特許 7043121 回折導光板およびこれを含むディスプレイ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-18

(45)【発行日】2022-03-29

(54)【発明の名称】回折導光板およびこれを含むディスプレイ装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20220322BHJP

   H04N 5/64 20060101ALI20220322BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

H04N5/64 511A

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020552658

(86)(22)【出願日】2019-01-14

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-02-25

(86)【国際出願番号】 KR2019000548

(87)【国際公開番号】W WO2019139440

(87)【国際公開日】2019-07-18

【審査請求日】2020-06-17

(31)【優先権主張番号】10-2018-0004481

(32)【優先日】2018-01-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2018-0004482

(32)【優先日】2018-01-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2018-0004483

(32)【優先日】2018-01-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】500239823

【氏名又は名称】エルジー・ケム・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100122161

【弁理士】

【氏名又は名称】渡部 崇

(72)【発明者】

【氏名】ジョン・ホ・パク

(72)【発明者】

【氏名】ソン・ミン・パク

(72)【発明者】

【氏名】サン・チョル・ハン

(72)【発明者】

【氏名】ブ・ゴン・シン

【審査官】近藤 幸浩

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００８／１４８９２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１２３２０８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２００８－５２３４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１０５１７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／０２

Ｈ０４Ｎ ５／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を案内するための光ガイド部と、
光源から光を受光し、受光された光が前記光ガイド部上で案内できるように受光された光を回折させる入力回折光学素子と、
前記入力回折光学素子から回折された光を受光し、受光された光が回折によって１次元的に拡張できるように構成される中間回折光学素子と、
前記中間回折光学素子から拡張された光を受光し、受光された光が回折によって光ガイド部から出力されるように構成される出力回折光学素子とを含み、
前記中間回折光学素子と出力回折光学素子は、前記光ガイド部上で横方向に沿って互いに区分される領域にそれぞれ分離配置され、
前記中間回折光学素子は、前記光ガイド部上で縦方向に沿って離隔配置されるメイン中間回折光学素子と補助中間回折光学素子とを含み、
前記メイン中間回折光学素子は、横方向を主方向として延びており、
前記補助中間回折光学素子の延長方向は、前記メイン中間回折光学素子の延長方向に対して傾斜しており、
前記メイン中間回折光学素子は、前記光ガイド部を介して前記入力回折光学素子と光学的にカップリングされて、前記入力回折光学素子から受光された回折光を回折によって前記補助中間回折光学素子側に指向させ、
前記補助中間回折光学素子は、前記光ガイド部を介して前記メイン中間回折光学素子と光学的にカップリングされて、前記メイン中間回折光学素子から受光された回折光を回折によって前記出力回折光学素子側に指向させる、回折導光板。

【請求項2】

前記メイン中間回折光学素子は、その延長方向に沿って一側から他側までの回折率が漸進的に増加する、請求項１に記載の回折導光板。

【請求項3】

前記補助中間回折光学素子は、その延長方向に沿って一側から他側までの回折率が同一である、請求項１または２に記載の回折導光板。

【請求項4】

前記補助中間回折光学素子の回折率は、前記メイン中間回折光学素子の最大回折率よりも高い、請求項３に記載の回折導光板。

【請求項5】

前記中間回折光学素子は、前記光ガイド部の一面側に配置され、
前記光ガイド部の一面側または他面側には、前記中間回折光学素子が位置する領域と対応する領域に前記光源から出力された光以外の外光の受光率を低減させるための低減部が配置される、請求項１から４のいずれか一項に記載の回折導光板。

【請求項6】

前記補助中間回折光学素子は、前記光ガイド部上で縦方向に沿って互いに離隔配置できるように複数個が設けられ、
前記複数の補助中間回折光学素子のうち、前記メイン中間回折光学素子と隣接配置される第１補助中間回折光学素子は、前記光ガイド部を介して前記メイン中間回折光学素子と光学的にカップリングされて、前記メイン中間回折光学素子から受光された回折光を回折によって前記出力回折光学素子側に指向させ、第１補助中間回折光学素子と隣接配置される第２補助中間回折光学素子は、前記光ガイド部を介して前記第１補助中間回折光学素子と光学的にカップリングされて、前記第１補助中間回折光学素子から前記出力回折光学素子側に回折されない光を受光し、回折によって前記出力回折光学素子側に指向させる、請求項１から５のいずれか一項に記載の回折導光板。

【請求項7】

前記補助中間回折光学素子は、前記光ガイド部上で縦方向に沿って互いに離隔配置できるように複数個が設けられ、
前記複数の補助中間回折光学素子のうち、前記メイン中間回折光学素子と隣接配置される第１補助中間回折光学素子は、前記光ガイド部を介して前記メイン中間回折光学素子と光学的にカップリングされて、前記メイン中間回折光学素子から回折光の一部を受光し、回折によって前記出力回折光学素子側に指向させ、第１補助中間回折光学素子と隣接配置される第２補助中間回折光学素子は、前記光ガイド部を介して前記メイン中間回折光学素子と光学的にカップリングされて、前記第１補助中間回折光学素子で受光されない回折光の少なくとも一部を前記メイン中間回折光学素子から受光し、回折によって前記出力回折光学素子側に指向させる、請求項１から５のいずれか一項に記載の回折導光板。

【請求項8】

前記第１補助中間回折光学素子および第２補助中間回折光学素子の各延長方向は、互いに平行である、請求項６または７に記載の回折導光板。

【請求項9】

前記第２補助中間回折光学素子の回折率は、前記第１補助中間回折光学素子の回折率よりも高い、請求項６に記載の回折導光板。

【請求項10】

前記第２補助中間回折光学素子は、その延長方向と交差する方向への幅が、前記第１補助中間回折光学素子の幅よりも広い、請求項７に記載の回折導光板。

【請求項11】

映像を形成する映像光を出力する光源と、
請求項１～１０のいずれか１項に記載の回折導光板とを含むディスプレイ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回折導光板および回折導光板を含むディスプレイ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

最近、拡張現実（ＡＲ：Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）、複合現実（ＭＲ：Ｍｉｘｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）、または仮想現実（ＶＲ：Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）を実現するディスプレイユニットへの関心が高まるにつれ、これを実現するディスプレイユニットに関する研究が活発に行われる傾向にある。拡張現実、複合現実、または仮想現実を実現するディスプレイユニットは、光の波動的性質に基づく回折現象を利用する回折導光板を備えている。

【0003】

このような回折導光板は、光ガイド部と、光ガイド部の一面または他面側に設けられ、複数の格子線パターンを有する複数の回折光学素子とを備えることができる。具体的には、回折導光板は、マイクロ光源出力素子を介して出力された光が入力されて光ガイド部上に案内されるようにする第１回折光学素子と、光ガイド部を介して第１回折光学素子と光学的にカップリングされ、第１光学素子から受光された光を回折によって第１方向への１次元的な拡張が行われるようにする第２回折光学素子と、光ガイド部を介して第２回折光学素子と光学的にカップリングされ、第２回折光学素子から受光された光を回折によって第２方向への１次元的な拡張が行われたまま光ガイド部から出力されて、使用者の瞳孔に向けられるようにする第３回折光学素子とを備えることができる。

【0004】

図１Ａは、従来技術の一例による回折導光板を概略的に示す図であり、図１Ｂは、図１Ａに示された回折導光板を含むディスプレイ装置を概略的に示す図である。

【0005】

図１Ａを参照すれば、従来技術の一例による回折導光板１０は、第１回折光学素子１２が光ガイド部１１の一側に配置され、第２回折光学素子１３は、光ガイド部１１の一側から他側に向かう横方向（図１中のｙ軸方向）を主方向に長く延びている形態を有して光ガイド部１１上に配置され、第３回折光学素子１４は、第２回折光学素子１３から縦方向（図１中のｘ軸方向）を主方向に光ガイド部１１上に離隔配置される構造である。すなわち、光ガイド部１１上において第１回折光学素子１２、第２回折光学素子１３および第３回折光学素子１４が配置されている経路が全体的に

【数1】

の構造である。

【0006】

一方、第２回折光学素子１３で回折によって光が１次元的に拡張される第１方向は、横方向を主方向とし、且つ回折光学素子が配置されている経路が

【数2】

の場合には、第２回折光学素子１３が第１回折光学素子１２から横方向を主方向として移動および受光した光を、直に縦方向を主方向に回折させることで、その回折光を第３回折光学素子１４側に指向させることができる。

【0007】

すなわち、このような構造では、第２回折光学素子１３で第１回折光学素子１２から受光した光を奇数回数だけ回折させるだけで第３回折光学素子１４に指向させることができる（第３回折光学素子に指向させるための回折回数Ｎ＝２ｎ－１、ｎはｘ軸方向に向けて回折される回数）。一方、第２回折光学素子１３を介して受光された光の一部は回折され、残りの一部は全反射し、さらにその一部が回折、そしてその残りが全反射する形態で回折と全反射が繰り返し起こるようになる。したがって、全反射の進行する方向に対して光移動経路が変わる回折が複数回進行すれば、全反射の進行する方向における光量が次第に減少する。したがって、第２回折光学素子１３の延長方向である横方向に沿って回折率（回折される光量を、回折される前の光量で割った値）を漸進的に増加させるだけでも、第２回折光学素子１３から回折によって拡張された光の光量を均一にすることを容易に達成できるという利点がある。

【0008】

第２回折光学素子１３が配置される光ガイド部１１の一定領域で回折および全反射が起こる映像光に対して外光による干渉による虹柄が生じる現象が起こることがあり、これを防止するために、第２回折光学素子１３が配置される光ガイド部１１の一定領域上に受光される外光の受光率を低減させるための低減層を備える必要がある。

【0009】

一方、従来技術の一例による回折導光板１０は、第２回折光学素子１３と第３回折光学素子１４は、縦方向に沿って互いに区分される領域Ａ、Ｂにそれぞれ分離配置、具体的には、第２回折光学素子１３は、縦方向に沿って互いに区分される領域のうち上部領域Ａに配置され、第３回折光学素子１４は、縦方向に沿って互いに区分される領域のうち下部領域Ｂに配置されている。この場合、第２回折光学素子１３は、横方向に沿った主方向に長く延びているので、第２回折光学素子１３が配置される光ガイド部１１の一定領域上に低減層１５を備えると、図１Ｂに示されたディスプレイ装置のように、回折導光板１０が適用できるレンズ上の上側領域を低減層１５が相当部分占めるようになって、外観上良くないという欠点がある。

【0010】

図２は、従来技術の他の例による回折導光板を概略的に示す図である。

【0011】

図２を参照すれば、従来技術の他の例による回折導光板２０は、第１回折光学素子２２が光ガイド部２１の一側に配置され、第２回折光学素子２３は、光ガイド部２１の上側から下側に向かう縦方向（図２中のｘ軸方向）を主方向に長く延びている形態を有して光ガイド部２１上に配置され、第３回折光学素子２４は、第２回折光学素子２３の下端部から横方向（図２中のｙ軸方向）を主方向に光ガイド部２１上に離隔配置される構造である。すなわち、光ガイド部２１上において第１回折光学素子２２、第２回折光学素子２３および第３回折光学素子２４が配置されている経路が全体的に

【数3】

の構造である。

【0012】

一方、第２回折光学素子２３で回折によって光が１次元的に拡張される第１方向は、縦方向を主方向とするので、回折光学素子が配置されている経路が

【数4】

の場合には、第２回折光学素子２３は、第１回折光学素子２２から横方向を主方向に移動および受光した光に対して必須として縦方向を主方向に回折させることが先行されなければならない。そして、縦方向を主方向に回折された光を、さらに横方向を主方向に回折させることで、その回折光を第３回折光学素子２４側に指向させることができる。

【0013】

すなわち、このような構造では、第２回折光学素子２３で第１回折光学素子２２から受光した光を偶数回数だけ回折させることで、第３回折光学素子２４に指向させることができる（第３回折光学素子に指向させるための回折回数Ｎ＝２ｎ、ｎはｘ軸方向またはｙ軸方向に向けて回折される回数）。

【0014】

一方、全反射の進行する方向に対して光移動経路が変わる回折が複数回進行すれば、全反射の進行する方向における光量が次第に減少するが、第２回折光学素子２３から偶数回の回折によって１次元的に拡張された光の光量を均一にするには、基本的に奇数回の回折による場合よりも多い光の補強干渉が伴わなければならないので、横方向を主方向に幅が広く形成される必要がある。ただし、第２回折光学素子２３の格子線パターンは、光ガイド部２１上で意図した全反射経路を少しずつずらせることがある。このように第２回折光学素子２３を縦方向を主方向に長くし、横方向を主方向に幅を広く形成すれば、全反射移動する光が格子線パターンとさらに多く出会うことになるので、回折および全反射する光経路が最初に設計意図したところとは異なって形成される可能性があり、これは、第３回折光学素子２４を介して出力される映像光の品質を低下させる問題を誘発してしまう。

【0015】

前述した背景技術は、発明者が本発明の実施例の導出のために保有していたか、導出過程で習得した技術情報であって、必ずしも本発明の実施例の出願前に一般公衆に公開された公知技術であるとは限らない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

本発明は、光ガイド部上で映像を形成する映像光を１次元的に拡張する回折光学素子と、拡張された映像光を光ガイド部から出力する回折光学素子とが、光ガイド部上で横方向に沿って離隔配置されている構造を有しかつ、映像品質が低下するのを防止できる回折導光板およびその回折導光板を含むディスプレイ装置を提供しようとする。

【0017】

ただし、本発明が解決しようとする課題は上述した課題に制限されず、言及されていないさらに他の課題は下記の記載から当業者に明確に理解されるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0018】

本発明の一態様に係る実施例は、光を案内するための光ガイド部と、光源から光を受光し、受光された光が前記光ガイド部上で案内できるように受光された光を回折させる入力回折光学素子と、前記入力回折光学素子から回折された光を受光し、受光された光が回折によって１次元的に拡張できるように構成される中間回折光学素子と、前記中間回折光学素子から拡張された光を受光し、受光された光が回折によって光ガイド部から出力されるように構成される出力回折光学素子とを含み、前記中間回折光学素子と出力回折光学素子は、前記光ガイド部上で横方向に沿って互いに区分される領域にそれぞれ分離配置され、前記中間回折光学素子は、前記光ガイド部上で縦方向に沿って離隔配置されるメイン中間回折光学素子と補助中間回折光学素子とを含み、前記メイン中間回折光学素子は、前記光ガイド部を介して前記入力回折光学素子と光学的にカップリングされて、前記入力回折光学素子から受光された回折光を回折によって前記補助中間回折光学素子側に指向させ、前記補助中間回折光学素子は、前記光ガイド部を介して前記メイン中間回折光学素子と光学的にカップリングされて、前記メイン中間回折光学素子から受光された回折光を回折によって前記出力回折光学素子側に指向させる、回折導光板を提供する。

【0019】

本実施例において、前記補助中間回折光学素子の延長方向は、前記メイン中間回折光学素子の延長方向に対して傾斜していることが好ましい。

【0020】

本実施例において、前記メイン中間回折光学素子は、その延長方向に沿って一側から他側までの回折率が漸進的に増加することが好ましい。

【0021】

本実施例において、前記補助中間回折光学素子は、その延長方向に沿って一側から他側までの回折率が同一であることが好ましい。

【0022】

本実施例において、前記補助中間回折光学素子の回折率は、前記メイン中間回折光学素子の最大回折率よりも高いことが好ましい。

【0023】

本実施例において、前記中間回折光学素子は、前記光ガイド部の一面側に配置され、前記光ガイド部の一面側または他面側には、前記中間回折光学素子が位置する領域と対応する領域に前記光源から出力された光以外の外光の受光率を低減させるための低減部が配置される。

【0024】

本実施例において、前記補助中間回折光学素子は、前記光ガイド部上で縦方向に沿って互いに離隔配置できるように複数個が設けられ、前記複数の補助中間回折光学素子のうち、前記メイン中間回折光学素子と隣接配置される第１補助中間回折光学素子は、前記光ガイド部を介して前記メイン中間回折光学素子と光学的にカップリングされて、前記メイン中間回折光学素子から受光された回折光を回折によって前記出力回折光学素子側に指向させ、第１補助中間回折光学素子と隣接配置される第２補助中間回折光学素子は、前記光ガイド部を介して前記第１補助中間回折光学素子と光学的にカップリングされて、前記第１補助中間回折光学素子から前記出力回折光学素子側に回折されない光を受光し、回折によって前記出力回折光学素子側に指向させることができる。

【0025】

本実施例において、前記第２補助中間回折光学素子の回折率は、前記第１補助中間回折光学素子の回折率よりも高いことが好ましい。

【0026】

本実施例において、前記補助中間回折光学素子は、前記光ガイド部上で縦方向に沿って互いに離隔配置できるように複数個が設けられ、前記複数の補助中間回折光学素子のうち、前記メイン中間回折光学素子と隣接配置される第１補助中間回折光学素子は、前記光ガイド部を介して前記メイン中間回折光学素子と光学的にカップリングされて、前記メイン中間回折光学素子から回折光の一部を受光し、回折によって前記出力回折光学素子側に指向させ、第１補助中間回折光学素子と隣接配置される第２補助中間回折光学素子は、前記光ガイド部を介して前記メイン中間回折光学素子と光学的にカップリングされて、前記第１補助中間回折光学素子で受光されない回折光の少なくとも一部を前記メイン中間回折光学素子から受光し、回折によって前記出力回折光学素子側に指向させることができる。

【0027】

本実施例において、前記第２補助中間回折光学素子は、その延長方向と交差する方向への幅が、前記第１補助中間回折光学素子の幅よりも広いことが好ましい。

【0028】

本実施例において、前記第１補助中間回折光学素子および第２補助中間回折光学素子の各延長方向は、互いに平行であることが好ましい。

【0029】

本発明の他の態様に係る実施例は、映像を形成する映像光を出力する光源と、本発明の一態様に係る回折導光板とを含むディスプレイ装置を提供する。

【発明の効果】

【0030】

本発明の実施例によれば、光ガイド部上で映像を形成する映像光を１次元的に拡張する中間回折光学素子と、拡張された映像光を光ガイド部から出力する出力回折光学素子とが、光ガイド部上で横方向に沿って離隔配置されている構造を有しかつ、中間回折光学素子は、光ガイド部上で縦方向に沿って互いに離隔配置されるメイン中間回折光学素子と補助中間回折光学素子とを含む構造を備えることにより、映像品質が低下するのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1A】従来技術の一例による回折導光板を概略的に示す図である。

【図1B】図１Ａに示された回折導光板を含むディスプレイ装置を概略的に示す図である。

【図2】従来技術の他の例による回折導光板を概略的に示す図である。

【図3】本発明の一態様に係る回折導光板の第１実施例を概略的に示す図である。

【図4A】図３のＩＶ－ＩＶ断面図であって、メイン中間回折光学素子における回折率調節のための様々な実施例を示す図である。

【図4B】図３のＩＶ－ＩＶ断面図であって、メイン中間回折光学素子における回折率調節のための様々な実施例を示す図である。

【図4C】図３のＩＶ－ＩＶ断面図であって、メイン中間回折光学素子における回折率調節のための様々な実施例を示す図である。

【図5】本発明の一態様に係る回折導光板の第２実施例を概略的に示す図である。

【図6】（ａ）は、図５のＶＩ－ＶＩ断面図であり、（ｂ）は、図５のＶＩ’－ＶＩ’断面図であって、第１補助中間回折光学素子と第２補助中間回折光学素子の回折率を異ならせる一実施例を示す図である。

【図7】本発明の一態様に係る回折導光板の第３実施例を概略的に示す図である。

【図8】本発明の他の態様に係るディスプレイ装置の第１実施例の一形態を概略的に示す図である。

【図9】本発明の他の態様に係るディスプレイ装置の第２実施例の一形態を概略的に示す図である。

【図10】本発明の他の態様に係るディスプレイ装置の第３実施例の一形態を概略的に示す図である。

【図11】本発明の他の態様に係るディスプレイ装置の第１実施例の他の形態を概略的に示す図である。

【図12】本発明の他の態様に係るディスプレイ装置の第２実施例の他の形態を概略的に示す図である。

【図13】本発明の他の態様に係るディスプレイ装置の第３実施例の他の形態を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

本発明は、添付した図面とともに詳細に後述する実施例を参照すれば明確になる。しかし、本発明は、以下に開示される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現され、単に本実施例は本発明の開示が完全となるようにし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は請求項の範疇によって定義される。一方、本明細書で使われた用語は実施例を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は、文章で特に言及しない限り、複数形も含む。明細書で使われる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素、段階、動作および／または素子が、１つ以上の他の構成要素、段階、動作および／または素子の存在または追加を排除しない。第１、第２などの用語は多様な構成要素を説明するのに使われるが、構成要素は用語によって限定されてはならない。用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使われる。

【0033】

本明細書において、用語「光ガイド部」は、内部全反射を利用して内部で光を案内する構造で定義される。内部全反射のための条件は、光ガイド部の屈折率が、光ガイド部の表面に隣接した周辺媒体の屈折率より大きくなければならない。光ガイド部は、ガラスおよび／またはプラスチック素材を含んで形成され、透明または半透明であってよい。光ガイド部は、プレートタイプに多様なレイアウトで形成される。ここで、用語「プレート」は、一面およびその反対側である他面の間に所定の厚さを有する３次元構造体を意味し、その一面および他面は、実質的に平坦な平面でもよいが、その一面および他面の少なくとも１つの面は、１次元的または２次元的に湾曲して形成される。例えば、プレートタイプの光ガイド部は、１次元的に湾曲してその一面および／または他面が円柱の側面の一部に対応する形状を有することができる。ただし、その湾曲によって形成される曲率は、光ガイド部上で光を案内するために内部全反射が容易となるように十分に大きな曲率半径を有することが好ましい。

【0034】

本明細書において、用語「回折光学素子」は、光ガイド部上で光を回折させて光経路を変更するための構造で定義される。ここで、「回折光学素子」は、光ガイド部上に一方向に配向された複数の格子線が予め定めた方向に配列されてパターンを有しながら所定の面積を形成する部分を意味することができる。

【0035】

本明細書において、用語「格子線」は、光ガイド部の表面上に所定の高さを有する突起形態（すなわち、彫り上げパターン）および／または光ガイド部の表面上に所定の深さを有する溝形態（すなわち、掘り下げパターン）を意味することができる。ここで、格子線の配向方向は、回折光学素子による回折により意図した方向に光経路が変更できるように自由に設計可能である。

【0036】

本明細書において、用語「回折光学素子の延長方向」は、光ガイド部上に回折光学素子が配置されて形成する所定の領域に対して略垂直に交差した２つの方向を基準として定義可能な長さと幅を区分しようとする場合、その２つの方向のうち、より長く算出可能な方向である長手方向を意味することができる。

【0037】

本明細書において、用語「主方向」は、特定の要素が延びた方向などを説明しようとする時、実際にその延びた方向は、基準方向と平行、または基準方向に対して４５゜以下（時計方向および反時計方向をすべて含む）に傾斜している場合、「特定の要素は、基準方向を主方向に延びる」といった文章のように使用可能である。

【0038】

本明細書において、用語「回折率」は、光ガイド部上で内部全反射する光が回折光学素子によって一部回折されて光経路が変更され、残りは回折される前の光経路に沿って全反射することができるが、回折されて光経路が変更された回折光の光量を、回折される直前の光量で割った値を意味することができる。

【0039】

本明細書において、用語「外光の受光率」は、光ガイド部の一面側または他面側に向かって進行する外光の光量対比、その外光が光ガイド部の一面または他面に到達して受光される光量の比率を意味することができる。

【0040】

図３は、本発明の一態様に係る回折導光板の第１実施例を概略的に示す図である。

【0041】

図３を参照すれば、回折導光板１１００は、光ガイド部１１０と、入力回折光学素子１２０と、中間回折光学素子１３０と、出力回折光学素子１４０とを含むことができる。

【0042】

光ガイド部１１０は、内部全反射を利用して内部で光を案内することができる。

【0043】

入力回折光学素子１２０は、光源２００から光Ｌ１を受光し、受光された光が光ガイド部１１０上で案内できるように受光された光を回折させることができる。このような入力回折光学素子１２０は、光ガイド部１１０の一面１１０ａの一側（例えば、図３基準で左側）上に配置される。

【0044】

中間回折光学素子１３０は、入力回折光学素子１２０から回折された光Ｌ２を受光し、受光された光が回折によって１次元的に拡張できるように構成される。入力回折光学素子１２０から受光された回折光は、中間回折光学素子１３０を経て一部は回折されて光経路が変更され、残りは既存の光経路に全反射することができるが、光学素子１２０から最初に受光された光は、このような回折が特定方向に離隔した地点で複数回行われながら複数のビームＬ３に分割できるため、結局、１次元的な拡張が行われる。

【0045】

出力回折光学素子１４０は、中間回折光学素子１３０から拡張された光Ｌ３ｂを受光し、受光された光が回折によって光ガイド部１１０から出力されるように構成される。一方、出力回折光学素子１４０も、中間回折光学素子１３０から受光した光を回折によって１次元的に拡張することができる。この時、出力回折光学素子１４０の受光側１４０ａを基準として中間回折光学素子１３０によって拡張された光が形成する複数のビームＬ３ｂが離隔している方向と、単一ビームＬ３ｂを基準として出力回折光学素子１４０によって拡張された複数のビームＬ４が離隔している方向とは互いに交差（例えば、直交）するので、結局、光源２００から入力回折光学素子１２０が受光する光基準では２次元的な拡張が行われる。

【0046】

中間回折光学素子１３０と出力回折光学素子１４０は、光ガイド部１１０上で横方向（図３基準でｙ軸方向）に沿って互いに区分される領域Ｓ１、Ｓ２にそれぞれ分離配置される。詳しくは、中間回折光学素子１３０は、互いに区分される第１領域Ｓ１および第２領域Ｓ２のうち、入力回折光学素子１２０に隣接した第１領域Ｓ１に配置され、出力回折光学素子１４０は、それより右側（図３基準）に位置した第２領域Ｓ２に配置される。

【0047】

一方、中間回折光学素子１３０上に光源以外から入力される外光が入射すれば、光源から出力されて受光および回折される映像光に干渉が発生して、中間回折光学素子１３０が位置する領域に虹柄が生じることがある。したがって、中間回折光学素子１３０に受光される外光の受光率を低減させるための低減部を備える必要がある。

【0048】

本発明の実施例により、中間回折光学素子１３０と出力回折光学素子１４０を横方向に区分される領域にそれぞれ分離配置すると、実際にメガネタイプのヘッドマウントディスプレイ装置（図８または図９参照）をデザインするにあたり、入力回折光学素子１２０、中間回折光学素子１３０を着用者の鼻によって支持される支持部３２０に隣接する領域または着用者の耳によって支持される脚部３３０に隣接する領域に密集して配置することができる。同時に、出力回折光学素子１４０は、入力回折光学素子１２０、中間回折光学素子１３０とは遠く離隔しており、着用者の瞳孔の位置に対応する領域に配置することができる。結局、中間回折光学素子１３０に受光される外光の受光率を低減させるための低減部１５０も、支持部３２０に隣接する領域または脚部３３０に隣接する領域に密集配置された中間回折光学素子１３０と対応する領域に配置可能になるので、着用者が外部環境を視認するうえで低減部１５０による妨げを最小化することができる。

【0049】

中間回折光学素子１３０は、光ガイド部１１０上で縦方向（図３基準でｘ軸方向）に沿って離隔配置されるメイン中間回折光学素子１３１と補助中間回折光学素子１３２とを含むことができる。ここで、メイン中間回折光学素子１３１と補助中間回折光学素子１３２が光ガイド部１１０上で縦方向に沿って離隔配置される形態は、相互間の延長方向が互いに平行な状態で縦方向に沿って離隔配置された形態に限定するものではなく、光ガイド部１１０上に格子線パターンが形成されていない領域を挟んで配置される形態であれば、いかなる離隔配置形態も可能である。

【0050】

メイン中間回折光学素子１３１は、光ガイド部１１０を介して入力回折光学素子１２０と光学的にカップリングされて、入力回折光学素子１２０から受光された回折光を回折によって補助中間回折光学素子１３２側に指向させることができる。本実施例において、メイン中間回折光学素子１３１と補助中間回折光学素子１３２は、縦方向に沿って離隔配置されているので、メイン中間回折光学素子１３１によって回折される光は、縦方向（図３基準でｘ軸方向）を主方向として光ガイド部１１０上で内部全反射により進行することができる。

【0051】

メイン中間回折光学素子１３１は、横方向（図３基準でｙ軸方向）を主方向として延びることができる。

【0052】

メイン中間回折光学素子１３１は、その延長方向に沿って一側（図３基準で左側）から他側（図３基準で右側）までの回折率が漸進的に増加することができる。メイン中間回折光学素子１３１が入力回折光学素子１２０から受光した光は、メイン中間回折光学素子１３１の延長方向を主方向として光ガイド部１１０上で内部全反射して移動し、格子線パターンによって全反射経路上で回折によって一部の光が分岐して光経路が補助中間回折光学素子１３２側に向かうようになる。結局、メイン中間回折光学素子１３１の延長方向を主方向とする全反射経路に沿っていくほど、光量は減少する。すなわち、格子線パターンによって回折しようとする光量も、前記全反射経路に沿っていくほど減少するので、メイン中間回折光学素子１３１において延長方向に沿って回折率が高くなるようにすることで、メイン中間回折光学素子１３１を介して回折されて補助中間回折光学素子１３２側に指向される拡張された光、すなわち複数の第１ビームＬ３ａは、相互間の光量を類似にすることができる。

【0053】

図４Ａ～４Ｃは、図３のＩＶ－ＩＶ断面図であって、メイン中間回折光学素子における回折率調節のための様々な実施例を示す図である。

【0054】

図４Ａを参照すれば、メイン中間回折光学素子１３１が含む複数の格子線は、光ガイド部１１０の一面１１０ａ上に所定の高さｈ１を有する突起形態１３１ａで備えられる。このような突起形態１３１ａの格子線は、メイン中間回折光学素子１３１の延長方向に沿って所定の周期ｄ１をもって配置される。同時に、突起形態１３１ａの格子線は、メイン中間回折光学素子１３１の延長方向に沿って一側から他側へいくほど、高さｈ１が漸進的に高くなる。ここで、突起形態１３１ａの格子線の高さｈ１が高くなる程度は、延長方向に沿って所定の比率で持続的に増加する形態でもよいが、所定の区間内では一定で他の区間へ移るとさらに増加するステップ関数形態を取ることもできる。

【0055】

図４Ｂを参照すれば、メイン中間回折光学素子１３１が含む複数の格子線は、光ガイド部１１０の一面１１０ａ上に所定の深さｈ２を有する溝形態１３１ｂで備えられる。このような溝形態１３１ｂの格子線は、メイン中間回折光学素子１３１の延長方向に沿って所定の周期ｄ２をもって配置される。同時に、溝形態１３１ｂの格子線は、メイン中間回折光学素子１３１の延長方向に沿って一側から他側へいくほど、深さｈ２が漸進的に深くなる。ここで、溝形態１３１ｂの格子線の深さｈ２が深くなる程度は、延長方向に沿って所定の比率で持続的に増加する形態でもよいが、延長方向に沿って所定の区間内では一定で他の区間へ移るとさらに増加するステップ関数形態を取ることもできる。

【0056】

図４Ｃを参照すれば、メイン中間回折光学素子１３１が含む複数の格子線は、光ガイド部１１０の一面１１０ａ上に所定の高さｈ３を有する突起形態１３１ｃで備えられる。このような突起形態１３１ｃの格子線は、メイン中間回折光学素子１３１の延長方向に沿って所定の周期ｄ３ａをもって配置される。一方、突起形態１３１ｃの格子線は、前記周期ｄ３ａ内で所定の幅ｄ３ｂを有することができるが、格子線の幅ｄ３ｂを格子線の周期ｄ３ａで割った値（ｄ３ｂ／ｄ３ａ）を「デューティ（ｄｕｔｙ）」と定義する。ここで、格子線のデューティは、メイン中間回折光学素子１３１の延長方向に沿って一側から他側へいくほど大きくなる。ここで、格子線のデューティが大きくなる程度は、延長方向に沿って所定の比率で持続的に増加する形態でもよいが、所定の区間内では一定で他の区間へ移るとさらに増加するステップ関数形態を取ることもできる。

【0057】

補助中間回折光学素子１３２は、光ガイド部１１０を介してメイン中間回折光学素子１３１と光学的にカップリングされて、メイン中間回折光学素子１３１から受光された回折光を回折によって出力回折光学素子１４０側に指向させることができる。本実施例において、中間回折光学素子１３０と出力回折光学素子１４０は、横方向に沿って互いに区分された領域にそれぞれ配置されているので、補助中間回折光学素子１３２によって回折される光は、横方向（図３基準でｙ軸方向）を主方向として光ガイド部１１０上で内部全反射により進行することができる。

【0058】

補助中間回折光学素子１３２の延長方向は、メイン中間回折光学素子１３１の延長方向に対して光ガイド部１１０上の下側（図３基準）に向かって傾斜していることが好ましい。一方、補助中間回折光学素子１３２によって回折される光は、光ガイド部１１０上の右側（図３基準）に向かって内部全反射しながら出力回折光学素子１４０側に進行し、略メイン中間回折光学素子１３１の延長方向を主方向として光経路を形成することができる。もし、本実施例とは異なり、補助中間回折光学素子の延長方向がメイン中間回折光学素子の延長方向と略平行であれば、出力回折光学素子側に進行する光は、補助中間回折光学素子の延長方向に沿って占めている格子線と繰り返し出会うことになり、その度に光経路は少しずつずれることがある。この場合には、意図した光経路を形成しにくく、結局、光によって形成される映像の品質は低下してしまう。一方、本実施例のように、補助中間回折光学素子１３２の延長方向がメイン中間回折光学素子１３１の延長方向に対して光ガイド部１１０上の下側（図３基準）に向かって傾斜していれば、出力回折光学素子１４０側に進行する光は、補助中間回折光学素子１３２の延長方向に対して光ガイド部１１０上の上側（図３基準）に向かって傾斜した方向に進行するので、結局、その進行する光は、補助中間回折光学素子１３２の延長方向に沿って占めている格子線と出会う回数が前述した場合より確実に減少することができ、光経路が意図せぬ経路にずれるのを防止することができる。結局、光によって形成される映像の品質を高い水準に維持できるという利点がある。

【0059】

補助中間回折光学素子１３２は、その延長方向に沿って一側（図３基準で左側）から他側（図３基準で右側）までの回折率が実質的に同一であることが好ましい。補助中間回折光学素子１３２は、複数の第１ビームＬ３ａを受光して回折によって出力回折光学素子１４０側に指向させて、光経路が変更された複数の第２ビームＬ３ｂ形態で光ガイド部１１０を介して内部全反射できるようにする。この時、本実施例において、複数の第１ビームＬ３ａは、相互間の光量が類似しているので、補助中間回折光学素子１３２によって第１ビームＬ３ａが回折される各地点での回折率が実質的に同一でこそ、光経路が変更された複数の第２ビームＬ３ｂの相互間の光量も互いに類似することができる。ここで、補助中間回折光学素子１３２の回折率は、メイン中間回折光学素子１３１の最大回折率よりも高いことが好ましく、特に１００％に近いほど好ましい。補助中間回折光学素子１３２は、受光された第１ビームＬ３ａをほぼ大部分回折によって光経路が変更できるように、すなわち光経路を第２ビームＬ３ｂ形態に変更するが、この時、第２ビームＬ３ｂの光量が第１ビームＬ３ａ対比で急激に減少することを最小化するためである。

【0060】

中間回折光学素子１３０は、光ガイド部１１０の一面１１０ａ側に配置される。光ガイド部の一面１１０ａ側または他面１１０ｂ側には、中間回折光学素子１３０が位置する領域と対応する領域に光源２００から出力された光Ｌ以外の外光の受光率を低減させるための低減部１５０が配置される。ここで、低減部１５０は、光ガイド部の一面１１０ａ側または他面１１０ｂ側に中間回折光学素子１３０が位置する領域と対応する領域をカバーできるフィルム層であってもよいし、不透明な物質、例えば、黒色物質を含むことができる。低減部１５０は、例えば、黒色インクを含んで形成される。低減部１５０の他の態様は、光ガイド部の一面１１０ａ側または他面１１０ｂ側に中間回折光学素子１３０が位置する領域と対応する領域から、光ガイド部１１０から離隔する方向に所定距離離隔して配置されるプラスチックまたはガラス構造物であってもよい。このようなプラスチックまたはガラス構造物も、不透明な物質、例えば、黒色物質、さらに詳しくは、黒色インクを含んで形成される。

【0061】

図５は、本発明の一態様に係る回折導光板の第２実施例を概略的に示す図である。第２実施例の回折導光板２１００は、大部分の構成が第１実施例の回折導光板１１００と同一であるので、それに関する説明は省略し、両者間の相違点についてのみ説明する。

【0062】

第２実施例の回折導光板２１００は、第１実施例の回折導光板１１００と同様に、中間回折光学素子１３０が光ガイド部１１０上で縦方向（図５基準でｘ軸方向）に沿って離隔配置されるメイン中間回折光学素子１３１と補助中間回折光学素子１３２とを含んでいる。

【0063】

一方、第１実施例の回折導光板１１００における補助中間回折光学素子１３２は、単一で設けられたものとして図示および説明されたが、第２実施例の回折導光板２１００における補助中間回折光学素子１３２は、光ガイド部１１０上で縦方向（図５基準でｘ軸方向）に沿って互いに離隔配置できるように複数個が設けられる。それぞれの補助中間回折光学素子１３２ａ、１３２ｂは、主な光経路が光ガイド部１１０の上側から下側（図５基準）に向かう光を受光して回折によって出力回折光学素子１４０側に指向させるように構成される。第２実施例において、中間回折光学素子１３０と出力回折光学素子１４０は、横方向に沿って互いに区分された領域にそれぞれ配置されているので、補助中間回折光学素子１３２ａ、１３２ｂによって回折される光は、横方向（図５基準でｙ軸方向）を主方向として光ガイド部１１０上で内部全反射により進行することができる。

【0064】

一方、縦方向に沿って互いに離隔配置される補助中間回折光学素子１３２の数量が多ければ多いほど、メイン中間回折光学素子１３１によって回折された光Ｌ３ａを補助中間回折光学素子１３２が離隔する方向である縦方向に沿って複数のビームＬ３ｂ、Ｌ３ｂ’に再分岐して拡張することができる。したがって、メイン中間回折光学素子１３１および補助中間回折光学素子１３２の延長長さを長くするよりは、補助中間回折光学素子１３２の数量を増加させることにより、目標とするだけの光の１次元的な拡張を達成することができる。ただし、補助中間回折光学素子１３２の数量が多くなるほど、進行する光が格子線に出会う回数も多くなるはずであり、その出会いによって実際の光経路は意図した通りの目標の光経路と対比してずれる可能性が高くなりうる。したがって、複数の補助中間回折光学素子１３２の数量は最小化することが好ましい。例えば、本発明の一実施例のように、補助中間回折光学素子１３２は、第１補助中間回折光学素子１３２ａと第２補助中間回折光学素子１３２ｂのように２つの補助中間回折光学素子を備えるように構成される。

【0065】

複数の補助中間回折光学素子１３２ａ、１３２ｂのうち、メイン中間回折光学素子１３１と隣接配置される第１補助中間回折光学素子１３２ａは、光ガイド部１１０を介してメイン中間回折光学素子１３１と光学的にカップリングされて、メイン中間回折光学素子１３１から受光された回折光Ｌ３ａを回折によってその回折光Ｌ３ｂを出力回折光学素子１４０側に指向させることができる。

【0066】

複数の補助中間回折光学素子１３２ａ、１３２ｂのうち、第１補助中間回折光学素子１３２ａと隣接配置される第２補助中間回折光学素子１３２ｂは、光ガイド部１１０を介して第１補助中間回折光学素子１３２ａと光学的にカップリングされて、第１補助中間回折光学素子１３２ａから出力回折光学素子１４０側に回折されない光Ｌ３ａ’を受光し、回折によってその回折光Ｌ３ｂ’を出力回折光学素子１４０側に指向させることができる。

【0067】

第１補助中間回折光学素子１３２ａおよび第２補助中間回折光学素子１３２ｂの各延長方向は、互いに平行であることが好ましい。第１補助中間回折光学素子１３２ａの延長方向に沿って複数のビームＬ３ａが出会う地点間の光ガイド部１１０の縦方向の離隔距離と、第２補助中間回折光学素子１３２ｂの延長方向に沿って複数のビームＬ３ａ’が出会う地点間の光ガイド部１１０の縦方向の離隔距離とを類似して形成することにより、第１補助中間回折光学素子１３２ａによって光経路が変更された複数のビームＬ３ｂ、および第２補助中間回折光学素子１３２ｂによって光経路が変更された複数のビームＬ３ｂ’の間の光ガイド部１１０の縦方向の離隔距離を類似して形成するためである。これによって、光の拡張に伴って減少する光量の比率が、光が拡張される領域にわたって類似に維持可能になる。

【0068】

補助中間回折光学素子１３２ａ、１３２ｂは、その延長方向に沿って一側（図５基準で左側）から他側（図５基準で右側）までの回折率が実質的に同一であることが好ましい。補助中間回折光学素子１３２は、複数の第１ビームＬ３ａ、Ｌ３ａ’を受光して回折によって出力回折光学素子１４０側に指向させて、光経路が変更された複数の第２ビームＬ３ｂ、Ｌ３ｂ’の形態で光ガイド部１１０を介して内部全反射できるようにする。この時、本実施例において、複数の第１ビームＬ３ａまたはＬ３ａ’は、相互間の光量が類似しているので、補助中間回折光学素子１３２ａ、１３２ｂによって第１ビームＬ３ａまたはＬ３ａ’が回折される各地点での回折率が実質的に同一となることで、光経路が変更された複数の第２ビームＬ３ｂまたはＬ３ｂ’の相互間の光量も互いに類似することができる。

【0069】

ここで、第２補助中間回折光学素子１３２ｂの回折率は、第１補助中間回折光学素子１３２ａの回折率よりも高いことが好ましい。例えば、第１補助中間回折光学素子１３２ａの回折率は約５０％程度、第２補助中間回折光学素子１３２ｂの回折率は約１００％程度に近いようにできる。これによって、第１補助中間回折光学素子１３２ａは、メイン中間回折光学素子１３１から受光した光Ｌ３ａを５０％程度回折させ（これによって、Ｌ３ｂの光量はＬ３ａの５０％程度）、残りの５０％程度は第２補助中間回折光学素子１３２ｂ側に進行させ（これによって、Ｌ３ａ’の光量はＬ３ａの５０％程度）、第２補助中間回折光学素子１３２ｂは、第１補助中間回折光学素子１３２ａから受光した光Ｌ３ａ’を１００％に近く回折させることができる（これによって、Ｌ３ｂ’の光量はＬ３ａの５０％程度）。結局、第１補助中間回折光学素子１３２ａによって回折されて光経路が変更されたＬ３ｂと、第２補助中間回折光学素子１３２ｂによって回折されて光経路が変更されたＬ３ｂ’の光量は、すべてメイン中間回折光学素子１３１によって回折されて光経路が変更されたＬ３ａの光量対比５０％水準に類似することができる。

【0070】

図６（ａ）は、図５のＶＩ－ＶＩ断面図であり、図６（ｂ）は、図５のＶＩ’－ＶＩ’断面図であって、第１補助中間回折光学素子と第２補助中間回折光学素子の回折率を異ならせる一実施例を示す図である。

【0071】

図６（ａ）および（ｂ）には、第１補助中間回折光学素子１３２ａと第２補助中間回折光学素子１３２ｂが含む複数の格子線がすべて光ガイド部１１０の一面１１０ａ上に所定の高さｈａ、ｈｂを有する突起形態１３２１ａ、１３２１ｂで備えられたものとして示した。ただし、複数の格子線は、突起形態以外にも、光ガイド部１１０の一面１１０ａ上に所定の深さを有する溝形態で備えられてもよい。以下、説明の便宜上、複数の格子線が突起形態１３２１ａ、１３２１ｂで備えられたことを中心に説明する。このような突起形態１３２１ａ、１３２１ｂの格子線は、所定の周期ｄ５をもって配置される。一方、突起形態１３２１ａ、１３２１ｂの格子線は、第１補助中間回折光学素子１３２ａまたは第２補助中間回折光学素子１３２ｂ内でその延長方向に沿って高さｈａ、ｈｂが同一であってもよい。第１補助中間回折光学素子１３２ａまたは第２補助中間回折光学素子１３２ｂの回折率がその延長方向に沿って同一に形成できるようにするためである。ただし、第２補助中間回折光学素子１３２ｂの突起形態１３２１ｂの格子線の高さｈｂは、第１補助中間回折光学素子１３２ａの突起形態１３２１ａの格子線の高さｈａより高いことが好ましい。第２補助中間回折光学素子１３２ｂの回折率を第１補助中間回折光学素子１３２ａの回折率より高く形成できるようにするためである。一方、第１、第２補助中間回折光学素子１３２ａ、１３２ｂにおける格子線が溝形態で形成されている場合、その溝は、第１補助中間回折光学素子１３２ａより、第２補助中間回折光学素子１３２ｂでさらに深く形成されることが好ましい。

【0072】

図７は、本発明の一態様に係る回折導光板の第３実施例を概略的に示す図である。第３実施例の回折導光板３１００は、大部分の構成が第１実施例の回折導光板１１００と同一であるので、それに関する説明は省略し、両者間の相違点についてのみ説明する。

【0073】

第３実施例の回折導光板３１００は、第１実施例の回折導光板１１００と同様に、中間回折光学素子１３０が光ガイド部１１０上で縦方向（図７基準でｘ軸方向）に沿って離隔配置されるメイン中間回折光学素子１３１と補助中間回折光学素子１３２とを含んでいる。

【0074】

一方、第１実施例の回折導光板１１００における補助中間回折光学素子１３２は、単一で設けられたものとして図示および説明されたが、第３実施例の回折導光板３１００における補助中間回折光学素子１３２は、光ガイド部１１０上で縦方向（図７基準でｘ軸方向）に沿って互いに離隔配置できるように複数個が設けられる。それぞれの補助中間回折光学素子１３２ａ、１３２ｂは、主な光経路が光ガイド部１１０の上側から下側（図７基準）に向かう光を受光して回折によって出力回折光学素子１４０側に指向させるように構成される。本実施例において、中間回折光学素子１３０と出力回折光学素子１４０は、横方向に沿って互いに区分された領域にそれぞれ配置されているので、補助中間回折光学素子１３２によって回折される光は、横方向（図３基準でｙ軸方向）を主方向として光ガイド部１１０上で内部全反射により進行することができる。

【0075】

一方、縦方向に沿って互いに離隔配置される補助中間回折光学素子１３２の数量が多ければ多いほど、メイン中間回折光学素子１３１によって回折された光Ｌ３ａを補助中間回折光学素子１３２が離隔する方向である縦方向に沿って複数のビームＬ３ｂ、Ｌ３ｂ’に再分岐して拡張することができる。したがって、メイン中間回折光学素子１３１および補助中間回折光学素子１３２の延長長さを長くするよりは、補助中間回折光学素子１３２の数量を増加させることにより、目標とするだけの光の１次元的な拡張を達成することができる。ただし、補助中間回折光学素子１３２の数量が多くなるほど、進行する光が格子線に出会う回数も多くなるはずであり、その出会いによって実際の光経路は意図した通りの目標の光経路と対比してずれる可能性が高くなりうる。したがって、複数の補助中間回折光学素子１３２の数量は最小化することが好ましい。例えば、本発明の一実施例のように、補助中間回折光学素子１３２は、第１補助中間回折光学素子１３２ａと第２補助中間回折光学素子１３２ｂのように２つの補助中間回折光学素子を備えるように構成される。

【0076】

複数の補助中間回折光学素子１３２ａ、１３２ｂのうち、メイン中間回折光学素子１３１と隣接配置される第１補助中間回折光学素子１３２ａは、光ガイド部１１０を介してメイン中間回折光学素子１３１と光学的にカップリングされて、メイン中間回折光学素子１３１から回折光Ｌ３ａの一部を受光し、回折によってその光Ｌ３ｂを出力回折光学素子１４０側に指向させることができる。

【0077】

複数の補助中間回折光学素子１３２ａ、１３２ｂのうち、第１補助中間回折光学素子１３２ａと隣接配置される第２補助中間回折光学素子１３２ｂは、光ガイド部１１０を介してメイン中間回折光学素子１３１と光学的にカップリングされて、第１補助中間回折光学素子１３２ａで受光されない回折光Ｌ３ａの少なくとも一部Ｌ３ａ’をメイン中間回折光学素子１３１から受光し、回折によってその光Ｌ３ｂ’を出力回折光学素子１４０側に指向させることができる。

【0078】

第１補助中間回折光学素子１３２ａおよび第２補助中間回折光学素子１３２ｂの各延長方向は、互いに平行であることが好ましい。第１補助中間回折光学素子１３２ａの延長方向に沿って複数のビームＬ３ａが出会う地点間の光ガイド部１１０の縦方向の離隔距離と、第２補助中間回折光学素子１３２ｂの延長方向に沿って複数のビームＬ３ａ’が出会う地点間の光ガイド部１１０の縦方向の離隔距離とを類似して形成することにより、第１補助中間回折光学素子１３２ａによって光経路が変更された複数のビームＬ３ｂ、および第２補助中間回折光学素子１３２ｂによって光経路が変更された複数のビームＬ３ｂ’の間の光ガイド部１１０の縦方向の離隔距離を類似して形成するためである。これによって、光の拡張に伴って減少する光量の比率が、光が拡張される領域にわたって類似に維持可能になる。

【0079】

補助中間回折光学素子１３２ａ、１３２ｂは、その延長方向に沿って一側（図３基準で左側）から他側（図３基準で右側）までの回折率が実質的に同一であることが好ましい。補助中間回折光学素子１３２は、第１ビームＬ３ａ、Ｌ３ａ’の少なくとも一部を受光して回折によって出力回折光学素子１４０側に指向させて、光経路が変更された複数の第２ビームＬ３ｂ、Ｌ３ｂ’の形態で光ガイド部１１０を介して内部全反射できるようにする。この時、本実施例において、複数の第１ビームＬ３ａまたはＬ３ａ’は、相互間の光量が類似しているので、補助中間回折光学素子１３２ａ、１３２ｂによって第１ビームＬ３ａまたはＬ３ａ’の少なくとも一部が回折される各地点での回折率が実質的に同一である場合、光経路が変更された複数の第２ビームＬ３ｂまたはＬ３ｂ’の相互間の光量も互いに類似することができる。

【0080】

ここで、第２補助中間回折光学素子１３２ｂは、その延長方向と交差する方向への幅ｗ＿ｂが、第１補助中間回折光学素子１３２ａの幅ｗ＿ａよりも広いことが好ましい。まず、メイン中間回折光学素子１３１によって回折されたビームＬ３ａは、所定の直径を有する円形ビームであると仮定して説明する。一実施例として、第１補助中間回折光学素子１３２ａの幅ｗ＿ａは、メイン中間回折光学素子１３１によって分岐して回折されるビームＬ３ａの直径対比５０％程度、第２補助中間回折光学素子１３２ｂの幅ｗ＿ｂは、メイン中間回折光学素子によって分岐して回折されるビームＬ３ａの直径対比１００％以上となるように構成することができる。同時に、第１補助中間回折光学素子１３２ａおよび第２補助中間回折光学素子１３２ｂの回折率は、すべて１００％に近いように構成することができる。これによって、第１補助中間回折光学素子１３２ａは、メイン中間回折光学素子１３１によって分岐して回折されたビームＬ３ａの５０％程度の領域を受光して回折させ（これによって、Ｌ３ｂの光量はＬ３ａの５０％程度）、第１補助中間回折光学素子１３２ａによって受光されないビームＬ３ａ’は第２補助中間回折光学素子１３２ｂ側に進行し（これによって、Ｌ３ａ’の光量はＬ３ａの５０％程度）、第２補助中間回折光学素子１３２ｂは、第１補助中間回折光学素子１３２ａによって受光されないビームＬ３ａ’の全領域を受光して回折させることができる（これによって、Ｌ３ｂ’の光量はＬ３ａ’に類似してＬ３ａの５０％程度）。結局、第１補助中間回折光学素子１３２ａによって回折されて光経路が変更されたＬ３ｂと、第２補助中間回折光学素子１３２ｂによって回折されて光経路が変更されたＬ３ｂ’の光量は、すべてメイン中間回折光学素子１３１によって回折されて光経路が変更されたＬ３ａの光量対比５０％水準に類似することができる。

【0081】

図８は、本発明の他の態様に係るディスプレイ装置の第１実施例の一形態を概略的に示す図であり、図９は、本発明の他の態様に係るディスプレイ装置の第２実施例の一形態を概略的に示す図であり、図１０は、本発明の他の態様に係るディスプレイ装置の第３実施例の一形態を概略的に示す図である。

【0082】

ディスプレイ装置１１０００、２１０００、３１０００は、映像を形成する映像光を出力する光源（図示せず）と、前述した本発明の一態様に係る回折導光板１１００、２１００、３１００とを含むことができる。ここで、ディスプレイ装置１１０００、２１０００、３１０００は、メガネフレーム形状を呈する本体３００に回折導光板１１００、２１００、３１００が結合された形態の構造であるヘッドマウントタイプディスプレイ装置であってもよい。ここで、本体３００は、回折導光板１１００、２１００、３１００が結合できる一対の枠部３１０と、一対の枠部３１０の一側を互いに連結し、着用者の鼻（図示せず）によって支持される支持部３２０と、枠部３１０の他側に連結され、着用者の耳（図示せず）によって支持される脚部３３０とを含むことができる。

【0083】

本発明の実施例による回折導光板１１００、２１００、３１００および／またはディスプレイ装置１１０００、２１０００、３１０００は、中間回折光学素子１３０と出力回折光学素子１４０を光ガイド部１１０の横方向（図８～１０基準でｙ軸方向）に沿って互いに区分される領域にそれぞれ分離配置するので、さらに詳しくは、中間回折光学素子１３０は、着用者の鼻（図示せず）によって支持される支持部３２０に隣接する領域Ｓ１ａに密集して配置され、出力回折光学素子１４０は、着用者の耳によって支持される脚部３３０に隣接する領域Ｓ２ａに配置される。そのため、中間回折光学素子１３０が位置する領域と対応する光ガイド部１１０の他面１１０ｂ上の領域に低減部１５０を配置しても、低減部１５０によって着用者の視野がぼやけることを最小化できるという利点がある。

【0084】

図１１は、本発明の他の態様に係るディスプレイ装置の第１実施例の他の形態を概略的に示す図であり、図１２は、本発明の他の態様に係るディスプレイ装置の第２実施例の他の形態を概略的に示す図であり、図１３は、本発明の他の態様に係るディスプレイ装置の第３実施例の他の形態を概略的に示す図である。

【0085】

ディスプレイ装置１２０００、２２０００、３２０００は、映像を形成する映像光を出力する光源（図示せず）と、前述した本発明の一態様に係る回折導光板１１００、２１００、３１００とを含むことができる。ここで、ディスプレイ装置１２０００、２２０００、３２０００は、メガネフレーム形状を呈する本体５００に回折導光板１１００、２１００、３１００が結合された形態の構造であるヘッドマウントタイプディスプレイ装置であってもよい。ここで、本体５００は、回折導光板１１００、２１００、３１００が結合できる一対の枠部５１０と、一対の枠部５１０の一側を互いに連結し、着用者の鼻（図示せず）によって支持される支持部５２０と、枠部５１０の他側に連結され、着用者の耳（図示せず）によって支持される脚部５３０とを含むことができる。

【0086】

本発明の実施例による回折導光板１１００、２１００、３１００および／またはディスプレイ装置１２０００、２２０００、３２０００は、中間回折光学素子１３０と出力回折光学素子１４０を光ガイド部１１０の横方向（図１１～１３基準でｙ軸方向）に沿って互いに区分される領域にそれぞれ分離配置するので、さらに詳しくは、中間回折光学素子１３０は、着用者の耳（図示せず）によって支持される脚部５３０に隣接する領域Ｓ１ｂに密集して配置され、出力回折光学素子１４０は、着用者の鼻（図示せず）によって支持される支持部５２０に隣接する領域Ｓ２ｂに配置される。そのため、中間回折光学素子１３０が位置する領域と対応する光ガイド部１１０の他面１１０ｂ上の領域に低減部１５０を配置しても、低減部１５０によって着用者の視野がぼやけることを最小化できるという利点がある。

【0087】

同時に、本発明の実施例による回折導光板１１００、２１００、３１００および／またはディスプレイ装置１１０００、２１０００、３１０００、１２０００、２２０００、３２０００において、入力回折光学素子１２０から受光された光をメイン中間回折光学素子１３１での回折によって縦方向（図３、５および７基準でｘ軸方向）を主方向として光経路を変更させ、その光経路が変更された光を、補助中間回折光学素子１３２での回折によって横方向（図３、５および７基準でｙ軸方向）を主方向に光経路を再び変更させても、メイン中間回折光学素子１３１と補助中間回折光学素子１３２とが光ガイド部１１０の縦方向に沿って互いに離隔しており、特に補助中間回折光学素子１３２の延長方向がメイン中間回折光学素子１３１の延長方向に対して傾斜しているので、前記のような少なくとも２回の光経路変更のために横方向に長く延びた長さおよび縦方向に長く延びた幅を有する単一の中間回折光学素子を用いる場合より、光が進行しながら格子線に出会う回数を低減させることができるという利点がある。したがって、進行する光が格子線に出会う度に光経路が意図せぬ経路にずれることを最小化できるという利点がある。

【0088】

たとえ、本発明が上述した好ましい実施例に関して説明されたが、発明の要旨と範囲を逸脱することなく多様な修正や変形をすることが可能である。したがって、添付した特許請求の範囲には、本発明の要旨に属する限り、かかる修正や変形を含むであろう。

【符号の説明】

【0089】

１０ 回折導光板
１１ 光ガイド部
１２ 第１回折光学素子
１３ 第２回折光学素子
１４ 第３回折光学素子
１５ 低減層
２０ 他の例による回折導光板
２１ 光ガイド部
２２ 第１回折光学素子
２３ 第２回折光学素子
２４ 第３回折光学素子
１１０ 光ガイド部
１１０ａ 光ガイド部の一面
１１０ｂ 光ガイド部の他面
１２０ 入力回折光学素子
１３０ 中間回折光学素子
１３１ メイン中間回折光学素子
１３２ 補助中間回折光学素子
１３２ａ 第１補助中間回折光学素子
１３２ｂ 第２補助中間回折光学素子
１４０ 出力回折光学素子
１４０ａ 受光側
１５０ 低減部
２００ 光源
３００ 本体
３１０ 枠部
３２０ 支持部
３３０ 脚部
５００ 本体
５１０ 枠部
５２０ 支持部
５３０ 脚部
１１００ 回折導光板
１３２１ａ 突起形態
１３２１ｂ 突起形態
２１００ 回折導光板
３１００ 回折導光板
１１０００ ディスプレイ装置
１２０００ ディスプレイ装置
２１０００ ディスプレイ装置
２２０００ ディスプレイ装置
３１０００ ディスプレイ装置
３２０００ ディスプレイ装置

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】