JP6958106B2 - 偏向装置、表示装置および偏向装置の製造方法 - Google Patents
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Description
(表示装置の構成)
図1は、本発明の実施形態1に係る表示装置100の外観の一態様を示す説明図である。図1において、本実施形態の表示装置100は、頭部装着型の表示装置として構成されている。表示装置100は、右眼用画像光投射装置50aと、右眼用画像光投射装置50aから投射された画像光を偏向して観察者の右眼Eaに入射させる右眼用ホログラム素子30aと、左眼用画像光投射装置50bと、左眼用画像光投射装置50bから投射された画像光を偏向して観察者Mの左眼Ebに入射させる左眼用ホログラム素子30bとを有している。
図2は、図1に示す表示装置100の光学系の一態様を示す説明図である。図1に示す表示装置100において、右眼用画像光投射装置50aから右眼Eaに到る右眼用光学系1aと、左眼用画像光投射装置50bから左眼Ebに到る左眼用光学系1bは基本的な構成が同一である。このため、図2には、左眼用光学系1bのみを示し、右眼用光学系1aの説明を省略する。また、図2では、画像光の中央と両端の画角の光線を記載している。また、補正用回折素子31以降の光線は、図の簡略化の為に各画角の中心光線のみを記載し、他の光線を省略してある。
上述した左眼用偏向装置10bは、右眼用偏向装置10aと左右対称に構成されており、基本的な構成は同一である。従って、以下の説明では、左眼用偏向装置10b、左眼用ホルダー部61b、左眼用偏向装置10b、左眼用支持基板20b、および左眼用ホログラム素子30bについては、左眼用および右眼用にかかわらず、偏向装置10、ホルダー部61、支持基板20、およびホログラム素子30として説明する。また、以下の説明では、第1方向にX1を付し、第2方向にY1を付し、支持基板20の板厚方向にZ1を付して説明する。また、第1方向X1の一方側にX1aを付し、他方側にX1bを付し、第2方向Y1の一方側にY1aを付し、第2方向Y1の他方側にY1bを付し、板厚方向Z1の一方側にZ1aを付し、板厚方向Z1の他方側にZ1bを付して説明する。本実施形態において、第1方向X1は図1におけるX方向(左右方向、横方向)に相当し、第2方向Y1は図1におけるY方向(上下方向)に相当し、第3方向Z1は図1におけるZ方向(前後方向)に相当する。第3方向Z1において、一方側Z1aは観察者の眼とは反対側に相当し、他方側Z1bは観察者の眼の側に位置する。
図5は、図3に示す偏向装置10に用いたホログラム素子30の説明図である。図6は、球面波対応のホログラム素子30の説明図である。
図7は、本発明の実施形態2に係る偏向装置10の横断面図である。本実施形態および後述する実施形態の基本的な構成は、実施形態1と同様であるので、対応する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
図8は、本発明の実施形態3に係る偏向装置10の横断面図である。実施形態1、2では、支持基板20の第1方向X1の全体が湾曲部21であった。これに対して、本実施形態では、図8に示すように、支持基板20は、湾曲部21に対して第1屈曲部281を介して第1方向X1の一方側X1aで連接する第1平板部291を有している。また、支持基板20は、湾曲部21に対して第2屈曲部282を介して第1方向X1の他方側X1bで連接する第2平板部292を備えている。
図9は、本発明の実施形態4に係る偏向装置10の横断面図である。実施形態3では、ホルダー部61の第1固定部611および第2固定部612が支持基板20の板厚方向Z1の他方側Z1bの面のみを支持していた。これに対して、本実施形態では、図9に示すように、第1固定部611は、支持基板20の第1方向X1の一方側X1aの側面である第1側面26に重なるように屈曲して第1側面26が接着等の方法で固定されている。また、第2固定部612は、支持基板20の第1方向X1の他方側X1bの側面である第2側面27に重なるように屈曲して第2側面27が接着剤等の方法で固定されている。その他の構成は実施形態1と同様である。
図10は、本発明の実施形態5に係る偏向装置10の横断面図である。実施形態1等では、ホログラム素子30に対して支持基板20とは反対側が開放状態にあった。これに対して、本実施形態では、図10に示すように、ホログラム素子30に対して支持基板20とは反対側には、支持基板20の湾曲部21に対して板厚方向Z1で重なる領域に透光性の支持フィルム41が積層されている。支持フィルム41は、ホログラム素子30と同一のサイズを有している。支持フィルム41は、支持基板20と同様、ポリメチルメタクリレート樹脂(PMMA)、ポリカーボネート樹脂(PC)、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)、ポリアミド樹脂(PA)等のフィルムである。支持フィルム20は、厚さが50μmから3000μmであり、熱膨張係数および弾性率は、支持基板20と同等である。その他の構成は実施形態1と同様である。
図11は、本発明の実施形態6に係る偏向装置10の横断面図である。本実施形態では、図11に示すように、実施形態5と同様、ホログラム素子30に対して支持基板20とは反対側には、支持基板20の湾曲部21に対して板厚方向Z1で重なる領域に透光異性の支持フィルム41が積層されている。本形態では、さらに、支持フィルム41に対してホログラム素子30とは反対側に支持基板20の湾曲部21に対して板厚方向Z1で重なる領域に透光性のカバー基板42が積層されている。カバー基板42は、ホログラム素子30より大きく、支持基板20においてホログラム素子30が保持されている部分と同一のサイズを有している。カバー基板42は、支持基板20と同様、ポリメチルメタクリレート樹脂(PMMA)、ポリカーボネート樹脂(PC)、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)、ポリアミド樹脂(PA)等の基板である。カバー基板45は、支持基板20と同様、ポリメチルメタクリレート樹脂(PMMA)、ポリカーボネート樹脂(PC)、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)、ポリアミド樹脂(PA)等のプラスチック製であり、厚さが500μmから5000μmである。カバー基板45は、熱膨張係数および弾性率は、支持基板20と同等である。その他の構成は実施形態1と同様である。なお、本実施形態のカバー基板45を用いた態様は、実施形態1に限らず、実施形態2〜4に適用してもよい。
図12は、本発明の実施形態7に係る偏向装置10の正面図である。実施形態1等では、支持基板20およびホログラム素子30の第2方向Y1の幅が第1方向X1のいずれの位置でも等しかった。これに対して、本実施形態では、図12に示すように、板厚方向Z1からみたとき、支持基板20の湾曲部21、およびホログラム素子30は、第1方向Z1の中央部分における第2方向Y1の幅が、第1方向X1の一方側Z1aの第2方向Y1の幅、および第1方向X1の他方側X1bの第2方向Y1の幅より広い。このため、ホルダー部61の第1連結部613および第2連結部614は、第1方向X1に沿って第2方向Y1に向けて外側に湾曲している。その他の構成は実施形態1と同様である。なお、本実施形態の支持基板20の湾曲部21、およびホログラム素子30の形状に関する態様は、実施形態1に限らず、実施形態2〜7に適用してもよい。
図13は、本発明の実施形態8に係る偏向装置10の斜視図である。図14は、図13に示す偏向装置10の縦断面図である。実施形態1〜5等では、支持基板20が第1方向X1の両側のみでホルダー部61に固定されていた。これに対して、本実施形態では、図13および図14に示すように、ホルダー部61では、第1連結部613によって、支持基板20の第2方向Y1の一方側Y1aの端部を保持する第3固定部618が構成されている。さらに、ホルダー部61では、第2連結部614によって、支持基板20の第2方向Y1の他方側Y1bの端部を保持する第4固定部619が構成されている。ここで、支持基板20の湾曲部21は、第1方向X1および第2方向Y1に沿って湾曲し、ホログラム素子30は、湾曲部21に向けて入射した光を第1方向X1および第2方向Y1で偏向する。
図15は、本発明の実施形態9に係る表示装置100の外観の一態様を示す説明図である。実施形態1〜7では、右眼用画像光投射装置50a、および左眼用画像光投射装置50bが各々、フレーム60の右側のテンプル62a、および左側のテンプル62bが設けられていた。これに対して、本実施形態では、図15に示すように、右眼用画像光投射装置50a、および左眼用画像光投射装置50bが各々、フレーム60の右眼用ホルダー部61a、および左眼用ホルダー部61bの上側に設けられている。かかる構成においても、支持基板20およびホログラム素子30は、第1方向X1の寸法が第2方向Y1の寸法より大である。
図16は、本発明の実施形態10に係る表示装置100の外観の一態様を示す説明図である。図17は、図16に示す表示装置100に用いた偏向装置10の縦断面図である。実施形態1〜8では、第1方向X1が図1におけるX方向(左右方向)であり、第2方向Y1が図1におけるY方向(上下方向)であり、第3方向Z1が図1におけるZ方向(前後方向)であった。これに対して、本実施形態では、図16および図17に示すように、第1方向Y2が図1におけるY方向(上下方向)であり、第2方向X2が図1におけるX方向(左右方向)であり、板厚方向Z2が図1におけるZ方向(前後方向)である。従って、右眼用画像光投射装置50a、および左眼用画像光投射装置50bは各々、フレーム60の右眼用ホルダー部61a、および左眼用ホルダー部61bの上側に設けられている。かかる構成においては、支持基板20およびホログラム素子30は、第2方向X2の寸法が第1方向Y2の寸法より大である。
実施形態9、10に示すように、右眼用画像光投射装置50a、および左眼用画像光投射装置50bが各々、フレーム60の右眼用ホルダー部61a、および左眼用ホルダー部61bの上側に設けられて場合に、実施形態8を参照して説明した態様を採用してもよい。例えば、図15に示す態様において、第1固定部611および第2固定部612が各々、支持基板20の湾曲部21の第1被支持部216、および第2被支持部217に板厚方向Z1で重なって、第1被支持部216、および第2被支持部217と固定されている。さらに、第1連結部613からなる第3固定部、および第2連結部614からなる第4固定部は、支持基板20の湾曲部21の第2方向Y1の両端部にある第3被支持部、および第4被支持部に板厚方向Z1で重なって、第3被支持部、および第4被支持部と固定されている。
上記実施の形態では、表示装置100が頭部装着型であるため、偏向装置10では、ホログラム素子30が入射した光をX方向およびY方向に偏向したが、他の表示装置に偏向装置10が用いられる場合、ホログラム素子30が、入射した光を一方方向(第1方向)のみに偏向する場合に本発明を適用してもよい。また、上記実施の形態では、表示装置100が頭部装着型であるため、偏向装置10では、ホログラム素子30がX方向およびY方向に沿って湾曲していたが、ホログラム素子30が、X方向およびY方向のうちの一方方向(第1方向)のみに沿って湾曲している場合に本発明を適用してもよい。上記実施の形態では、画像光投射装置が光源部と走査光学系とを備えた構成を例示したが、画像光投射装置が液晶パネルや有機エレクトロルミネッセンス表示パネル等を備えている場合に本発明を適用してもよい。
Claims (17)
- 板厚方向に交差する第1方向に沿って湾曲して前記板厚方向の一方側に凸曲面を向けた湾曲部を有する支持基板と、
前記湾曲部の前記板厚方向の一方面または他方面に積層され、前記湾曲部に向けて入射した光を偏向して出射するホログラム素子と、
前記支持基板を支持するホルダー部と、
を有し、
前記ホルダー部は、前記湾曲部における前記第1方向の一方側の部分である第1被支持部に前記板厚方向で重なって前記第1被支持部と固定された第1固定部と、前記湾曲部における前記第1方向の他方側の部分である第2被支持部に前記板厚方向で重なって前記第2被支持部と固定された第2固定部と、を有し、
前記支持基板は、前記湾曲部に対して第1屈曲部を介して前記第1方向の一方側で連接する第1平板部を備え、
前記第1固定部は、前記第1被支持部および前記第1平板部に前記厚さ方向で重なって前記第1被支持部および前記第1平板部と固定されていることを特徴とする偏向装置。 - 請求項1に記載の偏向装置において、
前記ホルダー部は、前記支持基板より熱膨張係数が小さいことを特徴とする偏向装置。 - 請求項1または2に記載の偏向装置において、
前記ホルダー部は、前記支持基板より弾性率が大きいことを特徴とする偏向装置。 - 請求項1から3までの何れか一項に記載の偏向装置において、
前記第1固定部は、前記支持基板の前記第1方向の一方側の側面である第1側面に重なるように屈曲して前記第1側面と固定され、
前記第2固定部は、前記支持基板の前記第1方向の他方側の側面である第2側面に重なるように屈曲して前記第2側面と固定されていることを特徴とする偏向装置。 - 請求項1から4までの何れか一項に記載の偏向装置において、
前記支持基板は、前記第1方向の全体が前記湾曲部になっていることを特徴とする偏向装置。 - 請求項1から5までの何れか一項に記載の偏向装置において、
前記支持基板は、前記湾曲部に対して第2屈曲部を介して前記第1方向の他方側で連接する第2平板部を備え、
前記第2固定部は、前記第2被支持部および前記第2平板部に前記厚さ方向で重なって前記第2被支持部および前記第2平板部と固定されていることを特徴とする偏向装置。 - 請求項1から6までの何れか一項に記載の偏向装置において、
前記板厚方向からみたとき、前記湾曲部は、前記第1方向の中央部分における前記第1方向と交差する第2方向の幅が、前記第1方向の一方側の前記第2方向の幅、および前記第1方向の他方側の前記第2方向の幅より広いことを特徴とする偏向装置。 - 請求項1から7までの何れか一項に記載の偏向装置において、
前記ホログラム素子の前記支持基板とは反対側の面には、前記板厚方向において前記湾曲部と重なる領域に支持フィルムが積層されていることを特徴とする偏向装置。 - 請求項8に記載の偏向装置において、
前記支持フィルムの前記ホログラム素子とは反対側の面には、前記板厚方向において前記湾曲部と重なる領域にカバー基板が積層されていることを特徴とする偏向装置。 - 請求項1から9までの何れか一項に記載の偏向装置において、
前記湾曲部は、前記第1方向と交差する第2方向に沿って湾曲していることを特徴とする偏向装置。 - 請求項10に記載の偏向装置において、
前記ホログラム素子は、前記湾曲部に向けて入射した光を前記第1方向および前記第2方向で偏向することを特徴とする偏向装置。 - 請求項1から9までの何れか一項に記載の偏向装置において、
前記湾曲部は、前記第1方向と交差する第2方向に沿って湾曲し、
前記ホログラム素子は、前記湾曲部に向けて入射した光を前記第1方向および前記第2方向で偏向し、
前記ホルダー部は、前記支持基板の前記第1方向および前記板厚方向と交差する第2方向の一方側の端部を保持する第3固定部と、前記支持基板の前記第2方向の他方側の端部を保持する第4固定部と、を備え、
前記第3固定部は、前記湾曲部における前記第2方向の一方側の部分である第3被支持部に前記板厚方向で重なって前記第3被支持部と固定され、
前記第4固定部は、前記湾曲部における前記第2方向の一方側の部分である第4被支持部に前記板厚方向で重なって前記第4被支持部と固定されていることを特徴とする偏向装置。 - 請求項1から12までの何れか一項に記載の偏向装置を備えた表示装置であって、
前記板厚方向の他方側から前記湾曲部に向けて前記第1方向の一方側から画像光を投射する画像光投射装置を有していることを特徴とする表示装置。 - 請求項13に記載の偏向装置を備えた表示装置であって、
前記支持基板を保持し、前記ホログラム素子を観察者の眼前に配置するように観察者の頭部に装着されるフレームを有し、
前記ホルダー部は、前記フレームの一部であることを特徴とする表示装置。 - 請求項14に記載の表示装置において、
前記第1方向は、左右方向であり、
前記板厚方向は、前後方向であることを特徴とする表示装置。 - 請求項14に記載の表示装置において、
前記第1方向は、上下方向であり、
前記板厚方向は、前後方向であることを特徴とする表示装置。 - 板厚方向に交差する第1方向に沿って湾曲して前記板厚方向の一方側に凸曲面を向けた湾曲部を有する支持基板と、前記湾曲部の前記板厚方向の一方面または他方面に積層され、前記湾曲部に向けて入射した光を偏向して出射するホログラム素子と、前記支持基板を支持するホルダー部と、を有し、前記ホルダー部は、前記湾曲部における前記第1方向の一方側の部分である第1被支持部に前記板厚方向で重なって前記第1被支持部と固定された第1固定部と、前記湾曲部における前記第1方向の他方側の部分である第2被支持部に前記板厚方向で重なって前記第2被支持部と固定された第2固定部と、を有している偏向装置の製造方法であって、
前記ホログラム素子を形成するためのホログラム材料層を前記支持基板に形成した後、前記支持基板を前記ホルダー部に固定し、
この状態で前記ホログラム材料層に対して物体光および参照光を照射する干渉露光工程を行うことを特徴とする偏向装置の製造方法。
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