KR20150112852A - 허상 표시 장치 및 헤드 마운트 디스플레이 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는, 구조가 간단하고, 영상광을 확대할 수 있는 허상 표시 장치, 및 이러한 허상 표시 장치를 구비하고, 관찰자가 시인하기 쉬운 헤드 마운트 디스플레이를 제공하는 데 있다.
허상 표시 장치(1)는, 영상 신호에 기초하여 변조되어 영상광을 생성하는 화상 생성부(3)와, 화상 생성부(3)로부터 사출된 영상광이 입사하는 입사면(56)과, 입사면(56)에 입사한 영상광의 단면적이 확대된 영상광을 사출하는 사출면(57)을 갖는 광학 소자(5)를 포함하고, 광학 소자(5)는, 입사면(56)과 사출면(57)을 접속하여, 화상 생성부(3)로부터 사출된 영상광을 도광하는 제1 도광부(51) 및 제2 도광부(52)와, 제1 도광부(51)와 제2 도광부(52)의 사이에 설치되고, 화상 생성부(3)로부터 사출된 영상광의 일부를 반사시키고, 영상광의 일부를 투과시키는 제1 광 분기층(54)을 갖고, 화상 생성부(3)로부터 사출된 영상광은, 제1 광 분기층(54)에 대하여 경사 입사하는 것을 특징으로 한다.

Description

허상 표시 장치 및 헤드 마운트 디스플레이{VIRTUAL IMAGE DISPLAY DEVICE AND HEAD-MOUNTED DISPLAY}

본 발명은, 허상 표시 장치 및 헤드 마운트 디스플레이에 관한 것이다.

최근 들어, 예를 들어 헤드 마운트 디스플레이(HMD)와 같이, 허상의 형성 및 관찰을 가능하게 하는 허상 표시 장치로서, 도광판에 의해 표시 소자로부터의 영상광을 관찰자의 눈동자로 유도하는 타입의 것이 다양하게 제안되고 있다.

이와 같은 허상 표시 장치로서, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 헤드 마운트 디스플레이가 알려져 있다.

특허문헌 1에 기재된 헤드 마운트 디스플레이는, 동공에 입사하는 영상광을 사람의 눈의 움직임에 맞춰서 움직이게 하는 구성으로 함으로써, 관찰자가 시인하기 쉬운 헤드 마운트 디스플레이로 하고 있다. 그러나, 이러한 헤드 마운트 디스플레이는, 사람의 눈의 움직임에 동공에 입사하는 영상광을 맞추기 위해서, 눈동자 위치의 검출 수단이나, 사출 눈동자의 위치를 바꾸기 위한 구성(접안 렌즈, 화상 광 사출 유닛의 위치 변경 수단이나 제어부) 등이 필요하여, 구조가 복잡화한다는 문제가 있었다.

일본 특허공개 제2011-75956호

본 발명의 목적은, 구조가 간단하며, 영상광을 확대할 수 있는 허상 표시 장치, 및 이러한 허상 표시 장치를 구비하고, 관찰자가 시인하기 쉬운 헤드 마운트 디스플레이를 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적은, 다음의 본 발명에 의해 달성된다.

본 발명의 허상 표시 장치는, 영상 신호에 기초하여 변조되어 영상광을 생성하는 화상 생성부와,

상기 화상 생성부로부터 사출된 상기 영상광이 입사하는 입사면과, 상기 입사면에 입사한 상기 영상광의 단면적이 확대된 상기 영상광을 사출하는 사출면을 갖는 광학 소자를 포함하고,

상기 광학 소자는, 상기 입사면과 상기 사출면을 접속하여, 상기 화상 생성부로부터 사출된 상기 영상광을 도광하는 제1 도광부 및 제2 도광부와,

상기 제1 도광부와 상기 제2 도광부의 사이에 설치되고, 상기 화상 생성부로부터 사출된 상기 영상광의 일부를 반사시키고, 상기 영상광의 일부를 투과시키는 제1 광 분기층을 갖고,

상기 화상 생성부로부터 사출된 상기 영상광은, 상기 제1 광 분기층에 대하여 경사 입사하는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 구조가 간단하며, 화상 생성부에 의해 생성된 영상광을 확대할 수 있는 허상 표시 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 허상 표시 장치에서는, 상기 광학 소자는, 상기 제1 도광부와, 상기 제2 도광부가 제1 방향을 따라서 1차원으로 배열되어 있는 제1 1차원 어레이를 갖고 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 화상 생성부에서 생성된 영상광을 광학 소자 내에서 다중 반사시킬 수 있고, 따라서, 상기 영상광을 보다 확대할 수 있다.

본 발명의 허상 표시 장치에서는, 상기 광학 소자는, 상기 제1 도광부와, 상기 제2 도광부가, 상기 제1 방향과 서로 다른 제2 방향을 따라서 1차원으로 배열되어 있는 제2 1차원 어레이를 갖고 있으며,

상기 제2 1차원 어레이는, 한쪽의 상기 제1 1차원 어레이의 사출면으로부터 사출된 상기 영상광이, 상기 제2 1차원 어레이의 입사면에 입사하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 화상 생성부에서 생성된 영상광을 제1 방향 및 제2 방향으로 확대할 수 있다.

본 발명의 허상 표시 장치에서는, 상기 제1 1차원 어레이의 사출면과, 상기 제2 1차원 어레이의 입사면은, 접속되어 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 광 이용 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

본 발명의 허상 표시 장치에서는, 상기 광학 소자는,

상기 입사면과 상기 사출면을 접속하고, 상기 영상광을 도광하는 제3 도광부와,

상기 제1 도광부와 상기 제3 도광부의 사이에 설치되고, 상기 영상광의 일부를 반사시키고, 상기 영상광의 일부를 투과시키는 제2 광 분기층을 더 갖고 있으며,

상기 제1 도광부와 상기 제2 도광부가 제1 방향을 따라서 배열되어 있으며, 상기 제1 도광부와 상기 제3 도광부가 상기 제1 방향과 서로 다른 제2 방향을 따라서 배열되어 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 화상 생성부에서 생성된 영상광을 제1 방향 및 제2 방향으로 확대할 수 있다.

본 발명의 허상 표시 장치에서는, 상기 입사면에 있어서의, 상기 제1 도광부와 상기 제2 도광부가 배열되는 방향을 따른 상기 제1 도광부 및 상기 제2 도광부의 폭은, 각각 상기 제1 도광부와 상기 제2 도광부가 배열되는 방향을 따른 상기 영상광의 폭보다도 작은 것이 바람직하다.

이에 의해, 화상 생성부에서 생성된 영상광을 광학 소자 내에서 다중 반사시킬 수 있고, 사출면으로부터 사출되는 영상광의 강도 분포의 균일성을 보다 높일 수 있다.

본 발명의 허상 표시 장치에서는, 상기 입사면과 상기 사출면은, 상기 제1 광 분기층에 대한 상기 기울기 각도의 절댓값이 동일한 것이 바람직하다.

이에 의해, 입사면에 입사하는 영상광의 굴절량과, 사출면으로부터 사출되는 영상광의 굴절량을 동일하게 할 수 있어, 색 수차의 발생을 방지할 수 있다.

본 발명의 허상 표시 장치에서는, 상기 광학 소자의 상기 사출면으로부터 사출된 상기 영상광을 관찰자의 눈의 방향으로 편향시키는 광 편향부를 더 구비하고,

상기 광 편향부는, 홀로그램을 갖고 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 관찰자의 눈으로 유도되는 영상광의 각도나, 광속 상태를 용이하게 조정할 수 있다.

본 발명의 허상 표시 장치에서는, 상기 광학 소자로부터 사출된 상기 영상광을 2차원으로 확대하는 확대 도광부를 더 갖고 있으며,

상기 확대 도광부는, 상기 영상광이 입사하는 광 입사부와,

상기 영상광이 상기 광 입사부에 입사하는 입사 방향에 대하여 경사져서 설치된 제1 반사면과, 상기 제1 반사면과 평행하게 설치되고, 상기 영상광의 일부를 반사시키고, 상기 영상광의 일부를 투과시키는 제2 반사면을 갖는 제1 확대 도광부와,

상기 제2 반사면을 투과한 상기 영상광을 도광시키는 제2 확대 도광부를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 광학 소자로부터 사출된 영상광이, 제1 확대 도광부 및 제2 확대 광학부에 의해 다중 반사될 수 있어, 상기 영상광을 더 확대시킬 수 있다.

본 발명의 허상 표시 장치에서는, 상기 화상 생성부는, 광을 사출하는 광원과, 그 광원으로부터 사출된 상기 광을 주사하는 광 스캐너를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 선명한 영상광을 광학 소자에 입사시킬 수 있다.

본 발명의 허상 표시 장치에서는, 상기 화상 생성부는, 광원과, 그 광원으로부터 사출된 광을 상기 영상 신호에 기초하여 변조하는 공간광 변조 장치를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 선명한 영상광을 광학 소자에 입사시킬 수 있다.

본 발명의 허상 표시 장치에서는, 상기 화상 생성부는, 유기 EL 패널을 갖고 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 선명한 영상광을 확대 광학부에 입사시킬 수 있음과 함께, 화상 형성부의 소형화를 도모할 수 있다.

본 발명의 헤드 마운트 디스플레이는, 본 발명의 허상 표시 장치를 구비하고, 관찰자의 머리부에 장착되는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 관찰자가 시인하기 쉬운 헤드 마운트 디스플레이를 제공할 수 있다.

본 발명의 헤드 마운트 디스플레이에서는, 상기 광학 소자는, 상기 관찰자의 머리부에 장착된 상태에서, 상기 광학 소자의 상기 사출면으로부터 사출되는 상기 영상광이, 상기 관찰자의 좌안과 우안이 배열되어 있는 방향으로 단면적이 확대되도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 관찰자가 보다 시인하기 쉬운 헤드 마운트 디스플레이를 제공할 수 있다.

도 1은, 제1 실시 형태의 허상 표시 장치를 구비하는 헤드 마운트 디스플레이의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는, 도 1에 도시한 헤드 마운트 디스플레이의 개략 사시도이다.
도 3은, 도 1에 도시한 허상 표시 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 도 2에 도시한 화상 생성부의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5는, 도 4에 도시한 구동 신호 생성부의 구동 신호의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은, 도 4에 도시한 광 주사부의 평면도이다.
도 7은, 도 5에 도시한 광 주사부의 단면도(X1축을 따른 단면도)이다.
도 8은, 도 3에 도시한 광학 소자의 개략 구성을 나타내는 도면이며, (a)가 정면도, (b)가 평면도, (c)가 우측면도, (d)가 좌측면도이다.
도 9는, 도 8에 도시한 광학 소자에 입사된 영상광의 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은, 도 8에 도시한 광학 소자에 입사된 영상광의 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은, 제2 실시 형태의 허상 표시 장치가 구비하는 광학 소자의 개략 구성을 나타내는 도면이며, (a)가 정면도, (b)가 평면도, (c)가 우측면도, (d)가 좌측면도이다.
도 12는, 도 11에 도시한 광학 소자에 입사된 영상광의 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은, 제3 실시 형태의 허상 표시 장치가 구비하는 광학 소자의 개략 구성을 나타내는 도면이며, (a)가 정면도, (b)가 평면도, (c)가 우측면도, (d)가 좌측면도이다.
도 14는, 도 13에 도시한 광학 소자에 입사된 영상광의 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는, 제4 실시 형태의 허상 표시 장치가 구비하는 광학 소자를 나타내는 도면이며, (a)가 평면도, (b)가 측면도이다.
도 16은, 도 15에 도시한 광학 소자에 입사된 영상광의 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은, 제5 실시 형태의 허상 표시 장치가 구비하는 화상 생성부의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 18은, 제6 실시 형태의 허상 표시 장치가 구비하는 화상 생성부의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 19는, 제7 실시 형태의 허상 표시 장치가 구비하는 화상 생성부의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 20은, 제8 실시 형태의 허상 표시 장치가 구비하는 화상 생성부의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 21은, 도 3에 도시한 광학 소자의 다른 예를 나타내는 도면이며, (a)가 정면도, (b)가 평면도, (c)가 우측면도, (d)가 좌측면도이다.

이하, 본 발명의 허상 표시 장치, 및 헤드 마운트 디스플레이의 바람직한 실시 형태에 대하여, 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.

<제1 실시 형태>

도 1은, 제1 실시 형태의 허상 표시 장치를 구비하는 헤드 마운트 디스플레이의 개략 구성을 나타내는 도면, 도 2는, 도 1에 도시한 헤드 마운트 디스플레이의 개략 사시도, 도 3은, 도 1에 도시한 허상 표시 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도면, 도 4는, 도 2에 도시한 화상 생성부의 구성을 모식적으로 나타내는 도면, 도 5는, 도 4에 도시한 구동 신호 생성부의 구동 신호의 일례를 나타내는 도면, 도 6은, 도 4에 도시한 광 주사부의 평면도, 도 7은, 도 5에 도시한 광 주사부의 단면도(X1축을 따른 단면도), 도 8은, 도 3에 도시한 광학 소자의 개략 구성을 나타내는 도면이며, (a)가 정면도, (b)가 평면도, (c)가 우측면도, (d)가 좌측면도, 도 9는, 도 8에 도시한 광학 소자에 입사된 영상광의 경로를 설명하기 위한 도면, 도 10은, 도 8에 도시한 광학 소자에 입사된 영상광의 경로를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 21은, 도 3에 도시한 광학 소자의 다른 예를 나타내는 도면이며, (a)가 정면도, (b)가 평면도, (c)가 우측면도, (d)가 좌측면도이다.

또한, 도 1 내지 도 3, 도 8, 도 9에서는, 설명의 편의상, 서로 직교하는 3개의 축으로서, X축, Y축 및 Z축을 도시하고 있으며, 그 도시한 화살표의 선단측을 「+(플러스)」, 기단부측을 「-(마이너스)」라 한다. 또한, X축에 평행한 방향을 「X축 방향」, Y축에 평행한 방향을 「Y축 방향」, Z축에 평행한 방향을 「Z축 방향」이라 한다.

여기서, X축, Y축 및 Z축은, 허상 표시 장치(1)를 관찰자의 머리부 H에 장착 했을 때, X축 방향이 머리부 H의 좌우 방향, Y축 방향이 머리부 H의 상하 방향, Z축 방향이 머리부 H의 전후 방향이 되도록 설정되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 허상 표시 장치(1)를 구비한 헤드 마운트 디스플레이(10: 머리부 장착형 허상 표시 장치)는, 안경과 같은 외관을 이루고, 관찰자의 머리부 H에 장착하여 사용되며, 관찰자에게 허상에 의한 화상을 외계 상(像)과 중첩한 상태로 시인시킨다.

도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 헤드 마운트 디스플레이(10)는, 화상 생성부(3)와, 확대 광학계(4)와, 반사부(6)를 갖는 허상 표시 장치(1)와, 프레임(2)을 갖는다.

이 헤드 마운트 디스플레이(10)에서는, 화상 생성부(3)가 영상 신호에 기초하여 변조된 영상광을 형성하고, 확대 광학계(4)가 상기 영상광의 광속 폭(단면적)을 확대하고, 반사부(6)가 확대 광학계(4)에 의해 확대된 영상광을 관찰자의 눈 EY로 유도한다. 이에 의해, 영상 신호에 따른 허상을 관찰자에게 시인시킬 수 있다.

또한, 헤드 마운트 디스플레이(10)는, 허상 표시 장치(1)가 구비하는 화상 생성부(3), 확대 광학계(4) 및 반사부(6)가 각각, 프레임(2)의 우측 및 좌측에 설치되어 있으며, YZ 평면을 기준으로 하여 대칭(좌우 대칭)이 되도록 배치되어 있다. 프레임(2)의 우측에 설치되어 있는 화상 생성부(3), 확대 광학계(4) 및 반사부(6)가 우안용 허상을 형성하고 있으며, 프레임(2)의 좌측에 설치되어 있는 화상 생성부(3), 확대 광학계(4) 및 반사부(6)가 좌안용 허상을 형성하고 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 헤드 마운트 디스플레이(10)는, 프레임(2)의 우측 및 좌측에, 각각 화상 생성부(3), 확대 광학계(4) 및 반사부(6)를 설치하고, 우안용 허상과 좌안용 허상을 형성하는 구성으로 하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들어 프레임(2)의 좌측에만 화상 생성부(3), 확대 광학계(4) 및 반사부(6)를 설치하고, 좌안용 허상만을 형성하는 구성으로 하여도 된다. 또한, 예를 들어 프레임(2)의 우측에만 화상 생성부(3), 확대 광학계(4) 및 반사부(6)를 설치하고, 우안용 허상만을 형성하는 구성으로 하여도 된다. 즉, 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이는, 본 실시 형태와 같은 양안 타입의 헤드 마운트 디스플레이(10)에 한정되지 않고, 단안 타입의 헤드 마운트 디스플레이이어도 된다.

이하, 헤드 마운트 디스플레이(10)의 각 부를 차례로 상세히 설명한다.

또한, 2개의 화상 생성부(3), 2개의 확대 광학계(4) 및 2개의 반사부(6)는 각각, 동일한 구성을 갖고 있기 때문에, 이하에서는, 프레임(2)의 좌측에 설치되어 있는 화상 생성부(3), 확대 광학계(4) 및 반사부(6)를 중심으로 설명한다.

《프레임》

도 2에 도시한 바와 같이, 프레임(2)은 안경 프레임과 같은 형상을 이루고, 허상 표시 장치(1)가 구비하는 화상 생성부(3), 확대 광학계(4) 및 반사부(6)를 지지하는 기능을 갖는다.

프레임(2)은, 림(211)과, 셰이드부(212)를 갖는 프론트부(21)와, 프론트부(21)의 좌우 양단으로부터 Z축 방향으로 연장된 템플(22)을 갖는다.

셰이드부(212)는, 외계광의 투과를 억제하는 기능을 갖고, 반사부(6)를 지지하는 부재이다. 셰이드부(212)는, 그 내측에, 관찰자측을 향해 개구하는 오목부(27)를 갖고 있으며, 이 오목부(27)에 반사부(6)가 설치되어 있다. 그리고, 이 반사부(6)를 지지하는 셰이드부(212)가 림(211)에 의해 지지되어 있다.

또한, 셰이드부(212)의 중앙부에는, 노즈 패드(23)가 설치되어 있다. 노즈 패드(23)는, 관찰자가 헤드 마운트 디스플레이(10)를 머리부 H에 장착했을 때, 관찰자의 코 NS에 접촉하여, 헤드 마운트 디스플레이(10)를 관찰자의 머리부 H에 대하여 지지하고 있다.

템플(22)은, 관찰자의 귀 EA에 걸기 위한 각도가 부여되어 있지 않은 스트레이트 템플이며, 관찰자가 헤드 마운트 디스플레이(10)를 머리부 H에 장착했을 때, 템플(22)의 일부가, 관찰자의 귀 EA에 닿도록 구성되어 있다. 또한, 템플(22)의 내부에는, 화상 생성부(3) 및 확대 광학계(4)가 수용되어 있다.

또한, 템플(22)의 구성 재료로서는, 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 각종 수지 재료나, 수지에 탄소 섬유나 유리 섬유 등의 섬유가 혼합된 복합 재료, 알루미늄이나 마그네슘 등의 금속 재료 등을 사용할 수 있다.

또한, 프레임(2)의 형상은, 관찰자의 머리부 H에 장착할 수 있는 것이면, 도시한 것으로 한정되지 않는다.

《허상 표시 장치》

전술한 바와 같이, 허상 표시 장치(1)는, 화상 생성부(3)와, 확대 광학계(4)와, 반사부(6)를 갖고 있다.

이하, 본 실시 형태의 허상 표시 장치(1)의 각 부에 대하여 상세히 설명한다.

[화상 생성부]

도 2에 도시한 바와 같이, 화상 생성부(3)는, 전술한 프레임(2)의 템플(22)에 내장되어 있다.

화상 생성부(3)는, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 영상광 생성부(31)와, 구동 신호 생성부(32)와, 제어부(33)와, 렌즈(34)와, 광 주사부(35)를 구비한다.

이와 같은 화상 생성부(3)는, 영상 신호에 기초하여 변조된 영상광을 생성하는 기능과, 광 주사부(35)를 구동하는 구동 신호를 생성하는 기능을 갖는다.

이하, 화상 생성부(3)의 각 부에 대하여 상세히 설명한다.

(영상광 생성부)

영상광 생성부(31)는, 광 주사부(35)(광 스캐너)에서 주사(광 주사)되는 영상광 L1을 생성하는 것이다.

이 영상광 생성부(31)는, 파장이 서로 다른 복수의 광원(광원부)(311R, 311G, 311B)을 갖는 광원부(311)와, 복수의 구동 회로(312R, 312G, 312B)와, 광 합성부(합성부)(313)를 갖는다.

광원부(311)가 갖는 광원(311R)(R 광원)은, 적색광을 사출하는 것이며, 광원(311G)(G 광원)은, 녹색광을 사출하는 것이며, 광원(311B)은, 청색광을 사출하는 것이다. 이러한 3색의 광을 사용함으로써, 풀 컬러의 화상을 표시할 수 있다.

광원(311R, 311G, 311B)은, 각각, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 레이저 다이오드, LED 등을 사용할 수 있다.

이와 같은 광원(311R, 311G, 311B)은, 각각, 구동 회로(312R, 312G, 312B)에 전기적으로 접속되어 있다.

구동 회로(312R)는, 전술한 광원(311R)을 구동하는 기능을 갖고, 구동 회로(312G)는, 전술한 광원(311G)을 구동하는 기능을 갖고, 구동 회로(312B)는, 전술한 광원(311B)을 구동하는 기능을 갖는다.

이와 같은 구동 회로(312R, 312G, 312B)에 의해 구동된 광원(311R, 311G, 311B)으로부터 사출된 3개(3색)의 광(영상광)은, 광 합성부(313)에 입사한다.

광 합성부(313)는, 복수의 광원(311R, 311G, 311B)으로부터의 광을 합성하는 것이다.

본 실시 형태에서는, 광 합성부(313)는 2개의 다이크로익 미러(313a, 313b)를 갖는다.

다이크로익 미러(313a)는, 적색광을 투과시킴과 함께 녹색광을 반사하는 기능을 갖는다. 또한, 다이크로익 미러(313b)는, 적색광 및 녹색광을 투과시킴과 함께 청색광을 반사하는 기능을 갖는다.

이와 같은 다이크로익 미러(313a, 313b)를 사용함으로써, 광원(311R, 311G, 311B)으로부터의 적색광, 녹색광 및 청색광의 3색의 광을 합성하여, 1개의 영상광 L1을 형성한다.

여기서, 본 실시 형태에서는, 전술한 광원부(311)는 광원(311R, 311G, 311B)으로부터의 적색광, 녹색광 및 청색광의 광로 길이가 서로 동등해지도록, 배치되어 있다.

또한, 광 합성부(313)는, 전술한 바와 같은 다이크로익 미러를 사용한 구성에 한정되지 않으며, 예를 들어 프리즘, 광 도파로, 광 파이버 등으로 구성되어 있어도 된다.

이상과 같은 구성의 영상광 생성부(31)에 의해, 광원부(311)로부터 3색의 영상광이 생성되고, 이러한 영상광이 광 합성부(313)에서 합성되고, 하나의 영상광 L1로서 생성된다. 그리고, 영상광 생성부(31)에서 생성된 영상광 L1은, 렌즈(34)를 향한다.

또한, 전술한 영상광 생성부(31)에는, 예를 들어 광원(311R, 311G, 311B)에서 생성된 영상광 L1의 강도 등을 검출하는 광 검출 수단(도시생략) 등이 설치되어 있어도 된다. 이러한 광 검출 수단을 설치함으로써, 검출 결과에 따라서 영상광 L1의 강도를 조정할 수 있다.

(렌즈)

영상광 생성부(31)에서 생성한 영상광 L1은, 렌즈(34)에 입사한다.

렌즈(34)는, 영상광 L1의 방사 각도를 제어하는 기능을 갖는다. 이 렌즈(34)는, 예를 들어 콜리메이터 렌즈이다. 콜리메이터 렌즈는, 광을 평행 상태의 광속으로 조정(변조)하는 렌즈이다.

이와 같은 렌즈(34)에 의해, 영상광 생성부(31)로부터 사출된 영상광 L1은, 평행화시킨 상태에서 광 주사부(35)로 전송된다.

(구동 신호 생성부)

구동 신호 생성부(32)는, 광 주사부(35)(광 스캐너)를 구동하는 구동 신호를 생성하는 것이다.

이 구동 신호 생성부(32)는, 광 주사부(35)의 제1 방향에서의 주사(수평 주사)에 사용하는 제1 구동 신호를 생성하는 구동 회로(321)(제1 구동 회로)와, 광 주사부(35)의 제1 방향과 직교하는 제2 방향에서의 주사(수직 주사)에 사용하는 제2 구동 신호를 생성하는 구동 회로(322)(제2 구동 회로)를 갖는다.

예를 들어, 구동 회로(321)는, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 주기 T1에서 주기적으로 변화하는 제1 구동 신호 V1(수평 주사용 전압)을 발생시키는 것이며, 구동 회로(322)는, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 주기 T1과 서로 다른 주기 T2에서 주기적으로 변화하는 제2 구동 신호 V2(수직 주사용 전압)를 발생시키는 것이다.

또한, 제1 구동 신호 및 제2 구동 신호에 대해서는, 후술하는 광 주사부(35)의 설명과 함께, 후에 상세히 설명한다.

이와 같은 구동 신호 생성부(32)는, 신호선(도시생략)을 개재하여, 광 주사부(35)에 전기적으로 접속되어 있다. 이에 의해, 구동 신호 생성부(32)에서 생성한 구동 신호(제1 구동 신호 및 제2 구동 신호)는 광 주사부(35)에 입력된다.

(제어부)

전술한 바와 같은 영상광 생성부(31)의 구동 회로(312R, 312G, 312B) 및 구동 신호 생성부(32)의 구동 회로(321, 322)는, 제어부(33)에 전기적으로 접속되어 있다. 제어부(33)는, 영상 신호(화상 신호)에 기초하여, 영상광 생성부(31)의 구동 회로(312R, 312G, 312B) 및 구동 신호 생성부(32)의 구동 회로(321, 322)의 구동을 제어하는 기능을 갖는다.

제어부(33)의 명령에 기초하여, 영상광 생성부(31)는, 화상 정보에 따라서 변조된 영상광 L1을 생성하고, 구동 신호 생성부(32)는, 화상 정보에 따른 구동 신호를 생성한다.

(광 주사부)

영상광 생성부(31)로부터 사출된 영상광 L1은, 렌즈(34)를 통해 광 주사부(35)에 입사한다.

광 주사부(35)는, 영상광 생성부(31)로부터의 영상광 L1을 2차원적으로 주사하는 광 스캐너이다. 이 광 주사부(35)에서 영상광 L1을 주사함으로써 주사광(영상광) L2가 형성된다.

이 광 주사부(35)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 가동 미러부(11)와, 1쌍의 축부(12a, 12b)(제1 축부)와, 프레임체부(13)와, 2쌍의 축부(14a, 14b, 14c, 14d)(제2 축부)와, 지지부(15)와, 영구 자석(16)과, 코일(17)을 구비한다. 다시 말하면, 광 주사부(35)는 소위 짐벌 구조를 갖고 있다.

여기서, 가동 미러부(11) 및 1쌍의 축부(12a, 12b)는, Y1축(제1 축) 주위로 요동(왕복 회동)하는 제1 진동계를 구성한다. 또한, 가동 미러부(11), 1쌍의 축부(12a, 12b), 프레임체부(13), 2쌍의 축부(14a, 14b, 14c, 14d) 및 영구 자석(16)은 X1축(제2 축) 주위로 요동(왕복 회동)하는 제2 진동계를 구성한다.

또한, 광 주사부(35)는, 신호 중첩부(18)를 갖고 있으며(도 7 참조), 영구 자석(16), 코일(17), 신호 중첩부(18) 및 구동 신호 생성부(32)는, 전술한 제1 진동계 및 제2 진동계를 구동(즉, 가동 미러부(11)를 X1축 및 Y1축 주위로 요동)시키는 구동부를 구성한다.

이하, 광 주사부(35)의 각 부를 차례로 상세히 설명한다.

가동 미러부(11)는, 기초부(111)(가동부)와, 스페이서(112)를 개재하여 기초부(111)에 고정된 광 반사판(113)을 갖는다.

광 반사판(113)의 상면(한쪽 면)에는, 광 반사성을 갖는 광 반사부(114)가 설치되어 있다.

이 광 반사판(113)은, 축부(12a, 12b)에 대하여 두께 방향으로 이격함과 함께, 두께 방향에서 보았을 때(이하, 「평면으로 볼 때」라고도 함) 축부(12a, 12b)와 겹쳐서 설치되어 있다.

그로 인해, 축부(12a)와 축부(12b) 사이의 거리를 짧게 하면서, 광 반사판(113)의 판면 면적을 크게 할 수 있다. 또한, 축부(12a)와 축부(12b) 사이의 거리를 짧게 할 수 있는 점에서, 프레임체부(13)의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 프레임체부(13)의 소형화를 도모할 수 있기 때문에, 축부(14a, 14b)와 축부(14c, 14d) 사이의 거리를 짧게 할 수 있다.

이러한 점에서, 광 반사판(113)의 판면 면적을 크게 하여도, 광 주사부(35)의 소형화를 도모할 수 있다. 다시 말하면, 광 반사부(114)의 면적에 대한 광 주사부(35)의 크기를 작게 할 수 있다.

또한, 광 반사판(113)은 평면으로 볼 때, 축부(12a, 12b)의 전체를 덮도록 형성되어 있다. 다시 말하면, 축부(12a, 12b)는, 각각, 평면으로 볼 때, 광 반사판(113)의 외주에 대하여 내측에 위치하고 있다. 이에 의해, 광 반사판(113)의 판면 면적이 크게 되어, 그 결과, 광 반사부(114)의 면적을 크게 할 수 있다. 또한, 불필요한 광이 축부(12a, 12b)에서 반사하여 미광(迷光)이 되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 광 반사판(113)은 평면으로 볼 때, 프레임체부(13)의 전체를 덮도록 형성되어 있다. 다시 말하면, 프레임체부(13)는 평면으로 볼 때, 광 반사판(113)의 외주에 대하여 내측에 위치하고 있다. 이에 의해, 광 반사판(113)의 판면 면적이 크게 되어, 그 결과, 광 반사부(114)의 면적을 크게 할 수 있다. 또한, 불필요한 광이 프레임체부(13)에서 반사하여 미광이 되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 광 반사판(113)은, 평면으로 볼 때, 축부(14a, 14b, 14c, 14d)의 전체를 덮도록 형성되어 있다. 다시 말하면, 축부(14a, 14b, 14c, 14d)는, 각각 평면으로 볼 때, 광 반사판(113)의 외주에 대하여 내측에 위치하고 있다. 이에 의해, 광 반사판(113)의 판면 면적이 크게 되어, 그 결과, 광 반사부(114)의 면적을 크게 할 수 있다. 또한, 불필요한 광이 축부(14a, 14b, 14c, 14d)에서 반사하여 미광이 되는 것을 방지할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 광 반사판(113)은 평면으로 볼 때, 원형을 이루고 있다. 또한, 광 반사판(113)의 평면으로 볼 때의 형상은 이에 한정되지 않고, 예를 들어 타원형, 사각형 등의 다각형이어도 된다.

이와 같은 광 반사판(113)의 하면(다른 쪽의 면)에는, 도 7에 도시한 바와 같이, 경질층(115)이 형성되어 있다.

경질층(115)은, 광 반사판(113) 본체의 구성 재료보다도 경질의 재료로 구성되어 있다. 이에 의해, 광 반사판(113)의 강성을 높일 수 있다. 그로 인해, 광 반사판(113)의 요동 시에 있어서의 휨을 방지 또는 억제할 수 있다. 또한, 광 반사판(113)의 두께를 얇게 하여, 광 반사판(113)의 X1축 및 Y1축 주위의 요동 시에 있어서의 관성 모멘트를 억제할 수 있다.

이와 같은 경질층(115)의 구성 재료로서는, 광 반사판(113) 본체의 구성 재료보다도 경질한 재료이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 다이아몬드, 카본 나이트라이드막, 수정, 사파이어, 탄탈산리튬, 니오브산칼륨 등을 사용할 수 있지만, 특히, 다이아몬드를 사용하는 것이 바람직하다.

경질층(115)의 두께(평균)는, 특별히 한정되지 않지만, 1 내지 10㎛ 정도인 것이 바람직하고, 1 내지 5㎛ 정도인 것이 더 바람직하다.

또한, 경질층(115)은 단층으로 구성되어 있어도 되고, 복수 층의 적층체로 구성되어 있어도 된다. 또한, 경질층(115)은, 필요에 따라 설치되는 것으로, 생략할 수도 있다.

이와 같은 경질층(115)의 형성에는, 예를 들어 플라즈마 CVD, 열 CVD, 레이저 CVD와 같은 화학 증착법(CVD), 진공 증착, 스퍼터링, 이온 플레이팅 등의 건식 도금법, 전해 도금, 침지 도금, 무전해 도금 등의 습식 도금법, 용사, 시트 형상 부재의 접합 등을 사용할 수 있다.

또한, 광 반사판(113)의 하면은, 스페이서(112)를 개재하여 기초부(111)에 고정되어 있다. 이에 의해, 축부(12a, 12b), 프레임체부(13) 및 축부(14a, 14b, 14c, 14d)의 접촉을 방지하면서, 광 반사판(113)을 Y1축 주위로 요동시킬 수 있다.

또한, 기초부(111)는, 각각, 평면으로 볼 때, 광 반사판(113)의 외주에 대하여 내측에 위치하고 있다. 즉, 광 반사판(113)의 광 반사부(114)가 설치되는 면(판면)의 면적은, 기초부(111)의 스페이서(112)가 고정되는 면의 면적보다도 크다. 또한, 기초부(111)의 평면으로 볼 때의 면적은, 기초부(111)가 스페이서(112)를 개재하여 광 반사판(113)을 지지할 수 있으면, 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 이에 의해, 광 반사판(113)의 판면 면적을 크게 하면서, 축부(12a)와 축부(12b) 사이의 거리를 작게 할 수 있다.

프레임체부(13)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 프레임 형상을 이루고, 전술한 가동 미러부(11)의 기초부(111)를 둘러싸고 설치되어 있다. 다시 말하면, 가동 미러부(11)의 기초부(111)는, 프레임 형상을 이루는 프레임체부(13)의 내측에 설치되어 있다.

그리고, 프레임체부(13)는, 축부(14a, 14b, 14c, 14d)를 개재하여 지지부(15)에 지지되어 있다. 또한, 가동 미러부(11)의 기초부(111)는, 축부(12a, 12b)를 개재하여 프레임체부(13)에 지지되어 있다.

또한, 프레임체부(13)는, Y1축을 따른 방향에서의 길이가 X1축을 따른 방향에서의 길이보다도 길게 되어 있다. 즉, Y1축을 따른 방향에 있어서의 프레임체부(13)의 길이를 a라 하고, X1축을 따른 방향에 있어서의 프레임체부(13)의 길이를b라 했을 때, a>b인 관계를 만족한다. 이에 의해, 축부(12a, 12b)에 필요한 길이를 확보하면서, X1축을 따른 방향에 있어서의 광 주사부(35)의 길이를 억제할 수 있다.

또한, 프레임체부(13)는 평면으로 볼 때, 가동 미러부(11)의 기초부(111) 및 1쌍의 축부(12a, 12b)로 이루어지는 구조체의 외형을 따른 형상을 이루고 있다. 이에 의해, 가동 미러부(11) 및 1쌍의 축부(12a, 12b)로 구성된 제1 진동계의 진동, 즉 가동 미러부(11)의 Y1축 주위의 요동을 허용하면서, 프레임체부(13)의 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 프레임체부(13)의 형상은, 가동 미러부(11)의 기초부(111)를 둘러싸는 프레임 형상이면, 도시한 것으로 한정되지 않는다.

축부(12a, 12b)는, 가동 미러부(11)를 Y1축(제1 축) 주위로 회동(요동) 가능하게 하도록, 가동 미러부(11)와 프레임체부(13)가 연결되어 있다. 또한, 축부(14a, 14b, 14c, 14d)는, 프레임체부(13)를 Y1축과 직교하는 X1축(제2 축) 주위로 회동(요동) 가능하게 하도록, 프레임체부(13)와 지지부(15)가 연결되어 있다.

축부(12a, 12b)는, 가동 미러부(11)의 기초부(111)를 개재하여 서로 대향하도록 배치되어 있다. 또한, 축부(12a, 12b)는, 각각, Y1축을 따른 방향으로 연장되는 길이 형상을 이룬다. 그리고, 축부(12a, 12b)는, 각각, 일단부가 기초부(111)에 접속되고, 타단부가 프레임체부(13)에 접속되어 있다. 또한, 축부(12a, 12b)는, 각각, 중심축이 Y1축으로 일치하도록 배치되어 있다.

이와 같은 축부(12a, 12b)는, 각각, 가동 미러부(11)의 Y1축 주위의 요동에 수반되어 비틀림 변형된다.

축부(14a, 14b) 및 축부(14c, 14d)는, 프레임체부(13)를 개재하여(사이에 두고) 서로 대향하도록 배치되어 있다. 또한, 축부(14a, 14b, 14c, 14d)는, 각각, X1축을 따른 방향으로 연장되는 길이 형상을 이룬다. 그리고, 축부(14a, 14b, 14c, 14d)는, 각각, 일단부가 프레임체부(13)에 접속되고, 타단부가 지지부(15)에 접속되어 있다. 또한, 축부(14a, 14b)는, X1축을 개재하여 서로 대향하도록 배치되고, 마찬가지로, 축부(14c, 14d)는, X1축을 개재하여 서로 대향하도록 배치되어 있다.

이와 같은 축부(14a, 14b, 14c, 14d)는, 프레임체부(13)의 X1축 주위의 요동에 수반되어, 축부(14a, 14b) 전체 및 축부(14c, 14d) 전체가 각각 비틀림 변형된다.

이와 같이, 가동 미러부(11)를 Y1축 주위로 요동 가능하게 함과 함께, 프레임체부(13)를 X1축 주위로 요동 가능하게 함으로써, 가동 미러부(11)를 서로 직교하는 X1축 및 Y1축의 2축 주위로 요동(왕복 회동)시킬 수 있다.

또한, 도시를 생략하였지만, 이러한 축부(12a, 12b) 중 적어도 한쪽의 축부, 및 축부(14a, 14b, 14c, 14d) 중 적어도 하나의 축부에는, 각각, 예를 들어 왜곡 센서와 같은 각도 검출 센서가 설치되어 있다. 이 각도 검출 센서는, 광 주사부(35)의 각도 정보, 보다 구체적으로는, 광 반사부(114)의 X1축 주위 및 Y1축 주위의 각각의 요동각을 검출할 수 있다. 이 검출 결과는, 케이블(도시생략)을 통해 제어부(33)에 입력된다.

또한, 축부(12a, 12b) 및 축부(14a, 14b, 14c, 14d)의 형상은, 각각, 전술한 것에 한정되지 않으며, 예를 들어 도중의 적어도 1부분에 굴곡 또는 만곡한 부분이나 분기한 부분을 가져도 된다.

전술한 바와 같은 기초부(111), 축부(12a, 12b), 프레임체부(13), 축부(14a, 14b, 14c, 14d) 및 지지부(15)는, 일체적으로 형성되어 있다.

본 실시 형태에서는, 기초부(111), 축부(12a, 12b), 프레임체부(13), 축부(14a, 14b, 14c, 14d) 및 지지부(15)는, 제1 Si층(디바이스층)과, SiO₂층(박스층)과, 제2 Si층(핸들층)이 이 순서로 적층된 SOI 기판을 에칭함으로써 형성되어 있다. 이에 의해, 제1 진동계 및 제2 진동계의 진동 특성을 우수한 것으로 할 수 있다. 또한, SOI 기판은, 에칭에 의해 미세한 가공이 가능하기 때문에, SOI 기판을 사용하여 기초부(111), 축부(12a, 12b), 프레임체부(13), 축부(14a, 14b, 14c, 14d) 및 지지부(15)를 형성함으로써, 이들 치수 정밀도를 우수한 것으로 할 수 있고, 또한, 광 주사부(35)의 소형화를 도모할 수 있다.

그리고, 기초부(111), 축부(12a, 12b) 및 축부(14a, 14b, 14c, 14d)는, 각각, SOI 기판의 제1 Si층으로 구성되어 있다. 이에 의해, 축부(12a, 12b) 및 축부(14a, 14b, 14c, 14d)의 탄성을 우수한 것으로 할 수 있다. 또한, 기초부(111)가 Y1축 주위로 회동할 때 프레임체부(13)에 접촉하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 프레임체부(13) 및 지지부(15)는, 각각, SOI 기판의 제1 Si층, SiO₂층 및 제2 Si층으로 이루어지는 적층체로 구성되어 있다. 이에 의해, 프레임체부(13) 및 지지부(15)의 강성을 우수한 것으로 할 수 있다. 또한, 프레임체부(13)의 SiO₂층 및 제2 Si층은, 프레임체부(13)의 강성을 높이는 리브로서의 기능뿐만 아니라, 가동 미러부(11)가 영구 자석(16)에 접촉하는 것을 방지하는 기능도 갖는다.

또한, 지지부(15)의 상면에는, 반사 방지 처리가 실시되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 지지부(15)에 조사된 불필요광이 미광이 되는 것을 방지할 수 있다.

이러한 반사 방지 처리로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 반사 방지막(유전체 다층막)의 형성, 조면화 처리, 흑색 처리 등을 들 수 있다.

또한, 전술한 기초부(111), 축부(12a, 12b) 및 축부(14a, 14b, 14c, 14d)의 구성 재료 및 형성 방법은 일례로서, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 실시 형태에서는, 스페이서(112) 및 광 반사판(113)도, SOI 기판을 에칭함으로써 형성되어 있다. 그리고, 스페이서(112)는, SOI 기판의 SiO₂층 및 제2 Si층으로 이루어지는 적층체로 구성되어 있다. 또한, 광 반사판(113)은 SOI 기판의 제1 Si층으로 구성되어 있다.

이와 같이, SOI 기판을 사용하여 스페이서(112) 및 광 반사판(113)을 형성함으로써, 서로 접합된 스페이서(112) 및 광 반사판(113)을 간단하면서 고정밀도로 제조할 수 있다.

이와 같은 스페이서(112)는, 예를 들어 접착제, 납재 등의 접합재(도시생략)에 의해 기초부(111)에 접합되어 있다.

전술한 프레임체부(13)의 하면(광 반사판(113)과는 반대측의 면)에는, 영구 자석(16)이 접합되어 있다.

영구 자석(16)과 프레임체부(13)의 접합 방법으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 접착제를 사용한 접합 방법을 이용할 수 있다.

영구 자석(16)은 평면으로 볼 때, X1축 및 Y1축에 대하여 경사지는 방향으로 자화되어 있다.

본 실시 형태에서는, 영구 자석(16)은, 길이 형상(막대 형상)을 이루고, X1축 및 Y1축에 대하여 경사지는 방향을 따라서 배치되어 있다. 그리고, 영구 자석(16)은, 그 길이 방향으로 자화되어 있다. 즉, 영구 자석(16)은, 일단부를 S극으로 하고, 타단부를 N극으로 하도록 자화되어 있다.

또한, 영구 자석(16)은 평면으로 볼 때, X1축과 Y1축의 교점을 중심으로 하여 대칭이 되도록 설치되어 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 프레임체부(13)에 1개의 영구 자석의 수를 설치한 경우를 예로 들어 설명하지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들어 프레임체부(13)에 2개의 영구 자석을 설치하여도 된다. 이 경우, 예를 들어 긴 형상을 이루는 2개의 영구 자석을, 평면으로 볼 때 기초부(111)를 개재하여 서로 대향함과 함께, 서로 평행해지도록, 프레임체부(13)에 설치하면 된다.

X1축에 대한 영구 자석(16)의 자화 방향(연장 방향)의 경사각 θ는, 특별히 한정되지 않지만, 30°이상 60°이하인 것이 바람직하고, 45°이상 60°이하인 것이 보다 바람직하고, 45°인 것이 더 바람직하다. 이와 같이 영구 자석(16)을 설치함으로써, 원활하면서 확실하게 가동 미러부(11)를 X1축의 주위로 회동시킬 수 있다.

이와 같은 영구 자석(16)으로서는, 예를 들어 네오디뮴 자석, 페라이트 자석, 사마륨 코발트 자석, 알니코 자석, 본드 자석 등을 적절히 사용할 수 있다. 이러한 영구 자석(16)은, 경자성체를 착자한 것이며, 예를 들어 착자 전의 경자성체를 프레임체부(13)에 설치한 후에 착자함으로써 형성된다. 이미 착자가 이루어진 영구 자석(16)을 프레임체부(13)에 설치하려고 하면, 외부나 다른 부품의 자계의 영향에 의해, 영구 자석(16)을 원하는 위치에 설치할 수 없는 경우가 있기 때문이다.

이와 같은 영구 자석(16)의 바로 아래에는, 코일(17)이 설치되어 있다. 즉, 프레임체부(13)의 하면에 대향하도록, 코일(17)이 설치되어 있다. 이에 의해, 코일(17)로부터 발생하는 자계를 효율적으로 영구 자석(16)으로 작용시킬 수 있다. 이에 의해, 광 주사부(35)의 전력 절약화 및 소형화를 도모할 수 있다.

이와 같은 코일(17)은, 신호 중첩부(18)에 전기적으로 접속되어 있다(도 7 참조).

그리고, 신호 중첩부(18)에 의해 코일(17)에 전압이 인가됨으로써, 코일(17)로부터 X1축 및 Y1축과 직교하는 자속을 갖는 자계가 발생한다.

신호 중첩부(18)는, 전술한 제1 구동 신호 V1과 제2 구동 신호 V2를 중첩하는 가산기(도시생략)를 갖고, 그 중첩한 전압을 코일(17)에 인가한다.

여기서, 제1 구동 신호 V1 및 제2 구동 신호 V2에 대하여 상세히 설명한다.

전술한 바와 같이, 구동 회로(321)는 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 주기 T1로 주기적으로 변화하는 제1 구동 신호 V1(수평 주사용 전압)을 발생시키는 것이다. 즉, 구동 회로(321)는, 제1 주파수(1/T1)의 제1 구동 신호 V1을 발생시키는 것이다.

제1 구동 신호 V1은, 정현파와 같은 파형을 이루고 있다. 그로 인해, 광 주사부(35)는 효과적으로 광을 주 주사할 수 있다. 또한, 제1 구동 신호 V1의 파형은, 이에 한정되지 않는다.

또한, 제1 주파수(1/T1)는 수평 주사에 적합한 주파수이면, 특별히 한정되지 않지만, 10 내지 40㎑인 것이 바람직하다.

본 실시 형태에서는, 제1 주파수는, 가동 미러부(11) 및 1쌍의 축부(12a, 12b)로 구성되는 제1 진동계(비틀림 진동계)의 비틀림 공진 주파수(f1)와 동등해지도록 설정되어 있다. 즉, 제1 진동계는, 그 비틀림 공진 주파수 f1이 수평 주사에 적합한 주파수가 되도록 설계(제조)되어 있다. 이에 의해, 가동 미러부(11)의 Y1축 주위의 회동각을 크게 할 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이, 구동 회로(322)는, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 주기 T1과 서로 다른 주기 T2로 주기적으로 변화하는 제2 구동 신호 V2(수직 주사용 전압)를 발생시키는 것이다. 즉, 구동 회로(322)는 제2 주파수(1/T2)의 제2 구동 신호 V2를 발생시키는 것이다.

제2 구동 신호 V2는, 톱니파와 같은 파형을 이루고 있다. 그로 인해, 광 주사부(35)는 효과적으로 광을 수직 주사(부 주사)할 수 있다. 또한, 제2 구동 신호 V2의 파형은, 이에 한정되지 않는다.

제2 주파수(1/T2)는, 제1 주파수(1/T1)와 상이하며, 또한, 수직 주사에 적합한 주파수이면, 특별히 한정되지 않지만, 30 내지 80㎐(60㎐ 정도)인 것이 바람직하다. 이와 같이, 제2 구동 신호 V2의 주파수를 60㎐ 정도로 하고, 전술한 바와 같이 제1 구동 신호 V1의 주파수를 10 내지 40㎑로 함으로써, 디스플레이에서의 묘화에 적합한 주파수로, 가동 미러부(11)를 서로 직교하는 2축(X1축 및 Y1축)의 각각의 축 주위로 회동시킬 수 있다. 단, 가동 미러부(11)를 X1축 및 Y1축의 각각의 축 주위로 회동시킬 수 있으면, 제1 구동 신호 V1의 주파수와 제2 구동 신호 V2의 주파수의 조합은, 특별히 한정되지 않는다.

본 실시 형태에서는, 제2 구동 신호 V2의 주파수는, 가동 미러부(11), 1쌍의 축부(12a, 12b), 프레임체부(13), 2쌍의 축부(14a, 14b, 14c, 14d) 및 영구 자석(16)으로 구성된 제2 진동계(비틀림 진동계)의 비틀림 공진 주파수(공진 주파수)와 서로 다른 주파수가 되도록 조정되어 있다.

이와 같은 제2 구동 신호 V2의 주파수(제2 주파수)는, 제1 구동 신호 V1의 주파수(제1 주파수)보다도 작은 것이 바람직하다. 즉, 주기 T2는, 주기 T1보다도 긴 것이 바람직하다. 이에 의해, 보다 확실하면서 보다 원활하게, 가동 미러부(11)를 Y1축 주위로 제1 주파수로 회동시키면서, X1축 주위로 제2 주파수로 회동시킬 수 있다.

또한, 제1 진동계의 비틀림 공진 주파수를 f1[㎐]로 하고, 제2 진동계의 비틀림 공진 주파수를 f2[㎐]로 했을 때, f1과 f2가, f2<f1의 관계를 만족하는 것이 바람직하고, f1≥10f2의 관계를 만족하는 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 보다 원활하게, 가동 미러부(11)를 Y1축 주위로 제1 구동 신호 V1의 주파수로 회동시키면서, X1축 주위로 제2 구동 신호 V2의 주파수로 회동시킬 수 있다. 이에 반하여, f1≤f2로 한 경우에는, 제2 주파수에 의한 제1 진동계의 진동이 일어날 가능성이 있다.

다음으로, 광 주사부(35)의 구동 방법에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 전술한 바와 같이, 제1 구동 신호 V1의 주파수는, 제1 진동계의 비틀림 공진 주파수와 동등하게 설정되어 있으며, 제2 구동 신호 V2의 주파수는, 제2 진동계의 비틀림 공진 주파수와 상이한 값으로, 또한, 제1 구동 신호 V1의 주파수보다도 작아지도록 설정되어 있다(예를 들어, 제1 구동 신호 V1의 주파수가 18㎑, 제2 구동 신호 V2의 주파수가 60㎐로 설정되어 있음).

예를 들어, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같은 제1 구동 신호 V1과, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같은 제2 구동 신호 V2를 신호 중첩부(18)에 의해 중첩하고, 중첩한 전압을 코일(17)에 인가한다.

그렇게 하면, 제1 구동 신호 V1에 의해, 영구 자석(16)의 일단부(N극)를 코일(17)로 끌어당기려고 함과 함께, 영구 자석(16)의 타단부(S극)를 코일(17)로부터 떨어뜨리려고 하는 자계(이 자계를 「자계 A1」이라고 함)와, 영구 자석(16)의 일단부(N극)를 코일(17)로부터 떨어뜨리려고 함과 함께, 영구 자석(16)의 타단부(S극)를 코일(17)로 끌어당기려고 하는 자계(이 자계를 「자계 A2」라고 함)가 교대로 전환된다.

여기서, 전술한 바와 같이, 영구 자석(16)은, 각각의 단부(자극)이 Y1축으로 분할되는 2개의 영역에 위치하도록 배치된다. 즉, 도 6의 평면으로 볼 때, Y1축을 사이에 두고 한쪽 측에 영구 자석(16)의 N극이 위치하고, 다른 쪽 측에 영구 자석(16)의 S극이 위치하고 있다. 그로 인해, 자계 A1과 자계 A2가 교대로 전환됨으로써, 프레임체부(13)에 Y1축 주위의 비틀림 진동 성분을 갖는 진동이 여진되고, 그 진동에 수반하여, 축부(12a, 12b)를 비틀림 변형시키면서, 가동 미러부(11)가 제1 구동 신호 V1의 주파수로 Y1축 주위로 회동한다.

또한, 제1 구동 신호 V1의 주파수는, 제1 진동계의 비틀림 공진 주파수와 동등하다. 그로 인해, 제1 구동 신호 V1에 의해, 효율적으로, 가동 미러부(11)를 Y1축 주위로 회동시킬 수 있다. 즉, 전술한 프레임체부(13)의 Y1축 주위의 비틀림 진동 성분을 갖는 진동이 작아도, 그 진동에 수반하는 가동 미러부(11)의 Y1축 주위의 회동각을 크게 할 수 있다.

한편, 제2 구동 신호 V2에 의해, 영구 자석(16)의 일단부(N극)를 코일(17)로 끌어당기려고 함과 함께, 영구 자석(16)의 타단부(S극)를 코일(17)로부터 떨어뜨리려고 하는 자계(이 자계를 「자계 B1」이라고 함)와, 영구 자석(16)의 일단부(N극)을 코일(17)로부터 떨어뜨리려고 함과 함께, 영구 자석(16)의 타단부(S극)를 코일(17)로 끌어당기려고 하는 자계(이 자계를 「자계 B2」라고 함)가 교대로 전환된다.

여기서, 전술한 바와 같이, 영구 자석(16)은 각각의 단부(자극)가, X1축으로 분할되는 2개의 영역에 위치하도록 배치된다. 즉 도 6의 평면으로 볼 때, X1축을사이에 두고 한쪽 측에 영구 자석(16)의 N극이 위치하고, 다른 쪽 측에 영구 자석(16)의 S극이 위치하고 있다. 그로 인해, 자계 B1과 자계 B2가 교대로 전환됨으로써, 축부(14a, 14b) 및 축부(14c, 14d)를 각각 비틀림 변형시키면서, 프레임체부(13)가 가동 미러부(11)과 함께, 제2 구동 신호 V2의 주파수로 X1축 주위로 회동한다.

또한, 제2 구동 신호 V2의 주파수는, 제1 구동 신호 V1의 주파수에 비하여 극히 낮게 설정되어 있다. 또한, 제2 진동계의 비틀림 공진 주파수는, 제1 진동계의 비틀림 공진 주파수보다도 낮게 설계되어 있다. 그로 인해, 가동 미러부(11)가 제2 구동 신호 V2의 주파수로 Y1축 주위로 회동해버리는 것을 방지할 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 광 주사부(35)에 의하면, 광 반사성을 갖는 광 반사부(114)를 구비하는 가동 미러부(11)를 서로 직교하는 2개의 축 주위로 각각 요동시키므로, 광 주사부(35)의 소형화 및 경량화를 도모할 수 있다. 그 결과, 관찰자에 있어서의 사용 편의성을 보다 우수한 허상 표시 장치(1)로 할 수 있다.

특히, 광 주사부(35)가 짐벌 구조를 갖기 때문에, 영상광을 2차원적으로 주사하는 구성(광 주사부(35))을 보다 소형의 것으로 할 수 있다.

[확대 광학계(4)]

도 3에 도시한 바와 같이, 전술한 광 주사부(35)에서 주사된 주사광(영상광) L2는, 확대 광학계(4)로 전송된다.

확대 광학계(4)는, 광 주사부(35)에서 주사된 영상광 L2의 광속 폭을 확대하는, 즉 영상광 L2의 단면적을 확대하는 기능을 갖는다.

이 확대 광학계(4)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 광학 소자(5)와, 보정 렌즈(42)와, 차광판(43)을 구비하고 있다.

이하, 이러한 확대 광학계(4)의 각 부에 대하여 차례로 상세히 설명한다.

(광학 소자(5))

광학 소자(5)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 광 주사부(35)의 근방에 설치되어 있으며, 광 투과성(투광성)을 갖고, Z축 방향을 따른 긴 형상을 이루고 있다.

전술한 광 주사부(35)에서 주사된 영상광 L2는, 광학 소자(5)에 입사한다.

이 광학 소자(5)는, 광 주사부(35)에서 주사된 영상광 L2의 광속 폭(단면적)을 확대하는 것이다. 구체적으로는, 광학 소자(5)는, 광 주사부(35)로부터 주사한 영상광 L2를 광학 소자(5) 내부에서 다중 반사시키면서, Z 방향으로 전파함으로써, 영상광 L2의 광속 폭을 확대하고, 영상광 L2보다도 광속 폭이 큰 영상광 L3, L4를 사출하는 것이다.

도 8에 도시한 바와 같이, 광학 소자(5)는, 그 길이 방향(Z축 방향)의 일단부에 입사면(56)과 사출면(57)을 갖고 있으며, 이들(입사면(56) 및 사출면(57))이 대향하고 있다. 또한, 광학 소자(5)는, 그 두께 방향(X축 방향)에 대향하는 측면(58a, 58b)과, 폭 방향(Y축 방향)에 대향하는 측면(59a, 59b)을 갖는다.

또한, 입사면(56)은, 광 주사부(35)를 향하도록 설치되어 있으며, 사출면(57)은, 보정 렌즈(42) 및 차광판(43)측을 향하도록 설치되어 있다(도 3 참조).

입사면(56)은 광 투과성을 갖는 면이며, 광 주사부(35)에서 주사된 영상광 L2가 입사하는 면이다. 한편, 사출면(57)은, 광 투과성을 갖는 면이며, 입사면(56)으로부터 입사한 영상광 L2를, 영상광 L3, L4로서 사출하는 면이다.

또한, 측면(58a, 58b)은, 각각, 전반사면이며, 광학 소자(5) 내에 입사한 영상광 L2를 전반사시킨다. 여기서, 전반사면이란, 광 투과율이 0％의 면뿐만 아니라, 광을 약간 투과하는 면, 예를 들어 광 투과율이 3％ 미만의 면을 포함한다.

또한, 측면(59a)과 측면(59b)은, 어떠한 광 투과율의 면이어도 되고, 예를 들어 전반사면이나 반반사면이어도 되지만, 특히, 광 투과율이 비교적 낮은 면인 것이 바람직하다. 이에 의해, 광학 소자(5) 내의 광이 미광이 되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 광학 소자(5) 내의 광이 미광이 되는 것을 방지하는 방법으로서는, 예를 들어, 측면(59a)과 측면(59b)을 조면화하는 방법 등을 들 수 있다.

또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 입사면(56)과, 사출면(57)은, 평행하다. 또한, 측면(58a)과 측면(58b)은, 평행하다. 또한, 측면(59a)과 측면(59b)은, 평행하다. 이로 인해, 본 실시 형태에서는, 광학 소자(5)의 전체 형상은 직육면체로 되어 있다.

또한, 상기 「평행」이란, 완전히 평행하게 되어 있는 것 외에, 예를 들어 각 면이 이루는 각도가 ±2°정도인 것도 포함한다.

또한, 본 실시 형태에서는, 입사면(56)과 사출면(57)은 평행하지만, 입사면(56)과 사출면(57)은, 평행하지 않아도 되고, 기울기 각도의 절댓값이 동일하면 된다. 「입사면(56)과 사출면(57)의 기울기 각도의 절댓값이 동일하다」라 함은, 예를 들어 입사면(56)이 XY면에 대하여 +Z축 방향으로 예각 α(예를 들어, +20°)로 경사져 있으며, 사출면(57)이 XY면에 대하여 -Z축 방향으로 예각 α(예를 들어, -20°)로 경사져 있는 상태를 포함하는 것을 의미한다. 즉, 도 21에 도시한 바와 같이, 입사면(56)과 사출면(57)에서, 여덟 팔자 형상을 구성하고 있는(도 21) 것도 포함하는 것을 의미한다. 또한, 상기 「기울기 각도의 절댓값이 동일하다」라 함은, 완전히 기울기 각도의 절댓값이 동일하게 되어 있는 것 이외에, 예를 들어 이러한 절댓값이 2°정도 상이한 것도 포함한다.

또한, 본 실시 형태에서는, 측면(59a)과 측면(59b)은, 평행하지만, 입사면(56)과 사출면(57)은, 평행하지 않아도 되고, 경사 각도가 상이하여도 된다.

또한, 광학 소자(5)의 두께(X축 방향의 길이)는, 예를 들어 0.1㎜ 이상, 100㎜ 이하인 것이 바람직하고, 0.3㎜ 이상, 50㎜ 이하인 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 광학 소자(5)의 소형화를 도모할 수 있음과 함께, 사출면(57)으로부터 사출되는 영상광 L3을 비교적 크게 확대할 수 있다.

광학 소자(5)의 길이(Z축 방향의 길이)는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 1㎜ 이상, 50㎜ 이하인 것이 바람직하고, 5㎜ 이상, 30㎜ 이하인 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 광학 소자(5)의 소형화를 도모할 수 있음과 함께, 영상광 L2를 광학 소자(5)의 내부에서 충분히 다중 반사시킬 수 있고, 사출면(57)으로부터 사출되는 영상광 L3의 강도 분포의 균일성보다 높일 수 있다.

광학 소자(5)의 폭(Y축 방향의 길이)은, 예를 들어 0.1㎜ 이상, 100㎜ 이하인 것이 바람직하고, 0.3㎜ 이상, 50㎜ 이하인 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 광학 소자(5)의 소형화를 도모할 수 있음과 함께, 사출면(57)으로부터 사출되는 영상광 L3을 비교적 크게 확대할 수 있다.

이와 같은 구성의 광학 소자(5)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 영상광 L2를 도광하는 도광부(51: 제1 도광부), 도광부(52: 제2 도광부) 및 도광부(53: 제3 도광부)와, 하프 미러층(54: 제1 광 분기층) 및 하프 미러층(55: 제2 광 분기층)을 갖는다.

이 광학 소자(5)는, 도광부(51), 하프 미러층(54), 도광부(52), 하프 미러층(55), 도광부(53)가, 이 순서로 각 두께 방향(X축 방향)을 따라 적층되어 있다. 즉, 광학 소자(5)는, 도광부(51, 52, 53)가, 하프 미러층(54, 55)을 개재하여, 각 두께 방향(제1 방향)을 따라 배열된 1차원 어레이이다.

도광부(51, 52, 53)는, 각각, 판 형상을 이루는 라이트 파이프이며, 입사면(56)으로부터 입사한 영상광 L2(광 주사부(35)에서 주사된 영상광)를 +Z 방향으로 전파하는 기능을 갖는다.

또한, 도광부(51, 52, 53)는, 도 8의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 그 단면 형상(XY 평면에 있어서의 단면 형상)이 직사각 형상을 이루고 있지만, 도광부(51, 52, 53)의 단면 형상(XY 평면에 있어서의 단면 형상)은 이에 한정되지 않으며, 정사각 형상 등의 사각 형상이나, 그 밖의 다각 형상 등이어도 된다.

또한, 각 도광부(51, 52, 53)의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 본 실시 형태에서는, 입사면(56)에 입사하는 영상광 L2의 직경(광속 폭의 직경)보다도 작게 구성되어 있다(도 9 참조). 다시 말하면, 각 도광부(51, 52, 53)의 배열 방향을 따른 각 도광부(51, 52, 53)의 입사면(56) 위의 폭은, 각 도광부(51, 52, 53)의 배열 방향을 따른 영상광 L2의 입사면(56) 위의 폭보다도 작다. 이에 의해, 복수의 도광부(본 실시 형태에서는, 도광부(51, 52, 53))에 걸쳐서 영상광 L2를 입사시킬 수 있고, 사출면(57)으로부터 사출된 영상광 L3, L4의 강도 분포의 균일성보다 높일 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 각 도광부(51, 52, 53)의 두께는, 예를 들어 0.01㎜ 이상, 10㎜ 이하인 것이 바람직하고, 0.01㎜ 이상, 5㎜ 이하인 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 실시 형태에서는, 도광부(51, 52, 53)의 두께는, 영상광 L2의 직경(광속 폭의 직경)보다도 작게 구성되어 있지만, 도광부(51, 52, 53)의 두께는, 영상광 L2의 직경보다도 크게 설정되어 있어도 무방하다.

또한, 도광부(51, 52, 53)는, 광 투과성을 갖는 것이면 되며, 예를 들어 아크릴 수지나 폴리카르보네이트 수지 등의 각종 수지 재료나, 각종 유리 등으로 구성되어 있다.

하프 미러층(54, 55)은, 예를 들어 광 투과성을 갖는 반사막, 즉 반투과 반사막으로 구성되어 있다. 이 하프 미러층(54, 55)은, 영상광 L2의 일부를 반사시킴과 함께, 일부를 투과시키는 기능을 갖는다. 이 하프 미러층(54, 55)은, 예를 들어 은(Ag), 알루미늄(Al) 등에 의한 금속 반사막이나 유전체 다층막 등의 반투과 반사막으로 구성되어 있다.

이와 같은 구성의 광학 소자(5)는, 예를 들어 하프 미러층(54, 55)으로 될 수 있는 박막이 주면 위에 형성된 도광부(51), 도광부(52) 및 도광부(53)를 표면 활성화 접합함으로써 얻을 수 있다. 표면 활성화 접합에 의해 광학 소자(5)를 제조함으로써, 각 부(도광부(51, 52, 53))의 평행도를 높게 할 수 있다.

이상과 같은 구성의 광학 소자(5)는, 도 9에 도시한 바와 같이, 광 주사부(35)에서 주사된 영상광 L2를, 입사면(56)으로부터 입사하고, 광학 소자(5)의 내부에서 다중 반사시키고, 사출면(57)으로부터, 광속 폭이 확대된 상태의 영상광 L3, L4로서 사출한다. 이와 같이 하여, 광학 소자(5)에 의해 영상광 L2의 광속 폭(단면적)을 확대할 수 있는 것에 대하여, 도 9 및 도 10에 기초하여 광학 소자(5)의 내부에서의 영상광 L2의 광로를 설명함과 함께, 이하에 상세히 설명한다. 또한, 도 10에서는, 영상광 L2의 주 광선만을 대표하여 도시하고 있다.

우선, 도 10에 도시한 바와 같이, 광 주사부(35)에서 주사된 영상광 L2는, 입사면(56)으로부터 광학 소자(5) 내에 입사한다. 이때, 영상광 L2는, 측면(58a)과 측면(58b)에 평행한 축선 X에 대하여 각도 θ5 경사진 상태에서 입사한다. 입사한 영상광 L2는, 도 10의 (a)에 도시한 바와 같이, 도광부(52) 내를 진행하고, 하프 미러층(54)에 도달하면, 영상광 L2의 일부는 하프 미러층(54)을 투과하고, 나머지는 하프 미러층(54)에서 반사한다.

하프 미러층(54)을 투과한 영상광 L21은, 도광부(51) 내를 진행하고, 측면(58a)에서 전반사한다. 한편, 하프 미러층(54)에서 반사한 영상광 L22는, 도광부(52) 내를 진행하고, 하프 미러층(55)에 도달한다. 여기서 또한, 하프 미러층(55)에 도달한 영상광 L22는, 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 그 일부가 하프 미러층(55)을 투과하고, 나머지가 하프 미러층(55)에서 반사한다. 하프 미러층(55)을 투과한 영상광 L22는, 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 측면(58b)에서 전반사한다.

이와 같이, 광학 소자(5) 내로 유도된 영상광 L2는, 측면(58a, 58b)에 있어서, 전반사를 반복함과 함께, 하프 미러층(54, 55)에 있어서, 반사와 투과를 반복한다. 즉, 광학 소자(5) 내로 유도된 영상광 L2는, 도 9에 도시한 바와 같이, 광학 소자(5)의 내부에서 다중 반사한다.

그리고, 영상광 L2는, 광학 소자(5)의 내부에서 다중 반사한 결과, 다중 반사를 반복한 광 성분이 겹치고, 광속 폭이 확대된 영상광 L3 및 L4가, 사출면(57)으로부터 사출된다.

여기서, 전술한 바와 같이, 입사면(56)과 사출면(57)은, 평행하다. 이로 인해, 입사면(56)에 입사하는 영상광 L2의 굴절량과, 사출면(57)으로부터 사출하는 영상광 L3, L4의 굴절량을 동일하게 할 수 있다. 즉, 하프 미러층(54, 55)에 대한 영상광 L2가 입사하는 각도 θ5와, 하프 미러층(54, 55)에 대한 영상광 L3 및 L4가 사출하는 각도 θ5를 동일하게 할 수 있다. 이에 의해, 굴절의 법칙의 삼각함수에 기인하는 왜곡이나 재료의 굴절률 파장 분산에 기인하는 색 수차의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 입사면(56)과 사출면(57)은, 서로 평행하지만, 전술한 바와 같이, 입사면(56)과 사출면(57)의 기울기 각도의 절댓값이 동일하면, 영상광 L2의 입사각과, 영상광 L3의 사출각의 절댓값을 동일하게 할 수 있다. 그로 인해. 입사면(56)과 사출면(57)의 기울기 각도의 절댓값이 동일하면, 상기와 같은 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 광학 소자(5)는, 도광부(51, 52, 53)가 두께 방향(제1 방향)을 따라서 배열되어 있는 1차원 어레이(제1 1차원 어레이)이다. 이와 같이, 도광부(51, 52, 53)를, 하드 코팅층(44, 45)을 개재하여 적층한다고 하는 비교적 간단한 구성으로, 입사면(56)으로부터 입사한 영상광 L2를 광학 소자(5) 내로 다중 반사시킬 수 있다. 그로 인해, 관찰자의 시선이나, 관찰자의 좌우 눈 EY의 위치에 영상광을 맞추는 위치 검출 수단 등을 사용하지 않고, 본 실시 형태와 같은 비교적 간단한 구성으로, 영상광 L2의 광속 폭을 확대할 수 있다.

또한, 광학 소자(5)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 관찰자의 머리부 H에 장착된 상태에서, 반사부(6)로부터, 관찰자의 좌안 EY와 우안 EY가 배열되어 있는 방향(X축 방향)에 평행한 축선 W(도 1, 도 3 참조)를 포함하는 면 내 방향(XZ 면 내 방향)에, 영상광 L3 및 L4의 주 광선이 사출되도록 배치되어 있다. 다시 말하면, 광학 소자(5)는, 축선 W 방향으로 영상광 L3의 단면적이 확대되도록 배치되어 있다. 또한, 보정 렌즈(42) 및 차광판(43)은, 축선 W를 따라 배열되어 있다. 이로 인해, 사출면(57)으로부터 사출된 영상광 L3은, 보정 렌즈(42)를 통해 반사부(6)를 향해 사출되고, 사출면(57)으로부터 사출된 영상광 L4는, 차광판(43)을 향해 사출된다. 이와 같이, 광학 소자(5)를 축선 W 방향으로 영상광 L3의 단면적이 확대되도록 배치함으로써, 보정 렌즈(42) 및 반사부(6)를 통해 관찰자의 눈으로 유도되는 영상광 L3을, 눈의 좌우 방향으로 확대할 수 있다. 따라서, 눈의 상하 방향에 대하여 이동 범위가 큰 좌우 방향에 대하여, 시인성을 높일 수 있다.

(보정 렌즈)

도 3에 도시한 바와 같이, 광학 소자(5)로부터 사출된 영상광 L3은, 보정 렌즈(42)에 입사한다.

이 보정 렌즈(42)는, 후술하는 반사부(6)가 구비하는 비구면 미러(61)에 의해 영상광 L3의 평행성이 흐트러지는 것을 보정하는 기능을 갖는다. 이에 의해, 영상광 L3의 해상도 성능을 향상시킬 수 있다. 이러한 보정 렌즈(42)로서는, 예를 들어 토로이달 렌즈, 실린드리컬 렌즈, 자유 곡면 렌즈 등을 들 수 있다.

(차광판)

광학 소자(5)로부터 사출된 영상광 L4는, 차광판(43)에 입사한다.

이 차광판(43)은, 광을 흡수하는 광흡수 부재로 구성되어 있으며, 광을 차단하는 차광 수단이다. 이에 의해, 광학 소자(5)로부터 사출된 영상광 L4는, 불필요광으로서 차단된다.

이와 같은 차광판(43)은, 예를 들어 스테인리스, 알루미늄 합금 등으로 형성되어 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 영상광 L4를 차단하는 차광 수단으로서, 차광판(43)을 사용하고 있지만, 영상광 L4를 차단하는 차광 수단으로서는, 이에 한정되지 않으며, 영상광 L4가 미광이 되는 것을 방지하는 것이면 된다. 예를 들어, 차광 수단으로서는, 차광판(43)을 사용하지 않고, 프레임(2)의 주연 부분에 도료 등을 도포함으로써 영상광 L4를 차광하는 구성이어도 된다.

이상과 같은 구성의 확대 광학계(4)에 의해 광속 폭이 확대된 영상광 L3은, 도 3에 도시한 바와 같이, 보정 렌즈(42)를 통해 반사부(6)에 입사한다.

[반사부]

반사부(6)는, 프론트부(21)의 셰이드부(212)에 설치되어 있으며, 사용 시에 관찰자의 좌안 EY의 전방에 위치하도록 배치되어 있다. 이 반사부(6)는, 관찰자의 눈 EY를 가리는 데 충분한 크기를 갖고 있으며, 광학 소자(5)로부터의 영상광 L3을 관찰자의 눈 EY를 향해 입사시키는 기능을 갖는다.

반사부(6)는, 광 편향부(65)를 포함하는, 비구면 미러(61)를 갖는다.

비구면 미러(61)는, 가시 영역에서 높은 투광성(광 투과성)을 나타내는 수지 재료 등으로 형성된 기재 위에 반투과 반사막이 제막된 투광성 부재이다. 즉, 비구면 미러(61)는, 하프 미러이며, 외계광을 투과시키는 기능(가시광에 대한 투광성)도 갖는다. 따라서, 비구면 미러(61)를 구비하는 반사부(6)는, 광학 소자(5)로부터 사출된 영상광 L3을 반사시킴과 함께, 사용 시에 있어서 반사부(6)의 외측으로부터 관찰자의 눈 EY를 향하는 외계광을 투과시키는 기능을 갖는다. 이에 의해, 관찰자는, 외계 상을 시인하면서, 영상광 L5에 의해 형성된 허상(화상)을 시인할 수 있다. 즉, 시쓰루형 헤드 마운트 디스플레이를 실현할 수 있다.

이와 같은 비구면 미러(61)는, 프레임(2)의 프론트부(21)의 만곡을 따라서 만곡된 형상을 이루고 있으며, 사용 시에 있어서 오목면(611)이 관찰자측에 위치한다. 이에 의해, 비구면 미러(61)에서 반사한 영상광 L5를, 관찰자의 눈 EY를 향해 효율적으로 집광시킬 수 있다.

또한, 오목면(611) 위에는 광 편향부(65)가 설치되어 있다. 광 편향부(65)는, 광학 소자(5)의 사출면(57)으로부터 사출된 영상광 L3을 관찰자의 눈 EY의 방향으로 편향시키는 기능을 갖고 있다.

이와 같은 광 편향부(65)는, 본 실시 형태에서는, 회절격자의 하나인 홀로그램 소자(651)로 구성되어 있다. 이 홀로그램 소자(651)는, 광학 소자(5)로부터 홀로그램 소자(651)에 조사되는 영상광 L3 중, 특정 파장 대역에 있는 광에 대해서는 회절시키고, 그 이외의 파장 대역에 있는 광에 대해서는 투과하는 성질을 갖는 반투과막이다.

이와 같은 홀로그램 소자(651)를 사용함으로써 특정한 파장 대역에 있는 영상광에 대하여, 회절을 이용하여 관찰자의 눈으로 유도되는 영상광의 각도나 광속 상태를 조정함으로써 허상을 형성할 수 있다. 구체적으로는, 비구면 미러(61)에서 반사한 영상광 L3이 외부로 사출되고, 홀로그램 소자(651)에 의해 영상광 L5로서 관찰자의 좌안 EY에 입사한다. 또한, 우안 EY측에 위치하는 반사부(6)에 대해서도 마찬가지이다. 그리고, 관찰자의 좌우 눈 EY에 각각 입사한 영상광 L5는, 관찰자의 망막에 있어서 결상한다. 이에 의해, 관찰자는, 시야 영역에, 광학 소자(5)로부터 사출된 영상광 L3에 의해 형성된 허상(화상)을 관찰할 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 허상 표시 장치(1)에 의하면, 화상 생성부(3)에 의해 생성된 영상광 L1을, 확대 광학계(4)에서 확대하고, 반사부(6)에 의해 관찰자의 눈 EY로 유도함으로써, 관찰자는, 화상 생성부(3)에 의해 생성된 영상광 L1을, 관찰자의 시야 영역에 형성된 허상으로서 인식할 수 있다.

<제2 실시 형태>

다음으로 본 발명의 허상 표시 장치의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다.

도 11은, 제2 실시 형태의 허상 표시 장치가 구비하는 광학 소자의 개략 구성을 나타내는 도면이며, (a)가 정면도, (b)가 평면도, (c)가 우측면도, (d)가 좌측면도이다. 도 12는, 도 11에 도시한 광학 소자에 입사된 영상광의 경로를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 이 도면을 참조하여 본 발명의 허상 표시 장치의 제2 실시 형태에 대하여 설명하지만, 전술한 실시 형태와의 상이점을 중심으로 설명하고, 마찬가지의 사항은 그 설명을 생략한다.

제2 실시 형태에서는, 확대 광학부의 구성이 상이한 것 이외에는 상기 실시 형태와 마찬가지이다.

도 11에 도시한 바와 같이, 광학 소자(5X)는, 제1 광학 소자(5A: 광학 소자)와, 제2 광학 소자(5B: 광학 소자)를 갖고 있으며, 이 2개의 광학 소자(5A, 5B)가 일체화된 것이다. 구체적으로는, 광학 소자(5A, 5B)는, 각각, 제1 실시 형태에서 사용한 광학 소자(5)와 마찬가지의 구성이며, 광학 소자(5B)가, 광학 소자(5A)를 Z축 주위로 90°회전시킨 상태에서 배치되어 있다.

이하, 이 광학 소자(5A)에 대하여 상세히 설명한다.

광학 소자(5X)는, 광학 소자(5A)의 사출면(57A)과, 광학 소자(5B)의 입사면(56B)이 접합됨으로써, 이들(광학 소자(5A, 5B))이 일체로 되어 있다. 그리고, 광학 소자(5A)의 입사면(56A)이 광학 소자(5X)의 입사면에 대응하고 있으며, 광학 소자(5B)의 사출면(57B)이 광학 소자(5X)의 사출면에 대응하고 있다.

또한, 광학 소자(5X)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 광학 소자(5)의 두께 방향(X축 방향)에 대향하는 측면(58Xa, 58Xb)과, 광학 소자(5)의 폭 방향(Y축 방향)에 대향하는 측면(59Xa, 59Xb)을 갖는다. 측면(58Xa, 58Xb, 59Xa, 59Xb)은, 모두 전반사면이며, 광학 소자(5X)의 내부에 입사한 영상광 L2를 전반사시킨다.

또한, 광학 소자(5A)는, 도광부(51A, 52A, 53A)가, 하프 미러층(54A, 55A)을 개재하여, 각 두께 방향(제1 방향)을 따라 배열되어 있는 제1 1차원 어레이이다. 또한, 광학 소자(5B)는, 도광부(51B, 52B, 53B)가, 하프 미러층(54B, 55B)을 개재하여, 각 두께 방향(제2 방향)을 따라 배열되어 있는 제2 1차원 어레이이다. 이와 같이, 광학 소자(5X)는, 1차원 어레이를 2개 갖고 있다.

또한, 광학 소자(5A)의 도광부(51A, 52A, 53A)의 배열 방향, 즉 적층 방향(X축 방향)과, 광학 소자(5B)의 도광부(51B, 52B, 53B)의 배열 방향, 즉 적층 방향(Y축 방향)과는 상이하며, 여기에서는 직교하고 있다.

이상과 같은 구성의 광학 소자(5X)는, 입사면(56A)으로부터 입사한 영상광 L2를 광학 소자(5X)의 내부에서 다중 반사시키고, 사출면(57B)으로부터 광속 폭이 확대된 상태의 영상광 L3a, L3b, L4a, L4b로서 사출한다(도 12 참조).

구체적으로는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 입사면(56A)으로부터 입사하고, 광학 소자(5A) 내로 유도된 영상광 L2는, 광학 소자(5A) 측의 측면(58Xa, 58Xb)에 있어서 전반사를 반복함과 함께, 하프 미러층(54A, 55A)에 있어서 반사와 투과를 반복하면서, Z축 방향으로 전파된다. 광학 소자(5A) 내에서 Z축 방향으로 전파된 영상광 L2는, 광학 소자(5A)의 사출면(57A)으로부터 사출되고, 입사면(56B)으로부터 광학 소자(5B)의 내부로 유도된다. 광학 소자(5B) 내로 유도된 영상광 L2는, 광학 소자(5B)측의 측면(58Xb, 58Xb, 59a, 59b)에 있어서 전반사를 반복함과 함께, 하프 미러층(54B, 55B)에 있어서 반사와 투과를 반복하면서, Z축 방향으로 전파된다. 이와 같이 하여, 영상광 L2는, 광학 소자(5X)의 내부에서 다중 반사되고, 사출면(57A)으로부터 영상광 L3a, L3b, L4a, L4b로서 사출된다. 그리고, 영상광 L3a는, 보정 렌즈(42)를 통해 반사부(6)로 전송되고, 영상광 L3b, L4a, L4b는, 차광판(도시생략)에 의해 불필요광으로서 차단된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 영상광 L3c만이 반사부(6)로 전송되지만, 영상광 L3c, L3d, L4c, L4d 중 2개 이상의 영상광이 반사부(6)로 전송되어도 된다.

여기서, 전술한 바와 같이, 광학 소자(5A)의 도광부(51A, 52A, 53A)의 배열 방향(적층 방향)과, 광학 소자(5B)의 도광부(51B, 52B, 53B)의 배열 방향(적층 방향)은, 직교하고 있다. 그리고, 광학 소자(5X)는, 한쪽의 광학 소자(5A: 제1 1차원 어레이)의 사출면(57A)으로부터 사출된 영상광 L2가, 다른 쪽의 광학 소자(5B: 제2 1차원 어레이)의 입사면(56B)에 입사하도록 배치되어 있으며, 사출면(57A)과 입사면(56B)이 접속되어 있다. 이로 인해, 입사면(56)으로부터 입사한 영상광 L2를, 각 도광부의 배열 방향인 2개의 방향을 따라서, 그 단면적을 확대할 수 있다. 또한, 복수의 도광부(본 실시 형태에서는, 도광부(51A, 52A, 53A, 51B, 52B, 53B))에 의해 다중 반사시킬 수 있고, 따라서, 사출면(57)으로부터 사출된 영상광 L3a, L3b, L4a, L4b의 강도 분포의 균일성보다 높일 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 도광부(51A, 52A, 53A)의 배열 방향(적층 방향)과, 광학 소자(5B)의 도광부(51B, 52B, 53B)의 배열 방향(적층 방향)은, 직교하고 있지만, 이에 한정되지 않으며, 도광부(51A, 52A, 53A)의 배열 방향과, 도광부(51B, 52B, 53B)의 배열 방향이 상이하면, 전술한 효과를 얻을 수 있다.

이상과 같은 구성의 제2 실시 형태의 광학 소자(5X)에 의해서도, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 비교적 간단한 구성으로, 영상광 L2의 광속 폭을 확대할 수 있다.

<제3 실시 형태>

다음으로 본 발명의 허상 표시 장치의 제3 실시 형태에 대하여 설명한다.

도 13은, 제3 실시 형태의 허상 표시 장치가 구비하는 광학 소자의 개략 구성을 나타내는 도면이며, (a)가 정면도, (b)가 평면도, (c)가 우측면도, (d)가 좌측면도이다. 도 14는, 도 13에 도시한 광학 소자에 입사된 영상광의 경로를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 이 도면을 참조하여 본 발명의 허상 표시 장치의 제3 실시 형태에 대하여 설명하지만, 전술한 실시 형태와의 상이점을 중심으로 설명하고, 마찬가지의 사항은 그 설명을 생략한다.

제3 실시 형태에서는, 광학 소자의 구성이 상이한 것 이외에는 상기 실시 형태와 마찬가지이다.

이하, 제3 실시 형태의 허상 표시 장치가 구비하는 광학 소자(5Y)에 대해서 상세하게 설명한다.

광학 소자(5Y)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 그 길이 방향(Z축 방향)에 대향하는 입사면(56Y) 및 사출면(57Y)과, 두께 방향(X축 방향)에 대향하는 측면(58Ya, 58Yb)과, 폭 방향(Y축 방향)에 대향하는 측면(59Ya, 59Yb)을 갖는다.

또한, 측면(58Ya, 58Yb, 59Ya, 59Yb)은, 모두 전반사면이며, 광학 소자(5Y)의 내부에 입사한 영상광 L2를 전반사시킨다.

이와 같은 광학 소자(5Y)는, 제1 도광부(51C: 도광부), 제2 도광부(52C: 도광부), 제3 도광부(51D: 도광부), 제4 도광부(53C: 도광부), 제5 도광부(52D: 도광부), 제6 도광부(53D: 도광부), 제7 도광부(51E: 도광부), 제8 도광부(52E: 도광부), 제9 도광부(53E: 도광부)와, 하프 미러층(54C: 제1 광 분기층), 하프 미러층(55C: 제2 광 분기층), 하프 미러층(54D: 제3 광 분기층), 하프 미러층(55D: 제4 광 분기층)을 갖는다.

9개의 도광부(51C, 52C, 53C, 51D, 52D, 53D, 51E, 52E, 53E)는, 서로 직교하는 X축 방향 및 Y축 방향으로, 3×3의 행렬 형상으로 배열되어 있다.

구체적으로는, 광학 소자(5Y)는, 예를 들어 제1 도광부(51C)와 제2 도광부(52C)와 제4 도광부(53C)가 제1 방향(Y축 방향)을 따라 배열되어 있으며, 제1 도광부(51C)와 제3 도광부(51D)와 제7 도광부(51E)가 상기 제1 방향(Y축 방향)과 서로 다른 제2 방향(X축 방향)을 따라 배열되어 있다. 또한, 제2 도광부(52C)와 제5 도광부(52D)와 제8 도광부(52E)가 상기 제1 방향(Y축 방향)과 서로 다른 제2 방향(X축 방향)을 따라 배열되어 있다. 또한, 제4 도광부(53C)와 제6 도광부(53D)와 제9 도광부(53E)가 상기 제1 방향(Y축 방향)과 서로 다른 제2 방향(X축 방향)을 따라 배열되어 있다. 이와 같이, 9개의 도광부(51C, 52C, 53C, 51D, 52D, 53D, 51E, 52E, 53E)는, 2차원적으로 배열되어 있다.

또한, 각 도광부(51C, 52C, 53C, 51D, 52D, 53D, 51E, 52E, 53E)끼리의 사이에는 하프 미러층(54C, 55C, 54D, 55D)이 형성되어 있다.

이와 같은 구성의 광학 소자(5Y)는, 도 14에 도시한 바와 같이, 입사면(56Y)으로부터 입사한 영상광 L2를 광학 소자(5Y)의 내부에서 다중 반사시키고, 사출면(57Y)으로부터 광속 폭이 확대된 상태의 영상광 L3c, L3d, L4c, L4d로서 사출한다.

구체적으로는, 광 주사부(35)에서 주사된 영상광 L2는, 입사면(56Y)으로부터 입사하고, 광학 소자(5Y) 내로 유도되고, 측면(58Ya, 58Yb, 59Ya, 59Yb)에 있어서 전반사를 반복함과 함께, 하프 미러층(54C, 55C, 54D, 55D)에 있어서 반사와 투과를 반복하면서, Z축 방향으로 전파된다. 이와 같이 하여, 영상광 L2는, 광학 소자(5Y)의 내부에서 다중 반사되고, 사출면(57Y)으로부터 영상광 L3c, L3d, L4c, L4d로서 사출된다. 그리고, 영상광 L3c는, 보정 렌즈(42)를 통해 반사부(6)로 전송되고, 영상광 L3d, L4c, L4d는, 차광판(도시생략)에 의해 불필요광으로서 차단된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 영상광 L3c만이 반사부(6)로 전송되지만, 영상광 L3c, L3d, L4c, L4d 중 2개 이상의 영상광이 반사부(6)로 전송되어도 된다.

여기서, 전술한 바와 같이, 광학 소자(5Y)는, 전술한 바와 같이, 9개의 도광부(51C, 52C, 53C, 51D, 52D, 53D, 51E, 52E, 53E)가, 2차원적으로 배열되어 있다. 이로 인해, 입사면(56Y)으로부터 입사한 영상광 L2를, 각 도광부의 배열 방향인 2개의 방향을 따라서, 그 단면적을 확대할 수 있다. 또한, 복수의 도광부(본 실시 형태에서는, 도광부(51C, 52C, 53C, 51D, 52D, 53D, 51E, 52E, 53E))에 의해 다중 반사시킬 수 있고, 따라서, 사출면(57Y)으로부터 사출된 영상광 L3c, L3d, L4c, L4d의 강도 분포의 균일성보다 높일 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 도광부(51C, 52C, 53C, 51D, 52D, 53D, 51E, 52E, 53E)는, 3×3의 행렬 형상으로 배치되어 있지만, 도광부의 수, 배치, 형상 등에 대해서는 이에 한정되지 않으며, 도광부가 2차원적으로 배열되어 있는 것이면, 전술한 효과를 얻을 수 있다.

이상과 같은 구성의 제3 실시 형태의 광학 소자(5Y)에 의해서도, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 비교적 간단한 구성으로, 영상광 L2의 광속 폭을 확대할 수 있다.

<제4 실시 형태>

다음으로 본 발명의 허상 표시 장치의 제4 실시 형태에 대하여 설명한다.

도 15는, 제4 실시 형태의 허상 표시 장치가 구비하는 광학 소자를 나타내는 도면이며, (a)가 평면도, (b)가 측면도이다. 도 16은, 도 15에 도시한 광학 소자에 입사된 영상광의 경로를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 이 도면을 참조하여 본 발명의 허상 표시 장치의 제4 실시 형태에 대하여 설명하지만, 전술한 실시 형태와의 상이점을 중심으로 설명하고, 마찬가지의 사항은 그 설명을 생략한다.

제4 실시 형태에서는, 보정 렌즈(42) 및 차광판(43)과, 반사부(6)를 구비하고 있지 않으며, 그 대신에 확대 도광부(60)를 구비하고 있는 것 이외에는 상기 제1 실시 형태와 마찬가지이다.

도 15에 도시한 바와 같이, 확대 도광부(60)는, 제1 도광판(66: 제1 확대 도광부)과, 광 취출부(64)가 형성된 제2 도광판(62: 제2 확대 도광부)을 구비하고 있다. 또한, 확대 도광부(60)는 광학 소자(5)에 접속되어 있다.

이 확대 도광부(60)는, 광학 소자(5)로부터의 영상광 L3을 관찰자의 눈 EY를 향해 입사시키는 기능을 가짐과 함께, 광학 소자(5)로부터 사출된 영상광 L3을 2차원으로 확대하는 기능을 갖고 있다. 즉, 확대 도광부(60)는, 광학 소자(5)로부터 사출된 영상광 L3의 광속 폭을 더욱 확대시키는 기능을 갖는다.

이하, 확대 도광부(60)에 대하여 상세히 설명한다.

도 15의 (a)에 도시한 바와 같이, 제1 도광판(66)은 긴 형상을 이루고, 제1 도광판(66)의 폭 방향(확대 도광부(60)의 두께 방향: Z축 방향)에 대향하는 1쌍의 측면(613, 614)과, 제1 도광판(66)의 두께 방향(제1 도광판(66)의 폭 방향 및 길이 방향과 직교하는 방향)에 대향하는 제1 주면(615: 제1 반사면) 및 제2 주면(612)을 갖고 있다. 제1 주면(615)과 제2 주면(612)은 평행하며, 측면(613)과 측면(614)은 평행하게 되어 있다. 또한, 본 명세서 중에서는, 「평행」은, 각 면이 이루는 각도가 ±2°이하, 더 바람직하게는 0.2°이하인 것을 의미한다.

이 제1 도광판(66)의 제2 주면(612)에는, 제2 도광판(62)이 고착되어 있다.

제2 도광판(62)은, X축 방향으로 긴 형상을 이루고, 제2 도광판(62)의 두께 방향(Z축 방향)에 대향하는 1쌍의 제1 주면(621) 및 제2 주면(622)과, 제2 도광판(62)의 폭 방향(Y축 방향)에 대향하는 1쌍의 측면(623, 624)과, 제2 도광판(62)의 길이 방향(X축 방향)에 대향하는 1쌍의 단부면(625, 626)을 갖고 있다. 또한, 제1 주면(621)과 제2 주면(622)은 평행하며, 측면(623)과 측면(624)은 평행하게 되어 있다. 또한, 단부면(625)은, 제2 도광판(62)의 폭 방향(입사 방향)에 대하여 경사져서 설치되어 있으며, 그 평면으로 볼 때의 형상은 제1 도광판(66)의 제2 주면(612)의 평면으로 볼 때의 형상과 동등하다. 한편, 단부면(626)은, 제2 도광판(62)의 길이 방향에 대하여 수직으로 설치되어 있다.

또한, 단부면(625)의 경사각 θ1은, 20°이상 70°이하인 것이 바람직하고, 40°이상 50°이하인 것이 보다 바람직하고, 특히 45°인 것이 바람직하다. 이에 의해, 광학 소자(5)로부터 사출된 영상광 L3을, 제2 도광판(62)의 길이 방향과 수직인 방향을 따라서 입사시켰을 때, 영상광 L3을 제2 도광판(62)의 길이 방향을 따라서 도광시킬 수 있다. 따라서, 입사 각도의 조정이 용이하게 된다.

또한, 제2 도광판(62)의 제1 주면(621)에는, 제2 도광판(62)을 도광하는 광을 제2 도광판(62)의 외측(도 15의 (a) 중 지면 바로 앞쪽)으로 취출하는 광 취출부(64)가 설치되어 있다. 광 취출부(64)는 홀로그램 소자(641)로 구성되어 있다. 이 홀로그램 소자(641)는, 제2 도광판(62)의 길이 방향(X축 방향)으로 폭을 갖고, 제2 도광판(62)의 폭 방향(Y축 방향)으로 높이를 갖고 있다. 홀로그램 소자(641)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 특정 파장 대역에 있는 광에 대해서는 회절시키고, 그 이외의 파장 대역에 있는 광에 대해서는 투과하는 성질을 갖는 부분 반사 투과막이다. 홀로그램 소자(641)는, 특정한 파장 대역에 있는 영상광에 대해서는, 회절을 이용하여 입사 각도나 광속 상태를 원하는 것이 되도록 조정함으로써 허상을 형성하고, 광범위한 파장 대역에 있는 외계광에 대해서는, 그 성분의 대부분을 투과한다. 광 취출부(64)로서 홀로그램 소자(641)를 사용함으로써, 용이하게 광의 진행 방향을 변경할 수 있어, 광 이용 효율이 우수한 허상 표시 장치(1)를 제공할 수 있다.

이와 같은 제1 도광판(66)과 제2 도광판(62)은, 제1 도광판(66)의 제2 주면(612)과, 제2 도광판(62)의 단부면(625)이 고착되어 있으며, 제1 도광판(66)의 폭 방향과 제2 도광판(62)의 두께 방향이 일치하고 있다.

이와 같은 구성의 확대 도광부(60)가 구비하는 제2 도광판(62)의 제2 주면(612)측에, 또한, 측면(624)과 단부면(625)의 경계부 부근(후술하는 고투과면(671)의 영상광 L3의 진행 방향 바로 앞쪽)에, 광학 소자(5)가 설치되어 있다. 광학 소자(5)는 영상광 L3, L4가 입사하도록, 확대 도광부(60)에 대하여 광학 소자(5)로부터 사출된 영상광 L3, L4가, 후술하는 고투과면(671)을 개재하여 제1 도광판(66)에 입사하도록 배치되어 있다. 또한, 광학 소자(5)는, 도 15의 Z축 방향을 따라서 측면(58a)과 측면(58b)이 배열되도록, X축 방향을 따라서 측면(59a)과 측면(59b)이 배열되도록 배치되어 있다.

이와 같은 확대 도광부(60)에서는, 제1 도광판(66)의 제1 주면(615), 측면(613, 614), 제2 도광판(62)의 제1 주면(621), 제2 주면(622) 및 측면(623, 624)은, 입사한 광을 전반사시키는 전반사면으로 되어 있다.

그리고, 도 16에 도시한 바와 같이, 제1 도광판(66)과 제2 도광판(62)의 사이에는, 부분 투과 반사면(67: 제2 반사면)이 형성되어 있다. 이 부분 투과 반사면(67)은, 본 실시 형태에서는, 제1 도광판(66)의 제2 주면(612) 위에 형성되어 있다. 부분 투과 반사면(67)은, 제1 도광판(66)의 제2 주면(612)의 양단부를 제외한 부분(도 16의 (a) 중 굵은 선으로 나타내는 면)에 형성되어 있다. 또한, 부분 투과 반사면(67)은, 입사한 광의 일부를 반사하고, 입사한 광의 일부를 투과시킨다. 또한, 부분 투과 반사면(67)은, 제2 도광판(62)의 단부면(625) 위에 형성되어 있어도 된다.

이 부분 투과 반사면(67)의 형성 방법으로서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, Cr, Ag 등의 금속막, 유전체막, 이들을 조합한 하이브리드막 등을 증착하는 방법 등을 들 수 있다.

또한, 부분 투과 반사면(67)에서는, 도 16 중 하단부의 광 투과율이 5％ 이상 10％ 이하이고, 도 16 중 상측의 단부 광 투과율이 12％ 이상 17％ 이하이다. 또한, 부분 투과 반사면(67)에서는, 양단부 사이의 부분에 있어서, 후술의 고투과면(671: 광 입사부)과 멀어짐에 따라서 광 투과율이 서서히 크게 되도록 구성되어 있다. 이러한 구성으로 하는 방법으로서는, 예를 들어, 상기 금속막, 상기 유전 체막 또는 상기 하이브리드 막의 두께를 조정하는 방법 등을 들 수 있다.

또한, 부분 투과 반사면(67)의 양단측(제1 도광판(66)의 제2 주면(612)의 부분 투과 반사면(67)이 형성되어 있지 않은 영역)에는, 부분 투과 반사면(67)보다도 광 투과율이 높은 고투과면(671, 672)이 형성되어 있다. 고투과면(671)은, 부분 투과 반사면(67)의 측면(624)측에 위치하고, 고투과면(672)은, 부분 투과 반사면(67)의 측면(623)측에 위치하고 있다. 이 고투과면(671, 672)의 광 투과율은, 95％ 이상인 것이 바람직하다.

여기서, 광학 소자(5)로부터 사출된 영상광 L3, L4가 확대 도광부(60)에 의해 2차원적으로 확대되는 원리에 대하여 설명한다. 또한, 이하에서는 영상광 L3, L4 중 대표하여 영상광 L3이 확대 도광부(60)에 의해 2차원적으로 확대되는 원리에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 이하에서는, 전반사면에서 광이 반사되었을 때의 감쇠량은, 전반사면에 입사하는 광량에 비하여 충분히 작기 때문에, 상기 감쇠량은 무시한다. 또한, 영상광 L3이 제1 도광판(66)을 도광할 때, 영상광 L3은, 제1 주면(615), 제2 주면(612), 측면(613, 614)의 사이에 전반사를 반복하면서 제1 도광판(66)을 도광하지만, 설명의 편의상, 영상광 L3은, 제1 주면(615) 및 제2 주면(612)의 사이에 반사를 반복하면서 제1 도광판(66)을 도광되는 것으로 한다. 마찬가지로, 광이 제2 도광판(62)을 도광할 때, 영상광 L3은, 제1 주면(621), 제2 주면(622), 측면(623, 624)의 사이에 전반사를 반복하면서 제1 도광판(66)을 도광하지만, 설명의 편의상, 영상광 L3은, 제1 주면(621) 및 제2 주면(622)의 사이에 반사를 반복하면서 제2 도광판(62)을 도광되는 것으로 한다.

우선, 광학 소자(5)로부터 사출된 영상광 L3은, 제2 도광판(62)의 측면(624), 고투과면(671)을 개재하여 제1 도광판(66)에 입사한다. 고투과면(671)은 전술한 바와 같이, 광 투과율이 95％보다도 크기 때문에, 광의 대부분이 제1 도광판(66) 내에 입사할 수 있다.

도 16의 (a)에 도시한 바와 같이, 양 투과면(671)을 투과한 영상광 L3은, 제1 주면(615)의 부분(615A)에서 반사되어, 부분 투과 반사면(67)을 향한다. 부분 투과 반사면(67)의 부분(615A)에 도달한 영상광 L3은, 그 일부가 반사하고, 광 L31로서 다시 제1 주면(615)을 향한다. 그리고, 부분 투과 반사면(67)의 부분(67A)에 도달한 영상광 L3의 일부(잔량부)는, 광 L32로서 제2 도광판(62)에 입사된다.

도 16의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1 주면(615)을 향한 광 L31은, 제1 주면(615)의 부분(615A)보다도 광의 진행 방향 하류측의 부분(615B)에서 반사되고, 다시 부분 투과 반사면(67)을 향한다. 그리고, 부분 투과 반사면(67)의 부분(67A)보다도 광의 진행 방향 하류측의 부분(67B)에 도달한 광 L31은, 상기와 마찬가지로, 그 일부가 반사하고, 광 L33으로서 다시 제1 주면(615)을 향한다. 부분 투과 반사면(67)의 부분(67B)에 도달한 광 L31의 잔량부는, 광 L34로서 제2 도광판(62)에 입사한다.

이와 같이 전반사와 부분 반사를 반복하면서, 영상광 L3은 제1 도광판(66) 내를 도광함과 함께, 제2 도광판(62) 내에도 입사한다. 또한, 제2 도광판(62)에 입사한 광(광 L32 내지 광 Lx)은, 제2 도광판(62)의 제1 주면(621) 및 제2 주면(622)의 사이에서 전반사를 반복하여 도 16 중 좌측으로부터 도 16 중 우측으로 도광된다. 그리고, 광 L32 내지 광 Lx는, 그들의 일부가 홀로그램 소자(641)에 의해 제2 도광판(62)의 외측으로 취출되고, 관찰자는 허상으로서 시인할 수 있다. 이때, 도 15의 (b)에 도시한 바와 같이, 광 L32 내지 광 Lx는, 홀로그램 소자(641)와 제2 주면(622)의 사이에서 다중 반사된다. 광 L32 내지 광 Lx는, 그들의 일부가 홀로그램 소자(641)를 투과하여, 제2 도광판(62)의 두께 방향을 따라서, 제2 도광판(62)의 외측으로 사출한다.

이와 같이 하여 광 L32 내지 광 Lx는, 홀로그램 소자(641)의 폭 방향(제2 도광판(62)의 길이 방향: X축 방향)으로 확대된다.

여기서, 제2 도광판(62)에 입사하는 영상광은, 부분 투과 반사면(67)의 광 투과율이 부분 투과 반사면(67)의 길이 방향 전체 길이에 걸쳐서 일정한 경우, 고투과면(671)과 멀어짐에 따라서 감쇠한다. 즉, 부분 투과 반사면(67)의 광 투과율이 부분 투과 반사면(67)의 길이 방향 전체 길이에 걸쳐 일정한 경우, 제2 도광판(62)에 입사하는 광에서는, 광 L32 내지 광 Lx의 순서대로 광량이 감쇠하여 적어진다. 그러나, 전술한 바와 같이, 부분 투과 반사면(67)에서는, 광 투과율이 고투과면(671)으로 멀어짐에 따라서 광 투과율이 서서히 커지도록 구성되어 있다. 이로 인해, 예를 들어 영상광 L34는, 부분 투과 반사면(67) 중 광 L32가 투과하는 부분보다도 광 투과율이 높은 부분을 투과한다. 그 결과, 광 L32의 광량과, 광 L34의 광량과의 차를 가능한 한 작게 할 수 있다. 따라서, 제2 도광판(62)에 입사한 광(광 L32 내지 광 Lx)의 광량을 가능한 한 균일하게 할 수 있다. 따라서, 홀로그램 소자(641)에 의해 표시된 허상의 불균일을 저감시킬 수 있다.

또한, 영상광 Lx는, 영상광 L32 내지 광 Lx 중, 감쇠량이 많은 광이다. 그러나, 도 16의 (b)에 도시한 바와 같이 영상, 광 Lx는, 고투과면(672)을 통과하기 때문에, 제2 도광판(62)에 입사한 영상광(영상광 L32 내지 광 Lx)의 광량을, 보다 효과적으로 대략 균일하게 할 수 있다.

또한, 제1 도광판(66) 및 제2 도광판(62)을 구성하는 재료로서는, 각각, 광 투과성을 갖고 있으면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 아크릴, 에폭시 수지 등의 각종 수지나, 각종 유리 등을 사용할 수 있다.

이와 같이, 확대 도광부(60)는, 영상광 L3을 제1 도광판(66)에서 도 16 중 상하 방향으로 확대하고, 제2 도광판(62)(홀로그램 소자(641))에서 도 16 중 좌우 방향으로 확대한다. 즉, 확대 도광부(60)는 영상광 L3을 2차원으로 확대할 수 있다. 또한, 확대 도광부(60)에서는, 제1 도광판(66)의 제1 주면(615)과 부분 투과 반사면(67)이 평행해지도록 대향하여 배치시킨다는 매우 간단한 구성으로 영상광 L3을 2차원으로 확대시킬 수 있다.

또한, 확대 도광부(60)를 제조할 때, 2개의 면(제1 도광판(66)의 제1 주면(615) 및 제2 주면(612))이 평행하게 되도록 조절하면 되므로, 매우 용이하게 제조할 수 있다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 제2 도광판(62)의 단부면(625)에 두께가 일정한 제1 도광판(66)을 고착한다는 간단한 방법으로 확대 도광부(60)를 제조할 수 있다.

<제5 실시 형태>

다음으로 본 발명의 허상 표시 장치의 제5 실시 형태에 대하여 설명한다.

도 17은, 제5 실시 형태의 허상 표시 장치가 구비하는 화상 생성부의 개략 구성을 나타내는 도면이다.

이하, 이 도면을 참조하여 본 발명의 허상 표시 장치의 제5 실시 형태에 대하여 설명하지만, 전술한 실시 형태와의 상이점을 중심으로 설명하고, 마찬가지의 사항은 그 설명을 생략한다.

제5 실시 형태에서는, 화상 생성부의 구성이 상이한 것 이외에는 상기 실시 형태와 마찬가지이다.

도 15에 도시한 바와 같이, 화상 생성부(900)는, 광원 장치(920)와, 균일 조명 광학계(930)와, 광 변조 장치(940)와, 투사 광학계(960)를 갖고 있다.

이와 같은 화상 생성부(900)는, 광원 장치(920)로부터 사출된 광이 부여된 영상 신호에 따라서 광 변조 장치(940)에 의해 변조함으로써 영상광을 형성한다.

광원 장치(920)는, 광원인 초고압 수은 램프(921)와, 리플렉터(922)를 구비하고 있다. 이와 같은 구성에서는, 초고압 수은 램프(921)로부터 방사된 광은, 리플렉터(922)에서 반사되어 전방측으로 수렴된다. 또한, 광원으로서는, 초고압 수은 램프에 한하지 않고, 예를 들어 메탈할라이드 램프 등을 채용하여도 된다.

균일 조명 광학계(930)는, 로드 인테그레이터(931)와, 컬러 휠(932)과, 릴레이 렌즈군(933)과, 반사 미러(934)를 갖고 있다. 이러한 균일 조명 광학계(930)에서는, 광원 장치(920)로부터 사출된 광속이 컬러 휠(932)을 통과한 후, 로드 인테그레이터(931)에 각도를 부여하여 입사한다.

컬러 휠(932)은, 모터(도시생략) 등의 구동원에 의해 회전 가능하게 설치되어 있다. 또한, 컬러 휠(932)에는, 로드 인테그레이터(931)의 입사측의 단부에 형성된 포트와 대향하는 필터면(932a)이 형성되어 있으며, 이 필터면(932a)에는, R(적색), G(녹색), B(청색)의 3색의 필터가 영역을 이격하여 주위 방향으로 배열하여 형성되어 있다. 또한, 컬러 휠(932)은, 로드 인테그레이터(931)의 사출측에 설치되어 있어도 된다.

컬러 휠(932)에 입사한 광속은, 필터면(932a)에 의해, 적색(R) 광, 녹색(G) 광, 청색(B) 광의 3색으로 시계열적으로 색 분리된다. 적색, 녹색, 청색의 3색으로의 분리는, 표시하는 허상(화상)의 프레임 주파수보다도 고속의 주파수로 행한다. 이와 같은 주파수로 색 분리를 행함으로써, 풀 컬러 화상을 표시하는 것이 가능하게 된다.

컬러 휠(932)을 통과한 광(적색광, 녹색광, 청색광)은, 로드 인테그레이터(931)의 입사 포트로부터 그 내부에 도입된다. 로드 인테그레이터(931)의 내부에 도입된 광은, 로드 인테그레이터(931) 내에서 복수회의 반사를 일으키고, 이에 의해, 로드 인테그레이터(931)의 사출면에 균일한 조도가 확보된다. 그로 인해, 로드 인테그레이터(931)의 사출 포트로부터 사출된 광은, 균일한 조명 분포를 갖는 것으로 된다.

로드 인테그레이터(931)로부터 사출된 광은, 릴레이 렌즈군(933) 및 반사 미러(934)를 개재하여, 균일한 조명광으로서 광 변조 장치(940)에 입사한다.

광 변조 장치(940)는, 기판(941)과, 기판(941) 위에 배열된 복수의 광 변조 소자(942)(예를 들어, DMD(디지털·마이크로 미러·디바이스). 단 「DMD」는, 미국 텍사스 인스트루먼트사의 등록상표)를 갖고 있다. 복수의 광 변조 소자(942)는, 기판(941) 위에 매트릭스 형상으로 배치되어 있다. 광 변조 소자(942)의 수로서는 특별히 한정되지 않는다. 1개의 광 변조 소자(942)가 1 화소를 구성하고 있는 경우, 광 변조 소자(942)는 화소 수만큼, 예를 들어 가로×세로=1280×1024, 640×480과 같이 배치되어 있다.

각 광 변조 소자(942)는, 입사한 광속을 반사하기 위한 가동 미러를 갖고 있으며, 이 가동 미러는, 반사한 광이 투사 광학계(960)로 유도되는 ON 상태와, ON 상태에 비하여 기울기가 상이하며, 반사한 광이 업소버(도시생략)로 유도되는 OFF 상태로 자세가 변화한다.

또한, 화상 생성부(900)에는, 제어부(도시생략)가 설치되어 있으며, 광 변조 장치(940)는, 예를 들어 제어부(도시생략)에 부여된 영상 신호(화상 정보)에 기초하여 각 광 변조 소자(942)의 ON 상태/OFF 상태를 독립적으로 전환한다. 이에 의해, 소정의 영상광(영상광)을 형성한다. 그리고, 형성된 영상광은, 투사 광학계(960)를 통하여, 광학 소자(5)에 입사한다.

이와 같은 화상 생성부(900)를 사용함으로써, 선명한 영상광을 광학 소자(5)에 입사시킬 수 있다.

이상과 같은 제5 실시 형태에 의해서도, 전술한 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.

<제6 실시 형태>

다음으로 본 발명의 허상 표시 장치의 제5 실시 형태에 대하여 설명한다.

도 18은, 제6 실시 형태의 허상 표시 장치가 구비하는 화상 생성부의 개략 구성을 나타내는 도면이다.

이하, 이 도면을 참조하여 본 발명의 허상 표시 장치의 제6 실시 형태에 대하여 설명하지만, 전술한 실시 형태와의 상이점을 중심으로 설명하고, 마찬가지의 사항은 그 설명을 생략한다.

제6 실시 형태에서는, 화상 생성부의 구성이 상이한 것 이외에는 상기 실시 형태와 마찬가지이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 화상 생성부(800)는, 조명 광학계(810)와, 색 분리 광학계(820)와, 평행화 렌즈(830R, 830G, 830B)와, 공간광 변조 장치(840R, 840G, 840B)와, 크로스 다이크로익 프리즘(850)과, 투사 광학계(860)를 갖고 있다.

조명 광학계(810)는, 광원(811)과, 리플렉터(812)와, 제1 렌즈 어레이(813)와, 제2 렌즈 어레이(814)와, 편광 변환 소자(815)와, 중첩 렌즈(816)를 갖고 있다.

광원(811)은, 초고압 수은 램프이며, 리플렉터(812)는, 방물면경으로 구성되어 있다. 광원(811)으로부터 사출된 방사상의 광속은, 리플렉터(812)에서 반사되어 대략 평행 광속으로 되고, 제1 렌즈 어레이(813)로 사출된다. 또한, 광원(811)으로서는, 초고압 수은 램프에 한하지 않고, 예를 들어 메탈할라이드 램프 등을 채용하여도 된다. 또한, 리플렉터(812)로서는, 방물면경에 한하지 않고, 타원면경으로 구성되는 리플렉터(812)의 사출면에 평행화 오목 렌즈를 배치한 구성을 채용하여도 된다.

제1 렌즈 어레이(813) 및 제2 렌즈 어레이(814)는 소 렌즈를 매트릭스 형상으로 배열하여 형성되어 있다. 광원(811)으로부터 사출된 광속은, 제1 렌즈 어레이(813)에 의해 복수의 미소한 부분 광속으로 분할되고, 각 부분 광속은, 제2 렌즈 어레이(814) 및 중첩 렌즈(816)에 의해 조명 대상인 3개의 공간광 변조 장치(840R, 840G, 840B)의 표면에서 중첩된다.

편광 변환 소자(815)는, 랜덤 편광의 광속을 일 방향으로 진동하는 직선 편광(s 편광 또는 p 편광)에 일치시키는 기능을 갖고 있으며, 본 실시 형태에서는, 색 분리 광학계(820)에서의 광속의 손실이 적은 s 편광에 일치시키고 있다.

색 분리 광학계(820)는 조명 광학계(810)로부터 사출된 광속을, 적색(R) 광, 녹색(G) 광, 청색(B) 광의 3색의 색광으로 분리하는 기능을 갖고 있으며, B 광 반사 다이크로익 미러(821), RG 광 반사 다이크로익 미러(822), G 광 반사 다이크로익 미러(823) 및 반사 미러(824, 825)를 구비하고 있다.

조명 광학계(810)로부터 사출된 광속 중, 청색광의 성분은, B 광 반사 다이크로익 미러(821)에 의해 반사되고, 또한 반사 미러(824, 861)에 의해 반사되어 평행화 렌즈(830B)에 이른다. 한편, 조명 광학계(810)로부터 사출된 광속 중, G 광, R 광의 성분은, RG 광 반사 다이크로익 미러(822)에 의해 반사되고, 또한 반사 미러(825)에 의해 반사되어 G 광 반사 다이크로익 미러(823)에 이른다. 그 중 G 광의 성분은, G 광 반사 다이크로익 미러(823) 및 반사 미러(862)에 반사되어 평행화 렌즈(830G)에 이르고, 적색광의 성분은, G 광 반사 다이크로익 미러(823)를 투과하여, 반사 미러(863)에 반사되어 평행화 렌즈(830R)에 이른다.

평행화 렌즈(830R, 830G, 830B)는, 조명 광학계(810)로부터의 복수의 부분 광속을, 공간광 변조 장치(840R, 840G, 840B)를 각각 조명하도록 각 부분 광속이, 각각 대략 평행한 광속이 되도록 설정되어 있다.

평행화 렌즈(830R)를 투과한 적색광은, 공간광 변조 장치(840R: 제1 공간광 변조 장치)에 이르고, 평행화 렌즈(830G)를 투과한 녹색광은, 공간광 변조 장치(840G: 제2 공간광 변조 장치)에 이르고, 평행화 렌즈(830B)를 투과한 청색광은, 공간광 변조 장치(840B: 제3 공간광 변조 장치)에 이른다.

공간광 변조 장치(840R)는, 적색광을 화상 신호에 따라서 변조하는 공간광 변조 장치로서, 투과형 액정 표시 장치(LCD)이다. 공간광 변조 장치(840R)에 설치된 액정 패널(도시생략)은, 2개의 투명 기판의 사이에, 광을 화상 신호에 따라서 변조하기 위한 액정층을 봉입하고 있다. 공간광 변조 장치(840R)에서 변조된 적색광은, 색 합성 광학계인 크로스 다이크로익 프리즘(850)에 입사한다. 또한, 공간광 변조 장치(840G, 840B)의 구성 및 기능은, 공간광 변조 장치(840R)와 마찬가지이다.

크로스 다이크로익 프리즘(850)은, 삼각 기둥 형상의 4개의 프리즘을 접합함으로써, 대략 정사각형 단면의 각기둥 형상으로 형성된 것이며, X자 형상의 접합면을 따라 유전체 다층막(851, 852)이 형성되어 있다. 유전체 다층막(851)은 녹색광을 투과하여 적색광을 반사하고, 유전체 다층막(852)은 녹색광을 투과하여 청색광을 반사한다. 그리고, 크로스 다이크로익 프리즘(850)은, 공간광 변조 장치(840R, 840G, 840B)로부터 사출된 각 색광의 변조광을 각각 입사면(850R, 850G, 850B)으로부터 입사해 합성하여 영상광을 형성하고, 그 영상광을, 투사 광학계(860)를 향해 사출한다.

투사 광학계(860)로부터 사출된 영상광은, 광학 소자(5)에 입사한다.

이와 같은 화상 생성부(800)를 사용함으로써, 선명한 영상광을 광학 소자(5)에 입사시킬 수 있다.

이상과 같은 제6 실시 형태에 의해서도, 전술한 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 공간광 변조 장치(라이트 밸브)로서 3개의 투과형 액정 표시 장치(LCD)를 사용한 화상 생성부를 구비하는 허상 표시 장치에 대하여 설명하였지만, 공간광 변조 장치를 구비하는 화상 생성부의 구성으로서는, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 공간광 변조 장치로서 3개의 반사형 액정 표시 장치(LCD)를 사용한 구성이어도 된다. 또한, 투과형/반사형을 막론하고, 예를 들어 2개의 액정 표시 장치를 사용한 구성이어도 된다.

<제7 실시 형태>

다음으로 본 발명의 허상 표시 장치의 제7 실시 형태에 대하여 설명한다.

도 19는, 제7 실시 형태의 허상 표시 장치가 구비하는 화상 생성부의 개략 구성을 나타내는 도면이다.

이하, 이 도면을 참조하여 본 발명의 허상 표시 장치의 제7 실시 형태에 대하여 설명하지만, 전술한 실시 형태와의 상이점을 중심으로 설명하고, 마찬가지의 사항은 그 설명을 생략한다.

제7 실시 형태에서는, 화상 생성부의 구성이 상이한 것 이외에는 상기 실시 형태와 마찬가지이다.

도 19에 도시한 바와 같이, 화상 생성부(7)는 광원 유닛(71)과, PBS 프리즘(73)과, 반사형 액정 패널(74)과, 투사 광학계(75)를 갖고 있다.

광원 유닛(71)은 적색, 녹색, 청색의 레이저 광원(71R, 71G, 71B)과, 레이저 광원(71R, 71G, 71B)에 대응하여 설치된 콜리메이터 렌즈(72R, 72G, 72B) 및 다이크로익 미러(73R, 73G, 73B)를 구비하고 있다.

레이저 광원(71R, 71G, 71B)은, 각각, 도시를 생략한 광원과 구동 회로를 갖고 있다. 그리고, 레이저 광원(71R)은, 적색의 레이저광을 사출하고, 레이저 광원(71G)은, 녹색의 레이저광을 사출하고, 레이저 광원(71B)은, 청색의 레이저광을 사출한다. 이들 레이저 광원(71R, 71G, 71B)으로부터 사출되는 각 색의 레이저광은, 직선 편광으로서, 서로 진동 방향이 동일하게 되어 있다(예를 들어, S파).

각 레이저 광원(71R, 71G, 71B)으로부터 사출된 각 색의 레이저광은, 콜리메이터 렌즈(72R, 72G, 72B)에 의해 평행화되고, 다이크로익 미러(73R, 73G, 73B)로 입사한다. 다이크로익 미러(73R)는, 적색의 레이저광을 반사하는 특성을 갖고 있다. 다이크로익 미러(73B)는, 청색의 레이저광을 반사함과 함께, 적색의 레이저광을 투과하는 특성을 갖고 있다. 다이크로익 미러(73G)는, 녹색의 레이저광을 반사함과 함께, 적색, 청색의 레이저광을 투과하는 특성을 갖고 있다.

레이저 광원(71R, 71G, 71B)은, 차례로 점멸하도록 구동이 제어되어 있으며, 이에 의해, 적색의 레이저광, 녹색의 레이저광, 청색의 레이저광이 차례로 사출된다. 사출된 각 색의 레이저광은, 각각, 콜리메이터 렌즈, 다이크로익 미러를 통과하고, PBS(편광 빔 스플리터) 프리즘(73)의 반사면에서 반사되어 반사형 액정 패널(74)에 투사된다.

반사형 액정 패널(74)은, 공간광 변조 장치로서, LCOS(Liquid Crystal on Silicon)이며, 반사층을 갖는다.

반사층에서 반사되어 PBS 프리즘(73)을 통과한 각 색의 레이저광(영상광)은, 투사 광학계(75)를 통하여, 광학 소자(5)에 입사한다.

또한, 반사형 액정 패널(74)에 의해 반사된 각 색의 레이저광은, 진동 방향이 90°회전하고, p 편광으로 된다.

이와 같은 화상 생성부(7)를 사용함으로써, 선명한 영상광을 광학 소자(5)에 입사시킬 수 있다.

이상과 같은 제7 실시 형태에 의해서도, 전술한 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 1매의 반사형 액정 패널(74)을 사용한 단판 방식이지만, 화상 생성부의 구성은, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 적색광, 녹색광, 청색광마다 반사형 액정 패널을 설치한 3판 방식이어도 된다. 또한, 예를 들어 공간광 변조 장치(라이트 밸브)로서 반사형 액정 패널을 대신하여 투과형 액정 패널을 사용한 구성이어도 된다.

<제8 실시 형태>

다음으로 본 발명의 허상 표시 장치의 제8 실시 형태에 대하여 설명한다.

도 20은, 제8 실시 형태의 허상 표시 장치가 구비하는 화상 생성부의 개략 구성을 나타내는 도면이다.

이하, 이 도면을 참조하여 본 발명의 허상 표시 장치의 제8 실시 형태에 대하여 설명하지만, 전술한 실시 형태와의 상이점을 중심으로 설명하고, 마찬가지의 사항은 그 설명을 생략한다.

제8 실시 형태에서는, 화상 생성부의 구성이 상이한 것 이외에는 상기 실시 형태와 마찬가지이다.

도 20에 도시한 바와 같이, 화상 생성부(700)는, 유기 EL 장치(70)와, 콜리메이터 렌즈(도시생략)를 갖고 있다.

유기 EL 장치(70)는, 기재(710)와, 반사층(722)과, 보호층(726)과, 양극[724(724R, 724G, 724B)]과, 유기 기능층[730(730R, 730G, 730B)]과, 음극(732)과, 격벽부(728)와, 밀봉층(744)과, 컬러 필터 기판(740)을 구비하고 있다. 또한, 유기 EL 장치(70)는, 컬러 필터 기판(740)측으로 사출되는 톱 에미션형이다.

여기서, 양극(724R)과 유기 기능층(730R)과 음극(732)의 일부에서 유기 EL 소자(78R)가 구성되어 있다. 마찬가지로, 양극(724G)과 유기 기능층(730G)과 음극(732)의 일부에서 유기 EL 소자(78G)가 구성되어 있으며, 양극(724B)과 유기 기능층(730B)과 음극(732)의 일부에서 유기 EL 소자(78B)가 구성되어 있다.

기재(710)에는, 각 유기 EL 소자(78R, 78G, 78B)에, 반도체막과 게이트 절연층과 게이트 전극과 드레인 전극과 소스 전극을 구비한 TFT(도시생략)가 설치되어 있다. 또한, 기재(710)는, 유기 EL 장치(70)가 톱 에미션형이기 때문에, 투광성 재료 및 불투광성 재료 중 어느 것으로 구성한 것이어도 된다.

보호층(726)은, 기재(710)와 반사층(722)을 덮도록 형성되어 있다. 보호층(726)의 상면은, 평탄화되어 있으며, 보호층(726)은, 예를 들어 SiO₂ 등의 무기 절연막이나, 아크릴 수지 등의 유기 수지에 의해 형성되어 있다.

양극(724R, 724G, 724B)은, 보호층(726) 위에 설치되어 있다. 양극(724)은, 투광성을 갖는 도전 재료로 이루어지고, 예를 들어 ITO 등으로 형성되어 있다.

격벽부(728)는, 보호층(726) 위에 설치되어 있다. 격벽부(728)는, 예를 들어 아크릴 수지 등의 유기 수지에 의해 형성되어 있다.

유기 기능층(730R, 730G, 730B)은, 각각, 각 양극(724R, 724G, 724B) 위에 형성되어 있다. 유기 기능층(730R)은 적색광으로 발광하고, 유기 기능층(730G)은 녹색광으로 발광하고, 유기 기능층(730B)은 청색광으로 발광한다.

유기 기능층(730R, 730G, 730B)은, 예를 들어 정공 수송층과 발광층과 전자 수송층으로 구성된다. 유기 기능층(730R, 730G, 730B)에서는, 각각 정공 수송층으로부터 주입되는 정공과 전자 수송층으로부터 주입되는 전자가 발광층에서 재결합함으로써, 적색광, 녹색광, 청색광이 얻어진다. 이와 같이 3개의 광으로 발광하는 유기 기능층(730R, 730G, 730B)을 가짐으로써, 유기 EL 장치(70)는 풀 컬러 발광이 가능하게 되어 있다.

음극(732)은, 격벽부(728)와 각 유기 기능층(730R, 730G, 730B)을 덮도록 설치되어 있다. 음극(732)은, 전체 양극에 대응하는 공통 전극으로 되어 있다. 음극(732)은, 그 표면에 도달한 광의 일부를 투과함과 함께 다른 일부를 반사하는 성질을 가진 반투과 반사층으로서 기능한다. 음극(732)은, 예를 들어 마그네슘(Mg)이나 은(Ag) 단체, 또는 이들을 주성분으로 하는 합금 등으로 형성되어 있다.

또한, 음극(732) 위에는, 패시베이션층(도시생략)이 형성되어 있다. 패시베이션층은, 예를 들어 SiO₂ 등의 가스 투과율이 낮은 무기 재료로 형성되어 있으며, 산소나 수분의 침입에 의한 유기 EL 장치(70)의 열화를 방지하기 위한 보호막이다.

이와 같은 구성의 유기 EL 소자(78R, 78G, 78B)의 기재(710)와는 반대측에는, 컬러 필터 기판(740)이 배치된다.

컬러 필터 기판(740)은, 유리 등의 투광성 재료로 구성되어 있다. 컬러 필터 기판(740)의 기재(710)측의 면에는, 컬러 필터(742R, 742G, 742B)와 차광층(743)이 형성되어 있다.

컬러 필터(742R, 742G, 742B)는, 평면으로 볼 때 유기 EL 소자(78R, 78G, 78B)에 겹치도록 설치되어 있다. 여기서, 전술한 3개의 유기 EL 소자(78R, 78G, 78B)와, 이들에 겹치도록 설치된 컬러 필터(742R, 742G, 742B)로, 유기 EL 장치(70)의 1 화소가 구성되어 있다. 즉, 도 20에서는, 유기 EL 장치(70)의 1 화소를 도시하고 있다. 또한, 유기 EL 장치(70)의 화소 수는 특별히 한정되지 않는다.

또한, 컬러 필터(742R, 742G, 742B)는, 유기 EL 소자(78R, 78G, 78B)로부터 사출되는 광 중, 적색광, 녹색광, 청색광의 각 파장 대역의 광을 선택적으로 투과시키기 위한 것이다. 컬러 필터(742R)는, 적색광의 파장 대역에 대응하고 있고, 컬러 필터(742G)는, 녹색광의 파장 대역에 대응하고 있으며, 컬러 필터(742B)는, 청색광의 파장 대역에 대응하고 있다.

또한, 차광층(743)은, 컬러 필터(742R, 742G, 742B)를 구획하도록 형성되어 있다.

이와 같은 컬러 필터 기판(740)은, 밀봉층(744)을 개재하여 기재(710)와 접합되어 있다. 밀봉층(744)은, 예를 들어 에폭시 수지 등의 투광성을 갖는 경화성 수지로 형성되어 있다.

이와 같은 구성의 유기 EL 장치(70)의 컬러 필터(742R, 742G, 742B)를 통과한 적색광, 녹색광, 청색광은, 콜리메이터 렌즈(도시생략)에 입사한다. 콜리메이터 렌즈(도시생략)에 의해, 유기 EL 장치(70)로부터 사출된 적색광, 녹색광, 청색광은, 대략 평행 상태의 광속으로 조정(변조)되고, 변조된 영상광으로서 광학 소자(5)로 전송된다.

이와 같은 화상 생성부(700)를 사용함으로써, 선명한 영상광을 광학 소자(5)에 입사시킬 수 있음과 함께, 화상 생성부(700)의 소형화를 도모할 수 있다.

이상과 같은 제8 실시 형태에 의해서도, 전술한 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.

이상, 본 발명의 허상 표시 장치 및 헤드 마운트 디스플레이에 대하여, 도시한 실시 형태에 기초하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명의 허상 표시 장치에서는, 각 부의 구성은, 마찬가지의 기능을 갖는 임의의 구성의 것으로 치환할 수 있으며, 또한, 다른 임의의 구성을 부가할 수도 있다.

또한, 본 발명은, 상기 각 실시 형태 중, 임의의 2 이상의 구성(특징)을 조합한 것이어도 된다.

또한, 본 발명의 허상 표시 장치는, 관찰자가 시인하는 화상으로서 허상을 형성하는 것이면, 안경형 헤드 마운트 디스플레이에 적용하는 경우에 한정되지 않으며, 예를 들어 헬멧형 또는 헤드셋형 헤드 마운트 디스플레이나, 관찰자의 목이나 어깨 등의 신체로 지지되는 형태의 화상 표시 장치 등에도 적용 가능하다. 또한, 전술한 실시 형태에서는, 화상 표시 장치 전체가 관찰자의 머리부에 장착되는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 화상 표시 장치는, 관찰자의 머리부에 장착되는 부분과, 관찰자의 머리부 이외의 부분에 장착 또는 휴대되는 부분을 가져도 된다.

또한, 전술한 실시 형태에서는, 양안 타입의 투과형 헤드 마운트 디스플레이의 구성에 대하여 대표적으로 설명하였지만, 예를 들어 관찰자가 헤드 마운트 디스플레이를 장착한 상태에 있어서 외부 경치가 차단되는 비투과형 헤드 마운트 디스플레이의 구성이어도 된다.

또한, 본 발명의 헤드 마운트 디스플레이는, 스피커나 헤드폰 등의 음성을 출력시키는 장치 등을 가져도 된다.

10: 헤드 마운트 디스플레이
1: 허상 표시 장치
2: 프레임
21: 프론트부
211: 림
212: 셰이드부
22: 템플
23: 노즈 패드
27: 오목부
3, 900, 800, 7, 700: 화상 생성부
31: 영상광 생성부
311: 광원부
311B: 광원
311G: 광원
311R: 광원
313: 광 합성부
313a, 313b: 다이크로익 미러
321, 322: 구동 회로
32: 구동 신호 생성부
312B: 구동 회로
312G: 구동 회로
312R: 구동 회로
33: 제어부
34: 렌즈
35: 광 주사부
11: 가동 미러부
12a, 12b: 축부
13: 프레임체부
14a, 14b, 14c, 14d: 축부
15: 지지부
16: 영구 자석
17: 코일
18: 신호 중첩부
111: 기초부
112: 스페이서
113: 광 반사판
114: 광 반사부
115: 경질층
4: 확대 광학계
42: 보정 렌즈
43: 차광판
5, 5X, 5Y: 광학 소자
5A: 제1 광학 소자(광학 소자)
5B: 제2 광학 소자(광학 소자)
51, 52, 53: 도광부
54: 하프 미러층(제1 광 분기층)
55: 하프 미러층(제2 광 분기층)
56: 입사면
57: 사출면
58a, 58b: 측면
59a, 59b: 측면
6: 반사부
61: 비구면 미러
611: 오목면
65: 광 편향부
651: 홀로그램 소자
EA: 귀
EY: 눈(좌안, 우안)
NS: 코
H: 머리부
A1, A2, B1, B2: 자계
L1, L2, L3, L4, L21, L22, L31, L32, L33, L34, Lx: 영상광
L3a, L3b, L3c, L3d, L4a, L42b, L43c, L44d: 영상광
T1, T2: 주기
V1: 제1 구동 신호
V2: 제2 구동 신호
X: 축선
f1: 공진 주파수
51A, 51B: 제1 도광부(도광부)
52A, 52B: 제2 도광부(도광부)
53A, 53B: 제3 도광부(도광부)
51C: 제1 도광부(도광부)
52C: 제2 도광부(도광부)
51D: 제3 도광부(도광부)
53C: 제4 도광부(도광부)
52D: 제5 도광부(도광부)
53D: 제6 도광부(도광부)
51E: 제7 도광부(도광부)
52E: 제8 도광부(도광부)
53E: 제9 도광부(도광부)
54A, 54B, 55A, 55B: 하프 미러층
54C, 55C, 54D, 55D: 하프 미러층
56A, 56B, 56Y: 입사면
57A, 57B, 57Y: 사출면
58Xa, 58Xb, 58Ya, 58Yb: 측면
59Xa, 59Xb, 59Ya, 59Yb: 측면
60: 확대 도광부
66: 제1 도광판(제1 확대 도광부)
62: 제2 도광판(제2 확대 도광부)
64: 광 취출부
67: 부분 투과 반사면
67A, 67B: 부분
613: 측면
614: 측면
615: 제1 주면
612: 제2 주면
615A, 615B: 부분
621: 제1 주면
622: 제2 주면
623, 624: 측면
625, 626: 단부면
641: 홀로그램 소자
671, 672: 고투과면
911G, 911R: 레이저 광원
920: 광원 장치
921: 초고압 수은 램프
922: 리플렉터
930: 균일 조명 광학계
931: 로드 인테그레이터
932: 컬러 휠
932a: 필터면
933: 릴레이 렌즈군
934: 반사 미러
940: 광 변조 장치
941: 기판
942: 광 변조 소자
960: 투사 광학계
810: 조명 광학계
811: 광원
812: 리플렉터
813: 제1 렌즈 어레이
814: 제2 렌즈 어레이
815: 편광 변환 소자
816: 중첩 렌즈
820: 색 분리 광학계
821: B 광 반사 다이크로익 미러
822: RG 광 반사 다이크로익 미러
823: G 광 반사 다이크로익 미러
824, 825: 반사 미러
830B, 830G, 830R: 평행화 렌즈
840B, 840G, 840R: 공간광 변조 장치
850: 크로스 다이크로익 프리즘
850G, 850R: 입사면
851, 852: 유전체 다층막
860: 투사 광학계
861, 863: 반사 미러
870: 편광 로테이터
71: 광원 유닛
71B, 71G, 71R: 레이저 광원
72G, 72: 콜리메이터 렌즈
73: 프리즘(PBS 프리즘)
73B, 73G, 73R: 다이크로익 미러
74: 반사형 액정 패널
75: 콜리메이터 렌즈
70: 유기 EL 장치
710: 기재
722: 반사층
724: 양극
724B, 724G, 724R: 양극
726: 보호층
728: 격벽부
730(730R, 730G, 730B): 유기 기능층
732: 음극
740: 컬러 필터 기판
742B, 742G, 742R: 컬러 필터
743: 차광층
744: 밀봉층
78B, 78G, 78R: 유기 EL 소자
α: 예각
θ5: 각도
θ: 경사각
θ1: 경사각
w: 축선

Claims (14)

1. 영상 신호에 기초하여 변조되어 영상광을 생성하는 화상 생성부와,
   상기 화상 생성부로부터 사출된 상기 영상광이 입사하는 입사면과, 상기 입사면에 입사한 상기 영상광의 단면적이 확대된 상기 영상광을 사출하는 사출면을 갖는 광학 소자를 포함하고,
   상기 광학 소자는, 상기 입사면과 상기 사출면을 접속하여, 상기 화상 생성부로부터 사출된 상기 영상광을 도광하는 제1 도광부 및 제2 도광부와,
   상기 제1 도광부와 상기 제2 도광부의 사이에 설치되고, 상기 화상 생성부로부터 사출된 상기 영상광의 일부를 반사시키고, 상기 영상광의 일부를 투과시키는 제1 광 분기층을 갖고,
   상기 화상 생성부로부터 사출된 상기 영상광은, 상기 제1 광 분기층에 대하여 경사 입사하는 것을 특징으로 하는 허상 표시 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 광학 소자는, 상기 제1 도광부와, 상기 제2 도광부가 제1 방향을 따라서 1차원으로 배열되어 있는 제1 1차원 어레이를 갖고 있는 허상 표시 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 광학 소자는, 상기 제1 도광부와, 상기 제2 도광부가, 상기 제1 방향과 다른 제2 방향을 따라서 1차원으로 배열되어 있는 제2 1차원 어레이를 갖고 있으며,
   상기 제2 1차원 어레이는, 한쪽의 상기 제1 1차원 어레이의 사출면으로부터 사출된 상기 영상광이, 상기 제2 1차원 어레이의 입사면에 입사하도록 배치되는 허상 표시 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 1차원 어레이의 사출면과, 상기 제2 1차원 어레이의 입사면은, 접속되어 있는 허상 표시 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 광학 소자는,
   상기 입사면과 상기 사출면을 접속하고, 상기 영상광을 도광하는 제3 도광부와,
   상기 제1 도광부와 상기 제3 도광부의 사이에 설치되고, 상기 영상광의 일부를 반사시키고, 상기 영상광의 일부를 투과시키는 제2 광 분기층을 더 갖고 있으며,
   상기 제1 도광부와 상기 제2 도광부가 제1 방향을 따라서 배열되어 있으며, 상기 제1 도광부와 상기 제3 도광부가 상기 제1 방향과 다른 제2 방향을 따라서 배열되어 있는 허상 표시 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 입사면에 있어서의, 상기 제1 도광부와 상기 제2 도광부가 배열되는 방향을 따른 상기 제1 도광부 및 상기 제2 도광부의 폭은, 각각 상기 제1 도광부와 상기 제2 도광부가 배열되는 방향을 따른 상기 영상광의 폭보다도 작은 허상 표시 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 입사면과 상기 사출면은, 상기 제1 광 분기층에 대한 상기 기울기 각도의 절댓값이 동일한 허상 표시 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 광학 소자의 상기 사출면으로부터 사출된 상기 영상광을 관찰자의 눈의 방향으로 편향시키는 광 편향부를 더 구비하고,
   상기 광 편향부는, 홀로그램을 갖고 있는 허상 표시 장치.
9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 광학 소자로부터 사출된 상기 영상광을 2차원으로 확대하는 확대 도광부를 더 갖고 있으며,
   상기 확대 도광부는, 상기 영상광이 입사하는 광 입사부와,
   상기 영상광이 상기 광 입사부에 입사하는 입사 방향에 대하여 경사져서 설치된 제1 반사면과, 상기 제1 반사면과 평행하게 설치되고, 상기 영상광의 일부를 반사시키고, 상기 영상광의 일부를 투과시키는 제2 반사면을 갖는 제1 확대 도광부와,
   상기 제2 반사면을 투과한 상기 영상광을 도광시키는 제2 확대 도광부를 구비하고 있는 허상 표시 장치.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화상 생성부는, 광을 사출하는 광원과, 그 광원으로부터 사출된 상기 광을 주사하는 광 스캐너를 구비하고 있는 허상 표시 장치.
11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화상 생성부는, 광원과, 그 광원으로부터 사출된 광을 상기 영상 신호에 기초하여 변조하는 공간광 변조 장치를 구비하고 있는 허상 표시 장치.
12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화상 생성부는, 유기 EL 패널을 갖고 있는 허상 표시 장치.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 허상 표시 장치를 구비하고, 관찰자의 머리부에 장착되는 것을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이.
14. 제13항에 있어서,
    상기 광학 소자는, 상기 관찰자의 머리부에 장착된 상태에서, 상기 광학 소자의 상기 사출면으로부터 사출되는 상기 영상광이, 상기 관찰자의 좌안과 우안이 배열되어 있는 방향으로 단면적이 확대되도록 배치되어 있는 헤드 마운트 디스플레이.

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