TW201537217A - 光學裝置、影像投影裝置及電子機器 - Google Patents

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Fumika Yamada
Masatoshi Yonekubo
Osamu Yokoyama
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Seiko Epson Corp
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Abstract

本發明提供一種光學裝置，其用於影像投影裝置，可藉由簡易之構成顯示高品質之圖像。又，本發明提供一種影像投影裝置，其具有此種光學裝置，可顯示高品質之圖像。進而，本發明提供一種電子機器，其具有此種影像投影裝置，可顯示高品質之圖像。 本發明之特徵在於包括：導光板21；透過型之第1繞射元件31，其設置於導光板21之第1面21a，使於導光板21之內部傳導之光之至少一部分繞射並將其擷取；透過型之第2繞射元件32，其設置於導光板21之第1面21a，使朝向導光板21之光之至少一部分繞射；及反射型之第3繞射元件33，其設置於導光板21之與第1面21a為相反側之面即第2面21b，使經由第2繞射元件32入射至導光板21之內部之光之至少一部分繞射。

Description

光學裝置、影像投影裝置及電子機器
本發明係關於一種光學裝置、影像投影裝置及電子機器。
近年來，使用具有導光板之光學裝置將自影像顯示裝置射出之影像光傳導至觀察者之眼中而使觀察者觀察到影像(虛像)之影像投影裝置不斷商品化。例如，於作為影像投影裝置之一種之頭戴式顯示器中，一直進行著關於小型化、廣視角化、高效率化之開發。於此種光學裝置中，自先前便提出，以用以使光入射至導光板內、或使於導光板內傳導之光射出之構成使用繞射光學元件。
且說，繞射光學元件之繞射特性中存在較大之波長相依性。因此，於具有使用繞射光學元件之光學裝置之影像投影裝置中，有時所觀察到之虛像之顏色不均會變大。
因此，提出一種具有與複數種顏色(例如，紅、綠、藍)之光之各者對應之複數個繞射光學元件之光學裝置。於使用此種光學裝置之影像投影裝置中，藉由使導光板所傳導之光中包含之複數種顏色之光於與各色之光對應之繞射光學元件繞射，可顯示降低了因繞射效率之波長相依性而導致之每種顏色之效率差的虛像(例如，專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2009-186794號公報
於上述專利文獻1所記載之構成中，關於使光入射至導光板內之構成、及用以使光自導光板內射出之構成之各者，與於導光板內傳導之光中所包含之複數種顏色對應地積層有複數個繞射光學元件。因此，於上述專利文獻1所記載之光學裝置中，有構造變得複雜，影像投影裝置之製造成本增大之虞。
又，於積層而設置與不同顏色對應之複數個繞射光學元件之情形時，利用與一種顏色對應之繞射光學元件繞射之光入射至與其他顏色對應之繞射光學元件，而接受進一步之繞射。因此，有時亦會產生難以控制繞射角、所顯示之虛像之畫質降低等問題。
本發明係鑒於此種情況而完成者，其目的在於提供一種光學裝置，其用於影像投影裝置，可藉由簡易之構成顯示高品質之圖像。又，以提供一種具有此種光學裝置且可顯示高品質之圖像之影像投影裝置一併作為目的。進而，以提供一種具有此種影像投影裝置且可顯示高品質之圖像之電子機器一併作為目的。
為解決上述課題，本發明之一態樣提供一種光學裝置，其特徵在於包括：導光體；透過型之第1繞射元件，其設置於上述導光體之第1面，使於上述導光體之內部傳導之光之至少一部分繞射並將其擷取；透過型之第2繞射元件，其設置於上述導光體之上述第1面，使朝向上述導光體之光之至少一部分繞射；及反射型之第3繞射元件，其設置於上述導光體之與上述第1面為相反側之面即第2面，使經由上述第2繞射元件入射至上述導光體之內部之光之至少一部分繞射。
根據該構成，因可使於第2繞射元件未繞射之0次光於第3繞射元件繞射，故可增加自第1繞射元件射出之光之光量。因此，可藉由簡易之構成顯示明亮且高品質之影像(虛像)。
於本發明之一態樣中，亦可形成如下構成，即於上述第2繞射元件繞射之光與上述第1面所成之角係和於上述第3繞射元件繞射之光與上述第2面所成之角相同之角度。
根據該構成，可容易地以高效率使光自導光體射出。
於本發明之一態樣中，亦可形成如下構成，即上述第3繞射元件包含表面凹凸型之繞射光柵、及覆蓋上述繞射光柵之表面之反射膜。
根據該構成，可實現光學裝置整體之薄型化。
於本發明之一態樣中，亦可形成如下構成，即上述第3繞射元件包含透過型之繞射光柵、及設置於相對於上述繞射光柵而與上述第2面為相反之側之第1反射構件。
根據該構成，可藉由簡易之構成顯示明亮且高品質之影像(虛像)。
於本發明之一態樣中，亦可形成如下構成，即上述第2繞射元件於上述第2繞射元件之與上述第1面為相反側之面，具有以覆蓋上述導光體之一部分之方式設置之第2反射構件。
根據該構成，可使於第3繞射元件未繞射之0次光於第2繞射元件繞射。因此，可增加自第1繞射元件射出之光之光量，可藉由簡易之構成顯示明亮且高品質之影像(虛像)。
於本發明之一態樣中，亦可形成如下構成，即上述第1繞射元件、上述第2繞射元件及上述第3繞射元件中之至少1個為體積全像片。
根據該構成，一般而言，體積全像片之繞射效率較表面凹凸型之繞射元件高，因此可增加自第1繞射元件射出之光之光量，可藉由簡易之構成顯示明亮且高品質之影像(虛像)。
於本發明之一態樣中，亦可形成如下構成，即上述第1繞射元件包含：第1部分，其使第1波長頻帶之光以相對於上述第1面成為第1角 度之方式繞射；及第2部分，其使第2波長頻帶之光以相對於上述第1面成為上述第1角度之方式繞射。
根據該構成，可自第1繞射元件射出針對每個波長頻帶而分光之光。
於本發明之一態樣中，亦可形成如下構成，即上述第2繞射元件包含：第3部分，其使上述第1波長頻帶之光以相對於上述第1面成為第2角度之方式繞射；及第4部分，其使上述第2波長頻帶之光以相對於上述第1面成為上述第2角度之方式繞射。
根據該構成，可將於第2繞射元件分光之光自第1繞射元件射出。
於本發明之一態樣中，亦可形成如下構成，即設置為：於上述第3部分繞射之上述第1波長頻帶之光入射至上述第1部分，於上述第4部分繞射之上述第2波長頻帶之光入射至上述第2部分。
根據該構成，可將於第2繞射元件分光之光以高效率自第1繞射元件射出。
於本發明之一態樣中，亦可形成如下構成，即上述第3繞射元件包含：第5部分，其使上述第1波長頻帶之光以相對於第2面成為上述第2角度之方式繞射；及第6部分，其使上述第2波長頻帶之光以相對於上述第2面成為上述第2角度之方式繞射。
根據該構成，可將於第3繞射元件分光之光自第1繞射元件射出。
於本發明之一態樣中，亦可形成如下構成，即設置為：於上述第5部分繞射之上述第1波長頻帶之光入射至上述第1部分，於上述第6部分繞射之上述第2波長頻帶之光入射至上述第2部分。
又，本發明之一態樣提供一種影像投影裝置，其特徵在於：包含射出影像光之影像顯示裝置、及上述光學裝置，且上述光學裝置使 上述影像光入射至上述導光體，使於上述導光體之內部傳播之上述影像光於上述第1繞射元件繞射，並將其擷取。
根據該構成，因具有上述光學裝置，故可顯示高品質之圖像。
又，本發明之一態樣提供一種電子機器，其特徵在於：包含上述影像投影裝置。
根據該構成，因具有上述影像投影裝置，故可顯示高品質之圖像。
1‧‧‧光學裝置
2‧‧‧光學裝置
3‧‧‧光學裝置
21‧‧‧導光板(導光體)
21a‧‧‧第1面
21b‧‧‧第2面
21x‧‧‧一端
21y‧‧‧另一端
31‧‧‧第1繞射部(第1繞射元件)
32‧‧‧第2繞射部(第2繞射元件)
33‧‧‧第3繞射部(第3繞射元件)
34‧‧‧第3繞射部(第3繞射元件)
34a‧‧‧透過型之繞射元件
34b‧‧‧第1反射板(第1反射構件)
35‧‧‧第2反射板(第2反射構件)
100‧‧‧本體部
110A‧‧‧左眼用顯示部
110B‧‧‧右眼用顯示部
120A‧‧‧影像形成部
121A‧‧‧左眼用之影像顯示部
122A‧‧‧投射光學系統
130A‧‧‧導光單元
130B‧‧‧右眼用之導光單元
131A‧‧‧視認部
131B‧‧‧右眼用之視認部
200‧‧‧控制部
210‧‧‧操作部
250‧‧‧操作按鈕部
300‧‧‧纜線
410A‧‧‧左眼用之背光源
411A‧‧‧左眼用之光調變元件
1000‧‧‧顯示裝置
d‧‧‧條紋間距
d'‧‧‧條紋間距
L‧‧‧光
L0‧‧‧光
L1‧‧‧光
L2‧‧‧光
LE‧‧‧使用者之左眼
NL‧‧‧外光
α‧‧‧傳播角
λ‧‧‧波長
θ‧‧‧布勒格反射角
θ'‧‧‧布勒格反射角
θ1‧‧‧角度
θ2‧‧‧角度
θ3‧‧‧角度
‧‧‧傾斜角
‧‧‧傾斜角
圖1係本發明之一實施形態之電子機器之外觀圖。
圖2係表示顯示裝置之左眼用顯示部之構成例之俯視圖。
圖3係本發明之第1實施形態之光學裝置之說明圖。
圖4係本發明之第2實施形態之光學裝置之說明圖。
圖5係本發明之第3實施形態之光學裝置之說明圖。
圖6係表示本發明之變化例之光學裝置之設計思想之說明圖。
[第1實施形態]
以下，一面參照圖，一面對本發明之第1實施形態進行說明。再者，於以下全部之圖式中，為便於看清圖式，而使各構成要素之尺寸及比率等適當不同。
圖1係本實施形態之電子機器之外觀圖。於本實施形態中，作為電子機器，示出有透過型之頭戴式顯示器(顯示裝置1000)。顯示裝置1000包含本發明之一態樣之光學裝置及本發明之一態樣之影像投影裝置。
本實施形態之顯示裝置1000包含具有如眼鏡之形狀之本體部100、及具有可供使用者之手握持之程度之大小之控制部200。
本體部100與控制部200藉由有線或無線而可通信地連接。於本 實施形態中，本體部100與控制部200係藉由纜線300可通信地連接。而且，本體部100與控制部200經由該纜線，相互之間傳送影像信號及控制信號。
本體部100包含左眼用顯示部110A、及右眼用顯示部110B。
左眼用顯示部110A包括：影像形成部120A，其形成左眼用影像之影像光；及導光單元130A，其傳導左眼用影像之影像光。
影像形成部120A收容於眼鏡型之本體部100中之眼鏡之掛耳部分，導光單元130A收容於眼鏡型之本體部100中之眼鏡片部分。
於導光單元130A，設置有具有透光性之視認部131A。導光單元130A將於導光單元130A之內部傳播之左眼用影像之影像光自視認部131A向使用者之左眼射出。又，於顯示裝置1000中，視認部131A具有透光性，可經由視認部131A視認周圍。
另一方面，右眼用顯示部110B包含右眼用之影像形成部120B、右眼用之導光單元130B、及右眼用之視認部131B。左眼用顯示部110A與右眼用顯示部110B採用相同構成，具有相對於眼鏡型之本體部100之中央(鼻托附近)左右對稱之構成。
控制部200包含操作部210、及操作按鈕部250。使用者對控制部200之操作部210或操作按鈕部250進行操作輸入，進行對本體部100之指示。
圖2係表示本發明之一實施形態之顯示裝置1000之左眼用顯示部110A之構成例的俯視圖。於圖2中，示出有配戴本體部100之使用者之左眼LE。此處，僅對左眼用顯示部110A之構成例進行說明。
圖中所示之影像形成部120A與導光單元130A相當於本發明之影像投影裝置。導光單元130A相當於本發明之光學裝置。
影像形成部120A包含左眼用之影像顯示部121A、及投射光學系統122A。影像顯示部121A包含左眼用之背光源410A、及左眼用之光 調變元件411A。影像顯示部121A相當於本發明之影像顯示裝置。
背光源410A包含例如紅色、綠色及藍色等每種發光色之光源之集合。作為各光源，例如可使用發光二極體(LED：Light Emitting Diode)或雷射光源等。作為光調變元件411A，例如可使用作為顯示元件之液晶顯示裝置等。
再者，作為影像顯示部121A，此外亦可採用有機電致發光裝置(有機EL裝置)、或掃描型影像顯示裝置等通常所知之影像顯示裝置，上述掃描型影像顯示裝置包含雷射光源、及具有MEMS(Micro-Electro Mechanical System，微機電系統)鏡之掃描雷射光之掃描光學系統。
投射光學系統122A例如由投射被輸入之影像光之投射鏡之群所構成，投射自影像顯示部121A之光調變元件411A射出之影像光，並使其成為平行之狀態之光束。
導光單元130A相對於投射光學系統122A固定相對位置，將自投射光學系統122A射出之影像光傳導至導光單元130A之特定之位置。
繼而，參照圖1及圖2，對本實施形態之顯示裝置1000之概略進行說明。
首先，對影像顯示部121A，輸入來自控制部200之影像信號。於是，於影像顯示部121A中，背光源410A之各光源射出紅色光、綠色光及藍色光。自背光源410A之各光源射出之紅色光、綠色光及藍色光入射至光調變元件411A。
光調變元件411A根據自控制部200輸入至影像顯示部121A之影像信號，對投射之紅色光、綠色光及藍色光進行空間調變。藉此，影像顯示部121A形成與該影像信號對應之影像光，並使其朝向投射光學系統122A射出。
投射光學系統122A一面放大入射之影像光一面使其平行化，並朝向導光單元130A射出。
導光單元130A使影像光於導光單元130A之內部一面反射一面傳播，並使其自視認部131A向使用者之左眼LE射出。所射出之影像光於左眼LE之視網膜上形成虛像。
又，自周圍入射至視認部131A之光之至少一部分透過視認部131A，而被傳導至使用者之左眼LE。藉此，利用影像形成部120A而形成之影像與來自外界之光學影像重疊而可被使用者看見。
使用者藉由將顯示裝置1000之本體部100配戴於頭部，而識別與自本體部100輸出之影像光對應之影像(虛像)。又，使用者可於將本體部100配戴於頭部之狀態下，經由本體部100之視認部131A、131B看見外界。
圖3係僅著眼於圖2之導光單元130A中所包含之光學裝置1而詳細地進行說明之說明圖。本實施形態之光學裝置1包含導光板(導光體)21、第1繞射部(第1繞射元件)31、第2繞射部(第2繞射元件)32、及第3繞射部(第3繞射元件)33。
導光板21係具有對向而延伸之第1面21a及第2面21b且具有透光性之長條之構件。導光板21將自延伸方向之一端21x之側入射之光傳導至另一端21y之側。本實施形態之導光板21係具有相互平行之第1面21a及第2面21b之長方體狀之構件。
於導光板21中，一面使入射至內部之光於第1面21a及第2面21b反射，一面對其進行傳導。於第1面21a及第2面21b之反射既可為利用全反射者，亦可為利用在第1面21a及第2面21b欲具有反射特性之區域所設置之反射構件者。作為反射構件，可列舉金屬膜、多層介電膜及繞射元件。
導光板21若具有透光性，則可使用無機材料及有機材料中之任一者。於導光板21中在內部進行導光時利用第1面21a及第2面21b之全反射之情形時，較佳為儘可能使用高折射率之材料，以使其與導光板 21之周圍之介質(例如空氣)之折射率差變大。
本實施形態之導光板21成為如下構成：第2面21b之另一端側具有透光性，外光NL經由第2面21b入射。藉此，外光NL經由導光板21到達觀察者之左眼LE，使之可觀察周圍。於第2面21b具有透光性之範圍係根據視角而適當設定。
第1繞射部31設置於第1面21a之另一端21y之側。第1繞射部31係透過型之繞射元件。
第2繞射部32設置於第1面21a之一端21x之側。第2繞射部32係透過型之繞射元件。於本實施形態之光學裝置1中係使用具有與第1繞射部31相同之繞射特性之表面凹凸型之繞射元件作為第2繞射部32。藉由使用如第2繞射部32之繞射元件，可實現光學裝置整體之薄型化。
第3繞射部33係於第2面21b之一端21x之側與第2繞射部32對向而設置。第3繞射部33係反射型之繞射元件。
於本實施形態之光學裝置1中，使用於具有與第1繞射部31相同之繞射特性之表面凹凸型之繞射元件蒸鍍金屬膜(反射膜)而使其具有反射特性之反射型之繞射元件作為第3繞射部33。藉由使用此種構成之第3繞射部33，可實現光學裝置整體之薄型化。
因第2繞射部32與第3繞射部33具有相同繞射特性，故於第2繞射部32繞射之光(例如，+1次光之繞射角)與第1面21a所成之角θ1成為和於第3繞射部33繞射之光(例如，+1次光之繞射角)與第2面21b所成之角θ2相同之角度。
於此種光學裝置1中，經由第2繞射部32入射至導光板21內之光L於第2繞射部32以與第1面21a所成之角θ1繞射並射出，而被傳導至導光板21之另一端21y側。於圖中，以符號L1表示自第2繞射部32以角度θ1射出之光。
此時，所入射之光L中之一部分光L0係於第2繞射部32未繞射之0 次光，其沿第1面21a之法線方向透過。該一部分光L0自第2面21b之法線方向入射至與第2繞射部32對向而設置之第3繞射部33。一部分光L0於第3繞射部33以與第2面21b所成之角θ2繞射並射出，而被傳導至導光板21之另一端21y側。於圖中，以符號L2表示自第3繞射部33以角度θ2射出之光。
自第2繞射部32以角度θ1射出之繞射光L1、及自第3繞射部33以角度θ2射出之繞射光L2相對於設置於導光板21之另一端21y側之第1繞射部31以相同入射角(θ1=θ2)入射。於第1繞射部31，將繞射光L1與繞射光L2以特定之繞射角繞射，並射出至外部。又，因繞射光L1與繞射光L2之入射角相等，故可容易地以高效率使光自導光板21射出。
觀察者基於以此方式自光學裝置1射出並入射至左眼LE之光(影像光)，而識別影像(虛像)。再者，光學裝置1之第1繞射部31配置於與圖2所示之導光單元130A之視認部131A對應之位置。
於此種構成之光學裝置1中，可使於第2繞射部32未繞射之0次光於第3繞射部33繞射，故而可增加自第1繞射部31射出之光之光量。因此，可藉由簡易之構成顯示明亮且高品質之影像(虛像)。
又，於本實施形態之影像投影裝置(左眼用顯示部110A、右眼用顯示部110B)中，具有如上所述之光學裝置1，因此可顯示高品質之影像(虛像)。
又，於本實施形態之顯示裝置1000中，具有上述左眼用顯示部110A、右眼用顯示部110B，因此可顯示高品質之影像(虛像)。
再者，上述實施形態之第1繞射部31亦可包含：第1部分，其具有與第1波長頻帶之光(例如，紅色光)對應之繞射特性；及第2部分，其具有與第2波長頻帶之光(例如，藍色光)對應之繞射特性。例如，於第1部分，使入射至第1繞射部31之紅色光沿第1面21a之法線方向、即相對於第1面21a成90度(第1角度)之方向繞射。又，於第2部分，使 入射至第1繞射部31之藍色光沿第1面21a之法線方向、即相對於第1面21a成90度(第1角度)之方向繞射。
此處，於本說明書中，所謂「與(光)對應之繞射特性」係指根據所入射之光之波長，以繞射光之射出方向成為與設計值相同之繞射角之方式設計繞射圖案。繞射光例如為+1次光。
於繞射元件中，繞射角與波長相依而變化。因此，於不同波長之光以相同入射角入射之情形時，為使其等以沿同一方向射出之方式繞射，必須根據各光之波長而設計繞射圖案。於表面凹凸型之繞射元件之情形時，繞射角可藉由凹凸之間距或凹凸之深度而控制。
藉由形成此種構成，可自第1繞射部31射出針對每個波長頻帶而分光之光。
於此種情形時，進而，第2繞射部32亦可包含：第3部分，其具有與第1波長頻帶之光(例如，紅色光)對應之繞射特性；及第4部分，其具有與第2波長頻帶之光(例如，藍色光)對應之繞射特性。例如，於第3部分，使入射至第2繞射部32之紅色光以繞射光與第1面21a所成之角成為第2角度之方式繞射。又，於第4部分，使入射至第2繞射部32之藍色光以繞射光與第1面21a所成之角成為第2角度之方式繞射。
於該情形時，宜以如下方式設置，即於第2繞射部32之第3部分繞射之第1波長頻帶之光入射至第1繞射部31之第1部分，於第2繞射部32之第4部分繞射之第2波長頻帶之光入射至第1繞射部31之第2部分。
藉由形成此種構成，可將於第2繞射部32分光之光，適當地自第1繞射部31射出。
進而，於此種情形時，第3繞射部33亦可包含：第5部分，其具有與第1波長頻帶之光(例如，紅色光)對應之繞射特性；及第6部分，其具有與第2波長頻帶之光(例如，藍色光)對應之繞射特性。例如，於第5部分，使入射至第3繞射部33之紅色光以繞射光與第2面21b所成 之角成為第2角度之方式繞射。又，於第6部分，使入射至第3繞射部33之藍色光以繞射光與第2面21b所成之角成為第2角度之方式繞射。
於該情形時，宜以如下方式設置，即於第3繞射部33之第5部分繞射之第1波長頻帶之光入射至第1繞射部31之第1部分，於第3繞射部33之第6部分繞射之第2波長頻帶之光入射至第1繞射部31之第2部分。
藉由形成此種構成，可將於第3繞射部33分光之光適當地自第1繞射部31射出。
又，於本實施形態中，導光板21係第1面21a與第2面21b平行之長方體狀之構件，但並不限於此。例如，即便第1面21a之一部分相對於第2面21b而傾斜，只要藉由以下方法，而使結果為朝向第1繞射部31之入射角成為所期望之角度，則即便為此種構成之導光板亦可使用，該方法係以修正因該傾斜而引起之反射角之差異之方式將傾斜之部分設置於第1面21a或第2面21b。即便為於導光板21之第1面21a及第2面21b包含曲面之情形時，亦同樣地，只要可藉由其他手段而使結果為朝向第1繞射部31之入射角成為所期望之角度之方式進行控制，便可使用。
[第2實施形態]
圖4係本發明之第2實施形態之光學裝置2之說明圖。本實施形態之光學裝置2與第1實施形態之光學裝置1一部分共通，第3繞射部33之構成不同。因此，於本實施形態中，對於與第1實施形態共通之構成要素標註相同符號，並省略詳細之說明。
光學裝置3包含導光板21、第1繞射部31、第2繞射部32、及第3繞射部(第3繞射元件)34。
第3繞射部34包含透過型之繞射元件34a、及重疊於繞射元件34a而設置之第1反射板(第1反射構件)34b，作為整體構成反射型之繞射元件。
繞射元件34a係表面凹凸型之繞射元件。
第1反射板34b係以反射面與第2面21b對向且與第2面21b平行之方式設置。第1反射板34b例如可使用金屬板、或表面設置有金屬膜或多層介電膜之板狀之構件等。
第3繞射部34係以所射出之繞射光(例如，+1次光)之角度θ2與自第2繞射部32射出之繞射光(例如，+1次光)之角度θ1相等之方式設計。
再者，於第3繞射部34中，所入射之光L0中之一部分光接受於入射之後到達第1反射板34b為止、及於在第1反射板34b反射之後到達第2面21b為止之2次繞射。因此，對於此種成分，亦較佳為按照以角度θ2射出之方式設計繞射元件34a。然而，於即便將此種成分抽象化而進行設計，實用上亦無問題之情形時，亦可使用與第2繞射部32相同之構成之透過型之繞射元件作為繞射元件34a。於該情形時，由於零件共通，故而成本降低，易於使角度θ1、θ2一致。
於此種構成之光學裝置2中，於第3繞射部34，無需第1實施形態中所示的如第3繞射部33之金屬膜之蒸鍍步驟，而成為簡易之構成。又，於對透過型之繞射元件蒸鍍金屬膜而形成反射型之繞射元件之情形時，有於金屬膜因膜厚之面內分佈而使繞射角與設計值不同之虞，但於上述構成之第3繞射部34中，無此種擔憂。進而，因無需蒸鍍步驟，故可抑制成本上升。
因此，於光學裝置2中，可藉由簡易之構成顯示明亮且高品質之影像(虛像)。
[第3實施形態]
圖5係本發明之第3實施形態之光學裝置3之說明圖。本實施形態之光學裝置3與第2實施形態所示之光學裝置2一部分共通，不同之處在於，在相對於第2繞射部32與第1面21a相反之側設置有第2反射板 (第2反射構件)35。因此，於本實施形態中，對於與第1、2實施形態共通之構成要素標註相同符號，並省略詳細之說明。
第2反射板35覆蓋第2繞射部32之另一端側之一部分，設置於相對於第2繞射部32與第1面21a相反之側。第2反射板35係以反射面與第1面21a對向且與第1面21a平行之方式設置。作為第2反射板35，可採用與上述第1反射板34b相同之構成。
例如，一方面，使相對於第1面21a以入射角θ3入射之光L於第2繞射部32繞射並射出，另一方面，所入射之光L中之一部分光L0作為於第2繞射部32未繞射之0次光，入射至第3繞射部34。入射至第3繞射部34之0次光L0中之一部分光進而作為於第3繞射部34未繞射之0次光，自第3繞射部34射出。
於光學裝置3中，於相對於第2繞射部32與第1面21a相反之側設置有第2反射板35，可使於第3繞射部34未繞射之0次光於第2繞射部32繞射。因此，可增加自第1繞射部31射出之光之光量，可藉由簡易之構成顯示明亮且高品質之影像(虛像)。
以上，一面參照隨附圖式，一面對本發明之較佳之實施形態例進行了說明，但當然本發明不限定於上述例。於上述例中所示之各構成構件之各形狀或組合等為一例，於不脫離本發明之主旨之範圍內，可基於設計要求等進行各種變更。
於上述實施形態中，使用表面凹凸型之繞射元件作為第1繞射部31、第2繞射部32、第3繞射部33、繞射元件34a，但並不限於此。亦可對該等中之1個以上使用體積全像片。一般而言，體積全像片之繞射效率較表面凹凸型之繞射元件高，因此可增加自第1繞射部31射出之光之光量，可藉由簡易之構成顯示明亮且高品質之影像(虛像)。
於對各繞射部使用體積全像片之情形時，需要用以使繞射角一致之設計。例如，於第1實施形態之光學裝置1中，於使用體積全像片 作為第2繞射部32、第3繞射部33之情形時，以如下方式設計。
圖6係對使用體積全像片作為第2繞射部32、第3繞射部33之情形時之體積全像片之設計思想進行表示之說明圖。
作為體積全像片之第3繞射部33係以如下方式設計：於第2繞射部32之0次光(透過光)入射至第3繞射部33時，於第3繞射部33產生之繞射光之角度於導光板21內與第2繞射部32之繞射光之角度一致。即，以如下方式設計：於基於決定繞射光之角度之第3繞射部33之折射率、體積全像片之條紋間距、體積全像片之條紋之傾斜角度而確定之布拉格條件下，第3繞射部33之繞射光之角度與第2繞射部32之繞射光之角度一致。
若假設第2繞射部32、第3繞射部33之折射率與導光板21一致，且入射光自第1面21a之法線方向入射之情形，則成為如下情況。
若將所入射之光之波長設為λ，將作為體積全像片之第3繞射部33之條紋間距設為d，將第3繞射部33之布勒格(Bragg)反射角設為θ，將第3繞射部33之干擾條紋之傾斜角設為，則自第3繞射部33射出之光之導光板21內之傳播角α為α=sin-1(λ/2d)-Φ。
又，若將作為體積全像片之第2繞射部32之條紋間距設為d'，將第2繞射部32之布勒格反射角設為θ'，將第2繞射部32之干擾條紋之傾斜角設為，則自第2繞射部32射出之光之導光板21內之傳播角α為α=Φ'-sin-1(λ/2d')。
即，為使自第2繞射部32射出之繞射光與自第3繞射部33射出之繞射光之導光板21內之傳播角一致，只要於下式sin-1(λ/2d)-Φ=Φ'-sin-1(λ/2d')
成立之條件下，記錄有第2繞射部32、第3繞射部33之干擾條紋即可。
1‧‧‧光學裝置
21‧‧‧導光板(導光體)
21a‧‧‧第1面
21b‧‧‧第2面
21x‧‧‧一端
21y‧‧‧另一端
31‧‧‧第1繞射部(第1繞射元件)
32‧‧‧第2繞射部(第2繞射元件)
33‧‧‧第3繞射部(第3繞射元件)
L‧‧‧光
L0‧‧‧光
L1‧‧‧光
L2‧‧‧光
LE‧‧‧使用者之左眼
NL‧‧‧外光
θ1‧‧‧角度
θ2‧‧‧角度

Claims (13)

  1. 一種光學裝置，其特徵在於包括：導光體；透過型之第1繞射元件，其設置於上述導光體之第1面，使於上述導光體之內部傳導之光之至少一部分繞射並將其擷取；透過型之第2繞射元件，其設置於上述導光體之上述第1面，使朝向上述導光體之光之至少一部分繞射；及反射型之第3繞射元件，其設置於上述導光體之與上述第1面為相反側之面即第2面，使經由上述第2繞射元件入射至上述導光體之內部之光之至少一部分繞射。
  2. 如請求項1之光學裝置，其中於上述第2繞射元件繞射之光與上述第1面所成之角係和於上述第3繞射元件繞射之光與上述第2面所成之角相同之角度。
  3. 如請求項1或2之光學裝置，其中上述第3繞射元件包含表面凹凸型之繞射光柵、及覆蓋上述繞射光柵之表面之反射膜。
  4. 如請求項1或2之光學裝置，其中上述第3繞射元件包含透過型之繞射光柵、及設置於相對於上述繞射光柵而與上述第2面為相反之側之第1反射構件。
  5. 如請求項1至4中任一項之光學裝置，其中上述第2繞射元件於上述第2繞射元件之與上述第1面為相反側之面，具有以覆蓋上述導光體之一部分之方式設置之第2反射構件。
  6. 如請求項1至4中任一項之光學裝置，其中上述第1繞射元件、上述第2繞射元件及上述第3繞射元件中之至少1個為體積全像片。
  7. 如請求項1至6中任一項之光學裝置，其中上述第1繞射元件包含：第1部分，其使第1波長頻帶之光以相對於上述第1面成為第1角度之方式繞射；及第2部分，其使第2波長頻帶之光以相對於 上述第1面成為上述第1角度之方式繞射。
  8. 如請求項7之光學裝置，其中上述第2繞射元件包含：第3部分，其使上述第1波長頻帶之光以相對於上述第1面成為第2角度之方式繞射；及第4部分，其使上述第2波長頻帶之光以相對於上述第1面成為上述第2角度之方式繞射。
  9. 如請求項8之光學裝置，其設置為：於上述第3部分繞射之上述第1波長頻帶之光入射至上述第1部分，於上述第4部分繞射之上述第2波長頻帶之光入射至上述第2部分。
  10. 如請求項7至9中任一項之光學裝置，其中上述第3繞射元件包含：第5部分，其使上述第1波長頻帶之光以相對於上述第2面成為第2角度之方式繞射；及第6部分，其使上述第2波長頻帶之光以相對於上述第2面成為上述第2角度之方式繞射。
  11. 如請求項10之光學裝置，其設置為：於上述第5部分繞射之上述第1波長頻帶之光入射至上述第1部分，於上述第6部分繞射之上述第2波長頻帶之光入射至上述第2部分。
  12. 一種影像投影裝置，其特徵在於：包含射出影像光之影像顯示裝置、及如請求項1至11中任一項之光學裝置，且上述光學裝置使上述影像光入射至上述導光體，使於上述導光體之內部傳播之上述影像光於上述第1繞射元件繞射，並將其擷取。
  13. 一種電子機器，其特徵在於：包含如請求項12之影像投影裝置。
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