KR102606084B1 - 광학 장치, 화상 표시 장치 및 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은, 높은 화질의 화상을 제공할 수 있는 광학 장치, 화상 표시 장치 및 표시 장치를 제공하는 것에 있다. 본 발명의 광학 장치는, 제1 면 내지 제6 면을 갖고, 제1 편향 수단(41)을 구비한 제1 도광 부재(40)와, 제7 면 내지 제12 면을 갖고, 제2 편향 수단(51)을 구비한 제2 도광 부재(50)를 구비하고 있고； 제1, 3면(40A, 40C)은 평행이고； 제1, 3면(40A, 40C)과 직교하는 제2, 4면(40B, 40D)은 평행이고； 제7, 9면(50A, 50C)은 XY평면과 평행이고； 제5 면(40 E)으로부터 입사한 광은, 제1 도광 부재(40)의 내부를 전반사하여, 제1 편향 수단(41)에 의해 편향되어, 제3 면(40 C)으로부터 출사되고, 제8 면(50 B)으로 입사하여, 제7 면(50 A)과 제9 면(50 C)의 사이에서 전반사되고, 제2 편향 수단(51)에 의해 편향되어, 제7 면(50 A)으로부터 출사되고； 제1 편향 수단(41)은, 복수의 제1 반투과층(42)이 이격되어 평행하게 배치되어 이루어지고； 제1 반투과층(42)의 법선을 XZ, XY평면에 투영했을 때의 X축과 이루는 각도를 α,β로 했을 때, α,β의 값은 0도를 초과하는 값이다.
Description
본 개시는, 광학 장치, 이러한 광학 장치를 구비한 화상 표시 장치 및 이러한 화상 표시 장치를 구비한 표시 장치, 보다 구체적으로는, 헤드 마운트 디스플레이(HMD, Head Mounted Display)에 이용되는 표시 장치에 관한 것이다.
최근, 관찰자의 눈 앞에 배치한 광학 장치에 화상 형성 장치로부터의 화상을 표시시키는 헤드 마운트 디스플레이(HMD)의 개발이 활발히 진행되고 있다. 그리고, 다양한 형식의 헤드 마운트 디스플레이가 검토되고 있는데, 헤드 마운트 디스플레이에 대해 한층 더 리얼리티가 있는 화상을 제공하기 위해 표시 화상의 광화각화가 강하게 요구되고 있다. 이러한 요구에 대처하기 위하여, 광학 장치를 구성하는 도광판에 2개의 편향 수단을 배치한 헤드 마운트 디스플레이가, 예를 들면, 일본특허공표 제2005-521099호 공보의 도 16으로부터 알려져 있다. 이 헤드 마운트 디스플레이에 있어서는, 이 특허공표공보의 단락 번호 [0059]에 기재된 바와 같이 입력파가 제1 반사면(16a)에 의해 제1 LOE(20a) 내로 결합되어 ξ축을 따라 전파된다. 선택적 반사면(22a)은 광을 20a 밖으로 결합하고, 그 후, 이 광은 제2 반사면(16b)에 의해 제2 LOE(20b) 내로 결합된다. 그리고, 이 광은 η축을 따라 전파된 후, 선택적 반사면(22b)에 의해 20b 밖으로 결합된다.
그러나, 상기 특허공표공보에 개시된 기술에 있어서는, 제1 LOE(20a)로부터 제2 LOE(20b)를 향하여 출사되는 광에 미광(迷光)이 포함되어, 낮은 화질의 화상밖에 얻을 수 없는 문제가 있다.
따라서, 본 개시의 목적은, 높은 화질의 화상을 제공할 수 있는 광학 장치, 이러한 광학 장치를 구비한 화상 표시 장치 및 이러한 화상 표시 장치를 구비한 표시 장치를 제공하는 것에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 개시의 광학 장치는,
제1 면, 제2 면, 제1 면과 대향한 제3 면, 제2 면과 대향한 제4 면, 제5 면 및 제5 면과 대향한 제6 면을 갖고, 내부에 제1 편향 수단을 구비한 제1 도광 부재 및
제7 면, 제8 면, 제7 면과 대향한 제9 면, 제8 면과 대향한 제10 면, 제11 면 및 제11 면과 대향한 제12 면을 갖고, 내부에 제2 편향 수단을 구비한 제2 도광 부재를 구비하고 있고,
제1 면 및 제3 면은 평행이고,
제2 면 및 제4 면은 평행이면서, 또한, 제1 면 및 제3 면과 직교하고 있고,
제7 면 및 제9 면은, XYZ 직교 좌표계에 있어서의 XY평면과 평행이고,
제5 면으로부터 입사한 광은, 제1 도광 부재의 내부를 전반사하여, 제1 편향 수단에 의해 편향되어, 제3 면으로부터 출사되고, 제3 면과 이격되어 배치된 제8 면으로 입사하여, 제7 면과 제9 면의 사이에서 전반사되고, 제2 편향 수단에 의해 편향되어, 제7 면으로부터 출사되고,
제1 편향 수단은, 복수의 제1 반투과층이 이격되어 평행하게 배치되어 이루어지고,
제1 반투과층의 법선을 XZ평면에 투영했을 때의 X축과 이루는 각도를 α로 했을 때, α의 값은 0도를 초과하는 값이고,
제1 반투과층의 법선을 XY평면에 투영했을 때의 X축과 이루는 각도를 β로 했을 때, β의 값은 0도를 초과하는 값이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 개시의 제1 양태 또는 제2 양태에 관한 화상 표시 장치는, 화상 형성 장치 및 광학 장치를 구비하고 있고, 광학 장치는 상기의 본 개시의 광학 장치로 이루어지고, 또는, 화상 표시 장치는, 화상 형성 장치 및 상기의 본 개시의 광학 장치를 구비하고 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 개시의 제1 양태 또는 제2 양태에 관한 표시 장치는,
관찰자의 헤드에 장착되는 프레임 및 프레임에 장착된 화상 표시 장치를 구비하고 있고,
화상 표시 장치는, 화상 형성 장치 및 광학 장치를 구비하고 있고,
광학 장치는, 상기의 본 개시의 광학 장치로 이루어지고, 또는, 표시 장치는,
관찰자의 헤드에 장착되는 프레임 및 프레임에 장착된 화상 표시 장치를 구비하고 있고,
화상 표시 장치는, 화상 형성 장치 및 상기의 본 개시의 광학 장치를 구비하고 있다.
본 개시의 광학 장치, 본 개시의 제1 양태 ~ 제2 양태와 관련되는 화상 표시 장치를 구성하는 광학 장치, 또는, 본 개시의 제1 양태 ~ 제2 양태와 관련되는 표시 장치를 구성하는 광학 장치(이하, 이들 광학 장치를 총칭하여, "본 개시의 광학 장치 등"이라고 칭함)에 있어서는, α의 값은 0도를 초과하는 값이고, β의 값도 0도를 초과하는 값이므로, 제1 도광 부재로부터 출사되는 광(화상)에 미광이 포함되는 것을 억제(저하)시킬 수 있는 결과, 고화질의 화상을 제공할 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시이며 한정되는 것은 아니고, 또한, 부가적인 효과가 있어도 된다.
[도 1] 도 1은, 실시예 1의 광학 장치에 있어서의 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재의 배치를, 광의 거동과 함께 모식적으로 나타내는 도면이다.
[도 2] 도 2A는, 도 1에 나타내는 실시예 1의 광학 장치에 있어서의 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재의 배치를 모식적으로 나타내는 도면이고, 도 2B는, 도 2A의 흰색의 화살표의 방향으로부터 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재를 바라보았을 때의 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재의 측면도이고, 도 2C는, 도 2A의 검은색의 화살표의 방향으로부터 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재를 바라보았을 때의 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재의 측면도이다.
[도 3] 도 3은, 도 1에 나타내는 실시예 1의 광학 장치를 양안(兩眼)형의 표시 장치에 적용했을 때의 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재의 배치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
[도 4] 도 4A 및 도 4B는, 실시예 1 및 실시예 2의 표시 장치에 있어서의 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재의 배치 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
[도 5] 도 5A, 도 5B 및 도 5C는, 각도 α에 의존하여 미광에 의한 화상의 형성이 어떻게 변화하는지를 설명하기 위한 도면이다.
[도 6] 도 6A 및 도 6B는, 실시예 1의 광학 장치에 있어서, 각도 α 및 각도 β를 변화시켰을 때의 제1 도광 부재로부터 출사되는 유효 시야 범위를 시야 대각값(단위： 도)을 평가한 결과를 나타내는 도면이다.
[도 7] 도 7A 및 도 7B는, 실시예 1의 광학 장치에 있어서, 각도 α 및 각도 β를 변화시켰을 때의 제1 도광 부재로부터 출사되는 유효 시야 범위를 시야 대각값(단위: 도)을 평가한 결과를 나타내는 도면이다.
[도 8] 도 8의 (A), (B), (C), (D), (E) 및 (F)는, 실시예 1의 광학 장치에 있어서, 제1 도광 부재를 구성하는 재료의 굴절률 n을 변화시켰을 때의 제1 도광 부재로부터 출사되는 유효 시야 범위를 평가한 결과를 나타내는 도면이다.
[도 9] 도 9는, 실시예 1의 표시 장치를 위에서 바라본 모식도이다.
[도 10] 도 10은, 실시예 1의 표시 장치를 정면에서 바라본 모식도이다.
[도 11] 도 11A 및 도 11D는, 실시예 1의 표시 장치 및 변형예를 측면에서 바라본 모식도이고, 도 11B 및 도 11C는, 제1 도광 부재 등의 모식적인 단면도이다.
[도 12] 도 12A, 도 12B 및 도 12C는, 본 개시의 표시 장치 또는 화상 표시 장치에 있어서 화상 표시 장치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
[도 13] 도 13은, 실시예 2의 광학 장치에 있어서 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재의 배치를, 광의 거동, 화상 형성 장치, 관찰자와 함께 모식적으로 나타내는 도면이다.
[도 14] 도 14는, 도 13에 나타내는 실시예 2의 광학 장치에 있어서의 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재의 배치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
[도 15] 도 15A 및 도 15B는, 실시예 3 및 실시예 1의 광학 장치를 구성하는 제1 도광 부재와 화상 얼룩의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
[도 16] 도 16은, 실시예 3의 광학 장치를 구성하는 제2 도광 부재의 광입사 부분의 모식적인 단면도이다.
[도 17] 도 17A, 도 17B 및 도 17C는, 실시예 3의 광학 장치를 구성하는 제1 도광 부재의 모식적인 투시도이다.
[도 18] 도 18A 및 도 18B는, 실시예 1의 광학 장치 및 실시예 3의 광학 장치를 구성하는 제1 도광 부재의 광입사면의 모식도 및 화상 얼룩의 모식도이다.
[도 19] 도 19A 및 도 19B는, 실시예 3의 광학 장치의 변형예를 구성하는 제1 도광 부재의 광입사면의 모식도 및 화상 얼룩의 모식도이다.
[도 20] 도 20은, 실시예 4의 광학 장치를 구성하는 제1 도광 부재의 광입사 부분의 모식적인 단면도이다.
[도 21] 도 21은, 실시예 1의 광학 장치를 구성하는 제1 도광 부재의 광입사 부분의 모식적인 단면도이다.
[도 22] 도 22의 (A) 및 (B)는, 실시예 5의 광학 장치의 제1 도광 부재에 있어서 각 에어리어의 광의 출사 상태 및 반사각과 광 반사율의 관계를 나타내는 도면이다.
[도 2] 도 2A는, 도 1에 나타내는 실시예 1의 광학 장치에 있어서의 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재의 배치를 모식적으로 나타내는 도면이고, 도 2B는, 도 2A의 흰색의 화살표의 방향으로부터 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재를 바라보았을 때의 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재의 측면도이고, 도 2C는, 도 2A의 검은색의 화살표의 방향으로부터 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재를 바라보았을 때의 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재의 측면도이다.
[도 3] 도 3은, 도 1에 나타내는 실시예 1의 광학 장치를 양안(兩眼)형의 표시 장치에 적용했을 때의 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재의 배치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
[도 4] 도 4A 및 도 4B는, 실시예 1 및 실시예 2의 표시 장치에 있어서의 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재의 배치 상태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
[도 5] 도 5A, 도 5B 및 도 5C는, 각도 α에 의존하여 미광에 의한 화상의 형성이 어떻게 변화하는지를 설명하기 위한 도면이다.
[도 6] 도 6A 및 도 6B는, 실시예 1의 광학 장치에 있어서, 각도 α 및 각도 β를 변화시켰을 때의 제1 도광 부재로부터 출사되는 유효 시야 범위를 시야 대각값(단위： 도)을 평가한 결과를 나타내는 도면이다.
[도 7] 도 7A 및 도 7B는, 실시예 1의 광학 장치에 있어서, 각도 α 및 각도 β를 변화시켰을 때의 제1 도광 부재로부터 출사되는 유효 시야 범위를 시야 대각값(단위: 도)을 평가한 결과를 나타내는 도면이다.
[도 8] 도 8의 (A), (B), (C), (D), (E) 및 (F)는, 실시예 1의 광학 장치에 있어서, 제1 도광 부재를 구성하는 재료의 굴절률 n을 변화시켰을 때의 제1 도광 부재로부터 출사되는 유효 시야 범위를 평가한 결과를 나타내는 도면이다.
[도 9] 도 9는, 실시예 1의 표시 장치를 위에서 바라본 모식도이다.
[도 10] 도 10은, 실시예 1의 표시 장치를 정면에서 바라본 모식도이다.
[도 11] 도 11A 및 도 11D는, 실시예 1의 표시 장치 및 변형예를 측면에서 바라본 모식도이고, 도 11B 및 도 11C는, 제1 도광 부재 등의 모식적인 단면도이다.
[도 12] 도 12A, 도 12B 및 도 12C는, 본 개시의 표시 장치 또는 화상 표시 장치에 있어서 화상 표시 장치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
[도 13] 도 13은, 실시예 2의 광학 장치에 있어서 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재의 배치를, 광의 거동, 화상 형성 장치, 관찰자와 함께 모식적으로 나타내는 도면이다.
[도 14] 도 14는, 도 13에 나타내는 실시예 2의 광학 장치에 있어서의 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재의 배치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
[도 15] 도 15A 및 도 15B는, 실시예 3 및 실시예 1의 광학 장치를 구성하는 제1 도광 부재와 화상 얼룩의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
[도 16] 도 16은, 실시예 3의 광학 장치를 구성하는 제2 도광 부재의 광입사 부분의 모식적인 단면도이다.
[도 17] 도 17A, 도 17B 및 도 17C는, 실시예 3의 광학 장치를 구성하는 제1 도광 부재의 모식적인 투시도이다.
[도 18] 도 18A 및 도 18B는, 실시예 1의 광학 장치 및 실시예 3의 광학 장치를 구성하는 제1 도광 부재의 광입사면의 모식도 및 화상 얼룩의 모식도이다.
[도 19] 도 19A 및 도 19B는, 실시예 3의 광학 장치의 변형예를 구성하는 제1 도광 부재의 광입사면의 모식도 및 화상 얼룩의 모식도이다.
[도 20] 도 20은, 실시예 4의 광학 장치를 구성하는 제1 도광 부재의 광입사 부분의 모식적인 단면도이다.
[도 21] 도 21은, 실시예 1의 광학 장치를 구성하는 제1 도광 부재의 광입사 부분의 모식적인 단면도이다.
[도 22] 도 22의 (A) 및 (B)는, 실시예 5의 광학 장치의 제1 도광 부재에 있어서 각 에어리어의 광의 출사 상태 및 반사각과 광 반사율의 관계를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여, 실시예에 기초하여 본 개시를 설명하지만, 본 개시는 실시예로 한정되는 것은 아니고, 실시예에 있어서의 다양한 수치나 재료는 예시이다. 설명은, 이하의 순서로 행한다.
1. 본 개시의 광학 장치, 본 개시의 제1 양태 ~ 제2 양태와 관련되는 화상 표시 장치, 본 개시의 제1 양태 ~ 제2 양태와 관련되는 표시 장치, 전반에 관한 설명
2. 실시예 1(본 개시의 광학 장치, 본 개시의 제1 양태 ~ 제2 양태와 관련되는 화상 표시 장치, 본 개시의 제1 양태 ~ 제2 양태와 관련되는 표시 장치)
3. 실시예 2(실시예 1의 변형)
4. 실시예 3(실시예 1 ~ 실시예 2의 변형)
5. 실시예 4(실시예 1 ~ 실시예 3의 변형)
6. 실시예 5(실시예 1 ~ 실시예 4의 변형)
7. 기타
본 개시의 광학 장치 등에 있어서, 제1 도광 부재에는,
제1 면 및 제3 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막이 배치되어 있거나, 또는,
제2 면 및 제4 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막이 배치되어 있거나, 또는,
제1 면 및 제3 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막 및 제2 면 및 제4 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막이 배치되어 있는 구성으로 할 수 있다. 그리고, 이 경우, 제1 도광 부재의 내부에 제1 면 및 제3 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막은, 제1 면 및 제3 면과 등거리에 위치하는 영역의 일부에 배치되어 있는 구성으로 할 수 있다. 또는, 제1 도광 부재에 제1 면 및 제3 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막은, 제1 면 상의 일부의 영역 또는 제3 면 상의 일부의 영역에 배치되어 있는 구성으로 할 수 있다. 또는, 제1 도광 부재의 내부에 제2 면 및 제4 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막은, 제2 면 및 제4 면과 등거리에 위치하는 영역의 일부에 배치되어 있는 구성으로 할 수 있다. 또는, 제1 도광 부재에 제2 면 및 제4 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막은, 제2 면 상의 일부의 영역 또는 제4 면 상의 일부의 영역에 배치되어 있는 구성으로 할 수 있다. 그리고, 이와 같이, 제1 도광 부재에 반투과 미러막을 배치함으로써, 제1 도광 부재의 제3 면으로부터 출사되는 화상에 얼룩(명암 또는 농담)이 생기는 것을 방지할 수 있다. 반투과 미러막을, 제1 면 상의 일부의 영역 또는 제3 면 상의 일부의 영역에 배치하는 경우, 또는, 제2 면 상의 일부의 영역 또는 제4 면 상의 일부의 영역에 배치하는 경우, 제1 도광 부재와 접하지 않은 반투과 미러막의 면 상에는 보호 부재가 배치되어 있는 것이 바람직하다. 보호 부재는, 후술하는 도광 부재를 구성하는 재료로부터 적절히 선택하면 된다. 또한, 반투과 미러막을 배치하는 경우이어도, 반투과 미러막을 배치하지 않는 경우이어도, 제1 도광 부재의 제1 면, 제2 면, 제3 면 및 제4 면의 적어도 1면, 전체는, 보호 부재에 의해 피복되고 있는 것이 바람직하다.
상기 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시의 광학 장치 등에 있어서, 제2 도광 부재에는, 제7 면 및 제9 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막이 배치되어 있는 구성으로 할 수 있다. 그리고, 이 경우, 제2 도광 부재의 내부에 제7 면 및 제9 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막은, 제7 면 및 제9 면과 등거리에 위치하는 영역의 일부에 배치되어 있는 구성으로 할 수 있고, 또는, 제2 도광 부재에 제7 면 및 제9 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막은, 제7 면 상의 일부의 영역 또는 제9 면 상의 일부의 영역에 배치되어 있는 구성으로 할 수 있다. 그리고, 이와 같이, 제2 도광 부재에 반투과 미러막을 배치함으로써, 제2 도광 부재의 제7 면으로부터 출사되는 화상에 얼룩(명암 또는 농담)이 생기는 것을 방지할 수 있다. 반투과 미러막을, 제7 면 상의 일부의 영역 또는 제9 면 상의 일부의 영역에 배치하는 경우, 제2 도광 부재와 접하지 않은 반투과 미러막의 면 상에는 보호 부재가 배치되어 있는 것이 바람직하다. 보호 부재는, 후술하는 도광 부재를 구성하는 재료로부터 적절히 선택하면 된다. 또한, 반투과 미러막을 배치하는 경우이어도, 반투과 미러막을 배치하지 않는 경우이어도, 제2 도광 부재의 제7 면 및 제9 면의 적어도 1면, 전체는, 보호 부재에 의해 피복되어 있는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 각종 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시의 광학 장치 등에 있어서는, 제1 도광 부재에 있어서, 제5 면의 근방에는, 제5 면으로 입사하는 광의 단면적을 확대시키는 단면적확대부가 배치되어 있는 구성으로 할 수 있고, 나아가, 이상에서 설명한 각종 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시의 광학 장치 등에 있어서는, 제2 도광 부재에 있어서, 제8 면의 근방에는, 제8 면으로 입사하는 광의 단면적을 확대시키는 제2 단면적확대부가 배치되어 있는 구성으로 할 수 있다. 이와 같이, 단면적확대부를 배치함으로써, 제1 도광 부재의 두께를 얇게 하는 것이 가능해지고, 제2 도광 부재의 두께를 얇게 하는 것이 가능해진다. 또한, 제1 도광 부재로 입사하는 광선속 폭을 넓히는 것이 가능해지고, 제2 도광 부재로 입사하는 광선속 폭을 넓히는 것이 가능해진다. 단면적확대부는, 예를 들면, 제1 도광 부재의 광입사부(제5 면)나 제2 도광 부재의 광입사부(제8 면)의 근방에 프리즘 부재를 조립함으로써 구성할 수 있고, 또는, 제1 도광 부재의 광입사부(제5 면)나 제2 도광 부재의 광입사부(제8 면)를 프리즘 형상으로 가공함으로써 형성할 수 있다. 즉, 단면적확대부는, 프리즘 형상의 제1 도광 부재의 제5 면으로 이루어지고, 또한, 제2 단면적확대부는, 프리즘 형상의 제2 도광 부재의 제8 면으로 이루어지는 구성으로 할 수 있다. 또는, 단면적확대부의 광입사면의 경사각(YZ평면과 단면적확대부의 광입사면이 이루는 각도)의 값은, 제1 도광 부재의 제5 면의 경사각(YZ평면과 제5 면이 이루는 각도)의 값보다 작은(또는, 제1 도광 부재의 제5 면의 경사각의 값과 다른) 형태로 할 수 있고, 제2 단면적확대부의 광입사면의 경사각(XZ평면과 제2 단면적확대부의 광입사면이 이루는 각도)의 값은, 제2 도광 부재의 제8 면의 경사각(XZ평면과 제8 면이 이루는 각도)의 값과 다른(또는, 제2 도광 부재의 제8 면의 경사각의 값보다 작은) 형태로 할 수 있다. 화상 형성 장치의 중심부로부터 출사된 광은, 제1 도광 부재의 제5 면에 수직으로(단면적확대부가 배치되어 있는 경우에는, 단면적확대부의 광입사면에 수직으로) 입사하는 것이 바람직하다. 또한, 화상 형성 장치의 중심부로부터 출사된 광이, 제1 도광 부재 내에서 도광되어, 제1 도광 부재의 제3 면으로부터 출사되고, 제2 도광 부재의 제8 면에 수직으로(제2 단면적확대부가 배치되어 있는 경우에는, 제2 단면적확대부의 광입사면에 수직으로) 입사하는 것이 바람직하다.
나아가, 이상에서 설명한 각종 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시의 광학 장치 등에 있어서, 제2 편향 수단은, 복수의 제2 반투과층이 이격되어 평행하게 배치되어 이루어지는 형태로 할 수 있고, 이 경우, 제1 반투과층은 유전체 다층막으로 이루어지고, 제2 반투과층은 유전체 다층막으로 이루어지는 형태로 할 수 있다.
나아가, 이상에서 설명한 각종 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시의 광학 장치 등에 있어서, 제1 편향 수단을 구성하는 복수의 제1 반투과층에 있어서는, 제5 면에서 먼 곳에 위치하는 제1 반투과층은, 제5 면에서 가까운 곳에 위치하는 제1 반투과층보다 높은 광반사율(낮은 광투과율)을 갖는 형태로 할 수 있다. 그리고, 이러한 형태로 함으로써, 제1 도광 부재의 제3 면으로부터 출사되는 화상의 밝기의 균일화를 도모할 수 있다. 마찬가지로, 제2 편향 수단을 구성하는 복수의 제2 반투과층에 있어서는, 제8 면에서 먼 곳에 위치하는 제2 반투과층은, 제8 면에서 가까운 곳에 위치하는 제2 반투과층보다 높은 광반사율(낮은 광투과율)을 갖는 형태로 할 수 있다. 그리고, 이러한 형태로 함으로써, 제2 도광 부재의 제7 면으로부터 출사되는 화상의 밝기의 균일화를 도모할 수 있다. 또는, 제1 반투과층은, 제5 면으로부터의 거리에 의존하여, 제1 반투과층의 법선과 제1 반투과층에 의해 반사되는 광선이 이루는 각도(반사각)와 광반사율의 관계가 규정되어 있는 형태로 할 수 있고, 제2 편향 수단은, 복수의 제2 반투과층이 이격되어 평행하게 배치되어 이루어지고, 제2 반투과층은, 제8 면으로부터의 거리에 의존하여, 제2 반투과층의 법선과 제2 반투과층에 의해 반사되는 광선이 이루는 각도(반사각)와 광반사율의 관계가 규정되어 있는 형태로 할 수 있다.
나아가, 이상에서 설명한 각종 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시의 광학 장치 등에 있어서, 한정되는 것은 아니지만,
20(도)≤α≤30(도)
55(도)≤β≤65(도)
를 만족하는 것이 바람직하다.
나아가, 이상에서 설명한 각종의 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시의 광학 장치 등에 있어서, 제3 면과 제8 면은 평행인 구성으로 할 수 있다. 제3 면과 제8 면의 사이에는 공기층이 존재하는 형태로 할 수도 있고, 제3 면과 제8 면은 접착제를 이용하여 접착되어 있는 형태로 할 수도 있다. 제3 면과 제8 면을 접착제를 이용하여 접착하는 경우, 제1 도광 부재 내를 전파하는 광이 제3 면과 접착제의 계면에서 전반사하도록, 제1 도광 부재를 구성하는 재료의 굴절률의 값보다 접착제를 구성하는 재료의 굴절률의 값이 작은 것이 요구된다.
제1 도광 부재의 제1 면 및 제3 면과 XZ평면은 0도의 각도로 교차하고, 제2 면 및 제4 면과 XY평면은 0도의 각도로 교차하는 구성으로 할 수 있고, 제3 면과 XZ평면은 0도 이외의 각도(γ)로 교차하고, 제2 면 및 제4 면과 XY평면은 0도 이외의 각도(γ)로 교차하는 구성으로 할 수 있다.
이상에서 설명한 각종의 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시의 광학 장치 등에 있어서, 제1 도광 부재의 내부를 전반사에 의해 전파한 평행광이 복수 회에 걸쳐 반사(또는 회절)되어, 제1 도광 부재로부터 평행광 상태로 출사된다. 마찬가지로, 제2 도광 부재의 내부를 전반사에 의해 전파한 평행광이 복수 회에 걸쳐 반사(또는 회절)되어, 제2 도광 부재로부터 평행광의 상태로 출사된다.
제1 도광 부재 및 제2 도광 부재는, 간격을 두고, 지지 부재에 고정되어 있다. 즉, 이들 도광 부재와 지지 부재(31)의 사이에는 공간이 설치되어 있다.
제1 도광 부재, 제2 도광 부재, 지지 부재 및 보호 부재를 구성하는 재료로서, 석영 글래스나 BK7 등의 광학 글래스를 포함하는 글래스, 또는, 플라스틱 재료(예를 들면, PMMA, 폴리카보네이트 수지, 아크릴계 수지, 비정성(非晶性)의 폴리프로필렌계 수지, AS 수지를 포함하는 스틸렌계 수지)를 들 수 있다. 제1 도광 부재의 외형 형상으로서 봉 형상(구체적으로는, 제1 도광 부재의 축선과 직교하는 가상 평면에서 제1 도광 부재를 절단했을 때의 단면 형상이 사각형)을 들 수 있고, 제2 도광 부재의 외형 형상으로서 평판 형상(전반사면의 법선 방향이 두께 방향)을 들 수 있다. 제1 도광 부재, 제2 도광 부재를 구성하는 재료의 굴절률은 1.5 이상, 바람직하게는 1.6 이상인 것이 바람직하다. 굴절률이 1.5 이상의 재료로서 BK7, 폴리카보네이트 수지, 비정성의 폴리프로필렌계 수지, AS 수지를 포함하는 스틸렌계 수지를 예시할 수 있고, 굴절률이 1.6 이상의 재료로서 아크릴계 수지를 예시할 수 있다. 또한, 굴절률 1.6 이하의 아크릴계 수지도 입수 가능하다.
제1 반투과층 및 제2 반투과층을, 유전체 다층막이나, 하프 미러, 편광 빔 스플리터, 홀로그램 회절 격자막으로 구성할 수 있다. 제1 반투과층 및 제2 반투과층을 유전체 다층막으로 구성하는 경우, 유전체 다층막을 구성하는 유전체 재료로서, 예를 들면, Si, Mg, Al, Hf, Nb, Zr, Sc, Ta, Ga, Zn, Y, B, Ti 등의 산화물, 질화물(예를 들면, AlN, AlGaN, GaN, BN 등), 또는, 불화물 등을 들 수 있다. 구체적으로는, SiO2, TiO2, Nb2O5, ZrO2, Ta2O5, ZnO, Al2O3, HfO2, AlN 등을 예시할 수 있다. 그리고, 이들 유전체 재료 중, 굴절률이 다른 유전체 재료로 이루어지는 2종류 이상의 유전체막을 교대로 적층함으로써, 유전체 다층막을 얻을 수 있다. 예를 들면, SiO2/SiN, SiO2/Nb2O5, SiO2/TiO2, SiO2/ZrO2, SiO2/AlN 등의 다층막이 바람직하다. 원하는 광투과율(광반사율)을 얻기 위하여, 각 유전체막을 구성하는 재료, 막 두께, 적층수, 다층막의 층수 등을 적절히 선택하면 된다. 각 유전체막의 두께는, 이용하는 재료 등에 의해 적절히 조정할 수 있고, 입사광의 파장 λ, 이용하는 재료의 파장 λ에서의 굴절률 n0에 의해 결정된다. 구체적으로는, λ／(4n0)의 홀수배로 하는 것이 바람직하다. 적층수는, 2 이상, 바람직하게는 5 내지 20 정도를 예시할 수 있다. 반투과 미러막도, 이상에서 설명한 유전체 다층막으로 구성하면 된다.
이상에서 설명한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시의 광학 장치 등에 있어서, 광학 장치는 반투과형(시스루형(see through type))이다. 구체적으로는, 적어도 관찰자의 안구(눈동자)에 대향하는 광학 장치의 부분(제2 도광 부재)을 반투과(시스루)로 하고, 광학 장치의 이 부분을 통해 바깥 풍경을 바라볼 수 있다. 여기서, "반투과"라는 용어를, 입사하는 광의 1/2 (50%)을 투과시키거나 또는 반사시키는 것을 의미하는 것이 아니라, 입사하는 광의 일부를 투과시키고 나머지를 반사시키는 의미로 사용한다. 반투과층, 반투과 미러막에 있어서의 "반투과"도, 마찬가지 의미로 사용한다.
본 개시의 화상 표시 장치 또는 표시 장치에 의해, 단색(예를 들면, 녹색)의 화상 표시를 행할 수 있고, 컬러 화상 표시를 행할 수도 있다.
이상에서 설명한 각종 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시의 화상 표시 장치 또는 표시 장치에서의 화상 표시 장치에 있어서, 화상 형성 장치는, 2차원 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 화소를 갖는 형태로 할 수 있다. 또한, 이러한 화상 형성 장치의 구성을, 편의상, "제1 구성의 화상 형성 장치"라고 칭한다.
제1 구성의 화상 형성 장치로서, 예를 들면, 반사형 공간 광 변조 장치 및 광원으로 구성된 화상 형성 장치； 투과형 공간 광 변조 장치 및 광원으로 구성된 화상 형성 장치； 유기 EL(Electro Luminescence) 소자, 무기 EL 소자, 발광 다이오드(LED), 반도체 레이저 소자 등의 발광 소자로 구성된 화상 형성 장치를 들 수 있으나, 그 중에서도, 반사형 공간 광 변조 장치 및 광원으로 구성된 화상 형성 장치, 또는, 유기 EL 소자로 구성된 화상 형성 장치로 하는 것이 바람직하다. 공간 광 변조 장치로서, 라이트 밸브, 예를 들면, LCOS(Liquid Crystal On Silicon) 등의 투과형 또는 반사형 액정 표시 장치, 디지털 마이크로 미러 디바이스(DMD)를 들 수 있고, 광원으로서 발광 소자를 들 수 있다. 나아가, 반사형 공간 광 변조 장치는, 액정 표시 장치 및 광원으로부터의 광의 일부를 반사하여 액정 표시 장치로 가이드하고, 또한, 액정 표시 장치에 의해 반사된 광의 일부를 통과시켜 광학계로 가이드하는 편광 빔 스플리터로 이루어지는 구성으로 할 수 있다. 광원을 구성하는 발광 소자로서, 적색 발광 소자, 녹색 발광 소자, 청색 발광 소자, 백색 발광 소자를 들 수 있고, 또는, 적색 발광 소자, 녹색 발광 소자 및 청색 발광 소자로부터 출사된 적색광, 녹색광 및 청색광을 라이트 파이프를 이용하여 혼색, 휘도 균일화를 행함으로써 백색광을 얻어도 된다. 발광 소자로서, 예를 들면, 반도체 레이저 소자나 고체 레이저, LED를 예시할 수 있다. 화소의 수는, 화상 표시 장치에 요구되는 사양에 기초하여 결정하면 되고, 화소의 수의 구체적인 값으로서, 320×240, 432×240, 640×480, 1024×768, 1920×1080 등을 예시할 수 있다.
또는, 이상에서 설명한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시의 화상 표시 장치 또는 표시 장치에서의 화상 표시 장치에 있어서, 화상 형성 장치는, 광원 및 광원으로부터 출사된 평행광을 주사하는 주사 수단을 구비한 형태로 할 수 있다. 또한, 이러한 화상 형성 장치의 구성을, 편의상, "제2 구성의 화상 형성 장치"라고 칭한다.
제2 구성의 화상 형성 장치에 있어서의 광원으로서 발광 소자를 들 수 있고, 구체적으로는, 적색 발광 소자, 녹색 발광 소자, 청색 발광 소자, 백색 발광 소자를 들 수 있고, 또는, 적색 발광 소자, 녹색 발광 소자 및 청색 발광 소자로부터 출사된 적색광, 녹색광 및 청색광을 라이트 파이프를 이용해 혼색, 휘도 균일화를 행함으로써 백색광을 얻어도 된다. 발광 소자로서, 예를 들면, 반도체 레이저 소자나 고체 레이저, LED를 예시할 수 있다. 제2 구성의 화상 형성 장치에 있어서의 화소(가상의 화소)의 수도, 화상 표시 장치에 요구되는 사양에 기초하여 결정하면 되고, 화소(가상의 화소)의 수의 구체적인 값으로서, 320×240, 432×240, 640×480, 1024×768, 1920×1080 등을 예시할 수 있다. 또한, 컬러의 화상 표시를 행하는 경우로서, 광원을 적색 발광 소자, 녹색 발광 소자, 청색 발광 소자로 구성하는 경우, 예를 들면, 크로스 프리즘을 이용하여 색 합성을 행하는 것이 바람직하다. 주사 수단으로서, 광원으로부터 출사된 광을 수평 주사 및 수직 주사하는, 예를 들면, 이차원 방향으로 회전 가능한 마이크로 미러를 갖는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)나 갈바노 미러를 들 수 있다.
제1 구성의 화상 형성 장치 또는 제2 구성의 화상 형성 장치에 있어서, 광학계(화상 형성 장치로부터의 출사광을 평행광으로 하는 광학계로서, "평행광 출사 광학계"라고 칭하는 경우가 있고, 구체적으로는, 예를 들면, 콜리메이터 광학계나 릴레이 광학계)에서 복수의 평행광으로 된 광을 제1 도광 부재에 입사시키는데, 이처럼 평행광으로 해야 하는 것은, 이들 광이 제1 도광 부재에 입사했을 때의 광파면 정보가, 제1 편향 수단 및 제2 편향 수단을 거쳐 제2 도광 부재로부터 출사된 후에도 보존될 필요가 있기 때문이다. 또한, 복수의 평행광을 생성시키기 위해서는, 구체적으로는, 예를 들면, 평행광 출사 광학계에 있어서의 초점 거리인 곳(위치)에, 예를 들면, 화상 형성 장치의 광출사부를 위치시키면 된다. 평행광 출사 광학계는, 화소의 위치 정보를 광학 장치의 광학계에 있어서의 각도 정보로 변환하는 기능을 갖는다. 평행광 출사 광학계로서, 볼록 렌즈, 오목 렌즈, 자유 곡면 프리즘, 홀로그램 렌즈를, 단독 또는 조합한, 전체로서 정(+)의 광학적 파워를 갖는 광학계를 예시할 수 있다. 평행광 출사 광학계로부터 소망하지 않은 광이 출사되어 제1 도광 부재에 입사하지 않도록, 평행광 출사 광학계와 제1 도광 부재의 사이에는, 개구부를 갖는 차광부를 배치해도 된다. 또한, 제1 도광 부재로부터 출사된 광 중 소망하지 않은 광이 제2 도광 부재에 입사하지 않도록, 제1 도광 부재와 제2 도광 부재의 사이에는, 개구부를 갖는 차광부를 배치해도 된다.
본 개시의 표시 장치에 있어서, 프레임은, 관찰자의 정면에 배치되는 프런트부와, 프런트부의 양단에 경첩을 거쳐 회동 가능하게 장착된 2개의 템플부로 이루어지는 구성으로 할 수 있다. 또한, 각 템플부의 선단부에는 선단커버부가 장착되어 있다. 화상 표시 장치는 프레임에 장착되는데, 구체적으로는, 예를 들면, 화상 형성 장치를 템플부에 장착시키면 된다. 또한, 프런트부와 2개의 템플부가 일체로 된 구성으로 할 수도 있다. 즉, 본 개시의 표시 장치의 전체를 바라보았을 때, 프레임은, 대체로 통상의 안경과 대략 같은 구조를 갖는다. 패드부를 포함하는 프레임을 구성하는 재료는, 금속이나 합금, 플라스틱, 이들의 조합과 같은 통상의 안경을 구성하는 재료와 같은 재료로 구성할 수 있다. 나아가, 프런트부에 노즈 패드(nose pad)가 장착되어 있는 구성으로 할 수 있다. 즉, 본 개시의 표시 장치의 전체를 바라보았을 때, 프레임(림(rim)을 포함한다) 및 노즈 패드의 조립체는, 통상의 안경과 대략 같은 구조를 갖는다. 노즈 패드도 주지의 구성, 구조로 할 수 있다.
또한, 본 개시의 표시 장치에 있어서는, 디자인 측면 또는 장착의 용이성이라는 관점에서, 1개 또는 2개의 화상 형성 장치로부터의 배선(신호선이나 전원선 등)이, 템플부 및 선단커버부의 내부를 거쳐, 선단커버부의 선단부에서 외부로 연장되고, 제어 장치(제어 회로 또는 제어 수단)에 접속되어 있는 형태로 하는 것이 바람직하다. 나아가, 각 화상 형성 장치는 헤드폰부를 구비하고 있고, 각 화상 형성 장치로부터의 헤드폰부용 배선이, 템플부 및 선단커버부의 내부를 거쳐, 선단커버부의 선단부로부터 헤드폰부로 연장되고 있는 형태로 할 수도 있다. 헤드폰부로서, 예를 들면, 이너 이어형의 헤드폰부, 커널형의 헤드폰부를 들 수 있다. 헤드폰부용 배선은, 보다 구체적으로는, 선단커버부의 선단부로부터, 귓바퀴(외이)의 뒤측을 감도록 하여 헤드폰부로 연장되고 있는 형태로 하는 것이 바람직하다. 또한, 프런트부의 중앙 부분에 촬상 장치가 장착되어 있는 형태로 할 수도 있다. 촬상 장치는, 구체적으로는, 예를 들면, CCD 또는 CMOS 센서로 이루어지는 고체 촬상 소자와 렌즈로 구성되어 있다. 촬상 장치로부터의 배선은, 예를 들면, 프런트부를 거쳐, 일방의 화상 표시 장치(또는 화상 형성 장치)에 접속하면 되고, 나아가, 화상 표시 장치(또는 화상 형성 장치)로부터 연장되는 배선에 포함시키면 된다.
화상 표시 장치는 조광 장치(dimming device)를 구비하고 있어도 된다. 즉, 제2 도광 부재는, 조광 장치의 적어도 일부분과 겹치고 있어도 된다.
조광 장치는, 구체적으로는,
제1 기판,
제1 기판과 대향하는 제2 기판,
제2 기판과 대향하는 제1 기판의 대향면에 설치된 제1 투명 전극,
제1 기판과 대향하는 제2 기판의 대향면에 설치된 제2 투명 전극 및
제1 투명 전극과 제2 투명 전극에 의해 사이에 끼워진 조광층
으로 이루어지는 형태로 할 수 있다. 또한, 조광 장치의 동작 시, 예를 들면, 제1 투명 전극에는 제2 투명 전극보다 높은 전압이 인가된다.
조광층은, 무기 또는 유기의 일렉트로크로믹(electrochromic) 재료의 산화 환원 반응에 의해 발생하는 물질의 색 변화를 응용한 광셔터로 이루어지는 형태로 할 수 있다. 구체적으로는, 조광층은 무기 또는 유기의 일렉트로크로믹 재료를 포함하는 형태로 할 수 있고, 나아가, 조광층은, 제1 투명 전극측으로부터, WO3층/Ta2O5층/IrXSn1-XO층의 무기 일렉트로크로믹 재료층의 적층 구조, 또는, WO3층/Ta2O5층/IrOx층의 무기 일렉트로크로믹 재료층의 적층 구조를 갖는 형태로 할 수 있다. WO3층 대신에, MoO3층이나 V2O5층을 사용할 수 있다. 또한, IrOx층 대신에, ZrO2층, 인산지르코늄층을 사용할 수 있고, 또는, 프러시안 블루 착물/니켈 치환 프러시안 블루 착물 등을 사용할 수도 있다. 유기 일렉트로크로믹 재료로서, 예를 들면, 일본특허공개 제2014-111710호 공보나 일본특허공개 제2014-159385호 공보에 개시된 일렉트로크로믹 재료를 사용할 수도 있다.
또는, 조광층은 전기 영동 분산액을 포함하는 형태로 할 수 있고, 조광 장치를, 금속(예를 들면, 은 입자)의 가역적인 산화 환원 반응에 의해 발생하는 전착·해리 현상을 응용한 전착 방식(electrodeposition, 전계 석출)에 의한 광셔터, 즉, 조광층은 금속 이온을 포함하는 전해질을 포함하는 형태로 할 수도 있다.
여기서, 전기 영동 분산액은, 대전된 다수의 전기 영동 입자 및 전기 영동 입자와는 다른 색의 분산매로 구성된다. 예를 들면, 제1 투명 전극에 패터닝을 행하고, 제2 투명 전극에는 패터닝을 행하지 않는 경우(소위, 베타 전극 구성)로서, 전기 영동 입자를 부(-)로 대전시킨 경우, 제1 투명 전극에 상대적으로 부(-)의 전압을 인가하고, 제2 투명 전극에 상대적으로 정(+)의 전압을 인가하면, 부(-)로 대전하고 있는 전기 영동 입자는 제2 투명 전극을 덮도록 영동한다. 따라서, 조광 장치에 있어서의 차광율은 높은 값이 된다. 한편, 이와는 반대로, 제1 투명 전극에 상대적으로 정(+)의 전압을 인가하고, 제2 투명 전극에 상대적으로 부(-)의 전압을 인가하면, 전기 영동 입자는 제1 투명 전극을 덮도록 영동한다. 따라서, 조광 장치에 있어서의 차광율은 낮은 값이 된다. 이러한 투명 전극으로의 인가를 적절히 행함으로써, 조광 장치에 있어서의 차광율의 제어를 행할 수 있다. 전압은 직류여도 되고, 교류여도 된다. 패터닝된 제1 투명 전극의 형상은, 전기 영동 입자가 제1 투명 전극을 덮도록 영동하고, 조광 장치에 있어서의 차광율이 낮은 값이 되었을 때, 조광 장치에 있어서의 차광율의 값의 최적화를 도모할 수 있는 형상이면 되고, 다양한 시험을 행하여 결정하면 된다. 필요에 따라서, 투명 전극 위에 절연층을 형성해도 된다. 관련된 절연층을 구성하는 재료로서, 예를 들면, 무색 투명한 절연성 수지를 들 수 있고, 구체적으로는, 예를 들면, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 불소계 수지, 실리콘계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리스틸렌계 수지 등을 들 수 있다.
조광 장치를 구성하는 투명한 제1 기판 및 제2 기판을 구성하는 재료로서, 구체적으로는, 소다 라임 글래스, 백판(whithe sheet) 글래스 등의 투명한 글래스 기판이나, 플라스틱 기판, 플라스틱 시트, 플라스틱 필름을 들 수 있다. 여기서, 플라스틱으로서, 폴리에틸렌 텔레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리카보네이트, 초산셀룰로오스 등의 셀룰로오스 에스테르, 폴리불화 비닐리덴 또는 폴리테트라플루오르 에틸렌과 헥사플루오르 프로필렌의 공중합체 등의 불소계 폴리머, 폴리옥시메틸렌 등의 폴리에테르, 폴리아세탈, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 메틸펜텐폴리머 등의 폴리올레핀, 폴리아미드이미드 또는 폴리에테르이미드 등의 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리불화비닐리덴, 테트라아세틸셀룰로오스, 브롬화페녹시, 폴리아릴레이트, 폴리술폰 등을 들 수 있다. 플라스틱 시트, 플라스틱 필름은, 용이하게 구부러지지 않는 강성을 갖고 있어도 되고, 가요성을 갖고 있어도 된다. 제1 기판 및 제2 기판을 투명한 플라스틱 기판으로 구성하는 경우, 기판 내면에 무기 재료 또는 유기 재료로 이루어지는 배리어층을 형성해 두어도 된다.
제1 기판과 제2 기판은, 외연부에서 봉지 부재에 의해 봉지되어, 접착된다. 시일제라고도 불리는 봉지 부재로서, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 초산비닐계 수지, 엔 싸이올(ene-thiol)계 수지, 실리콘계 수지, 변성 폴리머 수지 등의 열경화형, 광경화형, 습기 경화형, 혐기 경화형 등의 각종 수지를 이용할 수 있다.
조광 장치를 구성하는 기판의 일방이 제2 도광 부재를 겸하는 구성으로 하면, 표시 장치 전체의 중량의 감소를 도모할 수 있고, 표시 장치의 사용자에게 불쾌감을 느끼게 할 우려가 없다.
제1 투명 전극은, 패터닝되어 있어도 되고, 패터닝되어 있지 않아도 된다. 제2 투명 전극도, 패터닝되어 있어도 되고, 패터닝되어 있지 않아도 된다. 제1 투명 전극 및 제2 투명 전극을 구성하는 재료로서, 구체적으로는, 인듐 주석 복합 산화물(ITO, Indium Tin Oxide, Sn 도핑 In2O3, 결정성 ITO 및 아몰퍼스 ITO를 포함한다), 불소 도핑 SnO2(FTO), IFO(F 도핑 In2O3), 안티몬 도핑 SnO2(ATO), SnO2, ZnO(Al 도핑 ZnO나 B 도핑 ZnO를 포함한다), 인듐 아연 복합 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide), 스피넬형 산화물, YbFe2O4 구조를 갖는 산화물, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 등의 도전성 고분자 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니고, 또한, 이들을 2 종류 이상 조합하여 이용할 수도 있다. 제1 투명 전극이나 제2 투명 전극은, 진공 증착법이나 스퍼터링법 등의 물리적 기상 성장법(PVD법), 각종 화학적 기상성장법(CVD법), 각종 도포법 등에 기초하여 형성할 수 있고, 패터닝은, 에칭법, 리프트오프법, 각종 마스크를 이용하는 방법 등, 임의의 방법으로 행할 수 있다.
조광 장치는 프런트부에 배치되어 있는 형태로 할 수 있다. 그리고, 이 경우, 프런트부는 림을 갖고； 조광 장치는 림에 감입되어 있는 형태로 할 수 있다. 또한, 이상에서 설명한 여러 가지의 바람직한 형태를 포함하는 본 개시의 표시 장치에 있어서, 관찰자측으로부터, 제2 도광 부재, 조광 장치의 순으로 배치해도 되고, 조광 장치, 제2 도광 부재의 순으로 배치해도 된다.
표시 장치가 놓인 환경의 조도를 측정하는 조도 센서(환경 조도 측정 센서)를 더 구비하고 있고； 조도 센서(환경 조도 측정 센서)의 측정 결과에 기초하여, 조광 장치의 차광율을 제어하는 형태로 할 수 있다. 또는, 표시 장치가 놓인 환경의 조도를 측정하는 조도 센서(환경 조도 측정 센서)를 더 구비하고 있고； 조도 센서(환경 조도 측정 센서)의 측정 결과에 기초하여, 화상 형성 장치에 의해 형성되는 화상의 휘도를 제어하는 형태로 할 수 있다. 이들의 형태를 조합해도 된다.
또는, 외부 환경으로부터 조광 장치를 투과한 광에 기초하는 조도를 측정하는 제2 조도 센서(편의상, "투과광 조도 측정 센서"라고 칭하는 경우가 있음)를 더 구비하고 있고； 제2 조도 센서(투과광 조도 측정 센서)의 측정 결과에 기초하여, 조광 장치의 차광율을 제어하는 형태로 할 수 있다. 또는, 외부 환경으로부터 조광 장치를 투과한 광에 기초하는 조도를 측정하는 제2 조도 센서(투과광 조도 측정 센서)를 더 구비하고 있고； 제2 조도 센서(투과광 조도 측정 센서)의 측정 결과에 기초하여, 화상 형성 장치에 의해 형성되는 화상의 휘도를 제어하는 형태로 할 수 있다. 또한, 제2 조도 센서(투과광 조도 측정 센서)는, 광학 장치보다 관찰자 측에 배치되어 있는 형태로 하는 것이 바람직하다. 제2 조도 센서(투과광 조도 측정 센서)를, 적어도 2개를 배치하고, 고차광율인 부분을 통과한 광에 기초하는 조도의 측정, 저차광율인 부분을 통과한 광에 기초하는 조도의 측정을 행해도 된다. 이들의 형태를 조합해도 된다. 나아가, 이들의 형태와, 상기의 조도 센서(환경 조도 측정 센서)의 측정 결과에 기초하여 제어를 행하는 형태를 조합해도 된다.
조도 센서(환경 조도 측정 센서, 투과광 조도 측정 센서)는, 주지의 조도 센서로 구성하면 되고, 조도 센서의 제어는 주지의 제어 회로에 기초하여 행하면 된다.
조광 장치의 최고 광투과율은 50% 이상이고, 조광 장치의 최저 광투과율은 30% 이하인 구성으로 할 수 있다. 또한, 조광 장치의 최고 광투과율의 상한값으로서 99%를 들 수 있고, 조광 장치의 최저 광투과율의 하한값으로서 1%를 들 수 있다. 여기서,
(광투과율) = 1 - (차광율)
의 관계에 있다.
조광 장치에 커넥터를 장착하고(구체적으로는, 제1 투명 전극이나 제2 투명 전극에 커넥터를 장착하고), 조광 장치의 차광율을 제어하기 위한 제어 회로(조광 장치 제어 회로로서, 예를 들면, 화상 형성 장치를 제어하기 위한 제어 장치에 포함되어 있음)에 이 커넥터 및 배선을 거쳐 조광 장치를 전기적으로 접속하면 된다.
경우에 따라서는, 조광 장치를 통과하는 광은 조광 장치에 의해 원하는 색으로 착색되는 구성으로 할 수 있다. 그리고, 이 경우, 조광 장치에 의해 착색되는 색은 가변인 형태로 할 수 있고, 또는, 조광 장치에 의해 착색되는 색은 고정인 형태로 할 수 있다. 또한, 전자의 경우, 예를 들면, 적색으로 착색되는 조광 장치와, 녹색으로 착색되는 조광 장치와, 청색으로 착색되는 조광 장치를 적층하는 형태로 하면 된다. 또한, 후자의 경우, 조광 장치에 의해 착색되는 색으로서, 한정되는 것은 아니나, 갈색을 예시할 수 있다.
관찰자가 조광 장치 및 광학 장치를 통과한 광의 밝기를 관찰하여, 관찰자가 스위치나 버튼, 다이얼, 슬라이더, 노브 등을 조작함으로써 수동으로 차광율을 제어, 조정할 수 있고, 또는, 전술한 외부 환경으로부터 조광 장치를 투과한 광에 기초하는 조도를 측정하는 제2 조도 센서(투과광 조도 측정 센서)의 측정 결과에 기초하여, 차광율을 제어, 조정할 수 있다. 또한, 차광율의 제어, 조정은, 구체적으로는, 제1 투명 전극 및 제2 투명 전극에 인가하는 전압을 제어하면 된다. 제2 조도 센서(투과광 조도 측정 센서)를, 적어도 2개 배치하고, 고차광율인 부분을 통과한 광에 기초하는 조도의 측정, 저차광율인 부분을 통과한 광에 기초하는 조도의 측정을 행해도 된다. 표시 장치는, 화상 표시 장치를 1개 구비하고 있어도 되고, 2개 구비하고 있어도 된다. 화상 표시 장치를 2개 구비하고 있는 경우, 일방의 조광 장치와 타방의 조광 장치의 각각에 있어서, 제1 투명 전극 및 제2 투명 전극에 인가하는 전압을 조정함으로써, 일방의 조광 장치에 있어서의 차광율 및 타방의 조광 장치에 있어서의 차광율의 균등화를 도모할 수 있다. 일방의 조광 장치에 있어서의 차광율 및 타방의 조광 장치에 있어서의 차광율은, 예를 들면, 전술한 외부 환경으로부터 조광 장치를 투과한 광에 기초하는 조도를 측정하는 제2 조도 센서(투과광 조도 측정 센서)의 측정 결과에 기초하여, 제어할 수 있고, 또는, 관찰자가 일방의 조광 장치 및 광학 장치를 통과한 광의 밝기 및 타방의 조광 장치 및 광학 장치를 통과한 광의 밝기를 관찰하여, 관찰자가 스위치나 버튼, 다이얼, 슬라이더, 노브 등을 조작함으로써 수동으로 제어, 조정할 수도 있다. 차광율의 조정을 행하는 경우, 광학 장치에 테스트 패턴을 표시해도 된다.
본 개시의 표시 장치에 의해, 예를 들면, 헤드 마운트 디스플레이(HMD)를 구성할 수 있다. 그리고, 이에 의해, 표시 장치의 경량화, 소형화를 도모할 수 있고, 표시 장치 장착 시의 불쾌감을 큰 폭으로 경감시키는 것이 가능해지고, 나아가, 제조 비용 절감을 도모하는 것도 가능해진다. 또는, 차량이나 항공기의 콕핏 등에 구비되는 헤드 업 디스플레이(HUD)에 본 개시의 화상 표시 장치를 적용할 수 있다. 구체적으로는, 화상 형성 장치로부터 출사된 광에 기초하여 허상이 형성되는 허상 형성 영역이 차량이나 항공기의 콕핏 등의 프런트 글래스에 배치된 HUD로 할 수 있고, 또는, 화상 형성 장치로부터 출사된 광에 기초하여 허상이 형성되는 허상 형성 영역을 갖는 컴바이너(combiner)가 차량이나 항공기의 콕핏 등의 프런트 글래스에 배치된 HUD로 할 수도 있다.
실시예 1
실시예 1은, 본 개시의 광학 장치, 본 개시의 제1 양태 ~ 제2 양태와 관련되는 화상 표시 장치 및 본 개시의 제1 양태 ~ 제2 양태와 관련되는 표시 장치에 관한 것이다. 실시예 1의 광학 장치에 있어서의 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재의 배치를, 광의 거동, 화상 형성 장치, 관찰자의 눈동자와 함께 도 1에 모식적으로 나타내고, 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재의 배치를 도 2A에 모식적으로 나타낸다. 또한, 도 2A의 흰색의 화살표 B 및 도 2A의 검은색의 화살표 C의 방향으로부터 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재를 바라보았을 때의 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재의 측면도를 도 2B 및 도 2C에 나타낸다. 나아가, 도 1에 나타내는 실시예 1의 광학 장치를 양안형 표시 장치에 적용했을 때의 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재의 배치를 도 3에 모식적으로 나타내고, 실시예 1의 표시 장치에 있어서의 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재의 배치 상태를 도 4A에 모식적으로 나타낸다. 또한, 실시예 1의 표시 장치를 위에서 바라본 모식도를 도 9에 나타내고, 정면에서 바라본 모식도를 도 10에 나타내고, 실시예 1의 표시 장치를 측면으로부터 바라본 모식도를 도 11A에 나타내고, 제1 도광 부재 등의 모식적인 단면도를 도 11B에 나타낸다. 또한, 도면에 있어서, 우안용 광학 장치 등에는 참조 번호에 "R"을 붙이고, 좌안용 광학 장치 등에는 참조 번호에 "L"을 붙였다.
실시예 1의 광학 장치(30)는,
제1 면(40A), 제2 면(40B), 제1 면(40A)과 대향한 제3 면(40C), 제2 면(40B)과 대향한 제4 면(40D), 제5 면(40E) 및 제5 면(40E)과 대향한 제6 면(40F)을 갖고, 내부에 제1 편향 수단(41)을 구비한 제1 도광 부재(40) 및
제7 면(50A), 제8 면(50B), 제7 면(50A)과 대향한 제9 면(50C), 제8 면(50B)과 대향한 제10 면(50D), 제11 면(50E) 및 제11 면(50E)과 대향한 제12 면(50F)을 갖고, 내부에 제2 편향 수단(51)을 구비한 제2 도광 부재(50)를 구비하고 있다. 그리고,
제1 면(40A) 및 제3 면(40C)은 평행이고,
제2 면(40B) 및 제4 면(40D)은 평행이고, 또한, 제1 면(40A) 및 제3 면(40C)과 직교하고 있고,
제7 면(50A) 및 제9 면(50C)은, XYZ 직교 좌표계에 있어서의 XY평면과 평행이고,
제5 면(40E)으로부터 입사한 광(흰색의 화살표(R) 및 검은색의 화살표(L)로 나타내는 경우가 있음)은, 제1 도광 부재(40)의 내부를 전반사하고, 제1 편향 수단(41)에 의해 편향되어, 제3 면(40C)으로부터 출사되고, 제3 면(40C)과 이격되어 배치된 제8 면(50B)으로 입사하고, 제7 면(50A)과 제9 면(50C)의 사이에서 전반사되어, 제2 편향 수단(51)에 의해 편향되고, 제7 면(50A)으로부터 출사되고,
제1 편향 수단(41)은, 복수의 제1 반투과층(42)이 이격되어 평행하게 배치되어 이루어지고,
제1 반투과층(42)의 법선을 XZ평면에 투영했을 때의 X축과 이루는 각도를 α로 했을 때, α의 값은 0도를 초과하는 값이고,
제1 반투과층(42)의 법선을 XY평면으로 투영했을 때의 X축과 이루는 각도를 β로 했을 때, β의 값은 0도를 초과하는 값이다.
실시예 1의 화상 표시 장치는, 화상 형성 장치(60) 및 광학 장치를 구비하고 있고, 광학 장치는 실시예 1의 광학 장치(30)로 이루어진다. 실시예 1의 표시 장치는, 보다 구체적으로는, 헤드 마운트 디스플레이(HMD)이고,
관찰자(20)의 헤드에 장착되는 프레임(10)(예를 들면, 안경형의 프레임(10)) 및 프레임(10)에 장착된 화상 표시 장치를 구비하고 있고,
화상 표시 장치는, 화상 형성 장치(60) 및 광학 장치를 구비하고 있고,
광학 장치는, 실시예 1의 광학 장치(30)로 이루어진다.
화상 형성 장치(60)는, 예를 들면, 적색, 녹색, 청색의 3원색으로 구성되는 컬러 화상(허상)을 표시한다. 제1 도광 부재(40), 제2 도광 부재(50) 및 이들 도광 부재를 고정하는 지지 부재(31)로 구성된 계는, 반투과형(시스루형)이다. 또한, 이들 도광 부재와 지지 부재(31)의 사이에는 공간이 설치되어 있다. 실시예에 있어서는, 구체적으로는, 2개의 화상 표시 장치를 구비한 양안형으로 했으나, 1개를 구비한 편안(片眼)형으로 해도 된다. 화상 형성 장치(60)는, 프레임(10)에, 고정하여 장착되어 있어도 되고, 착탈 가능하게 장착되어 있어도 된다.
여기서, 제2 편향 수단(51)은, 복수의 제2 반투과층(52)이 이격되어 평행하게 배치되어 이루어진다. 그리고, 제1 반투과층(42) 및 제2 반투과층은 유전체 다층막으로 이루어진다. 구체적으로는, 유전체 다층막은, 예를 들면, SiO2막(굴절률 1.462) 및 Nb2O5막(굴절률 2.378)이 교대로 적층된 구조를 갖고, 또는, 예를 들면, SiO2막 및 TiO2막(굴절률 2.493)이 교대로 적층된 구조를 갖는다. 제2 반투과층(52)의 법선은 YZ평면에 포함된다.
또한, 제3 면(40C)과 제8 면(50B)은 평행이다. 화상 형성 장치(60)의 중심부로부터 출사된 광은, 제1 도광 부재(40)의 제5 면(40E)에 수직으로 입사하는 것이 바람직하다. 또한, 화상 형성 장치(60)의 중심부로부터 출사된 광이, 제1 도광 부재(40) 내에서 도광되어, 제1 도광 부재(40)의 제3 면(40C)으로부터 출사되고, 제2 도광 부재(50)의 제8 면(50B)에 수직으로 입사하는 것이 바람직하다.
도 1에 나타낸 것처럼, 화상 형성 장치(60)로부터 출사된 화상은, 어떤 각도를 갖고 제1 도광 부재(40)의 제5 면(40E)에 입사한다. 화상 형성 장치(60)로부터 출사되어, 제1 도광 부재(40)의 제5 면(40E)에 입사하는 광선을 "R0"로 나타낸다. 제1 도광 부재(40)의 내부에 침입하여, 전체적으로 X방향으로 진행(전파, propagating 또는 transmitted)하는 광은, 제1 도광 부재(40)의 제1 면(40A), 제2 면(40B), 제3 면(40C), 제4 면(40D)에 충돌하고, 이들 면(40A, 40B, 40C, 40D)에서 전반사를 반복하여, 제6 면(40F)을 향하여 진행한다. 그리고, 제1 반투과층(42)에 충돌한 광의 일부는 제1 반투과층(42)을 투과하고, 일부는 제1 반투과층(42)에 의해 반사되고, 편향되어, 제3 면(40C)으로부터 광선 R1으로서 출사된다. 화상 형성 장치(60)의 중심부로부터 출사된 광이 제1 도광 부재(40) 내에서 도광되어, 제1 도광 부재(40)의 제3 면(40C)으로부터 출사되고, 제8 면(50B)으로부터 제2 도광 부재(50)에 입사했을 때, 이 광은 YZ평면에 포함된다. 이렇게 하여, 제1 도광 부재(40)에 입사한 평행 광속은, 제3 면(40C)으로부터 출사되는데, 제1 도광 부재(40)에 의해 광선속 폭이 X방향으로 확대(신장)된다. 도 1, 도 2A, 도 3, 도 4A, 도 4B, 도 13, 도 14에서는 도면의 간소화를 위하여, 제1 도광 부재(40)의 광입사면(제5 면(40E))을, 도광 방향인 X축에 대하여 수직인 면으로서 도시했으나, 표시 장치 전체의 배치나 제1 반투과층(42)의 기울기에 따라, 적절히 기울여 설계하는 것이 바람직하다. 즉, 도 1, 도 2A, 도 2B, 도 2C, 도 3, 도 4A, 도 4B, 도 10, 도 11B, 도 11C, 도 13, 도 14, 도 17A, 도 17B, 도 17C에서는, 제1 도광 부재(40)의 제1 면(40A) 및 제3 면(40C)이 XZ평면에 포함되고, 제2 면(40B) 및 제4 면(40D)이 XY평면에 포함되도록 도시하고 있지만, 제1 면(40A) 및 제3 면(40C)과 XZ평면은 0도 이외의 각도(γ)로 교차하고, 제2 면(40B) 및 제4 면(40D)과 XY평면은 0도 이외의 각도(γ)로 교차하는 구성으로 할 수도 있다. 화상 형성 장치(60)로부터 소망하지 않은 광이 출사되어 제1 도광 부재(40)로 입사하지 않도록, 화상 형성 장치(60)와 제1 도광 부재(40)의 사이에는, 개구부를 갖는 차광부를 배치해도 된다.
제1 도광 부재(40)의 제3 면(40C)으로부터 출사한 광선 R1은, 제2 도광 부재(50)의 제8 면(50B)에 입사한다. 제2 도광 부재(50)의 내부에 침입하여, 전체적으로 Y방향으로 진행하는 광은, 제2 도광 부재(50)의 제7 면(50A) 및 제9 면(50C)에 충돌하고, 이들 면(50A, 50C)에서 전반사를 반복하여, 제10 면(50D)을 향하여 진행한다. 그리고, 제2 반투과층(52)에 충돌한 광의 일부는 제2 반투과층(52)을 투과하고, 일부는 제2 반투과층(52)에 의해 반사되고, 편향되어, 제7 면(50A)으로부터 광선 R2로서 출사되어, 관찰자(20)의 눈동자(21)에 도달한다. 이렇게 하여, 제2 도광 부재(50)에 입사한 평행 광속은, 제7 면(50A)으로부터 출사되지만, 제2 도광 부재(50)에 의해 광선속 폭이 Y방향으로 확대(신장)된다. 따라서, 광학 장치(30)에 의해, 입사광선속을 2차원적으로 확대하여 취출하는 것이 가능해진다. 제1 도광 부재(40)로부터 출사된 광 중, 소망하지 않은 광이 제2 도광 부재(50)로 입사하지 않도록, 제1 도광 부재(40)와 제2 도광 부재(50)의 사이에는, 개구부를 갖는 차광부를 배치해도 된다. 도 1, 도 2A, 도 2B, 도 2C, 도 3, 도 4A, 도 4B, 도 10, 도 11B, 도 11C, 도 13, 도 14에서는 도면의 간소화를 위해, 제2 도광 부재(50)의 광입사면(제8 면(50B))을, 도광 방향인 Y축에 대하여 수직인 면으로 도시했지만, 표시 장치 전체의 배치나 제2 반투과층(52)의 기울기에 따라, 적절히 기울여 설계하는 것이 바람직하다.
제1 도광 부재(40)는, 제1 도광 부재(40)를 구성하는 원하는 두께를 갖는 재료(이하, 편의상, "도광 재료"라고 칭하고, 예를 들면, 굴절률 1.517의 글래스 재료 BK7이나 굴절률 1.525의 아크릴계 수지로 이루어진다) 위에 제1 반투과층(42)을 형성하고, 제1 반투과층(42)에 원하는 두께를 갖는 도광 재료를 접합하여, 접합된 도광 재료상에 제1 반투과층(42)을 형성하는 공정을 원하는 회수만큼 반복하여, 원하는 두께, 원하는 층수의 제1 반투과층(42)이 내부에 형성된 블록을 얻은 후, 이 블록을, 각도 α,β가 원하는 값이 되도록 자름으로써 얻을 수 있다. 제2 도광 부재(50)도, 마찬가지의 방법으로 제조할 수 있다. 제1 도광 부재(40)는, 제1 반투과층(42)과 도광 재료가 적층된 구조를 갖고, 제2 도광 부재(50)는, 제2 반투과층(52)과 도광 재료가 적층된 구조를 갖는다.
이하, 제1 반투과층(42)의 기울기를 제어하여 미광을 회피하는 수단을 설명한다. 제1 도광 부재(40)를 위쪽으로부터 보았을 때의 제1 도광 부재(40)의 내부를 전파(propagating 또는 transmitted)하는 광선을 모식적으로 도 5A, 도 5B, 도 5C에 나타낸다. 또한, 이들 도면에 기초하는 설명에서는, β=0도로 하고 있다.
도 5A에 나타내는 예에서는, 각도 α가 0도이고, -X축 방향으로 전파하는 화상 상단의 광선(실선 RU1, RU2로 나타낸다)과, 화상 하단의 광선(파선 RD, RU2로 나타낸다)은, 제1 도광 부재(40) 및 제1 반투과층(42)의 대칭성에 의해, 동일 각도(단, 각도의 부호는 정(+) 및 부(-))로 제1 반투과층(42)에 충돌하는 광선이 존재한다. 이 때, 제1 반투과층(42)으로부터는, 화상 신호에 기초하는 광선("신호광 광선"이라고 칭함)에 상당하는 광선 RU1, RD1과 미광 광선 RU2, RD2가 대칭적으로 출사된다. 그 결과, 유효 시야 영역(도 5C의 오른쪽의 도면을 참조)에 있어서, 신호광 광선에 의한 출력 화상(도 5A의 오른쪽의 도면에서 흰색의 위쪽을 가리키는 화살표로 나타낸다)과, 미광에 의한 출력 화상(도 5A의 오른쪽의 도면에서 회색의 아래쪽을 가리키는 화살표로 나타낸다)이, 반전상(거울상)으로서 겹쳐서 표시되기 때문에, 표시 화상의 품질 저하를 초래한다.
이에 대해, 도 5B에서는 각도 α를 0도를 초과하는 값으로 하고 있다. 이렇게 함으로써, 신호광 광선에 상당하는 광선 RU1과 미광 광선 RD2의 출사 방향을 분리할 수 있고, 신호광 광선에 상당하는 광선 RD1과 미광 광선 RU2의 출사 방향을 분리할 수 있다. 그 결과, 신호광 광선에 의한 출력 화상(도 5B의 오른쪽의 도면에서 흰색의 위쪽을 가리키는 화살표로 나타낸다)과, 미광에 의한 출력 화상(도 5B의 오른쪽의 도면에서 회색의 오른쪽 아래쪽을 가리키는 화살표로 나타낸다)이, 분리되어 표시되기 때문에, 표시 화상의 품질의 향상을 도모할 수 있다.
도 5C에서는 각도 α를 0도를 초과하는 값(단, 도 5B에 나타냈던 것보다도 큰 각도)으로 하고 있다. 이렇게 함으로써, 신호광 광선에 상당하는 광선 RU1과 미광 광선 RD2의 출사 방향을 보다 확실히 분리할 수 있고, 신호광 광선에 상당하는 광선 RD1과 미광 광선 RU2의 출사 방향을 보다 확실히 분리할 수 있다. 그 결과, 신호광 광선에 의한 출력 화상(도 5B의 오른쪽의 도면에서 흰색의 위쪽을 가리키는 화살표로 나타낸다)과, 미광에 의한 출력 화상(도 5B의 오른쪽의 도면에서 회색의 오른쪽 아래쪽의 화살표로 나타낸다)이, 완전히 분리되어 표시되기 때문에, 표시 화상의 품질의 향상을 더 도모할 수 있다.
다음으로, 각도 α및 각도 β를 변화시켰을 때의 제1 도광 부재(40)로부터 출사되는 유효 시야 범위를, 시야 대각값(단위: 도)으로 하여, 시뮬레이션에 기초하여 평가했다. 그 결과를, 도 6A, 도 6B, 도 7A 및 도 7B에 나타낸다. 또한, 도 6A는 β=55도의 결과를 나타내고, 도 6B는 β=60도의 결과를 나타내며, 도 7A는 β=65도의 결과를 나타내고, 도 7B는 β=70도의 결과를 나타낸다. 여기서, 도 6A, 도 6B, 도 7A 및 도 7B에 있어서, 세로축은, 유효 시야 범위를 시야 대각값(단위: 도)으로 나타내고, 가로축은 각도 α(단위: 도)이며, 각도 α를 5도씩 변화시키고 있다. 또한, 도 6A, 도 6B, 도 7A 및 도 7B에 있어서, "A"는 유효 시야 영역의 시야 대각값을 나타내고, "B"는 미광이 발생하는 시야 대각값을 나타내고, "C"는 제1 도광 부재의 전반사 한계를 넘기 때문에 유효 시야 영역이 제한되는 시야 대각값을 나타낸다. "A"의 영역이 넓을수록, 유효 시야 영역의 시야 대각값이 커져, 바람직하다.
도 6A 및 도 6B에 나타낸 것처럼, 각각의 각도 β에 있어서 각도 α를 조정함으로써, 미광을 회피하면서, 유효 시야 범위를 넓게 확보할 수 있다. 특히, 각도 β를 60도로 하고, 각도 α를 20도 내지 30도의 범위로 선택함으로써, 대각 60도 이상의 광시야인 표시 장치를 실현할 수 있다. 한편, 도 7A 및 도 7B에 나타낸 것처럼, 각도 β가 60도를 넘는 부근에서, 제1 도광 부재의 전반사 한계를 넘기 때문에, 유효 시야 영역이 제한되는 것을 알 수 있다.
이상의 결과로부터, 실시예 1의 광학 장치에 있어서, 한정하는 것은 아니지만,
20(도)≤α≤30(도)
55(도)≤β≤65(도)
를 만족하는 것이 바람직하다.
다음으로, 제1 도광 부재(40)를 구성하는 재료의 굴절률 n을 바꾸었을 때의 제1 도광 부재(40)로부터 출사되는 유효 시야 범위를 시뮬레이션 한 결과를, 도 8에 나타낸다. 여기서, 도 8의 각 도면과 굴절률 등의 관계는 이하와 같다. 또한, 제1 도광 부재(40)에는 대각 65도의 화상광(화상 표시를 위한 광)을 입사시켰다.
도 8의 (A), 도 8의 (C) 및 도 8의 (E)에 있어서, 제1 반투과층(42)의 기울기 (α,β)가 (25도,60도)일 때, 제1 도광 부재를 구성하는 재료의 굴절률 n의 값이 커질수록, 미광의 출력 화상("A"로 나타낸다)이, 유효 시야 범위로부터 바깥쪽으로 빠져나간다. 이것은, 제1 도광 부재(40)의 내부에서 생긴 미광이 제1 도광 부재(40)로부터 출사될 때, 제1 도광 부재(40)와 공기의 굴절률 차가 클수록, 강하게 굴절되기 때문이다. 나아가, 도 8의 (B), 도 8의 (D) 및 도 8의 (F)에 있어서, 제1 반투과층(42)의 기울기 (α,β)가 (25도, 65도)일 때, 제1 도광 부재(40)를 구성하는 재료의 굴절률 n의 값이 커질수록, 전반사 한계에 의한 비네팅(vignetting)("B"로 나타낸다)이 작게 되어 가는 모습을 확인할 수 있다.
실시예 1에 있어서, 화상 형성 장치(60)는, 제1 구성의 화상 형성 장치로 이루어지고, 구체적으로는, 도 12A에 개념도를 나타낸 것처럼, 화상 형성 장치(60A)는, 유기 EL 표시 장치로 이루어지는 공간 광 변조 장치(62)로 구성되어 있다. 공간 광 변조 장치(62)로부터 출사된 화상은, 예를 들면 볼록 렌즈로부터 구성된 렌즈계(광학계)(61)를 통과하고, 평행광이 되어, 제1 도광 부재(40)의 제5 면(40E)으로 향한다. 화상 형성 장치(60A)의 전체는, 케이스(도시하지 않음) 내에 수납될 수 있다. 케이스가, 장착 부재(19)에 의해 템플부(13)에 장착되어 있다. 공간 광 변조 장치(62)는, 2차원 매트릭스 형상으로 배열된 복수(예를 들면, 640×480개)의 화소(유기 EL 소자)를 구비하고 있다.
또는, 도 12B에 개념도를 나타낸 것처럼, 화상 형성 장치(60B)는, 제1 구성의 화상 형성 장치로 이루어지고, 구체적으로는, 반사형 공간 광 변조 장치 및 백색광을 출사하는 발광 다이오드로 이루어지는 광원(63)으로 구성되어 있다. 각 화상 형성 장치(60B) 전체는, 케이스(도시하지 않음) 내에 수납될 수 있고, 관련된 케이스에는 개구부(도시하지 않음)가 설치되어 있고, 개구부를 거쳐 광학계(평행광 출사 광학계, 콜리메이터 광학계)(61)로부터 광이 출사된다. 케이스가, 장착 부재(19)에 의해 템플부(13)에 장착되어 있다. 반사형 공간 광 변조 장치는, 라이트 밸브로서의 LCOS로 이루어지는 액정 표시 장치(LCD)(64)로 이루어진다. 나아가, 광원(63)으로부터의 광의 일부를 반사하여 액정 표시 장치(64)로 가이드하고, 또한, 액정 표시 장치(64)에 의해 반사된 광의 일부를 통과시켜 렌즈계(광학계)(61)로 가이드하는 편광 빔 스플리터(65)가 구비되어 있다. 액정 표시 장치(64)는, 2차원 매트릭스 형상으로 배열된 복수(예를 들면, 640×480개)의 화소(액정 셀)를 구비하고 있다. 편광 빔 스플리터(65)는, 주지의 구성, 구조를 갖는다. 광원(63)으로부터 출사된 무편광의 광은, 편광 빔 스플리터(65)에 충돌한다. 편광 빔 스플리터(65)에 있어서, P 편광 성분은 통과하고, 계 밖으로 출사된다. 한편, S 편광 성분은, 편광 빔 스플리터(65)에서 반사되어, 액정 표시 장치(64)로 입사하고, 액정 표시 장치(64)의 내부에서 반사되어, 액정 표시 장치(64)로부터 출사된다. 여기서, 액정 표시 장치(64)로부터 출사한 광 중, "백(白)"을 표시하는 화소로부터 출사한 광에는 P 편광 성분이 많이 포함되고, "흑(黑)"을 표시하는 화소로부터 출사한 광에는 S 편광 성분이 많이 포함된다. 따라서, 액정 표시 장치(64)로부터 출사되어, 편광 빔 스플리터(65)에 충돌하는 광 중, P 편광 성분은 편광 빔 스플리터(65)를 통과하여, 제1 도광 부재(40)의 제5 면(40E)으로 향한다. 한편, S 편광 성분은, 편광 빔 스플리터(65)에서 반사되어, 광원(63)으로 되돌려진다. 광학계(61)는, 예를 들면, 볼록 렌즈로 구성되고, 평행광을 생성시키기 위하여, 광학계(61)에 있어서의 초점 거리의 점(위치)에 화상 형성 장치(60B)(보다 구체적으로는, 액정 표시 장치(64))가 배치되어 있다.
또는, 도 12C에 개념도를 나타낸 것처럼, 화상 형성 장치(60C)는, 제2 구성의 화상 형성 장치로 이루어지고, 구체적으로는, 광원(66) 및 광원(66)으로부터 출사된 광을 주사하여 화상을 형성하는 주사 수단(69)을 구비하고 있다. 보다 구체적으로는, 화상 형성 장치(60C)는, 레이저 광원(66) 및 MEMS 미러(69)로 이루어진다. MEMS 미러(69)로부터 출사된 광은 렌즈계(61)를 통과하여, 제1 도광 부재(40)의 제5 면(40E)으로 입사한다. 구체적으로는, 레이저 광원(66)은, 녹색을 발광하는 발광 소자로 구성되어 있다. 그리고, 광원(66)으로부터 출사된 광은, 렌즈(67)에 의해 평행광으로 되어, 반사경(68)에 의해 광로를 변경하고, 마이크로 미러를 이차원 방향으로 회전 가능하도록 하여, 입사한 평행광을 2차원적으로 주사할 수 있는 MEMS 미러로 이루어지는 주사 수단(69)에 의해 수평 주사 및 수직 주사가 행해지고, 일종의 2차원 화상화 되어, 가상의 화소(화소수는, 예를 들면, 640×480)가 생성된다. 그리고, 가상의 화소(화상 출사부에 해당하는 주사 수단(69))로부터의 광은, 정(+)의 광학적 파워를 갖는 렌즈계(광학계)(61)를 통과하여, 평행광으로 된 광속이 제1 도광 부재(40)의 제5 면(40E)으로 입사한다. 또한, 화상 형성 장치(60C)의 전체는 케이스(도시하지 않음) 내에 수납될 수 있다.
후술하는 것처럼, 도광 부재로부터 출사되는 출사 광선속의 밀도의 불균형에 의해, 유효 시야 영역 내에 휘도 얼룩이 생길 우려가 있다. 휘도 얼룩을 방지하기 위하여, 도광 부재 내를 도광되는 광선속 폭을 넓게 확보할 필요가 있고, 이를 위하여는, 제1 도광 부재(40)에 넓은 광선속 폭을 갖고 평행 광속을 입사시킨다. 따라서, 광학계(61)가 갖는 사출동(exit pupil)의 위치에 상당하는 제1 도광 부재(40)의 광입사면(제5 면(40E))의 위치에 있어, 사출동 지름이 광입사면(제5 면(40E))의 전역을 덮도록 설계하는 것이 바람직하다.
프레임(10)은, 관찰자(20)의 정면에 배치되는 프런트부(11)와, 프런트부(11)의 양단에 경첩(12)을 거쳐 회동 가능하게 장착된 2개의 템플부(13)와, 각 템플부(13)의 선단부에 장착된 선단커버부(귀걸이부, 이어 패드라고도 불린다)(14)로 이루어진다. 또한, 노즈 패드(10')가 장착되어 있다. 즉, 프레임(10) 및 노즈 패드(10')의 조립체는, 기본적으로는, 통상의 안경과 대략 같은 구조를 갖는다. 나아가, 각 케이스가, 장착 부재(19)에 의해 템플부(13)에 장착되어 있다. 프레임(10)은, 금속 또는 플라스틱으로 제작된다. 또한, 각 케이스는, 장착 부재(19)에 의해 템플부(13)에 착탈 가능하게 장착되어 있어도 된다. 또한, 안경을 소유하고, 장착하고 있는 관찰자에 대해서는, 관찰자가 소유하는 안경의 프레임(10)의 템플부(13)에, 각 케이스를 장착 부재(19)에 의해 착탈 가능하게 장착해도 된다. 각 케이스를, 템플부(13)의 외측에 장착해도 되고, 템플부(13)의 안쪽에 장착해도 된다. 또는, 프런트부(11)에 구비된 림(11")(도 11B, 도 11C에만 도시)에 지지 부재(31)을 감입해도 된다.
나아가, 일방의 화상 형성 장치(60)로부터 연장되는 배선(신호선이나 전원선 등)(15)이, 템플부(13) 및 선단커버부(14)의 내부를 거쳐, 선단커버부(14)의 선단부로부터 외부로 연장되고, 제어 장치(제어 회로, 제어 수단)(18)에 접속되어 있다. 나아가, 각 화상 형성 장치(60)는 헤드폰부(16)를 구비하고 있고, 각 화상 형성 장치(60)로부터 연장되는 헤드폰부용 배선(16')이, 템플부(13) 및 선단커버부(14)의 내부를 거쳐, 선단커버부(14)의 선단부로부터 헤드폰부(16)로 연장된다. 헤드폰부용 배선(16')은, 보다 구체적으로는, 선단커버부(14)의 선단부로부터, 귓바퀴(외이)의 뒤측을 감도록 하여 헤드폰부(16)로 연장되고 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 헤드폰부(16)나 헤드폰부용 배선(16')이 난잡하게 배치되어 있는 인상을 주지 않고, 말끔한 표시 장치로 할 수 있다.
배선(신호선이나 전원선 등)(15)은, 상술한 바와 같이, 제어 장치(제어 회로)(18)에 접속되어 있고, 제어 장치(18)에 있어서 화상 표시를 위한 처리가 이루어진다. 제어 장치(18)는 주지의 회로로부터 구성할 수 있다.
프런트부(11)의 중앙 부분(11')에, 필요에 따라서, CCD 또는 CMOS 센서로 이루어지는 고체 촬상 소자와 렌즈(이들은 도시하지 않음)로 구성된 촬상 장치(카메라)(17)가, 적절한 장착 부재(도시하지 않음)에 의해 장착되어 있다. 촬상 장치(17)로부터의 신호는, 촬상 장치(17)로부터 연장되는 배선(도시하지 않음)을 거쳐 제어 장치(제어 회로)(18)로 송출된다.
이상에서 설명한 대로, 실시예 1의 광학 장치에 있어서는, α의 값은 0도를 초과하는 값이고, β의 값도 0도를 초과하는 값이므로, 제1 도광 부재로부터 출사되는 광(화상)에 미광이 포함되는 것을 억제(저하)시킬 수 있는 결과, 고화질의 화상을 제공할 수 있다. 또한, 제1 도광 부재는 X방향으로 광선속 폭을 확대하는 작용을 갖기 때문에, 관찰계의 사출동이 X방향으로 확대되고, 제2 도광 부재는 Y방향으로 광선속 폭을 확대하는 작용을 갖기 때문에, 관찰계의 사출동이 Y방향으로 확대된다. 따라서, 광학 장치에 의해 관찰계의 사출동을 2차원적으로 확대할 수 있으므로, 광학계를 소형화할 수 있어, 광시야인 표시 장치를 설계하는데 있어서 극히 유리하다.
실시예 2
실시예 2는, 실시예 1의 변형이다. 실시예 2의 광학 장치에 있어서의 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재의 배치를, 광의 거동, 화상 형성 장치, 관찰자의 눈동자와 함께 모식적으로 도 13에 나타내고, 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재의 배치를 모식적으로 도 14에 나타낸다. 또한, 도 14의 흰색의 화살표 B 및 도 14의 검은색의 화살표 C의 방향으로부터 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재를 바라보았을 때의 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재의 측면도는, 도 2B 및 도 2C에 나타낸 것과 마찬가지이다.
실시예 1에 있어서는, 봉 형상의 제1 도광 부재(40)는 수평 방향으로 연장되고 있다. 한편, 실시예 2에 있어서는, 봉 형상의 제1 도광 부재(40)는 수직 방향으로 연장되고 있다. 이 점을 제외하고, 실시예 2의 광학 장치, 화상 표시 장치, 표시 장치는, 실시예 1에서 설명한 광학 장치, 화상 표시 장치, 표시 장치와 마찬가지로 할 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
실시예 3
실시예 3은 실시예 1 ~ 실시예 2의 변형이다. 광학 장치에 있어서, 도광 부재 내를 전파하는 광선속 폭이 충분히 넓지 않은 경우, 도광 부재로부터 출사되는 광선속의 밀도에 불균형이 생길 우려가 있다. 실시예 3의 광학 장치에 있어서는, 도광 부재에 반투과 미러막을 배치함으로써, 도광 부재 내를 전파하는 광선속 폭을 넓히고 있다. 즉, 도 15B에 나타내는 실시예 1의 광학 장치의 예에서는, 광입사면(제8 면(50B))의 폭에 의해 제한된 광선속 폭 R'0가 부족한 경우가 있고, 그 결과, 제2 도광 부재(50)의 제7 면(50A)으로부터 출사되는 광선속에 누락(도 15B에서는 빗금으로 표시)이 생기는 경우가 있다. 이 상태를, 도 15B의 오른쪽에 도시한다. 즉, 광입사면(제8 면(50B))의 폭(두께)에 의해 제한된 광선속 폭이 충분하지 않기 때문에, 제2 도광 부재(50)로부터 출사되는 광선속의 밀도에 불균형이 생기고, 관찰자(20)의 눈동자(21)로 들어가는 광량이 수직 방향의 화각에 따라 주기적으로 변화하는 결과, 띠 형상의 휘도 얼룩이 발생하는 경우가 있다.
한편, 도 15A에 나타내는 실시예 3의 광학 장치에 있어서의 제2 도광 부재(50)에서는, 제2 도광 부재(50)의 제7 면(50A) 및 제9 면(50C)(전반사면(50A, 50C))과 평행한 반투과 미러막(71)이 광입사면(제8 면(50B))의 근방에 형성되어 있고, 반투과 미러막(71)에 충돌한 광선을 투과 방향과 반사 방향으로 분기시킴으로써 광선속 폭을 넓히는 것이 가능하다. 그 결과, 제2 도광 부재(50)로부터 출사되는 광선속의 밀도의 균일화를 도모할 수 있다. 이 상태를, 도 15A의 오른쪽에 도시한다. 즉, 반투과 미러막(71)에 충돌한 광선을 투과 방향과 반사 방향으로 분기시킴으로써, 제2 도광 부재(50)로 넓은 광선속 폭을 얻을 수 있는 결과, 제2 도광 부재(50)로부터 출사되는 광선속이 관찰자(20)의 눈동자(21)에 균일하게 입사하고, 휘도 얼룩을 억제할 수 있다. 또한, 도 15A 및 도 15B에 있어서, 화살표 "A"는, 제2 도광 부재(50)를 도광하는 광선속 폭을 규정하는 광선속 폭(반투과 미러막(71)으로부터 출사되는 광선속 폭의 최대폭)이다.
광입사면(제8 면(50B))의 근방에 반투과 미러막(71)이 형성된 상태를 확대한 도면을 도 16에 도시하고 있는데, 반투과 미러막(71)의 Y방향의 길이의 최대값 Lmax는 이하의 값을 만족하는 것이 바람직하다. 여기서, 제2 도광 부재(50) 내를 가장 얕은 각도로 전파되는 평행 광속에 있어서, 입사면의 일단에 상당하는 광선을 R3, 타단에 상당하는 광선을 R4로 했을 때, 반투과 미러막(71)의 최대 길이 Lmax는, 광선 R4가 적어도 1번은 반투과 미러막(71)에 충돌하는 값인 것이 바람직하다.
즉, 제2 도광 부재(50)의 두께(Z방향의 두께)를 T, 제2 도광 부재(50)의 광입사면(제8 면(50B))의 경사각(XZ평면과 이루는 각도)을 γ, 제2 도광 부재(50) 내를 가장 얕은 각도로 전파하는 광선의 전반사각을 θs, 반투과 미러막(71)으로부터 제2 도광 부재(50)의 제9 면(50C)까지의 거리를 T·r, 반투과 미러막(71)으로부터 제2 도광 부재(50)의 제7 면(50A)까지의 거리를 (1－r)T로 하면,
L1=(1－r)·T·tan(γ)
L2=(1－r)·T·tan(θs)
가 된다. 따라서,
Lmax=L1＋L2=(1－r)·T·{tan(γ)＋tan(θs)}
된다.
이상의 제2 도광 부재(50)에 대한 논의를, 제1 도광 부재(40)에 적용할 수 있음은 말할 것도 없다.
제1 도광 부재(40)는, 도 1에 나타낸 것처럼, 가로 세로의 애스펙트 비가 가까운 단면을 갖고, 화상광의 평행 광속은, 2세트의 평행하게 대향하는 측면(제1 면(40A)과 제3 면(40C), 및 제2 면(40B)과 제4 면(40D))의 사이에서 전반사면을 반복하면서 도광된다. 그 때문에, 광입사면(제5 면(40E))의 면적으로 제한된 광선속의 굵기(폭)가 충분하지 않은 경우, 제2 도광 부재(50)를 향하여 출사되는, 2개의 전반사 방향에 기인한 출사광선속의 밀도에 불균형이 생기는 경우가 있다.
실시예 3의 광학 장치에 있어서, 제1 도광 부재(40)에는,
제1 면(40A) 및 제3 면(40C)과 평행하게 배치된 반투과 미러막(72)이 배치되어 있거나(도 17C 참조), 또는,
제2 면(40B) 및 제4 면(40D)과 평행하게 배치된 반투과 미러막(71)이 배치되어 있거나(도 17B 참조), 또는,
제1 면(40A) 및 제3 면(40C)과 평행하게 배치된 반투과 미러막(72 ) 및 제2 면(40B) 및 제4 면(40D)과 평행하게 배치된 반투과 미러막(71)이 배치되어 있다(도 17A 참조).
즉, 도 17A에 나타내는 예에서는, 제1 면(40A) 및 제3 면(40C)과 평행하게 배치된 반투과 미러막(72) 및 제2 면(40B) 및 제4 면(40D)과 평행하게 배치된 반투과 미러막(71)이 십자 형상으로 배치되어 있고, 2차원적으로 광선속 폭을 넓히는 것이 가능하다. 또한, 도 17B에 나타내는 예에서는, 제2 면(40B) 및 제4 면(40D)과 평행하게 배치된 반투과 미러막(71)이 배치되어 있고, 제2 면(40B) 및 제4 면(40D)에서 전반사하는 방향에 대응하는 출사광선속의 밀도가 균일화된다. 도 17C에 나타내는 예에서는, 제1 면(40A) 및 제3 면(40C)과 평행하게 배치된 반투과 미러막(72)이 배치되어 있고, 제1 면(40A) 및 제3 면(40C)에서 전반사하는 방향에 대응하는 출사광선속의 밀도가 균일화된다.
또한, 제1 도광 부재(40)의 내부에 제1 면(40A) 및 제3 면(40C)과 평행하게 배치된 반투과 미러막(72)은, 제1 면(40A) 및 제3 면(40C)과 등거리에 위치하는 영역의 일부에 배치되어 있는 구성으로 할 수 있다(도 17C 참조). 또는, 제1 도광 부재(40)에 제1 면(40A) 및 제3 면(40C)과 평행하게 배치된 반투과 미러막(75)은, 제1 면(40A) 상의 일부의 영역 또는 제3 면(40C) 상의 일부의 영역(도시한 예에서는, 제1 면(40A) 상의 일부의 영역)에 배치되어 있는 구성으로 할 수 있다(도 19A, 도 19B 참조). 또는, 제1 도광 부재(40)의 내부에 제2 면(40B) 및 제4 면(40D)과 평행하게 배치된 반투과 미러막(71)은, 제2 면(40B) 및 제4 면(40D)과 등거리에 위치하는 영역의 일부에 배치되어 있는 구성으로 할 수 있다(도 17B 참조). 또는, 제1 도광 부재(40)에 제2 면(40B) 및 제4 면(40D)과 평행하게 배치된 반투과 미러막(73)은, 제2 면(40B) 상의 일부의 영역 또는 제4 면(40D) 상의 일부의 영역에 배치되어 있는 구성으로 할 수 있다(도 18B, 도 19B 참조). 이와 같이, 제1 도광 부재(40)에 반투과 미러막(71, 72)을 배치함으로써, 제1 도광 부재(40)의 제3 면(40C)으로부터 출사되는 화상에 얼룩(명암 또는 농담)이 생기는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도 18A에는, 반투과 미러막(71, 72)이 배치되지 않은 제1 도광 부재(40)를 나타낸다.
도 18A, 도 18B, 도 19A 및 도 19B의 오른쪽에, 화상에 얼룩(명암 또는 농담)이 생긴 상태를 모식적으로 나타낸다. 도 18A에 나타내는 예에서는, 광입사면(제5 면(40E))의 면적에 의해 제한된 광선속의 굵기가 충분하지 않기 때문에, 2개의 전반사 방향에 기인한 띠 형상의 휘도 얼룩이 각각 교차하도록 겹쳐 격자 형상의 휘도 얼룩이 생기고 있다. 한편, 도 18B에 나타내는 예에서는, 반투과 미러막(73)이 형성되어 있고, 제2 면(40B) 및 제4 면(40D)에서 전반사하는 광선속 폭이 넓어지기 때문에, 이 전반사 방향에 대응하는 띠 형상의 휘도 얼룩이 억제되고, Z방향에 대응한 휘도 얼룩만이 생긴다. 나아가, 도 19A에 나타내는 예에서는, 반투과 미러막(75)이 형성되어 있고, 제1 면(40A) 및 제3 면(40C)에서 전반사하는 광선속 폭이 넓어지기 때문에, 이 전반사 방향에 대응하는 띠 형상의 휘도 얼룩이 억제되고, Y방향에 대응한 휘도 얼룩만이 생긴다. 또한, 도 19B에 나타내는 예에서는, 반투과 미러막(73, 75)이 형성되어 있고, 제2 면(40B) 및 제4 면(40D)에서 전반사하는 광선속 폭 및 제1 면(40A) 및 제3 면(40C)에서 전반사하는 광선속 폭이 넓어지기 때문에, 이들 전반사 방향에 대응하는 띠 형상의 휘도 얼룩이 억제되어, 휘도 얼룩이 없는 상태가 달성된다.
반투과 미러막을, 제1 면(40A) 상의 일부의 영역 또는 제3 면(40C)상의 일부의 영역에 배치하는 경우, 또는, 제2 면(40B) 상의 일부의 영역 또는 제4 면(40D)상의 일부의 영역에 배치하는 경우, 제1 도광 부재(40)와 접하지 않은 반투과 미러막의 면 상에는 보호 부재(74, 76)가 배치되어 있는 것이 바람직하다. 보호 부재(74, 76)는, 도광 부재를 구성하는 재료로부터 적절히 선택하면 된다.
마찬가지로, 제2 도광 부재(50)에는, 전술한 바와 같이, 제7 면(50A) 및 제9 면(50C)과 평행하게 배치된 반투과 미러막이 배치되어 있는 구성으로 할 수 있다. 그리고, 이 경우, 제2 도광 부재(50)의 내부에 제7 면(50A) 및 제9 면(50C)과 평행하게 배치된 반투과 미러막은, 제7 면(50A) 및 제9 면(50C)과 등거리에 위치하는 영역의 일부에 배치되어 있는 구성으로 할 수 있고, 또는, 제2 도광 부재(50)에 제7 면(50A) 및 제9 면(50C)과 평행하게 배치된 반투과 미러막은, 제7 면(50A) 상의 일부의 영역 또는 제9 면(50C)상의 일부의 영역에 배치되어 있는 구성으로 할 수 있다. 이와 같이, 제2 도광 부재(50)에 반투과 미러막을 배치함으로써, 제2 도광 부재(50)의 제7 면(50A)으로부터 출사되는 화상에 얼룩(명암 또는 농담)이 생기는 것을 방지할 수 있다. 반투과 미러막을, 제7 면(50A) 상의 일부의 영역 또는 제9 면(50C)상의 일부의 영역에 배치하는 경우, 제2 도광 부재(50)와 접하지 않은 반투과 미러막의 면 상에는 보호 부재가 배치되어 있는 것이 바람직하다. 보호 부재는, 도광 부재를 구성하는 재료로부터 적절히 선택하면 된다.
도 18B, 도 19A, 도 19B에 나타낸 반투과 미러막(73,75)을 구비한 도광 부재는, 도 17A, 도 17B, 도 17C에 나타낸 반투과 미러막(71,72)을 구비한 도광 부재보다 훨씬 제조가 용이하면서, 충분한 효과를 기대할 수 있기 때문에, 매우 유용하다.
이상에서 설명한 실시예의 광학 장치에 있어서, 제1 도광 부재(40) 및 제2 도광 부재(50)에는, 도광 부재 내부에 불연속 경계가 되는 제1 반투과층(42), 제2 반투과층(52)이 형성되어 있고, 외부로부터의 충격에 의해 제1 도광 부재(40) 및 제2 도광 부재(50)가 파괴될 우려가 있다. 따라서, 반투과 미러막의 배치의 유무에 관계없이, 도광 부재의 하나 이상의 측면에, 도광 재료와 같은 굴절률을 갖고, 또한, 도광 부재보다 얇은 보호 부재(커버 플레이트)(74,76)를 접합하는 것이 바람직하다. 도광 재료와 보호 부재의 굴절률을 동일하게 함으로써, 전반사 조건을 유지한 채로, 도광 부재의 신뢰성을 높일 수 있다.
실시예 4
실시예 4는, 실시예 1 ~ 실시예 3의 변형이다. 실시예 4의 광학 장치에 있어서는, 제1 도광 부재의 광입사 부분의 모식적인 단면도를 도 20에 나타낸 것처럼, 제1 도광 부재(40)에 있어서, 제5 면(40E)의 근방에는, 제5 면(40E)으로 입사하는 광의 단면적을 확대시키는 단면적확대부(80)가 배치되어 있다. 또한, 도시하지는 않았으나, 제2 도광 부재에 있어서, 제8 면(50B)의 근방에는, 제8 면(50B)으로 입사하는 광의 단면적을 확대시키는 제2 단면적확대부가 배치되어 있다. 이와 같이, 단면적확대부(80)를 배치함으로써, 제1 도광 부재(40)의 두께를 얇게 하는 것이 가능해지고, 제2 도광 부재의 Z방향의 두께를 얇게 하는 것이 가능해진다. 단면적확대부(80)가 배치되어 있을 때의 제1 도광 부재(40)의 제5 면(40E)으로 입사하는 광선속 폭 W0 및 제1 도광 부재(40)의 두께 T0를 도 20에 나타내고, 아울러, 단면적확대부(80)가 배치되어 있지 않은 경우의 제1 도광 부재(40)의 제5 면(40E)으로 입사하는 광선속 폭 W1도 도 20에 나타낸다. 또한, 단면적확대부(80)가 배치되어 있지 않은 광학 장치의 광입사 부분의 모식적인 단면도를 도 21에 나타내고, 제1 도광 부재(40)의 제5 면(40E)으로 입사하는 광선속 폭 W1, 제1 도광 부재(40)의 두께 T0도 도 21에 나타낸다.
단면적확대부(80)는, 예를 들면, 제1 도광 부재(40)의 광입사부(제5 면(40E))나 제2 도광 부재의 광입사부(제8 면(50B))의 근방에, 도광 재료와 동일한 굴절률을 갖는 프리즘 부재를 조립함으로써 구성할 수 있고, 또는, 제1 도광 부재(40)의 광입사부(제5 면(40E))나 제2 도광 부재의 광입사부(제8 면(50B))를 프리즘 형상으로 가공함으로써 형성할 수 있다. 또는, 단면적확대부(80)의 광입사면의 경사각의 값은, 제1 도광 부재(40)의 제5 면(40E)의 경사각의 값보다 작은 형태로 할 수 있고, 제2 단면적확대부의 광입사면의 경사각의 값은, 제2 도광 부재(50)의 제8 면(50B)의 경사각(도 16도 참조)의 값보다 작은 형태로 할 수 있다. 그리고, 이들에 의해, 제1 도광 부재(40)에 결합되는 광선의 각도 성분을 유지한 채로, 단면적확대부(80)를 갖지 않는 광학 장치보다 입사광선속 폭을 넓힐 수 있다.
또한, 화상 형성 장치(60)의 중심부로부터 출사된 광은, 단면적확대부(80)의 광입사면에 수직으로 입사하는 것이 바람직하다. 또한, 화상 형성 장치(60)의 중심부로부터 출사된 광이 제1 도광 부재(40) 내에서 도광되어, 제1 도광 부재(40)의 제3 면(40C)으로부터 출사될 때, 제2 단면적확대부의 광입사면에 수직으로 입사하는 것이 바람직하다.
또한, 화상 형성 장치(60)로부터 소망하지 않은 광이 출사되어 제1 도광 부재(40)로 입사하지 않도록, 화상 형성 장치(60)와 제1 도광 부재(40)의 사이에는, 개구부를 갖는 차광부(81)가 배치되어 있다. 마찬가지로, 제1 도광 부재(40)로부터 출사된 광 중 소망하지 않은 광이 제2 도광 부재(50)로 입사하지 않도록, 제1 도광 부재(40)와 제2 도광 부재(50)의 사이에는, 개구부를 갖는 차광부를 배치해도 된다.
실시예 5
실시예 5는, 실시예 1 ~ 실시예 4의 변형이다. 서로 평행하게 배열된 복수의 제1 반투과층(42)을 구비한 제1 도광 부재(40)에 있어서, 전반사를 반복하면서 도광되는 광선의 강도는, 제1 반투과층(42)을 투과할 때마다 그 광투과율에 따라 감쇠한다. 제1 도광 부재(40)의 광출사면(제3 면(40C))의 전역에 있어서 가능한 한 균일한 출사광선속 밀도를 얻기 위해서는, 강도 감쇠를 보정하도록 제1 반투과층(42)의 광반사율을 높여 설계하면 된다. 이 설계는, 제1 도광 부재(40)와 제2 도광 부재(50)의 어느 것에 대해서도 효과적이다.
즉, 실시예 5의 광학 장치에 있어서, 제1 편향 수단(41)을 구성하는 복수의 제1 반투과층(42)에 있어서는, 제5 면(40E)으로부터 먼 곳에 위치하는 제1 반투과층(42)은, 제5 면(40E)으로부터 가까운 곳에 위치하는 제1 반투과층(42)보다 높은 광반사율(낮은 광투과율)을 갖는다. 또한, 제2 편향 수단(51)을 구성하는 복수의 제2 반투과층(52)에 있어서는, 제8 면(50B)으로부터 먼 곳에 위치하는 제2 반투과층(52)은, 제8 면(50B)으로부터 가까운 곳에 위치하는 제2 반투과층(52)보다 높은 광반사율(낮은 광투과율)을 갖는다.
광학 장치에 있어서, 제1 반투과층(42)의 기하학적인 배치가 정해졌을 때, 또는 제1 반투과층(42)에서 반사하여 제1 도광 부재(40)로부터 출사되는 광선 중, 관찰자(20)의 눈동자(21)에 입사하는 광선의 각도 성분은, 제1 도광 부재(40)의 광입사면(제5 면(40E))으로부터 제1 반투과층(42)까지의 거리에 따라 정해진다. 광학 장치의 도광 효율을 높이기 위해서는, 각각의 제1 반투과층(42)이 갖는 광반사율의 각도 특성을 적절히 설계하면 된다. 즉, 제1 반투과층(42)은, 제5 면으로부터의 거리에 의존하여, 제1 반투과층(42)의 법선과 제1 반투과층(42)에 의해 반사되는 광선이 이루는 각도(반사각)와 광반사율의 관계가 규정되어 있는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 제2 반투과층(52)은, 제8 면으로부터의 거리에 의존하여, 제2 반투과층(52)의 법선과 제2 반투과층(52)에 의해 반사되는 광선이 이루는 각도(반사각)와 광반사율의 관계가 규정되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 관찰자(20)의 눈동자(21)에 입사하는 각도 성분은, 광반사율을 높여 효율 좋게 취출되고, 그 이외의 각도 성분은, 반대로 광반사율을 낮추어 투과시킴으로써 손실을 줄이고, 높은 도광 효율을 얻을 수 있다. 이 설계는, 제1 도광 부재(40)와 제2 도광 부재(50)의 어느 것에 대해서도 효과적이다.
실시예 5의 광학 장치에 있어서, 복수의 제1 반투과층(42)의 기울기 (α,β)를 (25도,60도)로 하고, 출력 화상의 유효 시야 영역을 대각 78도로 설정했다. 또한, 제1 도광 부재(40)의 도광 재료로서 BK7(굴절률: 1.517)을 사용했다.
실시예 5의 광학 장치의 제1 도광 부재에 있어서의 각 에리어에서의 광의 출사 상태를 도 22의 (A)에 나타내고, 반사각과 광반사율의 관계를 도 22의 (B)에 나타낸다. 도 22의 (A)에 나타낸 것처럼, 제1 도광 부재(40)를, 광입사면측으로부터 복수의 에리어[구체적으로는, 3개의 에리어(43,44,45)(제1 에리어(43), 제2 에리어(44), 제3 에리어(45))]로 분할하고, 각각의 에리어에 포함되는 제1 반투과층(42)을 다른 광반사율로 설계한 결과를 나타낸다. 제1 도광 부재(40)의 입사면(40E)으로 입사 콘(incident cone) R5가 입사되었을 때, 제1 도광 부재(40)의 광출사면(제3 면(40C))의 전역으로부터는 출사콘(emitted cone) R6가 출력되는데, 3개의 에리어(43, 44, 45)로부터 출력되는 출사콘 R6-43, R6-44, R6-45 가운데, 관찰자(20)의 눈동자(21)에 도달하는 각도 범위는 각각 I1, I2, I3로 한정된다. 이 때, I1, I2, I3의 각도 범위에 있는 출사광선은, 제1 반투과층(42)에 있어서, 각각, 소정의 각도로 반사되어, 제1 도광 부재(40)로부터 출사된다. 즉, 각도 범위 I1의 출사광선이 제1 반투과층(42)의 법선과 이루는 반사각은 39도 ~ 55도이고, 각도 범위 I2의 출사광선이 제1 반투과층(42)의 법선과 이루는 반사각은 23도 ~ 45도이고, 각도 범위 I3의 출사광선이 제1 반투과층(42)의 법선과 이루는 반사각은 10도 ~ 32도이다.
따라서, 도 22의 (B)에 나타낸 것처럼, 3개의 에리어(43,44,45) 내에 존재하는 제1 반투과층(42)의 광반사율을, 관찰자(20)의 눈동자(21)로 입사하는 각도 성분만을 반사하여 취출하고, 그 이외의 각도 성분을 투과하도록, 각도 의존성에 기초하여 설계했다. 예를 들면, 에리어(43)의 제1 반투과층(42)에 각도 의존성을 갖는 광반사율(43')을 부여함으로써, 각도 범위 I1에 상당하는 광선을 효율 좋게 취출하고, 각도 범위 I2, I3에 상당하는 광선을 후방의 에리어(44,45)로 투과시킴으로써, 손실을 줄여 높은 도광 효율을 얻을 수 있다. 마찬가지로, 예를 들면, 에리어(44)의 제1 반투과층(42)에 각도 의존성을 갖는 광반사율(44')을 부여함으로써, 각도 범위 I2에 상당하는 광선을 효율 좋게 취출하고, 각도 범위 I3에 상당하는 광선을 후방의 에리어(45)로 투과시킴으로써, 손실을 줄여 높은 도광 효율을 얻을 수 있다. 또한, 예를 들면, 에리어(45)의 제1 반투과층(42)에 각도 의존성을 갖는 광반사율(45')을 부여함으로써, 각도 범위 I3에 상당하는 광선을 효율 좋게 취출할 수 있다.
나아가, 에리어(43,44,45)에 위치하는 제1 반투과층(42)의 광반사율(43’,44',45')을, 각도 의존성을 갖도록, 또한, 후방의 에리어일수록 광반사율이 높아지도록 설계한다. 이는, 제1 도광 부재(40) 내를 전파하는 신호광 광선이, 제1 반투과층(42)을 투과할 때마다 생기는 강도 감쇠를 보정하기 위한 것이고, 결과적으로, 유효 시야 영역의 전역에서 균일한 휘도를 실현하고, 또한, 도광 효율을 높이는 것이 가능하다.
이상, 본 개시의 광학 장치, 화상 표시 장치 및 표시 장치를 바람직한 실시예에 기초하여 설명했지만, 본 개시의 광학 장치, 화상 표시 장치 및 표시 장치는, 이들 실시예로 한정하는 것은 아니다. 사출동의 확대 방향은 도 1, 도 13에 나타내는 방향으로 한정되는 것은 아니고, 제1 도광 부재 및 제2 도광 부재에 의한 화상 확대 방향이 서로 직교하는 것과 같은 방향이면 된다.
광학 장치(30)는, 시도(視度; diopter) 보정 렌즈를 더 구비하고 있어도 된다. 즉, 광학 장치(30)로부터 관찰자(20)의 눈동자(21)까지의 광로 내에, 도 11C에 모식적인 단면도를 나타낸 것처럼, 관찰자(20)의 시도에 따른 시도 보정 렌즈(22)를 배치해도 된다. 표시 장치에 있어서는, 광학 장치로부터의 출력 화상은 원리적으로 무한원(infinity)에 투영된다. 따라서, 출력 화상을 해상도 좋게 관찰하기 위해서는, 제2 도광 부재(50)로부터 관찰자(20)의 눈동자(21)까지의 광로 내에 관찰자(20)의 시도에 따른 시도 보정 렌즈(22)를 삽입하는 것이 바람직하다. 또한, 도 11D에 실시예 1의 표시 장치의 변형예를 측면으로부터 바라본 모식도를 나타낸 것처럼, 광학 장치(30)의 관찰자측 또는 관찰자측과는 반대측에는, 전술한 조광 장치(23)를 배치하여도 된다.
또한, 본 개시는, 이하와 같은 구성을 취할 수도 있다.
[A01]《광학 장치》
제1 면, 제2 면, 제1 면과 대향한 제3 면, 제2 면과 대향한 제4 면, 제5 면 및 제5 면과 대향한 제6 면을 갖고, 내부에 제1 편향 수단을 구비한 제1 도광 부재와,
제7 면, 제8 면, 제7 면과 대향한 제9 면, 제8 면과 대향한 제10 면, 제11 면 및 제11 면과 대향한 제12 면을 갖고, 내부에 제2 편향 수단을 구비한 제2 도광 부재를 구비한 광학 장치로서,
제1 면 및 제3 면은 평행이고,
제2 면 및 제4 면은 평행이면서, 또한, 제1 면 및 제3 면과 직교하고 있고,
제7 면 및 제9 면은, XYZ 직교 좌표계에 있어서의 XY평면과 평행이고,
제5 면으로부터 입사한 광은, 제1 도광 부재의 내부를 전반사하여, 제1 편향 수단에 의해 편향되어, 제3 면으로부터 출사되고, 제3 면과 이격되어 배치된 제8 면으로 입사하여, 제7 면과 제9 면의 사이에서 전반사되고, 제2 편향 수단에 의해 편향되어, 제7 면으로부터 출사되고,
제1 편향 수단은, 복수의 제1 반투과층이 이격되어 평행하게 배치되어 이루어지고,
제1 반투과층의 법선을 XZ평면에 투영했을 때의 X축과 이루는 각도를 α로 했을 때, α의 값은 0도를 초과하는 값이고,
제1 반투과층의 법선을 XY평면에 투영했을 때의 X축과 이루는 각도를 β로 했을 때, β의 값은 0도를 초과하는 값인 광학 장치.
[A02] 상기 [A01]에 있어서,
제1 도광 부재에는, 제1 면 및 제3 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막이 배치되어 있거나, 또는, 제2 면 및 제4 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막이 배치되어 있거나, 또는, 제1 면 및 제3 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막 및 제2 면 및 제4 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막이 배치되어 있는 광학 장치.
[A03] 상기 [A02]에 있어서,
제1 도광 부재의 내부에 제1 면 및 제3 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막은, 제1 면 및 제3 면과 등거리에 위치하는 영역의 일부에 배치되어 있는 광학 장치.
[A04] 상기 [A02]에 있어서,
제1 도광 부재에 제1 면 및 제3 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막은, 제1 면 상의 일부의 영역 또는 제3 면 상의 일부의 영역에 배치되어 있는 광학 장치.
[A05] 상기 [A02]에 있어서,
제1 도광 부재의 내부에 제2 면 및 제4 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막은, 제2 면 및 제4 면과 등거리에 위치하는 영역의 일부에 배치되어 있는 광학 장치.
[A06] 상기 [A02]에 있어서,
제1 도광 부재에 제2 면 및 제4 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막은, 제2 면 상의 일부의 영역 또는 제4 면 상의 일부의 영역에 배치되어 있는 광학 장치.
[A07] 상기 [A01] 내지 [A06] 중 어느 하나에 있어서,
제2 도광 부재에는, 제7 면 및 제9 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막이 배치되어 있는 광학 장치.
[A08] 상기 [A07]에 있어서,
제2 도광 부재의 내부에 제7 면 및 제9 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막은, 제7 면 및 제9 면과 등거리에 위치하는 영역의 일부에 배치되어 있는 광학 장치.
[A09] 상기 [A07]에 있어서,
제2 도광 부재에 제7 면 및 제9 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막은, 제7 면 상의 일부의 영역 또는 제9 면 상의 일부의 영역에 배치되어 있는 광학 장치.
[A10] 상기 [A01] 내지 [A09] 중 어느 하나에 있어서,
제1 도광 부재에 있어서, 제5 면의 근방에는, 제5 면으로 입사하는 광의 단면적을 확대시키는 단면적확대부가 배치되어 있는 광학 장치.
[A11] 상기 [A10]에 있어서,
단면적확대부는, 제1 도광 부재의 제5 면의 근방에 프리즘 부재를 조합함으로써 구성되어 있는 광학 장치.
[A12] 상기 [A10]에 있어서,
단면적확대부는, 프리즘 형상의 제1 도광 부재의 제5 면으로 이루어지는 광학 장치.
[A13] 상기 [A10]에 있어서,
단면적확대부의 광입사면의 경사각의 값은, 제1 도광 부재의 제5 면의 경사각의 값보다 작은 광학 장치.
[A14] 상기 [A01] 내지 [A10] 중 어느 하나에 있어서,
제2 도광 부재에 있어서, 제8 면의 근방에는, 제8 면으로 입사하는 광의 단면적을 확대시키는 제2 단면적확대부가 배치되어 있는 광학 장치.
[A15] 상기 [A14]에 있어서,
제2 단면적확대부는, 제2 도광 부재의 제9 면의 근방에 프리즘 부재를 조합함으로써 구성되어 있는 광학 장치.
[A16] 상기 [A14]에 있어서,
제2 단면적확대부는, 프리즘 형상의 제2 도광 부재의 제8 면으로 이루어지는 광학 장치.
[A17] 상기 [A14]에 있어서,
제2 단면적확대부의 광입사면의 경사각의 값은, 제2 도광 부재의 제8 면의 경사각의 값보다 작은 광학 장치.
[A18] 상기 [A01] 내지 [A17] 중 어느 하나에 있어서,
제2 편향 수단은, 복수의 제2 반투과층이 이격되어 평행하게 배치되어 이루어지는 광학 장치.
[A19] 상기 [A18]에 있어서,
제1 반투과층은 유전체 다층막으로 이루어지고,
제2 반투과층은 유전체 다층막으로 이루어지는 광학 장치.
[A20] 상기 [A01] 내지 [A19] 중 어느 하나에 있어서,
제1 편향 수단을 구성하는 복수의 제1 반투과층에 있어서는, 제5 면으로부터 먼 곳에 위치하는 제1 반투과층은, 제5 면으로부터 가까운 곳에 위치하는 제1 반투과층보다 높은 광반사율을 갖는 광학 장치.
[A21] 상기 [A01] 내지 [A20] 중 어느 하나에 있어서,
제1 반투과층은, 제5 면으로부터의 거리에 의존하여, 제1 반투과층의 법선과 제1 반투과층에 의해 반사되는 광선이 이루는 각도(반사각)와 광반사율의 관계가 규정되어 있는 광학 장치.
[A22] 상기 [A01] 내지 [A21] 중 어느 하나에 있어서,
제2 편향 수단은, 복수의 제2 반투과층이 이격되어 평행하게 배치되어 이루루어지고,
제2 반투과층은, 제8 면으로부터의 거리에 의존하여, 제2 반투과층의 법선과 제2 반투과층에 의해 반사되는 광선이 이루는 각도(반사각)와 광반사율의 관계가 규정되어 있는 광학 장치.
[A23] 상기 [A01] 내지 [A22] 중 어느 하나에 있어서,
20(도)≤α≤30(도)
55(도)≤β≤65(도)
를 만족하는 광학 장치.
[A24] 상기 [A01] 내지 [A23] 중 어느 하나에 있어서,
제3 면과 제8 면은 평행인 광학 장치.
[A25] 상기 [A01] 내지 [A24] 중 어느 하나에 있어서,
제3 면과 제8 면의 사이에는 공기층이 존재하는 광학 장치.
[A26] 상기 [A01] 내지 [A24] 중 어느 하나에 있어서,
제3 면과 제8 면은 접착제를 이용하여 접착되어 있는 광학 장치.
[A27] 상기 [A01] 내지 [A26] 중 어느 하나에 있어서,
제1 도광 부재의 제1 면, 제2 면, 제3 면 및 제4 면의 적어도 1면, 전체는, 보호 부재에 의해 피복되어 있는 광학 장치.
[A28] 상기 [A01] 내지 [A27] 중 어느 하나에 있어서,
제2 도광 부재의 제7 면 및 제9 면의 적어도 1면, 전체는, 보호 부재에 의해 피복되어 있는 광학 장치.
[A29] 상기 [A27] 또는 [A28]에 있어서,
보호 부재는, 도광 부재를 구성하는 재료로 이루어지는 광학 장치.
[A30] 상기 [A01] 내지 [A29] 중 어느 하나에 있어서,
제1 도광 부재의 제5 면에는 광학계를 거쳐 광이 입사하고,
광학계가 갖는 사출동의 위치에 상당하는 제1 도광 부재의 제5 면의 위치에 있어, 사출동 지름이 제5 면의 전역을 덮고 있는 광학 장치.
[A31] 상기 [A01] 내지 [A30] 중 어느 하나에 있어서,
시도 보정 렌즈를 더 구비하고 있는 광학 장치.
[B01]《화상 표시 장치：제1 양태》
화상 형성 장치 및 광학 장치를 구비한 화상 표시 장치로서,
광학 장치는,
제1 면, 제2 면, 제1 면과 대향한 제3 면, 제2 면과 대향한 제4 면, 제5 면 및 제5 면과 대향한 제6 면을 갖고, 내부에 제1 편향 수단을 구비한 제1 도광 부재와,
제7 면, 제8 면, 제7 면과 대향한 제9 면, 제8 면과 대향한 제10 면, 제11면 및 제11면과 대향한 제12 면을 갖고, 내부에 제2 편향 수단을 구비한 제2 도광 부재를 갖춘 광학 장치로서,
제1 면 및 제3 면은 평행이고,
제2 면 및 제4 면은 평행이면서, 또한, 제1 면 및 제3 면과 직교하고 있고,
제7 면 및 제9 면은, XYZ 직교좌표계에 있어서의 XY평면과 평행이고,
제5 면으로부터 입사한 광은, 제1 도광 부재의 내부를 전반사하여, 제1 편향 수단에 의해 편향되어, 제3 면으로부터 출사되고, 제3 면과 이격되어 배치된 제8 면으로 입사하여, 제7 면과 제9 면의 사이에서 전반사되고, 제2 편향 수단에 의해 편향되어, 제7 면으로부터 출사되고,
제1 편향 수단은, 복수의 제1 반투과층이 이격되어 평행하게 배치되어 이루어지고,
제1 반투과층의 법선을 XZ평면에 투영했을 때의 X축과 이루는 각도를 α로 했을 때, α의 값은 0도를 초과하는 값이고,
제1 반투과층의 법선을 XY평면에 투영했을 때의 X축과 이루는 각도를 β로 했을 때, β의 값은 0도를 초과하는 값인 화상 표시 장치.
[B02]《화상 표시 장치： 제2 양태》
화상 형성 장치 및 상기 [A01] 내지 [A31] 중 어느 하나에 따른 광학 장치를 구비하고 있는 화상 표시 장치.
[C01]《표시 장치： 제1 양태》
관찰자의 헤드에 장착되는 프레임 및 프레임에 장착된 화상 표시 장치를 구비한 표시 장치로서,
화상 표시 장치는, 화상 형성 장치 및 광학 장치를 구비하고 있고,
광학 장치는,
제1 면, 제2 면, 제1 면과 대향한 제3 면, 제2 면과 대향한 제4 면, 제5 면 및 제5 면과 대향한 제6 면을 갖고, 내부에 제1 편향 수단을 구비한 제1 도광 부재 및
제7 면, 제8 면, 제7 면과 대향한 제9 면, 제8 면과 대향한 제10 면, 제11면 및 제11면과 대향한 제12 면을 갖고, 내부에 제2 편향 수단을 구비한 제2 도광 부재를 구비한 광학 장치로서,
제1 면 및 제3 면은 평행이고,
제2 면 및 제4 면은 평행이면서, 또한, 제1 면 및 제3 면과 직교하고 있고,
제7 면 및 제9 면은, XYZ 직교좌표계에 있어서의 XY평면과 평행이고,
제5 면으로부터 입사한 광은, 제1 도광 부재의 내부를 전반사하여, 제1 편향 수단에 의해 편향되어, 제3 면으로부터 출사되고, 제3 면과 이격되어 배치된 제8 면으로 입사하여, 제7 면과 제9 면의 사이에서 전반사되고, 제2 편향 수단에 의해 편향되어, 제7 면으로부터 출사되고,
제1 편향 수단은, 복수의 제1 반투과층이 이격되어 평행하게 배치되어 이루어지고,
제1 반투과층의 법선을 XZ평면에 투영했을 때의 X축과 이루는 각도를 α로 했을 때, α의 값은 0도를 초과하는 값이고,
제1 반투과층의 법선을 XY평면에 투영했을 때의 X축과 이루는 각도를 β로 했을 때, β의 값은 0도를 초과하는 값인 표시 장치.
[C02]《표시 장치： 제2 양태》
관찰자의 헤드에 장착되는 프레임 및 프레임에 장착된 화상 표시 장치를 구비한 표시 장치로서,
화상 표시 장치는, 화상 형성 장치 및 상기 [A01] 내지 [A31] 중 어느 하나에 따른 광학 장치를 구비하고 있는 표시 장치.
10: 프레임,
10': 노즈 패드,
11: 프런트부,
11': 프런트부의 중앙 부분,
12: 경첩,
13: 템플부,
14: 선단커버부,
15: 배선,
16: 헤드폰부,
16': 헤드폰부용 배선,
17: 촬상 장치(카메라),
18: 제어 장치(제어 회로, 제어 수단),
19: 장착 부재,
20: 관찰자,
21: 관찰자의 눈동자,
22: 시도 보정 렌즈,
23: 조광 장치,
30: 광학 장치,
31: 지지 부재,
40: 제1 도광 부재,
40A: 제1 도광 부재의 제1 면,
40B: 제1 도광 부재의 제2 면,
40C: 제1 도광 부재의 제3 면,
40D: 제1 도광 부재의 제4 면,
40E: 제1 도광 부재의 제5 면,
40F: 제1 도광 부재의 제6 면,
41: 제1 편향 수단,
42: 제1 반투과층,
43, 44, 45: 제1 도광 부재의 에리어,
50: 제2 도광 부재,
50A: 제2 도광 부재의 제7 면,
50B: 제2 도광 부재의 제8 면,
50C: 제2 도광 부재의 제9 면,
50D: 제2 도광 부재의 제10 면,
50E: 제2 도광 부재의 제11 면,
50E: 제2 도광 부재의 제12 면,
51: 제2 편향 수단,
52: 제2 반투과층,
60, 60A, 60B, 60C: 화상 형성 장치,
61: 렌즈계(광학계, 평행광출사 광학계, 콜리메이터 광학계),
62: 공간 광 변조 장치,
63: 광원,
64: 액정 표시 장치(LCD),
65: 편광 빔 스플리터,
66: 광원,
67: 렌즈,
68: 반사경,
69: 주사 수단,
71, 72, 73, 75: 반투과 미러막,
74, 76: 보호 부재,
80: 단면적확대부,
81: 차광부,
R0: 제1 도광 부재의 제5 면으로 입사하는 광선,
R'0: 광입사면의 폭에 의해 제한된 광선속 폭,
R1: 제1 도광 부재의 제3 면으로부터 출사되는 광선,
R2: 제2 도광 부재의 제7 면으로부터 출사되는 광선,
RU1, RU2, RD, RU2, R3, R4: 광선,
R5: 입사 콘,
R6, R6-43, R6-44, R6-45: 출사콘
10': 노즈 패드,
11: 프런트부,
11': 프런트부의 중앙 부분,
12: 경첩,
13: 템플부,
14: 선단커버부,
15: 배선,
16: 헤드폰부,
16': 헤드폰부용 배선,
17: 촬상 장치(카메라),
18: 제어 장치(제어 회로, 제어 수단),
19: 장착 부재,
20: 관찰자,
21: 관찰자의 눈동자,
22: 시도 보정 렌즈,
23: 조광 장치,
30: 광학 장치,
31: 지지 부재,
40: 제1 도광 부재,
40A: 제1 도광 부재의 제1 면,
40B: 제1 도광 부재의 제2 면,
40C: 제1 도광 부재의 제3 면,
40D: 제1 도광 부재의 제4 면,
40E: 제1 도광 부재의 제5 면,
40F: 제1 도광 부재의 제6 면,
41: 제1 편향 수단,
42: 제1 반투과층,
43, 44, 45: 제1 도광 부재의 에리어,
50: 제2 도광 부재,
50A: 제2 도광 부재의 제7 면,
50B: 제2 도광 부재의 제8 면,
50C: 제2 도광 부재의 제9 면,
50D: 제2 도광 부재의 제10 면,
50E: 제2 도광 부재의 제11 면,
50E: 제2 도광 부재의 제12 면,
51: 제2 편향 수단,
52: 제2 반투과층,
60, 60A, 60B, 60C: 화상 형성 장치,
61: 렌즈계(광학계, 평행광출사 광학계, 콜리메이터 광학계),
62: 공간 광 변조 장치,
63: 광원,
64: 액정 표시 장치(LCD),
65: 편광 빔 스플리터,
66: 광원,
67: 렌즈,
68: 반사경,
69: 주사 수단,
71, 72, 73, 75: 반투과 미러막,
74, 76: 보호 부재,
80: 단면적확대부,
81: 차광부,
R0: 제1 도광 부재의 제5 면으로 입사하는 광선,
R'0: 광입사면의 폭에 의해 제한된 광선속 폭,
R1: 제1 도광 부재의 제3 면으로부터 출사되는 광선,
R2: 제2 도광 부재의 제7 면으로부터 출사되는 광선,
RU1, RU2, RD, RU2, R3, R4: 광선,
R5: 입사 콘,
R6, R6-43, R6-44, R6-45: 출사콘
Claims (20)
- 제1 면, 제2 면, 제1 면과 대향한 제3 면, 제2 면과 대향한 제4 면, 제5 면 및 제5 면과 대향한 제6 면을 갖고, 내부에 제1 편향 수단을 구비한 제1 도광 부재와,
제7 면, 제8 면, 제7 면과 대향한 제9 면, 제8 면과 대향한 제10 면, 제11 면 및 제11 면과 대향한 제12 면을 갖고, 내부에 제2 편향 수단을 구비한 제2 도광 부재를 구비한 광학 장치로서,
제1 면 및 제3 면은 평행이고,
제2 면 및 제4 면은 평행이면서, 또한, 제1 면 및 제3 면과 직교하고 있고,
제7 면 및 제9 면은, XYZ 직교 좌표계에 있어서의 XY평면과 평행이고,
제5 면으로부터 입사한 광은, 제1 도광 부재의 내부를 전반사하여, 제1 편향 수단에 의해 편향되어, 제3 면으로부터 출사되고, 제3 면과 이격되어 배치된 제8 면으로 입사하여, 제7 면과 제9 면의 사이에서 전반사되고, 제2 편향 수단에 의해 편향되어, 제7 면으로부터 출사되고,
제1 편향 수단은, 복수의 제1 반투과층이 이격되어 평행하게 배치되어 이루어지고,
제1 반투과층의 법선을 XZ평면에 투영했을 때의 X축과 이루는 각도를 α로 했을 때, α의 값은 0도를 초과하는 값이고,
제1 반투과층의 법선을 XY평면에 투영했을 때의 X축과 이루는 각도를 β로 했을 때, β의 값은 0도를 초과하는 값이며,
제3 면과 제8 면은 평행인 광학 장치. - 제1항에 있어서,
제1 도광 부재에는, 제1 면 및 제3 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막이 배치되어 있거나, 또는, 제2 면 및 제4 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막이 배치되어 있거나, 또는, 제1 면 및 제3 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막 및 제2 면 및 제4 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막이 배치되어 있는 광학 장치. - 제2항에 있어서,
제1 도광 부재의 내부에 제1 면 및 제3 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막은, 제1 면 및 제3 면과 등거리에 위치하는 영역의 일부에 배치되어 있는 광학 장치. - 제2항에 있어서,
제1 도광 부재에 제1 면 및 제3 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막은, 제1 면 상의 일부의 영역 또는 제3 면 상의 일부의 영역에 배치되어 있는 광학 장치. - 제2항에 있어서,
제1 도광 부재의 내부에 제2 면 및 제4 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막은, 제2 면 및 제4 면과 등거리에 위치하는 영역의 일부에 배치되어 있는 광학 장치. - 제2항에 있어서,
제1 도광 부재에 제2 면 및 제4 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막은, 제2 면 상의 일부의 영역 또는 제4 면 상의 일부의 영역에 배치되어 있는 광학 장치. - 제1항에 있어서,
제2 도광 부재에는, 제7 면 및 제9 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막이 배치되어 있는 광학 장치. - 제7항에 있어서,
제2 도광 부재의 내부에 제7 면 및 제9 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막은, 제7 면 및 제9 면과 등거리에 위치하는 영역의 일부에 배치되어 있는 광학 장치. - 제7항에 있어서,
제2 도광 부재에 제7 면 및 제9 면과 평행하게 배치된 반투과 미러막은, 제7 면 상의 일부의 영역 또는 제9 면 상의 일부의 영역에 배치되어 있는 광학 장치. - 제1항에 있어서,
제1 도광 부재에 있어서, 제5 면의 근방에는, 제5 면으로 입사하는 광의 단면적을 확대시키는 단면적확대부가 배치되어 있는 광학 장치. - 제1항에 있어서,
제2 도광 부재에 있어서, 제8 면의 근방에는, 제8 면으로 입사하는 광의 단면적을 확대시키는 단면적확대부가 배치되어 있는 광학 장치. - 제1항에 있어서,
제2 편향 수단은, 복수의 제2 반투과층이 이격되어 평행하게 배치되어 이루어지는 광학 장치. - 제12항에 있어서,
제1 반투과층은 유전체 다층막으로 이루어지고,
제2 반투과층은 유전체 다층막으로 이루어지는 광학 장치. - 제1항에 있어서,
제1 편향 수단을 구성하는 복수의 제1 반투과층에 있어서는, 제5 면으로부터 먼 곳에 위치하는 제1 반투과층은, 제5 면으로부터 가까운 곳에 위치하는 제1 반투과층보다 높은 광반사율을 갖는 광학 장치. - 제1항에 있어서,
20(도)≤α≤30(도)
55(도)≤β≤65(도)
를 만족하는 광학 장치. - 삭제
- 화상 형성 장치 및 광학 장치를 구비한 화상 표시 장치로서,
광학 장치는,
제1 면, 제2 면, 제1 면과 대향한 제3 면, 제2 면과 대향한 제4 면, 제5 면 및 제5 면과 대향한 제6 면을 갖고, 내부에 제1 편향 수단을 구비한 제1 도광 부재와,
제7 면, 제8 면, 제7 면과 대향한 제9 면, 제8 면과 대향한 제10 면, 제11 면 및 제11 면과 대향한 제12 면을 갖고, 내부에 제2 편향 수단을 구비한 제2 도광 부재를 구비한 광학 장치로서,
제1 면 및 제3 면은 평행이고,
제2 면 및 제4 면은 평행이면서, 또한, 제1 면 및 제3 면과 직교하고 있고,
제7 면 및 제9 면은, XYZ 직교 좌표계에 있어서의 XY평면과 평행이고,
제5 면으로부터 입사한 광은, 제1 도광 부재의 내부를 전반사하여, 제1 편향 수단에 의해 편향되어, 제3 면으로부터 출사되고, 제3 면과 이격되어 배치된 제8 면으로 입사하여, 제7 면과 제9 면의 사이에서 전반사되고, 제2 편향 수단에 의해 편향되어, 제7 면으로부터 출사되고,
제1 편향 수단은, 복수의 제1 반투과층이 이격되어 평행하게 배치되어 이루어지고,
제1 반투과층의 법선을 XZ평면에 투영했을 때의 X축과 이루는 각도를 α로 했을 때, α의 값은 0도를 초과하는 값이고,
제1 반투과층의 법선을 XY평면에 투영했을 때의 X축과 이루는 각도를 β로 했을 때, β의 값은 0도를 초과하는 값이며,
제3 면과 제8 면은 평행인 화상 표시 장치. - 화상 형성 장치 및 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 광학 장치를 구비하고 있는 화상 표시 장치.
- 관찰자의 헤드에 장착되는 프레임 및 프레임에 장착된 화상 표시 장치를 구비한 표시 장치로서,
화상 표시 장치는, 화상 형성 장치 및 광학 장치를 구비하고 있고,
광학 장치는,
제1 면, 제2 면, 제1 면과 대향한 제3 면, 제2 면과 대향한 제4 면, 제5 면 및 제5 면과 대향한 제6 면을 갖고, 내부에 제1 편향 수단을 구비한 제1 도광 부재와,
제7 면, 제8 면, 제7 면과 대향한 제9 면, 제8 면과 대향한 제10 면, 제11 면 및 제11 면과 대향한 제12 면을 갖고, 내부에 제2 편향 수단을 구비한 제2 도광 부재를 구비한 광학 장치로서,
제1 면 및 제3 면은 평행이고,
제2 면 및 제4 면은 평행이면서, 또한, 제1 면 및 제3 면과 직교하고 있고,
제7 면 및 제9 면은, XYZ 직교 좌표계에 있어서의 XY평면과 평행이고,
제5 면으로부터 입사한 광은, 제1 도광 부재의 내부를 전반사하여, 제1 편향 수단에 의해 편향되어, 제3 면으로부터 출사되고, 제3 면과 이격되어 배치된 제8 면으로 입사하여, 제7 면과 제9 면의 사이에서 전반사되고, 제2 편향 수단에 의해 편향되어, 제7 면으로부터 출사되고,
제1 편향 수단은, 복수의 제1 반투과층이 이격되어 평행하게 배치되어 이루어지고,
제1 반투과층의 법선을 XZ평면에 투영했을 때의 X축과 이루는 각도를 α로 했을 때, α의 값은 0도를 초과하는 값이고,
제1 반투과층의 법선을 XY평면에 투영했을 때의 X축과 이루는 각도를 β로 했을 때, β의 값은 0도를 초과하는 값이며,
제3 면과 제8 면은 평행인 표시 장치. - 관찰자의 헤드에 장착되는 프레임 및 프레임에 장착된 화상 표시 장치를 구비한 표시 장치로서,
화상 표시 장치는, 화상 형성 장치 및 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 광학 장치를 구비하고 있는 표시 장치.
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