KR20150113859A

KR20150113859A - 광학 디바이스, 화상 투영 장치 및 전자 기기

Info

Publication number: KR20150113859A
Application number: KR1020150040539A
Authority: KR
Inventors: 후미까 야마다; 마사또시 요네꾸보; 오사무 요꼬야마
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2015-10-08
Also published as: TW201537217A; JP6287487B2; US20150277117A1; CN104950377B; JP2015194551A; CN104950377A; US9568730B2

Abstract

본 발명의 과제는, 화상 투영 장치에 사용되고, 간이한 구성으로 고품위의 영상을 표시하는 것이 가능한 광학 디바이스를 제공하는 것이다. 또한, 이와 같은 광학 디바이스를 갖고, 고품위의 영상을 표시하는 것이 가능한 화상 투영 장치를 제공하는 것이다. 또한, 이와 같은 화상 투영 장치를 갖고, 고품위의 영상을 표시하는 것이 가능한 전자 기기를 제공하는 것이다. 도광판(21)과, 도광판(21)의 제1 면(21a)에 설치되고, 도광판(21)의 내부를 도광한 광의 적어도 일부를 회절하여 취출하는 투과형의 제1 회절 소자(31)와, 도광판(21)의 제1 면(21a)에 설치되고, 도광판(21)으로 향하는 광의 적어도 일부를 회절하는 투과형의 제2 회절 소자(32)와, 도광판(21)의 제1 면(21a)과는 반대측의 면인 제2 면(21b)에 설치되고, 제2 회절 소자(32)를 통해 도광판(21)의 내부에 입사한 광의 적어도 일부를 회절하는 반사형의 제3 회절 소자(33)를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

광학 디바이스, 화상 투영 장치 및 전자 기기{OPTICAL DEVICE, IMAGE PROJECTING APPARATUS, AND ELECTRONIC DEVICE}

본 발명은 광학 디바이스, 화상 투영 장치 및 전자 기기에 관한 것이다.

최근 들어, 화상 표시 장치로부터 사출된 화상광을, 도광판을 갖는 광학 디바이스를 사용하여 관찰자의 눈까지 도광(導光)하고, 관찰자에게 화상(허상)을 관찰시키는 화상 투영 장치가 상품화되어 있다. 예를 들어, 화상 투영 장치의 1종인 헤드 마운트 디스플레이에서는, 소형화, 광화각화, 고효율화에 관한 개발이 행해지고 있다. 이와　같은 광학 디바이스에 있어서는, 도광판 내에 광을 입사시키고, 또는, 도광판 내를 도광하는 광을 사출시키기 위한 구성으로 하여 회절 광학 소자를 사용하는 것이, 종래부터 제안되어 있다.

그런데, 회절 광학 소자의 회절 특성에는 큰 파장 의존성이 있다. 그로 인해, 회절 광학 소자를 사용한 광학 디바이스를 갖는 화상 투영 장치에서는, 관찰되는 허상의 색 불균일이 커지는 경우가 있다.

따라서, 복수의 색(예를 들어, 적색, 녹색, 청색)의 광의 각각에 대응한 복수의 회절 광학 소자를 갖는 광학 디바이스가 제안되어 있다. 이와 같은 광학 디바이스를 사용한 화상 투영 장치에서는, 도광판이 도광하는 광에 포함되는 복수의 색의 광을, 각각의 색의 광에 대응하는 회절 광학 소자에 의해 회절시킴으로써, 회절 효율의 파장 의존성에 의한 색마다의 효율차를 저감시킨 허상을 표시할 수 있다(예를 들어, 특허문헌 1).

일본 특허 공개 제2009-186794호 공보

상기 특허문헌 1에 기재된 구성에서는, 도광판 내에 광을 입사시키는 구성 및 도광판 내로부터 광을 사출시키기 위한 구성의 각각에 대해, 도광판 내를 도광하는 광에 포함되는 복수의 색에 대응하여 복수개의 회절 광학 소자를 적층시키고 있다. 그로 인해, 상기 특허문헌 1에 기재된 광학 디바이스에 있어서는, 구조가 복잡해져, 화상 투영 장치의 제조 비용이 증대할 우려가 있다.

또한, 상이한 색에 대응한 복수의 회절 광학 소자를 적층하여 설치하는 경우, 하나의 색에 대응하는 회절 광학 소자에 의해 회절한 광이, 다른 색에 대응하는 회절 광학 소자에 입사하여, 한층 더 회절을 받는 것으로 된다. 그로 인해, 회절각의 제어가 곤란해져, 표시되는 허상의 화질이 저하되는 등의 문제가 발생하는 경우도 있었다.

본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 화상 투영 장치에 사용되고, 간이한 구성으로 고품위의 영상을 표시하는 것이 가능한 광학 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 이와 같은 광학 디바이스를 갖고, 고품위의 영상을 표시하는 것이 가능한 화상 투영 장치를 제공하는 것을 아울러 목적으로 한다. 또한, 이와 같은 화상 투영 장치를 갖고, 고품위의 영상을 표시하는 것이 가능한 전자 기기를 제공하는 것도 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 형태는, 도광체와, 상기 도광체의 제1 면에 설치되고, 상기 도광체의 내부를 도광한 광의 적어도 일부를 회절하여 취출하는 투과형의 제1 회절 소자와, 상기 도광체의 상기 제1 면에 설치되고, 상기 도광체로 향하는 광의 적어도 일부를 회절하는 투과형의 제2 회절 소자와, 상기 도광체의 상기 제1 면과는 반대측의 면인 제2 면에 설치되고, 상기 제2 회절 소자를 통해 상기 도광체의 내부에 입사한 광의 적어도 일부를 회절하는 반사형의 제3 회절 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 디바이스를 제공한다.

이 구성에 의하면, 제2 회절 소자에 있어서 회절하지 않았던 0차 광을, 제3 회절 소자에 의해 회절시킬 수 있기 때문에, 제1 회절 소자로부터 사출하는 광의 광량을 증가시킬 수 있다. 그로 인해, 간이한 구성으로 밝고 고품위의 화상(허상)을 표시하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 일 형태에 있어서는, 상기 제2 회절 소자에 의해 회절된 광과 상기 제1 면이 이루는 각은, 상기 제3 회절 소자에 의해 회절된 광과 상기 제2 면이 이루는 각과 동일한 각도인 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 용이하게 고효율로 도광체로부터 광을 사출시키는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 일 형태에 있어서는, 상기 제3 회절 소자는, 표면 릴리프형의 회절 격자와, 상기 회절 격자의 표면을 덮는 반사막을 갖는 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 광학 디바이스 전체의 박형화가 가능하게 된다.

본 발명의 일 형태에 있어서는, 상기 제3 회절 소자는, 투과형의 회절 격자와, 상기 회절 격자에 대해 상기 제2 면과는 반대측에 설치된 제1 반사 부재를 갖는 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 간이한 구성으로 밝고 고품위의 화상(허상)을 표시하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 일 형태에 있어서는, 상기 제2 회절 소자는, 상기 제2 회절 소자의 상기 제1 면과는 반대측의 면에 있어서 상기 도광체의 일부를 덮도록 설치된 제2 반사 부재를 갖는 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 제3 회절 소자에 있어서 회절하지 않았던 0차 광을, 제2 회절 소자에 의해 회절시킬 수 있다. 그로 인해, 제1 회절 소자로부터 사출하는 광의 광량을 증가시킬 수 있어, 간이한 구성으로 밝고 고품위의 화상(허상)을 표시하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 일 형태에 있어서는, 상기 제1 회절 소자, 상기 제2 회절 소자 및 상기 제3 회절 소자 중 적어도 1개가 체적 홀로그램인 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 일반적으로, 체적 홀로그램은, 표면 릴리프형의 회절 소자보다도 회절 효율이 높기 때문에, 제1 회절 소자로부터 사출하는 광의 광량을 증가시킬 수 있어, 간이한 구성으로 밝고 고품위의 화상(허상)을 표시하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 일 형태에 있어서는, 상기 제1 회절 소자는, 제1 파장 대역의 광을 상기 제1 면에 대해 제1 각도로 되도록 회절하는 제1 부분과, 제2 파장 대역의 광을 상기 제1 면에 대해 상기 제1 각도로 되도록 회절하는 제2 부분을 포함하는 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 제1 회절 소자로부터, 파장 대역마다 분광된 광을 사출할 수 있다.

본 발명의 일 형태에 있어서는, 상기 제2 회절 소자는, 상기 제1 파장 대역의 광을 상기 제1 면에 대해 제2 각도로 되도록 회절하는 제3 부분과, 상기 제2 파장 대역의 광을 상기 제1 면에 대해 상기 제2 각도로 되도록 회절하는 제4 부분을 포함하는 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 제2 회절 소자에 의해 분광된 광을, 제1 회절 소자로부터 사출할 수 있다.

본 발명의 일 형태에 있어서는, 상기 제3 부분에서 회절한 상기 제1 파장 대역의 광이 상기 제1 부분에 입사하고, 상기 제4 부분에서 회절한 상기 제2 파장 대역의 광이 상기 제2 부분에 입사하도록 설치되어 있는 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 제2 회절 소자에 의해 분광된 광을, 고효율로 제1 회절 소자로부터 사출할 수 있다.

본 발명의 일 형태에 있어서는, 상기 제3 회절 소자는, 상기 제1 파장 대역의 광을 제2 면에 대해 상기 제2 각도로 되도록 회절하는 제5 부분과, 상기 제2 파장 대역의 광을 상기 제2 면에 대해 상기 제2 각도로 되도록 회절하는 제6 부분을 포함하는 구성으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 제3 회절 소자에 의해 분광된 광을, 제1 회절 소자로부터 사출할 수 있다.

본 발명의 일 형태에 있어서는, 상기 제5 부분에서 회절한 상기 제1 파장 대역의 광이 상기 제1 부분에 입사하고, 상기 제6 부분에서 회절한 상기 제2 파장 대역의 광이 상기 제2 부분에 입사하도록 설치되어 있는 구성으로 해도 된다.

또한, 본 발명의 일 형태는, 화상광을 사출하는 화상 표시 장치와, 상기한 광학 디바이스를 갖고, 상기 광학 디바이스는, 상기 화상광을 상기 도광체에 입사시키고, 상기 도광체의 내부를 전파하는 상기 화상광을 상기 제1 회절 소자에 의해 회절시켜 취출하는 것을 특징으로 하는 화상 투영 장치를 제공한다.

이 구성에 의하면, 상술한 화상 투영 장치를 갖기 때문에, 고품위의 영상을 표시하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 일 형태는, 상기한 화상 투영 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 기기를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전자 기기의 외관도.
도 2는 표시 장치의 좌안용 표시부의 구성예를 도시하는 평면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 광학 디바이스의 설명도.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 광학 디바이스의 설명도.
도 5는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 광학 디바이스의 설명도.
도 6은 본 발명의 변형예에 따른 광학 디바이스의 설계 사상을 도시하는 설명도.

[제1 실시 형태]

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해 설명한다. 또한, 이하의 모든 도면에 있어서는, 도면을 보기 쉽게 하기 위해, 각 구성 요소의 치수나 비율 등은 적절히 상이하게 하고 있다.

도 1은 본 실시 형태에 따른 전자 기기의 외관도이다. 본 실시 형태에서는, 전자 기기로서, 투과형의 헤드 마운트 디스플레이[표시 장치(1000)]를 도시하고 있다. 표시 장치(1000)는 본 발명의 일 형태인 광학 디바이스 및 본 발명의 일 형태인 화상 투영 장치를 갖고 있다.

본 실시 형태에 따른 표시 장치(1000)는 안경과 같은 형상을 갖는 본체부(100)와, 사용자의 손으로 잡는 것이 가능한 정도의 크기를 갖는 제어부(200)를 구비한다.

본체부(100)와 제어부(200)는, 유선 또는 무선으로, 통신 가능하게 접속된다. 본 실시 형태에서는, 본체부(100)와 제어부(200)가 케이블(300)로 통신 가능하게 접속되어 있다. 그리고, 본체부(100)와 제어부(200)는, 이 케이블을 통해, 화상 신호나 제어 신호를 통신한다.

본체부(100)는 좌안용 표시부(110A)와, 우안용 표시부(110B)를 구비하고 있다.

좌안용 표시부(110A)는, 좌안용 화상의 화상광을 형성하는 화상 형성부(120A)와, 좌안용 화상의 화상광을 도광하는 도광 유닛(130A)을 구비한다.

화상 형성부(120A)는, 안경형의 본체부(100)에 있어서 안경의 다리 부분에 수용되어 있고, 도광 유닛(130A)은 안경형의 본체부(100)에 있어서 안경 렌즈 부분에 수용되어 있다.

도광 유닛(130A)에는, 광투과성을 갖는 시인부(131A)가 설치되어 있다. 도광 유닛(130A)은, 도광 유닛(130A)의 내부를 전파하는 좌안용 화상의 화상광을, 시인부(131A)로부터 사용자의 좌안을 향해 사출한다. 또한, 표시 장치(1000)에 있어서는, 시인부(131A)가 광투과성을 갖고, 시인부(131A)를 통해 주위를 시인 가능하게 되어 있다.

한편, 우안용 표시부(110B)는, 우안용의 화상 형성부(10B)와, 우안용의 도광 유닛(130B)과, 우안용의 시인부(131B)를 구비한다. 좌안용 표시부(110A)와 우안용 표시부(110B)는, 동일한 구성을 채용하고 있고, 안경형의 본체부(100)의 중앙(코받침 부근)에 대해 좌우 대칭의 구성을 갖고 있다.

제어부(200)는 조작부(210)와, 조작 버튼부(250)를 구비한다. 사용자는, 제어부(200)의 조작부(210)나 조작 버튼부(250)에 대해 조작 입력을 행하고, 본체부(100)에 대한 지시를 행한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 표시 장치(1000)의 좌안용 표시부(110A)의 구성예를 도시하는 평면도이다. 도 2에는, 본체부(100)를 장착하는 사용자의 좌안(LE)을 도시하고 있다. 여기서는, 좌안용 표시부(110A)의 구성예에 대해서만 설명한다.

도면에 도시하는 화상 형성부(120A)와 도광 유닛(130A)은, 본 발명의 화상 투영 장치에 해당한다. 도광 유닛(130A)은, 본 발명의 광학 디바이스에 해당한다.

화상 형성부(120A)는, 좌안용의 화상 표시부(121A)와, 투사 광학계(122A)를 구비한다. 화상 표시부(121A)는, 좌안용의 백라이트(410A)와, 좌안용의 광 변조 소자(411A)를 구비한다. 화상 표시부(121A)는, 본 발명의 화상 표시 장치에 해당한다.

백라이트(410A)는, 예를 들어 적색, 녹색 및 청색과 같은 발광색마다의 광원의 집합으로 구성되어 있다. 각 광원으로서는, 예를 들어 발광 다이오드(LED:Light Emitting Diode)나 레이저 광원 등을 사용할 수 있다. 광 변조 소자(411A)로서는, 예를 들어 표시 소자인 액정 표시 디바이스 등을 사용할 수 있다.

또한, 화상 표시부(121A)로서는, 그 외에도, 유기 일렉트로 루미네센스 장치(유기 EL 장치)나, 레이저 광원과 MEMS 미러를 갖는 레이저광을 주사하는 주사 광학계를 포함하는 주사형 화상 표시 장치 등, 통상 알려진 화상 표시 장치를 채용할 수도 있다.

투사 광학계(122A)는, 예를 들어 입력되는 화상광을 투사하는 투사 렌즈의 군으로부터 구성되고, 화상 표시부(121A)의 광 변조 소자(411A)로부터 사출된 화상광을 투사하여, 평행한 상태의 광속으로 한다.

도광 유닛(130A)은, 투사 광학계(122A)에 대해 상대 위치가 고정되고, 투사 광학계(122A)로부터 사출되는 화상광을, 도광 유닛(130A)의 소정의 위치에 유도한다.

계속해서, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 실시 형태에 따른 표시 장치(1000)의 개략을 설명한다.

먼저, 화상 표시부(121A)에는, 제어부(200)로부터의 화상 신호가 입력된다. 그러면, 화상 표시부(121A)에 있어서, 백라이트(410A)의 각 광원이, 적색광, 녹색광 및 청색광을 사출한다. 백라이트(410A)의 각 광원으로부터 사출된 적색광, 녹색광 및 청색광은, 광 변조 소자(411A)에 입사된다.

광 변조 소자(411A)는, 제어부(200)로부터 화상 표시부(121A)에 입력된 화상 신호에 따라, 투사된 적색광, 녹색광 및 청색광을 공간 변조한다. 이에 의해, 화상 표시부(121A)는 상기 화상 신호에 따른 화상광을 형성하고, 투사 광학계(122A)를 향해 사출한다.

투사 광학계(122A)는, 입사하는 화상광을 확대하면서 평행화하고, 도광 유닛(130A)을 향해 사출한다.

도광 유닛(130A)은, 도광 유닛(130A)의 내부를 반사시키면서 화상광을 전파하고, 시인부(131A)로부터 사용자의 좌안(LE)을 향하여 사출한다. 사출된 화상광은, 좌안(LE)의 망막 상에 허상을 형성한다.

또한, 시인부(131A)에 주위로부터 입사하는 광의 적어도 일부는, 시인부(131A)를 투과하고, 사용자의 좌안(LE)에 유도된다. 이에 의해, 사용자에게는, 화상 형성부(120A)에 의해 형성된 화상과, 외계로부터의 광학상이 중첩되어 보인다.

사용자는, 표시 장치(1000)의 본체부(100)를 헤드부에 장착함으로써, 본체부(100)로부터 출력되는 화상광에 따른 화상(허상)을 인식한다. 또한, 사용자는, 본체부(100)를 헤드부에 장착한 채, 본체부(100)의 시인부(131A, 131B)를 통해 외계를 볼 수 있다.

도 3은 도 2의 도광 유닛(130A)에 포함되는 광학 디바이스(1)에만 착안하여 상세하게 설명하는 설명도이다. 본 실시 형태의 광학 디바이스(1)는 도광판(도광체)(21)과, 제1 회절부(제1 회절 소자)(31), 제2 회절부(제2 회절 소자)(32), 제3 회절부(제3 회절 소자)(33)를 갖고 있다.

도광판(21)은 대향하여 연장되는 제1 면(21a)과 제2 면(21b)을 갖고, 투광성을 갖는 장척의 부재이다. 도광판(21)은 연장 방향의 일단부(21x)측으로부터 입사된 광을 타단부(21y)측으로 도광한다. 본 실시 형태의 도광판(21)은 서로 평행한 제1 면(21a)과 제2 면(21b)을 갖는 직육면체 형상의 부재이다.

도광판(21)에 있어서는, 내부에 입사한 광을, 제1 면(21a) 및 제2 면(21b)에서 반사시키면서 도광한다. 제1 면(21a) 및 제2 면(21b)에서의 반사는, 전반사를 이용하는 것이어도 되고, 제1 면(21a) 및 제2 면(21b)에 있어서 반사 특성을 갖게 하고자 하는 영역에 설치한 반사 부재에 의한 것이어도 된다. 반사 부재로서는, 금속막, 유전체 다층막 및 회절 소자를 들 수 있다.

도광판(21)은 투광성을 가지면, 무기 재료 및 유기 재료의 어느 것도 사용할 수 있다. 도광판(21)에 있어서 내부를 도광할 때, 제1 면(21a) 및 제2 면(21b)의 전반사를 이용하는 경우에는, 도광판(21)의 주위의 매질(예를 들어 공기)과의 굴절률 차가 커지도록, 가능한 한 고굴절률의 재료를 사용하는 편이 바람직하다.

본 실시 형태의 도광판(21)은 제2 면(21b)의 타단부측이 광투과성을 갖고, 제2 면(21b)을 통해 외광(NL)이 입사하는 구성으로 되어 있다. 이에 의해, 도광판(21)을 통해 외광(NL)이 관찰자의 좌안(LE)에까지 도달하여, 주위를 관찰 가능하게 된다. 제2 면(21b)에 있어서 광투과성을 갖는 범위는, 화각에 따라 적절히 설정한다.

제1 회절부(31)는 제1 면(21a)의 타단부(21y)측에 설치되어 있다. 제1 회절부(31)는 투과형의 회절 소자이다.

제2 회절부(32)는 제1 면(21a)의 일단부(21x)측에 설치되어 있다. 제1 회절부(31)는 투과형의 회절 소자이다. 본 실시 형태의 광학 디바이스(1)에서는, 제2 회절부(32)로서, 제1 회절부(31)와 동일한 회절 특성을 갖는 표면 릴리프형의 회절 소자를 사용하는 것으로 하고 있다. 제2 회절부(32)와 같은 회절 소자를 사용함으로써 광학 디바이스 전체의 박형화가 가능하게 된다.

제3 회절부(33)는 제2 면(21b)의 일단부(21x)측에 있어서, 제2 회절부(32)에 대향하여 설치되어 있다. 제3 회절부(33)는 반사형의 회절 소자이다.

본 실시 형태의 광학 디바이스(1)에서는, 제3 회절부(33)로서, 제1 회절부(31)와 동일한 회절 특성을 갖는 표면 릴리프형의 회절 소자에, 금속막(반사막)을 증착하여 반사 특성을 갖게 한 반사형의 회절 소자를 사용하고 있다. 이와 같은 구성의 제3 회절부(33)를 사용함으로써 광학 디바이스 전체의 박형화가 가능하게 된다.

제2 회절부(32)와 제3 회절부(33)가 동일한 회절 특성을 갖고 있기 때문에, 제2 회절부(32)에 의해 회절된 광(예를 들어, ＋1차 광의 회절각)과 제1 면(21a)이 이루는 각 θ1은, 제3 회절부(33)에 의해 회절된 광(예를 들어, ＋1차 광의 회절각)과 제2 면(21b)이 이루는 각 θ2와 동일한 각도로 된다.

이와 같은 광학 디바이스(1)에서는, 제2 회절부(32)를 통해 도광판(21) 내에 입사하는 광(L)은, 제2 회절부(32)에 있어서 제1 면(21a)과의 이루는 각 θ1로 회절하여 사출되고, 도광판(21)의 타단부(21y)측으로 도광된다. 도면에서는, 제2 회절부(32)로부터 각도 θ1로 사출되는 광을 부호 L1로 나타내고 있다.

그때, 입사하는 광(L) 중 일부의 광(L0)은, 제2 회절부(32)에 의해 회절되지 않은 0차 광이며, 제1 면(21a)의 법선 방향으로 투과한다. 이 일부의 광(L0)은, 제2 회절부(32)에 대향하여 설치되어 있는 제3 회절부(33)에, 제2 면(21b)의 법선 방향으로부터 입사한다. 일부의 광(L0)은, 제3 회절부(33)에 있어서 제2 면(21b)과의 이루는 각 θ2로 회절하여 사출되고, 도광판(21)의 타단부(21y)측으로 도광된다. 도면에서는, 제3 회절부(33)로부터 각도 θ2로 사출되는 광을 부호 L2로 나타내고 있다.

제2 회절부(32)로부터 각도 θ1로 사출된 회절광(L1)과, 제3 회절부(33)로부터 각도 θ2로 사출된 회절광(L2)은, 도광판(21)의 타단부(21y)측에 설치된 제1 회절부(31)에 대해 동일한 입사각(θ1＝θ2)으로 입사한다. 제1 회절부(31)에서는, 회절광(L1)과 회절광(L2)을 소정의 회절각으로 회절하고, 외부에 사출한다. 또한, 회절광(L1)과 회절광(L2)의 입사각이 동등하기 때문에, 용이하게 고효율로 도광판(21)으로부터 광을 사출시키는 것이 가능하게 된다.

이와 같이 하여 광학 디바이스(1)로부터 사출되고 좌안(LE)으로 입사한 광(화상광)에 기초하여, 관찰자는 화상(허상)을 인식한다. 또한, 광학 디바이스(1)의 제1 회절부(31)는 도 2에 도시하는 도광 유닛(130A)의 시인부(131A)에 대응하는 위치에 배치된다.

이와 같은 구성의 광학 디바이스(1)에 있어서는, 제2 회절부(32)에 있어서 회절하지 않았던 0차 광을, 제3 회절부(33)에 의해 회절시킬 수 있기 때문에, 제1 회절부(31)로부터 사출하는 광의 광량을 증가시킬 수 있다. 그로 인해, 간이한 구성으로 밝고 고품위의 화상(허상)을 표시하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 실시 형태의 화상 투영 장치[좌안용 표시부(110A), 우안용 표시부(110B)]에 있어서는, 상술한 바와 같이 광학 디바이스(1)를 갖기 때문에, 고품위의 화상(허상)을 표시하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 실시 형태의 표시 장치(1000)에 있어서는, 상술한 좌안용 표시부(110A), 우안용 표시부(110B)를 갖기 때문에, 고품위의 화상(허상)을 표시하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 실시 형태의 제1 회절부(31)는 제1 파장 대역의 광(예를 들어, 적색광)에 따른 회절 특성을 갖는 제1 부분과, 제2 파장 대역의 광(예를 들어, 청색광)에 따른 회절 특성을 갖는 제2 부분을 갖는 것으로 해도 된다. 예를 들어, 제1 부분에서는, 제1 회절부(31)에 입사하는 적색광을 제1 면(21a)의 법선 방향, 즉 제1 면(21a)에 대해 90도(제1 각도)의 방향으로 회절시킨다. 또한, 제2 부분에서는, 제1 회절부(31)에 입사하는 청색광을 제1 면(21a)의 법선 방향, 즉 제1 면(21a)에 대해 90도(제1 각도)의 방향으로 회절시킨다.

여기서, 본 명세서에 있어서 「(광)에 따른 회절 특성」이라 함은, 입사하는 광의 파장에 따라, 회절광의 사출 방향이 설계값대로의 회절각으로 되도록 회절 패턴이 설계되어 있는 것을 가리킨다. 회절광은, 예를 들어 ＋1차 광이다.

회절 소자에 있어서, 회절각은, 파장에 의존하여 변화된다. 그로 인해, 상이한 파장의 광이 동일한 입사각으로 입사하는 경우, 동일 방향으로 사출하도록 회절시키기 위해서는, 각 광의 파장에 따라 회절 패턴의 설계가 필요해진다. 표면 릴리프형의 회절 소자의 경우, 회절각은, 요철의 피치나 요철의 깊이에 의해 제어할 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써, 제1 회절부(31)로부터, 파장 대역마다 분광된 광을 사출할 수 있다.

이와 같은 경우, 또한 제2 회절부(32)는 제1 파장 대역의 광(예를 들어, 적색광)에 따른 회절 특성을 갖는 제3 부분과, 제2 파장 대역의 광(예를 들어, 청색광)에 따른 회절 특성을 갖는 제4 부분을 갖는 것으로 해도 된다. 예를 들어, 제3 부분에서는, 제2 회절부(32)에 입사하는 적색광을, 회절광과 제1 면(21a)이 이루는 각이 제2 각도로 되도록 회절시킨다. 또한, 제4 부분에서는, 제2 회절부(32)에 입사하는 청색광을, 회절광과 제1 면(21a)이 이루는 각이 제2 각도로 되도록 회절시킨다.

이 경우, 제2 회절부(32)의 제3 부분에서 회절한 제1 파장 대역의 광이 제1 회절부(31)의 제1 부분에 입사하고, 제2 회절부(32)의 제4 부분에서 회절한 제2 파장 대역의 광이 제1 회절부(31)의 제2 부분에 입사하도록 설치되어 있으면 된다.

이와 같은 구성으로 함으로써, 제2 회절부(32)에서 분광된 광을, 적절하게 제1 회절부(31)로부터 사출할 수 있다.

또한, 이와 같은 경우, 제3 회절부(33)는 제1 파장 대역의 광(예를 들어, 적색광)에 따른 회절 특성을 갖는 제5 부분과, 제2 파장 대역의 광(예를 들어, 청색광)에 따른 회절 특성을 갖는 제6 부분을 갖는 것으로 해도 된다. 예를 들어, 제5 부분에서는, 제3 회절부(33)에 입사하는 적색광을, 회절광과 제2 면(21b)이 이루는 각이 제2 각도로 되도록 회절시킨다. 또한, 제6 부분에서는, 제3 회절부(33)에 입사하는 청색광을, 회절광과 제2 면(21b)이 이루는 각이 제2 각도로 되도록 회절시킨다.

이 경우, 제3 회절부(33)의 제5 부분에서 회절한 제1 파장 대역의 광이 제1 회절부(31)의 제1 부분에 입사하고, 제3 회절부(33)의 제6 부분에서 회절한 제2 파장 대역의 광이 제1 회절부(31)의 제2 부분에 입사하도록 설치되어 있으면 된다.

이와 같은 구성으로 함으로써, 제3 회절부(33)에서 분광된 광을, 적절하게 제1 회절부(31)로부터 사출할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 도광판(21)은 제1 면(21a)과 제2 면(21b)이 평행한 직육면체 형상의 부재인 것으로 하였지만, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 면(21a)의 일부가 제2 면(21b)에 대해 경사져 있었다고 해도, 그 경사에 의한 반사각의 차이를 보정하도록 경사진 부분을 제1 면(21a) 또는 제2 면(21b)에 설치함으로써, 결과적으로 제1 회절부(31)에의 입사각이 원하는 각도로 되는 것이라면, 그와 같은 구성의 도광판이어도 사용할 수 있다. 도광판(21)의 제1 면(21a) 및 제2 면(21b)에 곡면이 포함되는 경우이어도 마찬가지로, 별도의 수단으로 결과적으로 제1 회절부(31)에의 입사각이 원하는 각도로 되도록 제어 가능하면 사용 가능하다.

[제2 실시 형태]

도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 광학 디바이스(2)의 설명도이다. 본 실시 형태의 광학 디바이스(2)는 제1 실시 형태의 광학 디바이스(1)와 일부 공통되고 있고, 제3 회절부(33)의 구성이 상이하다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서 제1 실시 형태와 공통되는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명은 생략한다.

광학 디바이스(3)는 도광판(21)과, 제1 회절부(31), 제2 회절부(32), 제3 회절부(제3 회절 소자)(34)를 갖고 있다.

제3 회절부(34)는 투과형의 회절 소자(34a)와, 회절 소자(34a)에 겹쳐 설치된 제1 반사판(제1 반사 부재)(34b)을 갖고, 전체적으로 반사형의 회절 소자를 구성하고 있다.

회절 소자(34a)는 표면 릴리프형의 회절 소자이다.

제1 반사판(34b)은 반사면이 제2 면(21b)과 대향하고, 제2 면(21b)과 평행해지도록 설치되어 있다. 제1 반사판(34b)은 예를 들어 금속판이나, 표면에 금속막이나 유전체 다층막을 설치한 판 형상의 부재 등을 사용할 수 있다.

제3 회절부(34)는 사출되는 회절광(예를 들어, ＋1차 광)의 각도 θ2가, 제2 회절부(32)로부터 사출되는 회절광(예를 들어, ＋1차 광)의 각도 θ1과 동등해지도록 설계되어 있다.

또한, 제3 회절부(34)에 있어서는, 입사하는 광(L0) 중 일부의 광은, 입사한 후에 제1 반사판(34b)에 도달할 때까지와, 제1 반사판(34b)에 의해 반사된 후에 제2 면(21b)에 도달할 때까지의 2번 회절을 받는 것으로 된다. 그로 인해, 이와 같은 성분에 대해서도 각도 θ2로 사출되도록 회절 소자(34a)를 설계하는 것이 바람직하다. 그러나, 이와 같은 성분을 사상하여 설계해도 실용상 문제가 없는 경우에는, 회절 소자(34a)로서 제2 회절부(32)와 동일한 구성의 투과형 회절 소자를 사용하는 것으로 해도 된다. 이 경우, 부품이 공통되기 때문에 비용 절감으로 되고, 각도 θ1, θ2를 일치시키기 쉬워진다.

이와 같은 구성의 광학 디바이스(2)에서는, 제3 회절부(34)에 있어서 제1 실시 형태에서 나타낸 제3 회절부(33)와 같은 금속막의 증착 공정이 불필요하게 되어, 간이한 구성으로 된다. 또한, 투과형의 회절 소자에 대해 금속막을 증착하여 반사형의 회절 소자로 하는 경우에는, 금속막에 막 두께의 면 내 분포에 의해, 회절각이 설계값과 상이할 우려가 있지만, 상기 구성의 제3 회절부(34)에 있어서는, 이와 같은 우려도 없다. 또한, 증착 공정이 불필요하게 되기 때문에 비용 상승을 억제할 수 있다.

따라서, 광학 디바이스(2)에서는, 간이한 구성으로 밝고 고품위의 화상(허상)을 표시하는 것이 가능하게 된다.

[제3 실시 형태]

도 5는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 광학 디바이스(3)의 설명도이다. 본 실시 형태의 광학 디바이스(3)는 제2 실시 형태에서 나타낸 광학 디바이스(2)와 일부 공통되고, 제2 회절부(32)에 대해 제1 면(21a)과는 반대측에 제2 반사판(제2 반사 부재)(35)이 설치되어 있는 것이 상이하다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서 제1, 2 실시 형태와 공통되는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명은 생략한다.

제2 반사판(35)은 제2 회절부(32)의 타단부측의 일부를 덮고, 제2 회절부(32)에 대해 제1 면(21a)과는 반대측에 설치되어 있다. 제2 반사판(35)은 반사면이 제1 면(21a)과 대향하고, 제1 면(21a)과 평행하게 되도록 설치되어 있다. 제2 반사판(35)으로서는, 상술한 제1 반사판(34b)과 동일한 구성을 채용할 수 있다.

예를 들어 제1 면(21a)에 대해 입사각 θ3으로 입사하는 광(L)을 제2 회절부(32)에서 회절하여 사출하는 한편, 입사하는 광(L) 중 일부의 광(L0)은, 제2 회절부(32)에서 회절되지 않은 0차 광으로서 제3 회절부(34)에 입사한다. 제3 회절부(34)에 입사하는 0차 광(L0) 중 일부의 광은, 또한 제3 회절부(33)에서 회절되지 않은 0차 광으로서 제3 회절부(34)로부터 사출한다.

광학 디바이스(3)에서는, 제2 회절부(32)에 대해 제1 면(21a)과는 반대측에 제2 반사판(35)이 설치되어 있고, 제3 회절부(34)에 있어서 회절하지 않았던 0차 광을, 제2 회절부(32)에서 회절시킬 수 있다. 그로 인해, 제1 회절부(31)로부터 사출하는 광의 광량을 증가시킬 수 있어, 간이한 구성으로 밝고 고품위의 화상(허상)을 표시하는 것이 가능하게 된다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 적합한 실시 형태예에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예로 한정되지 않는 것은 물론이다. 상술한 예에 있어서 나타낸 각 구성 부재의 여러 형상이나 조합 등은 일례이며, 본 발명의 주지로부터 일탈하지 않는 범위에 있어서 설계 요구 등에 기초하여 다양하게 변경 가능하다.

상기 실시 형태에서는, 제1 회절부(31), 제2 회절부(32), 제3 회절부(33), 회절 소자(34a)로서, 표면 릴리프형의 회절 소자를 사용하는 것으로 하였지만, 이것으로 한정되지 않는다. 이들 중 하나 이상에, 체적 홀로그램을 사용하는 것으로 해도 된다. 일반적으로, 체적 홀로그램은, 표면 릴리프형의 회절 소자보다도 회절 효율이 높기 때문에, 제1 회절부(31)로부터 사출하는 광의 광량을 증가시킬 수 있어, 간이한 구성으로 밝고 고품위의 화상(허상)을 표시하는 것이 가능하게 된다.

각 회절부에 대해 체적 홀로그램을 사용하는 경우에는, 회절각을 일치시키기 위한 설계가 필요해진다. 예를 들어, 제1 실시 형태의 광학 디바이스(1)에 있어서, 제2 회절부(32), 제3 회절부(33)로서 체적 홀로그램을 사용하는 경우에는, 이하와 같이 설계한다.

도 6은 제2 회절부(32), 제3 회절부(33)로서 체적 홀로그램을 사용하는 경우의 체적 홀로그램의 설계 사상에 대해 도시하는 설명도이다.

체적 홀로그램인 제3 회절부(33)는 제2 회절부(32)의 0차 광(투과광)이 제3 회절부(33)에 입사하였을 때에, 제3 회절부(33)에서 발생하는 반사 회절광의 각도가, 도광판(21) 내에서 제2 회절부(32)의 회절광의 각도와 일치하도록 설계한다. 즉, 회절광의 각도를 정하는 제3 회절부(33)의 굴절률, 체적 홀로그램의 줄무늬 피치, 체적 홀로그램의 줄무늬의 경사 각도에 기초하여 정해지는 브래그 조건에 있어서, 제3 회절부(33)의 회절광의 각도와, 제2 회절부(32)의 회절광의 각도가 일치하도록 설계한다.

제2 회절부(32), 제3 회절부(33)의 굴절률이 도광판(21)과 일치하고 있고, 입사광이 제1 면(21a)의 법선 방향으로부터 입사하는 경우를 상정하면, 이하와 같이 된다.

입사하는 광의 파장을 λ, 체적 홀로그램인 제3 회절부(33)의 줄무늬 피치를d, 제3 회절부(33)의 브래그 반사각을 θ, 제3 회절부(33)의 간섭 줄무늬의 경사각을 φ로 하면, 제3 회절부(33)로부터 사출되는 광의 도광판(21) 내의 전파각 α는, α＝sin^-1(λ/2d)-Φ로 된다.

또한, 체적 홀로그램인 제2 회절부(32)의 줄무늬 피치를 ｄ', 제2 회절부(32)의 브래그 반사각을 θ', 제2 회절부(32)의 간섭 줄무늬의 경사각을 φ'로 하면, 제2 회절부(32)로부터 사출되는 광의 도광판(21) 내의 전파각 α는, α＝Φ'-sin^-1(λ/2ｄ')로 된다.

즉, 제2 회절부(32)로부터 사출되는 회절광과, 제3 회절부(33)로부터 사출되는 회절광의 도광판(21) 내의 전파각이 일치하기 위해서는, 하기 식

sin^-1(λ/2d)-Φ＝Φ'-sin^-1(λ/2ｄ')

가 성립되는 조건으로 제2 회절부(32), 제3 회절부(33)의 간섭 줄무늬가 기록되어 있으면 된다.

1, 2, 3 : 광학 디바이스
21 : 도광판(도광체)
21a : 제1 면
21b : 제2 면
21x : 일단부
21y : 타단부
31 : 제1 회절부(제1 회절 소자)
32 : 제2 회절부(제2 회절 소자)
33, 34 : 제3 회절부(제3 회절 소자)
34b : 제1 반사판(제1 반사 부재)
35 : 제2 반사판(제2 반사 부재)
1000 : 표시 장치
L, L0 : 광

Claims

도광체와,
상기 도광체의 제1 면에 설치되고, 상기 도광체의 내부를 도광한 광의 적어도 일부를 회절하여 취출하는 투과형의 제1 회절 소자와,
상기 도광체의 상기 제1 면에 설치되고, 상기 도광체로 향하는 광의 적어도 일부를 회절하는 투과형의 제2 회절 소자와,
상기 도광체의 상기 제1 면과는 반대측의 면인 제2 면에 설치되고, 상기 제2 회절 소자를 통해 상기 도광체의 내부에 입사한 광의 적어도 일부를 회절하는 반사형의 제3 회절 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 제2 회절 소자에 의해 회절된 광과 상기 제1 면이 이루는 각은, 상기 제3 회절 소자에 의해 회절된 광과 상기 제2 면이 이루는 각과 동일한 각도인 것을 특징으로 하는 광학 디바이스.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제3 회절 소자는, 표면 릴리프형의 회절 격자와, 상기 회절 격자의 표면을 덮는 반사막을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 디바이스.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제3 회절 소자는, 투과형의 회절 격자와, 상기 회절 격자에 대해 상기 제2 면과는 반대측에 설치된 제1 반사 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 디바이스.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 회절 소자는, 상기 제2 회절 소자의 상기 제1 면과는 반대측의 면에 있어서 상기 도광체의 일부를 덮도록 설치된 제2 반사 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 디바이스.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 회절 소자, 상기 제2 회절 소자 및 상기 제3 회절 소자 중 적어도 1개가 체적 홀로그램인 것을 특징으로 하는 광학 디바이스.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 회절 소자는, 제1 파장 대역의 광을 상기 제1 면에 대해 제1 각도로 되도록 회절하는 제1 부분과, 제2 파장 대역의 광을 상기 제1 면에 대해 상기 제1 각도로 되도록 회절하는 제2 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 디바이스.
제7항에 있어서,
상기 제2 회절 소자는, 상기 제1 파장 대역의 광을 상기 제1 면에 대해 제2 각도로 되도록 회절하는 제3 부분과, 상기 제2 파장 대역의 광을 상기 제1 면에 대해 상기 제2 각도로 되도록 회절하는 제4 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 디바이스.
제8항에 있어서,
상기 제3 부분에서 회절한 상기 제1 파장 대역의 광이 상기 제1 부분에 입사하고,
상기 제4 부분에서 회절한 상기 제2 파장 대역의 광이 상기 제2 부분에 입사하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 디바이스.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 회절 소자는, 상기 제1 파장 대역의 광을 상기 제2 면에 대해 제2 각도로 되도록 회절하는 제5 부분과, 상기 제2 파장 대역의 광을 상기 제2 면에 대해 상기 제2 각도로 되도록 회절하는 제6 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 디바이스.
제10항에 있어서,
상기 제5 부분에서 회절한 상기 제1 파장 대역의 광이 상기 제1 부분에 입사하고,
상기 제6 부분에서 회절한 상기 제2 파장 대역의 광이 상기 제2 부분에 입사하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 디바이스.
화상광을 사출하는 화상 표시 장치와,
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 광학 디바이스를 갖고,
상기 광학 디바이스는, 상기 화상광을 상기 도광체에 입사시키고, 상기 도광체의 내부를 전파하는 상기 화상광을 상기 제1 회절 소자에 의해 회절시켜 취출하는 것을 특징으로 하는 화상 투영 장치.
제12항에 기재된 화상 투영 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 기기.