(57)【要約】  設計の自由度が増す光学デバイスを提供する。光学デバイス（１０）は、その断面が略台形形状である導光部（１００）と、導光部（１００）に配置された回折格子（１０１，１０２）とを備え、回折格子（１０１，１０２）は、導光部（１００）の長手方向（矢印１９０）に対して斜めに配置されており、回折格子（１０１）には、マイクロプロジェクタ（光源）（１５０）から出力された信号が入射し、回折格子（１０１）で回折された光は反射部（１１１）で反射し、反射光は回折格子（１０２）によって回折されて、目（１８０）に入射する。
2017030207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光部材と、
前記導光部材に配置された１つ以上の回折格子とを備え、
前記１つ以上の回折格子は、前記導光部材の長手方向に対して斜めに配置されている、光学デバイス。
【請求項２】
前記導光部材の両端は、前記長手方向に対して斜めに形成されており、
前記導光部材の両端面のそれぞれに、回折格子が配置されており、
前記光学デバイスの入射側に配置された回折格子を透過した光が、前記導光部材において回折格子が設けられていない領域で反射するように、各前記回折格子は、斜めに配置されている、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記導光部材の両端のうちの入射側の端部は、前記長手方向に対して斜めに形成されており、
前記入射側の端部に配置された回折格子を透過した光が、前記導光部材の両端のうちの出射側に配置された回折格子において反射あるいは回折するように、入射側の端部において斜めに配置されている、請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記１つ以上の回折格子は、透過型の回折格子および反射型の回折格子のいずれかを含む、請求項１から３のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記導光部材の端面には、前記１つ以上の回折格子が配置される傾きに応じた傾斜が形成されている、請求項１から４のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記導光部材は、レンズの中に形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光学デバイスに関し、より特定的には、ユーザに映像を視認させることができる光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるウェアラブル端末の一つとして、眼鏡形状を有する端末が知られている。例えば、特開２０１５−０５３１６３号公報（特許文献１）は、「無駄になっている非回折光を有効に活用して、導光体への光の入射効率を向上させる」ことができる光学デバイスおよび画像表示装置を開示している。特開２０１５−０５３１６３号公報に開示された技術によれば、「導光体２０の光入射面２０ａに第１回折光学素子３０ａを配置し、導光体２０の光出射面２０ｂに第２回折光学素子３０ｂを配置すると共に、導光体２０の第１回折光学素子３０ａに対向する面に反射膜４０を配置する。第１回折光学素子３０ａと反射膜４０は、第１回折光学素子３０ａに入射した後に第１回折光学素子３０ａによって回折されずに反射膜４０によって反射された光が、第１回折光学素子３０ａによって反射回折される位置に設けられている。」というものである（図２、［要約］参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０５３１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特開２０１５−０５３１６３号公報に開示された技術によれば、回折角度の小さい、低次の回折光（例えば、１次回折光Ｌ２）をユーザの目に導くために、画像表示装置１１からの光を回折格子３０ａに対して斜めに入射しており、さらに光効率向上のため反射膜を必要としている。そのため、画像表示装置１１の配置の自由度が少なかった。そのような回折光を受けるために、ユーザの目の配置も制約を受けることになる。したがって、画像表示装置あるいはユーザの目の配置の自由度を増大するための技術が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ある実施の形態に従う光学デバイスは、導光部材と、導光部材に配置された１つ以上の回折格子とを備える。１つ以上の回折格子は、導光部材において光が進む方向に対して斜めに配置されている。【０００６】
好ましくは、導光部材の両端は、方向に対して斜めに形成されている。導光部材の両端のそれぞれに、回折格子が配置されている。光学デバイスの入射側に配置された回折格子を透過した光が、導光部材において回折格子が設けられていない領域において反射するように、両端のそれぞれに配置された回折格子は、斜めに配置されている。【０００７】
好ましくは、導光部材の両端のうちの入射側の端部は、方向に対して斜めに形成されている。入射側の端部に配置された回折格子を透過した光が、両端のうちの出射側に配置された回折格子に対向する領域において反射するように、入射側の端部において斜めに配置されている。【０００８】
好ましくは、１つ以上の回折格子は、透過型の回折格子および反射型の回折格子のいずれかを含む。【０００９】
好ましくは、導光部材の端面には、１つ以上の回折格子が配置される傾きに応じた傾斜が形成されている。【００１０】
この発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解されるこの発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】垂直入射用に構成される場合における光学デバイス１０の概要を説明するための図である。
【図２】斜め入射用に配置されたマイクロプロジェクタ（光源）１５０から光が入射する場合を説明するための図である。
【図３】他の局面に従う光学デバイス３０の構成の概要を表す図である。
【図４】光学デバイスの設計の概要を説明する図（その１）である。
【図５】光学デバイスの設計の概要を説明する図（その２）である。
【図６】光学デバイスの設計の概要を説明する図（その３）である。
【図７】直角三角形であるノコギリ刃形回折格子における回折効率を説明するための図である。
【図８】回折格子の断面形状を表す図である。
【図９】矩形デューティー比が50％である櫛形回折格子における回折効率を説明するための図である。
【図１０】回折格子の断面形状を表す図である。
【図１１】二等辺三角形であるノコギリ刃形回折格子における回折効率を説明するための図である。
【図１２】回折格子の断面形状を表す図である。
【図１３】二等辺三角形であるノコギリ刃形回折格子において光学デバイスサイズを変更した場合の回折効率の変化を説明するための図である。
【図１４】回折格子の断面形状を表す図である。
【図１５】直角三角形であるノコギリ刃形回折格子における回折格子において光学デバイスサイズを変更した場合の回折効率の変化を説明するための図である。
【図１６】回折格子の断面形状を表す図である。
【図１７】断面が直角三角形の回折格子面に対する、反射光、透過光、１次回折光、２次回折光における光強度の入射角度依存性を表す図である。
【図１８】界面での屈折率差により光線の屈折が生じることを表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００１３】
［垂直入射］
図１を参照して、本実施の形態に係る光学デバイス１０について説明する。図１は、垂直入射用に構成される場合における光学デバイス１０の概要を説明するための図である。光学デバイス１０は、例えば、少なくとも、レンズおよび回折格子を含み得る。本実施の形態において、「垂直」とは、導光部１００の表面（目が存在する側と反対側）に対してほぼ垂直であることをいう。導光部１００は、例えば、眼鏡のレンズ（光学デバイス１０）の内部に形成される。ある局面において、導光部１００は、光学デバイス１０の内部に屈折率が高い透明材料を用いて構成される。
【００１４】
部分図（Ａ）に示されるように、光学デバイス１０は、導光部１００を含む。導光部１００には回折格子１０１，１０２が設けられている。光学デバイス１０は、例えば、眼鏡における右目用または左目用のレンズである。光学デバイス１０の幅１１０は、例えば３０ｍｍ前後である。高さ１２０は、１０ｍｍ前後である。これらのサイズは、あくまで例示であって、眼鏡のデザインに応じて適宜設定され得る。
【００１５】
ある局面において、導光部１００の屈折率は、例えば１．６７である。導光部１００は、例えば、プラスチック等の樹脂またはガラス等によって実現される。
【００１６】
回折格子１０１，１０２には、例えば、０．５７μｍのピッチで溝が形成されている。当該ピッチの深さは、例えば１．５７μｍである。回折格子１０１，１０２における溝部と谷部との断面は、例えば直角三角形の形状となるように構成されている。
【００１７】
部分図（Ｂ）に示されるように、導光部１００は、その断面が略台形形状となるように構成されている。傾斜角１４０，１４１は、例えば２６．６度であるが、傾斜角１４０，１４１の値はこれに限られない。導光部１００の厚さ１３０は例えば２ｍｍであるが、厚さ１３０はこの値に限られない。光学デバイス１０の厚さは導光部１００のデザインに応じて適宜設定され得る。一実施例として、導光部１００の寸法は、例えば、回折格子１０１からのマイナス２次回折光が反射部１１１，１１２において反射し、その反射光が回折格子１０２に進むような制約を満たすように設定され得る。ある局面において、導光部１００の屈折率が、導光部１００以外の部分（例えば、導光部１００の周り）の屈折率よりも高い場合に、反射部１１１，１１２は実現される。あるいは、反射部１１１，１１２はアルミニウムなどの金属や酸化物多層膜を主体とした膜により実現しても構わない。
【００１８】
ある局面において、光学デバイス１０の回折格子１０１には、マイクロプロジェクタ（光源）１５０から発せられた光が入射する。マイクロプロジェクタ（光源）１５０は、画像表示装置１６０とコリメートレンズ１７０とを含む。光学デバイス１０に入射した光は、回折格子１０１によって回折し、矢印１９０の方向に沿って、導光部１００の内部を進む。矢印１９０の方向は、たとえば、導光部１００の長手方向に相当する。この光は、反射部１１１，１１２において反射する。反射部１１１，１１２は、例えば、反射膜によって構成される。反射部１１１，１１２で反射した光は、さらに、導光部１００の内部を矢印１９０の方向に進む。光は、回折格子１０２に到達すると、回折して導光部１００から外部に出射される。回折格子１０２の外に発せられた光は目１８０に入り、マイクロプロジェクタ（光源）１５０の投影によって形成される像が光学デバイス１０のユーザに認識される。
【００１９】
ある実施例において、図１に示される構成の場合において、マイナス２次回折光が導光部１００の内部に入射されるとき、回折効率は、１５．７％程度となる。
【００２０】
［斜め入射］
図２を参照して、他の局面に係る導光部１００について説明する。図２は、斜め入射用に配置されたマイクロプロジェクタ（光源）１５０から光が入射する場合を説明するための図である。本実施の形態において、「斜め」とは、導光部１００において光が進む方向に対して斜めであることをいう。
【００２１】
部分図（Ａ）に示されるように、導光部１００の構成は、図１の部分図（Ａ）に示される場合と同様である。
【００２２】
部分図（Ｂ）に示されるように、光学デバイス１０は、図１に示される場合と同様に、その断面が略台形形状となるように構成されている。
【００２３】
画像表示装置１６０から発せられてコリメートレンズ１７０を透過した光が反射部１１１に対して斜めになるように、マイクロプロジェクタ（光源）１５０は導光部１００に対して配置されている。図１に示される場合と同様に、コリメートレンズ１７０からの光は、回折格子１０１によって回折されて導光部１００に入射する。導光部１００の内部を矢印１９０に対して斜めの方向に進んだ光は、反射部１１１，１１２で反射する。反射した光は、回折格子１０２によって回折されて導光部１００の外に進む。この場合、上述した垂直入射に比べ、入射が回折格子法線に近くなることで、入射方向と回折方向の間の角度をより大きくすることが可能になり、回折効率が向上する。さらに、本実施の形態における垂直入射における回折効率そのものの向上のための回折格子斜め配置を、略台形形状を変更することなく回折効率を一層向上させることが可能になる。
【００２４】
［垂直出射（片側水平）タイプ］
図３を参照して、他の局面に係る光学デバイスについてさらに説明する。図３は、他の局面に従う光学デバイス３０の構成の概要を表す図である。光学デバイス３０は、例えば、少なくとも、レンズおよび回折格子を含み得る。部分図（Ａ）に示されるように、光学デバイス３０は、導光部３００を含む。図３の部分図（Ａ）に示される構成は、図１に示される部分図（Ａ）と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。
【００２５】
部分図（Ｂ）に示されるように、導光部３００の両端のうち一つの端部には、回折格子１０１が矢印１９０の方向に対して斜めの方向に設けられている。回折格子１０１によって回折された光は、矢印１９０の方向に進み、反射部１１１で、矢印１９０の方向に対して平行となるように設けられた回折格子１０２で反射される。すなわち、回折格子１０２は、反射部１１１からユーザの目１８０に光が出射される方向に対して垂直になるように導光部３００の面に設けられている。回折格子１０２に入射した光は、回折格子で反射され、ユーザの目１８０に入射する。このような構成によれば、図１の実施形態の光学デバイス１０の効果に加え、いわゆるプリズム形状を原因とした画像のズレの発生を無くすことが可能となる。つまり、光学デバイス３０は、正面の視界をより十分に確保できると言える。
【００２６】
例えば、レンズ内部に、光線が垂直入出射となる平行平板が存在しても、外界から眼球に対し入射する光線は、その方向に影響を受けないが、その光線上に、いわゆるプリズムが存在する場合では、界面での屈折率差により光線の屈折が生じる。図３の構成を用いれば、この屈折角をなくすことが可能となる。
【００２７】
ここで、図４〜図６を参照して、本実施の形態に係る光学デバイスの設計について説明する。図４〜図６は、光学デバイスの設計の概要を説明する図である。なお、図５は、斜め回折格子部分を簡略に表した図である。
【００２８】
（１）まず、ある局面における光学デバイスの一例として、導光板屈折率を１．６７、導光板外屈折率を１．５０とし、導光される光の波長を５３０ｎｍとする。次に、導光部１００の厚さｔ、入射ビーム径φ、導光部１００の長さｗが決定される。導光部１００の長さｗは、両端に、光の進行方向に対して斜めに回折格子１０１を配置した場合において、導光部１００における入射と出射との間の距離である。一例として、例えば、ｔ＝２ｍｍ、φ＝４ｍｍ、ｗ＝３０ｍｍとする。また、斜めに配置された回折格子１０１の中心へ入る波長０．５３μmの光が、図１に示されるように、反射部１１１，１１２において５回反射する場合を想定する。
【００２９】
（２）次に、傾斜角が決定される。上記の例（回折格子部分の投影が４ｍｍの場合）では、傾斜角＝arctan (２ｍｍ／４ｍｍ)より、２６．６度となる。
【００３０】
（３）導光部の平面に平行な直線を引いた場合、回折格子１０１に垂直な線と当該平行な直線とによりつくられる角４５１，４５２は等しい。したがって、
θｉｎ＝傾斜角１４０＝２６．６度となる。
【００３１】
（４）導光部１００に入射する位置から反射位置までの距離は、以下のようにして導出される。
導光部１００の１/１０の長さ＝30ｍｍ／１０＝３ｍｍ
導光部１００の半分の厚さ＝２ｍｍ／２＝１ｍｍ
よって、θｃｒｉ＝arctan（３／１）＝７１．６度となる。
なお、arcsin（ｎout／ｎin）＝arcsin（1.50/1.67）＝63.9度であるので、全反射の条件（θｃｒｉ＞arcsin（ｎout／ｎin））を満たす。
【００３２】
（５）図６に示されるように、θｃｒｉ＝θｉｎ＋θｏｕｔである。したがって、
θｏｕｔ＝θｃｒｉ−θｉｎ＝７１．６−２６．６＝４５（度）となる。
【００３３】
（６）回折格子のピッチをｄ、回折光の次数をｍとすると、回折格子の一般式から、
ｄ×（1.67×sin（-45） - 1.50×sin（26.6）） ＝ ｍ×0.53
マイナス２次の回折光を使うとすると、ｍ＝−２であるので、
d = （-2×0.53）／（1.67×（-0.707） - 1.50×0.448）= 0.57μｍ。
【００３４】
以下、ある実施の形態に従う光学デバイスのより具体的な構成について説明する。
図４を再び参照して、導光部材に配置された回折格子（１０１）が、導光部材において光が進む方向に対して斜めに配置されている。この光学デバイス（１０）の入射側に配置された回折格子を透過、或いは回折格子で反射した光が、導光部材において回折格子が設けられていない領域において反射する（４２０〜４３０）ように、両端のそれぞれに配置された回折格子は、斜めに配置されている。
【００３５】
この斜め配置により、回折格子１０１に対向する面に反射膜を用いることなく、観察者へ、効率的に光を導くことが可能となる。図３のように、光学デバイス１０が、レンズ内部に形成され、波長５３０ｎｍの光源からの光を導光板１００に対して垂直に入射させる。このとき、導光板１００の屈折率は１．６７、外部レンズの屈折率は１．５０とする。
【００３６】
回折格子を光源に対し垂直に配置し、例えば、特開２０１５−０５３１６３号公報の図２のように、導光部材において、ＴＥ・ＴＭモード混合状態の直線偏光の光が、進む方向に対して平行とする。例えば、０．３５μｍピッチ、高さ２．０μｍ、櫛形形状の回折格子を用いると、１次回折光で、回折効率５．０％が得られる。
【００３７】
一方で、図４に示される、ある実施の形態の局面において、光が進む方向に対して傾斜角１４０を２６．６度とし、直角三角形形状の回折格子のピッチを変化させた場合について、回折効率の回折次数依存を図７に示す。図７は、回折効率の回折次数依存を説明するための図である。図８は、当該回折格子の断面形状を表す図である。
【００３８】
図７において、線４０１（‐１Ｔ＿ｐ＝０．２８６ｕｍ）は、ピッチが０．２８６μｍでのマイナス１次回折光を表す。線４０２（‐２Ｔ＿ｐ＝０．５７２ｕｍ）は、ピッチが０．５７２μｍでのマイナス２次回折光を表す。線４０３（‐３Ｔ＿ｐ＝０．８５８ｕｍ）は、ピッチが０．８５８μｍでのマイナス３次回折光を表す。線４０４（‐４Ｔ＿ｐ＝１．１４４ｕｍ）は、ピッチが１．１４４μｍでのマイナス４次回折光を表す。線４０５（‐５Ｔ＿ｐ＝１．４３ｕｍ）は、ピッチが１．４３μｍでのマイナス５次回折光を表す。ここで、ある実施例において、最大回折効率は、０．５７２μｍピッチ、高さ１．５７μｍ、マイナス２次回折光で、約１６％であった。
【００３９】
次に、この回折格子を用いて、図１の光学デバイスを設計する。まず、導光部の厚さをｔ、入射ビーム径をφ、導光部の長さをｗとする。ここで、導光部の長さｗは、両端に、光の進行方向に対して斜めに回折格子を配置した場合における入射と出射との間の距離である。tan（26.6°）＝0.5より、例えば、ｔ＝２ｍｍ、φ＝４ｍｍとなる。図４から、傾斜角と入射角θｉｎは等しいことがわかる。回折格子のピッチを0.57μｍ、回折光の次数を−２とすると、回折格子の一般式から、
0.57ｘ（1.67×sin（-θｏｕｔ） - 1.50×sin（26.6）） ＝ -2×0.53
の関係が成り立つので、θｏｕｔ＝45°と求められる。ここで、θｃｒｉ＝θｉｎ＋θｏｕｔであることから、θｃｒｉ＝71.6°であり、tan（71.6°）＝3.0から、図１に示されるように導光部で５回反射した場合、導光部の長さｗは、30mmとなる。
【００４０】
なお、arcsin（ｎout／ｎin）＝arcsin（1.50/1.67）＝63.9度であるので、全反射の条件（θｃｒｉ＞arcsin（ｎout／ｎin））を満たし、導光部内部伝搬での、光損失は実用上無視できる。
【００４１】
次に、図９〜図１２を参照して、さらに別の局面について説明する。図９および図１１は、全反射回数は５回、光学デバイスサイズをｔ＝２ｍｍ、φ＝４ｍｍ、ｗ＝３０ｍｍのままで、回折格子形状依存を計算した、矩形デューティー比が50％である櫛形と二等辺三角形の結果を表すグラフである。図１０および図１２は、回折格子の断面形状を表す図である。２次回折光における回折効率は、それぞれ、約1.2%、約4.5%であった。この結果から、回折効率に対し、回折格子の断面形状の依存性があることが分かった。
【００４２】
図９において、線５０１（‐１Ｔ＿ｐ＝０．２８６ｕｍ）は、ピッチが０．２８６μｍでのマイナス１次回折光を表す。線５０２（‐２Ｔ＿ｐ＝０．５７２ｕｍ）は、ピッチが０．５７２μｍでのマイナス２次回折光を表す。線５０３（‐３Ｔ＿ｐ＝０．８５８ｕｍ）は、ピッチが０．８５８μｍでのマイナス３次回折光を表す。線５０４（‐４Ｔ＿ｐ＝１．１４４ｕｍ）は、ピッチが１．１４４μｍでのマイナス４次回折光を表す。線５０５（‐５Ｔ＿ｐ＝１．４３ｕｍ）は、ピッチが１．４３μｍでのマイナス５次回折光を表す。
【００４３】
図１１において、線５１１（‐１Ｔ＿ｐ＝０．２８６ｕｍ）は、ピッチが０．２８６μｍでのマイナス１次回折光を表す。線５１２（‐２Ｔ＿ｐ＝０．５７２ｕｍ）は、ピッチが０．５７２μｍでのマイナス２次回折光を表す。線５１３（‐３Ｔ＿ｐ＝０．８５８ｕｍ）は、ピッチが０．８５８μｍでのマイナス３次回折光を表す。線５１４（‐４Ｔ＿ｐ＝１．１４４ｕｍ）は、ピッチが１．１４４μｍでのマイナス４次回折光を表す。線５１５（‐５Ｔ＿ｐ＝１．４３ｕｍ）は、ピッチが１．４３μｍでのマイナス５次回折光を表す。
【００４４】
次に、図１３および図１５に、全反射回数は５回、光学デバイスサイズをｔ＝２ｍｍ、φ＝３ｍｍ、ｗ＝３０ｍｍとして回折格子形状の依存性を計算した結果を示す。図１４および図１６は、回折格子の断面形状を表す図である。
【００４５】
図１３において、線６０１（‐１Ｔ＿ｐ＝０．２８６ｕｍ）は、ピッチが０．２８６μｍでのマイナス１次回折光を表す。線６０２（‐２Ｔ＿ｐ＝０．５７２ｕｍ）は、ピッチが０．５７２μｍでのマイナス２次回折光を表す。線６０３（‐３Ｔ＿ｐ＝０．８５８ｕｍ）は、ピッチが０．８５８μｍでのマイナス３次回折光を表す。線６０４（‐４Ｔ＿ｐ＝１．１４４ｕｍ）は、ピッチが１．１４４μｍでのマイナス４次回折光を表す。線６０５（‐５Ｔ＿ｐ＝１．４３ｕｍ）は、ピッチが１．４３μｍでのマイナス５次回折光を表す。図１３および図１５から、デバイスサイズによっても、回折効率の向上が可能であることがわかる。
【００４６】
次に、配置の自由度を増やすため、斜めからの入射の特性を調べた。図１７に、断面が直角三角形の回折格子面に対する、反射光、透過光、１次回折光、２次回折光における光強度の入射角度依存性を示す。
【００４７】
線７０１は、反射光（0Ｒ）の回折効率の入射角度依存性を表す。線７０２は、入射光（0Ｔ）の回折効率の入射角度依存性を表す。線７０３は、マイナス一次の回折光（−１Ｔ）の回折効率の入射角度依存性を表す。線７０４は、マイナス二次の回折光（−２Ｔ）の回折効率の入射角度依存性を表す。
【００４８】
このことから、回折効率には、各次数において、それぞれの入射角依存性があることがわかる。よって、導光部に対し平行に回折格子を作成し、光源の入射角のみをもって、最大の回折効率を得るより、導光部に対し斜めに配置し、その角度も変化させ、光源との相対角度で最大の回折効率を得る方が、光源配置の自由度を一層高められると言える。
【００４９】
最後に、出射側の回折格子に関して検討をする。例えば、レンズ内部に、光線が垂直入出射となる平行平板が存在しても、外界から眼球に対し入射する光線は、その方向に影響を受けない。しかしながら、その光線上にいわゆるプリズムが存在する場合では、図１８に示されるように、界面での屈折率差により光線の屈折が生じる。
【００５０】
例えば、屈折率１．５０の平行平板内部に、屈折率１．６７の傾斜角２６．６度の光学素子が平行に存在する場合、平行平板に対し垂直に入射した光線の屈折を計算すると、光学素子傾斜面法線に対する入射光線角度をθinとし、光学素子傾斜面法線に対する出射角度をφとすると、
1.67 × sin θin ＝ 1.50 × sin φ
が成り立つ。外部平板における出射面法線に対する入射角度は、φ - θin となり、外部平板における出射面法線に対する出射角度をθoutとすれば、
1.50 × sin (φ - θin) ＝ 1.0 × sin θout
である。ここで、外部平板の外界は、屈折率1.0の空気としており、平行平板に対し垂直に入射した光線に対する、最終的な屈折角は、 (φ - θin) + θoutで与えられる。
【００５１】
ある実施例では、光学素子の傾斜角は２６．６度であり、これは光学素子傾斜面法線に対する入射光線角度をθinと等しい。よって、 (φ - θin) ＝3.30度、θout＝4.96度から、屈折角は8.26度であり、傾斜面を透過してくる外界視界において、この角度に相応した画像ズレが生じることになる。そこで、図３に示されるように、出射側の回折格子を導光部に対し平行に配置することで、画像ズレを解消することが可能である。
【００５２】
以上のようにして、ある実施の形態に従うと、いわゆるウエアラブル端末への応用が可能な回折格子を備えた導光板において、導光板内での光の進行方向に対して、回折格子を斜めに配置することで、回折効率の向上が実現され得る。
【００５３】
ある実施の形態に従うと、回折効率は、回折格子の断面形状、光学デバイスのサイズや入射角度によっても向上させられる可能性がある。
【００５４】
また、ある実施の形態に従うと、斜めに回折格子を配置することで、回折効率を向上させる光源との相対角度の自由度が広がり、光源配置の自由度を増すことができる。
【００５５】
ある実施の形態に従うと、回折格子の斜め配置による出射側のプリズム効果（視界における画像ズレ）に関しては、出射側の回折格子を導光板内での光の進行方向に対してほぼ平行に配置することで、当該プリズム効果を解消し得る。
【００５６】
（まとめ）
要約すると、本開示に係る光学デバイスは以下のような構成を備える。
【００５７】
［構成１］
・ある実施の形態に従う光学デバイスは、導光部材（例えば、導光部１００）と、
・導光部材に配置された１つ以上の回折格子（例えば、回折格子１０１，１０２）とを備える。
・当該１つ以上の回折格子は、導光部材の長手方向（例えば矢印１９０の方向）に対して斜めに配置されている。
【００５８】
［構成２］
ある実施の形態に従うと、構成２を有する光学デバイスは、構成１に加えて、さらに以下のように構成され得る。
・上記導光部材の両端は、上記方向に対して斜めに形成されており、
・上記導光部材の両端のそれぞれに、回折格子（例えば、回折格子１０１，１０２）が配置されており、
・光学デバイスの入射側に配置された回折格子（例えば、回折格子１０１）を透過した光が、導光部材において回折格子が設けられていない領域において反射するように構成されている。
【００５９】
［構成３］
ある実施の形態に従うと、構成３を有する光学デバイスは、構成１または構成２に加えて、さらに以下のように構成され得る。
・導光部材（例えば導光部１００）の両端のうちの入射側の端部は、上記方向に対して斜めに形成されており、
・入射側の端部に配置された回折格子（例えば回折格子１０１）を透過した光が、上記両端のうちの出射側に配置された回折格子（例えば回折格子１０２）において反射するように、入射側の端部において斜めに配置されている。
【００６０】
［構成４］
ある実施の形態に従うと、構成４を有する光学デバイスは、上記の各構成のいずれかに加えて、さらに以下のように構成され得る。
・上記１つ以上の回折格子は、透過型の回折格子および反射型の回折格子のいずれかを含む。
【００６１】
［構成５］
ある実施の形態に従うと、構成５を有する光学デバイスは、上記の各構成のいずれかに加えて、さらに以下のように構成され得る。
・上記導光部材（例えば導光部１００，３００）の端面には、１つ以上の回折格子が配置される傾きに応じた傾斜が形成されている。
【００６２】
［構成６］
ある実施の形態に従うと、構成６を有する光学デバイスは、上記の各構成のいずれかに加えて、上記導光部材（例えば、導光部１００，３００）は、レンズの中に形成されている。
【００６３】
以上のようにして、本実施の形態に係る光学デバイスによれば、回折格子が導光部に対して、当該導光部の長手方向に対して斜めに配置または形成される。したがって、低次の回折光（例えば、±１次回折光、±２次回折光）を光学デバイスのユーザの目の方向に向けることが容易になる。その結果、映像を出力する画像表示装置の配置の自由度が増し、あるいは、ユーザの目の配置の自由度も高めることができる。
【００６４】
また、本実施の形態に係る光学デバイスは、透過型であるため、ある局面において、反射型の光学デバイスに比べて、界面反射による光損失が減少され得る。また、散乱光が導光板側に反射していくため、眼側への雑音（光）が少なくなり得る。より詳しくは、ある実施の形態において、プロジェクタから眼までのトータルの光量を考えると、本実施の形態に係る透過型の光学デバイスの場合、通過する界面数を減らすことができる。例えば、反射型の光学デバイスについて、プロジェクタからの入射光を考えた場合、入射光は、メガネレンズ表面→導光板界面→反射（回折）面と進行する。一方、本実施の形態に係る透過型の光学デバイスでは、入射光は、メガネレンズ表面→回折面と進行するため、界面反射による光損失を減少できる点で有利になり得る。
【００６５】
さらに、ある実施の形態において、回折／反射面での光散乱を考えた場合、入射側において、反射型の光学デバイスでは、散乱光が導光板内部に発生するのに対し、透過型の光学デバイスでは、入射光はメガネレンズ側に反射していくため、眼側への雑音（光）が少なくなる点で有利になり得る。同様に、出射側においても、反射型の光学デバイスでは、散乱光が眼側へも向かう。これに対し、透過型の光学デバイスでは、導光板側に反射していくため、眼側への雑音（光）が少なくなり得る。
【００６６】
本開示に係る光学デバイスは、例えば、眼鏡、ヘッドマウントディスプレイその他のいわゆるウェアラブル端末等にも適用可能である。
【００６７】
この発明を詳細に説明し示してきたが、これは例示のためのみであって、限定ととってはならず、発明の範囲は添付の請求の範囲によって解釈されることが明らかに理解されるであろう。
【符号の説明】
【００６８】
１０，３０  光学デバイス、１０１，１０２  回折格子、１００，３００  導光部、１１０  幅、１１１，１１２  反射部、１２０  高さ、１３０  厚さ、１４０  傾斜角、１５０  マイクロプロジェクタ（光源）、１６０  画像表示装置、１７０  コリメートレンズ、１８０  目。
【図１】
2017030207.tif 000003
【図２】
2017030207.tif 000004
【図３】
2017030207.tif 000005
【図４】
2017030207.tif 000006
【図５】
2017030207.tif 000007
【図６】
2017030207.tif 000008
【図７】
2017030207.tif 000009
【図８】
2017030207.tif 000010
【図９】
2017030207.tif 000011
【図１０】
2017030207.tif 000012
【図１１】
2017030207.tif 000013
【図１２】
2017030207.tif 000014
【図１３】
2017030207.tif 000015
【図１４】
2017030207.tif 000016
【図１５】
2017030207.tif 000017
【図１６】
2017030207.tif 000018
【図１７】
2017030207.tif 000019
【図１８】
2017030207.tif 000020
【国際調査報告】
2017030207.tif 000021
2017030207.tif 000022
2017030207.tif 000023
2017030207.tif 000024