KR20210113988A - 광학 장치, 화상 표시 장치, 및 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
광학 장치(10)는 제1 도광판(21), 3개의 편향 부재(31, 32, 33)로 이루어지는 제1 편향 유닛(30), 제2 도광판(22), 3개의 편향 부재(41, 42, 43)로 이루어지는 제1 편향 유닛(40)으로 구성되어 있고, 제1 번째의 편향 부재(31, 41)에는, 화상 형성 장치로부터 출사된 광의 일부가 입사되고, 도광판(21, 22), 제2 번째의 편향 부재(32, 42)를 통해 제3 번째의 편향 부재(33, 43)로부터 출사되고, 제2 번째의 편향 부재(32)에 의해 편향된 광의 제1 도광판(21)에 있어서의 전파 방향을 제1 방향, 제2 번째의 편향 부재(42)에 의해 편향된 광의 제2 도광판(22)에 있어서의 전파 방향을 제2 방향으로 했을 때, 제1 방향은 제2 방향과 비평행하며 반대 방향이다.
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 사용되는 표시 장치에 관한 것이다.
최근, 관찰자의 눈앞에 배치한 광학 장치에 화상 형성 장치로부터의 화상을 표시시키는 헤드 마운트 디스플레이(HMD)의 개발이 면밀히 진행되고 있다. 그리고, 다양한 형식의 헤드 마운트 디스플레이가 검토되고 있지만, 헤드 마운트 디스플레이에 대해, 한층 더 리얼리티가 있는 화상을 제공하기 위해 표시 화상의 광화각화가 강하게 요구되고 있다. 이러한 요구에 대처하기 위해, 광학 장치를 구성하는 도광판에 3개의 편향 수단을 배치한 헤드 마운트 디스플레이가, 예를 들면, 미국특허공개 공보 제2006/0132914 A1 또는 미국특허공개 공보 제2014/0330966 A1로부터 이미 알려져 있다.
또한, 일본특허공개 제2009-133998호 공보에는,
(A) 2차원 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 화소를 구비한 화상 형성 장치,
(B) 화상 형성 장치의 화소로부터 출사된 광을 평행광으로 하는 콜리메이트 광학계, 및
(C) 콜리메이트 광학계에서 진행 방위가 서로 다른 복수의 평행광으로 된 광이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치
를 구비한 화상 표시 장치로서,
광학 장치는,
(a) 입사된 광이 내부를 전반사에 의해 전파한 후, 출사되는 도광판,
(b) 도광판에 입사된 광이 도광판의 내부에서 전반사되도록, 도광판에 입사된 광을 회절 반사시키는 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지고, 도광판에 배치된 제1 회절 격자 부재, 및
(c) 도광판의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 회절 반사시키고, 도광판으로부터 출사하는 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지고, 도광판에 배치된 제2 회절 격자 부재를 구비하고 있고,
제1 회절 격자 부재의 중심을 원점으로 하고, 원점을 지나는 제1 회절 격자 부재의 법선으로서, 콜리메이트 광학계 측을 향하는 방향을 양의 방향으로 하는 법선을 Xi축, 원점을 지나고 Xi축과 직교하고 제2 회절 격자 부재 측을 향하는 방향을 양의 방향으로 하는 도광판의 축선을 Yi축으로 했을 때,
화상 형성 장치의 중심 화소로부터 출사되며 콜리메이트 광학계의 중심을 통과하는 중심광은, XiYi 평면에 대해 광학적으로 평행하고, 또한, XiZi 평면에 대해 예각으로 교차하고 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치가 개시되어 있다.
그러나, 상기 2개의 미국특허공개 공보에 개시된 헤드 마운트 디스플레이에서는, 표시 화상의 한층 더 광화각화의 요구에는 대처할 수 없다. 또한, 일본특허공개 제2009-133998호 공보에 개시된 화상 표시 장치는, 제1 회절 격자 부재 및 제2 회절 격자 부재의 2개의 회절 격자 부재만을 가지고 있기 때문에, 제1 회절 격자로부터 제2 회절 격자로 전파하는 1방향으로만 도광판 내에서 표시 화상 영역을 확대할 수 있다.
따라서, 본 개시의 목적은, 표시 화상의 한층 더 광화각화를 도모할 수 있는 구성, 구조를 갖는 광학 장치, 이러한 광학 장치를 구비한 화상 표시 장치, 및 이러한 화상 표시 장치를 구비한 표시 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 개시의 광학 장치는,
화상 형성 장치로부터 출사된 광이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치로서,
제1 도광판과 제2 도광판, 및 제1 도광판에 설치된 제1 편향 유닛과 제2 도광판에 설치된 제2 편향 유닛을 구비하고 있고,
제1 편향 유닛은 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재로 구성되어 있고,
제2 편향 유닛은 제2 A 편향 부재, 제2 B 편향 부재 및 제2 C 편향 부재로 구성되어 있고,
제1 A 편향 부재에는, 화상 형성 장치로부터 출사된 광의 일부가 입사되고,
제1 A 편향 부재에 입사한 광은, 제1 A 편향 부재에 의해 편향되고, 제1 도광판의 내부에서 전반사되어 제1 B 편향 부재에 입사하고, 제1 B 편향 부재에 의해 편향되고, 제1 도광판의 내부에서 전반사되어 제1 C 편향 부재에 입사하고, 제1 C 편향 부재에 의해 편향되어, 관찰자의 눈동자를 향해 출사되고,
제2 A 편향 부재에는, 화상 형성 장치로부터 출사된 광의 적어도 잔부(殘部)가 입사되고,
제2 A 편향 부재에 입사한 광은, 제2 A 편향 부재에 의해 편향되고, 제2 도광판의 내부에서 전반사되어 제2 B 편향 부재에 입사하고, 제2 B 편향 부재에 의해 편향되고, 제2 도광판의 내부에서 전반사되어 제2 C 편향 부재에 입사하고, 제2 C 편향 부재에 의해 편향되어, 관찰자의 눈동자를 향해 출사되고,
제1 B 편향 부재에 의해 편향된 광의 제1 도광판에서의 전파 방향을 제1 도광판에 정사영했을 때의 방향을 제1 방향, 제2 B 편향 부재에 의해 편향된 광의 제2 도광판에서의 전파 방향을 제1 도광판에 정사영했을 때의 방향을 제2 방향으로 했을 때, 제1 방향은 제2 방향과 반대 방향이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 개시의 화상 표시 장치는,
화상 형성 장치, 및
화상 형성 장치로부터 출사된 광이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치를 구비한 화상 표시 장치로서,
광학 장치는, 본 개시의 광학 장치로 이루어진다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 개시의 표시 장치는,
관찰자의 두부(頭部)에 장착되는 프레임, 및
프레임에 부착된 화상 표시 장치를 구비한 표시 장치로서,
화상 표시 장치는, 화상 형성 장치, 및 화상 형성 장치로부터 출사된 광이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치를 구비하고 있고,
광학 장치는, 본 개시의 광학 장치로 이루어진다.
도 1의 A 및 도 1의 B의 각각은, 실시예 1의 광학 장치를 구성하는 제1 도광판 및 제1 편향 유닛, 및, 제2 도광판 및 제2 편향 유닛의 모식도이다.
도 2의 A 및 도 2의 B의 각각은, 실시예 1의 광학 장치를 구성하는 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재의 배치의 모식도, 및, 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재의 파수 벡터 등의 개념도이다.
도 3의 A 및 도 3의 B는 실시예 1의 광학 장치의 모식적인 단면도이며, 도 3의 C는 광학 장치를 측면에서 바라본 모식도이다.
도 4는 실시예 1의 광학 장치를 상방에서 바라본 모식도이다.
도 5는 실시예 1의 표시 장치를 정면에서 바라본 모식도이다.
도 6의 A, 도 6의 B 및 도 6의 C는, 실시예 1의 표시 장치에 있어서의 화상 형성 장치의 개념도이다.
도 7은 실시예 1의 광학 장치에 있어서의 화상 형성 장치, 도광판, 제1 A 편향 부재, 제2 A 편향 부재 등의 배치를 나타내는 개념도이다.
도 8의 A 및 도 8의 B는, 실시예 1의 광학 장치를 구성하는 제1 도광판 및 제1 편향 유닛, 및, 제2 도광판 및 제2 편향 유닛의 배치·제1 단계를 나타내는 모식도이다.
도 9의 A 및 도 9의 B의 각각은, 실시예 1의 광학 장치를 구성하는 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재의 배치·제1 단계의 모식도, 및, 배치·제1 단계에 있어서의 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재의 파수 벡터 등의 개념도이다.
도 10의 A 및 도 10의 B는, 실시예 1의 광학 장치를 구성하는 제1 도광판 및 제1 편향 유닛의 배치·제2 단계를 나타내는 모식도이다.
도 11의 A 및 도 11의 B의 각각은, 실시예 1의 광학 장치를 구성하는 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재의 배치·제2 단계의 모식도, 및, 배치·제2 단계에 있어서의 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재의 파수 벡터 등의 개념도이다.
도 12의 A 및 도 12의 B는, 실시예 1의 광학 장치를 구성하는 제1 도광판 및 제1 편향 유닛의 배치·제2 단계를 나타내는 모식도이다.
도 13은 실시예 2의 광학 장치를 구성하는 제1 도광판 및 제1 편향 유닛의 모식도이다.
도 14는 실시예 2의 광학 장치를 구성하는 제2 도광판 및 제2 편향 유닛의 모식도이다.
도 15의 A, 도 15의 B, 도 15의 C, 도 15의 D, 도 15의 E, 도 15의 F, 도 15의 G 및 도 15의 H는 실시예 1의 광학 장치의 변형예의 개념도이다.
도 16의 A 및 도 16의 B는, 실시예 1의 광학 장치에서 얻어지는 화상 영역을 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.
도 17은 실시예 1의 광학 장치에서 얻어지는 화상 영역을 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.
도 18의 A 및 도 18의 B는, 각각, 실시예 1의 광학 장치에서 얻어지는 제1 도광판 및 제2 도광판에 있어서의 광의 전파 상태를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.
도 19의 A 및 도 19의 B는, 각각, 실시예 1의 광학 장치에서 얻어지는 제1 편향 유닛 및 제2 편향 유닛에 의해 얻어지는 화상을 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.
도 20은 도 16의 A, 도 16의 B 및 도 17을 나타내는 시뮬레이션의 결과를 구하기 위한, 제1 편향 유닛을 구성하는 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재의 배치 상태를 나타내는 모식도이다.
도 21은 피치(d)를 파라미터로 한, 제1 A 편향 부재 또는 제2 A 편향 부재로의 광의 입사각과, 제1 A 편향 부재 또는 제2 A 편향 부재의 회절각의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 22의 A, 도 22의 B 및 도 22의 C는 XYZ 직교 좌표계 및(x0, y0, z0) 직교 좌표계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2의 A 및 도 2의 B의 각각은, 실시예 1의 광학 장치를 구성하는 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재의 배치의 모식도, 및, 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재의 파수 벡터 등의 개념도이다.
도 3의 A 및 도 3의 B는 실시예 1의 광학 장치의 모식적인 단면도이며, 도 3의 C는 광학 장치를 측면에서 바라본 모식도이다.
도 4는 실시예 1의 광학 장치를 상방에서 바라본 모식도이다.
도 5는 실시예 1의 표시 장치를 정면에서 바라본 모식도이다.
도 6의 A, 도 6의 B 및 도 6의 C는, 실시예 1의 표시 장치에 있어서의 화상 형성 장치의 개념도이다.
도 7은 실시예 1의 광학 장치에 있어서의 화상 형성 장치, 도광판, 제1 A 편향 부재, 제2 A 편향 부재 등의 배치를 나타내는 개념도이다.
도 8의 A 및 도 8의 B는, 실시예 1의 광학 장치를 구성하는 제1 도광판 및 제1 편향 유닛, 및, 제2 도광판 및 제2 편향 유닛의 배치·제1 단계를 나타내는 모식도이다.
도 9의 A 및 도 9의 B의 각각은, 실시예 1의 광학 장치를 구성하는 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재의 배치·제1 단계의 모식도, 및, 배치·제1 단계에 있어서의 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재의 파수 벡터 등의 개념도이다.
도 10의 A 및 도 10의 B는, 실시예 1의 광학 장치를 구성하는 제1 도광판 및 제1 편향 유닛의 배치·제2 단계를 나타내는 모식도이다.
도 11의 A 및 도 11의 B의 각각은, 실시예 1의 광학 장치를 구성하는 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재의 배치·제2 단계의 모식도, 및, 배치·제2 단계에 있어서의 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재의 파수 벡터 등의 개념도이다.
도 12의 A 및 도 12의 B는, 실시예 1의 광학 장치를 구성하는 제1 도광판 및 제1 편향 유닛의 배치·제2 단계를 나타내는 모식도이다.
도 13은 실시예 2의 광학 장치를 구성하는 제1 도광판 및 제1 편향 유닛의 모식도이다.
도 14는 실시예 2의 광학 장치를 구성하는 제2 도광판 및 제2 편향 유닛의 모식도이다.
도 15의 A, 도 15의 B, 도 15의 C, 도 15의 D, 도 15의 E, 도 15의 F, 도 15의 G 및 도 15의 H는 실시예 1의 광학 장치의 변형예의 개념도이다.
도 16의 A 및 도 16의 B는, 실시예 1의 광학 장치에서 얻어지는 화상 영역을 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.
도 17은 실시예 1의 광학 장치에서 얻어지는 화상 영역을 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.
도 18의 A 및 도 18의 B는, 각각, 실시예 1의 광학 장치에서 얻어지는 제1 도광판 및 제2 도광판에 있어서의 광의 전파 상태를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.
도 19의 A 및 도 19의 B는, 각각, 실시예 1의 광학 장치에서 얻어지는 제1 편향 유닛 및 제2 편향 유닛에 의해 얻어지는 화상을 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.
도 20은 도 16의 A, 도 16의 B 및 도 17을 나타내는 시뮬레이션의 결과를 구하기 위한, 제1 편향 유닛을 구성하는 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재의 배치 상태를 나타내는 모식도이다.
도 21은 피치(d)를 파라미터로 한, 제1 A 편향 부재 또는 제2 A 편향 부재로의 광의 입사각과, 제1 A 편향 부재 또는 제2 A 편향 부재의 회절각의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 22의 A, 도 22의 B 및 도 22의 C는 XYZ 직교 좌표계 및(x0, y0, z0) 직교 좌표계를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여, 실시예에 기초하여 본 개시를 설명하지만, 본 개시는 실시예에 한정되는 것이 아니고, 실시예에 있어서의 다양한 수치나 재료는 예시이다. 또한, 설명은, 이하의 순서로 행한다.
1. 본 개시의 광학 장치, 화상 표시 장치 및 표시 장치의 전반에 관한 설명
2. 실시예 1(본 개시의 광학 장치, 화상 표시 장치 및 표시 장치)
3. 실시예 2(실시예 1의 변형)
4. 기타
<본 개시의 광학 장치, 화상 표시 장치 및 표시 장치의 전반에 관한 설명>
본 개시의 광학 장치, 본 개시의 화상 표시 장치를 구성하는 광학 장치, 본 개시의 표시 장치를 구성하는 광학 장치(이하, 이들을 총칭하여, 『본 개시의 광학 장치 등』이라고 부르는 경우가 있음)에 있어서, 제1 도광판과 제2 도광판은 병치되어 있는 구성으로 할 수 있다. 즉, 제1 도광판과 제2 도광판은, 예를 들면, 공기층을 통해 이격되어 평행하게 배치되어 있는 구성으로 할 수 있다.
상기 바람직한 구성을 포함하는 본 개시의 광학 장치 등에 있어서,
화상 형성 장치의 화상 형성 영역 중심점으로부터 출사된 광선이 제1 도광판과 충돌하는 제1 도광판 상의 점을 원점으로 하고,
원점을 지나는 XYZ 직교 좌표계에 있어서,
원점을 지나고 제1 방향에 평행한 직선과, 원점을 지나고 제2 방향에 평행한 직선이 교차하는 교차 각도 중, 예각의 교차 각도의 이등분선으로서, 제1 방향을 향하는 이등분선을 포함하는 축을 +X축으로 하고,
원점을 지나고 제1 도광판에 수직인 축을 Z축으로 하고,
X축 및 Z축과 직교하는 축을 Y축으로 했을 때,
제1 편향 유닛과 제2 편향 유닛은, YZ 평면에 대칭인 위치에 배치되어 있는 형태로 할 수 있다.
제1 B 편향 부재에 의해 편향된 광의 제1 도광판에 있어서의 전파 방향을 제1 도광판에 정사영했을 때의 방향인 제1 방향은 +X축 방향으로, 단, +X축과는 비평행하게 또는 평행하게 연장하고, 제2 B 편향 부재에 의해 편향된 광의 제2 도광판에 있어서의 전파 방향을 제1 도광판에 정사영했을 때의 방향인 제2 방향은 -X축 방향으로, 단, -X축과는 비평행하게 또는 평행하게 연장한다. 즉, 제1 방향과 제2 방향은 비평행하거나, 또는 동일 직선 상에 있다. 제1 A 편향 부재와 제2 A 편향 부재는, YZ 평면에 대칭인 위치에 배치되고, 대칭이며 동일한 형상인 형태로 할 수 있고, 다른 형상인 형태로 할 수도 있다. 마찬가지로, 제1 B 편향 부재와 제2 B 편향 부재는, YZ 평면에 대칭인 위치에 배치되고, 대칭이며 동일한 형상인 형태로 할 수 있고, 다른 형상인 형태로 할 수도 있고, 제1 C 편향 부재와 제2 C 편향 부재는, YZ 평면에 대칭인 위치에 배치되고, 대칭이며 동일한 형상인 형태로 할 수 있고, 다른 형상인 형태로 할 수도 있다.
본 개시의 광학 장치 등에 있어서의 상기 바람직한 형태에 있어서,
제1 편향 유닛은, Z축을 중심으로 하여, 반시계 방향 또는 시계 방향의 제1 회전 방향으로 회전한 상태로 배치되어 있고,
제2 편향 유닛은, Z축을 중심으로 하여, 시계 방향 또는 반시계 방향의 제2 회전 방향으로 회전한 상태로 배치되어 있는 구성으로 할 수 있다. 그리고, 이 경우, +X축을 기준으로 하여, 제1 회전 방향으로의 회전 각도를 φ1, 제2 회전 방향으로의 회전 각도를 φ2로 했을 때,
|φ1| = |φ2|
를 만족하는 형태로 할 수 있고, 나아가
0(도) < |φ1| = |φ2| ≤ 23(도)
바람직하게는,
0(도) < |φ1| = |φ2| ≤ 16(도)
를 만족하는 형태로 할 수 있다. 한편, 제1 편향 유닛을 제1 회전 방향으로 회전한 상태로 배치하는 대신에, 제1 편향 유닛을 구성하는 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재의 파수 벡터를 제1 회전 방향으로 회전한 상태로 해도 되고, 제2 편향 유닛을 제2 회전 방향으로 회전한 상태로 배치하는 대신에, 제2 편향 유닛을 구성하는 제2 A 편향 부재, 제2 B 편향 부재 및 제2 C 편향 부재의 파수 벡터를 제2 회전 방향으로 회전한 상태로 해도 된다.
나아가, 본 개시의 광학 장치 등에 있어서의 이상으로 설명한 각종의 바람직한 형태에 있어서, 제1 B 편향 부재에 입사하는 광의 방향과 제1 B 편향 부재로부터 출사하는 광의 방향이 이루는 각도를 ψ1, 제2 B 편향 부재에 입사하는 광의 방향과 제2 B 편향 부재로부터 출사하는 광의 방향이 이루는 각도를 ψ2로 했을 때,
90도 < ψ1
90도 < ψ2
를 만족하는 형태로 할 수 있고, 나아가
90도 < ψ1 ≤ 105도
90도 < ψ2 ≤ 105도
바람직하게는,
90도 < ψ1 ≤ 100도
90도 < ψ2 ≤ 100도
를 만족하는 형태로 할 수 있고, 나아가
ψ1 = ψ2
구체적으로는, 한정하는 것은 아니지만,
99.5(도) ≤ ψ1 = ψ2 ≤ 100.5(도)
를 만족하는 것이 바람직하다.
나아가, 본 개시의 광학 장치 등에 있어서의 이상으로 설명한 각종의 바람직한 형태에 있어서, 제1 B 편향 부재를 제1 도광판에 정사영했을 때의 제1 B 편향 부재 정사영상과, 제2 B 편향 부재를 제1 도광판에 정사영했을 때의 제2 B 편향 부재 정사영상은 부분적으로 중복되어 있는 (경우에 따라서는, 접하고 있는) 형태로 할 수 있고, 나아가 제1 B 편향 부재 정사영상의 +X축 방향 단부와 제2 B 편향 부재 정사영상의 -X축 방향 단부는 중복되어 있는 (경우에 따라서는, 제1 B 편향 부재 정사영상의 +X축 방향 단부와 제2 B 편향 부재 정사영상의 -X축 방향 단부는 접하고 있는) 형태로 할 수 있다. 이와 같이, 제1 B 편향 부재를 제1 도광판에 정사영했을 때의 제1 B 편향 부재 정사영상과, 제2 B 편향 부재를 제1 도광판에 정사영했을 때의 제2 B 편향 부재 정사영상을 부분적으로 중복시킴으로써, 화상의 중앙부에 있어서 화상에 잘린 부분이 생기는 것을, 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 제1 C 편향 부재를 제1 도광판에 정사영했을 때의 제1 C 편향 부재 정사영상과, 제2 C 편향 부재를 제1 도광판에 정사영했을 때의 제2 C 편향 부재 정사영상은, 부분적으로 중복되어 있는 (경우에 따라서는, 접하고 있는) 형태로 할 수 있고, 나아가 제1 C 편향 부재 정사영상의 -X축 방향 단부와 제2 C 편향 부재 정사영상의 +X축 방향 단부는 중복되어 있는 (경우에 따라서는, 제1 C 편향 부재 정사영상의 -X축 방향 단부와 제2 C 편향 부재 정사영상의 +X축 방향 단부는 접하고 있는) 형태로 할 수 있다. 또한, 제1 A 편향 부재를 제1 도광판에 정사영했을 때의 제1 A 편향 부재 정사영상과, 제2 A 편향 부재를 제1 도광판에 정사영했을 때의 제2 A 편향 부재 정사영상은, 부분적으로 중복되어 있는 (경우에 따라서는, 접하고 있는) 형태로 할 수 있고, 나아가 제1 A 편향 부재 정사영상의 +X축 방향 단부와 제2 A 편향 부재 정사영상의 -X축 방향 단부는 중복되어 있는 (경우에 따라서는, 제1 A 편향 부재 정사영상의 +X축 방향 단부와 제2 A 편향 부재 정사영상의 -X축 방향 단부는 접하고 있는) 형태로 할 수 있다.
나아가, 본 개시의 광학 장치 등에 있어서의 이상으로 설명한 각종의 바람직한 형태에 있어서,
제1 A 편향 부재 및 제2 A 편향 부재는 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지고,
제1 A 편향 부재가 갖는 파수 벡터를 kv 1 -A로 하고, kv 1 -A의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 1 -A, kY 1 -A, kZ 1 -A로 하고, 제2 A 편향 부재가 갖는 파수 벡터를 kv 2 -A로 하고, kv 2-A의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 2-A, kY 2-A, kZ 2-A로 했을 때,
kX 1-A+kX 2-A=0
kY 1-A=kY 2-A
kZ 1-A=kZ 2-A
를 만족하는 형태로 할 수 있고, 이 경우,
제1 C 편향 부재 및 제2 C 편향 부재는 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지고,
제1 C 편향 부재가 갖는 파수 벡터를 kv 1 -C로 하고, kv 1 -C의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 1 -C, kY 1 -C, kZ 1 -C로 하고, 제2 C 편향 부재가 갖는 파수 벡터를 kv 2 -C로 하고, kv 2-C의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 2-C, kY 2-C, kZ 2-C로 했을 때,
kX 1-C+kX 2-C=0
kY 1-C=kY 2-C
kZ 1-C=kZ 2-C
를 만족하는 형태로 할 수 있고, 나아가,
제1 B 편향 부재 및 제2 B 편향 부재는 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지고,
제1 B 편향 부재가 갖는 파수 벡터를 kv 1 -B로 하고, kv 1 -B의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 1 -B, kY 1 -B, kZ 1 -B로 하고, 제2 B 편향 부재가 갖는 파수 벡터를 kv 2 -B로 하고, kv 2-B의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 2-B, kY 2-B, kZ 2-B로 했을 때,
kX 1-B+kX 2-B=0
kY 1-B=kY 2-B
kZ 1-B=kZ 2-C
를 만족하는 형태로 할 수 있고, 나아가,
kv 1 -A+kv 1 -B+kv 1 -C=0
kv 2-A+kv 2-B+kv 2-C=0
을 만족하는 형태로 할 수 있다. 그리고, 이에 의해, 제1 A 편향 부재 및 제2 A 편향 부재에 입사하는 광과, 제1 C 편향 부재 및 제2 C 편향 부재로부터 출사하는 광은 공액 관계(conjugated relationship)가 된다. 또한, 벡터를, 상기와 같이, 위첨자 「v」를 붙여서 표현하고, 벡터의 X성분, Y성분, Z성분을, 상기와 같이, 위첨자 「X」, 「Y」, 「Z」를 붙여서 표현한다.
도광판에 대한 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재, 제1 C 편향 부재, 제2 A 편향 부재, 제2 B 편향 부재, 및 제2 C 편향 부재의 배치 상태에 따라서, 체적 홀로그램 회절 격자는 투과형이어도 되고, 반사형이어도 된다. 체적 홀로그램 회절 격자란, +1차의 회절광만을 회절하는 홀로그램 회절 격자를 의미한다.
나아가, 이상으로 설명한 바람직한 구성, 형태를 포함하는 본 개시의 광학 장치 등에 있어서,
제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재는 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지고,
화상 형성 장치로부터 출사되는 광에 대한 제1 A 편향 부재의 평균 회절 효율을 η1 -A, 제1 B 편향 부재의 평균 회절 효율을 η1 -B, 제1 C 편향 부재의 평균 회절 효율을 η1-C로 했을 때,
η1-B/η1-A<1
η1-C/η1-A<1
을 만족하고,
제2 A 편향 부재, 제2 B 편향 부재 및 제2 C 편향 부재는 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지고,
화상 형성 장치로부터 출사되는 광에 대한 제2 A 편향 부재의 평균 회절 효율을 η2 -A, 제2 B 편향 부재의 평균 회절 효율을 η2 -B, 제2 C 편향 부재의 평균 회절 효율을 η2-C로 했을 때,
η2-B/η2-A<1
η2-C/η2-A<1
을 만족하는 형태로 할 수 있다.
η1 -B≤ 0.2, η2 -B≤ 0.2, η1 -C≤ 0.2, η2 -C≤ 0.2를 만족하는 것이 바람직하다. 여기서, 회절 효율(η)이란, 체적 홀로그램 회절 격자에 입사하는 광의 광강도를 I0, 체적 홀로그램 회절 격자에 의해 회절되는 +1차의 회절광의 광강도를 I1로 했을 때, I1/I0로 나타내진다. 회절 효율은, 예를 들면, 체적 홀로그램 회절 격자의 두께에 의해 제어할 수 있다. 즉, 체적 홀로그램 회절 격자의 두께를 얇게 하면, 회절 효율(η)의 값은 낮아진다. 또한, 체적 홀로그램 회절 격자에 있어서의 굴절률 변조도(Δn)가 커질수록, 회절 효율(η)의 값은 낮아진다. 예를 들면, 회절 효율(η)=0.2로 하고, 체적 홀로그램 회절 격자에 입사한 광(광량=1.0)이, 체적 홀로그램 회절 격자로부터 출사될 때, 체적 홀로그램 회절 격자의 광입사부에 가장 가까운 체적 홀로그램 회절 격자의 영역으로부터 출사하는 광의 광량을 LI1, 다음으로 가까운 체적 홀로그램 회절 격자의 영역으로부터 출사하는 광의 광량을 LI2, 3번째로 가까운 체적 홀로그램 회절 격자의 영역으로부터 출사하는 광의 광량을 LI3, 4번째로 가까운 체적 홀로그램 회절 격자의 영역으로부터 출사하는 광의 광량을 LI4로 했을 때,
LI1=1.0×0.2=0.2
LI2= (1.0-0.2)×0.2=0.16
LI3= (1.0-0.2-0.16)×0.2=0.128
LI4= (1.0-0.2-0.16-0.128)×0.2=0.102
가 된다.
이하의 설명에서, 설명을 간소화하기 위해, 제1 A 편향 부재 및 제2 A 편향 부재를 총칭하여 『제1 A 편향 부재 등』이라고 부르고, 제1 B 편향 부재 및 제2 B 편향 부재를 총칭하여 『제1 B 편향 부재 등』이라고 부르고, 제1 C 편향 부재 및 제2 C 편향 부재를 총칭하여 『제1 C 편향 부재 등』이라고 부르는 경우가 있다.
이상으로 설명한 바람직한 형태를 포함하는 본 개시의 광학 장치 등에 있어서, 화상 형성 장치의 화상 형성 영역 중심점으로부터 출사된 광선은, 제1 A 편향 부재 및 제2 A 편향 부재에 대해 수직으로 입사하는 형태로 할 수도 있고, 수직이 아닌 어떤 각도로 입사하는 형태로 할 수도 있다. 즉, 후자의 경우,
화상 형성 장치의 화상 형성 영역 중심점으로부터 출사된 광선이 제1 도광판과 충돌하는 제1 도광판 상의 점을 원점으로 하고,
원점을 지나는 XYZ 직교 좌표계에 있어서,
원점을 지나고 제1 방향에 평행한 직선과, 원점을 지나고 제2 방향에 평행한 직선이 교차하는 교차 각도 중, 예각의 교차 각도의 이등분선으로서, 제1 방향을 향하는 이등분선을 포함하는 축을 +X축으로 하고,
원점을 지나고 제1 도광판에 수직인 축을 Z축으로 하고,
X축 및 Z축과 직교하는 축을 Y축으로 했을 때,
화상 형성 장치의 화상 형성 영역 중심점으로부터 출사되어 원점에 입사하는 광선을 제1 도광판(XZ 평면)에 정사영했을 때의 정사영상과 X축이 이루는 각도는 90도 미만인 것이 바람직하고, 70도 이상, 90도 미만인 것이 한층 더 바람직하다. 또한, 화상 형성 장치의 화상 형성 영역 중심점으로부터 출사되어 원점에 입사하는 광선을 YZ 평면에 정사영했을 때의 정사영상과 Y축이 이루는 각도는 -20도 이상, 20도 이하인 것이 바람직하다.
또한, 제1 A 편향 부재에 의해 편향된 광의 전부가 제1 B 편향 부재에 입사하고,
제1 B 편향 부재에 의해 편향된 광의 전부가 제1 C 편향 부재에 입사하고,
제2 A 편향 부재에 의해 편향된 광의 전부가 제2 B 편향 부재에 입사하고,
제2 B 편향 부재에 의해 편향된 광의 전부가 제2 C 편향 부재에 입사하는 형태로 할 수 있다. 다만, 실제로는, 제1 A 편향 부재, 제2 A 편향 부재에 의해 편향된 광의 일부, 제1 B 편향 부재, 제2 B 편향 부재에 의해 편향된 광의 일부는, 도광판에서 손실되는 경우가 있다.
나아가, 이상으로 설명한 바람직한 형태를 포함하는 본 개시의 광학 장치 등에 있어서, 제1 도광판 및 제2 도광판을 구성하는 재료의 굴절률은 1.5 이상, 바람직하게는 1.6 이상인 형태로 할 수 있고, 체적 홀로그램 회절 격자를 구성하는 재료의 굴절률은 1.5 이상, 바람직하게는 1.6 이상인 형태로 할 수 있다.
이상으로 설명한 바람직한 형태를 포함하는 본 개시의 광학 장치 등에 있어서, 광학 장치는 반투과형(시스루형(see-through type))이다. 구체적으로는, 적어도 관찰자의 안구(눈동자)에 대향하는 광학 장치의 부분을 반투과(시스루)로 하고, 광학 장치의 이 부분(구체적으로는, 적어도 제1 C 편향 부재 및 제2 C 편향 부재)을 통해 외경을 바라볼 수 있다. 여기서, 「반투과」라고 하는 용어는, 입사하는 광의 1/2(50%)을 투과하거나, 또는 반사하는 것을 의미하는 것이 아니라, 입사하는 광의 일부를 투과하고, 잔부를 반사한다고 하는 의미로 이용하고 있다.
본 개시의 화상 표시 장치 또는 표시 장치에 의해, 단색(예를 들면, 녹색)의 화상 표시를 행할 수 있다. 한편, 컬러의 화상 표시를 행하는 경우, 다른 P종류(예를 들면, P=3으로, 적색, 녹색, 청색의 3종류)의 파장 대역(또는, 파장)을 갖는 P종류의 광의 회절에 대응시키기 위해, 제1 A 편향 부재 등, 제1 B 편향 부재 등 및 제1 C 편향 부재 등은, 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 P층의 회절 격자층이 적층되어 이루어지는 구성으로 할 수 있다. 각 회절 격자층에는 1종류의 파장 대역(또는, 파장)에 대응하는 간섭호(干涉縞: interference fringe)가 형성되어 있다. 또는, 다른 P종류의 파장 대역(또는, 파장)을 갖는 P종류의 광의 회절에 대응하기 위해, 1층의 회절 격자층으로 이루어지는 제1 A 편향 부재 등, 제1 B 편향 부재 등 및 제1 C 편향 부재 등에 P종류의 간섭호가 형성되어 있는 구성으로 할 수도 있다. 또는, 예를 들면, 제1 번째의 제1 도광판 및 제2 도광판에, 적색의 파장 대역(또는, 파장)을 갖는 광을 회절·반사시키는 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 회절 격자층으로 구성된 제1 A 편향 부재 등, 제1 B 편향 부재 등 및 제1 C 편향 부재 등을 배치하고, 제2 번째의 제1 도광판 및 제2 도광판에, 녹색의 파장 대역(또는, 파장)을 갖는 광을 회절시키는 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 회절 격자층으로 구성된 제1 A 편향 부재 등, 제1 B 편향 부재 등 및 제1 C 편향 부재 등을 배치하고, 제3 번째의 제1 도광판 및 제2 도광판에, 청색의 파장 대역(또는, 파장)을 갖는 광을 회절시키는 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 회절 격자층으로 구성된 제1 A 편향 부재 등, 제1 B 편향 부재 등 및 제1 C 편향 부재 등을 배치하고, 이들 6매의 도광판을 간극을 두고 적층하는 구조를 채용해도 된다. 또는, 예를 들면, 제1 도광판의 일방의 면에, 적색 또는 청색의 파장 대역을 갖는 광을 회절시키는 제1 A 편향 부재 등, 제1 B 편향 부재 등 및 제1 C 편향 부재 등과, 녹색의 파장 대역을 갖는 광을 회절시키는 제1 A 편향 부재 등, 제1 B 편향 부재 등 및 제1 C 편향 부재 등을 적층하고, 제1 도광판의 타방의 면에, 청색 또는 적색의 파장 대역을 갖는 광을 회절시키는 제1 A 편향 부재 등, 제1 B 편향 부재 등 및 제1 C 편향 부재 등을 배치해도 된다. 마찬가지로, 제2 도광판의 일방의 면에, 적색 또는 청색의 파장 대역을 갖는 광을 회절시키는 제2 A 편향 부재 등, 제2 B 편향 부재 등 및 제2 C 편향 부재 등과, 녹색의 파장 대역을 갖는 광을 회절시키는 제2 A 편향 부재 등, 제2 B 편향 부재 등 및 제2 C 편향 부재 등을 적층하고, 제2 도광판의 타방의 면에, 청색 또는 적색의 파장 대역을 갖는 광을 회절시키는 제2 A 편향 부재 등, 제2 B 편향 부재 등 및 제2 C 편향 부재 등을 배치해도 된다. 그리고, 이들 구성을 채용함으로써, 각 파장 대역(또는, 파장)을 갖는 광이 제1 A 편향 부재 등, 제1 B 편향 부재 등 및 제1 C 편향 부재 등에서 회절될 때의 회절 효율의 증가, 회절 수용각의 증가, 회절각의 최적화를 도모할 수 있다. 체적 홀로그램 회절 격자가 직접 대기와 접하지 않도록, 보호 부재를 배치하는 것이 바람직하다.
체적 홀로그램 회절 격자를 구성하는 재료로서, 포토폴리머 재료를 들 수 있다. 본 개시의 광학 장치 등에 있어서의 체적 홀로그램 회절 격자의 구성 재료나 기본적인 구조는, 종래의 체적 홀로그램 회절 격자의 구성 재료나 구조와 동일하면 된다. 체적 홀로그램 회절 격자에는, 그 내부로부터 표면에 걸쳐 간섭호가 형성되어 있지만, 이러한 간섭호 그 자체의 형성 방법은, 종래의 형성 방법과 동일하면 된다. 구체적으로는, 예를 들면, 체적 홀로그램 회절 격자를 구성하는 재료(예를 들면, 포토폴리머 재료)에 대하여 일방 측의 제1 소정의 방향으로부터 물체광을 조사하고, 동시에, 체적 홀로그램 회절 격자를 구성하는 재료에 대하여 타방 측의 제2 소정의 방향으로부터 참조광을 조사하고, 물체광과 참조광에 의해 형성되는 간섭호를 체적 홀로그램 회절 격자를 구성하는 재료의 내부에 기록하면 된다. 제1 소정의 방향, 제2 소정의 방향, 물체광 및 참조광의 파장을 적절하게 선택함으로써, 체적 홀로그램 회절 격자의 표면에 있어서의 간섭호의 원하는 피치, 간섭호의 원하는 경사각(슬랜트각(slant angle))을 얻을 수 있다. 간섭호의 경사각이란, 체적 홀로그램 회절 격자의 표면과 간섭호가 이루는 각도를 의미한다. 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 P층의 회절 격자층의 적층 구조로 구성하는 경우, 이러한 회절 격자층의 적층은, P층의 회절 격자층을 각각 별개로 제작한 후, P층의 회절 격자층을, 예를 들면, 자외선 경화형 접착제를 사용하여 적층(접착)하면 된다. 또한, 점착성을 갖는 포토폴리머 재료를 이용하여 1층의 회절 격자층을 제작한 후, 그 위에 순차 점착성을 갖는 포토폴리머 재료를 접착시켜 회절 격자층을 제작함으로써, P층의 회절 격자층을 제작해도 된다.
간섭호의 경사각(슬랜트각)은, 체적 홀로그램 회절 격자에 있어서 일정해도 되고, 체적 홀로그램 회절 격자에 입사하는 화상의 화각의 값에 의존하여 변화시켜도 된다. 간섭호의 경사각을 입사하는 화상의 화각의 값에 의존하여 변화시키는 경우, 연속적으로 변화시켜도 되고, 단계적으로 변화시켜도 된다. 또한, 간섭호의 회절 효율을, 물체광과 참조광의 간섭 비율을 바꿈으로써, 연속적으로 변화시켜도 되고, 단계적으로 변화시켜도 된다.
체적 홀로그램 회절 격자를 구성하는 재료(물체광 및 참조광을 조사하기 전의 감광재료 전구체층을 구성하는 포토폴리머 재료)는, 적어도, 광중합성 화합물, 바인더 수지 및 광중합 개시제로 구성되어 있으면, 어떠한 포토폴리머 재료도 이용할 수 있다. 광중합성 화합물로서, 예를 들면, 아크릴계 모노머, 메타크릴계 모노머, 스티렌계 모노머, 부타디엔계 모노머, 비닐계 모노머, 에폭시계 모노머 등의 공지된 광중합성 화합물을 이용할 수 있다. 이들은 공중합체여도 되고, 1관능체 또는 다관능체여도 된다. 또한, 이들 모노머는, 단독으로 사용해도 되고, 복수로 사용해도 된다. 바인더 수지도 공지된 어떠한 것도 사용 가능하고, 구체적으로는, 셀룰로오스 아세테이트계 수지, 아크릴계 수지, 아크릴산 에스테르계 수지, 메타크릴산 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리비닐 에테르 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리아미드 수지, 폴리아세트산 비닐, 염화비닐계 수지, 요소계 수지, 스티렌계 수지, 부타디엔계 수지, 천연 고무계 수지, 폴리비닐 카르바졸, 폴리에틸렌 글리콜, 페놀계 수지, 또는, 이들의 공중합체, 젤라틴 등을 들 수 있다. 바인더 수지도, 단독으로 사용해도 되고, 복수로 사용해도 된다. 광중합 개시제도, 공지된 어떠한 것도 사용 가능하다. 광중합 개시제는, 단독으로 사용해도 되고, 복수로 사용해도 되고, 복수 또는 단일의 광증감 색소와 조합시켜 이용해도 된다. 감광재료 전구체층에는 가소제, 연쇄이동제, 그 밖의 첨가제를 적절히 추가해도 된다. 체적 홀로그램 회절 격자를 보호하기 위한 보호층을 구성하는 재료는, 투명하다면 어떠한 재료도 사용할 수 있고, 코팅에 의해 형성해도, 미리 필름화된 것을 감광재료 전구체층에 라미네이트해도 된다. 보호층을 구성하는 재료로서, 예를 들면, 폴리비닐알콜(PVA) 수지, 아크릴계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 수지, 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 수지, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리염화비닐 수지를 들 수 있다.
이상으로 설명한 각종 바람직한 형태를 포함하는 본 개시의 화상 표시 장치 또는 표시 장치에 있어서의 화상 표시 장치에 있어서, 화상 형성 장치는, 2차원 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 화소를 갖는 형태로 할 수 있다. 한편, 이러한 화상 형성 장치의 구성을, 편의상, 『제1 구성의 화상 형성 장치』라고 부른다.
제1 구성의 화상 형성 장치로서, 예를 들면, 반사형 공간 광변조 장치 및 광원으로 구성된 화상 형성 장치; 투과형 공간 광변조 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 있지만, 그 중에서도, 반사형 공간 광변조 장치 및 광원으로 구성된 화상 형성 장치, 또는, 유기 EL 소자로 구성된 화상 형성 장치로 하는 것이 바람직하다. 공간 광변조 장치로서, 라이트 밸브(light valve), 예를 들면, LCOS(Liquid Crystal On Silicon) 등의 투과형 또는 반사형의 액정 표시 장치, 디지털 마이크로미러(DMD)를 들 수 있고, 광원으로서 발광 소자를 들 수 있다. 나아가, 반사형 공간 광변조 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 파이프(light pipe)를 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, 이상으로 설명한 바람직한 형태를 포함하는 본 개시의 화상 표시 장치 또는 표시 장치에 있어서의 화상 표시 장치에 있어서, 화상 형성 장치는, 광원, 및 광원으로부터 출사된 평행광을 주사하는 주사 수단을 구비한 형태로 할 수 있다. 한편, 이러한 화상 형성 장치의 구성을, 편의상, 『제2 구성의 화상 형성 장치』라고 부른다.
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 이용하여 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 프리즘(cross prism)을 이용하여 색합성을 행하는 것이 바람직하다. 주사 수단으로서, 광원으로부터 출사된 광을 수평 주사 및 수직 주사하는, 예를 들면, 2차원 방향으로 회전 가능한 마이크로미러를 갖는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)나 갈바노 미러(galvanometer mirror)를 들 수 있다.
제1 구성의 화상 형성 장치 또는 제2 구성의 화상 형성 장치에 있어서, 광학계(화상 형성 장치로부터의 출사 광을 평행광으로 하는 광학계로, 『평행광 출사 광학계』라고 부르는 경우가 있고, 구체적으로는, 예를 들면, 콜리메이트 광학계나 릴레이 광학계(relay optical system))에서 복수의 평행광으로 된 광을 도광판에 입사시키지만, 이러한, 평행광일 것의 요청은, 이들 광이 도광판에 입사했을 때의 광파면 정보가, 제1 A 편향 부재 등, 제1 B 편향 부재 등 및 제1 C 편향 부재 등을 통해 도광판으로부터 출사된 후에도 보존될 필요가 있는 것에 기초한다. 한편, 복수의 평행광을 생성시키기 위해서는, 구체적으로는, 예를 들면, 평행광 출사 광학계에 있어서의 초점거리인 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, 자유곡면 프리즘, 홀로그램 렌즈를, 단독, 또는, 조합시킨, 전체로서 양의 광학적 파워를 갖는 광학계를 예시할 수 있다.
평행광 출사 광학계로부터 출사된 광을 제1 A 편향 부재 및 제2 A 편향 부재에 입사시키기 위해서는, 적절한 도광 수단을 평행광 출사 광학계와 제1 A 편향 부재 및 제2 A 편향 부재의 사이에 배치하면 된다. 도광 수단으로서 반사경을 들 수 있다. 또한, 평행광 출사 광학계로부터 출사된 광을, 직접, 제1 A 편향 부재 및 제2 A 편향 부재에 집광시켜도 된다.
도광판은, 2개의 평행면(제1 면 및 제2 면)을 가지고 있다. 광이 입사하는 도광판의 면을 도광판 입사면, 광이 출사하는 도광판의 면을 도광판 출사면으로 했을 때, 제1 면에 의해 도광판 입사면 및 도광판 출사면이 구성되어 있어도 되고, 제1 면에 의해 도광판 입사면이 구성되고, 제2 면에 의해 도광판 출사면이 구성되어 있어도 된다.
도광판을 구성하는 재료로서, 석영 유리나 BK7 등의 광학 유리를 포함하는 유리나, 플라스틱 재료(예를 들면, PMMA, 폴리카보네이트 수지, 아크릴계 수지, 비정성의 폴리프로필렌계 수지, AS 수지를 포함하는 스티렌계 수지)를 들 수 있다. 도광판의 형상은, 평판에 한정하는 것이 아니고, 만곡된 형상을 가지고 있어도 된다. 굴절률이 1.5 이상인 재료로서, BK7, 폴리카보네이트 수지, 비정성의 폴리프로필렌계 수지, AS 수지를 포함하는 스티렌계 수지를 예시할 수 있고, 굴절률이 1.6 이상인 재료로서, 아크릴계 수지를 예시할 수 있다.
화상 표시 장치는 조광 장치를 구비하고 있어도 된다. 즉, 광학 장치는, 조광 장치의 적어도 일부분과 겹쳐 있어도 된다. 보다 구체적으로는, 광학 장치의 적어도 제1 C 편향 부재나 제2 C 편향 부재 등은, 조광 장치와 겹쳐 있는 것이 바람직하다. 조광 장치에 대해서는, 이후에 상세하게 서술한다.
본 개시의 표시 장치에 있어서, 프레임은, 관찰자의 정면에 배치되는 프론트부와, 프론트부의 양단에 경첩을 통해 회동 가능하게 부착된 2개의 안경다리부로 이루어지는 구성으로 할 수 있다. 또한, 각 안경다리부의 선단부에는 안경귀걸이부가 부착되어 있다. 화상 표시 장치는 프레임에 부착되어 있지만, 구체적으로는, 예를 들면, 화상 형성 장치를 프론트부의 상부에 부착하면 된다. 또한, 프론트부와 2개의 안경다리부가 일체로 된 구성으로 할 수도 있다. 즉, 본 개시의 표시 장치 전체를 바라보았을 때, 프레임은, 대략 통상의 안경과 거의 동일한 구조를 갖는다. 패드부를 포함하는 프레임을 구성하는 재료는, 금속이나 합금, 플라스틱, 이들의 조합과 같은, 통상의 안경을 구성하는 재료와 동일한 재료로 구성할 수 있다. 나아가, 프론트부에 코받침(nose pad)이 부착되어 있는 구성으로 할 수 있다. 즉, 본 개시의 표시 장치의 전체를 바라보았을 때, 프레임(림을 포함함) 및 코받침의 조립체는, 통상의 안경과 거의 동일한 구조를 갖는다. 코받침도 주지된 구성, 구조로 할 수 있다.
또한, 본 개시의 표시 장치에 있어서는, 디자인상, 또는, 장착의 용이성이라는 관점에서, 1개 또는 2개의 화상 형성 장치로부터의 배선(신호선이나 전원선 등)이, 안경다리부 및 안경귀걸이부의 내부를 통해, 안경귀걸이부의 선단부로부터 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, 안경다리부 및 안경귀걸이부의 내부를 통해, 안경귀걸이부의 선단부로부터 헤드폰부로 연장되어 있는 형태로 할 수도 있다. 헤드폰부로서, 예를 들면, 인이어형의 헤드폰부, 커널형의 헤드폰부를 들 수 있다. 헤드폰부용 배선은, 보다 구체적으로는, 안경귀걸이부의 선단부로부터, 귓바퀴(이각)의 후방측을 돌아들어가도록 하여 헤드폰부에 연장되어 있는 형태로 하는 것이 바람직하다. 또한, 프론트부의 중앙 부분에 촬상 장치가 부착되어 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, 프론트부를 통해, 일방의 화상 표시 장치(또는 화상 형성 장치)에 접속하면 되고, 나아가, 화상 표시 장치(또는 화상 형성 장치)로부터 연장되는 배선에 포함시키면 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 대폭 경감시키는 것이 가능해지고, 나아가, 제조 비용 절감을 도모하는 것도 가능해진다. 또는, 차량이나 항공기 콕피트(cockpit) 등에 구비되는 헤드업 디스플레이(HUD)에 본 개시의 화상 표시 장치를 적용할 수 있다. 구체적으로는, 화상 형성 장치로부터 출사된 광에 기초하여 허상이 형성되는 허상 형성 영역이 차량이나 항공기 콕피트 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 항공기 콕피트 등의 프런트 글래스에 배치된 HUD로 할 수도 있다.
실시예 1
실시예 1은, 본 개시의 광학 장치, 본 개시의 화상 표시 장치 및 본 개시의 표시 장치에 관한 것이다. 실시예 1의 광학 장치를 구성하는 제1 도광판 및 제1 편향 유닛의 모식도를 도 1의 A에 나타내고, 제2 도광판 및 제2 편향 유닛의 모식도를 도 1의 B에 나타낸다. 또한, 실시예 1의 광학 장치를 구성하는 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재의 배치의 모식도를 도 2의 A에 나타내고, 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재의 파수 벡터 등의 개념도를 도 2의 B에 나타낸다. 나아가, 실시예 1의 광학 장치의 모식적인 단면도를 도 3의 A 및 도 3의 B에 나타내고, 광학 장치를 측면에서 바라본 모식도를 도 3의 C에 나타내고, 실시예 1의 광학 장치를 상방에서 바라본 모식도를 도 4에 나타내고, 실시예 1의 표시 장치를 정면에서 바라본 모식도를 도 5에 나타내고, 실시예 1의 표시 장치에 있어서의 화상 형성 장치의 개념도를 도 6의 A, 도 6의 B 및 도 6의 C에 나타낸다. 한편, 도 1의 A, 도 1의 B, 도 8의 A, 도 8의 B, 도 10의 A, 도 10의 B, 도 12의 A 및 도 12의 B는, 우안용의 화상 표시 장치를 구성하는 광학 장치를 정면에서 바라본 개념도이며, 도면의 오른쪽에 관찰자의 코가 위치하고, 도면의 왼쪽에 관찰자의 귀가 위치한다.
실시예 1의 광학 장치(10)는, 화상 형성 장치(60)로부터 출사된 광이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치로서,
제1 도광판(21)과 제2 도광판(22), 및, 제1 도광판(21)에 설치된 제1 편향 유닛(30)과 제2 도광판(22)에 설치된 제2 편향 유닛(40)을 구비하고 있고,
제1 편향 유닛(30)은 제1 A 편향 부재(31), 제1 B 편향 부재(32) 및 제1 C 편향 부재(33)로 구성되어 있고,
제2 편향 유닛(40)은 제2 A 편향 부재(41), 제2 B 편향 부재(42) 및 제2 C 편향 부재(43)로 구성되어 있다.
그리고, 제1 A 편향 부재(31)에는, 화상 형성 장치(60)로부터 출사된 광의 일부가 입사되고,
제1 A 편향 부재(31)에 입사한 광은, 제1 A 편향 부재(31)에 의해 편향되고, 제1 도광판(21)의 내부에서 전반사되어 제1 B 편향 부재(32)에 입사하고, 제1 B 편향 부재(32)에 의해 편향되고, 제1 도광판(21)의 내부에서 전반사되어 제1 C 편향 부재(33)에 입사하고, 제1 C 편향 부재(33)에 의해 편향되어, 관찰자의 눈동자(90)를 향해 출사된다.
또한, 제2 A 편향 부재(41)에는, 화상 형성 장치(60)로부터 출사된 광의 적어도 잔부가 입사되고,
제2 A 편향 부재(41)에 입사한 광은, 제2 A 편향 부재(41)에 의해 편향되고, 제2 도광판(22)의 내부에서 전반사되어 제2 B 편향 부재(42)에 입사하고, 제2 B 편향 부재(42)에 의해 편향되고, 제2 도광판(22)의 내부에서 전반사되어 제2 C 편향 부재(43)에 입사하고, 제2 C 편향 부재(43)에 의해 편향되어, 관찰자의 눈동자(90)를 향해 출사된다.
그리고, 제1 B 편향 부재(32)에 의해 편향된 광의 제1 도광판(21)에 있어서의 전파 방향을 제1 도광판(21)에 정사영했을 때의 방향을 제1 방향, 제2 B 편향 부재(42)에 의해 편향된 광의 제2 도광판(22)에 있어서의 전파 방향을 제1 도광판(21)에 정사영했을 때의 방향을 제2 방향으로 했을 때, 제1 방향은 제2 방향과 반대 방향이다. 한편, 제1 방향과 제2 방향은 비평행하다. 다만, 이러한 상태로 한정하는 것이 아니고, 경우에 따라서는, 제1 방향과 제2 방향은, 동일 직선 상에 있는 상태로 할 수도 있다.
또한, 실시예 1의 화상 표시 장치(11)는,
화상 형성 장치(60), 및
화상 형성 장치(60)로부터 출사된 광이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치를 구비하고 있고,
광학 장치는, 실시예 1의 광학 장치(10)로 이루어진다.
나아가, 실시예 1의 표시 장치는,
관찰자의 두부에 장착되는 프레임(50), 및
프레임(50)에 부착된 화상 표시 장치(11)를 구비하고 있고,
화상 표시 장치(11)는, 화상 형성 장치(60), 및, 화상 형성 장치(60)로부터 출사된 광이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치를 구비하고 있고,
광학 장치는, 실시예 1의 광학 장치(10)로 이루어진다.
그리고, 실시예 1의 광학 장치에 있어서, 제1 도광판(21)과 제2 도광판(22)은 병치되어 있다. 즉, 제1 도광판(21)과 제2 도광판(22)은, 예를 들면, 공기층을 통해 이격되어 평행하게 배치되어 있다.
실시예 1의 표시 장치를, 구체적으로는, 2개의 화상 표시 장치(11)를 구비한 양안형(binocular type)으로 했지만, 1개 구비한 편안형(monocular type)으로 해도 된다. 광학 장치(10)는 시스루형(반투과형)이다. 또한, 화상 형성 장치(60)는, 단색의 화상을 표시하지만, 이것에 한정되는 것이 아니다. 우안용의 화상 표시 장치에 대해 오른손계의 좌표축에 기초하여, 이하, 설명을 행하지만, 좌안용의 화상 표시 장치에 대해서는 왼손계의 좌표축으로서 바꿔 읽으면 된다.
실시예 1의 광학 장치(10)에 있어서,
화상 형성 장치(60)의 화상 형성 영역 중심점으로부터 출사된 광선이 제1 도광판(21)과 충돌하는 제1 도광판(21) 상의 점을 원점(O)으로 하고,
원점(O)을 지나는 XYZ 직교 좌표계에 있어서,
원점(O)을 지나고 제1 방향에 평행한 직선과, 원점(O)을 지나고 제2 방향에 평행한 직선이 교차하는 교차 각도 중, 예각의 교차 각도의 이등분선으로서, 제1 방향을 향하는 이등분선을 포함하는 축을 +X축으로 하고,
원점(O)을 지나고 제1 도광판(21)에 수직인 축을 Z축으로 하고,
X축 및 Z축과 직교하는 축을 Y축으로 했을 때,
제1 편향 유닛(30)과 제2 편향 유닛(40)은, YZ 평면에 대칭인 위치에 배치되어 있다. 후술하는 바와 같이, 화상 형성 장치(60)의 화상 형성 영역 중심점으로부터 출사된 광선은, 제1 A 편향 부재(31) 및 제2 A 편향 부재(41)에 대해 수직으로 입사하는 형태를 채용해도 되고, 후술하는 바와 같이, 어떤 각도로 입사하는 형태를 채용해도 된다. 또한, 화상 형성 장치(60)의 화상 형성 영역 중심점으로부터 출사된 광선은, 관찰자의 눈동자의 중심에 입사하는 것으로 한다.
제1 B 편향 부재(32)에 의해 편향된 광의 제1 도광판(21)에 있어서의 전파 방향을 제1 도광판(21)에 정사영했을 때의 방향인 제1 방향은, +X축 방향으로 연장하고 있다. 다만, +X축과는 비평행하게 연장하고 있다. 또한, 제2 B 편향 부재(42)에 의해 편향된 광의 제2 도광판(22)에 있어서의 전파 방향을 제1 도광판(21)에 정사영했을 때의 방향인 제2 방향은, -X축 방향으로 연장하고 있다. 다만, -X축과는 비평행하게 연장하고 있다. 관찰자가, 수평 방향으로 위치하는 대상물(예를 들면, 수평 방향, 무한 원방의 대상물, 지평선이나 수평선)을 바라보았을 때의 시선(『관찰자의 수평 방향 시선』)이 포함되고, 또한, 수평으로 위치하는 관찰자의 2개의 눈동자가 포함되는 평면을 『수평면』, 이 수평면에 대해 수직인 평면을 『수직면』으로 할 때, 실시예 1에 있어서, +X축 및 -X축은 수평면 내에 위치한다.
여기서, 원점(O)을 중심으로 한 (x0, y0, z0) 직교 좌표계를 상정한다. x0축은, 관찰자의 눈동자(90)의 중심을 지나는 동공 중심선과 평행한 축이다. z0축은 XZ 평면 내에 있고, y0축은 x0축 및 y0축에 직교한다. x0축의 「+」방향을, 관찰자로부터 멀어지는 방향으로 한다. z0축의 「+」방향을, 관찰자의 귀로부터 코로 향하는 방향으로 한다. 여기서, 『동공 중심선』(pupillary axis)은, 눈의 입사동(entrance pupil) 중심을 지나고 각막 표면에 수직인 선으로 정의된다.
전술한 바와 같이, 도 22의 A에 나타내는 바와 같이, 제1 도광판(21) 및 제2 도광판(22)은, X축이 x0축에 일치하고, Z축이 z0축에 일치하도록 배치되어도 된다. 한편, 도 22의 A, 도 22의 B 및 도 22의 C에 있어서, 화상 형성 장치(60)의 화상 형성 영역 중심점으로부터 출사된 광선을 점선으로 나타내고, 동공 중심선을 일점쇄선으로 나타내지만, 이들 도면은, 우안용의 화상 표시 장치에 관한 도면이다.
또는, 도 22의 B, 도 22의 C에 나타내는 바와 같이, 제1 도광판(21) 및 제2 도광판(22)의 관찰자의 코측에 위치하는 단부(A)가 관찰자의 귀측에 위치하는 단부(B)보다, 전방에 위치하도록 배치되어 있어도 된다. 이 경우, X축과 z0축이 이루는 각도(θ0)는, 0도를 초과하는 값(θ0>0)이다. 구체적으로는, θ0의 값은,
0(도) < θ0 ≤ 20(도)
를 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 화상 형성 장치(60)의 화상 형성 영역 중심점으로부터 출사된 광선이 원점(O)에 입사할 때의 X축 및 Y축이 이루는 각도를 (θX, θY)로 할 때, 즉, 화상 형성 장치의 화상 형성 영역 중심점으로부터 출사되어 원점(O)에 입사하는 광선을 제1 도광판(21)(XZ 평면)에 정사영했을 때의 정사영상과 X축이 이루는 각도를 θX, 화상 형성 장치의 화상 형성 영역 중심점으로부터 출사되어 원점(O)에 입사하는 광선을 YZ 평면에 정사영했을 때의 정사영상과 Y축이 이루는 각도를 θY로 할 때, 화상 형성 장치의 화상 형성 영역 중심점으로부터 출사된 광선이 관찰자측으로부터 도광판에 입사하는 경우(도 22의 B 참조),
70(도) ≤ θX < 90(도)
-20(도) ≤ θY ≤ 20(도)
를 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 화상 형성 장치의 화상 형성 영역 중심점으로부터 출사된 광선이 관찰자와 반대인 측으로부터 도광판에 입사하는 경우(도 22의 C 참조),
70(도) ≤ θX < 90(도)
-20(도) ≤ θY ≤ 20(도)
를 만족하는 것이 바람직하다. θ0과 θX의 관계는, θ0 ≥ (90-θX)의 관계에 있는 것이 바람직하다. 즉, 화상 형성 장치의 화상 형성 영역 중심점으로부터 출사되어 원점(O)에 입사하는 광선을 제1 도광판(21)(XZ 평면)에 정사영했을 때의 정사영상과 X축이 이루는 각도(θX)는 90도 미만인 것이 바람직하고, 70도 이상, 90도 미만인 것이 한층 더 바람직하다. 또한, 화상 형성 장치의 화상 형성 영역 중심점으로부터 출사되어 원점(O)에 입사하는 광선을 YZ 평면에 정사영했을 때의 정사영상과 Y축이 이루는 각도(θY)는 -20도 이상, 20도 이하인 것이 바람직하다.
도시한 예에서는, 제1 편향 유닛(30) 및 제2 편향 유닛(40)을 구성하는 제1 A 편향 부재(31)와 제2 A 편향 부재(41)는, YZ 평면에 대칭인 위치에 배치되고, 대칭이며 동일한 형상이다. 마찬가지로, 제1 B 편향 부재(32)와 제2 B 편향 부재(42)는, YZ 평면에 대칭인 위치에 배치되고, 대칭이며 동일한 형상이고, 제1 C 편향 부재(33)와 제2 C 편향 부재(43)는, YZ 평면에 대칭인 위치에 배치되고, 대칭이며 동일한 형상이다. 구체적으로는, 예를 들면, 제1 편향 유닛(30)은, 수평 화각 20도 내지 수평 화각 0도, 수직 화각 ±20도의 화상을 표시하고, 제2 편향 유닛(40)은, 수평 화각 0도 내지 수평 화각 -20도, 수직 화각 ±20도의 화상을 표시하는 등의 구성을 채용할 수 있다. 즉, 실시예 1의 광학 장치에 있어서는, 구체적으로는, 제1 A 편향 부재(31)에는, 화상 형성 장치(60)로부터 출사된 광의 절반이 입사되고, 제2 A 편향 부재(41)에는, 화상 형성 장치(60)로부터 출사된 광의 나머지 절반이 입사된다. 플러스 방향의 수평 화각의 화상은 관찰자의 코측을 차지하는 화상에 해당하고, 마이너스 방향의 수평 화각의 화상은 관찰자의 귀측을 차지하는 화상이다.
다만, 이것에 한정하는 것이 아니고, 제1 편향 유닛(30) 및 제2 편향 유닛(40)을 구성하는 제1 A 편향 부재(31)와 제2 A 편향 부재(41)는, YZ 평면에 대칭인 위치에 배치되어 있지만, 다른 형상으로 할 수 있고, 마찬가지로, 제1 B 편향 부재(32)와 제2 B 편향 부재(42)는, YZ 평면에 대칭인 위치에 배치되며, 다른 형상으로 할 수 있고, 제1 C 편향 부재(33)와 제2 C 편향 부재(43)는, YZ 평면에 대칭인 위치에 배치되며, 다른 형상으로 할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 제1 편향 유닛(30)은, 수평 화각 16도 내지 수평 화각 0도, 수직 화각 ±20도의 화상을 표시하고, 제2 편향 유닛(40)은, 수평 화각 0도 내지 수평 화각 -23도, 수직 화각 ±20도의 화상을 표시하는 등의 구성을 채용할 수 있다.
실시예 1의 광학 장치(10)에 있어서, 제1 A 편향 부재(31), 제1 B 편향 부재(32) 및 제1 C 편향 부재(33), 및, 제2 A 편향 부재(41), 제2 B 편향 부재(42) 및 제2 C 편향 부재(43)는, 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어진다. 여기서, 도 3의 A에 나타내는 바와 같이, 제1 도광판(21)은 2개의 평행면(제1 면(21A) 및 제2 면(21B))을 가지고 있고, 예를 들면, 제1 면(21A)에 의해 제1 도광판(21)의 도광판 입사면이 구성되고, 제2 면(21B)에 의해 제1 도광판(21)의 도광판 출사면이 구성되어 있다. 또한, 제2 도광판(22)은 2개의 평행면(제1 면(22A) 및 제2 면(22B))을 가지고 있고, 예를 들면, 제1 면(22A)에 의해 제2 도광판(22)의 도광판 입사면이 구성되고, 제2 면(22B)에 의해 제2 도광판(22)의 도광판 출사면이 구성되어 있다. 또는, 도 3의 B에 나타내는 바와 같이, 제1 도광판(21)은 2개의 평행면(제1 면(21A) 및 제2 면(21B))을 가지고 있고, 예를 들면, 제1 면(21A)에 의해 제1 도광판(21)의 도광판 입사면이 구성되고, 제2 면(21B)에 의해 제1 도광판(21)의 도광판 출사면이 구성되어 있다. 또한, 제2 도광판(22)은 2개의 평행면(제1 면(22A) 및 제2 면(22B))을 가지고 있고, 예를 들면, 제1 면(22A)에 의해 제2 도광판(22)의 도광판 입사면이 구성되고, 제2 면(22B)에 의해 제2 도광판(22)의 도광판 출사면이 구성되어 있다.
그리고, 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제1 A 편향 부재(31), 제1 B 편향 부재(32), 제1 C 편향 부재(33), 제2 A 편향 부재(41), 제2 B 편향 부재(42) 및 제2 C 편향 부재(43)는, 제1 도광판(21) 및 제2 도광판(22)의 제2 면(21B, 22B) 또는 제1 면(21A, 22A)에 배치되어 있다(구체적으로는, 접착되어 있다). 제1 A 편향 부재(31), 제1 B 편향 부재(32), 제1 C 편향 부재(33), 제2 A 편향 부재(41), 제2 B 편향 부재(42) 및 제2 C 편향 부재(43)는, 1층의 회절 격자층으로 이루어진다. 포토폴리머 재료로 이루어지는 각 편향 부재에는, 1종류의 파장 대역(또는, 파장)에 대응하는 간섭호가 형성되어 있고, 종래의 방법으로 제작되어 있다. 편향 부재(회절 광학 소자)에 형성된 간섭호의 피치는 일정하고, 간섭호는 직선 형상이다. 간섭호의 경사각(슬랜트각)은, 체적 홀로그램 회절 격자에 있어서 일정해도 되고, 체적 홀로그램 회절 격자에 입사하는 화상의 화각의 값에 의존하여 변화시켜도 된다. 간섭호의 경사각을, 입사하는 화상의 화각의 값에 의존하여 변화시키는 경우, 연속적으로 변화시켜도 되고, 단계적으로 변화시켜도 된다.
제1 A 편향 부재(31), 제2 A 편향 부재(41)에 입사한 광이, 도광판(21, 22)의 내부에서 전반사하기 때문에, 도광판(21, 22)의 내부를 전파하여, 도광판(21, 22)의 제1 면(21A, 22A) 또는 제2 면(21B, 22B)과 충돌하는 광의 제1 면(21A, 21B) 또는 제2 면(21B, 22B)에 대한 각도(입사각)는, 전반사 각도보다 큰 각도인 것이 요구된다. 따라서, 예를 들면, 제1 A 편향 부재(31)로의 광의 입사각은,
kv·sin(θin)+m·kv 1-A=kv·sin(θdiff)
를 만족할 필요가 있고, 게다가, θdiff는 전반사각보다 큰 값이 되는 것이 요구된다. 여기서,
kv ……… 입사광의 파수 벡터
θin …… 입사각
θdiff …… 회절각
m ……… 차수
이다. 화상의 화각에 대한 회절각은, 후술하는 브래그 조건(Bragg condition)을 만족하는 식에 의해 정의되고, 파장(λ)과 격자면의 피치(d)에 의해 결정된다. 피치(d)를 파라미터로 한, 제1 A 편향 부재(31) 또는 제2 A 편향 부재(41)로의 광의 입사각과, 제1 A 편향 부재(31) 또는 제2 A 편향 부재(41)의 회절각 간의 관계를 도 21의 그래프에 나타낸다. 도 21 중, 「A」는 피치(d)=300nm의 데이터를 나타내고, 「B」는 피치(d)=320nm의 데이터를 나타내고, 「C」는 피치(d)=340nm의 데이터를 나타내고, 「D」는 피치(d)=360nm의 데이터를 나타내고, 「E」는 피치(d)=380nm의 데이터를 나타낸다.
그런데, 화상의 화각에 대한 회절각(θdiff)은 전술한 식에 의해 나타내진다. 투과형 체적 홀로그램 회절 격자의 경우, m의 값은 「-1」(-1차)인 것이 바람직하고, 입사 화각은 전반사 각도로부터 -90도의 회절각(도 21 참조)에 대응한다. 제1 A 편향 부재(31) 및 제2 A 편향 부재(41)는, 각각, +X축 방향 및 -X축 방향으로의 수평 화각을 분담하지만, 담당하는 수평 화각이 오버랩하는 것이 바람직하다. 제1 A 편향 부재(31) 또는 제2 A 편향 부재(41)에 있어서, 파장 530nm의 경우의 피치(d)와 회절각 간의 관계를 도 21의 그래프에 나타낸다. 이 경우, 0도를 경계로 「D」나 「E」와 같이 입사 수평 화각이 오버랩하는 피치를 선택하는 것이 바람직하다. 오버랩하는 입사각이 클수록, 눈동자에 도달할 수 있는 수평 화각이 좁아지지만, 편향 부재의 폭을 전반사의 피치와 동등하게 되도록 설정하면 되고, 이 경우, 광원의 파장 분산성을 고려하여 편향 부재의 폭을 설정해도 된다. 예를 들면, 도광판의 두께를 T, 도광판 내를 전반사하는 광의 전반사 피치를 Ptir로 했을 때,
편향 부재의 폭 = Ptir = 2·T·tan(θdiff)
의 식을 만족하도록 편향 부재의 폭(구체적으로는, 제1 A 편향 부재(31)의 +X축 방향을 따른 폭, 제2 A 편향 부재(41)의 -X축 방향을 따른 폭)을 설정하면 된다. 예를 들면, LED로 이루어지는 광원의 파장 반치폭이 30nm일 경우, 500nm 내지 560nm의 범위를 계산하고, 최소가 되는 편향 부재의 폭을 설정하거나, 또는, 회절각(θdiff)의 최대각을 설정하는 것이 바람직하다.
여기서, 제1 A 편향 부재(31)에 의해 편향된 광의 전부가 제1 B 편향 부재(32)에 입사하고,
제1 B 편향 부재(32)에 의해 편향된 광의 전부가 제1 C 편향 부재(33)에 입사하고,
제2 A 편향 부재(41)에 의해 편향된 광의 전부가 제2 B 편향 부재(42)에 입사하고,
제2 B 편향 부재(42)에 의해 편향된 광의 전부가 제2 C 편향 부재(43)에 입사하는 것이 바람직하다. 다만, 도광판(21, 22)에 있어서의 광 손실분을 제외한다.
제1 A 편향 부재 등으로부터 제1 B 편향 부재 등을 향해 도광판(21, 22)의 내부를 광이 전반사에 의해 전파함으로써, 도광판(21, 22)에 입사한 화상은, Y축 방향으로 신장(확대)된다. 또한, 제1 B 편향 부재 등으로부터 제1 C 편향 부재 등을 향해 도광판(21, 22)의 내부를 광이 전반사에 의해 전파함으로써, Y축 방향으로 신장(확대)된 화상은, 나아가, +X축 방향 및 -X축 방향으로 신장된다. 이렇게 해서, 화상 형성 장치(60)로부터의 화상은, 종횡방향으로 신장(확대)되어, 관찰자의 눈동자(90)에 도달한다. 또한, 화상 형성 장치(60)로부터의 평행광은, 제1 A 편향 부재 등 및 제1 B 편향 부재 등에 의해 회절되고(구체적으로는, 복수회 회절·반사되고), 도광판(21, 22)의 내부를 전반사에 의해 전파하고, 평행광인 채로 도광판(21, 22)으로부터 제2 면(22)으로부터 출사한다.
제1 A 편향 부재 등, 제1 B 편향 부재 등 및 제1 C 편향 부재 등의 도광판(20)과는 대향하지 않고 있는 면을, 투명 수지판 또는 투명 수지 필름으로 피복하고, 제1 A 편향 부재 등, 제1 B 편향 부재 등 및 제1 C 편향 부재 등에 손상이 생기는 것을 방지하는 구조로 해도 된다. 또한, 도광판(20)의 제1 면(21)이나 제2 면(22)에 투명한 보호 필름을 접합하여, 도광판(20)을 보호해도 된다.
도시한 예에서는, 제1 A 편향 부재 등 및 제1 C 편향 부재 등의 평면 형상은 사각형이며, 제1 B 편향 부재 등의 평면 형상은 사다리꼴이다. 다만, 이 부재의 평면 형상은 이들에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1 A 편향 부재 등의 평면 형상은 원형이어도 되고, 제1 B 편향 부재 등의 평면 형상은 사각형이어도 된다. 도광판(21, 22)의 평면 형상은, 코너가 절결된 형상으로 할 수도 있다.
화상 형성 장치(60)로부터 출사되는 광(단색)의 파장을 λ0=530nm로 하였다. 또한, 도광판(21, 22)을 구성하는 재료를 두께 1.0mm의 유리(굴절률: 1.51), 제1 A 편향 부재 등, 제1 B 편향 부재 등 및 제1 C 편향 부재 등을 구성하는 포토폴리머 재료의 평균 굴절률을 1.51로 하였다. 또한, 도광판(21, 22)의 두께는, 표시 화상의 광화각화에 본질적으로는 기여하지 않지만, 도광판(21, 22)의 두께를 얇게 함으로써, 제1 A 편향 부재 등의 사이즈 축소화를 도모할 수 있고, 화상 형성 장치(60)를 구성하는 평행광 출사 광학계를 소형화할 수 있고, 도광판(21, 22)의 두께를 두껍게 함으로써, 도광판(21, 22)에서의 전반사 횟수를 절감할 수 있고, 반사면 산란을 억제하여 고화질인 화상을 투영 가능해지므로, 최적의 두께의 도광판(21, 22)을 선택할 필요가 있다.
이하, 제1 편향 유닛(30)을 구성하는 제1 A 편향 부재(31), 제1 B 편향 부재(32) 및 제1 C 편향 부재(33)의 배치에 대해 설명하지만, 제2 편향 유닛(40)을 구성하는 제2 A 편향 부재(41), 제2 B 편향 부재(42) 및 제2 C 편향 부재(43)의 배치는, 방향이 서로 다른 점을 제외하고, 제1 편향 유닛(30)과 마찬가지로 할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 우안용의 화상 표시 장치에 대해 오른손계의 좌표축에 기초하여, 이하, 설명을 행한다.
여기서, 체적 홀로그램 회절 격자에는, 경사각(슬랜트각)(Φ)을 갖는 간섭호가 형성되어 있다. 경사각(Φ)이란, 체적 홀로그램 회절 격자의 표면과 간섭호가 이루는 각도를 가리킨다. 간섭호는 체적 홀로그램 회절 격자의 내부로부터 표면에 걸쳐 형성되어 있다. 간섭호는 브래그 조건을 만족하고 있다. 반사형 체적 홀로그램 회절 격자에 있어서의 브래그 조건이란, 이하의 식(A)를 만족하는 조건을 가리킨다. 식(A) 중, m은 양의 정수, λ은 파장, d는 격자면의 피치(간섭호를 포함하는 가상 평면의 법선 방향의 간격), Θ은 간섭호에 입사하는 각도의 여각을 의미한다. 또한, 입사각(Ψ)으로 체적 홀로그램 회절 격자에 광이 진입한 경우의, Θ, 경사각(Φ), 입사각(Ψ)의 관계는, 식(B)와 같다.
m·λ = 2·d·sin(Θ)
(A)
Θ = 90°-(Φ+Ψ)
(B)
도 8의 A 및 도 8의 B는, 제1 편향 유닛(30)을 구성하는 제1 A 편향 부재(31), 제1 B 편향 부재(32) 및 제1 C 편향 부재(33), 및, 제2 편향 유닛(40)을 구성하는 제2 A 편향 부재(41), 제2 B 편향 부재(42) 및 제2 C 편향 부재(43)의 배치·제1 단계를 나타내는 모식도이다. 또한, 도 9의 A 및 도 9의 B의 각각은, 실시예 1의 광학 장치를 구성하는 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재의 배치·제1 단계의 모식도, 및, 배치·제1 단계에 있어서의 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재의 파수 벡터 등의 개념도이다.
배치·제1 단계에 있어서는, 제1 A 편향 부재(31)가 갖는 파수 벡터를 kV 1 -A'로 하고, kV 1 -A'의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 1 -A', kY 1 -A', kZ 1 -A'로 하고, 제2 A 편향 부재(41)가 갖는 파수 벡터를 kV 2 -A'로 하고, kV 2 -A'의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 2 -A', kY 2-A', kZ 2 -A'로 했을 때,
kX 1 -A' = -kX 2 -A' = 0
kY 1 -A' = kY 2 -A' = 0
kZ 1 -A' = kZ 2 -A'
이다.
또한, 제1 C 편향 부재(33)가 갖는 파수 벡터를 kV 1 -C'로 하고, kV 1 -C'의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 1 -C', kY 1 -C', kZ 1 -C'로 하고, 제2 C 편향 부재(43)가 갖는 파수 벡터를 kV 2 -C'로 하고, kV 2 -C'의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 2 -C', kY 2 -C', kZ 2 -C'로 했을 때,
kX 1 -C' = -kX 2 -C' = 0
kY 1 -C' = kY 2 -C' = 0
kZ 1 -C '= kZ 2 -C'
이다.
나아가, 제1 B 편향 부재(32)가 갖는 파수 벡터를 kV 1 -B'로 하고, kV 1 -B'의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 1 -B', kY 1 -B', kZ 1 -B'로 하고, 제2 B 편향 부재(42)가 갖는 파수 벡터를 kV 2 -B'로 하고, kV 2 -B'의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 2 -B', kY 2 -B', kZ 2 -B'로 했을 때,
kX 1 -B' = -kX 2 -B' = 0
kY 1 -B' = kY 2 -B' = 0
kZ 1 -B '= kZ 2 -C'
이다. 여기서,
kv 1 -A' + kv 1 -B' + kv 1 -C' = 0
kv 2 -A' + kv 2 -B' + kv 2 -C' = 0
을 만족한다.
이 상태를 시뮬레이션한 결과를 도 16의 A에 나타낸다. 도 16의 A, 도 16의 B 및 도 17은, 제1 편향 유닛(30)을 구성하는 제1 A 편향 부재(31), 제1 B 편향 부재(32) 및 제1 C 편향 부재(33)가 도 20에 나타내는 상태로 배치되어 있는 것으로 했을 때의, 즉, 제1 A 편향 부재(31)와 제2 A 편향 부재(41)가 합체되고, 제1 B 편향 부재(32)와 제2 B 편향 부재(42)가 합체된 상태로 배치되어 있는 것으로 했을 때의, 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 시뮬레이션 결과를 나타내는 도 16의 A, 도 16의 B, 도 17, 도 19의 A 및 도 19의 B에 있어서, 「A」는, 광원으로부터 출사되는 광 중, 피크 강도를 갖는 파장(λ0)의 광에 의해 얻어지는 화상의 영역을 나타내고, 「B」는, 광원으로부터 출사되는 광 중, 파장(λ0-10nm)에 의해 얻어지는 화상의 영역을 나타내고, 「C」는, 광원으로부터 출사되는 광 중, 파장(λ0+10nm)에 의해 얻어지는 화상의 영역을 나타낸다. 또한, 도 16의 A, 도 16의 B, 도 17, 도 19의 A 및 도 19의 B에 있어서, 횡축은 Y축 방향에 있어서의 FOV(Field Of View, 시야, 시야각)의 값이며, 종축은 X축 방향에 있어서의 FOV의 값이다. 도 18의 A 및 도 18의 B에 있어서, 횡축은 ±X축 방향에 있어서의 제1 도광판(21)에서의 위치를 나타내고, 종축은 ±Y축 방향에 있어서의 제1 도광판(21)에서의 위치를 나타낸다.
제1 편향 유닛(30)을 구성하는 제1 A 편향 부재(31), 제1 B 편향 부재(32) 및 제1 C 편향 부재(33), 및, 제2 편향 유닛(40)을 구성하는 제2 A 편향 부재(41), 제2 B 편향 부재(42) 및 제2 C 편향 부재(43)의 배치·제2 단계를 나타내는 모식도를, 도 10의 A 및 도 10의 B에 나타낸다. 또한, 실시예 1의 광학 장치를 구성하는 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재의 배치·제2 단계의 모식도, 및, 배치·제2 단계에 있어서의 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재의 파수 벡터 등의 개념도를 도 11의 A 및 도 11의 B에 나타낸다.
배치·제2 단계에 있어서는, 제1 편향 유닛(30)을, 원점(O)을 중심으로 하여, 시계 방향의 제1 회전 방향으로, 예를 들면 7도, 회전시킨 상태로 배치한다. 또한, 제2 편향 유닛(40)을, 원점(O)을 중심으로 하여, 반시계 방향의 제2 회전 방향으로, 예를 들면 7도(예를 들면, 시계 방향으로 -7도), 회전시킨 상태로 배치한다. 이러한 회전에 의해 얻어지는 화상의 시뮬레이션 결과를 도 16의 B에 나타내지만, 도 16의 A와 비교하여, +X축 방향 및 Y축 방향으로 이동한다는 것을 알 수 있다. 한편, 제1 편향 유닛(30)을, 시계 방향의 제1 회전 방향으로, 예를 들면 7도, 회전시킨 상태로 배치하는 대신에, 제1 편향 유닛(30)을 구성하는 제1 A 편향 부재(31), 제1 B 편향 부재(32) 및 제1 C 편향 부재(33)의 파수 벡터를, 시계 방향의 제1 회전 방향으로, 예를 들면 7도, 회전시킨 상태로 해도 된다. 또한, 제2 편향 유닛(40)을, 반시계 방향의 제2 회전 방향으로, 예를 들면 7도(예를 들면, 시계 방향으로 -7도), 회전시킨 상태로 배치하는 대신에, 제2 편향 유닛(40)을 구성하는 제2 A 편향 부재(41), 제2 B 편향 부재(42) 및 제2 C 편향 부재(43)의 파수 벡터를, 반시계 방향의 제2 회전 방향으로, 예를 들면 7도(예를 들면, 시계 방향으로 -7도), 회전시킨 상태로 해도 된다.
한편, 배치·제2 단계에 있어서는, 제1 A 편향 부재(31)가 갖는 파수 벡터를 kV 1-A"로 하고, kV 1 -A"의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 1 -A, kY 1 -A", kZ 1 -A"로 하고, 제2 A 편향 부재(41)가 갖는 파수 벡터를 kV 2 -A"로 하고, kV 2 -A"의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 2 -A, kY 2 -A", kZ 2 -A"로 했을 때,
kX 1 -A + kX 2 -A = 0
kY 1 -A" = kY 2 -A"
kZ 1 -A" = kZ 2 -A"
이다.
또한, 제1 C 편향 부재(33)가 갖는 파수 벡터를 kV 1 -C"로 하고, kV 1 -C"의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 1 -C", kY 1 -C", kZ 1 -C"로 하고, 제2 C 편향 부재(43)가 갖는 파수 벡터를 kV 2-C"로 하고, kV 2-C"의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 2-C", kY 2-C", kZ 2-C"로 했을 때,
kX 1 -C" + kX 2 -C" = 0
kY 1 -C" = kY 2 -C"
kZ 1 -C" = kZ 2 -C"
이다.
나아가, 제1 B 편향 부재(32)가 갖는 파수 벡터를 kV 1 -B"로 하고, kV 1 -B"의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 1 -B", kY 1 -B", kZ 1 -B"로 하고, 제2 B 편향 부재(42)가 갖는 파수 벡터를 kV 2-B"로 하고, kV 2-B"의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 2-B", kY 2-B", kZ 2-B"로 했을 때,
kX 1 -B" + kX 2 -B" = 0
kY 1 -B" = kY 2 -B"
kZ 1 -B" = kZ 2 -C"
이다. 여기서,
kv 1 -A" + kv 1 -B" + kv 1 -C" = 0
kv 2 -A" + kv 2 -B" + kv 2 -C" = 0
을 만족한다.
즉, 실시예 1의 광학 장치에 있어서,
제1 편향 유닛(30)은, Z축을 중심으로 하여, 반시계 방향 또는 시계 방향의 제1 회전 방향으로 회전한 상태로 배치되어 있다. 또한, 제2 편향 유닛(40)은, Z축을 중심으로 하여, 시계 방향 또는 반시계 방향의 제2 회전 방향으로 회전한 상태로 배치되어 있다. 또한, +X축을 기준으로 하여, 제1 회전 방향으로의 회전 각도를 φ1, 제2 회전 방향으로의 회전 각도를 φ2로 했을 때,
|φ1| = |φ2|
를 만족하고, 또한,
0(도) < |φ1| = |φ2| ≤ 23(도)
바람직하게는,
0(도) < |φ1| = |φ2| ≤ 16(도)
를 만족하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도시한 예에서는, 제1 편향 유닛(30)은, 원점(O)을 중심으로 하여, 시계 방향의 제1 회전 방향으로 |φ1| = 7도(+7도), 회전한 상태로 배치되어 있고, 제2 편향 유닛(40)은, 원점(O)을 중심으로 하여, 반시계 방향의 제2 회전 방향으로 |φ2| = 7도(-7도), 회전한 상태로 배치되어 있다.
그런데, 도 8의 A에 나타낸 제1 편향 유닛(30)을, 원점(O)을 중심으로 하여, 시계 방향의 제1 회전 방향으로, 예를 들면 7도, 회전시킨 상태로 배치하고, 도 8의 B에 나타낸 제2 편향 유닛(40)을, 원점(O)을 중심으로 하여, 반시계 방향의 제2 회전 방향으로, 예를 들면 7도(예를 들면, 시계 방향으로 -7도), 회전시킨 상태로 배치한 것으로 하면, 도 10의 A 및 도 10의 B에 나타내는 상태로 되지만, 이 상태에서는, Y축 및 그 근방에서는, 화상에 「누락」이 발생한다. 화상에 누락이 발생하는 영역을, 도 10의 A 및 도 10의 B에 있어서, 점선으로 둘러싸인 영역으로 나타낸다.
따라서, 이러한 화상 누락의 발생을 방지하기 위해, 제1 B 편향 부재(32) 및 제2 B 편향 부재(42)의 각각에 있어서, 제1 B 편향 부재(32)를 제1 도광판(21)에 정사영했을 때의 제1 B 편향 부재 정사영상과, 제2 B 편향 부재(42)를 제1 도광판(21)에 정사영했을 때의 제2 B 편향 부재 정사영상을, 부분적으로 중복시키고 있다. 나아가, 제1 B 편향 부재 정사영상의 +X축 방향 단부와 제2 B 편향 부재 정사영상의 -X축 방향 단부를 중복시키고 있다. 이러한, 실시예 1의 광학 장치를 구성하는 제1 편향 유닛의 배치·제2 단계를 나타내는 모식도를, 도 12의 A 및 도 12의 B에 나타내는데, 도시한 예에서는, 제1 B 편향 부재 정사영상의 +X축 방향 단부와, 제2 B 편향 부재 정사영상의 -X축 방향 단부는, 접하고 있다.
제1 편향 유닛(30)을 구성하는 제1 A 편향 부재(31), 제1 B 편향 부재(32) 및 제1 C 편향 부재(33), 및, 제2 편향 유닛(40)을 구성하는 제2 A 편향 부재(41), 제2 B 편향 부재(42) 및 제2 C 편향 부재(43)의 배치·제3 단계를 나타내는 모식도를, 도 1의 A 및 도 1의 B에 나타낸다. 또한, 실시예 1의 광학 장치를 구성하는 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재의 배치·제3 단계의 모식도를 도 2의 A에 나타내고, 배치·제3 단계에 있어서의 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재의 파수 벡터 등의 개념도를 도 2의 B에 나타낸다.
배치·제3 단계에 있어서는, 제1 B 편향 부재(32)에 입사하는 광의 방향(도 1의 A에 있어서, 「L1」로 나타냄)과, 제1 B 편향 부재(32)로부터 출사하는 광의 방향(도 1의 A에 있어서, 「L2」로 나타냄)이 이루는 각도를 ψ1, 제2 B 편향 부재(42)에 입사하는 광의 방향(도 1의 A에 있어서, 「L3」로 나타냄)과, 제2 B 편향 부재(42)로부터 출사하는 광의 방향(도 1의 A에 있어서, 「L4」로 나타냄)이 이루는 각도를 ψ2로 했을 때,
90도 < ψ1
90도 < ψ2
를 만족한다. 나아가,
90도 < ψ1 ≤ 105도
90도 < ψ2 ≤ 105도
바람직하게는,
90도 < ψ1 ≤ 100도
90도 < ψ2 ≤ 100도
를 만족하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 한정하는 것이 아니지만,
99.5(도) ≤ ψ1 = ψ2 ≤ 100.5(도)
를 만족하는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 제1 B 편향 부재(32) 및 제2 B 편향 부재(42)를 회전시켜, 제1 B 편향 부재(32) 및 제2 B 편향 부재(42)에 있어서의 경사각(슬랜트각)(Φ), 격자면의 피치(d), 간섭호에 입사하는 각도의 여각(Θ)의 최적화를 도모하면 된다. 구체적으로는, ψ1 = ψ2 = 100도로 하였다. 또한, 제1 C 편향 부재(33) 및 제2 C 편향 부재(43)를 회전시켜, 제1 C 편향 부재(33) 및 제2 C 편향 부재(43)에 있어서의 경사각(슬랜트각)(Φ), 격자면의 피치(d), 간섭호에 입사하는 각도의 여각(Θ)의 최적화를 도모하면 된다.
이러한 편향 부재(32, 42, 33, 43)의 회전에 의해 얻어지는 화상의 시뮬레이션 결과를 도 17에 나타내는데, 도 16의 B와 비교하여, +X축 방향에 있어서의 FOV의 값이 넓어지고 있는, 즉, 도 16의 B에 있어서의 영역(백색으로 나타내어지는 영역 D)의 부분이, 도 17에서는 거의 없어져 있다는 것을 알 수 있다. 실시예 1의 광학 장치에서 얻어지는 제1 도광판(21) 및 제2 도광판(22)에서의 광의 전파 상태를 시뮬레이션한 결과를, 도 18의 A 및 도 18의 B에 나타내고, 도 1의 A에 나타낸 제1 편향 유닛(30) 및 제2 편향 유닛(40)에 의해 얻어지는 화상의 시뮬레이션 결과를 도 19의 A 및 도 19의 B에 나타낸다.
한편, 배치·제3 단계에 있어서는, 제1 A 편향 부재(31)가 갖는 파수 벡터를 kv 1-A로 하고, kv 1 -A의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 1 -A, kY 1 -A, kZ 1 -A로 하고, 제2 A 편향 부재(41)가 갖는 파수 벡터를 kv 2 -A로 하고, kv 2 -A의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 2 -A, kY 2 -A, kZ 2 -A로 했을 때,
kX 1 -A+kX 2 -A=0
kY 1 -A=kY 2 -A
kZ 1 -A=kZ 2 -A
이다.
또한, 제1 C 편향 부재(33)가 갖는 파수 벡터를 kv 1 -C로 하고, kv 1 -C의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 1 -C, kY 1 -C, kZ 1 -C로 하고, 제2 C 편향 부재(43)가 갖는 파수 벡터를 kv 2 -C로 하고, kv 2 -C의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 2 -C, kY 2 -C, kZ 2 -C로 했을 때,
kX 1 -C+kX 2 -C=0
kY 1 -C=kY 2 -C
kZ 1 -C=kZ 2 -C
이다.
나아가, 제1 B 편향 부재(32)가 갖는 파수 벡터를 kv 1 -B로 하고, kv 1 -B의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 1 -B, kY 1 -B, kZ 1 -B로 하고, 제2 B 편향 부재(42)가 갖는 파수 벡터를 kv 2 -B로 하고, kv 2 -B의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 2 -B, kY 2 -B, kZ 2 -B로 했을 때,
kX 1 -B+kX 2 -B=0
kY 1 -B=kY 2 -B
kZ 1 -B=kZ 2 -C
이다. 여기서,
kv 1 -A+kv 1 -B+kv 1 -C=0
kv 2 -A+kv 2 -B+kv 2 -C=0
을 만족한다.
도 2의 B에 나타내는 예에서는, 개념적으로 도시한 파수 벡터 kv 1 -A, kv 1 -B, kv 1-C에 의해 형성되는 삼각형은 부등변 삼각형이며, 제1 A 편향 부재 등의 격자 주기(grating period) d1의 값은, 예를 들면 335.00nm이며, 제1 B 편향 부재 등의 격자 주기 d2의 값은, 예를 들면 359.26nm이며, 제1 C 편향 부재 등의 격자 주기 d3의 값은, 예를 들면 384.22nm이다.
또한, 화상 형성 장치(60)로부터 출사되는 광에 대한 제1 A 편향 부재(31)의 평균 회절 효율을 η1 -A, 제1 B 편향 부재(32)의 평균 회절 효율을 η1 -B, 제1 C 편향 부재(33)의 평균 회절 효율을 η1 -C로 했을 때, η1 -B/η1 -A <1, η1 -C/η1 -A <1을 만족하고, 화상 형성 장치(60)로부터 출사되는 광에 대한 제2 A 편향 부재(41)의 평균 회절 효율을 η2 -A, 제2 B 편향 부재(42)의 평균 회절 효율을 η2 -B, 제2 C 편향 부재의 평균 회절 효율을 η2-C로 했을 때, η2-B/η2-A <1, η2-C/η2-A <1을 만족한다.
도 6의 A에 나타내는 바와 같이, 화상 형성 장치(60)(이하, 도 6의 A에 나타내는 화상 형성 장치를 화상 형성 장치(60A)라고 부름)는, 제1 구성의 화상 형성 장치이며, 2차원 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 화소를 갖는다. 구체적으로는, 화상 형성 장치(60A)는, 반사형 공간 광변조 장치, 및, 백색광을 출사하는 발광 다이오드(LED)로 이루어지는 광원(71)으로 구성되어 있다. 각 화상 형성 장치(60A) 전체는, 케이스(70)(도 6의 A에서는, 일점쇄선으로 나타냄) 내에 수납되어 있고, 이러한 케이스(70)에는 개구부(도시하지 않음)가 마련되어 있고, 개구부를 통해 광학계(평행광 출사 광학계, 콜리메이트 광학계)(74)로부터 광이 출사된다. 케이스(70)는, 도시하지 않는 부착 부재에 의해, 프론트부(51)의 상부에 부착되어 있다. 반사형 공간 광변조 장치는, 라이트 밸브로서의 LCOS로 이루어지는 액정 표시 장치(LCD)(73)로 이루어진다. 나아가, 광원(71)으로부터의 광의 일부를 반사하여 액정 표시 장치(73)로 가이드하고, 또한, 액정 표시 장치(73)에 의해 반사된 광의 일부를 통과시켜 광학계(74)로 가이드하는 편광 빔 스플리터(72)가 구비되어 있다. 액정 표시 장치(73)는, 2차원 매트릭스 형상으로 배열된 복수(예를 들면, 640×480개)의 화소(액정 셀, 액정 표시 소자)를 구비하고 있다. 편광 빔 스플리터(72)는, 주지된 구성, 구조를 갖는다. 광원(71)으로부터 출사된 무편광의 광은, 편광 빔 스플리터(72)에 충돌한다. 편광 빔 스플리터(72)에 있어서, P편광 성분은 통과하고, 계외로 출사된다. 한편, S편광 성분은, 편광 빔 스플리터(72)에서 반사되어, 액정 표시 장치(73)에 입사하고, 액정 표시 장치(73)의 내부에서 반사되어, 액정 표시 장치(73)로부터 출사된다. 여기서, 액정 표시 장치(73)로부터 출사한 광 중, 「백」을 표시하는 화소로부터 출사한 광에는 P편광 성분이 많이 포함되고, 「흑」을 표시하는 화소로부터 출사한 광에는 S편광 성분이 많이 포함된다. 따라서, 액정 표시 장치(73)로부터 출사되어, 편광 빔 스플리터(72)에 충돌하는 광 중 P편광 성분은, 편광 빔 스플리터(72)를 통과하여, 광학계(74)로 가이드된다. 한편, S편광 성분은, 편광 빔 스플리터(72)에서 반사되어, 광원(71)으로 리턴된다. 광학계(74)는, 예를 들면, 볼록 렌즈로 구성되고, 평행광을 생성시키기 위해, 광학계(74)에 있어서의 초점거리인 곳(위치)에 화상 형성 장치(60A)(보다 구체적으로는, 액정 표시 장치(73))가 배치되어 있다. 화상 형성 장치(60A)로부터 출사된 화상은, 도시하지 않는 도광 수단을 통해, 제1 A 편향 부재(31) 및 제2 A 편향 부재(41)에 입사한다. 액정 표시 장치(73)는, 2차원 매트릭스 형상으로 배열된 복수(예를 들면, 640×480개)의 화소(액정 셀, 액정 표시 소자)를 구비하고 있다.
또는, 도 6의 B에 나타내는 바와 같이, 화상 형성 장치(60)(이하, 도 6의 B에 나타내는 화상 형성 장치를 화상 형성 장치(60B)라고 부름)는, 유기 EL 표시 장치(75)로 구성되어 있다. 유기 EL 표시 장치(75)로부터 출사된 화상은, 볼록 렌즈(76)를 통과하여, 평행광으로 되고, 도시하지 않는 도광 수단을 통해, 제1 A 편향 부재(31) 및 제2 A 편향 부재(41)를 향한다. 유기 EL 표시 장치(75)는, 2차원 매트릭스 형상으로 배열된 복수(예를 들면, 640×480개)의 화소(유기 EL 소자)를 구비하고 있다.
또는, 도 6의 C에 나타내는 바와 같이, 제2 구성의 화상 형성 장치인 화상 형성 장치(60)(이하, 도 6의 C에 나타내는 화상 형성 장치를 화상 형성 장치(60C)라고 부름)는,
광원(81),
광원(81)으로부터 출사된 광을 평행광으로 하는 콜리메이트 광학계(82),
콜리메이트 광학계(82)로부터 출사된 평행광을 주사하는 주사 수단(84), 및
주사 수단(84)에 의해 주사된 평행광을 릴레이하여, 출사하는 릴레이 광학계(85)로 구성되어 있다. 또한, 화상 형성 장치(60C) 전체가 케이스(70)(도 6의 C에서는, 일점쇄선으로 나타냄) 내에 수납되어 있고, 이러한 케이스(70)에는 개구부(도시하지 않음)가 마련되어 있고, 개구부를 통해 릴레이 광학계(85)로부터 광이 출사된다. 그리고, 케이스(70)는, 도시하지 않는 부착 부재에 의해, 프론트부(51)의 상부에 부착되어 있다. 광원(81)은, 녹색을 발광하는 발광 소자(LED)로 구성되어 있다. 그리고, 광원(81)으로부터 출사된 광은, 전체로서 양의 광학적 파워를 가지는 콜리메이트 광학계(82)에 입사하고, 평행광으로서 출사된다. 그리고, 이 평행광은, 전반사 미러(83)에 의해 반사되고, 마이크로미러를 2차원 방향으로 회전 가능하게 하며, 입사한 평행광을 2차원적으로 주사할 수 있는 MEMS로 이루어지는 주사 수단(84)에 의해 수평 주사 및 수직 주사가 행해지고, 일종의 2차원 화상화가 되어, 가상의 화소(화소수는, 예를 들면, 화상 형성 장치(60A)와 동일하다고 할 수 있음)가 생성된다. 그리고, 가상의 화소로부터의 광은, 주지된 릴레이 광학계로 구성된 릴레이 광학계(평행광 출사 광학계)(85)를 통과하며, 도시하지 않는 도광 수단을 통해, 제1 A 편향 부재(31) 및 제2 A 편향 부재(41)에 입사한다.
도 7에 개념도를 나타내는 바와 같이, 광학 장치는 1개의 화상 형성 장치(60)(60A, 60B, 60C)를 구비하고 있고, 화상 형성 장치(60)로부터 출사된 화상을, 렌즈(74, 76, 85)(도면에 있어서는 참조번호 101로 나타냄)에 의해 집광하고, 제1 A 편향 부재(31) 및 제2 A 편향 부재(41)에 입사시켜도 된다. 화상 형성 장치(60)로부터 출사된 화상은, 렌즈(101)를 통해, 제1 A 편향 부재(31) 및 제2 A 편향 부재(41)에 입사된다. 이 때, 렌즈(101)의 X축 방향의 입사동 직경(entrance pupil diameter)은, 제1 A 편향 부재(31) 및 제2 A 편향 부재(32)의 X축 방향의 폭보다 큰 것이 바람직하고, 제1 A 편향 부재(31) 및 제2 A 편향 부재(32)의 X축 방향의 폭과 동일한 것이 한층 더 바람직하다. 한편, 도 7에 있어서, 제1 A 편향 부재(31), 제2 A 편향 부재(41) 및 도광판(21, 22) 이외의 편향 부재의 도시를 생략하였다.
표시 장치를 구성하는 프레임(50)은, 관찰자의 정면에 배치되는 프론트부(51)(림(51')을 구비하고 있음)와, 프론트부(51)의 양단에 경첩(52)을 통해 회동 가능하게 부착된 2개의 안경다리부(53)와, 각 안경다리부(53)의 선단부에 부착된 안경귀걸이부(선단 셀, 이어머프(earmuff), 이어 패드(ear pad)라고도 불림)(54)로 이루어진다. 또한, 코받침(51")이 부착되어 있다. 즉, 프레임(50) 및 코받침(51")의 조립체는, 기본적으로는, 통상의 안경과 거의 동일한 구조를 갖는다. 나아가, 전술한 바와 같이, 각 케이스(70)가, 도시하지 않는 부착 부재에 의해, 프론트부(51)에 부착되어 있다. 프레임(50)은 금속 또는 플라스틱으로 제작되어 있다. 한편, 각 케이스(70)는, 부착 부재에 의해 프론트부(51)에 착탈 가능하게 부착되어 있어도 된다.
나아가, 일방의 화상 형성 장치(60)로부터 연장되는 배선(신호선이나 전원선 등으로, 일부는 도시되어 있지 않음)(55)이, 안경다리부(53) 및 안경귀걸이부(54)의 내부를 통해, 안경귀걸이부(54)의 선단부로부터 외부로 연장되고, 제어 장치(제어 회로, 제어 수단)(58)에 접속되어 있다. 나아가, 각 화상 형성 장치(60)는 헤드폰부(56)를 구비하고 있고, 각 화상 형성 장치(60)로부터 연장되는 헤드폰부용 배선(57)이, 안경다리부(53) 및 안경귀걸이부(54)의 내부를 통해, 안경귀걸이부(54)의 선단부로부터 헤드폰부(56)로 연장되어 있다. 헤드폰부용 배선(57)(일부는 도시되어 있지 않음)은, 보다 구체적으로는, 안경귀걸이부(54)의 선단부로부터, 귓바퀴(이각)의 후방측을 돌아들어가도록 하여 헤드폰부(56)에 연장되어 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 헤드폰부(56)나 헤드폰부용 배선(57)이 난잡하게 배치되어 있다는 인상을 주는 일 없이, 깔끔하게 한 표시 장치로 할 수 있다.
실시예 1의 광학 장치, 실시예 1의 화상 표시 장치를 구성하는 광학 장치, 실시예 1의 표시 장치를 구성하는 광학 장치는, 제1 도광판 및 제2 도광판에 설치된 제1 편향 유닛 및 제2 편향 유닛을 구비하고 있고, 화상 형성 장치로부터 출사된 화상의 일부(예를 들면, 절반)는 제1 편향 유닛에 입사하고, 화상 형성 장치로부터 출사된 화상의 적어도 잔부(예를 들면, 나머지 절반)는 제2 편향 유닛에 입사한다. 즉, 화상이, 제1 A 편향 부재 및 제2 A 편향 부재에 의해, 어느 정도, 분할된다. 그리고, 이들 분할된 화상은, 최종적으로 제1 편향 유닛 및 제2 편향 유닛으로부터 출사되어, 합성되고, 즉, 제1 C 편향 부재 및 제2 C 편향 부재로부터 출사된 화상이 합성되어, 관찰자의 눈동자에 도달한다. 따라서, 종래의 광학 장치에 있어서의 화상의 수평 화각의, 예를 들면 2배로 할 수 있다. 즉, 더욱 광화각화를 도모할 수 있는 구성, 구조를 갖는 광학 장치, 이러한 광학 장치를 구비한 화상 표시 장치, 및 이러한 화상 표시 장치를 구비한 표시 장치를 제공할 수 있다. 게다가, 제1 방향과 제2 방향은 반대 방향이며 비평행하기 때문에, 한층 더 광화각화를 도모할 수 있다.
제1 도광판 및 제2 도광판 대신에, 1매의 도광판에 제1 편향 유닛 및 제1 편향 유닛을 설치한 경우, 제1 편향 유닛에 의해 회절·반사되어 도광판 내를 전반사하여 진행하는 광이, 제2 편향 유닛에 진입하여, 제2 편향 유닛에 의해 회절·반사되어 버릴 우려가 있지만, 제1 편향 유닛을 제1 도광판에 설치하고, 제2 편향 유닛을 제2 도광판에 설치함으로써, 제1 편향 유닛에 의해 회절·반사되어 도광판 내를 전반사하여 진행하는 광이, 제2 편향 유닛에 진입하는 일이 없어지고, 이러한 문제의 발생을 방지할 수 있다.
실시예 2
실시예 2는 실시예 1의 변형이다. 실시예 1에 있어서, +X축, -X축은 수평면 내에 위치하는 것으로 하였다. 한편, 실시예 2에 있어서, +X축, -X축은 수직면 내에 위치한다. 실시예 2의 광학 장치를 구성하는 제1 도광판 및 제1 편향 유닛 및 제2 도광판 및 제2 편향 유닛의 모식도를 도 13 및 도 14에 나타낸다. 도 13 및 도 14는 우안용의 화상 표시 장치를 구성하는 광학 장치를 정면에서 바라본 개념도이며, 도면의 오른쪽에 관찰자의 귀가 위치하고, 도면의 왼쪽에 관찰자의 코가 위치한다. 즉, Y축(구체적으로는, -Y축) 방향으로 관찰자의 코가 위치하고, Y축(구체적으로는, +Y축) 방향으로 관찰자의 귀가 위치한다. 도광판에 입사한 광은, 제1 A 편향 부재, 제2 A 편향 부재로부터 제1 B 편향 부재, 제2 B 편향 부재를 향해, 대략 수평 방향으로 진행한다(즉, Y축이 수평 방향으로 위치한다). 이상의 점을 제외하고, 실시예 2의 광학 장치는, 실시예 1의 광학 장치와 마찬가지의 구성, 구조로 할 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다. 한편, 실시예 1을 채용할지, 실시예 2를 채용할지는, 광학 장치나 화상 표시 장치, 표시 장치에 요구되는 사양에 기초하여 결정하면 된다.
이상, 본 개시를 바람직한 실시예에 기초하여 설명하였지만, 본 개시는 이들 실시예에 한정되는 것이 아니다. 실시예에서 설명한 표시 장치(헤드 마운트 디스플레이), 화상 표시 장치, 광학 장치의 구성, 구조는 예시이며, 적절히 변경할 수 있다. 편향 부재를, 반사형 블레이즈드(blazed) 회절 격자 소자로 할 수도 있다. 또한, 본 개시의 표시 장치는, 입체 디스플레이 장치로서 이용할 수도 있다. 이 경우, 필요에 따라, 광학 장치에 편광판이나 편광 필름을 착탈 가능하게 설치하거나, 또는, 광학 장치에 편광판이나 편광 필름을 접합하면 된다. 화상 표시 장치는 조광 장치를 구비하고 있어도 된다. 즉, 광학 장치는, 조광 장치의 적어도 일부분과 겹쳐 있어도 된다. 보다 구체적으로는, 광학 장치의 적어도 제1 C 편향 부재 등은, 조광 장치와 겹쳐 있는 것이 바람직하다.
실시예 1에서는, 제1 A 편향 부재 및 제2 A 편향 부재로부터 출사된 광은, 도광판의 하방을 향해 전파하는 예를 설명하였지만, 도광판의 상방을 향해 전파하는 형태로 할 수도 있다.
1매의 체적 홀로그램 회절 격자를 구성하는 재료에, 제1 A 편향 부재 등과 제1 B 편향 부재 등을 형성해도 되고, 제1 A 편향 부재 등과 제1 C 편향 부재 등을 형성해도 되고, 제1 B 편향 부재 등과 제1 C 편향 부재 등을 형성해도 되고, 제1 A 편향 부재 등과 제1 B 편향 부재 등과 제1 C 편향 부재 등과 제1 B 편향 부재 등을 형성해도 된다. 도광판에 임프린트법이나 에칭법에 기초하여 홀로그램 영역을 형성해도 된다.
실시예 1에서 설명한 광학 장치의 변형예의 개념도를, 도 15의 A, 도 15의 B, 도 15의 C, 도 15의 D, 도 15의 E, 도 15의 F, 도 15의 G 및 도 15의 H를 참조하여 이하에 설명하는 바와 같이, 변형하는 것도 가능하다. 즉, 도 15의 A에 나타내는 바와 같이, 도광판의 제1 면에 투과형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제1 A 편향 부재 등(31a)을 배치하고, 도광판의 제2 면에 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제1 B 편향 부재 등(32b) 및 제1 C 편향 부재 등(33b)을 배치해도 된다. 또는, 도 15의 B에 나타내는 바와 같이, 도광판의 제1 면에 투과형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제1 B 편향 부재 등(32a) 및 제1 C 편향 부재 등(33a)을 배치하고, 도광판의 제2 면에 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제1 A 편향 부재 등(31b)을 배치해도 된다. 또는, 도 15의 C에 나타내는 바와 같이, 도광판의 제1 면에 투과형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제1 A 편향 부재 등(31a), 제1 B 편향 부재 등(32a) 및 제1 C 편향 부재 등(33a)을 배치해도 된다. 또는, 도 15의 D에 나타내는 바와 같이, 도광판의 제1 면에 투과형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제1 A 편향 부재 등(31a)을 배치하고, 도광판의 제2 면에 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제1 A 편향 부재 등(31b), 제1 B 편향 부재 등(32b) 및 제1 C 편향 부재 등(33b)을 배치해도 된다. 또는, 도 15의 E에 나타내는 바와 같이, 도광판의 제1 면에 투과형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제1 A 편향 부재 등(31a), 제1 B 편향 부재 등(32a) 및 제1 C 편향 부재 등(33a)을 배치하고, 도광판의 제2 면에 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제1 A 편향 부재 등(31b)을 배치해도 된다. 또는, 도 15의 F에 나타내는 바와 같이, 도광판의 제1 면에 투과형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제1 B 편향 부재 등(32a) 및 제1 C 편향 부재 등(33a)을 배치하고, 도광판의 제2 면에 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제1 A 편향 부재 등(31b), 제1 B 편향 부재 등(32b) 및 제1 C 편향 부재 등(33b)을 배치해도 된다. 또는, 도 15의 G에 나타내는 바와 같이, 도광판의 제1 면에 투과형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제1 A 편향 부재 등(31a), 제1 B 편향 부재 등(32a) 및 제1 C 편향 부재 등(33a)을 배치하고, 도광판의 제2 면에 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제1 B 편향 부재 등(32b) 및 제1 C 편향 부재 등(33b)을 배치해도 된다. 또는, 도 15의 H에 나타내는 바와 같이, 도광판의 제1 면에 투과형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제1 A 편향 부재 등(31a), 제1 B 편향 부재 등(32a) 및 제1 C 편향 부재 등(33a)을 배치하고, 도광판의 제2 면에 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제1 A 편향 부재 등(31b), 제1 B 편향 부재 등(32b) 및 제1 C 편향 부재 등(33b)을 배치해도 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 끼워진 조광층으로 이루어지는 형태로 할 수 있다. 한편, 조광 장치의 동작시, 예를 들면, 제1 투명 전극에는 제2 투명 전극보다 높은 전압이 인가된다.
조광층은, 무기 또는 유기 일렉트로크로믹 재료(electrochromic material)의 산화환원 반응에 의해 발생하는 물질의 색변화를 응용한 광 셔터로 이루어지는 형태로 할 수 있다. 구체적으로는, 조광층은 무기 또는 유기의 일렉트로크로믹 재료를 포함하는 형태로 할 수 있고, 나아가, 조광층은, 제1 투명 전극 측으로부터, WO3층/Ta2O5층/IrXSn1-XO층과 같은 무기 일렉트로크로믹 재료층의 적층 구조, 또는, WO3층/Ta2O5층/IrOx층과 같은 무기 일렉트로크로믹 재료층의 적층 구조를 갖는 형태로 할 수 있다. WO3층 대신에, MoO3층이나 V2O5층을 이용할 수 있다. 또한, IrOx층 대신에, ZrO2층, 인산 지르코늄층을 이용할 수 있고, 또는, 프러시안 블루(Prussian blue) 착물/니켈 치환 프러시안 블루 착물 등을 이용할 수도 있다. 유기 일렉트로크로믹 재료로서, 예를 들면, 일본특허공개 제2014-111710호 공보나 일본특허공개 제2014-159385호 공보에 개시된 일렉트로크로믹 재료를 이용할 수도 있다.
또는, 조광층은 전기영동 분산액을 포함하는 형태로 할 수 있고, 조광 장치를, 금속(예를 들면, 은 입자)의 가역적인 산화환원 반응에 의해 발생하는 전착·해리 현상을 응용한 전착 방식(electrodeposition, 전계 석출)에 의한 광 셔터, 즉, 조광층은 금속 이온을 포함하는 전해질을 포함하는 형태로 할 수도 있다.
여기서, 전기영동 분산액은, 대전한 다수의 전기영동 입자, 및, 전기영동 입자와는 다른 색의 분산매로 구성된다. 예를 들면, 제1 투명 전극에 패터닝을 실시하고, 제2 투명 전극에는 패터닝을 실시하지 않은 경우(소위 솔리드 전극(solid electrode) 구성)로서, 전기영동 입자를 음으로 대전시킨 경우, 제1 투명 전극에 상대적으로 음의 전압을 인가하고, 제2 투명 전극에 상대적으로 양의 전압을 인가하면, 음으로 대전하고 있는 전기영동 입자는 제2 투명 전극을 덮도록 영동한다. 따라서, 조광 장치에 있어서의 차광율은 높은 값이 된다. 한편, 이와는 반대로, 제1 투명 전극에 상대적으로 양의 전압을 인가하고, 제2 투명 전극에 상대적으로 음의 전압을 인가하면, 전기영동 입자는 제1 투명 전극을 덮도록 영동한다. 따라서, 조광 장치에 있어서의 차광율은 낮은 값이 된다. 이러한 투명 전극에의 인가를 적절하게 행함으로써, 조광 장치에 있어서의 차광율의 제어를 행할 수 있다. 전압은 직류여도 되고, 교류여도 된다. 패터닝된 제1 투명 전극의 형상은, 전기영동 입자가 제1 투명 전극을 덮도록 영동하고, 조광 장치에 있어서의 차광율이 낮은 값이 되었을 때, 조광 장치에 있어서의 차광율의 값의 최적화를 도모할 수 있도록 한 형상으로 하면 되고, 다양한 시험을 행하여 결정하면 된다. 필요에 따라, 투명 전극 위에 절연층을 형성해도 된다. 이러한 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, 폴리스티렌 수지 등을 들 수 있다.
조광 장치를 구성하는 투명한 제1 기판 및 제2 기판을 구성하는 재료로서, 구체적으로는, 소다라임 유리, 백판 유리 등의 투명한 유리 기판이나, 플라스틱 기판, 플라스틱 시트, 플라스틱 필름을 들 수 있다. 여기서, 플라스틱으로서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리카보네이트, 셀룰로오스 아세테이트 등의 셀룰로오스 에스테르, 플루오르화 폴리비닐리덴 또는 폴리테트라플루오로에틸렌과 헥사플루오로프로필렌의 공중합체 등의 불소 폴리머, 폴리옥시메틸렌 등의 폴리에테르, 폴리아세탈, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 메틸펜텐 폴리머 등의 폴리올레핀, 폴리아미드이미드 또는 폴리에테르이미드 등의 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌설파이드, 플루오르화 폴리비닐리덴, 테트라아세틸셀룰로오스, 브롬화 페녹시, 폴리아릴레이트, 폴리술폰 등을 들 수 있다. 플라스틱 시트, 플라스틱 필름은, 쉽게 구부러지지 않는 강성을 가지고 있어도 되고, 가요성을 가지고 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, 외연부에 있어서 봉지 부재에 의해 봉지되고, 접착되어 있다. 시일제라고도 불리는 봉지 부재로서, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 아세트산비닐계 수지, 엔티올계 수지, 실리콘계 수지, 변성 폴리머 수지 등의, 열경화형, 광경화형, 습기경화형, 혐기(嫌氣) 경화형 등의 각종 수지를 이용할 수 있다.
조광 장치를 구성하는 기판의 일방이 광학 장치의 구성 부재(구체적으로는, 체적 홀로그램 회절 격자가 직접 대기와 접하지 않도록 배치되는 보호 부재)를 겸하는 구성으로 하면, 표시 장치 전체의 중량 감소를 도모할 수 있고, 표시 장치의 사용자에게 불쾌감을 느끼게 할 우려가 없다. 한편, 타방의 기판은 일방의 기판보다 얇은 구성으로 할 수 있다.
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 도핑의 In2O3, 결정성 ITO 및 아모퍼스 ITO를 포함함), 불소 도핑 SnO2(FTO), IFO(F 도핑의 In2O3), 안티몬 도핑 SnO2(ATO), SnO2, ZnO(Al 도핑의 ZnO나 B 도핑의 ZnO를 포함함), 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 것이 아니고, 또한, 이들을 2종류 이상 조합시켜 이용할 수도 있다. 제1 투명 전극이나 제2 투명 전극은, 진공 증착법이나 스퍼터링법 등의 물리적 기상 성장법(PVD법), 각종 화학적 기상 성장법(CVD법), 각종 도포법 등에 기초하여 형성할 수 있고, 패터닝은, 에칭법, 리프트 오프법, 각종 마스크를 이용하는 방법 등의 임의의 방법으로 행할 수 있다.
조광 장치는 프론트부에 배치되어 있는 형태로 할 수 있다. 그리고, 이 경우, 프론트부는 림을 가지며; 조광 장치는 림에 끼워 넣어져 있는 형태로 할 수 있다. 또한, 이상으로 설명한 다양한 바람직한 형태를 포함하는 본 개시의 표시 장치에 있어서, 관찰자 측에서부터, 광학 장치, 조광 장치의 순서로 배치해도 되고, 조광 장치, 광학 장치의 순서로 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. 이들 형태를 조합시켜도 된다.
또는, 외부 환경으로부터 조광 장치를 투과한 광에 기초하는 조도를 측정하는 제2 조도 센서(편의상, 『투과광 조도 측정 센서』라고 부르는 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 2개 배치하고, 고 차광율의 부분을 통과한 광에 기초하는 조도의 측정, 저 차광율의 부분을 통과한 광에 기초하는 조도의 측정을 행해도 된다. 이들 형태를 조합시켜도 된다. 나아가, 이들 형태와, 상기 조도 센서(환경 조도 측정 센서)의 측정 결과에 기초하여 제어를 행하는 형태를 조합시켜도 된다.
조도 센서(환경 조도 측정 센서, 투과광 조도 측정 센서)는, 주지된 조도 센서로 구성하면 되고, 조도 센서의 제어는 주지된 제어 회로에 기초하여 행하면 된다.
조광 장치의 최고 광투과율은 50% 이상이며, 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 부착하고(구체적으로는, 제1 투명 전극이나 제2 투명 전극에 커넥터를 부착하고), 조광 장치의 차광율을 제어하기 위한 제어 회로(조광 장치·제어 회로로, 예를 들면, 화상 형성 장치를 제어하기 위한 제어 장치에 포함되어 있음)에 이 커넥터 및 배선을 통해 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, 한정하는 것이 아니지만, 갈색을 예시할 수 있다.
관찰자가, 조광 장치 및 광학 장치를 통과한 광의 밝기를 관찰하고, 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, 고 차광율의 부분을 통과한 광에 기초하는 조도의 측정, 저 차광율의 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 관찰하고, 관찰자가, 스위치나 버튼, 다이얼, 슬라이더, 노브 등을 조작함으로써 수동으로 제어, 조정할 수도 있다. 차광율의 조정을 행하는 경우, 광학 장치에 테스트 패턴을 표시해도 된다.
한편, 본 개시는 이하와 같은 구성을 취할 수도 있다.
[A01] 《광학 장치》
화상 형성 장치로부터 출사된 광이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치로서,
제1 도광판과 제2 도광판, 및 제1 도광판에 설치된 제1 편향 유닛과 제2 도광판에 설치된 제2 편향 유닛을 구비하고 있고,
제1 편향 유닛은 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재로 구성되어 있고,
제2 편향 유닛은 제2 A 편향 부재, 제2 B 편향 부재 및 제2 C 편향 부재로 구성되어 있고,
제1 A 편향 부재에는, 화상 형성 장치로부터 출사된 광의 일부가 입사되고,
제1 A 편향 부재에 입사한 광은, 제1 A 편향 부재에 의해 편향되고, 제1 도광판의 내부에서 전반사되어 제1 B 편향 부재에 입사하고, 제1 B 편향 부재에 의해 편향되고, 제1 도광판의 내부에서 전반사되어 제1 C 편향 부재에 입사하고, 제1 C 편향 부재에 의해 편향되어, 관찰자의 눈동자를 향해 출사되고,
제2 A 편향 부재에는, 화상 형성 장치로부터 출사된 광의 적어도 잔부가 입사되고,
제2 A 편향 부재에 입사한 광은, 제2 A 편향 부재에 의해 편향되고, 제2 도광판의 내부에서 전반사되어 제2 B 편향 부재에 입사하고, 제2 B 편향 부재에 의해 편향되고, 제2 도광판의 내부에서 전반사되어 제2 C 편향 부재에 입사하고, 제2 C 편향 부재에 의해 편향되어, 관찰자의 눈동자를 향해 출사되고,
제1 B 편향 부재에 의해 편향된 광의 제1 도광판에 있어서의 전파 방향을 제1 도광판에 정사영했을 때의 방향을 제1 방향, 제2 B 편향 부재에 의해 편향된 광의 제2 도광판에 있어서의 전파 방향을 제1 도광판에 정사영했을 때의 방향을 제2 방향으로 했을 때, 제1 방향은 제2 방향과 반대 방향인 광학 장치.
[A02] 제1 도광판과 제2 도광판은 병치되어 있는 [A01]에 기재된 광학 장치.
[A03] 화상 형성 장치의 화상 형성 영역 중심점으로부터 출사된 광선이 제1 도광판과 충돌하는 제1 도광판 상의 점을 원점으로 하고,
원점을 지나는 XYZ 직교 좌표계에 있어서,
원점을 지나고 제1 방향에 평행한 직선과, 원점을 지나고 제2 방향에 평행한 직선이 교차하는 교차 각도 중, 예각의 교차 각도의 이등분선으로서, 제1 방향을 향하는 이등분선을 포함하는 축을 +X축으로 하고,
원점을 지나고 제1 도광판에 수직인 축을 Z축으로 하고,
X축 및 Z축과 직교하는 축을 Y축으로 했을 때,
제1 편향 유닛과 제2 편향 유닛은, YZ 평면에 대칭인 위치에 배치되어 있는 [A01] 또는 [A02]에 기재된 광학 장치.
[A04] 제1 편향 유닛은, Z축을 중심으로 하여, 반시계 방향 또는 시계 방향의 제1 회전 방향으로 회전한 상태로 배치되어 있고,
제2 편향 유닛은, Z축을 중심으로 하여, 시계 방향 또는 반시계 방향의 제2 회전 방향으로 회전한 상태로 배치되어 있는 [A03]에 기재된 광학 장치.
[A05] +X축을 기준으로 하여, 제1 회전 방향으로의 회전 각도를 φ1, 제2 회전 방향으로의 회전 각도를 φ2로 했을 때,
|φ1| = |φ2|
를 만족하는 [A04]에 기재된 광학 장치.
[A06] 0(도) <|φ1| = |φ2| ≤ 23(도)
를 만족하는 [A05]에 기재된 광학 장치.
[A07] 제1 B 편향 부재에 입사하는 광의 방향과 제1 B 편향 부재로부터 출사하는 광의 방향이 이루는 각도를 ψ1, 제2 B 편향 부재에 입사하는 광의 방향과 제2 B 편향 부재로부터 출사하는 광의 방향이 이루는 각도를 ψ2로 했을 때,
90도 < ψ1
90도 < ψ2
를 만족하는 [A03] 내지 [A06] 중 어느 한 항에 기재된 광학 장치.
[A08] 90도 < ψ1 ≤105도
90도 < ψ2 ≤ 105도
를 만족하는 [A07]에 기재된 광학 장치.
[A09] ψ1 = ψ2
를 만족하는 [A07] 또는 [A08]에 기재된 광학 장치.
[A10] 화상 형성 장치의 화상 형성 영역 중심점으로부터 출사된 광선이 제1 도광판과 충돌하는 제1 도광판 상의 점을 원점으로 하고,
원점을 지나는 XYZ 직교 좌표계에 있어서,
원점을 지나고 제1 방향에 평행한 직선과, 원점을 지나고 제2 방향에 평행한 직선이 교차하는 교차 각도 중, 예각의 교차 각도의 이등분선으로서, 제1 방향을 향하는 이등분선을 포함하는 축을 +X축으로 하고,
원점을 지나고 제1 도광판에 수직인 축을 Z축으로 하고,
X축 및 Z축과 직교하는 축을 Y축으로 했을 때,
화상 형성 장치의 화상 형성 영역 중심점으로부터 출사되어 원점에 입사하는 광선을 제1 도광판에 정사영했을 때의 정사영상과 X축이 이루는 각도(θX)는 90도 미만인 [A01] 내지 [A09] 중 어느 한 항에 기재된 광학 장치.
[A11] 70(도)≤ θ0 <90(도)
를 만족하는 [A10]에 기재된 광학 장치.
[A12] 화상 형성 장치의 화상 형성 영역 중심점으로부터 출사되어 원점에 입사하는 광선을 YZ 평면에 정사영했을 때의 정사영상과 Y축이 이루는 각도(θX)는 -20도 이상, 20도 이하인 [A10] 또는 [A11]에 기재된 광학 장치.
[A13] 제1 B 편향 부재를 제1 도광판(XY 평면)에 정사영했을 때의 제1 B 편향 부재 정사영상과, 제2 B 편향 부재를 제1 도광판(XY 평면)에 정사영했을 때의 제2 B 편향 부재 정사영상은 부분적으로 중복되어 있는 [A03] 내지 [A12] 중 어느 한 항에 기재된 광학 장치.
[A14] 제1 B 편향 부재 정사영상의 +X축 방향 단부와 제2 B 편향 부재 정사영상의 -X축 방향 단부는 중복되어 있는 [A13]에 기재된 광학 장치.
[A15] 제1 A 편향 부재 및 제2 A 편향 부재는 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지고,
제1 A 편향 부재가 갖는 파수 벡터를 kv 1-A로 하고, kv 1-A의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 1-A, kY 1-A, kZ 1-A로 하고, 제2 A 편향 부재가 갖는 파수 벡터를 kv 2-A로 하고, kv 2-A의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 2-A, kY 2-A, kZ 2-A로 했을 때,
kX 1-A+kX 2-A=0
kY 1-A=kY 2-A
kZ 1-A=kZ 2-A
를 만족하는 [A03] 내지 [A14] 중 어느 한 항에 기재된 광학 장치.
[A16] 제1 C 편향 부재 및 제2 C 편향 부재는 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지고,
제1 C 편향 부재가 갖는 파수 벡터를 kv 1-C로 하고, kv 1-C의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 1-C, kY 1-C, kZ 1-C로 하고, 제2 C 편향 부재가 갖는 파수 벡터를 kv 2-C로 하고, kv 2-C의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 2-C, kY 2-C, kZ 2-C로 했을 때,
kX 1-C+kX 2-C=0
kY 1-C=kY 2-C
kZ 1-C=kZ 2-C
를 만족하는 [A15]에 기재된 광학 장치.
[A17] 제1 B 편향 부재 및 제2 B 편향 부재는 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지고,
제1 B 편향 부재가 갖는 파수 벡터를 kv 1-B로 하고, kv 1-B의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 1-B, kY 1-B, kZ 1-B로 하고, 제2 B 편향 부재가 갖는 파수 벡터를 kv 2-B로 하고, kv 2-B의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 2-B, kY 2-B, kZ 2-B로 했을 때,
kX 1-B+kX 2-B=0
kY 1-B=kY 2-B
kZ 1-B=kZ 2-C
를 만족하는 [A16]에 기재된 광학 장치.
[A18] kv 1 -A+kv 1 -B+kv 1 -C=0
kv 2-A+kv 2-B+kv 2-C=0
을 만족하는 [A17]에 기재된 광학 장치.
[A19] 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재는 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지고,
화상 형성 장치로부터 출사되는 광에 대한 제1 A 편향 부재의 평균 회절 효율을 η1-A, 제1 B 편향 부재의 평균 회절 효율을 η1-B, 제1 C 편향 부재의 평균 회절 효율을 η1-C로 했을 때,
η1-B/η1-A<1
η1-C/η1-A<1
을 만족하고,
제2 A 편향 부재, 제2 B 편향 부재 및 제2 C 편향 부재는 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지고,
화상 형성 장치로부터 출사되는 광에 대한 제2 A 편향 부재의 평균 회절 효율을 η2-A, 제2 B 편향 부재의 평균 회절 효율을 η2-B, 제2 C 편향 부재의 평균 회절 효율을 η2-C로 했을 때,
η2-B/η2-A<1
η2-C/η2-A<1
을 만족하는 [A01] 내지 [A18] 중 어느 한 항에 기재된 광학 장치.
[B01] 《화상 표시 장치》
화상 형성 장치, 및
화상 형성 장치로부터 출사된 광이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치를 구비한 화상 표시 장치로서,
광학 장치는, 제1 도광판과 제2 도광판, 및 제1 도광판에 설치된 제1 편향 유닛과 제2 도광판에 설치된 제2 편향 유닛을 구비하고 있고,
제1 편향 유닛은 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재로 구성되어 있고,
제2 편향 유닛은 제2 A 편향 부재, 제2 B 편향 부재 및 제2 C 편향 부재로 구성되어 있고,
제1 A 편향 부재에는, 화상 형성 장치로부터 출사된 광의 일부가 입사되고,
제1 A 편향 부재에 입사한 광은, 제1 A 편향 부재에 의해 편향되고, 제1 도광판의 내부에서 전반사되어 제1 B 편향 부재에 입사하고, 제1 B 편향 부재에 의해 편향되고, 제1 도광판의 내부에서 전반사되어 제1 C 편향 부재에 입사하고, 제1 C 편향 부재에 의해 편향되어, 관찰자의 눈동자를 향해 출사되고,
제2 A 편향 부재에는, 화상 형성 장치로부터 출사된 광의 적어도 잔부가 입사되고,
제2 A 편향 부재에 입사한 광은, 제2 A 편향 부재에 의해 편향되고, 제2 도광판의 내부에서 전반사되어 제2 B 편향 부재에 입사하고, 제2 B 편향 부재에 의해 편향되고, 제2 도광판의 내부에서 전반사되어 제2 C 편향 부재에 입사하고, 제2 C 편향 부재에 의해 편향되어, 관찰자의 눈동자를 향해 출사되고,
제1 B 편향 부재에 의해 편향된 광의 제1 도광판에 있어서의 전파 방향을 제1 도광판에 정사영했을 때의 방향을 제1 방향, 제2 B 편향 부재에 의해 편향된 광의 제2 도광판에 있어서의 전파 방향을 제1 도광판에 정사영했을 때의 방향을 제2 방향으로 했을 때, 제1 방향은 제2 방향과 반대 방향인 화상 표시 장치.
[B02] 《화상 표시 장치》
화상 형성 장치, 및
화상 형성 장치로부터 출사된 광이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치를 구비한 화상 표시 장치로서,
광학 장치는, [A01] 내지 [A19] 중 어느 한 항에 기재된 광학 장치로 이루어지는 화상 표시 장치.
[C01] 《표시 장치》
관찰자의 두부에 장착되는 프레임, 및
프레임에 부착된 화상 표시 장치를 구비한 표시 장치로서,
화상 표시 장치는, 화상 형성 장치, 및 화상 형성 장치로부터 출사된 광이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치를 구비하고 있고,
광학 장치는, 제1 도광판과 제2 도광판, 및 제1 도광판에 설치된 제1 편향 유닛과 제2 도광판에 설치된 제2 편향 유닛을 구비하고 있고,
제1 편향 유닛은 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재로 구성되어 있고,
제2 편향 유닛은 제2 A 편향 부재, 제2 B 편향 부재 및 제2 C 편향 부재로 구성되어 있고,
제1 A 편향 부재에는, 화상 형성 장치로부터 출사된 광의 일부가 입사되고,
제1 A 편향 부재에 입사한 광은, 제1 A 편향 부재에 의해 편향되고, 제1 도광판의 내부에서 전반사되어 제1 B 편향 부재에 입사하고, 제1 B 편향 부재에 의해 편향되고, 제1 도광판의 내부에서 전반사되어 제1 C 편향 부재에 입사하고, 제1 C 편향 부재에 의해 편향되어, 관찰자의 눈동자를 향해 출사되고,
제2 A 편향 부재에는, 화상 형성 장치로부터 출사된 광의 적어도 잔부가 입사되고,
제2 A 편향 부재에 입사한 광은, 제2 A 편향 부재에 의해 편향되고, 제2 도광판의 내부에서 전반사되어 제2 B 편향 부재에 입사하고, 제2 B 편향 부재에 의해 편향되고, 제2 도광판의 내부에서 전반사되어 제2 C 편향 부재에 입사하고, 제2 C 편향 부재에 의해 편향되어, 관찰자의 눈동자를 향해 출사되고,
제1 B 편향 부재에 의해 편향된 광의 제1 도광판에 있어서의 전파 방향을 제1 도광판에 정사영했을 때의 방향을 제1 방향, 제2 B 편향 부재에 의해 편향된 광의 제2 도광판에 있어서의 전파 방향을 제1 도광판에 정사영했을 때의 방향을 제2 방향으로 했을 때, 제1 방향은 제2 방향과 반대 방향인 표시 장치.
[C02] 《표시 장치》
관찰자의 두부에 장착되는 프레임, 및
프레임에 부착된 화상 표시 장치를 구비한 표시 장치로서,
화상 표시 장치는, 화상 형성 장치, 및 화상 형성 장치로부터 출사된 광이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치를 구비하고 있고,
광학 장치는, [A01] 내지 [A19] 중 어느 한 항에 기재된 광학 장치로 이루어지는 화상 표시 장치.
10: 광학 장치
11: 화상 표시 장치
20: 도광판
21: 도광판의 제1 면
22: 도광판의 제2 면
23: 지지 부재
31: 제1 A 편향 부재
32: 제1 B 편향 부재
33: 제1 C 편향 부재
41: 제2 A 편향 부재
42: 제2 B 편향 부재
43: 제2 C 편향 부재
50: 프레임
51: 프론트부
51': 림
51": 코받침
52: 경첩
53: 안경다리부
54: 안경귀걸이부
55: 배선(신호선이나 전원선 등)
56: 헤드폰부
57: 헤드폰부용 배선
58: 제어 장치(제어 회로, 제어 수단)
60, 60A, 60B, 60C: 화상 형성 장치
70: 케이스
71: 광원
72: 편광 빔 스플리터(PBS)
73: 액정 표시 장치(LCD)
74: 광학계(평행광 출사 광학계, 콜리메이트 광학계)
75: 유기 EL 표시 장치
76: 볼록 렌즈
81: 광원
82: 콜리메이트 광학계
83: 전반사 미러
84: 주사 수단
85: 릴레이 광학계
90: 관찰자의 눈동자
11: 화상 표시 장치
20: 도광판
21: 도광판의 제1 면
22: 도광판의 제2 면
23: 지지 부재
31: 제1 A 편향 부재
32: 제1 B 편향 부재
33: 제1 C 편향 부재
41: 제2 A 편향 부재
42: 제2 B 편향 부재
43: 제2 C 편향 부재
50: 프레임
51: 프론트부
51': 림
51": 코받침
52: 경첩
53: 안경다리부
54: 안경귀걸이부
55: 배선(신호선이나 전원선 등)
56: 헤드폰부
57: 헤드폰부용 배선
58: 제어 장치(제어 회로, 제어 수단)
60, 60A, 60B, 60C: 화상 형성 장치
70: 케이스
71: 광원
72: 편광 빔 스플리터(PBS)
73: 액정 표시 장치(LCD)
74: 광학계(평행광 출사 광학계, 콜리메이트 광학계)
75: 유기 EL 표시 장치
76: 볼록 렌즈
81: 광원
82: 콜리메이트 광학계
83: 전반사 미러
84: 주사 수단
85: 릴레이 광학계
90: 관찰자의 눈동자
Claims (18)
- 화상 형성 장치로부터 출사된 광이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치로서,
제1 도광판과 제2 도광판, 및 제1 도광판에 설치된 제1 편향 유닛과 제2 도광판에 설치된 제2 편향 유닛을 구비하고 있고,
제1 편향 유닛은 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재로 구성되어 있고,
제2 편향 유닛은 제2 A 편향 부재, 제2 B 편향 부재 및 제2 C 편향 부재로 구성되어 있고,
제1 A 편향 부재에는, 화상 형성 장치로부터 출사된 광의 일부가 입사되고,
제1 A 편향 부재에 입사한 광은, 제1 A 편향 부재에 의해 편향되고, 제1 도광판의 내부에서 전반사되어 제1 B 편향 부재에 입사하고, 제1 B 편향 부재에 의해 편향되고, 제1 도광판의 내부에서 전반사되어 제1 C 편향 부재에 입사하고, 제1 C 편향 부재에 의해 편향되어, 관찰자의 눈동자를 향해 출사되고,
제2 A 편향 부재에는, 화상 형성 장치로부터 출사된 광의 적어도 잔부(殘部)가 입사되고,
제2 A 편향 부재에 입사한 광은, 제2 A 편향 부재에 의해 편향되고, 제2 도광판의 내부에서 전반사되어 제2 B 편향 부재에 입사하고, 제2 B 편향 부재에 의해 편향되고, 제2 도광판의 내부에서 전반사되어 제2 C 편향 부재에 입사하고, 제2 C 편향 부재에 의해 편향되어, 관찰자의 눈동자를 향해 출사되고,
제1 B 편향 부재에 의해 편향된 광의 제1 도광판에 있어서의 전파 방향을 제1 도광판에 정사영했을 때의 방향을 제1 방향, 제2 B 편향 부재에 의해 편향된 광의 제2 도광판에 있어서의 전파 방향을 제1 도광판에 정사영했을 때의 방향을 제2 방향으로 했을 때, 제1 방향은 제2 방향과 반대 방향인, 광학 장치. - 제1항에 있어서,
제1 도광판과 제2 도광판은 병치되어 있는, 광학 장치. - 제1항에 있어서,
화상 형성 장치의 화상 형성 영역 중심점으로부터 출사된 광선이 제1 도광판과 충돌하는 제1 도광판 상의 점을 원점으로 하고,
원점을 지나는 XYZ 직교 좌표계에 있어서,
원점을 지나고 제1 방향에 평행한 직선과, 원점을 지나고 제2 방향에 평행한 직선이 교차하는 교차 각도 중, 예각의 교차 각도의 이등분선으로서, 제1 방향을 향하는 이등분선을 포함하는 축을 +X축으로 하고,
원점을 지나고 제1 도광판에 수직인 축을 Z축으로 하고,
X축 및 Z축과 직교하는 축을 Y축으로 했을 때,
제1 편향 유닛과 제2 편향 유닛은, YZ 평면에 대칭인 위치에 배치되어 있는, 광학 장치. - 제3항에 있어서,
제1 편향 유닛은, Z축을 중심으로 하여, 반시계 방향 또는 시계 방향의 제1 회전 방향으로 회전한 상태로 배치되어 있고,
제2 편향 유닛은, Z축을 중심으로 하여, 시계 방향 또는 반시계 방향의 제2 회전 방향으로 회전한 상태로 배치되어 있는, 광학 장치. - 제4항에 있어서,
+X축을 기준으로 하여, 제1 회전 방향으로의 회전 각도를 φ1, 제2 회전 방향으로의 회전 각도를 φ2로 했을 때,
|φ1| = |φ2|
를 만족하는, 광학 장치. - 제5항에 있어서,
0(도) <|φ1| = |φ2| ≤ 23(도)
를 만족하는, 광학 장치. - 제3항에 있어서,
제1 B 편향 부재에 입사하는 광의 방향과 제1 B 편향 부재로부터 출사하는 광의 방향이 이루는 각도를 ψ1, 제2 B 편향 부재에 입사하는 광의 방향과 제2 B 편향 부재로부터 출사하는 광의 방향이 이루는 각도를 ψ2로 했을 때,
90도 < ψ1
90도 < ψ2
를 만족하는, 광학 장치. - 제7항에 있어서,
90도 < ψ1 ≤ 105도
90도 < ψ2 ≤ 105도
를 만족하는, 광학 장치. - 제7항에 있어서,
ψ1 = ψ2
를 만족하는, 광학 장치. - 제1항에 있어서,
화상 형성 장치의 화상 형성 영역 중심점으로부터 출사된 광선이 제1 도광판과 충돌하는 제1 도광판 상의 점을 원점으로 하고,
원점을 지나는 XYZ 직교 좌표계에 있어서,
원점을 지나고 제1 방향에 평행한 직선과, 원점을 지나고 제2 방향에 평행한 직선이 교차하는 교차 각도 중, 예각의 교차 각도의 이등분선으로서, 제1 방향을 향하는 이등분선을 포함하는 축을 +X축으로 하고,
원점을 지나고 제1 도광판에 수직인 축을 Z축으로 하고,
X축 및 Z축과 직교하는 축을 Y축으로 했을 때,
화상 형성 장치의 화상 형성 영역 중심점으로부터 출사되어 원점에 입사하는 광선을 제1 도광판에 정사영했을 때의 정사영상과 X축이 이루는 각도는 90도 미만인, 광학 장치. - 제3항에 있어서,
제1 B 편향 부재를 제1 도광판에 정사영했을 때의 제1 B 편향 부재 정사영상과, 제2 B 편향 부재를 제1 도광판에 정사영했을 때의 제2 B 편향 부재 정사영상은 부분적으로 중복되어 있는, 광학 장치. - 제11항에 있어서,
제1 B 편향 부재 정사영상의 +X축 방향 단부와 제2 B 편향 부재 정사영상의 -X축 방향 단부는 중복되어 있는, 광학 장치. - 제3항에 있어서,
제1 A 편향 부재 및 제2 A 편향 부재는 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지고,
제1 A 편향 부재가 갖는 파수 벡터를 kv 1 -A로 하고, kv 1 -A의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 1 -A, kY 1 -A, kZ 1 -A로 하고, 제2 A 편향 부재가 갖는 파수 벡터를 kv 2 -A로 하고, kv 2-A의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 2 -A, kY 2 -A, kZ 2 -A로 했을 때,
kX 1 -A+kX 2 -A=0
kY 1 -A=kY 2 -A
kZ 1 -A=kZ 2 -A
를 만족하는, 광학 장치. - 제13항에 있어서,
제1 C 편향 부재 및 제2 C 편향 부재는 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지고,
제1 C 편향 부재가 갖는 파수 벡터를 kv 1 -C로 하고, kv 1 -C의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 1 -C, kY 1 -C, kZ 1 -C로 하고, 제2 C 편향 부재가 갖는 파수 벡터를 kv 2 -C로 하고, kv 2-C의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 2 -C, kY 2 -C, kZ 2 -C로 했을 때,
kX 1 -C+kX 2 -C=0
kY 1 -C=kY 2 -C
kZ 1 -C=kZ 2 -C
를 만족하는, 광학 장치. - 제14항에 있어서,
제1 B 편향 부재 및 제2 B 편향 부재는 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지고,
제1 B 편향 부재가 갖는 파수 벡터를 kv 1 -B로 하고, kv 1 -B의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 1 -B, kY 1 -B, kZ 1 -B로 하고, 제2 B 편향 부재가 갖는 파수 벡터를 kv 2 -B로 하고, kv 2-B의 X성분, Y성분, Z성분을 kX 2 -B, kY 2 -B, kZ 2 -B로 했을 때,
kX 1 -B+kX 2 -B=0
kY 1 -B=kY 2 -B
kZ 1 -B=kZ 2 -C
를 만족하는, 광학 장치. - 제15항에 있어서,
kv 1 -A+kv 1 -B+kv 1 -C=0
kv 2 -A+kv 2 -B+kv 2 -C=0
을 만족하는, 광학 장치. - 화상 형성 장치, 및
상기 화상 형성 장치로부터 출사된 광이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치를 구비한 화상 표시 장치로서,
상기 광학 장치는, 제1 도광판과 제2 도광판, 및 제1 도광판에 설치된 제1 편향 유닛과 제2 도광판에 설치된 제2 편향 유닛을 구비하고 있고,
제1 편향 유닛은 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재로 구성되어 있고,
제2 편향 유닛은 제2 A 편향 부재, 제2 B 편향 부재 및 제2 C 편향 부재로 구성되어 있고,
제1 A 편향 부재에는, 화상 형성 장치로부터 출사된 광의 일부가 입사되고,
제1 A 편향 부재에 입사한 광은, 제1 A 편향 부재에 의해 편향되고, 제1 도광판의 내부에서 전반사되어 제1 B 편향 부재에 입사하고, 제1 B 편향 부재에 의해 편향되고, 제1 도광판의 내부에서 전반사되어 제1 C 편향 부재에 입사하고, 제1 C 편향 부재에 의해 편향되어, 관찰자의 눈동자를 향해 출사되고,
제2 A 편향 부재에는, 화상 형성 장치로부터 출사된 광의 적어도 잔부가 입사되고,
제2 A 편향 부재에 입사한 광은, 제2 A 편향 부재에 의해 편향되고, 제2 도광판의 내부에서 전반사되어 제2 B 편향 부재에 입사하고, 제2 B 편향 부재에 의해 편향되고, 제2 도광판의 내부에서 전반사되어 제2 C 편향 부재에 입사하고, 제2 C 편향 부재에 의해 편향되어, 관찰자의 눈동자를 향해 출사되고,
제1 B 편향 부재에 의해 편향된 광의 제1 도광판에 있어서의 전파 방향을 제1 도광판에 정사영했을 때의 방향을 제1 방향, 제2 B 편향 부재에 의해 편향된 광의 제2 도광판에 있어서의 전파 방향을 제1 도광판에 정사영했을 때의 방향을 제2 방향으로 했을 때, 제1 방향은 제2 방향과 반대 방향인, 화상 표시 장치. - 관찰자의 두부(頭部)에 장착되는 프레임, 및
상기 프레임에 부착된 화상 표시 장치를 구비한 표시 장치로서,
상기 화상 표시 장치는, 화상 형성 장치, 및 상기 화상 형성 장치로부터 출사된 광이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치를 구비하고 있고,
상기 광학 장치는, 제1 도광판과 제2 도광판, 및 제1 도광판에 설치된 제1 편향 유닛과 제2 도광판에 설치된 제2 편향 유닛을 구비하고 있고,
제1 편향 유닛은 제1 A 편향 부재, 제1 B 편향 부재 및 제1 C 편향 부재로 구성되어 있고,
제2 편향 유닛은 제2 A 편향 부재, 제2 B 편향 부재 및 제2 C 편향 부재로 구성되어 있고,
제1 A 편향 부재에는, 화상 형성 장치로부터 출사된 광의 일부가 입사되고,
제1 A 편향 부재에 입사한 광은, 제1 A 편향 부재에 의해 편향되고, 제1 도광판의 내부에서 전반사되어 제1 B 편향 부재에 입사하고, 제1 B 편향 부재에 의해 편향되고, 제1 도광판의 내부에서 전반사되어 제1 C 편향 부재에 입사하고, 제1 C 편향 부재에 의해 편향되어, 관찰자의 눈동자를 향해 출사되고,
제2 A 편향 부재에는, 화상 형성 장치로부터 출사된 광의 적어도 잔부가 입사되고,
제2 A 편향 부재에 입사한 광은, 제2 A 편향 부재에 의해 편향되고, 제2 도광판의 내부에서 전반사되어 제2 B 편향 부재에 입사하고, 제2 B 편향 부재에 의해 편향되고, 제2 도광판의 내부에서 전반사되어 제2 C 편향 부재에 입사하고, 제2 C 편향 부재에 의해 편향되어, 관찰자의 눈동자를 향해 출사되고,
제1 B 편향 부재에 의해 편향된 광의 제1 도광판에 있어서의 전파 방향을 제1 도광판에 정사영했을 때의 방향을 제1 방향, 제2 B 편향 부재에 의해 편향된 광의 제2 도광판에 있어서의 전파 방향을 제1 도광판에 정사영했을 때의 방향을 제2 방향으로 했을 때, 제1 방향은 제2 방향과 반대 방향인, 표시 장치.
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