JP2007011057A - 光学装置及び虚像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 互いに進行方位の異なる平行光束群が入射し内部を全反射により伝播した後射出するよう構成された複数の導光板22,23が、導光板22,23よりも屈折率の低い媒質24を介して積層されてなる光学装置であって、複数の導光板22,23は、それぞれ、平行光束群の入射領域にて平行光束群を平行光束群のまま前記導光板内で内部全反射条件を満たすよう回折反射する第1の反射型体積ホログラムグレーティング25,26と、平行光束群の射出領域にて平行光束群を平行光束群のまま導光板より射出するよう回折反射する第2の反射型体積ホログラムグレーティング27,28とを有し、複数の導光板22,23内の入射領域から射出領域にかけて全反射を繰り返しながら伝播する互いに進行方位の異なる平行光束群は、少なくともその一部が前記進行方位の違いによって全反射回数が互いに異なる。
【選択図】 図1
Description
図1に、第1の実施の形態として示す虚像表示装置10を示す。虚像表示装置10は、各画素から光束を出射して画像を表示する画像表示素子11と、画像表示素子11から出射された光束である表示光を入射して、観察者の瞳16へと導く虚像光学系とを備えている。
図14に、第2実施の形態として示す虚像表示装置80を示す。第2の実施の形態として示す虚像表示装置80は、カラー画像の虚像を表示する。
光束を出射して画像を表示する画像表示素子81と、画像表示素子81から出射された光束である表示光を入射して、観察者の瞳16へと導く虚像光学系とを備えている。
図19に、第3実施の形態として示す虚像表示装置110を示す。第3の実施の形態として示す虚像表示装置110は、カラー画像の虚像を表示する。
図20に、第4の実施の形態として示す虚像表示装置140を示す。第4の実施の形態として示す虚像表示装置140は、カラー画像の虚像を表示する。なお、図20に示す本実施の形態では、中心画角光線のみを図示している。
図21に、第5の実施の形態として示す虚像表示装置170を示す。第5の実施の形態として示す虚像表示装置170は、カラー画像の虚像を表示する。なお、図21に示す本実施の形態では、中心画角光線のみを図示している。
また、本実施の形態の説明において、上述した第4の実施の形態の虚像表示装置140と共通する部分については、共通の符号を付して詳細な説明は省略する。
図22に、第6の実施の形態として示す虚像表示装置190を示す。第6の実施の形態として示す虚像表示装置190は、カラー画像の虚像を表示する。なお、図22に示す本実施の形態では、中心画角光線のみを図示している。また、本実施の形態の説明において、上述した第4の実施の形態の虚像表示装置140及び第5の実施の形態の虚像表示装置170と共通する部分については、共通の符号を付して詳細な説明は省略する。
Claims (49)
- 互いに進行方位の異なる平行光束群が入射し内部を全反射により伝播した後射出するよう構成された複数の導光板が、前記導光板よりも屈折率の低い媒質を介して積層されてなる光学装置であって、
前記複数の導光板は、それぞれ、前記平行光束群の入射領域にて前記平行光束群を平行光束群のまま前記導光板内で内部全反射条件を満たすよう回折反射する第1の反射型体積ホログラムグレーティングと、
前記平行光束群の射出領域にて前記平行光束群を平行光束群のまま前記導光板より射出するよう回折反射する第2の反射型体積ホログラムグレーティングとを有し、
前記複数の導光板の第1の反射型体積ホログラムグレーティング及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングのうち少なくとも第1の反射型体積ホログラムグレーティングは、全て同一光路上に存在するとともに、
前記複数の導光板の第1の反射型体積ホログラムグレーティングは、前記平行光群の一部を順次回折し、
前記複数の導光板内の入射領域から射出領域にかけて全反射を繰り返しながら伝播する互いに進行方位の異なる平行光束群は、少なくともその一部が前記進行方位の違いによって全反射回数が互いに異なることを特徴とする光学装置。 - 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第1及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも一対は、略同一波長帯域を回折する干渉縞のホログラム表面の干渉縞ピッチが互いに等しいことを特徴とする請求項1記載の光学装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第1及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングは、前記複数の導光板の全反射面と平行に配置されていることを特徴とする請求項1記載の光学装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第1及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも一対は、互いに等しい干渉縞を有し、かつ本干渉縞は、前記第1及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングの中間に対称面を有することを特徴とする請求項1記載の光学装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも1つは、前記複数の導光板内を伝播する前記平行光束群の一部を2回以上回折反射し、前記回折のたびに光量の一部を前記導光板から射出することを特徴とする請求項1記載の光学装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第1及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも一対は、互いに入射角度が等しく波長帯域の異なる光束を略同一の回折角にてそれぞれ主に回折する複数のホログラム層を積層化してなることを特徴とする請求項1記載の光学装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第1及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも一対は、互いに入射角度が等しく波長帯域の異なる光束を略同一の回折角にてそれぞれ主に回折する複数の干渉縞を多重化してなることを特徴とする請求項1記載の光学装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第1及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも一対は、互いに波長が等しく入射角度の異なる光束をそれぞれ主に回折し、かつ同一波長同一入射角の光束を等しい回折角にてそれぞれ回折する複数のホログラム層を積層化してなることを特徴とする請求項1記載の光学装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第1及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも一対は、互いに波長が等しく入射角度の異なる光束をそれぞれ主に回折し、かつ同一波長同一入射角の光束を等しい回折角にてそれぞれ回折する複数の干渉縞を多重化してなることを特徴とする請求項1記載の光学装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第2の反射型体積ホログラムグレーティングのうち少なくとも1つは、対応する前記第1の反射型体積ホログラムグレーティングに近い側において媒質内の干渉縞とホログラム表面のなす角が小さな干渉縞が記録されており、第1の反射型体積ホログラムグレーティングに遠い側において媒質内の干渉縞とホログラム表面のなす角が大きな干渉縞が記録されていることを特徴とする請求項1記載の光学装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも1つは、その中央領域に対応する前記第1の反射型体積ホログラムグレーティングに近い側のスラント角と対応する前記第1の反射型体積ホログラムグレーティングに遠い側のスラント角の間のスラント角を有する干渉縞が少なくとも1つ以上記録されていることを特徴とする請求項10記載の光学装置。
- 前記複数の導光板のうち少なくとも1つは、複数の透明基板と前記透明基板に挟まれた少なくとも1層のホログラム層にて構成されることを特徴とする請求項1記載の光学装置。
- 前記複数の導光板のうち少なくとも1つは、複数の透明基板と前記透明基板に挟まれた少なくとも1層のホログラム層と空気層にて構成されることを特徴とする請求項1記載の光学装置。
- 前記媒質は、空気層であることを特徴とする請求項1記載の光学装置。
- 前記複数の導光板の第1の反射型体積ホログラムグレーティングは、互いに異なる波長帯域の平行光束群を回折することを特徴とする請求項1記載の光学装置。
- 前記複数の導光板の第1の反射型体積ホログラムグレーティングは、互いに異なる画角の平行光束群を回折することを特徴とする請求項1記載の光学装置。
- 光源と、
前記光源から射出された光束を平行光とするコリメート光学系と、
前記平行光を走査する走査光学系と、
前記走査光学系にて互いに進行方位の異なる平行光束となされた平行光束群が入射し内部を全反射により伝播した後、観察者の瞳に向けて射出するよう構成された複数の導光板が、前記導光板よりも屈折率の低い媒質を介して積層されてなる光学装置とからなる画像表示装置であって、
前記複数の導光板は、それぞれ、前記平行光束群の入射領域にて前記平行光束群を平行光束群のまま前記導光板内で内部全反射条件を満たす角度で回折反射する第1の反射型体積ホログラムグレーティングと、
前記導光板内を内部全反射にて伝播する平行光束群の射出領域にて前記平行光束群を平行光束群のまま前記導光板より射出する角度で回折反射する第2の反射型体積ホログラムグレーティングとをそれぞれ前記導光板の全反射面と平行にその内部に有し、
前記複数の導光板の第1の反射型体積ホログラムグレーティング及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングのうち少なくとも第1の反射型体積ホログラムグレーティングは、全て同一光路上に存在するとともに、
前記複数の導光板の第1の反射型体積ホログラムグレーティングは、前記平行光群の一部を順次回折し、
前記複数の導光板内で全反射を繰り返しながら伝播する互いに進行方位の異なる平行光束群は、少なくともその一部が前記進行方位の違いによって全反射回数が互いに異なることを特徴とする虚像表示装置。 - 前記光源は、赤色、緑色及び青色の3つの光源を有し、更に前記3つの光源から射出する光束を合成する色合成手段を備えることを特徴とする請求項17記載の虚像表示装置。
- 前記走査光学系は、少なくとも2次元に可動するミラーを有することを特徴とする請求項17記載の虚像表示装置。
- 前記走査光学系は、少なくとも1次元に可動するミラーを2枚有することを特徴とする請求項17記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第1及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも一対は、略同一波長帯域を回折する干渉縞のホログラム表面の干渉縞ピッチが互いに等しいことを特徴とする請求項17記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第1及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも一対は、等しい干渉縞を有し、かつ本干渉縞は、前記第1及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングの中間に対称面を有することを特徴とする請求項17記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも1つは、前記導光板内を伝播する前記平行光束群の一部を2回以上回折反射し、前記回折のたびに光量の一部を前記導光板から射出することを特徴とする請求項17記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第1及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも一対は、互いに入射角度が等しく波長帯域の異なる光束を略同一の回折角にてそれぞれ主に回折する複数のホログラム層を積層化してなることを特徴とする請求項17記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第1及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも一対は、互いに入射角度が等しく波長帯域の異なる光束を略同一の回折角にてそれぞれ主に回折する複数の干渉縞を多重化してなることを特徴とする請求項17記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第1及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも一対は、互いに波長が等しく異なる入射角度の光束をそれぞれ主に回折し、かつ同一波長同一入射角の光束を等しい回折角にてそれぞれ回折する複数のホログラム層を積層化してなることを特徴とする請求項17記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第1及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも一対は、互いに波長が等しく異なる入射角度の光束をそれぞれ主に回折し、かつ同一波長同一入射角の光束を等しい回折角にてそれぞれ回折する複数の干渉縞を多重化してなることを特徴とする請求項17記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも1つは、前記第1の反射型体積ホログラムグレーティングに近い側で入射角が大きな光束に対してより大きな回折効率を有するようにスラント角が小さな干渉縞が記録されており、第1の反射型体積ホログラムグレーティングに遠い側で入射角が小さな光束に対してより大きな回折効率を有するようにスラント角が大きな干渉縞が記録されていることを特徴とする請求項17記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも1つは、その中央領域に対応する前記第1の反射型体積ホログラムグレーティングに近い側のスラント角と対応する前記第1の反射型体積ホログラムグレーティングに遠い側のスラント角の間のスラント角の干渉縞が記録されていることを特徴とする請求項28記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板のうち少なくとも一つは、複数の透明基板と前記透明基板に挟まれた少なくとも1層のホログラム層にて構成されることを特徴とする請求項17記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板のうち少なくとも一つは、複数の透明基板と前記透明基板に挟まれた少なくとも1層のホログラム層と空気層にて構成されることを特徴とする請求項17記載の虚像表示装置。
- 前記媒質は、空気層であることを特徴とする請求項17記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板の第1の反射型体積ホログラムグレーティングは、互いに異なる波長帯域の平行光束群を回折することを特徴とする請求項17記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板の第1の反射型体積ホログラムグレーティングは、互いに異なる画角の平行光束群を回折することを特徴とする請求項17記載の虚像表示装置。
- 画像表示素子と、
前記画像表示素子の各画素から射出された光束を互いに進行方位の異なる平行光束群にするコリメート光学系と、
前記平行光束群が入射し内部を全反射により伝播した後、観察者の瞳に向けて射出するよう構成された複数の導光板が、前記導光板よりも屈折率の低い媒質を介して積層されてなる光学装置とからなる画像表示装置であって、
前記複数の導光板は、それぞれ、前記平行光束群の入射領域にて前記平行光束群を平行光束群のまま前記導光板内で内部全反射条件を満たすよう回折反射する第1の反射型体積ホログラムグレーティングと、
前記平行光束群の射出領域にて前記平行光束群を平行光束群のまま前記導光板より射出するよう回折反射する第2の反射型体積ホログラムグレーティングとをそれぞれ前記導光板の全反射面と平行にその内部に有し、
前記複数の導光板の第1の反射型体積ホログラムグレーティング及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングのうち少なくとも第1の反射型体積ホログラムグレーティングは、全て同一光路上に存在するとともに、
前記複数の導光板の第1の反射型体積ホログラムグレーティングは、前記平行光群の一部を順次回折し、
前記複数の導光板内の入射領域から射出領域にかけて全反射を繰り返しながら伝播する互いに進行方位の異なる平行光束群は、少なくともその一部が前記進行方位の違いによって全反射回数が互いに異なることを特徴とする虚像表示装置。 - 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第1及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも一対は、略同一波長帯域を回折する干渉縞のホログラム表面の干渉縞ピッチが互いに等しいことを特徴とする請求項35記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第1及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも一対は、等しい干渉縞を有し、かつ本干渉縞は、前記第1及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングの中間に対称面を有することを特徴とする請求項35記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも1つは、前記導光板内を伝播する前記平行光束群の一部を2回以上回折反射し、前記回折のたびに光量の一部を前記導光板から射出することを特徴とする請求項35記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第1及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも一対は、互いに入射角度が等しく波長帯域の異なる光束を略同一の回折角にてそれぞれ主に回折する複数のホログラム層を積層化してなることを特徴とする請求項35記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第1及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも一対は、互いに入射角度が等しく波長帯域の異なる光束を略同一の回折角にてそれぞれ主に回折する複数の干渉縞を多重化してなることを特徴とする請求項35記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第1及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも一対は、互いに波長が等しく異なる入射角度の光束をそれぞれ主に回折し、かつ同一波長同一入射角の光束を等しい回折角にてそれぞれ回折する複数のホログラム層を積層化してなることを特徴とする請求項35記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第1及び第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも一対は、互いに波長が等しく異なる入射角度の光束をそれぞれ主に回折し、かつ同一波長同一入射角の光束を等しい回折角にてそれぞれ回折する複数の干渉縞を多重化してなることを特徴とする請求項35記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも1つは、前記第1の反射型体積ホログラムグレーティングに近い側で入射角が大きな光束に対してより大きな回折効率を有するようにスラント角が小さな干渉縞が記録されており、第1の反射型体積ホログラムグレーティングに遠い側で入射角が小さな光束に対してより大きな回折効率を有するようにスラント角が大きな干渉縞が記録されていることを特徴とする請求項35記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板がそれぞれ有する前記第2の反射型体積ホログラムグレーティングの少なくとも1つは、その中央領域に対応する前記第1の反射型体積ホログラムグレーティングに近い側のスラント角と対応する前記第1の反射型体積ホログラムグレーティングに遠い側のスラント角の間のスラント角の干渉縞が記録されていることを特徴とする請求項43記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板のうち少なくとも一つは、複数の透明基板と前記透明基板に挟まれた少なくとも1層のホログラム層にて構成されることを特徴とする請求項35記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板のうち少なくとも一つは、複数の透明基板と前記透明基板に挟まれた少なくとも1層のホログラム層と空気層にて構成されることを特徴とする請求項35記載の虚像表示装置。
- 前記媒質は、空気層であることを特徴とする請求項35記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板の第1の反射型体積ホログラムグレーティングは、互いに異なる波長帯域の平行光束群を回折することを特徴とする請求項35記載の虚像表示装置。
- 前記複数の導光板の第1の反射型体積ホログラムグレーティングは、互いに異なる画角の平行光束群を回折することを特徴とする請求項35記載の虚像表示装置。
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