KR20160038856A - 화상 표시 장치 - Google Patents

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KR20160038856A
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KR
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light
modulator
optical waveguide
signal
light source
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Application number
KR1020150137628A
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Inventor
준이찌 오까모또
Original Assignee
세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

본 발명은, 간이한 구성으로 멀티빔에 의한 화상 묘화가 가능한 화상 표시 장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 화상 표시 장치는, 프레임과, 신호광을 생성하는 신호 생성부와, 신호광을 주사하는 광 주사부(광 스캐너)를 구비하는 주사광 출사부와, 광 주사부에 의해 주사된 신호광을 반사하는 반사부를 구비하고, 주사광 출사부는, 신호광의 강도를 변조하는 변조기(30R, 30G, 30B)를 포함하고 있다. 이 변조기(30R, 30G, 30B)는, 각각, 변조기에 입사한 광을 복수의 광으로 분배하는 분배부와, 분배부에 있어서 분배된 광의 강도를 서로 독립적으로 변조하는 변조부를 포함하고 있다.

Description

화상 표시 장치{IMAGE DISPLAY APPARATUS}
본 발명은, 화상 표시 장치에 관한 것이다.
눈동자의 망막에 직접 레이저를 조사(照射)하여, 사용자에게 화상을 시인시키는 표시 장치로서 헤드 마운트 디스플레이(HMD)나 헤드업 디스플레이(HUD)가 알려져 있다.
이와 같은 디스플레이는, 일반적으로, 광을 출사하는 발광 장치와, 출사한 광이 사용자의 망막을 주사(走査)하도록 광로를 변경하는 주사 수단을 구비하고 있다. 이러한 디스플레이에 의하면, 사용자는, 외부 경치와 주사 수단에 의해 그려지는 화상의 양쪽을 동시에 시인할 수 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 광원과, 광 빔 결합기와, 광 빔을 2차원 패턴으로 주사하도록 동작 가능한 빔 스캐너와, 주사된 광 빔을 수신하고, 출력 위치로부터 가시 영역으로 발사하도록 구성된 유도 기판을 구비하는 상(像) 발생기(헤드업 디스플레이)가 개시되어 있다. 또한, 광원으로서, 음향 광학 변조기(AOM) 등의 외부 변조를 사용하는 DPSS 레이저를 채용하는 것이 개시되어 있다(특허문헌 1의 단락 0026).
이와 같은 상 발생기에 있어서 표시 화상의 고해상도화를 도모하기 위해서, 광 빔의 개수를 늘려서(멀티빔화하여) 화상을 형성하는 방법이 알려져 있다.
그러나, 음향 광학 변조기에 의해 복수 개의 광 빔의 외부 변조를 행하기 위해서는, 빔 1개마다 변조기를 설치할 필요가 있으며, 구조의 복잡화나 대형화를 초래하게 된다. 또한, 변조기로부터 사출된 빔끼리의 위치 정렬(얼라인먼트)에 높은 정밀도가 요구되기 때문에, 제조 난이도가 높다는 과제도 있다.
일본 특허공표 제2009-516862호 공보
본 발명의 목적은, 간이한 구성으로 멀티빔에 의한 화상 묘화가 가능한 화상 표시 장치를 제공하는 것에 있다.
이와 같은 목적은, 하기의 본 발명에 의해 달성된다.
본 발명의 화상 표시 장치는, 광을 사출하는 광원부와,
상기 광원부로부터 사출한 광의 강도를 변조하는 변조기와,
상기 변조기에 의해 변조된 광을 공간적으로 주사하는 광 스캐너를 구비하고,
상기 변조기는, 상기 변조기에 입사한 광을 복수의 광으로 분배하는 분배부와, 상기 분배부에 있어서 분배된 광의 강도를 서로 독립적으로 변조하는 변조부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 하나의 변조기에 의해, 각각의 광의 강도가 변조되고, 또한 소정의 거리로 서로 이격된 복수의 광 빔(광속)을 출사시킬 수 있다. 그 결과, 간이한 구성으로 멀티빔에 의한 화상 묘화가 가능한 화상 표시 장치가 얻어진다. 그 결과, 고정밀의 화상 표시를 행할 수 있다.
본 발명의 화상 표시 장치에서는, 상기 변조기는, 전기 광학 효과를 갖는 재료에 의해 구성되는 기판과, 상기 기판에 전압을 인가하는 전극을 구비하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 전기 광학 효과를 이용하여 굴절률을 변화시켜서, 기판을 전반하는 광의 위상 변화를 적절히 선택함으로써, 출사하는 광의 강도를 변조할 수 있다. 전기 광학 효과에 의한 굴절률의 변화는, 다른 방식의 변조기와 비교하여 고속으로 변화되기 때문에, 광원부의 직접 변조나 다른 방식의 변조기와 비교하여 고속 변조가 가능하게 된다.
본 발명의 화상 표시 장치에서는, 상기 전기 광학 효과를 갖는 재료는, 니오븀산 리튬인 것이 바람직하다.
니오븀산 리튬은, 전기 광학 계수가 비교적 크므로, 변조기에 있어서 광의 강도를 변조할 때, 구동 전압을 낮게 할 수 있고, 또한 변조기의 소형화를 도모할 수 있다.
본 발명의 화상 표시 장치에서는, 상기 변조부는, 상기 기판에 형성된 광 도파로를 포함하고,
상기 광 도파로는,
상기 광 도파로를 제1 광 도파로와 제2 광 도파로로 분기하는 분기부와,
상기 제1 광 도파로와 상기 제2 광 도파로가 합류하는 합류부를 갖고,
상기 제1 광 도파로를 도파하는 제1 광과 상기 제2 광 도파로를 도파하는 제2 광의 사이에 위상차를 발생시킨 후, 상기 제1 광과 상기 제2 광을 상기 합류부에서 합류시킴으로써, 상기 광 도파로에 입사한 광에 대하여 상기 광 도파로로부터 출사하는 광의 강도를 변조하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 전극에 인가하는 전압을 변화시킴으로써, 변조부로부터 출사하는 광의 강도를 미세하게 변조할 수 있다.
본 발명의 화상 표시 장치에서는, 상기 광원부는, 복수의 광원을 구비하고 있으며,
상기 광원과 동수 이상의 상기 변조기를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 복수 색의 신호광의 각각에 대하여, 광 강도를 독립적으로 변조 시킴과 함께, 광속을 분할할 수 있다. 이로 인해, 풀 컬러의 화상을 표시하는 경우이더라도, 용이하게 멀티빔에 의한 화상 묘화가 가능한 화상 표시 장치로 할 수 있다.
본 발명의 화상 표시 장치에서는, 상기 광원부는, 제1 광원 및 제2 광원을 포함하고,
상기 변조기는, 상기 제1 광원으로부터 사출된 광과 상기 제2 광원으로부터 사출된 광을 합파(multiplex)하는 합파부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 광원의 수보다도 적은 수의 변조기로, 복수 색의 신호광에 대하여 서로 독립적으로 변조하는 것이 가능해진다. 이로 인해, 특히 간이한 구성임에도 불구하고, 소정의 거리로 서로 이격된 복수의 광 빔(광속)을 출사시킬 수 있어, 멀티빔에 의한 화상 묘화가 가능하게 된다.
본 발명의 화상 표시 장치에서는, 상기 광원부는, 상기 제1 광원과 상기 제2 광원이, 서로 다른 타이밍에 광을 사출하고,
상기 변조기는, 상기 제1 광원으로부터 사출된 광의 강도와 상기 제2 광원으로부터 사출된 광의 강도를, 서로 독립적으로 변조하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 변조기에 있어서 복수 색의 신호광을 시분할로 강도 변조할 수 있고, 1개의 변조기에 있어서, 서로 다른 파장의 광을 개별로 변조할 수 있다. 따라서, 다색 표시(예를 들어 풀 컬러 표시)가 가능함에도 불구하고, 변조기의 구조의 간소화를 도모할 수 있어, 화상 표시 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
본 발명의 화상 표시 장치는, 상기 광 스캐너에 의해 주사된 광을 반사하는 반사 광학부를 더 구비하고,
상기 반사 광학부는, 홀로그램 회절격자를 포함하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 반사 광학부에 의해 반사하는 광의 출사 방향을 조정하거나, 반사하는 광의 파장을 선택하거나 할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 화상 표시 장치의 제1 실시 형태(헤드 마운트 디스플레이)의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는, 도 1에 도시한 화상 표시 장치의 부분 확대도이다.
도 3은, 도 1에 도시한 화상 표시 장치의 신호 생성부의 개략 구성도이다.
도 4는, 도 1에 도시한 주사광 출사부에 포함되는 광 주사부의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는, 도 1에 도시한 화상 표시 장치의 작용을 모식적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 도 4에 도시한 변조기의 개략 구성을 나타내는 사시도이다.
도 7은, 도 6에 도시한 변조기의 평면도이다.
도 8은, 도 7에 도시한 변조기의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는, 도 1에 도시한 화상 표시 장치가 발휘하는 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은, 도 6에 도시한 변조기의 다른 구성예를 나타내는 도면이다.
도 11은, 제2 실시 형태에 따른 화상 표시 장치에 포함되는 광 주사부의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 12는, 도 11에 도시한 변조기의 평면도이다.
도 13은, 종래의 변조기에 있어서의 과제를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는, 제3 실시 형태에 따른 화상 표시 장치에 포함되는 변조기의 평면도이다.
도 15는, 제3 실시 형태에 따른 화상 표시 장치에 포함되는 변조기의 평면도이다.
도 16은, 본 발명의 화상 표시 장치의 제4 실시 형태(헤드업 디스플레이)를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 화상 표시 장치에 대하여, 첨부 도면에 나타내는 바람직한 실시 형태에 기초하여 상세히 설명한다.
<화상 표시 장치>
≪제1 실시 형태≫
우선, 본 발명의 화상 표시 장치의 제1 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 화상 표시 장치의 제1 실시 형태(헤드 마운트 디스플레이)의 개략 구성을 나타내는 도면, 도 2는, 도 1에 도시한 화상 표시 장치의 부분 확대도이다. 또한, 도 3은, 도 1에 도시한 화상 표시 장치의 신호 생성부의 개략 구성도, 도 4는, 도 1에 도시한 주사광 출사부에 포함되는 광 주사부의 개략 구성을 나타내는 도면, 도 5는, 도 1에 도시한 화상 표시 장치의 작용을 모식적으로 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 6은, 도 4에 도시한 변조기의 개략 구성을 나타내는 사시도, 도 7은, 도 6에 도시한 변조기의 평면도, 도 8은, 도 7에 도시한 변조기의 작용을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 8에 도시한 신호광 L1, L2는, 각각 신호광의 파형을 모식적으로 나타낸 것이다. 또한, 도 9는, 도 1에 도시한 화상 표시 장치가 발휘하는 효과를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 10은, 도 6에 도시한 변조기의 다른 구성예를 나타내는 도면이다.
또한, 도 1에서는, 설명의 편의상, 서로 직교하는 3개의 축으로서, X축, Y축 및 Z축을 도시하고 있으며, 그 도시한 화살표의 선단측을 「+(플러스)」, 기단측을 「-(마이너스)」로 한다. 또한, X축에 평행한 방향을 「X축 방향」, Y축에 평행한 방향을 「Y축 방향」, Z축에 평행한 방향을 「Z축 방향」이라 한다.
여기서, X축, Y축 및 Z축은, 후술하는 화상 표시 장치(1)를 사용자의 헤드부 H에 장착했을 때, Y축 방향이 헤드부 H의 상하 방향, Z축 방향이 헤드부 H의 좌우 방향, X축 방향이 헤드부 H의 전후 방향으로 되도록 설정되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 화상 표시 장치(1)는, 안경과 같은 외관을 갖는 헤드 마운트 디스플레이(헤드부 장착형 화상 표시 장치)로서, 사용자의 헤드부 H에 장착하여 사용되고, 사용자에게 허상에 의한 화상을 외계 상과 중첩한 상태에서 시인시킨다.
이 화상 표시 장치(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 프레임(2)과, 신호 생성부(3)와, 주사광 출사부(4)와, 반사부(6)를 구비한다.
또한, 화상 표시 장치(1)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 광파이버(71)와, 제2 광파이버(72)와, 접속부(5)를 구비한다.
이 화상 표시 장치(1)에서는, 신호 생성부(3)가 화상 정보에 따라서 변조된 신호광을 생성하고, 그 신호광이 제1 광파이버(71), 접속부(5) 및 제2 광파이버(72)를 통해 주사광 출사부(4)로 유도되고, 주사광 출사부(4)가 신호광(영상광)을 2차원적으로 주사하여 주사광을 출사하고, 반사부(6)가 그 주사광을 사용자의 눈 EY를 향해 반사한다. 이에 의해, 화상 정보에 따른 허상을 사용자에게 시인시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 신호 생성부(3), 주사광 출사부(4), 접속부(5), 반사부(6), 제1 광파이버(71) 및 제2 광파이버(72)를 프레임(2)의 우측에만 설치하고, 우안용의 허상만을 형성하는 경우를 예로 들어 설명하지만, 프레임(2)의 좌측을 우측과 마찬가지로 구성함으로써, 우안용의 허상과 아울러 좌안용의 허상도 형성하여도 되고, 좌안용의 허상만을 형성하도록 해도 된다.
또한, 신호 생성부(3)와 주사광 출사부(4)의 사이를 광학적으로 접속하는 수단은, 광파이버를 개재하는 수단 외에, 각종 도광체를 개재하는 수단으로 대체할 수도 있다. 또한, 접속부(5)에 의해 제1 광파이버(71)와 제2 광파이버(72)가 접속되는 구성이 아니어도 되며, 접속부(5)를 통하지 않고 제1 광파이버(71)만에 의해, 신호 생성부(3)와 주사광 출사부(4)가 광학적으로 접속되어 있어도 된다.
이하, 화상 표시 장치(1)의 각 부를 순차적으로 상세히 설명한다.
(프레임)
도 1에 도시한 바와 같이, 프레임(2)은, 안경 프레임과 같은 형상을 이루고, 신호 생성부(3) 및 주사광 출사부(4)를 지지하는 기능을 갖는다.
또한, 프레임(2)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 주사광 출사부(4) 및 노즈 패드부(21)를 지지하는 프론트부(22)와, 프론트부(22)에 접속되어 사용자의 귀에 접촉하는 한 쌍의 템플부(현수부)(23)와, 각 템플부(23)의 프론트부(22)와 반대의 단부인 모던부(24)를 포함한다.
노즈 패드부(21)는, 사용 시에 사용자의 코 NS에 접촉하여, 화상 표시 장치(1)를 사용자의 헤드부에 대하여 지지하고 있다. 프론트부(22)에는, 림부(25)나 브리지부(26)가 포함된다.
이 노즈 패드부(21)는, 사용 시에 있어서의 사용자에 대한 프레임(2)의 위치를 조정 가능하게 구성되어 있다.
또한, 프레임(2)의 형상은, 사용자의 헤드부 H에 장착할 수 있는 것이면, 도시한 것으로 한정되지 않는다.
(신호 생성부)
도 1에 도시한 바와 같이, 신호 생성부(3)는, 전술한 프레임(2)의 한쪽(본 실시 형태에서는 우측)의 모던부(24)[템플부(23)의 프론트부(22)와는 반대측의 단부]에 설치되어 있다.
즉, 신호 생성부(3)는, 사용 시에 사용자의 귀 EA에 대하여 눈 EY와는 반대측에 배치되어 있다. 이에 의해, 화상 표시 장치(1)의 중량 밸런스를 우수한 것으로 할 수 있다.
이 신호 생성부(3)는, 후술하는 주사광 출사부(4)의 광 주사부(42)에 의해 주사되는 신호광을 생성하는 기능과, 광 주사부(42)를 구동하는 구동 신호를 생성하는 기능을 갖는다.
이와 같은 신호 생성부(3)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 신호광 생성부(31)와, 구동 신호 생성부(32)와, 제어부(33)와, 광 검출부(34)와, 고정부(35)를 구비한다.
신호광 생성부(31)는, 후술하는 주사광 출사부(4)의 광 주사부(42)(광 스캐너)에 의해 주사(광 주사)되는 신호광을 생성하는 것이다.
이 신호광 생성부(31)는, 파장이 서로 다른 복수의 광원(311R, 311G, 311B)과, 복수의 구동 회로(312R, 312G, 312B)와, 렌즈(313R, 313G, 313B)를 갖는다.
광원(311R: R 광원)은, 적색광 LR을 출사하는 것이고, 광원(311G: G 광원)은, 녹색광 LG를 출사하는 것이며, 광원(311B: B 광원)은, 청색광 LB를 출사하는 것이다. 이와 같은 3색의 광을 사용함으로써, 풀 컬러의 화상을 표시할 수 있다. 또한, 풀 컬러의 화상을 표시하지 않는 경우에는, 1색 또는 2색의 광(1개 또는 2개의 광원)을 사용하도록 해도 되며, 또한 풀 컬러의 화상의 연색성을 높이기 위해서, 4색 이상의 광(4개 이상의 광원)을 사용하도록 해도 된다.
이와 같은 광원(311R, 311G, 311B)이, 각각 특별히 한정되지 않지만, 레이저 다이오드, LED를 사용할 수 있다.
이와 같은 광원(311R, 311G, 311B)은, 각각 구동 회로(312R, 312G, 312B)에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 이하에서는, 광원(311R, 311G, 311B)을 총칭하여 「광원부(311)」라고도 하며, 신호광 생성부(31)에서 생성한 신호광을 「광원부(311)로부터 사출된 광」이라고도 한다.
구동 회로(312R)는, 전술한 광원(311R)을 구동하는 기능을 갖고, 구동 회로(312G)는, 전술한 광원(311G)을 구동하는 기능을 갖고, 구동 회로(312B)는, 전술한 광원(311B)을 구동하는 기능을 갖는다.
이와 같은 구동 회로(312R, 312G, 312B)에 의해 구동된 광원(311R, 311G, 311B)으로부터 사출된 3개(3색)의 광은, 렌즈(313R, 313G, 313B)를 통하여, 광 검출부(34)에 입사한다.
렌즈(313R, 313G, 313B)는, 각각 콜리메이터 렌즈이다. 이에 의해, 광원(311R, 311G, 311B)으로부터 사출된 광은, 각각 평행광으로 된다. 또한, 렌즈(313R, 313G, 313B)는, 광을 제1 광파이버(71)에 입사시키는 커플링 기능을 갖는 것(집광 렌즈)이어도 된다.
신호광 생성부(31)에서 생성된 신호광은, 제1 광파이버(71)의 일단부에 입사한다. 이러한 신호광은, 제1 광파이버(71), 접속부(5) 및 제2 광파이버(72)를 이 순서로 통과하여, 후술하는 주사광 출사부(4)의 광 주사부(42)에 전송된다.
구동 신호 생성부(32)는, 후술하는 주사광 출사부(4)의 광 주사부(42: 광 스캐너)를 구동하는 구동 신호를 생성하는 것이다.
이 구동 신호 생성부(32)는, 광 주사부(42)의 수평 주사에 사용하는 구동 신호를 생성하는 구동 회로(321)와, 광 주사부(42)의 수직 주사에 사용하는 구동 신호를 생성하는 구동 회로(322)를 갖는다.
이와 같은 구동 신호 생성부(32)는, 신호선(도시생략)을 통하여, 후술하는 주사광 출사부(4)의 광 주사부(42)와 전기적으로 접속되어 있다. 이에 의해, 구동 신호 생성부(32)에서 생성한 구동 신호는, 후술하는 주사광 출사부(4)의 광 주사부(42)에 입력된다.
전술한 바와 같은 신호광 생성부(31)의 구동 회로(312R, 312G, 312B) 및 구동 신호 생성부(32)의 구동 회로(321, 322)는, 제어부(33)와 전기적으로 접속되어 있다.
제어부(33)는, 영상 신호(화상 신호)에 기초하여, 신호광 생성부(31)의 구동 회로(312R, 312G, 312B) 및 구동 신호 생성부(32)의 구동 회로(321, 322)의 구동을 제어하는 기능을 갖는다. 즉, 제어부(33)는, 주사광 출사부(4)의 구동을 제어하는 기능을 갖는다. 이에 의해, 신호광 생성부(31)가 화상 정보에 따라서 변조된 신호광을 생성함과 함께, 구동 신호 생성부(32)가 화상 정보에 따른 구동 신호를 생성한다.
또한, 제어부(33)는, 신호선(도시생략)을 통하여, 후술하는 변조기(30R, 30G, 30B)와 전기적으로 접속되어 있다. 이에 의해, 제어부(33)에 의해 생성한 변조기(30R) 구동 신호, 변조기(30G) 구동 신호 및 변조기(30B) 구동 신호는, 후술하는 변조기(30R, 30G, 30B)에 입력된다. 따라서, 제어부(33)는, 변조기(30R, 30G, 30B)를 개별로 또한 서로 협조하여 구동할 수 있으므로, 변조기(30R, 30G, 30B)의 상호 동기와 고속 변조가 가능해져서, 적색광 LR, 녹색광 LG 및 청색광 LB의 투사에 의해 화질이 높은 화상을 표시할 수 있다.
또한, 제어부(33)는, 광 검출부(34)에 의해 검출된 광의 강도에 기초하여, 신호광 생성부(31)의 구동 회로(312R, 312G, 312B)의 구동을 제어할 수 있게 구성되어 있다.
(광 검출부 및 고정부)
고정부(35)는, 제1 광파이버(71)를 고정함과 함께, 광 검출부(34)를 고정하는 기능을 갖는다. 광 검출부(34)에서는, 광원부(311)로부터 출사된 광(신호광) 중 제1 광파이버(71)에 입사하지 않는 잔량부의 광량을 검출하고, 제어부(33)로 피드백함으로써, 광원(311B, 311G, 311R)으로부터 출사되는 광의 강도를 조정할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 제1 광파이버(71)는, 접속부(5)에 있어서 제2 광파이버(72)와 광학적으로 접속되어 있다.
이들 제1 광파이버(71) 및 제2 광파이버(72)는, 각각, 각 색의 신호광(본 실시 형태에서는, 적색광 LR, 녹색광 LG 및 청색광 LB)을 서로 독립적으로 전송 가능하게 되도록, 도 3에 도시한 바와 같이, 멀티 코어(본 실시 형태에서는 3개의 코어)의 광파이버로 구성된다. 또한, 제1 광파이버(71) 및 제2 광파이버(72)는, 싱글 코어의 광파이버를 복수 개 묶어서 구성되어 있어도 된다.
또한, 상기와 같은 고정부(35)를 설치하는 것은 필수가 아니며, 광원부(311)로부터 사출되는 광을 의도적으로 감광시키지 않고 제1 광파이버(71)에 결합하는 구성이어도 된다. 또한, 광 검출부(34)를 고정부(35)에 설치하는 것은 필수가 아니며, 광원부(311)의 광량을 검출할 수 있는 위치이면, 광 검출부(34)의 위치는 특별히 한정되지 않는다.
(주사광 출사부)
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 주사광 출사부(4)는, 전술한 프레임(2)의 브리지부(26) 근방(다시 말하자면 프론트부(22)의 중심 근방)에 장치되어 있다.
이와 같은 주사광 출사부(4)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 하우징(41: 케이싱)과, 광 주사부(42)와, 렌즈(43)와, 변조기(30)와, 렌즈(44)와, 광 합성부(47)와, 렌즈(45)와, 지지 부재(46)를 구비한다.
하우징(41)은, 지지 부재(46)를 통해 프론트부(22)에 장치되어 있다.
또한, 지지 부재(46)의 프레임(2)과는 반대측 부분에는, 하우징(41)의 외표면이 접합되어 있다.
하우징(41)은, 광 주사부(42)를 지지함과 함께 광 주사부(42)를 수납하고 있다. 또한, 하우징(41)에는, 렌즈(45)가 장치되고, 렌즈(45)가 하우징(41)의 일부(벽부의 일부)를 구성하고 있다.
반사부(10)는, 제2 광파이버(72)로부터 출사한 신호광을 광 주사부(42)를 향해서 반사하는 기능을 갖는다. 또한, 반사부(10)는, 프론트부(22)의 내측에 개구하는 오목부(27)에 설치되어 있다. 또한, 오목부(27)의 개구에는, 투명 재료로 구성된 윈도우부로 덮여 있어도 된다. 또한, 이 반사부(10)는, 신호광을 반사할 수 있는 것이면, 특별히 한정되지 않으며, 미러, 프리즘 등으로 구성할 수 있다.
렌즈(43)는, 반사부(10)와 후술하는 변조기(30)의 사이에 설치되어 있다. 구체적으로는, 제2 광파이버(72) 중 적색광 LR이 출사하는 코어(72R)와 변조기(30R)를 연결하는 광로 상에 렌즈(43R)가 설치되어 있다. 마찬가지로, 제2 광파이버(72) 중 녹색광 LG가 출사하는 코어(72G)와 변조기(30G)를 연결하는 광로 상에 렌즈(43G)가 설치되고, 제2 광파이버(72) 중 청색광 LB가 출사하는 코어(72B)와 변조기(30B)를 연결하는 광로 상에 렌즈(43B)가 설치되어 있다.
렌즈(43)는, 제2 광파이버(72)로부터 출사한 신호광의 스폿 직경을 조정하고, 변조기(30)에 입사시키는 기능(커플링 기능)을 갖는다.
렌즈(43)를 투과한 신호광은, 후술하는 변조기(30)를 거쳐서 렌즈(44)에 입사한다.
렌즈(44)는, 변조기(30)와 광 합성부(47)의 사이에 설치되어 있다. 구체적으로는, 변조기(30R)와 후술하는 광 합성부(47)의 다이크로익 미러(47R)를 연결하는 광로 상에 렌즈(44R)가 설치되어 있다. 마찬가지로, 변조기(30G)와 다이크로익 미러(47G)를 연결하는 광로 상에 렌즈(44G)가 설치되고, 변조기(30B)와 다이크로익 미러(47B)를 연결하는 광로 상에 렌즈(44B)가 설치되어 있다.
렌즈(44)는, 변조기(30)로부터 출사한 광을 평행화하는 기능(콜리메이터 기능)을 갖는다.
렌즈(44)를 투과한 신호광은, 후술하는 광 합성부(47)에 입사한다. 광 합성부(47)에서는, 적색광 LR, 녹색광 LG 및 청색광 LB를 합성(합파)하고, 신호광으로서 광 주사부(42)를 향해 출사한다.
광 주사부(42)는, 신호광 생성부(31)로부터의 신호광을 2차원적으로 주사하는 광 스캐너이다. 이 광 주사부(42)에 의해 신호광을 주사함으로써 주사광이 형성된다. 구체적으로는, 광 주사부(42)의 광 반사면에 대하여 신호광을 입사시킴과 함께, 구동 신호 생성부(32)에서 생성된 구동 신호에 따라서 광 주사부(42)를 구동함으로써, 신호광이 2차원적으로 주사된다.
또한, 광 주사부(42)는, 코일(17) 및 신호 중첩부(18)를 갖고 있으며(도 4 참조), 코일(17), 신호 중첩부(18) 및 구동 신호 생성부(32)는, 광 주사부(42)를 구동하는 구동부를 구성한다.
광 주사부(42)에 의해 주사된 신호광(주사광)은, 렌즈(45)를 통하여, 하우징(41)의 외부로 출사한다.
또한, 주사광 출사부(4)는, 신호광을 2차원적으로 주사하는 광 주사부(42) 대신에, 신호광을 1차원적으로 주사하는 복수의 광 주사부를 구비하고 있어도 된다.
또한, 렌즈(43, 44, 45)는, 각각 필요에 따라서 설치되면 되며, 생략되거나, 다른 광학 요소로 치환되거나 해도 된다. 또한, 렌즈의 배치는, 상기의 위치에 한정되지 않고, 제2 광파이버(72)와 반사부(10)의 사이나, 광 합성부(47)와 광 주사부(42)의 사이에 설치되어 있어도 된다.
또한, 렌즈(43, 44)는, 도 4에 도시한 바와 같은 복수의 렌즈의 집합체로 구성되어 있어도 되지만, 렌즈끼리가 결합된 것(렌즈 어레이)으로 구성되어 있어도 된다.
(변조기)
전술한 바와 같이, 제2 광파이버(72)로부터 출사한 신호광은, 반사부(10)와 광 주사부(42)의 사이에 설치된 변조기(30)에 입사한다.
변조기(30)는, 적색광 LR이 입사하는 변조기(30R)와, 녹색광 LG가 입사하는 변조기(30G)와, 청색광 LB가 입사하는 변조기(30B)를 구비하고 있다.
도 6에 도시한 변조기(30R, 30G, 30B)는, 각각, 기판(301)과, 기판(301)에 형성된 광 도파로(302)와, 기판(301) 위에 설치된 전극(303A, 303B)과, 기판(301)과 전극(303A, 303B)의 사이에 끼워 삽입된 버퍼층(304)을 구비하고 있다.
기판(301)은, 평면에서 보았을 때 직사각형을 이루는 평판 형상을 이루고 있으며, 전기 광학 효과를 갖는 재료로 구성되어 있다. 전기 광학 효과는, 물질에 전계를 가했을 때 물질의 굴절률이 변화하는 현상이며, 굴절률이 전계에 비례하는 포켈스 효과나 전계의 2승에 비례하는 커 효과가 있다. 이와 같은 기판(301)에 도중에 분기한 광 도파로(302)를 형성하고, 또한 기판(301)에 전계를 가하면, 분기한 광 도파로(302)의 한쪽 굴절률을 변화시킬 수 있다. 이것을 이용함으로써, 분기한 광 도파로(302)를 전반하는 광에 위상차를 부여하고, 분기한 광을 다시 합류시킴으로써 위상차에 기초한 강도 변조를 행할 수 있다.
전기 광학 효과를 갖는 재료로서는, 니오븀산 리튬(LiNbO3), 탄탈산 리튬(LiTaO3), 지르콘산 티탄산 납란탄(PLZT), 인산 티타늄산 칼륨(KTiOPO4)과 같은 무기계 재료, 폴리티오펜, 액정 재료 외에, 전기 광학 활성의 중합체에 전하 수송 분자를 도핑한 재료, 전하 수송성의 중합체에 전기 광학 색소를 도핑한 재료, 불활성 중합체에 전하 수송 분자와 전기 광학 색소를 도핑한 재료, 전하 수송 부위 및 전기 광학 부위를 고분자의 주쇄 또는 측쇄에 포함한 재료, 트리시아노푸란(TCF)을 억셉터로서 도핑한 재료와 같은 유기계 재료 등을 들 수 있다.
이 중, 특히 니오븀산 리튬이 바람직하게 사용된다. 니오븀산 리튬은, 전기 광학 계수가 비교적 크므로, 변조기(30R, 30G, 30B)에 있어서 광의 강도를 변조할 때, 구동 전압을 낮게 할 수 있으며, 또한 변조기(30R, 30G, 30B)의 소형화가 도모된다.
또한, 이들 재료는, 단결정 또는 고용체 결정으로서 사용되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 기판(301)에는 투광성이 부여되고, 기판(301) 중에 광 도파로(302)를 형성할 수 있다.
광 도파로(302)는, 기판(301)과는 다른 부재(유리제나 수지제의 광파이버, 광 도파로 등)이어도 되지만, 본 실시 형태에서는 기판(301) 중에 형성된 도광로이다. 기판(301) 중에 광 도파로(302)를 형성하는 방법으로서는, 프로톤 교환법, Ti 확산법 등을 들 수 있다. 이 중, 프로톤 교환법은, 산의 용액 중에 기판을 침지하고, 기판 중의 이온의 용출과 바꾸어 프로톤을 기판에 침입시킴으로써 그 영역의 굴절률을 변화시키는 방법이다. 이 방법에 의하면, 특히 내광성이 우수한 광 도파로(302)가 얻어진다. 한편, Ti 확산법은, 기판 위에 Ti를 성막한 후, 가열 처리를 행함으로써, Ti를 기판 중에 확산시켜서 그 영역의 굴절률을 변화시키는 방법이다.
이와 같이 하여 형성된 광 도파로(302)는, 기판(301) 중 상대적으로 굴절률이 높은 긴 형상의 부위를 포함하는 코어부(3021)와, 코어부(3021)에 인접해 상대적으로 굴절률이 낮은 클래드부(3022)로 구성된다.
또한, 코어부(3021)는, 광 도파로(302)의 입사단 측에 위치하는 분기부(3023)에 있어서 코어부(3021A)와 코어부(3021B)의 2개로 분기하고 있다. 코어부(3021)는, 기판(301)의 한쪽의 짧은 변에 단부가 노출되도록 형성되어 있으며, 코어부(3021A) 및 코어부(3021B)는, 각각 기판(301)의 다른 쪽의 짧은 변에 단부가 노출되도록 형성되어 있다. 코어부(3021)의 단부가 광의 입사단으로 되고, 코어부(3021A) 및 코어부(3021B)의 단부가 각각 광의 출사단으로 된다.
이 중, 코어부(3021A)는, 분기부(3023A)에 있어서, 또한 제1 코어부(제1 광 도파로)(3021Aa)와 제2 코어부(제2 광 도파로)(3021Ab)의 2개로 분기하고 있다. 즉, 코어부(3021A)는, 그것을 2개로 분배하는 분배부를 구비하고 있다. 또한, 제1 코어부(3021Aa) 및 제2 코어부(3021Ab)는, 그 출사단측에 위치하는 합류부(3024A)에 있어서 다시 1개의 코어부(3021A)로서 합류하고 있다. 코어부(3021A)의 출사단으로부터 광을 출사할 수 있게 되어 있다.
한편, 코어부(3021B)는, 분기부(3023B)에 있어서, 또한 제1 코어부(제1 광 도파로)(3021Ba)와 제2 코어부(제2 광 도파로)(3021Bb)의 2개로 분기하고 있다. 즉, 코어부(3021B)는, 그것을 2개로 분배하는 분배부를 구비하고 있다. 또한, 제1 코어부(3021Ba) 및 제2 코어부(3021Bb)는, 그 출사단 측에 위치하는 합류부(3024B)에 있어서 다시 1개의 코어부(3021B)로서 합류하고 있다. 코어부(3021B)의 출사단으로부터 광을 출사할 수 있도록 되어 있다.
이와 같이 하여 코어부(3021A)의 출사단과 코어부(3021B)의 출사단의 사이는, 소정의 거리를 사이에 두고 이격되어 있다. 이로 인해, 코어부(3021)의 입사 단으로부터 입사한 광은, 분기나 합류를 거쳐서, 최종적으로는 2개로 분기된 상태로 출사하게 된다.
전극(303A)은, 신호 전극(3031A)과 접지 전극(3032A)으로 구성되어 있다.
이 중, 신호 전극(3031A)은, 기판(301)의 평면에서 보았을 때, 제1 코어부(3021Aa)와 겹치도록 배치되어 있다. 한편, 접지 전극(3032A)은, 기판(301)의 평면에서 보았을 때, 제2 코어부(3021Ab)와 겹치도록 배치되어 있다.
전극(303B)은, 신호 전극(3031B)과 접지 전극(3032B)으로 구성되어 있다.
이 중, 신호 전극(3031B)은, 기판(301)의 평면에서 보았을 때, 제1 코어부(3021Ba)와 겹치도록 배치되어 있다. 한편, 접지 전극(3032B)은, 기판(301)의 평면에서 보았을 때, 제2 코어부(3021Bb)와 겹치도록 배치되어 있다.
접지 전극(3032A) 및 접지 전극(3032B)은, 각각 전기적으로 접지되어 있다. 한편, 신호 전극(3031A)에는, 접지 전극(3032A)과의 사이에 전위차가 발생하도록, 전기 신호에 기초한 전위가 부여된다. 마찬가지로, 신호 전극(3031B)에는, 접지 전극(3032B)과의 사이에 전위차가 발생하도록, 전기 신호에 기초한 전위가 부여된다. 이와 같이 하여 신호 전극(3031A, 3031B)과 접지 전극(3032A, 3032B)의 사이에 전위차(전압)가 발생하면, 그들 사이에 발생한 전기력선이 통과하는 코어부(3021)에 전계가 작용한다. 그 결과, 전기 광학 효과에 기초하여 제1 코어부(3021Aa) 및 제1 코어부(3021Ba)의 굴절률이 각각 변화한다.
여기서, 신호 전극(3031A)은, 접지 전극(3032A)에 비해서 그 폭이 좁게 되어 있다. 이로 인해, 신호 전극(3031A)의 바로 아래에 위치하고 있는 제1 코어부(3021Aa)에는, 전기력선이 집중된다. 즉, 신호 전극(3031A)으로부터 제1 코어부(3021Aa)에 대하여 상대적으로 큰 전계가 작용한다. 한편, 접지 전극(3032A)의 폭은, 제2 코어부(3021Ab)의 폭보다 충분히 넓게 설정되어 있다. 이로 인해, 접지 전극(3032A)의 바로 아래에 위치하고 있는 제2 코어부(3021Ab)에는, 전기력선이 그다지 집중되지 않는다. 즉, 접지 전극(3032A)으로부터 제2 코어부(3021Ab)에 대하여 상대적으로 작은 전계만 작용한다.
또한, 신호 전극(3031A)은, 그 일단부가 전극 패드(3033A)에 접속되어 있다. 이 전극 패드(3033A)를 통해 신호 전극(3031A)에 전위를 부여할 수 있다.
제1 코어부(3021Aa)와 제2 코어부(3021Ab)의 사이에는, 전술한 바와 같은 차이가 있기 때문에, 전극(303A)에 대하여 전술한 바와 같은 전위차가 발생하면, 신호 전극(3031A)에 대응하여 위치하는 제1 코어부(3021Aa)의 굴절률이 주로 변화하고, 제2 코어부(3021Ab)의 굴절률은 거의 변화하지 않는다. 그 결과, 제1 코어부(3021Aa)와 제2 코어부(3021Ab)에서 굴절률의 어긋남이 발생하고, 제1 코어부(3021Aa)를 전반하는 광과 제2 코어부(3021Ab)를 전반하는 광의 사이에는, 굴절률의 어긋남에 기초하는 위상차가 발생하게 된다. 이와 같이 하여 위상차가 발생한 2개의 신호광이, 합류부(3024A)에 있어서 합류하면, 입사 강도에 대하여 감쇠한 합파광이 생성된다. 이 합파광이 코어부(3021A)의 출사단으로부터 광 합성부(47)를 향해 출사된다.
이때, 신호 전극(3031A)과 접지 전극(3032A)의 사이에 발생하는 전위차를 조정함으로써, 제1 코어부(3021Aa)를 전반하는 신호광(제1 광) L1과 제2 코어부(3021Ab)를 전반하는 신호광(제2 광) L2의 위상차를 제어할 수 있으므로, 입사 강도에 대한 합파광의 감쇠 폭을 제어할 수 있다. 즉, 코어부(3021A) 및 그것에 전계를 작용시키는 전극(303A)은, 코어부(3021A)로부터 출사하는 광의 강도를 미세하게 변조 가능한 변조부로서 기능한다.
예를 들어, 신호 전극(3031A)과 접지 전극(3032A)의 사이에 발생하는 전위차를 조정하고, 제1 코어부(3021Aa)를 전반하는 신호광 L1의 위상과 제2 코어부(3021Ab)를 전반하는 신호광 L2의 위상의 차를, 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 합류부(3024A)에 있어서 서로 반파장만큼씩 어긋나게 하면, 합류부(3024A)에 있어서 신호광 L1과 신호광 L2가 서로 상쇄되어, 광 강도가 실질적으로 제로가 된다. 또한, 신호광 L1의 위상과 신호광 L2의 위상의 어긋남량을 적절히 바꿈으로써, 합파광의 광 강도를 변조할 수 있다.
한편, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 합류부(3024A)에 있어서 신호광 L1의 위상과 신호광 L2의 위상이 동일해지면, 합류부(3024A)에 있어서 신호광 L1과 신호광 L2가 서로 강해진다. 따라서, 입사 강도와 거의 동등한 광 강도의 합파광이 얻어진다.
신호 전극(3031B)은, 접지 전극(3032B)에 비해서 그 폭이 좁게 되어 있다. 이로 인해, 신호 전극(3031B)의 바로 아래에 위치하고 있는 제1 코어부(3021Ba)에는, 전기력선이 집중된다. 즉, 신호 전극(3031B)으로부터 제1 코어부(3021Ba)에 대하여 상대적으로 큰 전계가 작용한다. 한편, 접지 전극(3032B)의 폭은, 제2 코어부(3021Bb)의 폭보다 충분히 넓게 설정되어 있다. 이로 인해, 접지 전극(3032B)의 바로 아래에 위치하고 있는 제2 코어부(3021Bb)에는, 전기력선이 그다지 집중되지 않는다. 즉, 접지 전극(3032B)으로부터 제2 코어부(3021Bb)에 대하여 상대적으로 작은 전계만 작용된다.
마찬가지로, 제1 코어부(3021Ba)와 제2 코어부(3021Bb)의 사이에는, 전술한 바와 같은 차이가 있기 때문에, 전극(303B)에 대하여 전술한 바와 같은 전위차(전압)가 발생하면, 신호 전극(3031B)에 대응하여 위치하는 제1 코어부(3021Ba)의 굴절률이 주로 변화하고, 제2 코어부(3021Bb)의 굴절률은 거의 변화하지 않는다. 그 결과, 제1 코어부(3021Ba)와 제2 코어부(3021Bb)에서 굴절률의 어긋남이 발생하고, 제1 코어부(3021Ba)를 전반하는 광과 제2 코어부(3021Bb)를 전반하는 광의 사이에는, 굴절률의 어긋남에 기초하는 위상차가 발생하게 된다. 이와 같이 하여 위상차가 발생한 2개의 신호광이, 합류부(3024B)에 있어서 합류하면, 입사 강도에 대하여 감쇠한 합파광이 생성된다. 이 합파광이 코어부(3021B)의 출사단으로부터 광 합성부(47)를 향해 출사된다.
이때, 신호 전극(3031B)과 접지 전극(3032B)의 사이에 발생하는 전위차를 조정함으로써, 제1 코어부(3021Ba)를 전반하는 신호광과 제2 코어부(3021Bb)를 전반하는 신호광의 위상차를 제어할 수 있으므로, 입사 강도에 대한 합파광의 감쇠 폭을 제어할 수 있다. 즉, 코어부(3021B) 및 그것에 전계를 작용시키는 전극(303B)은, 코어부(3021B)로부터 출사하는 광의 강도를 변조하는 변조부로서 기능한다.
신호 전극(3031B)과 접지 전극(3032B)의 사이에 발생하는 전위차를 조정하고, 제1 코어부(3021Ba)를 전반하는 신호광의 위상과 제2 코어부(3021Bb)를 전반하는 신호광의 위상의 차가, 합류부(3024B)에 있어서 서로 반파장만큼씩 어긋나면, 합류부(3024B)에 있어서 2개의 신호광이 서로 상쇄되어, 광 강도가 실질적으로 제로가 된다. 또한, 2개의 신호광의 위상의 어긋남량을 적절히 바꿈으로써, 합파광의 광 강도를 변조할 수 있다.
한편, 합류부(3024B)에 있어서 2개의 신호광의 위상이 동일해지면, 합류부(3024B)에 있어서 2개의 신호광이 서로 강해진다. 따라서, 입사 강도와 거의 동등한 광 강도의 합파광이 얻어진다.
또한, 화상 표시 장치(1)에 의하면, 변조기(30R, 30G, 30B)에 있어서 3색의 신호광의 강도를 각각 외부 변조시킬 수 있다. 즉, 변조기(30R, 30G, 30B)는, 신호광의 강도를 외부 변조하는 기능을 구비하고 있다. 이로 인해, 광원부(311)로부터 출사하는 3색의 신호광의 강도를 광원부(311)에 있어서 직접 변조시키는 경우에 비하여, 고속 변조가 가능해진다.
또한, 화상 표시 장치(1)에서는, 광원부(311)를 직접 변조시킬 필요가 없으므로, 일정한 강도의 신호광이 사출되도록 광원부(311)를 구동하면 된다. 따라서, 발광 효율이 높은 조건 혹은 발광 안정성이나 파장 안정성이 높은 조건에서 광원부(311)를 구동할 수 있어, 화상 표시 장치(1)의 저소비 전력화 혹은 동작의 안정화를 도모함과 함께, 눈 EY의 망막에 묘화되는 화상의 고화질화를 도모할 수 있다. 게다가, 광원부(311)를 직접 변조하기 위해 필요한 구동 회로가 불필요해져서, 광원부(311)를 연속 구동하는 회로는 비교적 간단하고 저비용이기 때문에, 광원부(311)에 드는 비용의 삭감 및 광원부(311)의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 반사부(6)로서 후술하는 홀로그램 회절격자를 사용한 경우에는, 신호광의 파장 안정성을 높게 할 수 있기 때문에, 설계 파장에 가까운 신호광을 홀로그램 회절격자에 입사시킬 수 있다. 그 결과, 홀로그램 회절격자에 있어서의 회절각의 설계값으로부터의 어긋남을 작게 할 수 있어, 화상의 흐려짐을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 광 도파로(302) 중, 분기부(3023, 3023A, 3023B: 분배부)에 대응하는 부분과, 변조부에 대응하는 부분[전극(303A, 303B)]이 설치되어 있는 부분)이 동일한 기판(301) 위에 형성되어 있다. 이로 인해, 이들 부분을 서로 다른 부재로 구성한 경우에 비하여, 변조기(30R, 30G, 30B)의 소형화를 도모할 수 있다. 그 결과, 화상 표시 장치(1)의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 분배부에 대응하는 부분과 변조부에 대응하는 부분 사이의 광 결합 손실의 저감을 도모할 수 있으므로, 변조기(30R, 30G, 30B)에 있어서의 신호광의 감쇠를 억제할 수 있다. 이에 의해, 눈 EY의 망막에 묘화되는 화상의 고화질화를 도모할 수 있다.
또한, 광 도파로를 사용해서 복수의 광속으로 분배하고, 분배된 각각을 독립적으로 구동하는 변조부를 패터닝 정밀도에 기초하여 일괄적으로 형성할 수 있기 때문에, 단일 광원을 사용하여, 미소한 영역에 고정밀도로 광속을 유도할 수 있다.
또한, 변조기(30R, 30G, 30B)의 기능, 즉 변조부의 기능에서 보면, 적어도 전극(303A, 303B)에 대응하는 부분에 광 도파로(302)가 위치하고 있으면 되지만, 전극(303A, 303B)에 대응하는 부분 이외의 부분, 즉 분기부(3023, 3023A, 3023B)나 합류부(3024A, 3024B)에 대응하는 부분에도 광 도파로(302)를 연신시킴으로써, 예를 들어 신호광의 빔 품질을 높이는, 과잉 신호광을 감광시킨다고 하는 부차적인 효과가 얻어진다. 이에 의해, 표시되는 화상의 한층 더 한 고화질화를 도모할 수 있다.
이 부차적인 효과 중, 전자(前者)의 효과는, 신호광의 빔 트리밍(불필요 부분의 절취)에 의한 것이다. 즉, 광원부(311)로부터 출사하는 신호광의 빔은, 통상적으로 그 횡단면 중, 중심 부분의 품질이 높은(파장의 분포 폭이 작은) 한편, 주변 부분의 품질이 낮다. 따라서, 변조기(30R, 30G, 30B)가 광 도파로(302)를 구비함으로써, 빔의 주변 부분을 광 도파로(302)에 있어서 트리밍할 수 있다. 그 결과, 품질이 높은 빔의 중심 부분을 변조하여, 광 주사부(42)를 향해 출사할 수 있다.
한편, 부차적인 효과 중, 후자(後者)의 효과는, 신호광이 광 도파로(302)를 전반할 때, 일부의 광이 누설되는 것을 이용하여, 신호광의 광량이 감소되는 것에 따른 것이다.
또한, 광 도파로(302)와 같은 단면이 좁은 영역에 전압을 인가하기 위해서, 신호광의 변조에 필요한 위상차를 발생시키기 위한 굴절률 변화에 필요한 인가 전압을, 벌크의 전기 광학 재료에 전압 인가하는 경우와 비교해서 작게 할 수 있다. 또한, 광 도파로(302)[코어부(3021)]의 단면적을 적절히 선택함으로써, 강도 변조의 제어성을 높일 수 있다.
또한, 전극(303A, 303B)의 형상은, 도시한 형상으로 한정되지 않으며, 예를 들어 기판(301)의 결정축의 방향에 따라서 제1 코어부(3021Aa, 3021Ba)나 제2 코어부(3021Ab, 3021Bb)와 겹치지 않는 위치에 대응하여 배치된 형상이어도 된다.
또한, 전술한 변조기(30R, 30G, 30B)는, 전기 광학 효과를 이용하여 신호광의 강도를 외부 변조시키고 있지만, 전기 광학 효과 대신에, 음향 광학 효과, 자기 광학 효과, 열 광학 효과, 비선형 광학 효과 등의 광 변조 효과를 사용하는 것이어도 된다. 이와 같은 각종 효과에 있어서도, 전술한 바와 같은 작용, 효과를 얻을 수 있다.
또한, 전기 광학 효과를 이용한 경우, 특히 고속의 변조가 가능하게 되기 때문에, 표시되는 화상의 고화질화에 대한 기여가 현저하다.
또한, 변조기(30R, 30G, 30B)에 있어서의 변조 원리도, 전술한 마하젠더형의 변조 원리로 한정되지 않는다. 대체 가능한 변조 구조로서는, 방향성 결합형 변조기, 분기 간섭형 변조기, 링 간섭형 변조기, Y 커트 교차 도파로를 사용한 내부 전반사형 광 스위치, 분기 스위치, 컷오프형 광 변조기, 밸런스 브리지형 광 변조기, 브래그 회절형 광 스위치, 전기 흡수형(EA) 변조기 등을 들 수 있다.
또한, 마하젠더형의 변조 구조는, 비교적 간단한 구조로 실현할 수 있으며, 게다가, 변조 폭을 임의로 조정하기 쉽게 때문에, 변조기(30R, 30G, 30B)에 있어서의 변조 구조로서 유용하다. 변조 폭을 임의로 조정함으로써, 신호광의 강도를 임의로 조정할 수 있으므로, 예를 들어 표시 화상의 고콘트라스트화를 도모할 수 있다.
또한, 버퍼층(304)은, 기판(301)과 전극(303A, 303B)의 사이에 설치되고, 예를 들어 산화규소, 알루미나 등, 광 도파로(302)를 도파하는 광의 흡수가 적은 매질에 의해 구성된다.
여기서, 화상 표시 장치(1)는, 사용자의 눈 EY의 망막에 있어서 신호광을 주사함으로써 화상을 묘화한다. 예를 들어, 1개의 광속에 의한 화상 묘화의 경우, 수직 해상도는 후술하는 광 주사부(42)의 1 프레임 내에서의 진동수에 의해 결정되고, 수평 해상도는 신호광의 명멸 속도에 의해 결정된다. 이 중, 수직 해상도를 정하는 광 주사부(42)의 진동수를 높이는 것은, 미러의 구동력, 소비 전력, 가청 음역에서의 소음 발생 등의 관점에서 한계가 있다.
이에 반하여, 전술한 바와 같이, 코어부(3021A)의 출사단과 코어부(3021B)의 출사단의 사이는, 소정의 거리를 사이에 두고 이격되어 있다. 이로 인해, 코어부(3021A)로부터 출사하는 신호광과 코어부(3021B)로부터 출사하는 신호광은, 이 소정의 거리를 사이에 두고 출사하게 된다. 즉, 변조기(30R, 30G, 30B)에 입사한 신호광은, 각각 2개의 광속(광선)으로 분할된다.
또한, 변조기(30R, 30G, 30B)에서는, 각각, 2개의 광속의 광 강도를 개별로 변조할 수 있다. 이에 의해, 변조기(30R, 30G, 30B)로부터 출사한 2개의 광속은, 서로 다른 점상(點像)을 묘화함과 함께, 각 점상의 강도(명도)를 서로 독립적으로 조정하는 것을 가능하게 한다.
여기서, 상기와 같이 신호광이 2개의 광속으로 분할되면, 서로 독립적으로 강도 변조 가능한 서로 다른 2개의 광속을 광 주사부(42)에 의해 주사하는 것이 가능해지고, 이들 2개의 광속에 의해 형성되는 2개의 점상에 기초하여 1개의 화상을 형성하게 된다. 따라서, 1개의 광속으로 화상을 묘화하는 경우와 비교하여, 2배의 해상도로 화상을 표시할 수 있는 화상 표시 장치(1)가 얻어진다.
도 9는, 1개의 광속으로 화상을 묘화하는 과정과, 2개의 광속으로 화상을 묘화하는 과정을 도시한 것이다.
이 중, 도 9의 (a)는, 1개의 광속으로 화상을 묘화하는 과정을 나타내는 도면이다. 도 9의 (a)에는, 화상의 묘화 영역 DA에 대하여 적색광의 점상 PR', 녹색광의 점상 PG' 및 청색광의 점상 PB'가 투사되어 있는 모습이 도시되어 있다. 또한, 이들 점상 PR', PG', PB'의 주사 궤적의 일례가 실선의 화살표로 도시되어 있다. 이와 같이 점상 PR', PG', PB'를 수평 방향(도 9의 좌우 방향) 및 수직 방향(도 9의 상하 방향)으로 주사함으로써, 2차원의 임의의 화상을 묘화할 수 있다.
한편, 도 9의 (b)는, 2개의 광속으로 화상을 묘화하는 과정을 나타내는 도면이다. 도 9의 (b)에는, 화상의 묘화 영역 DA에 대하여 적색광의 점상 PR1 및 점상 PR2, 녹색광의 점상 PG1 및 점상 PG2와, 청색광의 점상 PB1 및 점상 PB2가, 각각 수직 방향(도 9의 상하 방향)으로 배열되어 쌍이 되어 투사되어 있는 모습이 도시되어 있다. 이들 점상 중, 점상 PR1은, 변조기(30R)의 코어부(3021A)로부터 출사한 광속이 투사된 것이며, 점상 PG1은, 변조기(30G)의 코어부(3021A)로부터 출사한 광속이 투사된 것이며, 점상 PB1은, 변조기(30G)의 코어부(3021A)로부터 출사한 광속이 투사된 것이다. 또한, 점상 PR2는, 변조기(30R)의 코어부(3021B)로부터 출사한 광속이 투사된 것이며, 점상 PG2는, 변조기(30G)의 코어부(3021B)로부터 출사한 광속이 투사된 것이며, 점상 PB2는, 변조기(30B)의 코어부(3021B)로부터 출사한 광속이 투사된 것이다.
또한, 도 9의 (b)에는, 일군의 점상 PR1, PG1, PB1의 주사 궤적의 일례가 실선의 화살표로 도시되고, 일군의 점상 PR2, PG2, PB2의 주사 궤적의 일례가 파선의 화살표로 도시되어 있다.
또한, 도 9의 (b)에서는, 설명의 편의상, 적색광의 점상 PR1, 녹색광의 점상 PG1 및 청색광의 점상 PB1을 서로 어긋나게 하여 도시하고 있지만, 이들은 서로 동일 위치에 투사되어 있는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 도 9의 (b)에서는, 설명의 편의상, 적색광의 점상 PR2, 녹색광의 점상 PG2 및 청색광의 점상 PB2를 서로 어긋나게 하여 도시하고 있지만, 이들은 서로 동일 위치에 투사되어 있는 것이 바람직하다.
화상 표시 장치(1)에서는, 광의 강도를 변조하는 변조기(30R, 30G, 30B)에 있어서, 각각 신호광의 광속을 2개로 분할하고 있지만, 이들 변조기(30R, 30G, 30B)에서는, 각각 신호광의 광속을 2개로 분할한 후, 분할 후의 광속의 광 강도를 개별로 변조시키는 것이 가능하다. 이로 인해, 간이한 구조임에도 불구하고, 서로 독립적으로 강도 변조가 가능한 2개의 광속을 형성할 수 있다. 따라서, 이와 같은 서로 독립적으로 강도 변조 가능한 2개의 광속을 사용함으로써 높은 해상도를 갖는 화상 표시 장치(1)를 용이하게 얻을 수 있다.
또한, 이상과 같은 2개의 광속을 높은 위치 정밀도로 생성 가능함과 함께, 각 광속의 강도를 개별로 변조 가능한 변조기(30R, 30G, 30B)를 구비함으로써, 화상 표시 장치(1)에서는, 도 9에 도시한 바와 같이, 수직 해상도를 정하는 광 주사부(42)의 진동수를 높이지 않고, 수직 방향의 해상도를 2배로 증가시킬 수 있다. 이로 인해, 표시되는 화상의 고해상도화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 신호광의 광속을 2개로 분할하기 위해서, 광 도파로(302)의 분기부(3023)를 이용하고 있다. 이에 의해, 광속끼리의 이격 거리를 광 도파로(302)의 설계에 기초하여 엄밀하게 제어할 수 있으므로, 이격 거리의 편차를 억제하여, 화상 표시 장치(1)의 개체차를 감소시킬 수 있다. 이로 인해, 수평 주사선끼리의 거리가 균일해져서, 균일한 화상을 제공할 수 있으며, 또한 화상 표시장치마다의 화질의 개체차를 억제할 수 있다. 이것은, 광 도파로(302)가 통상적으로 포토리소그래피 기술을 이용하여 제조되기 때문에, 치수 정밀도를 매우 높게 할 수 있는 점에 기인하는 효과이다.
또한, 본 실시 형태에서는, 변조기(30)에 있어서 2개의 광속을 생성하고 있으므로, 광속의 간격을 충분히 좁게(예를 들어 100㎛ 이하 정도) 하는 것이 용이하다. 이로 인해, 수직 방향의 해상도를 보다 높이기 쉽고, 또한 묘화 시의 비묘화 영역을 좁게 할 수 있어, 보다 해상도가 높은 화상을 표시하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에서는, 예를 들어 광원을 2개 배열해서 2개의 광속을 생성하는 경우에 비하여, 화상 표시 장치(1)의 소형화와 저비용화를 도모할 수 있다.
또한, 코어부(3021A)의 출사단과 코어부(3021B)의 출사단의 이격 거리는, 화면 내에서의 주사선의 간격에 상당한다. 따라서, 광학 배율에 따라서, 이 이격 거리를 적절히 조정하면 된다. 이 주사선의 간격은, 화면의 묘화 방법에 의해 적절히 설정이 가능하다. 예를 들어, 묘화 영역의 상반부를 코어부(3021A)로부터 출사되는 광에 의해 묘화하고, 묘화 영역의 하반부를 코어부(3021B)로부터 출사되는 광에 의해 묘화하도록 주사선의 간격을 설정하여도 된다. 또한, 주사선의 홀수 라인을 코어부(3021A)로부터 출사되는 광에 의해 묘화하고, 주사선의 짝수 라인을 코어부(3021B)로부터 출사되는 광에 의해 묘화하도록 주사선의 간격을 설정하여도 된다.
또한, 변조기(30R, 30G, 30B)에 있어서의 신호광의 분할 수는, 특별히 한정되지 않으며, 3개 이상이어도 된다. 또한, 분할 패턴은, 도시한 바와 같은 1차원적인 패턴이어도, 2차원적인 패턴이어도 된다. 2차원적인 패턴이란, 신호광의 광속 전반 방향에서 보았을 때, 예를 들어 광속이 행렬 형상으로 배치되도록 출사되는 패턴 등을 가리킨다. 이와 같은 분할 패턴을 채용함으로써, 1 광속당 변조에 필요한 시간을 길게 취할 수 있기(시간적인 여유를 확보할 수 있기) 때문에, 비교적 저속의 저비용의 회로를 사용할 수 있다. 그 결과, 저비용으로 높은 해상도의 화상을 표시 가능한 화상 표시 장치(1)가 얻어진다.
또한, 본 실시 형태에서는, 변조기(30R, 30G, 30B)가 서로 이격되어 있지만, 변조기(30)의 형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 1개의 기판(301)에 대하여 변조기(30R, 30G, 30B)가 함께 형성되어 있는(혼재되어 있는) 형태이어도 된다. 이와 같은 변조기(30)에 의하면, 광 도파로(302)의 형성이나 각 전극(303A, 303B)의 형성에 있어서, 각각 1회의 제조 프로세스로 변조기(30R, 30G, 30B)를 동시에 제조할 수 있다. 이로 인해, 변조기(30)의 제조 용이성을 높일 수 있다. 또한, 변조기(30R, 30G, 30B)가 1개의 기판(301)에 혼재됨으로써, 변조기(30R)에 포함되는 광 도파로(302), 변조기(30G)에 포함되는 광 도파로(302), 및 변조기(30B)에 포함되는 광 도파로(302)의 서로의 위치 정밀도를 높이는 것이 가능해진다. 이에 의해, 예를 들어 변조기(30)와 제2 광파이버(72)를 광학적으로 접속할 때, 광 결합 효율을 높임과 함께, 적색광 LR, 녹색광 LG 및 청색광 LB의 광 결합 효율이 서로 어긋나버려서, 화상의 색 어긋남이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 변조기(30R)가 설치되어 있는 기판(301)과, 변조기(30G)가 설치되어 있는 기판(301)과, 변조기(30B)가 설치되어 있는 기판(301)이, 적층되어 있어도 된다.
도 10은, 도 6에 도시한 변조기(30)의 다른 구성예이다. 또한, 도 10에서는, 전극이나 배선의 도시를 생략하고 있다.
도 10에 도시한 변조기(30)는, 도 6에 도시한 변조기(30G), 변조기(30R) 및 변조기(30B)가 하방으로부터 이 순서로 적층되어 구성되어 있다. 또한, 도 10은, 각 변조기(30R, 30G, 30B)로부터 출사되는 광의 진행 방향으로부터 보았을 때의 정면도이다.
이와 같은 구성의 변조기(30)에 의하면, 변조기(30R, 30G, 30B)의 서로의 배치를 고정밀도로 정할 수 있으며, 또한 그것을 장기에 걸쳐 유지하는 것이 가능하다. 또한, 변조기(30R, 30G, 30B)를 하나의 것으로서 다룰 수 있으므로, 화상 표시 장치(1)의 조립 작업이 용이해진다는 이점도 있다.
(광 합성부)
광 합성부(47)는, 복수의 변조기(30R, 30G, 30B)로부터의 광을 합성하는 것이다. 이에 의해, 개별로 강도가 변조된 적색광 LR의 광속, 녹색광 LG의 광속 및 청색광 LB의 광속을 합성할 수 있다. 구체적으로는, 도 9의 (b)에 도시한 바와 같은 일군의 점상 PR1, PG1, PB1을 투사 가능한 광속과, 일군의 점상 PR2, PG2, PB2를 투사 가능한 광속으로 구성되는 2개의 광속 DL(도 4 참조)을 형성할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 광 합성부(47)는, 3개의 다이크로익 미러(47R, 47G, 47B)를 갖고 있다. 또한, 광 합성부(47)는, 전술한 바와 같은 다이크로익 미러를 사용한 구성으로 한정되지 않고, 프리즘, 광 도파로, 광파이버 등으로 구성되어 있어도 된다.
이상, 주사광 출사부(4)에 대하여 설명하였지만, 주사광 출사부(4)의 구성은, 도시한 것으로 한정되지 않는다. 도 4의 광로 상에 임의의 광학 요소가 배치되어 있어도 된다.
(반사부)
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 반사부(6: 반사 광학부)는, 전술한 프레임(2)의 프론트부(22)에 포함되는 림부(25)에 장치되어 있다.
즉, 반사부(6)는, 사용 시에 사용자의 눈 EY의 전방이며 또한 광 주사부(42)보다도 그 사용자에 대하여 먼 쪽 측에 위치하도록 배치되어 있다. 이에 의해, 화상 표시 장치(1)에 사용자의 얼굴에 대하여 전방측으로 돌출된 부분이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
이 반사부(6)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 광 주사부(42)로부터의 신호광을 그 사용자의 눈 EY를 향해 반사하는 기능을 갖는다.
본 실시 형태에서는, 반사부(6)는, 하프 미러(반투경)이며, 외계광을 투과시키는 기능(가시광에 대한 투광성)도 갖는다. 즉, 반사부(6)는, 광 주사부(42)로부터의 신호광(영상광)을 반사시킴과 함께, 사용 시에 있어서 반사부(6)의 외측으로부터 사용자의 눈을 향하는 외계광을 투과시키는 기능(컨바이너 기능)을 갖는다. 이에 의해, 사용자는, 외계 상을 시인하면서, 신호광에 의해 형성된 허상(화상)을 시인할 수 있다. 즉, 시스루형의 헤드 마운트 디스플레이를 실현할 수 있다.
또한, 반사부(6) 중, 사용자측의 면은, 오목면의 반사면이 되어 있다. 이로 인해, 반사부(6)에 의해 반사된 신호광은, 사용자측으로 집속된다. 따라서, 사용자는, 반사부(6)의 오목면 위에 형성된 화상보다도 확대된 허상을 시인하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 사용자에 의한 시인성을 높일 수 있다.
한편, 반사부(6) 중, 사용자에 대하여 먼 쪽 측의 면은, 상기 오목면과 거의 동일한 곡률을 갖는 볼록면으로 되어 있다. 이로 인해, 외계광은, 반사부(6)에서 크게 편향되지 않고, 사용자의 눈에 도달한다. 따라서, 사용자는, 왜곡이 적은 외계 상을 시인할 수 있다.
또한, 반사부(6)는, 회절격자를 갖고 있어도 된다. 이 경우, 회절격자에 다양한 광학 특성을 갖게 하고, 광학계의 부품 개수를 저감시키거나, 디자인의 자유도를 높이거나 할 수 있다. 회절격자로서 홀로그램 회절격자를 사용함으로써, 반사부(6)에 의해 반사하는 신호광의 출사 방향을 조정하거나, 반사하는 신호광의 파장을 선택하거나 할 수 있다. 또한, 회절격자에 렌즈 효과를 갖게 함으로써, 반사부(6)에 의해 반사하는 신호광을 포함하는 주사광 전체의 결상 상태를 조정하거나, 오목면에서 신호광이 반사할 때의 수차를 보정하거나 할 수도 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 외부 변조기로서 변조기(30R, 30G, 30B)를 이용하고 있기 때문에, 광원의 명멸 구동 시에 발생하는 파장 변동이 저감된다. 따라서, 회절격자에서의 회절각 변동이 억제되어, 화상 흐려짐이 적은 화상을 제공할 수 있다. 이와 같은 홀로그램 회절격자로서는, 광 간섭에 의해 유기 재료로 형성된 입체 회절격자나, 수지 재료의 표면에 스탬퍼에 의해 요철을 형성한 회절격자를 사용할 수 있다.
또한, 반사부(6)는, 투명 기판 위에 금속 박막이나 유전체 다층막 등으로 구성된 반투과 반사막을 형성한 것이어도 되며, 편광 빔 스플리터를 사용하여도 된다. 편광 빔 스플리터를 사용하는 경우에는, 광 주사부(42)로부터의 신호광이 편광이 되도록 구성하고, 광 주사부(42)로부터의 신호광에 대응하는 편광을 반사시키도록 구성하면 된다.
≪제2 실시 형태≫
다음으로, 본 발명의 화상 표시 장치의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 11은, 제2 실시 형태에 따른 화상 표시 장치에 포함되는 광 주사부의 개략 구성을 나타내는 도면이며, 도 12는, 도 11에 도시한 변조기의 평면도이다.
이하, 제2 실시 형태에 대하여 설명하지만, 이하의 설명에서는, 전술한 제1 실시 형태와의 상이점을 중심으로 설명하고, 마찬가지의 사항에 대해서는 그 설명을 생략한다. 또한, 도면에 있어서, 전술한 실시 형태와 마찬가지의 사항에 대해서는, 동일 부호를 붙이고 있다.
제2 실시 형태에 따른 화상 표시 장치는, 3개의 광(적색광 LR, 녹색광 LG 및 청색광 LB)을 1개의 변조기(30)에 의해 강도 변조할 수 있도록 구성한 이외에는, 제1 실시 형태에 따른 화상 표시 장치와 마찬가지이다.
즉, 제1 실시 형태에 따른 화상 표시 장치는, 적색광 LR에 대응하는 변조기(30R)와, 녹색광 LG에 대응하는 변조기(30G)와, 청색광 LB에 대응하는 변조기(30B)를 구비하고 있는 데 비하여, 본 실시 형태에 따른 화상 표시 장치는, 도 11에 도시한 바와 같이, 1개의 변조기(30)만을 구비하고 있다.
본 실시 형태에 따른 변조기(30)는, 도 12에 도시한 바와 같이, 광 도파로(302)가 3개의 입사단을 갖고 있다. 즉, 광 도파로(302)는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 도파로 패턴 외에, 3개의 입사단으로부터 연장되는 3개의 코어부(3021L, 3021M, 3021N)와, 이들 3개의 코어부(3021L, 3021M, 3021N)가 합류하는 합류부(3025)를 더 구비하고 있다. 이 코어부(3021L, 3021M, 3021N)와 합류부(3025)에 의해, 3색의 신호광을 합파하는 합파부(305)가 구성된다.
또한, 이와 같은 합파부(305)를 설치함으로써, 적색광 LR과 녹색광 LG와 청색광 LB가 합파되어 합파광이 생성된다. 이와 같은 합파광을 제1 실시 형태에 따른 변조기와 마찬가지의 변조기 구조에 입사함으로써, 파장이 서로 다른 광마다, 시분할에 의한 개별의 강도 변조가 가능해진다. 이로 인해, 다색 표시(예를 들어 풀 컬러 표시)가 가능함에도 불구하고, 변조기(30)의 구조의 간소화를 도모할 수 있어, 화상 표시 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
즉, 본 실시 형태에서는, 3개의 광원(311R, 311G, 311B)으로부터 출사된 적색광 LR, 녹색광 LG 및 청색광 LB를 합파하여 하나의 변조기(30)에 입사시키고 있기 때문에, 그대로는 신호광의 색마다의 강도 변조가 불가능하다. 따라서, 광원(311R)과 광원(311G)과 광원(311B)을, 서로 다른 타이밍에(시간축에 있어서 서로 배타적으로) 구동한다. 변조기(30)에서는, 광원(311R)으로부터 사출된 적색광 LR과, 광원(311G)으로부터 사출된 녹색광 LG와, 광원(311B)으로부터 사출된 청색광 LB를, 시간축에 있어서 서로 배타적으로, 즉 시분할로 변조한다. 이에 의해, 1개의 변조기(30)에 있어서, 서로 파장이 서로 다른 3개의 광의 강도를 개별로 변조할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 의하면, 변조기(30)에 합파부(305)가 내장되어 있기 때문에, 제1 실시 형태에 따른 광 합성부(47)가 불필요하게 되어, 렌즈(44)의 수도 삭감할 수 있다. 이로 인해, 화상 표시 장치의 부품 개수를 삭감할 수 있어, 구조의 간소화 및 저비용화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 광 도파로 패턴의 일부인 합류부(3025)에 있어서 적색광 LR, 녹색광 LG 및 청색광 LB를 합파하고 있기 때문에, 다른 합파 수단에 비하여, 합파에 수반되는 광 손실을 억제함과 함께, 파장이 서로 다른 광마다의 광 손실의 편차를 억제할 수 있다. 이로 인해, 표시되는 화상의 색 어긋남을 억제할 수 있다.
이상과 같은 구성에 의하면, 1개의 변조기(30)로 3색의 신호광의 외부 변조가 가능해진다. 즉, 광원의 수보다도 적은 수의 변조기로, 복수 색의 신호광에 대하여 서로 독립적으로 외부 변조하는 것이 가능해진다. 이로 인해, 특히 간이한 구조임에도 불구하고, 제1 실시 형태와 마찬가지의 작용, 효과가 얻어진다.
또한, 광 합성부(47)를 생략할 수 있으며, 또한 변조기의 수를 제1 실시 형태에 비하여 삭감할 수 있으므로, 화상 표시 장치의 한층 더 한 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 변조기(30)에 있어서 보다 정확한 강도 변조를 행하기 위해서는, 광 도파로(302)가 소위 싱글 모드 도파로인 것이 바람직하다. 따라서, 적색광 LR, 녹색광 LG 및 청색광 LB의 전부에 대하여 싱글 모드가 존재할 수 있는 광 도파로(302)의 구조에 대하여 검토하면, 광 도파로(302)의 코어부(3021)의 횡단면 형상(치수)을 최적화함으로써, 싱글 모드의 공존이 가능한 것을 인식할 수 있다.
구체적으로는, 적색광 LR의 파장이 650㎚이며, 녹색광 LG의 파장이 520㎚이며, 청색광 LB의 파장이 445㎚인 경우로서, 코어부(3021)를 전술한 Ti 확산법에 의해 형성한 경우에 대하여 상세히 설명한다.
Ti 확산법에 의해 코어부(3021)를 형성하는 경우, 코어부(3021)와 클래드부(3022)의 굴절률 차는, 약 0.005로 된다. 이와 같은 환경하에서, 적색광 LR이 싱글 모드에서 전반할 수 있기 위한 코어부(3021)의 깊이[코어부(3021)의 두께]는 0.9㎛ 이상 2.0㎛ 이하이고, 녹색광 LG가 싱글 모드에서 전반할 수 있기 위한 코어부(3021)의 깊이는 1.0㎛ 이상 2.4㎛ 이하이며, 청색광 LB가 싱글 모드에서 전반할 수 있기 위한 코어부(3021)의 깊이는 1.3㎛ 이상 3.1㎛ 이하이다. 따라서, 적색광 LR, 녹색광 LG 및 청색광 LB의 전부가 싱글 모드에서 존재할 수 있는 코어부(3021)의 깊이는, 1.3㎛ 이상 2.0㎛ 이하로 구해진다.
또한, 적색광 LR이 싱글 모드에서 전반할 수 있기 위한 코어부(3021)의 폭은 2.8㎛ 이하이고, 녹색광 LG가 싱글 모드에서 전반할 수 있기 위한 코어부(3021)의 폭은 3.3㎛ 이하이며, 청색광 LB가 싱글 모드에서 전반할 수 있기 위한 코어부(3021)의 폭은 4.1㎛ 이하이다. 따라서, 적색광 LR, 녹색광 LG 및 청색광 LB의 전부가 싱글 모드에서 존재할 수 있는 코어부(3021)의 폭은, 2.8㎛ 이하로 구해진다.
따라서, 상기의 예에서는, 코어부(3021)의 깊이를 1.3㎛ 이상 2.0㎛ 이하로 설정하고, 폭을 2.8㎛ 이하로 설정함으로써, 적색광 LR, 녹색광 LG 및 청색광 LB의 전부가 싱글 모드에서 존재할 수 있는 코어부(3021)를 구비하는 변조기(30)가 실현 가능한 것이 인식된다.
또한, 상기의 계산 예는, 코어부(3021)의 굴절률로부터 분산 곡선을 산출함으로써, 코어부(3021)의 깊이와 폭을 구한 것이다.
≪제3 실시 형태≫
다음으로, 본 발명의 화상 표시 장치의 제3 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 13은, 종래의 변조기에 있어서의 과제를 설명하기 위한 도면이며, 도 14, 15는, 각각 제3 실시 형태에 따른 화상 표시 장치에 포함되는 변조기의 평면도이다. 또한, 도 14에는, 평면도 외에, 광의 출사단측의 단부면의 정면도도 도시되어 있다.
이하, 제3 실시 형태에 대하여 설명하지만, 이하의 설명에서는, 전술한 제1 실시 형태와의 상이점을 중심으로 설명하고, 동일한 사항에 대해서는 그 설명을 생략한다. 또한, 도면에 있어서, 전술한 실시 형태와 마찬가지의 사항에 대해서는, 동일 부호를 붙이고 있다.
도 13은, 종래의 마하젠더형 변조기(9)의 평면도이며, 이 변조기(9)는, 도중에 2개로 분기되어 있는 코어부(91)와, 코어부(91)의 측면을 덮도록 인접하는 클래드부(92)를 구비하고 있다.
코어부(91)의 입사단으로부터 신호광 L이 입사되면, 통상적으로는 코어부(91)를 신호광 L이 전반하고, 도 13의 (a)에 도시한 바와 같이, 출사단으로부터 출사한다. 그러나, 도시를 생략한 광원과 코어부(91)의 입사단과의 광축 맞춤이 충분하지 않은 경우에는, 일부의 신호광 L이 코어부(91)가 아니라 그것에 인접하는 클래드부(92)로 누출될 우려가 있다(결합 손실). 누출된 누출광 L'는, 변조기(9) 내를 전반하고, 신호광 L과 함께 출력된다. 그 결과, 이 변조기(9)를 구비하는 화상 표시 장치의 화질에 악영향을 미치게 된다.
이와 같은 마하젠더형 변조기(9)는, 전술한 바와 같이, 2개로 분기되어 있는 코어부(91)의 한쪽에 대하여 전기 광학 효과에 기초하는 굴절률 변화를 발생시킴으로써 코어부(91)의 합류부에 있어서 위상차를 발생시키고, 그것에 기초하여 강도 변조를 행할 수 있다.
따라서, 합류부에 있어서의 위상차가 신호광 L의 파장의 절반만 어긋나도록 굴절률을 변화시킴으로써, 변조기(9)로부터의 출력을 실질적으로 제로로 할 수 있다. 이때, 일부의 광은, 도 13의 (b)에 도시한 바와 같이, 합류부 근방의 클래드부(92)로 누출될 우려가 있다(확산 모드). 누출된 누출광 L'는 변조기(9)로부터 출력되고, 이 변조기(9)를 구비하는 화상 표시 장치의 화질에 악영향을 미치게 된다.
따라서, 도 14에 도시한 변조기(30R, 30G, 30B)는, 이와 같은 누출광 L'가 발생하였다고 해도, 그것이 변조기(30R, 30G, 30B)로부터 출력되지 않도록 구성되어 있다.
구체적으로는, 본 실시 형태에 따른 변조기(30R, 30G, 30B)는, 각각 도 14의 (d)에 도시한 바와 같이, 광 도파로(302)가 형성되어 있는 기판(301)과, 그 표면의 일부를 덮는 차광막(307)을 구비하고 있다. 이와 같은 변조기(30R, 30G, 30B)는, 각각 그 내부에서 누출광 L'가 발생하였다고 해도, 그것이 차광막(307)에 의해 차광되기 때문에, 외부로 출력되는 것이 억제된다. 그 결과, 변조기(30R, 30G, 30B)를 구비하는 화상 표시 장치는, 누출광 L'의 영향을 받지 않고 표시 화상의 고화질화를 도모하는 것이 가능하다.
또한, 차광막(307)은, 코어부(3021)의 출사 단부면에 대응하는 위치에 개구하는 개구부(3071)를 구비하고 있다. 따라서, 코어부(3021)를 전반해 온 신호광 L은, 차광막(307)의 영향을 받지 않고 출력된다.
다음으로, 본 실시 형태에 따른 변조기(30R, 30G, 30B)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
우선, 광 도파로(302)가 형성되어 있는 기판(301)을 준비한다(도 14의 (a) 참조).
다음으로, 기판(301)의 표면 중, 코어부(3021)의 입사 단부면을 제외한 부분에, 차광막(307)의 형성용 도포액(3072)을 도포한다(도 14의 (b) 참조). 이때, 기판(301)의 출사 단부면이 덮이도록 형성용 도포액(3072)을 도포한다. 차광막(307)의 구성 재료는, 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 광 흡수 색소를 함유하는 포지티브형 레지스트 재료 등을 들 수 있다.
다음으로, 코어부(3021)의 입사 단부면으로부터 신호광 L을 입사한다. 입사된 신호광 L은, 코어부(3021)를 전반하고, 출사 단부면으로부터 출사된다. 이때, 출사 단부면을 덮는 형성용 도포액(3072)의 피막이 신호광 L에 의해 노광된다(도 14의 (c) 참조).
다음으로, 형성용 도포액(3072)의 피막에 대하여 현상 처리를 실시한다. 이에 의해, 노광된 부분의 형성용 도포액(3072)의 피막이 제거되고, 전술한 개구부(3071)가 형성된다. 이와 같은 방법에 의하면, 코어부(3021)에 신호광 L을 입사하는 것만으로, 개구부(3071)를 형성하기 위한 노광 처리를 완료할 수 있으므로, 노광에 있어서의 위치 정렬이 불필요해져서, 용이하게 행할 수 있다. 이상과 같이 하여 본 실시 형태에 따른 변조기(30R, 30G, 30B)를 제조할 수 있다.
또한, 도 15에 도시한 변조기(30R, 30G, 30B)도, 전술한 바와 같은 누출광 L'가 발생하였다고 해도, 그것이 변조기(30R, 30G, 30B)로부터 출력되지 않도록 구성되어 있다.
구체적으로는, 본 실시 형태에 따른 변조기(30R, 30G, 30B)는, 각각 도 15에 도시한 바와 같이, 광 도파로(302)가 형성되어 있는 기판(301)과, 기판(301) 내에 매립되어 있는 광 반사부(308)를 구비하고 있다. 이와 같은 변조기(30R, 30G, 30B)는, 각각 그 내부에서 누출광 L'가 발생하였다고 해도, 그것이 광 반사부(308)에 의해 차광되기 때문에, 출사단측으로 출력되는 것이 억제된다. 그 결과, 변조기(30R, 30G, 30B)를 구비하는 화상 표시 장치는, 누출광 L'의 영향을 받지 않고 표시 화상의 고화질화를 도모하는 것이 가능하다.
본 실시 형태에 따른 광 반사부(308)는, 2개로 분기된 코어부(3021)가 다시 합류하는 합류부(3026) 근방에 설치되어 있다. 그리고, 합류부(3026)를 사이에 두고, 코어부(3021)의 폭 방향을 따라서 2개의 광 반사부(308)가 배열하도록 배치되어 있다.
각 광 반사부(308)는, 평면에서 보았을 때 가늘고 긴 형상을 이루고 있으며, 그 긴 변을 광 반사면으로서 기능시킬 수 있다. 따라서, 광 반사부(308)의 장축을 코어부(3021)의 폭 방향에 대하여 평행하거나 또는 약간 기울이도록 하면, 도 15의 (a)에 도시한 바와 같은 결합 손실에 수반되는 누출광 L'나, 도 15의 (b)에 도시한 바와 같은 합류부(3026)에 있어서의 확산 모드에 수반되는 누출광 L'를 광 반사부(308)의 긴 변에 의해 반사시켰을 때, 그것이 출사단측으로 출력되지 않도록 반사시킬 수 있다.
≪제4 실시 형태≫
다음으로, 본 발명의 화상 표시 장치의 제4 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 16은, 본 발명의 화상 표시 장치의 제4 실시 형태(헤드업 디스플레이)를 나타내는 도면이다.
이하, 제4 실시 형태에 대하여 설명하지만, 이하의 설명에서는, 전술한 제1 내지 제3 실시 형태와의 상이점을 중심으로 설명하고, 마찬가지의 사항에 대해서는 그 설명을 생략한다. 또한, 도면에 있어서, 전술한 실시 형태와 마찬가지의 구성에 대해서는, 동일 부호를 붙이고 있다.
제4 실시 형태에 따른 화상 표시 장치(1)는, 사용자의 헤드부에 장착되는 것이 아니라, 자동차의 천장부에 장착되어 사용되는 것인 이외에는, 제1 내지 제3 실시 형태에 따른 화상 표시 장치(1)와 마찬가지이다.
즉, 제4 실시 형태에 따른 화상 표시 장치(1)는, 자동차 CA의 천장부 CE에 장착하여 사용되고, 사용자에게 허상에 의한 화상을, 자동차 CA의 프론트 윈도우 W를 통해 외계 상과 중첩한 상태에서 시인시킨다.
이 화상 표시 장치(1)는, 도 16에 도시한 바와 같이, 신호 생성부(3) 및 주사광 출사부(4)를 내장한 광원 유닛 UT와, 반사부(6)와, 광원 유닛 UT와 반사부(6)와 접속하는 프레임(2')을 구비한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 광원 유닛 UT, 프레임(2') 및 반사부(6)를, 자동차 CA의 천장부 CE에 장착하고 있는 경우를 예로 들어 설명하지만, 이들을 자동차 CA의 대시보드 위에 장착하여도 되고, 일부의 구성을 프론트 윈도우 W에 고정하도록 해도 된다. 또한, 화상 표시 장치(1)는, 자동차뿐만 아니라, 항공기, 선박, 건설 기계, 중기, 이륜차, 자전거, 우주선과 같은 각종 이동체에 장착되는 것이어도 된다.
이하, 화상 표시 장치(1)의 각 부를 순차 상세히 설명한다.
광원 유닛 UT는, 어떠한 방법에 의해 천장부 CE에 고정되어 있어도 되지만, 예를 들어 밴드나 클립 등을 사용하여 선바이저에 장착하는 방법에 의해 고정된다.
프레임(2')은, 예를 들어 한 쌍의 긴 형상의 부재를 구비하고 있으며, 광원 유닛 UT와 반사부(6)의 Z축 방향의 양단을 접속함으로써, 광원 유닛 UT와 반사부(6)를 고정하고 있다.
광원 유닛 UT는, 신호 생성부(3) 및 주사광 출사부(4)를 내장하고 있으며, 주사광 출사부(4)로부터는 반사부(6)를 향해 신호광 L3이 출사된다.
본 실시 형태에 따른 반사부(6)도, 하프 미러이며, 외계광 L4를 투과시키는 기능을 갖는다. 즉, 반사부(6)는, 광원 유닛 UT로부터의 신호광 L3(영상광)을 반사시킴과 함께, 사용 시에 있어서 자동차 CA 외로부터 프론트 윈도우 W를 거쳐서 사용자의 눈 EY를 향하는 외계광 L4를 투과시키는 기능을 갖는다. 이에 의해, 사용자는, 외계 상을 시인하면서, 신호광 L3에 의해 형성된 허상(화상)을 시인할 수 있다. 즉, 시스루형의 헤드업 디스플레이를 실현할 수 있다.
이와 같은 화상 표시 장치(1)도, 전술한 바와 같이, 제1 실시 형태에 따른 신호 생성부(3)를 구비하고 있다. 이로 인해, 간이한 구조임에도 불구하고, 제1 실시 형태와 마찬가지의 작용, 효과가 얻어진다. 즉, 높은 해상도를 갖는 화상 표시 장치(1)를 얻을 수 있다.
이상, 본 발명의 화상 표시 장치에 대하여, 도시한 실시 형태에 기초하여 설명하였지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 화상 표시 장치에서는, 각 부의 구성은, 마찬가지의 기능을 발휘하는 임의의 구성의 것으로 치환할 수 있고, 또한 임의의 구성을 부가할 수도 있다.
또한, 반사부는, 평면의 반사면을 구비하고 있어도 된다.
또한, 본 발명의 화상 표시 장치의 실시 형태는, 전술한 헤드 마운트 디스플레이나 헤드업 디스플레이에 한정되지 않으며, 망막 주사 방식의 표시 원리를 갖는 형태이면 어떠한 형태에도 적용 가능하다.
1: 화상 표시 장치
2: 프레임
2': 프레임
3: 신호 생성부
4: 주사광 출사부
5: 접속부
6: 반사부
9: 변조기
10: 반사부
17: 코일
18: 신호 중첩부
21: 노즈 패드부
22: 프론트부
23: 템플부
24: 모던부
25: 림부
26: 브리지부
27: 오목부
30: 변조기
30B: 변조기
30G: 변조기
30R: 변조기
31: 신호광 생성부
32: 구동 신호 생성부
33: 제어부
34: 광 검출부
35: 고정부
41: 하우징
42: 광 주사부
43: 렌즈
43B: 렌즈
43G: 렌즈
43R: 렌즈
44: 렌즈
44B: 렌즈
44G: 렌즈
44R: 렌즈
45: 렌즈
46: 지지 부재
47: 광 합성부
47B: 다이크로익 미러
47G: 다이크로익 미러
47R: 다이크로익 미러
71: 제1 광파이버
72: 제2 광파이버
72B: 코어
72G: 코어
72R: 코어
301: 기판
302: 광 도파로
303A: 전극
303B: 전극
304: 버퍼층
305: 합파부
307: 차광막
308: 광 반사부
311: 광원부
311B: 광원
311G: 광원
311R: 광원
312B: 구동 회로
312G: 구동 회로
312R: 구동 회로
313B: 렌즈
313G: 렌즈
313R: 렌즈
321: 구동 회로
322: 구동 회로
3021: 코어부
3021A: 코어부
3021Aa: 제1 코어부
3021Ab: 제2 코어부
3021B: 코어부
3021Ba: 제1 코어부
3021Bb: 제2 코어부
3021L: 코어부
3021M: 코어부
3021N: 코어부
3022: 클래드부
3023: 분기부
3023A: 분기부
3023B: 분기부
3024A: 합류부
3024B: 합류부
3025: 합류부
3031A: 신호 전극
3031B: 신호 전극
3032A: 접지 전극
3032B: 접지 전극
3033A: 전극 패드
3033B: 전극 패드
3071: 개구부
3072: 형성용 도포액
CA: 자동차
CE: 천장부
DA: 묘화 영역
DL: 2개의 광속
EA: 귀
EY: 눈
H: 헤드부
L: 신호광
L': 누출광
L1: 신호광
L2: 신호광
L3: 신호광
L4: 외계광
LB: 청색광
LG: 녹색광
LR: 적색광
PB': 점상
PB1: 점상
PB2: 점상
PG': 점상
PG1: 점상
PG2: 점상
PR': 점상
PR1: 점상
PR2: 점상
NS: 코
UT: 광원 유닛
W: 프론트 윈도우

Claims (9)

  1. 광을 사출하는 광원부와,
    상기 광원부로부터 사출된 광의 강도를 변조하는 변조기와,
    상기 변조기에 의해 변조된 광을 공간적으로 주사하는 광 스캐너
    를 구비하고,
    상기 변조기는, 상기 변조기에 입사된 광을 복수의 광으로 분배하는 분배부와, 상기 분배부에 있어서 분배된 광의 강도를 서로 독립적으로 변조하는 변조부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 화상 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변조기는, 전기 광학 효과를 갖는 재료에 의해 구성되는 기판과, 상기 기판에 전압을 인가하는 전극을 구비하는, 화상 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전기 광학 효과를 갖는 재료는, 니오븀산 리튬인, 화상 표시 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 변조부는, 상기 기판에 형성된 광 도파로를 포함하고,
    상기 광 도파로는,
    상기 광 도파로를 제1 광 도파로와 제2 광 도파로로 분기하는 분기부와,
    상기 제1 광 도파로와 상기 제2 광 도파로가 합류하는 합류부
    를 갖고,
    상기 제1 광 도파로를 도파하는 제1 광과 상기 제2 광 도파로를 도파하는 제2 광의 사이에 위상차를 발생시킨 후, 상기 제1 광과 상기 제2 광을 상기 합류부에서 합류시킴으로써, 상기 광 도파로에 입사한 광에 대하여 상기 광 도파로로부터 출사하는 광의 강도를 변조하는, 화상 표시 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 변조부는, 상기 기판에 형성된 광 도파로를 포함하고,
    상기 광 도파로는,
    상기 광 도파로를 제1 광 도파로와 제2 광 도파로로 분기하는 분기부와,
    상기 제1 광 도파로와 상기 제2 광 도파로가 합류하는 합류부
    를 갖고,
    상기 제1 광 도파로를 도파하는 제1 광과 상기 제2 광 도파로를 도파하는 제2 광의 사이에 위상차를 발생시킨 후, 상기 제1 광과 상기 제2 광을 상기 합류부에서 합류시킴으로써, 상기 광 도파로에 입사한 광에 대하여 상기 광 도파로로부터 출사하는 광의 강도를 변조하는, 화상 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광원부는, 복수의 광원을 구비하고 있으며,
    상기 광원과 동수 이상의 상기 변조기를 구비하고 있는, 화상 표시 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광원부는, 제1 광원 및 제2 광원을 포함하고,
    상기 변조기는, 상기 제1 광원으로부터 사출된 광과 상기 제2 광원으로부터 사출된 광을 합파하는 합파부를 더 구비하는, 화상 표시 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 광원부는, 상기 제1 광원과 상기 제2 광원이, 서로 다른 타이밍에 광을 사출하고,
    상기 변조기는, 상기 제1 광원으로부터 사출된 광의 강도와 상기 제2 광원으로부터 사출된 광의 강도를, 서로 독립적으로 변조하는, 화상 표시 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광 스캐너에 의해 주사된 광을 반사하는 반사 광학부를 더 구비하고,
    상기 반사 광학부는, 홀로그램 회절격자를 포함하는, 화상 표시 장치.
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