WO2022249597A1 - 画像表示装置及び導光光学系 - Google Patents

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light
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guide plate
light guide
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聡 中野
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ソニーグループ株式会社
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    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners

Definitions

  • the present disclosure relates to an image display device and a light guide optical system. More specifically, the present disclosure relates to an image display device configured to allow image display light to reach eyes via a light guide plate and a light guide optical system including the light guide plate.
  • AR glasses are examples of products using this technology.
  • AR glasses may include a light guide plate as a component for directing image display light to reach the user's eyes.
  • Patent Document 1 describes, as a fifth embodiment, an illumination light source, a light guide prism integrated with an illumination prism serving as an illumination optical system, a first transmissive volume hologram optical element, and a reflective spatial light modulation element.
  • the illumination light source has a semiconductor laser as a light source, and is configured to guide a luminous flux emitted from the semiconductor laser to a flat light guide plate made of synthetic resin.
  • the luminous flux incident from the edge is subjected to uniform illuminance and emission angle control within the light guide plate, and is emitted as illumination light from the emission surface, which is the main surface of the light guide plate (paragraph 0077).
  • image display devices such as AR glasses be lighter.
  • the main purpose of the present disclosure is to widen the angle of view in an image display device including a light guide plate. Another object of the present disclosure is to reduce the weight of the image display device.
  • This disclosure is a light guide plate; a polarizing beam splitter unit disposed on the first surface of the light guide plate; a polarization state converter disposed on the second surface of the light guide plate; and
  • the polarization state conversion section reflects the image display light that has passed through the polarization beam splitter section and entered the light guide plate, and upon reflection, converts the polarization state of the image display light to the polarization beam splitter section. into the polarization state reflected by An image display device is provided.
  • the image display device may have an incident portion for causing the image display light to enter the light guide plate,
  • the incident section may be configured to reflect or transmit the image display light to reach the polarization beam splitter section.
  • the polarization beam splitter section may be arranged between the incident section and the light guide plate.
  • the image display device may include an emission section that reflectively diffracts or transmissively diffracts the image display light and emits the light from the light guide plate.
  • the exit section may include a hologram lens element.
  • the output section may be configured to reflectively diffract or transmissively diffract the image display light so that the image display light is condensed.
  • the polarization beam splitter may selectively transmit linearly polarized light or circularly polarized light.
  • the polarizing beam splitter section selectively transmits linearly polarized light, which is the image display light, and When the linearly polarized light transmitted through the polarization beam splitter section is reflected, the polarization state conversion section can convert the polarization state of the linearly polarized light into the polarization state reflected by the polarization beam splitter section.
  • the polarizing beam splitter section may include a wire grid or a dielectric multilayer film.
  • the polarization state converter may include a wave plate. A phase control reflective film may be provided on the air interface side of the two surfaces of the wave plate.
  • the polarizing beam splitter section has an optical characteristic of selectively transmitting the circularly polarized light, which is the image display light, and When the circularly polarized light transmitted through the polarization beam splitter section is reflected, the polarization state conversion section can convert the polarization state of the circularly polarized light into the polarization state reflected by the polarization beam splitter section.
  • the polarizing beam splitter section may include a cholesteric liquid crystal reflective element.
  • the second surface of the light guide plate can convert the polarization state of the circularly polarized light transmitted through the polarization beam splitter section into the polarization state reflected by the polarization beam splitter section.
  • the polarization state converter may include a phase control reflective film.
  • the phase control reflective film may be a silver coating.
  • the image display device may further include a scanning mirror, The scanning mirror may scan the image display light to travel into the light guide plate.
  • the image display device may be configured such that the image display light emitted from the light guide plate is condensed near the pupil and reaches the retina.
  • This disclosure also provides a light guide plate; a polarizing beam splitter unit disposed on the first surface of the light guide plate; a polarization state converter disposed on the second surface of the light guide plate; and The polarization state conversion section reflects the image display light that has passed through the polarization beam splitter section and entered the light guide plate, and upon reflection, converts the polarization state of the image display light to the polarization beam splitter section. into the polarization state reflected by Light guide optics are also provided.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration example of an image display device according to the present disclosure
  • FIG. It is a figure which shows the structural example of a light guide optical system. It is a figure which shows the modification of a light guide optical system. It is a figure which shows the structural example of a light guide optical system.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining optical characteristics of a cholesteric liquid crystal reflective element; It is a figure which shows the structural example of a laser light source part.
  • 3 is a diagram illustrating a configuration example of an image forming unit; FIG. It is a figure which shows the structural example of a light guide optical system.
  • FIG. 1 shows an example of the configuration of a light guiding optical system that causes image display light to enter a light guide plate using a prism.
  • the light guiding optical system 10 shown in FIG. 1 includes a light guide plate 11, an incident portion 12 that causes the image display light to enter the light guide plate 11, and an exit portion 13 that reflects and diffracts the image display light and emits it from the light guide plate 11. ing.
  • the entrance section 12 includes a prism 14 .
  • the prism 14 is arranged on the first surface 15 of the light guide plate 11 , and more specifically laminated on the first surface 15 .
  • the prism 14 reflects the image display light and changes the traveling direction of the image display light to a direction in which the image display light can travel while being reflected inside the light guide plate 11 .
  • the image display light reflected by the prism 14 travels while being reflected (in particular, being totally reflected) inside the light guide plate 11 .
  • the output unit 13 includes a hologram lens element 16 , and the hologram lens 16 reflects and diffracts the image display light so that the image display light reaches the user's eye 17 .
  • the reflected and diffracted image display light reaches the user's eye 17 as virtual image light due to the deflection action and lens action of the hologram lens element 16 .
  • the image display light is condensed near the pupil of the eye 17 and reaches the retina, so-called retinal direct drawing type video presentation is performed.
  • FIG. 1 three black arrows (also referred to as image rays) L1-1 to L1-3 (collectively referred to as L1) indicating image display light and three gray arrows L2-1 to L2-3 (collectively (also referred to as L2) is shown.
  • the three black image light beams L1-1 to L1-3 are parallel to each other and represent light that defines one end of the angle of view.
  • the three image light rays L2-1 to L2-3 of gray are also parallel to each other and represent light that defines the other end of the angle of view.
  • the image light beams L1 and L2 when the image light beams L1 and L2 are traced in the direction opposite to the light traveling direction, the image light beams L1 and L2 gradually diverge from the hologram lens element 16 toward the incident part 11. In this way, the image light beam traveling through the light guide plate 11 spreads.
  • the image light beam L1-1 that has re-entered the prism 14 does not reach the user's eye 17, which results in a decrease in the amount of light in the image portion drawn by the image light beam L1.
  • the angle of view is limited. The angle of view is defined by the range of image light rays reaching the hologram lens element 16 .
  • the light guide plate thinner in order to reduce the weight of the image display device.
  • the incident angle becomes larger, the difficulty of manufacturing the hologram element increases. Therefore, it is particularly difficult to increase the angle of view when using a thin light guide plate.
  • An image display device includes a light guide plate, a polarizing beam splitter section arranged on the first surface of the light guide plate, and a polarization state converter arranged on the second surface of the light guide plate. .
  • the polarization state conversion section reflects the image display light that has passed through the polarization beam splitter section and entered the light guide plate, and upon reflection, changes the polarization state of the image display light to the polarization beam splitter section. Converts the polarization state to be reflected by the splitter section. As a result, it is possible to prevent a decrease in the light amount of the luminous flux.
  • the image display device may be a retinal direct drawing type image display device.
  • the configuration in which the light guide plate allows the image display light to reach the eye is particularly suitable for a retinal direct drawing type image display device.
  • the image display device may further include a scanning mirror for performing laser beam scanning for forming the image.
  • the scanning mirror may be, for example, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror.
  • MEMS mirrors may be commercially available or manufactured by techniques known in the art.
  • a MEMS mirror is generally manufactured by microfabrication technology of a semiconductor process.
  • a MEMS mirror scans light by resonating a minute mirror of about ⁇ 1 mm.
  • the projection target that the laser light scanned by the scanning mirror reaches may be, for example, the retina of an animal (especially a human).
  • the projection target is the retina, for example, a hologram element can be used for projection onto the retina.
  • the image display device may further include a hologram lens element for condensing the laser light scanned by the scanning mirror near the pupil and causing it to reach the retina. That is, the image display device according to the present disclosure may be configured to converge laser light scanned by the scanning mirror near the pupil and cause the laser light to reach the retina. By condensing the laser light near the pupil, it is possible to present an image by so-called Maxwell's vision.
  • the scanned laser light may be focused, for example, on the pupil, or may be shifted from the pupil by several mm (eg, 1 mm to 10 mm, particularly 2 mm to 8 mm) in the optical axis direction.
  • Maxwell vision can be achieved even if the focal point is not on the pupil as in the latter case.
  • the diffracted light can be more specifically focused on the pupil, within the crystalline lens, or between the corneal surface and the pupil.
  • the polarizing beam splitter section may be configured to selectively transmit linearly polarized light. This embodiment is described below with reference to FIG.
  • FIG. 2 shows a schematic configuration example of the image display device 1 according to the present disclosure.
  • the image display device 1 shown in the figure includes an image forming section 2 , a scanning mirror 3 , a collimator lens 4 , and a light guiding optical system 100 .
  • arrows indicate how the image display light travels. It should be noted that the figure is a schematic configuration example and does not show the dimensions of an actual device.
  • the image forming unit 2 emits image display light.
  • the image display light reaches the scanning mirror 3 .
  • the scanning mirror 3 scans the image display light.
  • the scanned image display light is collimated by the collimator lens 4 and reaches the light guiding optical system 100 .
  • Light guiding optical system 100 guides image display light to eye 150 .
  • the light guiding optical system 100 (particularly the HOE described later) condenses the image display light near the pupil of the eye 150 and causes it to reach the retina of the eye 150 . As a result, retinal direct drawing type image presentation is performed.
  • the light guide optical system 100 includes a light guide plate 101 , an incident portion 102 for causing image display light to enter the light guide plate 101 , a polarized beam splitter portion 103 , a polarization state converter portion 104 , and an exit portion 105 . These are described below.
  • the light guide plate 101 reflects the image display light that has traveled into the interior of the light guide plate from the incident portion 102 and guides the light to the exit portion 105 .
  • the light guide plate 101 may be made of a known light guide plate material in the art, such as a resin material or a glass material.
  • the resin material may be, for example, an acrylic resin (such as PMMA), a cycloolefin resin (such as COP), or a polycarbonate resin.
  • the light guide plate 101 may have a shape and size that can cover at least part of the visual field of one eye, for example, and may have a shape and size similar to a lens of spectacles, for example. It is desirable that the light guide plate 101 has a shape and size that can be supported by a frame such as that employed in eyeglasses. If the light guide plate 101 is too large or too thick, it can be an excessive burden on the user of the image display device.
  • the thickness t of the light guide plate 101 may be, for example, 10 mm or less, preferably 5 mm or less, more preferably 3 mm or less, even more preferably 2.8 mm or less, and particularly preferably 2.5 mm or less.
  • the lower limit of the thickness of the light guide plate 101 may be set as appropriate, and may be, for example, 0.1 mm or more, 0.2 mm or more, or 0.3 mm or more.
  • the incident angle ⁇ 2 when the image display light is reflected inside the light guide plate 101 and travels to the exit portion may be, for example, 45° or more.
  • the incident angle may be, for example, 89° or less, preferably 85° or less, more preferably 80° or less.
  • the light guide plate 101 may transmit external light. As a result, the outside light reaches the eye 150 in addition to the image display light, that is, the image of the image display light is superimposed on the scenery of the outside world. Therefore, AR can be provided to the user by the image display device.
  • the light guide plate 101 may be transparent or translucent, for example.
  • the incident portion 102 causes the image display light to enter the light guide plate 101, and changes the traveling direction of the image display light so that the image display light travels to the emission portion 105 while being reflected inside the light guide plate 101.
  • the input portion 102 may include a prism 106 as shown in FIG. 3A.
  • the surface S3 of the prism 106 reflects the image display light, and the reflection changes the traveling direction of the image display light to the direction of total reflection inside the light guide plate 101 .
  • the incident section 102 reflects the image display light to reach the polarizing beam splitter section 103, as shown in FIG. 3A. In addition, the incident section 102 may transmit the image display light to reach the polarizing beam splitter section 103 .
  • FIG. 3B shows an example of a light guiding optical system including an incident portion for transmitting image display light to reach the polarizing beam splitter portion 103 .
  • Light guiding optical system 120 shown in FIG. 3B is the same as light guiding optical system 100 shown in FIG.
  • the input section 122 shown in FIG. 3B includes a prism 126 as shown in the same figure. The prism 126 allows the image display light that has reached the surface S4 to pass through and enter the prism. The image display light may or may not be refracted during the transmission. The image display light that has traveled into the prism 126 reaches the polarizing beam splitter section 103 .
  • the incident part 102 may be provided at the end of the light guide plate 101 as shown in FIG. 3A.
  • the incident part 102 may be provided at the end of the light guide plate 101 (corresponding to the lens of the eyeglasses) on the temple side of the eyeglasses.
  • the polarizing beam splitter unit 103 selectively transmits or reflects the image display light according to the polarization state of the image display light.
  • the polarizing beam splitter section 103 may be arranged between the incident section 102 and the light guide plate 101 .
  • the polarization beam splitter section 103 is arranged so as to prevent the image display light reflected by the polarization state conversion section 104, which will be described later, from entering the incident section.
  • the image display light may be linearly polarized light. That is, the polarizing beam splitter section 103 may include an optical element that selectively transmits or reflects the image display light depending on whether the image display light is P-polarized or S-polarized.
  • the optical element may have the form of a film or sheet.
  • the optical element may be, for example, a wire grid or a dielectric multilayer.
  • the optical element may have the optical property of transmitting one linearly polarized light of P-polarized light and S-polarized light and reflecting the other. More specifically, the optical element may have optical properties of transmitting P-polarized light and reflecting S-polarized light, or may have optical properties of transmitting S-polarized light and reflecting P-polarized light. good. Which optical characteristic to have may be selected according to the polarization state of the image display light and the configuration of the polarization state conversion section. For example, when the image display light traveling from the incident portion 102 to the polarization beam splitter portion 103 is P-polarized light, the polarization beam splitter portion 103 is configured to have an optical characteristic of transmitting P-polarized light and reflecting S-polarized light. be.
  • the polarizing beam splitter portion 103 is configured to have an optical characteristic of transmitting S-polarized light and reflecting P-polarized light. be.
  • the polarizing beam splitter section 103 may include a polarizing beam splitter (PBS), or may include a laminate of a polarizing beam splitter and a phase control reflective film.
  • PBS polarizing beam splitter
  • FIG. 3A shows a state in which the polarizing beam splitter section 103 is composed only of the polarizing beam splitter 107.
  • the polarizing beam splitter 107 may be laminated on the first surface S ⁇ b>1 of the light guide plate 101 . That is, the light guide plate 101, the polarizing beam splitter section 107, and the prism 106 are laminated in this order.
  • the image display light reflected by surface S3 of prism 106 reaches polarizing beam splitter 107 .
  • the polarizing beam splitter 107 has an optical property of transmitting P-polarized light and reflecting S-polarized light. Due to this optical characteristic, the polarizing beam splitter 107 transmits the image display light reflected by the surface S3 of the prism 106 .
  • the polarization state conversion unit 104 When the image display light reflected by the surface S3 of the prism 106 is P-polarized light, the polarization state conversion unit 104, which will be described later, reflects the image display light and converts the polarization state of the image display light from P-polarization to S-polarization. convert to polarized light.
  • the image display light converted into S-polarized light reaches the polarizing beam splitter 107 again. Since the polarizing beam splitter 107 has the optical characteristics as described above, it reflects the image display light converted into S-polarized light. This can prevent the image display light reflected by the polarization state converter 104 from entering the prism 106 again.
  • the light guiding optical system 10 in FIG. 1 does not have a polarizing beam splitter, the light L1-1 enters the prism again and does not reach the user's eyes. This reduces the amount of light.
  • the light guide optical system 100 shown in FIG. 3A has the polarization beam splitter section 103 and the polarization state conversion section 104, it is possible to prevent the amount of light from decreasing.
  • the polarization state conversion unit 104 reflects the image display light that has passed through the polarization beam splitter unit 103 and entered the light guide plate 101, and converts the polarization state of the image display light to the polarization beam splitter unit 103 at the time of the reflection. to the polarization state reflected by
  • the image display light may be linearly polarized light. That is, the polarization state conversion unit 104 includes an optical element that converts S-polarized light into P-polarized light or P-polarized light into S-polarized light when the image display light is reflected.
  • the optical element may, for example, have the form of a film or sheet.
  • the polarization state conversion unit 104 includes, for example, a wave plate as the optical element, and particularly includes a quarter wave plate (hereinafter also referred to as QWP).
  • the optical element may have optical properties to convert S-polarization to P-polarization or P-polarization to S-polarization.
  • Which optical characteristic to have can be selected according to the polarization state of the image display light reaching the polarization state conversion unit 104 .
  • the polarization state conversion unit 104 should have an optical characteristic to convert P-polarization into S-polarization. Configured.
  • the polarization state conversion unit 104 should have an optical characteristic to convert S-polarization into P-polarization. Configured. Due to the optical characteristics as described above, the image display light reflected by the polarization state conversion section 104 is reflected by the polarization beam splitter section 103, thereby preventing a reduction in the amount of light.
  • the polarization state converter 104 may be a QWP 108 arranged on the second surface S2 of the light guide plate 101 as shown in FIG. 3A.
  • the polarization state changing portion 104 eg, QWP 108
  • QWP 108 may be laminated on the second surface S2.
  • the image display light that has passed through the polarization beam splitter 107 and traveled into the light guide plate 101 reaches the QWP 108 .
  • the QWP 108 has an optical characteristic of converting the P-polarized light into S-polarized light.
  • the QWP 108 converts the polarization state of the image display light traveling into the light guide plate 101 into S-polarized light and reflects it.
  • the image display light converted into S-polarized light reaches the polarizing beam splitter 107 again. Since the polarizing beam splitter 107 has the optical characteristics as described above, it reflects the image display light converted into S-polarized light. This can prevent the image display light reflected by the QWP 108 from entering the prism 106 again.
  • the polarization state converter 104 may further include a phase control reflective film.
  • the two surfaces of the QWP 108 include a contact surface with the second surface S2 of the light guide plate 101 and a surface opposite to the contact surface, and the phase control reflective film may be laminated on the opposite surface. That is, a laminated structure in which the QWP 108 and the phase control reflective film are laminated in this order may be formed on the second surface S2 of the light guide plate 101 .
  • a phase difference can occur between the P-polarized component and the S-polarized component.
  • the phase control reflective film can suppress the occurrence of the phase difference.
  • phase control reflective film may be, for example, a reflective film coating made of a metal material, particularly a silver reflective film coating.
  • a silver coating is particularly preferred as a reflective film coating.
  • the emitting unit 105 emits the image display light from the light guide plate 101 to reach the eye 150 .
  • the emission unit 105 reflects and diffracts the image display light to emit it from the light guide plate 101 .
  • the output unit 105 can reflect and diffract the image display light so that the image display light is condensed.
  • the output section 105 includes a holographic optical element (HOE) 109 .
  • Holographic optical element 109 may in particular be a holographic lens element, in particular a volume holographic lens.
  • the holographic optical element (particularly the volume hologram lens) may be made of photopolymer.
  • the HOE 109 may have optical properties to selectively diffract image display light.
  • holographic optical element 109 may diffract light having a particular wavelength and having a particular angle of incidence such that the light is focused near the pupil.
  • the HOE 109 may be provided on the first surface S1 (the surface farther from the user's eyes 150) as shown in FIG. 150).
  • the HOE 109 reflects and diffracts the image display light that has reached the HOE 109 after being reflected inside the light guide plate 101, as shown in FIG.
  • the HOE 109 configured as a reflective diffractive element may be provided on the first surface S1 or may be provided on the second surface S2. Also, whether the HOE 109 configured as a reflective diffraction element is provided on the first surface S1 or on the second surface S2, the eye 150 may be in the position shown in FIG. , the position of the eye 150 shown in FIG. 3A on the opposite side of the light guide plate 101 .
  • the positional relationship between the HOE 109 and the eye 150 is 2 patterns (surface S1 and surface S2) x 2 patterns (surface S1 side and surface S2 side).
  • the HOE 109 may be configured to transmit and diffract the image display light that has reached the HOE 109 after being reflected inside the light guide plate 101 .
  • the HOE 109 configured as a transmissive diffraction element may be provided on the second surface S2 or may be provided on the first surface S1.
  • the eye 150 may be in the position shown in FIG. 3A or in the position shown in FIG. It may be arranged at a position on the opposite side of the light guide plate 101 from the position of the eye 150 shown in 3A.
  • the positional relationship between the HOE 109 and the eye 150 is 2 patterns (surfaces S1 and S2) ⁇ 2 patterns (surface S1 side and surface S2 side). It can be any of the patterns.
  • the reflective diffraction element is arranged on the surface S1 side and the eye is on the surface S1 side, the reflective diffraction element is configured to reflect and diffract immediately after being totally reflected by the surface S1. Diffractive elements can be designed. The same applies to the case of a transmissive diffraction element.
  • the HOE 109 reflectively diffracts or transmissively diffracts the image display light so that it is condensed, for example, near the pupil of the eye 150 and reaches the retina.
  • retinal direct drawing type image presentation is performed, and an image can be presented to the user in so-called Maxwell's vision.
  • FIG. 3A three black arrows (also referred to as image rays) L1-1 to L1-3 (collectively referred to as L1) indicating image display light and three gray arrows L2-1 to L2-3 (collectively (also referred to as L2) is shown.
  • the three black image light beams L1-1 to L1-3 are parallel to each other and represent light that defines one end of the angle of view.
  • the three image light rays L2-1 to L2-3 of gray are also parallel to each other and represent light that defines the other end of the angle of view.
  • a solid arrow indicates P-polarized light
  • a dashed arrow indicates S-polarized light.
  • image rays L1 and L2 reflected by surface S3 of prism 106 are P-polarized.
  • the imaging light beams L1 and L2 reflected by the surface S3 of the prism 106 reach the polarizing beam splitter section 103.
  • FIG. Since the polarizing beam splitter unit 103 has an optical characteristic of transmitting P-polarized light, it transmits the image light beams L1 and L2.
  • the polarization state conversion unit 104 has an optical characteristic of reflecting P-polarized image display light and converting its polarization state into S-polarization. Convert to S-polarized light.
  • L1-1 which is a part of the image light beams L1 and L2 converted into S-polarized light, reaches the polarizing beam splitter section 103 again.
  • the polarizing beam splitter section 103 has an optical characteristic of reflecting S-polarized light. Therefore, L1-1 is reflected by the polarizing beam splitter section 103 without advancing into the prism 106, then reflected inside the light guide plate 101 and advances to the output section 105.
  • the other image light beams L1-2 to L1-3 and L2-1 to L2-3 are reflected inside the light guide plate 101 and proceed to the exit portion 105.
  • a specific polarization beam splitter section and a specific polarization state conversion section are arranged on each of the two surfaces of the light guide plate, thereby preventing a decrease in the light amount of the light flux. Also, this makes it possible to further increase the angle of view. Furthermore, even when the thickness of the light guide plate is thinner, the angle of view can be increased.
  • the polarizing beam splitter section may be configured to selectively transmit circularly polarized light. This embodiment is described below with reference to FIG.
  • FIG. 4 shows a configuration example of the light guide optical system 200 included in the image display device according to the present disclosure.
  • the light guide optical system 200 includes a light guide plate 201 , an incident portion 222 for causing image display light to enter the light guide plate 201 , a polarized beam splitter portion 203 , a polarization state converter portion 204 , and an exit portion 205 . These are described below.
  • the light guide plate 201, the entrance portion 222, and the exit portion 205 are the same as the light guide plate 101, the entrance portion 122, and the exit portion 105 described in (1) above, and the description of these also applies to this embodiment.
  • the polarization beam splitter section 203 and the polarization state conversion section 204 will be described below.
  • the polarizing beam splitter unit 203 selectively transmits or reflects the image display light according to the polarization state of the image display light.
  • the image display light may be circularly polarized light. That is, the polarizing beam splitter unit 203 selectively transmits or transmits the image display light depending on whether the image display light is left-handed circularly polarized light (hereinafter also referred to as LCP) or right-handed circularly polarized light (hereinafter also referred to as RCP). It may include reflective optical elements.
  • the optical element may be, for example, a cholesteric liquid crystal (CLC) reflective element.
  • CLC cholesteric liquid crystal
  • the cholesteric liquid crystal reflective element C has optical properties of reflecting right-handed circularly polarized light R and transmitting left-handed circularly polarized light L.
  • the cholesteric liquid crystal reflective element may have the optical property of reflecting left-handed circularly polarized light and transmitting right-handed circularly polarized light.
  • a cholesteric liquid crystal reflective element may be a film or sheet of material formed from a cholesteric liquid crystal material.
  • the liquid crystal constituent molecules are aligned in a layer so that the long axis direction of the liquid crystal constituent molecules is oriented in a specific direction, and the long axis direction is slightly twisted in each adjacent layer.
  • Such a structure is also called, for example, a chiral structure.
  • Such a structure provides circular polarization selectivity.
  • the optical element may have optical properties to transmit the LCP and reflect the RCP, or may have optical properties to transmit the RCP and reflect the LCP.
  • Which optical characteristic to have can be selected according to the polarization state of the image display light or the configuration of the polarization state conversion section. For example, when the image display light traveling from the incident portion 202 to the polarizing beam splitter portion 203 is LCP, the polarizing beam splitter portion 203 is configured to have optical properties of transmitting LCP and reflecting RCP. When the image display light traveling from the incident portion 202 to the polarizing beam splitter portion 203 is RCP, the polarizing beam splitter portion 203 is configured to have optical properties of transmitting the RCP and reflecting the LCP.
  • the polarizing beam splitter section 203 may be a cholesteric liquid crystal reflective element 207 placed between the light guide plate 201 and the prism 226 as shown in FIG.
  • the image display light transmitted through the surface S3 of the prism 226 reaches the cholesteric liquid crystal reflective element 207 .
  • the cholesteric liquid crystal reflecting element 207 has an optical characteristic of transmitting the LCP and reflecting the RCP. Due to this optical characteristic, the cholesteric liquid crystal reflective element 207 transmits the image display light reflected by the surface S3 of the prism 206 .
  • the polarization state conversion unit 204 described later reflects the image display light and converts the polarization state of the image display light from RCP to LCP. Convert.
  • the image display light converted into LCP reaches the cholesteric liquid crystal reflective element 207 again. Since the cholesteric liquid crystal reflective element 207 has the optical properties as described above, it reflects the image display light converted to LCP. This can prevent the image display light reflected by the polarization state converter 204 from entering the prism 206 again.
  • the polarization state conversion unit 204 reflects the image display light that has passed through the polarization beam splitter unit 203 and entered the light guide plate 201, and converts the polarization state of the image display light to the polarization beam splitter unit 203 at the time of the reflection. to the polarization state reflected by
  • the image display light may be circularly polarized light. That is, the polarization state conversion unit 204 converts LCP to RCP, or converts RCP to LCP when the image display light is reflected.
  • the polarization state converter 204 may be the second surface S2 of the light guide plate 201 itself, for example. The conversion of the polarization state is performed by the reflection on the second surface S2 of the light guide plate 201 .
  • the polarization state converter 204 may further include a phase control reflective film 208, as shown in FIG.
  • the phase control reflective film 208 is provided on the second surface S2 of the light guide plate 201, for example. That is, a laminated structure of the light guide plate 201 and the phase control reflective film 208 is formed.
  • the phase control reflective film 208 may be, for example, a reflective film coating made of a metal material, and particularly a silver reflective film coating. A silver coating is particularly preferred as a reflective film coating.
  • the phase control reflective film 208 can suppress the phase difference change between the RCP and the LCP of the incident and reflected image display light, thereby maintaining the ellipticity of the incident LCP (or RCP) at approximately 1. can be converted to RCP (or LCP) as is.
  • the image forming section 2 may include a plurality of laser light sources and a laser light source section including one or more optical element groups for combining the laser beams emitted from the plurality of laser light sources.
  • the laser light source unit may be configured to emit a laser beam in which a plurality of color laser beams are combined, or may be configured to emit a monochromatic laser beam.
  • the combined beam is reflected by the scanning mirror and travels to the light guide plate.
  • the number of laser light sources included in the laser light source section may be, for example, 2-5, particularly 2, 3, or 4.
  • the laser light source section 600 includes three laser light sources 601 , 602 and 603 . These laser light sources are configured to emit R (red), G (green), and B (blue) laser beams, respectively.
  • the laser light source unit 600 includes, for example, dichroic mirrors 604 and 605 as an optical element group for combining a plurality of laser beams emitted from the laser light sources 601-603.
  • the dichroic mirror 604 has optical properties of transmitting the laser light emitted from the laser light source 601 and reflecting the laser light emitted from the laser light source 602 . Thereby, the laser beams emitted from the laser light sources 601 and 602 are combined.
  • the dichroic mirror 605 has optical properties of transmitting the laser light emitted from the laser light sources 601 and 602 and reflecting the laser light emitted from the laser light source 603 . As a result, the laser light emitted from the laser light sources 601 and 602 and the laser light emitted from the laser light source 603 are combined.
  • the laser light source unit 600 emits a beam obtained by combining three laser beams as described above.
  • the light beam reaches the scanning mirror 3 .
  • the laser light source unit 600 can be configured to emit linearly polarized (P-polarized or S-polarized) or circularly polarized (right-handed circularly polarized or left-handed circularly polarized) laser light as the beam traveling to the scanning mirror 3 .
  • the laser light source unit 600 may include, for example, a polarizing element in order to emit laser light in a predetermined polarized state.
  • a laser light source that includes a polarizing element generates laser light having a predetermined polarization state.
  • the polarizing element may be arranged at any position on the optical path from the laser light source section 600 to the light guide optical system 200 .
  • the image forming section 2 may include components other than the laser light source section. A configuration example of the image forming section 2 will be described with reference to the block diagram shown in FIG.
  • the image forming section 2 may include an image receiving section 701, an image processing section 702, a laser driving section 703, a laser light source section 704, and a scanning mirror driving section 705, and may be configured as a drawing system including these, for example.
  • the image receiving unit 701 receives image signals transmitted from the information processing device 706 and transmits the image signals to the image processing unit 112 .
  • the information processing device may be a device configured separately from the image display device, such as a computer or a cloud system, or may be included in the image display device.
  • the image receiver 701 may be an image receiver, more specifically a digital receiver or an analog receiver.
  • the digital receiver may be, for example, a digital receiver conforming to standards such as DVI, HDMI, or DisplayPort.
  • the analog receiver may for example be an analog RGB receiver.
  • the image processing unit 702 receives the image signal transmitted from the image receiving unit 701, and controls the image display device based on the image signal.
  • the image processing section controls the scanning mirror driving section and the laser driving section based on the image signal.
  • image presentation is performed using laser light.
  • the image processing unit may include, for example, a microprocessor, SoC (System-on-a-chip), or FPGA (Field-Programmable Gate Array).
  • the laser driving section 703 may include a D/A converter that converts the digital signal output from the image processing section into an analog signal.
  • the laser light source unit 704 is as described above, and may have the configuration described with reference to FIG. 6, for example.
  • the scanning mirror driving section 705 may include a D/A converter that converts the digital signal output from the image processing section into an analog signal.
  • the scanning mirror driver may further include an operational amplifier for amplifying the output signal generated by the conversion to the driving voltage level of the scanning mirror 3 .
  • the image forming section 2 may further include an image storage section (not shown). Signal writing and/or reading are performed in order to process the image signal output from the image receiving section.
  • the image storage section may include, for example, SRAM or DRAM, and particularly SDRAM or DDR SDRAM.
  • the scanning mirror 3 scans the laser light emitted from the image forming section 2 .
  • the scanning mirror 3 scans the image display light and causes the light to travel through the light guide plate 101, whereby an image is formed by the scanning.
  • the scanning mirror 3 may be, for example, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror.
  • MEMS mirrors may be commercially available or manufactured by techniques known in the art.
  • a MEMS mirror can generally be produced by a microfabrication technology of a semiconductor process.
  • a MEMS mirror scans light by resonating a minute mirror of about ⁇ 1 mm.
  • the scanning mirror 3 may be a scanning mirror that can be operated in two axial directions, or may be a combination of two scanning mirrors that can be scanned in one axial direction. Thereby, a two-dimensional image can be projected.
  • the two axes of the scanning mirror 3 in the former case and the scanning axes of the two scanning mirrors in the latter case may be orthogonal to each other.
  • a desired image is generated by modulating the intensity of the laser light emitted from the laser light source group in synchronization with the scanning of the scanning mirror.
  • the scanning mirror 3 may be either an electrostatic scanning mirror or an electromagnetically driven scanning mirror. In any of these methods, the scanning mirror is driven in the resonant axis direction and in the non-resonant axis direction perpendicular thereto. Scanning along the non-resonant axis is accomplished by applying a voltage to the scanning mirror. The scanning mirror 3 is driven by the scanning mirror driving section that outputs a drive signal for driving the scanning mirror 3 .
  • the light beam scanned by the scanning mirror 3 reaches the collimator lens 4 at various angles.
  • a collimator lens 4 converts these light beams into parallel optical paths.
  • a light beam collimated by the collimator lens 4 reaches the light guiding optical system 100 .
  • the image display device 1 may further comprise various components used for image projection, such as discs, communication devices and drives.
  • Various programs such as a program for realizing image projection by the image display device 1 and various video data can be stored on the disk.
  • the communication device can acquire, for example, a program and/or video data for controlling the image display device 1 from a network.
  • the drive can read programs and/or video data recorded on a recording medium such as a microSD memory card and an SD memory card, and output them to the RAM.
  • the image display device 1 may be configured as, for example, a head-mounted display (head-mounted display, hereinafter also referred to as HMD).
  • the head-mounted display may be, for example, a transmissive HMD or a non-transmissive HMD.
  • the transmissive HMD can be configured as, for example, a glasses-type display.
  • the HOE 109 can transmit light from the outside scenery to reach the eyes.
  • the HOE 109 may be provided in a portion corresponding to a lens of spectacles.
  • the transmissive HMD can superimpose an image presented by the image display device 1 on the scenery of the outside world, and can provide AR, for example, to the user.
  • the non-transmissive HMD may, for example, completely cover both eyes. In this case, no light from the external scenery reaches the eye.
  • the number of output units provided in the light guide plate is not limited to one, and may be two or more.
  • two or more HOEs may be provided at different positions on the light guide plate. As a result, it is possible to widen the area in which the image by the image display light emitted from the light guide plate can be visually recognized.
  • the light guiding optical system 800 shown in the figure is the same as the light guiding optical system 100 described with reference to FIG. 3A, except that two output portions 105-1 and 105-2 are provided.
  • HOEs 109-1 and 109-2 are provided in the emission sections 105-1 and 105-2, respectively. Accordingly, the image can be viewed regardless of whether the position of the eye 150 with respect to the light guide plate 101 is at the position A or the position B.
  • FIG. 1
  • the present disclosure is a light guide optical system that includes a light guide plate, a polarizing beam splitter unit arranged on a first surface of the light guide plate, and a polarization state converter unit arranged on a second surface of the light guide plate. also provide.
  • the polarization state conversion section reflects the image display light that has passed through the polarization beam splitter section and entered the light guide plate, and upon reflection, converts the polarization state of the image display light to the polarization state of the polarization beam splitter section. It may be configured to transform the polarization state reflected by the beamsplitter section.
  • the light guiding optical system has the above 1. and 2. may have a configuration as described in , and the description also applies to this embodiment. Also, the light guide optical system is suitable for use in an image display device, particularly a direct retinal drawing type image display device.
  • the image display device may further include, for example, a scanning mirror that performs laser beam scanning for forming the image.
  • the image display device is, for example, the above 1. and 2. may have a configuration as described in .
  • the present disclosure can also be configured as follows. [1] a light guide plate; a polarizing beam splitter unit disposed on the first surface of the light guide plate; a polarization state converter disposed on the second surface of the light guide plate; and The polarization state conversion section reflects the image display light that has passed through the polarization beam splitter section and entered the light guide plate, and upon reflection, converts the polarization state of the image display light to the polarization beam splitter section. into the polarization state reflected by Image display device.
  • the image display device has an incident part for causing the image display light to enter the light guide plate, The image display device according to [1], wherein the incident section reflects or transmits the image display light to reach the polarization beam splitter section. [3] The image display device according to [2], wherein the polarizing beam splitter section is arranged between the incident section and the light guide plate. [4] The image display device according to any one of [1] to [3], wherein the image display device includes an emission section that reflectively diffracts or transmissively diffracts the image display light and emits the light from the light guide plate. . [5] The image display device according to [4], wherein the output section includes a hologram lens element.
  • the polarizing beam splitter section selectively transmits linearly polarized light, which is the image display light, and When the linearly polarized light transmitted through the polarization beam splitter unit is reflected, the polarization state conversion unit converts the polarization state of the linearly polarized light into the polarization state reflected by the polarization beam splitter unit.
  • the image display device according to any one of [1] to [7].
  • the polarization state converter includes a wave plate.
  • the image display device wherein, of the two surfaces of the wave plate, the surface on the air interface side is provided with a phase control reflective film.
  • the polarizing beam splitter section has an optical characteristic of selectively transmitting the circularly polarized light, which is the image display light, and When the polarization state conversion unit reflects the circularly polarized light transmitted through the polarization beam splitter unit, the polarization state of the circularly polarized light is converted into the polarization state reflected by the polarization beam splitter unit.
  • the image display device according to any one of [1] to [7].
  • the second surface of the light guide plate converts the polarization state of the circularly polarized light transmitted through the polarization beam splitter section into the polarization state reflected by the polarization beam splitter section.
  • image display device [15] The image display device according to [13] or [14], wherein the polarization state converter includes a phase control reflective film. [16] The image display device according to [15], wherein the phase control reflective film is a silver coating. [17] The image display device further includes a scanning mirror, The image display device according to any one of [1] to [16], wherein the scanning mirror scans the image display light to travel within the light guide plate.

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Abstract

導光板を含む画像表示装置における広画角化を目的とする。　本開示は、導光板と、前記導光板の第一面に配置された偏光ビームスプリッタ部と、前記導光板の第二面に配置された偏光状態変換部と、を備えており、前記偏光状態変換部は、前記偏光ビームスプリッタ部を透過して前記導光板内に入射した画像表示光を反射し、且つ、当該反射時に、当該画像表示光の偏光状態を、前記偏光ビームスプリッタ部によって反射される偏光状態へと変換する、画像表示装置を提供する。

Description

画像表示装置及び導光光学系
　本開示は、画像表示装置及び導光光学系に関する。より詳細には、本開示は、導光板を経由して画像表示光を眼に到達させるように構成された画像表示装置及び当該導光板を含む導光光学系に関する。
　近年、外界の光景に画像を重ねて表示する技術に注目が集まっている。当該技術は、拡張現実（ＡＲ）技術とも呼ばれ、当該技術を利用した製品としてＡＲグラスが挙げられる。ＡＲグラスは、画像表示光をユーザの目に到達させるための構成要素として導光板を含む場合がある。
　導光板を含む画像表示装置に関して、これまでに種々の提案がされている。例えば、下記特許文献１は、第５の実施形態として、照明光源、照明光学系となる照明プリズムが一体化された導光プリズム、第１の透過型体積ホログラム光学素子、反射型空間光変調素子を備えている画像表示装置を開示している（段落００７６）。ここで、前記照明光源は、光源として半導体レーザを有し、この半導体レーザから発せられた光束を合成樹脂製からなる平板状の導光板に導くように構成されており、この導光板に一側縁部より入射した光束は、この導光板内において、光束の照度均一化及び出射角度制御をなされ、この導光板の主面部である出射面より照明光として出射する（段落００７７）。
特開２００３－３３７２９８号公報
　ＡＲグラスなどの画像表示装置はより軽量であることが望ましい。軽量化のために、例えば導光板を薄くして軽量化することが考えられる。
　また、当該画像表示装置の画角を広げることも求められている。画角を広げるために、導光板内において、画像表示光の進行方向に対して垂直な面において当該画像表示光がより広がるように導光光学系を構成することが考えられる。
　しかしながら、導光板がより薄くなると、導光光学系の構成によっては、画像表示光の広がりによって、画像表示光の一部がユーザの目に届くことなく導光板から出てしまう場合ある。そのため、導光板を薄くすることによる装置の軽量化と、広画角化とは、両立が難しい。
　本開示は、導光板を含む画像表示装置における広画角化を主目的とする。また、本開示は、当該画像表示装置の軽量化も目的の一つとする。
　本開示は、
　導光板と、
　前記導光板の第一面に配置された偏光ビームスプリッタ部と、
　前記導光板の第二面に配置された偏光状態変換部と、
　を備えており、
　前記偏光状態変換部は、前記偏光ビームスプリッタ部を透過して前記導光板内に入射した画像表示光を反射し、且つ、当該反射時に、当該画像表示光の偏光状態を、前記偏光ビームスプリッタ部によって反射される偏光状態へと変換する、
　画像表示装置を提供する。
　前記画像表示装置は、前記画像表示光を前記導光板内に入射させる入射部を有してよく、
　前記入射部は、前記画像表示光を反射又は透過して、前記偏光ビームスプリッタ部へと到達させるように構成されてよい。
　前記入射部と前記導光板との間に、前記偏光ビームスプリッタ部が配置されていてよい。
　前記画像表示装置は、前記画像表示光を反射回折又は透過回折して、前記導光板から出射させる出射部を備えていてよい。
　前記出射部は、ホログラムレンズ素子を含みうる。
　前記出射部は、前記画像表示光が集光するように、前記画像表示光を反射回折又は透過回折するように構成されていてよい。
　前記偏光ビームスプリッタ部は、直線偏光又は円偏光を選択的に透過させうる。
　前記偏光ビームスプリッタ部は、前記画像表示光である直線偏光を選択的に透過させ、且つ、
　前記偏光状態変換部は、前記偏光ビームスプリッタ部を透過した直線偏光を反射するときに、当該直線偏光の偏光状態を、前記偏光ビームスプリッタ部によって反射される偏光状態へと変換しうる。
　前記偏光ビームスプリッタ部は、ワイヤグリッド又は誘電体多層膜を含んでよい。
　前記偏光状態変換部は、波長板を含んでよい。
　前記波長板の２つの面のうち、空気界面側の面に位相制御反射膜が設けられていてよい。
　前記偏光ビームスプリッタ部は、前記画像表示光である円偏光を選択的に透過させる光学特性を有し、且つ、
　前記偏光状態変換部は、前記偏光ビームスプリッタ部を透過した円偏光を反射するときに、当該円偏光の偏光状態を、前記偏光ビームスプリッタ部によって反射される偏光状態へと変換しうる。
　前記偏光ビームスプリッタ部は、コレステリック液晶反射素子を含んでよい。
　前記導光板の前記第二面が、前記偏光ビームスプリッタ部を透過した円偏光の偏光状態を、前記偏光ビームスプリッタ部によって反射される偏光状態へと変換しうる。
　前記偏光状態変換部は、位相制御反射膜を含んでよい。
　前記位相制御反射膜は銀コーティングであってよい。
　前記画像表示装置は、走査ミラーをさらに含んでよく、
　前記走査ミラーが、前記画像表示光を走査して、前記導光板内に進行させうる。
　前記画像表示装置は、前記導光板から出射した画像表示光が、瞳孔付近で集光されて網膜に到達するように構成されていてよい。
　また、本開示は、
　導光板と、
　前記導光板の第一面に配置された偏光ビームスプリッタ部と、
　前記導光板の第二面に配置された偏光状態変換部と、
　を備えており、
　前記偏光状態変換部は、前記偏光ビームスプリッタ部を透過して前記導光板内に入射した画像表示光を反射し、且つ、当該反射時に、当該画像表示光の偏光状態を、前記偏光ビームスプリッタ部によって反射される偏光状態へと変換する、
　導光光学系も提供する。
プリズムによって画像表示光を導光板に入射させる導光光学系の構成例を示す図である。 本開示に従う画像表示装置の模式的な構成例を示す図である。 導光光学系の構成例を示す図である。 導光光学系の変形例を示す図である。 導光光学系の構成例を示す図である。 コレステリック液晶反射素子の光学特性を説明するための図である。 レーザ光源部の構成例を示す図である。 画像形成部の構成例を示す図である。 導光光学系の構成例を示す図である。
　以下、本開示を実施するための好適な形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本開示の代表的な実施形態を示したものであり、本開示の範囲がこれらの実施形態に限定されることはない。なお、本開示の説明は以下の順序で行う。
１．本開示の基本概念
２．本開示の第１の実施形態（画像表示装置）
（１）直線偏光の場合における導光光学系の構成例
（２）円偏光の場合における導光光学系の構成例
（３）他の構成要素
（４）ＨＯＥに関する変形例
３．本開示の第２の実施形態（導光光学系）
１．本開示の基本概念
　導光板を含む画像表示装置に関して、画像表示光は、導光板内に入射し、当該導光板内を反射しながら進行し、そして、所定の位置で当該導光板から眼に向けて出射する。導光板内を画像表示光が反射しながら進行するように画像表示光を当該導光板内に入射させるために、例えばプリズムなどを含む入射部が設けられる。プリズムによって画像表示光を導光板に入射させる導光光学系の構成例を図１に示す。
　図１に示される導光光学系１０は、導光板１１、画像表示光を導光板１１に入射させる入射部１２、及び画像表示光を反射回折して導光板１１から出射させる出射部１３を備えている。
　入射部１２は、プリズム１４を含む。プリズム１４は、導光板１１の第一面１５に配置されており、より具体的には第一面１５に積層されている。プリズム１４は、画像表示光を反射して、画像表示光の進行方向を、導光板１１の内部を反射しながら進行することができる方向へと変更する。
　プリズム１４によって反射された画像表示光は、導光板１１の内部を反射しながら（特には全反射しながら）進行する。
　出射部１３は、ホログラムレンズ素子１６を含み、ホログラムレンズ１６が、ユーザの眼１７に画像表示光を到達させるように画像表示光を反射回折する。当該反射回折された画像表示光は、ホログラムレンズ素子１６による偏向作用及びレンズ作用により、虚像映像光としてユーザの眼１７に達する。例えば、画像表示光が眼１７の瞳孔付近で集光して網膜に到達する場合は、いわゆる網膜直描型の映像提示が行われる。
　図１に、画像表示光を示す黒い３本の矢印（映像光線ともいう）Ｌ１－１～Ｌ１－３（まとめてＬ１ともいう）及びグレーの３本の矢印Ｌ２－１～Ｌ２－３（まとめてＬ２ともいう）が示されている。黒い３本の映像光線Ｌ１－１～Ｌ１－３は、互いに平行であり、画角の一端を規定する光を表す。グレーの３本の映像光線Ｌ２－１～Ｌ２－３も、互いに平行であり、画角の他端を規定する光を表す。
　図１に示されるとおり、映像光線Ｌ１及びＬ２を、光の進行方向とは逆方向に追跡すると、映像光線Ｌ１及びＬ２は、ホログラムレンズ素子１６から入射部１１に向かうにつれて、徐々に広がる。このように、導光板１１内を進行する映像光線は広がりを有している。
　プリズム１４によって反射されて導光板１１内に入射した映像光線Ｌ１のうちの一部は、図１の映像光線Ｌ１－１のように、導光板１１によって反射されることなく再度プリズム１４内へと入射する場合がある。再度プリズム１４内へと入射した映像光線Ｌ１－１は、ユーザの眼１７に到達せず、これは、映像光線Ｌ１により描かれる映像部分における光束の光量低下をもたらす。このような光量低下を避けるためには、画角は制限されてしまう。なお、画角は、ホログラムレンズ素子１６に到達する映像光線の範囲によって規定される。
　また、上記で述べたとおり、画像表示装置を軽量化するために導光板を薄くすることが考えられる。しかしながら、導光板がより薄くなるに伴い、導光板内部を画像表示光が反射して伝搬するときの入射角度θ１は、より大きく設定することが求められる。入射角度がより大きくなることによって、ホログラム素子の作製の難易度があがる。そのため、画角を大きくすることは、薄い導光板を採用する場合において、特に困難である。
　本開示の画像表示装置は、導光板と、前記導光板の第一面に配置された偏光ビームスプリッタ部と、前記導光板の第二面に配置された偏光状態変換部と、を備えている。そして、前記偏光状態変換部は、前記偏光ビームスプリッタ部を透過して前記導光板内に入射した画像表示光を反射し、且つ、当該反射時に、当該画像表示光の偏光状態を、前記偏光ビームスプリッタ部によって反射される偏光状態へと変換する。これにより、光束の光量低下を防ぐことができる。　
　本開示の一つの実施態様において、前記画像表示装置は、網膜直描型の画像表示装置であってよい。前記導光板により画像表示光を眼に到達させるところの構成は、網膜直描型の画像表示装置において特に適している。この実施態様において、前記画像表示装置は、前記映像を形成するためのレーザ光走査を行う走査ミラーをさらに備えていてよい。前記走査ミラーは、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーであってよい。ＭＥＭＳミラーとして、市販入手可能なものが用いられてよく、又は、当技術分野で既知の手法により製造されたものが用いられてもよい。ＭＥＭＳミラーは、一般的には、半導体プロセスの微細加工技術によって作製される。ＭＥＭＳミラーは、Φ１ｍｍ程度の微小なミラーが共振することによって光を走査する。
　前記走査ミラーにより走査されたレーザ光が到達する投影対象は、例えば動物（特にはヒト）の網膜であってよい。前記投影対象が網膜である場合、当該網膜への投影のために、例えばホログラム素子が用いられうる。
　この実施態様において、前記画像表示装置は、前記走査ミラーにより走査されたレーザ光を瞳孔付近で集光させて網膜に到達させるホログラムレンズ素子をさらに備えていてよい。すなわち、本開示に従う画像表示装置は、前記走査ミラーにより走査されたレーザ光を瞳孔付近で集光させて網膜に到達させるように構成されてよい。レーザ光が瞳孔付近で集光されることによって、いわゆるマックスウェル視による映像提示が可能となる。
　本開示において、前記走査されたレーザ光は、例えば瞳孔上で集光されてもよく又は光軸方向に瞳孔から数ｍｍ程度（例えば１ｍｍ～１０ｍｍ、特には２ｍｍ～８ｍｍ）ずれてもよい。後者のとおり焦点が瞳孔上になくても、マックスウェル視を実現することができる。焦点を光軸方向にずらすことで、映像がずれても、ユーザが映像を失いにくくすることができる。前記回折された光は、より具体的には、瞳孔上、水晶体レンズ内、又は、角膜表面と瞳孔との間において集光されうる。
２．本開示の第１の実施形態（画像表示装置）
（１）直線偏光の場合における導光光学系の構成例
　本開示の一つの実施態様に従い、前記偏光ビームスプリッタ部は、直線偏光を選択的に透過させるように構成されていてよい。この実施態様について、以下で図２を参照しながら説明する。
　図２は、本開示に従う画像表示装置１の模式的な構成例を示す。同図に示される画像表示装置１は、画像形成部２、走査ミラー３、コリメータレンズ４、及び導光光学系１００を備えている。同図において、画像表示光の進行の仕方が矢印によって示されている。なお、同図は模式的な構成例であり、実際の装置における寸法を示すものではない。
　画像形成部２は、画像表示光を出射する。当該画像表示光は、走査ミラー３に到達する。走査ミラー３は、画像表示光を走査する。走査された画像表示光は、コリメータレンズ４によってコリメートされ、そして、導光光学系１００に到達する。導光光学系１００は、画像表示光を目１５０に導く。導光光学系１００（特には後述のＨＯＥ）は、画像表示光を目１５０の瞳孔付近で集光し、そして、目１５０の網膜に到達させる。これにより網膜直描型の映像提示が行われる。
　導光光学系１００の構成例を、図３Ａを参照しながら説明する。導光光学系１００は、導光板１０１、画像表示光を導光板１０１に入射させる入射部１０２、偏光ビームスプリッタ部１０３、偏光状態変換部１０４、及び出射部１０５を備えている。以下これらについて説明する。
（導光板）
　導光板１０１は、入射部１０２が導光板内部へと進行させた画像表示光を、その内部で反射させて、出射部１０５へと導光する。導光板１０１は、当技術分野で既知の導光板用材料から形成されてよく、例えば樹脂材料又はガラス材料から形成されうる。前記樹脂材料は、例えばアクリル系樹脂（例えばＰＭＭＡなど）、シクロオレフィン系樹脂（例えばＣＯＰなど）、又はポリカーボネート系樹脂であってよい。
　導光板１０１は、例えば片方の目の視野の少なくとも一部をカバーすることができる形状及びサイズを有してよく、例えばメガネのレンズと同様の形状及びサイズを有してよい。導光板１０１は、メガネにおいて採用されるようなフレームによって支持可能な形状及びサイズであることが望ましい。導光板１０１が大きすぎる場合又は厚すぎる場合、画像表示装置を使用するユーザにとって過度の負担となりうる。
　導光板１０１の厚みｔは、軽量化のために、例えば１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下、さらにより好ましくは２．８ｍｍ以下、特に好ましくは２．５ｍｍ以下であってよい。導光板１０１の厚みの下限は適宜設定されてよいが、例えば０．１ｍｍ以上、０．２ｍｍ以上、又は０．３ｍｍ以上であってよい。　
　また、本開示の画像表示装置において、画像表示光が導光板１０１内を反射して出射部へと進行する際における入射角度θ２は、例えば４５°以上であってよい。当該入射角度は、例えば８９°以下であってよく、好ましくは８５°以下、より好ましくは８０°以下であってよい。
　導光板１０１は、外光を透過させるものであってよい。これにより、眼１５０に、画像表示光に加えて外光が到達し、すなわち外界風景に当該画像表示光による画像が重畳される。そのため、前記画像表示装置によってユーザにＡＲを提供することができる。導光板１０１は、例えば透明又は半透明であってよい。
（入射部）
　入射部１０２は、画像表示光を導光板１０１に入射させ、且つ、当該画像表示光の進行方向を、当該画像表示光が導光板１０１の内部で反射されながら出射部１０５へ進行するように変化させる。入射部１０２は、図３Ａに示されるようにプリズム１０６を含んでよい。同図において、プリズム１０６の面Ｓ３が画像表示光を反射し、当該反射によって、画像表示光の進行方向が、導光板１０１の内部で全反射される方向へと変更される。
　入射部１０２は、図３Ａに示されるように、画像表示光を反射して、偏光ビームスプリッタ部１０３へと到達させる。
　また、入射部１０２は、画像表示光を透過して、偏光ビームスプリッタ部１０３へと到達させてもよい。画像表示光を透過して偏光ビームスプリッタ部１０３へと到達させる入射部を含む導光光学系の例を図３Ｂに示す。図３Ｂに示される導光光学系１２０は、入射部１０２の代わりに入射部１２２を有すること以外は図３Ａに示される導光光学系１００と同じである。図３Ｂに示される入射部１２２は、同図に示されるとおり、プリズム１２６を含む。プリズム１２６は、面Ｓ４に到達した画像表示光が透過させて、当該プリズム内へ進入させる。当該透過時において、画像表示光は屈折されなくてよく、又は、屈折されてもよい。プリズム１２６内へ進行した画像表示光は、偏光ビームスプリッタ部１０３に到達する。
　入射部１０２は、図３Ａに示されるように、導光板１０１の端部に設けられてよい。例えば前記画像表示装置がメガネ様の形状を有する場合、入射部１０２は、導光板１０１（メガネのレンズに相当する）のうちのメガネのテンプル側の端部に設けられてよい。
（偏光ビームスプリッタ部）
　偏光ビームスプリッタ部１０３は、画像表示光の偏光状態によって、当該画像表示光を選択的に透過又は反射する。偏光ビームスプリッタ部１０３は、入射部１０２と導光板１０１との間に配置されてよい。例えば、後述の偏光状態変換部１０４によって反射された画像表示光が入射部に進入することを防ぐように、偏光ビームスプリッタ部１０３は配置される。
　本開示の一つの実施態様において、当該画像表示光は、直線偏光であってよい。すなわち、偏光ビームスプリッタ部１０３は、画像表示光がＰ偏光又はＳ偏光であるかに応じて、当該画像表示光を選択的に透過又は反射する光学素子を含んでよい。当該光学素子はフィルム又はシートの形状を有してよい。当該光学素子は、例えばワイヤグリッド又は誘電体多層膜であってよい。
　例えば、当該光学素子は、Ｐ偏光及びＳ偏光のうちの一方の直線偏光を透過させ且つ他方を反射する光学特性を有してよい。より具体的には、当該光学素子は、Ｐ偏光を透過させ且つＳ偏光を反射する光学特性を有してよく、又は、Ｓ偏光を透過させ且つＰ偏光を反射する光学特性を有してもよい。いずれの光学特性を有するかは、画像表示光の偏光状態及び偏光状態変換部の構成に応じて、選択されてよい。
　例えば、入射部１０２から偏光ビームスプリッタ部１０３へ進行する画像表示光がＰ偏光である場合は、偏光ビームスプリッタ部１０３はＰ偏光を透過させ且つＳ偏光を反射する光学特性を有するように構成される。
　また、入射部１０２から偏光ビームスプリッタ部１０３へ進行する画像表示光がＳ偏光である場合は、偏光ビームスプリッタ部１０３はＳ偏光を透過させ且つＰ偏光を反射する光学特性を有するように構成される。
　偏光ビームスプリッタ部１０３は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を含んでよく、又は、偏光ビームスプリッタと位相制御反射膜との積層体を含んでもよい。
　図３Ａは、偏光ビームスプリッタ部１０３が偏光ビームスプリッタ１０７だけから構成されている状態を示している。偏光ビームスプリッタ１０７は、導光板１０１の第１面Ｓ１に積層されてよい。すなわち、導光板１０１、偏光ビームスプリッタ部１０７、及びプリズム１０６が、この順に積層されている。
　プリズム１０６の面Ｓ３によって反射された画像表示光は、偏光ビームスプリッタ１０７へ到達する。プリズム１０６の面Ｓ３によって反射された画像表示光がＰ偏光である場合、偏光ビームスプリッタ１０７はＰ偏光を透過させ且つＳ偏光を反射する光学特性を有する。当該光学特性により、偏光ビームスプリッタ１０７は、プリズム１０６の面Ｓ３によって反射された画像表示光を透過させる。
　プリズム１０６の面Ｓ３によって反射された画像表示光がＰ偏光である場合、後述の偏光状態変換部１０４が、当該画像表示光を反射し、且つ、当該画像表示光の偏光状態をＰ偏光からＳ偏光へと変換する。Ｓ偏光へと変換された当該画像表示光が、再度偏光ビームスプリッタ１０７へ到達する。偏光ビームスプリッタ１０７は、上記のとおりの光学特性を有するので、Ｓ偏光へと変換された当該画像表示光を反射する。これにより、偏光状態変換部１０４によって反射された画像表示光が、プリズム１０６内に再度侵入することを防ぐことができる。
　図１における導光光学系１０は偏光ビームスプリッタ部を有さないため、光Ｌ１―１がプリズムに再度進入しそしてユーザの眼に届いていない。これにより光量が低下する。一方で、図３Ａに示される導光光学系１００は偏光ビームスプリッタ部１０３及び偏光状態変換部１０４を有することによって、光量の低下を防ぐことができる。
（偏光状態変換部）
　偏光状態変換部１０４は、偏光ビームスプリッタ部１０３を透過して導光板１０１内に入射した画像表示光を反射し、且つ、当該反射時に、当該画像表示光の偏光状態を、偏光ビームスプリッタ部１０３によって反射される偏光状態へと変換する。
　ここで、上記のとおり、当該画像表示光は直線偏光であってよい。すなわち、偏光状態変換部１０４は、画像表示光の反射時に、Ｓ偏光をＰ偏光に変換し、又は、Ｐ偏光をＳ偏光に変換する光学素子を含む。当該光学素子は、例えばフィルム又はシートの形状を有してよい。偏光状態変換部１０４は、当該光学素子として、例えば波長板を含み、特には１／４波長板（quarter wave plate、以下ＱＷＰともいう。）を含む。
　例えば、当該光学素子は、Ｓ偏光をＰ偏光に変換する光学特性又はＰ偏光をＳ偏光に変換する光学特性を有してもよい。いずれの光学特性を有するかは、偏光状態変換部１０４に到達する画像表示光の偏光状態に応じて選択されうる。
　例えば、偏光ビームスプリッタ部１０３を透過して偏光状態変換部１０４へ到達した画像表示光がＰ偏光である場合は、偏光状態変換部１０４はＰ偏光をＳ偏光へ変換する光学特性を有するように構成される。
　また、偏光ビームスプリッタ部１０３を透過して偏光状態変換部１０４へ到達した画像表示光がＳ偏光である場合は、偏光状態変換部１０４はＳ偏光をＰ偏光へ変換する光学特性を有するように構成される。
　以上のとおりの光学特性によって、偏光状態変換部１０４によって反射された画像表示光が、偏光ビームスプリッタ部１０３によって反射され、これにより光量低下を防ぐことができる。
　偏光状態変換部１０４は、図３Ａに示されるように導光板１０１の第二面Ｓ２に配置されたＱＷＰ１０８であってよい。例えば図３Ａに示されるように、偏光状態変換部１０４（例えばＱＷＰ１０８）は、第二面Ｓ２に積層されてよい。偏光ビームスプリッタ１０７を透過して導光板１０１内へ進行した画像表示光は、ＱＷＰ１０８へ到達する。
　導光板１０１内へ進行した画像表示光がＰ偏光である場合、ＱＷＰ１０８はＰ偏光をＳ偏光に変換する光学特性を有する。当該光学特性により、ＱＷＰ１０８は、導光板１０１内へ進行した画像表示光の偏光状態をＳ偏光へと変換して反射する。Ｓ偏光へと変換された当該画像表示光は、再度偏光ビームスプリッタ１０７へ到達する。
　偏光ビームスプリッタ１０７は、上記のとおりの光学特性を有するので、Ｓ偏光へと変換された当該画像表示光を反射する。これにより、ＱＷＰ１０８によって反射された画像表示光が、プリズム１０６内に再度侵入することを防ぐことができる。
　偏光状態変換部１０４は、さらに位相制御反射膜を含んでもよい。例えばＱＷＰ１０８の２つの面として導光板１０１の第二面Ｓ２との接触面及び当該接触面と反対側の面があるが、前記位相制御反射膜は、当該反対側の面に積層されてよい。すなわち、導光板１０１の第二面Ｓ２に、ＱＷＰ１０８及び位相制御反射膜がこの順に積層された積層構造が形成されてよい。
　ＱＷＰ１０８による全反射時に、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分との位相差が発生しうる。前記位相制御反射膜によって、当該位相差の発生を抑制することができる。なお、当該全反射時に発生する位相差を相殺するように、ＱＷＰにより生じる位相差が調整されてもよい。
　前記位相制御反射膜は、例えば金属材料から形成された反射膜コーティングであってよく、特には銀による反射膜コーティングであってよい。銀コーティングが、反射膜コーティングとして特に好ましい。
（出射部）
　出射部１０５は、画像表示光を導光板１０１から出射させて眼１５０に到達させる。例えば、出射部１０５は、画像表示光を反射回折して導光板１０１から出射させる。出射部１０５は、画像表示光が集光するように、画像表示光を反射回折しうる。出射部１０５は、ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ、Holographic Optical Element）１０９を含む。ホログラフィック光学素子１０９は、特にはホログラムレンズ素子、特には体積型ホログラムレンズであってよい。当該ホログラフィック光学素子（特には当該体積型ホログラムレンズ）は、フォトポリマーから形成されてよい。
　ＨＯＥ１０９は、画像表示光を選択的に回折する光学特性を有してよい。例えば、ホログラフィック光学素子１０９は、特定の波長を有し且つ特定の入射角度を有する光を、当該光が瞳孔付近で集光するように回折しうる。
　ＨＯＥ１０９は、導光板１０１の２つの面のうち、図３Ａに示されるように第一面Ｓ１（ユーザの眼１５０からより遠い面）に設けられてよく、又は、第二面Ｓ２（ユーザの眼１５０に近い面）に設けられてもよい。
　ＨＯＥ１０９は、同図に示されるように、導光板１０１内を反射してＨＯＥ１０９に到達した画像表示光を反射回折する。反射型回折素子として構成されたＨＯＥ１０９は、第１面Ｓ１に設けられてよく、又は、第二面Ｓ２に設けられてもよい。また、反射型回折素子として構成されたＨＯＥ１０９が第１面Ｓ１に設けられる場合及び第２面Ｓ２に設けられる場合のいずれについても、眼１５０は、図３Ａに示される位置にあってよく、又は、図３Ａに示される眼１５０の位置の、導光板１０１を挟んで反対側の位置に配置されてもよい。すなわち、反射型回折素子として構成されたＨＯＥ１０９が採用される場合、ＨＯＥ１０９及び眼１５０の位置関係は、２パターン（面Ｓ１及び面Ｓ２）×２パターン（面Ｓ１側及び面Ｓ２側）の４パターンのいずれかであってよい。
　なお、ＨＯＥ１０９は、導光板１０１内を反射してＨＯＥ１０９に到達した画像表示光を透過回折するように構成されてよい。透過型回折素子として構成されたＨＯＥ１０９は、第二面Ｓ２に設けられてよく、又は、第１面Ｓ１に設けられてもよい。透過型回折素子として構成されたＨＯＥ１０９が第１面Ｓ１に設けられる場合及び第２面Ｓ２に設けられる場合のいずれについても、眼１５０は、図３Ａに示される位置にあってよく、又は、図３Ａに示される眼１５０の位置の、導光板１０１を挟んで反対側の位置に配置されてもよい。すなわち、透過型回折素子として構成されたＨＯＥ１０９が採用される場合も、ＨＯＥ１０９及び眼１５０の位置関係は、２パターン（面Ｓ１及び面Ｓ２）×２パターン（面Ｓ１側及び面Ｓ２側）の４パターンのいずれかであってよい。
　なお、面Ｓ１側に反射型回折素子が配置され且つ面Ｓ１側に眼がある場合において、前記反射型回折素子は、面Ｓ１で全反射した直後に反射回折させるように構成され、そのような回折素子は設計可能である。また、透過型回折素子である場合についても、同様である。
　ＨＯＥ１０９は、例えば眼１５０の瞳孔付近で集光されて網膜に到達するように画像表示光を反射回折又は透過回折する。これにより、網膜直描型の映像提示が行われ、いわゆるマックスウェル視で映像をユーザに提示することができる。
（光の進行）
　図３Ａに、画像表示光を示す黒い３本の矢印（映像光線ともいう）Ｌ１－１～Ｌ１－３（まとめてＬ１ともいう）及びグレーの３本の矢印Ｌ２－１～Ｌ２－３（まとめてＬ２ともいう）が示されている。黒い３本の映像光線Ｌ１－１～Ｌ１－３は、互いに平行であり、画角の一端を規定する光を表す。グレーの３本の映像光線Ｌ２－１～Ｌ２－３も、互いに平行であり、画角の他端を規定する光を表す。また、実線の矢印はＰ偏光を示し、破線の矢印はＳ偏光を示す。
　図３Ａに示されるとおり、プリズム１０６の面Ｓ３によって反射された映像光線Ｌ１及びＬ２はＰ偏光である。プリズム１０６の面Ｓ３によって反射された映像光線Ｌ１及びＬ２は、偏光ビームスプリッタ部１０３に到達する。偏光ビームスプリッタ部１０３はＰ偏光を透過させる光学特性を有するので、映像光線Ｌ１及びＬ２を透過させる。
　偏光ビームスプリッタ部１０３を透過した映像光線Ｌ１及びＬ２は、偏光状態変換部１０４に到達する。偏光状態変換部１０４は、Ｐ偏光である画像表示光を反射し且つその偏光状態をＳ偏光へと変換する光学特性を有するので、映像光線Ｌ１及びＬ２を反射し且つ当該反射時にその偏光状態をＳ偏光へと変換する。
　Ｓ偏光へと変換された映像光線Ｌ１及びＬ２のうちの一部であるＬ１－１は、再度偏光ビームスプリッタ部１０３に到達する。偏光ビームスプリッタ部１０３はＳ偏光を反射する光学特性を有する。そのため、Ｌ１－１は、プリズム１０６内へと進行することなく、偏光ビームスプリッタ部１０３によって反射され、そして、導光板１０１内を反射して出射部１０５へと進行する。
　他の映像光線Ｌ１－２～Ｌ１－３及びＬ２－１～Ｌ２－３は、導光板１０１内を反射して出射部１０５へと進行する。
　このように、映像光線Ｌ１－１～Ｌ１－３及びＬ２－１～Ｌ２－３の全てが、出射部１０５へと反射しながら進行する。
　以上のとおり、本開示に従い、導光板の２つの面のそれぞれに特定の偏光ビームスプリッタ部及び偏光状態変換部が配置されていることによって、光束の光量低下を防ぐことができる。また、これにより、画角をより大きくすることができる。さらに、導光板の厚みがより薄い場合においても、画角をより大きくすることができる。
（２）円偏光の場合における導光光学系の構成例
　本開示の一つの実施態様に従い、前記偏光ビームスプリッタ部は、円偏光を選択的に透過させるように構成されていてよい。この実施態様について、以下で図４を参照しながら説明する。
　図４は、本開示に従う画像表示装置に含まれる導光光学系２００の構成例を示す。導光光学系２００は、導光板２０１、画像表示光を導光板２０１に入射させる入射部２２２、偏光ビームスプリッタ部２０３、偏光状態変換部２０４、及び出射部２０５を備えている。以下これらについて説明する。導光板２０１、入射部２２２、及び出射部２０５は、上記（１）において説明した導光板１０１、入射部１２２、及び出射部１０５と同じであり、これらについての説明が本実施態様においても当てはまる。以下では、偏光ビームスプリッタ部２０３及び偏光状態変換部２０４について説明する。
（偏光ビームスプリッタ部）
　偏光ビームスプリッタ部２０３は、画像表示光の偏光状態に応じて、当該画像表示光を選択的に透過又は反射する。
　本開示の一つの実施態様において、当該画像表示光は、円偏光であってよい。すなわち、偏光ビームスプリッタ部２０３は、画像表示光が左旋円偏光（以下ＬＣＰともいう）又は右旋円偏光（以下ＲＣＰともいう）であるかに応じて、当該画像表示光を選択的に透過又は反射する光学素子を含んでよい。当該光学素子は、例えばコレステリック液晶（ＣＬＣ）反射素子であってよい。
　例えば、図５に示されるとおり、コレステリック液晶反射素子Ｃは、右旋円偏光Ｒを反射し且つ左旋円偏光Ｌを透過する光学特性を有する。反対に、コレステリック液晶反射素子は、左旋円偏光を反射し且つ右旋円偏光を透過する光学特性を有してもよい。
　コレステリック液晶反射素子は、コレステリック液晶材料から形成されたフィルム又はシート状の材料であってよい。コレステリック液晶材料において、液晶構成分子は、ある層において液晶構成分子の長軸方向が特定の方向に向くようにそろっており、且つ、隣り合う層ごとに、当該長軸方向が少しずつねじれている。このような構造は例えばカイラル構造とも呼ばれる。このような構造によって、円偏光選択性がもたらされる。
　例えば、当該光学素子は、ＬＣＰを透過させ且つＲＣＰを反射する光学特性を有してよく、又は、ＲＣＰを透過させ且つＬＣＰを反射する光学特性を有してもよい。いずれの光学特性を有するかは、画像表示光の偏光状態又は偏光状態変換部の構成に応じて、選択されうる。例えば、入射部２０２から偏光ビームスプリッタ部２０３へ進行する画像表示光がＬＣＰである場合は、偏光ビームスプリッタ部２０３はＬＣＰを透過させ且つＲＣＰを反射する光学特性を有するように構成される。また、入射部２０２から偏光ビームスプリッタ部２０３へ進行する画像表示光がＲＣＰである場合は、偏光ビームスプリッタ部２０３はＲＣＰを透過させ且つＬＣＰを反射する光学特性を有するように構成される。
　偏光ビームスプリッタ部２０３は、図４に示されるように導光板２０１とプリズム２２６との間に配置されたコレステリック液晶反射素子２０７であってよい。プリズム２２６の面Ｓ３を透過した画像表示光は、コレステリック液晶反射素子２０７へ到達する。
　プリズム２０６の面Ｓ３を透過した画像表示光がＬＣＰである場合、コレステリック液晶反射素子２０７はＬＣＰを透過させ且つＲＣＰを反射する光学特性を有する。当該光学特性により、コレステリック液晶反射素子２０７は、プリズム２０６の面Ｓ３によって反射された画像表示光を透過させる。
　また、プリズム２０６の面Ｓ３を透過した画像表示光がＲＣＰである場合、後述の偏光状態変換部２０４が、当該画像表示光を反射し、且つ、当該画像表示光の偏光状態をＲＣＰからＬＣＰと変換する。ＬＣＰへと変換された当該画像表示光が、再度コレステリック液晶反射素子２０７へ到達する。
　コレステリック液晶反射素子２０７は、上記のとおりの光学特性を有するので、ＬＣＰへと変換された当該画像表示光を反射する。これにより、偏光状態変換部２０４によって反射された画像表示光が、プリズム２０６内に再度侵入することを防ぐことができる。
（偏光状態変換部）
　偏光状態変換部２０４は、偏光ビームスプリッタ部２０３を透過して導光板２０１内に入射した画像表示光を反射し、且つ、当該反射時に、当該画像表示光の偏光状態を、偏光ビームスプリッタ部２０３によって反射される偏光状態へと変換する。
　上記のとおり、当該画像表示光は円偏光であってよい。すなわち、偏光状態変換部２０４は、画像表示光の反射時に、ＬＣＰをＲＣＰに変換し、又は、ＲＣＰをＬＣＰに変換する。偏光状態変換部２０４は、例えば導光板２０１の第二面Ｓ２そのものであってよい。導光板２０１の第二面Ｓ２における反射によって、上記偏光状態の変換が行われる。
　偏光状態変換部２０４はさらに、図４に示されるとおり、位相制御反射膜２０８を含んでよい。位相制御反射膜２０８は、例えば導光板２０１の第二面Ｓ２に設けられる。すなわち、導光板２０１と位相制御反射膜２０８との積層構造が形成される。位相制御反射膜２０８は、例えば金属材料から形成された反射膜コーティングであってよく、特には銀による反射膜コーティングであってよい。銀コーティングが、反射膜コーティングとして特に好ましい。位相制御反射膜２０８によって、入射して反射する画像表示光のＲＣＰとＬＣＰの間の位相差変化を抑制することができ、これにより入射したＬＣＰ（又はＲＣＰ）の楕円率を略１近辺に保ったまま、ＲＣＰ（又はＬＣＰ）に変換することができる。
（３）他の構成要素
　画像形成部２は、複数のレーザ光源と、これら複数のレーザ光源から出射されたレーザ光を合波する１以上の光学素子群を含むレーザ光源部を含んでよい。
　前記レーザ光源部は、複数の色光のレーザ光が合波されたレーザ光を出射するように構成されてよく、又は、単色のレーザ光を出射するように構成されてもよい。前者の場合、当該合波された光線が走査ミラーにより反射されて、導光板へ進行する。前者の場合、前記レーザ光源部に含まれるレーザ光源の数は、例えば２～５であり、特には２、３、又は４であってよい。
　前記レーザ光源部の構成例を以下で図６を参照しながら説明する。なお、同図では、レーザ光源から出射された光線は、広がりをもたない一本の線として表されている。同図に示されるとおり、レーザ光源部６００は、３つのレーザ光源６０１、６０２、及び６０３を含む。これらのレーザ光源は、それぞれＲ（red）、Ｇ（green）、及びＢ（blue）のレーザ光を出射するように構成されている。
　レーザ光源部６００は、レーザ光源６０１～６０３から出射された複数のレーザ光を合波する光学素子群として、例えばダイクロイックミラー６０４及び６０５を含む。
　ダイクロイックミラー６０４は、レーザ光源６０１から出射されたレーザ光を透過し且つレーザ光源６０２から出射されたレーザ光を反射する光学特性を有する。これにより、レーザ光源６０１及び６０２から出射されたレーザ光が合波される。
　ダイクロイックミラー６０５は、レーザ光源６０１及び６０２から出射されたレーザ光を透過し且つレーザ光源６０３から出射されたレーザ光を反射する光学特性を有する。これにより、レーザ光源６０１及び６０２から出射されたレーザ光とレーザ光源６０３から出射されたレーザ光が合波される。
　レーザ光源部６００は、以上のように３本のレーザ光が合波された光線を出射する。当該光線は、走査ミラー３に到達する。
　レーザ光源部６００は、走査ミラー３に進行する前記光線として、直線偏光（Ｐ偏光又はＳ偏光）若しくは円偏光（右旋円偏光又は左旋円偏光）のレーザ光を出射するように構成されうる。所定の偏光状態のレーザ光を出射するために、レーザ光源部６００は、例えば偏光素子を含んでよい。偏光素子を含むレーザ光源によって、所定の偏光状態を有するレーザ光が生成される。また、前記偏光素子は、レーザ光源部６００から導光光学系２００までの光路上のいずれかの位置に配置されていてもよい。
　画像形成部２は、レーザ光源部以外の構成要素を含んでよい。画像形成部２の構成例を、図７に示されたブロック図を参照しながら説明する。画像形成部２は、画像受信部７０１、画像処理部７０２、レーザ駆動部７０３、レーザ光源部７０４、及び走査ミラー駆動部７０５を含んでよく、例えばこれらを含む描画システムとして構成されてよい。
　画像受信部７０１は、情報処理装置７０６から送信された画像信号を受信し、そして、画像処理部１１２へと画像信号を送信する。当該情報処理装置は、画像表示装置とは別に構成された装置であってよく、例えばコンピュータ又はクラウドシステムなどであってよいが、画像表示装置に含まれていてもよい。
　画像受信部７０１は画像レシーバであってよく、より具体的にはデジタルレシーバ又はアナログレシーバであってよい。当該デジタルレシーバは、例えばＤＶＩ、ＨＤＭＩ（登録商標）、又はＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔなどの規格に従うデジタルレシーバであってよい。当該アナログレシーバは、例えばアナログＲＧＢレシーバであってよい。
　画像処理部７０２は、画像受信部７０１から送信された画像信号を受信し、そして、当該画像信号に基づき、画像表示装置の制御を行う。例えば、前記画像処理部は、当該画像信号に基づき、前記走査ミラー駆動部及び前記レーザ駆動部を制御する。これにより、レーザ光による映像提示が行われる。前記画像処理部は、例えば、マイクロプロセッサ、ＳｏＣ（System-on-a-chip）、又はＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を含みうる。
　レーザ駆動部７０３は、前記画像処理部から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータを含んでよい。
　レーザ光源部７０４は、上記で述べたとおりであり、例えば図６を参照して説明した構成を有してよい。
　走査ミラー駆動部７０５は、前記画像処理部から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータを含んでよい。前記走査ミラー駆動部は、さらに、当該変換によって生成された出力信号を走査ミラー３の駆動電圧レベルまで増幅するオペアンプを含んでよい。
　画像形成部２は、さらに画像蓄積部（図示されていない）を含んでもよい。前記画像受信部から出力された画像信号を処理するために信号の書き込み及び／又は読み出しが行われる。前記画像蓄積部は、例えばＳＲＡＭ又はＤＲＡＭを含み、特にはＳＤＲＡＭ又はＤＤＲ　ＳＤＲＡＭなどを含んでよい。
　走査ミラー３は、画像形成部２から出射されたレーザ光を走査する。走査ミラー３が、前記画像表示光を走査して、導光板１０１内に進行させる、当該走査によって、画像が形成される。走査ミラー３は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーであってよい。ＭＥＭＳミラーとして、市販入手可能なものが用いられてよく、又は、当技術分野で既知の手法により製造されたものが用いられてもよい。ＭＥＭＳミラーは、一般的には、半導体プロセスの微細加工技術によって作製されうる。ＭＥＭＳミラーは、Φ１ｍｍ程度の微小なミラーが共振することによって光を走査する。
　走査ミラー３は、２軸方向に操作可能な走査ミラーであってよく、又は、１軸方向に走査可能な２つの走査ミラーの組み合わせであってもよい。これにより、２次元の画像を投影することができる。走査ミラー３は、前者の場合における前記２軸及び後者の場合における前記２つの走査ミラーの走査軸は、互いに直行していてよい。走査ミラーの走査に同期して、前記レーザ光源群から出射されるレーザ光の強度を変調することによって、所望の画像が生成される。
　走査ミラー３は、静電方式の走査ミラー又は電磁駆動方式の走査ミラーのいずれであってもよい。これらいずれの方式においても、走査ミラーは、共振軸方向とそれに垂直な非共振軸方向とに駆動される。非共振軸方向の走査は、走査ミラーに電圧を印加することによって行われる。走査ミラー３は、走査ミラー３を駆動するための駆動信号を出力する前記走査ミラー駆動部によって駆動される。
　走査ミラー３によって走査された光線は、種々の角度でコリメータレンズ４に到達する。コリメータレンズ４は、これら光線を、互いに平行な光路となるように変換する。コリメータレンズ４によって平行とされた光線が、導光光学系１００に到達する。
　画像表示装置１はさらに、例えばディスク、通信装置、及びドライブなどの画像投影のために用いられる種々の構成要素を備えていてよい。当該ディスクには、例えば画像表示装置１による画像投影を実現するためのプログラムなど種々のプログラム及び種々の映像データが格納されうる。当該通信装置は、例えばネットワークから画像表示装置１を制御するためのプログラム及び／又は映像データを取得しうる。当該ドライブは、例えばｍｉｃｒｏＳＤメモリカード及びＳＤメモリカードなどの記録媒体に記録されているプログラム及び／又は映像データを読み出して、ＲＡＭに出力しうる。
　画像表示装置１は、例えば頭部装着型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ、以下ＨＭＤともいう）として構成されてよい。当該頭部装着型ディスプレイは、例えば透過型のＨＭＤであってよく、又は、非透過型のＨＭＤであってもよい。
　当該透過型のＨＭＤは例えば眼鏡型のディスプレイとして構成されうる。この場合、ＨＯＥ１０９は、外界風景からの光を透過して眼に到達させるものでありうる。ＨＯＥ１０９は、眼鏡のレンズに相当する部分に設けられてよい。当該透過型のＨＭＤによって、外界風景に、画像表示装置１により提示される映像を重畳させることができ、例えばＡＲをユーザに提供することができる。
　当該非透過型のＨＭＤは、例えば両目を完全に覆うものであってよい。この場合、外界風景からの光は眼に到達しない。
（４）ＨＯＥに関する変形例
　本開示において、導光板に設けられる出射部の数は１つに限られず、２以上であってもよい。例えば、導光板上に、２つ以上のＨＯＥが、互いに異なる位置に設けられていてもよい。これにより、導光板を出射する画像表示光による映像を視認可能なエリアを広げることができる。
　２つ以上のＨＯＥが配置された導光板に関する構成例を、図８を参照しながら説明する。同図に示される導光光学系８００は、２つの出射部１０５－１及び１０５－２が設けられていること以外は、図３Ａを参照して説明した導光光学系１００と同じである。
　出射部１０５－１及び１０５－２それぞれにＨＯＥ１０９－１及び１０９－２が設けられている。これにより、導光板１０１に対する目１５０の位置が位置Ａ及び位置Ｂのいずれにある場合においても、映像を視認することができる。
３．本開示の第２の実施形態（導光光学系）
　本開示は、導光板と、前記導光板の第一面に配置された偏光ビームスプリッタ部と、前記導光板の第二面に配置された偏光状態変換部と、を備えている導光光学系も提供する。ここで、前記偏光状態変換部は、前記偏光ビームスプリッタ部を透過して前記導光板内に入射した画像表示光を反射し、且つ、当該反射時に、当該画像表示光の偏光状態を、前記偏光ビームスプリッタ部によって反射される偏光状態へと変換するように構成されてよい。当該導光光学系によって、上記１．及び２．において説明したとおり、広画角化を達成することができる。さらに、当該導光光学系では、導光板の厚みを薄くすることができるので、導光光学系の軽量化も可能である。
　前記導光光学系は、上記１．及び２．において説明したとおりの構成を有してよく、当該説明が本実施形態においても当てはまる。また、前記導光光学系は、例え画像表示装置、特には網膜直描型の画像表示装置、において使用されるために適している。当該画像表示装置は、例えば、前記映像を形成するためのレーザ光走査を行う走査ミラーをさらに備えていてよい。当該画像表示装置は、例えば上記１．及び２．において説明したとおりの構成を有してよい。
　なお、本開示は、以下のような構成をとることもできる。
〔１〕
　導光板と、
　前記導光板の第一面に配置された偏光ビームスプリッタ部と、
　前記導光板の第二面に配置された偏光状態変換部と、
　を備えており、
　前記偏光状態変換部は、前記偏光ビームスプリッタ部を透過して前記導光板内に入射した画像表示光を反射し、且つ、当該反射時に、当該画像表示光の偏光状態を、前記偏光ビームスプリッタ部によって反射される偏光状態へと変換する、
　画像表示装置。
〔２〕
　前記画像表示装置は、前記画像表示光を前記導光板内に入射させる入射部を有しており、
　前記入射部は、前記画像表示光を反射又は透過して、前記偏光ビームスプリッタ部へと到達させる、〔１〕に記載の画像表示装置。
〔３〕
　前記入射部と前記導光板との間に、前記偏光ビームスプリッタ部が配置されている、〔２〕に記載の画像表示装置。
〔４〕
　前記画像表示装置は、前記画像表示光を反射回折又は透過回折して、前記導光板から出射させる出射部を備えている、〔１〕～〔３〕のいずれか一つに記載の画像表示装置。
〔５〕
　前記出射部は、ホログラムレンズ素子を含む、〔４〕に記載の画像表示装置。
〔６〕
　前記出射部は、前記画像表示光が集光するように、前記画像表示光を反射回折又は透過回折する、〔４〕又は〔５〕に記載の画像表示装置。
〔７〕
　前記偏光ビームスプリッタ部は、直線偏光又は円偏光を選択的に透過させる、〔１〕～〔６〕のいずれか一つに記載の画像表示装置。
〔８〕
　前記偏光ビームスプリッタ部は、前記画像表示光である直線偏光を選択的に透過させ、且つ、
　前記偏光状態変換部は、前記偏光ビームスプリッタ部を透過した直線偏光を反射するときに、当該直線偏光の偏光状態を、前記偏光ビームスプリッタ部によって反射される偏光状態へと変換する、
　〔１〕～〔７〕のいずれか一つに記載の画像表示装置。
〔９〕
　前記偏光ビームスプリッタ部は、ワイヤグリッド又は誘電体多層膜を含む、〔８〕に記載の画像表示装置。
〔１０〕
　前記偏光状態変換部は、波長板を含む、〔８〕または〔９〕に記載の画像表示装置。
〔１１〕
　前記波長板の２つの面のうち、空気界面側の面に位相制御反射膜が設けられている、〔１０〕に記載の画像表示装置。
〔１２〕
　前記偏光ビームスプリッタ部は、前記画像表示光である円偏光を選択的に透過させる光学特性を有し、且つ、
　前記偏光状態変換部は、前記偏光ビームスプリッタ部を透過した円偏光を反射するときに、当該円偏光の偏光状態を、前記偏光ビームスプリッタ部によって反射される偏光状態へと変換する、
　〔１〕～〔７〕のいずれか一つに記載の画像表示装置。
〔１３〕
　前記偏光ビームスプリッタ部は、コレステリック液晶反射素子を含む、〔１２〕に記載の画像表示装置。
〔１４〕
　前記導光板の前記第二面が、前記偏光ビームスプリッタ部を透過した円偏光の偏光状態を、前記偏光ビームスプリッタ部によって反射される偏光状態へと変換する、〔１２〕又は〔１３〕に記載の画像表示装置。
〔１５〕
　前記偏光状態変換部は、位相制御反射膜を含む、〔１３〕又は〔１４〕に記載の画像表示装置。
〔１６〕
　前記位相制御反射膜は銀コーティングである、〔１５〕に記載の画像表示装置。
〔１７〕
　前記画像表示装置は、走査ミラーをさらに含み、
　前記走査ミラーが、前記画像表示光を走査して、前記導光板内に進行させる、〔１〕～〔１６〕のいずれか一つに記載の画像表示装置。
〔１８〕
　前記画像表示装置は、前記導光板から出射した画像表示光が、瞳孔付近で集光されて網膜に到達するように構成されている、〔１〕～〔１７〕のいずれか一つに記載の画像表示装置。
〔１９〕
　導光板と、
　前記導光板の第一面に配置された偏光ビームスプリッタ部と、
　前記導光板の第二面に配置された偏光状態変換部と、
　を備えており、
　前記偏光状態変換部は、前記偏光ビームスプリッタ部を透過して前記導光板内に入射した画像表示光を反射し、且つ、当該反射時に、当該画像表示光の偏光状態を、前記偏光ビームスプリッタ部によって反射される偏光状態へと変換する、
　導光光学系。
１　画像表示装置
２　画像形成部
３　走査ミラー
４　コリメータレンズ
１００　導光光学系
１０１　導光板
１０２　入射部
１０３　偏光ビームスプリッタ部
１０４　偏光状態変換部
１０５　出射部

Claims (19)

  1. 　導光板と、
    　前記導光板の第一面に配置された偏光ビームスプリッタ部と、
    　前記導光板の第二面に配置された偏光状態変換部と、
    　を備えており、
    　前記偏光状態変換部は、前記偏光ビームスプリッタ部を透過して前記導光板内に入射した画像表示光を反射し、且つ、当該反射時に、当該画像表示光の偏光状態を、前記偏光ビームスプリッタ部によって反射される偏光状態へと変換する、
    　画像表示装置。
  2. 　前記画像表示装置は、前記画像表示光を前記導光板内に入射させる入射部を有しており、
    　前記入射部は、前記画像表示光を反射又は透過して、前記偏光ビームスプリッタ部へと到達させる、請求項１に記載の画像表示装置。
  3. 　前記入射部と前記導光板との間に、前記偏光ビームスプリッタ部が配置されている、請求項２に記載の画像表示装置。
  4. 　前記画像表示装置は、前記画像表示光を反射回折又は透過回折して、前記導光板から出射させる出射部を備えている、請求項１に記載の画像表示装置。
  5. 　前記出射部は、ホログラムレンズ素子を含む、請求項４に記載の画像表示装置。
  6. 　前記出射部は、前記画像表示光が集光するように、前記画像表示光を反射回折又は透過回折する、請求項４に記載の画像表示装置。
  7. 　前記偏光ビームスプリッタ部は、直線偏光又は円偏光を選択的に透過させる、請求項１に記載の画像表示装置。
  8. 　前記偏光ビームスプリッタ部は、前記画像表示光である直線偏光を選択的に透過させ、且つ、
    　前記偏光状態変換部は、前記偏光ビームスプリッタ部を透過した直線偏光を反射するときに、当該直線偏光の偏光状態を、前記偏光ビームスプリッタ部によって反射される偏光状態へと変換する、
    　請求項１に記載の画像表示装置。
  9. 　前記偏光ビームスプリッタ部は、ワイヤグリッド又は誘電体多層膜を含む、請求項８に記載の画像表示装置。
  10. 　前記偏光状態変換部は、波長板を含む、請求項８に記載の画像表示装置。
  11. 　前記波長板の２つの面のうち、空気界面側の面に位相制御反射膜が設けられている、請求項１０に記載の画像表示装置。
  12. 　前記偏光ビームスプリッタ部は、前記画像表示光である円偏光を選択的に透過させる光学特性を有し、且つ、
    　前記偏光状態変換部は、前記偏光ビームスプリッタ部を透過した円偏光を反射するときに、当該円偏光の偏光状態を、前記偏光ビームスプリッタ部によって反射される偏光状態へと変換する、
    　請求項１に記載の画像表示装置。
  13. 　前記偏光ビームスプリッタ部は、コレステリック液晶反射素子を含む、請求項１２に記載の画像表示装置。
  14. 　前記導光板の前記第二面が、前記偏光ビームスプリッタ部を透過した円偏光の偏光状態を、前記偏光ビームスプリッタ部によって反射される偏光状態へと変換する、請求項１２に記載の画像表示装置。
  15. 　前記偏光状態変換部は、位相制御反射膜を含む、請求項１３に記載の画像表示装置。
  16. 　前記位相制御反射膜は銀コーティングである、請求項１５に記載の画像表示装置。
  17. 　前記画像表示装置は、走査ミラーをさらに含み、
    　前記走査ミラーが、前記画像表示光を走査して、前記導光板内に進行させる、請求項１に記載の画像表示装置。
  18. 　前記画像表示装置は、前記導光板から出射した画像表示光が、瞳孔付近で集光されて網膜に到達するように構成されている、請求項１に記載の画像表示装置。
  19. 　導光板と、
    　前記導光板の第一面に配置された偏光ビームスプリッタ部と、
    　前記導光板の第二面に配置された偏光状態変換部と、
    　を備えており、
    　前記偏光状態変換部は、前記偏光ビームスプリッタ部を透過して前記導光板内に入射した画像表示光を反射し、且つ、当該反射時に、当該画像表示光の偏光状態を、前記偏光ビームスプリッタ部によって反射される偏光状態へと変換する、
    　導光光学系。
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