JP2000352689A

JP2000352689A - 映像表示装置

Info

Publication number: JP2000352689A
Application number: JP11164773A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Kasai; 一郎笠井
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2000-12-19
Anticipated expiration: 2019-06-11
Also published as: JP4691744B2; US6429954B1

Abstract

(57)【要約】【課題】観察者の眼前に配置されて、表示した映像を
外界物体の像に重畳させて観察者に提供する映像表示装
置において、使用形態に適したコンパクトな構成であ
り、かつ良好で広画角の映像を提供し得る構成とする。【解決手段】反射型のホログラムからなり、観察者の
瞳から見て前記外界物体と光学的に等価な面を前記外界
物体とは別の位置に作成する光学的パワーを有するホロ
グラムコンバイナと、前記等価な面の位置で映像表示を
行う映像表示手段と、入射角度により透過・反射を選択
的に行う光束選択面とを備える。前記映像表示に基づく
映像光は、前記光束選択面で反射され、前記ホログラム
コンバイナで反射され、前記光束選択面で透過された後
観察者の瞳に導かれ、前記外界物体に基づく外界光は、
前記ホログラムコンバイナで透過され、前記光束選択面
で透過された後観察者の瞳に導かれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、観察者の眼前に配
置されて使用される映像表示装置に関し、特に表示器で
表示される映像の虚像と、前方視野の自然風景等の外界
像とをホログラムコンバイナによって空間的に重畳させ
て観察者に提供する映像表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】頭部に装着され、あるいは手で保持され
て、観察者の眼前にて使用される映像表示装置があり、
航空機用として高度，速度等の飛行情報を表示するもの
から、個人シアタ用として、映画，テレビゲーム，人工
現実感を表示するものが開発され製品化されている。ま
た、最近ではコンピュータ用のディスプレイとして用い
るものが研究されている。

【０００３】このような映像表示装置には、外界を見る
ことのできるシースルー型と、外界を見ることのできな
いクローズ型がある。人工現実感を表示する場合は、ク
ローズ型の方が好ましい場合もあるが、携帯用としては
大抵の場合、シースルー型の方が向いている。シースル
ー型の映像表示装置は、映像表示手段及びこの映像表示
手段で表示される映像を観察者に見やすい場所に虚像と
して提供する観察光学系の他に、映像光と外界光とを重
合するビームコンバイナを備える。

【０００４】ビームコンバイナとして、ハーフミラー，
偏光ビームスプリッター，ホログラム等を用いることが
できる。反射型のホログラムは、波長選択性が高いの
で、特定の波長の光のみを回折させることができ、特定
の波長の映像光と、その波長を除いた外界光とを重ねて
見る際に、外界光の光量損失が非常に小さく優れてい
る。

【０００５】このような特徴を有する反射型のホログラ
ムをコンバイナとして用いたシースルー型の映像表示装
置が、特開平５−３４６５０８号公報，特開平１０−３
１９３４３号公報等に開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】反射型のホログラムコ
ンバイナを用いた映像表示装置においては、ホログラム
コンバイナに対して観察側から映像光を与えるので、ホ
ログラムコンバイナに入射される映像光と、ホログラム
コンバイナから出射される映像光の反射光及び外界光か
らなる観察光とを分離する必要性が生じる。

【０００７】このため、上記各公報の映像表示装置にお
いては、ホログラムコンバイナの偏心量を大きくして前
記映像光と観察光の分離を可能としてる。しかしなが
ら、ホログラムコンバイナの偏心量が大きいので、偏心
収差が発生し良好な映像を提供できず、さらに広画角な
映像を提供できないという問題点を有する。また、映像
表示手段からホログラムコンバイナまでの光学系の光軸
が一直線であるため、装置全体のコンパクト性に欠け
る。

【０００８】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、使用形態に適したコンパクトな構成であり、
かつ良好で広画角の映像を提供し得るシースルー型の映
像表示装置を実現することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、観察者の眼前に配置されて、表示した
映像を外界物体の像に重畳させて観察者に提供する映像
表示装置において、反射型のホログラムからなり、観察
者の瞳から見て前記外界物体と光学的に等価な面を前記
外界物体とは別の位置に作成する光学的パワーを有する
ホログラムコンバイナと、前記等価な面の位置で映像表
示を行う映像表示手段と、入射角度により透過・反射を
選択的に行う光束選択面とを備える。前記映像表示に基
づく映像光は、前記光束選択面で反射され、前記ホログ
ラムコンバイナで反射され、前記光束選択面で透過され
た後観察者の瞳に導かれ、前記外界物体に基づく外界光
は、前記ホログラムコンバイナで透過され、前記光束選
択面で透過された後観察者の瞳に導かれる。

【００１０】この映像表示装置は、波長選択性が高く、
透過光に与える影響が少ない反射型のホログラムコンバ
イナにより表示映像と外界像とを重畳して観察者に提供
するものであるので、表示映像，外界像ともに明るい像
を提供できる。また、ホログラムコンバイナは光学的パ
ワーを有し、表示映像が外界物体と同じ位置に観察され
るようにする。すなわち、観察者は表示映像を無限遠に
形成される虚像として観察することになる。このよう
に、前記ホログラムコンバイナは表示映像を拡大して観
察者の瞳に導く接眼機能をも有する。特別に接眼機能を
有するレンズ等を設ける必要がないので、装置全体の簡
素化及びコンパクト化が達成される。

【００１１】また、光束選択面を設けて映像光の光路を
折り畳むようにしている。これによっても、コンパクト
化が達成される。前記光束選択面においては、映像光を
全反射させてホログラムコンバイナに導き、また映像光
と外界光が重合された観察光を全て透過させて観察者の
瞳に導くことが可能となるので、明るい像を提供でき
る。また、前記光束選択面は入射角度により光束選択を
行うので、ホログラムコンバイナを大きく偏心させて、
光路分割を行う必要がない。故に、広画角で良質な映像
を提供することが可能となる。

【００１２】尚、上記映像表示装置において、前記映像
光が前記ホログラムコンバイナに入射されるまでに、前
記光束選択面で反射される回数は１回に限られることは
なく、複数回反射される構成であってもよい。複数回反
射されるようにすることで、装置全体のさらなるコンパ
クト化を測ることが可能となる。

【００１３】前記ホログラムは、平面に形成されている
ものを用いるとよい。平面ホログラムは、透過する前記
外界光に対しては光学的パワーを有さないので、外界像
に歪みが生じることがなく、自然な外界像の提供が可能
となる。ホログラムは、平面であっても回折光に対して
光学的パワーを持ち得る。一方、曲面にホログラムを作
成することは困難である。この点からも、平面に形成さ
れているホログラムを用いる方が有利である。

【００１４】また、上述の映像表示装置において、前記
外界光の透過部分で生じる偏向を補正する偏向補正手段
を設けてもよい。外界光は、ホログラムコンバイナ等、
異なる媒質の境界を通過する際に偏向する。例えば、前
記境界と微小な間隔をおいて平行に配置されるように偏
向補正手段の媒質境界面を配置して偏向補正手段を設け
ることで、この部分で生じる外界光の偏向を補正するこ
とができる。また、外界光が通過する最も外界側の面
と、最も瞳側の面とが略平行な平面となるように偏向補
正手段を設けることで、外界光の偏向のさらなる補正が
可能となる。このような構成により、より自然な外界像
の提供が可能となる。

【００１５】尚、前記偏向補正手段は、外界光が透過す
る面として少なくとも前記偏向補正手段の媒質境界面
と、視度を補正する光学的パワーを有する視度補正面と
を備えるようにしてもよい。視度補正面により、観察者
に合わせた視度が得られる構成とし、さらなる良好な画
像の提供が可能となる。

【００１６】また、上述の映像表示装置において、前記
光束選択面を、光学的パワーを有する構成としてもよ
い。この面を、映像光の収差補正手段として利用するこ
とで、さらなる良質な表示映像を提供することが可能と
なる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の映像表示装置の実
施形態について図面を参照しながら説明する。

【００１８】〈第１の実施形態〉図１に、第１の実施形
態の映像表示装置１の光学系の構成を示す。この映像表
示装置１は、映像形成部材１１、プリズム１２を備えて
いる。

【００１９】映像形成部材１１は、供給される映像信号
に応じた表示を行い、表示映像に基づく映像光ＬＡを形
成しこれを出射する。プリズム１２はポリメチルメタク
リレート（ＰＭＭＡ）製であり、光の進行に関与する面
として面１３，１４，１５を有している。面１３はアナ
モルフィック非球面の凹面であり、映像形成部材１１か
らの映像光ＬＡを全て透過するように設定されている。
面１４は平面であり、面１３を透過した映像光ＬＡが臨
界角を超えて入射するように設定されており、面１３を
透過した映像光ＬＡは面１４で全反射される。

【００２０】面１５は平面であり、体積型で位相型で反
射型のホログラムが形成されている。映像形成部材１１
で形成される映像光ＬＡの波長は、このホログラム１５
の回折効率ピークの波長と略一致している。よって、ホ
ログラム１５は、面１４からの映像光ＬＡを反射する。
また、ホログラム１５は透明であり、外界光ＬＢを透過
させる。このように、ホログラム１５は映像光ＬＡと外
界光ＬＢとを重合するホログラムコンバイナＨＣとして
の機能を有する。ホログラムコンバイナＨＣは、面１４
で全反射された映像光ＬＡが、臨界角よりも小さい入射
角で面１４に再度入射させるように設定されている。し
たがって、ホログラムコンバイナＨＣで反射された映像
光ＬＡ、及びホログラムコンバイナＨＣで透過された外
界光ＬＢは、面１４で透過され、観察者の瞳ＥＰに入射
する。

【００２１】ホログラムコンバイナＨＣは、面１４から
入射する映像光ＬＡに対してのみ光学的パワーを有し、
観察者の瞳ＥＰから見て無限遠に表示映像の虚像を形成
する接眼機能を有する。一方、外界光ＬＢに対しては、
単なる平面として作用し、光学的パワーを有さない。こ
れにより、表示映像は拡大され、外界像は等倍で合わせ
て観察される。

【００２２】面１４は、入射角によって透過・反射を選
択的に行う光束選択面ＳＬとなっている。映像表示装置
１は、光束選択面ＳＬにより、光路が折り畳まれてお
り、コンパクトな配置構成が達成されている。また、光
束選択面ＳＬによって光路が分離されているので、ホロ
グラムコンバイナＨＣの偏心量が少ない構成とすること
が可能となり、偏心収差の発生が低減される。これによ
り、広画角で良好な表示映像を提供することができる。

【００２３】ホログラムコンバイナＨＣは、映像光ＬＡ
を正反射させる配置ではなく、映像光ＬＡに対して斜め
に傾けて使用され、さらに接眼機能としての光学的パワ
ーを有するので非軸対称光学系となる。非軸対称光学系
において、このホログラムコンバイナＨＣが共軸レンズ
と同等の働きしか有さない場合は、傾いた方向に非対称
な歪曲（台形歪曲）や非対称な像面湾曲が発生する。こ
のためホログラムコンバイナＨＣには、単純な回転対称
な波面再現性だけではなく、自由曲面的な波面再生を持
たせることが望ましい。

【００２４】このようなホログラムコンバイナＨＣにお
けるホログラムの作成方法について説明する。図２に、
ホログラムの製造光学系の概略構成を示す。図２中、Ｈ
は、ホログラムが記録される感光材料が塗布された基板
を示す。レーザー光源から発せられたコヒーレント光線
は、不図示のビームスプリッタによって２つの光線に分
岐される。ここで、不図示の波長板等を用いて２つの光
線の偏光方向は揃えられている。２つの光線はそれぞれ
球面波発生レンズ，その球面波発生レンズの焦点におか
れたピンホールを通してスペシャルフィルタリングさ
れ、波面の揃った球面波に変換される。ここで、図２
中、第１の点光源２６及び第２の点光源２７は、スペシ
ャルフィルタリングに使用されたピンホールと一致して
いる。

【００２５】第２の点光源２７は、作成されたホログラ
ムをホログラムコンバイナＨＣとして用いた映像表示装
置１の使用状態における観察者の瞳ＥＰの位置に略一致
するように設定されている。第２の点光源２７と瞳ＥＰ
の位置を一致させると、製造状態での製造光と使用状態
での観察光がほぼ一致するので、ホログラムコンバイナ
ＨＣの使用状態での回折効率を最も向上させることがで
きる。

【００２６】第１の点光源２６と基板Ｈとの間には、複
数のレンズを偏心させて組み合わされた光学系２５が配
置されている。光学系２５は、図２に示す断面でのみ偏
心している。これらは、ホログラムコンバイナＨＣが使
用状態において、表示映像の虚像が瞳で良好な像として
観察されるように、基板Ｈに入射する製造時の波面をコ
ントロールするように配置されている。また、光学系２
５の偏心が１平面内だけで行われていると設計および製
造上非常に簡単になるので好ましい。第１の点光源２６
及び第２の点光源２７から入射される球面波の干渉が基
板Ｈ上に記録され、ホログラムが作成される。

【００２７】ホログラムは、基本的にそのホログラムを
作成した光束（波長と角度）と同じ光束を与えたときの
波面再現の回折効率が最も高くなる。よって、映像形成
部材１１からの映像光ＬＡは、ホログラムの回折効率ピ
ークの波長に合わせた波長の光とすることが望ましい。
たとえば５３０nm近傍に回折効率ピークを持つホログラ
ムコンバイナＨＣを用い、映像形成部材１１に液晶など
の非自発型の素子を用いた場合、液晶を照明する光源と
しては５３０nm付近に発光ピークを持つ緑色のＬＥＤな
どが適する。

【００２８】ホログラムコンバイナＨＣには、波長選択
性の高いホログラムを用いる必要がある。波長選択性が
低いと、ホログラムコンバイナＨＣで反射される外界光
ＬＢの波長巾が広くなり、不自然で暗い外界像が観察さ
れることになるからである。ホログラムコンバイナＨＣ
に反射型ホログラムを用いているのはこのためである。
反射型ホログラムは、透過型ホログラムに比べて波長選
択性が非常に高い。つまり、特定の波長には反応する
が、その他の波長には反応しないのである。外界光ＬＢ
の一部の波長（映像光ＬＡと同じ波長）以外には反応し
ないので、外界光ＬＢはほとんどホログラム１５の影響
を受けない。したがって、外界像，表示映像ともに明る
く良好な観察が可能となる。これは透過型ホログラムで
は達成できない大きな特徴である。

【００２９】図３に、感光材料の屈折率が１．５，作成
波長５３０nm，感光材料の厚み５μmのときの入射光と
出射光の角度差θに対する反射型ホログラムＨＲと透過
型ホログラムＨＴの波長選択性（波長巾）を示す。角度
差θが９０度以上となるとき、すなわち反射型ホログラ
ムＨＲの場合、透過型ホログラムＨＴに比べて波長選択
性が非常に高くなることがわかる。

【００３０】図４に、図３に示す反射型ホログラムＨＲ
における可視域の入射光の波長に対する反射光と透過光
の強度の関係を示す。反射光の強度分布をｊ１で、透過
光の強度分布をｊ２で表す。図４から、反射型ホログラ
ムＨＲは波長選択性が非常に高いので、透過光すなわち
映像表示装置１における外界光ＬＢの一部の波長（略５
３０nm）にしか作用しないことがわかる。

【００３１】ところで、薄いホログラムでは高次の回折
光に相当する光が再生されるが、厚いホログラム（いわ
ゆる体積型ホログラム）では１つの次数の光しか再生さ
れない。したがって、ホログラムコンバイナＨＣとして
は、高い回折効率を得ることができる体積型ホログラム
が望ましい。また、振幅型ホログラムでは光がホログラ
ムを通過するときに吸収されるが、位相型ホログラムで
は光の吸収がない。したがって、ホログラムコンバイナ
ＨＣとしては、明るい表示映像を得ることができる位相
型のホログラムが望ましい。なお、体積型のホログラム
の場合、反射型の方が透過型に比べて高い角度依存性を
持たせることができるので、体積型で反射型のホログラ
ムを用いることには、ホログラムコンバイナＨＣの配置
の自由度が高くなるというメリットがある。以上のよう
な理由から、本実施形態ではホログラムコンバイナＨＣ
に体積型・位相型・反射型のホログラムを用いている。

【００３２】このように、本実施形態では波長選択性が
非常に高いホログラムをホログラムコンバイナＨＣとし
て用いるので、半値巾２０〜４０nmの発光波長巾を持つ
ＬＥＤを映像形成部材１１における光源として用いた場
合、エネルギー効率がたいへん良い構成とすることがで
き望ましい。もちろん、ホログラム作成に用いたレーザ
ーと同じ発光波長を有するレーザーを光源として用いて
もよい。

【００３３】映像表示装置１の光学系の具体的な設定値
を表１、表２に示す。以下においては、瞳正面方向（図
１の右方向）をＸ軸、図１の上下方向をＹ軸、図１の奥
行き方向をＺ軸としている。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】表１において、ホログラム面の定義につい
ては、作成に用いる２光束を定義することによりホログ
ラムを一義的に定義する。尚、本実施形態で作成に用い
る２光束の波長は５３２nmである。２光束の定義は、各
光束の光源位置と、各光源からの出射ビームが収束ビー
ム（ＶＩＡ），発散ビーム（ＲＥＡ）のどちらであるか
で行う。第１の点光源（ＨＶ１）、第２の点光源（ＨＶ
２）の座標をそれぞれ（ＨＸ１、ＨＹ１、ＨＺ１）、
（ＨＸ２、ＨＹ２、ＨＺ２）とする。

【００３７】また、本実施形態においては、複雑なホロ
グラムによる波面再生を行うので、２光束の定義に加え
て、位相関数φにより入射光線に対する射出光線の方向
余弦でも定義する。位相関数φは数１に示すホログラム
面の位置（Ｘ，Ｙ）による生成多項式であり、係数が１
次〜１０次までの昇順の単項式で表される。表１には、
位相関数φの係数Ｃ_jを示す。

【００３８】

【数１】

【００３９】尚、係数Ｃ_jの番号ｊは、ｍ，ｎをＸ，Ｙ
の指数として数２で表される。

【００４０】

【数２】

【００４１】ここで、射出光線のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向
余弦は、数３で表される。

【００４２】

【数３】

【００４３】尚、数３において、ｌ'，ｍ'，ｎ'は各々
射出光線の法線ベクトル、ｌ，ｍ，ｎは各々入射光線の
法線ベクトル、λは再生光束の波長、λ₀はホログラム
作成光束の波長である。

【００４４】表１において、アナモルフィック非球面に
関するパラメータは、各面とその光軸との交点を原点と
し、光軸をＺ軸としたときの、数４で定義されるＺ軸方
向のサグＺを規定するものである（単位mm）。ＲＤＸは
Ｘ軸方向の曲率半径である。

【００４５】

【数４】

【００４６】ここで、ＣＵＸ，ＣＵＹはＸ軸方向，Ｙ軸
方向の曲率半径の逆数である。

【００４７】表２は各面の相対的な位置関係を示したも
のである。ここでは、瞳面の中心を原点としたグローバ
ル座標系で表現されている。ＸＳＣ，ＹＳＣ，ＺＳＣ
は、各面とその光軸との交点のＸ，Ｙ，Ｚ座標（単位m
m）を表し、ＡＳＣ，ＢＳＣ，ＣＳＣは、Ｘ軸，Ｙ軸，
Ｚ軸についての瞳面からの各面の回転角（単位゜）を表
す。

【００４８】〈第２の実施形態〉第２の実施形態の映像
表示装置２の光学系の構成を図５に示す。この映像表示
装置２は、プリズム２１を備えている点のみ第１の実施
形態の映像表示装置１と異なる。その他の構成は、第１
の実施形態と同様である。

【００４９】第１の実施形態の映像表示装置１では、ホ
ログラムコンバイナＨＣの偏心量低減のため、ホログラ
ムコンバイナＨＣと光束選択面ＳＬは平行でなく、角度
を持たせて配置されている。このため、プリズム１２は
楔形状となり、外界像は等倍だが偏向されている。本実
施形態におけるプリズム２１は、この偏向を補正する機
能を有する偏向補正部材ＤＣである。

【００５０】プリズム２１は、ＰＭＭＡ製であり、平面
２２をプリズム１２のホログラムコンバイナＨＣが形成
されている面１５に対向させて配置されている。面１５
と面２２は平行である。面１５と面２２の間には数十μ
m以下の微小な間隔が形成されている。また、プリズム
２１の面２３（最も外界像側の面）とプリズム１２の面
１４（最も瞳側の面）とは平行に配置されている。

【００５１】外界光ＬＢはプリズム２１，１２を介して
観察者の瞳ＥＰに入射するが、この際、上述のように面
２２と面１５の間には空気が介在するため、また入射面
２３と出射面１４が平行であるため偏向が補正され、よ
り自然な外界観察が可能となる。

【００５２】〈第３の実施形態〉第３の実施形態の映像
表示装置３の光学系の構成を図６に示す。この映像表示
装置３は、映像形成部材３１、プリズム３２，３６を備
えている。

【００５３】映像形成部材３１は、供給される映像信号
に応じた表示を行い、表示映像に基づく映像光ＬＡを形
成しこれを出射する。プリズム３２はＰＭＭＡ製であ
り、光の進行に関与する面として面３３，３４，３５を
有している。面３３はアナモルフィック非球面の凹面で
あり、映像形成部材３１からの映像光ＬＡを全て透過す
るように設定されている。面３４は平面であり、面３３
を透過した映像光ＬＡが臨界角を超えて入射するように
設定されており、面３３を透過した映像光ＬＡは面３４
で全反射される。

【００５４】面３５は平面であり、体積型で位相型で反
射型のホログラムが形成されている。映像形成部材３１
で形成される映像光ＬＡの波長は、このホログラム３５
の回折効率ピークの波長と略一致している。よって、ホ
ログラム３５は、面３４からの映像光ＬＡを反射する。
また、ホログラム３５は透明であり、外界光ＬＢを透過
させる。このように、ホログラム３５は映像光ＬＡと外
界光ＬＢとを重合するホログラムコンバイナＨＣとして
の機能を有する。ホログラムコンバイナＨＣは、面３４
で全反射された映像光ＬＡが、臨界角よりも小さい入射
角で面３４に再度入射させるように設定されている。し
たがって、ホログラムコンバイナＨＣで反射された映像
光ＬＡ、及びホログラムコンバイナＨＣで透過された外
界光ＬＢは、面３４で透過され、プリズム３６を介して
観察者の瞳ＥＰに入射する。

【００５５】ホログラムコンバイナＨＣは、面３４から
入射する映像光ＬＡに対してのみ光学的パワーを有し、
観察者の瞳ＥＰから見て無限遠に表示映像の虚像を形成
する接眼機能を有する。一方、外界光ＬＢに対しては、
単なる平面として作用し、光学的パワーを有さない。こ
れにより、表示映像は拡大され、外界像は等倍で合わせ
て観察される。

【００５６】面３４は、入射角によって透過・反射を選
択的に行う光束選択面ＳＬとなっている。ホログラムコ
ンバイナＨＣ、及び光束選択面ＳＬの詳細については、
第１の実施形態で説明した通りであるのでここでは省略
する。本実施形態では、第１の実施形態よりホログラム
コンバイナＨＣの偏心量が小さいので、より偏心収差の
少ない広画角な表示映像の観察が可能となる。

【００５７】プリズム３２は楔形状となり、プリズム３
２を透過する外界光ＬＢは偏向される。プリズム３６
は、この偏向を補正する機能を有する偏向補正部材ＤＣ
である。

【００５８】プリズム３６は、ＰＭＭＡ製であり、平面
３７をプリズム３２の光束選択面ＳＬとなっている面３
４に対向させて配置されている。面３４と面３７は平行
である。面３４と面３７の間には数十μm以下の微小な
間隔が形成されている。また、プリズム３２の面３５
（最も外界像側の面）とプリズム３６の面３８（最も瞳
側の面）とは平行に配置されている。

【００５９】外界光ＬＢはプリズム３２，３６を介して
観察者の瞳ＥＰに入射するが、この際、上述のように面
３４と面３７の間には空気が介在するため、また入射面
３５と出射面３８が平行であるため偏向が補正され、よ
り自然な外界観察が可能となる。

【００６０】映像表示装置３の光学系の具体的な設定値
を表３，表４に示す。

【００６１】

【表３】

【００６２】

【表４】

【００６３】尚、表３，表４で用いられるパラメータは
第１の実施形態で規定するとおりである。

【００６４】〈第４の実施形態〉第４の実施形態の映像
表示装置４の光学系の構成を図７に示す。この映像表示
装置４は、第３の実施形態における光束選択面ＳＬを曲
面化し、表示映像の収差補正機能をもたせた点以外の基
本構成は、第３の実施形態と同様である。

【００６５】映像表示装置４の光束選択面ＳＬとなって
いる面３４はアナモルフィックな曲面であるため、観察
される表示映像の収差性能のさらなる改善をはかること
が可能である。また、選択反射面ＳＬが曲面化している
ことによる透過光への影響を打ち消すため、偏向補正部
材ＤＣであるプリズム３６の光束選択面ＳＬに対向する
面３７も面３４と同様のアナモルフィック曲面となって
いる。

【００６６】映像表示装置４の光学系の具体的な設定値
を表５，表６に示す。

【００６７】

【表５】

【００６８】

【表６】

【００６９】尚、表５，表６で用いられるパラメータは
第１の実施形態で規定するとおりである。

【００７０】〈第５の実施形態〉第５の実施形態の映像
表示装置５の光学系の構成を図８に示す。この映像表示
装置５は、第３の実施形態の映像表示装置３において、
最も瞳側の面３８を曲面化してパワーを持たせた他は、
映像表示装置３と同様である。

【００７１】面３８は、観察者の視度、または観察する
外界像の視度を最適化するパワーを有するようにする。
すなわち、面３８は視度調整機能を有する面ＳＣとなっ
ており、映像表示装置５においては観察者の視度に最適
化された観察像を得ることができ、より快適な映像観察
が可能となる。

【００７２】〈第６の実施形態〉第６の実施形態の映像
表示装置６の光学系の構成を図９に示す。この映像表示
装置６は、第２の実施形態の映像表示装置２において、
最も外界側の面２３を曲面化してパワーを持たせた他
は、映像表示装置２と同様である。

【００７３】面２３は、観察者の視度、または観察する
外界像の視度を最適化するパワーを有するようにする。
すなわち、面２３は視度調整機能を有する面ＳＣとなっ
ており、映像表示装置６においては観察者の視度に最適
化された観察像を得ることができ、より快適な映像観察
が可能となる。

【００７４】

【発明の効果】本発明によると、光束選択面を設けるこ
とにより、広画角で偏心収差の少ない良好な表示映像を
観察者に提供することができる。また、反射型のホログ
ラムをコンバイナとして用いることにより、明るく自然
な外界像を提供することができる。さらに、前記ホログ
ラムに光学的パワーを持たせて接眼機能を有する構成と
することにより、表示映像の拡大表示が可能な構成であ
りながら、他のレンズ等を設けることなく簡素でコンパ
クトな構成が達成される。

【００７５】前記ホログラムを平面とする構成において
は、ホログラムのパワーが外界光に影響せず、自然な外
界光の観察が可能となる。

【００７６】外界光の偏向を補正する偏向補正手段を設
ける構成においては、傾きのないより自然な外界光の観
察が可能となる。

【００７７】視度を補正する面を有する前記偏向補正手
段を設ける構成においては、観察者の視度に最適化され
た観察像を提供することが可能となる。

【００７８】光学的パワーを有する光束選択面を設ける
構成においては、光束選択面を収差補正手段として利用
することにより、さらなる良質な映像の提供が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の映像表示装置の光学系の構成
を示す図。

【図２】ホログラムの製造光学系の概略構成を示す図。

【図３】入射光と出射光の角度差とホログラムの波長選
択性の関係を示す図。

【図４】可視域における反射光と透過光の強度分布を示
す図。

【図５】第２の実施形態の映像表示装置の光学系の構成
を示す図。

【図６】第３の実施形態の映像表示装置の光学系の構成
を示す図。

【図７】第４の実施形態の映像表示装置の光学系の構成
を示す図。

【図８】第５の実施形態の映像表示装置の光学系の構成
を示す図。

【図９】第６の実施形態の映像表示装置の光学系の構成
を示す図。

【符号の説明】

１，２，３，４，５映像表示装置１１，３１映像形成部材ＬＡ映像光ＬＢ外界光ＳＬ光束選択面ＨＣホログラムコンバイナＥＰ瞳位置ＤＣ偏向補正部材ＳＣ視度調整面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】観察者の眼前に配置されて、表示した映
像を外界物体の像に重畳させて観察者に提供する映像表
示装置において、反射型のホログラムからなり、観察者の瞳から見て前記
外界物体と光学的に等価な面を前記外界物体とは別の位
置に作成する光学的パワーを有するホログラムコンバイ
ナと、前記等価な面の位置で映像表示を行う映像表示手段と、入射角度により透過・反射を選択的に行う光束選択面と
を備え、前記映像表示に基づく映像光は、前記光束選択面で反射
され、前記ホログラムコンバイナで反射され、前記光束
選択面で透過された後観察者の瞳に導かれ、前記外界物
体に基づく外界光は、前記ホログラムコンバイナで透過
され、前記光束選択面で透過された後観察者の瞳に導か
れることを特徴とする映像表示装置。
【請求項２】前記ホログラムは平面に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
【請求項３】前記外界光の透過部分で生じる偏向を補
正する偏向補正手段を備えることを特徴とする請求項１
または２に記載の映像表示装置。
【請求項４】前記偏向補正手段は、視度を補正する光
学的パワーを有する視度補正面を備えることを特徴とす
る請求項３に記載の映像表示装置。
【請求項５】前記光束選択面は、光学的パワーを有す
ることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の映
像表示装置。