CN104950377B - 光学器件、图像投影装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于图像投影装置、能够以简单的构成显示高品质的图像的光学器件、图像投影装置以及电子设备。其特征在于，具有：导光板(21)；透射型的第1衍射元件(31)，其设置于导光板(21)的第1面(21a)，使在导光板(21)的内部引导的光的至少一部分衍射并取出；透射型的第2衍射元件(32)，其设置于导光板(21)的第1面(21a)，使朝向导光板(21)的光的至少一部分衍射；以及反射型的第3衍射元件(33)，其设置于导光板(21)的与第1面(21a)相反侧的面即第2面(21b)，使介由第2衍射元件(32)入射到导光板(21)的内部的光的至少一部分衍射。

Description

光学器件、图像投影装置及电子设备

技术领域

本发明涉及光学器件、图像投影装置以及电子设备。

背景技术

近年来，下述图像投影装置被商品化：该图像投影装置使用具有导光板的光学器件将从图像显示装置射出的图像光引导至观察者的眼睛、使观察者观察图像(虚像)。例如，就作为图像投影装置的一种的头戴式显示器而言，进行着关于小型化、广视角化、高效率化的开发。在这样的光学器件中，现有提出了下述技术：使用衍射光学元件，作为使光入射到导光板内或者使在导光板内进行导光的光射出的构成。

此外，衍射光学元件的衍射特性存在大的波长相关性。因此，在具有使用了衍射光学元件的光学器件的图像投影装置中，有时所观察的虚像的色不均会变得显著。

因此，提出了具有与多种颜色(例如，红、绿、蓝)的光分别对应的多个衍射光学元件的光学器件。在使用了这样的光学器件的图像投影装置中，对导光板进行引导的光中所含的多种颜色的光，用与各种颜色的光对应的衍射光学元件使其衍射，由此能够显示降低了因衍射效率的波长相关性引起的每色的效率差的虚像(例如专利文献1)。

专利文献1：日本特开2009-186794号公报

发明内容

在上述专利文献1所记载的构成中，关于使光入射于导光板内的构成以及用于使光从导光板内射出的构成的各个，与在导光板内进行导光的光所包含的多种颜色对应地层叠多个衍射光学元件。因此，上述专利文献1所记载的光学器件中，有可能结构变得复杂、图像投影装置的制造成本增大。

此外，在层叠与不同颜色对应的多个衍射光学元件而设置的情况下，由与一种颜色对应的衍射光学元件衍射的光会入射于与其他颜色对应的衍射光学元件，接受进一步的衍射。因此，有时也会产生：衍射角的控制变得困难、所显示的虚像的画质(像质)下降等问题。

本发明是鉴于这样的情况而提出的，其目的在于提供用于图像投影装置、能够以简单的构成显示高品质的图像的光学器件。此外，目的还在于提供具有这样的光学器件、能够显示高品质的图像的图像投影装置。进而，目的还在于提供具有这样的图像投影装置、能够显示高品质的图像的电子设备。

为了解决上述问题，本发明的一方式提供光学器件，其特征在于，具有：导光体；透射型的第1衍射元件，其设置于所述导光体的第1面，使在所述导光体的内部导光了的光的至少一部分衍射而取出；透射型的第2衍射元件，其设置于所述导光体的所述第1面，使朝向所述导光体的光的至少一部分衍射；以及反射型的第3衍射元件，其设置于所述导光体的与所述第1面相反侧的面即第2面，使介由所述第2衍射元件入射到所述导光体的内部的光的至少一部分衍射。

根据该构成，由于能够使在第2衍射元件中未衍射的0次光由第3衍射元件衍射，所以能够增加从第1衍射元件射出的光的光量。因此，能够以简单的构成显示明亮的、高品质的图像(虚像)。

在本发明的一方式中，也可以为下述构成：由所述第2衍射元件衍射的光与所述第1面所成的角，和由所述第3衍射元件衍射的光与所述第2面所成的角，为相同角度。

根据该构成，能够容易地以高效率使光从导光体射出。

在本发明的一方式中，也可以为下述构成：所述第3衍射元件具有：表面浮雕(relief)型的衍射光栅；和覆盖所述衍射光栅的表面的反射膜。

根据该构成，可以实现光学器件整体的薄型化。

在本发明的一方式中，也可以为下述构成：所述第3衍射元件具有：透射型的衍射光栅；和相对于所述衍射光栅设置于与所述第2面相反侧的第1反射部件。

根据该构成，能够以简单的构成显示明亮的、高品质的图像(虚像)。

在本发明的一方式中，也可以为下述构成：所述第2衍射元件，在所述第2衍射元件的与所述第1面相反侧的面具有第2反射部件，该第2反射部件设置为覆盖所述导光体的一部分。

根据该构成，能够使在第3衍射元件中未衍射的0次光由第2衍射元件衍射。因此，能够增加从第1衍射元件射出的光的光量，能够以简单的构成显示明亮的、高品质的图像(虚像)。

在本发明的一方式中，也可以为下述构成：所述第1衍射元件、所述第2衍射元件以及所述第3衍射元件中的至少一个是体积全息图。

根据该构成，一般体积全息图由于比表面浮雕型的衍射元件的衍射效率高，所以能够增加从第1衍射元件射出的光的光量，能够以简单的构成显示明亮的、高品质的图像(虚像)。

在本发明的一方式中，也可以为下述构成：所述第1衍射元件包括第1部分和第2部分，所述第1部分使第1波段的光以相对于所述第1面成第1角度的方式衍射，所述第2部分使第2波段的光以相对于所述第1面成所述第1角度的方式衍射。

根据该构成，能够从第1衍射元件射出按波段分光了的光。

在本发明的一方式中，也可以为下述构成：所述第2衍射元件包括第3部分和第4部分，所述第3部分使所述第1波段的光以相对于所述第1面成第2角度的方式衍射，所述第4部分使所述第2波段的光以相对于所述第1面成所述第2角度的方式衍射。

根据该构成，能够从第1衍射元件射出由第2衍射元件分光了的光。

在本发明的一方式中，也可以为下述构成，即设置为：由所述第3部分衍射的所述第1波段的光入射于所述第1部分；由所述第4部分衍射的所述第2波段的光入射于所述第2部分。

根据该构成，能够使由第2衍射元件分光了的光以高效率从第1衍射元件射出。

在本发明的一方式中，也可以为下述构成：所述第3衍射元件包括第5部分和第6部分，所述第5部分使所述第1波段的光以相对于第2面成所述第2角度的方式衍射，所述第6部分使所述第2波段的光以相对于所述第2面成所述第2角度的方式衍射。

根据该构成，能够从第1衍射元件射出由第3衍射元件分光了的光。

在本发明的一方式中，也可以为下述构成，即设置为：由所述第5部分衍射的所述第1波段的光入射于所述第1部分；由所述第6部分衍射的所述第2波段的光入射于所述第2部分。

此外，本发明的一方式，提供一种图像投影装置，其特征在于，具有：射出图像光的图像显示装置；以及上述的光学器件；其中，所述光学器件使所述图像光入射于所述导光体，使在所述导光体的内部传播的所述图像光由所述第1衍射元件衍射而取出。

根据该构成，由于具有上述的光学器件，所以可以显示高品质的图像。

此外，本发明的一方式，提供一种电子设备，其特征在于，具有上述的图像投影装置。

根据该构成，由于具有上述的图像投影装置，所以可以显示高品质的图像。

附图说明

图1是本发明的一实施方式涉及的电子设备的外观图。

图2是表示显示装置的左眼用显示部的构成例的俯视图。

图3是本发明的第1实施方式涉及的光学器件的说明图。

图4是本发明的第2实施方式涉及的光学器件的说明图。

图5是本发明的第3实施方式涉及的光学器件的说明图。

图6是本发明的变形例涉及的光学器件的设计思想的说明图。

符号说明

1、2、3…光学器件，21…导光板(导光体)，21a…第1面，21b…第2面，21x…一端，21y…另一端，31…第1衍射部(第1衍射元件)，32…第2衍射部(第2衍射元件)，33、34…第3衍射部(第3衍射元件)，34b…第1反射板(第1反射部件)，35…第2反射板(第2反射部件)，1000…显示装置，L、L0…光。

具体实施方式

第1实施方式

以下，参照附图关于本发明的第1实施方式进行说明。另外，在以下的全部附图中，为了容易观看附图，使各构成要素的尺寸和/或比例等适宜不同。

图1是本实施方式涉及的电子设备的外观图。在本实施方式中，作为电子设备，示出透射型的头戴式显示器(显示装置1000)。显示装置1000具有作为本发明的一方式的光学器件以及作为本发明的一方式的图像投影装置。

本实施方式涉及的显示装置1000，具备：具有眼镜那样的形状的主体部100和具有使用者可以手持的程度的大小的控制部200。

主体部100与控制部200以有线或无线连接为可以通信。在本实施方式中，主体部100与控制部200以电缆300连接为可以通信。并且，主体部100与控制部200介由该电缆关于图像信号和/或控制信号进行通信。

主体部100具备左眼用显示部110A和右眼用显示部110B。

左眼用显示部110A具备形成左眼用图像的图像光的图像形成部120A和引导左眼用图像的图像光的导光单元130A。

图像形成部120A在眼镜型的主体部100中收置于眼镜的镜腿部分，导光单元130A在眼镜型的主体部100中收置于眼镜透镜部分。

在导光单元130A，设置有具有光透射性的观看部131A。导光单元130A使在导光单元130A的内部传播的左眼用图像的图像光从观看部131A朝向使用者的左眼射出。此外，在显示装置1000中，观看部131A具有光透射性，介由观看部131A可以观看周围。

另一方面，右眼用显示部110B具备右眼用的图像形成部120B、右眼用的导光单元130B和右眼用的观看部131B。左眼用显示部110A与右眼用显示部110B采用同样的构成，具有相对于眼镜型的主体部100的中央(鼻托附近)左右对称的构成。

控制部200具备操作部210和操作按钮部250。使用者对控制部200的操作部210和/或操作按钮部250进行操作输入，进行对主体部100的指示。

图2是表示本发明的一实施方式涉及的显示装置1000的左眼用显示部110A的构成例的俯视图。在图2中，示出佩戴主体部100的使用者的左眼LE。在此，仅关于左眼用显示部110A的构成例进行说明。

图中所示的图像形成部120A与导光单元130A相当于本发明的图像投影装置。导光单元130A相当于本发明的光学器件。

图像形成部120A具备左眼用的图像显示部121A和投射光学系统122A。图像显示部121A具备左眼用的背光源410A和左眼用的光调制元件411A。图像显示部121A相当于本发明的图像显示装置。

背光源410A包括例如红色、绿色以及蓝色这样的按发光色的光源的集合而构成。作为各光源，例如能够使用发光二极管(LED：Light Emitting Diode)和/或激光光源等。作为光调制元件411A，例如能够使用作为显示元件的液晶显示器件等。

另外，作为图像显示部121A，此外也能够采用有机电致发光装置(有机EL装置)和/或扫描型图像显示装置等通常已知的图像显示装置，其中扫描型图像显示装置包括激光光源和具有MEMS镜、对激光进行扫描的扫描光学系统。

投射光学系统122A例如包括对所输入的图像光进行投射的投射透镜的组而构成，对从图像显示部121A的光调制元件411A射出的图像光进行投射，使其成为平行状态的光束。

导光单元130A相对于投射光学系统122A的相对位置固定，将从投射光学系统122A射出的图像光引导至导光单元130A的预定位置。

接着，参照图1以及图2，说明本实施方式涉及的显示装置1000的概略。

首先，对图像显示部121A，输入来自控制部200的图像信号。于是，在图像显示部121A中，背光源410A的各光源射出红色光、绿色光以及蓝色光。从背光源410A的各光源射出的红色光、绿色光以及蓝色光入射于光调制元件411A。

光调制元件411A相应于从控制部200输入于图像显示部121A的图像信号，对投射出的红色光、绿色光以及蓝色光进行空间调制。由此，图像显示部121A形成对应于该图像信号的图像光，朝向投射光学系统122A射出。

投射光学系统122A将入射的图像光放大并平行化，朝向导光单元130A射出。

导光单元130A使图像光边在导光单元130A的内部反射边传播，从观看部131A朝向使用者的左眼LE射出。所射出的图像光在左眼LE的视网膜上形成虚像。

此外，从周围入射于观看部131A的光的至少一部分在观看部131A透射，被引导至使用者的左眼LE。由此，由使用者重叠观看到由图像形成部120A形成的图像和来自外界的光学像。

使用者通过在头部佩戴显示装置1000的主体部100，来观看与从主体部100输出的图像光对应的图像(虚像)。此外，使用者在头部佩戴着主体部100的原状下，能够介由主体部100的观看部131A、131B看到外界。

图3是仅着眼于图2的导光单元130A所包括的光学器件1而详细进行说明的说明图。本实施方式的光学器件1具有导光板(导光体)21、第1衍射部(第1衍射元件)31、第2衍射部(第2衍射元件)32、第3衍射部(第3衍射元件)33。

导光板21具有相对延伸的第1面21a和第2面21b，是具有透光性的长条状的部件。导光板21将从延伸方向的一端21x侧入射的光引导至另一端21y侧。本实施方式的导光板21是具有相互平行的第1面21a和第2面21b的长方体状的部件。

在导光板21中，对入射于内部的光边由第1面21a以及第2面21b反射边进行引导。由第1面21a以及第2面21b进行的反射既可以是利用全反射的反射，也可以是由在第1面21a以及第2面21b在希望具有反射特性的区域所设置的反射部件进行的反射。作为反射部件，能够举出金属膜、电介质多层膜以及衍射元件。

导光板21只要具有透光性即可，能够使用无机材料以及有机材料的任一种。在导光板21中在内部进行导光时，在利用第1面21a以及第2面21b的全反射的情况下，为了使与导光板21周围的媒介(例如空气)的折射率差变大，优选使用尽可能高折射率的材料。

本实施方式的导光板21的第2面21b的另一端侧具有光透射性，成为介由第2面21b入射外光NL的构成。由此，外光NL介由导光板21到达观察者的左眼LE，可以观察周围。第2面21b中具有光透射性的范围，根据视场角而适宜设定。

第1衍射部31设置于第1面21a的另一端21y侧。第1衍射部31是透射型的衍射元件。

第2衍射部32设置于第1面21a的一端21x侧。第2衍射部32是透射型的衍射元件。在本实施方式的光学器件1中，作为第2衍射部32，使用具有与第1衍射部31相同的衍射特性的表面浮雕型的衍射元件。通过使用第2衍射部32这样的衍射元件，可以实现光学器件整体的薄型化。

第3衍射部33在第2面21b的一端21x侧，与第2衍射部32相对设置。第3衍射部33是反射型的衍射元件。

在本实施方式的光学器件1中，作为第3衍射部33，使用在具有与第1衍射部31相同的衍射特性的表面浮雕型的衍射元件蒸镀金属膜(反射膜)而使之具有反射特性的反射型的衍射元件。通过使用这样的构成的第3衍射部33，可以实现光学器件整体的薄型化。

由于第2衍射部32与第3衍射部33具有相同的衍射特性，所以由第2衍射部32衍射的光(例如+1次光的衍射角)与第1面21a所成的角θ1与下述角θ2为相同角度，该角θ2是由第3衍射部33衍射的光(例如+1次光的衍射角)与第2面21b所成的角。

在这样的光学器件1中，介由第2衍射部32入射于导光板21内的光L，在第2衍射部32中以与第1面21a所成的角θ1衍射并射出，被引导到导光板21的另一端21y侧。图中，以符号L1示出从第2衍射部32以角度θ1射出的光。

此时，入射的光L中的一部分光L0是未由第2衍射部32衍射的0次光，沿第1面21a的法线方向透射。该一部分光L0从第2面21b的法线方向入射于与第2衍射部32相对地设置的第3衍射部33。该一部分光L0在第3衍射部33中以与第2面21b所成的角θ2衍射而射出，被引导到导光板21的另一端21y侧。图中，以符号L2示出从第3衍射部33以角度θ2射出的光。

从第2衍射部32以角度θ1射出的衍射光L1与从第3衍射部33以角度θ2射出的衍射光L2相对于在导光板21的另一端21y侧设置的第1衍射部31以相同入射角(θ1＝θ2)入射。在第1衍射部31，衍射光L1和衍射光L2以预定的衍射角衍射，射出到外部。此外，由于衍射光L1与衍射光L2的入射角相等，所以可以容易地以高效率使光从导光板21射出。

基于这样从光学器件1射出并入射至左眼LE的光(图像光)，观察者观看图像(虚像)。另外，光学器件1的第1衍射部31配置于与图2所示的导光单元130A的观看部131A对应的位置。

在这样的构成的光学器件1中，由于能够使在第2衍射部32中没有衍射的0次光在第3衍射部33衍射，所以能够增加从第1衍射部31射出的光的光量。因此，能够以简单的构成显示明亮的、高品质的图像(虚像)。

此外，在本实施方式的图像投影装置(左眼用显示部110A、右眼用显示部110B)中，由于具有上述这样的光学器件1，所以可以显示高品质的图像(虚像)。

此外，在本实施方式的显示装置1000中，由于具有上述的左眼用显示部110A、右眼用显示部110B，所以可以显示高品质的图像(虚像)。

另外，上述实施方式的第1衍射部31，也可以具有第1部分和第2部分，该第1部分具有与第1波段的光(例如红色光)对应的衍射特性，第2部分具有与第2波段的光(例如蓝色光)对应的衍射特性。例如，在第1部分，使入射于第1衍射部31的红色光向第1面21a的法线方向、即相对于第1面21a为90度(第1角度)的方向衍射。此外，在第2部分，使入射于第1衍射部31的蓝色光向第1面21a的法线方向、即相对于第1面21a为90度(第1角度)的方向衍射。

在此，本说明书中所谓“与(光)对应的衍射特性”指的是，相应于入射的光的波长，使得衍射光的射出方向成为如设计值那样的衍射角地设计衍射图形。衍射光，例如是+1次光。

在衍射元件中，衍射角相关于波长而变化。因此，在不同波长的光以相同入射角入射的情况下，为了使其向同方向射出地衍射，需要相应于各光的波长而设计衍射图形。在表面浮雕型的衍射元件的情况下，衍射角能够通过凹凸的间距和/或凹凸的深度来控制。

通过形成为这样的构成，能够从第1衍射部31射出按波段分光了的光。

在这样的情况下，进而第2衍射部32也可以具有第3部分和第4部分，该第3部分具有与第1波段的光(例如红色光)对应的衍射特性，第4部分具有与第2波段的光(例如蓝色光)对应的衍射特性。例如，在第3部分，使入射于第2衍射部32的红色光，以使得衍射光与第1面21a所成的角为第2角度的方式衍射。此外，在第4部分，使入射于第2衍射部32的蓝色光，以使得衍射光与第1面21a所成的角为第2角度的方式衍射。

在该情况下，可以设置为：由第2衍射部32的第3部分衍射后的第1波段的光入射于第1衍射部31的第1部分，由第2衍射部32的第4部分衍射后的第2波段的光入射于第1衍射部31的第2部分。

通过形成为这样的构成，能够使由第2衍射部32分光了的光合适地从第1衍射部31射出。

进而，在这样的情况下，第3衍射部33也可以具有第5部分和第6部分，该第5部分具有与第1波段的光(例如红色光)对应的衍射特性，第6部分具有与第2波段的光(例如蓝色光)对应的衍射特性。例如，在第5部分，使入射于第3衍射部33的红色光，以使得衍射光与第2面21b所成的角为第2角度的方式衍射。此外，在第6部分，使入射于第3衍射部33的蓝色光，以使得衍射光与第2面21b所成的角为第2角度的方式衍射。

在该情况下，可以设置为：由第3衍射部33的第5部分衍射后的第1波段的光入射于第1衍射部31的第1部分，由第3衍射部33的第6部分衍射后的第2波段的光入射于第1衍射部31的第2部分。

通过形成为这样的构成，能够使由第3衍射部33分光了的光合适地从第1衍射部31射出。

此外，在本实施方式中，导光板21是第1面21a与第2面21b平行的长方体状的部件，但是并不限于此。例如，即使第1面21a的一部分相对于第2面21b倾斜，只要通过将为了修正由该倾斜引起的反射角的不同而倾斜的部分设置在第1面21a或者第2面21b而结果使得向第1衍射部31的入射角成为期望的角度，则能够使用这样的构成的导光板。在导光板21的第1面21a及第2面21b包含曲面的情况下也同样，只要以另外的手段而结果可以控制为向第1衍射部31的入射角成为期望的角度，则可以使用。

第2实施方式

图4是本发明的第2实施方式涉及的光学器件2的说明图。本实施方式的光学器件2与第1实施方式的光学器件1部分相同，第3衍射部33的构成不同。因此，在本实施方式中关于与第1实施方式相同的构成要素赋予相同符号，并省略详细的说明。

光学器件3具有导光板21、第1衍射部31、第2衍射部32、第3衍射部(第3衍射元件)34。

第3衍射部34具有透射型的衍射元件34a和与衍射元件34a重叠设置的第1反射板(第1反射部件)34b，作为整体构成反射型的衍射元件。

衍射元件34a是表面浮雕型的衍射元件。

第1反射板34b设置为，反射面与第2面21b相对且与第2面21b平行。第1反射板34b例如能够使用金属板和/或在表面设置有金属膜和/或电介质多层膜的板状的部件等。

第3衍射部34设计为：使得射出的衍射光(例如+1次光)的角度θ2与从第2衍射部32射出的衍射光(例如+1次光)的角度θ1相等。

另外，在第3衍射部34中，入射的光L0中的一部分光若在入射后到达第1反射板34b，则受到在由第1反射板34b反射后到达第2面21b为止的2次衍射。因此，优选将衍射元件34a设计为：关于这样的分量也以角度θ2射出。但是，在即使舍弃这样的分量来设计也没有实用上的问题的情况下，作为衍射元件34a也可以使用与第2衍射部32相同的构成的透射型的衍射元件。在该情况下，由于部件相同，所以成本降低，容易使角度θ1、θ2一致。

这样的构成的光学器件2，在第3衍射部34中不需要第1实施方式所示的第3衍射部33那样的金属膜的蒸镀工序，成为简单的构成。此外，在对于透射型的衍射元件蒸镀金属膜而形成为反射型的衍射元件的情况下，由于在金属膜中膜厚的面内分布，有可能衍射角与设计值不同，但是在上述构成的第3衍射部34中，也不存在这样的问题。进而，由于不需要蒸镀工序，所以能够抑制成本增加。

因此，在光学器件2中，能够以简单的构成显示明亮的、高品质的图像(虚像)。

第3实施方式

图5是本发明的第3实施方式涉及的光学器件3的说明图。本实施方式的光学器件3，与第2实施方式所示的光学器件2一部分相同，相对于第2衍射部32在与第1面21a相反侧设置第2反射板(第2反射部件)35这一点不同。因而，在本实施方式中关于与第1、2实施方式相同的构成要素赋予相同符号，并省略详细的说明。

第2反射板35覆盖第2衍射部32的另一端侧的一部分，相对于第2衍射部32设置于与第1面21a相反侧。第2反射板35设置为，反射面与第1面21a相对，与第1面21a平行。作为第2反射板35，能够采用与上述的第1反射板34b同样的构成。

例如，对于第1面21a以入射角θ3入射的光L由第2衍射部32衍射而射出，另一方面，入射的光L之中的一部分光L0作为不由第2衍射部32衍射的0次光入射于第3衍射部34。入射于第3衍射部34的0次光L0中的一部分光进而作为未由第3衍射部34衍射的0次光从第3衍射部34射出。

在光学器件3中，相对于第2衍射部32在与第1面21a相反侧设置第2反射板35，能够使在第3衍射部34中未衍射的0次光由第2衍射部32衍射。因此，能够增加从第1衍射部31射出的光的光量，能够以简单的构成显示明亮的、高品质的图像(虚像)。

以上，参照附图关于本发明涉及的优选实施方式例进行了说明，但是并不是说本发明限定于这样的例子。在上述的例子中所示的各构成部件的各种形状和/或组合等是一例，在不脱离本发明的主旨的范围，能够基于设计要求等实现各种变更。

在上述实施方式中，作为第1衍射部31、第2衍射部32、第3衍射部33、衍射元件34a，使用了表面浮雕型的衍射元件，但是并不限于此。对于这些部件中的1个以上，也可以使用体积全息图。一般，体积全息图由于比表面浮雕型的衍射元件的衍射效率高，所以能够增加从第1衍射部31射出的光的光量，能够以简单的构成显示明亮的、高品质的图像(虚像)。

在关于各衍射部使用体积全息图的情况下，需要用于使衍射角一致的设计。例如，在第1实施方式的光学器件1中，在作为第2衍射部32、第3衍射部33使用体积全息图的情况下，如以下来设计。

图6是示出作为第2衍射部32、第3衍射部33使用体积全息图的情况下的体积全息图的设计思想的说明图。

作为体积全息图的第3衍射部33设计为：在第2衍射部32的0次光(透射光)入射到了第3衍射部33时，由第3衍射部33产生的反射衍射光的角度在导光板21内与第2衍射部32的衍射光的角度一致。即，设计为：在基于确定衍射光的角度的第3衍射部33的折射率、体积全息图的条纹间距、体积全息图的条纹的倾斜角度而确定的布拉格条件中，第3衍射部33的衍射光的角度与第2衍射部32的衍射光的角度一致。

若假定第2衍射部32、第3衍射部33的折射率与导光板21一致且入射光从第1面21a的法线方向入射的情况，则如以下所示。

若设入射的光的波长为λ、作为体积全息图的第3衍射部33的条纹间距为d、第3衍射部33的布拉格反射角为θ、第3衍射部33的干涉条纹的倾斜角为φ，则从第3衍射部33射出的光在导光板21内的传播角α为α＝sin^-1(λ/2d)-φ。

此外，若设作为体积全息图的第2衍射部32的条纹间距为d’、第2衍射部32的布拉格反射角为θ’、第2衍射部32的干涉条纹的倾斜角为φ’，则从第2衍射部32射出的光在导光板21内的传播角α为α＝φ’-sin^-1(λ/2d’)。

即，为了使从第2衍射部32射出的衍射光与从第3衍射部33射出的衍射光在导光板21内的传播角一致，只要以下述式成立的条件来记录第2衍射部32、第3衍射部33的干涉条纹即可：

sin^-1(λ/2d)-φ＝φ’-sin^-1(λ/2d’)。

Claims (13)

1.一种光学器件，其特征在于，具有：

导光体；

透射型的第1衍射元件，其设置于所述导光体的第1面，使在所述导光体的内部导光的光的至少一部分衍射而取出；

透射型的第2衍射元件，其设置于所述导光体的所述第1面，使朝向所述导光体的光中的至少第1部分的光衍射；以及

反射型的第3衍射元件，其设置于所述导光体的与所述第1面相反侧的面即第2面，使朝向所述导光体的光中的介由所述第2衍射元件入射到所述导光体的内部的光的至少第2部分的光衍射，

所述第1部分的光和所述第2部分的光在所述导光体的内部通过在所述第1面与所述第2面之间交替地反射而被导光。

2.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，

由所述第2衍射元件衍射后的光与所述第1面所成的角，和由所述第3衍射元件衍射后的光与所述第2面所成的角，为相同角度。

3.根据权利要求1或2所述的光学器件，其特征在于，

所述第3衍射元件具有：表面浮雕型的衍射光栅和覆盖所述衍射光栅的表面的反射膜。

4.根据权利要求1或2所述的光学器件，其特征在于，

所述第3衍射元件具有：透射型的衍射光栅和相对于所述衍射光栅设置于与所述第2面相反侧的第1反射部件。

5.根据权利要求1或2所述的光学器件，其特征在于，

所述第2衍射元件，在所述第2衍射元件的与所述第1面相反侧的面具有第2反射部件，该第2反射部件设置为覆盖所述导光体的一部分。

6.根据权利要求1或2所述的光学器件，其特征在于，

所述第1衍射元件、所述第2衍射元件以及所述第3衍射元件中的至少一个是体积全息图。

7.根据权利要求1或2所述的光学器件，其特征在于，

所述第1衍射元件包括第1部分和第2部分，所述第1部分使第1波段的光以相对于所述第1面成第1角度的方式衍射，所述第2部分使第2波段的光以相对于所述第1面成所述第1角度的方式衍射。

8.根据权利要求7所述的光学器件，其特征在于，

所述第2衍射元件包括第3部分和第4部分，所述第3部分使所述第1波段的光以相对于所述第1面成第2角度的方式衍射，所述第4部分使所述第2波段的光以相对于所述第1面成所述第2角度的方式衍射。

9.根据权利要求8所述的光学器件，其特征在于，

设置为：

由所述第3部分衍射后的所述第1波段的光入射于所述第1部分；

由所述第4部分衍射后的所述第2波段的光入射于所述第2部分。

10.根据权利要求7所述的光学器件，其特征在于，

所述第3衍射元件包括第5部分和第6部分，所述第5部分使所述第1波段的光以相对于所述第2面成第2角度的方式衍射，所述第6部分使所述第2波段的光以相对于所述第2面成所述第2角度的方式衍射。

11.根据权利要求10所述的光学器件，其特征在于，

设置为：

由所述第5部分衍射后的所述第1波段的光入射于所述第1部分；

由所述第6部分衍射后的所述第2波段的光入射于所述第2部分。

12.一种图像投影装置，其特征在于，

具有：

射出图像光的图像显示装置；以及

权利要求1～11中的任意一项所述的光学器件；

所述光学器件使所述图像光入射于所述导光体，使在所述导光体的内部传播的所述图像光由所述第1衍射元件衍射而取出。

13.一种电子设备，其特征在于，

具有权利要求12所述的图像投影装置。