JP2016071260A - Optical modulator and image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光変調器および画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to an optical modulator and an image display device.
ヘッドマウントディスプレイ(HMD)やヘッドアップディスプレイ(HUD)の映像表示技術の1つとして、眼の網膜に直接レーザーを照射し、使用者に画像を視認させる表示装置が近年注目を集めている。 As one of the image display technologies of a head mounted display (HMD) and a head-up display (HUD), a display device that irradiates a laser directly on the retina of an eye and visually recognizes an image has recently attracted attention.
このような表示装置は、一般に、光を出射する発光装置と、出射した光が使用者の網膜を走査するように光路を変更する走査手段と、を備えている。そして、かかる表示装置によれば、使用者は、例えば外の景色と走査手段によって描かれる画像の双方を同時に視認することができる。 Such a display device generally includes a light emitting device that emits light and a scanning unit that changes an optical path so that the emitted light scans the retina of the user. According to such a display device, the user can visually recognize both, for example, an outside scenery and an image drawn by the scanning unit at the same time.
特許文献1には、複数の異なる波長の光を順次入射させ、波長ごとに強度を変調し得るマッハツェンダー干渉計が開示されている。かかる干渉計では、波長ごとに出射光強度が所定の許容範囲内となるようにバイアス電圧が可変制御されるようになっている。このため、1つの干渉計に複数の異なる波長の光を順次入射させる場合であっても、波長ごとで変調特性にずれが生じるのを防止することができる。
また、特許文献2には、光源と、光ビーム結合器と、光ビームを2次元パターンで走査するように動作可能なビームスキャナーと、走査された光ビームを受信し、出力位置から可視領域へ発射するように構成された誘導基板と、を備える像発生器(ヘッドアップディスプレイ)が開示されている。また、光源として、音響光学変調器(AOM)等の外部変調を用いるDPSSレーザーを採用することが開示されている(特許文献1の段落0026)。そして、赤色レーザー光源、青色レーザー光源および緑色レーザー光源からそれぞれ出射されるレーザー光の出力を変調することにより、網膜上に任意の映像が表示される。
In
ところで、特許文献1に記載のマッハツェンダー干渉計では、マッハツェンダー干渉計に光を入射するための光源において、出射光を波長ごとに選択的に射出する構造を備えた光源を用いることが開示されている。このような光源を用いることにより、波長ごとに時間軸において排他的な強度変調が可能になる。
By the way, in the Mach-Zehnder interferometer described in
特許文献1では、出射光を波長ごとに選択的に射出する構造を備えた光源について開示されているが、このような光源の例としては、互いに波長の異なる複数の固定波長光源と、これらの光源の出射光が時間軸において互いに重複しないように選択的に透過させる光スイッチと、を備えたものが挙げられる。このような光源では、複数の固定波長光源と光スイッチとの接続に、高度なアライメント精度が要求される。このため、光源と光スイッチなどの波長選択部とマッハツェンダー干渉計などの強度変調部とを備える表示装置の製造には、多くの困難を伴うこととなる。また、複数の異なる光学部品によって変調器が形成された場合、光学的に接続される各部分での損失が積となって全体の効率を大きく低下させてしまうおそれがある。さらに、アライメントずれが起き易くなるので、光損失が発生し易くなることが考えられる。このため、このような変調器を表示装置に用いたときに、表示画像の光量不足を招いたり、あるいは光量不足を補うために光源の出力を上げた場合には、消費電力の増大を招くおそれがある。
また、前述した表示装置において高品位の画像を形成するためには、波長の切り替えを極めて高速に行う必要がある。しかしながら、現状、光源において出射光の波長を切り換える速度が十分でないため、波長の切り替えが光の走査速度に追いつかず、高品位な画像を形成することが難しいという問題がある。 Further, in order to form a high-quality image in the above-described display device, it is necessary to switch wavelengths at an extremely high speed. However, at present, since the speed of switching the wavelength of the emitted light is not sufficient in the light source, there is a problem that it is difficult to form a high-quality image because the wavelength switching cannot catch up with the light scanning speed.
本発明の目的は、光利用効率が高く複数の異なる波長ごとに変調可能な光変調器、および、かかる光変調器を備え高品位な画像を表示し得る画像表示装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an optical modulator that has a high light utilization efficiency and can be modulated for a plurality of different wavelengths, and an image display device that includes such an optical modulator and can display a high-quality image.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の光変調器は、電気光学効果を有する材料で構成されている第1の光導波路と、
前記第1の光導波路に設けられ、前記第1の光導波路を導波する光の波長を選択する波長選択部と、
前記第1の光導波路に設けられ、前記波長選択部によって選択された波長の光の強度を変調する光変調部と、
を備え、
前記波長選択部は、
電気光学効果を有する材料で構成された環状をなす光導波路であって前記第1の光導波路と光学的に結合する第1の環状光導波路、前記第1の環状光導波路に第1の電圧を印加する第1の電圧印加部、を有する第1のリング共振器と、
電気光学効果を有する材料で構成された環状をなす光導波路であって前記第1の光導波路と光学的に結合する第2の環状光導波路、前記第2の環状光導波路に前記第1の電圧と異なる第2の電圧を印加する第2の電圧印加部、を有する第2のリング共振器と、
を含むことを特徴とする。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The optical modulator of the present invention includes a first optical waveguide made of a material having an electro-optic effect,
A wavelength selection unit that is provided in the first optical waveguide and selects a wavelength of light guided through the first optical waveguide;
A light modulation unit that is provided in the first optical waveguide and modulates the intensity of light having a wavelength selected by the wavelength selection unit;
With
The wavelength selector is
An optical waveguide having an annular shape made of a material having an electro-optic effect, the first annular optical waveguide optically coupled to the first optical waveguide, and a first voltage applied to the first annular optical waveguide. A first ring resonator having a first voltage application unit to be applied;
An optical waveguide having an annular shape made of a material having an electro-optic effect, the second annular optical waveguide being optically coupled to the first optical waveguide, and the first voltage applied to the second annular optical waveguide. A second ring resonator having a second voltage application unit for applying a second voltage different from
It is characterized by including.
これにより、波長選択部は、第1の光導波路に構成され、光変調部も、第1の光導波路に設けられるため、波長選択部と光変調部との間に光学的な接続箇所を設ける必要がない。その結果、光路長を厳密に考慮したアライメントを必要とせず、そして接続箇所が設けられないため光損失が発生し難くなるので、光変調器の光利用効率が高くなる。また、第1のリング共振器と第2のリング共振器とを備えるとともに、第1の電圧と第2の電圧とを適宜設定することで、波長選択部によって第1の光導波路を導波する光の波長を容易に選択することができるので、波長の異なる複数の光を変調可能な光変調器が得られる。 Accordingly, the wavelength selection unit is configured in the first optical waveguide, and the optical modulation unit is also provided in the first optical waveguide. Therefore, an optical connection portion is provided between the wavelength selection unit and the optical modulation unit. There is no need. As a result, alignment that strictly considers the optical path length is not required, and no connection point is provided, so that it is difficult for light loss to occur, so that the light utilization efficiency of the optical modulator is increased. In addition, a first ring resonator and a second ring resonator are provided, and the first voltage and the second voltage are appropriately set, so that the wavelength selection unit guides the first optical waveguide. Since the wavelength of light can be easily selected, an optical modulator capable of modulating a plurality of lights having different wavelengths can be obtained.
本発明の光変調器は、電気光学効果を有する材料で構成されている第1の光導波路と、
前記第1の光導波路に設けられ、前記第1の光導波路を導波する光の波長を選択する波長選択部と、
前記第1の光導波路に設けられ、前記波長選択部によって選択された波長の光の強度を変調する光変調部と、
を備え、
前記波長選択部は、
電気光学効果を有する材料で構成された環状をなす光導波路であって前記第1の光導波路と光学的に結合する第1の環状光導波路、前記第1の環状光導波路に電圧を印加する第1の電圧印加部、を有する第1のリング共振器と、
電気光学効果を有する材料で構成された環状をなす光導波路であって前記第1の光導波路と光学的に結合し、かつ、前記第1の環状光導波路の周長と異なる周長を有する第2の環状光導波路、前記第2の環状光導波路に電圧を印加する第2の電圧印加部、を有する第2のリング共振器と、
を含むことを特徴とする。
The optical modulator of the present invention includes a first optical waveguide made of a material having an electro-optic effect,
A wavelength selection unit that is provided in the first optical waveguide and selects a wavelength of light guided through the first optical waveguide;
A light modulation unit that is provided in the first optical waveguide and modulates the intensity of light having a wavelength selected by the wavelength selection unit;
With
The wavelength selector is
An optical waveguide having an annular shape made of a material having an electro-optic effect, a first annular optical waveguide optically coupled to the first optical waveguide, and a voltage applied to the first annular optical waveguide. A first ring resonator having one voltage application unit;
An annular optical waveguide made of a material having an electro-optic effect, optically coupled to the first optical waveguide, and having a circumference different from the circumference of the first annular optical waveguide A second ring resonator having two annular optical waveguides, and a second voltage applying unit that applies a voltage to the second annular optical waveguide;
It is characterized by including.
これにより、波長選択部は、第1の光導波路に構成され、光変調部も、第1の光導波路に設けられるため、波長選択部と光変調部との間に光学的な接続箇所を設ける必要がない。その結果、光路長を厳密に考慮したアライメントを必要とせず、そして接続箇所が設けられないため光損失が発生し難くなるので、光変調器の光利用効率が高くなる。また、第1のリング共振器と第2のリング共振器とを備えることで、波長選択部によって第1の光導波路を導波する光の波長を容易に選択することができるので、波長の異なる複数の光を変調可能な光変調器が得られる。 Accordingly, the wavelength selection unit is configured in the first optical waveguide, and the optical modulation unit is also provided in the first optical waveguide. Therefore, an optical connection portion is provided between the wavelength selection unit and the optical modulation unit. There is no need. As a result, alignment that strictly considers the optical path length is not required, and no connection point is provided, so that it is difficult for light loss to occur, so that the light utilization efficiency of the optical modulator is increased. In addition, since the first ring resonator and the second ring resonator are provided, the wavelength of the light guided through the first optical waveguide can be easily selected by the wavelength selection unit. An optical modulator capable of modulating a plurality of lights is obtained.
本発明の光変調器では、前記第1の光導波路は、光が入射される光入射部を有することが好ましい。 In the optical modulator according to the aspect of the invention, it is preferable that the first optical waveguide has a light incident portion on which light is incident.
これにより、第1の光導波路に入射された光の波長を、波長選択部において選択することができるので、光変調部において波長の異なる光の強度を個別にかつ正確に変調することができる。 Thereby, since the wavelength of the light incident on the first optical waveguide can be selected by the wavelength selection unit, the intensity of light having different wavelengths can be individually and accurately modulated by the light modulation unit.
本発明の光変調器では、前記第1の光導波路は、複数の前記光入射部と、前記複数の光入射部に接続される複数の分岐光導波路と、前記複数の分岐光導波路を合流させる合波部と、を備えていることが好ましい。 In the optical modulator of the present invention, the first optical waveguide joins the plurality of light incident portions, the plurality of branch optical waveguides connected to the plurality of light incident portions, and the plurality of branch optical waveguides. And a multiplexing unit.
これにより、合波部と波長選択部と光変調部とが同一の部材に設けられることとなるため、これらの部分を互いに別の部材で構成した場合に比べて、光変調器の小型化が図られる。また、各部分の間の光結合損失の低減を図ることができるので、光変調器の内部損失を抑制することができる。 As a result, since the multiplexing unit, the wavelength selection unit, and the light modulation unit are provided on the same member, the optical modulator can be reduced in size as compared with the case where these portions are configured by different members. Figured. Moreover, since the optical coupling loss between each part can be reduced, the internal loss of the optical modulator can be suppressed.
本発明の光変調器では、前記第1のリング共振器は、さらに、前記第1の環状光導波路と光学的に結合し、かつ、光が入射される光入射部を備える第1の結合光導波路を有し、
前記第2のリング共振器は、さらに、前記第2の環状光導波路と光学的に結合し、かつ、光が入射される光入射部を備える第2の結合光導波路を有することが好ましい。
In the optical modulator of the present invention, the first ring resonator is further optically coupled to the first annular optical waveguide, and further includes a first coupling light having a light incident portion on which light is incident. Having a waveguide,
The second ring resonator preferably further includes a second coupled optical waveguide that is optically coupled to the second annular optical waveguide and includes a light incident portion on which light is incident.
これにより、第1の結合光導波路に入射された光が第1の環状光導波路の共振条件を満たすときには、第1の光導波路に出力され、第2の結合光導波路に入射された光が第2の環状光導波路の共振条件を満たすときには、第1の光導波路に出力される。これにより、各環状光導波路で共振した光を出力することができるので、単色性の高い光を出力することができる。 As a result, when the light incident on the first coupled optical waveguide satisfies the resonance condition of the first annular optical waveguide, it is output to the first optical waveguide and the light incident on the second coupled optical waveguide is When the resonance condition of the two annular optical waveguides is satisfied, the light is output to the first optical waveguide. Thereby, since the light resonated in each annular optical waveguide can be output, light with high monochromaticity can be output.
本発明の光変調器では、前記第2のリング共振器は、互いに結合された複数の前記第2の環状光導波路を有していることが好ましい。 In the optical modulator according to the aspect of the invention, it is preferable that the second ring resonator includes a plurality of the second annular optical waveguides coupled to each other.
これにより、互いに結合された複数の第2の環状光導波路で光が順次共振しながら第1の光導波路に出力されるので、波長選択部における波長選択性が高くなる。 As a result, the light is output to the first optical waveguide while sequentially resonating with the plurality of second annular optical waveguides coupled to each other, so that the wavelength selectivity in the wavelength selection unit is increased.
本発明の光変調器では、前記電気光学効果を有する材料は、ニオブ酸リチウムであることが好ましい。 In the optical modulator according to the aspect of the invention, it is preferable that the material having the electro-optic effect is lithium niobate.
ニオブ酸リチウムは、電気光学係数が比較的大きいので、波長選択部において透過する光の波長を選択する際、駆動電圧を低くしたり環状光導波路の周長を短くしたりすることができ、また、光変調部において光の強度を変調する際も、駆動電圧を低くすることができる。このため、光変調器の消費電力を削減することができる。さらに、波長選択部や光変調部がその機能を果たすために要する面積を小さくすることが可能になるので、光変調器の小型化が図られる。 Since lithium niobate has a relatively large electro-optic coefficient, when selecting the wavelength of light transmitted through the wavelength selection section, the driving voltage can be lowered or the circumference of the annular optical waveguide can be shortened. The drive voltage can also be lowered when the light intensity is modulated in the light modulator. For this reason, the power consumption of the optical modulator can be reduced. Furthermore, since the area required for the wavelength selection unit and the light modulation unit to perform their functions can be reduced, the size of the light modulator can be reduced.
本発明の光変調器では、前記光変調部は、マッハツェンダー型の光変調部であることが好ましい。
これにより、高速での変調が可能になるので、表示される画像の高画質化が図られる。
In the optical modulator according to the aspect of the invention, it is preferable that the optical modulation unit is a Mach-Zehnder type optical modulation unit.
As a result, the modulation at high speed becomes possible, so that the image quality of the displayed image is improved.
本発明の光変調器は、電気光学効果を有する材料で構成されている第1の光導波路と、
前記第1の光導波路に設けられ、前記第1の光導波路を導波する光の波長を選択する波長選択部と、
前記第1の光導波路に設けられ、前記波長選択部によって選択された波長の光の強度を変調する光変調部と、
を備え、
前記波長選択部は、
電気光学効果を有する材料で構成された環状をなす光導波路であって前記第1の光導波路と光学的に結合する第1の環状光導波路を有し、かつ、第1の共振波長の光が共振可能な第1のリング共振器と、
電気光学効果を有する材料で構成された環状をなす光導波路であって前記第1の光導波路と光学的に結合する第2の環状光導波路を有し、かつ、前記第1の共振波長と異なる第2の共振波長の光が共振可能な第2のリング共振器と、
を含むことを特徴とする。
The optical modulator of the present invention includes a first optical waveguide made of a material having an electro-optic effect,
A wavelength selection unit that is provided in the first optical waveguide and selects a wavelength of light guided through the first optical waveguide;
A light modulation unit that is provided in the first optical waveguide and modulates the intensity of light having a wavelength selected by the wavelength selection unit;
With
The wavelength selector is
An optical waveguide having an annular shape made of a material having an electro-optic effect, having a first annular optical waveguide optically coupled to the first optical waveguide, and light having a first resonance wavelength A first ring resonator capable of resonating;
An annular optical waveguide made of a material having an electro-optic effect, and having a second annular optical waveguide optically coupled to the first optical waveguide, and different from the first resonance wavelength A second ring resonator capable of resonating light of a second resonance wavelength;
It is characterized by including.
これにより、波長選択部は、第1の光導波路に構成され、光変調部も、第1の光導波路に設けられるため、波長選択部と光変調部との間に光学的な接続箇所を設ける必要がない。その結果、光路長を厳密に考慮したアライメントを必要とせず、そして接続箇所が設けられないため光損失が発生し難くなるので、光変調器の光利用効率が高くなる。また、第1のリング共振器と第2のリング共振器とを備えるとともに、第1の電圧と第2の電圧とを適宜設定することで、波長選択部によって第1の光導波路を導波する光の波長を容易に選択することができるので、波長の異なる複数の光を変調可能な光変調器が得られる。 Accordingly, the wavelength selection unit is configured in the first optical waveguide, and the optical modulation unit is also provided in the first optical waveguide. Therefore, an optical connection portion is provided between the wavelength selection unit and the optical modulation unit. There is no need. As a result, alignment that strictly considers the optical path length is not required, and no connection point is provided, so that it is difficult for light loss to occur, so that the light utilization efficiency of the optical modulator is increased. In addition, a first ring resonator and a second ring resonator are provided, and the first voltage and the second voltage are appropriately set, so that the wavelength selection unit guides the first optical waveguide. Since the wavelength of light can be easily selected, an optical modulator capable of modulating a plurality of lights having different wavelengths can be obtained.
本発明の画像表示装置は、互いに波長の異なる複数の光を射出する光源部と、
前記光源部から射出された光が入射される本発明の光変調器と、
前記光変調器によって変調された光を空間的に走査する光スキャナーと、
を備えることを特徴とする。
これにより、高品位な画像を表示し得る画像表示装置が得られる。
An image display device of the present invention includes a light source unit that emits a plurality of lights having different wavelengths from each other,
The light modulator of the present invention on which the light emitted from the light source unit is incident;
An optical scanner that spatially scans the light modulated by the light modulator;
It is characterized by providing.
Thereby, an image display device capable of displaying a high-quality image is obtained.
本発明の画像表示装置では、第1の時間帯において、第1の選択波長の光が選択されるように前記波長選択部が駆動されるとともに、前記第1の選択波長の光の強度を変調するように前記光変調部が駆動され、
前記第1の時間帯と異なる第2の時間帯において、前記第1の選択波長と異なる第2の選択波長の光が選択されるように前記波長選択部が駆動されるとともに、前記第2の選択波長の光の強度を変調するように前記光変調部が駆動され、
前記第1の時間帯から前記第2の時間帯へ遷移するとき、前記第1の時間帯と前記第2の時間帯との間の時間帯において、前記第1の選択波長の光と前記第2の選択波長の光の双方を選択しないように前記波長選択部が駆動されることが好ましい。
In the image display device of the present invention, in the first time zone, the wavelength selection unit is driven so that the light of the first selected wavelength is selected, and the intensity of the light of the first selected wavelength is modulated. The light modulator is driven so that
In the second time zone different from the first time zone, the wavelength selection unit is driven so that light having a second selection wavelength different from the first selection wavelength is selected, and the second The light modulator is driven to modulate the intensity of the light of the selected wavelength;
When transitioning from the first time zone to the second time zone, in the time zone between the first time zone and the second time zone, the light of the first selected wavelength and the first time zone It is preferable that the wavelength selection unit is driven so as not to select both of the light having the two selection wavelengths.
これにより、光変調部では、波長の異なる光を時分割で強度変調することができるので、正確な強度変調をすることができる。また、第1の時間帯と第2の時間帯との間の時間帯では、波長選択部を第1の波長の光と第2の波長の光の双方が透過しないので、第1の時間帯と第2の時間帯とが重複することが防止される。その結果、画像表示装置によって表示される画像の画質が低下するのを防止することができる。 As a result, the light modulator can intensity-modulate light having different wavelengths in a time-sharing manner, so that accurate intensity modulation can be performed. Further, in the time zone between the first time zone and the second time zone, both the light of the first wavelength and the light of the second wavelength are not transmitted through the wavelength selector, so the first time zone And the second time zone are prevented from overlapping. As a result, it is possible to prevent the image quality of the image displayed by the image display device from being deteriorated.
本発明の画像表示装置では、さらに、前記光スキャナーによって走査された光を反射する反射光学部を備え、
前記反射光学部は、ホログラム回折格子を含むことが好ましい。
The image display device of the present invention further includes a reflective optical unit that reflects the light scanned by the optical scanner,
The reflection optical unit preferably includes a hologram diffraction grating.
これにより、反射光学部で反射する光の出射方向を調整したり、反射する光の波長を選択したりすることができる。 Thereby, the emission direction of the light reflected by the reflective optical unit can be adjusted, and the wavelength of the reflected light can be selected.
以下、本発明の光変調器および画像表示装置について、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an optical modulator and an image display device according to the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<画像表示装置>
≪第1実施形態≫
まず、本発明の画像表示装置の第1実施形態および本発明の光変調器の第1実施形態について説明する。
<Image display device>
<< First Embodiment >>
First, a first embodiment of an image display device of the present invention and a first embodiment of an optical modulator of the present invention will be described.
図1は、本発明の画像表示装置の第1実施形態(ヘッドマウントディスプレイ)の概略構成を示す図、図2は、図1に示す画像表示装置の部分拡大図である。また、図3は、図1に示す画像表示装置の信号生成部の概略構成図、図4は、図1に示す走査光出射部に含まれる光走査部の概略構成を示す図、図5は、図1に示す画像表示装置の作用を模式的に説明するための図である。また、図6は、図3に示す光変調器(本発明の光変調器の第1実施形態)の概略構成を示す斜視図、図7は、図6に示す光変調器の平面図である。なお、図6、7では、配線の図示を省略している。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a first embodiment (head mounted display) of an image display device of the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged view of the image display device shown in FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a signal generation unit of the image display apparatus shown in FIG. 1, FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of an optical scanning unit included in the scanning light emitting unit shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 2 is a diagram for schematically explaining the operation of the image display device shown in FIG. 1. 6 is a perspective view showing a schematic configuration of the optical modulator shown in FIG. 3 (first embodiment of the optical modulator of the present invention), and FIG. 7 is a plan view of the optical modulator shown in FIG. . In FIGS. 6 and 7, the wiring is not shown.
なお、図1では、説明の便宜上、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸およびZ軸を図示しており、その図示した矢印の先端側を「+(プラス)」、基端側を「−(マイナス)」とする。また、X軸に平行な方向を「X軸方向」、Y軸に平行な方向を「Y軸方向」、Z軸に平行な方向を「Z軸方向」という。 In FIG. 1, for convenience of explanation, the X axis, the Y axis, and the Z axis are illustrated as three axes orthogonal to each other, and the distal end side of the illustrated arrow is “+ (plus)”, and the proximal end side Is “− (minus)”. A direction parallel to the X axis is referred to as “X axis direction”, a direction parallel to the Y axis is referred to as “Y axis direction”, and a direction parallel to the Z axis is referred to as “Z axis direction”.
ここで、X軸、Y軸およびZ軸は、後述する画像表示装置1を使用者の頭部Hに装着した際に、Y軸方向が頭部Hの上下方向、Z軸方向が頭部Hの左右方向、X軸方向が頭部Hの前後方向となるように設定されている。
Here, the X-axis, Y-axis, and Z-axis indicate that the Y-axis direction is the vertical direction of the head H and the Z-axis direction is the head H when the later-described
図1に示すように、本実施形態の画像表示装置1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(頭部装着型画像表示装置)であって、使用者の頭部Hに装着して使用され、使用者に虚像による画像を外界像と重畳した状態で視認させる。
As shown in FIG. 1, an
この画像表示装置1は、図1に示すように、フレーム2と、信号生成部3と、走査光出射部4と、反射部6と、を備える。
As shown in FIG. 1, the
また、画像表示装置1は、図2に示すように、第1光ファイバー71と、第2光ファイバー72と、接続部5と、を備える。
Moreover, the
この画像表示装置1では、信号生成部3が画像情報に応じて変調された信号光を生成し、その信号光が第1光ファイバー71、接続部5および第2光ファイバー72を介して走査光出射部4へ導かれ、走査光出射部4が信号光(映像光)を2次元的に走査して走査光を出射し、反射部6がその走査光を使用者の眼EYに向けて反射する。これにより、画像情報に応じた虚像を使用者に視認させることができる。
In the
なお、本実施形態では、信号生成部3、走査光出射部4、接続部5、反射部6、第1光ファイバー71および第2光ファイバー72をフレーム2の右側にのみ設け、右眼用の虚像のみを形成する場合を例に説明するが、フレーム2の左側を右側と同様に構成することによって、右眼用の虚像と併せて左眼用の虚像も形成してもよいし、左眼用の虚像のみを形成するようにしてもよい。
In the present embodiment, the
また、信号生成部3と走査光出射部4との間を光学的に接続する手段は、光ファイバーを介する手段の他、例えば各種の導光体を介する手段で代替することもできる。さらに、接続部5によって第1光ファイバー71と第2光ファイバー72が接続される構成でなくてもよく、接続部5を介さずに第1光ファイバー71のみによって、信号生成部3と走査光出射部4とが光学的に接続されていてもよい。
Further, the means for optically connecting the
以下、画像表示装置1の各部を順次詳細に説明する。
(フレーム)
図1に示すように、フレーム2は、眼鏡フレームのような形状をなし、信号生成部3および走査光出射部4を支持する機能を有する。
Hereinafter, each part of the
(flame)
As shown in FIG. 1, the
また、フレーム2は、図1に示すように、走査光出射部4およびノーズパッド部21を支持するフロント部22と、フロント部22に接続されて使用者の耳に当接する1対のテンプル部(つる部)23と、各テンプル部23のフロント部22と反対の端部であるモダン部24と、を含む。
As shown in FIG. 1, the
ノーズパッド部21は、使用時に使用者の鼻NSに当接して、画像表示装置1を使用者の頭部に対して支持している。フロント部22には、リム部25やブリッジ部26が含まれる。
The
このノーズパッド部21は、使用時における使用者に対するフレーム2の位置を調整可能に構成されている。
The
なお、フレーム2の形状は、使用者の頭部Hに装着することができるものであれば、図示のものに限定されない。
The shape of the
(信号生成部)
図1に示すように、信号生成部3は、前述したフレーム2の一方(本実施形態では右側)のモダン部24(テンプル部23のフロント部22とは反対側の端部)に設けられている。
(Signal generator)
As shown in FIG. 1, the
すなわち、信号生成部3は、使用時に使用者の耳EAに対して眼EYとは反対側に配置されている。これにより、画像表示装置1の重量バランスを優れたものとすることができる。
That is, the
この信号生成部3は、後述する走査光出射部4の光走査部42で走査される信号光を生成する機能と、光走査部42を駆動する駆動信号を生成する機能とを有する。
The
このような信号生成部3は、図3に示すように、光変調器30と、信号光生成部31と、駆動信号生成部32と、制御部33と、光検出部34と、固定部35とを備える。
As shown in FIG. 3, such a
信号光生成部31は、後述する走査光出射部4の光走査部42(光スキャナー)で走査(光走査)される信号光を生成するものである。
The signal
この信号光生成部31は、波長の異なる複数の光源311R、311G、311Bと、複数の駆動回路312R、312G、312Bと、を有する。
The signal
光源311R(R光源)は、赤色光LRを出射するものであり、光源311G(G光源)は、緑色光LGを出射するものであり、光源311B(B光源)は、青色光LBを出射するものである。このような3色の光を用いることにより、フルカラーの画像を表示することができる。なお、フルカラーの画像を表示しない場合には、1色または2色の光(1つまたは2つの光源)を用いるようにしてもよく、また、フルカラーの画像の演色性を高めるために、4色以上の光(4つ以上の光源)を用いるようにしてもよい。
The
このような光源311R、311G、311Bは、それぞれ特に限定されないが、例えばレーザーダイオード、LEDを用いることができる。
Such
このような光源311R、311G、311Bは、それぞれ駆動回路312R、312G、312Bに電気的に接続されている。
Such
なお、以下では、光源311R、311G、311Bをまとめて「光源部311」ともいい、信号光生成部31で生成した信号光を「光源部311から射出された光」ともいう。
Hereinafter, the
駆動回路312Rは、前述した光源311Rを駆動する機能を有し、駆動回路312Gは、前述した光源311Gを駆動する機能を有し、駆動回路312Bは、前述した光源311Bを駆動する機能を有する。
The
このような駆動回路312R、312G、312Bにより駆動された光源311R、311G、311Bから射出された3つ(3色)の光は、それぞれ光変調器30に入射する。
The three (three colors) light emitted from the
((光変調器))
図6に示す光変調器30は、基板301と、基板301に形成された本線光導波路(第1の光導波路)302と、本線光導波路302に設けられ、本線光導波路302を導波する光の波長を選択する機能を有する波長選択部303と、本線光導波路302に設けられ、波長選択部303によって選択された波長の光の強度を変調する機能を有する光変調部304と、基板301と波長選択部303に設けられた電圧印加部3035R、3035G、3035B(後述する図8参照。)との間および基板301と光変調部304に設けられた電極3040との間に介挿されたバッファー層305と、を備えている。なお、バッファー層305は基板301全面に設けられていなくてもよく、少なくともコア部3021上に設けられていればよい。
((Light modulator))
An
基板301は、平面視で矩形をなす平板状をなしており、電気光学効果を有する材料で構成されている。電気光学効果は、物質に電界を加えたときに物質の屈折率が変化する現象であり、屈折率が電界に比例するポッケルス効果や電界の2乗に比例するカー効果がある。このような基板301に途中で分岐した本線光導波路302を形成し、さらに分岐した本線光導波路302の一方に電界を加えると、その屈折率を変化させることができる。これを利用することで、分岐した本線光導波路302を伝搬する光に位相差を与え、分岐した光を再び合流させることによって、位相差に基づいた強度変調を行うことができる。
The
電気光学効果を有する材料としては、例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン(PLZT)、リン酸チタン酸カリウム(KTiOPO4)のような無機系材料、ポリチオフェン、液晶材料の他、電気光学活性なポリマーに電荷輸送分子をドープした材料、電荷輸送性のポリマーに電気光学色素をドープした材料、不活性ポリマーに電荷輸送分子と電気光学色素とをドープした材料、電荷輸送部位および電気光学部位を高分子の主鎖または側鎖に含んだ材料、トリシアノフラン(TCF)をアクセプターとしてドープした材料のような有機系材料等が挙げられる。 Examples of the material having an electro-optic effect include inorganic materials such as lithium niobate (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), lead lanthanum zirconate titanate (PLZT), and potassium phosphate titanate (KTiOPO 4 ). In addition to system materials, polythiophene, and liquid crystal materials, electro-optic active polymers doped with charge transport molecules, charge-transport polymers doped with electro-optic dyes, inert polymers with charge transport molecules and electro-optic dyes And organic materials such as a material containing a charge transport site and an electro-optic site in the main chain or side chain of a polymer, a material doped with tricyanofuran (TCF) as an acceptor, and the like.
このうち、特にニオブ酸リチウムが好ましく用いられる。ニオブ酸リチウムは、電気光学係数が比較的大きいので、後述する波長選択部303において透過する光の波長を選択する際、駆動電圧を低くしたり環状光導波路の周長を短くしたりすることができ、また、後述する光変調部304において光の強度を変調する際も、駆動電圧を低くすることができる。このため、光変調器30および画像表示装置1の消費電力を削減することができる。また、波長選択部303や光変調部304がその機能を果たすために要する面積を小さくすることが可能になるので、光変調器30および画像表示装置1の小型化が図られる。
Of these, lithium niobate is particularly preferably used. Since lithium niobate has a relatively large electro-optic coefficient, when selecting the wavelength of light to be transmitted in the
また、これらの材料は、単結晶または固溶体結晶として用いられるのが好ましい。これにより、基板301には透光性が付与され、基板301中に本線光導波路302を形成することができるようになる。
These materials are preferably used as single crystals or solid solution crystals. Thereby, the
本線光導波路302は、基板301中に形成された導光路である。基板301中に本線光導波路302を形成する方法としては、例えば、プロトン交換法、Ti拡散法等が挙げられる。このうち、プロトン交換法は、酸の溶液中に基板を浸漬し、基板中のイオンの溶出と引き換えにプロトンを基板に侵入させることによってその領域の屈折率を変化させる方法である。この方法によれば、特に耐光性に優れた本線光導波路302が得られる。一方、Ti拡散法は、基板上にTiを成膜した後、加熱処理を行うことにより、Tiを基板中に拡散させてその領域の屈折率を変化させる方法である。
The main
このようにして形成された本線光導波路302は、基板301のうち相対的に屈折率が高い長尺状の部位からなるコア部3021と、コア部3021に隣接し相対的に屈折率が低いクラッド部3022と、で構成される。図7に示す本線光導波路302は、図7の左側の端部(入射面)に光が入射されると、この入射光は、コア部3021とクラッド部3022との界面で反射を繰り返しながら右側に伝搬され、右側の端部から出射光Lとして射出される。すなわち、実質的にコア部3021を本線光導波路302とみなすこともできる。
The main
このうち、コア部3021は、光が入射可能な3つの光入射部3029R、3029G、3029Bと、これらの光入射部3029R、3029G、3029Bに接続される3本のコア部(分岐光導波路)3021R、3021G、3021Bと、を備えている。
Among these, the
また、3本のコア部3021R、3021G、3021Bのうち、コア部3021R、3021Gは、出射端側に向かうにつれて互いに離間距離が徐々に狭まるように湾曲しており、合流部3025において、コア部3021Bとともに1本のコア部3021に合流している。このため、コア部3021Rに入射した赤色光LR、コア部3021Gに入射した緑色光LG、および、コア部3021Bに入射した青色光LBは、合流部3025において合波されることとなる。そして、合流部3025において合波された赤色光LR、緑色光LGおよび青色光LBは波長選択部303に導かれる。すなわち、本線光導波路302は、波長の異なる光を合波して波長選択部に接続する合波部を備えている。
Of the three
≪波長選択部≫
合流後の1本のコア部3021には、波長選択部303が配置されている。
≪Wavelength selection part≫
A
波長選択部303は、図6、7に示すように、コア部3021の入射端(入射面)側から出射端(出射面)側に向かって順に並ぶように設けられた、第1のリング共振器303R、第2のリング共振器303Gおよび第3のリング共振器303Bを備えている。第1のリング共振器303R、第2のリング共振器303Gおよび第3のリング共振器303Bは、それぞれコア部3021およびクラッド部3022で構成された本線光導波路302に対して光学的に結合され、それぞれ特定の波長の光を共振させる。これにより、本線光導波路302を伝搬する光の波長を選択することができ、選択された波長の光を光変調部304に射出することができる。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
図8は、図7に示す波長選択部303の部分拡大図である。なお、図8に示す実線の矢印は、波長選択部303に入射する赤色光LR、緑色光LGおよび青色光LBを示し、破線の矢印は、波長選択部303から出射する(ドロップされる)赤色光LR、緑色光LGおよび青色光LBを示し、白抜きの矢印は、波長選択部303によって波長が選択された後の光(出射光L)を示す。
FIG. 8 is a partially enlarged view of the
波長選択部303のうち、第1のリング共振器303Rは、図8に示すように、環状をなす光導波路であって本線光導波路302と光学的に結合されている第1の環状光導波路3031Rと、第1の環状光導波路3031Rと光学的に結合されている第1の支線光導波路(第1の結合光導波路)3032Rと、第1の環状光導波路3031Rに対応して設けられた第1の環状電極3034Rと、第1の環状電極3034Rの内側に設けられた第1の円状電極3033Rと、を備えている。
Of the
第1の環状光導波路3031Rは、平面視において外形がほぼ真円の環状をなしている。そして、第1の環状光導波路3031Rは、本線光導波路302に隣り合うように形成されている。
The first annular
本線光導波路302と第1の環状光導波路3031Rとの間は、光学的に結合されている。この「光学的に結合」とは、本線光導波路302のコア部3021と第1の環状光導波路3031Rのコア部との間が物理的にはわずかに離間しているものの、エバネッセント結合ECを生じている状態にあることを指す。また、エバネッセント結合ECとは、一方の光導波路のコア部から染み出たエバネッセント波が他方の光導波路のコア部に入射し得るように2本の光導波路が隣り合っている状態をいう。
The main
一方、第1の支線光導波路3032Rは、その延伸方向が平面視において本線光導波路302の延伸方向と直交するように直線状に形成されている。そして、第1の支線光導波路3032Rは、第1の環状光導波路3031Rに隣り合うように形成されている。
On the other hand, the first branch
第1の支線光導波路3032Rと第1の環状光導波路3031Rとの間は、光学的に結合されている。この「光学的に結合」も、上記と同様、第1の支線光導波路3032Rのコア部と第1の環状光導波路3031Rのコア部との間が物理的にはわずかに離間しているものの、エバネッセント結合ECを生じている状態にあることを指す。
The first branch
第1の環状光導波路3031Rでは、本線光導波路302から入射された光が周回する。そして、入射された光について共振条件が成立すると、その共振条件が成立した特定の波長の光が共振して大きな強度で第1の支線光導波路3032Rに出力される。したがって、本線光導波路302に複数の波長の光が入射された場合であっても、共振条件が成立した特定の波長の光のみは、第1の環状光導波路3031Rを介して第1の支線光導波路3032Rに出力されることになるため、第1のリング共振器303Rは、本線光導波路302を伝搬する光の中から赤色光LRを除去する波長フィルター(光スイッチ)として機能する。
In the first annular
また、第1の環状電極3034Rと第1の円状電極3033Rとの間に電圧を印加することにより、第1の環状電極3034Rの近傍に位置する第1の環状光導波路3031Rのコア部には、電界が発生する。すなわち、第1の環状電極3034Rと第1の円状電極3033Rとは、第1の環状光導波路3031Rに対して電圧を印加し得る第1の電圧印加部3035Rとして機能する。第1の環状光導波路3031Rのコア部に電界が発生すると、コア部の屈折率が変化し、コア部の光路長(光学的距離)、ひいては共振条件が変化することとなる。したがって、第1の電圧印加部3035Rに対して電圧印加の有無あるいは電圧の大きさ等を適宜設定することにより、第1の環状光導波路3031Rにおいて共振条件が成立するか否かを制御することができ、ひいては第1のリング共振器303Rの波長フィルターを機能させるか否かを制御することができる。
In addition, by applying a voltage between the first
なお、第1のリング共振器303Rは、第1の環状光導波路3031Rの物理的長さ(周長)を適宜設定することにより、第1の電圧印加部3035Rに対して「第1の電圧」を印加したときに赤色光LR(第1の共振波長の光)を除去する波長フィルターとして機能するように構成されている。一方、第1の電圧が印加されないときには赤色光LRが除去されないように第1のリング共振器303Rを構成すればよい。
Note that the
同様に、第2のリング共振器303Gは、図8に示すように、本線光導波路302と光学的に結合されている第2の環状光導波路3031Gと、第2の環状光導波路3031Gと光学的に結合されている第2の支線光導波路(第2の結合光導波路)3032Gと、第2の環状光導波路3031Gに対応して設けられた第2の環状電極3034Gと、第2の環状電極3034Gの内側に設けられた第2の円状電極3033Gと、を備えている。
Similarly, as shown in FIG. 8, the
第2の環状光導波路3031Gおよび第2の支線光導波路3032Gは、それぞれ第1のリング共振器303Rと同様に構成されている。したがって、第2のリング共振器303Gは、本線光導波路302を伝搬する光の中から緑色光LGを除去する波長フィルター(光スイッチ)として機能する。
The second annular
また、第2の環状電極3034Gと第2の円状電極3033Gとは、第2の環状光導波路3031Gに対して電圧を印加し得る第2の電圧印加部3035Gとして機能する。第2の電圧印加部3035Gに対して電圧印加の有無あるいは電圧の大きさ等を適宜設定することにより、第2の環状光導波路3031Gにおいて共振条件が成立するか否かを制御することができ、ひいては第2のリング共振器303Gの波長フィルターを機能させるか否かを制御することができる。
The second
なお、第2のリング共振器303Gは、第2の環状光導波路3031Gの物理的長さ(周長)を適宜設定することにより、第2の電圧印加部3035Gに対して「第2の電圧」を印加したときに緑色光LG(第2の共振波長の光)を除去する波長フィルターとして機能するように構成されている。一方、第2の電圧が印加されないときには緑色光LGが除去されないように第2のリング共振器303Gを構成すればよい。なお、第1の環状光導波路3031Rと同様に、第2の環状光導波路3031Gの周長とは、第2の環状光導波路3031Gの幅方向の中心における周長とみなすことができる。
Note that the
同様に、第3のリング共振器303Bは、図8に示すように、本線光導波路302と光学的に結合されている第3の環状光導波路3031Bと、第3の環状光導波路3031Bと光学的に結合されている第3の支線光導波路(第3の結合光導波路)3032Bと、第3の環状光導波路3031Bに対応して設けられた第3の環状電極3034Bと、第3の環状電極3034Bの内側に設けられた第3の円状電極3033Bと、を備えている。
Similarly, as shown in FIG. 8, the
第3の環状光導波路3031Bおよび第3の支線光導波路3032Bは、それぞれ第1のリング共振器303Rと同様に構成されている。したがって、第3のリング共振器303Bは、本線光導波路302を伝搬する光の中から青色光LBを除去する波長フィルター(光スイッチ)として機能する。
The third annular
また、第3の環状電極3034Bと第3の円状電極3033Bとは、第3の環状光導波路3031Bに対して電圧を印加し得る第3の電圧印加部3035Bとして機能する。第3の電圧印加部3035Bに対して電圧印加の有無あるいは電圧の大きさ等を適宜設定することにより、第3の環状光導波路3031Bにおいて共振条件が成立するか否かを制御することができ、ひいては第3のリング共振器303Bの波長フィルターを機能させるか否かを制御することができる。
Further, the third
なお、第3のリング共振器303Bは、第3の環状光導波路3031Bの物理的長さ(周長)を適宜設定することにより、第3の電圧印加部3035Bに対して「第3の電圧」を印加したときに青色光LB(第3の共振波長の光)を除去する波長フィルターとして機能するように構成されている。一方、第3の電圧が印加されないときには青色光LBが除去されないように第3のリング共振器303Bを構成すればよい。なお、第1の環状光導波路3031Rと同様に、第3の環状光導波路3031Bの周長とは、第3の環状光導波路3031Bの幅方向の中心における周長とみなすことができる。
Note that the
以上のように、本実施形態に係る波長選択部303は、赤色光LR、緑色光LGおよび青色光LBの透過を個別にかつ高速に制御することができる。これにより、波長選択部303では、合波光から特定の波長(光)のみを選択的に透過させることにより、波長選択部303の出射側に配置された光変調部304では、特定の波長(色)の光について強度を変調することができる。その結果、1つの光変調部304でもって、赤色光LR、緑色光LGおよび青色光LBについて個別に強度の変調を正確に行うことができるので、光変調器30やそれを備える画像表示装置1の小型化を図りつつ、フルカラー等の多色で構成された高品位な画像を表示することが可能になる。
As described above, the
換言すれば、本実施形態に係る波長選択部303は、本線光導波路302の光導波方向に沿って配置された、第1のリング共振器303Rと第2のリング共振器303Gと第3のリング共振器303Bとで構成されている。これらのリング共振器は、各環状光導波路3031R、3031G、3031Bに対して電界を印加する電圧印加部3035R、3035G、3035Bを有していればよいので、本線光導波路302を分断することなく配置可能である。このため、波長選択部303の内部(例えば第1のリング共振器303Rと第2のリング共振器303Gとの間)や波長選択部303と光変調部304との間には、光学的な接続箇所を設ける必要がない。その結果、従来のような光路長を厳密に考慮したアライメントを要求されることがなく、光損失の発生を招き難い。したがって、表示画像の光量不足を招き難く、また、光量不足を補うために光源の出力を上げたことによって消費電力の増大を招くといった問題も解消することができる。
In other words, the
なお、基板301中に各環状光導波路3031R、3031G、3031Bや各支線光導波路3032R、3032G、3032Bを形成する方法としては、前述した本線光導波路302の場合と同様、例えば、プロトン交換法、Ti拡散法等が用いられる。
In addition, as a method of forming each annular
また、各電圧印加部3035R、3035G、3035Bは、例えば、導電性材料を成膜した後、フォトリソグラフィー技術やエッチング技術を用いて目的の形状にパターニングされることによって形成される。したがって、各電圧印加部3035R、3035G、3035Bや後述する光変調部304の電極を一括で形成することができ、製造容易性が高く低コスト化が可能であるという利点もある。
In addition, each of the
なお、第1の電圧印加部3035Rに印加される第1の電圧と、第2の電圧印加部3035Gに印加される第2の電圧と、第3の電圧印加部3035Bに印加される第3の電圧とは、互いに同じであっても異なっていてもよい。例えば、互いに同じである場合、本実施形態のように第1の環状光導波路3031R、第2の環状光導波路3031Gおよび第3の環状光導波路3031Bの周長を互いに異ならせることによって、赤色光LR、緑色光LGおよび青色光LBの透過を個別に選択することが可能になるため、第1の電圧印加部3035R、第2の電圧印加部3035Gおよび第3の電圧印加部3035Bに対して互いに同じ電圧を印加すればよくなり、一部の電極同士を電気的に接続するといった構造の簡素化を図ることが可能になる。一方、第1の電圧、第2の電圧および第3の電圧が互いに異なっている場合には、第1の環状光導波路3031R、第2の環状光導波路3031Gおよび第3の環状光導波路3031Bの物理的長さ(物理的な周長)は、本実施形態のように互いに異なっていてもよく、反対に同じであってもよい。後者の場合、設計が容易になるといった利点がある。
The first voltage applied to the first
また、第1の支線光導波路3032Rに出力された赤色光LR、第2の支線光導波路3032Gに出力された緑色光LG、および第3の支線光導波路3032Bに出力された青色光LBは、光変調器30から外部空間に放出されてもよく、光を吸収する光吸収材に吸収させてもよい。これにより、出力された光が迷光になって画像表示が妨げられるのを防ぐことができる。光吸収材としては、例えば、カーボンブラック、グラファイト等が挙げられる。
The red light LR output to the first branch
さらに、出力された光の光量を検知する光検知部を設けるようにしてもよい。光検知部によって出力された光の光量を検知することで、各リング共振器303R、303G、303Bにおいて光が確実に選択されているか否かを確認することができる。また、その光量のデータを制御部33にフィードバックすることにより、例えば第1のリング共振器303Rにおいて赤色光LRが確実に除去されるように、第1の電圧印加部3035Rに印加する電圧の大きさや印加のタイミングを適宜調整することができる。その結果、表示画像のさらなる高画質化を図ることができる。光検知部としては、例えば、フォトダイオード等が用いられる。
Furthermore, you may make it provide the light detection part which detects the light quantity of the output light. By detecting the amount of light output by the light detection unit, it is possible to confirm whether light is reliably selected in each of the
なお、図8に示す各電圧印加部3035R、3035G、3035Bの形状や配置は一例であり、基板301を構成する電気光学効果を有する材料の結晶軸の方向や電界を印加するために必要とされる電極面積に応じて適宜設定される。
Note that the shape and arrangement of each of the
また、図8に示す各支線光導波路3032R、3032G、3032Bの延伸方向も一例であり、適宜設定される。
Further, the extending directions of the branch
また、各環状光導波路3031R、3031G、3031Bの平面視形状は、環状であれば真円に限定されず、楕円、長円等の円形の他、四角形、六角形のような多角形、その他の形状であってもよい。
Further, the shape of each of the annular
次に、波長選択部303の駆動方法について説明する。
本発明の光変調器30を含む信号生成部3においては、光源311R、311G、311Bを連続駆動(CW駆動)させつつ、光変調器30の波長選択部303にて透過波長を選択し、光変調部304にて強度変調を行う。
Next, a driving method of the
In the
図9は、図8に示す波長選択部303の動作を説明するための図である。なお、図9に示す実線の矢印は、本線光導波路302を伝搬する光を示し、破線の矢印は、各支線光導波路3032R、3032G、3032Bを伝搬する光を示す。また、図9では、各電圧印加部の図示を省略している。
FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the
図9(a)は、合波光から赤色光LRのみを選択して光変調部304へ向けて射出する動作を説明するための図であり、図9(b)は、緑色光LGのみを選択して光変調部304へ向けて射出する動作を説明するための図であり、図9(c)は、青色光LBのみを選択して光変調部304へ向けて射出する動作を説明するための図である。
FIG. 9A is a diagram for explaining the operation of selecting only the red light LR from the combined light and emitting it to the
赤色光LRのみを選択して射出するときは、第2のリング共振器303Gおよび第3のリング共振器303Bを駆動する。これにより、合波光から緑色光LGおよび青色光LBが除去され、波長選択部303からは赤色光LRのみが射出されることとなる。
When only the red light LR is selected and emitted, the
緑色光LGのみを選択して射出するときは、第1のリング共振器303Rおよび第3のリング共振器303Bを駆動する。これにより、合波光から赤色光LRおよび青色光LBが除去され、波長選択部303からは緑色光LGのみが射出されることとなる。
When only the green light LG is selected and emitted, the
青色光LBのみを選択して射出するときは、第1のリング共振器303Rおよび第2のリング共振器303Gを駆動する。これにより、合波光から赤色光LRおよび緑色光LGが除去され、波長選択部303からは青色光LBのみが射出されることとなる。
When only the blue light LB is selected and emitted, the
このようにして波長選択部303では射出する光の波長を選択することができるが、この際、例えば、赤色光LRを射出する時間帯と緑色光LGを射出する時間帯と青色光LBを射出する時間帯とが互いに重複しないようにすることが望まれる。仮に赤色光LRを射出する時間帯と緑色光LGを射出する時間帯とが重複した場合、赤色と緑色とが混在した光が光変調部304に入射するため、光変調部304において正確な強度変調ができなくなるおそれがある。その結果、画像表示装置1によって表示される画像の色に意図しない変化が生じて、画質が低下するおそれがある。
In this way, the
そこで、波長選択部303から射出する光を変更するときには、一時的に全ての光を射出しない時間帯を設けるのが好ましい。このような時間帯を設けることにより、赤色光LR、緑色光LGおよび青色光LBの全てが除去され、波長選択部303を光が透過しないので、例えば赤色光LRを射出する時間帯と緑色光LGを射出する時間帯とが重複することが防止される。その結果、画像表示装置1によって表示される画像の画質が低下するのを防止することができる。
Therefore, when changing the light emitted from the
図10は、第1のリング共振器303R、第2のリング共振器303Gおよび第3のリング共振器303Bを駆動するための電圧印加パターンの時間推移(タイミングチャート)の一例、および、その際に波長選択部303から射出される光の色を示す図である。なお、図10では、第1のリング共振器303Rが備える第1の電圧印加部3035Rに印加する電圧を「R電極の電圧」と表記している。同様に、第2のリング共振器303Gが備える第2の電圧印加部3035Gに印加する電圧を「G電極の電圧」と表記し、第3のリング共振器303Bが備える第3の電圧印加部3035Bに印加する電圧を「B電極の電圧」と表記している。さらに、図10では、波長選択部303から射出される光の色が赤色である場合には「R」と表記し、緑色である場合には「G」と表記し、青色である場合には「B」と表記し、いずれの光も射出しない場合には「K」と表記している。
FIG. 10 shows an example of a time transition (timing chart) of a voltage application pattern for driving the
例えば、第1の時間帯TZ1では、G電極とB電極とにそれぞれ電圧を印加する一方、R電極には電圧を印加しない。このとき、第1のリング共振器303Rを赤色光LRが透過する一方、第2のリング共振器303Gで緑色光LGが除去され、第3のリング共振器303Bで青色光LBが除去される。これにより、光変調部304に赤色光LRのみが伝搬し、赤色光LRの強度を変調することができる。
For example, in the first time zone TZ1, a voltage is applied to the G electrode and the B electrode, respectively, while no voltage is applied to the R electrode. At this time, the red light LR is transmitted through the
次に、第2の時間帯TZ2では、R電極とB電極とにそれぞれ電圧を印加する一方、G電極には電圧を印加しない。これにより、光変調部304に緑色光LGのみが伝搬し、緑色光LGの強度を変調することができる。
Next, in the second time zone TZ2, voltages are applied to the R electrode and the B electrode, respectively, while no voltage is applied to the G electrode. Thereby, only the green light LG propagates to the
ここで、第1の時間帯TZ1から第2の時間帯TZ2へと遷移するとき、第1の時間帯TZ1と第2の時間帯TZ2との間に、R電極、G電極およびB電極の全てに電圧を印加する時間帯TZ0を設けるのが好ましい。このような時間帯TZ0を設けることにより、波長選択部303では全ての光が除去され、射出される光がなくなる。そして、第1の時間帯TZ1と第2の時間帯TZ2とが重複することが防止され、赤色光LRと緑色光LGとが混じった光が光変調部304に伝搬するのを防止することができる。
Here, when transitioning from the first time zone TZ1 to the second time zone TZ2, all of the R electrode, the G electrode, and the B electrode are between the first time zone TZ1 and the second time zone TZ2. It is preferable to provide a time zone TZ0 for applying a voltage to. By providing such a time zone TZ0, the
なお、時間帯TZ0の長さは、各電極に所定の電圧を印加するのに要する時間やそのバラツキ、および、各電極に対する電圧の印加を停止するのに要する時間やそのバラツキ等の因子に応じて適宜設定されるが、一例として、1ナノ秒以上100ミリ秒以下程度に設定される。この程度であれば、表示される画像の内容にもよるが、いずれの光も射出されない状態(黒色表示状態)というものを意識し違和感に至ることは少ないため、黒色の表示がなされることに起因する画質の低下を最小限に留めることができる。そして、第1の時間帯TZ1と第2の時間帯TZ2とが重複することに起因する画質の低下についても最小限に留めることができる。 The length of the time zone TZ0 depends on factors such as the time required to apply a predetermined voltage to each electrode and its variation, and the time required to stop applying the voltage to each electrode and its variation. As an example, it is set to about 1 nanosecond or more and 100 milliseconds or less. At this level, although depending on the content of the displayed image, it is unlikely that any light will be emitted (black display state), and there is little discomfort, so black display will be made. The resulting degradation in image quality can be minimized. Further, it is possible to minimize the deterioration in image quality caused by the overlap of the first time zone TZ1 and the second time zone TZ2.
同様に、第2の時間帯TZ2から第3の時間帯TZ3へと遷移するとき、これらの間に、R電極、G電極およびB電極の全てに電圧を印加する時間帯TZ0を設けるのが好ましい。これにより、第2の時間帯TZ2と第3の時間帯TZ3とが重複することが防止され、緑色光LGと青色光LBとが混じった光が光変調部304に伝搬するのを防止することができる。
Similarly, when transitioning from the second time zone TZ2 to the third time zone TZ3, it is preferable to provide a time zone TZ0 in which a voltage is applied to all of the R electrode, the G electrode, and the B electrode. . This prevents the second time zone TZ2 and the third time zone TZ3 from overlapping, and prevents light mixed with the green light LG and the blue light LB from propagating to the
≪光変調部≫
波長選択部303の出射面側には、光変調部304が配置されている。この光変調部304は、本線光導波路302を伝搬する光の強度を変調し得るものであれば、いかなる手段であってもよいが、本実施形態では、マッハツェンダー型の光変調方式をとる光変調部について特に説明する。
≪Light modulation part≫
An
本実施形態に係る光変調部304に対応する部分では、図6、7に示すように、コア部3021が分岐部3023においてコア部3021aとコア部3021bの2つに分岐している。そして、光変調部304は、この分岐したコア部に設けられた電極3040を備えている。
In the portion corresponding to the
コア部3021aとコア部3021bとの間は、所定の距離を隔てて離間している。そして、コア部3021aおよびコア部3021bは、合流部3024において再び1つのコア部3021に合流している。そして、合流後のコア部3021は、出射端(出射面)から出射光Lを出射し得るようになっている。
The
電極3040は、信号電極304aとグランド電極304bとで構成されている。
このうち、信号電極304aは、基板301の平面視において、コア部3021aと重なるように配置されている。一方、グランド電極304bは、基板301の平面視において、コア部3021bと重なるように配置されている。
The
Among these, the
グランド電極304bには、基準電位が与えられる。一例として、グランド電極304bは、電気的に接地される。一方、信号電極304aには、グランド電極304bとの間に電位差が生じるように、画像情報に基づいた電位が与えられる。このようにして信号電極304aとグランド電極304bとの間に電位差が生じると、それらの間に生じた電気力線が通過するコア部3021aに電界が印加される。その結果、電気光学効果に基づいてコア部3021aの屈折率が変化する。
A reference potential is applied to the
ここで、信号電極304aは、グランド電極304bに比べてその幅が狭くなっている。このため、信号電極304aの直下に位置しているコア部3021aには電気力線が集中する。すなわち、信号電極304aからコア部3021aに対して相対的に大きな電界が印加される。一方、グランド電極304bの幅は、十分に広く設定されている。このため、グランド電極304bの直下に位置しているコア部3021bには、電気力線があまり集中しない。すなわち、グランド電極304bからコア部3021bに対して相対的に小さな電界が印加される。
Here, the width of the
コア部3021aとコア部3021bとの間には、上述したような差異があることから、電極3040に対して上述したような電位差が生じると、信号電極304aに対応して位置するコア部3021aの屈折率が主に変化し、コア部3021bの屈折率はほとんど変化しない。その結果、コア部3021aとコア部3021bとで屈折率のずれが生じ、コア部3021aを伝搬する光とコア部3021bを伝搬する光との間には、屈折率のずれに基づく位相差が生じることとなる。このようにして位相差が生じた2つの光が、合流部3024において合波されると、入射強度に対して減衰した合波光が生成される。この合波光がコア部3021の出射端から光検出部34に向けて射出される。
Since there is a difference as described above between the
この際、信号電極304aとグランド電極304bとの間に与える電位差を調整することにより、コア部3021aを伝搬する光とコア部3021bを伝搬する光との位相差を制御することができるので、入射強度に対する合波光の減衰幅を制御することができる。
At this time, the phase difference between the light propagating through the
例えば、信号電極304aとグランド電極304bとの間に生じる電位差を調整し、コア部3021aを伝搬する光の位相とコア部3021bを伝搬する光の位相との差を、合流部3024において互いに半波長分だけずれるようにすると、合流部3024において2つの光が互いに打ち消し合い、光強度が実質的にゼロになる。また、位相のずれ量を適宜変えることによって、合波光の光強度を変調することができる。
For example, the potential difference generated between the
一方、合流部3024において2つの光の位相が揃うと、入射強度とほぼ同等の光強度の合波光が得られる。
On the other hand, when the phases of the two lights are aligned at the merging
本実施形態では、この光変調部304に対して、赤色光LRと緑色光LGと青色光LBとが時分割で入射する。したがって、赤色光LRが入射する時間帯では、画像情報に基づいて赤色光LRの強度を変調するように光変調部304を駆動する。同様に、緑色光LGが入射する時間帯では、画像情報に基づいて緑色光LGの強度を変調するように光変調部304を駆動し、青色光LBが入射する時間帯では、画像情報に基づいて青色光LBの強度を変調するように光変調部304を駆動する。これにより、1つの光変調部304において、赤色光LR、緑色光LGおよび青色光LBの3色の光の強度変調を行うことができる。その結果、光変調器30の小型化および構造の簡素化を図ることができる。
In the present embodiment, the red light LR, the green light LG, and the blue light LB are incident on the
また、画像表示装置1によれば、光変調部304において3色の光の強度をそれぞれ外部変調させることができる。このため、光源部311から射出される3色の光の強度を光源部311において直接変調させる場合に比べて、波長変動のない高品質な光を得ることができ、かつ、高速変調が可能になる。加えて、電極3040に印加する電圧を細かく変化させることにより、光変調器30から出射する光の強度を、より高い分解能で微調整することができる。その結果、眼EYの網膜に描画される画像の諧調をさらに増やすことができ、さらなる高解像度化を図ることができる。
Further, according to the
さらに、画像表示装置1では、光源部311を直接変調させる必要がないので、一定の強度の信号光が射出されるように光源部311を駆動すればよい。したがって、発光効率が最も高い条件あるいは発光安定性や波長安定性が最も高い条件で光源部311を駆動することができ、画像表示装置1の低消費電力化あるいは動作の安定化を図るとともに、眼EYの網膜に描画される画像の高画質化を図ることができる。光源部311を直接変調するために必要な駆動回路が不要になり、光源部311を連続駆動する回路は比較的簡単で低コストであることから、光源部311にかかるコストの削減および光源部311の小型化を図ることができる。
Further, in the
また、反射部6として後述のホログラム回折格子を用いた場合には、信号光の波長安定性を高くすることができるため、設計波長に近い信号光をホログラム回折格子に入射させることができる。その結果、ホログラム回折格子における回折角の設計値からのずれを小さくすることができ、画像のボケを抑制することができる。
Further, when a later-described hologram diffraction grating is used as the reflecting
なお、電極3040は、前述した波長選択部303の第1のリング共振器303Rが備える第1の電圧印加部3035R、第2のリング共振器303Gが備える第2の電圧印加部3035G、および第3のリング共振器303Bが備える第3の電圧印加部3035Bと同様、例えば、導電性材料を成膜した後、フォトリソグラフィー技術やエッチング技術を用いて目的の形状にパターニングされることによって形成することができる。したがって、波長選択部303の各電圧印加部3035R、3035G、3035Bを形成する際に、電極3040も一括して形成することができる。その結果、光変調部304を効率よく製造することができ、低コスト化を図ることができる。加えて、波長選択部303の各電圧印加部3035R、3035G、3035Bと光変調部304の電極3040との間で、位置精度を厳密に制御し易くなるので、高い位置精度を実現することができる。その結果、光の色の選択と強度変調とを高精度に行うことができ、表示される画像のさらなる高画質化を図ることができる。
The
また、本実施形態では、3本のコア部3021R、3021G、3021Bを合流部3025で合流させる部分(合波部)と、波長選択部303と、光変調部304とを、同一の基板301上に配置している(モノリシック構造)。このため、これらの部分を互いに別の部材で構成した場合に比べて、光変調器30の小型化が図られ、画像表示装置1の小型化が図られる。また、各部分の間の光結合損失の低減を図ることができるので、光変調器30の内部損失を抑制することができる。これにより、画像の高画質化を図るとともに、消費電力の低減を図ることができる。
Further, in this embodiment, a part (combining part) where the three
なお、本線光導波路302を備える光変調器30は、出射光Lのビーム品質を高める、過剰な光を減光する、といった副次的な効果を奏する。これにより、表示される画像のさらなる高画質化を図ることができる。
Note that the
この副次的な効果のうち、前者の効果は、光のビームのトリミング(不要部分の切り取り)によるものである。すなわち、光源部311から出射する光のビームは、通常、その横断面のうち、中心部分の品質が高い(波長の分布幅が小さい)一方、周辺部分の品質が低い。そこで、光変調器30に本線光導波路302を設けることにより、ビームの周辺部分を本線光導波路302においてトリミングすることができる。その結果、品質の高いビームの中心部分のみを変調し、射出することができる。
Of the secondary effects, the former effect is due to the trimming of the light beam (cutting off unnecessary portions). That is, the light beam emitted from the
一方、副次的な効果のうち、後者の効果は、光が本線光導波路302を伝搬する際、コア部3021の形状を適宜設定することで一部の光が漏れることを利用して、光量を容易に減少させられることによるものである。
On the other hand, among the secondary effects, the latter effect is based on the fact that part of light leaks by appropriately setting the shape of the
なお、電極3040の形状は、例えば基板301の結晶軸の方向に応じて適宜設定され、例えば、コア部3021aやコア部3021bと重ならない位置に対応して配置された形状であってもよい。
Note that the shape of the
また、本線光導波路302のような断面の狭い領域に電圧を印加するため、信号光の変調に必要な位相差を生じさせるための屈折率変化に必要な印加電圧を、バルクの電気光学材料に電圧印加する場合と比較して小さくすることができる。さらに、本線光導波路302(コア部3021)の断面積を適宜選択することによって、強度変調の制御性を高めることができる。
In addition, since a voltage is applied to a region having a narrow cross section such as the main
また、上述した光変調部304は、電気光学効果を利用して信号光の強度を外部変調させているが、電気光学効果に代えて、音響光学効果、磁気光学効果、熱光学効果、非線形光学効果等の光変調効果を用いるものであってもよい。
In addition, the
なお、電気光学効果を利用したマッハツェンダー型の光変調方式を採用する場合、特に高速での変調が可能になるため、表示される画像の高画質化に対する寄与が顕著である。 Note that, when a Mach-Zehnder light modulation method using the electro-optic effect is employed, modulation at a particularly high speed is possible, so that the contribution to high image quality of the displayed image is significant.
また、光変調部304における変調原理も、上述したマッハツェンダー型の変調原理に限定されない。代替可能な変調構造としては、例えば、方向性結合型変調器、分岐干渉型変調器、リング干渉型変調器、Yカット交差導波路を用いた内部全反射型光スイッチ、分岐スイッチ、カットオフ型光変調器、バランスブリッジ型光変調器、ブラッグ回折型光スイッチ、電気吸収型(EA)変調器等が挙げられる。
Further, the modulation principle in the
なお、マッハツェンダー型の変調構造は、比較的簡単な構造で実現することができ、しかも、変調幅を任意に調整し易いことから、光変調部304における変調構造として有用である。変調幅を任意に調整することで、信号光の強度を任意に調整することができるので、例えば表示画像の高コントラスト化を図ることができる。
Note that the Mach-Zehnder type modulation structure can be realized with a relatively simple structure, and is easy to arbitrarily adjust the modulation width, so that it is useful as a modulation structure in the
また、バッファー層305は、基板301と各電極との間に設けられ、例えば酸化ケイ素、アルミナ等、本線光導波路302を導波する光の吸収が少ない媒質により構成される。
The
このようにして画像情報に応じて光変調器30で変調された出射光Lは、信号光として第1光ファイバー71の一端部に入射する。そして、かかる信号光は、第1光ファイバー71、接続部5および第2光ファイバー72をこの順で通過して、後述する走査光出射部4の光走査部42に伝送される。
Thus, the emitted light L modulated by the
ここで、第1光ファイバー71の信号光の入射側の端部近傍には、光検出部34が設けられている。この光検出部34は、信号光を検出する。また、第1光ファイバー71の一端部および光検出部34は、固定部35に固定されている。
Here, a
駆動信号生成部32は、後述する走査光出射部4の光走査部42(光スキャナー)を駆動する駆動信号を生成するものである。
The drive
この駆動信号生成部32は、光走査部42の第1の方向での走査(水平走査)に用いる第1の駆動信号を生成する駆動回路321と、光走査部42の第1の方向に直交する第2の方向での走査(垂直走査)に用いる第2の駆動信号を生成する駆動回路322とを有する。
The drive
このような駆動信号生成部32は、図示しない信号線を介して、後述する走査光出射部4の光走査部42と電気的に接続されている。これにより、駆動信号生成部32で生成した駆動信号は、後述する走査光出射部4の光走査部42に入力される。
Such a drive
前述したような信号光生成部31の駆動回路312R、312G、312Bおよび駆動信号生成部32の駆動回路321、322は、制御部33と電気的に接続されている。
The
制御部33は、映像信号(画像信号)に基づいて、信号光生成部31の駆動回路312R、312G、312Bおよび駆動信号生成部32の駆動回路321、322の駆動を制御する機能を有する。すなわち、制御部33は、走査光出射部4の駆動を制御する機能を有する。これにより、信号光生成部31が画像情報に応じて変調された信号光を生成するとともに、駆動信号生成部32が画像情報に応じた駆動信号を生成する。
The
また、制御部33は、光変調器30の駆動を制御する機能を有する。具体的には、制御部33は、光変調器30に含まれる波長選択部303および光変調部304を個別にかつ互いに協調させつつ駆動することができる。これにより、波長選択部303において波長の異なる光を時間軸において互いに排他的に(時分割で)透過させるとともに、その透過のタイミングに合わせて光変調部304において透過光の強度を変調することができる。
Further, the
さらに、制御部33は、光検出部34で検出された光の強度に基づいて、信号光生成部31の駆動回路312R、312G、312Bの駆動を制御し得るように構成されている。
Further, the
(走査光出射部)
図1および図2に示すように、走査光出射部4は、前述したフレーム2のブリッジ部26近傍(言い換えればフロント部22の中心近傍)に取り付けられている。
(Scanning light emitting part)
As shown in FIGS. 1 and 2, the scanning light emitting portion 4 is attached in the vicinity of the
このような走査光出射部4は、図4に示すように、ハウジング41(筐体)と、光走査部42と、レンズ43(カップリングレンズ)と、レンズ45(集光レンズ)と、支持部材46とを備える。
ハウジング41は、支持部材46を介してフロント部22に取り付けられている。
As shown in FIG. 4, such a scanning light emitting unit 4 includes a housing 41 (housing), an
The
また、支持部材46のフレーム2とは反対側の部分には、ハウジング41の外表面が接合されている。
Further, the outer surface of the
ハウジング41は、光走査部42を支持するとともに光走査部42を収納している。また、ハウジング41には、レンズ43およびレンズ45が取り付けられ、レンズ43、45がハウジング41の一部(壁部の一部)を構成している。
The
また、レンズ43(ハウジング41の信号光を透過する窓部)は、第2光ファイバー72に対して離間している。本実施形態では、第2光ファイバー72の信号光の出射側の端部は、フレーム2のフロント部22に設けられた反射部10に臨む位置で、かつ、走査光出射部4に離間している。
In addition, the lens 43 (the window portion that transmits the signal light of the housing 41) is separated from the second
反射部10は、第2光ファイバー72から出射した信号光を光走査部42に向けて反射する機能を有する。また、反射部10は、フロント部22の内側に開口する凹部27に設けられている。なお、凹部27の開口には、透明材料で構成された窓部で覆われていてもよい。また、この反射部10は、信号光を反射し得るものであれば、特に限定されず、例えば、ミラー、プリズム等で構成することができる。
The
光走査部42は、信号光生成部31からの信号光を2次元的に走査する光スキャナーである。この光走査部42で信号光を走査することにより走査光が形成される。具体的には、光走査部42の光反射面に対し、第2光ファイバー72から出射した信号光がレンズ43を介して入射する。そして、駆動信号生成部32で生成された駆動信号に応じて、光走査部42を駆動することにより、信号光が2次元的に走査される。
The
また、光走査部42は、コイル17および信号重畳部18を有しており(図4参照)、コイル17、信号重畳部18および駆動信号生成部32は、光走査部42を駆動する駆動部を構成する。
The
レンズ43は、第2光ファイバー72から出射した信号光のスポット径を調整する機能を有する。また、レンズ43は、第2光ファイバー72から出射した信号光の放射角を調整し、略平行化する機能をも有する。
The
光走査部42で走査された信号光(走査光)は、レンズ45を介して、ハウジング41の外部へ出射する。
The signal light (scanning light) scanned by the
なお、走査光出射部4は、信号光を2次元的に走査する光走査部42に代えて、信号光を1次元的に走査する複数の光走査部を備えていてもよい。
Note that the scanning light emitting unit 4 may include a plurality of optical scanning units that scan the signal light in a one-dimensional manner instead of the
(反射部)
図1および図2に示すように、反射部6(反射光学部)は、前述したフレーム2のフロント部22に含まれるリム部25に取り付けられている。
(Reflection part)
As shown in FIGS. 1 and 2, the reflection portion 6 (reflection optical portion) is attached to a
すなわち、反射部6は、使用時に使用者の眼EYの前方かつ光走査部42よりも当該使用者に対して遠方側に位置するように配置されている。これにより、画像表示装置1に使用者の顔に対して前方側に張り出した部分が形成されるのを防止することができる。
In other words, the
この反射部6は、図5に示すように、光走査部42からの信号光を当該使用者の眼EYに向けて反射する機能を有する。
As shown in FIG. 5, the
本実施形態では、反射部6は、ハーフミラー(半透鏡)であり、外界光を透過させる機能(可視光に対する透光性)をも有する。すなわち、反射部6は、光走査部42からの信号光(映像光)を反射させるとともに、使用時において反射部6の外側から使用者の眼に向かう外界光を透過させる機能(コンバイナー機能)を有する。これにより、使用者は、外界像を視認しながら、信号光により形成された虚像(画像)を視認することができる。すなわち、シースルー型のヘッドマウントディスプレイを実現することができる。
In this embodiment, the
また、反射部6のうち、使用者側の面は、凹面の反射面になっている。このため、反射部6で反射された信号光は、使用者側に集束する。したがって、使用者は、反射部6の凹面上に形成された画像よりも拡大された虚像を視認することが可能になる。これにより、使用者における画像の視認性を高めることができる。
In addition, the user-side surface of the reflecting
一方、反射部6のうち、使用者に対して遠方側の面は、前記凹面とほぼ同じ曲率を有する凸面になっている。このため、外界光は、反射部6で大きく偏向させられることなく、使用者の眼に到達する。したがって、使用者は、歪みの少ない外界像を視認することができる。
On the other hand, the surface of the reflecting
なお、反射部6は、回折格子を有していてもよい。この場合、回折格子に様々な光学特性をもたせ、光学系の部品点数を減らしたり、デザインの自由度を高めたりすることができる。例えば、回折格子としてホログラム回折格子を用いることにより、反射部6で反射する信号光の出射方向を調整したり、反射する信号光の波長を選択したりすることができる。また、回折格子にレンズ効果をもたせることによって、反射部6で反射する信号光からなる走査光全体の結像状態を調整したり、凹面で信号光が反射するときの収差を補正したりすることもできる。
In addition, the
また、本実施形態では、外部変調器として光変調器30を利用しているため、光源の明滅駆動時に発生する波長変動が低減される。したがって、回折格子での回折角変動が抑制され、画像ボケの少ない画像を提供できる。このようなホログラム回折格子としては、光干渉によって有機材料に形成された立体回折格子や、樹脂材料の表面にスタンパーによって凹凸を形成した回折格子を用いることができる。
In the present embodiment, since the
また、反射部6は、例えば、透明基板上に金属薄膜や誘電体多層膜等で構成された半透過反射膜を形成したものであってもよく、偏光ビームスプリッターを用いてもよい。偏光ビームスプリッターを用いる場合には、光走査部42からの信号光が偏光となるように構成し、光走査部42からの信号光に対応する偏光を反射させるように構成すればよい。
In addition, the
(第1光ファイバー、光検出部および固定部)
固定部35は、光源部311から第1光ファイバー71に入射する光の強度が0よりも大きく所定値以下となる位置に第1光ファイバー71の一端部を固定する機能を有する。これにより、光源部311から第1光ファイバー71に入射する光の強度を小さくすることができる。
(First optical fiber, light detector and fixed part)
The fixing
また、固定部35は、光検出部34を固定する機能をも有する。これにより、光源部311から出射された光(信号光)のうち第1光ファイバー71に入射しない残部を光検出部34の検出に有効利用することができる。また、第1光ファイバー71の一端部と光検出部34との位置関係を固定(一定に維持)することができる。
The fixing
このように固定部35に固定された光検出部34は、光源311B、311G、311Rから出射された信号光を分岐する光学系を設けなくても、出射された光の強度を光検出部34で検出することができる。また、光検出部34で検出された光の強度に基づいて、光源311B、311G、311Rから出射される光の強度を制御部33で調整することができる。
Thus, the
なお、上記のような固定部35を設けることは必須ではなく、光源部311から射出される光を意図的に減光させることなく第1光ファイバー71に結合する構成であってもよい。また、光検出部34を固定部35に設けることは必須ではなく、光源部311の光量を検出できる位置であれば、光検出部34の位置は特に限定されない。
The provision of the fixing
≪第2実施形態≫
次に、本発明の光変調器の第2実施形態について説明する。
<< Second Embodiment >>
Next, a second embodiment of the optical modulator of the present invention will be described.
図11、12は、それぞれ、第2実施形態に係る光変調器に含まれる波長選択部の部分拡大平面図である。なお、図11、12では、各電圧印加部の図示を省略している。 FIGS. 11 and 12 are partial enlarged plan views of wavelength selection units included in the optical modulator according to the second embodiment. In addition, in FIG. 11, 12, illustration of each voltage application part is abbreviate | omitted.
以下、第2実施形態について説明するが、以下の説明では、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。また、図において、前述した実施形態と同様の事項については、同一符号を付している。 Hereinafter, although 2nd Embodiment is described, in the following description, it demonstrates centering around difference with 1st Embodiment mentioned above, The description is abbreviate | omitted about the same matter. Moreover, in the figure, the same code | symbol is attached | subjected about the matter similar to embodiment mentioned above.
図11に示す光変調器30は、第1の環状光導波路3031Rと第2の環状光導波路3031Gと第3の環状光導波路3031Bとが、それらのコア部同士が共有点3028を共有するようにして重なっている以外、第1実施形態に係る光変調器30と同様である。
The
このような光変調器30は、第1実施形態に比べて省スペース化が図られている。このため、光変調器30および画像表示装置1のさらなる小型化を図ることができる。
Such an
また、本実施形態の場合も、第1の環状光導波路3031Rと第2の環状光導波路3031Gと第3の環状光導波路3031Bとの間で、コア部の光路長(光学的距離)が異なっていればよいが、電界の印加条件を互いに異ならせるのではなく、物理的距離(周長)を互いに異ならせることによってそれを実現するのが好ましい。これにより、各環状光導波路3031R、3031G、3031Bの形状は、共有点3028で互いに重なる一方、それ以外の部分ではコア部同士の離間距離が大きくなり、コア部同士を分離し易くなる。このため、各リング共振器303R、303G、303B同士で共振条件が近付き過ぎてしまうのを防止して、特定の波長の光を高精度に除去することができなくなるのを避けることができる。また、波長選択部303の製造容易性を高めることができる。
Also in this embodiment, the optical path length (optical distance) of the core portion is different among the first annular
さらに、このような光変調器30は、特に、画像表示装置1のような画像形成用の信号光を変調する際に好適である。例えば、一般的な光変調器は、波長分割多重通信(WDM)等に用いられることが多い。WDMでは、波長の異なる光を例えば数nm程度の波長間隔で多重化して光通信を行うので、かかるWDMに適用される光変調器では、数nm程度の波長間隔で隣り合う光を個別に変調する必要がある。このため、このような用途の光変調器にリング共振器が用いられた場合、環状光導波路同士の周長のずれが非常に小さくなり、互いに重ね合わせることが難しくなる。
Further, such an
これに対し、画像形成用の信号光を変調する用途では、例えば赤、緑、青の3色の光を変調すればよいので、例えば50nm以上の波長間隔を確保することができる。このため、上述したように各環状光導波路3031R、3031G、3031Bを互いに重ね合わせたとしても、周長の差が十分に大きくなるので、互いに重ね合わせることが容易である。したがって、光変調器30の小型化を容易に実現することができる。
On the other hand, in an application for modulating signal light for image formation, for example, light of three colors of red, green, and blue may be modulated, so that a wavelength interval of, for example, 50 nm or more can be secured. For this reason, as described above, even if the respective annular
なお、第1の環状光導波路3031Rと第2の環状光導波路3031Gと第3の環状光導波路3031Bとの間で、周長を互いに異ならせるときは、最も長波長である赤色光LRを共振させる第1の環状光導波路3031Rの周長を最も長くし、最も短波長である青色光LBを共振させる第3の環状光導波路3031Bの周長を最も短くすればよい。
When the circumferential lengths of the first annular
図12に示す光変調器30は、第1の環状光導波路3031Rと第2の環状光導波路3031Gと第3の環状光導波路3031Bとが、それらのコア部同士が共有点3028を共有するようにして重なっているとともに、第1の支線光導波路3032Rと第2の支線光導波路3032Gと第3の支線光導波路3032Bとが、合流点3027で合流し、1本のコア部(光導波路)3032に集約されている以外、第1実施形態に係る光変調器30と同様である。
The
また、図12に示す光変調器30では、本線光導波路302の出射端(いわゆるスルーポート)の延長線上に光変調部304(図示せず)を設けるのではなく、各支線光導波路3032R、3032G、3032Bを1本に集約してなるコア部3032の出射端(いわゆるドロップポート)の延長線上に光変調部304(図12には図示せず)を設けるようにしている。すなわち、図12に示す光変調器30は、信号光として、各支線光導波路3032R、3032G、3032Bに出力された赤色光LR、緑色光LGおよび青色光LBのいずれかが選択された出射光Lを用いている点で、図11に示す光変調器30と相違している。
In addition, in the
このような出射光Lは、第1のリング共振器303R、第2のリング共振器303Gおよび第3のリング共振器303Bで、共振条件を満足する狭い波長幅の光のみで構成されているため、より単色性が高いといえる。このため、図12に示す波長選択部303によれば、例えば光源部311から射出される光の品質が低い(波長幅が広い)場合であっても、フルカラーの画像表示に適した波長の赤色光LR、緑色光LGおよび青色光LBを選択して射出することができる。このため、光源の選択幅を広げることができる。また、光変調部304においてより正確な変調が可能になるため、画像情報を忠実に反映した信号光を生成することができる。なお、このような単色性が高い光は、例えば、反射部6が回折格子を有している場合、波長に依存して回折角がばらついてしまうのを抑制することができるので、より精細な画像を表示可能であるという点から有用である。
以上のような第2実施形態においても、第1実施形態と同様の作用、効果が得られる。
Such emitted light L is composed of only light having a narrow wavelength width satisfying the resonance condition in the
In the second embodiment as described above, the same operations and effects as in the first embodiment can be obtained.
≪第3実施形態≫
次に、本発明の光変調器の第3実施形態について説明する。
«Third embodiment»
Next, a third embodiment of the optical modulator of the present invention will be described.
図13、14は、それぞれ、第3実施形態に係る光変調器に含まれる波長選択部の部分拡大平面図である。なお、図13、14では、各電圧印加部の図示を省略している。 FIGS. 13 and 14 are partially enlarged plan views of wavelength selection units included in the optical modulator according to the third embodiment. In FIGS. 13 and 14, illustration of each voltage application unit is omitted.
以下、第3実施形態について説明するが、以下の説明では、前述した第1、第2実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。また、図において、前述した実施形態と同様の事項については、同一符号を付している。 Hereinafter, the third embodiment will be described. In the following description, differences from the first and second embodiments described above will be mainly described, and description of similar matters will be omitted. Moreover, in the figure, the same code | symbol is attached | subjected about the matter similar to embodiment mentioned above.
図13に示す光変調器30は、第1の環状光導波路3031R、第2の環状光導波路3031Gおよび第3の環状光導波路3031Bの配置が異なる以外、第1実施形態に係る光変調器30と同様である。
The
すなわち、図13に示す波長選択部303では、基板301を平面視したとき、第1のリング共振器303Rおよび第3のリング共振器303Bと第2のリング共振器303Gとが、本線光導波路302を挟んで互いに反対側に配置されている。これにより、各リング共振器303R、303G、303Bを空間的に分散して配置することができるので、第1実施形態に比べて波長選択部303の省スペース化、特に本線光導波路302の光導波方向における長さの短縮化を図ることができる。
That is, in the
図14に示す光変調器30は、第1の環状光導波路3031R、第2の環状光導波路3031Gおよび第3の環状光導波路3031Bの配置が異なるとともに、第1の環状光導波路3031Rのコア部と第3の環状光導波路3031Bのコア部とが共有点3028を共有するようにして重なっている以外、第1実施形態に係る光変調器30と同様である。
The
これにより、図14に示す波長選択部303では、第1実施形態に係る波長選択部303に比べて省スペース化、特に本線光導波路302の光導波方向における長さのさらなる短縮化が図られる。
以上のような第3実施形態においても、第1、第2実施形態と同様の作用、効果が得られる。
As a result, the
In the third embodiment as described above, the same operations and effects as in the first and second embodiments can be obtained.
≪第4実施形態≫
次に、本発明の光変調器の第4実施形態について説明する。
<< Fourth Embodiment >>
Next, a fourth embodiment of the optical modulator of the present invention will be described.
図15〜18は、それぞれ、第4実施形態に係る光変調器に含まれる波長選択部の部分拡大平面図である。なお、図15〜18では、各電圧印加部の図示を省略している。 15 to 18 are partial enlarged plan views of wavelength selection units included in the optical modulator according to the fourth embodiment. 15-18, illustration of each voltage application part is abbreviate | omitted.
以下、第4実施形態について説明するが、以下の説明では、前述した第1〜第3実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。また、図において、前述した実施形態と同様の事項については、同一符号を付している。 Hereinafter, although 4th Embodiment is described, in the following description, it demonstrates centering around difference with the 1st-3rd embodiment mentioned above, and abbreviate | omits the description about the same matter. Moreover, in the figure, the same code | symbol is attached | subjected about the matter similar to embodiment mentioned above.
図15に示す光変調器30では、第1の支線光導波路3032R、第2の支線光導波路3032Gおよび第3の支線光導波路3032Bが、それぞれ本線光導波路302と直交するように延伸している。そして、各支線光導波路3032R、3032G、3032Bは、それぞれ光入射部と光出射部とを有している。一方、本線光導波路302では、光出射部は有しているものの、光入射部は省略されている。このような相違点を除いて、図15に示す波長選択部303は、図8に示す波長選択部303と同様である。
In the
このような波長選択部303では、第1の支線光導波路3032Rの光入射部から赤色光LRを入射させ、第2の支線光導波路3032Gの光入射部から緑色光LGを入射させ、第3の支線光導波路3032Bの光入射部から青色光LBを入射させる。
In such a
そして、第1の電圧印加部3035Rに電圧を印加して第1のリング共振器303R(第1の環状光導波路3031R)の共振条件が満たされたとき、入射された赤色光LRは、本線光導波路302に出力され、光変調部304へと射出される。同様に、第2の電圧印加部3035Gに電圧を印加して第2のリング共振器303G(第2の環状光導波路3031G)の共振条件が満たされたとき、入射された緑色光LGは、本線光導波路302に出力され、光変調部304へと射出され、第3の電圧印加部3035Bに電圧を印加して第3のリング共振器303B(第3の環状光導波路3031B)の共振条件が満たされたとき、入射された青色光LBは、本線光導波路302に出力され、光変調部304へと射出される。
このようにして波長が選択された出射光Lが、光変調部304へと出力される。
When a voltage is applied to the first
The outgoing light L whose wavelength has been selected in this way is output to the
本実施形態でも、第2実施形態と同様、出射光Lとして、各リング共振器303R、303G、303Bで共振した光を用いている。このため、単色性の高い光を出力することができる。したがって、前述したように、光源の選択幅を広げることができ、光変調部304において画像情報を忠実に反映した信号光を生成することができ、回折格子における回折角のばらつきを抑制することができる。
Also in the present embodiment, as in the second embodiment, as the emitted light L, light resonated by the
また、本実施形態では、3本の支線光導波路3032R、3032G、3032Bを利用して波長選択部303に光を入射しているため、第1実施形態に係る合流部3025が不要である。このため、その分、光変調器30の小型化を図ることができる。
In the present embodiment, since the light is incident on the
さらに、3本の支線光導波路3032R、3032G、3032Bの各光入射部は、本線光導波路302の光導波方向に対して平行に並ぶことになるため、前述した光源311B、311G、311Rについても光導波方向に対して平行に並べることができる。これにより、光源311B、311G、311Rの配置スペースを十分に広く確保することができ、画像表示装置1の設計自由度を高めることができる。
Furthermore, since the light incident portions of the three branch
図16に示す光変調器30では、第1の支線光導波路3032R、第2の支線光導波路3032Gおよび第3の支線光導波路3032Bが、それぞれ本線光導波路302と直交するように延伸している。そして、各支線光導波路3032R、3032G、3032Bは、それぞれ光入射部と光出射部とを有している。一方、本線光導波路302では、光出射部は有しているものの、光入射部は省略されている。このような相違点を除いて、図16に示す波長選択部303は、図11に示す波長選択部303と同様である。
In the
このような波長選択部303では、第1の支線光導波路3032Rの光入射部から赤色光LRを入射させ、第2の支線光導波路3032Gの光入射部から緑色光LGを入射させ、第3の支線光導波路3032Bの光入射部から青色光LBを入射させる。
In such a
そして、第1の電圧印加部3035Rに電圧を印加して第1のリング共振器303Rの共振条件が満たされたとき、入射された赤色光LRは、本線光導波路302に出力され、光変調部304へと射出される。同様に、第2の電圧印加部3035Gに電圧を印加して第2のリング共振器303Gの共振条件が満たされたとき、入射された緑色光LGは、本線光導波路302に出力され、光変調部304へと射出され、第3の電圧印加部3035Bに電圧を印加して第3のリング共振器303Bの共振条件が満たされたとき、入射された青色光LBは、本線光導波路302に出力され、光変調部304へと射出される。
このようにして波長が選択された出射光Lが、光変調部304へと出力される。
When a voltage is applied to the first
The outgoing light L whose wavelength has been selected in this way is output to the
また、本実施形態では、波長選択部303の省スペース化を特に図ることができ、かつ、第1実施形態に係る合流部が不要であるため、光変調器30の小型化を特に図ることができる。
Further, in the present embodiment, it is possible to particularly reduce the space of the
図17に示す光変調器30では、第1の支線光導波路3032R、第2の支線光導波路3032Gおよび第3の支線光導波路3032Bが、それぞれ本線光導波路302と直交するように延伸している。そして、各支線光導波路3032R、3032G、3032Bは、それぞれ光入射部と光出射部とを有している。一方、本線光導波路302では、光出射部は有しているものの、光入射部は省略されている。このような相違点を除いて、図17に示す波長選択部303は、図13に示す波長選択部303と同様である。
In the
図18に示す光変調器30では、第1の支線光導波路3032R、第2の支線光導波路3032Gおよび第3の支線光導波路3032Bが、それぞれ本線光導波路302と直交するように延伸している。そして、各支線光導波路3032R、3032G、3032Bは、それぞれ光入射部と光出射部とを有している。一方、本線光導波路302では、光出射部は有しているものの、光入射部は省略されている。このような相違点を除いて、図18に示す波長選択部303は、図14に示す波長選択部303と同様である。
In the
このような図17、18に示す光変調器30においても、図15、16に示す光変調器30と同様の作用、効果を奏する。そして、本実施形態に係る光変調器30も、第1〜第3実施形態に係る光変調器30と同様の作用、効果を奏する。
The
≪第5実施形態≫
次に、本発明の光変調器の第5実施形態について説明する。
«Fifth embodiment»
Next, a fifth embodiment of the optical modulator of the present invention will be described.
図19は、第5実施形態に係る光変調器に含まれる波長選択部の部分拡大平面図である。なお、図19では、各電圧印加部の図示を省略している。 FIG. 19 is a partially enlarged plan view of a wavelength selection unit included in the optical modulator according to the fifth embodiment. In FIG. 19, illustration of each voltage application unit is omitted.
以下、第5実施形態について説明するが、以下の説明では、前述した第1〜第4実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。また、図において、前述した実施形態と同様の事項については、同一符号を付している。 Hereinafter, although 5th Embodiment is described, in the following description, it demonstrates centering around difference with 1st-4th embodiment mentioned above, The description is abbreviate | omitted about the same matter. Moreover, in the figure, the same code | symbol is attached | subjected about the matter similar to embodiment mentioned above.
図19に示す光変調器30は、2つの第2の環状光導波路3031Gが直列に光学的に結合し、3つの第3の環状光導波路3031Bが直列に光学的に結合している以外、図16に示す光変調器30と同様である。
The
すなわち、図19に示す第1のリング共振器303Rでは、第1の環状光導波路3031Rが図16と同様に構成されている。すなわち、第1の環状光導波路3031Rは、第1の支線光導波路3032Rと本線光導波路302の双方に対して光学的に結合している。
That is, in the
一方、図19に示す第2のリング共振器303Gでは、2つの第2の環状光導波路3031Gが直列に光学的に結合している。そして、2つの第2の環状光導波路3031Gのうち、一方は第2の支線光導波路3032Gと光学的に結合し、他方は本線光導波路302と光学的に結合している。
On the other hand, in the
また、図19に示す第3のリング共振器303Bでは、3つの第3の環状光導波路3031Bが直列に光学的に結合している。そして、3つの第3の環状光導波路3031Bのうち、一端側にある第3の環状光導波路3031Bは第3の支線光導波路3032Bと光学的に結合し、他端側にある第3の環状光導波路3031Bは本線光導波路302と光学的に結合している。
Further, in the
このような光変調器30は、波長の異なる3種類の光を変調するように構成されている。すなわち、最も波長が長い赤色光LRと、最も波長が短い青色光LBと、これらの間の波長の緑色光LGと、を個別に変調する。ここで、波長選択部303において波長を選択する際、波長の差異が選択性に影響を及ぼすことがある。そこで、本実施形態では、かかる選択性の波長依存を補償するべく、一部のリング共振器において複数の環状光導波路を直列に結合するようにしている。
Such an
すなわち、本実施形態では、赤色光LRの導波を制御する第1のリング共振器303Rが、1つの第1の環状光導波路3031Rを備えているのに対し、緑色光LGの導波を制御する第2のリング共振器303Gが、2つの第2の環状光導波路3031Gを備えており、青色光LBの導波を制御する第3のリング共振器303Bが、3つの第3の環状光導波路3031Bを備えている。
That is, in the present embodiment, the
その上で、第1の環状光導波路3031Rは最も周長が長く(半径が大きく)、第3の環状光導波路3031Bが最も周長が短く(半径が小さく)、第2の環状光導波路3031Gがこれらの間の周長(半径)になっている。
In addition, the first annular
光源の発光波長幅や反射部6の構成によっては、求められる各色光の単色性はそれぞれ異なることが考えられる。本実施形態では、青色光、緑色光、赤色光の順に(すなわち波長が短いほど)単色性が求められる場合に相当する。環状光導波路の数を増やすほど単色性が向上するため、本実施形態においては、短い波長に対応する環状光導波路の数を多くすることが望ましい。一方で、環状光導波路の数を増やすほど波長選択部303の占める面積が大きくなってしまうが、短い波長に対応する環状光導波路ほど半径が小さいため、本実施形態の構成においては、波長選択部303の占める面積の増加を抑えつつ、光変調器30から射出される短い波長の単色性を高めることができる。
Depending on the emission wavelength width of the light source and the configuration of the reflecting
このような構成の波長選択部303を用いることで、特に反射部6にホログラム回折格子を用いた場合に、画像表示装置1の高画質化を図ることができる。
By using the
なお、第2の環状光導波路3031Gの結合数は、上記の数に限定されず、3つ以上であってもよい。同様に、第3の環状光導波路3031Bの結合数も、上記の数に限定されず、2つであっても、4つ以上であってもよい。また、第1の環状光導波路3031Rについては、上記の例では1つであるが、複数を直列に結合するようにしてもよい。
Note that the number of couplings of the second annular
また、例えば、各リング共振器と本線光導波路302との接続点と支線光導波路との離間距離を大きくとりたいときには、環状光導波路の結合数を増やすことによって、離間距離を確保することができる。これにより、支線光導波路同士の離間距離を自由に選択することができるので、例えば光源のサイズが大きくて隣り合う光源との距離を確保したいとき等、光源の配置スペースを十分に確保することができる。
For example, when it is desired to increase the separation distance between the connection point between each ring resonator and the main
≪第6実施形態≫
次に、本発明の画像表示装置の第6実施形態について説明する。
<< Sixth Embodiment >>
Next, a sixth embodiment of the image display device of the present invention will be described.
図20は、本発明の画像表示装置の第6実施形態(ヘッドアップディスプレイ)を示す図である。 FIG. 20 is a diagram showing a sixth embodiment (head-up display) of the image display device of the present invention.
以下、第6実施形態について説明するが、以下の説明では、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。また、図において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。 Hereinafter, the sixth embodiment will be described. In the following description, differences from the above-described first embodiment will be mainly described, and description of similar matters will be omitted. Moreover, in the figure, the same code | symbol is attached | subjected about the structure similar to embodiment mentioned above.
第6実施形態に係る画像表示装置1は、使用者の頭部に装着されるのではなく、自動車の天井部に装着されて使用されるものである以外、第1実施形態に係る画像表示装置1と同様である。
The
すなわち、第6実施形態に係る画像表示装置1は、自動車CAの天井部CEに装着して使用され、使用者に虚像による画像を、自動車CAのフロントウィンドウWを介して外界像と重畳した状態で視認させる。
That is, the
この画像表示装置1は、図20に示すように、信号生成部3および走査光出射部4を内蔵する光源ユニットUTと、反射部6と、光源ユニットUTと反射部6と接続するフレーム2’と、を備える。
As shown in FIG. 20, the
また、本実施形態では、光源ユニットUT、フレーム2’および反射部6を、自動車CAの天井部CEに装着している場合を例に説明するが、これらを自動車CAのダッシュボード上に装着してもよいし、一部の構成をフロントウィンドウWに固定するようにしてもよい。さらに、画像表示装置1は、自動車のみならず、航空機、船舶、建設機械、重機、二輪車、自転車、電車、宇宙船のような各種移動体に装着されるものであってもよい。
In the present embodiment, the light source unit UT, the
以下、本実施形態に係る画像表示装置1の各部を順次詳細に説明する。
光源ユニットUTは、いかなる方法で天井部CEに固定されていてもよいが、例えばバンドやクリップ等を用いてサンバイザーに装着する方法により固定される。
Hereinafter, each part of the
The light source unit UT may be fixed to the ceiling part CE by any method, but is fixed by a method of mounting on the sun visor using, for example, a band or a clip.
フレーム2’は、例えば1対の長尺状の部材を備えており、光源ユニットUTと反射部6のZ軸方向の両端とを接続することにより、光源ユニットUTと反射部6とを固定している。
The
光源ユニットUTは、信号生成部3および走査光出射部4を内蔵しており、走査光出射部4からは反射部6に向けて信号光L3が出射される。
The light source unit UT includes a
本実施形態に係る反射部6も、ハーフミラーであり、外界光L4を透過させる機能を有する。すなわち、反射部6は、光源ユニットUTからの信号光L3(映像光)を反射させるとともに、使用時において自動車CA外からフロントウィンドウWを経て使用者の眼EYに向かう外界光L4を透過させる機能を有する。これにより、使用者は、外界像を視認しながら、信号光L3により形成された虚像(画像)を視認することができる。すなわち、シースルー型のヘッドアップディスプレイを実現することができる。
The reflecting
このような画像表示装置1も、前述したように、第1実施形態に係る信号生成部3を備えている。このため、波長の異なる複数の光を高速で変調可能であるにもかかわらず、光利用効率が高いことから、表示画像の高画質化が図られる。すなわち、第1実施形態と同様の作用、効果が得られる。また、小型化が容易であるため、使用者の行動を阻害し難いといった利点もある。
Such an
以上、本発明の光変調器および画像表示装置について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。 The optical modulator and the image display apparatus of the present invention have been described based on the illustrated embodiments, but the present invention is not limited to these.
例えば、本発明の画像表示装置では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。 For example, in the image display device of the present invention, the configuration of each unit can be replaced with an arbitrary configuration that exhibits the same function, and an arbitrary configuration can be added.
また、反射部は、平面の反射面を備えていてもよい。
また、本発明の画像表示装置の実施形態は、上述したヘッドマウントディスプレイやヘッドアップディスプレイに限定されず、網膜走査方式の表示原理を有する形態であればいかなる形態にも適用可能である。
Moreover, the reflection part may be provided with the flat reflective surface.
The embodiment of the image display device of the present invention is not limited to the above-described head mounted display or head up display, and can be applied to any form as long as it has a retinal scanning display principle.
また、本発明の光変調器は、画像表示装置以外の用途に用いられるものであってもよい。かかる用途としては、例えば、波長多重光通信が挙げられ、装置としては、例えば、通信用機器、コンピューター用機器等が挙げられる。 The light modulator of the present invention may be used for purposes other than the image display device. Examples of such applications include wavelength multiplexing optical communication, and examples of apparatuses include communication equipment and computer equipment.
1 画像表示装置
2 フレーム
2’ フレーム
3 信号生成部
4 走査光出射部
5 接続部
6 反射部
10 反射部
17 コイル
18 信号重畳部
21 ノーズパッド部
22 フロント部
23 テンプル部
24 モダン部
25 リム部
26 ブリッジ部
27 凹部
30 光変調器
31 信号光生成部
32 駆動信号生成部
33 制御部
34 光検出部
35 固定部
41 ハウジング
42 光走査部
43 レンズ
45 レンズ
46 支持部材
71 第1光ファイバー
72 第2光ファイバー
301 基板
302 本線光導波路
303 波長選択部
303B 第3のリング共振器
303G 第2のリング共振器
303R 第1のリング共振器
304 光変調部
304a 信号電極
304b グランド電極
305 バッファー層
311 光源部
311B 光源
311G 光源
311R 光源
312B 駆動回路
312G 駆動回路
312R 駆動回路
321 駆動回路
322 駆動回路
3021 コア部
3021B コア部
3021G コア部
3021R コア部
3021a コア部
3021b コア部
3022 クラッド部
3023 分岐部
3024 合流部
3025 合流部
3027 合流点
3028 共有点
3029B 光入射部
3029G 光入射部
3029R 光入射部
3031B 第3の環状光導波路
3031G 第2の環状光導波路
3031R 第1の環状光導波路
3032 コア部
3032B 第3の支線光導波路
3032G 第2の支線光導波路
3032R 第1の支線光導波路
3033B 第3の円状電極
3033G 第2の円状電極
3033R 第1の円状電極
3034B 第3の環状電極
3034G 第2の環状電極
3034R 第1の環状電極
3035B 第3の電圧印加部
3035G 第2の電圧印加部
3035R 第1の電圧印加部
3040 電極
CA 自動車
CE 天井部
EA 耳
EC エバネッセント結合
EY 眼
H 頭部
L 出射光
L3 信号光
L4 外界光
LB 青色光
LG 緑色光
LR 赤色光
NS 鼻
TZ0 時間帯
TZ1 第1の時間帯
TZ2 第2の時間帯
TZ3 第3の時間帯
UT 光源ユニット
W フロントウィンドウ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image display apparatus 2 Frame 2 'Frame 3 Signal generation part 4 Scanning light emission part 5 Connection part 6 Reflection part 10 Reflection part 17 Coil 18 Signal superimposition part 21 Nose pad part 22 Front part 23 Temple part 24 Modern part 25 Rim part 26 Bridge part 27 Recess 30 Optical modulator 31 Signal light generation part 32 Drive signal generation part 33 Control part 34 Light detection part 35 Fixing part 41 Housing 42 Optical scanning part 43 Lens 45 Lens 46 Support member 71 First optical fiber 72 Second optical fiber 301 Substrate 302 Main line optical waveguide 303 Wavelength selection unit 303B Third ring resonator 303G Second ring resonator 303R First ring resonator 304 Light modulation unit 304a Signal electrode 304b Ground electrode 305 Buffer layer 311 Light source unit 311B Light source 311G Light source 311R light source 312B drive circuit 312 G drive circuit 312R drive circuit 321 drive circuit 322 drive circuit 3021 core part 3021B core part 3021G core part 3021R core part 3021a core part 3021b core part 3022 clad part 3023 branch part 3024 merge part 3025 merge part 3027 merge point 3028 joint point 3029B light Incident portion 3029G Light incident portion 3029R Light incident portion 3031B Third annular optical waveguide 3031G Second annular optical waveguide 3031R First annular optical waveguide 3032 Core portion 3032B Third branch optical waveguide 3032G Second branch optical waveguide 3032R First One branch optical waveguide 3033B Third circular electrode 3033G Second circular electrode 3033R First circular electrode 3034B Third annular electrode 3034G Second annular electrode 3034R First annular electrode 3035B Third voltage application Part 3 35G 2nd voltage application part 3035R 1st voltage application part 3040 Electrode CA Car CE Ceiling part EA Ear EC Evanescent coupling EY Eye H Head L Output light L3 Signal light L4 External light LB Blue light LG Green light LR Red light NS Nose TZ0 Time zone TZ1 First time zone TZ2 Second time zone TZ3 Third time zone UT Light source unit W Front window
Claims (12)
前記第1の光導波路に設けられ、前記第1の光導波路を導波する光の波長を選択する波長選択部と、
前記第1の光導波路に設けられ、前記波長選択部によって選択された波長の光の強度を変調する光変調部と、
を備え、
前記波長選択部は、
電気光学効果を有する材料で構成された環状をなす光導波路であって前記第1の光導波路と光学的に結合する第1の環状光導波路、前記第1の環状光導波路に第1の電圧を印加する第1の電圧印加部、を有する第1のリング共振器と、
電気光学効果を有する材料で構成された環状をなす光導波路であって前記第1の光導波路と光学的に結合する第2の環状光導波路、前記第2の環状光導波路に前記第1の電圧と異なる第2の電圧を印加する第2の電圧印加部、を有する第2のリング共振器と、
を含むことを特徴とする光変調器。 A first optical waveguide made of a material having an electro-optic effect;
A wavelength selection unit that is provided in the first optical waveguide and selects a wavelength of light guided through the first optical waveguide;
A light modulation unit that is provided in the first optical waveguide and modulates the intensity of light having a wavelength selected by the wavelength selection unit;
With
The wavelength selector is
An optical waveguide having an annular shape made of a material having an electro-optic effect, the first annular optical waveguide optically coupled to the first optical waveguide, and a first voltage applied to the first annular optical waveguide. A first ring resonator having a first voltage application unit to be applied;
An optical waveguide having an annular shape made of a material having an electro-optic effect, the second annular optical waveguide being optically coupled to the first optical waveguide, and the first voltage applied to the second annular optical waveguide. A second ring resonator having a second voltage application unit for applying a second voltage different from
An optical modulator comprising:
前記第1の光導波路に設けられ、前記第1の光導波路を導波する光の波長を選択する波長選択部と、
前記第1の光導波路に設けられ、前記波長選択部によって選択された波長の光の強度を変調する光変調部と、
を備え、
前記波長選択部は、
電気光学効果を有する材料で構成された環状をなす光導波路であって前記第1の光導波路と光学的に結合する第1の環状光導波路、前記第1の環状光導波路に電圧を印加する第1の電圧印加部、を有する第1のリング共振器と、
電気光学効果を有する材料で構成された環状をなす光導波路であって前記第1の光導波路と光学的に結合し、かつ、前記第1の環状光導波路の周長と異なる周長を有する第2の環状光導波路、前記第2の環状光導波路に電圧を印加する第2の電圧印加部、を有する第2のリング共振器と、
を含むことを特徴とする光変調器。 A first optical waveguide made of a material having an electro-optic effect;
A wavelength selection unit that is provided in the first optical waveguide and selects a wavelength of light guided through the first optical waveguide;
A light modulation unit that is provided in the first optical waveguide and modulates the intensity of light having a wavelength selected by the wavelength selection unit;
With
The wavelength selector is
An optical waveguide having an annular shape made of a material having an electro-optic effect, a first annular optical waveguide optically coupled to the first optical waveguide, and a voltage applied to the first annular optical waveguide. A first ring resonator having one voltage application unit;
An annular optical waveguide made of a material having an electro-optic effect, optically coupled to the first optical waveguide, and having a circumference different from the circumference of the first annular optical waveguide A second ring resonator having two annular optical waveguides, and a second voltage applying unit that applies a voltage to the second annular optical waveguide;
An optical modulator comprising:
前記第2のリング共振器は、さらに、前記第2の環状光導波路と光学的に結合し、かつ、光が入射される光入射部を備える第2の結合光導波路を有する請求項1または2に記載の光変調器。 The first ring resonator further includes a first coupled optical waveguide that is optically coupled to the first annular optical waveguide and includes a light incident portion on which light is incident.
3. The second ring resonator further includes a second coupled optical waveguide that is optically coupled to the second annular optical waveguide and includes a light incident portion on which light is incident. An optical modulator according to 1.
前記第1の光導波路に設けられ、前記第1の光導波路を導波する光の波長を選択する波長選択部と、
前記第1の光導波路に設けられ、前記波長選択部によって選択された波長の光の強度を変調する光変調部と、
を備え、
前記波長選択部は、
電気光学効果を有する材料で構成された環状をなす光導波路であって前記第1の光導波路と光学的に結合する第1の環状光導波路を有し、かつ、第1の共振波長の光が共振可能な第1のリング共振器と、
電気光学効果を有する材料で構成された環状をなす光導波路であって前記第1の光導波路と光学的に結合する第2の環状光導波路を有し、かつ、前記第1の共振波長と異なる第2の共振波長の光が共振可能な第2のリング共振器と、
を含むことを特徴とする光変調器。 A first optical waveguide made of a material having an electro-optic effect;
A wavelength selection unit that is provided in the first optical waveguide and selects a wavelength of light guided through the first optical waveguide;
A light modulation unit that is provided in the first optical waveguide and modulates the intensity of light having a wavelength selected by the wavelength selection unit;
With
The wavelength selector is
An optical waveguide having an annular shape made of a material having an electro-optic effect, having a first annular optical waveguide optically coupled to the first optical waveguide, and light having a first resonance wavelength A first ring resonator capable of resonating;
An annular optical waveguide made of a material having an electro-optic effect, and having a second annular optical waveguide optically coupled to the first optical waveguide, and different from the first resonance wavelength A second ring resonator capable of resonating light of a second resonance wavelength;
An optical modulator comprising:
前記光源部から射出された光が入射される請求項1ないし9のいずれか1項に記載の光変調器と、
前記光変調器によって変調された光を空間的に走査する光スキャナーと、
を備えることを特徴とする画像表示装置。 A light source unit that emits a plurality of lights having different wavelengths;
The light modulator according to any one of claims 1 to 9, wherein light emitted from the light source unit is incident;
An optical scanner that spatially scans the light modulated by the light modulator;
An image display device comprising:
前記第1の時間帯と異なる第2の時間帯において、前記第1の選択波長と異なる第2の選択波長の光が選択されるように前記波長選択部が駆動されるとともに、前記第2の選択波長の光の強度を変調するように前記光変調部が駆動され、
前記第1の時間帯から前記第2の時間帯へ遷移するとき、前記第1の時間帯と前記第2の時間帯との間の時間帯において、前記第1の選択波長の光と前記第2の選択波長の光の双方を選択しないように前記波長選択部が駆動される請求項10に記載の画像表示装置。 In the first time zone, the wavelength selecting unit is driven so that light of the first selected wavelength is selected, and the light modulating unit is configured to modulate the intensity of the light of the first selected wavelength. Driven,
In the second time zone different from the first time zone, the wavelength selection unit is driven so that light having a second selection wavelength different from the first selection wavelength is selected, and the second The light modulator is driven to modulate the intensity of the light of the selected wavelength;
When transitioning from the first time zone to the second time zone, in the time zone between the first time zone and the second time zone, the light of the first selected wavelength and the first time zone The image display device according to claim 10, wherein the wavelength selection unit is driven so as not to select both of the light beams having the two selection wavelengths.
前記反射光学部は、ホログラム回折格子を含む請求項10または11に記載の画像表示装置。 Furthermore, a reflection optical unit that reflects light scanned by the optical scanner is provided,
The image display device according to claim 10, wherein the reflection optical unit includes a hologram diffraction grating.
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