JP2015049376A - 光学デバイス及び画像表示装置 - Google Patents
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前記第1導光体の前記第1光出射部に設けられ、前記第1導光体の内部を導光した光の少なくとも一部及び前記第1回折光学素子で取り出された光の少なくとも一部を取り出す第2回折光学素子と、を有し、前記第1導光体及び前記第2導光体に入射する入射光は、一部が前記第1光入射部から前記第1導光体の内部に入射して導光され、他の一部が前記第2光入射部から前記第2導光体の内部に入射して導光され、前記第2導光体の内部を導光する光は、前記第1導光体の内部を導光する光よりも長波長の光を多く含み、前記第2回折光学素子は、前記第1光入射部に近い側と、前記第1光入射部から遠い側とで、回折効率が異なる部分を含み、前記第1回折光学素子は、回折効率がほぼ一定であることを特徴とする。
(ヘッドマウントディスプレイの全体構成)
図1は、第1実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ100の全体像の一例を示す斜視図である。図1に示すように、本実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ100は、眼鏡のような外観を有するヘッドマウントディスプレイであり、このヘッドマウントディスプレイ100を装着した観察者に対して虚像による画像光を認識させることができるとともに、観察者に外界像をシースルーで観察させることができる。
第1の導光板101の光入射面101cに設けられた第1回折光学素子102は、回折効率を高めるために、格子面が図2に示す方向に傾斜している。回折光を入射光の中心軸に近い方から0次、±1次...と順序づけていくと、図3に示すように傾斜なしの矩形形状の表面レリーフ型の回折格子の場合は、+1次の回折光と−1次の回折光はほぼ同じ強度となる。
図5に第2回折光学素子103が設けられた部分を拡大して示す。図5に示すように、第2回折光学素子103は、5つの領域103A,103B,103C,103D,103Eに分割されおり、それぞれの領域で回折格子の深さが異なっている。第1回折光学素子102から見て最も遠い領域103Eにおける回折格子の深さが最も深く、領域103Eにおける回折格子の深さは、第1の導光板101内を小さな角度で伝播してくる青色光13Bに対して、1次回折効率が最大となる深さとなっている。そして、回折格子の深さは、領域103D,103C,103B,103Aと第1回折光学素子102に近くなるほど、段階的に回折格子の深さが浅くなっている。
第1の導光板101の第1回折光学素子102で回折されずに透過した光23は、第2の導光板201の光入射面201cに設けられた第3回折光学素子202に入射する。第3回折光学素子202に入射した光は、回折されて第2の導光板201に導入される。
このように、第4回折光学素子203に入射する回数が少ない場合には、第2回折光学素子103のように、複数の領域に分割して入射側の回折光学素子に近い領域の回折効率を低くしても、出射光量の分布を均一化する効果は少なく、出射される光量が低下して観察される虚像が暗くなる場合がある。
図9に示すように、第1の導光板101の第1回折光学素子102に入射する光の光軸は、所定の角度で傾斜しているため、第2の導光板201の第3回折光学素子202の位置は、第1回折光学素子102に比べて第2の導光板201の中央部側に移動した位置になっている。
次いで、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第2回折光学素子103における回折効率を領域によって変えるために、第2回折光学素子103の回折格子の充填率を領域によって変更した例である。図11は本実施形態における第2回折光学素子103が設けられた部分の拡大図である。図12は回折格子の充填率を説明するための図である。
次いで、本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、第2回折光学素子103における回折効率を領域によって変えるために、第2回折光学素子103の回折格子の深さを領域によって変更すると共に、回折格子を傾斜させた例である。図13は本実施形態における第2回折光学素子103が設けられた部分の拡大図である。
次いで、本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態は、第2回折光学素子103における回折効率を領域によって変えるために、第2回折光学素子103の回折格子の充填率を領域によって変更すると共に、回折格子を傾斜させた例である。図14は本実施形態における第2回折光学素子103が設けられた部分の拡大図である。
上述した第1実施形態〜第4実施形態では、入射側の回折光学素子である第1回折光学素子102,第3回折光学素子202として、表面レリーフ型の回折格子を用いたが、これに限定されるものではなく、体積ホログラム、ミラー、あるいはプリズム等の光学素子を用いることも可能である。また、第1実施形態〜第4実施形態では、第1回折光学素子102,第3回折光学素子202,第4回折光学素子203として、傾斜型の表面レリーフ回折格子を用いる例について説明したが、ブレーズ型回折格子を適用することも可能である。
Claims (12)
- 第1光入射部と第1光出射部とを備えた第1導光体と、
第2光入射部と第2光出射部とを備えた第2導光体と、
前記第2導光体の前記第2光出射部に設けられ、前記第2導光体の内部を導光した光の少なくとも一部を回折させて前記第2導光体の外部に取り出す第1回折光学素子と、
前記第1導光体の前記第1光出射部に設けられ、前記第1導光体の内部を導光した光の少なくとも一部及び前記第1回折光学素子で取り出された光の少なくとも一部を取り出す第2回折光学素子と、を有し、
前記第1導光体及び前記第2導光体に入射する入射光は、一部が前記第1光入射部から前記第1導光体の内部に入射して導光され、他の一部が前記第2光入射部から前記第2導光体の内部に入射して導光され、
前記第2導光体の内部を導光する光は、前記第1導光体の内部を導光する光よりも長波長の光を多く含み、
前記第2回折光学素子は、前記第1光入射部に近い側と、前記第1光入射部から遠い側とで、回折効率が異なる部分を含み、
前記第1回折光学素子は、回折効率がほぼ一定であることを特徴とする光学デバイス。 - 請求項1に記載の光学デバイスにおいて、
前記第1回折光学素子は、一方の面に第1凹凸構造を備えた表面レリーフ型の回折格子であり、前記第2導光体の前記第2光入射部と前記第2光出射部との両方を含む断面視において、前記第1凹凸構造の凸部を構成する面のうち前記第2光出射部と交差する面が、前記第2光出射部に垂直な方向に対して傾斜していることを特徴とする光学デバイス。 - 請求項1または2に記載の光学デバイスにおいて、
前記第2回折光学素子は、一方の面に第2凹凸構造を備えた表面レリーフ型の回折格子であり、前記第1導光体の前記第1光入射部と前記第1光出射部との両方を含む断面視において、前記第2凹凸構造の凸部を構成する面のうち前記第1光出射部と交差する面が、前記第1光出射部に垂直な方向に対して傾斜していることを特徴とする光学デバイス。 - 請求項1または2に記載の光学デバイスにおいて、
前記第2回折光学素子は、一方の面に第2凹凸構造を備えた表面レリーフ型の回折格子であり、前記第1導光体の前記第1光入射部と前記第1光出射部との両方を含む断面視において、前記第2凹凸構造の凹部の深さが、前記第1光入射部に近い側から、前記第1光入射部から遠い側にかけて、徐々に、あるいは、段階的に変化していることを特徴とする光学デバイス。 - 請求項1または2に記載の光学デバイスにおいて、
前記第2回折光学素子は、一方の面に第2凹凸構造を備えた表面レリーフ型の回折格子であり、前記第1導光体の前記第1光入射部と前記第1光出射部との両方を含む断面視において、前記第2凹凸構造の充填率が、前記第1光入射部に近い側から、前記第1光入射部から遠い側にかけて、徐々に、あるいは、段階的に変化していることを特徴とする光学デバイス。 - 請求項4または5に記載の光学デバイスにおいて、
前記第2回折光学素子は、前記第1導光体の前記第1光入射部と前記第1光出射部との両方を含む断面視において、前記第2凹凸構造の凸部を構成する面のうち前記第1光出射部と交差する面が、前記第1光出射部に垂直な方向に対して傾斜していることを特徴とする光学デバイス。 - 請求項1乃至6の何れかに記載の光学デバイスにおいて、
前記第1導光体の前記第1光入射部に設けられ、前記入射光の一部を回折させて前記第1導光体の内部に入射させる第3回折光学素子と、
前記第2導光体の前記第2光入射部に設けられ、前記入射光の他の一部を回折させて前記第2導光体の内部に入射させる第4回折光学素子と、を有することを特徴とする光学デバイス。 - 請求項7に記載の光学デバイスにおいて、
前記第3回折光学素子の格子周期は、前記第4回折光学素子の格子周期と異なる格子周期であり、かつ、前記第2回折光学素子の格子周期と同じ格子周期であり、
前記第4回折光学素子の格子周期は、前記第1回折光学素子の格子周期と同じ格子周期であることを特徴とする光学デバイス。 - 請求項8に記載の光学デバイスにおいて、
前記第3回折光学素子の格子周期は、前記第4回折光学素子の格子周期よりも短い格子周期であることを特徴とする光学デバイス。 - 請求項7乃至9の何れかに記載の光学デバイスにおいて、
前記第3回折光学素子は、一方の面に第3凹凸構造を備えた表面レリーフ型の回折格子であり、前記第1導光体の前記第1光入射部と前記第1光出射部との両方を含む断面視において、前記第3凹凸構造の凸部を構成する面のうち前記第1光入射部と交差する面が、前記第1光入射部に垂直な方向に対して傾斜し、
前記第4回折光学素子は、一方の面に第4凹凸構造を備えた表面レリーフ型の回折格子であり、前記第2導光体の前記第2光入射部と前記第2光出射部との両方を含む断面視において、前記第4凹凸構造の凸部を構成する面のうち前記第2光入射部と交差する面が、前記第2光入射部に垂直な方向に対して傾斜していることを特徴とする光学デバイス。 - 請求項7乃至10の何れかに記載の光学デバイスにおいて、
前記第4回折光学素子は、前記第2光入射部に垂直な方向から見た平面視において、前記第3回折光学素子よりも前記第2光出射部側に位置し、
前記第1回折光学素子は、前記第2光出射部に垂直な方向から見た平面視において、前記第2回折光学素子よりも前記第2光入射部側に位置していることを特徴とする光学デバイス。 - 請求項1乃至11の何れかに記載の光学デバイスと画像光を発する画像形成部とを備えたことを特徴とする画像表示装置。
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