JP7656847B2 - 眼鏡型端末 - Google Patents

Description

本発明は、投影光学系及び眼鏡型端末に関する。

従来、ウェイブガイド等を含む光学系を用いて２次元画像をユーザに観察させるように表示する眼鏡型のデバイス、ヘッドマウントディスプレイ等が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１７－２０７６８６号公報

このような装置は、限られた空間に光学系を組み込むので、光学系が複雑になってしまうことがあった。また、ユーザに観察させるために投影した画像光の一部がユーザとは異なる方向に漏れ光として出射してしまい、例えば、ユーザの目が光っているように見えてしまうことがあった。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、簡便な構成でユーザに観察させる画像光の漏れ光を低減できるようにすることを目的とする。

本発明の第１の態様においては、光導波部（optical waveguide）を有し、第１面から
入射した光の少なくとも一部を前記第１面の反対側の第２面へと透過させつつ、前記第２面に画像光を投影させるための投影基板と、前記光導波部に対して前記投影基板の前記第１面の側に空気層を介して設けられており、前記光導波部の少なくとも一部を覆い、前記投影基板の前記第１面から漏洩する前記画像光の偏光方向の光を低減させる偏光低減板とを備え、前記光導波部は、前記画像光を投影させるための投影光の少なくとも一部を導波して、前記第２面から前記画像光として出射する、投影光学系を提供する。

前記偏光低減板は、前記投影基板の前記第１面と対向して設けられている偏光フィルタを有してもよい。

前記偏光低減板は、前記投影基板の前記第１面と対向して設けられている保護基板と、前記保護基板の前記投影基板とは反対側の第３面及び前記投影基板に対向する第４面のうち少なくとも一方にコーティングされている偏光膜とを有してもよい。

前記光導波部は、入射回折格子を有し、前記画像光を投影させるための投影光が入射し、入射した前記投影光を当該投影基板の内部に導波する入射領域と、出射回折格子を有し、前記入射領域から入射した前記投影光の少なくとも一部を導波して前記第２面から前記画像光として出射する出射領域とを有し、前記偏光低減板は、前記出射回折格子の少なくとも一部を覆っていてもよい。

前記光導波部は、中間回折格子を含み、前記入射領域から入射した前記投影光の一部を前記出射領域に向けて導波する中間領域を更に有し、前記入射回折格子は、複数の第１溝部が第１周期で形成されており、前記中間回折格子は、複数の第２溝部が第２周期で形成されており、前記出射回折格子は、複数の第３溝部が第３周期で形成されていてもよい。

本発明の第２の態様においては、ユーザが装着する眼鏡型端末であって、前記ユーザの右眼用のレンズ及び左眼用レンズのうち少なくとも一方として設けられており、前記第１面から入射する少なくとも一部の光を前記ユーザの眼へと透過させつつ、前記第２面に前記画像光を投影させる、第１の態様の前記投影光学系と、前記投影基板を固定しているフレームと、前記フレームに設けられており、前記光導波部の出射領域に前記画像光を投影させるための前記投影光を前記投影基板の前記光導波部の入射領域に照射する投影部とを備える、眼鏡型端末を提供する。

前記投影部は、前記入射領域に照射する前記投影光の偏光方向を調節する偏光調節部を有し、前記偏光調節部は、当該投影基板の前記第１面から漏洩する前記画像光の偏光方向と、前記偏光低減板が光の強度を低減させる偏光方向とを一致させるように調節してもよい。

前記フレームには、複数の前記投影基板が固定されており、前記偏光低減板は、複数の前記投影基板の前記ユーザとは反対側に設けられており、前記投影部は、複数の前記投影基板のそれぞれに設けられている前記入射領域に異なる波長の前記投影光をそれぞれ照射し、複数の前記投影基板にそれぞれ設けられている前記出射領域は、平面視で少なくとも一部が重なっており、前記投影部から複数の前記入射領域にそれぞれ照射された前記投影光に対応する前記画像光を複数の前記投影基板の前記第２面から前記ユーザの眼へとそれぞれ出射してもよい。

前記投影部は、前記入射領域に照射する複数の前記投影光のうち少なくとも１つの前記投影光の偏光方向を調節する偏光調節部を有し、前記偏光調節部は、複数の前記投影基板のそれぞれの前記第１面から漏洩する複数の前記画像光のうち、前記偏光調節部が偏光方向を調節した少なくとも１つの前記投影光に対応する前記画像光の偏光方向と、前記偏光低減板が光の強度を低減させる偏光方向とを一致させるように調節してもよい。

本発明によれば、簡便な構成でユーザに観察させる画像光の漏れ光を低減できるという効果を奏する。

本実施形態に係る眼鏡型端末１０の第１構成例を示す。 本実施形態に係る眼鏡型端末１０における投影光の光路の概略を示す。 本実施形態に係る投影基板１００における投影光の光路の概略を示す。 本実施形態に係る投影部１２０が投影基板１００に照射する投影光と、投影基板１００が出射する画像光の一例を示す。 本実施形態に係る投影基板１００の構成例を示す。 本実施形態に係る眼鏡型端末１０の第２構成例を示す。 本実施形態に係る眼鏡型端末１０の第３構成例を示す。 本実施形態に係る眼鏡型端末１０の第４構成例を示す。

＜眼鏡型端末１０の第１構成例＞
図１は、本実施形態に係る眼鏡型端末１０の第１構成例を示す。本実施例において、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸とする。眼鏡型端末１０は、ユーザが装着する、例えば、ウェアラブルデバイスである。眼鏡型端末１０は、眼鏡越しの景色をユーザに観察させつつ、投影基板１００に設けられている表示領域に画像光を投影する。眼鏡型端末１０は、投影光学系５０と、フレーム１１０と、投影部１２０とを備える。

投影光学系５０は、投影基板１００と偏光低減板３１０とを備える。図１において、投影光学系５０のうちの投影基板１００を示し、偏光低減板３１０の記載は省略している。偏光低減板３１０については後述する。

投影基板１００は、光導波部２００（optical waveguide）を有し、第１面から入射す
る少なくとも一部の光をユーザの眼へと透過させつつ、第２面に画像光を投影させる。ここで、投影基板１００の第１面は、眼鏡型端末１０をユーザが装着した状態でユーザとは反対側を向く面である。また、投影基板１００の第２面は、眼鏡型端末１０をユーザが装着した状態でユーザを向く面である。図１は、投影基板１００の第１面及び第２面がＸＹ平面と略平行に配置されている例を示す。

投影基板１００は、例えば、ガラス基板に光導波部２００（optical waveguide）が形
成されている基板である。光導波部２００は、投影基板１００の第２面から入射した画像光を投影させるための投影光の少なくとも一部を導波して、当該第２面から画像光として出射する。投影基板１００については後述する。

フレーム１１０は、投影光学系５０を固定している。フレーム１１０には、ユーザの右眼用のレンズ及び左眼用レンズのうち少なくとも一方として投影光学系５０が設けられている。図１は、フレーム１１０にユーザの右眼用のレンズとして投影光学系５０ａが設けられており、左眼用レンズとして投影光学系５０ｂが設けられている例を示す。

これに代えて、フレーム１１０は、ユーザの右眼用のレンズ又は左眼用レンズとして１つの投影光学系５０が設けられていてもよい。また、フレーム１１０は、ユーザの両眼用レンズとして１つの投影光学系５０が設けられていてもよい。この場合、フレーム１１０は、ゴーグルの形状を有してもよい。フレーム１１０は、ユーザが当該眼鏡型端末１０を装着できるように、テンプル、ストラップ等の部位を有する。

投影部１２０は、フレーム１１０に設けられており、投影基板１００に画像光を投影させるための投影光を投影光学系５０に向けて照射する。フレーム１１０には、このような投影部１２０が１又は複数設けられている。図１は、投影光学系５０ａ（投影基板１００ａ）に投影光Ｌ１を照射するための投影部１２０ａと、投影光学系５０ｂ（投影基板１００ｂ）に投影光Ｌ２を照射するための投影部１２０ｂとがフレーム１１０に設けられている例を示す。

投影部１２０は、フレーム１１０の投影光学系５０を固定している部位に設けられていてもよく、フレーム１１０のテンプル等に設けられていてもよい。投影部１２０は、フレーム１１０と一体になるように設けられていることが望ましい。投影部１２０は、例えば、１つの波長を含む投影光を投影光学系５０に照射して、ユーザに単色の画像を観察させる。また、投影部１２０は、複数の波長を含む投影光を投影光学系５０に照射して、ユーザに複数の色を含む画像を観察させてもよい。

このような投影光学系５０について、次に説明する。なお、まずは、投影光学系５０の投影基板１００の動作を説明し、偏光低減板３１０については後述する。

図２は、本実施形態に係る眼鏡型端末１０における投影光の光路の概略を示す。投影部１２０は、投影基板１００の光導波部２００の入射領域２１０に投影光を照射する。入射領域２１０は、投影基板１００の基板内に投影光を導波する。そして、基板内を導波した投影光の少なくとも一部は、光導波部２００の出射領域２３０から画像光として出射する。なお、入射領域２１０及び出射領域２３０については後述する。

図３は、本実施形態に係る投影基板１００における投影光の光路の概略を示す。後述するが、光導波部２００は、入射領域２１０、中間領域２２０、及び出射領域２３０を有する。投影光Ｌは、入射領域２１０に入射し、中間領域２２０を経て出射領域２３０から画像光Ｐとして出射する。中間領域２２０は、投影光Ｌが入射領域２１０から離れて進行するにつれて、投影光Ｌを一部ずつ出射領域２３０に導波する。

同様に、出射領域２３０も、投影光Ｌが中間領域２２０から離れて進行するにつれて、投影光Ｌの一部ずつの光を画像光Ｐの一部として出射する。これにより、投影基板１００は、入射領域２１０に入射した投影光Ｌを出射領域２３０から画像光Ｐとして出射する。

ここで、中間領域２２０が、中間領域２２０の領域全体において一定の割合で投影光Ｌを出射領域２３０に導波する例を考える。この場合、投影光Ｌが入射領域２１０から離れて進行するにつれて投影光Ｌの光量が減少するので、中間領域２２０から出射領域２３０に入射する投影光Ｌは、入射領域２１０からの距離によって強度が異なってしまうことがある。

同様に、出射領域２３０が、出射領域２３０の領域全体において一定の割合で投影光Ｌを画像光Ｐとして出射する例を考える。この場合、投影光Ｌが中間領域２２０から離れて進行するにつれて投影光Ｌの光量が減少するので、出射領域２３０から出射する画像光Ｐは、入射領域２１０からの距離及び出射領域２３０からの距離によって強度が異なってしまうことがある。例えば、出射領域２３０が投影する画像の左上の画素から右下の画素に向けて、輝度が徐々に低減してしまうことがある。本実施形態に係る投影基板１００は、このような輝度のバラツキを低減させるものである。

＜投影光と画像光の一例＞
図４は、本実施形態に係る投影部１２０が投影基板１００に照射する投影光Ｌと、投影基板１００が出射する画像光Ｐの一例を示す。投影部１２０は、例えば、＋Ｚ方向に位置する投影基板１００の第２面に向けて投影光Ｌを照射する。投影光Ｌは、ユーザに見せる画像に対応しており、例えば、ＸＹ平面と略平行な面にスクリーン等を設置して投影光Ｌを投影させた場合、当該スクリーンにはユーザに観察させる画像Ｍ１が表示される。ユーザに見せる画像は、例えば投影部１２０が有するプロセッサが作成するＡＲ（Augmented Reality）画像又はＶＲ（Virtual Reality）画像である。このように、投影部１２０は、ＸＹ平面と略平行な面に画像Ｍ１を形成する複数の光線を投影光Ｌとして照射する。

本実施形態において、投影部１２０が、ＸＹ平面と略平行な面においてＸ軸方向を長手方向とした略長方形の画像Ｍ１を投影する例を説明する。また、図４において、投影部１２０が照射する複数の光線のうち５つの光線を入力光線２０として示す。例えば、画像の左上の画素に対応する光線を第１入力光線２０ａ、画像の左下の画素に対応する光線を第２入力光線２０ｂ、画像の中央の画素に対応する光線を第３入力光線２０ｃ、画像の右上の画素に対応する光線を第４入力光線２０ｄ、画像の右下の画素に対応する光線を第５入力光線２０ｅとする。

投影部１２０は、例えば、このような投影光Ｌを無限遠または所定の位置に正立虚像を作る様に投影基板１００の入射領域２１０に照射する。入射領域２１０に入射した投影光は、中間領域２２０を経て出射領域２３０から画像光Ｐとして出射される。画像光Ｐは、出射領域２３０から出射され、投影基板１００から距離ｄだけ離れたユーザの眼に入射する。そして、画像光Ｐは、ユーザの眼の網膜で画像Ｍ２として結像する。このように、画像光Ｐは、画像Ｍ２として結像する複数の光線束を含む。

図４において、投影基板１００の出射領域２３０の円形領域Ｃから照射され、所定の位置で結像する複数の光線束のうち５つの光線束を出力光線束３０として示す。例えば、画像の右下の画素として結像する光線束を第１出力光線束３０ａ、画像の右上の画素として結像する光線束を第２出力光線束３０ｂ、画像の中央の画素として結像する光線束を第３出力光線束３０ｃ、画像の左下の画素として結像する光線束を第４出力光線束３０ｄ、画像の左上の画素として結像する光線束を第５出力光線束３０ｅとする。

それぞれの光線束は、投影部１２０から入射した複数の入力光線２０のそれぞれに対応する。例えば、第１出力光線束３０ａは、第１入力光線２０ａに対応しており、第１入力光線２０ａが投影基板１００の入射領域２１０から出射領域２３０までの間に複数回の分岐及び複数回の回折等によって発生した複数の光線を含む。同様に、第２出力光線束３０ｂは第２入力光線２０ｂに、第３出力光線束３０ｃは第３入力光線２０ｃに、第４出力光線束３０ｄは第４入力光線２０ｄに、第５出力光線束３０ｅは第５入力光線２０ｅに、それぞれ対応する。

言い換えると、出射領域２３０から出射される画像光Ｐがユーザの眼の網膜で結像した画像Ｍ２は、投影部１２０が照射した投影光Ｌが投影する画像Ｍ１に対応する。これにより、眼鏡型端末１０を装着したユーザは、投影基板１００越しに見る風景に重ねて、投影基板１００の第２面に画像Ｍ２が投影されているように感じることができる。言い換えると、出射領域２３０は、投影光Ｌが投影する画像Ｍ１に対応する画像Ｍ２を表示させる表示領域として機能する。

図４において、ユーザが観測する画像Ｍ２は、投影光Ｌが投影する画像Ｍ１を上下及び左右に反転した画像となる例を示す。なお、投影光Ｌが投影する画像Ｍ１は、静止画であってもよく、これに代えて、動画であってもよい。以上のように、入射した投影光Ｌに対応する画像光Ｐを出射する投影基板１００について次に説明する。

＜投影基板１００の構成例＞
図５は、本実施形態に係る投影基板１００の構成例を示す。図３は、投影基板１００の第１面及び第２面がＸＹ平面と略平行に配置されている例を示す。投影基板１００は、第１面から入射した光の少なくとも一部を第１面の反対側の第２面へと透過させつつ、第２面に画像光を投影させるための光導波部２００を有する基板である。投影基板１００は、一例として、ガラス基板である。投影基板１００は、入射領域２１０、中間領域２２０、及び出射領域２３０を有する光導波部２００を備える。

＜入射領域２１０の例＞
入射領域２１０は、画像光を投影させるための投影光が入射し、入射した投影光を中間領域２２０に向けて導波する。図５は、入射領域２１０がＸＹ平面と略平行な面において、円形の形状を有する例を示すが、これに限定されることはない。入射領域２１０は、投影光を中間領域２２０へと導波できればよく、楕円形、多角形、台形等の形状を有してよい。

入射領域２１０は、複数の第１溝部２１２が第１周期で形成されている入射回折格子を有する。言い換えると、複数の第１溝部２１２は、予め定められた溝の幅及び間隔で投影基板１００の上面に同一方向に配列されていることにより、回折格子として機能する。入射領域２１０は、反射型又は透過型の入射回折格子を有し、反射型回折又は透過型回折によって中間領域２２０の方向に投影光を導く。複数の第１溝部２１２の第１周期は、例えば、１０ｎｍ程度から１０μｍ程度の範囲である。

複数の第１溝部２１２は、例えば、入射領域２１０から中間領域２２０に向かう方向に配列されている。ここで、入射領域２１０から中間領域２２０に向かう投影光の進行方向を第１方向とする。図５は、第１方向がＸ軸方向と略平行な方向であり、Ｙ軸方向と略平行な方向に延伸する第１溝部２１２が第１方向に配列されている例を示す。投影光は、収束しつつ入射領域２１０に入射するので、入射領域２１０は、投影基板１００の面内において第１方向を中心として広がり角を有するように投影光を中間領域２２０へと導波する。

＜中間領域２２０の例＞
中間領域２２０は、入射領域２１０から入射した投影光の一部を出射領域２３０に向けて導波する。中間領域２２０は、ＸＹ平面と略平行な面において、投影光が通過する領域に設けられている。中間領域２２０は、反射型の中間回折格子を有し、反射型回折によって出射領域２３０の方向へと投影光を導く。中間領域２２０は、例えば、第１方向を長手方向とした長方形の形状を有する。

なお、投影光は第１方向を中心に広がりながら進行するので、中間領域２２０は、入射領域２１０から離れるにつれて、入射領域２１０を通り投影光の進行方向である第１方向から離れるように広がる形状を有していることが好ましい。中間領域２２０は、例えば、ＸＹ平面と略平行な面において、台形、扇型等の形状を有する。図５は、中間領域２２０が台形の形状を有する例を示す。このような形状の中間領域２２０は、投影光がＸＹ平面において広がりながら進行する領域に対応して形成することができ、投影光を効率的に導波することができる。

中間領域２２０は、複数の第２溝部２２２が第２周期で形成されている中間回折格子を有する。言い換えると、複数の第２溝部２２２は、予め定められた溝の幅及び間隔で投影基板１００の上面に同一方向に配列されていることにより、回折格子として機能する。中間領域２２０は、例えば、反射型の中間回折格子として機能し、投影光を出射領域２３０へと導く。

複数の第２溝部２２２の第２周期は、複数の第１溝部２１２の第１周期とは異なる周期である。第２周期は、投影光を出射領域２３０へと導くために適切な周期が選択されることが望ましい。第２周期は、例えば、１０ｎｍ程度から１０μｍ程度の範囲である。

複数の第２溝部２２２は、例えば、予め定められた方向に配列されている。例えば、中間領域２２０から出射領域２３０に向かう方向を第２方向とし、第１方向と第２方向とがなす角を第１角度とする。この場合、複数の第２溝部２２２は、第１方向に対して第１角度の１／２の角度だけ第２方向に傾斜する方向に形成されている。図５は、第２方向がＹ軸方向と略平行な方向であり、第１角度が略９０度であり、複数の第２溝部２２２が第１方向に対して略４５度だけ第２方向に傾斜した方向に配列している例を示す。

中間領域２２０は、入射した投影光の進行方向に配列されている複数の第１分割領域２２４を有する。複数の第１分割領域２２４に形成されている第２溝部２２２は、それぞれ深さが異なる。言い換えると、中間領域２２０において、入力した投影光のうち出射領域２３０へと導波される光の割合が第１分割領域２２４毎に異なるように、第２溝部２２２が形成されている。

中間領域２２０は、３つ以上の第１分割領域２２４を有することが望ましい。このように、中間領域２２０は、複数の第１分割領域２２４に分割され、出射領域２３０に導波する投影光の光量を第１分割領域２２４毎に異ならせることにより、入射領域２１０からの距離によって強度が異なる投影光を出射領域２３０に導波しつつ、投影光の進行方向に対して垂直な方向の光量の分布を略一定に調節する。

例えば、一の第１分割領域２２４に設けられている第２溝部２２２の深さが、一の第１分割領域２２４よりも入射領域２１０に近い第１分割領域２２４に設けられている第２溝部２２２の深さよりも大きくなるように第２溝部２２２が形成されている。この場合、複数の第１分割領域２２４のうち隣接する２つの第１分割領域２２４の第２溝部２２２の深さの変化率は、入射領域２１０から離れるほど大きくてもよい。

一例として、図５に示すように、３つの第１分割領域２２４を有する中間領域２２０を考える。ここで、３つの第１分割領域２２４のうち最も入射領域２１０に近い第１分割領域２２４ａは、入射した投影光の略１／４の光量の光を出射領域２３０に導波するように、第２溝部２２２ａの深さが形成されているとする。この場合、最も入射領域２１０に近い第１分割領域２２４ａに入射した投影光の残りの略３／４の光量は、隣接する第１分割領域２２４ｂに入射する。

入射領域２１０に２番目に近い第１分割領域２２４ｂは、入射した投影光の略１／３の光量の光を出射領域２３０に導波するように、第２溝部２２２ｂの深さが形成されているとする。言い換えると、入射領域２１０に２番目に近い第１分割領域２２４ｂの第２溝部２２２ｂの深さは、入射領域２１０に最も近い第１分割領域２２４ａと比較して４／３倍の光量の光を出射領域２３０に導波するように、第２溝部２２２ａの深さよりも大きく形成されている。このような第１分割領域２２４ｂは、入射領域２１０に最も近い第１分割領域２２４ａに入射した投影光の略１／４の光量の光を出射領域２３０に導波することになる。

そして、最も入射領域２１０に近い第１分割領域２２４ａに入射した投影光の残りの略１／２の光量は、隣接する第１分割領域２２４ｃに入射する。入射領域２１０に３番目に近い第１分割領域２２４ｃは、入射した投影光の略１／２の光量の光を出射領域２３０に導波するように、第２溝部２２２ｃの深さが形成されているとする。言い換えると、入射領域２１０に３番目に近い第１分割領域２２４ｃの第２溝部２２２ｃの深さは、入射領域２１０に２番目に近い第１分割領域２２４ｂと比較して３／２倍の光量の光を出射領域２３０に導波するように、第２溝部２２２ｂの深さよりも大きく形成されている。

また、３つの第１分割領域２２４のうち隣接する２つの第１分割領域２２４の第２溝部２２２の深さの変化率は、入射領域２１０から離れるほど大きくなるように形成されている。そして、入射領域２１０に３番目に近い第１分割領域２２４ｃは、入射領域２１０に最も近い第１分割領域２２４ａに入射した投影光の略１／４の光量の光を出射領域２３０に導波することになる。以上の例のように、中間領域２２０は、出射領域２３０に導波する投影光の光量を第１分割領域２２４毎に異ならせて所定の値にすることにより、それぞれの第１分割領域２２４に対応する出射領域２３０へと導波する投影光の光量をほぼ一定の分布にしつつ、投影光を出射領域２３０に導波できることがわかる。

なお、中間領域２２０は、入射領域２１０から最も遠い位置に、第１反射領域２２６を更に有してもよい。図５は、中間領域２２０が３つの第１分割領域２２４と第１反射領域２２６とを有する例を示す。第１反射領域２２６は、複数の第１分割領域２２４を通過した光の少なくとも一部を再び複数の第１分割領域２２４へと反射する。第１反射領域２２６は、隣接する第１分割領域２２４の第２溝部２２２の深さよりも大きい深さの第２溝部２２２を有する。

中間領域２２０がこのような第１反射領域２２６を有することにより、複数の第１分割領域２２４は、第１反射領域２２６が反射した光の少なくとも一部を出射領域２３０へと導波する。これにより、中間領域２２０は、より多くの投影光を出射領域２３０へと導波することができる。なお、複数の第１分割領域２２４の第２溝部２２２の深さは、それぞれの第１分割領域２２４が第１反射領域２２６による反射光を含めて出射領域２３０へと導波する投影光の光量を略一定にさせるように決められていてもよい。

＜出射領域２３０の例＞
出射領域２３０は、中間領域２２０から入射した投影光の少なくとも一部を導波して投影基板１００の第２面から画像光として出射する。図５は、出射領域２３０がＸＹ平面と略平行な面において、Ｘ軸方向を長手方向とした長方形の形状を有する例を示すが、これに限定されることはない。出射領域２３０は、投影光を導波して画像光として出射できればよく、例えば、Ｙ軸方向を長手方向とした長方形、正方形、台形等の形状を有してよい。

出射領域２３０は、複数の第３溝部２３２が第３周期で形成されている出射回折格子を有する。言い換えると、複数の第３溝部２３２は、予め定められた溝の幅及び間隔で投影基板１００の上面に同一方向に配列されていることにより、回折格子として機能する。出射領域２３０は、反射型又は透過型の出射回折格子を有し、反射型回折又は透過型回折によってユーザの眼の方向に画像光を導く。

出射領域２３０に設けられている複数の第３溝部２３２の第３周期は、中間領域２２０の複数の第２溝部２２２の第２周期とは異なる周期である。出射領域２３０の複数の第３溝部２３２の第３周期は、入射領域２１０の複数の第１溝部２１２の第１周期と同一の周期であってもよい。このように、投影光が入射する領域と画像光を出射する領域とに設けられている回折格子の周期を略一致させることで、ユーザが観察する画像に発生する歪み等を低減できる。第３周期は、例えば、１０ｎｍ程度から１０μｍ程度の範囲である。

複数の第３溝部２３２は、例えば、中間領域２２０から出射領域２３０に向かう第２方向に配列されている。図５は、第１方向に延伸する第３溝部２３２が第２方向に配列している例を示す。

出射領域２３０は、中間領域２２０と同様に、中間領域２２０から入射した投影光の進行方向に配列されている複数の第２分割領域２３４を有する。複数の第２分割領域２３４に形成されている第３溝部２３２は、それぞれ深さが異なる。言い換えると、出射領域２３０において、入力した投影光のうち画像光として出射する光の割合が第２分割領域２３４毎に異なるように、第３溝部２３２が形成されている。

出射領域２３０は、２つ以上の第２分割領域２３４を有することが望ましい。例えば、一の第２分割領域２３４に設けられている第３溝部２３２の深さは、一の第２分割領域２３４よりも中間領域２２０に近い第２分割領域２３４に設けられている第３溝部２３２の深さよりも大きく形成されている。また、出射領域２３０が３つ以上の第２分割領域２３４を有する場合、隣接する２つの第２分割領域２３４の第３溝部２３２の深さの変化率は、中間領域２２０から離れるほど大きくしてもよい。

以上のように、出射領域２３０は、複数の第２分割領域２３４に分割され、画像光として出射する光の光量を第２分割領域２３４毎に異ならせる。これにより、出射領域２３０は、中間領域２２０の複数の第１分割領域２２４と同様に、投影光を画像光として導波しつつ、観測者が画像光を画像として観測した場合に画像全体の光量の分布を略一定に調節できる。

出射領域２３０は、中間領域２２０から最も遠い位置に、第２反射領域２３６を更に有してもよい。図５は、出射領域２３０が２つの第２分割領域２３４と第２反射領域２３６とを有する例を示す。第２反射領域２３６は、複数の第２分割領域２３４を通過した光の少なくとも一部を再び複数の第２分割領域２３４へと反射する。第２反射領域２３６は、隣接する第２分割領域２３４の第３溝部２３２の深さよりも大きい深さの第３溝部２３２を有する。

出射領域２３０がこのような第２反射領域２３６を有することにより、複数の第２分割領域２３４は、第２反射領域２３６が反射した光の少なくとも一部を投影基板１００の第２面から画像光として出射する。これにより、出射領域２３０は、中間領域２２０と同様に、より多くの投影光を画像光として出射することができる。なお、複数の第２分割領域２３４の第３溝部２３２の深さは、それぞれの第２分割領域２３４が第２反射領域２３６による反射光を含めて画像光として出射する光の光量を略一定にさせるように決められてもよい。

以上のように、本実施形態に係る投影基板１００は、入射領域２１０に入射する投影光を中間領域２２０の複数の第１分割領域２２４毎に異なる割合で投影光を分岐させつつ、出射領域２３０から画像光として出射する。これにより、投影基板１００は、ユーザに観察させる投影画像の輝度のバラツキを低減できる。また、投影基板１００は、出射領域２３０においても、複数の第２分割領域２３４毎に異なる割合で画像光を出射することで、画像の輝度のバラツキを更に低減できる。

このような投影基板１００は、ガラス基板等の表面又は裏面に、入射領域２１０、中間領域２２０、及び出射領域２３０に対応する回折格子を形成することで実現できる。なお、回折格子を形成する溝部は、例えば、レジスト、樹脂等である。したがって、本実施形態に係る投影基板１００は、複雑な光学系を組み込むことなく、予め定められた周期、深さの溝部を領域毎に形成することで簡便に生産できる基板である。

＜眼鏡型端末１０の第２構成例＞
以上において、右目用及び左目用の投影光学系５０にはそれぞれ１つの投影基板１００がフレーム１１０に設けられており、対応する投影部１２０が投影光をそれぞれの投影基板１００の入射領域２１０に照射する眼鏡型端末１０の例を既に説明したが、これに限定されることはない。例えば、１つの投影光学系５０には、複数の投影基板１００が設けられていてもよい。このような眼鏡型端末１０について次に説明する。

図６は、本実施形態に係る眼鏡型端末１０の第２構成例を示す。第２構成例の眼鏡型端末１０において、図１に示された本実施形態に係る眼鏡型端末１０の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第２構成例の眼鏡型端末１０の外観は、図１に示された眼鏡型端末１０とほとんど変わらない外観でよい。

第２構成例の眼鏡型端末１０のフレーム１１０には、複数の投影基板１００が固定されている。この場合、複数の投影基板１００にそれぞれ設けられている出射領域２３０がＸＹ平面と略平行な平面視で少なくとも一部が重なるように、複数の投影基板１００がフレーム１１０に固定されている。図６は、眼鏡型端末１０のフレーム１１０に３つの投影基板１００Ｒ、投影基板１００Ｇ、及び投影基板１００Ｂが固定されており、３つの投影基板１００の出射領域２３０Ｒ、出射領域２３０Ｇ、及び出射領域２３０ＢがＸＹ平面における平面視で重なっている例を示す。

投影部１２０は、複数の投影基板１００のそれぞれに設けられている入射領域２１０に異なる波長の投影光をそれぞれ照射する。これにより、複数の投影基板１００にそれぞれ設けられている出射領域２３０は、投影部１２０から複数の入射領域２１０にそれぞれ照射された投影光に対応する画像光を複数の投影基板１００の第２面からユーザの眼へとそれぞれ出射する。

このような眼鏡型端末１０を装着したユーザは、異なる波長の画像光が重畳された画像を観察することになるので、混色の色を有する画像を観察することができる。図６は、投影部１２０が画像を形成する赤、緑、及び青といったＲＧＢの三原色に対応する３つの投影光を３つの投影基板１００の入射領域２１０にそれぞれ照射する例を示す。そして、３つの投影基板１００は、ＲＧＢの三原色に対応する３つの画像光を重畳してユーザの眼へと出射する。これにより、ユーザは、例えば、２^ｎの複数の色を有する画像を観察することができる。ここで、ｎは、４、８、１６、２４等の正の整数である。

＜眼鏡型端末１０の第３構成例＞
以上の眼鏡型端末１０において、ユーザに向けて射出すべき画像光の一部が、ユーザとは異なる方向に漏れ光として出射してしまうことがあった。例えば、投影基板１００の第２面から射出する画像光の一部が、光導波部２００の回折格子によって投影基板１００の第１面から射出してしまうことがある。この場合、ユーザを見ている人は、ユーザの目が光っているように見えてしまい、不快に感じることがある。そこで、本実施形態に係る眼鏡型端末１０は、このような漏れ光を低減できるように構成されてもよい。このような構成について次に説明する。

図７は、本実施形態に係る眼鏡型端末１０の第３構成例を示す。第３構成例の眼鏡型端末１０において、図１に示された本実施形態に係る眼鏡型端末１０の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。なお、図７は、投影部１２０を省略した図である。第３構成例の眼鏡型端末１０の外観は、図１に示された眼鏡型端末１０とほとんど変わらない外観でよい。

第３構成例の眼鏡型端末１０において、投影光学系５０は、偏光低減板３１０を更に備える。偏光低減板３１０は、投影基板１００の光導波部２００に対して投影基板１００の第１面の側に空気層を介して設けられている。このように、偏光低減板３１０は、光導波部２００の光学特性に影響を与えないように、光導波部２００からは離れて設けられている。

偏光低減板３１０は、光導波部２００の少なくとも一部を覆い、投影基板１００の第１面から漏洩する画像光の偏光方向の光を低減させる。偏光低減板３１０は、出射領域２３０の出射回折格子の少なくとも一部を覆う。これにより、偏光低減板３１０は、出射回折格子から漏洩した画像光を受光することができる。

出射回折格子から漏洩した画像光は、光導波部２００の複数の回折格子を導波した光なので、光導波部２００の構造に対応して一方向に偏光した光になる。そこで、偏光低減板３１０は、投影基板の第１面から漏洩した画像光の偏光方向の光を低減させるように設けられる。

これにより、偏光低減板３１０は、他者が眼鏡型端末１０を装着したユーザを見ても、画像光が気にならない程度以下に、漏洩した画像光の強度を低減させることができる。また、偏光低減板３１０は、漏洩した画像光の偏光方向に対して垂直な偏光方向の光を透過させるので、外界の光を透過してユーザに視認させることができる。

図７は、偏光低減板３１０が、投影基板１００の第１面と対向して設けられている偏光フィルタを有する例を示す。偏光フィルタは、入力した光のうち所定の方向の直線偏光の成分を減衰させる偏光板、偏光フィルム等である。偏光低減板３１０は、フレーム１１０又は投影基板１００に固定されていることが望ましい。なお、偏光低減板３１０は、偏光フィルタが回転可能に設けられており、低減させる光の偏光方向（吸収軸）を調節可能であってもよい。また、偏光低減板３１０は、透明な基板等にコーティングされた偏光膜でもよい。このような偏光低減板３１０について次に説明する。

＜眼鏡型端末１０の第４構成例＞
図８は、本実施形態に係る眼鏡型端末１０の第４構成例を示す。第４構成例の眼鏡型端末１０において、図１及び図７に示された本実施形態に係る眼鏡型端末１０の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第４構成例の眼鏡型端末１０の外観は、図１に示された眼鏡型端末１０とほとんど変わらない外観でよい。

第４構成例の眼鏡型端末１０において、偏光低減板３１０は、保護基板３２０と偏光膜３３０とを備える。保護基板３２０は、投影基板１００の第１面と対向して設けられている。保護基板３２０は、ガラス基板、プラスチック基板等の少なくとも可視光に対して透明な基板である。

偏光膜３３０は、保護基板３２０の投影基板１００とは反対側の第３面及び投影基板１００に対向する第４面のうち少なくとも一方にコーティングされている。図８は、偏光膜３３０が保護基板３２０の第３面にコーティングされている例を示す。

偏光膜３３０は、偏光フィルタと同様に、入力した光のうち所定の方向の直線偏光の成分を減衰させる薄膜である。偏光膜３３０は、保護基板３２０の一部又は全部にコーティングされていてもよい。

このように保護基板３２０及び偏光膜３３０を有する偏光低減板３１０も、図７で説明した偏光低減板３１０と同様に、出射回折格子から漏洩した画像光の強度を低減させることができ、また、外界の光を透過してユーザに視認させることができる。保護基板３２０は、フレーム１１０又は投影基板１００に固定されていることが望ましい。また、保護基板３２０は、回転可能に設けられており、偏光低減板３１０の吸収軸の方向を調節可能に構成されていてもよい。

以上の本実施形態に係る眼鏡型端末１０は、簡便な構成でユーザに観察させる画像光の漏れ光を低減できる。なお、眼鏡型端末１０において、偏光低減板３１０の透過軸が調節可能である例を説明したが、これに限定されることはない。これに代えて、又はこれに加えて、眼鏡型端末１０は、画像光の偏光方向が調節可能に構成されていてもよい。

例えば、投影部１２０は、入射領域２１０に照射する投影光の偏光方向を調節する偏光調節部を有する。偏光調節部は、例えば、直線偏光の偏光方向を回転させる波長板等を有する。偏光調節部は、投影基板１００の第１面から漏洩する画像光の偏光方向と、偏光低減板３１０が光の強度を低減させる偏光方向とを略一致させるように調節する。このような投影部１２０は、光導波部２００において投影光を効率よく導波させつつ、偏光低減板３１０で適切に漏洩光を低減させるように、当該投影光の偏光方向を調節できる。

また、偏光調節部は、出射回折格子から漏洩した画像光の偏光方向が水平方向になるように、投影光の偏光方向を調節してもよい。この場合、偏光低減板３１０の吸収軸は水平方向と略一致させる。すると、外界からの光のうち水平方向の光は偏光低減板３１０によって低減することになる。これにより、眼鏡型端末１０は、水面等の水平面からの反射光を低減させる偏光眼鏡として機能することもできる。

以上の第３構成例及び第４構成例の眼鏡型端末１０は、図６で説明したように、投影光学系５０が複数の投影基板１００を備え、異なる波長の複数の画像光が重畳された画像をユーザに観察させてもよい。この場合、複数の画像光の偏光方向が略一致していることが望ましい。

偏光低減板３１０は、複数の投影基板１００のユーザとは反対側に設けられていることが望ましい。図６は、投影光学系５０が３枚の投影基板１００と、３枚の投影基板１００のユーザとは反対側に設けられている１枚の偏光低減板３１０とを有する例を示している。

この場合においても、投影部１２０は、入射領域２１０に照射する複数の投影光のうち少なくとも１つの投影光の偏光方向を調節する偏光調節部を有してよい。そして、偏光調節部は、投影基板１００の第１面から漏洩する画像光に含まれている複数の投影光のうち少なくとも１つの投影光の偏光方向と、偏光低減板３１０が光の強度を低減させる偏光方向とを略一致させるように調節する。これにより、投影部１２０は、光導波部２００において少なくとも１つの投影光を効率よく導波させつつ、偏光低減板３１０で適切に当該投影光に対応する漏洩光を低減させるように当該投影光の偏光方向を調節できる。

なお、投影部１２０は、入射領域２１０に照射する複数の投影光に対応して、複数の投影光の偏光方向を調節する偏光調節部を複数有してもよい。この場合、投影部１２０は、光導波部２００において複数の投影光を効率よく導波させつつ、偏光低減板３１０で適切に複数の投影光に対応する漏洩光を低減させるように複数の投影光の偏光方向を調節できる。

以上の本実施形態に係る眼鏡型端末１０において、投影基板１００の光導波部２００が入射領域２１０、中間領域２２０、及び出射領域２３０を有する例を説明したが、これに限定されることはない。光導波部２００は、投影部１２０から入射した投影光をユーザに観察させるための画像光として出力できればよく、入射領域２１０、中間領域２２０、及び出射領域２３０の形状等は他の形状であってもよい。また、光導波部２００は、例えば、入射領域２１０及び出射領域２３０を有し、中間領域２２０を有さない構成であってもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１０ 眼鏡型端末
２０ 入力光線
３０ 出力光線束
５０ 投影光学系
１００ 投影基板
１１０ フレーム
１２０ 投影部
２００ 光導波部
２１０ 入射領域
２１２ 第１溝部
２２０ 中間領域
２２２ 第２溝部
２２４ 第１分割領域
２２６ 第１反射領域
２３０ 出射領域
２３２ 第３溝部
２３４ 第２分割領域
２３６ 第２反射領域
３１０ 偏光低減板
３２０ 保護基板
３３０ 偏光膜

Claims (6)

1. ユーザが装着する眼鏡型端末であって、
   光導波部（optical waveguide）を有し、第１面から入射した光の少なくとも一部を前記第１面の反対側の第２面へと透過させつつ、前記第２面に画像光を投影させるための投影基板と、
   前記光導波部に対して前記投影基板の前記第１面の側に空気層を介して設けられており、前記光導波部の少なくとも一部を覆い、前記投影基板の前記第１面から漏洩する前記画像光の偏光方向の光を低減させる偏光低減板と
   を有し、
   前記光導波部は、前記画像光を投影させるための投影光の少なくとも一部を導波して、前記第２面から前記画像光として出射する、
   投影光学系と、
   前記投影基板を固定しているフレームと、
   前記フレームに設けられており、前記光導波部の出射領域に前記画像光を投影させるための前記投影光を前記投影基板の前記光導波部の入射領域に照射する投影部と
   を備え、
   前記投影光学系は、前記ユーザの右眼用のレンズ及び左眼用レンズのうち少なくとも一方として設けられており、前記第１面から入射する少なくとも一部の光を前記ユーザの眼へと透過させつつ、前記第２面に前記画像光を投影させ、
   前記投影部は、前記入射領域に照射する前記投影光の偏光方向を調節する偏光調節部を有し、
   前記偏光調節部は、当該投影基板の前記第１面から漏洩する前記画像光の偏光方向と、前記偏光低減板が光の強度を低減させる偏光方向とを一致させるように調節する、
   眼鏡型端末。
2. ユーザが装着する眼鏡型端末であって、
   光導波部（optical waveguide）を有し、第１面から入射した光の少なくとも一部を前記第１面の反対側の第２面へと透過させつつ、前記第２面に画像光を投影させるための投影基板と、
   前記光導波部に対して前記投影基板の前記第１面の側に空気層を介して設けられており、前記光導波部の少なくとも一部を覆い、前記投影基板の前記第１面から漏洩する前記画像光の偏光方向の光を低減させる偏光低減板と
   を有し、
   前記光導波部は、前記画像光を投影させるための投影光の少なくとも一部を導波して、前記第２面から前記画像光として出射する、
   投影光学系と、
   前記投影基板を固定しているフレームと、
   前記フレームに設けられており、前記光導波部の出射領域に前記画像光を投影させるための前記投影光を前記投影基板の前記光導波部の入射領域に照射する投影部と
   を備え、
   前記投影光学系は、前記ユーザの右眼用のレンズ及び左眼用レンズのうち少なくとも一方として設けられており、前記第１面から入射する少なくとも一部の光を前記ユーザの眼へと透過させつつ、前記第２面に前記画像光を投影させ、
   前記フレームには、複数の前記投影基板が固定されており、
   前記偏光低減板は、複数の前記投影基板の前記ユーザとは反対側に設けられており、
   前記投影部は、複数の前記投影基板のそれぞれに設けられている前記入射領域に異なる波長の前記投影光をそれぞれ照射し、
   複数の前記投影基板にそれぞれ設けられている前記出射領域は、平面視で少なくとも一部が重なっており、前記投影部から複数の前記入射領域にそれぞれ照射された前記投影光に対応する前記画像光を複数の前記投影基板の前記第２面から前記ユーザの眼へとそれぞれ出射し、
   前記投影部は、前記入射領域に照射する複数の前記投影光のうち少なくとも１つの前記投影光の偏光方向を調節する偏光調節部を有し、
   前記偏光調節部は、複数の前記投影基板のそれぞれの前記第１面から漏洩する複数の前記画像光のうち、前記偏光調節部が偏光方向を調節した少なくとも１つの前記投影光に対応する前記画像光の偏光方向と、前記偏光低減板が光の強度を低減させる偏光方向とを一致させるように調節する、
   眼鏡型端末。
3. 前記偏光低減板は、前記投影基板の前記第１面と対向して設けられている偏光フィルタを有する、請求項１に記載の眼鏡型端末。
4. 前記偏光低減板は、
   前記投影基板の前記第１面と対向して設けられている保護基板と、
   前記保護基板の前記投影基板とは反対側の第３面及び前記投影基板に対向する第４面のうち少なくとも一方にコーティングされている偏光膜と
   を有する、請求項１に記載の眼鏡型端末。
5. 前記光導波部は、
   入射回折格子を有し、前記画像光を投影させるための前記投影光が入射し、入射した前記投影光を当該投影基板の内部に導波する前記入射領域と、
   出射回折格子を有し、前記入射領域から入射した前記投影光の少なくとも一部を導波して前記第２面から前記画像光として出射する前記出射領域と
   を有し、
   前記偏光低減板は、前記出射回折格子の少なくとも一部を覆う、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の眼鏡型端末。
6. 前記光導波部は、中間回折格子を含み、前記入射領域から入射した前記投影光の一部を前記出射領域に向けて導波する中間領域を更に有し、
   前記入射回折格子は、複数の第１溝部が第１周期で形成されており、
   前記中間回折格子は、複数の第２溝部が第２周期で形成されており、
   前記出射回折格子は、複数の第３溝部が第３周期で形成されている、
   請求項５に記載の眼鏡型端末。
   

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