JP2015102613A - Optical device and display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学デバイス、及び、表示装置に関する。 The present invention relates to an optical device and a display device.
近年、画像投影装置の1つとして画像表示装置からの画像を、導光板を有する光学デバイスを用いて、観察者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。このような光学デバイスにおいては、導光板内に光を入射させ、または、導光板内を導光する光を出射させるための構成として回折光学素子を用いることが、従来から提案されている。
ところで、回折光学素子の回折特性には大きな波長依存性があるため、観察される虚像の色むらが大きくなることがある。そこで、導光板が導光する光に含まれる複数の色(例えば、赤、緑、青)の光のそれぞれに対応した回折特性を有する回折光学素子を、複数の色に対応して複数個設けることで、回折効率の波長依存性による色毎の効率差を低減させる等の対応が取られている(例えば、特許文献1)。
In recent years, a head-mounted display that guides and displays an image from an image display device as one of image projection devices in front of an observer's eyes using an optical device having a light guide plate has been commercialized, and further miniaturization, Development related to wide angle of view and high efficiency is underway. In such an optical device, it has been conventionally proposed to use a diffractive optical element as a configuration for causing light to enter the light guide plate or to emit light that is guided through the light guide plate.
By the way, since the diffraction characteristic of the diffractive optical element has a large wavelength dependence, the color unevenness of the observed virtual image may increase. Accordingly, a plurality of diffractive optical elements having diffraction characteristics corresponding to each of a plurality of colors (for example, red, green, and blue) included in the light guided by the light guide plate are provided corresponding to the plurality of colors. Thus, countermeasures such as reducing the efficiency difference for each color due to the wavelength dependency of the diffraction efficiency are taken (for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載の従来技術では、導光板内に光を入射させる構成、及び、導光板内から光を出射させるための構成のそれぞれについて、導光板内を導光する光に含まれる複数の色に対応して複数個の回折光学素子を設ける必要があるため、光学デバイスの構造が複雑となり、ひいては、画像投影装置の製造コストが増大する、等の問題が生じている。また、複数の色に対応して複数個の回折光学素子を設ける場合、一の色に対応する回折光学素子で回折した光が、他の色に対応する回折光学素子に入射することにより、出射光により表される映像の品質が低下する等の問題が生じることもあった。 However, in the prior art described in Patent Document 1, the light guiding light in the light guide plate is included in each of the structure for causing light to enter the light guide plate and the structure for emitting light from the light guide plate. Since it is necessary to provide a plurality of diffractive optical elements corresponding to a plurality of colors, the structure of the optical device becomes complicated, and as a result, the manufacturing cost of the image projection apparatus increases. In addition, when a plurality of diffractive optical elements corresponding to a plurality of colors are provided, light diffracted by the diffractive optical element corresponding to one color enters the diffractive optical element corresponding to the other color, and is thus output. In some cases, the quality of the image represented by the light is reduced.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、画像投影装置に用いられ、簡易な構成で高品位な映像を表示することが可能な光学デバイスを提供することを解決課題とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and one of its purposes is to provide an optical device that can be used in an image projection apparatus and can display a high-quality image with a simple configuration. This is the solution issue.
以上の課題を解決するために、本発明に係る光学デバイスの第1の態様は、光出射部を備える導光体と、前記導光体が導光する光の少なくとも一部を回折させることで、前記導光体の光出射部から前記導光体が導光する光の少なくとも一部を取り出す回折光学素子と、所定の波長の光を選択して透過させる波長選択部と、を有し、前記導光体が導光する光は、第1の波長の光と、前記第1の波長とは異なる第2の波長の光と、を含み、前記回折光学素子は、前記第1の波長の光の回折効率が前記第2の波長の光の回折効率よりも高い回折特性である第1回折領域と、前記第2の波長の光の回折効率が前記第2の波長の光の回折効率よりも高い回折特性である第2回折領域と、を備え、前記波長選択部は、前記導光体の前記光出射部に垂直な方向から見た平面視において、前記第1回折領域に重なる位置に設けられ、前記第1の波長の光を選択して透過させる第1波長選択領域と、前記第2回折領域に重なる位置に設けられ、前記第2の波長の光を選択して透過させる第2波長選択領域と、を備える、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a first aspect of the optical device according to the present invention is to diffract at least a part of light guided by the light guide and the light guide. A diffractive optical element that extracts at least part of the light guided by the light guide from the light emitting part of the light guide, and a wavelength selection unit that selects and transmits light of a predetermined wavelength, The light guided by the light guide includes light having a first wavelength and light having a second wavelength different from the first wavelength, and the diffractive optical element has the first wavelength. A first diffraction region having a diffraction characteristic higher than that of light of the second wavelength; and a diffraction efficiency of light of the second wavelength is higher than that of light of the second wavelength. A second diffraction region having high diffraction characteristics, wherein the wavelength selection unit is perpendicular to the light emitting unit of the light guide. In a plan view as viewed from above, provided at a position overlapping the first diffraction area, provided at a position overlapping the second diffraction area, and a first wavelength selection area for selectively transmitting light of the first wavelength. And a second wavelength selection region for selecting and transmitting the light of the second wavelength.
上述した本発明に係る光学デバイスの第1の態様によれば、第1回折領域と第2回折領域とを有する単一の回折光学素子により、導光体が導光する第1の波長の光及び第2の波長の光の両方を取り出すことができる。このため、光学デバイスが、第1の波長の光に対応する回折特性を有する回折光学素子と、第2の波長の光に対応する回折特性を有する回折光学素子とを別個に備える場合に比べて、光学デバイスの構造を簡素化することが可能となる。
また、第1の波長の光に対応する回折特性を有する回折光学素子と、第2の波長の光に対応する回折特性を有する回折光学素子とを別個に設ける場合には、一方の回折光学素子により回折された光が、他方の回折光学素子により再度回折されることがあり、光の散乱等が生じるため、光学デバイスを用いる表示装置の表示品位が低下する惧れがある。これに対して、本発明に係る光学デバイスの第1の態様によれば、光出射部において単一の回折光学素子のみが設けられるため、光が複数の回折格子により複数回回折されることによる表示品位の低下を防止することができる。
更に、第1の波長の光に対応する回折特性を有する回折光学素子と、第2の波長の光に対応する回折特性を有する回折光学素子とを別個に設ける場合、第1の波長の光を導光する導光体と、第2の光を導光する導光体とを別個に設けることが必要になることがあり、光学デバイスの小型化及び軽量化が困難となる。これに対して、本発明に係る光学デバイスの第1の態様によれば、第1の波長の光と第2の波長の光とを、単一の導光体により導光することが可能であるため、光学デバイスの小型化及び軽量化が可能となる。
According to the first aspect of the optical device according to the present invention described above, the light of the first wavelength guided by the light guide by the single diffractive optical element having the first diffractive region and the second diffractive region. And the second wavelength of light can be extracted. Therefore, the optical device has a diffractive optical element having a diffractive characteristic corresponding to light of the first wavelength and a diffractive optical element having a diffractive characteristic corresponding to light of the second wavelength separately. The structure of the optical device can be simplified.
In the case where a diffractive optical element having diffraction characteristics corresponding to light of the first wavelength and a diffractive optical element having diffraction characteristics corresponding to light of the second wavelength are provided separately, one diffractive optical element is provided. The light diffracted by the above may be diffracted again by the other diffractive optical element, causing light scattering and the like, which may reduce the display quality of the display device using the optical device. On the other hand, according to the first aspect of the optical device according to the present invention, since only a single diffractive optical element is provided in the light emitting portion, light is diffracted multiple times by a plurality of diffraction gratings. Deterioration of display quality can be prevented.
Further, when the diffractive optical element having the diffraction characteristic corresponding to the light of the first wavelength and the diffractive optical element having the diffraction characteristic corresponding to the light of the second wavelength are separately provided, the light of the first wavelength is changed. It may be necessary to separately provide a light guide that guides light and a light guide that guides the second light, which makes it difficult to reduce the size and weight of the optical device. On the other hand, according to the first aspect of the optical device of the present invention, it is possible to guide the light of the first wavelength and the light of the second wavelength by a single light guide. Therefore, the optical device can be reduced in size and weight.
上述した本発明に係る光学デバイスの第1の態様において、前記導光体は、幾何光学的手段により、光を前記導光体に入射させる光入射部を備える、ことを特徴とすることが好ましい。
この場合には、光を導光体に入射させる手段として幾何光学的手段を用いるため、光を導光体に入射させる手段として回折光学素子を用いる場合と比較して、光の利用効率を高くすることができる。なお、『幾何光学的手段』とは、例えば、プリズム、レンズ、ミラー等、光の屈折及び反射の少なくとも一方を利用して光の進行方向を変化させる手段であれば、どのようなものであってもよい。
In the first aspect of the optical device according to the present invention described above, it is preferable that the light guide includes a light incident portion that allows light to enter the light guide by geometric optical means. .
In this case, since geometrical optical means is used as means for making light incident on the light guide, the light utilization efficiency is higher than when a diffractive optical element is used as means for making light incident on the light guide. can do. The “geometric optical means” is, for example, any means that changes the traveling direction of light using at least one of light refraction and reflection, such as a prism, a lens, and a mirror. May be.
上述した本発明に係る光学デバイスの第1の態様において、一つの前記導光体を備え、前記一つの導光体が導光する光は、前記第1の波長及び前記第2の波長とは異なる第3の波長の光を含み、前記回折光学素子は、前記第3の波長の光の回折効率が前記第1の波長の光の回折効率及び前記第2の波長の光の回折効率よりも高い回折特性である第3回折領域を備え、前記波長選択部は、前記導光体の前記光出射部に垂直な方向から見た平面視において、前記第3回折領域に重なる位置に設けられ、前記第3の波長の光を選択して透過させる第3波長選択領域を備える、ことを特徴とすることが好ましい。
この場合には、第1の波長の光、第2の波長の光、及び、第3の波長の光を、単一の導光体により導光するため、光学デバイスが複数の導光体を備える場合と比較して、光学デバイスの小型化及び軽量化が可能となる。また、この場合には、一つの導光体により導光される第1の波長の光、第2の波長の光、及び、第3の波長の光を、単一の回折光学素子により取り出すことができるため、複数個の回折光学素子を設ける場合と比較して、光学デバイスの構造を簡素化することができる。また、この場合には、光学デバイスは、単一の回折光学素子のみを設けるため、光が複数の回折光学素子により複数回回折される等、表示品位の低下の要因となる事象の発生を抑止することができる。
1st aspect of the optical device which concerns on this invention mentioned above WHEREIN: The said 1st light guide is provided with one said light guide, The said 1st wavelength and said 2nd wavelength are The diffractive optical element includes light having a third wavelength different from each other, and the diffraction efficiency of the light having the third wavelength is higher than the diffraction efficiency of the light having the first wavelength and the diffraction efficiency of the light having the second wavelength. A third diffraction region having high diffraction characteristics, and the wavelength selection unit is provided at a position overlapping the third diffraction region in a plan view viewed from a direction perpendicular to the light emitting unit of the light guide. It is preferable that a third wavelength selection region for selecting and transmitting the light of the third wavelength is provided.
In this case, since the light of the first wavelength, the light of the second wavelength, and the light of the third wavelength are guided by a single light guide, the optical device has a plurality of light guides. The optical device can be reduced in size and weight as compared with the case where it is provided. In this case, the first wavelength light, the second wavelength light, and the third wavelength light guided by one light guide are extracted by a single diffractive optical element. Therefore, the structure of the optical device can be simplified as compared with the case where a plurality of diffractive optical elements are provided. In this case, since the optical device is provided with only a single diffractive optical element, the occurrence of an event that causes deterioration in display quality, such as light being diffracted multiple times by a plurality of diffractive optical elements, is suppressed. can do.
上述した本発明に係る光学デバイスの第1の態様において、前記回折光学素子は、光透過型の回折光学素子である、ことを特徴とすることが好ましい。
この場合には、反射型の回折光学素子を用いる場合と比較して、光学デバイスを具備する表示装置の観察者と回折光学素子との距離を短くすることができるため、回折光学素子により回折された光以外の光が観察者に視認される可能性を低くし、高品位な表示が可能となる。
In the first aspect of the optical device according to the present invention described above, it is preferable that the diffractive optical element is a light transmissive diffractive optical element.
In this case, the distance between the observer of the display device equipped with the optical device and the diffractive optical element can be shortened as compared with the case of using a reflective diffractive optical element. Therefore, it is possible to reduce the possibility that light other than the light is visually recognized by the observer, and display with high quality is possible.
上述した本発明に係る光学デバイスの第1の態様において、前記回折光学素子は、一方の面に凹凸構造が設けられた表面レリーフ型の回折光学素子である、ことを特徴とすることが好ましい。
この場合には、回折光学素子を導光体の表面にエッチングなどにより一体として形成することが可能であり、製造が容易となる。
In the first aspect of the optical device according to the present invention described above, it is preferable that the diffractive optical element is a surface relief type diffractive optical element in which an uneven structure is provided on one surface.
In this case, the diffractive optical element can be integrally formed on the surface of the light guide by etching or the like, which facilitates manufacture.
上述した本発明に係る光学デバイスの第1の態様において、前記凹凸構造の凸部の高さは、当該回折光学素子全体に亘って等しくなるように設けられている、ことを特徴とすることが好ましい。
この場合には、回折光学素子の位置により凸部の高さを変更する必要が無いため、製造が容易となる。なお、『凸部の高さが等しくなるように設けられている』とは、高さが厳密に等しくなるように設けられている場合、及び、設計上は同一であるが製造誤差を含む場合、の双方を含む。
1st aspect of the optical device which concerns on this invention mentioned above WHEREIN: The height of the convex part of the said uneven structure is provided so that it may become equal over the said whole diffractive optical element, It is characterized by the above-mentioned. preferable.
In this case, since it is not necessary to change the height of the convex portion depending on the position of the diffractive optical element, the manufacture is facilitated. Note that “provided so that the heights of the convex portions are equal” means that the heights are provided so that they are strictly equal, and the design is the same but includes manufacturing errors. Including both.
上述した本発明に係る光学デバイスの第1の態様において、前記第1回折領域に設けられる前記凹凸構造の凸部の高さは、前記第1の波長に基づいて定められ、前記第2回折領域に設けられる前記凹凸構造の凸部の高さは、前記第2の波長に基づいて定められる、ことを特徴とすることが好ましい。
この場合には、第1の波長を有する光の利用効率と、第2の波長の光の利用効率とを均一化することが可能となり、光学デバイスを用いる表示装置の表示品位を高めることが可能となる。
1st aspect of the optical device which concerns on this invention mentioned above WHEREIN: The height of the convex part of the said uneven structure provided in the said 1st diffraction area is defined based on the said 1st wavelength, The said 2nd diffraction area It is preferable that the height of the convex portion of the concavo-convex structure provided in is determined based on the second wavelength.
In this case, the utilization efficiency of light having the first wavelength and the utilization efficiency of light having the second wavelength can be made uniform, and the display quality of the display device using the optical device can be improved. It becomes.
上述した本発明に係る光学デバイスの第1の態様において、前記第1回折領域に設けられる前記凹凸構造の凸部が延在する方向は、前記第2回折領域に設けられる前記凹凸構造の凸部が延在する方向と同じ方向となるように設けられている、ことを特徴とすることが好ましい。
この場合には、導光体から取り出した後における第1の波長の光の進行方向と第2の波長の光の進行方向とを略同じ方向とすることができるため、表示品位を高くすることができる。なお、この場合において、『同じ方向となるように設けられている』とは、方向が完全に同一となるように設けられている場合、及び、設計上は同一であるが製造誤差を含む場合、を含む概念である。
1st aspect of the optical device which concerns on this invention mentioned above WHEREIN: The direction where the convex part of the said concavo-convex structure provided in the said 1st diffraction area is extended is the convex part of the said concavo-convex structure provided in the said 2nd diffraction area It is preferable that it is provided so that it may become the same direction as the extending direction.
In this case, since the traveling direction of the light of the first wavelength and the traveling direction of the light of the second wavelength after being taken out from the light guide can be made substantially the same direction, the display quality is increased. Can do. In this case, “provided to be in the same direction” means that the directions are completely the same, and the case where the design is the same but includes manufacturing errors. This is a concept that includes
上述した本発明に係る光学デバイスの第1の態様において、前記波長選択部は、前記回折光学素子と前記導光体の前記光出射部との間に設けられている、ことを特徴とすることが好ましい。
この場合には、回折光学素子の回折特性に対応する波長の光のみを当該回折光学素子に入射させることができるため、光の散乱等の事象の発生を抑止し、表示品位を高くすることができる。
1st aspect of the optical device which concerns on this invention mentioned above WHEREIN: The said wavelength selection part is provided between the said diffractive optical element and the said light-projection part of the said light guide, It is characterized by the above-mentioned. Is preferred.
In this case, since only light having a wavelength corresponding to the diffraction characteristics of the diffractive optical element can be incident on the diffractive optical element, the occurrence of events such as light scattering can be suppressed and display quality can be improved. it can.
上述した本発明に係る光学デバイスの第1の態様において、前記回折光学素子は、前記導光体の表面に設けられ、前記波長選択部は、前記回折光学素子を挟んで前記導光体の前記光出射部の反対側に設けられている、ことを特徴とすることが好ましい。
この場合には、回折光学素子を導光体の表面にエッチングなどにより一体として形成することができるため、製造が容易である。また、この場合には、回折光学素子が導光体の表面に形成することで、回折光学素子の平坦性が向上するため、表示品位を高くすることが可能となる。更に、この場合には、波長選択部が回折光学素子の保護カバーとして機能するため、回折光学素子の劣化の程度を小さくすることができる。
1st aspect of the optical device which concerns on this invention mentioned above WHEREIN: The said diffractive optical element is provided in the surface of the said light guide, The said wavelength selection part sandwiches the said diffractive optical element, and the said light guide It is preferable that it is provided on the opposite side of the light emitting portion.
In this case, since the diffractive optical element can be integrally formed on the surface of the light guide by etching or the like, manufacturing is easy. In this case, since the diffractive optical element is formed on the surface of the light guide, the flatness of the diffractive optical element is improved, so that the display quality can be improved. Furthermore, in this case, since the wavelength selection unit functions as a protective cover for the diffractive optical element, the degree of deterioration of the diffractive optical element can be reduced.
上述した本発明に係る光学デバイスの第1の態様において、前記波長選択部は、波長選択吸収型または波長選択反射型のカラーフィルターである、ことを特徴とすることが好ましい。
この場合には、回折光学素子の回折特性に対応する波長の光のみを当該回折光学素子に入射させることができるため、光学デバイスを用いる表示装置の表示品位を高くすることができる。
In the first aspect of the optical device according to the present invention described above, it is preferable that the wavelength selection unit is a wavelength selective absorption type or wavelength selective reflection type color filter.
In this case, since only light having a wavelength corresponding to the diffraction characteristic of the diffractive optical element can be incident on the diffractive optical element, the display quality of the display device using the optical device can be improved.
上述した本発明に係る光学デバイスの第1の態様において、前記第1回折領域、前記第2回折領域、及び、前記第3回折領域を含む複数の回折領域の有するピッチは、前記回折光学素子により前記導光体から取り出された光の光路を制御する出射側光学系の瞳径を、前記導光体が導光する光の波長の種類の数で除算した長さ以下である、ことを特徴とすることが好ましい。
この場合には、導光体が導光する互いに異なる波長の光のうち、一部の光が観察者に視認されないという事象の発生を防止することができる。
In the first aspect of the optical device according to the present invention described above, the pitch of the plurality of diffraction regions including the first diffraction region, the second diffraction region, and the third diffraction region is determined by the diffraction optical element. The pupil diameter of the exit-side optical system that controls the optical path of the light extracted from the light guide is less than or equal to the length divided by the number of types of wavelengths of light guided by the light guide. It is preferable that
In this case, it is possible to prevent the occurrence of an event that some of the lights having different wavelengths guided by the light guide are not visually recognized by the observer.
次に、本発明に係る表示装置は、上述した本発明に係る光学デバイスと画像光を発する画像形成部とを備える。そ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。なお、上記本発明に係る画像表示装置において「画像形成部」とは、例え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。 Next, a display device according to the present invention includes the above-described optical device according to the present invention and an image forming unit that emits image light. Such an image display device may include an image forming unit such as a liquid crystal display and a collimating optical system, and can be adapted to a form mounted on the observer's head such as a head-mounted display. In the image display device according to the present invention, the “image forming unit” is, for example, an image display device such as a liquid crystal display that displays an image or a laser scanning display that allows an observer to recognize an image by scanning with laser light. And an optical system for collecting and converting image light emitted from the image display.
以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る様々な実施の形態を説明する。なお、図面においては、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。 Hereinafter, various embodiments according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the ratio of dimensions of each part is appropriately changed from the actual one. In the embodiment described below, the optical device of the present invention is described as an example applied to a head-mounted display that is an example of an image display device that is mounted on the head of an observer. The embodiment shows one embodiment of the present invention, and does not limit the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the technical idea of the present invention.
<A.第1実施形態>
以下、図1及び図4を参照しつつ、第1実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ100について説明する。
<A. First Embodiment>
Hereinafter, the head mounted
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の一例である。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。
FIG. 1 is an example of a perspective view showing an overall image of a head mounted
具体的にヘッドマウントディスプレイ100は、導光体20と、導光体20を支持す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とを組み合わせた表示装置100A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。また、図面上において、導光体20で右側と画像形成装置112とを組み合わせた表示装置100B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。
Specifically, the head mounted
次に、ヘッドマウントディスプレイ100の内部構造について説明する。
図2は、ヘッドマウントディスプレイ100が備える表示装置100Aの内部構造の一例を模式的に示す要部断面図である。図2に示すように、表示装置100Aは、画像形成部10と、導光体20と、回折光学素子30と、波長選択部40と、を備える。以下では、これらの構成要素のうち、導光体20、回折光学素子30、及び、波長選択部40を、「光学デバイス1」と称する場合がある。
なお、図示を省略するが、表示装置100Bの内部構造については図2に示す表示装置100Aを左右反転させた構成となっている。
Next, the internal structure of the head mounted
FIG. 2 is a main part sectional view schematically showing an example of the internal structure of the
Although illustration is omitted, the internal structure of the
図2に示すように、画像形成部10は、画像形成装置111(及び、画像形成装置112)の要部であって、画像表示装置11と、投射光学系12と、を備える。
画像表示装置11は、例えば、液晶パネルと、赤色光LR、緑色光LG、及び、青色光LBの3色の光をそれぞれ出射してこれら3色の光で液晶パネルを照明する光源と、を含んで構成される。
As shown in FIG. 2, the
The image display device 11 includes, for example, a liquid crystal panel and a light source that emits light of three colors of red light LR, green light LG, and blue light LB and illuminates the liquid crystal panel with these three colors of light. Consists of including.
画像表示装置11に設けられる液晶パネルは、表示装置100A(100B)が表示すべき画像を構成する複数の画素と1対1に対応する複数の液晶素子を備える。各液晶素子は、表示装置100A(100B)が表示する画像を構成する各画素が表示すべき階調に応じた透過率にとなるように制御される。これにより、画像形成部10は、表示装置100A(100B)が表示する画像の各画素の階調に応じた光量の光を、投射光学系12に向けて出射する。
The liquid crystal panel provided in the image display device 11 includes a plurality of liquid crystal elements that correspond one-to-one with a plurality of pixels constituting an image to be displayed by the
但し、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、画像形成部10は、例えば、以下のようにして3色の光を照射するものであってもよい。
具体的には、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)レーザースキャンミラーを用いてその角度によって画面の位置を指定し、3色のレーザ光の変調により階調を表現するものであっても良い。この場合であっても、本実施形態に係る表示装置100A(100B)は、後述する波長選択部40により、表示すべき色に対応する波長のみが透過されるため、表示すべき色のみを表示することができる。
However, the present invention is not limited to such an embodiment, and the
Specifically, a screen position may be specified by an angle using a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) laser scan mirror, and gradations may be expressed by modulation of three colors of laser light. Even in this case, the
投射光学系12は、画像表示装置11から出射された3色の光の進行方向を平行状態となるように変換して導光体20に入射させるコリメートレンズである。
The projection
なお、赤色光LRの有する波長は「第1の波長」の一例であり、緑色光LGの有する波長は「第2の波長」の一例であり、青色光LBの有する波長は「第3の波長」の一例である。すなわち、以下では、「第1の波長の光」として赤色光LRを例示し、「第2の波長の光」として緑色光LGを例示し、「第3の波長の光」として青色光LBを例示して説明する。
但し、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、第1の波長、第2の波長、及び、第3の波長は、互いに異なる波長であって、可視光線の波長域に含まれる波長であれば、どのような波長であってもよい。
The wavelength of red light LR is an example of “first wavelength”, the wavelength of green light LG is an example of “second wavelength”, and the wavelength of blue light LB is “third wavelength”. Is an example. That is, in the following, red light LR is illustrated as “light of the first wavelength”, green light LG is illustrated as “light of the second wavelength”, and blue light LB is illustrated as “light of the third wavelength”. An example will be described.
However, the present invention is not limited to such an embodiment, and the first wavelength, the second wavelength, and the third wavelength are different from each other and are included in the wavelength range of visible light. Any wavelength may be used as long as it is a wavelength.
導光体20は、ガラスあるい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る1枚の導光板から構成されている。
図2に示すように、導光体20は、画像形成部10から出射された3色の光(LR、LG、LB)を導光体20に入射させる光入射部21、観察者の眼前に位置する光出射部22、及び、光入射部21及び光出射部22の間の部分である導光部23とに区分される。
また、導光体20は、導光体20の画像形成部10側(図2において+Z側)であって、光入射部21、導光部23、及び、光出射部22に亘って設けられるパネル面201と、導光体20の画像形成部10とは反対側(図2において−Z側)であって、光入射部21に設けられた傾斜面211(「幾何光学的手段」の一例)と、導光体20の画像形成部10とは反対側(図2において−Z側)であって、導光部23及び光出射部22に設けられたパネル面202と、を備える。
The
As illustrated in FIG. 2, the
The
画像形成部10から出射された3色の光は、傾斜面211により所定の方向に反射される。そして、傾斜面211により反射された3色の光は、導光部23において、パネル面201及びパネル面202により全反射され、光出射部22へと導光される。
なお、導光部23において、パネル面201及びパネル面202には金属膜等による反射コートが設けられていてもよい。また、本実施形態では、幾何光学的手段として傾斜面211を採用しているが、これは幾何光学的手段の一例に過ぎなず、光の屈折、反射等の作用を利用して光の進行方法を変えることができるもの、例えば、プリズム、レンズ、ミラー等を適宜採用すればよい。
The three colors of light emitted from the
In the
図2に示すように、光出射部22には、パネル面201上に、導光体20が導光する3色の光(LR、LG、LB)に対応する3種類の波長の光を選択的に透過する波長選択部40が設けられている。
波長選択部40は、波長選択吸収型または波長選択反射型のカラーフィルターであり、赤色光LRを選択的に透過させる複数の波長選択領域40R(「第1波長選択領域」の一例)と、緑色光LGを選択的に透過させる複数の波長選択領域40G(「第2波長選択領域」の一例)と、緑色光LGを選択的に透過させる複数の波長選択領域40B(「第3波長選択領域」の一例)と、を備える(図2では、図示の都合上、ぞれぞれ1個ずつ記載している)。
As shown in FIG. 2, the
The
図3は、光出射部22のパネル面201上に設けられた波長選択部40を、+Z方向から見た平面図である。この図に示すように、波長選択部40は、X方向に複数行であってY方向に複数列にマトリクス状に配列(ベイヤー配列)された複数の波長選択領域40R、40G、及び、40Bからなる。より具体的には、本実施形態に係る波長選択部40は、+X方向に向かって波長選択領域40R、40G、及び、40Bが繰り返し配置され、+Y方向に向かって波長選択領域40R、40G、及び、40Bが繰り返し配置されることで形成されている。
FIG. 3 is a plan view of the
説明を図2に戻す。図2に示すように、波長選択部40の+Z側には、回折光学素子30が設けられている。回折光学素子30は、光透過性の材料からなる表面レリーフ型の透過型回折格子であり、波長選択部40上に例えばフォトエッチング等により設けられる。
この回折光学素子30は、導光部23により導光された後に波長選択領域40Rを透過した赤色光LRを+Z方向に回折させて観察者の眼Eyに投射する複数の回折領域30R(「第1回折領域」の一例)と、導光部23により導光された後に波長選択領域40Gを透過した緑色光LGを+Z方向に回折させて観察者の眼Eyに投射する複数の回折領域30G(「第2回折領域」の一例)と、導光部23により導光された後に波長選択領域40Bを透過した青色光LBを+Z方向に回折させて観察者の眼Eyに投射する複数の回折領域30B(「第3回折領域」の一例)と、に区分される。
図3に示すように、各回折領域30Rは、各波長選択領域40Rの+Z側(紙面手前側)に設けられ、各回折領域30Gは、各波長選択領域40Gの+Z側に設けられ、各回折領域30Bは、各波長選択領域40Bの+Z側に設けられる。すなわち、波長選択部40を透過した光が回折光学素子30に入射する。このため、回折領域30Rには波長選択領域40Rを透過した赤色光LRのみが入射し、回折領域30Gには波長選択領域40Gを透過した緑色光LGのみが入射し、回折領域30Bには波長選択領域40Bを透過した青色光LBのみが入射する。
Returning to FIG. As shown in FIG. 2, the diffractive
This diffractive
As shown in FIG. 3, each
なお、本実施形態では、回折領域30R、30G、及び、30B(または、波長選択領域40R、40G、40B)は、等間隔のピッチで配列される。つまり、各波長選択領域40R、40G、40B、及び、各回折領域30R、30G、30BのX方向の幅dPxは各色毎に等しく、また、Y方向の幅dPyは各色毎に等しい。また、本実施形態において、回折光学素子30は、互いに等しい個数の回折領域30R、30G、30Bを備え、波長選択部40は、互いに等しい個数の波長選択領域40R、40G、40Bを備える。このため、本実施形態では、回折光学素子30のうち、赤色光LR回折光学素子30が備える回折領域30R、30G、30Bの面積比は、1:1:1となる。
In the present embodiment, the
一般的に、人間の瞳孔径dEは、周囲の明るさにより2mm〜7mmの範囲で変化する。回折光学素子30から投射される光が直接観察者の眼Eyに投射される場合のように、出射側光学系が人間の眼であるとき、瞳孔内には少なくとも1色1つの回折領域が入らないと全ての色を感知できない。したがって画像形成部10が出射する光が3色の場合、ヘッドマウントディスプレイ100が、例えば、人間の瞳孔径dEが3mmとなるような明るさの環境下で利用されることが想定される場合には、幅dPx及び幅dPyは1mm以下にしなければならない。なお、この場合において、色むらの発生を抑制するためには0.75mm程度とすることが良い。なお、幅dPx及び幅dPyをあまりに小さな幅とすると、その周期による回折や散乱が発生して解像度を低下させ、例えば0.2mmよりも小さい幅では表示品位の劣化が多く好ましくないため、幅dPx及び幅dPyは0.2mm以上であることが好ましい。
In general, the human pupil diameter dE varies in the range of 2 mm to 7 mm depending on the brightness of the surroundings. As in the case where the light projected from the diffractive
図4は、波長選択部40上に設けられた回折光学素子30の構造を説明するための説明図である。
このうち、図4(A)は、図3に示す領域Arに表された3個の波長選択領域40R、40G、及び、40Bと、これら波長選択領域の+Z側に設けられた3個の回折領域30R、30G、及び、30Bとを表した平面図である。また、図4(B)は、図4(A)におけるE−e線において、回折光学素子30及び波長選択部40を破断した部分断面図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the structure of the diffractive
Among these, FIG. 4A shows three
図4(A)及び図4(B)に示すように、回折領域30Rには、Y方向に延在する凸部31Rが間隔dxRで繰り返し配置される凹凸構造が設けられ、回折領域30Gには、Y方向に延在する凸部31Gが間隔dxGで繰り返し配置される凹凸構造が設けられ、回折領域30Bには、Y方向に延在する凸部31Bが間隔dxBで繰り返し配置される凹凸構造が設けられる。
ここで、間隔dxRは、導光部23により導光された後に波長選択領域40Rを透過した赤色光LRを、眼Eyに向けて+Z方向に反射させる場合において、当該反射角と赤色光LRの波長とがブラッグの条件を満たすような長さに定められている。同様に、間隔dxG及び間隔dxBは、緑色光LG及び青色光LBが眼Eyに向けて+Z方向に反射されるような長さに定められている。すなわち、回折光学素子30は、赤色光LRの回折効率が緑色光LGまたは青色光LBの回折効率よりも高い回折特性を有する回折領域30Rと、緑色光LGの回折効率が赤色光LRまたは青色光LBの回折効率よりも高い回折特性を有する回折領域30Gと、青色光LBの回折効率が赤色光LRまたは緑色光LGの回折効率よりも高い回折特性を有する回折領域30Bという、互いに回折特性が異なる、3種類の回折領域30R、30G、及び、30Bを有する。
なお、赤色光LR、緑色光LG、及び、青色光LBの間には、「赤色光LRの波長>緑色光LGの波長>青色光LBの波長」という関係が成立するため、「dxR>dxG>dxB」となる関係が成立する。また、回折光学素子30の凹凸構造における凸部31R、31G、31BのZ方向の深さは、いずれも所定の深さdZに定められている。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the
Here, the distance dxR is the distance between the reflection angle and the red light LR when the red light LR that has been guided by the
Since the relationship of “the wavelength of the red light LR> the wavelength of the green light LG> the wavelength of the blue light LB” is established among the red light LR, the green light LG, and the blue light LB, “dxR> dxG > DxB ”is established. Further, the depths in the Z direction of the
以上のように、本実施形態では、導光体20から複数色の光(赤色光LR、緑色光LG、及び、青色光LB)を取り出すために、回折特性が互いに異なる回折領域30R、30G、及び、30Bを有する単一の回折光学素子30を利用する。
従来、導光体から複数色の光を取り出す場合、複数色の光に応じた複数個の回折光学素子を用いる必要があった。例えば、導光体から、赤色光LR、緑色光LG、及び、青色光LBを取り出す場合、赤色光LRに対応する回折特性を有する回折光学素子、緑色光LGに対応する回折特性を有する回折光学素子、及び、青色光LBに対応する回折特性を有する回折光学素子といった、3個の回折光学素子を用いる必要があった。
これに対して、本実施形態では、赤色光LRに対応する回折特性を有する回折領域30Rと、緑色光LGに対応する回折特性を有する回折領域30Gと、青色光LBに対応する回折特性を有する回折領域30Bとを備える、単一の回折光学素子30を用いることで、導光体から複数色の光を取り出すことができる。このため、本実施形態では、従来のように複数個の回折光学素子を用いる場合と比較して、ヘッドマウントディスプレイ100の構造を簡素化し、製造コストを低減することができる。
As described above, in the present embodiment, in order to extract light of a plurality of colors (red light LR, green light LG, and blue light LB) from the
Conventionally, when extracting light of a plurality of colors from a light guide, it is necessary to use a plurality of diffractive optical elements corresponding to the light of a plurality of colors. For example, when red light LR, green light LG, and blue light LB are extracted from the light guide, a diffractive optical element having diffraction characteristics corresponding to the red light LR, and diffractive optics having diffraction characteristics corresponding to the green light LG. It was necessary to use three diffractive optical elements such as an element and a diffractive optical element having a diffraction characteristic corresponding to the blue light LB.
On the other hand, in the present embodiment, the
また、従来のように、導光体からの複数色の光の取出しに複数個の回折光学素子を用いる場合には、光学デバイスにおいて、これら複数個の回折光学素子に対応するように複数個の導光体を設けることが、画像の色ムラの低減または輝度ムラの低減といった観点から必要であった。
これに対して本実施形態では、導光体20が導光する複数色の光を、単一の回折光学素子30により取り出すことができるため、光学デバイス1においては、単一の導光体20を具備すればよく、複数の導光体を具備する必要は無い。このため、本実施形態では、光学デバイスが複数の導光体を備える場合と比較して、光学デバイス1の小型化及び軽量化、ひいては、ヘッドマウントディスプレイ100の小型化及び軽量化が可能となる。
Further, when a plurality of diffractive optical elements are used for extracting light of a plurality of colors from the light guide as in the prior art, in an optical device, a plurality of diffractive optical elements are provided so as to correspond to the plurality of diffractive optical elements. Providing a light guide is necessary from the viewpoint of reducing color unevenness or luminance unevenness of an image.
On the other hand, in the present embodiment, since a plurality of colors of light guided by the
また、従来のように、導光板が導光する複数色の光の取出しに複数個の回折光学素子を用いる場合、一の回折光学素子で回折した光が他の回折光学素子に再度入射することにより再度回折されて光の散乱等が生じるため、画質の低下等の問題が生じていた。
これに対して、本実施形態では、導光体20からの光の取出しに単一の回折光学素子30のみを用いるため、回折光学素子30により回折された光が、回折光学素子30により再度回折されるという事象は生じ難く、光の散乱等による画質の低下が生じる可能性も低い。このため、本実施形態に係る表示装置100A(100B)では、高品位な画像の表示が可能となる。
In addition, when a plurality of diffractive optical elements are used to extract light of a plurality of colors guided by a light guide plate as in the past, light diffracted by one diffractive optical element is incident on another diffractive optical element again. Diffracted again to cause light scattering and the like, causing problems such as degradation of image quality.
On the other hand, in the present embodiment, only the single diffractive
また、本実施形態に係る光学デバイス1では、回折光学素子30と導光体20との間に波長選択部40が設けられている。すなわち、回折光学素子30のうち、回折領域30Rには、波長選択領域40Rを透過した赤色光LRのみが入射し、回折領域30Gには、波長選択領域40Gを透過した緑色光LGのみが入射し、回折領域30Bには、波長選択領域40Bを透過した青色光LBのみが入射する。
このため、各回折領域に本来入射すべき波長とは異なる波長の光が入射することを防止することができる(つまり、例えば、赤色を表示すべき画素に対応する回折領域には、赤色光LRのみが入射する)ため、光の散乱等による画質の低下を防止することができる。
In the optical device 1 according to this embodiment, the
For this reason, it is possible to prevent light having a wavelength different from the wavelength that should be incident on each diffraction region from entering (that is, for example, red light LR in the diffraction region corresponding to the pixel that should display red). Therefore, it is possible to prevent deterioration in image quality due to light scattering or the like.
本実施形態では、導光体20に光を入射させるための手段として、幾何光学的手段である傾斜面211を利用する。幾何光学的手段により光を反射させる場合に減少する光量は、一般的には20%程度であるのに対して、回折光学素子により光を回折させる場合に減少する光量は、一般的には70%程度である。このため、本実施形態では、入射手段として回折光学素子を用いる場合と比較して、光の利用効率を大きく高めることが可能となる。
In the present embodiment, an
<B.第2実施形態>
上述した第1実施形態に係る光学デバイス1は、導光体20のパネル面201と、回折光学素子30との間に、波長選択部40が設けられる。
これに対して、第2実施形態に係る光学デバイスは、導光体20のパネル面201と、波長選択部40との間に、回折光学素子30が設けられる点で、第1実施形態に係る光学デバイス1と相違する。
なお、第2実施形態に係る光学デバイスは、回折光学素子30及び波長選択部40の配置位置が第1実施形態に係る光学デバイス1と異なる点を除き、第1実施形態に係る光学デバイス1と同様に構成されている。そのため、以下に例示する第2実施形態において作用や機能が第1実施形態と同等である要素については、以上の説明で参照した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する(以下で説明する実施形態及び変形例についても同様)。
<B. Second Embodiment>
In the optical device 1 according to the first embodiment described above, the
On the other hand, the optical device according to the second embodiment relates to the first embodiment in that the diffractive
The optical device according to the second embodiment is the same as the optical device 1 according to the first embodiment except that the arrangement positions of the diffractive
図5は、第2実施形態に係るヘッドマウントディスプレイが備える光学デバイス1Aの一例を模式的に示す要部断面図である。
この図に示すように、光学デバイス1Aは、導光体20と、回折光学素子30と、波長選択部40と、透明基板401と、を具備する。本実施形態において、回折光学素子30は、導光体20のパネル面201上に直接に、例えばフォトエッチング等により形成されている。また、本実施形態において、波長選択部40は、回折光学素子30と観察者の眼Eyとの間に設けられた透明基板401上に形成されている。なお、本実施形態では、波長選択部40は、波長選択吸収型のカラーフィルターであることが好ましい。
FIG. 5 is a main part sectional view schematically showing an example of the
As shown in this figure, the
第2実施形態に係る光学デバイス1Aにおいては、回折領域30Rにおいて回折された光のうち赤色光LRのみが眼Eyに投射され、回折領域30Rにおいて回折または透過した光のうち、赤色光LR以外の光(LG、LB)については、波長選択領域40Rにより吸収される。同様に、回折領域30Gにおいて回折または透過した光のうち、緑色光LGのみが眼Eyに投射され、回折領域30Bにおいて回折または透過した光のうち、青色光LBのみが眼Eyに投射される。このため、各回折領域において、本来入射すべき波長とは異なる波長の光が入射して、当該光が回折または透過する場合であっても、当該光が観察者の眼Eyに投射されることを防止することができるため、画質の低下を防止することができる。
また、第2実施形態に係る光学デバイス1Aにおいては、透明基板401が保護カバーとしての機能を有するため、回折光学素子30の劣化の程度を小さく抑えることができる。
更に、第2実施形態に係る光学デバイス1Aにおいては、回折光学素子30がパネル面201上に直接に形成されるため、回折光学素子30の平坦性の向上による表示品位の向上が可能となる。
In the
In the
Furthermore, in the
<C.第3実施形態>
上述した第1実施形態及び第2実施形態では、画像形成部10から赤色光LR、青色光LB、及び、緑色光LGの3色の光が出射され、導光体20はこれら3色の光を導光するものであった。
これに対して、第3実施形態では、画像形成部が、赤色光LRに対応する波長、緑色光LGに対応する波長、及び、青色光LBに対応する波長を含む光、例えば、白色光LWを出射し、導光体20は、白色光LWを導光する点において、上述した第1実施形態及び第2実施形態と相違する。
<C. Third Embodiment>
In the first embodiment and the second embodiment described above, light of three colors of red light LR, blue light LB, and green light LG is emitted from the
On the other hand, in the third embodiment, the image forming unit performs light including a wavelength corresponding to the red light LR, a wavelength corresponding to the green light LG, and a wavelength corresponding to the blue light LB, for example, white light LW. And the
図6は、第3実施形態に係るヘッドマウントディスプレイが備える表示装置の内部構造の一例を模式的に示す要部断面図である。この図に示すように、第3実施形態に係る表示装置は、画像形成部10の代わりに画像形成部10Bを備える点を除き、第1実施形態に係る表示装置100A(または、100B)と同様に構成されている。
画像形成部10Bは、赤色光LR、緑色光LG、及び、青色光LBの代わりに、白色光LWを出射する点を除き、画像形成部10と同様に構成されている。
FIG. 6 is a cross-sectional view of an essential part schematically illustrating an example of the internal structure of the display device included in the head mounted display according to the third embodiment. As shown in this figure, the display device according to the third embodiment is the same as the
The
画像形成部10Bから出射された白色光LWは、導光体20により導光され、波長選択部40の備える各波長選択領域40R、40G、及び、40Bに入射する。
波長選択領域40Rに入射する白色光LWは、赤色光LRに対応する波長以外の波長成分が波長選択領域40Rにより吸収される。このため、波長選択領域40Rからは、赤色光LRのみが出射され、当該赤色光LRが回折領域30Rに入射する。回折領域30Rに入射する赤色光LRは、回折領域30Rにより回折されて、眼Eyに投射される。同様に、白色光LWのうち、波長選択領域40Gを透過した緑色光LGが回折領域30Gにより回折されて眼Eyに投射され、波長選択領域40Bを透過した青色光LBが回折領域30Bにより回折されて眼Eyに投射される。
The white light LW emitted from the
In the white light LW incident on the
このように、本実施形態では、導光体20により導光される光は白色光LWであるが、波長選択部40により、各画素に対応する波長成分の光のみが選択的に透過される。このため、各回折領域に対して、本来入射すべき波長とは異なる波長の光が入射することを防止することができ、高品位な画質の表示が可能となる。
また、本実施形態では、画像形成部10Bまたは光入射部21において、赤色光LR、緑色光LG、及び、青色光LBの3色の光に分離する必要が無く、単に白色光LWを導光体20に入射させればよいため、表示装置の構造や、表示装置の動作を簡素化することができる。
As described above, in this embodiment, the light guided by the
In the present embodiment, the
<C.変形例>
以上の各形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された2以上の態様は、相互に矛盾しない範囲内で適宜に併合され得る。
<C. Modification>
Each of the above forms can be variously modified. Specific modifications are exemplified below. Two or more aspects arbitrarily selected from the following examples can be appropriately combined within a range that does not contradict each other.
<変形例1>
上述した実施形態では、回折光学素子30が備える回折領域30R、30G、30Bの面積比(つまり、波長選択領域40R、40G、40Bの面積比)は、1:1:1であるが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、互いに異なる面積を有するものであってもよい。
また、上述した実施形態では、回折光学素子30が備える回折領域30R、30G、30Bの個数(つまり、波長選択領域40R、40G、40Bの個数)は互いに等しいが、それぞれ異なる個数であってもよい。例えば、図7に示すように、回折領域30R、30G、30Bの個数が、1:2:1となるように回折光学素子30を設けてもよい。
<Modification 1>
In the embodiment described above, the area ratio of the
In the embodiment described above, the number of
<変形例2>
上述した実施形態及び変形例において、導光体20は、光入射部21に設けられた幾何光学的手段により、光を当該導光体20内部に取り込むものであるが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、例えば、回折光学素子により光を取り込むものであってもよい。
図8は、本変形例に係る光学デバイス1Cの一例を模式的に示す要部断面図である。この図に示すように、光学デバイス1Cは、導光体20の代わりに導光体20Cを備える点、及び、回折光学素子50と波長選択部60とを備える点を除き、第1実施形態に係る光学デバイス1と同様に構成されている。
導光体20Cは、傾斜面211を有する光入射部21の代わりに、パネル面202を有する光入射部21Cを備える点を除き、導光体20と同様に構成されている。回折光学素子50は、回折領域30R、30G、30Bと同様の構成を有する回折領域50R、50G、50Bを備える(つまり、回折光学素子50は、回折光学素子30と同様の構成を有する)。波長選択部60は、波長選択領域40R、40G、40Bと同様の構成を有する波長選択領域60R、60G、60Bを備える(つまり、波長選択部60は、波長選択部40と同様の構成を有する)。
このような光学デバイス1Cによれば、画像形成部において光を赤色光LR、緑色光LG、及び、青色光LBに分離せずに、例えば画像形成部が白色光を出射する場合であっても、光入射部21Cにおいて、光を赤色光LR、緑色光LG、及び、青色光LBに分離したうえで、導光体の内部に光を取り込むことができる。
<Modification 2>
In the embodiment and the modification described above, the
FIG. 8 is a main part sectional view schematically showing an example of the optical device 1C according to the present modification. As shown in this figure, the optical device 1C is the same as that of the first embodiment except that the optical device 1C includes a
20 C of light guides are comprised similarly to the
According to such an optical device 1C, even if the image forming unit emits white light without separating the light into the red light LR, the green light LG, and the blue light LB in the image forming unit, for example. In the
<変形例3>
上述した実施形態及び変形例において、回折光学素子30が備える、凸部31R、31G、31Bの側面はいずれもZ方向に水平になるように設けられている、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、例えば、図9に示すように、Z方向に対して傾斜を有するように設けられるものであってもよい。この場合、回折光学素子30における光の回折効率を高くすることが可能となる。
<Modification 3>
In the embodiment and the modification described above, the side surfaces of the
<変形例4>
上述した実施形態及び変形例において、回折光学素子30は、凸部31R、31G、31Bはいずれも同一の深さdZを有するが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、図10に示すように、対応する色毎に深さを異なるものとしてもよい。より具体的には、凸部31Rの深さdZRを赤色光LRの波長に基づいて定め、凸部31Gの深さdZGを緑色光LGの波長に基づいて定め、凸部31Bの深さdZBを青色光LBの波長に基づいて定めてもよい。例えば、各色の光の回折効率が低い光程、深さdZを深くするように定めてもよいし、例えば、視認度の高い緑色光LGについての光の利用効率を高めることで表示画像全体の明るさを向上させるように深さdZGを他に比べて深くしてもよい。
<Modification 4>
In the embodiment and the modification described above, in the diffractive
<変形例5>
上述した実施形態及び変形例において、光学デバイスは、第1の波長の光、第2の波長の光、及び、第3の波長の光の3種類の光を導光するものであるが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、互いに波長の異なる2以上の種類の光を導光するものであればよい。
<Modification 5>
In the embodiment and the modification described above, the optical device guides three types of light, that is, light having the first wavelength, light having the second wavelength, and light having the third wavelength. The invention is not limited to such an embodiment, and may be any one that guides two or more types of light having different wavelengths.
<変形例6>
上述した実施形態及び変形例において、回折光学素子は、表面レリーフ型であるが、ホログラム回折格子であってもよい。また、回折光学素子は、透過型であるが、反射型であってもよい。
<Modification 6>
In the embodiment and the modification described above, the diffractive optical element is a surface relief type, but may be a hologram diffraction grating. The diffractive optical element is a transmission type, but may be a reflection type.
1……光学デバイス、10……画像形成部、11……画像表示装置、12……投射光学系、20……導光体、21……光入射部、22……光出射部、23……導光部、201……パネル面、202……パネル面、211……傾斜面、30……回折光学素子、30R……回折領域、30G……回折領域、30B……回折領域、40……波長選択部、40R……波長選択領域、40G……波長選択領域、40B……波長選択領域、100……ヘッドマウントディスプレイ、100A……表示装置、100B……表示装置、111……画像形成装置、112……画像形成装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical device, 10 ... Image formation part, 11 ... Image display apparatus, 12 ... Projection optical system, 20 ... Light guide, 21 ... Light incident part, 22 ... Light-emission part, 23 ... ...
Claims (13)
前記導光体が導光する光の少なくとも一部を回折させることで、前記導光体の光出射部から前記導光体が導光する光の少なくとも一部を取り出す回折光学素子と、
所定の波長の光を選択して透過させる波長選択部と、
を有し、
前記導光体が導光する光は、
第1の波長の光と、
前記第1の波長とは異なる第2の波長の光と、
を含み、
前記回折光学素子は、
前記第1の波長の光の回折効率が前記第2の波長の光の回折効率よりも高い回折特性である第1回折領域と、
前記第2の波長の光の回折効率が前記第1の波長の光の回折効率よりも高い回折特性である第2回折領域と、
を備え、
前記波長選択部は、
前記導光体の前記光出射部に垂直な方向から見た平面視において、
前記第1回折領域に重なる位置に設けられ、前記第1の波長の光を選択して透過させる第1波長選択領域と、
前記第2回折領域に重なる位置に設けられ、前記第2の波長の光を選択して透過させる第2波長選択領域と、
を備える、
ことを特徴とする光学デバイス。 A light guide provided with a light emitting portion;
A diffractive optical element that diffracts at least part of the light guided by the light guide to extract at least part of the light guided by the light guide from the light emitting portion of the light guide;
A wavelength selection unit that selects and transmits light of a predetermined wavelength;
Have
The light guided by the light guide is
Light of a first wavelength;
Light of a second wavelength different from the first wavelength;
Including
The diffractive optical element is
A first diffraction region having a diffraction characteristic in which the diffraction efficiency of the light of the first wavelength is higher than the diffraction efficiency of the light of the second wavelength;
A second diffraction region having a diffraction characteristic in which the diffraction efficiency of the light of the second wavelength is higher than the diffraction efficiency of the light of the first wavelength;
With
The wavelength selector is
In a plan view seen from a direction perpendicular to the light emitting part of the light guide,
A first wavelength selection region that is provided at a position overlapping the first diffraction region and selectively transmits light of the first wavelength;
A second wavelength selection region that is provided at a position overlapping the second diffraction region and selectively transmits the light of the second wavelength;
Comprising
An optical device characterized by that.
前記導光体は、
幾何光学的手段により、光を前記導光体に入射させる光入射部を備える、
ことを特徴とする光学デバイス。 The optical device according to claim 1.
The light guide is
A light incident portion for allowing light to be incident on the light guide by geometric optical means;
An optical device characterized by that.
一つの前記導光体を備え、
前記一つの導光体が導光する光は、
前記第1の波長及び前記第2の波長とは異なる第3の波長の光を含み、
前記回折光学素子は、
前記第3の波長の光の回折効率が前記第1の波長の光の回折効率及び前記第2の波長の光の回折効率よりも高い回折特性である第3回折領域を備え、
前記波長選択部は、
前記導光体の前記光出射部に垂直な方向から見た平面視において、
前記第3回折領域に重なる位置に設けられ、前記第3の波長の光を選択して透過させる第3波長選択領域を備える、
ことを特徴とする光学デバイス。 The optical device according to claim 1 or 2,
Comprising one light guide,
The light guided by the one light guide is
Including light of a third wavelength different from the first wavelength and the second wavelength;
The diffractive optical element is
A third diffraction region having a diffraction efficiency higher than the diffraction efficiency of the light of the first wavelength and the diffraction efficiency of the light of the second wavelength;
The wavelength selector is
In a plan view seen from a direction perpendicular to the light emitting part of the light guide,
A third wavelength selection region that is provided at a position overlapping the third diffraction region and that selectively transmits light of the third wavelength;
An optical device characterized by that.
前記回折光学素子は、
光透過型の回折光学素子である、
ことを特徴とする光学デバイス。 The optical device according to any one of claims 1 to 3,
The diffractive optical element is
A light transmissive diffractive optical element,
An optical device characterized by that.
前記回折光学素子は、
一方の面に凹凸構造が設けられた表面レリーフ型の回折光学素子である、
ことを特徴とする光学デバイス。 The optical device according to any one of claims 1 to 4,
The diffractive optical element is
A surface relief type diffractive optical element provided with a concavo-convex structure on one surface,
An optical device characterized by that.
前記凹凸構造の凸部の高さは、
当該回折光学素子全体に亘って等しくなるように設けられている、
ことを特徴とする光学デバイス。 The optical device according to claim 5.
The height of the convex portion of the concave-convex structure is
Provided to be equal over the entire diffractive optical element,
An optical device characterized by that.
前記第1回折領域に設けられる前記凹凸構造の凸部の高さは、
前記第1の波長に基づいて定められ、
前記第2回折領域に設けられる前記凹凸構造の凸部の高さは、
前記第2の波長に基づいて定められる、
ことを特徴とする光学デバイス。 The optical device according to claim 5.
The height of the convex part of the concavo-convex structure provided in the first diffraction region is
Determined based on the first wavelength;
The height of the convex portion of the concavo-convex structure provided in the second diffraction region is
Determined based on the second wavelength;
An optical device characterized by that.
前記第1回折領域に設けられる前記凹凸構造の凸部が延在する方向は、
前記第2回折領域に設けられる前記凹凸構造の凸部が延在する方向と同じ方向となるように設けられている、
ことを特徴とする光学デバイス。 The optical device according to any one of claims 5 to 7,
The direction in which the convex portion of the concavo-convex structure provided in the first diffraction region extends is as follows:
Provided in the same direction as the direction in which the convex part of the concavo-convex structure provided in the second diffraction region extends,
An optical device characterized by that.
前記波長選択部は、
前記回折光学素子と前記導光体の前記光出射部との間に設けられている、
ことを特徴とする光学デバイス。 The optical device according to any one of claims 1 to 8,
The wavelength selector is
Provided between the diffractive optical element and the light emitting portion of the light guide;
An optical device characterized by that.
前記回折光学素子は、
前記導光体の表面に設けられ、
前記波長選択部は、
前記回折光学素子を挟んで前記導光体の前記光出射部の反対側に設けられている、
ことを特徴とする光学デバイス。 The optical device according to any one of claims 1 to 8,
The diffractive optical element is
Provided on the surface of the light guide,
The wavelength selector is
Provided on the opposite side of the light emitting part of the light guide across the diffractive optical element,
An optical device characterized by that.
前記波長選択部は、
波長選択吸収型または波長選択反射型のカラーフィルターである、
ことを特徴とする光学デバイス。 The optical device according to any one of claims 1 to 10,
The wavelength selector is
It is a color filter of wavelength selective absorption type or wavelength selective reflection type,
An optical device characterized by that.
前記第1回折領域、前記第2回折領域、及び、前記第3回折領域を含む複数の回折領域の有するピッチは、
前記回折光学素子により前記導光体から取り出された光の光路を制御する出射側光学系の瞳径を、前記導光体が導光する光の波長の種類の数で除算した長さ以下である、
ことを特徴とする光学デバイス。 The optical device according to claim 3.
The pitch of the plurality of diffraction regions including the first diffraction region, the second diffraction region, and the third diffraction region is:
The pupil diameter of the exit-side optical system that controls the optical path of the light extracted from the light guide by the diffractive optical element is less than or equal to the length divided by the number of types of wavelengths of light guided by the light guide. is there,
An optical device characterized by that.
画像光を発する画像形成部と、
を備える、
ことを特徴とする表示装置。 The optical device according to any one of claims 1 to 12,
An image forming unit that emits image light;
Comprising
A display device characterized by that.
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