光学装置和显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术的目的是提供一种显示装置，其中，由观察者观看到的图像是亮的并且该图像的亮度尽可能均匀。该显示装置包括框架(10)和图像显示装置(100)，图像显示装置(100)设置有图像形成装置(111)和光学装置(120)。光学装置(120)设置有导光板(121)、由第一全息衍射光栅(131)和第二全息衍射光栅(135)构成的第一偏转装置(130)、以及由第三全息衍射光栅(141)构成的第二偏转装置(140)。第一全息衍射光栅(131)、第二全息衍射光栅(135)和第三全息衍射光栅(141)的倾斜角和间距满足预定关系。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学装置和显示装置
本公开涉及光学装置和配备有该光学装置的显示装置，并且更具体地，涉及用作头戴式显示器(HMD)的显示装置和在显示装置中使用的光学装置。
技术介绍
已知使用全息衍射光栅的虚拟图像显示装置(图像显示装置)允许观察者能够通过虚拟图像光学系统观察作为由图像形成设备形成的二维(2D)图像的放大虚拟图像。如图46的概念图所示，图像显示装置1100基本上包括显示图像的图像形成设备1111、准直光学系统1112以及由图像形成设备1111显示的光入射在其上并且其将光引导至观察者的瞳孔21的光学装置(导光单元)1120。光学装置1120包括导光板1121和各自配置有设置在导光板1121上的全息衍射光栅的第一偏转单元1130和第二偏转单元1140。然后，从图像形成设备1111的像素发射的光入射到准直光学系统1112上，并且在导光板1121上具有不同入射角的多个平行光束由准直光学系统1112生成并入射在导光板1121上。平行光从导光板1121的第二表面1123入射并发射。第一偏转单元1130和第二偏转单元1140附接到导光板1121的第一表面1122。参考标号1150指示反射空间光调制器，参考标号1151指示液晶显示装置(LCD)，参考标号1152指示偏振光分束器，以及参考标号1153指示光源。作为虚拟图像显示装置所需的重要特性，观察者观看的图像的亮度需要尽可能地高且均匀。能够满足这样的需求的虚拟图像显示装置从例如JP5119667B可知。引用文献列表专利文献专利文献1：JP5119667B
技术实现思路
技术问题图43A、图43B和图43C是用于描述入射到现有技术的显示装置中的光学装置上的光与观察者观察到的图像的亮度之间的关系的示意图。在图43A、图43B和图43C中，入射到光学装置1120上的光的光谱由曲线“A”指示，并且衍射效率相对于入射在第一偏转单元1130上的光的波长的变化由被称为“衍射效率变化曲线”E的曲线“E”指示。同时，当希望增加由观察者观看到的图像的亮度时，通常，增加配置有全息衍射光栅的第一偏转单元1130的厚度以增加第一偏转单元1130的衍射效率。然而，当采用此对策时，衍射效率变化曲线E具有尖锐的峰值。在配置有全息衍射光栅的第一偏转单元1130的厚度薄且第一偏转单元1130的衍射效率低的情况下的衍射效率变化曲线由图43A中的曲线“F”指示。如果入射在第一偏转单元1130上的光的峰值波长由λLS-0指示，则光学装置1120被设计为使得衍射效率变化曲线E的峰值与图46的光束LBC中的波长λLS-0相同。光束LBC指示来自图像的与观察者的瞳孔21的光轴一致的中心的光束(0视角、即中心视角的光束)。在光学装置1120中，对于图46中的光束LBL或光束LBR，衍射效率变化曲线E的峰值偏离波长λLS-0(参见图43B和43图C)。在这里，在图43A、图43B和图43C中，阴影区域为入射在光学装置1120上的光的对观察者观看到的图像的亮度有贡献的部分。因此，由于观察者观看到的图像的亮度在图像右侧、图像中心和图像左侧显著变化，所以不能满足图像的亮度尽可能均匀的要求。鉴于此，本公开的目的是提供能够满足对于观察者观看到的图像的亮度是亮的且图像的亮度尽可能均匀的要求的显示装置以及在显示装置中使用的光学装置。问题的解决方案为解决上述问题，根据本公开的第一或第二方面的光学装置包括：(a)导光板，被配置为使入射光通过全反射在导光板内传播并然后发射光；(b)第一偏转单元，被配置为使入射在导光板上的光偏转，使得入射在导光板上的光在导光板内全反射；以及(c)第二偏转单元，被配置为使通过全反射在导光板内传播的光偏转，使得已通过全反射在导光板内传播的光的一部分从导光板发射。第一偏转单元由第一全息衍射光栅和第二全息衍射光栅构成，第二偏转单元由第三全息衍射光栅构成，在第一全息衍射光栅中形成第一干涉条纹，在第二全息衍射光栅中形成第二干涉条纹，以及在第三全息衍射光栅中形成第三干涉条纹。在这里，术语“全反射”指示导光板内的全内反射或全反射。在下文中同样适用。此外，在根据本公开的第一方面的光学装置中，满足φ2<φ3<φ1和P1＝P3＝P2的关系。在这里，φ1表示第一干涉条纹的倾斜角，φ2表示第二干涉条纹的倾斜角，φ3表示第三干涉条纹的倾斜角，P1表示第一干涉条纹的间距，P2表示第二干涉条纹的间距，以及P3表示第三干涉条纹的间距。另外，在根据第二方面的光学装置中，满足λ2<λ3<λ1的关系，其中，λ1表示入射在导光板上并被第一全息衍射光栅偏转的光的峰值波长，λ2表示入射在导光板上并被第二全息衍射光栅偏转的光的峰值波长，以及λ3表示被第一全息衍射光栅和第二全息衍射光栅偏转、通过全反射在导光板内传播、并然后被第三全息衍射光栅偏转的光的峰值波长。为了实现以上目的，根据本公开的第一方面、第二方面或第三方面的显示装置为这样的显示装置，包括：(i)被配置成佩戴在观察者的头部上的框架；以及(ii)被配置成安装在框架上的图像显示装置，其中，该图像显示装置包括(A)图像形成设备，以及(B)从图像形成设备发射的光入射并发射的光学装置。此外，在根据本公开的第一方面的显示装置中，光学装置配置有根据本公开的第一方面的光学装置，并且在根据本公开的第二方面的显示装置中，光学装置配置有根据本公开的第二方面的光学装置。此外，在根据第三方面的显示装置中，光学装置包括(a)导光板，被配置为使入射光通过全反射在导光板内传播并然后发射光；(b)第一偏转单元，被配置为使入射在导光板上的光偏转，使得入射在导光板上的光在导光板内全反射，以及(c)第二偏转单元，被配置为使通过全反射在导光板内传播的光偏转，使得已通过全反射在导光板内传播的光的一部分从导光板发射，并且图像形成设备包括具有峰值波长λLS-1的第一光源和具有峰值波长λLS-2的第二光源，以及图像形成设备基于来自第一光源的光和来自第二光源的光形成图像。本专利技术的有益效果在根据本公开的第一方面的光学装置或根据本公开的第一方面的显示装置中，指定三个全息衍射光栅的干涉条纹的倾斜角和间距的关系，并且在根据本公开的第二方面的光学装置或根据本公开的第二方面的显示装置中，指定由三个全息衍射光栅偏转的光的峰值波长的关系。此外，在根据本公开的第三方面的显示装置中，图像形成设备包括两个光源，并且基于来自光源的光形成图像。因此，可以增加由观察者观看到的图像的亮度，并且尽可能地增加图像的亮度的均匀性。然而，本说明书中描述的效果不旨在是限制性的，而仅仅是示例，并且可能还有另外的效果。附图说明[图1]图1是在根据第一实施方式的显示装置中的图像显示装置的概念图。[图2]图2是根据第一实施方式的显示装置的示意性顶视图。[图3]图3是根据第一实施方式的显示装置的示意性前视图。[图4]图4A和4B是示出第一实施方式的显示装置的示意性侧视图，以及示意性地示出构成图像显示装置的导光板中的光的传播的示意图。[图5]图5是示出反射型体积全息衍射光栅的一部分的示意性放大截面图。[图6]图6是在根据第二实施方式的显示装置中的图像显示装置的概念图。[图7]图7是根据第三实施方式的显示装置的示意性前视图。[图8]图8是(在假设去除了框架的状态下的)根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学装置，包括：(a)导光板，被配置为使入射光通过全反射在所述导光板内传播并然后发射光；(b)第一偏转单元，被配置为使入射在所述导光板上的光偏转，使得入射在所述导光板上的光在所述导光板内全反射，以及(c)第二偏转单元，被配置为使已通过全反射在所述导光板内传播的光偏转，使得已通过全反射在所述导光板内传播的光的一部分从所述导光板发射，其中，所述第一偏转单元由第一全息衍射光栅和第二全息衍射光栅构成，所述第二偏转单元由第三全息衍射光栅构成，在所述第一全息衍射光栅中形成第一干涉条纹，在所述第二全息衍射光栅中形成第二干涉条纹，在所述第三全息衍射光栅中形成第三干涉条纹，并且满足φ2<φ3<φ1和P1＝P3＝P2的关系，其中，φ1表示所述第一干涉条纹的倾斜角，φ2表示所述第二干涉条纹的倾斜角，φ3表示所述第三干涉条纹的倾斜角，P1表示所述第一干涉条纹的间距，P2表示所述第二干涉条纹的间距，P3表示所述第三干涉条纹的间距。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.27 JP 2014-2404781.一种光学装置，包括：(a)导光板，被配置为使入射光通过全反射在所述导光板内传播并然后发射光；(b)第一偏转单元，被配置为使入射在所述导光板上的光偏转，使得入射在所述导光板上的光在所述导光板内全反射，以及(c)第二偏转单元，被配置为使已通过全反射在所述导光板内传播的光偏转，使得已通过全反射在所述导光板内传播的光的一部分从所述导光板发射，其中，所述第一偏转单元由第一全息衍射光栅和第二全息衍射光栅构成，所述第二偏转单元由第三全息衍射光栅构成，在所述第一全息衍射光栅中形成第一干涉条纹，在所述第二全息衍射光栅中形成第二干涉条纹，在所述第三全息衍射光栅中形成第三干涉条纹，并且满足φ2<φ3<φ1和P1＝P3＝P2的关系，其中，φ1表示所述第一干涉条纹的倾斜角，φ2表示所述第二干涉条纹的倾斜角，φ3表示所述第三干涉条纹的倾斜角，P1表示所述第一干涉条纹的间距，P2表示所述第二干涉条纹的间距，P3表示所述第三干涉条纹的间距。2.根据权利要求1所述的光学装置，其中，满足0.7°≤|φ2-φ1|≤4.7°。3.一种光学装置，包括：(a)导光板，被配置为使入射光通过全反射在所述导光板内传播并然后发射光，(b)第一偏转单元，被配置为使入射在所述导光板上的光偏转，使得入射在所述导光板上的光在所述导光板内全反射，以及(c)第二偏转单元，被配置为使已通过全反射在所述导光板内传播的光偏转，使得已通过全反射在所述导光板内传播的光的一部分从所述导光板发射，其中，所述第一偏转单元由第一全息衍射光栅和第二全息衍射光栅构成，所述第二偏转单元由第三全息衍射光栅构成，在所述第一全息衍射光栅中形成第一干涉条纹，在所述第二全息衍射光栅中形成第二干涉条纹，在所述第三全息衍射光栅中形成第三干涉条纹，并且满足λ2<λ3<λ1的关系，其中，λ1表示入射在所述导光板上并被所述第一全息衍射光栅偏转的光的峰值波长，λ2表示入射在所述导光板上并被所述第二全息衍射光栅偏转的光的峰值波长，以及λ3表示被所述第一全息衍射光栅和所述第二全息衍射光栅偏转、通过全反射在所述导光板内传播并然后被所述第三全息衍射光栅偏转的光的峰值波长。4.根据权利要求3所述的光学装置，其中，满足0nm<|λ3-λ1|≤40nm和0nm<|λ2-λ3|≤40nm。5.根据权利要求3所述的光学装置，其中，满足η1/η3≥1.0和η2/η3≥1.0，其中，η1表示所述第一全息衍射光栅的衍射效率，η2表示所述第二全息衍射光栅的衍射效率，并且η3表示所述第三全息衍射光栅的衍射效率。6.根据权利要求3所述的光学装置，其中，满足η1>η2，其中，η1表示所述第一全息衍射光栅的衍射效率，并且η2表示所述第二全息衍射光栅的衍射效率。7.根据权利要求3所述的光学装置，其中，满足1.0μm≤T1，T2≤10μm以及T1≥T3，T2≥T3，其中，T1表示第一全息衍射光栅的厚度，T2表示第二全息衍射光栅的厚度，以及T3表示第三全息衍射光栅的厚度。8.根据权利要求7所述的光学装置，其中，满足T3≤1.6μm。9.根据权利要求3所述的光学装置，其中，满足T1>T2，其中，T1表示所述第一全息衍射光栅的厚度，以及T2表示所述第二全息衍射光栅的厚度。10.根据权利要求3所述的光学装置，其中，满足P1＝P2和φ1≠φ2，其中，P1表示所述第一干涉条纹的间距，φ1表示所述第一干涉条纹的倾斜角，P2表示所述第二干涉条纹的间距，以及φ2表示所述第二干涉条纹的倾斜角。11.根据权利要求3所述的光学装置，其中，满足φ2<φ3<φ1和P1＝P2＝P3，其中，P3表示第三干涉条纹的间距，并且φ3表示第三干涉条纹的倾斜角。12.根据权利要求3所述的光学装置，其中，在所述第三全息衍射光栅中，位于远离所述第一偏转单元的区域具有比位于靠近所述第一偏转单元的区域的衍射效率高的衍射效率。13.根据权利要求3所述的光学装置，其中，在所述第三全息衍射光栅中，位于远离所述第一偏转单元的区域比位于靠近所述第一偏转单元的区域厚。14.根据权利要求3所述的光学装置，其中，所述第三全息衍射光栅的厚度以逐步方式变化。15.根据权利要求13所述的光学装置，其中，所述第三全息衍射光栅由位于靠近所述第一偏转单元的第3A全息衍射光栅和位于远离所述第一偏转单元的第3B全息衍射光栅构成，并且满足T3B>T3A，其中T3A表示所述第3A全息衍射光栅的厚度，并且T3B表示所述第3B全息衍射光栅的厚度。16.根据权利要求15所述的光学装置，其中，当光入射的表面被定义为所述导光板的第二表面，并且所述导光板的与所述第二表面相对的表面被定义为第一表面时，所述第3A全息衍射光栅和所述第3B全息衍射光栅布置在所述导光板的所述第一表面或所述第二表面上。17.根据权利要求15所述的光学装置，其中，当光入射的表面被定义为所述导光板的第二表面，并且所述导光板的与所述第二表面相对的表面被定义为第一表面时，所述第3A全息衍射光栅布置在所述导光板的一个表面上，并且所述第3B全息衍射光栅布置在所述导光板的另一表面上。18.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥贵司，阿久津克之，町田晓夫，铃木伸洋，吉田卓司，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP