JP6197295B2 - 光学デバイス及び画像表示装置 - Google Patents
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Description
備えた画像表示装置に関する。
の眼前まで導光して表示させるヘッドマウントディスプレイが商品化され、さらなる小型
化、広画角化、高効率化に関する開発が行われている。その中で、導光体内への入射、出
射を行うための素子の1つとして回折光学素子が注目されている。この回折光学素子は、
回折現象を利用して光の進行方向を制御することが可能であるため、反射や屈折を利用す
るよりも小型で光の操作自由度も高いという特性が得られる。
る。ところが、この体積ホログラムは、ブラッグ条件に従い回折光の波長、角度などが決
まることから、入射角度に対して回折光の角度及び波長が大きく影響される。このため、
ヘッドマウントディスプレイ等の画像表示装置に用いる場合には、表示画像の画角(大き
さ)、色むらに与える影響が大きくなる場合がある。そこで、従来より、体積ホログラム
の入射角度を調整する画像表示装置が提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献
2)。
によってブラッグ条件に起因する入射角度変化に対する回折光の波長変化を抑え、表示画
像に色むらが発生するのを低減している。
けることによりブラッグ条件起因の波長選択性を緩和させ、回折可能な波長範囲を制御し
色むら等の問題を改善している。
分的に変化させることは、製造上困難であり、実用性に欠けるという問題がある。一方、
特許文献2に開示された画像表示装置のように波長選択性を緩和させる方向に入射角度を
傾けた場合、導光体に対する入射光及び出射光の角度が拡開する方向となるため、観察者
の頭部に装着するというヘッドマウントディスプレイの使用態様の下では、左右の導光体
及び画像形成装置の位置関係と、観察者の顔の形状とが一致せず、観察者の顔に対するフ
ィッティング性が低下し使用時に違和感を抱く形態となってしまう問題がある。
化、高画角化、高効率化を進めやすい光学デバイス、並びにその光学デバイスを備えた画
像表示装置を提案することを解決課題とする。
る画像形成部と、光入射面と光出射面とを備える導光体と、前記導光体の前記光入射面と
前記画像形成部との間に位置する第1回折光学素子と、前記導光体の前記光入射面と異な
る部分で接する反射層と、を有し、前記画像光は、前記第1回折光学素子で少なくとも一
部が回折されて回折画像光となり、前記回折画像光は、少なくとも一部が前記導光体の前
記光入射面から前記導光体の内部に入射し、前記反射層は、前記導光体の内部に入射した
前記回折画像光の少なくとも一部が照射する位置に設けられていることを特徴とする。
ば画像を表示する液晶ディスプレイやレーザー光を走査することにより観察者に画像とし
て認識させるレーザー走査式ディスプレイなどの画像表示装置、及び画像表示から出射さ
れた画像光を集光及び変換する光学系を含む。また、本発明において、「反射面」は、例
えば、導光体の光入射側の内側面や、光出射側の内側面のいずれか一方の面、或いは両面
に配置することができる他、光板内の導波路中であれば、いずれの位置、角度、及び数を
配置することができる。
方向へ回折させる第1回折光学素子を配置し、導光体に対して入射する画像光を所定の方
向に回折させるとともに、導光体内における導波路中に配置された反射層により、導光体
内で所要の方向へ画像光を反射させる。これにより、画像形成部から導光体へ入射される
画像光の入射角度を任意に設定することが可能となる。この結果、本発明に係る光学デバ
イスの一態様によれば、広い画角を得るために画像形成部からの入射光を、光軸に対して
傾斜させる場合であっても、左右の導光体及び画像形成装置の位置関係と、観察者の顔の
形状や両眼の位置とを一致させることができる。さらには、本発明に係る光学デバイスの
一態様を、観察者の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイに適用した場合、観察者
の顔に対するフィッティング性を向上させることができる。
に接する第2回折光学素子と、を有し、前記反射層は、前記導光体の前記光出射面と異な
る部分で接していること好ましい。この場合には、光入射面における第1回折光学素子で
回折させた画像光を、光出射面の第2回折光学素子で更に回折させるので、左右の導光体
及び画像形成装置の位置関係と、観察者の顔の形状や両眼の位置とを、より適正に一致さ
せることができる。
面と前記光入射面に対向する面との間の部分である入射部と、前記光出射面と前記光出射
面に対向する面との間の部分である出射部と、前記入射部と前記出射部との間の部分であ
る導光部と、を備え、前記反射層は、前記導光体の前記出射部よりも前記導光部と逆側の
部分にある面に接していることが好ましい。
光出射面とを備える導光体と、前記導光体の前記光入射面に対向する面に接する第1回折
光学素子と、前記導光体の前記光入射面と異なる部分で接する反射層と、を有し、前記画
像光は、少なくとも一部が前記導光体の前記光入射面から入射光として前記導光体の内部
に入射し、前記入射光は、前記第1回折光学素子で少なくとも一部が回折されて回折画像
光となり、前記反射層は、前記回折画像光の少なくとも一部が照射する位置に設けられて
いることを特徴とする。
を表示する液晶ディスプレイなどの画像表示装置、及び画像表示から出射された画像光を
集光及び変換する光学系を含む。また、本発明においても「反射面」は、例えば、導光体
の光入射側の内側面や、光出射側の内側面のいずれか一方の面、或いは両面に配置するこ
とができる他、光板内の導波路中であれば、いずれの位置、角度、及び数を配置すること
ができる。
所定方向へ回折させる第1回折光学素子を配置し、導光体に対して入射する画像光を所定
の方向に回折させるとともに、その回折画像光が反射層により反射させる。これにより、
本発明に係る光学デバイスの他の態様によれば、画像形成部から導光体へ入射される画像
光の入射角度、若しくは導光体から観察者の眼への出射角度を任意に設定することが可能
となり、左右の導光体及び画像形成装置の位置関係と、観察者の顔の形状や両眼の位置と
を一致させることができる。さらには、本発明に係る光学デバイスの他の態様を、観察者
の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイに適用した場合、観察者の顔に対するフィ
ッティング性を向上させることができる。
に対向する面に接する第2回折光学素子と、を有し、前記反射層は、前記導光体の前記光
出射面と異なる部分で接していることが好ましい。この場合、第1回折光学素子で回折さ
せた画像光を、光出射面に対向する面に接する第2回折光学素子で更に回折させるので、
左右の導光体及び画像形成装置の位置関係と、観察者の顔の形状や両眼の位置とを、より
適正に一致させることができる。
面と前記光入射面に対向する面との間の部分である入射部と、前記光出射面と前記光出射
面に対向する面との間の部分である出射部と、前記入射部と前記出射部との間の部分であ
る導光部と、を備え、前記反射層は、前記導光体の前記入射部よりも前記導光部と逆側の
部分にある面に接していることが好ましい。
光学素子及び第2回折光学素子が体積ホログラムで形成されることが好ましい。この場合
には、広い入射角度範囲で高い回折効率を得ることができる。
学素子及び前記第2回折光学素子は、いずれも表面に凹凸を備えた表面レリーフ型のホロ
グラムであることが好ましい。この場合には、第1及び第2回折光学素子を、表面レリー
フ型のホログラムで形成することにより、量産性をより向上させることができる。
素子及び前記第2回折光学素子は、いずれも表面に対して傾斜した凹凸を備えた傾斜表面
レリーフ型のホログラムであることことが好ましい。この場合には、一方の格子形状を導
光の光軸に対して傾斜させることにより、例えば、+1次回折光をより強くすることができ
、伝播中におけるノイズ光の発生をより低減させる効果が得られる。
学素子及び前記第2回折光学素子は、いずれも表面にブレーズ格子を備えた回折素子であ
ることが好ましい。この場合には、第1回折光学素子及び第2回折光学素子を、ブレーズ
格子とすることにより、1次回折効率を高くすることが可能となり、導光体への伝播効率
を向上させることができる。
学素子の格子周期及び前記第2回折光学素子の格子周期は、同一の格子周期であることが
好ましい。この場合、入射光及び出射光の光軸を平行とすることができる。
面と第1光出射面とを備える第1導光体と、前記第1導光体の前記第1光入射面と前記画
像形成部との間に位置する第1回折光学素子と、前記第1導光体の前記第1光出射面に接
する第2回折光学素子と、前記第1導光体の前記第1光入射面及び前記第1光出射面とは
異なる部分で接する第1反射層と、第2光入射面と第2光出射面とを備える第2導光体と
、 前記第2導光体の前記第2光入射面と前記第1導光体との間に位置する第3回折光学
素子と、前記第2導光体の前記第2光出射面と前記第1導光体との間に位置する第4回折
光学素子と、前記第2導光体の前記第2光入射面及び前記第2光出射面とは異なる部分で
接する第2反射層と、を有し、前記画像光は、前記第1回折光学素子で一部が回折されて
第1回折画像光となり、前記第1回折画像光は、少なくとも一部が前記第1導光体の内部
を導光し、前記第1反射層は、前記第1導光体の内部を導光する前記第1回折画像光の少
なくとも一部が照射する位置に設けられ、前記画像光は、前記第1回折光学素子で回折さ
れない光のうち、少なくとも一部が第3回折光学素子で回折されて第2回折画像光となり
、前記第2回折画像光は、少なくとも一部が前記第2導光体の前記第2光入射面から前記
第2導光体の内部に入射し、前記第2反射層は、前記第2導光体の内部に入射した前記第
2回折画像光の少なくとも一部が照射する位置に設けられ、前記第1回折光学素子の格子
周期及び前記第3回折光学素子の格子周期が異なる格子周期であり、前記第2回折光学素
子の格子周期及び前記第4回折光学素子の格子周期が異なる格子周期である。
この発明によれば、第1導光体と第2導光体とを積層し、各導光体に格子周期が異なる
回折光学素子を用いることにより、導光体毎に異なる波長を伝播させることが可能となり
、複数波長に対する回折効率を高めることができる。
のような画像表示装置は、液晶ディスプレイ等の画像形成部やコリメート光学系を備えて
もよく、ヘッドマウントディスプレイ等のように観察者の頭部に装着する形態に適合させ
ることができる。
装着する形態の画像表示装置においても、製造上の困難性を解消して製造コストの低廉化
を図りつつ、観察者の顔に対するフィッティング性を向上させるとともに、広い画角を得
ることができる光学デバイスを得ることができる。
面においては、各部の寸法の比率は実際のものとは適宜に異ならせてある。また、以下に
説明する実施形態では、本発明の光学デバイスを、観察者の頭部に装着する形態の画像表
示装置の一例であるヘッドマウントディスプレイに適用した場合を例に説明するが、かか
る実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、
本発明の技術的思想の範囲内に任意に変更可能である。
(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。
左右一対のテンプル101,102と、テンプル101,102に付加された一対の画像
形成装置111,112とを備える。ここで、図面上において、導光体20の左側と画像
形成装置111とを組み合わせた第1表示装置100Aは、右眼用の虚像を形成する部分
であり、単独でも画像表示装置として機能する。また、図面上において、導光体20で右
側と画像形成装置112とを組み合わせた第2表示装置100Bは、左眼用の虚像を形成
する部分であり、単独でも画像表示装置として機能する。
。図2は、本実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの内部構造及び導光体を模式的
に示す要部断面図である。図2に示すように、第1表示装置100Bは、画像形成部10
と、導光体20とを備える。
表示装置11は、本実施形態では、液晶表示デバイスであり、光源から赤、緑、青の3色
を含む光を発生させ、光源からの光を拡散させて矩形断面の光束にして、投射光学系12
に向けて出射する。一方、投射光学系12は、液晶ディスプレイ11上の各点から出射さ
れた画像光を平行状態の光束に変換して、導光体20に入射させるコリメートレンズであ
る。特に、本実施形態において、画像形成部10は、広い画角を得るために、パネルに対
して垂直な法線方向に対して傾斜されて配置されている。
れている。この導光体20は、光透過性の樹脂材料等により形成された板状の部材であり
、画像形成部10に対向配置された第1のパネル面201、及び第1のパネル面201と
対向する第2のパネル面202を有し、第1のパネル面201端部に形成された光入射面
20aを通じて画像光が入射され、第1のパネル面201及び第2のパネル面202によ
り、観察者の眼前に形成された光出射面20bへ導光する。
平面上に、画像形成部10からの画像光を取り込む光入射部である光入射面20aと、画
像光を観察者の眼EYに向けて出射させる光出射面20bとを有している。光入射面20
aには、入射光を入射位置に近い、テンプル102側の端面方向に回折させる第1回折光
学素子30aが設けられ、光出射面20bには、光出射面20bから外部に向けて出射さ
れた画像光を回折させて透過させ、虚像光として観察者の眼EYに投射する第2回折光学
素子が設けられている。すなわち、導光体20は、光入射面20aと光入射面20aに対
向する面との間の部分である入射部20xと、光出射面20bと光出射面20bに対向す
る面との間の部分である出射部20yと、入射部20xと出射部20yとの間の部分であ
る導光部20zとを備える。
積ホログラムが用いられており、第1回折光学素子30aと第2回折光学素子30bの格
子周期は同一となっている。また、第1回折光学素子30a及び第2回折光学素子30b
の格子パターンは正反対となっており、光入射面20aから導光体20内に入射された画
像光は、回折されて導光体20端面側(テンプル側)へ導光された後、反射層41で反射
されて、導光体20内を観察者の眼の方向へ導光される。そして、光出射面20b側にお
いて、導波路端部(観察者の鼻側)の反射層42において反射された後、光出射面20b
の第2回折光学素子30bで回折された後、眼EYに向けて出射される。すなわち、導光
体20の光入射面20a側(テンプル側)の内側面に反射層41を有し、光出射面20b
側(鼻側)に反射層42を有し、反射層41及び反射層42は対向配置されている。ここ
で、反射層41及び反射層42は、導光体20の内部に入射した回折画像光の少なくとも
一部が照射する位置に設けられており、導光体20の光入射面20bと異なる部分で接し
ている。さらに、反射層41は、導光体20の出射部20yよりも導光部20zと逆側の
部分にある面に接している。
面201,202を有しており、入射側の反射層41で反射された画像光をそれぞれ全反
射させて、観察者の眼前に導光する。詳述すると、反射層41で反射された画像光は、先
ず、第2のパネル面202に入射して全反射され、次いで、第1のパネル面201に入射
して全反射される。以下この動作が繰り返されることで、画像光は、導光体20の他端に
設けた反射層42に導かれる。なお、第1及び第2のパネル面201,202には反射コ
ートを施さず、両パネル面201,202に対して外界側から入射する外界光が、高い透
過率で導光体20を通過するようにしてもよい。これにより、導光体20を、外界像の透
視が可能なシースルータイプとすることができる。
出射面20bに向けて反射させ、第2回折光学素子30bを、所定角度に回折させつつ透
過させて、外部へ出射するようになっている。この第2光学回折素子から外部に出射され
た画像光は、虚像光として観察者の眼EYに入射する。当該虚像光が観察者の網膜におい
て結像することで、観察者は虚像による映像光等の画像光を認識することができる。
れる画像光が、反射層41で反射され、導光体20内において適切に全反射により伝播す
るために、第1回折光学素子30aによる回折角は臨界角以上になるように記録されてい
る。
次いで、回折光学素子に対する入射角度について説明する。本実施形態では、回折光学
素子として、体積ホログラムを用いているため、光束の入射角により回折効率は大きく変
化し、特定の入射角(ブラッグ角)時に回折効率は最大になる。したがって、回折効率を
向上させるため、図4に示すように、画像形成部10から出射される画像光の入射角度を
所定の角度に設定する。
せた場合のRGB各波長の入射角と回折効率の計算例を示す。図4(a)に示すように、
画像形成部10から出射される画像光の入射角度を光軸傾斜0°(垂直入射用に最適化さ
れた回折光学素子)とした場合には、回折効率の最大値が低く、所定値以上の回折効率の
分布範囲も狭いのに対し、図4(b)に示すように、画像形成部10から出射される画像
光の入射角度を光軸傾斜−20°(−20°傾斜した画像光入射用に最適化された回折光
学素子)とした場合には、回折効率の最大値が高く、所定値以上の回折効率の分布が広範
囲にわたっている。この結果、回折光学素子に対する入射角度を大きくし、光軸傾斜を採
った方が、広い入射角度範囲で高い回折効率が得られ、画角を拡げられることが分かる。
いて、光軸傾斜を大きくすることで、広い入射角度範囲で高い回折効率を得ることができ
、画角を広く設定することができる。そして、導光体20端面において反射させた画像光
を伝播させる回折光学素子、導光体20構成にすることにより、広い画角を得るために入
射画像光の光軸傾斜角を大きくした場合でも、観察者の顔へのフィッティング性を低下さ
せることなく、装着しやすく、使用しやすいヘッドマウントディスプレイ等の画像表示装
置を得ることが可能となる。
について、光軸傾斜角を大きく採った場合には、図6(a)に示すように、導光体20に
対する画像形成部10の角度、及び観察者の視線に対する画像形成部10の角度が拡大し
てしまい、画像形成部10と導光体20との位置関係が、観察者の顔の形状と一致せず、
ヘッドマウントディスプレイの形状が、顔とのフィッティングとは逆の方向になり、使用
時に違和感が生じることとなる。
うに、ヘッドマウントディスプレイの形状を、観察者の顔にフィットする方向に傾けられ
ることとなり、装置をコンパクトにできるとともに、装着しやすく、使用しやすい形状と
することができる。
次いで、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態では、入射される画像光
と、出射される画像光とが平行の光軸となるように設定することを要旨とする。図7(a
)は、第2実施形態に係る左眼用光学系の内部構造及び導光体を示す要部断面図であり、
同図(b)は、右眼用光学系の内部構造及び導光体を示す要部断面図である。
光学素子を用いた導光体20において、反射層42のみが、導光体20内における第2回
折光学素子30b側の導波路端部に配置され、出射側のみ導光体20の端面反射を行い、
もう一方は端面反射をさせない構成としている。なお、本実施形態においても、第1回折
光学素子30a及び第2回折光学素子30bとして透過型体積ホログラムを用いている。
そして、本実施形態では、第1回折光学素子30a及び第2回折光学素子30bの各体積
ホログラムの格子周期を等しくし、干渉縞の方向を入射側、出射側で同一方向とすること
により、入射、出射で平行の光軸となる構成としている。
た画像光を、第2回折光学素子30b側の導波路端部で反射させることで、導光体20か
らの出射直前で、導光体20内における導光方向とは逆方向に転換させることができ、光
入射面20aに対する入射光と、光出射面20bからの出射光とを平行にすることができ
、左右の導光体及び画像形成装置の位置関係と、観察者の顔の形状や両眼の位置とを、よ
り適正に一致させることができる。すなわち、図8(a)に示すように、投射光学系の大
きさによっては、観察者の顔に画像形成部10が接触して邪魔になる可能性があるが、本
実施形態によれば、同図(b)に示すように、観察者の顔に接触する方向から避けること
ができるため、顔へのフィッティング性がさらに増した外形とすることができる。
を等しくしたことから、入射側と出射側とによる2回の回折間における光の干渉や、光量
の損失を低減することができ、画像の明度が低下したり、部分的に色ムラが生じるのを防
ぐことができる。さらに、本実施形態では、第1回折光学素子30a及び第2回折光学素
子30bが体積ホログラムで形成され、各体積ホログラムの格子パターンが同一であるこ
とから、入射光及び出射光の光軸を平行とすることができるとともに、広い入射角度範囲
で高い回折効率を得ることができる。
次いで、本発明の第3実施形態について説明する。上述した第1実施形態及び第2実施
形態では、透過型の光学回折素子を用いたが、本実施形態では、反射型の光学回折素子を
用いることを要旨とする。図9は、第3実施形態に係るヘッドマウントディスプレイの内
部構造及び導光体を示す要部断面図である。
0aに対向する位置に設けられ、この第1回折光学素子31aによって光入射面20aか
ら入射された光を所定の方向へ回折させて導光体20内へ反射させるようにするとともに
、第2回折光学素子31bが、第2のパネル面202側の光出射面20bに対向する位置
に設けられ、この第2回折光学素子31bによって、導光体20内を導光された画像光を
、光出射面20bに向けて回折させつつ反射させ、光出射面20bから導光体20外へ出
射させる。
射層41は、本実施形態では、導光体20内における第1回折光学素子31a側の導波路
端部に配置されており、反射型の回折光学素子31a及び31bを用いた導光体20にお
いて、入射側のみ導光体20の端面反射を行い、もう一方では端面反射をさせない構成と
なっている。なお、この反射層としては、単一又は複数を設けることができ、上述した第
1実施形態のように、導光体20の両端に2つの反射層を設けるようにしてもよい。
して例えば、反射型体積ホログラムを用いる。そして、本実施形態においても、第1回折
光学素子31a及び第2回折光学素子31bの各体積ホログラムの格子周期を等しくし、
干渉縞の方向を入射側、出射側で同一方向とすることにより、入射、出射で平行の光軸と
なる構成としている。
31aで、導光体20内における導光方向とは逆方向に反射・回折させた直後に、さらに
、反射層41により導光方向へ転換させる。そして、第2回折光学素子31bで反射・回
折させて、光出射面20bから観察者の眼EYに向けて出射させる。これにより、光入射
面20aに対する入射光と、光出射面20bからの出射光とを平行にすることができ、左
右の導光体20及び画像形成部10の位置関係と、観察者の顔の形状や両眼の位置とを、
より適正に一致させることができる。すなわち、図8(a)に示すように、投射光学系の
大きさによっては、観察者の顔に画像形成部10が接触して邪魔になる可能性があるが、
本実施形態によれば、同図(b)に示すように、観察者の顔に接触する方向から避けるこ
とができるため、顔へのフィッティング性がさらに増した外形とすることができる。
を等しくしたことから、入射側と出射側とによる2回の回折間における光の干渉や、光量
の損失を低減することができ、画像の明度が低下したり、部分的に色ムラが生じるのを防
ぐことができる。さらに、本実施形態では、第1回折光学素子31a及び第2回折光学素
子31bが体積ホログラムで形成され、各体積ホログラムの格子パターンが同一であるこ
とから、入射光及び出射光の光軸を平行とすることができるとともに、広い入射角度範囲
で高い回折効率を得ることができる。
上述した第1実施形態〜第3実施形態では、回折光学素子として、体積ホログラムを用
いたが、本発明は、これに限定するものではなく、種々の回折光学素子を用いることがで
きる。以下に、他の回折光学素子を用いた変更例について説明する。
して、表面レリーフホログラムを用いてもよい。この場合には、表面レリーフホログラム
は、量産性に優れているため、製造コストを低減させることができる。
4bとして、表面レリーフホログラムの表面を傾斜させた傾斜表面レリーフホログラムを
用いてもよい。このように、表面レリーフホログラムを傾斜させることにより、傾斜させ
ない表面レリーフホログラムは±1、2次光の±両方対称に回折光が発生するが、傾斜さ
せることにより、+1次回折光をより強くすることができ導光体20への伝播効率向上、及
びノイズ光の低減に効果が得られる。なお、この場合には、第1回折光学素子34a及び
第2回折光学素子34bのうち少なくとも片方の格子が傾斜されていてもよい。
して、ブレーズ格子を用いてもよい。ブレーズ格子を用いることにより1次回折光効率を
高くすることが可能であるため導光体20への伝播効率向上、及びノイズ光の低減に効果
が得られる。なお、この場合についても、第1回折光学素子35a及び第2回折光学素子
35bのうち少なくとも片方の格子がブレーズ格子であってもよい。
上述した第1実施形態〜第3実施形態では、単一層の導光体を用いるとともに、入射側
及び出射側にそれぞれ1つの回折光学素子を用いたが、本発明は、これに限定するもので
なく、画像光の波長に対応した回折光学素子を複数用いてもよい。すなわち、上述した各
実施形態において、導光体20を、各パネル面201,202が平行となるように積層し
、積層型導光体200を形成するとともに、各導光体20,20が備える第1回折光学素
子36a,37a…、及び第2回折光学素子36b,37b…の格子周期が、各導光体毎
に異なるようにする。
異なる回折光学素子を用いることにより、導光体毎に異なる波長を伝播させることが可能
となり、複数波長に対する回折効率を高めることができる。
射側にのみ反射層42を設けた構成を用いたが、本発明は、これに限定するものではなく
、上述した第1実施形態及び第3実施形態の構成において、複数の導光体20を積層させ
ることも可能である。
また、上述した実施形態からは、以下の発明が把握される。画像形成部で表示された画
像光を導いて観察者側に結像させる光学デバイスであって、前記画像形成部に対向配置さ
れた第1のパネル面、及び前記第1のパネル面と対向する第2のパネル面を有し、前記第
1のパネル面端部に形成された光入射面を通じて前記画像光が入射され、前記第1のパネ
ル面及び前記第2のパネル面により、前記観察者の眼前に形成された光出射面へ導光する
導光体と、前記光入射面に設けられ、前記光入射面に入射される前記画像光を所定の方向
へ回折させて前記導光体内へ透過させる第1回折光学素子と、前記光出射面に設けられ、
前記光出射面から出射される前記画像光を所定の方向へ回折させて前記観察者の眼前に透
過させる第2回折光学素子と、前記第1回折光学素子により回折された前記画像光の導光
体中に配置される単一又は複数の反射層とを備えることを特徴とする光学デバイス。
画像形成部で表示された画像光を導いて観察者側に結像させる光学デバイスであって、
前記画像形成部に対向配置された第1のパネル面、及び前記第1のパネル面と対向する
第2のパネル面を有し、前記第1のパネル面端部に形成された光入射面を通じて前記画像
光が入射され、前記第1のパネル面及び前記第2のパネル面により、前記観察者の眼前に
形成された光出射面へ導光する導光板と、前記第2のパネル面側の前記光入射面に対向す
る位置に設けられ、前記光入射面から入射された光を所定の方向へ回折させて前記導光板
内へ反射させる第1回折光学素子と、前記第2のパネル面側の前記光出射面に対向する位
置に設けられ、前記導光板内を導光された画像光を、所定の方向へ回折させて前記光出射
面へ向けて反射させる第2回折光学素子と、前記第1回折光学素子により回折された前記
画像光の導波路中に配置される単一又は複数の反射層とを備えることを特徴とする光学デ
バイス。
光入射面、20b…光出射面、30a,31a,33a,34a,35a,36a,37
a…第1回折光学素子、30b,31b,33b,34b,35b,36b,37b…第
2回折光学素子、41,42…反射層、100…ヘッドマウントディスプレイ、100A
…第1表示装置、100B…第2表示装置、101,102…テンプル、111,112
…画像形成装置、200…積層型導光体、201…第1のパネル面、202…第2のパネ
ル面 。
Claims (14)
- 画像光を発する画像形成部と、
光入射面と光出射面とを備える導光体と、
前記導光体の前記光入射面と前記画像形成部との間に位置する第1回折光学素子と、
前記導光体の前記光入射面と異なる部分で接する反射層と、を有し、
前記導光体は、
前記光入射面と前記光入射面に対向する面との間の部分である入射部と、
前記光出射面と前記光出射面に対向する面との間の部分である出射部と、
前記入射部と前記出射部との間の部分である導光部と、を備え、
前記画像光は、前記第1回折光学素子で少なくとも一部が回折されて回折画像光となり、
前記回折画像光は、少なくとも一部が前記導光体の前記光入射面から前記導光体の内部に入射し、
前記反射層は、前記導光体の内部に入射した前記回折画像光の少なくとも一部が照射し、かつ、前記導光体の前記入射部、前記出射部及び前記導光部とは異なる部分にある面に接する位置に設けられ、
前記反射層は、前記導光体の前記出射部よりも前記導光部と逆側の部分にある面に接していることを特徴とする光学デバイス。 - 画像光を発する画像形成部と、
光入射面と光出射面とを備える導光体と、
前記導光体の前記光入射面と前記画像形成部との間に位置する第1回折光学素子と、
前記導光体の前記光入射面と異なる部分で接する反射層と、を有し、
前記導光体は、
前記光入射面と前記光入射面に対向する面との間の部分である入射部と、
前記光出射面と前記光出射面に対向する面との間の部分である出射部と、
前記入射部と前記出射部との間の部分である導光部と、を備え、
前記画像光は、前記第1回折光学素子で少なくとも一部が回折されて回折画像光となり、
前記回折画像光は、少なくとも一部が前記導光体の前記光入射面から前記導光体の内部に入射し、
前記反射層は、前記導光体の内部に入射した前記回折画像光の少なくとも一部が照射し、かつ、前記導光体の前記入射部、前記出射部及び前記導光部とは異なる部分にある面に接する位置に設けられ、
前記反射層は、前記導光体の前記入射部よりも前記導光部と逆側の部分にある面に接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、
さらに、前記導光体の前記光出射面に接する第2回折光学素子と、を有し、
前記反射層は、前記導光体の前記光出射面と異なる部分で接していることを特徴とする光学デバイス。 - 画像光を発する画像形成部と、
光入射面と光出射面とを備える導光体と、
前記導光体の前記光入射面に対向する面に接する第1回折光学素子と、
前記導光体の前記光入射面と異なる部分で接する反射層と、を有し、
前記導光体は、
前記光入射面と前記光入射面に対向する面との間の部分である入射部と、
前記光出射面と前記光出射面に対向する面との間の部分である出射部と、
前記入射部と前記出射部との間の部分である導光部と、を備え、
前記画像光は、少なくとも一部が前記導光体の前記光入射面から入射光として前記導光体の内部に入射し、
前記入射光は、前記第1回折光学素子で少なくとも一部が回折されて回折画像光となり、
前記反射層は、前記回折画像光の少なくとも一部が照射し、かつ、前記導光体の前記入射部、前記出射部及び前記導光部とは異なる部分にある面に接する位置に設けられ、
前記反射層は、前記導光体の前記入射部よりも前記導光部と逆側の部分にある面に接していることを特徴とする光学デバイス。 - 画像光を発する画像形成部と、
光入射面と光出射面とを備える導光体と、
前記導光体の前記光入射面に対向する面に接する第1回折光学素子と、
前記導光体の前記光入射面と異なる部分で接する反射層と、を有し、
前記導光体は、
前記光入射面と前記光入射面に対向する面との間の部分である入射部と、
前記光出射面と前記光出射面に対向する面との間の部分である出射部と、
前記入射部と前記出射部との間の部分である導光部と、を備え、
前記画像光は、少なくとも一部が前記導光体の前記光入射面から入射光として前記導光体の内部に入射し、
前記入射光は、前記第1回折光学素子で少なくとも一部が回折されて回折画像光となり、
前記反射層は、前記回折画像光の少なくとも一部が照射し、かつ、前記導光体の前記入射部、前記出射部及び前記導光部とは異なる部分にある面に接する位置に設けられ、
前記反射層は、前記導光体の前記出射部よりも前記導光部と逆側の部分にある面に接していることを特徴とする光学デバイス。 - 請求項4又は5に記載の光学デバイスにおいて、
さらに、前記導光体の前記光出射面に対向する面に接する第2回折光学素子と、を有し、
前記反射層は、前記導光体の前記光出射面と異なる部分で接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の何れか一項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、体積ホログラムであることを特徴とする光学デバイス。 - 請求項1乃至6の何れか一項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、表面に凹凸を備えた表面レリーフ型のホログラムであることを特徴とする光学デバイス。 - 請求項1乃至6の何れか一項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、表面に対して傾斜した凹凸を備えた傾斜表面レリーフ型のホログラムであることを特徴とする光学デバイス。 - 請求項1乃至6の何れか一項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、表面にブレーズ格子を備えた回折素子であることを特徴とする光学デバイス。 - 請求項3又は6に記載の光学デバイスにおいて、
前記第1回折光学素子の格子周期及び前記第2回折光学素子の格子周期は、同一の格子周期であることを特徴とする光学デバイス。 - 画像光を発する画像形成部と、
第1光入射面と第1光出射面とを備える第1導光体と、
前記第1導光体の前記第1光入射面と前記画像形成部との間に位置する第1回折光学素子と、
前記第1導光体の前記第1光出射面に接する第2回折光学素子と、
前記第1導光体の前記第1光入射面及び前記第1光出射面とは異なる部分で接する第1反射層と、
第2光入射面と第2光出射面とを備える第2導光体と、
前記第2導光体の前記第2光入射面と前記第1導光体との間に位置する第3回折光学素子と、
前記第2導光体の前記第2光出射面と前記第1導光体との間に位置する第4回折光学素子と、
前記第2導光体の前記第2光入射面及び前記第2光出射面とは異なる部分で接する第2反射層と、を有し、
前記第1導光体は、
前記第1光入射面と前記第1光入射面に対向する面との間の部分である第1入射部と、
前記第1光出射面と前記第1光出射面に対向する面との間の部分である第1出射部と、
前記第1入射部と前記第1出射部との間の部分である第1導光部と、を備え、
前記第2導光体は、
前記第2光入射面と前記第2光入射面に対向する面との間の部分である第2入射部と、
前記第2光出射面と前記第2光出射面に対向する面との間の部分である第2出射部と、
前記第2入射部と前記第2出射部との間の部分である第2導光部と、を備え、
前記画像光は、前記第1回折光学素子で一部が回折されて第1回折画像光となり、
前記第1回折画像光は、少なくとも一部が前記第1導光体の内部を導光し、
前記第1反射層は、前記第1導光体の内部を導光する前記第1回折画像光の少なくとも一部が照射し、かつ、前記第1導光体の前記第1入射部、前記第1出射部及び前記第1導光部とは異なる部分にある面に接する位置に設けられ、
前記画像光は、前記第1回折光学素子で回折されない光のうち、少なくとも一部が第3回折光学素子で回折されて第2回折画像光となり、
前記第2回折画像光は、少なくとも一部が前記第2導光体の前記第2光入射面から前記第2導光体の内部に入射し、
前記第2反射層は、前記第2導光体の内部に入射した前記第2回折画像光の少なくとも一部が照射し、かつ、前記第2導光体の前記第2入射部、前記第2出射部及び前記第2導光部とは異なる部分にある面に接する位置に設けられ、
前記第1回折光学素子の格子周期及び前記第3回折光学素子の格子周期が異なる格子周期であり、
前記第2回折光学素子の格子周期及び前記第4回折光学素子の格子周期が異なる格子周期であり、
前記第1反射層は、前記第1導光体の前記第1出射部よりも前記第1導光部と逆側の部分にある面に接していることを特徴とする光学デバイス。 - 画像光を発する画像形成部と、
第1光入射面と第1光出射面とを備える第1導光体と、
前記第1導光体の前記第1光入射面と前記画像形成部との間に位置する第1回折光学素子と、
前記第1導光体の前記第1光出射面に接する第2回折光学素子と、
前記第1導光体の前記第1光入射面及び前記第1光出射面とは異なる部分で接する第1反射層と、
第2光入射面と第2光出射面とを備える第2導光体と、
前記第2導光体の前記第2光入射面と前記第1導光体との間に位置する第3回折光学素子と、
前記第2導光体の前記第2光出射面と前記第1導光体との間に位置する第4回折光学素子と、
前記第2導光体の前記第2光入射面及び前記第2光出射面とは異なる部分で接する第2反射層と、を有し、
前記第1導光体は、
前記第1光入射面と前記第1光入射面に対向する面との間の部分である第1入射部と、
前記第1光出射面と前記第1光出射面に対向する面との間の部分である第1出射部と、
前記第1入射部と前記第1出射部との間の部分である第1導光部と、を備え、
前記第2導光体は、
前記第2光入射面と前記第2光入射面に対向する面との間の部分である第2入射部と、
前記第2光出射面と前記第2光出射面に対向する面との間の部分である第2出射部と、
前記第2入射部と前記第2出射部との間の部分である第2導光部と、を備え、
前記画像光は、前記第1回折光学素子で一部が回折されて第1回折画像光となり、
前記第1回折画像光は、少なくとも一部が前記第1導光体の内部を導光し、
前記第1反射層は、前記第1導光体の内部を導光する前記第1回折画像光の少なくとも一部が照射し、かつ、前記第1導光体の前記第1入射部、前記第1出射部及び前記第1導光部とは異なる部分にある面に接する位置に設けられ、
前記画像光は、前記第1回折光学素子で回折されない光のうち、少なくとも一部が第3回折光学素子で回折されて第2回折画像光となり、
前記第2回折画像光は、少なくとも一部が前記第2導光体の前記第2光入射面から前記第2導光体の内部に入射し、
前記第2反射層は、前記第2導光体の内部に入射した前記第2回折画像光の少なくとも一部が照射し、かつ、前記第2導光体の前記第2入射部、前記第2出射部及び前記第2導光部とは異なる部分にある面に接する位置に設けられ、
前記第1回折光学素子の格子周期及び前記第3回折光学素子の格子周期が異なる格子周期であり、
前記第2回折光学素子の格子周期及び前記第4回折光学素子の格子周期が異なる格子周期であり、
前記第1反射層は、前記第1導光体の前記第1入射部よりも前記第1導光部と逆側の部分にある面に接していることを特徴とする光学デバイス。 - 請求項1乃至13に記載の光学デバイスを備えたことを特徴とする画像表示装置。
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