(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022129525
(43)【公開日】2022-09-06
(54)【発明の名称】画像投影装置
(51)【国際特許分類】
G02B 27/02 20060101AFI20220830BHJP
H04N 9/31 20060101ALI20220830BHJP
H04N 5/74 20060101ALI20220830BHJP
H04N 5/64 20060101ALI20220830BHJP
【ＦＩ】
G02B27/02 Z
H04N9/31 410
H04N5/74 A
H04N5/64 511A
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021028221
(22)【出願日】2021-02-25
(71)【出願人】
【識別番号】000001133
【氏名又は名称】株式会社小糸製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110001667
【氏名又は名称】弁理士法人プロウィン
(72)【発明者】
【氏名】尾形 洋一
【テーマコード（参考）】
2H199
5C058
5C060
【Ｆターム（参考）】
2H199CA02
2H199CA23
2H199CA27
2H199CA29
2H199CA44
2H199CA53
2H199CA63
2H199CA65
2H199CA66
2H199CA67
2H199CA69
2H199CA70
2H199CA87
5C058AA18
5C058BA35
5C058EA26
5C058EA27
5C058EA32
5C058EA33
5C058EA54
5C060DA03
5C060EA00
5C060GC06
5C060HC00
5C060HC12
5C060JA18
5C060JB06
(57)【要約】
【課題】複数波長の光を用いた画像投影を行うために必要な光学部材を簡素化し、小型化と軽量化を図ることが可能な画像投影装置を提供する。
【解決手段】第１光を照射する第１画像照射部（４０ａ）と、第２光を照射する第２画像照射部（４０ｂ）と、第１光および第２光が入射される第１光入射部（２２）と、第１光の一部および第２光の一部をそれぞれ第１導波光および第２導波光として導波する光導波部（２１）と、第１導波光および第２導波光を出射する第１光出射部（２３）を有する導光板部（２０）と、第１光入射部（２２）に設けられた第１回折格子部（１０）を備え、第１回折格子部（１０）に対する第１光と第２光の入射角度が異なっており、第１回折格子部（１０）で回折された第１光の一部および第２光の一部が光導波部（２１）の全反射条件を満たす画像投影装置。
【選択図】図２
【解決手段】第１光を照射する第１画像照射部（４０ａ）と、第２光を照射する第２画像照射部（４０ｂ）と、第１光および第２光が入射される第１光入射部（２２）と、第１光の一部および第２光の一部をそれぞれ第１導波光および第２導波光として導波する光導波部（２１）と、第１導波光および第２導波光を出射する第１光出射部（２３）を有する導光板部（２０）と、第１光入射部（２２）に設けられた第１回折格子部（１０）を備え、第１回折格子部（１０）に対する第１光と第２光の入射角度が異なっており、第１回折格子部（１０）で回折された第１光の一部および第２光の一部が光導波部（２１）の全反射条件を満たす画像投影装置。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１光を照射する第１画像照射部と、
第２光を照射する第２画像照射部と、
前記第１光および前記第２光が入射される第１光入射部と、前記第１光の一部および前記第２光の一部をそれぞれ第１導波光および第２導波光として導波する光導波部と、前記第１導波光および前記第２導波光を出射する第１光出射部を有する導光板部と、
前記第１光入射部に設けられた第１回折格子部を備え、
前記第１回折格子部に対する前記第１光と前記第２光の入射角度が異なっており、
前記第１回折格子部で回折された前記第１光の一部および前記第２光の一部が前記光導波部の全反射条件を満たすことを特徴とする画像投影装置。
第２光を照射する第２画像照射部と、
前記第１光および前記第２光が入射される第１光入射部と、前記第１光の一部および前記第２光の一部をそれぞれ第１導波光および第２導波光として導波する光導波部と、前記第１導波光および前記第２導波光を出射する第１光出射部を有する導光板部と、
前記第１光入射部に設けられた第１回折格子部を備え、
前記第１回折格子部に対する前記第１光と前記第２光の入射角度が異なっており、
前記第１回折格子部で回折された前記第１光の一部および前記第２光の一部が前記光導波部の全反射条件を満たすことを特徴とする画像投影装置。
【請求項2】
請求項１に記載の画像投影装置であって、
前記第１導波光および前記第２導波光は、前記第１光入射部における入射位置、前記光導波部における反射位置および前記第１光出射部における出射位置がそれぞれ略同一であることを特徴とする画像投影装置。
前記第１導波光および前記第２導波光は、前記第１光入射部における入射位置、前記光導波部における反射位置および前記第１光出射部における出射位置がそれぞれ略同一であることを特徴とする画像投影装置。
【請求項3】
請求項１または２に記載の画像投影装置であって、
前記導光板部は、前記第１回折格子部で分岐された光の一つを透過して外部スクリーン方向に出射する第２光出射部を備え、
前記第１光出射部は、前記外部スクリーン方向に対して前記第１導波光および前記第２導波光を出射することを特徴とする画像投影装置。
前記導光板部は、前記第１回折格子部で分岐された光の一つを透過して外部スクリーン方向に出射する第２光出射部を備え、
前記第１光出射部は、前記外部スクリーン方向に対して前記第１導波光および前記第２導波光を出射することを特徴とする画像投影装置。
【請求項4】
請求項１または２に記載の画像投影装置であって、
画像情報に基づいて制御される微小なミラーを複数有するデジタルミラーデバイスを備え、
前記第１光出射部から出射された前記第１導波光および前記第２導波光は、前記デジタルミラーデバイスを介して視点方向に反射されることを特徴とする画像投影装置。
画像情報に基づいて制御される微小なミラーを複数有するデジタルミラーデバイスを備え、
前記第１光出射部から出射された前記第１導波光および前記第２導波光は、前記デジタルミラーデバイスを介して視点方向に反射されることを特徴とする画像投影装置。
【請求項5】
請求項１または２に記載の画像投影装置であって、
前記第１光出射部に設けられた第２回折格子部を備え、
前記第２回折格子部は、前記第１導波光の一部および前記第２導波光の一部をそれぞれ回折して第１出射回折光および第２出射回折光として異なる出射角度で視点方向に照射することを特徴とする画像投影装置。
前記第１光出射部に設けられた第２回折格子部を備え、
前記第２回折格子部は、前記第１導波光の一部および前記第２導波光の一部をそれぞれ回折して第１出射回折光および第２出射回折光として異なる出射角度で視点方向に照射することを特徴とする画像投影装置。
【請求項6】
請求項５に記載の画像投影装置であって、
前記第１回折格子と前記第２回折格子は互いに平行または直交して配置されていることを特徴とする画像投影装置。
前記第１回折格子と前記第２回折格子は互いに平行または直交して配置されていることを特徴とする画像投影装置。
【請求項7】
請求項１から６の何れか一つに記載の画像投影装置であって、
二つの前記導光板部を備え、
前記導光板部のそれぞれの前記第１光入射部に、一つの前記第１回折格子部が共通に設けられていることを特徴とする画像投影装置。
二つの前記導光板部を備え、
前記導光板部のそれぞれの前記第１光入射部に、一つの前記第１回折格子部が共通に設けられていることを特徴とする画像投影装置。
【請求項8】
請求項１から７の何れか一つに記載の画像投影装置であって、
前記第１回折格子部は、光入射面を構成する平板状部分と、前記平板状部分と一体に構成された凹凸部分を備え、前記導光板部とは別体に形成されていることを特徴とする画像投影装置。
前記第１回折格子部は、光入射面を構成する平板状部分と、前記平板状部分と一体に構成された凹凸部分を備え、前記導光板部とは別体に形成されていることを特徴とする画像投影装置。
【請求項9】
請求項１から８の何れか一つに記載の画像投影装置であって、
前記第１格子部は、波長変換素子を構成することを特徴とする画像投影装置。
前記第１格子部は、波長変換素子を構成することを特徴とする画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、画像投影装置に関し、特に回折格子を用いた画像投影装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、車両内に各種情報を表示する装置として、アイコンを点灯表示する計器盤が用いられている。また、表示する情報量の増加とともに、計器盤に画像表示装置を埋め込むことや、計器盤全体を画像表示装置で構成することも提案されている。
【0003】
しかし、計器盤は車両のフロントガラスより下方に位置しているため、計器盤に表示された情報を運転者が視認するには、運転中に視線を下方に移動させる必要があるため好ましくない。そこで、フロントガラスに画像を投影して、運転者が車両の前方を視認したときに情報を読み取れるようにするヘッドアップディスプレイ（以下ＨＵＤ：Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）も提案されている（例えば、特許文献１を参照）。このようなＨＵＤでは、フロントガラスの広い範囲に画像を投影するための光学装置が必要であり、光学装置の小型化および軽量化が望まれている。
【0004】
一方で、小型の光学装置を用いて光を投影する画像表示装置としては、導光板の一端から光を入射させて他端側で視点方向に光を取り出すウェアラブル型のＨＵＤが知られている（例えば、特許文献２を参照）。ウェアラブル型のＨＵＤでは、光源から照射された光を視聴者の眼に直接照射して、視聴者の網膜に画像を投影している。このようなウェアラブル型のＨＵＤでは、光源から視聴者に光を照射する際に回折格子やハーフミラーを用いている。ウェアラブル型のＨＵＤは、頭部に装着することで利用者個人の視点に対して画像を投影するため、没入感の高い仮想現実（ＶＲ：Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）や拡張現実（ＡＲ：Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）等に用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１９－１１９２６２号公報
【特許文献2】特開２０２０－１４４１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、従来のウェアラブル型のＨＵＤでは、複数波長の光を照射して、色彩豊かな画像投影を行うためには、複数の光源とそれぞれの波長に適した光学部材を用いる必要があり、光学部材の部品点数が増加するという問題があった。また、複数波長の光を重ね合わせて画像投影をする場合には、光学部材における光軸調整が困難であるという問題があった。
【0007】
そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、複数波長の光を用いた画像投影を行うために必要な光学部材を簡素化し、小型化と軽量化を図ることが可能な画像投影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明の画像投影装置は、第１光を照射する第１画像照射部と、第２光を照射する第２画像照射部と、前記第１光および前記第２光が入射される第１光入射部と、前記第１光の一部および前記第２光の一部をそれぞれ第１導波光および第２導波光として導波する光導波部と、前記第１導波光および前記第２導波光を出射する第１光出射部を有する導光板部と、前記第１光入射部に設けられた第１回折格子部を備え、前記第１回折格子部に対する前記第１光と前記第２光の入射角度が異なっており、前記第１回折格子部で回折された前記第１光の一部および前記第２光の一部が前記光導波部の全反射条件を満たすことを特徴とする。
【0009】
このような本発明の画像投影装置では、第１回折格子部に対して第１光と第２光を異なる入射角度で入射させ、第１光と第２光を光導波部で全反射させて第１光出射部まで導波させるため、光学部材を簡素化し小型化と軽量化を図ることが可能となる。
【0010】
また、本発明の一態様では、前記第１導波光および前記第２導波光は、前記第１光入射部における入射位置、前記光導波部における反射位置および前記第１光出射部における出射位置がそれぞれ略同一である。
【0011】
また、本発明の一態様では、前記導光板部は、前記第１回折格子部で分岐された光の一つを透過して外部スクリーン方向に出射する第２光出射部を備え、前記第１光出射部は、前記外部スクリーン方向に対して前記第１導波光および前記第２導波光を出射する。
【0012】
また、本発明の一態様では、画像情報に基づいて制御される微小なミラーを複数有するデジタルミラーデバイスを備え、前記第１光出射部から出射された前記第１導波光および前記第２導波光は、前記デジタルミラーデバイスを介して視点方向に反射される。
【0013】
また、本発明の一態様では、前記第１光出射部に設けられた第２回折格子部を備え、前記第２回折格子部は、前記第１導波光の一部および前記第２導波光の一部をそれぞれ回折して第１出射回折光および第２出射回折光として異なる出射角度で視点方向に照射する。
【0014】
また、本発明の一態様では、前記第１回折格子と前記第２回折格子は互いに平行または直交して配置されている。
【0015】
また、本発明の一態様では、二つの前記導光板部を備え、前記導光板部のそれぞれの前記第１光入射部に、一つの前記第１回折格子部が共通に設けられている。
【0016】
また、本発明の一態様では、前記第１回折格子部は、光入射面を構成する平板状部分と、前記平板状部分と一体に構成された凹凸部分を備え、前記導光板部とは別体に形成されている。
【発明の効果】
【0017】
本発明では、複数波長の光を用いた画像投影を行うために必要な光学部材を簡素化し、小型化と軽量化を図ることが可能な画像投影装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】第１実施形態における回折格子部１０の構造を示す模式断面図である。
【図2】第１実施形態に係る画像投影装置の構造を示す模式図である。
【図3】第１実施形態に係る画像投影装置の光入射部２２を拡大して示す模式斜視図である。
【図4】導光板部２０にレーザ光を入射させた場合の光の経路を示す写真であり、図４（ａ）は赤色光の経路を示し、図４（ｂ）は緑色光の経路を示し、図４（ｃ）は赤色光と緑色光を同時に入射した場合の経路を示している。
【図5】第２実施形態に係る画像投影装置の構造を示す模式図である。
【図6】第２実施形態の変形例に係る画像投影装置の構造を示す模式図である。
【図7】第３実施形態に係る画像投影装置の構造を示す模式図である。
【図8】第４実施形態に係る画像投影装置の構造を示す模式図である。
【図9】第４実施形態に係る画像投影装置の光出射部２３を拡大して示す模式斜視図である。
【図10】第５実施形態に係る画像投影装置の構造を示す模式図である。
【図11】第５実施形態の変形例に係る画像投影装置の構造を示す模式図である。
【図13】第６実施形態に係る画像投影装置の画像照射部４０の構造例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図１は、本実施形態における回折格子部１０の構造を示す模式断面図である。図１に示すように回折格子部１０は、平板状部分１１と、凸部１２と凹部１３を備えている。ここで凸部１２および凹部１３は、回折格子部１０において面内方向において周期的な屈折率の繰り返しを構成する部分であり、本発明における凹凸部分に相当している。平板状部分１１と凸部１２は同一の材料で一体に形成されている。なお図１は、回折格子部１０の構造を模式的に示したものであり、図中の寸法や角度は回折格子部１０における実寸を示すものではない。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図１は、本実施形態における回折格子部１０の構造を示す模式断面図である。図１に示すように回折格子部１０は、平板状部分１１と、凸部１２と凹部１３を備えている。ここで凸部１２および凹部１３は、回折格子部１０において面内方向において周期的な屈折率の繰り返しを構成する部分であり、本発明における凹凸部分に相当している。平板状部分１１と凸部１２は同一の材料で一体に形成されている。なお図１は、回折格子部１０の構造を模式的に示したものであり、図中の寸法や角度は回折格子部１０における実寸を示すものではない。
【0020】
図１に示した例では、回折格子部１０の凸部１２と凹部は、それぞれ紙面の奥行方向にストライプ状に延伸して形成されている。凸部１２は、平板状部分１１の主面に対して所定の角度φだけ傾斜して形成されており、スランテッドグレーティングを構成している。また、凸部１２および凹部１３上は、平板状部分１１とは屈折率が異なる材料で構成される被覆部により覆われている。回折格子部１０を構成する材料は限定されないが、一例としては、平板状部分１１および凸部１２を構成する材料としてＴｉＯ２を主成分とする屈折率２．５程度の誘電体が挙げられ、凸部１２および凹部１３を覆う被覆部としてＳｉＯ２を主成分とするガラスやポリマーが挙げられる。
【0021】
回折格子部１０の凹凸部分は公知の方法で形成することができ、例えばフォトリソグラフィー技術やナノインプリント技術、ＥＢＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）技術等を用いることができる。また、被覆部を傾斜させた状態で保持し、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法等を用いることで、角度φだけ傾斜して凸部１２および凹部１３を形成することができる。このとき、凸部１２および凹部１３の傾斜角度φとは、凸部１２の上端と下端における中央を結んだ線が、回折格子部１０の主面との間でなす角度である。図１では回折格子部１０の凹凸部分として、凸部１２および凹部１３が傾斜したスランテッドグレーティングを示したが、主面に垂直なピラードグレーティングであってもよい。
【0022】
次に図１を用いて、回折格子部１０における光路について説明する。なお図１は、矢印を用いて回折格子部１０における光の進行を模式的に示しているが、正確な光の入射位置や進行経路、出射位置を反映したものではない。図示しない光源部からは、回折格子部１０に向けてレーザ光が照射される。ここでレーザ光は位相が揃ったコヒーレントな光であり、コリメートレンズ等によってコリメート光として照射される。光源部から照射された入射光は、回折格子部１０の界面から所定の傾斜角度で平板状部分１１の内部に入射する。
【0023】
ここで、入射光の偏光方向は、凸部１２のストライプとは平行な方向とされている。図１では、入射光の傾斜角度と、回折格子部１０における凸部１２および凹部１３の傾斜方向φとが同じ方向である例を示しているが、逆方向であってもよい。回折格子部１０内に入射した光は、凸部１２と凹部１３との周期的な屈折率差により一部が回折光として所定角度で外部方向に進行し、一部は伝搬光として平板状部分１１の面内を漏れ伝搬光として伝搬する。平板状部分１１内を伝搬する漏れ伝搬光は、空気との界面において反射されて再度凹凸部分に到達し、凸部１２および凹部１３によって回折される。
【0024】
図１に示した例では、回折格子部１０により回折された光のうち、０次光Ｔ１は被覆部を透過して外部に照射される。また、凸部１２が傾斜した方向に回折された一次光（－１次光Ｔ２）も被覆部を透過して外部に照射される。これは、０次光Ｔ１と－１次光Ｔ２は、回折格子部１０主面に対して垂直に近い角度で回折されるため、被覆部と空気層との界面における全反射条件を満たさないためである。
【0025】
また、凸部１２の傾斜と反対方向に回折された一次光（＋１次光Ｉ１）は、被覆部と空気層の界面により全反射して被覆部内を伝搬する。同様に、凸部１２の傾斜した方向に回折された二次光（－２次光Ｉ２）も、被覆部と空気層の界面により全反射して被覆部内を伝搬する。被覆部と空気層の界面での全反射条件は、被覆部を構成する材料の屈折率で決まる。被覆部内を全反射して伝搬した＋１次光Ｉ１と－２次光Ｉ２は、被覆部の端部から外部に照射される。このとき、０次光Ｔ１、－１次光Ｔ２、＋１次光Ｉ１および－２次光Ｉ２は、凸部１２および凹部１３によって回折された光であるため、僅かに光径が拡がりながら進行する。
【0026】
図２は、本実施形態に係る画像投影装置の構造を示す模式図である。図２に示すように画像投影装置は、回折格子部１０と、導光板部２０と、画像照射部４０ａ，４０ｂ，４０ｃを備えている。回折格子部１０は、図１に示したように平板状部分１１と、凸部１２と凹部１３と被覆部を備えた光学素子であり、導光板部２０とは別体に形成されている。導光板部２０は、透光性の材料で構成された板状の部材であり、光導波部２１と、光入射部２２と、光出射部２３と、光フィルター３１と、光シャッター部３２を備えている。
【0027】
光導波部２１は、透光性材料からなる平板状の部材であり、空気との界面で光が全反射を繰り返すことで、一端側から他端側に光を導波する。また、光導波部２１は一方の面側から他方の面側に光が透過するため、光導波部２１を介して外部スクリーン６０方向を視認することが可能である。光導波部２１の一端側は主面に対して傾斜した面である光入射部２２が形成されており、回折格子部１０が配置されている。光導波部２１の他端側には、端面が形成されるとともに光出射部２３が設けられている。図１では光導波部２１として平板状のものを示しているが、内部で光を全反射により伝搬させることができれば曲面形状であってもよい。
【0028】
光入射部２２は、光導波部２１の一端に形成された傾斜面であり、回折格子部１０が隣接して配置され、本発明における第１光入射部に相当する部分である。光入射部２２には、回折格子部１０との光結合率を高めるために、反射防止膜や屈折率調整部を設けるとしてもよい。
【0029】
光出射部２３は、光導波部２１の他端（光入射部２２とは反対側の端部）に形成された傾斜面であり、本発明における第１光出射部に相当する部分である。光出射部２３の傾斜面は、光導波部２１を伝搬してきた光が光出射部２３において全反射しない角度とされている。また、光出射部２３から光の取り出し効率を向上させるために、光出射部２３の表面に反射防止膜や反射防止構造を設けるとしてもよい。
【0030】
光フィルター３１は、所定波長範囲の光を透過しその他の波長の光を遮る光学部材である。本実施形態では、光フィルター３１として所定波長の光の波長を遮り、その他の波長を透過するバンドパスフィルターを用いる。
【0031】
光シャッター部３２は、制御部（図示省略）によって駆動制御され、光の透過と遮断を切り替える光学部材である。光シャッター部３２の具体的構成は限定されず、公知の液晶シャッター等を用いることができる。
【0032】
画像照射部４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、それぞれ第１画像、第２画像、第３画像を投影するための第１光、第２光、第３光を回折格子部１０に対して照射する装置である。画像照射部４０ａ，４０ｂは、それぞれ本発明における第１画像照射部および第２画像照射部に相当している。画像照射部４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、それぞれが別構造として設けられており、回折格子部１０に対する第１光、第２光、第３光の入射角度はそれぞれ異なっている。また、第１光、第２光、第３光の波長は異なっており、例えば第１光は赤色光、第２光は緑色光、第３光は青色光である。
【0033】
画像照射部４０ａ，４０ｂ，４０ｃの具体的構成は限定されないが、図２に示した例では画像照射部４０は、光源部と、半波長板と、偏光子を備えている。画像照射部４０ａ，４０ｂ，４０ｃはそれぞれミラー、バンドパスフィルター等を介して光を回折格子部１０に照射する。光源部はレーザ光源を用いることが好ましく、光源部から照射されるレーザ光を図示しない画像形成部に照射して、第１画像、第２画像、第３画像を第１光、第２光、第３光に含ませる。画像形成部は液晶表示素子やデジタルミラーデバイス等の公知のものを用いることができ、画像照射部４０の内部に設けるとしてもよく、回折格子部１０までの光路上に配置するとしてもよい。
【0034】
次に図２および図３を用いて本実施形態の画像投影装置における画像投影について説明する。図３は、本実施形態に係る画像投影装置の光入射部２２を拡大して示す模式斜視図である。図中に示した破線矢印は第１光ＬＲの経路を示し、二点鎖線は第２光ＬＧの経路を示し、一点鎖線は第３光ＬＢの経路を示している。
【0035】
画像照射部４０ａ，４０ｂ，４０ｃから照射された第１光ＬＲ、第２光ＬＧ、第３光ＬＢは、それぞれ異なる入射角度で回折格子部１０に到達する。回折格子部１０では、第１光、第２光、第３光の入射角度に応じて０次光Ｔ１、－１次光Ｔ２、＋１次光Ｉ１および－２次光Ｉ２が回折光として取り出され、光入射部２２に入射する。
【0036】
ここで、回折格子部１０から光入射部２２に入射する回折光は、回折条件によって光入射部２２への入射角度が決まるため、０次光Ｔ１、－１次光Ｔ２、＋１次光Ｉ１および－２次光Ｉ２の何れか一つが光導波部２１の両面での全反射条件を満たすように光入射部２２の傾斜角度を設定しておく。一例としては、第１光ＬＲ、第２光ＬＧ、第３光ＬＢのそれぞれの＋１次光Ｉ１が光入射部２２に対して同じ角度で入射するように、第１光ＬＲ、第２光ＬＧ、第３光ＬＢの回折格子部１０への入射角度を設定しておく。
【0037】
回折格子部１０で回折された第１光ＬＲ、第２光ＬＧ、第３光ＬＢの回折光のうち、光導波部２１の全反射条件を満たすものは、光導波部２１内を全反射しながら導波光として伝搬する。このとき図２および図３に示すように、第１導波光、第２導波光、第３導波光は光入射部２２の同じ位置から光導波部２１に入射し、同じ角度で進行して同じ位置で全反射が繰り返されるため、同じ経路をたどって光出射部２３の同じ位置まで到達する。
【0038】
光出射部２３まで到達した第１導波光、第２導波光、第３導波光は、光出射部２３から外部に照射され、それぞれ第１画像、第２画像、第３画像を投影する。図２および図３に示したように、第１導波光、第２導波光、第３導波光は光導波部２１内を同じ経路と角度で光出射部２３まで到達し、第１画像、第２画像、第３画像は同じ角度で光出射部２３から照射される。したがって、第１画像、第２画像、第３画像はスクリーン上の同じ位置に重ね合わせて投影され、赤色光、緑色光、青色光を用いたカラー画像を投影することができる。本実施形態のように、複数波長の光で画像表示を行うことで、警告を示す表示内容の画像は赤色で投影し、落ち着いた雰囲気や爽快感を与えるための表示内容の画像は青色や緑色で投影するなど、色心理学的な効果を得ることもできる。
【0039】
回折格子部１０で回折された第１光ＬＲ、第２光ＬＧ、第３光ＬＢのうち光導波部２１での全反射条件を満たさない回折光は、光導波部２１の第２光出射部から外部に取り出される。ここで、第２光出射部には光フィルター３１が設けられているため、第１光ＬＲ、第２光ＬＧ、第３光ＬＢのうち選択された波長の光のみが光フィルター３１を透過して外部に取り出される。また、光シャッター部３２が透過状態の場合には、光フィルター３１を透過した光が外部に照射されて画像が投影される。光シャッター部３２が遮断状態の場合には、光フィルター３１を透過した光が光シャッター部３２で遮られて画像は投影されない。
【0040】
図２に示した例では、第２光出射部に光フィルター３１と光シャッター部３２を設けて、第２光出射部から外部に照射される光を選択しているが、光フィルター３１と光シャッター部３２を設けず第１光ＬＲ、第２光ＬＧ、第３光ＬＢのすべてを第２光出射部から外部に照射するとしてもよい。また図２では、光出射部２３を平坦面とした例を示しているが、光出射部２３を凹形状や凸形状で形成してレンズとして機能させ、第１光ＬＲ、第２光ＬＧ、第３光ＬＢの拡がり角を調整するとしてもよい。
【0041】
図４は、導光板部２０にレーザ光を入射させた場合の光の経路を示す写真であり、図４（ａ）は赤色光の経路を示し、図４（ｂ）は緑色光の経路を示し、図４（ｃ）は赤色光と緑色光を同時に入射した場合の経路を示している。図４（ａ）、図４（ｂ）において明るく示された線が光の経路を示しており、光導波部２１の界面で全反射を繰り返して、光入射部２２から光出射部２３にまでレーザ光が到達している。また図４（ｃ）に示されているように、光入射部２２での赤色光と緑色光の入射位置および入射角度が同じであり、光導波部２１内での経路も重なっている。
【0042】
上述したように、本実施形態の画像投影装置では、第１光ＬＲ、第２光ＬＧ、第３光ＬＢを回折格子部１０に異なる入射角度で入射させ、第１光ＬＲ、第２光ＬＧ、第３光ＬＢを光導波部２１で全反射させて光出射部２３まで導波させるため、光学部材を簡素化し小型化と軽量化を図ることが可能となる。また、光出射部２３から照射される光は同じ位置から同じ角度で照射されるため、複数波長の光を重ね合わせる場合にも光学部材の光軸合わせが不要である。しかし、光導波部２１内での導波距離が長くなる場合や、光導波部２１を自由曲面で構成する場合には、光出射部２３における各光の出射位置がずれることも考えられるため、導光板部２０の形状やサイズによって各光の光路を調整するとしてもよい。また、各光が相互に光学的に干渉する可能性も考慮して光路の調整を行うとしてもよい。また、光導波部２１での全反射条件を満たさない光を第２光出射部から外部に照射して、多様な画像投影を行うこともできる。
【0043】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図５は、本実施形態に係る画像投影装置の構造を示す模式図である。図中に示した実線矢印および破線矢印は、光の経路を模式的に示すものである。また、図中に斜線でハッチングを施した領域は照射光ＬＷが照射される領域を示している。本実施形態では、導光板部２０を二つ備えて、それぞれの導光板部２０に設けられた光入射部２２に対向して共通の回折格子部１０が配置されている。
次に、本発明の第２実施形態について図５を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図５は、本実施形態に係る画像投影装置の構造を示す模式図である。図中に示した実線矢印および破線矢印は、光の経路を模式的に示すものである。また、図中に斜線でハッチングを施した領域は照射光ＬＷが照射される領域を示している。本実施形態では、導光板部２０を二つ備えて、それぞれの導光板部２０に設けられた光入射部２２に対向して共通の回折格子部１０が配置されている。
【0044】
図５に示すように、画像投影装置は一つの回折格子部１０と、二つの導光板部２０と、画像照射部４０と、外部スクリーン６０を備えている。画像投影装置を装着する視聴者は、二つの視点７０の位置から両眼で導光板部２０および外部スクリーン６０方向を視認する。回折格子部１０は、図１に示したように平板状部分１１と、凸部１２と凹部１３と被覆部を備えた光学素子であり、導光板部２０とは別体に形成されている。導光板部２０は、透光性の材料で構成された板状の部材であり、それぞれ光導波部２１と、光入射部２２と、光出射部２３を備えている。
【0045】
外部スクリーン６０は、導光板部２０から照射された光が投影されて画像を表示する部分である。外部スクリーン６０を構成する材料は限定されず、光を透過する透光性材料を用いるとしてもよく、光を遮って反射する白色材料を用いるとしてもよい。透光性材料を用いた場合には、画像投影装置の外部環境を背景として画像の重ね合わせ投影をすることができる。図５に示した例では、外部スクリーン６０を画像投影装置とは別体に設けた例を示しているが、外部スクリーン６０をアーム部分と一体に形成して、アーム部分を導光板部２０に固定することで、外部スクリーン６０と導光板部２０の相対的な位置関係を保つとしてもよい。
【0046】
二つの導光板部２０は、互いの光入射部２２が隣接して配置されており、共通の回折格子部１０が二つの光入射部２２に跨って対向して配置されている。また、二つの導光板部２０は平板状であり、Ｖ字形状に配置されている。図５では、第１実施形態の画像照射部４０ａ，４０ｂ，４０ｃをまとめて画像照射部４０として示しているが、複数波長の第１光ＬＲ、第２光ＬＧ、第３光ＬＢを異なる入射角度で回折格子部１０に照射する。本実施形態では、画像照射部４０に含まれる複数の画像照射部が、それぞれ本発明における第１画像照射部および第２画像照射部に相当している。
【0047】
第１実施形態と同様に、画像照射部４０から回折格子部１０に第１光ＬＲ、第２光ＬＧ、第３光ＬＢが入射され、回折格子部１０で回折された第１光ＬＲ、第２光ＬＧ、第３光ＬＢの回折光がそれぞれの導光板部２０における光入射部２２から光導波部２１内に入射する。
【0048】
図１で示したように回折格子部１０では、凸部１２と凹部１３で構成された凹凸部によって第１光が回折され、０次光Ｔ１と＋１次光Ｉ１が図中右方向に進行し、－１次光Ｔ２と－２次光Ｉ２が図中左方向に進行する。したがって、回折格子部１０の右半分に対向して配置された光導波部２１には０次光Ｔ１と＋１次光Ｉ１が入射し、回折格子部１０の左半分に対向して配置された光導波部２１には－１次光Ｔ２と－２次光Ｉ２が入射する。
【0049】
図５に示した例では、０次光Ｔ１が右側に配置された光導波部２１の全反射条件を満たすように光入射部２２の傾斜角度および光導波部２１の形状を設計することで、０次光Ｔ１が導波光として導波される。同様に、－１次光Ｔ２が左側に配置された光導波部２１の全反射条件を満たすように光入射部２２の傾斜角度および光導波部２１の形状を設計することで、－１次光Ｔ２が導波光として導波される。
【0050】
二つの導光板部２０内を導波された第１導波光、第２導波光、第３導波光は、それぞれの光出射部２３から照射光ＬＷとして照射され、第１画像、第２画像、第３画像が外部スクリーン６０に重ね合わせて投影画像が表示される。
【0051】
上述したように本実施形態の画像投影装置では、二つの導光板部２０に共通の回折格子部１０を設けることで、視聴者の両眼に対して投影画像を視認させることができる。また、本実施形態の画像投影装置でも、光学部材を簡素化し小型化と軽量化を図ることが可能となる。
【0052】
（第２実施形態の変形例）
次に、本発明の第２実施形態の変形例について図６を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図６は、第２実施形態の変形例に係る画像投影装置の構造を示す模式図である。図中に示した実線矢印および破線矢印は、光の経路を模式的に示すものである。本変形例では、二つの導光板部２０が曲面形状を有している点が第２実施形態と異なっている。
次に、本発明の第２実施形態の変形例について図６を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図６は、第２実施形態の変形例に係る画像投影装置の構造を示す模式図である。図中に示した実線矢印および破線矢印は、光の経路を模式的に示すものである。本変形例では、二つの導光板部２０が曲面形状を有している点が第２実施形態と異なっている。
【0053】
図６に示した例では、＋１次光Ｉ１が右側に配置された光導波部２１の全反射条件を満たすように光入射部２２の傾斜角度および光導波部２１の形状を設計することで、＋１次光Ｉ１が導波光として導波される。同様に、－２次光Ｉ２が左側に配置された光導波部２１の全反射条件を満たすように光入射部２２の傾斜角度および光導波部２１の形状を設計することで、－２次光Ｉ２が導波光として導波される。
【0054】
図６に示した例では、二つの導光板部２０は視点７０方向に沿った曲面形状を有しているが、回折格子部１０から光入射部２２への第１光の入射角度は回折条件によって決まるため、曲面に沿って全反射を繰り返すように導光板部２０を設計することは可能である。また、図６では左右の導光板部２０が線対象に近い形状で描かれているが、回折格子部１０で回折された第１光ＬＲ、第２光ＬＧ、第３光ＬＢのうち、どの回折光を導波光とするかで光入射部２２の傾斜角度等を左右で異ならせるとしてもよい。
【0055】
本変形例でも、第２実施形態と同様に、二つの視点７０の位置から外部スクリーン６０上に重ね合わせて表示された投影画像を視認することができる。
【0056】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図７を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図７は、本実施形態に係る画像投影装置の構造を示す模式図である。図中に示した実線矢印および破線矢印は、光の経路を模式的に示すものである。図７に示すように、本実施形態の画像投影装置は、回折格子部１０と、導光板部２０と、画像照射部４０と、デジタルミラーデバイス７１と、反射ミラー部７２を備えている。画像投影装置を装着する視聴者は、視点位置から反射ミラー部７２方向を視認する。本実施形態の画像投影装置は眼鏡形状のウェアラブル型ＨＵＤであり、導光板部２０を眼鏡のテンプルとして用い、反射ミラー部７２をレンズとしている。図７では左半分のみを示しているが、左右対称に同様の構造を備えることで、両眼に対して画像を投影することができる。
次に、本発明の第３実施形態について図７を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図７は、本実施形態に係る画像投影装置の構造を示す模式図である。図中に示した実線矢印および破線矢印は、光の経路を模式的に示すものである。図７に示すように、本実施形態の画像投影装置は、回折格子部１０と、導光板部２０と、画像照射部４０と、デジタルミラーデバイス７１と、反射ミラー部７２を備えている。画像投影装置を装着する視聴者は、視点位置から反射ミラー部７２方向を視認する。本実施形態の画像投影装置は眼鏡形状のウェアラブル型ＨＵＤであり、導光板部２０を眼鏡のテンプルとして用い、反射ミラー部７２をレンズとしている。図７では左半分のみを示しているが、左右対称に同様の構造を備えることで、両眼に対して画像を投影することができる。
【0057】
デジタルミラーデバイス７１は、微小なミラーを複数有しており、微小なミラーはそれぞれ個別に反射角度を変更可能とされ、画像情報に基づいて微小なミラーが制御されることで、画像を含んだ光を反射する部材である。反射ミラー部７２は、デジタルミラーデバイス７１で反射された画像を含んだ光を導波するとともに、視点方向に反射する部材である。図７では反射ミラー部７２として眼鏡のレンズの一部を示しているが、デジタルミラーデバイス７１からの光を視点に対して反射できれば形状と位置は限定されない。
【0058】
画像照射部４０は、第１光ＬＲ、第２光ＬＧ、第３光ＬＢを照射するレーザ光源を備え、それぞれの光を異なる入射角度で回折格子部１０に入射させる。図７に示した例では、画像照射部４０とは別に画像形成部であるデジタルミラーデバイス７１を設け、導光板部２０から出射した光に画像を含ませているが、画像照射部４０内に画像形成部を備えるとしてもよい。本実施形態では、画像照射部４０に含まれる複数のレーザ光源が、それぞれ本発明における第１画像照射部および第２画像照射部に相当している。
【0059】
本実施形態でも、画像照射部４０から照射された第１光ＬＲ、第２光ＬＧ、第３光ＬＢは、それぞれ異なる入射角度で回折格子部１０に入射し、回折光の一部が光入射部２２の同じ位置から同じ角度で光導波部２１に入射する。また、第１光ＬＲ、第２光ＬＧ、第３光ＬＢの回折光は、光導波部２１の全反射条件を満たしており、光導波部２１内で全反射を繰り返して光出射部２３まで到達する。光出射部２３に到達した導波光は、導光板部２０から出射されてデジタルミラーデバイス７１により反射される。このとき、デジタルミラーデバイス７１に含まれる微小なミラーは、画像情報に基づいて反射角度が制御されており、デジタルミラーデバイス７１で反射される光に画像が含まれることとなる。デジタルミラーデバイス７１で反射された光は、反射ミラー部７２で視点方向に再反射されて視点に対して画像が投影される。
【0060】
図２および図３に示したように、第１光ＬＲ、第２光ＬＧ、第３光ＬＢは、導光板部２０内を同じ位置および角度で全反射するため、光出射部２３から出射した照射光は、デジタルミラーデバイス７１および反射ミラー部７２で反射されて視点まで到達する経路が同じとなる。したがって、視点には第１光ＬＲ、第２光ＬＧ、第３光ＬＢに含まれる第１画像、第２画像、第３画像が重ね合わせて入射し、カラー画像を視認することができる。ここで、デジタルミラーデバイス７１による画像表示として公知の時分割駆動を用いることで、各色の光照射と画像形成のタイミングを同期して、第１画像、第２画像、第３画像の内容をそれぞれ異ならせることができる。また、デジタルミラーデバイス７１と画像照射部４０の駆動としてＰＷＭ（Ｐｕｌｔｈ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を用いることで、各色の光での階調表示をすることもできる。
【0061】
上述したように本実施形態の画像投影装置でも、第１光ＬＲ、第２光ＬＧ、第３光ＬＢを回折格子部１０に異なる入射角度で入射させ、第１光ＬＲ、第２光ＬＧ、第３光ＬＢを光導波部２１で全反射させて光出射部２３まで導波させるため、光学部材を簡素化し小型化と軽量化を図ることが可能となる。また、光出射部２３から照射される光は同じ位置から同じ角度で照射されるため、複数波長の光を重ね合わせる場合にも光学部材の光軸合わせが不要である。
【0062】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図８，図９を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図８は、本実施形態に係る画像投影装置の構造を示す模式図である。図８に示すように画像投影装置は、回折格子部１０と、導光板部２０と、画像照射部４０ａ，４０ｂと、画像照射部５０と、外部スクリーン６０と、回折格子部８０を備えている。画像投影装置を装着する視聴者は、視点の位置から導光板部２０および外部スクリーン６０方向を視認する。
次に、本発明の第４実施形態について図８，図９を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図８は、本実施形態に係る画像投影装置の構造を示す模式図である。図８に示すように画像投影装置は、回折格子部１０と、導光板部２０と、画像照射部４０ａ，４０ｂと、画像照射部５０と、外部スクリーン６０と、回折格子部８０を備えている。画像投影装置を装着する視聴者は、視点の位置から導光板部２０および外部スクリーン６０方向を視認する。
【0063】
回折格子部１０，８０は、図１に示したように平板状部分１１と、凸部１２と凹部１３と被覆部を備えた光学素子であり、導光板部２０とは別体に形成されている。導光板部２０は、透光性の材料で構成された板状の部材であり、光導波部２１と、光入射部２２と、光出射部２３と、光フィルター３１と、光シャッター部３２と、投影レンズ３３を備えている。
【0064】
画像照射部５０は、画像を投影するための光を回折格子部１０に対して照射する装置であり、画像照射部４０ａ，４０ｂとは、別構造として設けられている。また、画像照射部４０ａ，４０ｂが照射する第１光、第２光と、画像照射部５０が照射する第３光の波長は異なっており、例えば第１光は赤色光、第２光は青色光、第３光は緑色光である。また、画像照射部５０が照射する第３光は、回折格子部１０で回折された回折光が導光板部２０の全反射条件を満たしていない。画像照射部４０ａ，４０ｂが照射する第１光、第２光のうち、回折格子部１０で回折された光の一部は導光板部２０の全反射条件を満たしている。
【0065】
画像照射部５０から照射された第３光は、回折格子部１０で回折されて光導波部２１を透過し、外部スクリーン６０に対して照射光ＬＶとして照射され、外部スクリーン６０上に投影画像を投影する。投影レンズ３３は、第２光出射部から取り出された照射光ＬＶの光径を拡大して、外部スクリーン６０に対して投影するための光学部材である。図８では投影レンズ３３として一つのレンズを示しているが、複数のレンズを組み合わせて投影レンズ３３を構成するとしてもよい。図８では、画像照射部５０から照射される照射光ＬＶが外部スクリーン６０の左半分に投影された状態を示しているが、別途レンズ等の光学部材を用いることで、外部スクリーン６０の全域に照射光ＬＶを照射して、画像を外部スクリーン６０全域に視界全体を覆うように投影することもできる。
【0066】
図９は、本実施形態に係る画像投影装置の光出射部２３を拡大して示す模式斜視図である。回折格子部８０は、光出射部２３に配置されており、光出射部２３から照射される導波光を開設して外部に取り出す光学部材である。図８，図９に示した例では、回折格子部８０の凸部１２と凹部１３の形状を回折格子部１０と同じとし、回折格子部１０と回折格子部８０の凹凸部分が平行になるように配置している。また、回折格子部１０は凸部１２と凹部１３が光入射部２２に対向して配置されているが、回折格子部８０は平板状部分１１が光出射部２３に対向して配置されている。
【0067】
光導波部２１に入射した第１光、第２光は、光導波部２１内の同じ位置で同じ角度で全反射されて光出射部２３まで到達する。光出射部２３には回折格子部８０が設けられており、第１光、第２光は回折格子部８０で回折されて、それぞれ異なる回折角度で第１出射回折光および第２出射回折光として視点方向に取り出される。このとき、光導波部２１内を伝搬してきた導波光は、回折格子部８０で回折されて光径が拡大しながら結像光として視点方向に取り出される。したがって、回折格子部８０で回折された第１光と第２光の回折光は、それぞれ視点に到達するまで光径が拡大しながら進行する。これにより視点では、回折格子部８０と外部スクリーン６０との間の空間にエアリアルイメージＡ１，Ａ２が結像されているように視認される。ここでエアリアルイメージＡ１，Ａ２を構成する平面は、図８に示したように第１出射回折光および第２出射回折光の角度に応じて互いに傾斜して非平行となっている。エアリアルイメージＡ１，Ａ２は、回折格子部８０を中心として円周状に結像されており、複数のエアリアルイメージＡ１，Ａ２をドーム状に配列して表示することができる。
【0068】
また、外部スクリーン６０と回折格子部８０との距離を確保することで、第２光出射部から照射光ＬＶによって外部スクリーン６０に投影される画像Ｖ１と、結像光Ｌ１、Ｌ２で結像されたエアリアルイメージＡ１，Ａ２を同時に視認することもできる。図８，図９に示した例では回折格子部１０と回折格子部８０の構造を同じとしたが、回折格子部８０の構造を回折格子部１０とは異ならせて、エアリアルイメージＡ１，Ａ２の結像方向および結像位置を適切な位置に設定するとしてもよい。
【0069】
本実施形態の画像投影装置では、光出射部２３に設けられた回折格子部８０で第１光の一部および第２光の一部をそれぞれ回折して第１出射回折光および第２出射回折光として異なる出射角度で視点方向に照射する。これにより、第１出射回折光および第２出射回折光で、異なる角度と位置にエアリアルイメージＡ１，Ａ２を結像させることができる。また、画像照射部５０からの第３光を第２光出射部から外部スクリーン６０に投影して、画像Ｖ１とエアリアルイメージＡ１，Ａ２を重ね合わせて視認させることもできる。
【0070】
上述したように本実施形態の画像投影装置でも、第１光、第２光を回折格子部１０に異なる入射角度で入射させ、第１光、第２光を光導波部２１で全反射させて光出射部２３まで導波させるため、光学部材を簡素化し小型化と軽量化を図ることが可能となる。
【0071】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図１０を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図１０は、本実施形態に係る画像投影装置の構造を示す模式図である。図中に示した実線矢印および破線矢印は、光の経路を模式的に示すものである。また、図中に斜線でハッチングを施した領域は照射光ＬＶが照射される領域を示している。本実施形態では、曲面形状の導光板部２０を二つ備えて、それぞれの導光板部２０に設けられた光入射部２２に対向して共通の回折格子部１０が配置されている。
次に、本発明の第５実施形態について図１０を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図１０は、本実施形態に係る画像投影装置の構造を示す模式図である。図中に示した実線矢印および破線矢印は、光の経路を模式的に示すものである。また、図中に斜線でハッチングを施した領域は照射光ＬＶが照射される領域を示している。本実施形態では、曲面形状の導光板部２０を二つ備えて、それぞれの導光板部２０に設けられた光入射部２２に対向して共通の回折格子部１０が配置されている。
【0072】
図１０に示すように、画像投影装置は一つの回折格子部１０と、二つの導光板部２０と、画像照射部４０と、画像照射部５０と、外部スクリーン６０と、回折格子部８０を備えている。画像投影装置を装着する視聴者は、二つの視点７０の位置から両眼で導光板部２０および外部スクリーン６０方向を視認する。
【0073】
図１０に示した例では、＋１次光Ｉ１が右側に配置された光導波部２１の全反射条件を満たすように光入射部２２の傾斜角度および光導波部２１の形状を設計することで、＋１次光Ｉ１が導波光として導波される。同様に、－２次光Ｉ２が左側に配置された光導波部２１の全反射条件を満たすように光入射部２２の傾斜角度および光導波部２１の形状を設計することで、－２次光Ｉ２が導波光として導波される。
【0074】
二つの導光板部２０内を導波された第１光、第２光は、それぞれの光出射部２３に設けられた回折格子部８０で回折され、第１出射回折光および第２出射回折光として視点方向に照射されてエアリアルイメージＡ１，Ａ２を結像する。また、画像照射部５０から照射された第３光は、照射光ＬＶとして外部スクリーン６０に照射され画像を投影する。
【0075】
上述したように本実施形態の画像投影装置では、二つの導光板部２０に共通の回折格子部１０を設け、光出射部２３に回折格子部８０を設けることで、視聴者の両眼に対してエアリアルイメージＡ１，Ａ２を視認させることができる。また、本実施形態の画像投影装置でも、光学部材を簡素化し小型化と軽量化を図ることが可能となる。
【0076】
（第５実施形態の変形例）
次に、本発明の第５実施形態の変形例について図１１を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図１１は、第５実施形態の変形例に係る画像投影装置の構造を示す模式図である。図中に示した実線矢印および破線矢印は、光の経路を模式的に示すものである。また、図中に斜線でハッチングを施した領域は照射光ＬＶが照射される領域を示している。本実施形態では、平板状の導光板部２０を二つ備えて、それぞれの導光板部２０に設けられた光入射部２２に対向して共通の回折格子部１０が配置されている。
次に、本発明の第５実施形態の変形例について図１１を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図１１は、第５実施形態の変形例に係る画像投影装置の構造を示す模式図である。図中に示した実線矢印および破線矢印は、光の経路を模式的に示すものである。また、図中に斜線でハッチングを施した領域は照射光ＬＶが照射される領域を示している。本実施形態では、平板状の導光板部２０を二つ備えて、それぞれの導光板部２０に設けられた光入射部２２に対向して共通の回折格子部１０が配置されている。
【0077】
図１１に示すように、画像投影装置は一つの回折格子部１０と、二つの導光板部２０と、画像照射部４０と、画像照射部５０と、外部スクリーン６０と、回折格子部８０を備えている。画像投影装置を装着する視聴者は、二つの視点７０の位置から両眼で導光板部２０および外部スクリーン６０方向を視認する。
【0078】
図１１に示した例では、０次光Ｔ１が右側に配置された光導波部２１の全反射条件を満たすように光入射部２２の傾斜角度および光導波部２１の形状を設計することで、０次光Ｔ１が導波光として導波される。同様に、－１次光Ｔ２が左側に配置された光導波部２１の全反射条件を満たすように光入射部２２の傾斜角度および光導波部２１の形状を設計することで、－１次光Ｔ２が導波光として導波される。
【0079】
二つの導光板部２０内を導波された第１光、第２光は、それぞれの光出射部２３に設けられた回折格子部８０で回折され、第１出射回折光および第２出射回折光として視点方向に照射されてエアリアルイメージＡ１，Ａ２を結像する。また、画像照射部５０から照射された第３光は、照射光ＬＶとして外部スクリーン６０に照射され画像を投影する。
【0080】
本変形例でも、第５実施形態と同様に、二つの導光板部２０に共通の回折格子部１０を設け、光出射部２３に回折格子部８０を設けることで、視聴者の両眼に対してエアリアルイメージＡ１，Ａ２を視認させることができる。また、本実施形態の画像投影装置でも、光学部材を簡素化し小型化と軽量化を図ることが可能となる。
【0081】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について図１２を用いて説明する。本実施形態は、回折格子部８０の配置が第４実施形態と異なっており、第４実施形態と重複する内容は説明を省略する。図１２は、実施形態における回折格子部１０と回折格子部８０の配置を示す模式斜視図であり、図１２（ａ）は回折格子部１０を示し、図１２（ｂ）は回折格子部８０を示している。図１３は、本実施形態に係る画像投影装置の画像照射部４０の構造例を示す模式図である。
次に、本発明の第６実施形態について図１２を用いて説明する。本実施形態は、回折格子部８０の配置が第４実施形態と異なっており、第４実施形態と重複する内容は説明を省略する。図１２は、実施形態における回折格子部１０と回折格子部８０の配置を示す模式斜視図であり、図１２（ａ）は回折格子部１０を示し、図１２（ｂ）は回折格子部８０を示している。図１３は、本実施形態に係る画像投影装置の画像照射部４０の構造例を示す模式図である。
【0082】
図１２（ａ）（ｂ）に示したように、回折格子部１０の凹凸部分はｘ軸方向（図中上下方向）に沿っており、回折格子部８０の凹凸部分はｙ軸方向（図中左右方向）に沿っており、互いに凹凸部分が直交するように配置されている。
【0083】
また、回折格子部１０に入射する第１光ＬＲと第２光ＬＢは、ｙｚ平面内でｚ軸に対する角度が異なっており、回折格子部１０に異なる入射角度で入射する。第１実施形態で述べたように、回折格子部１０での第１光ＬＲと第２光ＬＢの回折光が同じ方向となっており、光導波部２１内では第１光ＬＲと第２光ＬＢは同じ経路で全反射して伝搬する。
【0084】
光導波部２１内を伝搬した第１光ＬＲと第２光ＬＢの導波光は、光出射部２３に設けられた回折格子部８０の同じ位置に同じ角度で入射する。回折格子部８０の応答部分はｙ軸方向に沿って伸びているため、回折格子部８０で回折された第１光ＬＲと第２光ＬＢは、ｘｚ平面内で分離され、視点方向に進行してエアリアルイメージＡ１，Ａ２が上下方向に分離して結像される。
【0085】
図１３に示すように、画像照射部４０は、光源部４１と、ビームスプリッタ４２と、偏光子４３ａ，４３ｂと、チョッパー４４と、レンズ４５，４７と、アパチャー４６と、ミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ３を備えている。光源部４１はレーザ光源を用いることが好ましい。
【0086】
光源部４１から照射されたレーザ光は、ビームスプリッタ４２で分岐され、一方が偏光子４３ａに入射し、他方がミラーＭ１で反射されて偏光子４３ｂに入射し、変更方向が互いに直交するように調整される。偏光子４３ａおよび偏光子４３ｂに入射したレーザ光は、チョッパー４４を通る。レーザ光がチョッパー４４を通ることで、一方のレーザ光が通過する際に他方のレーザ光が遮られ、相補的に光のオン／オフが切り替えられる。つまり、各々のレーザ光における偏光方向はチョッパー４４を通過した後も維持される。その後に、合波部で２本のレーザ光は同軸状に重ねられ、レンズ４５，アパチャー４６、レンズ４７を介して光径と拡がり角が調整され、ミラーＭ３で反射されて外部に照射される。
【0087】
上述したように、本実施形態の画像投影装置では、回折格子部１０と回折格子部８０の凹凸部分を直交して配置することで、エアリアルイメージＡ１，Ａ２を垂直方向に分割して結像することができる。
【0088】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。第１実施形態から第６実施形態では、回折格子部１０，８０を構成する材料としてＴｉＯ２とＳｉＯ２を挙げたが、非線形光学結晶を用いて第二次高調波発生素子（ＳＨＧ：Ｓｅｃｏｎｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）等の波長変換素子を構成するとしてもよい。非線形光学結晶の材料としては、例えばＫＴＰ結晶、ＬＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶等が挙げられる。
次に、本発明の第７実施形態について説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。第１実施形態から第６実施形態では、回折格子部１０，８０を構成する材料としてＴｉＯ２とＳｉＯ２を挙げたが、非線形光学結晶を用いて第二次高調波発生素子（ＳＨＧ：Ｓｅｃｏｎｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）等の波長変換素子を構成するとしてもよい。非線形光学結晶の材料としては、例えばＫＴＰ結晶、ＬＢＯ結晶、ＣＬＢＯ結晶等が挙げられる。
【0089】
回折格子部１０，８０に非線形光学結晶を用いることで、レーザ光の入射角度や位相を調整して波長変換を行い、出射光の波長を可変とすることもできる。
【0090】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0091】
１０，８０…回折格子部
１１…平板状部分
１２…凸部
１３…凹部
２０…導光板部
２１…光導波部
２２…光入射部
２３…光出射部
３１…光フィルター
３２…光シャッター部
３３…投影レンズ
４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，５０…画像照射部
４１…光源部
４２…ビームスプリッタ
４３ａ，４３ｂ…偏光子
４４…チョッパー
４５，４７…レンズ
４６…アパチャー
６０…外部スクリーン
７０…視点
７１…デジタルミラーデバイス
７２…反射ミラー部
１１…平板状部分
１２…凸部
１３…凹部
２０…導光板部
２１…光導波部
２２…光入射部
２３…光出射部
３１…光フィルター
３２…光シャッター部
３３…投影レンズ
４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，５０…画像照射部
４１…光源部
４２…ビームスプリッタ
４３ａ，４３ｂ…偏光子
４４…チョッパー
４５，４７…レンズ
４６…アパチャー
６０…外部スクリーン
７０…視点
７１…デジタルミラーデバイス
７２…反射ミラー部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
