、本発明にかかる電子像表示機能付き眼鏡の一例を示す断面図である。 First, an example of glasses with an electronic image display function according to the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of glasses with an electronic image display function according to the present invention.

図１に示すように、電子像表示機能付き眼鏡は、電子像を表示して出射する表示装置１と、表示装置１からの光束（電子像）を観察者の瞳に投射する光学系とを有した構成となっている。表示装置１から放射された光束は、レンズ２を透過し、導光素子３に入射する。そして、導光素子３に入射した光束は、導光素子３の内部で２回全反射を繰り返し、液晶素子４に設けられた回折反射面により反射回折し、観察者の瞳５に導かれる。この液晶素子４の構成、及び外界像の回折反射を含む作用については後述する。ここで、電子像を示す光束は実線で、外界像を示す光束は点線で示している。 As shown in FIG. 1, glasses with an electronic image display function include a display device 1 that displays and emits an electronic image, and an optical system that projects a light beam (electronic image) from the display device 1 onto the pupil of an observer. It has the composition that it has. The light beam emitted from the display device 1 passes through the lens 2 and enters the light guide element 3. The light beam incident on the light guide element 3 repeats total reflection twice inside the light guide element 3, is reflected and diffracted by the diffraction reflection surface provided on the liquid crystal element 4, and is guided to the pupil 5 of the observer. The configuration of the liquid crystal element 4 and the operation including diffraction reflection of the external image will be described later. Here, a light beam indicating an electronic image is indicated by a solid line, and a light beam indicating an external image is indicated by a dotted line.

また、本図から判るように、外界像が入射する導光素子３の入射面の一部の領域に液晶素子４が配設されている。ここでは、導光素子３の表面の一部に形成した構成例を示しているが、本発明の電子像表示機能付き眼鏡は、これに限定されるものではなく、外界像が入射する導光素子３の入射面の全面に液晶素子４を配しても構わない。 Further, as can be seen from this drawing, the liquid crystal element 4 is disposed in a partial region of the incident surface of the light guide element 3 on which the external image is incident. Here, although the structural example formed in a part of surface of the light guide element 3 is shown, the glasses with an electronic image display function of the present invention are not limited to this, and the light guide on which an external image enters. The liquid crystal element 4 may be disposed on the entire incident surface of the element 3.

この実施例において、観測者の全視域の外界像は、導光素子３の略全面を透過して観察者の瞳５に導く様になっており、液晶素子４の回折反射面で反射回折した電子像は、観察者から見て斜め下方４５度の位置に表示を行える様になっている。この様に、電子像表示領域は、観察者の全視域のうちのごく一部の領域とし、電子像表示領域において、電子像に重畳する、液晶素子４の裏面から入射する外界像の観察が可能となっている。また、液晶素子４を配していない領域の導光素子３に入射する外界像は、そのままこの導光素子３を通過して、観測者の瞳５に導かれる。 In this embodiment, the external field image of the entire viewing area of the observer is transmitted through substantially the entire surface of the light guide element 3 and guided to the observer's pupil 5, and is reflected and diffracted by the diffraction reflection surface of the liquid crystal element 4. The electronic image can be displayed at a position 45 degrees obliquely downward as viewed from the observer. In this way, the electronic image display area is a small part of the entire viewing area of the observer, and in the electronic image display area, observation of an external image incident from the back surface of the liquid crystal element 4 is superimposed on the electronic image. Is possible. Further, the external image incident on the light guide element 3 in a region where the liquid crystal element 4 is not disposed passes through the light guide element 3 as it is and is guided to the pupil 5 of the observer.

この様にして、本発明の電子像表示機能付き眼鏡は、シースルー機能を達成している。また、本発明の構成は、外界像を表す透過光線に対しては、導光素子３における外界像の入射面、または出射面のいずれかまたは両方に曲率を持たせ、かつ導光素子を形成する材料の屈折率を設定することにより、視力矯正レンズとして機能させることができる。例えば、導光素子３の屈折率を１．５、曲面の曲率半径を８０ｍｍとすると、６Ｄ（ジオプター）以上の近眼矯正能力を持たすことができ、強度の近視をこの導光素子３により矯正することができる。この様に、眼鏡の使用者の視力矯正度数に合わせて、導光素子３の界面の曲率及び、屈折率を設定すれば、視力矯正がされた電子像表示機能付き眼鏡とすることができる。 Thus, the eyeglasses with an electronic image display function of the present invention achieve a see-through function. In addition, according to the configuration of the present invention, with respect to a transmitted light beam representing an external image, a light guide element is formed with a curvature on one or both of an incident surface and an output surface of the external image in the light guide element 3. By setting the refractive index of the material to be used, it can function as a vision correction lens. For example, if the refractive index of the light guide element 3 is 1.5 and the radius of curvature of the curved surface is 80 mm, it is possible to have a myopia correction capability of 6D (diopter) or more, and correct the intensity of myopia by this light guide element 3. be able to. Thus, if the curvature and refractive index of the interface of the light guide element 3 are set in accordance with the eyesight correction power of the user of the eyeglasses, the eyeglasses with the electronic image display function with the eyesight correction can be obtained.

次に、液晶素子４の詳細を図２を用いて説明する。図２は、液晶素子４の断面及び正面を示す模式図である。 Next, details of the liquid crystal element 4 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross section and a front view of the liquid crystal element 4.

図２に示すように、液晶素子４は、２枚の対向する透明基板２１、２２を有し、この透
明基板２１、２２で液晶層２６を挟持して構成されている。また、それぞれの透明基板２１、２２には、透明電極２３、２４が形成されている。さらに、透明電極２３上には、回折光学素子としての機能を持つ微細構造２７が形成されている。ここで、微細構造２７は、液晶層２６に接している面であればこの構成例に限定されず、例えば、透明電極２４上、もしくは液晶層２６を挟む両方の面に設けることも可能である。 As shown in FIG. 2, the liquid crystal element 4 includes two transparent substrates 21 and 22 that are opposed to each other, and a liquid crystal layer 26 is sandwiched between the transparent substrates 21 and 22. In addition, transparent electrodes 23 and 24 are formed on the respective transparent substrates 21 and 22. Furthermore, a fine structure 27 having a function as a diffractive optical element is formed on the transparent electrode 23. Here, the microstructure 27 is not limited to this configuration as long as it is a surface in contact with the liquid crystal layer 26, and can be provided on the transparent electrode 24 or on both surfaces sandwiching the liquid crystal layer 26, for example. .

次に、微細構造の形成方法についての一例を、図３を用いて説明する。図３は、本発明に係る液晶素子４における微細構造２７の形成方法を示す図面である。 Next, an example of a method for forming a fine structure will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a drawing showing a method for forming the microstructure 27 in the liquid crystal element 4 according to the present invention.

まず、図３（ａ）に示す様に、透明基板２１上に透明電極２３を成膜する。ここに、液体状の紫外線硬化樹脂２７ａをスピンコート等により形成し、微細構造を刻んだ金型５４を押し当て、金型形状を樹脂に転写する。ここで、透明基板２１側から紫外線を照射して紫外線硬化樹脂２７ａを硬化し、透明電極２３上に微細構造を形成する。なお、紫外線効果樹脂２７ａへの照射を、石英等の透明なモールドを用いる場合、モールド側から（紙面の上方向から）行うようにしても良い。そして、金型５４を離型すれば、図３（ｂ）に示す微細構造２７を透明基板２１上に形成することができる。ここでは、微細構造２７は、フレネルレンズ形状の例を示している。 First, as shown in FIG. 3A, a transparent electrode 23 is formed on the transparent substrate 21. Here, a liquid ultraviolet curable resin 27a is formed by spin coating or the like, a mold 54 engraved with a fine structure is pressed, and the mold shape is transferred to the resin. Here, the ultraviolet curable resin 27 a is cured by irradiating ultraviolet rays from the transparent substrate 21 side, and a fine structure is formed on the transparent electrode 23. In addition, when using transparent molds, such as quartz, you may make it irradiate the ultraviolet effect resin 27a from a mold side (from the upper direction of a paper surface). Then, if the mold 54 is released, the microstructure 27 shown in FIG. 3B can be formed on the transparent substrate 21. Here, the fine structure 27 shows an example of a Fresnel lens shape.

ここで用いた技術は、ナノインプリントの世界では一般的に行われている技術であり、紫外線硬化樹脂２７ａに限らず、熱硬化樹脂を使用することもできる。また、ロールツーロールの技術を用いて、ロール状で供給された透明基板２１に連続的に微細構造２７を転写する技術も有り、生産性を高めるためには、このような方式を採用することが望ましい。 The technique used here is a technique generally performed in the world of nanoimprinting, and is not limited to the ultraviolet curable resin 27a, and a thermosetting resin can also be used. There is also a technique for continuously transferring the fine structure 27 to the transparent substrate 21 supplied in a roll form using a roll-to-roll technique. In order to increase productivity, such a method should be adopted. Is desirable.

また、上述した紫外線硬化樹脂２７ａに用いる樹脂材料の屈折率や分散値を変えた材料を選定すれば、透明基板２１や液晶との屈折率マッチング等を工夫することが可能となる。例えば、紫外線硬化樹脂２７ａの屈折率と、液晶の常光線に対する屈折率と一致させると、液晶の常光線と一致する偏光成分に関しては、微細構造２７を光学的に無くすことができる。さらに、電圧制御により液晶分子を完全に立たせた場合、異常光線側の偏光成分においても、透明基板２１との屈折率マッチングが可能となり、微細構造２７を光学的に無くすことができる。すなわち、観測者が電子像を観察しないときは、液晶の屈折率を制御し、微細構造２７を形成した透明材料と屈折率を一致させることにより、微細構造２７を光学的に無くすことができる。この様な作用を受けて、外界像の観察に全く影響を与えないで、そのままの外界像を観測者の瞳に導くことができる。 Further, if a material in which the refractive index or dispersion value of the resin material used for the ultraviolet curable resin 27a is changed is selected, it is possible to devise refractive index matching with the transparent substrate 21 or liquid crystal. For example, when the refractive index of the ultraviolet curable resin 27a is matched with the refractive index of liquid crystal with respect to ordinary light, the fine structure 27 can be optically eliminated with respect to the polarization component that matches with the ordinary light of liquid crystal. Further, when the liquid crystal molecules are completely stood by voltage control, the refractive index matching with the transparent substrate 21 is possible even for the polarized component on the extraordinary ray side, and the fine structure 27 can be optically eliminated. That is, when the observer does not observe the electronic image, the fine structure 27 can be optically eliminated by controlling the refractive index of the liquid crystal and matching the refractive index with the transparent material on which the fine structure 27 is formed. By receiving such an action, the external image can be guided to the observer's pupil without affecting the observation of the external image at all.

また、透明電極２３の液晶層２６側に微細構造２７を有する形態とすれば、透明基板２１表面に直接微細構造を直接形成することができるので、射出成型、ロールエンボス等の押し出し成型を使用して、微細構造２７の作成の高生産性が達成できる。なお、図２では、微細構造２７として、単純なブレーズドグレーティングを形成した構成例を示したが、この微細構造２７に、回折機能だけでなくレンズパワーを持たせることで、観測者の瞳５への結像性能に関与させたり、自由曲面形状を再現することで、収差の低減を図ることも可能である。 If the transparent electrode 23 has the fine structure 27 on the liquid crystal layer 26 side, the fine structure can be directly formed on the surface of the transparent substrate 21, so that extrusion molding such as injection molding or roll embossing is used. Thus, high productivity in producing the microstructure 27 can be achieved. In FIG. 2, a configuration example in which a simple blazed grating is formed as the fine structure 27 is shown. However, not only the diffraction function but also the lens power is given to the fine structure 27 so that the observer's pupil 5 It is also possible to reduce aberrations by relating to the imaging performance of the image or reproducing the free-form surface shape.

次に、図２に戻り、液晶素子４の詳細を説明する。
上述した微細構造２７を形成した透明基板２１、２２の間に配した液晶層２６は、シール２５の内側領域に封入されている。液晶層２６の厚さは、シール内にマイクロボールやマイクロファイバーからなるスペーサー（図示せず）を混入し、圧力を掛けながら熱硬化性のシール２５を焼成することにより、所定の厚み（数μｍ程度の厚み）に管理されている。液晶層２６は、透明電極２３、２４間に印加された電圧により制御され、例えば、上下の透明基板２１、２２と平行に液晶分子が並ぶホモジニアス配向の場合、液晶分子の光
軸方向が電圧により制御され、液晶分子長軸に平行な偏光成分の屈折率が変化する。これにより、液晶分子長軸と平行なある偏光成分の光束の位相変調を行うことができる。ここで、液晶の配向については、ホモジニアス配向に限らず、ホメオトロピック配向、ツイストネマティック配向など種々の方式としても良い。 Next, returning to FIG. 2, details of the liquid crystal element 4 will be described.
The liquid crystal layer 26 disposed between the transparent substrates 21 and 22 on which the fine structure 27 described above is formed is enclosed in an inner region of the seal 25. The liquid crystal layer 26 has a predetermined thickness (several μm) by mixing a spacer (not shown) made of microballs or microfibers into the seal and firing the thermosetting seal 25 while applying pressure. To a certain degree of thickness). The liquid crystal layer 26 is controlled by a voltage applied between the transparent electrodes 23 and 24. For example, in the case of homogeneous alignment in which liquid crystal molecules are arranged in parallel with the upper and lower transparent substrates 21 and 22, the optical axis direction of the liquid crystal molecules is controlled by the voltage. Controlled, the refractive index of the polarization component parallel to the long axis of the liquid crystal molecule changes. Thereby, the phase modulation of the light beam of a certain polarization component parallel to the long axis of the liquid crystal molecule can be performed. Here, the alignment of the liquid crystal is not limited to the homogeneous alignment, and various methods such as homeotropic alignment and twisted nematic alignment may be used.

また、液晶は実効電圧によって駆動され、その実効電圧は、例えばパルス高さ変調（ＰＨＭ）またはパルス幅変調（ＰＷＭ）された交流電圧である。 Further, the liquid crystal is driven by an effective voltage, and the effective voltage is, for example, an AC voltage that has been subjected to pulse height modulation (PHM) or pulse width modulation (PWM).

次に、上述した液晶素子４の微細構造に関して詳細に説明する。図４は、ブレーズ型グレーティングの断面およびその作用を説明するための図である。 Next, the fine structure of the liquid crystal element 4 will be described in detail. FIG. 4 is a diagram for explaining a cross section of the blazed grating and its operation.

まず、始めに微細構造２７で反射する光束について考える。図４に示す様に、入射光は、屈折率ｎ_１の媒質内を進み、グレーティングに入射角度θ_１で入射し、屈折率ｎ_２の微細構造２７の界面で、出射角度θ_２で反射している。このとき、薄い格子に用いるラマン・ナスの回折の式である下記（数１）より、微細構造のピッチｄが決まる。

また、入射角度と反射角度を正反射の関係となるように、グレーティングの断面を決定する。すなわち、このグレーティングの断面をブレーズ化すると、特定波長λで回折効率を高くすることができる。例えば、θ_１＝７５°、θ_２＝２５°とすると、波長５５０ｎｍにおいて、ピッチｄは、０．２６μｍとなる。 First, consider the light beam reflected by the fine structure 27. As shown in FIG. 4, the incident light travels in the medium having the refractive index n ₁ , enters the grating at the incident angle θ ₁ , and reflects at the output angle θ ₂ at the interface of the fine structure 27 having the refractive index n _2. ing. At this time, the pitch d of the fine structure is determined from the following (Equation 1) which is a Raman-Nass diffraction equation used for the thin grating.

The cross section of the grating is determined so that the incident angle and the reflection angle have a regular reflection relationship. That is, if the cross section of this grating is blazed, the diffraction efficiency can be increased at a specific wavelength λ. For example, if θ ₁ = 75 ° and θ ₂ = 25 °, the pitch d is 0.26 μm at a wavelength of 550 nm.

光学系の設計においては、回折光学素子の微細構造２７は、位相関数として表現し、光学系への位相の付加として取り扱っており、本実施例では、キノフォーム（位相型回折素子）として表現している。実際の形状と位相分布の関係は、反射型の場合、下記（数２）で表される。

In the design of the optical system, the fine structure 27 of the diffractive optical element is expressed as a phase function and is handled as an addition of a phase to the optical system. In this embodiment, it is expressed as a kinoform (phase type diffractive element). ing. The relationship between the actual shape and the phase distribution is expressed by the following (Equation 2) in the case of the reflection type.

ここで、位相の付加として回折光学素子を設計した場合、透過型も反射型と同様に考えることができる。例えば、図１と同等の構成の場合、導光素子３の右側、すなわち導光素子３を挟んで左右対称な位置に観察者の瞳５を配置して、透過型の構成とすることもできる。透過型の場合、実際の形状と位相分布の関係は、下記（数３）のようになる。 Here, when a diffractive optical element is designed as a phase addition, the transmission type can be considered in the same way as the reflection type. For example, in the case of a configuration equivalent to that in FIG. 1, the observer's pupil 5 may be arranged on the right side of the light guide element 3, that is, at a position that is symmetrical with respect to the light guide element 3, thereby forming a transmission type configuration. . In the case of the transmission type, the relationship between the actual shape and the phase distribution is as shown in the following (Equation 3).

ここで、Δｎは、微細構造２７を形成する材質の屈折率と液晶の屈折率の差である。また、微細構造２７の段差における光路差を波長の１／２とすることで０次光がなくなり、回折効率を高くすることができる。さらに、光利用効率の観点から、微細構造２７の段差をマルチレベル化することにより、特定の次数の回折光に光を集中させる様に設計することが望ましい。

Here, Δn is the difference between the refractive index of the material forming the microstructure 27 and the refractive index of the liquid crystal. Further, by setting the optical path difference at the step of the fine structure 27 to ½ of the wavelength, the zero-order light is eliminated and the diffraction efficiency can be increased. Further, from the viewpoint of light use efficiency, it is desirable to design the light to concentrate light on a specific order of diffracted light by making the level difference of the fine structure 27 multi-level.

ここで示す様にグレーティングを形成した場合は、光偏向の機能しか持たないが、例えば、これに下記（数４）で表される回転対称多項式型の位相項を追加することで、「ｒ^２ｎ」の項により、レンズパワーを持たせることができる。なお、下記に示す形式はこれに
限定されるものではなく、下記式に奇数次を含めることも可能であり、また、回転対称である必要も無く、自由曲面を設定した場合、偏心光学系の収差の低減に効果的である。

When the grating is formed as shown here, it has only the function of optical deflection. For example, by adding a rotationally symmetric polynomial type phase term expressed by the following (Equation 4) to this, “r ²ⁿ The lens power can be given according to the term "." Note that the format shown below is not limited to this, and it is possible to include odd orders in the following formula, and it is not necessary to be rotationally symmetric. This is effective in reducing aberrations.

また、微細構造２７は、一軸性の複屈折材質である液晶層２６に接しているため、常光線と異常光線で屈折率が異なる特性を持っている。 Further, since the fine structure 27 is in contact with the liquid crystal layer 26 which is a uniaxial birefringent material, the fine structure 27 has a characteristic that the refractive index is different between ordinary light and extraordinary light.

ここで、簡単のために、透明基板２１、２２の屈折率と液晶の常光線屈折率が一致し、微細構造２７が単純なグレーティングの場合について、表示装置１から出射され、導光素子３を介して液晶素子４に入射する電子像と、液晶素子４を通過して導光素子３を介して観察者の瞳５に導かれる外界像の光束の振る舞いについて図１を参酌して説明する。 Here, for the sake of simplicity, in the case where the refractive indexes of the transparent substrates 21 and 22 coincide with the ordinary ray refractive index of the liquid crystal and the fine structure 27 is a simple grating, the light is emitted from the display device 1 and the light guide element 3 The behavior of the electron beam incident on the liquid crystal element 4 through the liquid crystal element 4 and the light flux of the external image passing through the liquid crystal element 4 and guided to the observer's pupil 5 through the light guide element 3 will be described with reference to FIG.

液晶素子４を配していないエリアの導光素子３に入射する外界像は、導光素子３を通過して、そのまま観測者の瞳５に導かれる。それに対して、液晶素子４の裏面から入射する外界像は、表示装置１から出射される電子像と合成されて、観測者の瞳５に出射されることとなる。 The external image incident on the light guide element 3 in the area where the liquid crystal element 4 is not disposed passes through the light guide element 3 and is directly guided to the observer's pupil 5. On the other hand, the external image incident from the back surface of the liquid crystal element 4 is combined with the electronic image emitted from the display device 1 and emitted to the observer's pupil 5.

表示装置１から出射されて、導光素子３に入射する電子像の光束は、上述したように、入射角度、出射角度の関係からグレーティングのピッチが決まり、上記（数２）を満たす波長の光が強く微細構造２７の界面で反射回折される。ここでは、透明基板２１、２２と液晶の常光線の屈折率が一致しているため、電子像の光束は、異常光線と一致する偏光成分のみとなる。したがって、常光線と異常光線に付加される位相分布の違いによる像のズレがなくなり、良好な電子像を観察者が観察することができる。さらに、表示装置１として液晶ディスプレイのような偏光利用のディスプレイを利用する場合、液晶素子４の異常光線に一致する偏光方向と、この表示装置１の偏光方向とを一致させておくことにより、本発明の電子像表示機能付き眼鏡での光利用効率を高くすることができる。 As described above, the luminous flux of the electronic image emitted from the display device 1 and incident on the light guide element 3 has a wavelength that satisfies the above (Equation 2), with the grating pitch determined from the relationship between the incident angle and the outgoing angle. Is strongly reflected and diffracted at the interface of the fine structure 27. Here, since the refractive indexes of the ordinary rays of the transparent substrates 21 and 22 and the liquid crystal coincide with each other, the luminous flux of the electronic image is only the polarization component that coincides with the extraordinary ray. Accordingly, there is no image shift due to the difference in phase distribution added to the ordinary ray and the extraordinary ray, and the observer can observe a good electronic image. Further, when a display using polarized light such as a liquid crystal display is used as the display device 1, the polarization direction of the liquid crystal element 4 coincides with the polarization direction of the display device 1. The light use efficiency in the glasses with the electronic image display function of the invention can be increased.

また、液晶素子４の裏面から入射し、導光素子３を介して観察者の瞳５に導かれる外界像の光束は、微細構造２７を透過するときに、上記（数３）に示す位相が付加されることとなる。そして、透明基板２１、２２の屈折率を１．５、液晶の屈折率を１．７とすると、（数２）における２ｎ＝３、また（数３）におけるΔｎ＝０．２となり、透過光に付加される位相は、反射光に付加される位相分布の１／１０以下（０．２／３＝０．０６６７）と小さく、外界像は僅かに偏向されるが、観察者の観察に大きな問題は生じないことが判る。 Further, the light flux of the external image incident from the back surface of the liquid crystal element 4 and guided to the observer's pupil 5 through the light guide element 3 has the phase shown in the above (Formula 3) when transmitted through the fine structure 27. It will be added. When the refractive indexes of the transparent substrates 21 and 22 are 1.5 and the refractive index of the liquid crystal is 1.7, 2n = 3 in (Equation 2) and Δn = 0.2 in (Equation 3). The phase added to is as small as 1/10 or less of the phase distribution added to the reflected light (0.2 / 3 = 0.0667), and the external image is slightly deflected, but large for the observer's observation. It turns out that there is no problem.

また、表示装置１で電子像を表示しない場合であって、液晶素子４と導光素子３を介して外界像が観測者の瞳５に導かれる光束は、液晶素子４への電圧印加により、液晶層２６の液晶分子を立たせ、異常光線側の屈折率も透明基板２１、２２と一致させることにより、屈折率マッチングが達成されて光学的に反射面を無くすことができる。この様な作用を受けて、電子像表示系からの光束を完全に無くして、外界像のみを観測者の瞳５に導くことができる。これにより、外界像の変調も全く行われず、良好な外界像の観察が可能となり、常時装着型の電子像表示機能付き眼鏡として機能させることができる。すなわち、電子像が不要である場合は、表示装置１をオフする（表示装置１における電子像の表示を止める）とともに、液晶素子４の屈折率を透明基板２１、２２とマッチングさせることにより、電子像投影系の影響を完全に無くすことができるのである。また、導光素子３を、凹レンズ、凸レンズで構成しておけば、先に示したように、普通の視力矯正眼鏡として機能させることができる。 Further, in the case where an electronic image is not displayed on the display device 1, the luminous flux in which the external image is guided to the observer's pupil 5 through the liquid crystal element 4 and the light guide element 3 is applied by voltage application to the liquid crystal element 4. By causing the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 26 to stand and the refractive index on the extraordinary ray side to match that of the transparent substrates 21 and 22, refractive index matching can be achieved and the reflective surface can be optically eliminated. By receiving such an action, the luminous flux from the electronic image display system can be completely eliminated, and only the external field image can be guided to the observer's pupil 5. As a result, the external image is not modulated at all, and a good external image can be observed, so that it can function as a spectacle with an electronic image display function that is always worn. That is, when the electronic image is unnecessary, the display device 1 is turned off (the display of the electronic image on the display device 1 is stopped), and the refractive index of the liquid crystal element 4 is matched with the transparent substrates 21 and 22 to thereby change the electronic image. The influence of the image projection system can be completely eliminated. Further, if the light guide element 3 is composed of a concave lens and a convex lens, it can function as normal vision correction glasses as described above.

次に、本発明の電子像表示機能付き眼鏡における他の実施例について説明をする。図５に実施例２にかかる電子像表示機能付き眼鏡の一例を示す断面図を示す。 Next, another embodiment of the eyeglasses with an electronic image display function of the present invention will be described. FIG. 5 is a sectional view showing an example of glasses with an electronic image display function according to the second embodiment.

本実施例と先の実施例で示した電子像表示機能付き眼鏡の相違点は、図５に示す様に、導光素子３の外界像が透過する一方の面に、偏光子６を設けた点と、図示しないが、液晶素子４に設けた微細構造（図２参照）により付加される位相分布に、中心からの距離ｒの二乗に比例する位相項を持たせた点にある。なお、図１に示した形態では、導光素子３に凹レンズや凸レンズとした形態を示し、図５では、導光素子３が矩形形状とした点も異なっているが、これは、表示装置１から出射される電子像を、液晶素子３に導く機能には代わりが無く、単に外界像に対して視力矯正として作用させるためのものであるので、省略している。 The difference between the present embodiment and the glasses with the electronic image display function shown in the previous embodiment is that a polarizer 6 is provided on one surface through which an external image of the light guide element 3 is transmitted, as shown in FIG. Although not shown, the phase distribution added by the fine structure (see FIG. 2) provided in the liquid crystal element 4 has a phase term proportional to the square of the distance r from the center. 1 shows a form in which the light guide element 3 is a concave lens or a convex lens, and FIG. 5 is different in that the light guide element 3 has a rectangular shape. There is no substitute for the function of guiding the electronic image emitted from the liquid crystal element 3 to the liquid crystal element 3, and it is simply omitted for the purpose of acting on the external image as a visual acuity correction.

ここで、偏光子６の透過軸方向の設計思想について述べる。図６は、本発明の実施例２の外界像、電子像の偏光状態を説明する模式図であり、同図（ａ）は、外界像に対して変調を与えたときの状態を示し、同図（ｂ）は、外界像に対して非変調の状態を示す図面を示している。 Here, the design concept of the polarizer 6 in the transmission axis direction will be described. FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the polarization state of an external image and an electronic image in Example 2 of the present invention. FIG. 6A shows the state when modulation is applied to the external image. FIG. 2B shows a drawing showing a non-modulated state with respect to the external image.

まず、図５に示した形態における電子像への影響について考える。図５に示す様に、偏光子６を導光素子３の外界側の表面に設ければ、電子像は、偏光子６を通過しないので、実施例１で示したものと何ら変わらずに表示することができる。それに対して、図には示していないが、観察者側の導光素子３の表面に偏光子６設けた場合の電子像は、液晶素子４で回折反射されて、必ず偏光子を透過する形態となる。ここでの電子像は、先に示した反射型の位相型回折素子として（数２）を満たす光束のみ、強く回折反射する。そして、表示装置１から出射された電子像は、レンズ２により直線偏光となって導光素子３に入射されるため、導光素子３に被着される偏光子６の透過軸の向きにより、光強度を変化させることができる。 First, consider the effect on the electronic image in the form shown in FIG. As shown in FIG. 5, if the polarizer 6 is provided on the surface of the light guide element 3 on the outside side, the electronic image does not pass through the polarizer 6, so that the display is the same as that shown in the first embodiment. can do. On the other hand, although not shown in the drawing, the electronic image in the case where the polarizer 6 is provided on the surface of the light guide element 3 on the viewer side is diffracted and reflected by the liquid crystal element 4 and always passes through the polarizer. It becomes. The electron image here is strongly diffracted and reflected only by the light beam satisfying (Equation 2) as the reflection type phase diffraction element shown above. Then, since the electronic image emitted from the display device 1 is linearly polarized by the lens 2 and is incident on the light guide element 3, depending on the direction of the transmission axis of the polarizer 6 attached to the light guide element 3, The light intensity can be changed.

また、導光素子３は、液晶の異常光線偏光軸について（数２）を満たすように設計しているため、液晶への電圧の印加の仕方によって、液晶の異常光線のみを観察者の瞳５に導かせることができる。従って、観察者側の導光素子３の表面に偏光子６設けた場合は、偏光子６の透過軸と液晶素子４の異常光線偏光軸が一致したとき、最も光利用効率を高くすることができる。 Further, since the light guide element 3 is designed to satisfy (Equation 2) with respect to the extraordinary ray polarization axis of the liquid crystal, only the extraordinary ray of the liquid crystal is applied to the observer's pupil 5 depending on how the voltage is applied to the liquid crystal. Can be led to. Therefore, when the polarizer 6 is provided on the surface of the light guide element 3 on the viewer side, when the transmission axis of the polarizer 6 and the extraordinary ray polarization axis of the liquid crystal element 4 coincide, the light utilization efficiency can be maximized. it can.

外界像に関しては、図６（ａ）に示すように、液晶層２６における液晶の異常光線偏光軸と一致する偏光成分は、液晶の駆動により変調され、図６（ｂ）に示すように、常光線偏光軸と一致する偏光成分は、液晶の駆動による変調は受けない。特に、液晶の常光線屈折率と透明基板２１、２２、もしくはここでは図示しない微細構造を設けた媒質の屈折率を一致させておけば、微細構造は素ガラスと同等となり、液晶素子に入射する光束は、平行平板の透過と等価になる。ここで、一般的な液晶の常光線屈折率、ガラス基板（透明基板２１、２２）の屈折率は、１．５程度で一致している。 Regarding the external image, as shown in FIG. 6A, the polarization component that coincides with the extraordinary ray polarization axis of the liquid crystal in the liquid crystal layer 26 is modulated by driving the liquid crystal, and as shown in FIG. The polarization component coinciding with the light polarization axis is not modulated by driving the liquid crystal. In particular, if the ordinary refractive index of the liquid crystal and the refractive index of the transparent substrates 21 and 22 or a medium provided with a fine structure (not shown here) are matched, the fine structure becomes equivalent to that of a bare glass and enters the liquid crystal element. The luminous flux is equivalent to transmission through a parallel plate. Here, the ordinary light refractive index of a general liquid crystal and the refractive index of a glass substrate (transparent substrates 21 and 22) match at about 1.5.

従って、偏光子６の透過軸を、液晶素子４の液晶の常光線偏光軸と一致させれば（図６（ｂ））、電子像に外界像を重畳するシースルー機能として考えた場合、何ら変調を受けない外界像を、観測者に視認させることができる。 Therefore, if the transmission axis of the polarizer 6 is made to coincide with the ordinary ray polarization axis of the liquid crystal of the liquid crystal element 4 (FIG. 6B), no modulation is performed when considered as a see-through function for superimposing an external image on an electronic image. It is possible to make the observer visually recognize the outside world image that is not affected.

一方で、本発明の電子像表示機能付き眼鏡の使用者である観察者は、液晶素子４を透過して、導光素子３により観測者の瞳５に導かれる外界像と重なる電子像に、注目する。ここで、外界像が多少変調されていても、シースルー機能としては十分であるような利用方
法として、偏光子６の透過軸を液晶素子４の異常光線偏光軸とに一致させる利用方法（図６（ａ））が考えられる。この場合、観察者に対して電子像を表示する必要がないとき、外界像を積極的に液晶素子４により変調させることができる。具体的には、上記構成では、微細構造による位相分布に、中心からの距離ｒの二乗に比例する位相項を持つ構成であるため、液晶素子４の駆動により、レンズパワーを可変とすることができる。 On the other hand, an observer who is a user of the eyeglasses with an electronic image display function of the present invention transmits an electronic image that is transmitted through the liquid crystal element 4 and overlaps an external image guided to the observer's pupil 5 by the light guide element 3. Focus on it. Here, as a utilization method that is sufficient for the see-through function even if the external image is somewhat modulated, a utilization method in which the transmission axis of the polarizer 6 coincides with the extraordinary ray polarization axis of the liquid crystal element 4 (FIG. 6). (A)) is considered. In this case, the external image can be positively modulated by the liquid crystal element 4 when it is not necessary to display an electronic image to the observer. Specifically, in the above configuration, since the phase distribution due to the fine structure has a phase term proportional to the square of the distance r from the center, the lens power can be made variable by driving the liquid crystal element 4. it can.

例えば、微細構造による反射光への位相分布が、下記（数５）で表され、

a＝２．１４４７、ｂ＝−０．０１２８の場合、透過光への位相付加量は、同じ形状段差ｄにおいて、反射光：２ｎｄ、透過光：Δｎｄの位相差が生じる。そのため、例えば、液晶の屈折率を１．７５、ガラス基板（透明基板２１、２２）の屈折率を１．５とすると、反射光に対するレンズパワーが、１／ｆ＝−ｂ/０．５×１０００＝２５．６４Ｄ、透過光の場合には、２５．６４×Δｎ／２ｎ＝２．１４Ｄのパワー補正機能を達成できる。例えば、老眼の人が、近距離で細かい物を観察したり、細かい作業をするときに、液晶素子４を機能させることにより、正のレンズパワーが与えられ、可変型の遠近両用眼鏡としての機能させることができる。 For example, the phase distribution to the reflected light due to the fine structure is expressed by the following (Equation 5),

When a = 2.1447 and b = −0.0128, the phase addition amount to the transmitted light has a phase difference of reflected light: 2nd and transmitted light: Δnd at the same shape step d. Therefore, for example, if the refractive index of the liquid crystal is 1.75 and the refractive index of the glass substrate (transparent substrates 21 and 22) is 1.5, the lens power for the reflected light is 1 / f = −b / 0.5 ×. In the case of 1000 = 25.64D and transmitted light, a power correction function of 25.64 × Δn / 2n = 2.14D can be achieved. For example, when a presbyopic person observes a fine object at a short distance or performs a fine work, the liquid crystal element 4 is made to function, so that positive lens power is given, and the function as variable-type bifocal glasses Can be made.

この様に、上述の可変型の遠近両用眼鏡としての機能を持たせる場合、偏光子６の透過軸と液晶素子４の異常光線偏光軸を一致させておけば良い。なお、先の説明では、光軸の絶対的な方向は不問であったが、一般に偏光サングラスというのは、反射光を効果的に減少させ、防眩効果を狙ったもので、反射光成分に多い水平方向の偏光成分を吸収するようになっている。従って、この場合でも、偏光子６の透過軸は、鉛直であることが望ましい。 As described above, when the function as the above-described variable type of near / behind glasses is provided, the transmission axis of the polarizer 6 and the extraordinary ray polarization axis of the liquid crystal element 4 may be matched. In the above description, the absolute direction of the optical axis is not required, but in general, polarized sunglasses are intended to effectively reduce the reflected light and aim at an anti-glare effect. It absorbs many horizontal polarization components. Accordingly, even in this case, it is desirable that the transmission axis of the polarizer 6 is vertical.

次に、本発明の電子像表示機能付き眼鏡における第３の実施例について説明をする。図７に実施例３にかかる電子像表示機能付き眼鏡の液晶素子の構成を説明する断面模式図を示す。本実施例においても、基本的な光学系の設計思想は先の実施例と同一である。 Next, a third embodiment of the eyeglasses with an electronic image display function of the present invention will be described. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the liquid crystal element of the eyeglasses with an electronic image display function according to the third embodiment. Also in this embodiment, the basic optical system design concept is the same as in the previous embodiment.

本実施例と実施例２で示した電子像表示機能付き眼鏡の相違点は、実施例２では、導光素子３の一方の面に偏光子が設けられていたのに対し、本実施例では、導光素子３の両面に偏光子６、７を設け、観察者の瞳側に配置した偏光子７の透過軸を、偏光子６の透過軸に対して回転可能とした点である。 The difference between the glasses with the electronic image display function shown in the present embodiment and the second embodiment is that the polarizer is provided on one surface of the light guide element 3 in the second embodiment. The polarizers 6 and 7 are provided on both surfaces of the light guide element 3, and the transmission axis of the polarizer 7 arranged on the observer's pupil side can be rotated with respect to the transmission axis of the polarizer 6.

例えば、図７に示す様に、外界像側の偏光子６の透過軸を紙面に垂直とし、液晶の分子長軸を紙面と平行、すなわち異常光線と一致する偏光成分を紙面に平行とした場合、外界像と電子像の偏光方向を互いに直交させることができる。従って、偏光子６の透過軸に対して偏光子７の透過軸を回転することにより、それぞれの像の強度を変調でき、電子像のみ、外界像のみ、両者を重畳した映像を、観察者自身が選択して導くことができる。また、必要に応じて、注目している画像の強度を上げ、その他の画像の強度を下げることができる。特に、電子像を表示している場合、背景となる外界像が邪魔をすることがあり、この様にすることでの外界像の遮光は、観察者に対して大きな効果をもたらす。 For example, as shown in FIG. 7, when the transmission axis of the polarizer 6 on the outside image side is perpendicular to the paper surface, and the molecular long axis of the liquid crystal is parallel to the paper surface, that is, the polarization component coinciding with the extraordinary ray is parallel to the paper surface The polarization directions of the external image and the electronic image can be made orthogonal to each other. Accordingly, by rotating the transmission axis of the polarizer 7 with respect to the transmission axis of the polarizer 6, the intensity of each image can be modulated, and only the electronic image, only the external image, and an image obtained by superimposing both images can be obtained by the observer himself. Can be selected and guided. Further, if necessary, the intensity of the image of interest can be increased and the intensity of other images can be decreased. In particular, when an electronic image is displayed, an external image as a background may interfere, and the shielding of the external image in this way has a great effect on the observer.

次に、本発明の電子像表示機能付き眼鏡における他の実施例について説明をする。まず、本実施例における電子像表示装置について説明する。図８は、本実施例における電子像表示装置の構成を示す図面である。 Next, another embodiment of the eyeglasses with an electronic image display function of the present invention will be described. First, the electronic image display apparatus in the present embodiment will be described. FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the electronic image display apparatus in the present embodiment.

本実施例で示す電子像表示装置と、実施例１で示した電子像表示機能付き眼鏡の相違は、主に液晶素子４に設けられた回折面にある。具体的には、実施例１では、微細構造によって形成される回折面を反射型とした例を示したのに対して、本実施例では透過型とし、その回折面を厚い格子（体積格子）となる様にして、実施例１に示した形態に比べ、更に回折効率を高めたところにある。この厚い格子については、後述する。 The difference between the electronic image display device shown in this embodiment and the glasses with the electronic image display function shown in Embodiment 1 is mainly in the diffraction plane provided in the liquid crystal element 4. Specifically, in Example 1, an example in which a diffraction surface formed by a fine structure is a reflection type is shown, whereas in this example, a transmission type is used, and the diffraction surface is a thick grating (volume grating). Thus, the diffraction efficiency is further improved as compared with the embodiment shown in Example 1. This thick lattice will be described later.

図８に示すように、電子像表示機能付き眼鏡は、光源８１から出射する光束が、レンズ２によって略平行光となり、表示装置１を透過し、導光素子３に入射する様に、各部材が配置されている。そして、導光素子３に入射した光束は、導光素子３の内部で２回全反射を繰り返し、液晶素子４に設けられた回折透過面により透過回折し、観察者の瞳５に導かれる。この液晶素子４に設けられた、微細構造により形成される回折面の詳細については後述する。なお、本図においては、電子像を示す光束は実線で、外界像を示す光束は点線で示している。 As shown in FIG. 8, the glasses with electronic image display function are configured so that the light beam emitted from the light source 81 becomes substantially parallel light by the lens 2, passes through the display device 1, and enters the light guide element 3. Is arranged. The light beam incident on the light guide element 3 repeats total reflection twice inside the light guide element 3, is transmitted and diffracted by the diffraction transmission surface provided in the liquid crystal element 4, and is guided to the pupil 5 of the observer. Details of the diffractive surface formed by the fine structure provided in the liquid crystal element 4 will be described later. In this figure, the luminous flux indicating the electronic image is indicated by a solid line, and the luminous flux indicating the external image is indicated by a dotted line.

図８から判るように、この例では、外界像が入射する導光素子３に対して、液晶素子４を斜めに配設しており、液晶素子４の外形が明瞭に識別できるが、他の部材との屈折率が同じとなる光学接着剤を用いて、この素子を導光素子３の内部に固定することにより、液晶素子４の外形を、他の観測者からほぼ視認できない様にすることができる。また、液晶素子４の配置は、本図に示す配置形態に限定されるものではなく、光学系の設計により、素子の配置する角度を変えることができる。例えば、配置の容易さを優先した場合、外界像が入射する導光素子３の出射面に平行に、液晶素子４を貼り付けて配置しても、本実施例と同じ効果を得ることができる。 As can be seen from FIG. 8, in this example, the liquid crystal element 4 is disposed obliquely with respect to the light guide element 3 on which the external image is incident, and the outer shape of the liquid crystal element 4 can be clearly identified. Using an optical adhesive having the same refractive index as that of the member, this element is fixed inside the light guide element 3 so that the external shape of the liquid crystal element 4 is hardly visible to other observers. Can do. Further, the arrangement of the liquid crystal elements 4 is not limited to the arrangement shown in the figure, and the angle at which the elements are arranged can be changed by the design of the optical system. For example, when priority is given to the ease of arrangement, the same effect as in the present embodiment can be obtained even if the liquid crystal element 4 is attached in parallel to the exit surface of the light guide element 3 on which the external image is incident. .

また、本実施例において、観測者の全視域の外界像は、導光素子３の略全面を透過して観察者の瞳５に導き、液晶素子４の回折透過面で透過回折した電子像は、観察者５から見て斜め下方４５度の位置に表示を行える様になっている。この様に、電子像表示領域を観察者の全視域内のごく一部の領域とし、電子像表示領域においても、外界像の回折面による回折効率が低く、液晶素子４の裏面から入射する外界像の観察が可能となっているので、この機能を備えた電子像表示機能付き眼鏡は、シースルー機能を達成する。特に、眼鏡に電子像を表示しない場合は、液晶の屈折率を代えて、液晶と回折面を構成する部材の屈折率マッチングを行うことにより、外界像の観察に対して、何ら影響を与えなくすることができるのは、実施例１と同様である。 In this embodiment, an external image of the entire viewing area of the observer is transmitted through substantially the entire surface of the light guide element 3 and guided to the observer's pupil 5, and is transmitted and diffracted by the diffraction transmission surface of the liquid crystal element 4. Can be displayed at a position 45 degrees obliquely downward as viewed from the observer 5. In this way, the electronic image display area is a very small area within the entire viewing area of the observer. Even in the electronic image display area, the diffraction efficiency due to the diffraction surface of the external image is low, and the external environment incident from the back surface of the liquid crystal element 4 Since the image can be observed, the glasses with the electronic image display function having this function achieve the see-through function. In particular, when an electronic image is not displayed on the glasses, the refractive index of the liquid crystal and the members constituting the diffraction surface are matched to change the refractive index of the liquid crystal, thereby having no effect on the observation of the external image. What can be done is the same as in the first embodiment.

次に、上述した液晶素子の透明基板表面に設けた微細構造によって形成される、回折面の機能に関して詳細に説明する。本実施例では、回折面に厚い格子（体積格子）を用いている。図９は、この厚い格子（体積格子）の構成例を表す図であり、本図（ａ）は、回折素子における回折面を反射型として用いた場合を示し、本図（ｂ）は、回折面を透過型として用いた場合を示した図である。 Next, the function of the diffractive surface formed by the fine structure provided on the transparent substrate surface of the liquid crystal element will be described in detail. In this embodiment, a thick grating (volume grating) is used for the diffraction surface. FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of this thick grating (volume grating). FIG. 9A shows a case where the diffraction surface of the diffraction element is used as a reflection type, and FIG. It is the figure which showed the case where a surface was used as a transmission type.

一般的に厚い格子（体積格子）と薄い格子の区別は、次式（数６）によって定義されるパラメータＱに基づいてなされる。下記に示すｄは、図９に示す格子深さである。

上記（数６）におけるＱの値が１０より大きいとき、厚い格子（体積格子）に対応してブラッグ条件（数７）を満たし、特に高い回折効率を得ることができる。そして、図９（ａ）に示す、電子像の中心を通る光線の角度θ（電子像の中心画角を通る光線の角度θ）をブラッグ角と言い、この入射する光線の角度θと、回折面で回折する光線の角度は、格子に対して等しくなっている。

In general, a thick grating (volume grating) is distinguished from a thin grating based on a parameter Q defined by the following equation (Equation 6). D shown below is the lattice depth shown in FIG.

When the value of Q in (Expression 6) is larger than 10, the Bragg condition (Expression 7) is satisfied corresponding to a thick grating (volume grating), and particularly high diffraction efficiency can be obtained. The angle θ of the light beam passing through the center of the electronic image shown in FIG. 9A (the angle θ of the light beam passing through the central field angle of the electronic image) is called a Bragg angle, and the angle θ of the incident light beam and the diffraction The angles of rays diffracted at the surface are equal to the grating.

そして、この回折格子を液晶素子と組み合わせることを考えた場合、図９（ａ）で示す厚い格子を有する反射型では、液晶に接する面から見て、深さ方向に格子パターンが存在する形態となるため、液晶の屈折率を可変とすることの効果が殆どなくなる。従って、電子像表示機能付き眼鏡に適用する回折格子では、図９（ｂ）で示す透過型で利用することが望ましい。この透過型の場合、表面の凹凸で回折格子を形成する表面レリーフ型の回折格子で表現することができる。例えば、平面基板表面に、表面と垂直な矩形格子を形成し、その面が液晶層に接する様すれば、液晶の屈折率を変えることができる。そして、液晶層に印加する電圧を制御して、平板状基板と液晶の屈折率を異なるようにした場合に、液晶素子に入射する光束を回折させ、平板状基板と液晶の屈折率を一致させた場合に、その光束を直進させることができる。なお、本図では、照明光の光束が、回折格子に入射して、上記回折面で屈折した回折光が出射している様子を示している。 Then, when considering combining this diffraction grating with a liquid crystal element, the reflection type having a thick grating shown in FIG. 9A has a configuration in which a grating pattern exists in the depth direction when viewed from the surface in contact with the liquid crystal. Therefore, the effect of changing the refractive index of the liquid crystal is almost lost. Therefore, it is desirable to use the transmission type shown in FIG. 9B in the diffraction grating applied to the glasses with the electronic image display function. In the case of this transmission type, it can be expressed by a surface relief type diffraction grating in which a diffraction grating is formed by unevenness on the surface. For example, the refractive index of the liquid crystal can be changed by forming a rectangular lattice perpendicular to the surface on the surface of the flat substrate so that the surface contacts the liquid crystal layer. Then, when the voltage applied to the liquid crystal layer is controlled so that the refractive indexes of the flat substrate and the liquid crystal are different, the light beam incident on the liquid crystal element is diffracted so that the refractive indexes of the flat substrate and the liquid crystal match. The light beam can travel straight. This figure shows a state in which the luminous flux of the illumination light is incident on the diffraction grating and the diffracted light refracted by the diffraction surface is emitted.

ここで、回折格子に厚い格子（体積格子）を用いることにより、回折効率が向上したことを示すシミュレーション結果示す。図１０は、回折素子に入射する光束の出射角度に対する回折効率の関係を示す図面を示し、本図（ａ）は、その回折格子を厚い格子である矩形格子（深さ１μm）とした場合を、本図（ｂ）は、浅い格子である三角格子（深さ０．５μm）とした場合を示している。ここでは、光線入射角、波長、格子ピッチ等を統一し、格子のプロファイルのみを変えた場合の回折効率の違いを検討した。そして、グラフは、入射角：４５°、波長：０．５５μｍ、格子ピッチ：０．２４μmの場合である。 Here, a simulation result showing that the diffraction efficiency is improved by using a thick grating (volume grating) for the diffraction grating is shown. FIG. 10 is a drawing showing the relationship of the diffraction efficiency with respect to the exit angle of the light beam incident on the diffractive element. FIG. 10A shows a case where the diffraction grating is a thick rectangular grating (depth 1 μm). This figure (b) has shown the case where it is set as the triangular lattice (depth 0.5 micrometer) which is a shallow lattice. Here, the difference in diffraction efficiency when only the grating profile was changed by unifying the light incident angle, wavelength, and grating pitch was examined. The graph shows a case where the incident angle is 45 °, the wavelength is 0.55 μm, and the grating pitch is 0.24 μm.

図１０（ａ）に示すブラッグ条件に近い矩形格子を有する回折格子は、図１０（ｂ）に示す三角格子の回折格子に対して、回折効率が高くなっていることが分かる。この様に、格子深さｄを深くすることで、角度特性や波長特性はピーキーな特性となるが、電子像の画角等を考慮し、適切な深さを設定することが肝要である。 It can be seen that the diffraction grating having a rectangular grating close to the Bragg condition shown in FIG. 10A has higher diffraction efficiency than the triangular grating shown in FIG. 10B. As described above, when the grating depth d is increased, the angle characteristic and the wavelength characteristic become peaky characteristics. However, it is important to set an appropriate depth in consideration of the angle of view of the electronic image.

なお、このような液晶素子は、実施例１と同様に、ナノインプリントの手法でガラス基板上に矩形格子を作成し、矩形格子を作成したガラス基板を用い、液晶素子のセル化を容易に製造することができる。これにより、高い回折効率を持った回折面を持つ液晶素子４を作成することができる。 In addition, such a liquid crystal element is manufactured in the same manner as in Example 1 by forming a rectangular lattice on a glass substrate by a nanoimprint technique, and using the glass substrate on which the rectangular lattice is formed, easily manufacturing a cell of the liquid crystal element. be able to. Thereby, the liquid crystal element 4 having a diffraction surface with high diffraction efficiency can be produced.

また、上述の説明は、単純な線形格子（等間隔1次元格子）を用いて行ったが、レンズパワーや高次の位相項を持つ場合は、格子ピッチが高次の位相項で変調され、不等ピッチになっていると考えれば良く、本実施例の場合、線形格子による偏向角度が、高次の位相項による偏向角度に比べて十分に大きく、線形格子による検討で、回折効率の特性を近似的に評価することができる。 Moreover, although the above-mentioned explanation was performed using a simple linear grating (equally spaced one-dimensional grating), when having a lens power and a high-order phase term, the grating pitch is modulated by a high-order phase term, In this embodiment, the deflection angle by the linear grating is sufficiently larger than the deflection angle by the high-order phase term. Can be approximately evaluated.

さらに、このような微細構造によって形成される回折面の機能を、液晶層を挟む２つの面で分離し、それぞれ偏向機能とレンズ機能に分離することもできる。例えば、液晶層の一方の面には線形格子を形成し、また、液晶層の他方の面にはフレネルレンズを形成する。図１１に、このように設定した場合の、液晶素子の模式的な断面図、及び平面図を示した。 Furthermore, the function of the diffractive surface formed by such a fine structure can be separated by two surfaces sandwiching the liquid crystal layer, and can be separated into a deflection function and a lens function, respectively. For example, a linear grating is formed on one surface of the liquid crystal layer, and a Fresnel lens is formed on the other surface of the liquid crystal layer. FIG. 11 shows a schematic cross-sectional view and a plan view of the liquid crystal element in such a case.

図１１に示した形態は、液晶層２６を挟む両面に微細構造を設けた点のみが、先に示した形態と異なっており、他の形態は同じである。したがって、下記説明では、この相違点を主に説明し、同じ要件についての説明は、省略する。 The form shown in FIG. 11 is different from the form shown above only in that a fine structure is provided on both surfaces sandwiching the liquid crystal layer 26, and the other forms are the same. Therefore, in the following description, this difference will be mainly described, and description of the same requirement will be omitted.

図１１に示す様に、本発明で適用する液晶素子の形態は、微細構造に持たせる２つの機能を分離し、液晶層２６の両側に線形格子２８とフレネルレンズ２９を設けた構成となっている。 As shown in FIG. 11, the liquid crystal element applied in the present invention has a configuration in which two functions given to the fine structure are separated and a linear grating 28 and a Fresnel lens 29 are provided on both sides of the liquid crystal layer 26. Yes.

この様に機能を分離し、２層に分けて微細構造を作成すると、所望のパターンを単純化することができ、基板表面に目的のパターン形状を作り易くなるという利点がある。例えば、線形格子２８の場合、等間隔の矩形格子の作成方法としては、描画速度が遅く、製造コストが高くなる電子ビーム描画以外の微細構造形成方法として、機械加工、フォトリソグラフィー、Ｓｉ等の異方エッチングを採用することができ、フレネルレンズの場合でも、旋盤による機械加工を採用することができる。この電子ビーム描画を用いずに行う上記加工法により、線形格子１８及びフレネルレンズ２９を形成することができれば、特に大面積でこの機能素子を形成することが容易となる。 When the functions are separated and the fine structure is created by dividing into two layers in this way, there is an advantage that a desired pattern can be simplified and a desired pattern shape can be easily formed on the substrate surface. For example, in the case of the linear lattice 28, as a method of creating a rectangular lattice with equal intervals, as a fine structure forming method other than electron beam drawing, which is slow in drawing speed and high in manufacturing cost, different methods such as machining, photolithography, and Si are used. Etching can be employed, and even in the case of a Fresnel lens, machining by a lathe can be employed. If the linear grating 18 and the Fresnel lens 29 can be formed by the above processing method performed without using the electron beam drawing, it is easy to form this functional element particularly in a large area.

また、フレネルレンズのサグ量を波長に対して十分に大きくすることにより、レンズ効果は回折作用ではなく、屈折作用により生じさせることができる。さらに、フレネルゾーンプレートのような離散的なレンズパワーではなく、液晶の屈折率を変化させることにより、連続的にレンズパワーを変えることができる。これは、電子像表示機能付き眼鏡で電子像を見るときは、視度調整として機能し、透過光を見るときに、視力補正効果を持たせることができ、例えば、遠近切り替え眼鏡としての機能を、本形態により実現することができる。そして、本構成によれば、個人の視力に応じたきめ細かく調節された、視力調整機能を備えた眼鏡とすることができる。 Further, by making the sag amount of the Fresnel lens sufficiently large with respect to the wavelength, the lens effect can be generated not by diffractive action but by refracting action. Furthermore, the lens power can be continuously changed by changing the refractive index of the liquid crystal instead of the discrete lens power like the Fresnel zone plate. This functions as diopter adjustment when viewing an electronic image with glasses with an electronic image display function, and can provide a vision correction effect when viewing transmitted light. It can be realized by this embodiment. And according to this structure, it can be set as the spectacles provided with the visual acuity adjustment function finely adjusted according to a person's visual acuity.

また、本実施例で示した形態と、実施例１で示した、眼鏡の使用者の視力矯正度数に合わせて、導光素子３の界面の曲率、及び屈折率を設定すれば、視力矯正がされた電子像表示機能付き眼鏡とすることができる。 Further, if the curvature and refractive index of the interface of the light guide element 3 are set in accordance with the form shown in the present embodiment and the eyesight correction power of the eyeglass user shown in the first embodiment, the eyesight correction can be performed. It can be set as the spectacles with the electronic image display function made.

また、本実施例では、液晶層の両面の回折面を厚い格子（体積格子）で形成した例を示したが、実施例１で示した片面のみの回折面に、この厚い格子を形成しても良い。さらに、実施例２、実施例３で示した形態に、本実施例の形態を適用することができることは、言うまでもない。 In the present embodiment, an example is shown in which the diffraction surfaces on both sides of the liquid crystal layer are formed with thick gratings (volume gratings). However, this thick grating is formed on the diffraction surface of only one surface shown in Example 1. Also good. Furthermore, it goes without saying that the form of this embodiment can be applied to the forms shown in Embodiments 2 and 3.

以上のように、本発明にかかる電子像表示機能付き眼鏡は、小型・軽量化の制約が大きく、常時装着可能な電子像表示機能付き眼鏡に適し、特に、近眼、遠視等視力矯正が必要な利用者に適している。また、本発明は、眼鏡に限らず、自転車用ゴーグル、スキーゴーグル、シュノーケリングマスク等、スポーツ及びアウトドアアクティビティー用ゴーグル、マスク等、顔や頭に装着する機器にも適用可能な技術である。 As described above, the glasses with an electronic image display function according to the present invention have large restrictions on size and weight reduction, and are suitable for glasses with an electronic image display function that can be always worn. In particular, correction of visual acuity such as myopia and hyperopia is necessary. Suitable for users. In addition, the present invention is not limited to glasses, and is a technique applicable to devices worn on the face and head, such as goggles for sports and outdoor activities, masks, etc., such as bicycle goggles, ski goggles, and snorkeling masks.

本発明にかかる電子像表示機能付き眼鏡の構成例を示す断面図である。（実施例１）It is sectional drawing which shows the structural example of the spectacles with an electronic image display function concerning this invention. Example 1 本発明にかかる電子像表示機能付き眼鏡を構成する液晶素子の構成例を示す断面図と平面図である。（実施例１）It is sectional drawing and a top view which show the structural example of the liquid crystal element which comprises the spectacles with an electronic image display function concerning this invention. Example 1 本発明にかかる液晶素子の微細構造の製造方法を説明するための図である。（実施例１）It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the microstructure of the liquid crystal element concerning this invention. Example 1 本発明にかかる液晶素子に設ける微細構造における機能を説明するための断面図である。（実施例１）It is sectional drawing for demonstrating the function in the fine structure provided in the liquid crystal element concerning this invention. Example 1 本発明にかかる電子像表示機能付き眼鏡の構成例を示す断面図である。（実施例２）It is sectional drawing which shows the structural example of the spectacles with an electronic image display function concerning this invention. (Example 2) 本発明にかかる電子像表示機能付き眼鏡の構成例における作用を説明するための模式図である。（実施例２）It is a schematic diagram for demonstrating the effect | action in the structural example of the spectacles with an electronic image display function concerning this invention. (Example 2) 本発明にかかる電子像表示機能付き眼鏡の構成例における作用を説明するための模式図である。（実施例３）It is a schematic diagram for demonstrating the effect | action in the structural example of the spectacles with an electronic image display function concerning this invention. (Example 3) 本発明にかかる電子像表示機能付き眼鏡の構成例を示す断面図である。（実施例４）It is sectional drawing which shows the structural example of the spectacles with an electronic image display function concerning this invention. Example 4 本発明にかかる回折面の作用を説明するための模式図である。（実施例４）It is a schematic diagram for demonstrating the effect | action of the diffraction surface concerning this invention. Example 4 本発明にかかる回折面の格子断面形状の違いによる回折効率を示すグラフである。（実施例４）It is a graph which shows the diffraction efficiency by the difference in the grating | lattice cross-sectional shape of the diffraction surface concerning this invention. Example 4 本発明にかかる液晶素子の構成例を示す断面図と平面図である。（実施例４）It is sectional drawing and a top view which show the structural example of the liquid crystal element concerning this invention. Example 4

符号の説明Explanation of symbols

１表示装置
２レンズ
３導光素子
４液晶素子
５観察者の瞳
６、７偏光子
２１、２２透明基板
２３、２４透明電極
２５シール
２６液晶層
２７微細構造
２７ａ紫外線硬化樹脂
２８線形格子
２９フレネルレンズ
５４金型 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Display apparatus 2 Lens 3 Light guide element 4 Liquid crystal element 5 Eye of an observer 6, 7 Polarizer 21, 22 Transparent substrate 23, 24 Transparent electrode 25 Seal 26 Liquid crystal layer 27 Fine structure 27a UV curable resin 28 Linear grating 29 Fresnel lens 54 Mold

Claims

電子像と外界像とを重畳させた像を、観察者が観測できるようにした電子像表示機能付き眼鏡において、
前記電子像を出射する表示装置と、
前記外界像を透過させて前記観測者の瞳に向けて出射する導光素子と、
前記外界像が入射する面の少なくとも一部にオーバーラップして設けられ、液晶層の片面または両面に回折面を有する液晶素子と、を備え、
前記導光素子は、前記表示装置から出射されて前記液晶素子に導かれ、前記回折面にて回折反射または回折透過された前記電子像と、前記液晶素子と前記導光素子とを通過する前記外界像とを重畳させた像を、前記観察者の瞳に向けて出射する機能を有する
ことを特徴とする電子像表示機能付き眼鏡。 In glasses with an electronic image display function that allows an observer to observe an image in which an electronic image and an external image are superimposed,
A display device for emitting the electronic image;
A light guide element that transmits the external image and emits it toward the observer's pupil;
A liquid crystal element provided to overlap at least a part of the surface on which the external image is incident, and having a diffractive surface on one or both sides of the liquid crystal layer,
The light guide element is emitted from the display device and guided to the liquid crystal element, and passes through the electronic image diffracted and reflected or transmitted by the diffraction surface, and the liquid crystal element and the light guide element. Glasses with an electronic image display function, having a function of emitting an image superimposed with an external image toward the observer's pupil.

前記液晶素子における前記回折面を、表面レリーフ型の厚い格子により形成し、
回折面の格子周期は、電子像の中心波長及び中心画角において、ブラッグ条件を満たす様に設定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電子像表示機能付き眼鏡。 The diffraction surface of the liquid crystal element is formed by a surface-relief type thick grating,
The spectacles with an electronic image display function according to claim 1, wherein the grating period of the diffractive surface is set so as to satisfy the Bragg condition at the central wavelength and the central angle of view of the electronic image.

前記導光素子における前記外界像を取り込む面と、前記観測者の瞳に向けて出射する面の少なくとも何れか一方の面に曲率を持たせ、かつ当該曲率及び導光素子の屈折率を、眼鏡の使用者の視力矯正度数に合わせて設定することで、前記導光素子に近眼矯正機能を持たせた
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電子像表示機能付き眼鏡。 At least one surface of the light guide element that captures the external image and the surface that emits toward the observer's pupil has a curvature, and the curvature and the refractive index of the light guide element The eyeglasses with an electronic image display function according to claim 1, wherein the light guide element is provided with a function for correcting myopia by setting according to a vision correction power of the user.

前記回折面の屈折率と、前記液晶層における液晶の常光線に対する屈折率とを一致させた
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電子像表示機能付き眼鏡。 The eyeglasses with an electronic image display function according to any one of claims 1 to 3, wherein a refractive index of the diffractive surface and a refractive index of liquid crystal in the liquid crystal layer with respect to an ordinary ray are matched.

前記液晶素子における、前記液晶層の片面に形成された前記回折面には、回折機能とレンズ機能を併せ持って形成される
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電子像表示機能付き眼鏡。 5. The electron according to claim 1, wherein the diffraction surface formed on one surface of the liquid crystal layer of the liquid crystal element has both a diffraction function and a lens function. Glasses with image display function.

前記液晶素子における前記回折面は、前記液晶層の両面に形成されており、
前記回折面の一方の面は、偏向機能を持つ線形格子であり、前記回折面の他方の面は、レンズ機能を持つフレネルレンズである
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電子像表示機能付き眼鏡。 The diffractive surface in the liquid crystal element is formed on both surfaces of the liquid crystal layer,
One surface of the diffractive surface is a linear grating having a deflection function, and the other surface of the diffractive surface is a Fresnel lens having a lens function. Glasses with an electronic image display function described in 1.

前記導光素子は、前記外界像が透過する一方の面に、透過軸を前記液晶素子の常光線の偏光軸と一致させた第１の偏光子を有し、
前記導光素子における前記回折面の構造を、中心からの距離の二乗に比例する位相分布を持つように構成した
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電子像表示機能付き眼鏡。 The light guide element has, on one surface through which the external image is transmitted, a first polarizer having a transmission axis coinciding with the polarization axis of the ordinary ray of the liquid crystal element,
7. The electronic image display according to claim 1, wherein the structure of the diffractive surface of the light guide element is configured to have a phase distribution proportional to the square of the distance from the center. Functional glasses.

前記導光素子は、前記外界像が透過する他方の面に第２の偏光子を有し、
前記第１の偏光子の透過軸に対して、前記第２の偏光子の透過軸を回転できるように構成した
ことを特徴とする請求項７に記載の電子像表示機能付き眼鏡。 The light guide element has a second polarizer on the other surface through which the external image is transmitted,
The spectacles with an electronic image display function according to claim 7, wherein the transmission axis of the second polarizer can be rotated with respect to the transmission axis of the first polarizer.