(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】2022-12-07
(45)【発行日】2022-12-15
(54)【発明の名称】回折光学レンズを具備した多重映像ディスプレイ装置
(51)【国際特許分類】
G02B 27/02 20060101AFI20221208BHJP
H04N 5/64 20060101ALI20221208BHJP
【ＦＩ】
G02B27/02 Z
H04N5/64 511A
【請求項の数】
38
(21)【出願番号】P 2018217541
(22)【出願日】2018-11-20
(65)【公開番号】P2019101424
(43)【公開日】2019-06-24
【審査請求日】2021-10-20
(31)【優先権主張番号】10-2017-0165233
(32)【優先日】2017-12-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】110000671
【氏名又は名称】八田国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】李 彰 健
(72)【発明者】
【氏名】徐 元 澤
(72)【発明者】
【氏名】成 基 榮
(72)【発明者】
【氏名】李 泓 錫
【審査官】近藤 幸浩
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－２２５３４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－０４３６３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０１－０９２７１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１８４５６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１６１７３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０９６５８４５３（ＵＳ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ２７／０２
Ｇ０２Ｂ ２７／０１
Ｈ０４Ｎ ５／６４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
入射光の波長及び偏光状態によって異なる焦点距離を有する回折光学レンズと、第１色相映像、第２色相映像及び第３色相映像を有する第１映像を形成する映像形成装置と、
前記第１映像、及び前記第１映像と異なる経路から来る第２映像を、前記回折光学レンズに伝達し、前記第１色相映像、前記第２色相映像及び前記第３色相映像の光路長をそれぞれ異ならせ、前記回折光学レンズの色収差を相殺するように構成される光学系と、を含み、
前記光学系は、前記第１映像の光路上において、前記第１色相映像を、前記回折光学レンズに対して、第１位置に結像させ、前記第２色相映像を、前記回折光学レンズに対して、前記第１位置より遠い第２位置に結像させ、前記第３色相映像を、前記回折光学レンズに対して、前記第２位置より遠い第３位置に結像させ、
前記回折光学レンズは、前記第１色相映像、前記第２色相映像及び前記第３色相映像を同一平面上に結像させる多重映像ディスプレイ装置。
【請求項2】
入射光の波長及び偏光状態によって異なる焦点距離を有する回折光学レンズと、
第１色相映像、第２色相映像及び第３色相映像を有する第１映像を形成する映像形成装置と、
前記第１映像、及び前記第１映像と異なる経路から来る第２映像を、前記回折光学レンズに伝達し、前記第１色相映像、前記第２色相映像及び前記第３色相映像の光路長をそれぞれ異ならせ、前記回折光学レンズの色収差を相殺するように構成される光学系と、を含み、
前記光学系は、
偏光状態により、入射光を透過させたり反射させたりする第１ビームスプリッタと、
前記第１ビームスプリッタの第１面に対向して配置されたダイクロイックミラースタックと、
前記第１ビームスプリッタの第２面に対向して配置され、前記ダイクロイックミラースタックから反射された前記第１色相映像、前記第２色相映像及び前記第３色相映像を、前記第１映像の光路上の互いに異なる位置にフォーカシングするレンズ要素と、
前記第１映像を前記回折光学レンズに反射させ、前記第２映像を、前記回折光学レンズに透過させる第２ビームスプリッタと、を含む多重映像ディスプレイ装置。
【請求項3】
前記映像形成装置は、前記第１ビームスプリッタの第２面に対して反対側面である前記第１ビームスプリッタの第３面に対向して配置された光源と、
前記第１ビームスプリッタの第１面に対して反対側面である前記第１ビームスプリッタの第４面に対向して配置された空間光変調器と、を含むことを特徴とする請求項２に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項4】
前記ダイクロイックミラースタックは、前記第１ビームスプリッタの第１面に配置されたものであり、前記第１色相映像を反射させ、前記第２色相映像及び前記第３色相映像を透過させる第１ダイクロイックミラーと、
前記第１ダイクロイックミラー上に配置されたものであり、前記第２色相映像を反射させ、前記第３色相映像を透過させる第２ダイクロイックミラーと、
前記第２ダイクロイックミラー上に配置されたものであり、前記第３色相映像を反射させる第３ダイクロイックミラーと、を含み、
前記第１ビームスプリッタの第１面から遠くなる方向に、前記第１ダイクロイックミラー、第２ダイクロイックミラー及び第３ダイクロイックミラーが順次に積層されていることを特徴とする請求項２または３に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項5】
前記光学系は、前記第１ビームスプリッタと前記ダイクロイックミラースタックとの間に配置された１／４波長板をさらに含むことを特徴とする請求項２～４のいずれか一項に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項6】
前記光学系は、前記第２ビームスプリッタと前記回折光学レンズとの間に配置された１／４波長板をさらに含むことを特徴とする請求項２～５のいずれか一項に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項7】
前記光学系は、前記第２映像の光路上に配置され、前記第２ビームスプリッタに入射する前記第２映像の偏光状態を選択する偏光板をさらに含むことを特徴とする請求項２～５のいずれか一項に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項8】
入射光の波長及び偏光状態によって異なる焦点距離を有する回折光学レンズと、
第１色相映像、第２色相映像及び第３色相映像を有する第１映像を形成し、かつ、ディスプレイパネルを含む映像形成装置と、
前記第１映像、及び前記第１映像と異なる経路から来る第２映像を、前記回折光学レンズに伝達し、前記第１色相映像、前記第２色相映像及び前記第３色相映像の光路長をそれぞれ異ならせ、前記回折光学レンズの色収差を相殺するように構成される光学系と、を含み、
前記光学系は、
前記第１色相映像を前記回折光学レンズに反射させ、前記第２色相映像及び前記第３色相映像を透過させる第１ダイクロイックミラーと、
前記第２色相映像を前記回折光学レンズに反射させ、前記第３色相映像を透過させる第２ダイクロイックミラーと、
前記第３色相映像を前記回折光学レンズに反射させる第３ダイクロイックミラーと、を含み、
前記回折光学レンズから遠くなる方向に、前記第１ダイクロイックミラー、第２ダイクロイックミラー及び第３ダイクロイックミラーが順次に配置されている多重映像ディスプレイ装置。
【請求項9】
前記第２ダイクロイックミラーは、前記第１ダイクロイックミラーと離隔されて配置され、前記第３ダイクロイックミラーは、前記第２ダイクロイックミラーと離隔されて配置されることを特徴とする請求項８に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項10】
前記第１ダイクロイックミラーは、前記第１色相映像を反射させる第１面と、前記第２映像を透過させる第２面と、を含み、前記第２ダイクロイックミラーは、前記第２色相映像を反射させる第１面と、前記第２映像を透過させる第２面と、を含み、
前記第３ダイクロイックミラーは、前記第３色相映像を反射させる第１面と、前記第２映像を透過させる第２面と、を含むことを特徴とする請求項８または９に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項11】
入射光の波長及び偏光状態によって異なる焦点距離を有する回折光学レンズと、
第１色相映像、第２色相映像及び第３色相映像を有する第１映像を形成し、かつ、ディスプレイパネルを含む映像形成装置と、
前記第１映像、及び前記第１映像と異なる経路から来る第２映像を、前記回折光学レンズに伝達し、前記第１色相映像、前記第２色相映像及び前記第３色相映像の光路長をそれぞれ異ならせ、前記回折光学レンズの色収差を相殺するように構成される光学系と、を含み、
前記光学系は、
前記第１映像を前記回折光学レンズに反射させ、前記第２映像を透過させるビームスプリッタと、
前記第１色相映像を前記ビームスプリッタに反射させ、前記第２色相映像及び前記第３色相映像を透過させる第１ダイクロイックミラーと、
前記第２色相映像を前記ビームスプリッタに反射させ、前記第３色相映像を透過させる第２ダイクロイックミラーと、
前記第３色相映像を前記ビームスプリッタに反射させる第３ダイクロイックミラーと、を含み、
前記回折光学レンズから遠くなる方向に、前記第１ダイクロイックミラー、第２ダイクロイックミラー及び第３ダイクロイックミラーが順次に配置されている多重映像ディスプレイ装置。
【請求項12】
前記ビームスプリッタから遠くなる方向に、前記第１ダイクロイックミラー、第２ダイクロイックミラー及び第３ダイクロイックミラーが順次に配置されており、前記第２ダイクロイックミラーは、前記第１ダイクロイックミラーと離隔されて配置され、前記第３ダイクロイックミラーは、前記第２ダイクロイックミラーと離隔されて配置されることを特徴とする請求項１１に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項13】
前記光学系は、前記映像形成装置と前記ビームスプリッタとの間の前記第１映像の光路上に配置されたものであり、前記第１色相映像、前記第２色相映像及び前記第３色相映像を光路上の互いに異なる位置にフォーカシングするレンズ要素をさらに含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項14】
入射光の波長及び偏光状態によって異なる焦点距離を有する回折光学レンズと、
第１色相映像、第２色相映像及び第３色相映像を有する第１映像を形成し、かつ、ディスプレイパネルを含む映像形成装置と、
前記第１映像、及び前記第１映像と異なる経路から来る第２映像を、前記回折光学レンズに伝達し、前記第１色相映像、前記第２色相映像及び前記第３色相映像の光路長をそれぞれ異ならせ、前記回折光学レンズの色収差を相殺するように構成される光学系と、を含み、
前記光学系は、
前記第１映像を前記回折光学レンズに反射させ、前記第２映像を透過させるビームスプリッタと、
前記映像形成装置と前記ビームスプリッタとの間の前記第１映像の光路上に配置されたものであり、前記第１映像をフォーカシングする第１レンズ要素と、
前記映像形成装置と前記ビームスプリッタとの間の前記第１映像の光路上に配置されたものであり、前記第１映像を、前記第１色相映像、前記第２色相映像及び前記第３色相映像に分離するように、前記第１レンズ要素より高い分散値を有する第２レンズ要素と、を含む多重映像ディスプレイ装置。
【請求項15】
前記第２レンズ要素の前記分散値は、前記回折光学レンズの色収差を相殺するように選択されることを特徴とする請求項１４に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項16】
前記光学系は、前記映像形成装置と前記ビームスプリッタとの間の前記第１映像の光路上に配置され、前記第１映像を前記ビームスプリッタに反射させるミラーをさらに含むことを特徴とする請求項１４または１５に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項17】
入射光の波長及び偏光状態によって異なる焦点距離を有する回折光学レンズと、
第１色相映像、第２色相映像及び第３色相映像を有する第１映像を形成し、かつ、ディスプレイパネルを含む映像形成装置と、
前記第１映像、及び前記第１映像と異なる経路から来る第２映像を、前記回折光学レンズに伝達し、前記第１色相映像、前記第２色相映像及び前記第３色相映像の光路長をそれぞれ異ならせ、前記回折光学レンズの色収差を相殺するように構成される光学系と、を含み、
前記光学系は、前記第１映像を前記回折光学レンズに反射させ、前記第２映像を透過させる格子要素を含み、
前記格子要素は、前記第１色相映像を第１角度で収斂させ、前記第２色相映像を、第１角度より小さい第２角度で収斂させ、前記第３色相映像を、第２角度より小さい第３角度で収斂させる多重映像ディスプレイ装置。
【請求項18】
前記格子要素は、ホログラム格子または表面凹凸格子を含むことを特徴とする請求項１７に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項19】
入射光の波長及び偏光状態によって異なる焦点距離を有する回折光学レンズと、
第１色相映像、第２色相映像及び第３色相映像を有する第１映像を形成し、かつ、ディスプレイパネルを含む映像形成装置と、
前記第１映像、及び前記第１映像と異なる経路から来る第２映像を、前記回折光学レンズに伝達し、前記第１色相映像、前記第２色相映像及び前記第３色相映像の光路長をそれぞれ異ならせ、前記回折光学レンズの色収差を相殺するように構成される光学系と、を含み、
前記光学系は、
前記第１色相映像を、前記回折光学レンズに反射及び拡散させ、前記第２色相映像及び前記第３色相映像を透過させる第１拡散板と、
前記第２色相映像を、前記回折光学レンズに反射及び拡散させ、前記第３色相映像を透過させる第２拡散板と、
前記第３色相映像を、前記回折光学レンズに反射及び拡散させる第３拡散板と、を含み、
前記回折光学レンズから遠くなる方向に、前記第１拡散板、第２拡散板及び第３拡散板が順次に配置されている多重映像ディスプレイ装置。
【請求項20】
前記第２拡散板は、前記第１拡散板と離隔されて配置され、前記第３拡散板は、前記第２拡散板と離隔されて配置されることを特徴とする請求項１９に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項21】
前記第１拡散板は、前記第１色相映像を反射させて拡散させる第１面と、前記第２映像を透過させる第２面と、を含み、前記第２拡散板は、前記第２色相映像を反射させて拡散させる第１面と、前記第２映像を透過させる第２面と、を含み、
前記第３拡散板は、前記第３色相映像を反射させて拡散させる第１面と、前記第２映像を透過させる第２面と、を含むことを特徴とする請求項１９または２０に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項22】
入射光の波長及び偏光状態によって異なる焦点距離を有する回折光学レンズと、
第１色相映像、第２色相映像及び第３色相映像を有する第１映像を形成し、かつ、ディスプレイパネルを含む映像形成装置と、
前記第１映像、及び前記第１映像と異なる経路から来る第２映像を、前記回折光学レンズに伝達し、前記第１色相映像、前記第２色相映像及び前記第３色相映像の光路長をそれぞれ異ならせ、前記回折光学レンズの色収差を相殺するように構成される光学系と、を含み、
前記光学系は、
前記ディスプレイパネルと対向して配置されたダイクロイックミラースタックと、
前記ディスプレイパネルと前記ダイクロイックミラースタックとの間に配置されたものであり、偏光状態により、入射光を透過させたり反射させたりする第１ビームスプリッタと、
前記第１映像を前記回折光学レンズに反射させ、前記第２映像を透過させる第２ビームスプリッタと、を含み、
前記ダイクロイックミラースタックは、
前記第１色相映像を反射させて集光し、前記第２色相映像及び前記第３色相映像を透過させる第１ダイクロイック凹ミラーと、
前記第２色相映像を反射させて集光し、前記第３色相映像を透過させる第２ダイクロイック凹ミラーと、
前記第３色相映像を反射させて集光する第３ダイクロイック凹ミラーと、を含み、
前記第１ビームスプリッタから遠くなる方向に、前記第１ダイクロイック凹ミラー、第２ダイクロイック凹ミラー及び第３ダイクロイック凹ミラーが順次に積層されている多重映像ディスプレイ装置。
【請求項23】
入射光の波長及び偏光状態によって異なる焦点距離を有する回折光学レンズと、
第１色相映像、第２色相映像及び第３色相映像を有する第１映像を形成し、かつ、ディスプレイパネルを含む映像形成装置と、
前記第１映像、及び前記第１映像と異なる経路から来る第２映像を、前記回折光学レンズに伝達し、前記第１色相映像、前記第２色相映像及び前記第３色相映像の光路長をそれぞれ異ならせ、前記回折光学レンズの色収差を相殺するように構成される光学系と、を含み、
前記光学系は、
前記第１映像が入射する第１入光面、前記第２映像が入射する第２入光面、前記第１映像及び前記第２映像が出射する出光面、及び前記第１入光面に対向する傾いた傾斜面を有し、前記第１入光面から出光面に光を伝達する光導波路と、
前記光導波路の傾斜面に配置されたダイクロイックミラースタックと、を含む多重映像ディスプレイ装置。
【請求項24】
前記ダイクロイックミラースタックは、前記第１色相映像を反射させ、前記第２色相映像及び前記第３色相映像を透過させる第１ダイクロイックミラーと、
前記第２色相映像を反射させ、前記第３色相映像を透過させる第２ダイクロイックミラーと、
前記第３色相映像を反射させる第３ダイクロイックミラーと、を含み、
前記光導波路の傾斜面から遠くなる方向に、前記第１ダイクロイックミラー、第２ダイクロイックミラー及び第３ダイクロイックミラーが順次に積層されていることを特徴とする請求項２３に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項25】
前記回折光学レンズは、前記光導波路の出光面に付着していることを特徴とする請求項２３または２４に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項26】
前記光学系は、前記光導波路の出光面に対向する前記光導波路の第２入光面に配置され、入射光を、前記光導波路の出光面に向けて垂直方向に反射させる回折格子をさらに含むことを特徴とする請求項２３～２５のいずれか一項に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項27】
前記光学系は、前記光導波路の出光面に対向して前記光導波路内部に配置された半透過ミラーをさらに含み、前記半透過ミラーは、非球面反射面を有することを特徴とする請求項２３～２５のいずれか一項に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項28】
入射光の波長及び偏光状態によって異なる焦点距離を有する回折光学レンズと、
第１色相映像、第２色相映像及び第３色相映像を有する第１映像を形成する映像形成装置と、
前記第１映像、及び前記第１映像と異なる経路から来る第２映像を、前記回折光学レンズに伝達し、前記第１色相映像、前記第２色相映像及び前記第３色相映像の光路長をそれぞれ異ならせ、前記回折光学レンズの色収差を相殺するように構成される光学系と、を含み、
前記映像形成装置は、
前記第１色相映像を形成する第１ディスプレイパネルと、
前記第２色相映像を形成する第２ディスプレイパネルと、
前記第３色相映像を形成する第３ディスプレイパネルと、を含む多重映像ディスプレイ装置。
【請求項29】
前記光学系は、前記第１ディスプレイパネルと対向する第１入光面、前記第２ディスプレイパネルと対向する第２入光面、前記第３ディスプレイパネルと対向する第３入光面、及び出光面を有する六面体形態の第１ビームスプリッタと、
前記第１映像を前記回折光学レンズに反射させ、前記第２映像を透過させる第２ビームスプリッタと、を含むことを特徴とする請求項２８に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項30】
前記第２ディスプレイパネルと前記第２入光面との第２距離は、前記第１ディスプレイパネルと前記第１入光面との第１距離より長く、前記第３ディスプレイパネルと前記第３入光面との第３距離は、前記第２ディスプレイパネルと前記第２入光面との第２距離より長いことを特徴とする請求項２９に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項31】
前記光学系は、前記第１ビームスプリッタと前記空間光変調器の間に配置された第２ １／４波長板をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項32】
前記回折光学レンズは、第１偏光状態の光を集束させ、第２偏光状態の光を、屈折なしに透過させるように構成されたことを特徴とする請求項１～３１のいずれか一項に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項33】
前記光学系は、前記第１映像が、前記第１偏光状態で、前記回折光学レンズに入射し、前記第２映像が、前記第２偏光状態で、前記回折光学レンズに入射するように、前記第１映像及び前記第２映像の偏光状態を制御することを特徴とする請求項３２に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項34】
前記回折光学レンズは、前記第１色相映像について、第１焦点距離を有し、前記第２色相映像について、前記第１焦点距離より長い第２焦点距離を有し、前記第３色相映像について、前記第２焦点距離より長い第３焦点距離を有し、前記第１色相映像は、第１光路長を有し、前記第２色相映像は、前記第１光路長より長い第２光路長を有し、前記第３色相映像は、前記第２光路長より長い第３光路長を有することを特徴とする請求項１～３３のいずれか一項に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項35】
前記映像形成装置は、ディスプレイパネルを含むことを特徴とする請求項１に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項36】
入射光の波長及び偏光状態によって変わる焦点距離を有する回折光学レンズと、第１色相映像、第２色相映像及び第３色相映像を有する第１映像を形成する第１映像形成装置と、
第２映像を形成する第２映像形成装置と、
前記第１色相映像が第１光路長を有するようにし、前記第２色相映像が第１光路長と異なる第２光路長を有するようにし、前記第３色相映像が第１光路長及び第２光路長と異なる第３光路長を有するように構成され、前記第１映像形成装置によって形成された前記第１映像と、前記第２映像形成装置によって形成された前記第２映像とを、前記回折光学レンズに提供するように構成された光学系と、を含み、
前記回折光学レンズは、前記第１色相映像、前記第２色相映像、及び前記第３色相映像を同一平面内にフォーカシングするように構成され、
前記光学系は、
前記第１映像形成装置から入射する光の偏光状態により、入射光を透過させたり反射させたりする第１ビームスプリッタと、
前記第１ビームスプリッタの第１面に対向して配置されたダイクロイックミラースタックと、
前記第１ビームスプリッタの第２面に対向して配置され、前記ダイクロイックミラースタックから反射された前記第１色相映像、前記第２色相映像及び前記第３色相映像を、前記第１映像の光路上の互いに異なる位置にフォーカシングするレンズ要素と、
前記第１映像を前記回折光学レンズに反射させ、前記第２映像を、前記回折光学レンズに透過させる第２ビームスプリッタと、を含む多重映像ディスプレイ装置。
【請求項37】
前記ダイクロイックミラースタックは、前記第１ビームスプリッタの第１面に配置されたものであり、前記第１色相映像を反射させ、前記第２色相映像及び前記第３色相映像を透過させる第１ダイクロイックミラーと、
前記第１ダイクロイックミラー上に配置されたものであり、前記第２色相映像を反射させ、前記第３色相映像を透過させる第２ダイクロイックミラーと、
前記第２ダイクロイックミラー上に配置されたものであり、前記第３色相映像を反射させる第３ダイクロイックミラーと、を含むことを特徴とする請求項３６に記載の多重映像ディスプレイ装置。
【請求項38】
前記回折光学レンズは、前記第１色相映像について、第１焦点距離を有し、前記第２色相映像について、前記第１焦点距離より長い第２焦点距離を有し、前記第３色相映像について、前記第２焦点距離より長い第３焦点距離を有することを特徴とする請求項３６または３７に記載の多重映像ディスプレイ装置。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、拡張現実システムのような多重映像ディスプレイ装置に係り、さらに詳細には、回折光学レンズを利用し、広視野角を具現しながら、回折光学レンズの色収差を改善した多重映像ディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
最近、仮想現実（ＶＲ：ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙ）を具現することができる電子機器及びディスプレイ装置が開発されながら、仮想現実（ＶＲ）への関心が高まっている。仮想現実の次の段階として、拡張現実（ＡＲ：ａｕｇｍｅｎｔｅｄ ｒｅａｌｉｔｙ）及び混合現実（ＭＲ： ｍｉｘｅｄ ｒｅａｌｉｔｙ）を実現することができる技術も研究されている。
【0003】
拡張現実（ＡＲ）は、完全仮想世界を前提にする仮想現実とは異なり、現実世界の環境上に仮想の対象や情報を重ねて（結合して）示すことにより、現実の効果をさらに増大させるディスプレイ技術である。仮想現実が、ゲームや仮想体験のような分野にだけ限定的に適用が可能であるならば、拡張現実は、多様な現実環境に応用が可能であるという長所がある。特に、拡張現実は、ユビキタス（ｕｂｉｑｕｉｔｏｕｓ）環境やモノのインターネット（ＩｏＴ：ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ）環境に適する次世代ディスプレイ技術として注目されている。そのような拡張現実は、現実世界と、付加的な情報（仮想世界）とを混合して示すという点において、混合現実（ＭＲ）の一例であると言うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１１５４８４号明細書
【文献】特開２００１－１８３６０５号公報
【文献】米国特許第９１９１５６８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、拡張現実または混合現実の具現に適用される多重映像ディスプレイ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
一実施形態による多重映像ディスプレイ装置は、入射光の波長及び偏光状態によって異なる焦点距離を有する回折光学レンズと、第１色相映像、第２色相映像及び第３色相映像を有する第１映像を形成する映像形成装置と、前記第１映像、及び前記第１映像と異なる経路から来る第２映像を、前記回折光学レンズに伝達し、前記第１色相映像、前記第２色相映像及び前記第３色相映像の光路長をそれぞれ異ならせ、前記回折光学レンズの色収差を相殺するように構成される光学系と、を含んでもよい。
【0007】
前記回折光学レンズは、第１偏光状態の光を集束させ、第２偏光状態の光を、屈折なしに透過させるように構成されてもよい。
【0008】
前記光学系は、前記第１映像が、前記第１偏光状態で、前記回折光学レンズに入射し、前記第２映像が、前記第２偏光状態で、前記回折光学レンズに入射するように、前記第１映像及び前記第２映像の偏光状態を制御することができる。
【0009】
前記回折光学レンズは、前記第１色相映像について、第１焦点距離を有し、前記第２色相映像について、前記第１焦点距離より長い第２焦点距離を有し、前記第３色相映像について、前記第２焦点距離より長い第３焦点距離を有し、前記第１色相映像は、第１光路長を有し、前記第２色相映像は、前記第１光路長より長い第２光路長を有し、前記第３色相映像は、前記第２光路長より長い第３光路長を有することができる。
【0010】
前記光学系は、前記第１映像の光路上において、前記第１色相映像を、前記回折光学レンズに対して、第１位置に結像させ、前記第２色相映像を、前記回折光学レンズに対して、前記第１位置より遠い第２位置に結像させ、前記第３色相映像を、前記回折光学レンズに対して、前記第２位置より遠い第３位置に結像させ、前記回折光学レンズは、前記第１色相映像、前記第２色相映像及び前記第３色相映像を同一平面上に結像させることができる。
【0011】
前記光学系は、偏光状態により、入射光を透過させたり反射させたりする第１ビームスプリッタと、前記第１ビームスプリッタの第１面に対向して配置されたダイクロイックミラースタックと、前記第１ビームスプリッタの第２面に対向して配置され、前記ダイクロイックミラースタックから反射された前記第１色相映像、前記第２色相映像及び前記第３色相映像を、前記第１映像の光路上の互いに異なる位置にフォーカシングするレンズ要素と、前記第１映像を前記回折光学レンズに反射させ、前記第２映像を透過させる第２ビームスプリッタと、を含んでもよい。
【0012】
例えば、前記映像形成装置は、前記第１ビームスプリッタの第２面に対して反対側面である前記第１ビームスプリッタの第３面に対向して配置された光源と、前記第１ビームスプリッタの第１面に対して反対側面である前記第１ビームスプリッタの第４面に対向して配置された空間光変調器と、を含んでもよい。
【0013】
前記ダイクロイックミラースタックは、前記第１ビームスプリッタの第１面に配置されたものであり、前記第１色相映像を反射させ、前記第２色相映像及び前記第３色相映像を透過させる第１ダイクロイックミラーと、前記第１ダイクロイックミラー上に配置されたものであり、前記第２色相映像を反射させ、前記第３色相映像を透過させる第２ダイクロイックミラーと、前記第２ダイクロイックミラー上に配置されたものであり、前記第３色相映像を反射させる第３ダイクロイックミラーと、を含み、前記第１ビームスプリッタの第１面から遠くなる方向に、前記第１ダイクロイックミラー、第２ダイクロイックミラー及び第３ダイクロイックミラーが順次に積層されてもよい。
【0014】
前記光学系は、前記第１ビームスプリッタと前記ダイクロイックミラースタックとの間に配置された１／４波長板をさらに含んでもよい。
【0015】
前記光学系は、前記第２ビームスプリッタと前記回折光学レンズとの間に配置された１／４波長板をさらに含んでもよい。
【0016】
前記光学系は、前記第２映像の光路上に配置され、前記第２ビームスプリッタに入射する前記第２映像の偏光状態を選択する偏光板をさらに含んでもよい。
【0017】
例えば、前記映像形成装置は、ディスプレイパネルを含んでもよい。
【0018】
また、前記光学系は、前記第１色相映像を前記回折光学レンズに反射させ、前記第２色相映像及び前記第３色相映像を透過させる第１ダイクロイックミラーと、前記第２色相映像を前記回折光学レンズに反射させ、前記第３色相映像を透過させる第２ダイクロイックミラーと、前記第３色相映像を前記回折光学レンズに反射させる第３ダイクロイックミラーと、を含み、前記回折光学レンズから遠くなる方向に、前記第１ダイクロイックミラー、第２ダイクロイックミラー及び第３ダイクロイックミラーが順次に配置されてもよい。
【0019】
前記第２ダイクロイックミラーは、前記第１ダイクロイックミラーと離隔されて配置され、前記第３ダイクロイックミラーは、前記第２ダイクロイックミラーと離隔されて配置されてもよい。
【0020】
前記第１ダイクロイックミラーは、前記第１色相映像を反射させる第１面と、前記第２映像を透過させる第２面と、を含み、前記第２ダイクロイックミラーは、前記第２色相映像を反射させる第１面と、前記第２映像を透過させる第２面と、を含み、前記第３ダイクロイックミラーは、前記第３色相映像を反射させる第１面と、前記第２映像を透過させる第２面と、を含んでもよい。
【0021】
また、前記光学系は、前記第１映像を前記回折光学レンズに反射させ、前記第２映像を透過させるビームスプリッタと、前記第１色相映像を前記ビームスプリッタに反射させ、前記第２色相映像及び前記第３色相映像を透過させる第１ダイクロイックミラーと、前記第２色相映像を前記ビームスプリッタに反射させ、前記第３色相映像を透過させる第２ダイクロイックミラーと、前記第３色相映像を前記ビームスプリッタに反射させる第３ダイクロイックミラーと、を含み、前記回折光学レンズから遠くなる方向に、前記第１ダイクロイックミラー、第２ダイクロイックミラー及び第３ダイクロイックミラーが順次に配置されてもよい。
【0022】
前記ビームスプリッタから遠くなる方向に、前記第１ダイクロイックミラー、第２ダイクロイックミラー及び第３ダイクロイックミラーが順次に配置されており、前記第２ダイクロイックミラーは、前記第１ダイクロイックミラーと離隔されて配置され、前記第３ダイクロイックミラーは、前記第２ダイクロイックミラーと離隔されて配置されてもよい。
【0023】
前記光学系は、前記映像形成装置と前記ビームスプリッタとの間の前記第１映像の光路上に配置されたものであり、前記第１色相映像、前記第２色相映像及び前記第３色相映像を光路上の互いに異なる位置にフォーカシングするレンズ要素をさらに含んでもよい。
【0024】
また、前記光学系は、前記第１映像を前記回折光学レンズに反射させ、前記第２映像を透過させるビームスプリッタと、前記映像形成装置と前記ビームスプリッタとの間の前記第１映像の光路上に配置されたものであり、前記第１映像をフォーカシングする第１レンズ要素と、前記映像形成装置と前記ビームスプリッタとの間の前記第１映像の光路上に配置されたものであり、前記第１映像を、前記第１色相映像、前記第２色相映像及び前記第３色相映像に分離するように、前記第１レンズ要素より高い分散値を有する第２レンズ要素と、を含んでもよい。
【0025】
前記第２レンズ要素の前記分散値は、前記回折光学レンズの色収差を相殺するように選択されてもよい。
【0026】
前記光学系は、前記映像形成装置と前記ビームスプリッタとの間の前記第１映像の光路上に配置され、前記第１映像を前記ビームスプリッタに反射させるミラーをさらに含んでもよい。
【0027】
また、前記光学系は、前記第１映像を前記回折光学レンズに反射させ、前記第２映像を透過させる格子要素を含み、前記格子要素は、前記第１色相映像を第１角度で収斂させ、前記第２色相映像を、第１角度より小さい第２角度で収斂させ、前記第３色相映像を、第２角度より小さい第３角度で収斂させることができる。
【0028】
例えば、前記格子要素は、ホログラム格子または表面凹凸格子を含んでもよい。
【0029】
また、前記光学系は、前記第１色相映像を、前記回折光学レンズに反射及び拡散させ、前記第２色相映像及び前記第３色相映像を透過させる第１拡散板と、前記第２色相映像を、前記回折光学レンズに反射及び拡散させ、前記第３色相映像を透過させる第２拡散板と、前記第３色相映像を、前記回折光学レンズに反射及び拡散させる第３拡散板と、を含み、前記回折光学レンズから遠くなる方向に、前記第１拡散板、第２拡散板及び第３拡散板が順次に配置されてもよい。
【0030】
前記第２拡散板は、前記第１拡散板と離隔されて配置され、前記第３拡散板は、前記第２拡散板と離隔されて配置されてもよい。
【0031】
前記第１拡散板は、前記第１色相映像を反射させて拡散させる第１面と、前記第２映像を透過させる第２面と、を含み、前記第２拡散板は、前記第２色相映像を反射させて拡散させる第１面と、前記第２映像を透過させる第２面と、を含み、前記第３拡散板は、前記第３色相映像を反射させて拡散させる第１面と、前記第２映像を透過させる第２面と、を含んでもよい。
【0032】
また、前記光学系は、前記ディスプレイパネルと対向して配置されたダイクロイックミラースタックと、前記ディスプレイパネルと前記ダイクロイックミラースタックとの間に配置されたものであり、偏光状態により、入射光を透過させたり反射させたりする第１ビームスプリッタと、前記第１映像を前記回折光学レンズに反射させ、前記第２映像を透過させる第２ビームスプリッタと、を含んでもよい。
【0033】
前記ダイクロイックミラースタックは、前記第１色相映像を反射させて集光し、前記第２色相映像及び前記第３色相映像を透過させる第１ダイクロイック凹ミラーと、前記第２色相映像を反射させて集光し、前記第３色相映像を透過させる第２ダイクロイック凹ミラーと、前記第３色相映像を反射させて集光する第３ダイクロイック凹ミラーと、を含んでもよい。
【0034】
前記第１ビームスプリッタから遠くなる方向に、前記第１ダイクロイック凹ミラー、第２ダイクロイック凹ミラー及び第３ダイクロイック凹ミラーが順次に積層されてもよい。
【0035】
また、前記光学系は、前記第１映像が入射する第１入光面、前記第２映像が入射する第２入光面、前記第１映像及び前記第２映像が出射する出光面、及び前記第１入光面に対向する傾いた傾斜面を有し、前記第１入光面から出光面に光を伝達する光導波路と、前記光導波路の傾斜面に配置されたダイクロイックミラースタックと、を含んでもよい。
【0036】
前記ダイクロイックミラースタックは、前記第１色相映像を反射させ、前記第２色相映像及び前記第３色相映像を透過させる第１ダイクロイックミラーと、前記第２色相映像を反射させ、前記第３色相映像を透過させる第２ダイクロイックミラーと、前記第３色相映像を反射させる第３ダイクロイックミラーと、を含み、前記光導波路の傾斜面から遠くなる方向に、前記第１ダイクロイックミラー、第２ダイクロイックミラー及び第３ダイクロイックミラーが順次に積層されてもよい。
【0037】
前記回折光学レンズは、前記光導波路の出光面に付着されてもよい。
【0038】
前記光学系は、前記光導波路の出光面に対向する前記光導波路の第２入光面に配置され、入射光を、前記光導波路の出光面に向けて垂直方向に反射させる回折格子をさらに含んでもよい。
【0039】
また、前記光学系は、前記光導波路の出光面に対向して前記光導波路内部に配置された半透過ミラーをさらに含んでもよい。
【0040】
前記半透過ミラーは、非球面反射面を有することができる。
【0041】
また、前記映像形成装置は、前記第１色相映像を形成する第１ディスプレイパネルと、前記第２色相映像を形成する第２ディスプレイパネルと、前記第３色相映像を形成する第３ディスプレイパネルと、を含んでもよい。
【0042】
また、前記光学系は、前記第１ディスプレイパネルと対向する第１入光面、前記第２ディスプレイパネルと対向する第２入光面、前記第３ディスプレイパネルと対向する第３入光面、及び出光面を有する六面体形態の第１ビームスプリッタと、前記第１映像を前記回折光学レンズに反射させ、前記第２映像を透過させる第２ビームスプリッタと、を含んでもよい。
【0043】
前記第２ディスプレイパネルと前記第２入光面との第２距離は、前記第１ディスプレイパネルと前記第１入光面との第１距離より長く、前記第３ディスプレイパネルと、前記第３入光面との第３距離は、前記第２ディスプレイパネルと前記第２入光面との第２距離より長くてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1】一実施形態による多重映像ディスプレイ装置の構成を概略的に図示する図面である。
【図5】他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の構成を概略的に図示する図面である。
【図7】さらに他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の構成を概略的に図示する図面である。
【図8】さらに他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の構成を概略的に図示する図面である。
【図9】さらに他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の構成を概略的に図示する図面である。
【図13】さらに他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の構成を概略的に図示する図面である。
【図14】さらに他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の構成を概略的に図示する図面である。
【図15】さらに他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の構成を概略的に図示する図面である。
【図16】さらに他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の構成を概略的に図示する図面である。
【図17】さらに他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の構成を概略的に図示する図面である。
【図18】さらに他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の構成を概略的に図示する図面である。
【図19】一実施形態による多重映像ディスプレイ装置の全体的な構造を概略的に示すブロック図である。
【図20】他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の全体的な構造を概略的に示すブロック図である。
【図21】さらに他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の全体的な構造を概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0045】
以下、添付された図面を参照し、回折光学レンズを具備した多重映像ディスプレイ装置について詳細に説明する。以下の図面において、同一参照符号は、同一構成要素を指し、図面上において、各構成要素の大きさは、説明の明瞭さ及び便宜さのために、誇張されてもいる。また、以下で説明される実施形態は、ただ例示的なものに過ぎず、そのような実施形態から、多様な変形が可能である。また、以下で説明する階層構造において、「上部に」または「上に」と記載された表現は、接触し、すぐ上／下／左／右にあるものだけではなく、非接触で、上／下／左／右にあるものを含んでもよい。また、例えば、「ａ、ｂ、及びｃのうち少なくとも一つ」は、ａのみを含むか、ｂのみを含むか、ｃのみを含むか、ａ及びｂを含むか、ａ及びｃを含むか、ｂ及びｃを含むか、あるいはａ、ｂ及びｃをいずれも含むと理解することができる。
【0046】
また、以下の説明において、「含む」という表現は、言及された特徴や構成要素の存在を特定するものであり、他の特徴や構成要素の存在または付加を排除するものではないということを理解することができる。
【0047】
図１は、一実施形態による多重映像ディスプレイ装置の構成を概略的に図示する。図１を参照すれば、一実施形態による多重映像ディスプレイ装置は、映像をフォーカシングする回折光学レンズＤＬ、第１映像Ｌ１０を形成するための映像形成装置Ｉ１０、並びに第１映像Ｌ１０、及び第１映像Ｌ１０と異なる経路から来る第２映像Ｌ２０を回折光学レンズＤＬに伝達する光学系ＯＳを含んでもよい。
【0048】
例えば、第１映像Ｌ１０は、多重映像ディスプレイ装置内において、映像形成装置Ｉ１０によって形成されて提供される「ディスプレイ映像」として、仮想の現実、または仮想の情報を含んでもよい。第２映像Ｌ２０は、ユーザが対面する外部映像であってもよい。第２映像Ｌ２０は、ユーザが対面する前景のイメージを含んでもよく、所定の背景被写体（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｓｕｂｊｅｃｔ）を含んでもよい。そのような第２映像Ｌ２０は、現実世界の映像であってもよい。従って、本実施形態による多重映像ディスプレイ装置は、拡張現実（ＡＲ：ａｕｇｍｅｎｔｅｄ ｒｅａｌｉｔｙ）または混合現実（ＭＲ：ｍｉｘｅｄ ｒｅａｌｉｔｙ）の具現にも適用される。その場合、前記多重映像ディスプレイ装置は、近眼（ｎｅａｒ－ｅｙｅ）ＡＲディスプレイ装置であってもよい。
【0049】
映像形成装置Ｉ１０は、光源ＬＳ１０と空間光変調器ＳＬＭとを含んでもよい。また、空間光変調器ＳＬＭは、例えば、ＧａＡｓのような化合物半導体基盤の半導体変調器、ＬＣｏＳ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ）パネル、ＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ）パネル、ＤＬＰ（ｄｉｇｉｔａｌ ｌｉｇｈｔ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）パネルなどを含んでもよい。映像形成装置Ｉ１０は、そのような光源ＬＳ１０と空間光変調器ＳＬＭとを利用し、第１映像Ｌ１０を形成することができる。光源ＬＳ１０は、例えば赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ放出する多数の発光ダイオード、または多数のレーザダイオードを含んでもよい。従って、映像形成装置Ｉ１０によって形成される第１映像Ｌ１０は、赤色映像、緑色映像及び青色映像を有することができる。
【0050】
光学系ＯＳは、光源ＬＳ１０から放出された光を空間光変調器ＳＬＭに伝達し、空間光変調器ＳＬＭで形成された第１映像Ｌ１０を、回折光学レンズＤＬに伝達する役割を行う。そのために、光学系ＯＳは、例えば、第１ビームスプリッタＢＳ１０、ダイクロイックミラースタックＤＭＳ、レンズ要素ＬＥ１０及び第２ビームスプリッタＢＳ１１を含んでもよい。第１ビームスプリッタＢＳ１０は、光が入出力される４つの光学面を含んでもよい。例えば、ダイクロイックミラースタックＤＭＳは、第１ビームスプリッタＢＳ１０の第１面に対向して配置され、レンズ要素ＬＥ１０は、第１ビームスプリッタＢＳ１０の第２面に対向して配置され、光源ＬＳ１０は、第２面に対して反対側面である第１ビームスプリッタＢＳ１０の第３面に対向して配置され、空間光変調器ＳＬＭは、第１面に対して反対側面である第１ビームスプリッタＢＳ１０の第４面に対向して配置されてもよい。
【0051】
第１ビームスプリッタＢＳ１０は、偏光状態により、入射光を透過させたり反射させたりする偏光ビームスプリッタであってもよい。例えば、第１ビームスプリッタＢＳ１０は、第１線偏光成分の光を反射させ、第２線偏光成分の光を透過させることができる。その場合、第１ビームスプリッタＢＳ１０の第４面と、空間光変調器ＳＬＭとの間に、第１ １／４波長板ＷＰ１０が配置され、第１ビームスプリッタＢＳ１０の第１面と、ダイクロイックミラースタックＤＭＳとの間に、第２ １／４波長板ＷＰ１１がさらに配置されてもよい。
【0052】
それにより、光源ＬＳ１０から放出された光のうち、第１線偏光成分は、第１ビームスプリッタＢＳ１０によって反射され、第１ １／４波長板ＷＰ１０を経て、空間光変調器ＳＬＭに入射することができる。第２線偏光成分の光は、第１ビームスプリッタＢＳ１０をそのまま通過することができる。その代わりに、第１線偏光成分の光のみを放出するように、光源ＬＳ１０が構成されてもよい。光源ＬＳ１０と第１ビームスプリッタＢＳ１０の第３面との間に、第１線偏光成分の光のみを透過させる偏光板がさらに配置されてもよい。
【0053】
第１ １／４波長板ＷＰ１０は、線偏光された光を円偏光された光に、またはその逆に変換する役割を行う。例えば、第１ １／４波長板ＷＰ１０は、第１線偏光成分の光を、第１円偏光成分の光に変換するか、あるいは第１円偏光成分の光を、第１線偏光成分の光に変換し、第２線偏光成分の光を、第２円偏光成分の光に変換するか、あるいは第２円偏光成分の光を、第２線偏光成分の光に変換することができる。従って、空間光変調器ＳＬＭには、第１円偏光成分の光が入射することになる。空間光変調器ＳＬＭに入射した第１円偏光成分の光は、第１映像Ｌ１０を有することになる。また、該光は、空間光変調器ＳＬＭによって反射されながら、第２円偏光成分に変わり、第１ １／４波長板ＷＰ１０を透過することになる。それにより、該光は、第２線偏光成分を有することになり、第１ビームスプリッタＢＳ１０を透過することができる。
【0054】
第１ビームスプリッタＢＳ１０を透過した第２線偏光成分の光は、第１ビームスプリッタＢＳ１０の第１面と、第２ １／４波長板ＷＰ１１とを経て、ダイクロイックミラースタックＤＭＳに入射する。第２線偏光成分の光は、第２ １／４波長板ＷＰ１１によって第２円偏光成分を有することになる。ダイクロイックミラースタックＤＭＳは、赤色映像を反射させ、緑色映像及び青色映像を透過させる第１ダイクロイックミラーＤＭ１、緑色映像を反射させ、赤色映像及び青色映像を透過させる第２ダイクロイックミラーＤＭ２、並びに青色映像を反射させ、赤色映像及び緑色映像を透過させる第３ダイクロイックミラーＤＭ３を含んでもよい。第１ダイクロイックミラーＤＭ１、第２ダイクロイックミラーＤＭ２及び第３ダイクロイックミラーＤＭ３は、第１ビームスプリッタＢＳ１０の第１面から遠くなる方向に順次に積層されてもよい。言い換えれば、第１ダイクロイックミラーＤＭ１、第２ダイクロイックミラーＤＭ２及び第３ダイクロイックミラーＤＭ３が順次に積層され、ダイクロイックミラースタックＤＭＳを形成し、第１ダイクロイックミラーＤＭ１が、第１ビームスプリッタＢＳ１０の第１面に最も近いように、ダイクロイックミラースタックＤＭＳが配置されてもよい。
【0055】
第１ダイクロイックミラーＤＭ１、第２ダイクロイックミラーＤＭ２及び第３ダイクロイックミラーＤＭ３によってそれぞれ反射された赤色映像、緑色映像及び青色映像は、第１円偏光成分を有し、第２ １／４波長板ＷＰ１１を経ながら、第１線偏光成分を有することになる。従って、赤色映像、緑色映像及び青色映像は、第１ビームスプリッタＢＳ１０によって反射され、第２ビームスプリッタＢＳ１１に向かうことになる。
【0056】
第１ビームスプリッタＢＳ１０の第２面と、第２ビームスプリッタＢＳ１１との間には、赤色映像、緑色映像及び青色映像をフォーカシングするレンズ要素ＬＥ１０がさらに配置されてもよい。ダイクロイックミラースタックＤＭＳにおいて、第１ダイクロイックミラーＤＭ１、第２ダイクロイックミラーＤＭ２及び第３ダイクロイックミラーＤＭ３の位置が異なるために、レンズ要素ＬＥ１０は、赤色映像、緑色映像及び青色映像を、光路上の互いに異なる位置にフォーカシングすることができる。例えば、図１を参照すれば、第１ダイクロイックミラーＤＭ１、第２ダイクロイックミラーＤＭ２及び第３ダイクロイックミラーＤＭ３において、第１ダイクロイックミラーＤＭ１とレンズ要素ＬＥ１０との距離が最も短く、第３ダイクロイックミラーＤＭ３とレンズ要素ＬＥ１０との距離が最も長い。従って、赤色映像Ｌ１１は、レンズ要素ＬＥ１０から最も遠い第１上平面ＩＰ１上にフォーカシングされ、緑色映像Ｌ１２は、第２上平面ＩＰ２上にフォーカシングされ、青色映像Ｌ１３は、レンズ要素ＬＥ１０に最も近い第３上平面ＩＰ３上にフォーカシングされる。言い換えれば、レンズ要素ＬＥ１０により、赤色映像Ｌ１１がフォーカシングされる第１上平面ＩＰ１は、回折光学レンズＤＬに最も近く形成され、レンズ要素ＬＥ１０により、青色映像Ｌ１３がフォーカシングされる第３上平面ＩＰ３は、回折光学レンズＤＬから最も遠く形成される。
【0057】
その後、赤色映像Ｌ１１、緑色映像Ｌ１２及び青色映像Ｌ１３を含む第１映像Ｌ１０は、第２ビームスプリッタＢＳ１１によって反射され、回折光学レンズＤＬに入射することができる。第２ビームスプリッタＢＳ１１は、偏光状態により、入射光を透過させたり反射させたりする偏光ビームスプリッタであってもよく、または単に、入射光の半分を反射させて残り半分を透過させる半透過ミラーであってもよい。第２ビームスプリッタＢＳ１１が偏光ビームスプリッタである場合、第２ビームスプリッタＢＳ１１は、第１線偏光成分の光を反射させ、第２線偏光成分の光を透過させるように構成されてもよい。第１ビームスプリッタＢＳ１０から反射され、第２ビームスプリッタＢＳ１１に入射する第１映像Ｌ１０が第１線偏光成分を有するために、第１映像Ｌ１０は、ほぼ損失なしに、第２ビームスプリッタＢＳ１１によっても反射される。
【0058】
前述の方式で、光学系ＯＳは、第１映像Ｌ１０を回折光学レンズＤＬに伝達することができる。また、光学系ＯＳは、第１映像Ｌ１０と異なる経路から来る第２映像Ｌ２０を回折光学レンズＤＬに伝達することができる。例えば、図２ないし図４は、図１に図示された多重映像ディスプレイ装置の光学系ＯＳの多様な実施形態及びその動作原理を示す。
【0059】
まず、図２を参照すれば、第２ビームスプリッタＢＳ１１は、第１線偏光成分の光を反射させ、第２線偏光成分の光を透過させる偏光ビームスプリッタである。第１線偏光成分を有する第１映像Ｌ１０は、第２ビームスプリッタＢＳ１１の第１面に入射し、約９０°の角度で反射される。第１線偏光成分及び第２線偏光成分をいずれも有する第２映像Ｌ２０は、第１面に対して反対側にある第２ビームスプリッタＢＳ１１の第２面に入射する。第２映像Ｌ２０において第１線偏光成分は、第２ビームスプリッタＢＳ１１の第２面によって反射され、第２線偏光成分は、第２ビームスプリッタＢＳ１１の第２面を透過し、回折光学レンズＤＬに入射することになる。従って、光学系ＯＳは、第１線偏光成分を有する第１映像Ｌ１０、及び第２線偏光成分を有する第２映像Ｌ２０が回折光学レンズＤＬに入射するように、第１映像Ｌ１０及び第２映像Ｌ２０の偏光状態を制御することができる。
【0060】
また、図３を参照すれば、光学系ＯＳは、第２ビームスプリッタＢＳ１１と回折光学レンズＤＬとの間に配置された第３ １／４波長板ＷＰ１１をさらに含んでもよい。第３ １／４波長板ＷＰ１１は、第１線偏光成分の光を、第１円偏光成分の光に変換するか、あるいは第１円偏光成分の光を、第１線偏光成分の光に変換し、第２線偏光成分の光を、第２円偏光成分の光に変換するか、あるいは第２円偏光成分の光を、第２線偏光成分の光に変換することができる。従って、第３ １／４波長板ＷＰ１１により、第１映像Ｌ１０の第１線偏光成分は、第１円偏光成分に変換され、第２映像Ｌ２０の第２線偏光成分は、第２円偏光成分に変換されてもよい。その場合、第１円偏光成分を有する第１映像Ｌ１０、及び第２円偏光成分を有する第２映像Ｌ２０が回折光学レンズＤＬに入射することができる。
【0061】
図４を参照すれば、第２ビームスプリッタＢＳ１１は、単純な半透過ミラーであってもよい。その場合、光学系ＯＳは、回折光学レンズＤＬに対して反対側である第２ビームスプリッタＢＳ１１の一側面において、第２映像Ｌ２０の光路上に配置され、第２ビームスプリッタＢＳ１１に入射する第２映像Ｌ２０の偏光状態を選択する偏光板ＬＰ１０をさらに含んでもよい。例えば、偏光板ＬＰ１０は、第１線偏光成分の光を遮断し、第２線偏光成分の光を透過させることができる。そのような構成において、第１線偏光成分を有する第１映像Ｌ１０の一部は、第２ビームスプリッタＢＳ１１の第１面を透過し、第２線偏光成分を有する第１映像Ｌ１０の一部は、第２ビームスプリッタＢＳ１１の第１面により、約９０°の角度で反射され、回折光学レンズＤＬに入射する。第１線偏光成分及び第２線偏光成分をいずれも有する第２映像Ｌ２０は、偏光板ＬＰ１０を通過しながら、第２線偏光成分のみを有することになる。その後、第２線偏光成分のみを有する第２映像Ｌ２０は、第２ビームスプリッタＢＳ１１の第２面を透過し、回折光学レンズＤＬに入射する。従って、第１線偏光成分を有する第１映像Ｌ１０、及び第２線偏光成分を有する第２映像Ｌ２０が回折光学レンズＤＬに入射することができる。
【0062】
回折光学レンズＤＬは、入射光の偏光状態によって異なる焦点距離を有するように構成される。例えば、図２及び図４に図示された実施形態において、回折光学レンズＤＬは、第１線偏光成分を有する光に対して、正（＋）の屈折力を有する凸レンズとして作用することができる。また、回折光学レンズＤＬは、第２線偏光成分を有する光に対して、ほぼ無限大（∞）の焦点距離を有するように構成されてもよい。言い換えれば、回折光学レンズＤＬは、第２線偏光成分を有する光に対して、屈折なしにそのまま通過させる平板として作用することができる。その代わりに、図３に図示された実施形態において、回折光学レンズＤＬは、第１円偏光成分を有する光に対して、正（＋）の屈折力を有する凸レンズとして作用することができ、第２円偏光成分を有する光に対して、平板として作用することができる。従って、回折光学レンズＤＬは、第１線偏光成分または第１円偏光成分を有する第１映像Ｌ１０を、ユーザの視覚器官（ｏｃｕｌａｒ ｏｒｇａｎ）１０、特に、ユーザの瞳孔５に集束して提供することができる。また、回折光学レンズＤＬは、第２線偏光成分または第２円偏光成分を有する第２映像Ｌ２０を、ユーザの視覚器官１０に、歪曲なしに伝達することができる。
【0063】
例えば、第１映像Ｌ１０が仮想のディスプレイ映像であり、第２映像Ｌ２０が現実世界の映像（外部映像）である場合、回折光学レンズＤＬは、ディスプレイ映像に対して凸レンズのように作用して視野角を広げる役割を行うことができ、外部映像に対して平板のように作用し、映像歪曲問題を誘発しない。そのように、回折光学レンズＤＬが入射光の偏光状態に依存する特性を有するために、前述の効果を同時に得ることができる。
【0064】
一般的な透視型ディスプレイ装置の場合、外部映像を歪曲なしに見るためには、ユーザの目の前でレンズを使用することができない。すなわち、ユーザの目と、外部前景との間に、外部映像を歪曲させるレンズを配置することができない。従って、仮想のディスプレイ映像を見るためのレンズは、ユーザの目と、外部前景との間の領域を避けて配置（回避して配置）する必要がある。ところで、その場合、ユーザの目と、前記レンズとの光路が長くなるために、視野角が狭くなるという問題がある。
【0065】
しかし、本実施形態の場合、前述の回折光学レンズＤＬを使用することにより、ディスプレイ映像については、回折光学レンズＤＬを凸レンズのように作用させ、外部映像については、平板のように作用させる。従って、ユーザの視覚器官１０と、回折光学レンズＤＬとの光路を縮めることにより、ディスプレイ映像に対して広い視野角を容易に確保し、同時に、外部映像に対する、平板のような回折光学レンズＤＬの作用により、歪曲なしに外部映像を見せることができる。例えば、本実施形態による多重映像ディスプレイ装置は、約６０゜以上の広い視野角を具現することが可能である。そのような広い視野角の提供は、ディスプレイ映像と、実際の外部前景とに係わる視野範囲の間隙を減らすことにより、さらに臨場感ある拡張現実（ＡＲ）経験を提供することができる。
【0066】
入射光の偏光状態によって異なる焦点距離を有する回折光学レンズＤＬは、透明な基板上に、多数の非線形物質要素（ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｍａｔｅｒｉａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）のパターンを形成することによっても具現される。例えば、液晶重合体（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｐｏｌｙｍｅｒ）のような微細な非線形物質要素の二次元パターンまたは三次元パターンにより、回折光学レンズＤＬが偏光依存的な特性を有することができる。ところで、そのような回折光学レンズＤＬは、波長による分散効果（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）により、色収差（ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）を有することになる。一般的な屈折レンズ（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｌｅｎｓ）の場合、波長に比例して焦点距離が長くなる。一方、回折を利用するレンズ（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｌｅｎｓ）の焦点距離は、光の波長値に反比例する。従って、入射光の波長が長いほど、回折光学レンズＤＬの焦点距離が短くなり、焦点距離値は、波長の変化によって敏感に変化する。例えば、回折光学レンズＤＬは、赤色映像Ｌ１１について、第１焦点距離を有し、緑色映像Ｌ１２について、第１焦点距離より長い第２焦点距離を有し、青色映像Ｌ１３について、第２焦点距離より長い第３焦点距離を有することができる。
【0067】
本実施形態の場合、ダイクロイックミラースタックＤＭＳの第１ダイクロイックミラーＤＭ１、第２ダイクロイックミラーＤＭ２及び第３ダイクロイックミラーＤＭ３の光路上の位置を異ならせることにより、赤色映像Ｌ１１、緑色映像Ｌ１２及び青色映像Ｌ１３の光路長をそれぞれ異ならせ、回折光学レンズＤＬの色収差を相殺することができる。例えば、前述のように、第１ダイクロイックミラーＤＭ１、第２ダイクロイックミラーＤＭ２及び第３ダイクロイックミラーＤＭ３は、第１ビームスプリッタＢＳ１０の第１面から遠くなる方向に順次に積層される。それにより、赤色映像Ｌ１１は、第１光路長を有し、緑色映像Ｌ１２は、第１光路長より長い第２光路長を有し、青色映像Ｌ１３は、第２光路長より長い第３光路長を有することができる。また、レンズ要素ＬＥ１０は、第１映像Ｌ１０の光路上において、赤色映像Ｌ１１を回折光学レンズＤＬに対して、第１位置に結像させ、緑色映像Ｌ１２を回折光学レンズＤＬについて、第１位置より遠い第２位置に結像させ、青色映像Ｌ１３を回折光学レンズＤＬについて、第２位置より遠い第３位置に結像させることができる。
【0068】
第１ダイクロイックミラーＤＭ１、第２ダイクロイックミラーＤＭ２及び第３ダイクロイックミラーＤＭ３の距離、及びレンズ要素ＬＥ１０の焦点距離は、回折光学レンズＤＬの色収差を考慮し、色収差を相殺するように選択される。そのような点で、ダイクロイックミラースタックＤＭＳとレンズ要素ＬＥ１０は、第１映像Ｌ１０を、赤色映像Ｌ１１、緑色映像Ｌ１２及び青色映像Ｌ１３に分離し、光路上の異なる位置に結像させる色分離要素と見ることができる。それにより、回折光学レンズＤＬは、赤色映像Ｌ１１、緑色映像Ｌ１２及び青色映像Ｌ１３を同一平面上に結像させることができる。従って、ユーザは、色収差をほとんど感じることなしに、第１映像Ｌ１０を鑑賞することができる。
【0069】
図５は、他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の構成を概略的に図示する。図５を参照すれば、多重映像ディスプレイ装置は、第１映像Ｌ１０を形成するための映像形成装置として、ディスプレイパネルＤ１０を含んでもよい。例えば、ディスプレイパネルＤ１０は、マイクロＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）ディスプレイパネル、ＯＬＥＤ（ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）ディスプレイパネルまたはＬＣＤディスプレイパネルを含んでもよい。ディスプレイパネルＤ１０を利用して具現する第１映像Ｌ１０は、二次元（２Ｄ：ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）映像や三次元（３Ｄ：３－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）映像であってもよく、例えば、３Ｄ映像は、ホログラム（ｈｏｌｏｇｒａｍ）映像、ステレオ（ｓｔｅｒｅｏ）映像、ライトフィールド（ｌｉｇｈｔ ｆｉｅｌｄ）映像、ＩＰ（ｉｎｔｅｇｒａｌ ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ）映像などであってもよい。
【0070】
第１映像Ｌ１０を回折光学レンズＤＬに伝達するために、光学系ＯＳは、赤色映像Ｌ１１を回折光学レンズＤＬに反射させ、緑色映像Ｌ１２及び青色映像Ｌ１３を透過させる第１ダイクロイックミラーＤＭ１、緑色映像Ｌ１２を回折光学レンズＤＬに反射させ、青色映像Ｌ１３を透過させる第２ダイクロイックミラーＤＭ２、並びに青色映像Ｌ１３を回折光学レンズＤＬに反射させる第３ダイクロイックミラーＤＭ３を含んでもよい。第１ダイクロイックミラーＤＭ１、第２ダイクロイックミラーＤＭ２及び第３ダイクロイックミラーＤＭ３は、回折光学レンズＤＬに対して傾くように配置され、ディスプレイパネルＤ１０と回折光学レンズＤＬとの間の第１映像Ｌ１０の光路を約９０°ほど折り曲げることができる。また、光学系ＯＳは、ディスプレイパネルＤ１０と第１ダイクロイックミラーＤＭ１との間に配置され、第１映像Ｌ１０をフォーカシングするレンズ要素ＬＥ１０をさらに含んでもよい。
【0071】
また、第２映像Ｌ２０を回折光学レンズＤＬに伝達するために、第１ダイクロイックミラーＤＭ１は、赤色映像Ｌ１１を反射させる第１面と、第２映像Ｌ２０を透過させる第２面とを含み、第２ダイクロイックミラーＤＭ２は、緑色映像Ｌ１２を反射させる第１面と、第２映像Ｌ２０を透過させる第２面とを含み、第３ダイクロイックミラーＤＭ３は、青色映像Ｌ１３を反射させる第１面と、第２映像Ｌ２０を透過させる第２面とを含んでもよい。従って、第１ダイクロイックミラーＤＭ１、第２ダイクロイックミラーＤＭ２及び第３ダイクロイックミラーＤＭ３は、色分離要素としての機能と、ビームスプリッタとしての機能とを共に遂行することができる。それにより、第２映像Ｌ２０は、第３ダイクロイックミラーＤＭ３、第２ダイクロイックミラーＤＭ２及び第１ダイクロイックミラーＤＭ１を順に透過し、回折光学レンズＤＬに入射することができる。
【0072】
また、第１線偏光成分を有する第１映像Ｌ１０、及び第２線偏光成分を有する第２映像Ｌ２０を回折光学レンズＤＬに入射させるために、光学系ＯＳは、第２映像Ｌ２０の光路上に配置され、第２線偏光成分を有する光のみを透過させる第１偏光板ＬＰ１０、及び第１映像Ｌ１０の光路上に配置され、第１線偏光成分を有する光のみを透過させる第２偏光板ＬＰ１１をさらに含んでもよい。例えば、第１偏光板ＬＰ１０は、第３ダイクロイックミラーＤＭ３の第２面に対向して配置され、第２偏光板ＬＰ１１は、ディスプレイパネルＤ１０と第１ダイクロイックミラーＤＭ１との間に配置されてもよい。
【0073】
回折光学レンズＤＬの色収差を相殺するために、第１ダイクロイックミラーＤＭ１、第２ダイクロイックミラーＤＭ２及び第３ダイクロイックミラーＤＭ３は、回折光学レンズＤＬから遠くなる方向に順次に配置されてもよい。例えば、第１ダイクロイックミラーＤＭ１が回折光学レンズＤＬに最も近く配置される。そして、第２ダイクロイックミラーＤＭ２は、第１ダイクロイックミラーＤＭ１の第２面に対向し、第１ダイクロイックミラーＤＭ１と離隔されて配置され、第３ダイクロイックミラーＤＭ３は、第２ダイクロイックミラーＤＭ２の第２面に対向し、第２ダイクロイックミラーＤＭ２と離隔されて配置されてもよい。ここで、第１ダイクロイックミラーＤＭ１と第２ダイクロイックミラーＤＭ２との距離、及び第２ダイクロイックミラーＤＭ２と第３ダイクロイックミラーＤＭ３との距離を調節することにより、回折光学レンズＤＬの色収差を相殺することができる。
【0074】
一方、図１及び図５において、第１ダイクロイックミラーＤＭ１、第２ダイクロイックミラーＤＭ２及び第３ダイクロイックミラーＤＭ３が平板形態を有するように図示されたが、必要により、第１ダイクロイックミラーＤＭ１、第２ダイクロイックミラーＤＭ２及び第３ダイクロイックミラーＤＭ３の反射面が曲面形態を有することもできる。例えば、第１ダイクロイックミラーＤＭ１、第２ダイクロイックミラーＤＭ２及び第３ダイクロイックミラーＤＭ３の反射面が凹形態を有するか、あるいは凸形態を有することもできる。
【0075】
図６は、図１及び図５に図示された多重映像ディスプレイ装置の等価的な光学構造を示す。図６は、便宜上、回折光学レンズＤＬの色収差を相殺するための光学的構造のみを図示している。図６を参照すれば、図１及び図５に図示された多重映像ディスプレイ装置は、赤色映像Ｌ１１を形成する赤色ディスプレイパネルＤ１１、緑色映像Ｌ１２を形成する緑色ディスプレイパネルＤ１２、及び青色映像Ｌ１３を形成する青色ディスプレイパネルＤ１３が、互いに異なる深さ位置にある場合と同一の効果を提供する。第１映像Ｌ１０の光路上において、そのような赤色ディスプレイパネルＤ１１、緑色ディスプレイパネルＤ１２及び青色ディスプレイパネルＤ１３の深さ位置を調節することにより、回折光学レンズＤＬの色収差を相殺することができる。
【0076】
図７は、さらに他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の構成を概略的に図示する。図７を参照すれば、多重映像ディスプレイ装置は、第１映像Ｌ１０を形成するための映像形成装置として、ディスプレイパネルＤ１０を含む。光学系ＯＳは、第１ダイクロイックミラーＤＭ１、第２ダイクロイックミラーＤＭ２及び第３ダイクロイックミラーＤＭ３及びビームスプリッタＢＳ１１を含んでもよい。図５に図示された実施形態と異なり、第１ダイクロイックミラーＤＭ１、第２ダイクロイックミラーＤＭ２及び第３ダイクロイックミラーＤＭ３は、単に色分離要素としての役割のみを遂行する。例えば、第１ダイクロイックミラーＤＭ１は、赤色映像Ｌ１１をビームスプリッタＢＳ１１に反射させ、緑色映像Ｌ１２及び青色映像Ｌ１３を透過させるように構成され、第２ダイクロイックミラーＤＭ２は、緑色映像Ｌ１２をビームスプリッタＢＳ１１に反射させ、青色映像Ｌ１３を透過させるように構成され、第３ダイクロイックミラーＤＭ３は、青色映像Ｌ１３をビームスプリッタＢＳ１１に反射させるように構成される。
【0077】
ビームスプリッタＢＳ１１は、第１映像Ｌ１０を回折光学レンズＤＬに反射させ、第２映像Ｌ２０を透過させるように構成されてもよい。例えば、ビームスプリッタＢＳ１１は、半透過ミラーまたは偏光ビームスプリッタであってもよい。第１映像Ｌ１０及び第２映像Ｌ２０が互いに異なる偏光成分を有するようにするために、光学系ＯＳは、図５に図示された第１偏光板ＬＰ１０及び第２偏光板ＬＰ１１をさらに含んでもよい。例えば、ディスプレイパネルＤ１０とビームスプリッタＢＳ１１との間の第１映像Ｌ１０の光路に、第２偏光板ＬＰ１１が配置され、ビームスプリッタＢＳ１１を基準として、回折光学レンズＤＬの反対側にある第２映像Ｌ２０の光路に、第１偏光板ＬＰ１０が配置されてもよい。そのような第１ダイクロイックミラーＤＭ１、第２ダイクロイックミラーＤＭ２及び第３ダイクロイックミラーＤＭ３、並びにビームスプリッタＢＳ１１により、ディスプレイパネルＤ１０と回折光学レンズＤＬとの間の第１映像Ｌ１０の光路が、約１８０°ほど曲折される。
【0078】
回折光学レンズＤＬの色収差を相殺するために、第１ダイクロイックミラーＤＭ１、第２ダイクロイックミラーＤＭ２及び第３ダイクロイックミラーＤＭ３は、回折光学レンズＤＬ及びビームスプリッタＢＳ１１から遠くなる方向に順次に配置されてもよい。例えば、第１ダイクロイックミラーＤＭ１がビームスプリッタＢＳ１１に最も近く配置される。第２ダイクロイックミラーＤＭ２は、第１ダイクロイックミラーＤＭ１と離隔されて配置され、第３ダイクロイックミラーＤＭ３は、第２ダイクロイックミラーＤＭ２と離隔され、ビームスプリッタＢＳ１１から最も遠く配置されてもよい。ここで、第１ダイクロイックミラーＤＭ１と第２ダイクロイックミラーＤＭ２との距離、及び第２ダイクロイックミラーＤＭ２と第３ダイクロイックミラーＤＭ３との距離を調節することにより、回折光学レンズＤＬの色収差を相殺することができる。
【0079】
また、光学系ＯＳは、ディスプレイパネルＤ１０と第１ダイクロイックミラーＤＭ１との間に配置され、第１映像Ｌ１０をフォーカシングするレンズ要素ＬＥ１０をさらに含んでもよい。レンズ要素ＬＥ１０、並びに第１ダイクロイックミラーＤＭ１、第２ダイクロイックミラーＤＭ２及び第３ダイクロイックミラーＤＭ３の作用によって、赤色映像Ｌ１１、緑色映像Ｌ１２及び青色映像Ｌ１３が光路上の互いに異なる位置にフォーカシングされてもよい。
【0080】
図８は、さらに他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の構成を概略的に図示する。図８を参照すれば、多重映像ディスプレイ装置は、第１映像Ｌ１０を形成するための映像形成装置として、ディスプレイパネルＤ１０を含む。光学系ＯＳは、色分離要素として、３個のダイクロイックミラーの代りに、分散値が大きい凸レンズを使用する。例えば、光学系ＯＳは、第１映像Ｌ１０を回折光学レンズＤＬに反射させ、第２映像Ｌ２０を透過させるビームスプリッタＢＳ１１、ディスプレイパネルＤ１０とビームスプリッタＢＳ１１との間の第１映像Ｌ１０の光路上に配置された第１レンズ要素ＬＥ１１、及びディスプレイパネルＤ１０とビームスプリッタＢＳ１１との間の第１映像Ｌ１０の光路上に配置された第２レンズ要素ＬＥ１２を含んでもよい。例えば、ビームスプリッタＢＳ１１は、半透過ミラーまたは偏光ビームスプリッタであってもよい。第１映像Ｌ１０及び第２映像Ｌ２０が互いに異なる偏光成分を有するようにするために、光学系ＯＳは、図５に図示された第１偏光板ＬＰ１０と第２偏光板ＬＰ１１とをさらに含んでもよい。
【0081】
第１レンズ要素ＬＥ１１は、第１映像Ｌ１０をフォーカシングする役割を行う。第２レンズ要素ＬＥ１２は、分散値が第１レンズ要素ＬＥ１１より高い凸レンズであり、第１映像Ｌ１０を、赤色映像Ｌ１１、緑色映像Ｌ１２及び青色映像Ｌ１３に分離する色分離要素の役割を行う。そのような第１レンズ要素ＬＥ１１と第２レンズ要素ＬＥ１２との作用により、赤色映像Ｌ１１、緑色映像Ｌ１２及び青色映像Ｌ１３が光路上の互いに異なる位置にフォーカシングされてもよい。赤色映像Ｌ１１、緑色映像Ｌ１２及び青色映像Ｌ１３がフォーカシングされる位置は、第２レンズ要素ＬＥ１２の分散値によって主に決定される。従って、第２レンズ要素ＬＥ１２の分散値を適切に選択することにより、回折光学レンズＤＬの色収差を相殺することができる。
【0082】
また、光学系ＯＳは、ディスプレイパネルＤ１０とビームスプリッタＢＳ１１との間の第１映像Ｌ１０の光路上に配置され、第１映像Ｌ１０をビームスプリッタＢＳ１１に反射させるミラーＭ１をさらに含んでもよい。そのようなミラーＭ１とビームスプリッタＢＳ１１とにより、ディスプレイパネルＤ１０と回折光学レンズＤＬとの間の第１映像Ｌ１０の光路が約１８０°ほど曲折される。しかし、ミラーＭ１を省略し、ディスプレイパネルＤ１０が直接ビームスプリッタＢＳ１１と対向するように配置されてもよい。その場合、第１映像Ｌ１０の光路は、ビームスプリッタＢＳ１１により、約９０°ほど曲折される。
【0083】
図９は、さらに他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の構成を概略的に図示する。図９を参照すれば、多重映像ディスプレイ装置は、第１映像Ｌ１０を形成するための映像形成装置として、ディスプレイパネルＤ１０を含む。光学系ＯＳは、色分離要素として、格子要素ＧＥ１０を使用する。例えば、光学系ＯＳは、回折光学レンズＤＬに対向して配置された格子要素ＧＥ１０、及びディスプレイパネルＤ１０と格子要素ＧＥ１０との間の第１映像Ｌ１０の光路上に配置されたレンズ要素ＬＥ１０を含んでもよい。ディスプレイパネルＤ１０とレンズ要素ＬＥ１０は、格子要素ＧＥ１０に対して斜めに配置されてもよい。また、第１映像Ｌ１０及び第２映像Ｌ２０が互いに異なる偏光成分を有するようにするために、光学系ＯＳは、図５に図示された第１偏光板ＬＰ１０と第２偏光板ＬＰ１１とをさらに含んでもよい。
【0084】
格子要素ＧＥ１０は、第１映像Ｌ１０に対して、波長によって焦点距離が異なる凹ミラーとしての役割を行うように作製されてもよい。また、格子要素ＧＥ１０は、第１映像Ｌ１０を反射させる第１面と、第２映像Ｌ２０を透過させる第２面とを含んでもよい。例えば、格子要素ＧＥ１０は、第１面に入射する第１映像Ｌ１０の少なくとも一部を、回折光学レンズＤＬに反射させ、第２面に入射する第２映像Ｌ２０の少なくとも一部を、回折光学レンズＤＬに透過させるように構成されてもよい。従って、格子要素ＧＥ１０は、色分離要素としての役割と、ビームスプリッタとしての役割とを共に遂行することができる。
【0085】
図１０ないし図１２は、図９に図示された多重映像ディスプレイ装置の格子要素ＧＥ１０の動作を例示的に示す。図１０を参照すれば、格子要素ＧＥ１０は、赤色映像Ｌ１１を反射させながら、第１角度θ１で収斂させることができる。また、図１１を参照すれば、格子要素ＧＥ１０は、緑色映像Ｌ１２を反射させながら、第１角度θ１より小さい第２角度θ２で収斂させることができる。また、図１２を参照すれば、格子要素ＧＥ１０は、青色映像Ｌ１３を反射させながら、第２角度θ２より小さい第３角度θ３で収斂させることができる。従って、格子要素ＧＥ１０は、赤色映像Ｌ１１に対して最も短い焦点距離を有し、青色映像Ｌ１３に対して最も長い焦点距離を有することができる。赤色映像Ｌ１１、緑色映像Ｌ１２及び青色映像Ｌ１３に対する格子要素ＧＥ１０の焦点距離は、回折光学レンズＤＬの色収差を考慮し、色収差を相殺するように選択される。
【0086】
そのような格子要素ＧＥ１０は、例えば、平板形態の表面凹凸格子（ｓｕｒｆａｃｅ ｒｅｌｉｅｆ ｇｒａｔｉｎｇ）、または体積格子（ｖｏｌｕｍｅ ｇｒａｔｉｎｇ）であるホログラム格子を含んでもよい。該表面凹凸格子は、格子要素ＧＥ１０の第１面に微細な凹凸パターンを形成して形成されてもよい。該表面凹凸格子の凹凸パターンは、入射光を回折させ、回折される光が波長によって異なる角度で反射されるように構成されてもよい。また、該ホログラム格子は、透明な感光性材料に、物体光と参照光とを照射し、干渉パターンを記録することによって形成されてもよい。例えば、赤色光、緑色光及び青色光が混合された白色光を参照光として、感光性材料の第１面に斜めに入射させながら、第１角度θ１で発散する赤色光を、物体光として感光性材料の第１面に入射させ、第２角度θ２で発散する緑色光を、物体光として感光性材料の第１面に入射させ、第３角度θ３で発散する青色光を、物体光として感光性材料の第１面に入射させることができる。また、感光性材料の第１面と第２面とにそれぞれ物体光と、参照光としての白色光とを垂直に入射させることができる。それにより、感光性材料内部において、物体光と参照光とが干渉して形成された干渉パターンが、感光性材料に記録される。そのように形成された干渉パターンにより、格子要素ＧＥ１０は、前述の作用を遂行することができる。
【0087】
図１３は、さらに他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の構成を概略的に図示する。図１３を参照すれば、多重映像ディスプレイ装置は、第１映像Ｌ１０を形成するための映像形成装置として、ディスプレイパネルＤ１０を含む。光学系ＯＳは、色分離要素として、３枚の反射拡散板を使用する。例えば、光学系ＯＳは、赤色映像Ｌ１１を回折光学レンズＤＬに反射させて拡散させ、緑色映像Ｌ１２及び青色映像Ｌ１３を透過させる第１拡散板ＤＦ１、緑色映像Ｌ１２を回折光学レンズＤＬに反射させて拡散させ、青色映像Ｌ１３を透過させる第２拡散板ＤＦ２、並びに青色映像Ｌ１３を回折光学レンズＤＬに反射させて拡散させる第３拡散板ＤＦ３を含んでもよい。また、光学系ＯＳは、ディスプレイパネルＤ１０と第１拡散板ＤＦ１との間の第１映像Ｌ１０の光路上に配置されたレンズ要素ＬＥ１０を含んでもよい。ディスプレイパネルＤ１０とレンズ要素ＬＥ１０は、第１拡散板ＤＦ１に対して斜めに配置され、第１拡散板ＤＦ１、第２拡散板ＤＦ２及び第３拡散板ＤＦ３は、回折光学レンズＤＬと平行に配置されてもよい。また、第１映像Ｌ１０及び第２映像Ｌ２０が互いに異なる偏光成分を有するようにするために、光学系ＯＳは、図５に図示された第１偏光板ＬＰ１０と第２偏光板ＬＰ１１とをさらに含んでもよい。
【0088】
第２映像Ｌ２０を回折光学レンズＤＬに伝達するために、第１拡散板ＤＦ１は、赤色映像Ｌ１１を反射させて拡散させる第１面と、第２映像Ｌ２０を透過させる第２面とを含み、第２拡散板ＤＦ２は、緑色映像Ｌ１２を反射させて拡散させる第１面と、第２映像Ｌ２０を透過させる第２面とを含み、第３拡散板ＤＦ３は、青色映像Ｌ１３を反射させて拡散させる第１面と、第２映像Ｌ２０を透過させる第２面とを含んでもよい。従って、第１拡散板ＤＦ１、第２拡散板ＤＦ２及び第３拡散板ＤＦ３は、色分離要素としての役割と、ビームスプリッタとしての役割とを共に遂行することができる。
【0089】
また、回折光学レンズＤＬの色収差を相殺するために、第１拡散板ＤＦ１、第２拡散板ＤＦ２及び第３拡散板ＤＦ３は、回折光学レンズＤＬから遠くなる方向に順次に配置されてもよい。例えば、第１拡散板ＤＦ１が回折光学レンズＤＬに最も近く配置される。そして、第２拡散板ＤＦ２は、第１拡散板ＤＦ１の第２面に対向し、第１拡散板ＤＦ１と離隔されて配置され、第３拡散板ＤＦ３は、第２拡散板ＤＦ２の第２面に対向し、第２拡散板ＤＦ２と離隔されて配置されてもよい。ここで、第１拡散板ＤＦ１と第２拡散板ＤＦ２との距離、及び第２拡散板ＤＦ２と第３拡散板ＤＦ３との距離を調節することにより、回折光学レンズＤＬの色収差を相殺することができる。
【0090】
図１４は、さらに他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の構成を概略的に図示する。図１４を参照すれば、多重映像ディスプレイ装置は、第１映像Ｌ１０を形成するための映像形成装置として、赤色映像Ｌ１１を形成する第１ディスプレイパネルＤ１１、緑色映像Ｌ１２を形成する第２ディスプレイパネルＤ１２、及び青色映像Ｌ１３を形成する第３ディスプレイパネルＤ１３を含んでもよい。従って、赤色映像Ｌ１１、緑色映像Ｌ１２及び青色映像Ｌ１３が個別的に分離されて生成されるために、光学系ＯＳは、色分離要素を別途に必要としない。
【0091】
光学系ＯＳは、赤色映像Ｌ１１、緑色映像Ｌ１２及び青色映像Ｌ１３を、１つの光路上に結合させ、第１映像Ｌ１０を形成する第１ビームスプリッタＢＳ１３、及び第１映像Ｌ１０を回折光学レンズＤＬに反射させ、第２映像Ｌ２０を透過させる第２ビームスプリッタＢＳ１１を含んでもよい。また、光学系ＯＳは、第１ビームスプリッタＢＳ１３と、第２ビームスプリッタＢＳ１１との間の第１映像Ｌ１０の光路上に配置されたレンズ要素ＬＥ１０をさらに含んでもよい。第２ビームスプリッタＢＳ１１は、半透過ミラーまたは偏光ビームスプリッタであってもよい。第１映像Ｌ１０及び第２映像Ｌ２０が互いに異なる偏光成分を有するようにするために、光学系ＯＳは、図５に図示された第１偏光板ＬＰ１０及び第２偏光板ＬＰ１１をさらに含んでもよい。
【0092】
第１ビームスプリッタＢＳ１３は、第１ディスプレイパネルＤ１１と対向する第１入光面１３ａ、第２ディスプレイパネルＤ１２と対向する第２入光面１３ｂ、第３ディスプレイパネルＤ１３と対向する第３入光面１３ｃ、及び出光面１３ｄを含んでもよい。例えば、第１ビームスプリッタＢＳ１３は、六面体形態のＸキューブであってもよい。それにより、赤色映像Ｌ１１は、第１入光面１３ａを介して、第１ビームスプリッタＢＳ１３の内部に入ってきた後、第１ビームスプリッタＢＳ１３の内部の反射面で反射され、出光面１３ｄを介して、外部に出る。緑色映像Ｌ１２は、第２入光面１３ｂを介して、第１ビームスプリッタＢＳ１３の内部に入ってきた後、第１ビームスプリッタＢＳ１３の内部の他の反射面で反射され、出光面１３ｄを介して、外部に出ることになる。また、青色映像Ｌ１３は、第３入光面１３ｃを介して、第１ビームスプリッタＢＳ１３の内部に入ってきた後、第１ビームスプリッタＢＳ１３を透過し、出光面１３ｄを介して、外部に出ることになる。第２ビームスプリッタＢＳ１１は、第１ビームスプリッタＢＳ１３の出光面１３ｄに対向して配置される。
【0093】
回折光学レンズＤＬの色収差を相殺するために、第１ディスプレイパネルＤ１１、第２ディスプレイパネルＤ１２及び第３ディスプレイパネルＤ１３は、第１ビームスプリッタＢＳ１３に対して互いに異なる距離に配置されてもよい。例えば、第２ディスプレイパネルＤ１２と第２入光面１３ｂとの第２距離は、第１ディスプレイパネルＤ１１と第１入光面１３ａとの第１距離より長く、第３ディスプレイパネルＤ１３と第３入光面１３ｃとの第３距離は、第２ディスプレイパネルＤ１２と第２入光面１３ｂとの第２距離より長くてもよい。従って、第１ディスプレイパネルＤ１１と第１入光面１３ａとの第１距離が最も短く、第３ディスプレイパネルＤ１３と第３入光面１３ｃとの第３距離が最も長い。特に、第１距離は、ゼロであってもよい。言い換えれば、第１ディスプレイパネルＤ１１は、第１入光面１３ａに密着して配置されてもよい。第１ディスプレイパネルＤ１１と第１入光面１３ａとの第１距離、第２ディスプレイパネルＤ１２と第２入光面１３ｂとの第２距離、第３ディスプレイパネルＤ１３と第３入光面１３ｃとの第３距離を調節することにより、回折光学レンズＤＬの色収差を相殺することができる。
【0094】
図１５は、さらに他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の構成を概略的に図示する。図１５を参照すれば、多重映像ディスプレイ装置は、第１映像Ｌ１０を形成するための映像形成装置として、ディスプレイパネルＤ１０を含んでもよい。光学系ＯＳは、ディスプレイパネルＤ１０と対向して配置されたダイクロイックミラースタックＤＭＳ、ディスプレイパネルＤ１０とダイクロイックミラースタックＤＭＳとの間に配置された第１ビームスプリッタＢＳ１０、及び第１映像Ｌ１０を回折光学レンズＤＬに反射させ、第２映像Ｌ２０を透過させる第２ビームスプリッタＢＳ１１を含んでもよい。また、光学系ＯＳは、ディスプレイパネルＤ１０と第１ビームスプリッタＢＳ１０との間に配置されたレンズ要素ＬＥ１１をさらに含んでもよい。
【0095】
第１ビームスプリッタＢＳ１０及び第２ビームスプリッタＢＳ１１は、半透過ミラーであってもよく、または第１線偏光成分の光を反射させ、第２線偏光成分の光を透過させる偏光ビームスプリッタであってもよい。第１ビームスプリッタＢＳ１０及び第２ビームスプリッタＢＳ１１が半透過ミラーである場合、第１映像Ｌ１０及び第２映像Ｌ２０が互いに異なる偏光成分を有するようにするために、光学系ＯＳは、図５に図示された第１偏光板ＬＰ１０と第２偏光板ＬＰ１１とをさらに含んでもよい。第１ビームスプリッタＢＳ１０が偏光ビームスプリッタである場合、光学系ＯＳは、ダイクロイックミラースタックＤＭＳと第１ビームスプリッタＢＳ１０との間に配置された第１波長板ＷＰ１０をさらに含んでもよい。また、第１ビームスプリッタＢＳ１０が偏光ビームスプリッタであり、第２ビームスプリッタＢＳ１１が半透過ミラーである場合、光学系ＯＳは、第２ビームスプリッタＢＳ１１に対向し、第２映像Ｌ２０の光路上に配置された第１偏光板ＬＰ１０を含んでもよい。
【0096】
一方、ダイクロイックミラースタックＤＭＳは、赤色映像Ｌ１１を反射させて集光し、緑色映像Ｌ１２及び青色映像Ｌ１３を透過させる第１ダイクロイック凹ミラーＤＭ４、緑色映像Ｌ１２を反射させて集光し、青色映像Ｌ１３を透過させる第２ダイクロイック凹ミラーＤＭ５、及び青色映像Ｌ１３を反射させて集光する第３ダイクロイック凹ミラーＤＭ６を含んでもよい。第１ダイクロイック凹ミラーＤＭ４、第２ダイクロイック凹ミラーＤＭ５及び第３ダイクロイック凹ミラーＤＭ６が反射光を集束させる役割を行うことができるために、レンズ要素ＬＥ１０、並びに第１ダイクロイック凹ミラーＤＭ４、第２ダイクロイック凹ミラーＤＭ５及び第３ダイクロイック凹ミラーＤＭ６が共に作用し、赤色映像Ｌ１１、緑色映像Ｌ１２及び青色映像Ｌ１３を互いに異なる第１上平面ＩＰ１、第２上平面ＩＰ２及び第３上平面ＩＰ３の上にフォーカシングすることができる。従って、多重映像ディスプレイ装置の設計自由度が向上され、赤色映像Ｌ１１、緑色映像Ｌ１２及び青色映像Ｌ１３の結像位置を効果的に選択することができる。
【0097】
回折光学レンズＤＬの色収差を相殺するために、第１ダイクロイック凹ミラーＤＭ４、第２ダイクロイック凹ミラーＤＭ５及び第３ダイクロイック凹ミラーＤＭ６は、第１ビームスプリッタＢＳ１０から遠くなる方向に順次に積層されてもよい。例えば、第１ダイクロイック凹ミラーＤＭ４が、第１ビームスプリッタＢＳ１０に最も近く配置される。第２ダイクロイック凹ミラーＤＭ５は、第１ダイクロイック凹ミラーＤＭ４上に積層され、第３ダイクロイック凹ミラーＤＭ６は、第２ダイクロイック凹ミラーＤＭ５上に積層されてもよい。ここで、第１ダイクロイック凹ミラーＤＭ４、第２ダイクロイック凹ミラーＤＭ５及び第３ダイクロイック凹ミラーＤＭ６の距離、並びにレンズ要素ＬＥ１０の焦点距離は、回折光学レンズＤＬの色収差を考慮し、色収差を相殺するように選択される。
【0098】
図１６は、さらに他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の構成を概略的に図示する。図１６を参照すれば、多重映像ディスプレイ装置は、第１映像Ｌ１０を形成するための映像形成装置として、ディスプレイパネルＤ１０を含んでもよい。光学系ＯＳは、ダイクロイックミラースタックＤＭＳ及び光導波路ＬＧＰを含んでもよい。光導波路ＬＧＰは、第１映像Ｌ１０が入射する第１入光面Ｓ１、第２映像Ｌ２０が入射する第２入光面Ｓ２、第１映像Ｌ１０及び第２映像Ｌ２０が出射する出光面Ｓ３、並びに第１入光面Ｓ１に対向する傾いた傾斜面Ｓ４を含んでもよい。ディスプレイパネルＤ１０は、光導波路ＬＧＰの第１入光面Ｓ１に対向して配置されてもよい。また、光学系ＯＳは、ディスプレイパネルＤ１０と、光導波路ＬＧＰの第１入光面Ｓ１との間に配置されたレンズ要素ＬＥ１０をさらに含んでもよい。第１映像Ｌ１０及び第２映像Ｌ２０が互いに異なる偏光成分を有するようにするために、光学系ＯＳは、第２入光面Ｓ２に対向して配置された第１偏光板ＬＰ１０（図５）、及びディスプレイパネルＤ１０と第１入光面Ｓ１との間に配置された第２偏光板ＬＰ１１（図５）をさらに含んでもよい。
【0099】
図１６に図示されているように、第１入光面Ｓ１と傾斜面Ｓ４とが互いに対向して配置され、第２入光面Ｓ２と出光面Ｓ３とが互いに対向して配置される。そして、第１入光面Ｓ１と出光面Ｓ３とが光導波路ＬＧＰの第１側面において、互いに異なる領域に配置され、第２入光面Ｓ２と傾斜面Ｓ４とが、第１側面の反対側である光導波路ＬＧＰの第２側面において、互いに異なる領域に配置される。そのような構成において、第１入光面Ｓ１を介して、光導波路ＬＧＰ内に入ってきた第１映像Ｌ１０は、傾斜面Ｓ４によって斜めに反射された後、全反射を介して、光導波路ＬＧＰの内部を進行することになる。そして、第１映像Ｌ１０は、出光面Ｓ３から光導波路ＬＧＰを出て、回折光学レンズＤＬに入射することができる。従って、光導波路ＬＧＰは、第１入光面Ｓ１から出光面Ｓ３に、第１映像Ｌ１０を伝達する役割を行うことができる。出光面Ｓ３には、第１映像Ｌ１０を出射させるための回折格子が形成される。回折光学レンズＤＬは、出光面Ｓ３に対向して配置される。例えば、回折光学レンズＤＬは、出光面Ｓ３上に付着されてもよい。一方、第２入光面Ｓ２を介して、光導波路ＬＧＰ内に入ってきた第２映像Ｌ２０は、そのまま光導波路ＬＧＰを通過した後、出光面Ｓ３を介して、光導波路ＬＧＰを出て、回折光学レンズＤＬに入射することができる。
【0100】
ダイクロイックミラースタックＤＭＳは、赤色映像Ｌ１１を反射させ、緑色映像Ｌ１２及び青色映像Ｌ１３を透過させる第１ダイクロイックミラーＤＭ１、緑色映像Ｌ１２を反射させ、青色映像Ｌ１３を透過させる第２ダイクロイックミラーＤＭ２、並びに青色映像Ｌ１３を反射させる第３ダイクロイックミラーＤＭ３を含んでもよい。回折光学レンズＤＬの色収差を相殺するために、第１ダイクロイックミラーＤＭ１、第２ダイクロイックミラーＤＭ２及び第３ダイクロイックミラーＤＭ３は、光導波路ＬＧＰの傾斜面Ｓ４から遠くなる方向に順次に積層されてもよい。言い換えれば、第１ダイクロイックミラーＤＭ１が、傾斜面Ｓ４に最も近く配置される。例えば、第１ダイクロイックミラーＤＭ１は、傾斜面Ｓ４上に付着されてもよい。第２ダイクロイックミラーＤＭ２は、第１ダイクロイックミラーＤＭ１上に積層され、第３ダイクロイックミラーＤＭ３は、第２ダイクロイックミラーＤＭ２上に積層されてもよい。ここで、第１ダイクロイックミラーＤＭ１、第２ダイクロイックミラーＤＭ２及び第３ダイクロイックミラーＤＭ３の距離は、回折光学レンズＤＬの色収差を考慮し、色収差を相殺するように選択される。
【0101】
図１７は、さらに他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の構成を概略的に図示する。図１７に図示された多重映像ディスプレイ装置は、光学系ＯＳが回折格子ＧＰをさらに含むという点において、図１６に図示された多重映像ディスプレイ装置と違いがある。図１７に図示された多重映像ディスプレイ装置の残りの構成は、図１６に図示された多重映像ディスプレイ装置の構成と同一である。回折格子ＧＰは、光導波路ＬＧＰの第２入光面Ｓ２上に配置され、第１映像Ｌ１０を、光導波路ＬＧＰの出光面Ｓ３に向け、垂直方向に反射させる役割を行う。それにより、第１映像Ｌ１０は、ほぼ損失なしに出光面Ｓ３を通過し、回折光学レンズＤＬに垂直に入射することができる。また、回折格子ＧＰは、第２映像Ｌ２０をそのまま通過させるように構成されてもよい。
【0102】
図１８は、さらに他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の構成を概略的に図示する。図１８に図示された多重映像ディスプレイ装置は、光学系ＯＳが、光導波路ＬＧＰの内部に配置された半透過ミラーＡＭをさらに含むという点において、図１６に図示された多重映像ディスプレイ装置と違いがある。図１８に図示された多重映像ディスプレイ装置の残りの構成は、図１６に図示された多重映像ディスプレイ装置の構成と同一である。半透過ミラーＡＭは、光導波路ＬＧＰの内部において、第２入光面Ｓ２及び出光面Ｓ３に対向して配置される。そのような半透過ミラーＡＭは、第１映像Ｌ１０の一部を、光導波路ＬＧＰの出光面Ｓ３に向け、垂直方向に反射させ、第２映像Ｌ２０を、変化なしに通過させるように構成されてもよい。また、半透過ミラーＡＭは、第１映像Ｌ１０を、歪曲なしに効率的に集束させるために非球面反射面を有することもできる。
【0103】
光導波路ＬＧＰの内部に半透過ミラーＡＭを配置するために、光導波路ＬＧＰは、第１光導波路部分ＬＧＰ１と第２光導波路部分ＬＧＰ２とを含んでもよい。第１光導波路部分ＬＧＰ１は、第１入光面Ｓ１、出光面Ｓ３及び傾斜面Ｓ４を有するように構成され、第２光導波路部分ＬＧＰ２は、第２入光面Ｓ２を有するように構成される。そのような第１光導波路部分ＬＧＰ１と第２光導波路部分ＬＧＰ２とを接合し、光導波路ＬＧＰが作製される。第１光導波路部分ＬＧＰ１と第２光導波路部分ＬＧＰ２とを接合するとき、第１光導波路部分ＬＧＰ１と第２光導波路部分ＬＧＰ２との接合面に、半透過ミラー材料をコーティングすることにより、光導波路ＬＧＰの内部に半透過ミラーＡＭが形成される。
【0104】
図１９は、一実施形態による多重映像ディスプレイ装置の全体的な構造を概略的に示すブロック図である。図１９を参照すれば、多重映像ディスプレイ装置は、光学系１００、映像形成装置２００及び制御部３００を含んでもよい。光学系１００は、図１ないし図１８で説明した多様な光学系ＯＳのうち一つであってもよい。映像形成装置２００は、例えば、光源ＬＳ１０と空間光変調器ＳＬＭとを含むか、あるいはディスプレイパネルＤ１０，Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３を含んでもよい。ユーザの視覚器官１０は、光学系１００に対面するように配置されてもよい。制御部３００は、映像形成装置２００に連結され、映像形成装置２００を制御する役割を行う。例えば、制御部３００は、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）のようなプロセッサをさらに含んでもよい。また、図１９の多重映像ディスプレイ装置は、ユーザインターフェースのための入力部及び出力部をさらに含んでもよい。
【0105】
図２０は、他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の全体的な構造を概略的に示すブロック図である。図１９に図示された構造は、左右対称的になる１対に具備されてもよい。図２０は、その一例を図示する。図２０を参照すれば、多重映像ディスプレイ装置は、第１光学系１００Ａ、並びにそれに対応する第１映像形成装置２００Ａ及び第１制御部３００Ａを含んでもよい。また、多重映像ディスプレイ装置は、第１光学系１００Ａと離隔された第２光学系１００Ｂ、並びにそれに対応する第２映像形成装置２００Ｂ及び第２制御部３００Ｂを含んでもよい。第１光学系１００Ａは、ユーザの第１視覚器官１０Ａに対応するように配置され、第２光学系１００Ｂは、ユーザの第２視覚器官１０Ｂに対応するように配置されてもよい。例えば、第１視覚器官１０Ａは、ユーザの左目であり、第２視覚器官１０Ｂは、ユーザの右目であってもよい。従って、図２０の構造は、両眼型多重映像ディスプレイ装置にも適用される。
【0106】
図２１は、さらに他の実施形態による多重映像ディスプレイ装置の全体的な構造を概略的に示すブロック図である。図２０に図示された多重映像ディスプレイ装置において、第１制御部３００Ａと第２制御部３００Ｂは、別途に作製されず、１つの制御部として統合して製造されてもよい。図２１を参照すれば、１つの制御部３００Ｃに、第１映像形成装置２００Ａ及び第２映像形成装置２００Ｂが共に連結される。また、場合により、制御部３００Ｃは、有線方式ではない無線方式で、第１映像形成装置２００Ａ及び第２映像形成装置２００Ｂに連結されてもよい。
【0107】
図２２ないし図２４は、図１９ないし図２１に図示された多重映像ディスプレイ装置を適用することができる多様な電子機器を図示する。図２２ないし図２４に図示されているように、多様な実施形態による多重映像ディスプレイ装置の少なくとも一部は、ウェアラブル（ｗｅａｒａｂｌｅ）装置を構成することができる。言い換えれば、多重映像ディスプレイ装置は、ウェアラブル装置にも適用される。例えば、多重映像ディスプレイ装置は、ヘッド装着型ディスプレイ（ＨＭＤ：ｈｅａｄ ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｉｓｐｌａｙ）にも適用される。また、多重映像ディスプレイ装置は、めがね型ディスプレイ（ｇｌａｓｓｅｓ－ｔｙｐｅ ｄｉｓｐｌａｙ）またはゴーグル型ディスプレイ（ｇｏｇｇｌｅ－ｔｙｐｅ ｄｉｓｐｌａｙ）にも適用される。図２２ないし図２４に図示されたウェアラブル電子機器は、スマートフォンと連動されて動作させられてもよい。
【0108】
さらには、多様な実施形態による多重映像ディスプレイ装置は、スマートフォン内に具備させることができ、そのようなスマートフォン自体を多重映像ディスプレイ装置として使用することもできる。言い換えれば、図２２ないし図２４のようなウェアラブル機器ではない小型電子機器（モバイル電子機器）内に、多重映像ディスプレイ装置を適用することもできる。それ以外にも、多様な実施形態による多重映像ディスプレイ装置の適用分野は、多様に変化可能である。例えば、多様な実施形態による多重映像ディスプレイ装置は、拡張現実または混合現実（ＭＲ）の具現に適用するだけではなく、その他の分野にも適用することができる。言い換えれば、拡張現実や混合現実ではないとしても、複数の映像を同時に見ることができるディスプレイに、前述の多様な実施形態の思想が適用される。
【0109】
前述の回折光学レンズを具備した多重映像ディスプレイ装置は、図面に図示された実施形態を参照して説明されたが、それらは、例示的なものに過ぎず、当該分野で当業者であるならば、それらから多様な変形、及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解するであろう。従って、開示された実施形態は、限定的な観点ではなく、説明的な観点から考慮されなければならない。権利範囲は、前述の説明ではなく、特許請求の範囲に示されており、それと同等な範囲内にある全ての差異は、権利範囲に含まれたものであると解釈されなければならないのである。
【産業上の利用可能性】
【0110】
本発明の、回折光学レンズを具備した多重映像ディスプレイ装置は、例えば、ディスプレイ関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【符号の説明】
【0111】
１００，ＯＳ 光学系
２００ 映像形成装置
３００ 制御部
ＡＭ 非球面半透過ミラー
ＢＳ１０，ＢＳ１１，ＢＳ１２，ＢＳ１３ ビームスプリッタ
ＤＭ１，ＤＭ２，ＤＭ３，ＤＭ４，ＤＭ５，ＤＭ６ ダイクロイックミラー
Ｄ１０，Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３ ディスプレイパネル
ＤＦ１，ＤＦ２，ＤＦ３ 拡散板
ＤＬ 回折光学レンズ
ＤＭＳ ダイクロイックミラースタック
ＧＥ１０ 格子要素
ＧＰ 回折格子
ＬＥ１０，ＬＥ１１ レンズ素子
ＬＧＰ 導光板
ＬＰ１０，ＬＰ１１ 偏光板
ＬＳ１０ 光源
ＳＬＭ 空間光変調器
ＷＰ１０，ＷＰ１１，ＷＰ１２ １／４波長板
２００ 映像形成装置
３００ 制御部
ＡＭ 非球面半透過ミラー
ＢＳ１０，ＢＳ１１，ＢＳ１２，ＢＳ１３ ビームスプリッタ
ＤＭ１，ＤＭ２，ＤＭ３，ＤＭ４，ＤＭ５，ＤＭ６ ダイクロイックミラー
Ｄ１０，Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３ ディスプレイパネル
ＤＦ１，ＤＦ２，ＤＦ３ 拡散板
ＤＬ 回折光学レンズ
ＤＭＳ ダイクロイックミラースタック
ＧＥ１０ 格子要素
ＧＰ 回折格子
ＬＥ１０，ＬＥ１１ レンズ素子
ＬＧＰ 導光板
ＬＰ１０，ＬＰ１１ 偏光板
ＬＳ１０ 光源
ＳＬＭ 空間光変調器
ＷＰ１０，ＷＰ１１，ＷＰ１２ １／４波長板
【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】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
