JP2000267041A - 頭部搭載型カラー映像投影装置、カラーホログラム光学素子、およびカラーホログラム光学素子の製造方法 - Google Patents
頭部搭載型カラー映像投影装置、カラーホログラム光学素子、およびカラーホログラム光学素子の製造方法Info
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- JP2000267041A JP2000267041A JP11069876A JP6987699A JP2000267041A JP 2000267041 A JP2000267041 A JP 2000267041A JP 11069876 A JP11069876 A JP 11069876A JP 6987699 A JP6987699 A JP 6987699A JP 2000267041 A JP2000267041 A JP 2000267041A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型で、必要なシースルー性を確保できる頭
部搭載型カラー映像投影装置、カラーホログラム光学素
子、およびカラーホログラム光学素子の製造方法を提供
する。 【解決手段】 光源１からの光は、導波路１１を介して
カラーホログラム光学素子４に入射する。カラーホログ
ラム光学素子４のＲＧＢに対応した各要素カラーホログ
ラム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂからの光は、液晶表示素子
５のＲＧＢに相当する画素７Ｒ，７Ｇ，７Ｂを透過し、
カラー画像を網膜１０に投影する。
部搭載型カラー映像投影装置、カラーホログラム光学素
子、およびカラーホログラム光学素子の製造方法を提供
する。 【解決手段】 光源１からの光は、導波路１１を介して
カラーホログラム光学素子４に入射する。カラーホログ
ラム光学素子４のＲＧＢに対応した各要素カラーホログ
ラム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂからの光は、液晶表示素子
５のＲＧＢに相当する画素７Ｒ，７Ｇ，７Ｂを透過し、
カラー画像を網膜１０に投影する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、網膜上に広い画角
で、高精細なカラー画像を投影する頭部搭載型カラー映
像投影装置、カラーホログラム光学素子、およびカラー
ホログラム光学素子の製造方法に関し、特に、小型で、
必要なシースルー性を確保できる頭部搭載型カラー映像
投影装置、カラーホログラム光学素子、およびカラーホ
ログラム光学素子の製造方法に関する。
で、高精細なカラー画像を投影する頭部搭載型カラー映
像投影装置、カラーホログラム光学素子、およびカラー
ホログラム光学素子の製造方法に関し、特に、小型で、
必要なシースルー性を確保できる頭部搭載型カラー映像
投影装置、カラーホログラム光学素子、およびカラーホ
ログラム光学素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ヘッド・マウンテッド・ディスプレイ
（ＨＭＤ）は、頭部に装着して画像を観察する小型映像
表示装置である。このＨＭＤは、液晶ディスプレイ（Ｌ
ＣＤ）等に代表される表示素子からなる画像形成部と、
レンズおよびミラーからなる画像伝送部とを眼前に配置
し、ベルト等の装着機構で頭部に固定して用いる。画像
形成部の表示素子に表示された画像は、画像伝送部のレ
ンズとミラーにより収差補正と拡大機能により見易い場
所に大画面の仮想スクリーンを形成して表示される。
（ＨＭＤ）は、頭部に装着して画像を観察する小型映像
表示装置である。このＨＭＤは、液晶ディスプレイ（Ｌ
ＣＤ）等に代表される表示素子からなる画像形成部と、
レンズおよびミラーからなる画像伝送部とを眼前に配置
し、ベルト等の装着機構で頭部に固定して用いる。画像
形成部の表示素子に表示された画像は、画像伝送部のレ
ンズとミラーにより収差補正と拡大機能により見易い場
所に大画面の仮想スクリーンを形成して表示される。
【０００３】この特徴を生かし、ＨＭＤは航空機用の高
度・速度等の飛行情報を表示する装置、個人用の映画、
テレビゲーム、人工現実感を実現するものとして開発さ
れ、製品化されている。また、最近では、携帯型コンピ
ュータ（Wearable Computer）用ディスプレイとしての
研究も行われている。
度・速度等の飛行情報を表示する装置、個人用の映画、
テレビゲーム、人工現実感を実現するものとして開発さ
れ、製品化されている。また、最近では、携帯型コンピ
ュータ（Wearable Computer）用ディスプレイとしての
研究も行われている。
【０００４】このようなＨＭＤには、外界を見ることが
できるシースルー型と、外界を見ることができないクロ
ーズ型がある。人工現実感等のようにシースルー型より
もむしろクローズ型の方が好ましい場合もあるが、多く
の場合は外界も同時に観察できるシースルー型の方が携
帯使用には便利である。このシースルー型ＨＭＤは、上
記画像形成部および画像伝送部に加え、シースルー機能
を実現するための要素としてビームコンバイナが必要と
なる。
できるシースルー型と、外界を見ることができないクロ
ーズ型がある。人工現実感等のようにシースルー型より
もむしろクローズ型の方が好ましい場合もあるが、多く
の場合は外界も同時に観察できるシースルー型の方が携
帯使用には便利である。このシースルー型ＨＭＤは、上
記画像形成部および画像伝送部に加え、シースルー機能
を実現するための要素としてビームコンバイナが必要と
なる。
【０００５】ビームコンバイナは、例えば、ＣＲＴやＬ
ＣＤの表示画像を拡大表示すると同時に、外界からの入
射光を観察できるようにしたもので、代表的な方式とし
てハーフミラー、プリズム、ホログラムがある。ハーフ
ミラーやプリズムは、その原理において、画像光と外界
光の光量の和が１００％となるため、明るい画像を得る
ために高い反射率を設定すると、外界光が減少してシー
スルー性が低下することが避けられない。一方、ホログ
ラム方式は、特定の波長に対して鋭い波長選択性があ
り、その波長のみを反射回折させることができるため、
特定波長の１００％の画像表示光とその波長を除いた１
００％の外界光を重ねて見ることができる。この働き
は、ビームコンバイナで表示画像を表示すると同時に、
外界からの光を１００％取り込むことが可能で、高いシ
ースルー性を実現することができる方式である。
ＣＤの表示画像を拡大表示すると同時に、外界からの入
射光を観察できるようにしたもので、代表的な方式とし
てハーフミラー、プリズム、ホログラムがある。ハーフ
ミラーやプリズムは、その原理において、画像光と外界
光の光量の和が１００％となるため、明るい画像を得る
ために高い反射率を設定すると、外界光が減少してシー
スルー性が低下することが避けられない。一方、ホログ
ラム方式は、特定の波長に対して鋭い波長選択性があ
り、その波長のみを反射回折させることができるため、
特定波長の１００％の画像表示光とその波長を除いた１
００％の外界光を重ねて見ることができる。この働き
は、ビームコンバイナで表示画像を表示すると同時に、
外界からの光を１００％取り込むことが可能で、高いシ
ースルー性を実現することができる方式である。
【０００６】ＨＭＤは、全体の装置サイズに対し仮想的
に大きな画面を表示することが可能なため、携帯性に優
れている。携帯型表示装置の理想的な形態としてメガネ
型ディスプレイが挙げられる。メガネ型ディスプレイの
ような小型、軽量を実現するには、表示素子（ディスプ
レイ）の小型化と同時に画像伝送部、コンバイナの小型
化も求められる。ハーフミラーやプリズム、通常の非対
称光学系（Ｓｍａｌｌ−ｏｆｆ ａｘｉｓ：ＳＯＡ）ホ
ログラムではいずれもその原理からくる制約のために目
の前の装置サイズが大きくなり、メガネのような形態ま
で薄くすることは困難である。これに対し、大きな非対
称光学系（Ｌａｒｇｅ−ｏｆｆ ａｘｉｓ：ＬＯＡ）ホ
ログラムをコンバイナに用いることにより、目の前の部
材を大幅に薄くすることが可能となる。
に大きな画面を表示することが可能なため、携帯性に優
れている。携帯型表示装置の理想的な形態としてメガネ
型ディスプレイが挙げられる。メガネ型ディスプレイの
ような小型、軽量を実現するには、表示素子（ディスプ
レイ）の小型化と同時に画像伝送部、コンバイナの小型
化も求められる。ハーフミラーやプリズム、通常の非対
称光学系（Ｓｍａｌｌ−ｏｆｆ ａｘｉｓ：ＳＯＡ）ホ
ログラムではいずれもその原理からくる制約のために目
の前の装置サイズが大きくなり、メガネのような形態ま
で薄くすることは困難である。これに対し、大きな非対
称光学系（Ｌａｒｇｅ−ｏｆｆ ａｘｉｓ：ＬＯＡ）ホ
ログラムをコンバイナに用いることにより、目の前の部
材を大幅に薄くすることが可能となる。
【０００７】図５は、ＬＯＡホログラム光学素子を用い
た従来例１を示す。この従来例１において、光源１０１
からの光束は、集光レンズ１０２を通して集束し、空間
フィルター１０３で焦点を結ぶ。この焦点は光源像であ
る２次点光源１０３ａであり、新たな光源として作用す
る。この２次点光源１０３ａからの発散球面波は、非球
面凸レンズとして作用する照明用ＬＯＡホログラム光学
素子１０４で発散光を集束光に変換する。照明用ＬＯＡ
ホログラム光学素子１０４で回折された光は、集束光と
して照明用ホログラム光学素子１０４の近傍に配置され
た透過型画像表示用空間変調器（表示素子）１０５を照
明する。そして、瞳孔１０６で焦点を結び、網膜１０７
上に幾何学像を形成する。このような構成にすることに
より、頭部搭載型の映像表示装置を小型にできる。ま
た、２次点光源１０３ａを用いることにより、高い解像
度の映像を大きな画角で観察できる。また、ＬＯＡホロ
グラム素子１０４を用いることにより、眼前光学系の厚
さを５ｍｍ以下と非常に薄くできる。
た従来例１を示す。この従来例１において、光源１０１
からの光束は、集光レンズ１０２を通して集束し、空間
フィルター１０３で焦点を結ぶ。この焦点は光源像であ
る２次点光源１０３ａであり、新たな光源として作用す
る。この２次点光源１０３ａからの発散球面波は、非球
面凸レンズとして作用する照明用ＬＯＡホログラム光学
素子１０４で発散光を集束光に変換する。照明用ＬＯＡ
ホログラム光学素子１０４で回折された光は、集束光と
して照明用ホログラム光学素子１０４の近傍に配置され
た透過型画像表示用空間変調器（表示素子）１０５を照
明する。そして、瞳孔１０６で焦点を結び、網膜１０７
上に幾何学像を形成する。このような構成にすることに
より、頭部搭載型の映像表示装置を小型にできる。ま
た、２次点光源１０３ａを用いることにより、高い解像
度の映像を大きな画角で観察できる。また、ＬＯＡホロ
グラム素子１０４を用いることにより、眼前光学系の厚
さを５ｍｍ以下と非常に薄くできる。
【０００８】図６は、画像伝送を２枚のホログラムで行
う従来例２を示す。この従来例２において、光源１１０
から出射した光はレンズ１１１で集光後、焦点位置に置
いた微小なピンホール１１２で微小２次点光源１１２ａ
を形成し、その後球面波となって発散する。この時点で
発散光は部分的コヒーレント照明光になる。その後、コ
リメータ・レンズ１１３により平行光となって透過型の
画像表示用空間変調器１１４に入射し、変調された後、
透明基板１１５に密着形成された第１の反射型回折素子
１１６に照射される。第１の反射型回折素子１１６は、
例えば、反射型ＬＯＡホログラムで構成されており、光
を非対称に反射する。第１の反射型回折素子１１６で反
射された光は、透明基板１１５の内面１１７で全反射し
た後、第２の反射型回折素子１１８に照射される。第２
の反射型回折素子１１８は、例えば、反射型ＬＯＡホロ
グラムで構成されており、光を非対称に反射すると共に
反射した光を眼球１１９の瞳１２０の中心に集光し、網
膜１２１へと投影するものである。この従来例２によれ
ば、眼の前に表示素子はなく、ホログラムのみがあるた
め、外界の透過率は約８０％以上を確保できる。
う従来例２を示す。この従来例２において、光源１１０
から出射した光はレンズ１１１で集光後、焦点位置に置
いた微小なピンホール１１２で微小２次点光源１１２ａ
を形成し、その後球面波となって発散する。この時点で
発散光は部分的コヒーレント照明光になる。その後、コ
リメータ・レンズ１１３により平行光となって透過型の
画像表示用空間変調器１１４に入射し、変調された後、
透明基板１１５に密着形成された第１の反射型回折素子
１１６に照射される。第１の反射型回折素子１１６は、
例えば、反射型ＬＯＡホログラムで構成されており、光
を非対称に反射する。第１の反射型回折素子１１６で反
射された光は、透明基板１１５の内面１１７で全反射し
た後、第２の反射型回折素子１１８に照射される。第２
の反射型回折素子１１８は、例えば、反射型ＬＯＡホロ
グラムで構成されており、光を非対称に反射すると共に
反射した光を眼球１１９の瞳１２０の中心に集光し、網
膜１２１へと投影するものである。この従来例２によれ
ば、眼の前に表示素子はなく、ホログラムのみがあるた
め、外界の透過率は約８０％以上を確保できる。
【０００９】一方、近年、表示装置のバックライト光の
利用効率向上にホログラムカラーフィルタを用いた例が
数多く出願されている。特に、省電力化のみならず、モ
ーバイル環境化でのバッテリ容量の大半が液晶表示装置
の照明に用いられている問題点に鑑みてなされている。
利用効率向上にホログラムカラーフィルタを用いた例が
数多く出願されている。特に、省電力化のみならず、モ
ーバイル環境化でのバッテリ容量の大半が液晶表示装置
の照明に用いられている問題点に鑑みてなされている。
【００１０】このような液晶表示装置用微小ホログラム
アレイの従来の作製方法としては、例えば、特開平６−
２８１９３３号公報に示されるものがある。
アレイの従来の作製方法としては、例えば、特開平６−
２８１９３３号公報に示されるものがある。
【００１１】図７は、その従来例３を示す。１つの要素
ホログラムは、微小マイクロレンズアレイからの集束出
射光と平行光との干渉により、透過型ホログラムとして
作製している。すなわち、物体光１３０は、レンズ１３
１で収束され、基板１３３に密着したホログラム感光材
料１３２に照射される。一方、参照光１３４は、マイク
ロレンズアレイの端からホログラム感光材料１３２に照
射される。この２光束で干渉縞が記録される。特開平６
−３０８３３２号公報では、作製した要素ホログラムか
らの光を液晶表示装置のカラーフィルターに照射する例
を示している。
ホログラムは、微小マイクロレンズアレイからの集束出
射光と平行光との干渉により、透過型ホログラムとして
作製している。すなわち、物体光１３０は、レンズ１３
１で収束され、基板１３３に密着したホログラム感光材
料１３２に照射される。一方、参照光１３４は、マイク
ロレンズアレイの端からホログラム感光材料１３２に照
射される。この２光束で干渉縞が記録される。特開平６
−３０８３３２号公報では、作製した要素ホログラムか
らの光を液晶表示装置のカラーフィルターに照射する例
を示している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例１によ
ると、２次点光源１０３ａからのコヒーレント性を高め
た光をＬＯＡホログラム光学素子１０４で回折させて空
間変調器１０５を照明するので、モノクロ表示素子を用
いると、外界の透過率は６０％程度を確保できるが、カ
ラー表示素子を用いると、透過率は１０％未満になり、
シースルー性が充分でないという問題点がある。
ると、２次点光源１０３ａからのコヒーレント性を高め
た光をＬＯＡホログラム光学素子１０４で回折させて空
間変調器１０５を照明するので、モノクロ表示素子を用
いると、外界の透過率は６０％程度を確保できるが、カ
ラー表示素子を用いると、透過率は１０％未満になり、
シースルー性が充分でないという問題点がある。
【００１３】従来例２によると、２つのホログラムを必
要とする上、口径の大きいコリメータ・レンズ１１３を
用いているため、従来例１より再生光学系が大きくなる
という問題点がある。
要とする上、口径の大きいコリメータ・レンズ１１３を
用いているため、従来例１より再生光学系が大きくなる
という問題点がある。
【００１４】従来例３は、プロジェクタおよび通常の液
晶表示装置用になされた発明であり、液晶表示素子の複
数の画素へそれぞれ集束させる方法で作製するものであ
るため、このままでは、瞳の中心に集束させなけらばな
らない頭部搭載型映像表示装置に適用できない。
晶表示装置用になされた発明であり、液晶表示素子の複
数の画素へそれぞれ集束させる方法で作製するものであ
るため、このままでは、瞳の中心に集束させなけらばな
らない頭部搭載型映像表示装置に適用できない。
【００１５】従って、本発明の目的は、小型で、必要な
シースルー性を確保できる頭部搭載型カラー映像投影装
置、カラーホログラム光学素子、およびカラーホログラ
ム光学素子の製造方法を提供することにある。
シースルー性を確保できる頭部搭載型カラー映像投影装
置、カラーホログラム光学素子、およびカラーホログラ
ム光学素子の製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、光源からの光を集光光学系を介して導波路
に入射し、前記導波路内で発散する光をホログラム光学
素子によって集光して液晶表示素子に照射し、その透過
光を網膜に投影する頭部搭載型カラー映像投影装置にお
いて、前記ホログラム光学素子は、カラーフィルタ機能
を備えたことを特徴とする頭部搭載型カラー映像投影装
置を提供する。上記構成によれば、ホログラム光学素子
に光を入射する手段として導波路を用いることにより、
小型になる。ホログラム光学素子にカラーフィルタ機能
を付加することにより、カラー液晶表示素子を用いるよ
りもシースルー性が向上する。
成するため、光源からの光を集光光学系を介して導波路
に入射し、前記導波路内で発散する光をホログラム光学
素子によって集光して液晶表示素子に照射し、その透過
光を網膜に投影する頭部搭載型カラー映像投影装置にお
いて、前記ホログラム光学素子は、カラーフィルタ機能
を備えたことを特徴とする頭部搭載型カラー映像投影装
置を提供する。上記構成によれば、ホログラム光学素子
に光を入射する手段として導波路を用いることにより、
小型になる。ホログラム光学素子にカラーフィルタ機能
を付加することにより、カラー液晶表示素子を用いるよ
りもシースルー性が向上する。
【００１７】複数の色にそれぞれ対応する要素ホログラ
ム群を具備し、カラーフィルタ機能および集光機能を有
するカラーホログラム光学素子において、前記複数の色
にそれぞれ対応する要素ホログラム群は、凹凸形状を有
する表面レリーフ形回折格子であることを特徴とするカ
ラーホログラム光学素子を提供する。
ム群を具備し、カラーフィルタ機能および集光機能を有
するカラーホログラム光学素子において、前記複数の色
にそれぞれ対応する要素ホログラム群は、凹凸形状を有
する表面レリーフ形回折格子であることを特徴とするカ
ラーホログラム光学素子を提供する。
【００１８】本発明は、上記目的を達成するため、複数
の色にそれぞれ対応する要素ホログラム群を具備し、カ
ラーフィルタ機能および集光機能を有するカラーホログ
ラム光学素子を製造する方法において、透明基板上にホ
ログラム感光材料を形成し、前記複数の色のうちの１つ
の色の物体光束を所定の点で焦点を結ぶように前記ホロ
グラム感光材料に照射し、前記透明基板の端面から参照
光を入射して前記１つの色に対応する前記要素ホログラ
ム群を露光形成することを特徴とするカラーホログラム
光学素子の製造方法を提供する。上記構成によれば、所
定の色の物体光束を所定の点で焦点を結ぶようにホログ
ラム感光材料に照射し、透明基板の端面から参照光を入
射して所定の色に対応する要素ホログラム群を露光形成
することにより、カラーフィルタ機能および集光機能を
有するカラーホログラム光学素子が製造される。
の色にそれぞれ対応する要素ホログラム群を具備し、カ
ラーフィルタ機能および集光機能を有するカラーホログ
ラム光学素子を製造する方法において、透明基板上にホ
ログラム感光材料を形成し、前記複数の色のうちの１つ
の色の物体光束を所定の点で焦点を結ぶように前記ホロ
グラム感光材料に照射し、前記透明基板の端面から参照
光を入射して前記１つの色に対応する前記要素ホログラ
ム群を露光形成することを特徴とするカラーホログラム
光学素子の製造方法を提供する。上記構成によれば、所
定の色の物体光束を所定の点で焦点を結ぶようにホログ
ラム感光材料に照射し、透明基板の端面から参照光を入
射して所定の色に対応する要素ホログラム群を露光形成
することにより、カラーフィルタ機能および集光機能を
有するカラーホログラム光学素子が製造される。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施の形
態に係る頭部搭載型カラー映像投影装置を示す。この装
置は、例えば、白色ＬＥＤの如き光源１と、光源１から
の光を集束させる集束部材２と、集束部材２による集光
位置に２次点光源３ａを形成するピンホール３と、カラ
ーフィルタ機能および集光機能を有するカラーホログラ
ム光学素子４と、２次点光源３ａからの光をカラーホロ
グラム光学素子４に導く導波路１１と、カラーホログラ
ム光学素子４からの光を画像信号に応じて変調し、透過
させて瞳孔９に投影する空間変調器としての液晶表示素
子５とを備える。
態に係る頭部搭載型カラー映像投影装置を示す。この装
置は、例えば、白色ＬＥＤの如き光源１と、光源１から
の光を集束させる集束部材２と、集束部材２による集光
位置に２次点光源３ａを形成するピンホール３と、カラ
ーフィルタ機能および集光機能を有するカラーホログラ
ム光学素子４と、２次点光源３ａからの光をカラーホロ
グラム光学素子４に導く導波路１１と、カラーホログラ
ム光学素子４からの光を画像信号に応じて変調し、透過
させて瞳孔９に投影する空間変調器としての液晶表示素
子５とを備える。
【００２０】集束部材２は、例えば、ボールレンズ，屈
折率分布レンズ等を用いることができる。本実施の形態
では、屈折率分布レンズを用いる。
折率分布レンズ等を用いることができる。本実施の形態
では、屈折率分布レンズを用いる。
【００２１】カラーホログラム光学素子４は、レッド、
グリーン、ブルー（ＲＧＢ）にそれぞれ対応した要素カ
ラーホログラム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを有し、カラー
ホログラム光学素子４で回折を受けた光が最終的には瞳
孔９で焦点を結ぶように作製される。このホログラム材
料には、銀塩フィルム、重クロム酸ゼラチン、フォトポ
リマ等の透光性のある材料が用いられる。
グリーン、ブルー（ＲＧＢ）にそれぞれ対応した要素カ
ラーホログラム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを有し、カラー
ホログラム光学素子４で回折を受けた光が最終的には瞳
孔９で焦点を結ぶように作製される。このホログラム材
料には、銀塩フィルム、重クロム酸ゼラチン、フォトポ
リマ等の透光性のある材料が用いられる。
【００２２】液晶表示素子５は、カラー液晶表示素子か
らカラーフィルタを除いたものであり、偏光板６，８
と、レッド、グリーン、ブルー（ＲＧＢ）にそれぞれ相
当する画素７Ｒ，７Ｇ，７Ｂとを有する。
らカラーフィルタを除いたものであり、偏光板６，８
と、レッド、グリーン、ブルー（ＲＧＢ）にそれぞれ相
当する画素７Ｒ，７Ｇ，７Ｂとを有する。
【００２３】図２は、カラーホログラム光学素子４の作
製方法を示す。カラーホログラム光学素子４は、同図に
示すように、反射型配置で作製する。そして、赤、緑、
青と逐次露光して行う。まず、赤色レーザーの物体光２
１をＮＡが０．１のＦＯＰ（ファイバーオプチックプレ
ート）２２に入射させる。ここで、ＦＯＰ２２は、赤の
画素に相当する部分以外の光を遮断させる処理（例え
ば、吸収材の充填）を行っておく。ＦＯＰ２２のＮＡは
小さいので、ＦＯＰ２２からの出射光の広がりは小さ
い。ＦＯＰ２２からの出射光を所定のレンズ２３を通し
て平行光束にし、別のレンズ２４を用いて集束させ、導
波路１１となる石英基板２６上に密着しているホログラ
ム感光材料２５に、ホログラム感光材料２５から約１５
ｍｍの位置に焦点を結ぶように照射させる。
製方法を示す。カラーホログラム光学素子４は、同図に
示すように、反射型配置で作製する。そして、赤、緑、
青と逐次露光して行う。まず、赤色レーザーの物体光２
１をＮＡが０．１のＦＯＰ（ファイバーオプチックプレ
ート）２２に入射させる。ここで、ＦＯＰ２２は、赤の
画素に相当する部分以外の光を遮断させる処理（例え
ば、吸収材の充填）を行っておく。ＦＯＰ２２のＮＡは
小さいので、ＦＯＰ２２からの出射光の広がりは小さ
い。ＦＯＰ２２からの出射光を所定のレンズ２３を通し
て平行光束にし、別のレンズ２４を用いて集束させ、導
波路１１となる石英基板２６上に密着しているホログラ
ム感光材料２５に、ホログラム感光材料２５から約１５
ｍｍの位置に焦点を結ぶように照射させる。
【００２４】一方、参照光２７を石英基板２６の端面２
６ａに物体光２１となす角度、例えば、２５５度で入射
させて露光する。ここで、物体光２１の入射角度は、導
波路１１内の厚さ、屈折率により適した入射角度を設定
する。このようにして、赤対応の要素ホログラム群を作
製する。赤の露光が終わったら、次に、緑、青を露光す
る。この時、使用するＦＯＰ２２には、赤のときに用い
たのと同じ処理を行っておく。このようにして、カラー
フィルター機能および集光機能を有するカラーホログラ
ム光学素子４を作製する。以上示すように感光材料にレ
ーザを用いて干渉縞を記録する以外に、表面が凹凸形状
を有する表面レリーフ形の回折形光学素子を用いてもよ
い。
６ａに物体光２１となす角度、例えば、２５５度で入射
させて露光する。ここで、物体光２１の入射角度は、導
波路１１内の厚さ、屈折率により適した入射角度を設定
する。このようにして、赤対応の要素ホログラム群を作
製する。赤の露光が終わったら、次に、緑、青を露光す
る。この時、使用するＦＯＰ２２には、赤のときに用い
たのと同じ処理を行っておく。このようにして、カラー
フィルター機能および集光機能を有するカラーホログラ
ム光学素子４を作製する。以上示すように感光材料にレ
ーザを用いて干渉縞を記録する以外に、表面が凹凸形状
を有する表面レリーフ形の回折形光学素子を用いてもよ
い。
【００２５】次に、第１の実施の形態の動作を説明す
る。光源１からの光は、集束部材２によって集束され、
集光位置に配置されたピンホール３で２次点光源３ａと
なり、その２次点光源３ａからの発散光は、導波路１１
の端面１１ａに入射する。導波路１１の端面１１ａに入
射した光は、導波路１１内を発散しながら進み、カラー
ホログラム光学素子４に入射する。カラーホログラム光
学素子４のＲＧＢに対応した各要素カラーホログラム４
０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂからの光は、液晶表示素子５のＲ
ＧＢに相当する画素７Ｒ，７Ｇ，７Ｂに入射する。各画
素７Ｒ，７Ｇ，７Ｂに入射した光波は、それぞれの画素
７Ｒ，７Ｇ，７Ｂで画像信号に応じて回折を受けた後、
０次回折光は瞳孔９で焦点（ホログラム光学素子レンズ
の集光点：フラウンフォーファ回折像面・フーリエ変換
面である）を結ぶ。そして、幾何学像を網膜１０に形成
する。観察者は液晶表示面が形成する開口に応じた視野
角を認識する。
る。光源１からの光は、集束部材２によって集束され、
集光位置に配置されたピンホール３で２次点光源３ａと
なり、その２次点光源３ａからの発散光は、導波路１１
の端面１１ａに入射する。導波路１１の端面１１ａに入
射した光は、導波路１１内を発散しながら進み、カラー
ホログラム光学素子４に入射する。カラーホログラム光
学素子４のＲＧＢに対応した各要素カラーホログラム４
０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂからの光は、液晶表示素子５のＲ
ＧＢに相当する画素７Ｒ，７Ｇ，７Ｂに入射する。各画
素７Ｒ，７Ｇ，７Ｂに入射した光波は、それぞれの画素
７Ｒ，７Ｇ，７Ｂで画像信号に応じて回折を受けた後、
０次回折光は瞳孔９で焦点（ホログラム光学素子レンズ
の集光点：フラウンフォーファ回折像面・フーリエ変換
面である）を結ぶ。そして、幾何学像を網膜１０に形成
する。観察者は液晶表示面が形成する開口に応じた視野
角を認識する。
【００２６】図３は、本発明の第２の実施の形態に係る
頭部搭載型カラー映像投影装置を示す。この装置は、例
えば、白色ＬＥＤの如き光源３１と、光源３１からの光
を所定の方向に導く屈折率分布レンズ３２と、基板３５
上に配置されたカラーフィルタ機能および集光機能を有
するカラーホログラム光学素子３４と、屈折率分布レン
ズ３２からの光を導入してカラーホログラム光学素子３
４に導く導波路３３と、カラーホログラム光学素子３４
からの光を画像信号に応じて変調し、透過させて瞳孔９
に投影する空間変調器としての液晶表示素子３６とを有
する。
頭部搭載型カラー映像投影装置を示す。この装置は、例
えば、白色ＬＥＤの如き光源３１と、光源３１からの光
を所定の方向に導く屈折率分布レンズ３２と、基板３５
上に配置されたカラーフィルタ機能および集光機能を有
するカラーホログラム光学素子３４と、屈折率分布レン
ズ３２からの光を導入してカラーホログラム光学素子３
４に導く導波路３３と、カラーホログラム光学素子３４
からの光を画像信号に応じて変調し、透過させて瞳孔９
に投影する空間変調器としての液晶表示素子３６とを有
する。
【００２７】導波路３３は、例えば、ＳｉＮｘからな
る。なお、ＳｉＮｘを用いずに、ホログラム材料のみか
ら形成してもよい。これにより、カラーホログラム光学
素子３４の基板と共用でき、薄型化が図れる。
る。なお、ＳｉＮｘを用いずに、ホログラム材料のみか
ら形成してもよい。これにより、カラーホログラム光学
素子３４の基板と共用でき、薄型化が図れる。
【００２８】カラーホログラム光学素子３４は、第１の
実施の形態と同様に、ＲＧＢにそれぞれ対応した要素カ
ラーホログラム３４０Ｒ，３４０Ｇ，３４０Ｂを備え
る。
実施の形態と同様に、ＲＧＢにそれぞれ対応した要素カ
ラーホログラム３４０Ｒ，３４０Ｇ，３４０Ｂを備え
る。
【００２９】液晶表示素子３６は、カラー液晶表示素子
からカラーフィルタを除いたものであり、偏光板３８，
３９と、ＲＧＢにそれぞれ相当する画素３７Ｒ，３７
Ｇ，３７Ｂとを備える。
からカラーフィルタを除いたものであり、偏光板３８，
３９と、ＲＧＢにそれぞれ相当する画素３７Ｒ，３７
Ｇ，３７Ｂとを備える。
【００３０】図４は、カラーホログラム光学素子３４の
作製方法を示す。カラーホログラム光学素子３４は、同
図に示すように、透過型配置で作製する。そして、赤、
緑、青と逐次露光して行う。まず、赤色レーザーの物体
光５１をＮＡが０，１のＦＯＰ（ファイバーオプチック
プレート）５２に入射させる。ここで、ＦＯＰ５２は、
赤の画素に相当する部分以外の光を遮断させる処理（例
えば、吸収材の充填）を行っておく。ＦＯＰ５２のＮＡ
は小さいので、ＦＯＰ５２からの出射光の広がりは小さ
い。このＦＯＰ５２からの出射光を所定のレンズ５３を
通して平行光束にし、別のレンズ５４を用いて集束さ
せ、ホログラム感光材料５５にホログラム感光材料５５
から約１５ｍｍの位置に焦点を結ぶように照射させる。
ここで、ホログラム感光材料５５は、基板３５となる石
英基板５２上に、導波路３６となるＳｉＮｘ導波路５６
を介して密着形成されている。
作製方法を示す。カラーホログラム光学素子３４は、同
図に示すように、透過型配置で作製する。そして、赤、
緑、青と逐次露光して行う。まず、赤色レーザーの物体
光５１をＮＡが０，１のＦＯＰ（ファイバーオプチック
プレート）５２に入射させる。ここで、ＦＯＰ５２は、
赤の画素に相当する部分以外の光を遮断させる処理（例
えば、吸収材の充填）を行っておく。ＦＯＰ５２のＮＡ
は小さいので、ＦＯＰ５２からの出射光の広がりは小さ
い。このＦＯＰ５２からの出射光を所定のレンズ５３を
通して平行光束にし、別のレンズ５４を用いて集束さ
せ、ホログラム感光材料５５にホログラム感光材料５５
から約１５ｍｍの位置に焦点を結ぶように照射させる。
ここで、ホログラム感光材料５５は、基板３５となる石
英基板５２上に、導波路３６となるＳｉＮｘ導波路５６
を介して密着形成されている。
【００３１】一方、参照光５８を石英基板５７の端面５
７ａに物体光５１となす角度、例えば、７５度で入射さ
せて露光する。ここで、物体光５１の入射角度は、導波
路５６内の厚さ、屈折率により適した入射角度を設定す
る。このようにして、赤対応の要素ホログラム群を作製
する。赤の露光が終わったら、次に、緑、青を露光す
る。この時、使用するＦＯＰ５２には、赤のときに用い
たのと同じ処理を行っておく。このようにして、カラー
フィルター機能および集光機能を有するカラーホログラ
ム素子３４を作製する。なお、カラーホログラム光学素
子３４は、反射型配置で作製してもよい。
７ａに物体光５１となす角度、例えば、７５度で入射さ
せて露光する。ここで、物体光５１の入射角度は、導波
路５６内の厚さ、屈折率により適した入射角度を設定す
る。このようにして、赤対応の要素ホログラム群を作製
する。赤の露光が終わったら、次に、緑、青を露光す
る。この時、使用するＦＯＰ５２には、赤のときに用い
たのと同じ処理を行っておく。このようにして、カラー
フィルター機能および集光機能を有するカラーホログラ
ム素子３４を作製する。なお、カラーホログラム光学素
子３４は、反射型配置で作製してもよい。
【００３２】次に、第２の実施の形態の動作を説明す
る。光源１からの光を屈折率分布レンズ３２を用いて導
波路３３の端面３３ａから入射させる。導波路３３の端
面３３ａから入射した光波は、導波路３３内を発散しな
がら進み、導波路３３上部に形成されたカラーホログラ
ム光学素子３４に入射する。カラーホログラム光学素子
３４のＲＧＢに対応した各要素カラーホログラム３４０
Ｒ，３４０Ｇ，３４０Ｂからの光は、液晶表示素子３６
のＲＧＢに相当する画素３７Ｒ，３７Ｇ，３７Ｂに入射
する。各画素３７Ｒ，３７Ｇ，３７Ｂに入射した光波
は、それぞれの画素３７Ｒ，３７Ｇ，３７Ｂで画像信号
に応じて回折を受けた後、０次回折光は瞳孔４０で焦点
（ホログラム光学素子レンズの集光点：フラウンフォー
ファ回折像面・フーリエ変換面である）を結ぶ。そし
て、幾何学像を網膜４１に形成する。観察者は液晶表示
面が形成する開口に応じた視野角を認識する。
る。光源１からの光を屈折率分布レンズ３２を用いて導
波路３３の端面３３ａから入射させる。導波路３３の端
面３３ａから入射した光波は、導波路３３内を発散しな
がら進み、導波路３３上部に形成されたカラーホログラ
ム光学素子３４に入射する。カラーホログラム光学素子
３４のＲＧＢに対応した各要素カラーホログラム３４０
Ｒ，３４０Ｇ，３４０Ｂからの光は、液晶表示素子３６
のＲＧＢに相当する画素３７Ｒ，３７Ｇ，３７Ｂに入射
する。各画素３７Ｒ，３７Ｇ，３７Ｂに入射した光波
は、それぞれの画素３７Ｒ，３７Ｇ，３７Ｂで画像信号
に応じて回折を受けた後、０次回折光は瞳孔４０で焦点
（ホログラム光学素子レンズの集光点：フラウンフォー
ファ回折像面・フーリエ変換面である）を結ぶ。そし
て、幾何学像を網膜４１に形成する。観察者は液晶表示
面が形成する開口に応じた視野角を認識する。
【００３３】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の頭部搭載型
カラー映像投影装置によると、導波路を介してホログラ
ム光学素子に光を入射することにより、小型化が図れ、
頭部への装着性が優れたものになる。また、カラーフィ
ルタ機能を有するホログラム光学素子とカラーフィルタ
を備えていない液晶表示素子とを組み合わせることによ
り、外界の透過率を６０％程度まで向上させ、シースル
ー性を向上させることができる。また、本発明のカラー
ホログラム表示素子の製造方法によれば、所定の色の物
体光束を所定の点で焦点を結ぶようにホログラム感光材
料に照射し、透明基板の端面から参照光を入射して所定
の色に対応する要素ホログラム群を露光形成することに
より、上記頭部搭載型カラー映像投影装置に用いられる
カラーフィルタ機能および集光機能を有するカラーホロ
グラム光学素子を製造することができる。
カラー映像投影装置によると、導波路を介してホログラ
ム光学素子に光を入射することにより、小型化が図れ、
頭部への装着性が優れたものになる。また、カラーフィ
ルタ機能を有するホログラム光学素子とカラーフィルタ
を備えていない液晶表示素子とを組み合わせることによ
り、外界の透過率を６０％程度まで向上させ、シースル
ー性を向上させることができる。また、本発明のカラー
ホログラム表示素子の製造方法によれば、所定の色の物
体光束を所定の点で焦点を結ぶようにホログラム感光材
料に照射し、透明基板の端面から参照光を入射して所定
の色に対応する要素ホログラム群を露光形成することに
より、上記頭部搭載型カラー映像投影装置に用いられる
カラーフィルタ機能および集光機能を有するカラーホロ
グラム光学素子を製造することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る頭部搭載型カ
ラー映像投影装置の概略構成図
ラー映像投影装置の概略構成図
【図２】第１の実施の形態におけるカラーホログラム光
学素子の作製方法を示す図
学素子の作製方法を示す図
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る頭部搭載型カ
ラー映像投影装置の概略構成図
ラー映像投影装置の概略構成図
【図４】第２の実施の形態におけるカラーホログラム光
学素子の作製方法を示す図
学素子の作製方法を示す図
【図５】従来例１の原理図
【図６】従来例２の原理図
【図７】従来例３の原理図
１ 発光光源 ２ 集束部材 ３ ピンホール ３ａ ２次点光源 ４ カラーホログラム光学素子 ５ 液晶表示素子 ６，８ 偏光板 ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ 画素 ９ 瞳孔 １０ 網膜 １１ 導波路 １１ａ 導波路の端面 ２１ 物体光 ２２，５２ ＦＯＰ（ファイバーオプチツクプレート） ２３，２４，５３，５４ レンズ ２５，５５ ホログラム感光材料 ２６ 石英基板 ２６ａ 石英基板の端面 ２７ 参照光 ３１ 光源 ３２ 屈折率分布レンズ ３３ 導波路 ３４ ホログラム光学素子 ３５ 基板 ３６ カラー液晶表示素子 ３７Ｒ，３７Ｇ，３７Ｂ 画素 ３８，３９ 偏光板 ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ 要素カラーホログラム ５６ ＳｉＮｘ導波路 ５７ 石英基板 ５７ａ 石英基板の端面 ５８ 参照光 ３４０Ｒ，３４０Ｇ，３４０Ｂ 要素カラーホログラム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０３Ｈ 1/26 Ｇ０３Ｈ 1/26 Ｈ０４Ｎ 5/64 ５１１ Ｈ０４Ｎ 5/64 ５１１Ａ Ｆターム(参考） 2H049 CA01 CA05 CA08 CA09 CA17 CA22 CA28 2H088 EA10 HA10 HA12 HA21 HA24 HA28 MA06 MA20 2H091 FA02Z FA14Z FA19Z FA26Z FA41Z FA45Z FB02 FC10 LA11 LA16 MA02 2K008 AA10 AA14 BB06 EE01 EE04 FF01 HH03
Claims (9)
- 【請求項１】光源からの光を集光光学系を介して導波路
に入射し、前記導波路内で発散する光をホログラム光学
素子によって集光して液晶表示素子に照射し、その透過
光を網膜に投影する頭部搭載型カラー映像投影装置にお
いて、 前記ホログラム光学素子は、カラーフィルタ機能を備え
たことを特徴とする頭部搭載型カラー映像投影装置。 - 【請求項２】前記集光光学系は、前記光源からの前記光
を集束させる集束手段と、前記集束手段による集束点に
２次点光源を形成し、前記２次点光源からの発散光を前
記導波路に入射させるピンホールとを備えたことを特徴
とする請求項１記載の頭部搭載型カラー映像投影装置。 - 【請求項３】前記集光光学系は、屈折率分布レンズであ
ることを特徴とする請求項１記載の頭部搭載型カラー映
像投影装置。 - 【請求項４】前記導波路および前記ホログラム光学素子
は、共通のホログラム感光材料、あるいは導波層および
ホログラム層から構成されていることを特徴とする請求
項１記載の頭部搭載型カラー映像投影装置。 - 【請求項５】前記ホログラム光学素子は、反射型であ
り、 前記導波路は、前記ホログラム光学素子の集光側に配置
されていることを特徴とする請求項１記載の頭部搭載型
カラー映像投影装置。 - 【請求項６】前記ホログラム光学素子は、透過型であ
り、 前記導波路は、前記ホログラム光学素子の集光側と反対
側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の頭
部搭載型カラー映像投影装置。 - 【請求項７】複数の色にそれぞれ対応する要素ホログラ
ム群を具備し、カラーフィルタ機能および集光機能を有
するカラーホログラム光学素子において、 前記複数の色にそれぞれ対応する要素ホログラム群は、
凹凸形状を有する表面レリーフ形回折格子であることを
特徴とするカラーホログラム光学素子。 - 【請求項８】複数の色にそれぞれ対応する要素ホログラ
ム群を具備し、カラーフィルタ機能および集光機能を有
するカラーホログラム光学素子を製造する方法におい
て、 透明基板上にホログラム感光材料を形成し、 前記複数の色のうちの１つの色の物体光束を所定の点で
焦点を結ぶように前記ホログラム感光材料に照射し、 前記透明基板の端面から参照光を入射して前記１つの色
に対応する前記要素ホログラム群を露光形成することを
特徴とするカラーホログラム光学素子の製造方法。 - 【請求項９】前記物体光束の照射は、前記１つの色の物
体光を所定のファイバー以外を遮光状態にした光ファイ
バー束に入射することにより、前記光ファイバー束から
前記物体光束を出射させ、前記光ファイバー束からの前
記物体光束を集光光学系を介して前記ホログラム感光材
料に照射することを特徴とする請求項８記載のカラーホ
ログラム光学素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11069876A JP2000267041A (ja) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | 頭部搭載型カラー映像投影装置、カラーホログラム光学素子、およびカラーホログラム光学素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11069876A JP2000267041A (ja) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | 頭部搭載型カラー映像投影装置、カラーホログラム光学素子、およびカラーホログラム光学素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000267041A true JP2000267041A (ja) | 2000-09-29 |
Family
ID=13415431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11069876A Pending JP2000267041A (ja) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | 頭部搭載型カラー映像投影装置、カラーホログラム光学素子、およびカラーホログラム光学素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000267041A (ja) |
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| US10948647B2 (en) | 2015-01-19 | 2021-03-16 | Leia Inc. | Unidirectional grating-based backlighting employing a reflective island |
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