JP2023178056A - Optical element, eyepiece optical system having the same, and image display device - Google Patents

Optical element, eyepiece optical system having the same, and image display device Download PDF

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Yosuke Sakai
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Abstract

To provide an optical element that can enable a light beam with a wide angle of view to reach the pupil of an observer.SOLUTION: An optical element guides a light beam from an image display element to the pupil of an observer, and the optical element has a first deflection unit that makes the light beam incident on an inner face of the optical element; a second deflection unit that deflects the light beam totally reflected on the inner face multiple times to emit the light beam toward the pupil; and a semi-transmission and reflection unit that includes a first semi-transmission and reflection surface and a second semi-transmission and reflection surface, which are arranged in order from a side of the first deflection unit to a side of the second deflection unit. The second semi-transmission and reflection surface reflects part of the light beam from the first semi-transmission and reflection surface to the side of the first semi-transmission and reflection surface.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、画像表示素子からの光束を観察者の瞳に導光する光学素子に関する。 The present invention relates to an optical element that guides a luminous flux from an image display element to an observer's pupil.

従来、画像表示素子からの光束を観察者の瞳に導光する導光板(光学素子)を備える画像表示装置が提案されている。図10は、従来の導光板100内を伝搬する光束の概念図である。画像表示素子から射出された光束は、第1偏向部110に入射し、偏向された後、全反射条件を満たすため導光板100内を伝搬し、第2偏向部120に入射する。第2偏向部120に入射した光束の一部は偏向されて観察者の瞳SPに向かい、他の一部は反射し、導光板100内を伝搬し、第2偏向部120に入射する。このような構成により、観察者が光束を観察可能な領域を拡大することができる。 2. Description of the Related Art Conventionally, image display devices have been proposed that include a light guide plate (optical element) that guides a light beam from an image display element to an observer's pupil. FIG. 10 is a conceptual diagram of a light beam propagating within a conventional light guide plate 100. The light beam emitted from the image display element enters the first deflection section 110 and is deflected, then propagates within the light guide plate 100 to satisfy the total reflection condition and enters the second deflection section 120. A portion of the light beam incident on the second deflection unit 120 is deflected and directed toward the observer's pupil SP, and the other portion is reflected, propagates within the light guide plate 100, and enters the second deflection unit 120. With such a configuration, it is possible to expand the area where the observer can observe the light flux.

特許文献1には、画像表示装置の広視野化を実現するために、高い屈折率を有する材料によって形成された導光板が開示されている。 Patent Document 1 discloses a light guide plate formed of a material having a high refractive index in order to realize a wide field of view of an image display device.

特開2019-020723号公報JP 2019-020723 Publication

しかしながら、特許文献1の導光板を使用して広画角の光束を導光する際に、導光板から射出される光束間の幅が大きくなり、観察者の瞳まで光が到達しない場合がある。 However, when the light guide plate of Patent Document 1 is used to guide a light beam with a wide angle of view, the width between the light beams emitted from the light guide plate becomes large, and the light may not reach the viewer's eyes. .

本発明は、広画角の光束を観察者の瞳まで到達させることが可能な光学素子を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical element that allows a light beam with a wide angle of view to reach an observer's pupil.

本発明の一側面としての光学素子は、画像表示素子からの光束を観察者の瞳に導光する光学素子であって、光束を偏向して光学素子の内面に入射させる第1偏向部と、内面で全反射した光束を複数回偏向することで瞳の側へ射出する第2偏向部と、第1偏向部の側から第2偏向部の側へ順に配置された、第1半透過反射面と第2半透過反射面とを備える半透過反射部とを有し、第2半透過反射面は、第1半透過反射面からの光束の一部を第1半透過反射面の側へ反射することを特徴とする。 An optical element according to one aspect of the present invention is an optical element that guides a light flux from an image display element to an observer's pupil, and includes a first deflection section that deflects the light flux and makes it enter the inner surface of the optical element. a second deflection section that deflects the light beam totally reflected on the inner surface multiple times to emit it to the pupil side; and a first semi-transmissive reflection surface arranged in order from the first deflection section side to the second deflection section side. and a second semi-transmissive reflective surface, the second semi-transparent reflective surface reflects a part of the luminous flux from the first semi-transparent reflective surface toward the first semi-transparent reflective surface. It is characterized by

本発明によれば、広画角の光束を観察者の瞳まで到達させることが可能な光学素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical element that allows a light beam with a wide angle of view to reach an observer's pupil.

本発明の実施形態に係る導光板を用いた画像表示装置の構成を示す図である。1 is a diagram showing the configuration of an image display device using a light guide plate according to an embodiment of the present invention. 第1の実施形態の導光板の構成を示す図である。It is a figure showing the composition of the light guide plate of a 1st embodiment. 第1偏向部と第2偏向部の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a 1st deflection part and a 2nd deflection part. 第1の実施形態の導光板内を伝搬する光束の概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram of a light beam propagating within the light guide plate of the first embodiment. 射出される光束の光束径と光束間の幅の概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram of the diameter of the emitted light beam and the width between the light beams. 第1の実施形態の導光板の構成を示す図である。It is a figure showing the composition of the light guide plate of a 1st embodiment. 第2の実施形態の導光板内を伝搬する光束の概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram of a light beam propagating within the light guide plate of the second embodiment. 数値実施例1乃至3の導光板への入射光束の入射角と射出される光束間の幅の関係とを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the incident angle of a light beam entering a light guide plate and the width between emitted light beams in Numerical Examples 1 to 3; 数値実施例4乃至6の導光板への入射光束の入射角と射出される光束間の幅の関係とを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the incident angle of the light beam entering the light guide plate and the width between the emitted light beams in Numerical Examples 4 to 6; 導光板内を伝搬する光束の概念図である(従来例)。FIG. 2 is a conceptual diagram of a light beam propagating within a light guide plate (conventional example). 導光板から射出される光束間の幅の説明図である(従来例)。FIG. 3 is an explanatory diagram of the width between light beams emitted from a light guide plate (conventional example).

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals are given to the same members, and duplicate explanations will be omitted.

まず、図11を参照して、従来の導光板100から射出される光束間の幅について説明する。図11は、従来の導光板100から射出される光束間の幅D0の説明図である。光束間の幅D0は、導光板100への入射光束の入射角θによって変化する。入射角θが最も大きい光束、すなわち広画角(最周辺画角)の光束が導光板100に入射する場合に光束間の幅は最大となる。光束間の幅D0が大きすぎる場合、観察者の瞳SPまで広画角の光束が到達しない可能性がある。 First, with reference to FIG. 11, the width between the light beams emitted from the conventional light guide plate 100 will be described. FIG. 11 is an explanatory diagram of the width D0 between the light beams emitted from the conventional light guide plate 100. The width D0 between the light beams changes depending on the incident angle θ of the light beam incident on the light guide plate 100. When the light beam with the largest incident angle θ, that is, the light beam with a wide angle of view (the most peripheral angle of view) enters the light guide plate 100, the width between the light beams becomes maximum. If the width D0 between the light beams is too large, the wide-angle light beam may not reach the viewer's pupil SP.

図1は、本発明の実施形態に係る画像表示装置の構成を示す図である。画像表示装置は、導光板(光学素子)10、画像表示素子を含む画像形成装置81、及び画像形成装置81から射出された光束を導光板10に導光する光学系82を有する。導光板10は、画像表示素子からの光束を観察者の瞳SPに導光する。本実施形態では、導光板10と光学系82により接眼光学系が構成される。なお、画像形成装置81、及び光学系82はそれぞれ、2次状に配列されたパネル、及びコリメート光学系から構成されてもよいし、レーザープロジェクタ、及びMEMSミラーとリレーレンズ光学系から構成されてもよい。 FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an image display device according to an embodiment of the present invention. The image display device includes a light guide plate (optical element) 10 , an image forming device 81 including an image display element, and an optical system 82 that guides the light flux emitted from the image forming device 81 to the light guide plate 10 . The light guide plate 10 guides the light flux from the image display element to the viewer's pupil SP. In this embodiment, the light guide plate 10 and the optical system 82 constitute an eyepiece optical system. Note that the image forming device 81 and the optical system 82 may each be composed of panels arranged in a quadratic manner and a collimating optical system, or may be composed of a laser projector, a MEMS mirror, and a relay lens optical system. Good too.

以下、各実施形態の導光板10の構成について説明する。
[第1の実施形態]
図2は、本実施形態の導光板10の構成を示す図である。図2(a)は、本実施形態の導光板10内を伝搬する第1光束を示している。図2(b)は、本実施形態の導光板10内を伝搬する第2光束を示している。図2(c)は、本実施形態の導光板10内を伝搬する光束を示している。
The configuration of the light guide plate 10 of each embodiment will be described below.
[First embodiment]
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the light guide plate 10 of this embodiment. FIG. 2(a) shows the first light flux propagating within the light guide plate 10 of this embodiment. FIG. 2(b) shows the second light flux propagating within the light guide plate 10 of this embodiment. FIG. 2(c) shows a light beam propagating within the light guide plate 10 of this embodiment.

導光板10は、第1偏向部11及び第2偏向部12を有する。第1偏向部11は、導光板10への入射光束を偏向して導光板10の内面に入射させる。第2偏向部12は、導光板10の内面で全反射した光束を複数回偏向することで瞳SPの側へ射出する。 The light guide plate 10 has a first deflection section 11 and a second deflection section 12. The first deflection unit 11 deflects the light beam incident on the light guide plate 10 and makes it enter the inner surface of the light guide plate 10 . The second deflection unit 12 deflects the light beam totally reflected on the inner surface of the light guide plate 10 multiple times to emit it toward the pupil SP.

なお、第1偏向部11及び第2偏向部15は、図3(a)に示されるように、回折格子151から構成されてもよい。また、第1偏向部11及び第2偏向部15は、図3(b)に示されるように、ホログラム回折素子161から構成されてもよい。回折格子151及びホログラム回折素子161は、透過型であってもよいし、反射型であってもよい。また、第1偏向部11及び第2偏向部15は、図3(c)に示されるように、反射面171を備えていてもよい。更に、また、第1偏向部11及び第2偏向部15は、図3(d)に示されるように、プリズム181から構成されてもよい。第1偏向部11及び第2偏向部12は、上述した構成の一つから構成されてもよいし、複数から構成されてもよい。 Note that the first deflection section 11 and the second deflection section 15 may be composed of a diffraction grating 151, as shown in FIG. 3(a). Further, the first deflection section 11 and the second deflection section 15 may be composed of a hologram diffraction element 161, as shown in FIG. 3(b). The diffraction grating 151 and the hologram diffraction element 161 may be of a transmission type or a reflection type. Furthermore, the first deflection section 11 and the second deflection section 15 may include a reflective surface 171, as shown in FIG. 3(c). Furthermore, the first deflection section 11 and the second deflection section 15 may be composed of a prism 181, as shown in FIG. 3(d). The first deflection section 11 and the second deflection section 12 may be composed of one of the above-mentioned structures, or may be composed of a plurality of them.

また、本実施形態の導光板10は、第1偏向部11と第2偏向部12との間の光路上に配置された、半透過反射部を有する。本実施形態では、半透過反射部は、第1偏向部11の側から第2偏向部12の側へ順に配置された、第1半透過反射部31、第2半透過反射部32を備える。第1半透過反射部31は第1半透過反射面を備え、第2半透過反射部32は第2半透過反射面を備える。 Moreover, the light guide plate 10 of this embodiment has a semi-transmissive reflective part arranged on the optical path between the first deflecting part 11 and the second deflecting part 12. In this embodiment, the transflective section includes a first transflective section 31 and a second transflective section 32, which are arranged in this order from the first deflecting section 11 side to the second deflecting section 12 side. The first semi-transmissive reflective section 31 includes a first semi-transmissive reflective surface, and the second semi-transmissive reflective section 32 includes a second semi-transmissive reflective surface.

導光板10の内面を全反射により伝搬する光束は、第1半透過反射部31の第1半透過反射面に入射する。第1半透過反射面を透過した光束は、第2半透過反射部32の第2半透過反射面を透過する第1光束33と、第2半透過反射面で反射する第2光束34とに分けられる。 The light beam propagating through the inner surface of the light guide plate 10 by total reflection is incident on the first semi-transmissive reflective surface of the first semi-transmissive reflective section 31 . The light beam that has passed through the first semi-transparent reflective surface is divided into a first light beam 33 that passes through the second semi-transparent reflective surface of the second semi-transparent reflective section 32 and a second light beam 34 that is reflected by the second semi-transparent reflective surface. Can be divided.

第1光束33は、図2(a)に示されるように、導光板10の内面を全反射により伝搬し、第2偏向部12によって複数回偏向される。 As shown in FIG. 2A, the first light beam 33 propagates through the inner surface of the light guide plate 10 by total reflection, and is deflected multiple times by the second deflection section 12.

第2光束34は、図2(b)に示されるように、第1半透過反射面で反射し、第2半透過反射部面を透過した後、導光板10の内面を全反射により伝搬し、第2偏向部12によって複数回偏向される。 As shown in FIG. 2B, the second light beam 34 is reflected by the first semi-transparent reflective surface, transmitted through the second semi-transparent reflective surface, and then propagated through the inner surface of the light guide plate 10 by total reflection. , are deflected multiple times by the second deflection section 12.

本実施形態では、導光板10の内面に複数の半透過反射面を設けることで、図2(c)に示されるように、従来の射出される光束間の幅D0と比較して、射出される光束間の幅D1を小さくすることができる。したがって、高画角の光束が観察者の瞳に到達することができるため、画像表示装置の広視野化を実現することができる。 In this embodiment, by providing a plurality of transflective surfaces on the inner surface of the light guide plate 10, as shown in FIG. The width D1 between the light beams can be reduced. Therefore, since the light beam with a high angle of view can reach the viewer's eyes, it is possible to realize a wide field of view of the image display device.

なお、本実施形態では、第1半透過反射部31及び第2半透過反射部32は、第1半透過反射面と第2半透過反射面とが平行となるように配置されていることが好ましい。これにより、第2偏向部12から射出される複数の光束が平行になるため、第2偏向部12から射出される光束による観察像が一致するようになる。ここで、平行とは、厳密に平行である場合だけでなく、実質的に平行(略平行)である場合も含んでいるものとする。 In addition, in this embodiment, the first semi-transmissive reflective section 31 and the second semi-transmissive reflective section 32 may be arranged such that the first semi-transmissive reflective surface and the second semi-transmissive reflective surface are parallel to each other. preferable. As a result, the plurality of light beams emitted from the second deflection section 12 become parallel, so that the observed images of the light beams emitted from the second deflection section 12 coincide. Here, parallel includes not only strictly parallel but also substantially parallel (substantially parallel).

また、本実施形態では、第1半透過反射部31及び第2半透過反射部32は、第1半透過反射面と第2半透過反射面とが導光板10の入射光束が入射する面に対して垂直となるように配置されることが好ましい。これにより、第1半透過反射部31及び第2半透過反射部32の製造を容易にすると共に、第1半透過反射面と第2半透過反射面の平行度を高めることができる。ここで、垂直とは、厳密に垂直である場合だけでなく、実質的に垂直(略垂直)である場合も含んでいるものとする。 Furthermore, in the present embodiment, the first semi-transmissive reflective section 31 and the second semi-transmissive reflective section 32 have the first semi-transmissive reflective surface and the second semi-transmissive reflective surface on the surface on which the incident light beam of the light guide plate 10 enters. It is preferable that they be arranged perpendicularly to each other. This makes it possible to easily manufacture the first semi-transmissive reflective section 31 and the second semi-transmissive reflective section 32, and to increase the parallelism between the first semi-transmissive reflective surface and the second semi-transmissive reflective surface. Here, "vertical" includes not only strictly vertical, but also substantially vertical (substantially vertical).

また、本実施形態では、導光板10は、以下の条件式(1)を満足することが好ましい。 Moreover, in this embodiment, it is preferable that the light guide plate 10 satisfies the following conditional expression (1).

0.20<L/(t・tan(α))-n<0.80 (1)
ここで、tは、導光板10の厚さ()である。Lは、第1半透過反射面と第2半透過反射面との間隔である。αは、導光板10への入射光束の最大入射角である。nは、0以上の整数である。
0.20<L/(t・tan(α))−n<0.80 (1)
Here, t is the thickness () of the light guide plate 10. L is the distance between the first semi-transmissive reflective surface and the second semi-transmissive reflective surface. α is the maximum angle of incidence of the light beam incident on the light guide plate 10. n is an integer greater than or equal to 0.

条件式(1)は、導光板10の厚さ及び第1半透過反射面と第2半透過反射面との間隔を規定する。図4は、本実施形態の導光板10内を伝搬する光束の概念図である。ここで、導光板10の厚さ及び第1半透過反射面と第2半透過反射面との間隔に応じた導光板10から射出される光束間の幅の変化について説明するため、間隔Lを以下の式(2)で表す。 Conditional expression (1) defines the thickness of the light guide plate 10 and the interval between the first semi-transparent reflective surface and the second semi-transparent reflective surface. FIG. 4 is a conceptual diagram of a light beam propagating within the light guide plate 10 of this embodiment. Here, in order to explain the change in the width between the light beams emitted from the light guide plate 10 according to the thickness of the light guide plate 10 and the interval between the first semi-transparent reflective surface and the second semi-transparent reflective surface, the interval L is It is expressed by the following formula (2).

L=L0+n・t・tan(α)(0≦L0<t・tan(α)) (2)
間隔Lがt・tan(α)の整数倍分変化しても光束間の幅は変わらないため、値L0の範囲で光束間の幅を議論してよい。第2偏向部12から射出される光束による第1の間隔をd1、第2の間隔をd2とするとき、第1の間隔d1と第2の間隔d2はそれぞれ、以下の式(3),(4)で表される。
L=L0+n・t・tan(α) (0≦L0<t・tan(α)) (2)
Since the width between the luminous fluxes does not change even if the interval L changes by an integral multiple of t·tan(α), the width between the luminous fluxes may be discussed within the range of the value L0. When the first interval between the light beams emitted from the second deflection unit 12 is d1 and the second interval is d2, the first interval d1 and the second interval d2 are expressed by the following equations (3) and ( 4).

d1=2・t・tan(α)-2・L0 (3)
d2=2・L0 (4)
導光板10が条件式(1)を満足することで、第1の間隔d1及び第2の間隔d2を小さくすることができる。すなわち、射出される光束間の幅を小さくすることができる。条件式(1)の下限値を下回ると、第1の間隔d1が大きくなりすぎ、射出される光束間の幅を小さくすることができない。条件式(1)の上限値を上回ると、第2の間隔d2が大きくなりすぎ、射出される光束間の幅を小さくすることができない。
d1=2・t・tan(α)−2・L0 (3)
d2=2・L0 (4)
When the light guide plate 10 satisfies conditional expression (1), the first distance d1 and the second distance d2 can be reduced. That is, the width between the emitted light beams can be reduced. If the lower limit of conditional expression (1) is exceeded, the first interval d1 becomes too large, making it impossible to reduce the width between the emitted light beams. If the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, the second interval d2 becomes too large, making it impossible to reduce the width between the emitted light beams.

なお、条件式(1)の数値範囲を以下の条件式(1a)の数値範囲とすることが好ましい。 Note that it is preferable that the numerical range of conditional expression (1) be the numerical range of conditional expression (1a) below.

0.25<L/(t・tan(α))-n<0.75 (1a)
また、条件式(1)の数値範囲を以下の条件式(1b)の数値範囲とすることが更に好ましい。
0.25<L/(t・tan(α))−n<0.75 (1a)
Furthermore, it is more preferable that the numerical range of conditional expression (1) be the numerical range of conditional expression (1b) below.

0.30<L/(t・tan(α))-n<0.70 (1b)
また、本実施形態では、導光板10は、以下の条件式(5)を満足することが好ましい。
0.30<L/(t・tan(α))−n<0.70 (1b)
Further, in the present embodiment, it is preferable that the light guide plate 10 satisfies the following conditional expression (5).

0.50<Φ/(t・tan(β))<2.00 (5)
ここで、Φは、導光板10の入射面における導光板10への入射光束の光束径である。βは、導光板10の入射面における導光板10への入射光束の最小入射角である。
0.50<Φ/(t・tan(β))<2.00 (5)
Here, Φ is the diameter of the light beam incident on the light guide plate 10 at the incident surface of the light guide plate 10. β is the minimum incident angle of the light beam incident on the light guide plate 10 on the incident surface of the light guide plate 10.

条件式(5)は、導光板10の厚さ及び入射光束の光束径を規定する。図5は、射出される光束の光束径Φと光束間の幅Dの概念図である。導光板10が条件式(5)を満足することで、第2偏向部12から射出される光束による間隔dと入射光束の光束径Φとの差分である射出される光束間の幅Dを小さくすることができる。条件式(5)の下限値を下回ると、入射光束の光束径Φが小さくなりすぎ、射出される光束間の幅Dを小さくすることができず好ましくない。条件式(5)の上限値を上回ると、入射光束が導光板10の内面で全反射した後、再度導光板10に入射するため好ましくない。 Conditional expression (5) defines the thickness of the light guide plate 10 and the diameter of the incident light beam. FIG. 5 is a conceptual diagram of the luminous flux diameter Φ of the emitted luminous flux and the width D between the luminous fluxes. When the light guide plate 10 satisfies conditional expression (5), the width D between the emitted light beams, which is the difference between the distance d between the light beams emitted from the second deflection unit 12 and the light beam diameter Φ of the incident light beam, is reduced. can do. If the lower limit of conditional expression (5) is not reached, the diameter Φ of the incident light beam becomes too small, making it impossible to reduce the width D between the emitted light beams, which is not preferable. If the upper limit of conditional expression (5) is exceeded, the incident light beam will be totally reflected on the inner surface of the light guide plate 10 and then enter the light guide plate 10 again, which is not preferable.

なお、条件式(5)の数値範囲を以下の条件式(5a)の数値範囲とすることが好ましい。 Note that it is preferable that the numerical range of conditional expression (5) be the numerical range of conditional expression (5a) below.

0.55<Φ/(t・tan(β))<1.95 (5a)
また、条件式(5)の数値範囲を以下の条件式(5b)の数値範囲とすることが更に好ましい。
0.55<Φ/(t・tan(β))<1.95 (5a)
Furthermore, it is more preferable that the numerical range of conditional expression (5) be the numerical range of conditional expression (5b) below.

0.60<Φ/(t・tan(β))<1.90 (5b)
[第2の実施形態]
図6は、本実施形態の導光板10の構成を示す図である。図6(a)は、本実施形態の導光板10内を伝搬する第1光束を示している。図6(b)は、本実施形態の導光板10内を伝搬する第2光束を示している。図6(c)は、本実施形態の導光板10内を伝搬する光束を示している。
0.60<Φ/(t・tan(β))<1.90 (5b)
[Second embodiment]
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the light guide plate 10 of this embodiment. FIG. 6(a) shows the first light flux propagating within the light guide plate 10 of this embodiment. FIG. 6(b) shows the second light flux propagating within the light guide plate 10 of this embodiment. FIG. 6(c) shows a light beam propagating within the light guide plate 10 of this embodiment.

本実施形態の導光板10は、第1の実施形態と同様に、第1偏向部11及び第2偏向部12を有する。また、本実施形態の導光板10は、第1偏向部11と第2偏向部12との間の光路上に配置された、半透過反射部を有する。本実施形態では、半透過反射部は、第1偏向部11の側から第2偏向部12の側へ順に配置された、第1半透過反射部51、第3半透過反射部52、第2半透過反射部53を備える。第1半透過反射部51は偏光選択性半透過反射機能による第1半透過反射面を備え、第3半透過反射部52は第3半透過反射面を備え、第2半透過反射部53は偏光選択性半透過反射機能による第2半透過反射面を備える。また、本実施形態の導光板10は、第1半透過反射面と第3半透過反射面との間の光路上に配置された第1四分の一波長板54、及び第3半透過反射面と第2半透過反射面との間の光路上に配置された第2四分の一波長板55を有する。第1四分の一波長板54と第2四分の一波長板55は、それぞれの遅相軸が90°傾くように配置される。第1半透過反射部51と第2半透過反射部53は、第1半透過反射面の偏光透過軸と第2半透過反射面の偏光透過軸とが平行となるように配置される。第1半透過反射部51と第1四分の一波長板54は、第1半透過反射面の偏光透過軸に対して第1四分の一波長板54の遅相軸が45°傾くように配置される。 The light guide plate 10 of this embodiment has a first deflection section 11 and a second deflection section 12, similarly to the first embodiment. Moreover, the light guide plate 10 of this embodiment has a semi-transmissive reflective part arranged on the optical path between the first deflecting part 11 and the second deflecting part 12. In the present embodiment, the transflective sections include a first transflective section 51, a third transflective section 52, and a second transflective section arranged from the first deflecting section 11 side to the second deflecting section 12 side in this order. A transflective section 53 is provided. The first transflective section 51 includes a first transflective surface with a polarization selective transflective function, the third transflective section 52 includes a third semitransmissive reflective surface, and the second transflective section 53 includes a third semitransmissive reflective surface. A second transflective surface with a polarization selective transflective function is provided. The light guide plate 10 of this embodiment also includes a first quarter-wave plate 54 disposed on the optical path between the first semi-transmissive reflective surface and the third semi-transmissive reflective surface, and a third semi-transmissive reflective surface. A second quarter-wave plate 55 is disposed on the optical path between the surface and the second transflective surface. The first quarter-wave plate 54 and the second quarter-wave plate 55 are arranged such that their respective slow axes are inclined by 90 degrees. The first transflective section 51 and the second semi-transmissive reflective section 53 are arranged such that the polarized light transmission axis of the first semi-transmissive reflective surface and the polarized light transmission axis of the second semi-transmissive reflective surface are parallel to each other. The first semi-transmissive reflecting section 51 and the first quarter-wave plate 54 are configured such that the slow axis of the first quarter-wave plate 54 is inclined by 45 degrees with respect to the polarized light transmission axis of the first semi-transmissive reflecting surface. will be placed in

第1偏向部11により導光板10の内面を全反射により伝搬する光束は、第1半透過反射面に入射する。第1半透過反射面を透過した光束は、直線偏光となり、第1四分の一波長板54によって円偏光となり、第3半透過反射面に入射する。第3半透過反射面に入射した光は、第3半透過反射面を透過する第1光束56と、第3半透過反射面で反射する第2光束57とに分けられる。 The light beam that propagates through the inner surface of the light guide plate 10 by total reflection by the first deflection unit 11 is incident on the first semi-transmissive reflective surface. The light beam transmitted through the first semi-transmissive reflective surface becomes linearly polarized light, becomes circularly polarized light by the first quarter-wave plate 54, and enters the third semi-transmissive reflective surface. The light incident on the third semi-transmissive reflective surface is divided into a first beam 56 that passes through the third semi-transmissive reflective surface and a second beam 57 that is reflected by the third semi-transmissive reflective surface.

第1光束56はまず、第2四分の一波長板55によって第1半透過反射面を透過した際の方向と直交した方向へ偏光した直線偏光になる。次に、第1光束56は、第2半透過反射面で反射し、第2四分の一波長板55によって最初に第1四分の一波長板54によって円偏光となった際と逆回りの円偏光となり第3半透過反射面に入射する。次に、第1光束56は、第3半透過反射面で反射し、第2四分の一波長板55によって第1半透過反射面を透過した際の方向と同じ方向へ偏光した直線偏光になる。その後、第1光束56は、第2半透過反射面を透過して第2偏向部12によって複数回偏向される。 The first light beam 56 first becomes linearly polarized light by the second quarter-wave plate 55 in a direction perpendicular to the direction in which it passes through the first semi-transmissive reflective surface. Next, the first light beam 56 is reflected by the second semi-transmissive reflective surface, and is turned into circularly polarized light by the second quarter-wave plate 55 and first by the first quarter-wave plate 54 in the opposite direction. becomes circularly polarized light and enters the third semi-transmissive reflective surface. Next, the first light beam 56 is reflected by the third semi-transmissive reflective surface, and converted into linearly polarized light by the second quarter-wave plate 55 in the same direction as the direction in which it was transmitted through the first semi-transmissive reflective surface. Become. Thereafter, the first light beam 56 passes through the second transflective surface and is deflected multiple times by the second deflection section 12.

第2光束57はまず、第1四分の一波長板54によって第1半透過反射面を透過した際の方向と直交した方向へ偏光した直線偏光になる。次に、第2光束57は、第1半透過反射面で反射し、第1四分の一波長板54によって最初に第1四分の一波長板54によって円偏光となった際と逆回りの円偏光となり第3半透過反射面に入射する。次に、第2光束57は、第3半透過反射面を透過し、第2四分の一波長板55によって第1半透過反射面を通過した際の方向と同じ方向へ偏光した直線偏光になる。その後、第2光束57は、第2半透過反射面を透過して第2偏向部12によって複数回偏向される。 The second light beam 57 first becomes linearly polarized light by the first quarter-wave plate 54 in a direction perpendicular to the direction in which it passes through the first semi-transmissive reflective surface. Next, the second light beam 57 is reflected by the first semi-transmissive reflective surface and rotates in the opposite direction to that when it first became circularly polarized light by the first quarter-wave plate 54. becomes circularly polarized light and enters the third semi-transmissive reflective surface. Next, the second light beam 57 is transmitted through the third semi-transmissive reflective surface, and converted into linearly polarized light by the second quarter-wave plate 55 in the same direction as the direction in which it passed through the first semi-transmissive reflective surface. Become. Thereafter, the second light beam 57 passes through the second transflective surface and is deflected multiple times by the second deflection section 12.

本実施形態では、導光板10の内面に複数の半透過反射面を設けることで、図7に示されるように、従来の射出される光束間の幅D0と比較して、射出される光束間の幅D2を小さくすることができる。したがって、高画角の光束が観察者の瞳に到達することができるため、画像表示装置の広視野化を実現することができる。 In this embodiment, by providing a plurality of transflective surfaces on the inner surface of the light guide plate 10, as shown in FIG. width D2 can be made smaller. Therefore, since the light beam with a high angle of view can reach the viewer's eyes, it is possible to realize a wide field of view of the image display device.

なお、本実施形態では、第1偏向部11及び第1半透過反射部51は、第1偏向部11によって導光板10の内面を全反射により伝搬する光束の偏光方向と第1半透過反射面の偏光透過軸とが平行となるように配置されることが好ましい。これにより、導光板10の内面を全反射により伝搬する光束の第1半透過反射面を透過する効率が高くなる。 In the present embodiment, the first deflection section 11 and the first semi-transmissive reflection section 51 are configured to adjust the polarization direction of the light beam propagated by total reflection on the inner surface of the light guide plate 10 by the first deflection section 11 and the first semi-transmission reflection surface. It is preferable that the polarized light transmission axes of the polarized light beams and the polarized light transmission axes thereof be parallel to each other. This increases the efficiency with which the light flux propagating through the inner surface of the light guide plate 10 by total reflection is transmitted through the first semi-transparent reflection surface.

また、導光板10は、以下の条件式(3)を満足することが好ましい。 Further, it is preferable that the light guide plate 10 satisfies the following conditional expression (3).

0.20<|a-b|/(t・tan(α))-n<0.80 (6)
ここで、tは、導光板10の厚さである。aは、第1半透過反射面と第3半透過反射面との間隔である。bは、第3半透過反射面と第2半透過反射面との間隔である。αは、導光板10への入射光束の最大入射角である。nは、0以上の整数である。
0.20<|a-b|/(t・tan(α))-n<0.80 (6)
Here, t is the thickness of the light guide plate 10. a is the distance between the first semi-transmissive reflective surface and the third semi-transmissive reflective surface. b is the distance between the third semi-transmissive reflective surface and the second semi-transmissive reflective surface. α is the maximum angle of incidence of the light beam incident on the light guide plate 10. n is an integer greater than or equal to 0.

条件式(6)は、導光板10の厚さ及び半透過反射面の間隔を規定する。図10は、本実施形態の導光板10内を伝搬する光束の概念図である。ここで、導光板10の厚さと半透過反射面の間隔に応じた導光板10から射出される光束間の幅の変化について説明するため、絶対値|a-b|を以下の式(7)で表す。 Conditional expression (6) defines the thickness of the light guide plate 10 and the interval between the transflective surfaces. FIG. 10 is a conceptual diagram of a light beam propagating within the light guide plate 10 of this embodiment. Here, in order to explain the change in the width between the light beams emitted from the light guide plate 10 according to the thickness of the light guide plate 10 and the interval between the transflective surfaces, the absolute value |a−b| is expressed by the following equation (7). Expressed as

|a-b|=L0+n・t・tan(α)(0≦L0<t・tan(α)) (7)
絶対値|a-b|がt・tan(α)の整数倍分変化しても光束間の間隔は変わらないため、値L0の範囲で光束間の間隔を議論してよい。第2偏向部12から射出される光束による第1の間隔をd1、第2の間隔をd2とするとき、第1の間隔d1と第2の間隔d2はそれぞれ、以下の式(8),(9)で表される。
|a-b|=L0+n・t・tan(α) (0≦L0<t・tan(α)) (7)
Since the interval between luminous fluxes does not change even if the absolute value |ab| changes by an integral multiple of t·tan(α), the interval between luminous fluxes may be discussed within the range of value L0. When the first interval between the light beams emitted from the second deflector 12 is d1 and the second interval is d2, the first interval d1 and the second interval d2 are expressed by the following equations (8) and ( 9).

d1=2・t・tan(α)-2・L0 (8)
d2=2・L0 (9)
導光板10が条件式(6)を満足することで、第1の間隔d1及び第2の間隔d2を小さくすることができる。すなわち、射出される光束間の幅を小さくすることができる。条件式(6)の下限値を下回ると、第1の間隔d1が大きくなりすぎ、射出される光束間の幅を小さくすることができない。条件式(6)の上限値を上回ると、第2の間隔d2が大きくなりすぎ、射出される光束間の幅を小さくすることができない。
d1=2・t・tan(α)−2・L0 (8)
d2=2・L0 (9)
When the light guide plate 10 satisfies conditional expression (6), the first distance d1 and the second distance d2 can be reduced. That is, the width between the emitted light beams can be reduced. If the lower limit of conditional expression (6) is not reached, the first interval d1 becomes too large, making it impossible to reduce the width between the emitted light beams. If the upper limit of conditional expression (6) is exceeded, the second interval d2 becomes too large, making it impossible to reduce the width between the emitted light beams.

なお、条件式(6)の数値範囲を以下の条件式(6a)の数値範囲とすることが好ましい。 Note that it is preferable that the numerical range of conditional expression (6) be the numerical range of conditional expression (6a) below.

0.25<|a-b|/(t・tan(α))-n<0.75 (6a)
また、条件式(6)の数値範囲を以下の条件式(6b)の数値範囲とすることが更に好ましい。
0.25<|a-b|/(t・tan(α))-n<0.75 (6a)
Furthermore, it is more preferable that the numerical range of conditional expression (6) be the numerical range of conditional expression (6b) below.

0.30<|a-b|/(t・tan(α))-n<0.70 (6b)
以下、各実施形態の導光板10の具体的な構成について説明する。
0.30<|a-b|/(t・tan(α))-n<0.70 (6b)
Hereinafter, the specific configuration of the light guide plate 10 of each embodiment will be described.

数値実施例1乃至3の導光板10は、第1の実施形態の導光板10と同様の構成を有する。 The light guide plates 10 of Numerical Examples 1 to 3 have the same configuration as the light guide plate 10 of the first embodiment.

数値実施例1では、導光板10の厚さは0.90mm、第1半透過反射面と第2半透過反射面との間隔は1.25mmである。また、導光板10への入射光束の最大入射角は65°、導光板10への入射光束の最小入射角は45°、導光板10への入射光束の光束径は1.00mmである。更に、導光板10から射出される光束間の幅は、1.50mm以下である。 In Numerical Example 1, the thickness of the light guide plate 10 is 0.90 mm, and the distance between the first semi-transmissive reflective surface and the second semi-transmissive reflective surface is 1.25 mm. Further, the maximum angle of incidence of the light flux incident on the light guide plate 10 is 65°, the minimum angle of incidence of the light flux incident on the light guide plate 10 is 45°, and the diameter of the light flux incident on the light guide plate 10 is 1.00 mm. Furthermore, the width between the light beams emitted from the light guide plate 10 is 1.50 mm or less.

数値実施例2では、導光板10の厚さは1.50mm、第1半透過反射面と第2半透過反射面との間隔は1.10mmである。また、導光板10への入射光束の最大入射角は61°、導光板10への入射光束の最小入射角は35°、導光板10への入射光束の光束径は1.00mmである。更に、導光板10から射出される光束間の幅は、2.00mm以下である。 In Numerical Example 2, the thickness of the light guide plate 10 is 1.50 mm, and the distance between the first semi-transmissive reflective surface and the second semi-transmissive reflective surface is 1.10 mm. Further, the maximum angle of incidence of the light flux incident on the light guide plate 10 is 61°, the minimum angle of incidence of the light flux incident on the light guide plate 10 is 35°, and the diameter of the light flux incident on the light guide plate 10 is 1.00 mm. Furthermore, the width between the light beams emitted from the light guide plate 10 is 2.00 mm or less.

数値実施例3では、導光板10の厚さは0.80mm、第1半透過反射面と第2半透過反射面との間隔は1.45mmである。また、導光板10への入射光束の最大入射角は74°、導光板10への入射光束の最小入射角は32°、導光板10への入射光束の光束径は0.90mmである。更に、導光板10から射出される光束間の幅は、2.00mm以下である。 In Numerical Example 3, the thickness of the light guide plate 10 is 0.80 mm, and the distance between the first semi-transmissive reflective surface and the second semi-transmissive reflective surface is 1.45 mm. Further, the maximum angle of incidence of the light flux incident on the light guide plate 10 is 74°, the minimum angle of incidence of the light flux incident on the light guide plate 10 is 32°, and the diameter of the light flux incident on the light guide plate 10 is 0.90 mm. Furthermore, the width between the light beams emitted from the light guide plate 10 is 2.00 mm or less.

図8は、数値実施例1乃至3の導光板10への入射光束の入射角と射出される光束間の幅の関係とを示す図である。図8に示されるように、数値実施例1乃至3の導光板10を用いることで、射出される光束間の幅を小さくすることができる。これにより、高画角の光束が観察者の瞳に到達することができるため、画像表示装置の広視野化を実現することができる。 FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the angle of incidence of the light beams incident on the light guide plate 10 and the width between the emitted light beams in Numerical Examples 1 to 3. As shown in FIG. 8, by using the light guide plate 10 of Numerical Examples 1 to 3, the width between the emitted light beams can be reduced. This allows the light beam with a high angle of view to reach the viewer's eyes, making it possible to achieve a wide field of view of the image display device.

数値実施例4乃至6の導光板10は、第2の実施形態の導光板10と同様の構成を有する。 The light guide plates 10 of Numerical Examples 4 to 6 have the same configuration as the light guide plate 10 of the second embodiment.

数値実施例4では、導光板10の厚さは0.90mm、第1半透過反射面と第3半透過反射面との間隔は1.00mm、第3半透過反射面と第2半透過反射面との間隔は2.10mmである。また、導光板10への入射光束の最大入射角は64°、導光板10への入射光束の最小入射角は42°、導光板10への入射光束の光束径は1.00mmである。更に、導光板10から射出される光束間の幅は、1.50mm以下である。 In Numerical Example 4, the thickness of the light guide plate 10 is 0.90 mm, the distance between the first semi-transmissive reflective surface and the third semi-transmissive reflective surface is 1.00 mm, and the distance between the third semi-transmissive reflective surface and the second semi-transmissive reflective surface is 1.00 mm. The distance from the surface is 2.10 mm. Further, the maximum angle of incidence of the light flux incident on the light guide plate 10 is 64°, the minimum angle of incidence of the light flux incident on the light guide plate 10 is 42°, and the diameter of the light flux incident on the light guide plate 10 is 1.00 mm. Furthermore, the width between the light beams emitted from the light guide plate 10 is 1.50 mm or less.

数値実施例5では、導光板10の厚さは1.40mm、第1半透過反射面と第3半透過反射面との間隔は3.00mm、第3半透過反射面と第2半透過反射面との間隔は1.75mmである。また、導光板10への入射光束の最大入射角は64°、導光板10への入射光束の最小入射角は42°、導光板10への入射光束の光束径は1.00mmである。更に、導光板10から射出される光束間の幅は、1.75mm以下である。 In Numerical Example 5, the thickness of the light guide plate 10 is 1.40 mm, the distance between the first semi-transmissive reflective surface and the third semi-transmissive reflective surface is 3.00 mm, and the distance between the third semi-transmissive reflective surface and the second semi-transmissive reflective surface is 3.00 mm. The distance from the surface is 1.75 mm. Further, the maximum angle of incidence of the light flux incident on the light guide plate 10 is 64°, the minimum angle of incidence of the light flux incident on the light guide plate 10 is 42°, and the diameter of the light flux incident on the light guide plate 10 is 1.00 mm. Furthermore, the width between the light beams emitted from the light guide plate 10 is 1.75 mm or less.

数値実施例6では、導光板10の厚さは0.80mm、第1半透過反射面と第3半透過反射面の間隔は2.50mm、第3半透過反射面と第2半透過反射面の間隔は1.05mmである。また、導光板10への入射光束の最大入射角は74°、導光板10への入射光束の最小入射角は34°、導光板10への入射光束の光束径は0.90mmである。更に、導光板10から射出される光束間の幅は、2.00mm以下である。 In Numerical Example 6, the thickness of the light guide plate 10 is 0.80 mm, the distance between the first semi-transmissive reflective surface and the third semi-transmissive reflective surface is 2.50 mm, and the third semi-transmissive reflective surface and the second semi-transmissive reflective surface. The interval between is 1.05 mm. Further, the maximum angle of incidence of the light flux incident on the light guide plate 10 is 74°, the minimum angle of incidence of the light flux incident on the light guide plate 10 is 34°, and the diameter of the light flux incident on the light guide plate 10 is 0.90 mm. Furthermore, the width between the light beams emitted from the light guide plate 10 is 2.00 mm or less.

図9は、数値実施例4乃至6の導光板10への入射光束の入射角と射出される光束間の幅の関係とを示す図である。図9に示されるように、数値実施例4乃至6の導光板10を用いることで、射出される光束間の幅を小さくすることができる。これにより、高画角の光束が観察者の瞳に到達することができるため、画像表示装置の広視野化を実現することができる。 FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the angle of incidence of the light beams incident on the light guide plate 10 and the width between the emitted light beams in Numerical Examples 4 to 6. As shown in FIG. 9, by using the light guide plate 10 of Numerical Examples 4 to 6, the width between the emitted light beams can be reduced. This allows the light beam with a high angle of view to reach the viewer's eyes, making it possible to achieve a wide field of view of the image display device.

各数値実施例における種々の値を、以下の表1にまとめて示す。 Various values in each numerical example are summarized in Table 1 below.

本実施形態の開示は、以下の構成を含む。
(構成1)
画像表示素子からの光束を観察者の瞳に導光する光学素子であって、
前記光束を偏向して前記光学素子の内面に入射させる第1偏向部と、
前記内面で全反射した前記光束を複数回偏向することで前記瞳の側へ射出する第2偏向部と、
前記第1偏向部の側から前記第2偏向部の側へ順に配置された、第1半透過反射面と第2半透過反射面とを有し、
前記第2半透過反射面は、前記第1半透過反射面からの光束の一部を前記第1半透過反射面の側へ反射することを特徴とする光学素子。
(構成2)
前記第1偏向部により偏向された光束は、前記第1半透過反射面を透過した後、前記第2半透過反射面により前記第2半透過反射面を透過する第1光束と前記第2半透過反射面で反射する第2光束とに分けられ、
前記第1光束は、前記第2偏向部に入射し、
前記第2光束は、前記第1半透過反射面で反射し、前記第2半透過反射面を透過し、前記第2偏向部に入射することを特徴とする構成1に記載の光学素子。
(構成3)
前記第1半透過反射面と前記第2半透過反射面とが互いに平行であることを特徴とする構成1又は2に記載の光学素子。
(構成4)
前記第1半透過反射面と前記第2半透過反射面とが前記第1の偏向部の入射面に対して垂直であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一つの構成に記載の光学素子。
(構成5)
前記光学素子の厚さをt、前記第1半透過反射面と前記第2半透過反射面との間隔をL、前記第1の偏向部に対する前記光束の最大入射角をα、nを0以上の整数とするとき、
0.20<L/(t・tan(α))-n<0.80
なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至4の何れか一つの構成に記載の光学素子。
(構成6)
前記光学素子の厚さをt、前記光学素子の入射面における前記光束の光束径をΦ、前記第1の偏向部に対する前記光束の最小入射角をβとするとき、
0.50<Φ/(t・tan(β))<2.00
なる条件式を満足することを特徴とする請求項1乃至5の何れか一つの構成に記載の光学素子。
(構成7)
前記半透過反射部は、前記第1偏向部の側から前記第2偏向部の側へ順に配置された、偏光選択性半透過反射機能による前記第1半透過反射面、第3半透過反射面、偏光選択性半透過反射機能による前記第2半透過反射面を備えることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
(構成8)
前記内面で全反射した前記光束の偏光方向と前記第1半透過反射面の偏光透過軸とが互いに平行であることを特徴とする請求項7に記載の光学素子。
(構成9)
前記第1半透過反射面と前記第3半透過反射面との間の光路上に配置された第1四分の一波長板と、
前記第3半透過反射面と前記第2半透過反射面の間の光路上に配置された第2四分の一波長板とを更に有し、
前記第1四分の一波長板、及び前記第2四分の一波長板は、それぞれの遅相軸が90°傾くように配置され、
前記第1半透過反射面の偏光透過軸と前記第2半透過反射面の偏光透過軸とが互いに平行であり、
前記第1半透過反射面の偏光透過軸に対して前記第1四分の一波長板の遅相軸が45°傾くことを特徴とする請求項7又は8に記載の光学素子。
(構成10)
前記第1偏向部により偏向された光束は、前記第1半透過反射面を透過し、前記第1四分の一波長板を透過した後、前記第3半透過反射面により前記第3半透過反射面を透過する第1光束と前記第3半透過反射面で反射する第2光束とに分けられ、
前記第1光束は、前記第2四分の一波長板を透過し、前記第2半透過反射面で反射し、前記第2四分の一波長板を透過し、前記第3半透過反射面で反射し、前記第2四分の一波長板を透過し、前記第2半透過反射面を透過し、前記第2偏向部に入射し、
前記第2光束は、前記第1四分の一波長板を透過し、前記第1半透過反射面で反射し、前記第1四分の一波長板を透過し、前記第3半透過反射面を透過し、前記第2四分の一波長板を透過し、前記第2半透過反射面を透過し、前記第2偏向部に入射することを特徴とする請求項9に記載の光学素子。
(構成11)
前記光学素子の厚さをt、前記第1半透過反射面と前記第3半透過反射面との間隔をa、前記第3半透過反射面と前記第2半透過反射面との間隔をb、前記光束の最大入射角をα、nを0以上の整数とするとき、
0.20<|a-b|/(t・tan(α))-n<0.80
なる条件式を満足することを特徴とする請求項7乃至10の何れか一つの構成に記載の光学素子。
(構成12)
構成1乃至11の何れか一つの構成に記載の光学素子と、
画像表示素子からの光束を前記光学素子に導光する光学系とを有することを特徴とする接眼光学系。
(構成13)
構成1乃至11の何れか一つの構成の光学素子と、
画像表示素子と、
前記画像表示素子からの光束前記光学素子に導光する光学系とを有することを特徴とする画像表示装置。
The disclosure of this embodiment includes the following configurations.
(Configuration 1)
An optical element that guides a luminous flux from an image display element to an observer's pupil,
a first deflection unit that deflects the light beam and causes it to enter the inner surface of the optical element;
a second deflection unit that deflects the light beam totally reflected on the inner surface multiple times to emit it to the pupil side;
a first semi-transmissive reflective surface and a second semi-transmissive reflective surface arranged in order from the first deflecting section side to the second deflecting section side;
The optical element is characterized in that the second semi-transmissive reflective surface reflects a part of the luminous flux from the first semi-transmissive reflective surface toward the first semi-transmissive reflective surface.
(Configuration 2)
After the light beam deflected by the first deflection unit passes through the first semi-transparent reflective surface, the second semi-transparent reflective surface separates the first light beam that passes through the second semi-transparent reflective surface and the second semi-transparent reflective surface. It is divided into a second beam of light reflected by a transmissive reflective surface,
The first light flux is incident on the second deflection section,
The optical element according to configuration 1, wherein the second light beam is reflected by the first semi-transparent reflective surface, transmitted through the second semi-transparent reflective surface, and enters the second deflection section.
(Configuration 3)
3. The optical element according to configuration 1 or 2, wherein the first semi-transmissive reflective surface and the second semi-transmissive reflective surface are parallel to each other.
(Configuration 4)
4. The configuration according to claim 1, wherein the first semi-transmissive reflective surface and the second semi-transmissive reflective surface are perpendicular to the incident plane of the first deflection section. optical element.
(Configuration 5)
The thickness of the optical element is t, the distance between the first semi-transmissive reflective surface and the second semi-transmissive reflective surface is L, the maximum angle of incidence of the light beam with respect to the first deflection section is α, and n is 0 or more. When it is an integer of
0.20<L/(t・tan(α))−n<0.80
5. The optical element according to claim 1, wherein the optical element satisfies the following conditional expression.
(Configuration 6)
When the thickness of the optical element is t, the diameter of the light beam at the incident surface of the optical element is Φ, and the minimum incident angle of the light beam with respect to the first deflection section is β,
0.50<Φ/(t・tan(β))<2.00
6. The optical element according to claim 1, wherein the optical element satisfies the following conditional expression.
(Configuration 7)
The transflective section includes the first semi-transmissive reflective surface and the third semi-transmissive reflective surface having a polarization selective semi-transmissive reflective function, which are arranged in order from the first deflecting section side to the second deflecting section side. 2. The optical element according to claim 1, further comprising: the second semi-transmissive reflective surface having a polarization selective semi-transmissive reflective function.
(Configuration 8)
8. The optical element according to claim 7, wherein the polarization direction of the light beam totally reflected by the inner surface and the polarization transmission axis of the first semi-transmissive reflective surface are parallel to each other.
(Configuration 9)
a first quarter-wave plate disposed on the optical path between the first semi-transmissive reflective surface and the third semi-transmissive reflective surface;
further comprising a second quarter-wave plate disposed on the optical path between the third semi-transmissive reflective surface and the second semi-transmissive reflective surface,
The first quarter-wave plate and the second quarter-wave plate are arranged such that their respective slow axes are inclined by 90°,
The polarized light transmission axis of the first semi-transparent reflective surface and the polarized light transmission axis of the second semi-transparent reflective surface are parallel to each other,
9. The optical element according to claim 7, wherein the slow axis of the first quarter-wave plate is inclined by 45 degrees with respect to the polarization transmission axis of the first semi-transmissive reflective surface.
(Configuration 10)
The light beam deflected by the first deflector passes through the first semi-transparent reflective surface, passes through the first quarter-wave plate, and then is deflected by the third semi-transmissive reflective surface. divided into a first beam of light that passes through the reflective surface and a second beam of light that is reflected by the third semi-transparent reflective surface;
The first light beam passes through the second quarter-wave plate, is reflected by the second semi-transmissive reflective surface, passes through the second quarter-wave plate, and is reflected by the third semi-transmissive reflective surface. , transmitted through the second quarter-wave plate, transmitted through the second semi-transparent reflective surface, and incident on the second deflection section,
The second light beam passes through the first quarter-wave plate, is reflected by the first semi-transparent reflective surface, passes through the first quarter-wave plate, and is reflected by the third semi-transmissive reflective surface. 10. The optical element according to claim 9, wherein the light passes through the second quarter-wave plate, passes through the second semi-transmissive reflective surface, and enters the second deflection section.
(Configuration 11)
The thickness of the optical element is t, the distance between the first semi-transparent reflective surface and the third semi-transparent reflective surface is a, and the distance between the third semi-transparent reflective surface and the second semi-transparent reflective surface is b. , when the maximum incident angle of the luminous flux is α, and n is an integer of 0 or more,
0.20<|a-b|/(t・tan(α))-n<0.80
11. The optical element according to claim 7, wherein the optical element satisfies the following conditional expression.
(Configuration 12)
The optical element according to any one of configurations 1 to 11,
An eyepiece optical system comprising: an optical system that guides a luminous flux from an image display element to the optical element.
(Configuration 13)
An optical element having any one of configurations 1 to 11,
an image display element;
An image display device comprising: an optical system that guides a luminous flux from the image display element to the optical element.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the invention.

10 導光板(光学素子)
11 第1偏向部
12 第2偏向部
31,51 第1半透過反射部
32,53 第2半透過反射部
10 Light guide plate (optical element)
11 First deflection section 12 Second deflection section 31, 51 First semi-transparent reflection section 32, 53 Second semi-transmission reflection section

Claims (13)

画像表示素子からの光束を観察者の瞳に導光する光学素子であって、
前記光束を偏向して前記光学素子の内面に入射させる第1偏向部と、
前記内面で全反射した前記光束を複数回偏向することで前記瞳の側へ射出する第2偏向部と、
前記第1偏向部の側から前記第2偏向部の側へ順に配置された、第1半透過反射面と第2半透過反射面とを備える半透過反射部とを有し、
前記第2半透過反射面は、前記第1半透過反射面からの光束の一部を前記第1半透過反射面の側へ反射することを特徴とする光学素子。
An optical element that guides a luminous flux from an image display element to an observer's pupil,
a first deflection unit that deflects the light beam and causes it to enter the inner surface of the optical element;
a second deflection unit that deflects the light beam totally reflected on the inner surface multiple times to emit it to the pupil side;
a semi-transmissive reflective section including a first semi-transmissive reflective surface and a second semi-transmissive reflective surface arranged in order from the first deflecting section side to the second deflecting section side;
The optical element is characterized in that the second semi-transmissive reflective surface reflects a part of the luminous flux from the first semi-transmissive reflective surface toward the first semi-transmissive reflective surface.
前記第1偏向部により偏向された光束は、前記第1半透過反射面を透過した後、前記第2半透過反射面により前記第2半透過反射面を透過する第1光束と前記第2半透過反射面で反射する第2光束とに分けられ、
前記第1光束は、前記第2偏向部に入射し、
前記第2光束は、前記第1半透過反射面で反射し、前記第2半透過反射面を透過し、前記第2偏向部に入射することを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
After the light beam deflected by the first deflection unit passes through the first semi-transparent reflective surface, the second semi-transparent reflective surface separates the first light beam that passes through the second semi-transparent reflective surface and the second semi-transparent reflective surface. It is divided into a second beam of light reflected by a transmissive reflective surface,
The first light flux is incident on the second deflection section,
The optical element according to claim 1, wherein the second light beam is reflected by the first semi-transparent reflective surface, transmitted through the second semi-transparent reflective surface, and enters the second deflection section.
前記第1半透過反射面と前記第2半透過反射面とが互いに平行であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学素子。 3. The optical element according to claim 1, wherein the first semi-transmissive reflective surface and the second semi-transmissive reflective surface are parallel to each other. 前記第1半透過反射面と前記第2半透過反射面とが前記第1の偏向部の入射面に対して垂直であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学素子。 3. The optical element according to claim 1, wherein the first semi-transmissive reflective surface and the second semi-transmissive reflective surface are perpendicular to an incident surface of the first deflection section. 前記光学素子の厚さをt、前記第1半透過反射面と前記第2半透過反射面との間隔をL、前記第1の偏向部に対する前記光束の最大入射角をα、nを0以上の整数とするとき、
0.20<L/(t・tan(α))-n<0.80
なる条件式を満足することを特徴とする請求項1又は2に記載の光学素子。
The thickness of the optical element is t, the distance between the first semi-transmissive reflective surface and the second semi-transmissive reflective surface is L, the maximum angle of incidence of the light beam with respect to the first deflection section is α, and n is 0 or more. When it is an integer of
0.20<L/(t・tan(α))−n<0.80
3. The optical element according to claim 1, wherein the optical element satisfies the following conditional expression.
前記光学素子の厚さをt、前記光学素子の入射面における前記光束の光束径をΦ、前記第1の偏向部に対する前記光束の最小入射角をβとするとき、
0.50<Φ/(t・tan(β))<2.00
なる条件式を満足することを特徴とする請求項1又は2に記載の光学素子。
When the thickness of the optical element is t, the diameter of the light beam at the incident surface of the optical element is Φ, and the minimum incident angle of the light beam with respect to the first deflection section is β,
0.50<Φ/(t・tan(β))<2.00
3. The optical element according to claim 1, wherein the optical element satisfies the following conditional expression.
前記半透過反射部は、前記第1偏向部の側から前記第2偏向部の側へ順に配置された、偏光選択性半透過反射機能による前記第1半透過反射面、第3半透過反射面、偏光選択性半透過反射機能による前記第2半透過反射面を備えることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。 The transflective section includes the first semi-transmissive reflective surface and the third semi-transmissive reflective surface having a polarization selective semi-transmissive reflective function, which are arranged in order from the first deflecting section side to the second deflecting section side. 2. The optical element according to claim 1, further comprising: the second semi-transmissive reflective surface having a polarization selective semi-transmissive reflective function. 前記内面で全反射した前記光束の偏光方向と前記第1半透過反射面の偏光透過軸とが互いに平行であることを特徴とする請求項7に記載の光学素子。 8. The optical element according to claim 7, wherein the polarization direction of the light beam totally reflected by the inner surface and the polarization transmission axis of the first semi-transmissive reflective surface are parallel to each other. 前記第1半透過反射面と前記第3半透過反射面との間の光路上に配置された第1四分の一波長板と、
前記第3半透過反射面と前記第2半透過反射面の間の光路上に配置された第2四分の一波長板とを更に有し、
前記第1四分の一波長板、及び前記第2四分の一波長板は、それぞれの遅相軸が90°傾くように配置され、
前記第1半透過反射面の偏光透過軸と前記第2半透過反射面の偏光透過軸とが互いに平行であり、
前記第1半透過反射面の偏光透過軸に対して前記第1四分の一波長板の遅相軸が45°傾くことを特徴とする請求項7に記載の光学素子。
a first quarter-wave plate disposed on the optical path between the first semi-transmissive reflective surface and the third semi-transmissive reflective surface;
further comprising a second quarter-wave plate disposed on the optical path between the third semi-transmissive reflective surface and the second semi-transmissive reflective surface,
The first quarter-wave plate and the second quarter-wave plate are arranged such that their respective slow axes are inclined by 90°,
The polarized light transmission axis of the first semi-transparent reflective surface and the polarized light transmission axis of the second semi-transparent reflective surface are parallel to each other,
8. The optical element according to claim 7, wherein the slow axis of the first quarter-wave plate is inclined by 45 degrees with respect to the polarization transmission axis of the first semi-transmissive reflective surface.
前記第1偏向部により偏向された光束は、前記第1半透過反射面を透過し、前記第1四分の一波長板を透過した後、前記第3半透過反射面により前記第3半透過反射面を透過する第1光束と前記第3半透過反射面で反射する第2光束とに分けられ、
前記第1光束は、前記第2四分の一波長板を透過し、前記第2半透過反射面で反射し、前記第2四分の一波長板を透過し、前記第3半透過反射面で反射し、前記第2四分の一波長板を透過し、前記第2半透過反射面を透過し、前記第2偏向部に入射し、
前記第2光束は、前記第1四分の一波長板を透過し、前記第1半透過反射面で反射し、前記第1四分の一波長板を透過し、前記第3半透過反射面を透過し、前記第2四分の一波長板を透過し、前記第2半透過反射面を透過し、前記第2偏向部に入射することを特徴とする請求項9に記載の光学素子。
The light beam deflected by the first deflector passes through the first semi-transparent reflective surface, passes through the first quarter-wave plate, and then is deflected by the third semi-transmissive reflective surface. divided into a first beam of light that passes through the reflective surface and a second beam of light that is reflected by the third semi-transparent reflective surface;
The first light beam passes through the second quarter-wave plate, is reflected by the second semi-transmissive reflective surface, passes through the second quarter-wave plate, and is reflected by the third semi-transmissive reflective surface. , transmitted through the second quarter-wave plate, transmitted through the second semi-transparent reflective surface, and incident on the second deflection section,
The second light beam passes through the first quarter-wave plate, is reflected by the first semi-transparent reflective surface, passes through the first quarter-wave plate, and is reflected by the third semi-transmissive reflective surface. 10. The optical element according to claim 9, wherein the light passes through the second quarter-wave plate, passes through the second semi-transmissive reflective surface, and enters the second deflection section.
前記光学素子の厚さをt、前記第1半透過反射面と前記第3半透過反射面との間隔をa、前記第3半透過反射面と前記第2半透過反射面との間隔をb、前記光束の最大入射角をα、nを0以上の整数とするとき、
0.20<|a-b|/(t・tan(α))-n<0.80
なる条件式を満足することを特徴とする請求項8に記載の光学素子。
The thickness of the optical element is t, the distance between the first semi-transparent reflective surface and the third semi-transparent reflective surface is a, and the distance between the third semi-transparent reflective surface and the second semi-transparent reflective surface is b. , when the maximum incident angle of the luminous flux is α, and n is an integer of 0 or more,
0.20<|a-b|/(t・tan(α))-n<0.80
The optical element according to claim 8, wherein the optical element satisfies the following conditional expression.
請求項1又は2に記載の光学素子と、
画像表示素子からの光束を前記光学素子に導光する光学系とを有することを特徴とする接眼光学系。
The optical element according to claim 1 or 2,
An eyepiece optical system comprising: an optical system that guides a luminous flux from an image display element to the optical element.
請求項1又は2に記載の光学素子と、
画像表示素子と、
前記画像表示素子からの光束を前記光学素子に導光する光学系とを有することを特徴とする画像表示装置。
The optical element according to claim 1 or 2,
an image display element;
An image display device comprising: an optical system that guides a luminous flux from the image display element to the optical element.
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