[go: up one dir, main page]

WO2015125794A1 - 導光素子および映像表示装置 - Google Patents

導光素子および映像表示装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2015125794A1
WO2015125794A1 PCT/JP2015/054350 JP2015054350W WO2015125794A1 WO 2015125794 A1 WO2015125794 A1 WO 2015125794A1 JP 2015054350 W JP2015054350 W JP 2015054350W WO 2015125794 A1 WO2015125794 A1 WO 2015125794A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light guide
light
guide substrate
substrate
diffractive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2015/054350
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
浩司 宮坂
幸宏 垰
公介 高山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
Priority to JP2016504116A priority Critical patent/JP6341270B2/ja
Publication of WO2015125794A1 publication Critical patent/WO2015125794A1/ja
Priority to US15/234,102 priority patent/US9921371B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/34—Optical coupling means utilising prism or grating
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4261—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive element with major polarization dependent properties
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3016—Polarising elements involving passive liquid crystal elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0036—2-D arrangement of prisms, protrusions, indentations or roughened surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/124—Geodesic lenses or integrated gratings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29301—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means based on a phased array of light guides
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29304—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0118—Head-up displays characterised by optical features comprising devices for improving the contrast of the display / brillance control visibility
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G02B2027/0174—Head mounted characterised by optical features holographic
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B27/0103—Head-up displays characterised by optical features comprising holographic elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it

Definitions

  • the present invention relates to a light guide element that guides light, which is deflected by a diffraction action of a diffraction section formed on a substrate and emitted from the substrate, to a predetermined optical path, or an image display device including such a light guide element.
  • HMD head-mounted display device
  • a hologram element or a diffractive optical element A technology of a head-mounted display device (hereinafter referred to as HMD) using a hologram element or a diffractive optical element is known.
  • image light emitted from a liquid crystal device or the like is guided to a predetermined optical path using the light guide element as described above so that the user can observe the image light.
  • Patent Document 1 describes an example of an HMD using a reflective volume hologram element.
  • Patent Document 2 describes an example of an HMD configured to optically enlarge an image displayed on a display element and to be observed by a user as an enlarged virtual image.
  • the light guide member is made of a glass material having a refractive index of 1.6 or more with respect to the wavelength of the image. An example is shown.
  • Patent Documents 3 to 5 describe techniques for reducing the temperature dependence of the diffraction angle.
  • the diffraction angle changes when the pitch changes or the refractive index changes. If such a change in the diffraction angle occurs after the product is completed, the optical axis and the incident angle are shifted in the optical system, which may deteriorate the image in the case of an apparatus that transmits an image.
  • a device including a light guide element that propagates light while utilizing total reflection in a substrate, such as an HMD even if a slight change in diffraction angle occurs, the optical path is shifted, resulting in image degradation. Is likely to occur.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 do not consider any change in the diffraction angle due to such a temperature change. Not.
  • Patent Documents 3 to 5 show that the diffraction angle changes with temperature change, but the techniques described in Patent Document 3 and Patent Document 4 are based on changes in laser light wavelength due to environmental temperature changes. Is intended to cancel out the diffraction angle variation due to thermal expansion of the diffractive optical element, and not to reduce the diffraction angle variation due to thermal expansion of the diffractive optical element.
  • the optical scanning devices described in Patent Literature 3 and Patent Literature 4 use a resin having a higher linear expansion coefficient than that of glass as the material of the diffractive optical element, thereby intentionally diffracting due to thermal expansion of the diffractive optical element. Angular variation is expressed. In such a method, the image quality deterioration due to temperature change cannot be reduced with a single diffractive optical element, and the design of the diffractive optical element depends on the performance of the laser, and the use destination is limited.
  • Patent Document 3 there is a description that if the diffractive optical element is made of an inorganic material with little thermal distortion, the grating pitch variation of the diffraction grating surface due to thermal deformation can be ignored. If the linear expansion coefficient is such that the light guide element is in a negligible range, not only the thermal distortion of the diffractive optical element, but also the thermal distortion and refraction of the light guide substrate from which the diffracted light from the diffractive optical element is emitted. No consideration is given to changes in rates.
  • Patent Document 5 is also intended to compensate for wavelength separation characteristic variation due to a change in pitch of a diffraction grating that thermally expands and contracts with a change in temperature by a change in refractive index of the prism unit.
  • the present invention is not applied to a diffraction grating using a parallel plate having no surface.
  • Patent Document 5 describes a method for canceling the amount of movement of the condensing spot by the amount of movement of the diffraction grating substrate due to thermal expansion / contraction, but the condensing spot movement rate and the movement rate of the diffraction grating substrate due to thermal expansion / contraction are described.
  • the distance between the center of the diffraction grating (position where the chief ray from the optical fiber hits) and the position of the groove is determined, and the diffraction grating substrate moves in the direction opposite to the spot movement direction due to temperature change.
  • the method of fixing the diffraction grating substrate to the fixed frame is difficult to realize. That is, it cannot always cancel at various temperatures, and it is very difficult to perform such positioning with high accuracy.
  • the change accompanying the temperature change in the light guide element includes not only the change in pitch and refractive index due to thermal distortion of the diffractive optical element, but also, for example, a light guide substrate from which diffracted light from the diffractive optical element is emitted.
  • the change of the output position and the change of the refractive index due to the thermal distortion of can be also mentioned.
  • the techniques described in Patent Documents 1 to 5 are not intended to find a condition in which the deviation of the optical axis due to the temperature change is within an allowable range in consideration of such changes comprehensively.
  • an object of the present invention is to provide a light guide element and a video display device that can suppress quality deterioration due to temperature change with a simple configuration.
  • the light guide element includes a light guide substrate and a diffractive portion formed on a surface of the light guide substrate, the diffractive portion including an optical layer that exhibits a diffractive action, and the light guide.
  • the distance from the optical substrate to the surface of the optical layer is 10% or less with respect to the thickness of the light guide substrate, and the light guides the light beam that is diffracted by the diffraction part and propagates in the light guide substrate.
  • the angle formed with the normal direction of the substrate for light is ⁇ , the temperature is T (° C.), the center of the diffractive portion at temperature T, and a position that is predetermined as the emission position of the light beam from the light guide substrate.
  • the distance in the horizontal direction to the light guide substrate is D [mm]
  • the refractive index at the used wavelength of the light guide substrate is n
  • the linear expansion coefficient of the light guide substrate is ⁇ [1 / ° C.].
  • the temperature coefficient of the refractive index of the light guide substrate is ⁇ [1 / ° C.]
  • the temperature change is ⁇ T
  • the temperature change ⁇ T is D.
  • it may be configured to satisfy
  • it may be configured to satisfy
  • the light guide element of the present invention includes a light guide substrate and a diffractive portion formed on a surface of the light guide substrate, the diffractive portion including an optical layer that exhibits a diffractive action,
  • the distance from the light guide substrate to the surface of the optical layer is 10% or less with respect to the thickness of the light guide substrate, the light guide substrate is a glass substrate,
  • the refractive index is n
  • the linear expansion coefficient of the light guide substrate is ⁇ [1 / ° C.]
  • the temperature coefficient of the refractive index of the light guide substrate is ⁇ [1 / ° C.],
  • the light guide element may be further configured to satisfy ⁇ ⁇ 0.7 ⁇ 10 ⁇ 6 .
  • the light guide element may be configured to satisfy
  • the light guide element may be further configured to satisfy 1.5 ⁇ n ⁇ 2.0.
  • the light guide element according to the present invention includes a light guide substrate and a diffractive portion formed on a surface of the light guide substrate, the diffractive portion including an optical layer that exhibits a diffractive action,
  • the distance from the light guide substrate to the surface of the optical layer is 10% or less with respect to the thickness of the light guide substrate, the light guide substrate is a glass substrate, and the average temperature in the use environment is
  • the refractive index of the d-line of the light guide substrate is n d and the Abbe number of the d line of the light guide substrate at the average temperature in the use environment is ⁇ d
  • the following groups (A) are shown. You may be comprised so that either of the conditions or the conditions shown as the following (B) groups may be satisfy
  • the light guide element may be configured to satisfy ⁇ d > 30.
  • the video display device is characterized by including any of the light guide elements described above.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a video display device 10 according to a first embodiment. It is a block diagram which shows the structural example (13 A of light guide elements) of the light guide element. It is a block diagram which shows the structural example (light guide element 13B) of the light guide element 13.
  • FIG. (A) And (b) is a schematic diagram which shows the other example (light guide element 13C, light guide element 13D) of the light guide element 13.
  • FIG. (A) And (b) is explanatory drawing for demonstrating diffraction angle (theta).
  • (A) And (b) is a graph which shows the relationship between the linear expansion coefficient (alpha) and the value of
  • (A) And (b) is explanatory drawing for demonstrating the moving amount (distance) D of a horizontal direction, and the moving amount L of a vertical direction. It is an explanatory diagram showing an example of a displacement amount [Delta] D 1 and [Delta] D 2 in the horizontal direction. 7 is a graph showing the relationship between the refractive index n d of d-line and the Abbe number ⁇ d near the room temperature of the optical glass shown in FIG. 6.
  • (A) And (b) is a schematic diagram which shows the other example (10A of video display apparatuses, 10B of video display apparatuses) of the video display apparatus 10.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a video display device 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • the video display device 10 illustrated in FIG. 1 includes an image light generation unit 11, a lens 12, and a light guide element 13.
  • the light guide element 13 includes a light guide substrate 14, and a diffractive portion 15 and a diffractive portion 16 formed on the light guide substrate 14.
  • Reference numeral 17 represents an observer.
  • the image light from the image light generation unit 11 is propagated to a predetermined optical path, that is, an optical path observed by the observer 17 using the lens 12 and the light guide element 13. Specifically, the image light emitted from the image light generation unit 11 enters the diffraction unit 15 of the light guide element 13 through the lens 12. The image light incident on the diffractive portion 15 is deflected by the diffractive action of the diffractive portion 15 and is incident on the light guide substrate 14. The image light that has entered the light guide substrate 14 repeats total reflection inside the light guide substrate 14 and enters the diffraction section 16.
  • the image light incident on the diffractive portion 16 is deflected by the diffractive action of the diffractive portion 16 and as a result, is observed by the observer 17.
  • the diffractive portion (the diffractive portion 15 in this example) disposed at a position where light is incident on the light guide element 13 is referred to as an incident diffractive portion, and is disposed at a position where light is emitted from the light guide element 13.
  • the diffractive part (the diffractive part 16 in this example) may be referred to as an outgoing diffractive part.
  • the video display device 10 may include components such as an electronic circuit and a power supply in addition to the above.
  • the incident diffractive portion 15 and the outgoing diffractive portion 16 may have a lens function or a lens array function in addition to the function of deflecting light.
  • a lens function When a lens function is provided, an image of image light can be optically enlarged.
  • depth information can be given to the image by the image light, and the coupling position of the images can be adjusted.
  • the specific configurations of the incident diffractive portion 15 and the outgoing diffractive portion 16 are not particularly limited as long as they are configured to exhibit a desired diffraction action.
  • it may be a diffractive optical element that produces a diffractive action by periodic unevenness, or a volume hologram element that produces a diffractive action by modulation of the refractive index.
  • the surface on which the incident diffractive portion 15 and the outgoing diffractive portion 16 are formed is the first optical surface of the light guide substrate 14 as shown in FIG.
  • the optical surface may be on the second optical surface 142 which is the surface opposite to the first optical surface 141 of the light guide substrate 14. It is also possible to form either one on the first optical surface 141 and the other on the second optical surface 142.
  • the light guide element 13 includes one incident diffraction section 15 and one output diffraction section 16 is shown, but the number of diffraction sections is not limited thereto.
  • a configuration including only one of the incident diffraction portion 15 and the output diffraction portion 16 a configuration including a plurality of the incident diffraction portions 15, or a configuration including a plurality of the output diffraction portions 16 may be employed. Further, when a plurality of incident diffractive parts 15 or outgoing diffractive parts 16 are provided, these may be laminated at the same position on the surface of the light guide substrate 14.
  • the first optical surface 141 serves not only as the entrance surface but also as the exit surface. However, the entrance surface and the exit surface may not be on the same plane.
  • the incident diffractive portion 15 and the outgoing diffractive portion 16 are transmissive diffractive portions.
  • the incident diffractive portion 15 and the outgoing diffractive portion 16 are reflective. It may be.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing a configuration example of the light guide element 13 (light guide element 13A).
  • a light guide element 13A shown in FIG. 2 is an example in which at least one of the diffractive portions is formed using a diffractive optical element 20 having a concavo-convex layer 22 that exhibits a diffractive action.
  • the light guide element 13 ⁇ / b> A includes a light guide substrate 14 and at least one diffractive optical element 20.
  • the diffractive optical element 20 is provided as the incident diffractive portion 15 is illustrated, but the light guide element 13 ⁇ / b> A is, for example, on the first optical surface 141 of the light guide substrate 14.
  • Another diffractive optical element may be further provided as the output diffraction section 16 at another position or another position on the second optical surface 142.
  • the incident diffractive portion 15 and the outgoing diffractive portion 16 are not limited to the diffractive optical element 20 but may be a volume hologram element 30 described later.
  • the diffractive optical element 20 is formed on the surface of the light guide substrate 14. More specifically, the uneven layer 22 is a layer in which an uneven structure is formed.
  • the concavo-convex layer 22 may be formed using a resin for ease of processing, or may be formed using other materials. In other words, the concavo-convex layer 22 is not particularly limited as long as a structure called a diffraction grating is generally formed and a diffractive action can be expressed thereby.
  • FIG. 2 shows an example in which the base material 21 is formed on the light guide substrate 14 and the uneven layer 22 is formed thereon.
  • the base material 21 and the uneven layer 22 are the same member. That is, the uneven layer 22 may be a part of the member of the substrate 21. Further, the base material 21 may be omitted assuming that the light guide substrate 14 also serves as the base material 21.
  • the base material 21 is preferably a thin film substrate, the same member as the concavo-convex layer 22 or omitted because the light guide substrate 14 is likely to dominate the thermal expansion of the concavo-convex layer 22.
  • the diffractive optical element 20 is formed by the distance between the light guide substrate 14 and the surface of the concavo-convex layer 22 of the diffractive optical element 20, more specifically, the diffractive optical element 20 of the light guide substrate 14 is formed.
  • h is the distance from the projected surface to the top of the convex portion of the concavo-convex layer 22 of the diffractive optical element 20, the distance h is preferably 10% or less with respect to the thickness of the light guide substrate 14, It is more preferable if it is 5% or less. By doing so, the thermal expansion of the uneven layer 22 can be matched with the thermal expansion of the light guide substrate 14.
  • the distance h is sufficiently small with respect to the thickness of the light guide substrate 14, the thermal expansion of the light guide substrate 14 due to the temperature change is a dominant factor for the thermal expansion of the uneven layer 22. Because it is.
  • the shape of the concavo-convex layer 22 can be obtained by calculation or the like from the required diffractive action, but if the height is small, the diffractive action may be weakened, and the height of the concavo-convex layer 22 is preferably 50 nm or more, 100 nm or more is more preferable. Therefore, the distance (height) h is also preferably 50 nm or more, and more preferably 100 nm or more.
  • An adhesive member such as an adhesive or a wavelength between the light guide substrate 14 and the diffractive optical element 20, specifically, between the light guide substrate 14 and the base material 21 or between the light guide substrate 14 and the uneven layer 22.
  • an optical element having another optical function such as a plate may be inserted, the distance h preferably satisfies the above-described condition also in such a case.
  • the diffractive optical element 20 When the diffractive optical element 20 is used as the incident diffractive portion 15, the diffractive optical element 20 needs to largely deflect light in order to use total reflection within the light guide substrate 14. For this reason, the pitch in the concavo-convex layer 22, that is, the interval between the convex portions, is preferably equal to or less than the wavelength of the incident light. Even when the diffractive optical element 20 is used as the diffractive optical element 16 for output, it is necessary to largely deflect the light in order to guide the incident light totally reflected in the light guide substrate 14 to a predetermined optical path. In such a case, the pitch of the concavo-convex layer 22 of the diffractive optical element 20 as the diffractive optical element 16 is preferably equal to or less than the wavelength of the incident light.
  • each diffractive optical element 20 the material, thickness, pitch, and the like of the concavo-convex layer 22 are adjusted according to the diffractive action desired to be manifested.
  • the distance h is preferably 10% or less with respect to the thickness of the light guide substrate 14, and more preferably 5% or less. Further, the distance (height h) is preferably 50 nm or more, and more preferably 100 nm or more.
  • FIG. 3 is a configuration diagram showing another configuration example of the light guide element 13 (light guide element 13B).
  • the light guide element 13B shown in FIG. 3 is an example in which at least one of the diffractive portions is formed using a volume hologram element 30 having a functional layer 32 that exhibits a diffractive action.
  • the light guide element 13 ⁇ / b> B shown in FIG. 3 includes a light guide substrate 14 and at least one volume hologram element 30.
  • the volume hologram element 30 is provided as the incident diffraction section 15 is shown.
  • the light guide element 13B is, for example, on the first optical surface 141 of the light guide substrate 14.
  • Another volume hologram element may be further provided as the output diffraction section 16 at another position or another position on the second optical surface 142.
  • the volume hologram element 30 is formed on the surface of the light guide substrate 14.
  • the functional layer 32 is a layer generally called a hologram. More specifically, the functional layer 32 is a diffraction grating in which bright and dark interference fringes of light generated inside the photosensitive material due to interference of reference light and signal light are based on modulation of the refractive index. Is a photosensitive material layer recorded as The functional layer 32 is not particularly limited as long as the refractive index modulation is formed by the interference between the reference light and the signal light, and the diffraction effect can be expressed thereby.
  • FIG. 3 shows an example in which the base material 31 is formed on the light guide substrate 14 and the functional layer 32 is formed thereon.
  • the base material 31 and the functional layer 32 are the same member. That is, the functional layer 32 may be a part of the member of the base material 31. Further, the base material 31 may be omitted assuming that the light guide substrate 14 also serves as the base material 31.
  • the base material 31 is preferably a thin film substrate, the same member as the functional layer 32, or omitted because the light guide substrate 14 tends to dominate the thermal expansion of the functional layer 32.
  • the distance h described above is a distance between the light guide substrate 14 and the surface of the functional layer 32 of the volume hologram element 30.
  • the distance h is preferably 10% or less, more preferably 5% or less, with respect to the thickness of the light guide substrate 14.
  • the thermal expansion of the functional layer 32 can be matched with the thermal expansion of the light guide substrate 14. This is because if the distance h is sufficiently small with respect to the thickness of the light guide substrate 14, the thermal expansion of the light guide substrate 14 due to the temperature change is a dominant factor for the thermal expansion of the functional layer 32. Because it is.
  • the distance (height) h is also preferably 50 nm or more, and more preferably 100 nm or more.
  • An adhesive member such as an adhesive or a wavelength between the light guide substrate 14 and the volume hologram element 30, specifically between the light guide substrate 14 and the base material 31 or between the light guide substrate 14 and the functional layer 32.
  • an optical element having another optical function such as a plate may be inserted, the distance h preferably satisfies the above-described condition also in such a case.
  • the pitch between the functional layers 32 is preferably equal to or less than the wavelength of the incident light.
  • the pitch of the functional layer 32 of the volume hologram element 30 serving as the output diffraction portion 16 is also preferably equal to or less than the wavelength of the incident light.
  • each volume hologram element 30 the material, thickness, pitch, and the like of the functional layer 32 are adjusted according to the diffractive action to be expressed.
  • the distance h is preferably 10% or less and more preferably 5% or less with respect to the thickness of the light guide substrate 14 in all volume hologram elements 30.
  • the distance (height) h is preferably 50 nm or more, and more preferably 100 nm or more.
  • the diffractive optical element 20 or the volume hologram element 30 or Surface treatment with a silane coupling agent or the like may be performed between the interface of the adhesive member for adhering them.
  • a buffer layer such as SiO 2 may be formed on the light guide substrate 14 which is a glass substrate, and surface treatment with a silane coupling agent or the like may be performed thereon.
  • the parallelism of the substrate can be reduced, and the surface roughness can also be reduced. Further, by reducing the parallelism of the substrate, the distortion of the optical path through which the light passes can be reduced.
  • the value of parallelism is preferably 5 ⁇ m or less. Further, the haze value can be reduced by reducing the surface roughness.
  • the surface roughness is preferably 10 nm or less, more preferably 1 nm or less, in terms of Ra. Ra is an arithmetic average roughness based on JIS-B0601: 2013.
  • the light guide element 13 may be provided with a protective layer on the diffractive part, or may be provided with a cover so as to cover the diffractive part. Thereby, a diffraction part, especially the uneven
  • FIG. 4A is an explanatory diagram showing an example of the light guide element 13 (light guide element 13C) provided with a cover so as to cover the uneven layer 22 included in the diffraction portion.
  • a light guide element 13 ⁇ / b> C shown in FIG. 4A is an example in which the uneven layer 22 is a part of the member of the base material 21, and the light guide is further provided with a cover 41 so as to cover the uneven layer 22.
  • Reference numeral 42 denotes an air layer.
  • the concavo-convex layer 22 can be protected while the medium of the concave portion of the diffraction grating in the concavo-convex layer 22 is left as air. It is preferable to use air as the medium of the concave portion of the diffraction grating because a diffraction grating having a large refractive index difference can be produced and the uneven layer 22 can be thinned.
  • the distance h is from the optical surface of the light guide substrate 14 on the side where the concave / convex layer 22 is formed to the apex of the convex portion of the concave / convex layer 22 as described above. Distance.
  • FIG. 4B is an explanatory diagram showing an example (light guide element 13D) of the light guide element 13 in which a protective layer is provided on the functional layer 32 of the diffraction section.
  • the light guide element 13D shown in FIG. 4B has a hologram (functional layer 32) between the light guide substrate 14 and the substrate 44, which is the second protective layer, together with the intermediate film 43, which is the first protective layer.
  • a hologram functional layer 32
  • the light guide substrate 14 and the substrate 44 constitute laminated glass.
  • the intermediate film 43 is formed of, for example, polyvinyl butyral (PVB).
  • the protective layer is such that the characteristics of the hologram are not affected.
  • the distance h is the functional layer 32 from the optical surface on the side where the functional layer 32 of the light guide substrate 14 is formed as described above. The distance to the surface of
  • Incident light at a certain temperature T is diffracted by the incident diffraction section 15 and propagates in the light guide substrate 14 in an oblique direction.
  • the light guide substrate for light diffracted by the incident diffractive portion 15 14 satisfies the following formula (1).
  • Equation (1) ⁇ is the wavelength of the light incident on the light guide element 13, and P is the pitch of the diffraction grating of the incident diffraction section 15 (specifically, the pitch of the concave-convex layer 22 and the pitch of the functional layer 32). ), N is the refractive index of the light guide substrate 14 at the wavelength ⁇ . Note that the pitch P generally varies depending on the position, that is, a function of the position.
  • the diffraction angle ⁇ is diffracted into the light guide substrate 14 with respect to the normal direction 502 of the light guide substrate 14. It is defined as an angle formed by light and an angle in which the direction in which the diffracted light travels, that is, the direction in which the corresponding diffractive portion for emission 16 exists is a plus direction.
  • reference numeral 501 represents incident light to the light guide element 13
  • reference numeral 503 represents the position of the diffracted light 16 emitted from the light guide element 13 of the diffracted light emitted from the incident diffractive part 15. It represents the center position.
  • ⁇ (unit: [1 / ° C.]) is a linear expansion coefficient of the light guide substrate 14.
  • ⁇ P P ⁇ T was used in the process of deriving equation (3).
  • 6 (a) and 6 (b) are graphs showing the relationship between the linear expansion coefficient ⁇ and the value of
  • the data of optical glass was quoted from the glass data of the optical glass described in the optical glass catalog distributed by OHARA INC.
  • the labels are classified based on the composition of the optical glass.
  • the refractive index n 1.49
  • the temperature coefficient of refractive index ⁇ ⁇ 9.75 ⁇ 10 ⁇ 5
  • the linear expansion coefficient ⁇ 4.3 ⁇ 10 ⁇ 5.
  • 22.1 ⁇ 10 ⁇ 6 .
  • is smaller. Therefore, when glass is used as the light guide substrate 14, the value of
  • the influence of thermal expansion of the light guide substrate 14 will be described.
  • the position of the output diffraction portion 16 also changes.
  • the diffraction angle ⁇ is constant, considering the light beam emitted from the incident diffractive portion 15 and irradiated to the center 503 of the outgoing diffractive portion 16, the light is emitted by the thermal expansion of the light guide substrate 14.
  • the diffractive part 16 is displaced, the irradiation position of the light beam on the diffractive part for emission 16 is also shifted from the center 503.
  • the output diffraction section 16 has a lens function, such a deviation becomes a deviation of the optical axis, and aberration is generated.
  • the light beam propagates in the light guide element 13 in a direction parallel to the light guide substrate 14 (X-axis direction in the drawing).
  • An amount, that is, a movement amount (distance) is D
  • an amount that propagates in a direction perpendicular to the light guide substrate 14 (Z-axis direction in the drawing) that is, a movement amount is L.
  • D is the distance from the center of the incident diffractive part 15 to the center of the outgoing diffractive part 16 at the temperature T or the diffracted light emitted from the incident diffractive part 15 from the center of the incident diffractive part 15.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing examples of horizontal displacement amounts ⁇ D 1 and ⁇ D 2 .
  • ⁇ D 1 represents the amount of deviation of the position of the light radiating diffraction portion 16 that is irradiated due to the change in the diffraction direction out of the amount of change in the horizontal direction due to the temperature change. Define. This is because the signs are combined so that it becomes negative when ⁇ changes to negative.
  • FIG. 8 shows an example of minus ⁇ D 1 .
  • ⁇ D 2 represents the amount of deviation of the position of the light beam emitted to the output diffraction section 16 due to the change in the position of the output diffraction section 16 among the amount of change in the horizontal direction due to the temperature change, The direction in which D increases is defined as positive.
  • FIG. 8 shows an example of positive ⁇ D 2 .
  • ⁇ L is positive in the positive direction of the Z-axis direction.
  • reference numeral 504 represents the optical path of the diffracted light at the temperature T. Further, the dash symbol attached to the reference sign means after the change when the temperature changes by ⁇ T.
  • the pitch and the refractive index of the light guide substrate 14 change due to temperature change, the diffraction direction changes, and the position where the diffracted light 504 ′ from the incident diffractive portion 15 is irradiated is based on the incident position as follows: It is represented by (4).
  • the amount of deviation ⁇ D 1 of the position of the light beam due to the change in the diffraction direction due to the temperature change can be calculated as in the following equation (5).
  • L ⁇ L ⁇ T was used.
  • ⁇ D 1 ⁇ D / cos 2 ⁇ ⁇ ⁇ (sin 2 ⁇ ) ⁇ + ⁇ / n ⁇ ⁇ T (5)
  • the material of the light guide substrate 14 has a refractive index n, a linear expansion coefficient ⁇ , and a refractive index satisfying
  • the uneven layer 22 may be formed on the light guide substrate 14 by using a processing method such as etching or imprint.
  • a resin or a hybrid material of resin and inorganic fine particles may be used as the material of the base material 21 and the uneven layer 22.
  • a hybrid material of resin and inorganic fine particles is preferable because the refractive index adjustment range is wide and thermal expansion can be reduced as compared with the resin material alone. Zirconium oxide or the like can be used as the inorganic fine particles.
  • the particle size of inorganic fine particles is small, and the average particle size of inorganic fine particles is preferably 25 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter refers to the value of D50 measured by the microtrack method (laser diffraction / scattering method).
  • the linear expansion coefficient is preferably ⁇ ⁇ 1 ⁇ 10 ⁇ 5 , and more preferably ⁇ ⁇ 0.7 ⁇ 10 ⁇ 5 . If the linear expansion coefficient ⁇ is reduced, the variation of the emission position can be reduced.
  • the refractive index of the light guide substrate 14 at the temperature T may be in the range of 1.4 ⁇ n ⁇ 2.2.
  • a high refractive index of the light guide substrate 14 is preferable in that the viewing angle becomes large, but generally a material having a high refractive index causes a decrease in transmittance.
  • the refractive index n of the light guide substrate 14 is preferably 1.5 ⁇ n ⁇ 2.0, and more preferably 1.6 ⁇ n ⁇ 1.9.
  • the Abbe number ⁇ is preferably 30 or more.
  • the temperature T is assumed to be an average temperature (for example, around 10 ° C. to about 20 ° C., which is near room temperature) under the usage environment of the video display device, but is not limited thereto.
  • ⁇ T is not limited to + 30 ° C.
  • T and ⁇ T may be set according to the use environment of the product. For example, for home use, it is preferable that T + ⁇ T includes a range of 0 to 40 ° C. For example, for automobiles, T + ⁇ T preferably includes a range of ⁇ 10 to 50 ° C.
  • optical glass shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b) is considered divided into the following four groups.
  • the material of the light guide substrate 14 is preferably glass belonging to the groups (A) to (C) in the above classification.
  • the glass which belongs to the (B) group is more preferable than the (C) group, and the glass which belongs to the (A) group is more preferable than the (B) group.
  • some resin materials have a value of
  • Examples of glass belonging to the group (A) include S-LAL, S-LAM, S-NPH, S-PHM, S-BSM, and S-BAL (all of which are optical glass products manufactured by OHARA).
  • Examples of the glass belonging to group (B) include S-LAH, S-NBM, and S-BAH (all are optical glass product names manufactured by OHARA INC.).
  • Examples of the glass belonging to the group (C) include S-FSL, S-FPM, and S-BSL (all of which are optical glass product names manufactured by OHARA CORPORATION).
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the refractive index n d of d-line and the Abbe number ⁇ d near the room temperature of the optical glass shown in FIG.
  • Table 1 summarizes the distribution range on the n d - ⁇ d graph of the glasses belonging to the groups (A) to (C) surrounded by the broken line, the dashed line, and the dotted line in the graph of FIG. It is.
  • the glass is not limited to the products shown in Table 1, and may be glass satisfying the conditions of n d and ⁇ d shown in Table 1. Further, the composition of the glass belonging to the groups (A) to (C) may have the following characteristics.
  • B 2 O 3 is a component that forms a glass skeleton, increases the stability of the glass, and increases the Abbe number.
  • a desired high Abbe number ⁇ d can be obtained by containing 15% or more of B 2 O 3 .
  • the refractive index does not decrease too much, and the occurrence of phase separation of the glass can be prevented.
  • La 2 O 3 is a useful component for obtaining a glass having a high refractive index and low dispersion because it can increase the Abbe number while increasing the refractive index.
  • a desired high refractive index and Abbe number can be obtained by containing 10% or more of La 2 O 3 .
  • La 2 O 3 by setting La 2 O 3 to 30% or less, it is possible to prevent the liquidus temperature from rising excessively and to prevent devitrification.
  • B 2 O 3 is a component that forms a glass skeleton, increases the stability of the glass, and increases the Abbe number.
  • a desired high Abbe number ⁇ d can be obtained by containing 5% or more of B 2 O 3 .
  • the refractive index does not decrease too much, and the occurrence of phase separation of the glass can be prevented.
  • SiO 2 is a component that forms a glass skeleton similarly to B 2 O 3 and can increase the Abbe number while increasing the stability and devitrification resistance of the glass. By making SiO 2 50% or less, a decrease in refractive index can be suppressed. On the other hand, it is preferable to contain 20% or more of SiO 2 in order to reduce the liquidus temperature to make it difficult to devitrify or to improve chemical durability.
  • BaO has an effect of increasing the refractive index of the glass and improving the stability and chemical durability of the glass. If the BaO content is too small, chemical durability may be insufficient, so 0.1% or more is preferable. On the other hand, if the BaO content is too large, the dispersibility increases and it is difficult to achieve low dispersion, so the BaO content is preferably 55% or less.
  • B 2 O 3 is a component that forms a glass skeleton, increases the stability of the glass, and increases the Abbe number.
  • a desired high Abbe number ⁇ d can be obtained by containing 10% or more of B 2 O 3 .
  • the refractive index does not decrease excessively, and the occurrence of phase separation of the glass can be prevented.
  • La 2 O 3 is a useful component for obtaining a glass having a high refractive index and low dispersion because it can increase the Abbe number while increasing the refractive index.
  • a desired high refractive index and Abbe number can be obtained by containing 20% or more of La 2 O 3 .
  • La 2 O 3 by setting La 2 O 3 to 40% or less, it is possible to prevent the liquidus temperature from rising excessively and to prevent devitrification.
  • ZnO is a component that can lower the melting temperature and molding temperature of the glass, and by containing 3% or more of ZnO, it is possible to suppress the melting temperature and molding temperature from becoming too high. On the other hand, by making ZnO 24% or less, it is possible to suppress a decrease in refractive index and a decrease in Abbe number.
  • P 2 O 5 is a main component (glass-forming oxide) that forms glass and a component that increases the viscosity of the glass. If the P 2 O 5 content is too small, the glass becomes unstable and the viscosity may be lowered. Therefore, the P 2 O 5 content is preferably 20% or more. On the other hand, if the P 2 O 5 content is too high, the refractive index will decrease, so the P 2 O 5 content is preferably 50% or less.
  • BaO has an effect of increasing the refractive index of the glass and increasing the stability and chemical durability of the glass. If the BaO content is too small, the chemical durability may be insufficient, so 10% or more is preferable. If the BaO content is too large, the dispersibility increases and it is difficult to achieve low dispersion. Therefore, the BaO content is preferably 55% or less.
  • the glass belonging to the (C) group is based on the following oxide standards.
  • B 2 O 3 10 to 20%
  • SiO 2 50 to 70%
  • K 2 O 5 to 25%
  • B 2 O 3 is a component that forms a glass skeleton, increases the stability of the glass, and increases the Abbe number.
  • a desired high Abbe number ⁇ d can be obtained by containing 10% or more of B 2 O 3 .
  • the refractive index does not decrease excessively, and the occurrence of phase separation of the glass can be prevented.
  • SiO 2 is a component that forms a glass skeleton like B 2 O 3 , increases the stability of the glass and increases the devitrification resistance, and increases the Abbe number. By making SiO 2 70% or less, a decrease in refractive index can be suppressed. On the other hand, it is preferable to contain 50% or more of SiO 2 in order to reduce the liquidus temperature to make it difficult to devitrify or to improve chemical durability.
  • K 2 O is effective in reducing the liquidus temperature without deteriorating the devitrification property near the softening point and suppressing the coloration of the glass due to the reduction of Ti ions and Nb ions. It is an essential component and an important essential component.
  • the K 2 O content is preferably 5% or more.
  • the K 2 O content is preferably 25% or less.
  • the refractive index difference between the base material (base material 21 or base material 31) or the layer forming the diffraction grating (uneven layer 22 or functional layer 32) of each diffraction part and the light guide substrate 14 is 0.5. The following is preferred. In this way, internal reflection is reduced and double images can be suppressed.
  • a strengthening process such as chemical strengthening may be performed.
  • the video display device 10 may have a phase plate such as a wave plate in a part thereof.
  • the phase shifter can be disposed, for example, in the optical system in front of the incident diffraction section 15, in the light guide element 13, or behind the output diffraction section 16.
  • the phase shifter it is possible to reduce interference between RGB by the incident diffraction section 15 by changing the polarization for each RGB of the image light.
  • the polarization of light is changed to circularly polarized light or the like, and uneven brightness due to a change in reflectance depending on the polarization can be reduced.
  • As the retarder a crystal such as quartz or a stretched film may be used, but a polymer liquid crystal is preferable because the film thickness can be reduced.
  • FIG. 10A and FIG. 10B are schematic views showing an example of the video display device 10 having such a phaser.
  • 10A includes a light guide element 13E having a diffractive portion 53, a phase shifter 52 that functions as a 1 ⁇ 4 wavelength version, and an image light generating portion 51.
  • the diffractive part 53 is an incident diffractive part having polarization dependency.
  • the diffractive portion 53 does not exhibit a diffractive action with respect to polarized light in a direction parallel to the paper surface (X-axis direction in the drawing), and polarized light in a direction perpendicular to the paper surface (Y-axis direction in the drawing). Is configured to exhibit a diffractive effect on the
  • the phase shifter 52 may be a phase shifter that functions as a quarter wavelength version.
  • the first linearly polarized light that is light in a direction parallel to the paper surface is incident as the incident light 501 to the light guide element 13E.
  • the first linearly polarized light passes through the diffraction unit 53 without being diffracted.
  • the first linearly polarized light transmitted through the diffractive portion 53 enters the phase shifter 52 and is emitted as circularly polarized light.
  • the circularly polarized light emitted from the phase shifter 52 enters the image light generation unit 51.
  • the image light generation unit 51 superimposes the image light on the incident circularly polarized light and emits it again from the incident surface.
  • the circularly polarized image light emitted from the image light generation unit 51 is incident on the phase shifter 52 again, and is then emitted as second linearly polarized light that is light in a direction perpendicular to the paper surface.
  • the image light of the second linearly polarized light emitted from the phase shifter 52 is diffracted by the diffracting unit 53 to be diffracted light 504 and emitted into the light guide substrate 14.
  • 10A shows an example in which the diffractive portion 53, the phase shifter 52, and the image light generating portion 51 are arranged at a distance from each other. And the distance between the phase shifter 52 and the image light generator 51 may be zero. That is, each element may be bonded.
  • the chief ray optical path from the diffraction unit 53 to the image light generation unit 51 and the chief ray optical path from the image light generation unit 51 to the diffraction unit 53 are shown so that the polarization direction can be seen. Although they are displayed in a shifted manner, if incident light is perpendicularly incident on the diffractive portion 53, these are usually the same.
  • 10B includes a light guide element 13F having a diffractive portion 53 and a diffractive portion 54, and a phase shifter 55.
  • the diffractive part 53 is a first incident diffractive part having polarization dependence, and also in this example, the diffractive part 53 exhibits a diffractive action for polarized light in a direction parallel to the paper surface (X-axis direction in the figure). First, it is configured to exhibit a diffractive action on polarized light in a direction perpendicular to the paper surface (Y-axis direction in the drawing).
  • the diffractive part 54 is a second incident diffractive part having polarization dependency.
  • the diffractive part 54 exhibits a diffractive action with respect to polarized light in a direction parallel to the paper surface (X-axis direction in the drawing), and Is configured not to exhibit a diffractive action with respect to polarized light in a direction perpendicular to (Y-axis direction in the figure).
  • the phase shifter 55 is a phase shifter that functions as a wavelength-selective half-wave plate.
  • the phase shifter rotates the polarized light with respect to the incident light 501 having the first wavelength (for example, light having the wavelength ⁇ 1).
  • the incident light 501 with other wavelengths (for example, the light with the wavelength ⁇ 2) is configured not to rotate the polarization.
  • the incident light 501 to the light guide element 13F two or more wavelengths are used as the incident light 501 to the light guide element 13F.
  • the light having the first wavelength is first incident on the phase shifter 55 as first linearly polarized light in a direction parallel to the paper surface.
  • the polarization direction is rotated to the second linearly polarized light whose direction is perpendicular to the paper surface, and is incident on the diffraction unit 53 as incident light 501 ( ⁇ 1). Since the incident light 501 ( ⁇ 1) is the second linearly polarized light, it is diffracted by the diffracting portion 53 and becomes diffracted light 504 ( ⁇ 1) and enters the diffracting portion 54. Since the diffracted light 504 ( ⁇ 1) incident on the diffractive portion 54 is the second linearly polarized light, it is not diffracted by the diffracting portion 54 but is transmitted straight through and is emitted into the light guide substrate 14.
  • the light with the second wavelength is first incident on the phase shifter 55 as the first linearly polarized light in a direction parallel to the paper surface.
  • the polarization direction is not rotated and the phase shifter 55 is transmitted as it is, and is incident on the diffraction unit 53 as incident light 501 ( ⁇ 2). Since the incident light 501 ( ⁇ 2) is the first linearly polarized light, it is not diffracted by the diffractive portion 53 but is directly transmitted through the diffracting portion 53 and is incident on the diffracting portion 54.
  • the incident light 501 ( ⁇ 2) incident on the diffracting portion 54 is the first linearly polarized light, it is diffracted by the diffracting portion 54 and is emitted into the light guide substrate 14 as diffracted light 504 ( ⁇ 2).
  • the diffraction angle generated by the diffraction unit 53 with respect to the light of the first wavelength is represented by ⁇ 1
  • the diffraction angle generated by the diffraction unit 53 with respect to the light of the second wavelength is represented by ⁇ 2.
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 may be the same value or different values.
  • 10B shows an example in which the phase shifter 55, the diffractive portion 53, and the diffractive portion 54 are arranged at a distance from each other.
  • the distance between the diffractive part 53 and the diffractive part 54 may be zero. That is, each element may be bonded.
  • FIG. 10B the principal ray of the light incident on the phase shifter 55 is displayed in a shifted position so that the polarization direction can be seen.
  • the phase retarder included in the video display device 10 is not limited to a single polymer liquid crystal, and may be a laminate of a plurality of polymer liquid crystal layers. By doing in this way, it can be set as the phaser which has wavelength selectivity. Further, a liquid crystal such as a TN liquid crystal or a cholesteric liquid crystal may be used.
  • the configuration of the video display devices 10, 10A, and 10B described above can be applied to a head-up display device or a normal display device provided in an automobile or the like in addition to the HMD.
  • the present invention can also be applied to a three-dimensional display device that displays a stereoscopic image.
  • Example 1 This example is an example of the light guide element 13 shown in FIG. 1, and is an example in which the incident diffraction section 15 and the output diffraction section 16 are mounted using the volume hologram element 30.
  • optical glass S-LAL54 (manufactured by OHARA INC.) Is polished and cut to produce a glass substrate of 50 mm ⁇ 30 mm ⁇ 1 mm, which is used as the light guide substrate 14 in this example.
  • S-LAL54 (more specifically, A1 group glass) optical glass belonging to the group (A) is a refractive index n d is 1.65 at the d line in the vicinity of 10 ° C., the temperature coefficient of the refractive index ⁇ is 1.1 ⁇ 10 ⁇ 6 and the linear expansion coefficient ⁇ is 7.1 ⁇ 10 ⁇ 6 . From these, the calculation of
  • a volume hologram having a thickness of 25 ⁇ m is formed on the light guide substrate 14 of this example as the functional layer 32 of the incident diffraction section 15 and the output diffraction section 16.
  • the light guide substrate 14 also serves as the base material 31 of the incident diffractive portion 15 and the outgoing diffractive portion 16. Therefore, the distance h is 25 ⁇ m, which is the thickness of the functional layer 32, in both the incident diffractive portion 15 and the outgoing diffractive portion 16.
  • a hologram is recorded such that light incident at an incident angle of 0 ° is deflected in the + 70 ° direction within the light guide substrate 14. Further, the light incident on the functional layer 32 of the diffractive portion 16 for emission from a direction of ⁇ 70 ° with respect to the normal direction of the light guide substrate 14 has a predetermined surface at 0 ° perpendicular to the light guide substrate 14.
  • a hologram having a function of deflecting light by 70 ° in the plus direction of the diffraction angle of the light at the incident diffraction section 15 and a lens function is recorded.
  • the center of the part 16 is arranged.
  • the amount of displacement ⁇ D of light when the temperature changes by + 30 ° C. is 60 ⁇ m, which is sufficiently small and can suppress quality deterioration due to characteristic changes accompanying temperature changes with a simple configuration.
  • Example 2 This example is an example of the light guide element 13 shown in FIG. 1 and is another example in which the incident diffraction section 15 and the output diffraction section 16 are mounted using the volume hologram element 30.
  • optical glass S-BAL35 (manufactured by OHARA INC.) Is polished and cut to produce a glass substrate of 50 mm ⁇ 30 mm ⁇ 1 mm, which is used as the light guide substrate 14 in this example.
  • S-BAL35 (more specifically, A2 group glass) (A) above optical glass belonging to the group a, the refractive index at the d-line in the vicinity of 10 ° C. n d is 1.59, the temperature coefficient of the refractive index ⁇ is 3.6 ⁇ 10 ⁇ 6 and the linear expansion coefficient ⁇ is 5.7 ⁇ 10 ⁇ 6 . From these, the calculation of
  • a volume hologram having a thickness of 25 ⁇ m is formed on the light guide substrate 14 of this example as the functional layer 32 of the incident diffraction section 15 and the output diffraction section 16.
  • the light guide substrate 14 also serves as the base material 31 for the incident diffraction section 15 and the output diffraction section 16. Therefore, the distance h is 25 ⁇ m, which is the thickness of the functional layer 32, in both the incident diffractive portion 15 and the outgoing diffractive portion 16.
  • a hologram is recorded such that light incident at an incident angle of 0 ° is deflected in the + 65 ° direction within the light guide substrate 14.
  • light incident from ⁇ 65 ° direction with respect to the normal direction of the light guide substrate 14 has a predetermined surface at 0 ° perpendicular to the light guide substrate 14.
  • a hologram having a function of deflecting 65 ° in the plus direction of the diffraction angle of the light at the incident diffraction section 15 and a lens function is recorded.
  • the center of the part 16 is arranged.
  • the amount of light displacement ⁇ D when the temperature changes + 30 ° C. is 40 ⁇ m, which is sufficiently small and can suppress quality deterioration due to temperature change with a simple configuration.
  • the present invention includes an optical element including a function of guiding at least a part of the light deflected by the diffraction action of the diffraction section formed on the substrate and emitted into the substrate to a predetermined optical path, and such an optical element.
  • the optical device is not limited to the light guide element and the video display device, and can be suitably applied.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

　導光素子は、導光用基板と、前記導光用基板の面上に形成される回折部とを備え、前記回折部は、回折作用を発現させる光学層を含み、前記導光用基板と前記回折部の前記光学層の表面との間の距離が、前記導光用基板の厚みに対して１０％以下であり、前記回折部によって回折され、前記導光用基板内を伝搬する光線の前記導光用基板の法線方向とのなす角度をθ、温度をＴ（℃）、温度Ｔにおける前記回折部の中心と前記光線の前記導光用基板からの出射位置として予め定められている位置との間の前記導光用基板に水平な方向での距離をＤ［ｍｍ］、前記導光用基板の使用波長における屈折率をｎ、前記導光用基板の線膨張係数をα［１／℃］、前記導光用基板の屈折率の温度係数をβ［１／℃］、温度変化をΔＴ、温度変化ΔＴによるＤの変化量をΔＤとしたとき、｜ΔＤ｜＝｜ＤΔＴ／ｃｏｓ２θ×（α＋β／ｎ）｜≦０．１５ｍｍを満たすよう構成されている。

Description

導光素子および映像表示装置
　本発明は、基板上に形成された回折部の回折作用により偏向されて前記基板内に出射される光を所定の光路に導く導光素子またはそのような導光素子を備えた映像表示装置に関する。
　ホログラム素子や回折光学素子を用いたヘッドマウントディスプレイ装置（以下、ＨＭＤという）の技術が知られている。ＨＭＤでは、上述したような導光素子を用いて液晶装置などから出射される画像光を所定の光路に導くことによって、使用者に画像光が観察されるようにしている。
　例えば、特許文献１には、反射体積型ホログラム素子を用いたＨＭＤの例が記載されている。また、特許文献２には、表示素子上に表示された画像を光学的に拡大し、拡大された虚像として使用者に観察されるように構成されたＨＭＤの例が記載されている。また、特許文献２には、使用者に観察される画像の虚像画像に対する視野角を大きくするために、該画像の波長に対して屈折率１．６以上を有する硝材により導光部材を構成した例が示されている。
　また、本発明に関連する技術として、特許文献３～５には回折角度の温度依存性を低減する技術が記載されている。
日本国特開２０１３－２００４６７号公報 日本国特開２０１０－２４３７８７号公報 日本国特開２００２－１１６３１４号公報 日本国特許第５１５１４４３号公報 日本国特許第４２３８６００号公報
　一般に、回折現象を用いる光学素子は、ピッチの変化や屈折率が変化すると、回折角度が変化する。製品完成後にこのような回折角度の変化が生じると、光学系において光軸や入射角にずれが生じ、画像を伝達する装置の場合には画像の劣化となりうる。特に、ＨＭＤのような、基板内で全反射を利用しながら光を伝搬する導光素子を備える装置の場合には、わずかな回折角度の変化であっても光路がずれることによって、画像の劣化が生じやすい。
　回折角度に影響を及ぼすピッチの変化や屈折率の変化の原因としては温度変化が考えられるが、特許文献１および特許文献２には、そのような温度変化による回折角度の変化については何ら考慮されていない。
　また、特許文献３～５には、回折角度が温度変化によって変化することが示されているが、特許文献３および特許文献４に記載されている技術は、環境温度変化に伴うレーザ光波長変動による回折角度変動を、回折光学素子の熱膨張による回折角度変動によって相殺しようというものであって、回折光学素子の熱膨張による回折角度変動を低減しようというものではない。例えば、特許文献３および特許文献４に記載されている光走査装置は、回折光学素子の材料に、ガラスに比べて線膨張係数が高い樹脂を用いることによって、わざと回折光学素子の熱膨張による回折角度変動を発現させている。このような方法では、回折光学素子単体で温度変化に伴う画質劣化を低減させることはできず、また、レーザの性能に依存した回折光学素子の設計となり、使用先が限定されてしまう。
　なお、特許文献３には回折光学素子を熱歪みの少ない無機材料で作成すれば、熱変形による回折格子面の格子ピッチ変動を無視できるとの記載があるが、それ以上の記載はなく、どのような線膨張係数であれば導光素子において無視できる範囲かといったことや、回折光学素子の熱歪みだけでなく、回折光学素子からの回折光が出射される導光用基板の熱歪みや屈折率の変化等については、何ら考慮されていない。
　また、特許文献５に記載されている技術も、温度変化に伴って熱伸縮する回折格子のピッチ変化による波長分離特性変動を、プリズム部の屈折率変化により補償しようというものであって、プリズム部のない平行平板を用いた回折格子には適用されない。なお、特許文献５には、集光スポット移動量を、回折格子基板の熱伸縮による移動量で相殺する方法が記載されているが、集光スポット移動率と回折格子基板の熱伸縮による移動率とがほぼ同等となるように回折格子の中心（光ファイバからの主光線が当たる位置）と溝部の位置との距離を定め、かつ温度変化によるスポット移動方向とは逆方向に回折格子基板が移動するように回折格子基板を固定枠に固定するという方法は、実現が困難である。すなわち、様々な温度において常に相殺できるとは限らず、またそのような位置決めを精度良く行うのは非常に困難である。
　このように、導光素子における温度変化に伴う変化としては、回折光学素子の熱歪みによるピッチや屈折率の変化だけでなく、例えば、回折光学素子からの回折光が出射される導光用基板の熱歪みによる出射位置の変化や屈折率の変化も挙げられる。しかし、特許文献１～５に記載されている技術は、このような変化を総合的に勘案して、温度変化による光軸のずれが許容範囲内に収まる条件を見出そうというものではない。
　そこで、本発明は、簡易な構成で温度変化による品質劣化を抑制できる導光素子および映像表示装置を提供することを目的とする。
　本発明による導光素子は、導光用基板と、前記導光用基板の面上に形成される回折部とを備え、前記回折部は、回折作用を発現させる光学層を含み、前記導光用基板から前記光学層の表面までの距離が、前記導光用基板の厚みに対して１０％以下であり、前記回折部によって回折され、前記導光用基板内を伝搬する光線の前記導光用基板の法線方向とのなす角度をθ、温度をＴ（℃）、温度Ｔにおける前記回折部の中心と前記光線の前記導光用基板からの出射位置として予め定められている位置との間の前記導光用基板に水平な方向での距離をＤ［ｍｍ］、前記導光用基板の使用波長における屈折率をｎ、前記導光用基板の線膨張係数をα［１／℃］、前記導光用基板の屈折率の温度係数をβ［１／℃］、温度変化をΔＴ、温度変化ΔＴによるＤの変化量をΔＤとしたとき、｜ΔＤ｜＝｜ＤΔＴ／ｃｏｓ２θ×（α＋β／ｎ）｜≦０．１５ｍｍを満たすことを特徴とする。
　または、｜ΔＤ｜≦０．１ｍｍを満たすよう構成されていてもよい。または、｜ΔＤ｜≦０．０５ｍｍを満たすよう構成されていてもよい。
　また、本発明の導光素子は、導光用基板と、前記導光用基板の面上に形成される回折部とを備え、前記回折部は、回折作用を発現させる光学層を含み、前記導光用基板から前記光学層の表面までの距離が前記導光用基板の厚みに対して１０％以下であり、前記導光用基板はガラス基板であり、前記導光用基板の使用波長における屈折率をｎ、前記導光用基板の線膨張係数をα［１／℃］、前記導光用基板の屈折率の温度係数をβ［１／℃］としたとき、｜α＋β／ｎ｜≦９×１０－６を満たすよう構成されていてもよい。
　また、導光素子はさらにα≦０．７×１０－６を満たすよう構成されていてもよい。
　また、導光素子は｜α＋β／ｎ｜≦８×１０－６を満たすよう構成されていてもよい。
　また、導光素子はさらに１．５≦ｎ≦２．０を満たすよう構成されていてもよい。
　また、本発明による導光素子は、導光用基板と、前記導光用基板の面上に形成される回折部とを備え、前記回折部は、回折作用を発現させる光学層を含み、前記導光用基板から前記光学層の表面までの距離が前記導光用基板の厚みに対して１０％以下であり、前記導光用基板はガラス基板であり、使用環境下における平均温度での前記導光用基板のｄ線の屈折率をｎｄとし、使用環境下における平均温度での前記導光用基板のｄ線のアッベ数をνｄとするとき、以下の（Ａ）群として示した条件のいずれか、または以下の（Ｂ）群として示した条件のいずれかを満たすよう構成されていてもよい。
（Ａ）群：
１．６５≦ｎｄ≦１．７５　（ただし、５５≦νｄ≦６０）、
－０．００５νｄ＋１．９２５≦ｎｄ≦１．７５　（ただし、５０≦νｄ≦５５）、
１．７５≦ｎｄ≦１．８０　（ただし、３０≦νｄ≦３５）、
－０．００５νｄ＋１．９２５≦ｎｄ≦１．８０　（ただし、３５≦νｄ≦４０）、
－０．００５νｄ＋１．９２５≦ｎｄ≦－０．００５νｄ＋２．００　（ただし、４０≦νｄ≦５０）、
νｄ≦３０、
１．６０≦ｎｄ≦１．６５　（ただし、６２≦νｄ≦７０）、
１．６０≦ｎｄ≦１．６５　（ただし、５５≦νｄ≦６２）、
１．６０≦ｎｄ≦－０．００５νｄ＋１．９２５　（ただし、５０≦νｄ≦５５）、
１．５４≦ｎｄ≦１．６０　（ただし、νｄ≦５０）
（Ｂ）群：
－０．００５νｄ＋２．００≦ｎｄ　（ただし、４０≦νｄ≦５０）、
ｎｄ≧１．８０　（ただし、３０≦νｄ≦４０）、
ｎｄ≧１．９５　（ただし、２６≦νｄ≦３０）、
１．６５≦ｎｄ≦１．９１　（ただし、２４≦νｄ≦４０）、
１．７５≦ｎｄ≦－０．００５νｄ＋１．９２５　（ただし、３６≦νｄ≦５０）、
－０．０１３３３νｄ＋２．１３≦ｎｄ≦－０．００５νｄ＋１．９２５　（ただし、３５≦νｄ≦３６）、
－０．０１３３３νｄ＋２．１３≦ｎｄ≦１．７５　（ただし、３０≦νｄ≦３５）
　また、導光素子はνｄ＞３０を満たすよう構成されていてもよい。
　また、本発明による映像表示装置は、上述した導光素子のいずれかを備えたことを特徴とする。
　本発明によれば、簡易な構成で温度変化による品質劣化を抑制できる。
第１の実施形態にかかる映像表示装置１０の模式図である。 導光素子１３の構成例（導光素子１３Ａ）を示す構成図である。 導光素子１３の構成例（導光素子１３Ｂ）を示す構成図である。 （ａ）および（ｂ）は、導光素子１３の他の例（導光素子１３Ｃ、導光素子１３Ｄ）を示す模式図である。 （ａ）および（ｂ）は、回折角度θを説明するための説明図である。 （ａ）および（ｂ）は、現在製品化されているいくつかの光学ガラスの線膨張係数αと｜α＋β／ｎ｜の値の関係を示すグラフである。 （ａ）および（ｂ）は、水平方向の移動量（距離）Ｄおよび垂直方向の移動量Ｌを説明するための説明図である。 水平方向の変位量ΔＤ１およびΔＤ２の例を示す説明図である。 図６に示した光学ガラスの室温付近でのｄ線の屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄの関係を示すグラフである。 （ａ）および（ｂ）は、映像表示装置１０の他の例（映像表示装置１０Ａ、映像表示装置１０Ｂ）を示す模式図である。
　以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態にかかる映像表示装置１０の模式図である。図１に示す映像表示装置１０は、画像光生成部１１と、レンズ１２と、導光素子１３とを備えている。また、導光素子１３は、導光用基板１４と、導光用基板１４上に形成される回折部１５および回折部１６とを含んでいる。なお、符号１７は観察者を表している。
　図１に示す映像表示装置１０では、画像光生成部１１からの画像光をレンズ１２と導光素子１３とを用いて所定の光路すなわち観察者１７に観察される光路へと伝搬する。具体的には、画像光生成部１１から射出された画像光は、レンズ１２によって導光素子１３の回折部１５に入射する。回折部１５に入射した画像光は、回折部１５の回折作用により偏向されて導光用基板１４内に入射される。導光用基板１４内に入射された画像光は導光用基板１４の内部で全反射を繰り返して回折部１６に入射される。回折部１６に入射された画像光は回折部１６の回折作用により偏向された結果、観察者１７に観察されるようになる。以下、導光素子１３において光が入射される位置に配置される回折部（本例でいう回折部１５）を入射用回折部と呼び、導光素子１３において光が出射される位置に配置される回折部（本例でいう回折部１６）を出射用回折部と呼ぶ場合がある。
　なお、図１では図示省略しているが、映像表示装置１０は、上記の他にも電子回路や電源などの部品を含んでいてもよい。
　入射用回折部１５および出射用回折部１６は、光を偏向させる機能の他に、レンズ機能やレンズアレイの機能を有していてもよい。レンズ機能を持たせた場合には、画像光による像を光学的に拡大できる。また、レンズアレイの機能を持たせた場合には、画像光による像に奥行き情報を持たせたり、像の結合位置を調整できる。
　入射用回折部１５および出射用回折部１６は、所望の回折作用を発現するよう構成されたものであれば具体的構成は特に限定されない。例えば、周期的な凹凸によって回折作用を生じさせる回折光学素子であってもよいし、屈折率の変調によって回折作用を生じさせる体積ホログラム素子であってもよい。
　また、入射用回折部１５および出射用回折部１６が形成される面は、図１に示されるように導光用基板１４の第１の光学面（画像光が最初に当該導光用基板１４に入射する側の光学面）１４１上に限らず、導光用基板１４の第１の光学面１４１と反対の面である第２の光学面１４２上であってもよい。また、いずれか一方を第１の光学面１４１上に形成し、他方を第２の光学面１４２上に形成することも可能である。また、図１に示す例では、導光素子１３が入射用回折部１５および出射用回折部１６を各々１つ備える例が示されているが、回折部の数はこれに限らない。例えば、入射用回折部１５と出射用回折部１６のいずれか１つだけを備える構成や、入射用回折部１５を複数備える構成や、出射用回折部１６を複数備える構成であってもよい。また、入射用回折部１５または出射用回折部１６を複数備える場合に、これらが導光用基板１４の面上の同じ位置に積層されていてもよい。
　また、図１に示す例では、第１の光学面１４１が、入射面だけでなく出射面も兼ねているが、入射面と出射面とは同一面上でなくてもよい。
　また、図１に示す例では、入射用回折部１５および出射用回折部１６が透過型の回折部である例が示されているが、入射用回折部１５および出射用回折部１６は反射型であってもよい。
　図２は、導光素子１３の構成例（導光素子１３Ａ）を示す構成図である。図２に示す導光素子１３Ａは、回折部の少なくとも１つを、回折作用を発現させる凹凸層２２を有する回折光学素子２０を用いて形成した場合の例である。図２に示すように、導光素子１３Ａは、導光用基板１４と、少なくとも１つの回折光学素子２０とを備えている。なお、図２に示す例では、入射用回折部１５として回折光学素子２０を備える例が示されているが、導光素子１３Ａは、例えば、導光用基板１４の第１の光学面１４１上の他の位置または第２の光学面１４２上の他の位置に、出射用回折部１６として他の回折光学素子（図示省略）をさらに備えていてもよい。なお、入射用回折部１５および出射用回折部１６は回折光学素子２０に限らず、後述する体積ホログラム素子３０であってもよい。
　回折光学素子２０は、導光用基板１４の面上に形成される。凹凸層２２は、より具体的には、凹凸構造が形成された層である。凹凸層２２は、加工の容易性から樹脂を用いて形成されてもよいし、それ以外の材料を用いて形成されてもよい。換言すると、凹凸層２２は、一般に回折格子と呼ばれる構造体が形成されており、それによって回折作用を発現させられるものであれば特に限定されない。
　また、図２には、導光用基板１４上に基材２１が形成され、その上に凹凸層２２が形成される例が示されているが、基材２１と凹凸層２２とは同一部材、すなわち凹凸層２２が基材２１の部材の一部であってもよい。また、導光用基板１４が基材２１を兼用するとして、基材２１を省略してもよい。凹凸層２２の熱膨張を導光用基板１４が支配しやすいという点で、基材２１は、薄いフィルム基板であるか、凹凸層２２と同一部材であるか、または省略されるのが好ましい。
　また、回折光学素子２０は、導光用基板１４と当該回折光学素子２０の凹凸層２２の表面との間の距離、より具体的には、導光用基板１４の当該回折光学素子２０が形成されている面から当該回折光学素子２０の凹凸層２２における凸部の頂点部までの距離をｈとした場合に、距離ｈは導光用基板１４の厚さに対して１０％以下が好ましく、５％以下であればより好ましい。このようにすることで、凹凸層２２の熱膨張を導光用基板１４の熱膨張に合わせることができる。これは、導光用基板１４の厚さに対して距離ｈが十分小さければ、温度変化による導光用基板１４の熱膨張が、凹凸層２２の熱膨張に対して支配的な要因となると考えられるからである。また、一般に凹凸層２２の形状は必要な回折作用から計算などによって求めることができるが、その高さが小さいと回折作用が弱くなる場合があり、凹凸層２２の高さは５０ｎｍ以上が好ましく、１００ｎｍ以上がより好ましい。したがって、距離（高さ）ｈも、５０ｎｍ以上が好ましく、１００ｎｍ以上がより好ましい。
　なお、導光用基板１４と回折光学素子２０の間、具体的には導光用基板１４と基材２１または導光用基板１４と凹凸層２２の間に、接着剤などの接着部材や波長板などの他の光学機能を有する光学素子が挿入されていてもよいが、このような場合にも距離ｈは上述した条件を満たすことが好ましい。
　また、回折光学素子２０を入射用回折部１５として用いる場合、導光用基板１４内で全反射を利用するためには、当該回折光学素子２０は大きく光を偏向させる必要がある。このため、凹凸層２２におけるピッチすなわち凸部同士の間隔は、入射する光の波長以下が好ましい。また、回折光学素子２０を出射用回折部１６として用いる場合であっても、導光用基板１４内において全反射されてきた入射光を所定の光路に導くために大きく光を偏向させる必要がある場合には、出射用回折部１６としての回折光学素子２０の凹凸層２２のピッチについても、入射する光の波長以下が好ましい。
　各回折光学素子２０は、発現させたい回折作用に応じて凹凸層２２の材料、厚さ、ピッチ等が調整される。なお、回折光学素子２０を複数備える場合、全ての回折光学素子２０において、距離ｈが導光用基板１４の厚さに対して１０％以下が好ましく、５％以下であればより好ましい。また、距離（高さｈ）は、５０ｎｍ以上が好ましく、１００ｎｍ以上がより好ましい。
　また、図３は、導光素子１３の他の構成例（導光素子１３Ｂ）を示す構成図である。図３に示す導光素子１３Ｂは、回折部の少なくとも１つを、回折作用を発現する機能層３２を有する体積ホログラム素子３０を用いて形成した場合の例である。図３に示す導光素子１３Ｂは、導光用基板１４と、少なくとも１つの体積ホログラム素子３０とを備えている。なお、図３に示す例では、入射用回折部１５として体積ホログラム素子３０を備える例が示されているが、導光素子１３Ｂは、例えば、導光用基板１４の第１の光学面１４１上の他の位置または第２の光学面１４２上の他の位置に、出射用回折部１６として他の体積ホログラム素子（図示省略）をさらに備えていてもよい。
　体積ホログラム素子３０は、導光用基板１４の面上に形成される。機能層３２は、一般にホログラムと呼ばれる層であって、より具体的には、参照光および信号光の干渉によって感光材料内部に生じた光の明暗の干渉縞が、屈折率の変調に基づく回折格子として記録された感光材料層である。なお、機能層３２は、参照光および信号光の干渉によって屈折率の変調が形成されており、それによって回折作用を発現させられるものであれば特に限定されない。
　また、図３には、導光用基板１４上に基材３１が形成され、その上に機能層３２が形成される例が示されているが、基材３１と機能層３２とは同一部材、すなわち機能層３２が基材３１の部材の一部であってもよい。また、導光用基板１４が基材３１を兼用するとして、基材３１を省略してもよい。機能層３２の熱膨張を導光用基板１４が支配しやすいという点で、基材３１は薄いフィルム基板であるか、機能層３２と同一部材であるか、または省略されるのが好ましい。
　回折部として体積ホログラム素子３０を用いる場合、上述した距離ｈは、導光用基板１４と当該体積ホログラム素子３０の機能層３２の表面との間の距離とする。距離ｈは、回折光学素子２０の場合と同様、導光用基板１４の厚さに対して１０％以下が好ましく、５％以下であればより好ましい。このようにすることで、機能層３２の熱膨張を導光用基板１４の熱膨張に合わせることができる。これは、導光用基板１４の厚さに対して距離ｈが十分小さければ、温度変化による導光用基板１４の熱膨張が、機能層３２の熱膨張に対して支配的な要因となると考えられるからである。また、一般に機能層３２の高さが小さいと回折作用が弱くなる場合があり、機能層３２の高さは５０ｎｍ以上が好ましく、１００ｎｍ以上がより好ましい。したがって、距離（高さ）ｈも、５０ｎｍ以上が好ましく、１００ｎｍ以上がより好ましい。
　なお、導光用基板１４と体積ホログラム素子３０の間、具体的には導光用基板１４と基材３１または導光用基板１４と機能層３２の間に、接着剤などの接着部材や波長板などの他の光学機能を有する光学素子が挿入されていてもよいが、このような場合にも距離ｈは上述の条件を満たすことが好ましい。
　また、体積ホログラム素子３０を入射用回折部１５として用いる場合、導光用基板１４内で全反射を利用するためには、当該体積ホログラム素子３０は大きく光を偏向させる必要がある。このため、機能層３２におけるピッチすなわち屈折率の変調において屈折率が高い部分同士の間隔は、入射する光の波長以下が好ましい。また、体積ホログラム素子３０が出射用回折部１６として用いられる場合であっても、導光用基板１４内において全反射されてきた入射光を所定の光路に導くために大きく光を偏向させる必要がある場合には、出射用回折部１６としての体積ホログラム素子３０の機能層３２のピッチについても、入射する光の波長以下が好ましい。
　各体積ホログラム素子３０は、発現させたい回折作用に応じて機能層３２の材料、厚さ、ピッチ等が調整される。なお、体積ホログラム素子３０を複数備える場合、全ての体積ホログラム素子３０において、距離ｈが導光用基板１４の厚さに対して１０％以下が好ましく、５％以下であればより好ましい。また、距離（高さ）ｈは、５０ｎｍ以上が好ましく、１００ｎｍ以上がより好ましい。
　また、導光用基板１４にガラス基板を用いる場合には、導光用基板１４の熱膨張をより支配的にするために、導光用基板１４と、回折光学素子２０または体積ホログラム素子３０もしくはこれらを接着するための接着部材の界面との間に、シランカップリング剤などによる表面処理を行ってもよい。また、その際にガラス基板である導光用基板１４の上にＳｉＯ２などの成膜可能なバッファー層を成膜し、それに対してシランカップリング剤などによる表面処理を行ってもよい。バッファー層を設けることで、シランカップリング剤と結合するＯＨ基の状態を一定にすることができ、密着性を安定化できる。
　ガラス基板を用いる場合には、両面が研磨されたガラス基板を用いることが好ましい。このように両面が研磨されたガラス基板を用いることで、基板の平行度を小さくでき、表面粗さも低減できる。また、基板の平行度を小さくすることで光線が通過する光路のひずみを小さくできる。平行度の値としては、５μｍ以下が好ましい。また、表面粗さを低減することで、ヘイズ値を低減できる。表面粗さは、Ｒａの値で１０ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以下がより好ましい。なお、Ｒａは、ＪＩＳ－Ｂ０６０１：２０１３に基づく算術平均粗さをいう。
　また、導光素子１３は、回折部の上に保護層を設けてもよいし、回折部を覆うようにカバーを設けてもよい。これにより、回折部、特に凹凸層２２および機能層３２を保護できる。
　図４（ａ）は、回折部が有する凹凸層２２を覆うようにカバーを設けた導光素子１３の例（導光素子１３Ｃ）を示す説明図である。図４（ａ）に示す導光素子１３Ｃは、凹凸層２２が基材２１の部材の一部である例であって、さらにそのような凹凸層２２を覆うようにカバー４１を設けた導光素子１３の例である。なお、符号４２は空気層を示す。
　図４（ａ）に示すように、凹凸層２２をカバー４１で覆うことにより、凹凸層２２における回折格子の凹部の媒質を空気としたまま、凹凸層２２を保護できる。回折格子の凹部の媒質を空気とすれば、屈折率差の大きな回折格子を作製でき、凹凸層２２を薄くできるので好ましい。なお、カバー４１を設けた場合であっても、距離ｈは、上述したように導光用基板１４の凹凸層２２が形成されている側の光学面から凹凸層２２における凸部の頂点部までの距離とする。
　また、図４（ｂ）は、回折部が有する機能層３２の上に保護層を設けた導光素子１３の例（導光素子１３Ｄ）を示す説明図である。図４（ｂ）に示す導光素子１３Ｄは、導光用基板１４と第２の保護層である基板４４との間に、第１の保護層である中間膜４３とともにホログラム（機能層３２）を封入した構成の導光素子１３の例である。本例では、導光用基板１４と基板４４とが合わせガラスを構成している。
　中間膜４３は、例えばポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等によって形成される。これにより、ホログラムの特性が影響を受けないような保護層となっている。このように、合わせガラスと中間膜とを用いて機能層３２を保護してもよい。なお、中間膜４３や基板４４といった保護層を設けた構成であっても、距離ｈは、上述したように導光用基板１４の機能層３２が形成されている側の光学面から機能層３２の表面までの距離とする。
　次に、温度変化による回折方向の変化について説明する。ある温度Ｔにおける入射光は入射用回折部１５によって回折され、導光用基板１４内を斜め方向に伝搬する。このとき、入射用回折部１５に対して入射光が垂直に入射する場合を考え、回折光が１次回折光である場合を考えると、入射用回折部１５によって回折される光の導光用基板１４内の回折角度θは以下の式（１）を満たす。なお、式（１）において、λは導光素子１３へ入射する光の波長、Ｐは入射用回折部１５の回折格子のピッチ（具体的には、凹凸層２２のピッチや機能層３２のピッチ）、ｎは導光用基板１４の波長λにおける屈折率である。なお、ピッチＰは一般に位置により異なる、すなわち位置の関数である。
ｓｉｎθ＝λ／（ｎＰ）　・・・（１）
　図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、本発明では、回折角度θを、導光用基板１４の法線方向５０２に対して、導光用基板１４内に出射される回折光がなす角度であって、かつ当該回折光の進む方向すなわち対応する出射用回折部１６がある方向をプラス方向とする角度と定義する。図中の符号５０１は導光素子１３への入射光を表し、符号５０３は入射用回折部１５から出射された回折光の当該導光素子１３からの出射位置とされる出射用回折部１６の中心位置を表している。
　次に、温度がＴ＋ΔＴに変化する場合を考える。温度変化によって、導光用基板１４の屈折率ｎが変化するとともに、導光用基板１４が熱膨張することによってピッチＰが変化する。このときの導光用基板１４の屈折率の変化量をΔｎ、ピッチの変化量をΔＰ、回折角度の変化量をΔθ（単位：［ｒａｄ］）とすると、式（１）より、Δθは以下の式（２）のように表される。また、２次の量を無視すると、式（２）から以下の式（３）を導き出せる。
ｓｉｎ（θ＋Δθ）＝λ／｛（ｎ＋Δｎ）（Ｐ＋ΔＰ）｝　・・・（２）
Δθ＝－ｔａｎθ×（α＋β／ｎ）ΔＴ　・・・（３）
　ここで、β（単位：［１／℃］）は導光用基板１４における屈折率の温度係数であって、β＝ｄｎ／ｄＴで表される数である。また、α（単位：［１／℃］）は導光用基板１４の線膨張係数である。式（３）を導出する過程でΔＰ＝ＰαΔＴを用いた。これは、上述したように本実施形態で用いる導光素子１３は距離ｈが十分小さいことから、温度変化による凹凸層２２や機能層３２の熱膨張は導光用基板１４による熱膨張が支配的な要因となると考えられるからである。
　式（３）より、温度変化による回折角度方向の変化を小さくするためには、｜α＋β／ｎ｜を小さくすればよい。
　図６（ａ）および図６（ｂ）は、現在製品化されているいくつかの光学ガラスの線膨張係数αと｜α＋β／ｎ｜の値の関係をグラフ化したものである。なお、光学ガラスのデータは、株式会社オハラが配布している光学ガラスカタログに記載されている光学ガラスのガラスデータから引用した。なお、図６（ａ）および図６（ｂ）のグラフでは、光学ガラスの組成に基づいて、ラベルを分類している。
　図６（ａ）および図６（ｂ）に示すグラフによれば、光学ガラスの｜α＋β／ｎ｜の値は７×１０－６～１１×１０－６の範囲に分布していることがわかる。
　なお、参考までに代表的な樹脂の｜α＋β／ｎ｜の値を示すと、ポリカーボネートの場合、屈折率ｎ＝１．５９、屈折率の温度係数β＝－１１．５×１０－５、線膨張係数α＝６．７×１０－５より、｜α＋β／ｎ｜＝５．７×１０－６である。また、ポリスチレンの場合、屈折率ｎ＝１．６０、屈折率の温度係数β＝－１３×１０－５、線膨張係数α＝７×１０－５より、｜α＋β／ｎ｜＝１１．３×１０－６である。また、ポリメタクリル酸メチルの場合、屈折率ｎ＝１．４９、屈折率の温度係数β＝－９．７５×１０－５、線膨張係数α＝４．３×１０－５より、｜α＋β／ｎ｜＝２２．１×１０－６である。
　回折角度方向の変化を小さくするためには、｜α＋β／ｎ｜の値は小さい方が好ましいことから、導光用基板１４としてガラスを用いる場合には、｜α＋β／ｎ｜の値が９×１０－６以下となる光学ガラスが好ましい。なお、｜α＋β／ｎ｜の値が８×１０－６以下の光学ガラスであればより好ましい。
　次に、導光用基板１４の熱膨張の影響について説明する。温度変化によって導光用基板１４に熱膨張が生じると、出射用回折部１６の位置も変化する。ここで、回折角度θが一定である場合に、入射用回折部１５から出射されて出射用回折部１６の中心５０３に照射される光線を考えると、導光用基板１４の熱膨張によって出射用回折部１６に変位が生じると、当該光線の出射用回折部１６への照射位置も中心５０３からずれることになる。特に、出射用回折部１６がレンズ機能を有しているような場合、このようなずれは光軸のずれとなって、収差を発生させる。すると、画質の劣化や歪みが生じることになる。したがって、温度変化に伴う特性変化を考える際には、入射用回折部１５のピッチの変化および導光用基板１４の屈折率の変化だけでなく出射用回折部１６の変位も含めて、総合的な光線のずれ量を求める必要がある。
　以下、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、温度Ｔにおいて、光線が導光素子１３内において導光用基板１４と平行な方向（図中のＸ軸方向）に伝搬する量、つまり移動量（距離）をＤとし、導光用基板１４と垂直な方向（図中のＺ軸方向）に伝搬する量、つまり移動量をＬとする。なお、Ｄは、温度Ｔ時における入射用回折部１５の中心から出射用回折部１６の中心までの距離もしくは、入射用回折部１５の中心から、入射用回折部１５から出射された回折光の導光用基板１４からの出射位置として予め定めて置いた位置までの水平方向距離と言ってもよい。なお、図７（ａ）および図７（ｂ）には、点線によって導光用基板１４と出射用回折部１６の鏡像が示されている。図７（ａ）および図７（ｂ）に示されるように、ＤとＬとθは、Ｄ＝Ｌｔａｎθの関係を満たす。
　また、図８は、水平方向の変位量ΔＤ１およびΔＤ２の例を示す説明図である。ΔＤ１は、温度変化に伴う水平方向の変化量のうち、回折方向が変化したことによる光線の出射用回折部１６に照射される位置のずれ量を表しており、Ｄが増える方向をプラスと定義する。これは、Δθがマイナスに変化したときにマイナスとなるよう記号の正負を合わせたことによる。なお、図８には、マイナスのΔＤ１の例が示されている。また、ΔＤ２は、温度変化に伴う水平方向の変化量のうち、出射用回折部１６の位置が変化したことによる光線の出射用回折部１６に照射される位置のずれ量を表しており、Ｄが増える方向をプラスと定義する。これは、ΔＴがプラスに変化したときにプラスとなるよう記号の正負を合わせたことによる。なお、図８には、プラスのΔＤ２の例が示されている。なお、図示省略しているが、ΔＬは、Ｚ軸方向のプラス方向をプラスとする。なお、図８において、符号５０４は温度Ｔのときの回折光の光路を表している。また、符号に付されたダッシュ記号は、温度がΔＴ変化したときの変化後を意味する。
　温度変化によってピッチと導光用基板１４の屈折率が変化すると、回折方向が変化し、入射用回折部１５からの回折光５０４’が照射される位置は、入射位置を基準にして以下の式（４）により表される。
Ｄ＋ΔＤ１＝（Ｌ＋ΔＬ）ｔａｎ（θ＋Δθ）　・・・（４）
　したがって、温度変化による回折方向の変化による光線の位置のずれ量ΔＤ１は、以下の式（５）のように計算できる。なお、計算の際に、Ｌ＝αＬΔＴを用いた。
ΔＤ１＝－Ｄ／ｃｏｓ２θ×｛（ｓｉｎ２θ）α＋β／ｎ｝ΔＴ　・・・（５）
　その一方で、導光用基板１４自身の熱膨張によって出射用回折部１６はＤ＋ΔＤ１＝Ｄ＋ＤαΔＴのように変位する（符号１６’参照）。
　したがって、温度変化による光軸のずれ量の総和（変位量）ΔＤは、以下の式（６）のように表される。
ΔＤ＝ΔＤ２－ΔＤ１
　　＝ＤΔＴ／ｃｏｓ２θ×（α＋β／ｎ）　・・・（６）
　ΔＴが＋３０℃であった場合に、｜ΔＤ｜が０．１５ｍｍ以下であれば、温度変化による光軸のずれの影響を抑制できるといえる。なお、｜ΔＤ｜が０．１ｍｍ以下であればより好ましい。以上より、導光用基板１４の材料には、｜ΔＤ｜＝｜ＤΔＴ／ｃｏｓ２θ×（α＋β／ｎ）｜≦０．１５ｍｍを満たすような屈折率ｎ、線膨張係数αおよび屈折率の温度係数βを有する材料を用いるのが好ましい。なお、｜ΔＤ｜≦０．１ｍｍを満たせばより好ましく、｜ΔＤ｜≦０．０５ｍｍを満たせばさらに好ましい。
　入射用回折部１５および出射用回折部１６に回折光学素子２０を用いる場合、例えば導光用基板１４上にエッチングやインプリントなどの加工方法を用いて凹凸層２２を形成してもよい。このとき、基材２１および凹凸層２２の材料として樹脂や樹脂と無機微粒子のハイブリッド材料を用いてもよい。樹脂と無機微粒子のハイブリッド材料は屈折率の調整範囲が広く、熱膨張を樹脂材料単体に比べて低減できるので好ましい。無機微粒子としては酸化ジルコニウムなどを使用できる。なお、ハイブリッド材料を用いる場合、散乱が生じやすくなるため、無機微粒子の粒径が小さいことが好ましく、無機微粒子の平均粒子径は２５μｍ以下が好ましい。また、樹脂と無機微粒子の屈折率差が大きいと散乱が生じやすくなるので、屈折率が１．６以上の樹脂を用いることが好ましい。なお、平均粒子径とは、マイクロトラック法（レーザー回折・散乱法）によって測定されたＤ５０の値を指す。
　また、導光用基板１４としてガラス基板を用いると、線膨張係数が小さいため温度変化による等方的な膨張以外に意図しない熱変形を低減できるので好ましい。このとき、上述した｜α＋β／ｎ｜に関する条件に加えて、線膨張係数はα≦１×１０－５であると好ましく、α≦０．７×１０－５であるとより好ましい。線膨張係数αを小さくすれば、出射位置の変動を小さくできる。
　また、温度Ｔにおける導光用基板１４の屈折率として１．４≦ｎ≦２．２の範囲のものを用いてもよい。導光用基板１４の屈折率が高いと視野角が大きくなる点で好ましいが、一般に屈折率の高い材料は透過率の低下が起こる。このため、導光用基板１４の屈折率ｎは、１．５≦ｎ≦２．０であれば好ましく、１．６≦ｎ≦１．９であればより好ましい。また、アッベ数νが３０以上であると好ましい。なお、温度Ｔは映像表示装置の使用環境下での平均温度（例えば、室温付近とされる１０℃前後～２０℃前後）を想定しているが、この限りではない。また、ΔＴも＋３０℃に限らない。ＴおよびΔＴは製品の使用環境に応じて設定すればよい。なお、例えば家庭用であれば、Ｔ＋ΔＴが０～４０℃の範囲を含むことが好ましい。また、例えば自動車用であれば、Ｔ＋ΔＴが－１０～５０℃の範囲を含むことが好ましい。
　次に、図６（ａ）および図６（ｂ）に示した光学ガラスを次の４つの群に分けて考える。
　すなわち、
（Ａ）｜α＋β／ｎ｜≦８×１０－６となる光学ガラスを含む群
（Ｂ）８×１０－６＜｜α＋β／ｎ｜≦９×１０－６であり、α≦０．７×１０－５となる光学ガラスを含む群
（Ｃ）８×１０－６＜｜α＋β／ｎ｜≦９×１０－６であり、α＞０．７×１０－５となる光学ガラスを含む群
（Ｄ）上記以外
　導光用基板１４の材料は、上記分類において（Ａ）～（Ｃ）群に属するガラスが好ましい。なお、（Ｃ）群よりも（Ｂ）群に属するガラスがより好ましく、（Ｂ）群よりも（Ａ）群に属するガラスがより好ましい。なお、樹脂材料の中には、｜α＋β／ｎ｜の値が８×１０－６以下のものもあるが、線膨張係数αが大きく、そのため出射用回折部１６の位置の変化量も大きくなる。出射位置の変動は少ない方が好ましいことから、線膨張係数αが樹脂に比べて小さいガラスを用いるのが好ましい。
　（Ａ）群に属するガラスの例として、Ｓ－ＬＡＬ、Ｓ－ＬＡＭ、Ｓ－ＮＰＨ、Ｓ－ＰＨＭ、Ｓ－ＢＳＭ、Ｓ－ＢＡＬ（いずれもオハラ株式会社製の光学ガラスの製品名）がある。また、（Ｂ）群に属するガラスの例として、Ｓ－ＬＡＨ、Ｓ－ＮＢＭ、Ｓ－ＢＡＨ（いずれもオハラ株式会社製の光学ガラスの製品名）がある。（Ｃ）群に属するガラスの例として、Ｓ－ＦＳＬ、Ｓ－ＦＰＭ、Ｓ－ＢＳＬ（いずれもオハラ株式会社製の光学ガラスの製品名）がある。図９は、オハラ株式会社のガラスカタログに記載されている光学ガラスのうち図６に示した光学ガラスの室温付近でのｄ線の屈折率ｎｄおよびアッベ数νｄの関係図（ｎｄ－νｄグラフ）である。また、以下の表１は、図９のグラフにおいて破線、１点鎖線および点線で囲んだ上記（Ａ）～（Ｃ）群に属するガラスのｎｄ－νｄグラフ上の分布範囲をまとめたものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　なお、表１に示される製品に限らず、表１に示されるｎｄおよびνｄの条件を満たすガラスであってもよい。また、（Ａ）～（Ｃ）群に属するガラスの組成として次のような特徴を有していてもよい。
　すなわち、（Ａ）群に属するガラスであって、特にｎｄ＝１．６５～１．７５、νｄ＝３５～６０のガラス（以下、Ａ１群ガラスという）としては、下記、酸化物基準の質量％（以下、質量％を単に％と略す）表示で、
Ｂ２Ｏ３：１５～４０％、
Ｌａ２Ｏ３：１０～３０％、
を含有することが挙げられる。
　Ａ１群ガラスにおいて、Ｂ２Ｏ３はガラス骨格を形成し、ガラスの安定性を高めるとともに、アッべ数を大きくできる成分である。Ｂ２Ｏ３を１５％以上含有することで所望の高いアッべ数νｄを得られる。また、Ｂ２Ｏ３含有量を４０％以下にすることで屈折率が下がり過ぎることがなく、ガラスの分相の発生も防止できる。
　また、Ａ１群ガラスにおいて、Ｌａ２Ｏ３は屈折率を高めながらもアッべ数を大きくできるため、高屈折率低分散なガラスを得るために有用な成分である。Ｌａ２Ｏ３を１０％以上含有させることで、所望の高い屈折率、アッべ数を得られる。一方、Ｌａ２Ｏ３を３０％以下にすることで液相温度が上がり過ぎることを防ぎ、失透し難くできる。
　また、（Ａ）群に属するガラスであって、特にｎｄ＝１．５４～１．７５、νｄ＝４０～６５のガラス（以下、Ａ２群ガラスという）としては、下記、酸化物基準の質量％表示で、
Ｂ２Ｏ３：５～３０％、
ＳｉＯ２：２０～５０％、
ＢａＯ：０．１～５５％、
を含有することが挙げられる。
　Ａ２群ガラスにおいて、Ｂ２Ｏ３はガラス骨格を形成し、ガラスの安定性を高めるとともに、アッべ数を大きくできる成分である。Ｂ２Ｏ３を５％以上含有することで所望の高いアッべ数νｄを得られる。また、Ｂ２Ｏ３含有量を３０％以下にすることで屈折率が下がり過ぎることがなく、ガラスの分相の発生も防止できる。
　また、Ａ２群ガラスにおいて、ＳｉＯ２はＢ２Ｏ３と同様にガラス骨格を形成し、ガラスの安定性を高め耐失透性を上げるとともに、アッべ数を大きくできる成分である。ＳｉＯ２を５０％以下にすることで屈折率の低下を抑制できる。一方、液相温度を下げて失透し難くすることや、化学的耐久性を向上させるためにはＳｉＯ２を２０％以上含有していることが好ましい。
　また、Ａ２群ガラスにおいて、ＢａＯはガラスの屈折率を高めるとともにガラスの安定化及び化学的耐久性を高める効果がある。ＢａＯ含有量が少なすぎると化学的耐久性が不充分となるおそれがあるので、０．１％以上が好ましい。一方、ＢａＯ含有量が多すぎると分散性が大きくなり低分散化の達成が難しくなるので、ＢａＯ含有量は５５％以下が好ましい。
　また、（Ｂ）群に属するガラスであって、特にｎｄ＝１．６５～１．９１、νｄ＝３０～５０のガラス（以下、Ｂ１群ガラスという）としては、下記、酸化物基準の質量％表示で、
Ｂ２Ｏ３：１０～２５％、
Ｌａ２Ｏ３：２０～４０％、
ＺｎＯ：３～２４％
を含有することが挙げられる。
　Ｂ１群ガラスにおいて、Ｂ２Ｏ３はガラス骨格を形成し、ガラスの安定性を高めるとともに、アッべ数を大きくできる成分である。Ｂ２Ｏ３を１０％以上含有することで所望の高いアッべ数νｄを得られる。また、Ｂ２Ｏ３含有量を２５％以下にすることで屈折率が下がり過ぎることがなく、ガラスの分相の発生も防止できる。
　また、Ｂ１群ガラスにおいて、Ｌａ２Ｏ３は屈折率を高めながらもアッべ数を大きくできるため、高屈折率低分散なガラスを得るために有用な成分である。Ｌａ２Ｏ３を２０％以上含有することで、所望の高い屈折率、アッべ数を得られる。一方、Ｌａ２Ｏ３を４０％以下にすることで液相温度が上がり過ぎることを防ぎ、失透し難くできる。
　また、Ｂ１群ガラスにおいて、ＺｎＯはガラスの溶解温度、成形温度を低くできる成分であり、ＺｎＯを３％以上含有させることで、溶解温度、成形温度が高くなりすぎるのを抑制できる。一方、ＺｎＯを２４％以下にすることで屈折率の低下、アッベ数の低下を抑制できる。
　また、（Ｃ）群に属するガラスであって、特にｎｄ＝１．５３～１．６、νｄ＝６２～７５のガラス（以下、Ｃ１群ガラスという）としては、下記、酸化物基準の質量％表示で、
Ｐ２Ｏ５：２０～５０％、
ＢａＯ：１０～５５％、
を含有することが挙げられる。
　Ｃ１群ガラスにおいて、Ｐ２Ｏ５はガラスを形成する主成分（ガラス形成酸化物）であるとともに、ガラスの粘性を高める成分である。Ｐ２Ｏ５含有量が少なすぎると、ガラスが不安定になるとともに粘性が低くなるおそれがあるため、Ｐ２Ｏ５含有量は２０％以上が好ましい。一方、Ｐ２Ｏ５含有量が多すぎると屈折率が下がってしまうため、Ｐ２Ｏ５含有量は、５０％以下が好ましい。
　また、Ｃ１群ガラスにおいて、ＢａＯはガラスの屈折率を高めるとともにガラスの安定化及び化学的耐久性を高める効果がある。ＢａＯ含有量が少なすぎると化学的耐久性が不充分となるおそれがあるので、１０％以上が好ましい。ＢａＯ含有量が多すぎると分散性が大きくなり低分散化の達成が難しくなるので、ＢａＯ含有量は５５％以下が好ましい。
　また、（Ｃ）群に属するガラスであって、特にｎｄ＝１．４９～１．５４、νｄ＝６２～７５のガラス（以下、Ｃ２群ガラスという）としては、下記、酸化物基準の質量％表示で、
Ｂ２Ｏ３：１０～２０％、
ＳｉＯ２：５０～７０％、
Ｋ２Ｏ：５～２５％、
を含有することが挙げられる。
　Ｃ２群ガラスにおいて、Ｂ２Ｏ３はガラス骨格を形成し、ガラスの安定性を高めるとともに、アッべ数を大きくできる成分である。Ｂ２Ｏ３を１０％以上含有することで所望の高いアッべ数νｄを得られる。また、Ｂ２Ｏ３含有量を２０％以下にすることで屈折率が下がり過ぎることがなく、ガラスの分相の発生も防止できる。
　また、Ｃ２群ガラスにおいて、ＳｉＯ２はＢ２Ｏ３と同様にガラス骨格を形成し、ガラスの安定性を高め耐失透性を上げるとともに、アッべ数を大きくできる成分である。ＳｉＯ２を７０％以下にすることで屈折率の低下を抑制できる。一方、液相温度を下げて失透し難くすることや、化学的耐久性を向上させるためにはＳｉＯ２を５０％以上含有していることが好ましい。
　また、Ｃ２群ガラスにおいて、Ｋ２Ｏは軟化点付近の失透性を悪化させることなく、液相温度を低下させ、Ｔｉイオン、Ｎｂイオンの還元に起因したガラスの着色を抑制するのに効果的な成分であり、重要な必須の成分である。前記効果のためには、Ｋ２Ｏ含有量は５％以上が好ましい。一方、Ｋ２Ｏ含有量が過剰になると屈折率が下がってしまうため、Ｋ２Ｏ含有量は２５％以下が好ましい。
　また、各回折部の基材（基材２１または基材３１）または回折格子を形成している層（凹凸層２２または機能層３２）と導光用基板１４の屈折率差は、０．５以下が好ましい。このようにすると、内部反射が低減されて、二重像などを抑制できる。
　また、導光用基板１４の材料としてガラスを用いる場合には、化学強化などの強化処理をしてもよい。
　また、映像表示装置１０は、その一部に波長板などの位相子を有していてもよい。位相子はたとえば入射用回折部１５の手前や導光素子１３内、出射用回折部１６の後ろの光学系に配置できる。位相子を備えることにより、画像光のＲＧＢごとに偏光を変えるなどして、ＲＧＢ間の入射用回折部１５などによる干渉を低減できる。また、逆に光の偏光を円偏光などにして、偏光に依存する反射率の変化による明るさのムラなどを低減できる。位相子としては、水晶などの結晶や延伸フィルムなどを用いてもよいが、高分子液晶を用いると膜厚を薄くできるので好ましい。
　図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、このような位相子を備える映像表示装置１０の例を示す模式図である。図１０（ａ）に示す映像表示装置１０Ａは、回折部５３を有する導光素子１３Ｅと、１／４波長版として機能する位相子５２と、画像光生成部５１とを備えている。
　回折部５３は、偏光依存性を有する入射用回折部である。本例では、回折部５３は、紙面に平行な方向（図中のＸ軸方向）の偏光に対しては回折作用を発現せず、紙面に垂直な方向（図中のＹ軸方向）の偏光に対して回折作用を発現するよう構成される。
　位相子５２は、１／４波長版として機能する位相子であればよい。
　本例の映像表示装置１０Ａでは、導光素子１３Ｅへの入射光５０１として、紙面に平行な方向の光である第１直線偏光光を入射する。当該第１直線偏光光は、回折部５３では回折されずに透過する。回折部５３を透過した第１直線偏光光は位相子５２に入射し、円偏光となって出射される。位相子５２から出射された円偏光の光は、画像光生成部５１に入射する。画像光生成部５１では、入射された円偏光の光に画像光を重畳させて再び入射面から出射する。画像光生成部５１から出射された円偏光の画像光は、再び位相子５２に入射し、今度は紙面に垂直な方向の光である第２直線偏光光となって出射される。位相子５２から出射された第２直線偏光の画像光は、回折部５３によって回折されて、回折光５０４となって導光用基板１４内に出射される。
　このように回折部と位相子とを組み合わせることによって、画像光生成部の配置の自由度を向上できる。なお、図１０（ａ）には、回折部５３と位相子５２と画像光生成部５１とが互いに距離を空けて配置される例が示されているが、回折部５３と位相子５２との間および位相子５２と画像光生成部５１との間の距離はゼロであってもよい。すなわち、各素子は接着されていてもよい。
　また、図１０（ａ）では偏光方向がわかるよう、回折部５３から画像光生成部５１へと向かう主光線の光路と、画像光生成部５１から回折部５３へと向かう主光線の光路とをずらして表示しているが、回折部５３に対して入射光が垂直に入射するのであればこれらは通常一致する。
　また、図１０（ｂ）に示す映像表示装置１０Ｂは、回折部５３および回折部５４を有する導光素子１３Ｆと、位相子５５とを備えている。
　回折部５３は、偏光依存性を有する第１の入射用回折部であって、本例においても、紙面に平行な方向（図中のＸ軸方向）の偏光に対しては回折作用を発現せず、紙面に垂直な方向（図中のＹ軸方向）の偏光に対して回折作用を発現するよう構成される。
　回折部５４は、偏光依存性を有する第２の入射用回折部であって、本例では、紙面に平行な方向（図中のＸ軸方向）の偏光に対して回折作用を発現し、紙面に垂直な方向（図中のＹ軸方向）の偏光に対しては回折作用を発現しないよう構成される。
　位相子５５は、波長選択型の１／２波長板として機能する位相子であって、本例では、第１の波長の入射光５０１（例えば、波長λ１の光）に対しては偏光を回転させ、その他の波長の入射光５０１（例えば、波長λ２の光）に対しては偏光を回転させないよう構成される。
　本例の映像表示装置１０Ｂでは、導光素子１３Ｆへの入射光５０１として２以上の波長が用いられる。第１波長の光は、紙面に平行な方向の第１直線偏光光としてまず位相子５５に入射される。第１波長の光は、位相子５５に入射されると、偏光方向が紙面に垂直な方向の第２直線偏光に回転させられ、入射光５０１（λ１）として回折部５３に入射される。入射光５０１（λ１）は、第２直線偏光光であるので回折部５３によって回折されて、回折光５０４（λ１）となって回折部５４に入射する。回折部５４に入射された回折光５０４（λ１）は、第２直線偏光光であるので回折部５４では回折されずにそのまま直進透過して導光用基板１４内に出射される。
　第２波長の光も、第１波長の光と同様、紙面に平行な方向の第１直線偏光光としてまず位相子５５に入射される。第２波長の光は、位相子５５に入射されると、偏光方向が回転されずにそのまま位相子５５を透過し、入射光５０１（λ２）として回折部５３に入射される。入射光５０１（λ２）は、第１直線偏光光であるので回折部５３では回折されずにそのまま回折部５３を透過して回折部５４に入射する。回折部５４に入射した入射光５０１（λ２）は、第１直線偏光光であるので回折部５４によって回折されて、回折光５０４（λ２）となって導光用基板１４内に出射される。なお、図１０（ｂ）では、第１波長の光に対して回折部５３が生じさせる回折角度をθ１、第２波長の光に対して回折部５３が生じさせる回折角度をθ２として示している。なお、θ１とθ２は同じ値であっても異なる値であってもよい。
　このような配置とすることで異なる波長間で意図しない回折光の発生を抑制できる。なお、図１０（ｂ）には、位相子５５と回折部５３と回折部５４とが、互いに距離を空けて配置される例が示されているが、位相子５５と回折部５３との間および回折部５３と回折部５４との間の距離はゼロであってもよい。すなわち、各素子は接着されていてもよい。
　なお、図１０（ｂ）においても偏光方向がわかるよう、位相子５５へ入射する光の主光線の位置をずらして表示しているが、これらは通常一致する。
　また、映像表示装置１０が備える位相子は、単一の高分子液晶に限らず複数の高分子液晶層が積層されたものであってもよい。このようにすることで、波長選択性を有する位相子とすることができる。また、ＴＮ液晶やコレステリック液晶などの液晶を用いてもよい。
　また、上記で示した映像表示装置１０、１０Ａ、１０Ｂの構成は、ＨＭＤのほか、自動車などに備え付けられるヘッドアップディスプレイ装置や通常のディスプレイ装置にも適用できる。また、立体像を表示する３次元ディスプレイ装置にも適用できる。
　以下、具体的な数値等を用いて導光素子１３の例を紹介する。
（例１）
　本例は、図１に示す導光素子１３の実施例であって、かつ入射用回折部１５および出射用回折部１６を体積ホログラム素子３０を用いて実装した例である。
　まず、光学ガラスのＳ－ＬＡＬ５４（株式会社オハラ製）を研磨、切断し、５０ｍｍ×３０ｍｍ×１ｍｍのガラス基板を作製し、本例の導光用基板１４とする。Ｓ－ＬＡＬ５４は、上記（Ａ）群に属する光学ガラス（より具体的には、Ａ１群ガラス）であり、１０℃付近でのｄ線における屈折率ｎｄが１．６５、屈折率の温度係数βが１．１×１０－６、線膨張係数αが７．１×１０－６である。これらから、｜α＋β／ｎ｜を計算すると０．７７７×１０－５となる。
　本例の導光用基板１４上に、厚さ２５μｍの体積ホログラムを入射用回折部１５および出射用回折部１６の機能層３２として成膜する。なお、本例では導光用基板１４が入射用回折部１５および出射用回折部１６の基材３１を兼ねている。したがって、入射用回折部１５，出射用回折部１６ともに、距離ｈは機能層３２の厚さである２５μｍとなる。
　入射用回折部１５の機能層３２には、入射角０°で入射する光を導光用基板１４内で＋７０°方向に偏向するようなホログラムを記録する。また、出射用回折部１６の機能層３２には、導光用基板１４の法線方向に対して－７０°方向から入射してきた光を導光用基板１４に垂直な０°で所定の面から出射されるよう偏向する機能、本例の場合、光を、入射用回折部１５での当該光の回折角度におけるプラス方向に７０°偏向する機能と、レンズ機能とを有するホログラムを記録する。
　温度Ｔ＝１０℃として、１０℃における出射用回折部１６の機能層３２におけるレンズ機能の光軸を通る光線が導光用基板１４内を伝搬してＤ＝３０ｍｍとなるように、出射用回折部１６の中心を配置する。
　本例によれば、温度が＋３０℃変化した場合の光線の変位量ΔＤ＝６０μｍであり、十分小さく、簡易な構成で温度変化に伴う特性変化による品質劣化を抑制できることがわかる。
（例２）
　本例は、図１に示す導光素子１３の実施例であって、かつ入射用回折部１５および出射用回折部１６を体積ホログラム素子３０を用いて実装した他の例である。
　まず、光学ガラスのＳ－ＢＡＬ３５（株式会社オハラ製）を研磨、切断し、５０ｍｍ×３０ｍｍ×１ｍｍのガラス基板を作製し、本例の導光用基板１４とする。Ｓ－ＢＡＬ３５は、上記（Ａ）群に属する光学ガラス（より具体的には、Ａ２群ガラス）であり、１０℃付近でのｄ線における屈折率ｎｄが１．５９、屈折率の温度係数βが３．６×１０－６、線膨張係数αが５．７×１０－６である。これらから、｜α＋β／ｎ｜を計算すると０．７９７×１０－５となる。
　本例の導光用基板１４上に、厚さ２５μｍの体積ホログラムを入射用回折部１５および出射用回折部１６の機能層３２として成膜する。なお、本例でも導光用基板１４が入射用回折部１５および出射用回折部１６の基材３１を兼ねている。したがって、入射用回折部１５，出射用回折部１６ともに、距離ｈは機能層３２の厚さである２５μｍとなる。
　入射用回折部１５の機能層３２には、入射角０°で入射する光を導光用基板１４内で＋６５°方向に偏向するようなホログラムを記録する。また、出射用回折部１６の機能層３２には、導光用基板１４の法線方向に対して－６５°方向から入射してきた光を導光用基板１４に垂直な０°で所定の面から出射されるよう偏向する機能、本例の場合、光を、入射用回折部１５での当該光の回折角度におけるプラス方向に６５°偏向する機能と、レンズ機能とを有するホログラムを記録する。
　温度Ｔ＝１０℃として、１０℃における出射用回折部１６の機能層３２におけるレンズ機能の光軸を通る光線が導光用基板１４内を伝搬してＤ＝３０ｍｍとなるように、出射用回折部１６の中心を配置する。
　本例によれば、温度が＋３０℃変化した場合の光線の変位量ΔＤ＝４０μｍであり、十分小さく、簡易な構成で温度変化による品質劣化を抑制できることがわかる。
　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは、当業者にとって明らかである。
　本出願は、２０１４年２月２１日出願の日本特許出願２０１４－０３２２６０に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明は、基板上に形成される回折部の回折作用により偏向されて前記基板内に出射される光の少なくとも一部を所定の光路に導く機能を含む光学素子およびそのような光学素子を備えた光学装置であれば、導光素子や映像表示装置に限らず、好適に適用可能である。
　１０　映像表示装置
　１１、５１　画像光生成部
　１２　レンズ
　１３、１３Ａ～１３Ｆ　導光素子
　１４　導光用基板
　１４１　第１の光学面
　１４２　第２の光学面
　１５、５３、５４　回折部（入射用回折部）
　１６　回折部（出射用回折部）
　１７　観察者
　２０　回折光学素子
　２１　基材
　２２　凹凸層
　３０　体積ホログラム素子
　３１　基材
　３２　機能層
　４１　カバー
　４２　空気層
　４３　第１の保護層（中間膜）
　４４　第２の保護層（基板）
　５２、５５　位相子

Claims (12)

  1. 　導光用基板と、前記導光用基板の面上に形成される回折部とを備え、
    　前記回折部は、回折作用を発現させる光学層を含み、
    　前記導光用基板から前記光学層の表面までの距離が、前記導光用基板の厚みに対して１０％以下であり、
    　前記回折部によって回折され、前記導光用基板内を伝搬する光線の前記導光用基板の法線方向とのなす角度をθ、温度をＴ（℃）、温度Ｔにおける前記回折部の中心と前記光線の前記導光用基板からの出射位置として予め定められている位置との間の前記導光用基板に水平な方向での距離をＤ［ｍｍ］、前記導光用基板の使用波長における屈折率をｎ、前記導光用基板の線膨張係数をα［１／℃］、前記導光用基板の屈折率の温度係数をβ［１／℃］、温度変化をΔＴ、温度変化ΔＴによるＤの変化量をΔＤとしたとき、
    　｜ΔＤ｜＝｜ＤΔＴ／ｃｏｓ２θ×（α＋β／ｎ）｜≦０．１５ｍｍを満たす
    　ことを特徴とする導光素子。
  2. 　｜ΔＤ｜≦０．１ｍｍを満たす
    　請求項１に記載の導光素子。
  3. 　｜ΔＤ｜≦０．０５ｍｍを満たす
    　請求項１に記載の導光素子。
  4. 　導光用基板と、前記導光用基板の面上に形成される回折部とを備え、
    　前記回折部は、回折作用を発現させる光学層を含み、
    　前記導光用基板から前記光学層の表面までの距離が、前記導光用基板の厚みに対して１０％以下であり、
    　前記導光用基板はガラス基板であり、
    　前記導光用基板の使用波長における屈折率をｎ、前記導光用基板の線膨張係数をα［１／℃］、前記導光用基板の屈折率の温度係数をβ［１／℃］としたとき、
    　｜α＋β／ｎ｜≦９×１０－６を満たす
    　ことを特徴とする導光素子。
  5. 　さらに、α≦０．７×１０－６を満たす
    　請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の導光素子。
  6. 　｜α＋β／ｎ｜≦８×１０－６を満たす
    　請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の導光素子。
  7. 　さらに、１．５≦ｎ≦２．０を満たす
    　請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載の導光素子。
  8. 　導光用基板と、前記導光用基板の面上に形成される回折部とを備え、
    　前記回折部は、回折作用を発現させる光学層を含み、
    　前記導光用基板から前記光学層の表面までの距離が、前記導光用基板の厚みに対して１０％以下であり、
    　前記導光用基板はガラス基板であり、
    　使用環境下における平均温度での前記導光用基板のｄ線の屈折率をｎｄとし、使用環境下における平均温度での前記導光用基板のｄ線のアッベ数をνｄとするとき、
    　以下の（Ａ）群として示した条件のいずれか、または以下の（Ｂ）群として示した条件のいずれかを満たす
    　ことを特徴とする導光素子。
    （Ａ）群：
    １．６５≦ｎｄ≦１．７５　（ただし、５５≦νｄ≦６０）、
    －０．００５νｄ＋１．９２５≦ｎｄ≦１．７５　（ただし、５０≦νｄ≦５５）、
    １．７５≦ｎｄ≦１．８０　（ただし、３０≦νｄ≦３５）、
    －０．００５νｄ＋１．９２５≦ｎｄ≦１．８０　（ただし、３５≦νｄ≦４０）、
    －０．００５νｄ＋１．９２５≦ｎｄ≦－０．００５νｄ＋２．００　（ただし、４０≦νｄ≦５０）、
    νｄ≦３０、
    １．６０≦ｎｄ≦１．６５　（ただし、６２≦νｄ≦７０）、
    １．６０≦ｎｄ≦１．６５　（ただし、５５≦νｄ≦６２）、
    １．６０≦ｎｄ≦－０．００５νｄ＋１．９２５　（ただし、５０≦νｄ≦５５）、
    １．５４≦ｎｄ≦１．６０　（ただし、νｄ≦５０）
    （Ｂ）群：
    －０．００５νｄ＋２．００≦ｎｄ　（ただし、４０≦νｄ≦５０）、
    ｎｄ≧１．８０　（ただし、３０≦νｄ≦４０）、
    ｎｄ≧１．９５　（ただし、２６≦νｄ≦３０）、
    １．６５≦ｎｄ≦１．９１　（ただし、２４≦νｄ≦４０）、
    １．７５≦ｎｄ≦－０．００５νｄ＋１．９２５　（ただし、３６≦νｄ≦５０）、
    －０．０１３３３νｄ＋２．１３≦ｎｄ≦－０．００５νｄ＋１．９２５　（ただし、３５≦νｄ≦３６）、
    －０．０１３３３νｄ＋２．１３≦ｎｄ≦１．７５　（ただし、３０≦νｄ≦３５）
  9. 　さらに、νｄ＞３０を満たす
    　請求項８に記載の導光素子。
  10. 　前記回折部の光学層は偏光依存性を有し、
    　前記回折部に入射する光の光路上または前記回折部から出射される光の光路上に、高分子液晶からなる位相子を備えた
    　請求項１から請求項９のうちのいずれか１項に記載の導光素子。
  11. 　前記導光用基板から前記光学層の表面までの距離が５０ｎｍ以上である
    　請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項に記載の導光素子。
  12. 　請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項に記載の導光素子を備えた
    　ことを特徴とする映像表示装置。
PCT/JP2015/054350 2014-02-21 2015-02-17 導光素子および映像表示装置 Ceased WO2015125794A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016504116A JP6341270B2 (ja) 2014-02-21 2015-02-17 導光素子および映像表示装置
US15/234,102 US9921371B2 (en) 2014-02-21 2016-08-11 Light guide element and image display device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014-032260 2014-02-21
JP2014032260 2014-02-21

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US15/234,102 Continuation US9921371B2 (en) 2014-02-21 2016-08-11 Light guide element and image display device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015125794A1 true WO2015125794A1 (ja) 2015-08-27

Family

ID=53878295

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/054350 Ceased WO2015125794A1 (ja) 2014-02-21 2015-02-17 導光素子および映像表示装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9921371B2 (ja)
JP (2) JP6341270B2 (ja)
WO (1) WO2015125794A1 (ja)

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017038350A1 (ja) * 2015-09-02 2017-03-09 ソニー株式会社 光学装置及びその製造方法並びに表示装置
WO2017104424A1 (ja) * 2015-12-17 2017-06-22 コニカミノルタ株式会社 体積ホログラム製造用感光性組成物、体積ホログラムの製造方法、体積ホログラム及びホログラフィック光学素子
JP2017173487A (ja) * 2016-03-23 2017-09-28 セイコーエプソン株式会社 画像表示装置及び光学素子
WO2017182771A1 (en) * 2016-04-21 2017-10-26 Bae Systems Plc Display with a waveguide coated with a meta-material
CN109254402A (zh) * 2017-07-12 2019-01-22 豪雅冠得股份有限公司 导光板、图像显示装置
WO2019107249A1 (ja) * 2017-11-28 2019-06-06 Ａｇｃ株式会社 光学素子および導光素子
KR20190066075A (ko) * 2016-10-28 2019-06-12 매직 립, 인코포레이티드 스캐닝 반사기를 갖는 대형 시야 디스플레이를 위한 방법 및 시스템
KR20190086222A (ko) * 2018-01-12 2019-07-22 주식회사 엘지화학 회절 도광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
KR20190086221A (ko) * 2018-01-12 2019-07-22 주식회사 엘지화학 회절 도광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
JP2020126239A (ja) * 2019-02-05 2020-08-20 三菱ケミカル株式会社 画像表示用導光板
JP2020530591A (ja) * 2017-08-16 2020-10-22 エルジー・ケム・リミテッド 回折格子導光板用モールド基材の製造方法および回折格子導光板の製造方法
JPWO2021132097A1 (ja) * 2019-12-27 2021-07-01
JP2021128344A (ja) * 2017-07-12 2021-09-02 Hoya株式会社 導光板、画像表示装置
JP2021131522A (ja) * 2020-02-21 2021-09-09 大日本印刷株式会社 光学部材、表示装置、頭部装着型表示装置
WO2021182598A1 (ja) * 2020-03-13 2021-09-16 三菱ケミカル株式会社 導光板、及びａｒディスプレイ
JP2022513448A (ja) * 2018-12-17 2022-02-08 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 封入のためのｐｖｄ指向性堆積
JP2022103280A (ja) * 2017-12-15 2022-07-07 エルジー・ケム・リミテッド ウェアラブルデバイス
WO2023013214A1 (ja) * 2021-08-04 2023-02-09 株式会社ジャパンディスプレイ 液晶光学素子及びその製造方法
WO2023013216A1 (ja) * 2021-08-04 2023-02-09 株式会社ジャパンディスプレイ 液晶光学素子
JP2023168362A (ja) * 2018-04-02 2023-11-24 マジック リープ， インコーポレイテッド 統合型光学要素を伴う導波管および同一物を作製する方法
JP2025013602A (ja) * 2020-12-21 2025-01-24 日本電気硝子株式会社 導光板

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10520738B2 (en) * 2015-02-25 2019-12-31 Lg Innotek Co., Ltd. Optical apparatus
KR102483263B1 (ko) 2016-12-08 2022-12-29 매직 립, 인코포레이티드 콜레스테릭 액정에 기초한 회절 디바이스들
US11333887B2 (en) * 2017-01-20 2022-05-17 Sony Corporation Optical device and display device
EP3602175A4 (en) 2017-03-21 2021-04-21 Magic Leap, Inc. EYE IMAGING DEVICE WITH DIFFACTIVE OPTICAL ELEMENTS
JP2018165740A (ja) * 2017-03-28 2018-10-25 セイコーエプソン株式会社 表示装置
JP6958106B2 (ja) * 2017-08-21 2021-11-02 セイコーエプソン株式会社 偏向装置、表示装置および偏向装置の製造方法
KR102736358B1 (ko) * 2017-09-21 2024-11-28 매직 립, 인코포레이티드 눈 및/또는 환경의 이미지들을 캡처하도록 구성된 도파관을 갖는 증강 현실 디스플레이
WO2019238859A1 (de) * 2018-06-15 2019-12-19 Continental Automotive Gmbh Lichtwellenleiter für ein head-up-display
WO2019243542A1 (en) 2018-06-20 2019-12-26 Essilor International Lens element
EP3857289B1 (en) 2018-09-26 2025-04-23 Magic Leap, Inc. Eyewear with pinhole and slit cameras
CN115793139A (zh) 2019-02-14 2023-03-14 奇跃公司 波导显示器衬底的偏置总厚度变化
DE102019206379B4 (de) * 2019-05-03 2026-01-22 Audi Ag Beleuchtungsvorrichtung mit einem als Lichtleiter ausgebildeten flächigen Trägermedium
US20210055551A1 (en) * 2019-08-23 2021-02-25 Facebook Technologies, Llc Dispersion compensation in volume bragg grating-based waveguide display
DE112021003134T5 (de) * 2020-06-04 2023-03-30 Nippon Electric Glass Co., Ltd. Glasfolie
US11487058B2 (en) * 2020-08-13 2022-11-01 Applied Materials, Inc. Method for manufacturing optical device structures
WO2022130679A1 (ja) * 2020-12-16 2022-06-23 株式会社フジクラ 光演算装置、及び、光演算装置の製造方法
CN115524785B (zh) * 2021-06-25 2025-09-19 苏州旭创科技有限公司 光耦合结构及其制备方法、光学组件
CN115903120A (zh) * 2021-09-30 2023-04-04 肖特股份有限公司 用于增强现实设备的导光板
US20250172741A1 (en) * 2022-02-28 2025-05-29 Nitto Denko Corporation Optical member and ar glasses and head-mounted display using said optical member
JP2025510699A (ja) * 2022-03-25 2025-04-15 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 個別の回折モジュールアセンブリを使用する光学装置の低コスト製造
TWI857888B (zh) * 2023-12-18 2024-10-01 國立中央大學 具有體積全像光導元件之光譜儀系統

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001324731A (ja) * 2000-05-15 2001-11-22 Toshiba Corp 格子間隔可変回折格子とこれを用いた光偏向装置及びディスプレイ装置
JP2003140081A (ja) * 2001-11-06 2003-05-14 Nikon Corp ホログラムコンバイナ光学系

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58108504A (ja) * 1981-12-23 1983-06-28 Fujitsu Ltd 偏光プリズムの製造方法
JPS59219706A (ja) * 1983-05-30 1984-12-11 Fujitsu Ltd 偏波面保存光フアイバレ−ザダイオ−ドモジユ−ル
JPH1184112A (ja) * 1997-09-12 1999-03-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 色合成プリズムとその製造方法及び投写型表示装置
JP2002116314A (ja) 2000-10-06 2002-04-19 Sankyo Seiki Mfg Co Ltd 回折素子および光ピックアップ装置
JP2003257229A (ja) * 2002-02-27 2003-09-12 Alps Electric Co Ltd バックライトとフロントライト及び液晶表示装置
JP4238600B2 (ja) 2003-02-28 2009-03-18 日立電線株式会社 デマルチプレクサ及び波長多重光伝送モジュール
US20060132914A1 (en) * 2003-06-10 2006-06-22 Victor Weiss Method and system for displaying an informative image against a background image
JP2008058777A (ja) * 2006-09-01 2008-03-13 Sony Corp 光学装置及び画像表示装置
JP4953234B2 (ja) * 2006-09-14 2012-06-13 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 チタン系酸化物ガラスおよびその製造方法
WO2008038754A1 (fr) * 2006-09-29 2008-04-03 Toray Industries, Inc. Source lumineuse en surface et dispositif d'affichage à cristaux liquides utilisant celle-ci
TWI340259B (en) * 2006-12-29 2011-04-11 Ind Tech Res Inst Light guide plate
JP2008233547A (ja) * 2007-03-20 2008-10-02 Hoya Corp 車載カメラ用レンズ硝材及び車載カメラ用レンズ
JP5151443B2 (ja) 2007-12-13 2013-02-27 株式会社リコー 光走査装置および光走査方法および画像形成装置
WO2010057219A1 (en) * 2008-11-17 2010-05-20 Luminit Llc Holographic substrate-guided wave-based see-through display
JP2010243787A (ja) 2009-04-06 2010-10-28 Hoya Corp 映像表示装置、およびヘッドマウントディスプレイ
JP2012212612A (ja) * 2011-03-31 2012-11-01 Nippon Zeon Co Ltd 導光部材及びバックライト装置
JP5766002B2 (ja) * 2011-04-25 2015-08-19 Hoya株式会社 光学ガラス、プレス成形用ガラス素材、光学素子およびその製造方法、ならびに接合光学素子
JP5867507B2 (ja) * 2011-09-02 2016-02-24 コニカミノルタ株式会社 光学ガラス
JP5596717B2 (ja) * 2012-01-30 2014-09-24 株式会社オハラ 光学ガラス
JP2013200467A (ja) 2012-03-26 2013-10-03 Seiko Epson Corp 虚像表示装置
US9933684B2 (en) * 2012-11-16 2018-04-03 Rockwell Collins, Inc. Transparent waveguide display providing upper and lower fields of view having a specific light output aperture configuration

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001324731A (ja) * 2000-05-15 2001-11-22 Toshiba Corp 格子間隔可変回折格子とこれを用いた光偏向装置及びディスプレイ装置
JP2003140081A (ja) * 2001-11-06 2003-05-14 Nikon Corp ホログラムコンバイナ光学系

Cited By (54)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017038350A1 (ja) * 2015-09-02 2017-03-09 ソニー株式会社 光学装置及びその製造方法並びに表示装置
CN107924061A (zh) * 2015-09-02 2018-04-17 索尼公司 光学装置及其制造方法和显示装置
US11016306B2 (en) 2015-09-02 2021-05-25 Sony Corporation Optical device and method for producing the same, and display device
CN107924061B (zh) * 2015-09-02 2020-11-17 索尼公司 光学装置及其制造方法和显示装置
WO2017104424A1 (ja) * 2015-12-17 2017-06-22 コニカミノルタ株式会社 体積ホログラム製造用感光性組成物、体積ホログラムの製造方法、体積ホログラム及びホログラフィック光学素子
JP2017173487A (ja) * 2016-03-23 2017-09-28 セイコーエプソン株式会社 画像表示装置及び光学素子
WO2017182771A1 (en) * 2016-04-21 2017-10-26 Bae Systems Plc Display with a waveguide coated with a meta-material
US10871649B2 (en) 2016-04-21 2020-12-22 Bae Systems Plc Display with a waveguide coated with a meta-material
JP2019534478A (ja) * 2016-10-28 2019-11-28 マジック リープ， インコーポレイテッドＭａｇｉｃ Ｌｅａｐ，Ｉｎｃ． 走査反射器を用いた広い視野の表示のための方法およびシステム
US11435572B2 (en) 2016-10-28 2022-09-06 Magic Leap, Inc. Method and system for large field of view display with scanning reflector
KR20230070077A (ko) * 2016-10-28 2023-05-19 매직 립, 인코포레이티드 스캐닝 반사기를 갖는 대형 시야 디스플레이를 위한 방법 및 시스템
US12153209B2 (en) 2016-10-28 2024-11-26 Magic Leap, Inc. Method and system for large field of view display with scanning reflector
KR20190066075A (ko) * 2016-10-28 2019-06-12 매직 립, 인코포레이티드 스캐닝 반사기를 갖는 대형 시야 디스플레이를 위한 방법 및 시스템
KR102534128B1 (ko) * 2016-10-28 2023-05-17 매직 립, 인코포레이티드 스캐닝 반사기를 갖는 대형 시야 디스플레이를 위한 방법 및 시스템
KR102805976B1 (ko) * 2016-10-28 2025-05-09 매직 립, 인코포레이티드 스캐닝 반사기를 갖는 대형 시야 디스플레이를 위한 방법 및 시스템
US11815691B2 (en) 2017-07-12 2023-11-14 Hoya Corporation Light guide plate made of lead-free glass having a high refractive index and image display device using a light guide plate
CN109254402A (zh) * 2017-07-12 2019-01-22 豪雅冠得股份有限公司 导光板、图像显示装置
JP2023014127A (ja) * 2017-07-12 2023-01-26 Hoya株式会社 導光板、画像表示装置
US11543658B2 (en) 2017-07-12 2023-01-03 Hoya Corporation Light guide plate made of lead-free glass having a high refractive index and image display device using a light guide plate
JP2021128344A (ja) * 2017-07-12 2021-09-02 Hoya株式会社 導光板、画像表示装置
CN109254402B (zh) * 2017-07-12 2022-10-11 Hoya株式会社 导光板、图像显示装置
JP2020530591A (ja) * 2017-08-16 2020-10-22 エルジー・ケム・リミテッド 回折格子導光板用モールド基材の製造方法および回折格子導光板の製造方法
JP7243634B2 (ja) 2017-11-28 2023-03-22 Ａｇｃ株式会社 光学素子および導光素子
WO2019107249A1 (ja) * 2017-11-28 2019-06-06 Ａｇｃ株式会社 光学素子および導光素子
JPWO2019107249A1 (ja) * 2017-11-28 2020-12-03 Ａｇｃ株式会社 光学素子および導光素子
JP2022103280A (ja) * 2017-12-15 2022-07-07 エルジー・ケム・リミテッド ウェアラブルデバイス
JP7412843B2 (ja) 2017-12-15 2024-01-15 エルジー・ケム・リミテッド ウェアラブルデバイス
KR20190086221A (ko) * 2018-01-12 2019-07-22 주식회사 엘지화학 회절 도광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
KR102486828B1 (ko) * 2018-01-12 2023-01-10 주식회사 엘지화학 회절 도광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
KR102486832B1 (ko) * 2018-01-12 2023-01-10 주식회사 엘지화학 회절 도광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
KR20190086222A (ko) * 2018-01-12 2019-07-22 주식회사 엘지화학 회절 도광판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
US12306412B2 (en) 2018-04-02 2025-05-20 Magic Leap, Inc. Waveguides with integrated optical elements and methods of making the same
JP2025028894A (ja) * 2018-04-02 2025-03-05 マジック リープ， インコーポレイテッド 統合型光学要素を伴う導波管および同一物を作製する方法
JP7624043B2 (ja) 2018-04-02 2025-01-29 マジック リープ， インコーポレイテッド 統合型光学要素を伴う導波管および同一物を作製する方法
JP2023168362A (ja) * 2018-04-02 2023-11-24 マジック リープ， インコーポレイテッド 統合型光学要素を伴う導波管および同一物を作製する方法
JP2022513448A (ja) * 2018-12-17 2022-02-08 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 封入のためのｐｖｄ指向性堆積
JP2024161574A (ja) * 2019-02-05 2024-11-19 三菱ケミカル株式会社 画像表示用導光板及びａｒグラス
JP2024159903A (ja) * 2019-02-05 2024-11-08 三菱ケミカル株式会社 画像表示用導光板及びａｒグラス
JP2023016819A (ja) * 2019-02-05 2023-02-02 三菱ケミカル株式会社 画像表示用導光板
JP2020126239A (ja) * 2019-02-05 2020-08-20 三菱ケミカル株式会社 画像表示用導光板
WO2021132097A1 (ja) * 2019-12-27 2021-07-01 富士フイルム株式会社 導光素子および画像表示装置
JP7470714B2 (ja) 2019-12-27 2024-04-18 富士フイルム株式会社 導光素子および画像表示装置
JPWO2021132097A1 (ja) * 2019-12-27 2021-07-01
US12147045B2 (en) 2019-12-27 2024-11-19 Fujifilm Corporation Light guide element and image display apparatus
JP7494483B2 (ja) 2020-02-21 2024-06-04 大日本印刷株式会社 光学部材、表示装置、頭部装着型表示装置
JP2021131522A (ja) * 2020-02-21 2021-09-09 大日本印刷株式会社 光学部材、表示装置、頭部装着型表示装置
WO2021182598A1 (ja) * 2020-03-13 2021-09-16 三菱ケミカル株式会社 導光板、及びａｒディスプレイ
JPWO2021182598A1 (ja) * 2020-03-13 2021-09-16
CN115244449A (zh) * 2020-03-13 2022-10-25 三菱化学株式会社 导光板以及ar显示器
JP2025013602A (ja) * 2020-12-21 2025-01-24 日本電気硝子株式会社 導光板
JP7780134B2 (ja) 2020-12-21 2025-12-04 日本電気硝子株式会社 導光板
US12135457B2 (en) 2021-08-04 2024-11-05 Japan Display Inc. Liquid crystal optical element and method for manufacturing the same
WO2023013216A1 (ja) * 2021-08-04 2023-02-09 株式会社ジャパンディスプレイ 液晶光学素子
WO2023013214A1 (ja) * 2021-08-04 2023-02-09 株式会社ジャパンディスプレイ 液晶光学素子及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018163353A (ja) 2018-10-18
JPWO2015125794A1 (ja) 2017-03-30
JP6341270B2 (ja) 2018-06-13
US20160349517A1 (en) 2016-12-01
US9921371B2 (en) 2018-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6341270B2 (ja) 導光素子および映像表示装置
CN110764261B (zh) 一种光波导结构、ar设备光学成像系统及ar设备
Cheng et al. Design and manufacture AR head-mounted displays: A review and outlook
US11143872B2 (en) Waveguide and video image display device
US9715067B1 (en) Ultra-compact HUD utilizing waveguide pupil expander with surface relief gratings in high refractive index materials
CN112444968B (zh) 一种增强现实的光学叠加器和相关设备
US8081382B2 (en) Reflective screen, display device, and mobile apparatus
US20240027670A1 (en) Photonic Crystals and Methods for Fabricating the Same
US7944616B2 (en) Head-mounted display
US7656585B1 (en) Embedded relay lens for head-up displays or the like
CN107015368B (zh) 一种近眼双目显示装置
KR20230119015A (ko) 도파로 기반 디스플레이에서의 홍목현상 억제 기술
CN109254402B (zh) 导光板、图像显示装置
CN114846386A (zh) 图像显示元件以及图像显示装置
US20220236472A1 (en) Parallel plate waveguides
CN113448085B (zh) 近眼显示装置以及眼镜
US12169300B2 (en) Light guiding panel and image display device
WO2022160825A1 (zh) 一种衍射光学器件及终端设备
TWI824355B (zh) 一種光學系統及混合實境設備
JP2022530250A (ja) ホログラフィック導光板
US20200033608A1 (en) Multi-part optical system for light propagation in confined spaces and method of fabrication and use thereof
JP2025177557A (ja) 導光素子、画像表示装置および導光素子の製造方法
WO2023245660A1 (zh) 一种紧凑、大视场角抬头显示系统
US11054571B2 (en) Head-mounted display with limited horizontal rotation
NL2035758B1 (en) Composite lightguides for augmented reality

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15752484

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016504116

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15752484

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1