JP2001066544A - 映像表示装置 - Google Patents
映像表示装置Info
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- JP2001066544A JP2001066544A JP24439099A JP24439099A JP2001066544A JP 2001066544 A JP2001066544 A JP 2001066544A JP 24439099 A JP24439099 A JP 24439099A JP 24439099 A JP24439099 A JP 24439099A JP 2001066544 A JP2001066544 A JP 2001066544A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型でありながら高画質の映像表示が可能な
映像表示装置を提供する。 【解決手段】 映像を表示する反射型のＬＣＤ(1R)と，
ＬＣＤ(1R)を照明するＬＥＤ(2)と，ＬＣＤ(1R)から発
せられた映像光を屈曲して観察者の目(E)に導くととも
に観察者の前方視界からの光を透過させうるように構成
された光屈曲素子(3)と，前方視界からの光に対し光屈
曲素子(3)が与える光学作用を打ち消すように補正する
補正光学系(4)と，各構成要素を支持すると共に観察者
の頭部に装着可能に構成された眼鏡フレーム(5,6)とを
備える。光屈曲素子(3)のくさび部分(3W)の傾斜面に
は、反射型ホログラム(3R)が貼り付けられている。
映像表示装置を提供する。 【解決手段】 映像を表示する反射型のＬＣＤ(1R)と，
ＬＣＤ(1R)を照明するＬＥＤ(2)と，ＬＣＤ(1R)から発
せられた映像光を屈曲して観察者の目(E)に導くととも
に観察者の前方視界からの光を透過させうるように構成
された光屈曲素子(3)と，前方視界からの光に対し光屈
曲素子(3)が与える光学作用を打ち消すように補正する
補正光学系(4)と，各構成要素を支持すると共に観察者
の頭部に装着可能に構成された眼鏡フレーム(5,6)とを
備える。光屈曲素子(3)のくさび部分(3W)の傾斜面に
は、反射型ホログラム(3R)が貼り付けられている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は映像表示装置に関す
るものであり、例えば、ＬＣＤ(liquid crystaldispla
y)に表示させた２次元映像を観察者の目に投影してその
拡大虚像を観察させるＨＭＤ(head mounted display)等
として好適な映像表示装置に関するものである。
るものであり、例えば、ＬＣＤ(liquid crystaldispla
y)に表示させた２次元映像を観察者の目に投影してその
拡大虚像を観察させるＨＭＤ(head mounted display)等
として好適な映像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ホログラムを利用した軽量・小型の映像
表示装置が、特開平１０−３０１０５５号公報で提案さ
れている。この映像表示装置では、レンズ機能を有する
反射型ホログラムが眼鏡のレンズ面に設けられており、
映像光を射出する表示部が眼鏡の柄に設けられている。
ホログラムは、表示部からの映像光を観察者の目に向け
て反射させることにより、映像の拡大投影を行う。ホロ
グラムに対する映像光の入射角は射出角よりも大きくな
っているが、ホログラムによる反射では入射角と射出角
とが必ずしも等しい必要がないので、このように入射角
が大きくなるような表示部の配置は装置全体の小型化を
図る上で有利といえる。
表示装置が、特開平１０−３０１０５５号公報で提案さ
れている。この映像表示装置では、レンズ機能を有する
反射型ホログラムが眼鏡のレンズ面に設けられており、
映像光を射出する表示部が眼鏡の柄に設けられている。
ホログラムは、表示部からの映像光を観察者の目に向け
て反射させることにより、映像の拡大投影を行う。ホロ
グラムに対する映像光の入射角は射出角よりも大きくな
っているが、ホログラムによる反射では入射角と射出角
とが必ずしも等しい必要がないので、このように入射角
が大きくなるような表示部の配置は装置全体の小型化を
図る上で有利といえる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように
ホログラムに対する映像光の入射角を射出角よりも大き
くすると、回折効率が悪くなる{J.Opt.Soc.Am./Vol.71,
No7/July 1981(M.G.Moharam and T.K.Gaylord)参照}。
回折効率が悪くなると、フレアーが発生したり映像の明
るさが低下したりするため、表示映像の画質が低下する
ことになる。
ホログラムに対する映像光の入射角を射出角よりも大き
くすると、回折効率が悪くなる{J.Opt.Soc.Am./Vol.71,
No7/July 1981(M.G.Moharam and T.K.Gaylord)参照}。
回折効率が悪くなると、フレアーが発生したり映像の明
るさが低下したりするため、表示映像の画質が低下する
ことになる。
【０００４】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、小型でありながら高画質の映像表示が可
能な映像表示装置を提供することを目的とする。
ものであって、小型でありながら高画質の映像表示が可
能な映像表示装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明の映像表示装置は、映像を表示する表示
手段と、観察者の目の前方に配され、映像光が斜入射す
る入射面と、前記映像を虚像として目に導き、かつ、映
像光の入射角が小さくなるように前記入射面に対して傾
斜した回折光学面と、視線に対して略垂直な射出面と、
を有し、空気より屈折率の高い材料から成り、前記表示
手段からの映像光を屈曲し、前記回折光学面への入射角
を小さくする光屈曲素子と、を備えたことを特徴とす
る。
に、第１の発明の映像表示装置は、映像を表示する表示
手段と、観察者の目の前方に配され、映像光が斜入射す
る入射面と、前記映像を虚像として目に導き、かつ、映
像光の入射角が小さくなるように前記入射面に対して傾
斜した回折光学面と、視線に対して略垂直な射出面と、
を有し、空気より屈折率の高い材料から成り、前記表示
手段からの映像光を屈曲し、前記回折光学面への入射角
を小さくする光屈曲素子と、を備えたことを特徴とす
る。
【０００６】第２の発明の映像表示装置は、上記第１の
発明の構成において、前記光屈曲素子が観察者の前方視
界からの光を透過させうるように構成されており、さら
に、前方視界からの光に対し前記光屈曲素子が与える光
学作用を打ち消すように補正する補正光学系を備えたこ
とを特徴とする。
発明の構成において、前記光屈曲素子が観察者の前方視
界からの光を透過させうるように構成されており、さら
に、前方視界からの光に対し前記光屈曲素子が与える光
学作用を打ち消すように補正する補正光学系を備えたこ
とを特徴とする。
【０００７】第３の発明の映像表示装置は、上記第１の
発明の構成において、前記表示手段からの映像光が前記
入射面に対してＰ型偏光になるように偏光方向が設定さ
れていることを特徴とする。
発明の構成において、前記表示手段からの映像光が前記
入射面に対してＰ型偏光になるように偏光方向が設定さ
れていることを特徴とする。
【０００８】第４の発明の映像表示装置は、上記第１，
第２又は第３の発明の構成において、さらに、前記表示
手段及び光屈曲素子を支持すると共に観察者の頭部に装
着可能に構成された眼鏡フレームを備えたことを特徴と
する。
第２又は第３の発明の構成において、さらに、前記表示
手段及び光屈曲素子を支持すると共に観察者の頭部に装
着可能に構成された眼鏡フレームを備えたことを特徴と
する。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施した映像表示
装置を、図面を参照しつつ説明する。なお、実施の形態
等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を
付して重複説明を適宜省略する。
装置を、図面を参照しつつ説明する。なお、実施の形態
等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を
付して重複説明を適宜省略する。
【００１０】《第１の実施の形態(図１)》図１に示すよ
うに第１の実施の形態は、映像を表示する反射型のＬＣ
Ｄ(1R)，ＬＣＤ(1R)を照明するＬＥＤ(2)，ＬＣＤ(1R)
から発せられた映像光を屈曲して観察者の目(E)に導く
とともに観察者の前方視界からの光を透過させうるよう
に構成された光屈曲素子(3)，前方視界からの光に対し
光屈曲素子(3)が与える光学作用を打ち消すように補正
する補正光学系(4)，各構成要素を支持すると共に観察
者の頭部に装着可能に構成された眼鏡フレーム(5,6)
等、を備えた眼鏡型映像表示装置である。眼鏡フレーム
(5)は鼻当て部(5a)を有しており、光屈曲素子(3)や補正
光学系(4)等を支持している。また、眼鏡フレーム(6)は
耳かけ部(6a)を有しており、ＬＣＤ(1R)等を支持してい
る。
うに第１の実施の形態は、映像を表示する反射型のＬＣ
Ｄ(1R)，ＬＣＤ(1R)を照明するＬＥＤ(2)，ＬＣＤ(1R)
から発せられた映像光を屈曲して観察者の目(E)に導く
とともに観察者の前方視界からの光を透過させうるよう
に構成された光屈曲素子(3)，前方視界からの光に対し
光屈曲素子(3)が与える光学作用を打ち消すように補正
する補正光学系(4)，各構成要素を支持すると共に観察
者の頭部に装着可能に構成された眼鏡フレーム(5,6)
等、を備えた眼鏡型映像表示装置である。眼鏡フレーム
(5)は鼻当て部(5a)を有しており、光屈曲素子(3)や補正
光学系(4)等を支持している。また、眼鏡フレーム(6)は
耳かけ部(6a)を有しており、ＬＣＤ(1R)等を支持してい
る。
【００１１】この実施の形態は眼鏡型の頭部装着表示装
置であるため、装置全体がより軽量・小型になってい
る。観察者がこの映像表示装置を頭部に装着すると、目
(E)の前方には光屈曲素子(3)が配されることになり、目
(E)の側方にはＬＣＤ(1R)が配されることになる。ＬＣ
Ｄ(1R)は像面(1b)に映像を表示し、その像面(1b)はＬＥ
Ｄ(2)からの光で直接照明されるか、あるいは半透過反
射面(1a)での反射により間接的に照明される。このよう
にＬＥＤ(2)や半透過反射面(1a)から成る照明手段でＬ
ＣＤ(1R)が照明されると、像面(1b)から映像光が射出
し、その映像光は半透過反射面(1a)を透過して光屈曲素
子(3)の入射面(3a)に斜入射する。なお、この入射面(3
a)は観察者の目(E)への射出面と同一面であって、目(E)
の視線(つまり、装置装着状態で観察者が正面を見てい
るときの視線)に対して略垂直になっている。
置であるため、装置全体がより軽量・小型になってい
る。観察者がこの映像表示装置を頭部に装着すると、目
(E)の前方には光屈曲素子(3)が配されることになり、目
(E)の側方にはＬＣＤ(1R)が配されることになる。ＬＣ
Ｄ(1R)は像面(1b)に映像を表示し、その像面(1b)はＬＥ
Ｄ(2)からの光で直接照明されるか、あるいは半透過反
射面(1a)での反射により間接的に照明される。このよう
にＬＥＤ(2)や半透過反射面(1a)から成る照明手段でＬ
ＣＤ(1R)が照明されると、像面(1b)から映像光が射出
し、その映像光は半透過反射面(1a)を透過して光屈曲素
子(3)の入射面(3a)に斜入射する。なお、この入射面(3
a)は観察者の目(E)への射出面と同一面であって、目(E)
の視線(つまり、装置装着状態で観察者が正面を見てい
るときの視線)に対して略垂直になっている。
【００１２】ＬＣＤ(1R)からの映像光は、入射面(3a)に
対してＰ型偏光になるように偏光方向が設定されてい
る。このように入射面(3a)に対するＰ型偏光を映像光と
して用いると、光屈曲素子(3)の入射面(3a)での表面反
射を小さくすることができる。その結果、観察者の目
(E)に有害なフレアー光が抑制されるとともに、省電力
で明るい映像が得られる。
対してＰ型偏光になるように偏光方向が設定されてい
る。このように入射面(3a)に対するＰ型偏光を映像光と
して用いると、光屈曲素子(3)の入射面(3a)での表面反
射を小さくすることができる。その結果、観察者の目
(E)に有害なフレアー光が抑制されるとともに、省電力
で明るい映像が得られる。
【００１３】入射面(3a)に斜入射した映像光は、入射面
(3a)で屈折することになる。入射面(3a)で屈折した映像
光のうち、光屈曲素子(3)のくさび部分(3W)又はその近
傍を通過したものは、くさび部分(3W)の傾斜面に貼り付
けられているホログラム(3R)に入射する。このホログラ
ム(3R)は、回折光学面を構成する反射型の回折光学素子
であり、映像を虚像として目(E)に導くために、非軸配
置された凹面鏡として作用する。したがって、ホログラ
ム(3R)に入射した映像光は、観察者の目(E)に向けて回
折されるとともに、その回折によりコリメートされて入
射面(3a)を射出する。入射面(3a)を射出した映像光は瞳
(E)に入射し、観察者は映像を虚像として観察すること
になる。なお、光屈曲素子(3)を構成しているくさび部
分(3W)等の光透過部分は、ホログラム(3R)よりも高い屈
折率の材料から成っている。
(3a)で屈折することになる。入射面(3a)で屈折した映像
光のうち、光屈曲素子(3)のくさび部分(3W)又はその近
傍を通過したものは、くさび部分(3W)の傾斜面に貼り付
けられているホログラム(3R)に入射する。このホログラ
ム(3R)は、回折光学面を構成する反射型の回折光学素子
であり、映像を虚像として目(E)に導くために、非軸配
置された凹面鏡として作用する。したがって、ホログラ
ム(3R)に入射した映像光は、観察者の目(E)に向けて回
折されるとともに、その回折によりコリメートされて入
射面(3a)を射出する。入射面(3a)を射出した映像光は瞳
(E)に入射し、観察者は映像を虚像として観察すること
になる。なお、光屈曲素子(3)を構成しているくさび部
分(3W)等の光透過部分は、ホログラム(3R)よりも高い屈
折率の材料から成っている。
【００１４】ホログラム(3R)から成る回折光学面は、Ｌ
ＣＤ(1R)からの映像光の入射角が小さくなるように、入
射面(3a)に対して傾斜しており、その入射角が更に小さ
くなるように、光屈曲素子(3)が入射面(3a)で映像光を
屈折させる構成になっている。回折光学面に対する映像
光の入射角を小さくすると、回折光学面に対する入射角
と射出角とを等しくすること(正反射条件)ができるの
で、高い回折効率を達成することができ、回折光学面の
光学設計も容易になる。また、ＬＣＤ(1R)からの映像光
が入射面(3a)に対して大きな入射角で斜入射する構成と
なっているため、光屈曲素子(3)とＬＣＤ(1R)との距離
が観察者の視線方向に短くなる。したがって、眼鏡前部
の薄型化を達成することができる。
ＣＤ(1R)からの映像光の入射角が小さくなるように、入
射面(3a)に対して傾斜しており、その入射角が更に小さ
くなるように、光屈曲素子(3)が入射面(3a)で映像光を
屈折させる構成になっている。回折光学面に対する映像
光の入射角を小さくすると、回折光学面に対する入射角
と射出角とを等しくすること(正反射条件)ができるの
で、高い回折効率を達成することができ、回折光学面の
光学設計も容易になる。また、ＬＣＤ(1R)からの映像光
が入射面(3a)に対して大きな入射角で斜入射する構成と
なっているため、光屈曲素子(3)とＬＣＤ(1R)との距離
が観察者の視線方向に短くなる。したがって、眼鏡前部
の薄型化を達成することができる。
【００１５】光屈曲素子(3)のくさび部分(3W)には、ホ
ログラム(3R)を介して補正光学系(4)が貼り付けられて
いる。つまり、光屈曲素子(3)と補正光学系(4)とは、ホ
ログラム(3R)を挟んで貼り合わされた状態にあり、厚さ
５ｍｍ以下の非常に薄い平板を成しているのである。前
述したように、光屈曲素子(3)はＬＣＤ(1R)からの映像
光を屈曲して観察者の目(E)に導く一方で、観察者の前
方視界からの光を透過させうるように構成されている。
したがって、前方視界からの光が光屈曲素子(3)のくさ
び部分(3W)を透過すると、くさび部分(3W)のパワーによ
って前方視界からの光が屈曲されることになる。なお、
くさび部分(3W)を曲面で構成した場合には、その曲面の
パワーによって前方視界が拡大又は縮小されることにな
る。このような光学作用を打ち消すように補正するのが
補正光学系(4)である。補正光学系(4)が光屈曲素子(3)
のパワーを相殺するため、観察者は通常(つまり本装置
を装着していないとき)と同様に前方視界を観察するこ
とが可能である。
ログラム(3R)を介して補正光学系(4)が貼り付けられて
いる。つまり、光屈曲素子(3)と補正光学系(4)とは、ホ
ログラム(3R)を挟んで貼り合わされた状態にあり、厚さ
５ｍｍ以下の非常に薄い平板を成しているのである。前
述したように、光屈曲素子(3)はＬＣＤ(1R)からの映像
光を屈曲して観察者の目(E)に導く一方で、観察者の前
方視界からの光を透過させうるように構成されている。
したがって、前方視界からの光が光屈曲素子(3)のくさ
び部分(3W)を透過すると、くさび部分(3W)のパワーによ
って前方視界からの光が屈曲されることになる。なお、
くさび部分(3W)を曲面で構成した場合には、その曲面の
パワーによって前方視界が拡大又は縮小されることにな
る。このような光学作用を打ち消すように補正するのが
補正光学系(4)である。補正光学系(4)が光屈曲素子(3)
のパワーを相殺するため、観察者は通常(つまり本装置
を装着していないとき)と同様に前方視界を観察するこ
とが可能である。
【００１６】次に、光屈曲素子(3)のくさび部分(3W)と
ホログラム(3R)の光学作用を図５に基づいて説明する。
ＬＣＤ(1R)からの映像光(図５中、破線で示す。)は、空
気中から入射面(3a)に大きな入射角α１で斜入射し、屈
折角α２で屈折する。入射面(3a)は目(E)の視線に対し
て略垂直になっているので、目(E)の視線と映像光との
なす角度α１が入射面(3a)に対する入射角となるのであ
る。入射面(3a)で屈折した映像光は、くさび部分(3W)を
通過してホログラム(3R)に入射する。
ホログラム(3R)の光学作用を図５に基づいて説明する。
ＬＣＤ(1R)からの映像光(図５中、破線で示す。)は、空
気中から入射面(3a)に大きな入射角α１で斜入射し、屈
折角α２で屈折する。入射面(3a)は目(E)の視線に対し
て略垂直になっているので、目(E)の視線と映像光との
なす角度α１が入射面(3a)に対する入射角となるのであ
る。入射面(3a)で屈折した映像光は、くさび部分(3W)を
通過してホログラム(3R)に入射する。
【００１７】ホログラム(3R)は入射面(3a)に対して傾斜
角α０だけ傾いているため、ホログラム(3R)に対する映
像光の入射角は(α２−α０)となる。映像光はホログラ
ム(3R)への入射時に屈折角α３で屈折され、ホログラム
(3R)中に記録されているフリンジによって回折される。
ここでは図を簡略化するために、ホログラム(3R)と補正
光学系(4)との界面を回折光学面として、その回折光学
面で映像光が回折するものとする。回折した映像光は、
くさび部分(3W)に対する入射角α４，屈折角α０でホロ
グラム(3R)から射出した後、入射面(3a)を略垂直に射出
して観察者の瞳(E)に入射する。
角α０だけ傾いているため、ホログラム(3R)に対する映
像光の入射角は(α２−α０)となる。映像光はホログラ
ム(3R)への入射時に屈折角α３で屈折され、ホログラム
(3R)中に記録されているフリンジによって回折される。
ここでは図を簡略化するために、ホログラム(3R)と補正
光学系(4)との界面を回折光学面として、その回折光学
面で映像光が回折するものとする。回折した映像光は、
くさび部分(3W)に対する入射角α４，屈折角α０でホロ
グラム(3R)から射出した後、入射面(3a)を略垂直に射出
して観察者の瞳(E)に入射する。
【００１８】ここで、空気の屈折率をｎ１とし、くさび
部分(3W)の屈折率をｎ２とし、ホログラム(3R)の屈折率
をｎ３とすると、屈折の法則から以下の式〜が成り
立つ。 ｎ１・sinα１＝ｎ２・sinα２ … ｎ２・sin(α２−α０)＝ｎ３・sinα３ … ｎ３・sinα４＝ｎ２・sinα０ …
部分(3W)の屈折率をｎ２とし、ホログラム(3R)の屈折率
をｎ３とすると、屈折の法則から以下の式〜が成り
立つ。 ｎ１・sinα１＝ｎ２・sinα２ … ｎ２・sin(α２−α０)＝ｎ３・sinα３ … ｎ３・sinα４＝ｎ２・sinα０ …
【００１９】上記各式〜において、α０＝１４度，
α１＝７０度，ｎ１＝１，ｎ２＝２，ｎ３＝１．５とす
ると、α３≒α４≒１８．８度となる。つまり、反射型
ホログラム(3R)による回折は、回折光学面に対する入射
角と射出角とが等しい正反射に近い角度で行われること
になる。したがって、M.G.MoharamとT.K.GaylordがJ.Op
t.Soc.Am./Vol.71,No7/July 1981で示しているように、
高い回折効率を達成することができる。
α１＝７０度，ｎ１＝１，ｎ２＝２，ｎ３＝１．５とす
ると、α３≒α４≒１８．８度となる。つまり、反射型
ホログラム(3R)による回折は、回折光学面に対する入射
角と射出角とが等しい正反射に近い角度で行われること
になる。したがって、M.G.MoharamとT.K.GaylordがJ.Op
t.Soc.Am./Vol.71,No7/July 1981で示しているように、
高い回折効率を達成することができる。
【００２０】次に、上記第１の実施の形態(図５)との比
較のために第１の比較例を挙げて、そのホログラムの光
学作用を図６に基づいて説明する。図６に示す第１の比
較例は、前述した特開平１０−３０１０５５号公報で提
案されているホログラム構成(眼鏡レンズ表面にホログ
ラムを貼り付けた構成)に相当するものである。基板(1
1)上にはホログラム(11R)が貼り付けられており、目(E)
の視線に対して略垂直にホログラム(11R)と基板(11)が
配置されている。
較のために第１の比較例を挙げて、そのホログラムの光
学作用を図６に基づいて説明する。図６に示す第１の比
較例は、前述した特開平１０−３０１０５５号公報で提
案されているホログラム構成(眼鏡レンズ表面にホログ
ラムを貼り付けた構成)に相当するものである。基板(1
1)上にはホログラム(11R)が貼り付けられており、目(E)
の視線に対して略垂直にホログラム(11R)と基板(11)が
配置されている。
【００２１】映像光(図６中、破線で示す。)は、空気中
から入射面(11a)に大きな入射角α１で斜入射し、屈折
角α５で屈折する。入射面(11a)は目(E)の視線に対して
略垂直になっているので、目(E)の視線と映像光とのな
す角度α１が入射面(11a)に対する入射角となるのであ
る。ホログラム(11R)に入射した映像光は、ホログラム
(11R)中に記録されているフリンジによって回折され
る。ここでは図を簡略化するために、ホログラム(11R)
と基板(11)との界面を回折光学面として、その回折光学
面で映像光が回折するものとする。回折した映像光は、
入射面(11a)を略垂直に射出して観察者の瞳(E)に入射す
る。
から入射面(11a)に大きな入射角α１で斜入射し、屈折
角α５で屈折する。入射面(11a)は目(E)の視線に対して
略垂直になっているので、目(E)の視線と映像光とのな
す角度α１が入射面(11a)に対する入射角となるのであ
る。ホログラム(11R)に入射した映像光は、ホログラム
(11R)中に記録されているフリンジによって回折され
る。ここでは図を簡略化するために、ホログラム(11R)
と基板(11)との界面を回折光学面として、その回折光学
面で映像光が回折するものとする。回折した映像光は、
入射面(11a)を略垂直に射出して観察者の瞳(E)に入射す
る。
【００２２】ここで、空気の屈折率をｎ１とし、ホログ
ラム(11R)の屈折率をｎ３とすると、屈折の法則から以
下の式が成り立つ。 ｎ１・sinα１＝ｎ３・sinα５ …
ラム(11R)の屈折率をｎ３とすると、屈折の法則から以
下の式が成り立つ。 ｎ１・sinα１＝ｎ３・sinα５ …
【００２３】上式において、α１＝７０度，ｎ１＝
１，ｎ３＝１．５とすると、α５＝３８．８度となる。
回折光学面からの射出角が０度であるので、反射型ホロ
グラム(11R)による回折は、正反射角度から３８．８度
ずれた角度で行われることになる。したがって、M.G.Mo
haramとT.K.GaylordがJ.Opt.Soc.Am./Vol.71,No7/July1
981で示しているように、回折効率は悪くなってしま
う。
１，ｎ３＝１．５とすると、α５＝３８．８度となる。
回折光学面からの射出角が０度であるので、反射型ホロ
グラム(11R)による回折は、正反射角度から３８．８度
ずれた角度で行われることになる。したがって、M.G.Mo
haramとT.K.GaylordがJ.Opt.Soc.Am./Vol.71,No7/July1
981で示しているように、回折効率は悪くなってしま
う。
【００２４】さらに、前記第１の実施の形態(図５)との
比較のために第２の比較例を挙げて、そのホログラムの
光学作用を図７に基づいて説明する。図７に示す第２の
比較例は、ホログラム(11R)で映像光を正反射方向に射
出させるために、ホログラム(11R)及び基板(11)を第１
の比較例の状態から傾斜角α９だけ傾けたものである。
比較のために第２の比較例を挙げて、そのホログラムの
光学作用を図７に基づいて説明する。図７に示す第２の
比較例は、ホログラム(11R)で映像光を正反射方向に射
出させるために、ホログラム(11R)及び基板(11)を第１
の比較例の状態から傾斜角α９だけ傾けたものである。
【００２５】映像光(図７中、破線で示す。)は、空気中
から入射面(11a)に入射角α６で斜入射し、屈折角α７
で屈折する。入射面(11a)の法線が目(E)の視線に対して
傾斜角α９だけ傾いているので、目(E)の視線と映像光
とのなす角度α１と傾斜角α９との差(α１−α９)が入
射面(11a)に対する入射角α６となるのである。ホログ
ラム(11R)に入射した映像光は、ホログラム(11R)中に記
録されているフリンジによって回折される。ここでは図
を簡略化するために、ホログラム(11R)と基板(11)との
界面を回折光学面として、その回折光学面で映像光が回
折するものとする。回折した映像光は、入射面(11a)に
対する入射角α８，屈折角α９でホログラム(11R)から
射出して観察者の瞳(E)に入射する。
から入射面(11a)に入射角α６で斜入射し、屈折角α７
で屈折する。入射面(11a)の法線が目(E)の視線に対して
傾斜角α９だけ傾いているので、目(E)の視線と映像光
とのなす角度α１と傾斜角α９との差(α１−α９)が入
射面(11a)に対する入射角α６となるのである。ホログ
ラム(11R)に入射した映像光は、ホログラム(11R)中に記
録されているフリンジによって回折される。ここでは図
を簡略化するために、ホログラム(11R)と基板(11)との
界面を回折光学面として、その回折光学面で映像光が回
折するものとする。回折した映像光は、入射面(11a)に
対する入射角α８，屈折角α９でホログラム(11R)から
射出して観察者の瞳(E)に入射する。
【００２６】ここで、空気の屈折率をｎ１とし、ホログ
ラム(11R)の屈折率をｎ３とすると、屈折の法則から以
下の式,が成り立つ。 ｎ１・sinα６＝ｎ３・sinα７ … ｎ３・sinα８＝ｎ１・sinα９ …
ラム(11R)の屈折率をｎ３とすると、屈折の法則から以
下の式,が成り立つ。 ｎ１・sinα６＝ｎ３・sinα７ … ｎ３・sinα８＝ｎ１・sinα９ …
【００２７】上記各式,において、α９＝３５度，
α１＝７０度，ｎ１＝１，ｎ３＝１．５とすると(ただ
し、α６＝α１−α９である。)、α７＝α８＝２２．
５度となる。つまり、反射型ホログラム(11R)による回
折は、回折光学面に対する入射角と射出角とが等しい正
反射に近い角度で行われることになる。したがって、M.
G.MoharamとT.K.GaylordがJ.Opt.Soc.Am./Vol.71,No7/J
uly 1981で示しているように、高い回折効率を達成する
ことができる。しかし、このように基板(11)を３５度
(＝α９)も傾斜させると、装置が目(E)の視線方向に大
型化してしまうことになる。つまり、ホログラム(11R)
が貼り付けられた眼鏡レンズを傾斜させることにより入
射角を射出角に近づけたとしても、所定の大きさの視野
角で観察瞳径とアイレリーフを確保しながら装置を小型
化することは困難なのである。
α１＝７０度，ｎ１＝１，ｎ３＝１．５とすると(ただ
し、α６＝α１−α９である。)、α７＝α８＝２２．
５度となる。つまり、反射型ホログラム(11R)による回
折は、回折光学面に対する入射角と射出角とが等しい正
反射に近い角度で行われることになる。したがって、M.
G.MoharamとT.K.GaylordがJ.Opt.Soc.Am./Vol.71,No7/J
uly 1981で示しているように、高い回折効率を達成する
ことができる。しかし、このように基板(11)を３５度
(＝α９)も傾斜させると、装置が目(E)の視線方向に大
型化してしまうことになる。つまり、ホログラム(11R)
が貼り付けられた眼鏡レンズを傾斜させることにより入
射角を射出角に近づけたとしても、所定の大きさの視野
角で観察瞳径とアイレリーフを確保しながら装置を小型
化することは困難なのである。
【００２８】《第２の実施の形態(図２)》図２に、第２
の実施の形態の光学系部分を示す。眼鏡フレーム構成
は、前述した第１の実施の形態と同様である。この実施
の形態では、映像を表示する表示手段として透過型のＬ
ＣＤ(1T)が用いられており、ＬＣＤ(1T)を照明する照明
手段としてバックライト(2B)が用いられている。また、
光屈曲素子(3)と補正光学系(4)の各面(3a,3b;4a,4b)の
曲率が、観察者の目(E)に対して視力を矯正するように
設定されている。つまり、光屈曲素子(3)と補正光学系
(4)とは、ホログラム(3R)を挟んで貼り合わされた状態
にあり、面(3a)と面(4a)とで滑らかな曲面が形成され、
かつ、面(3b)と面(4b)とで滑らかな曲面が形成されたレ
ンズ形状を成しているのである。そのレンズ形状の一部
を成す補正光学系(4)は、前方視界からの光に対し光屈
曲素子(3)がくさび部分(3W)でのみ与える光学作用を打
ち消すように補正するため、くさび部分(3W)で前方視界
からの光が屈曲されたり、前方視界が縮小されたりする
ことはない。
の実施の形態の光学系部分を示す。眼鏡フレーム構成
は、前述した第１の実施の形態と同様である。この実施
の形態では、映像を表示する表示手段として透過型のＬ
ＣＤ(1T)が用いられており、ＬＣＤ(1T)を照明する照明
手段としてバックライト(2B)が用いられている。また、
光屈曲素子(3)と補正光学系(4)の各面(3a,3b;4a,4b)の
曲率が、観察者の目(E)に対して視力を矯正するように
設定されている。つまり、光屈曲素子(3)と補正光学系
(4)とは、ホログラム(3R)を挟んで貼り合わされた状態
にあり、面(3a)と面(4a)とで滑らかな曲面が形成され、
かつ、面(3b)と面(4b)とで滑らかな曲面が形成されたレ
ンズ形状を成しているのである。そのレンズ形状の一部
を成す補正光学系(4)は、前方視界からの光に対し光屈
曲素子(3)がくさび部分(3W)でのみ与える光学作用を打
ち消すように補正するため、くさび部分(3W)で前方視界
からの光が屈曲されたり、前方視界が縮小されたりする
ことはない。
【００２９】《第３の実施の形態(図３)》図３に、第３
の実施の形態の光学系部分を示す。眼鏡フレーム構成
は、前述した第１の実施の形態と同様である。この実施
の形態では湾曲したホログラム(3R)が用いられており、
そのホログラム(3R)は、折り返される光軸によって形成
される平面の法線方向に平行な軸(つまり紙面に垂直な
軸)を中心に湾曲している。このように湾曲したホログ
ラム(3R)を用いることにより、軸上光及び軸外光に対す
る回折効率を上げることができる。また、ホログラム(3
R)が貼り付けられているくさび部分(3W)の湾曲が前方視
界からの光に与える光学作用を、補正光学系(4)が打ち
消すように補正するため、くさび部分(3W)で前方視界か
らの光が屈曲されたり、前方視界が拡大されたりするこ
とはない。
の実施の形態の光学系部分を示す。眼鏡フレーム構成
は、前述した第１の実施の形態と同様である。この実施
の形態では湾曲したホログラム(3R)が用いられており、
そのホログラム(3R)は、折り返される光軸によって形成
される平面の法線方向に平行な軸(つまり紙面に垂直な
軸)を中心に湾曲している。このように湾曲したホログ
ラム(3R)を用いることにより、軸上光及び軸外光に対す
る回折効率を上げることができる。また、ホログラム(3
R)が貼り付けられているくさび部分(3W)の湾曲が前方視
界からの光に与える光学作用を、補正光学系(4)が打ち
消すように補正するため、くさび部分(3W)で前方視界か
らの光が屈曲されたり、前方視界が拡大されたりするこ
とはない。
【００３０】《第４の実施の形態(図４)》図４に、第４
の実施の形態を示す。この実施の形態の特徴は、透過型
のホログラム(3T)を用いた点にある。回折光学面を透過
型のホログラム(3T)で構成するのに合わせて、反射型Ｌ
ＣＤ(1R)を眼鏡フレーム(5)の前側上方に配置する等の
変更を加えたほかは、前記第１の実施の形態とほぼ同様
の構成になっている。ＬＣＤ(1R)から入射面(3a)に斜入
射して屈折した映像光のうち、光屈曲素子(3)のくさび
部分(3W)又はその近傍を通過したものは、くさび部分(3
W)の傾斜面に貼り付けられているホログラム(3T)に入射
する。このホログラム(3T)は、映像を虚像として目(E)
に導くために、非軸配置された凸レンズとして作用す
る。したがって、ホログラム(3T)に入射した映像光は、
観察者の目(E)に向けて回折されるとともに、その回折
によりコリメートされて補正光学系(4)を透過する。補
正光学系(4)の射出面(4c)を射出した映像光は瞳(E)に入
射し、観察者は映像を虚像として観察することになる。
の実施の形態を示す。この実施の形態の特徴は、透過型
のホログラム(3T)を用いた点にある。回折光学面を透過
型のホログラム(3T)で構成するのに合わせて、反射型Ｌ
ＣＤ(1R)を眼鏡フレーム(5)の前側上方に配置する等の
変更を加えたほかは、前記第１の実施の形態とほぼ同様
の構成になっている。ＬＣＤ(1R)から入射面(3a)に斜入
射して屈折した映像光のうち、光屈曲素子(3)のくさび
部分(3W)又はその近傍を通過したものは、くさび部分(3
W)の傾斜面に貼り付けられているホログラム(3T)に入射
する。このホログラム(3T)は、映像を虚像として目(E)
に導くために、非軸配置された凸レンズとして作用す
る。したがって、ホログラム(3T)に入射した映像光は、
観察者の目(E)に向けて回折されるとともに、その回折
によりコリメートされて補正光学系(4)を透過する。補
正光学系(4)の射出面(4c)を射出した映像光は瞳(E)に入
射し、観察者は映像を虚像として観察することになる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、映
像光の入射角が小さくなるように回折光学面が入射面に
対して傾斜した構成になっているので、小型(特に薄型
・軽量)でありながら高画質の映像表示が可能な映像表
示装置を実現することができる。しかも比較的簡単な構
成で実現可能であるため、装置の低コスト化が可能であ
る。
像光の入射角が小さくなるように回折光学面が入射面に
対して傾斜した構成になっているので、小型(特に薄型
・軽量)でありながら高画質の映像表示が可能な映像表
示装置を実現することができる。しかも比較的簡単な構
成で実現可能であるため、装置の低コスト化が可能であ
る。
【図１】第１の実施の形態を示す平面図。
【図２】第２の実施の形態の要部光学構成を示す平面
図。
図。
【図３】第３の実施の形態の要部光学構成を示す平面
図。
図。
【図４】第４の実施の形態の要部光学構成を示す縦断面
図。
図。
【図５】第１の実施の形態における光屈曲素子のくさび
部分とホログラムの光学作用を示す光学構成図。
部分とホログラムの光学作用を示す光学構成図。
【図６】第１の比較例におけるホログラムの光学作用を
示す光学構成図。
示す光学構成図。
【図７】第２の比較例におけるホログラムの光学作用を
示す光学構成図。
示す光学構成図。
1R …反射型のＬＣＤ(表示手段) 1T …透過型のＬＣＤ(表示手段) 1a …半透過反射面 1b …像面 2 …ＬＥＤ 2B …バックライト 3 …光屈曲素子 3a …入射面 3R …反射型のホログラム(回折光学面) 3T …透過型のホログラム(回折光学面) 3W …くさび部分 4 …補正光学系 E …目(瞳）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷尻 靖 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 映像を表示する表示手段と、 観察者の目の前方に配され、映像光が斜入射する入射面
と、前記映像を虚像として目に導き、かつ、映像光の入
射角が小さくなるように前記入射面に対して傾斜した回
折光学面と、視線に対して略垂直な射出面と、を有し、
空気より屈折率の高い材料から成り、前記表示手段から
の映像光を屈曲し、前記回折光学面への入射角を小さく
する光屈曲素子と、 を備えたことを特徴とする映像表示装置。 - 【請求項２】 前記光屈曲素子が観察者の前方視界から
の光を透過させうるように構成されており、さらに、前
方視界からの光に対し前記光屈曲素子が与える光学作用
を打ち消すように補正する補正光学系を備えたことを特
徴とする請求項１記載の映像表示装置。 - 【請求項３】 前記表示手段からの映像光が前記入射面
に対してＰ型偏光になるように偏光方向が設定されてい
ることを特徴とする請求項１記載の映像表示装置。 - 【請求項４】 さらに、前記表示手段及び光屈曲素子を
支持すると共に観察者の頭部に装着可能に構成された眼
鏡フレームを備えたことを特徴とする請求項１，請求項
２又は請求項３記載の映像表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24439099A JP4395673B2 (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | 映像表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24439099A JP4395673B2 (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | 映像表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001066544A true JP2001066544A (ja) | 2001-03-16 |
| JP4395673B2 JP4395673B2 (ja) | 2010-01-13 |
Family
ID=17117970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24439099A Expired - Fee Related JP4395673B2 (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | 映像表示装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005331767A (ja) * | 2004-05-20 | 2005-12-02 | Sony Corp | 画像表示装置 |
| US8092011B2 (en) | 2009-03-25 | 2012-01-10 | Olympus Corporation | Eyeglass-mounted type image display device |
| JP2017504072A (ja) * | 2013-12-31 | 2017-02-02 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | ニアアイディスプレイシステム用の多層光学フィルム埋め込みレンズ |
| JP2017173573A (ja) * | 2016-03-24 | 2017-09-28 | セイコーエプソン株式会社 | 画像表示装置 |
| KR101894555B1 (ko) * | 2016-09-07 | 2018-10-04 | 주식회사 레티널 | 반사 렌즈 모듈 |
| CN110095869A (zh) * | 2013-12-05 | 2019-08-06 | 索尼公司 | 显示设备 |
Citations (6)
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|---|---|---|---|---|
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| JPH06273691A (ja) * | 1993-03-24 | 1994-09-30 | Nissan Motor Co Ltd | ヘッドアップ型車両用表示装置 |
| JPH09101478A (ja) * | 1995-08-03 | 1997-04-15 | Denso Corp | ヘッドアップディスプレイ装置 |
| JPH10307263A (ja) * | 1997-05-07 | 1998-11-17 | Olympus Optical Co Ltd | プリズム光学素子及び像観察装置 |
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| WO2000079327A1 (en) * | 1999-06-21 | 2000-12-28 | The Microoptical Corporation | Eyeglass display lens system employing off-axis optical design |
-
1999
- 1999-08-31 JP JP24439099A patent/JP4395673B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
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| JP4543747B2 (ja) * | 2004-05-20 | 2010-09-15 | ソニー株式会社 | 画像表示装置 |
| US8092011B2 (en) | 2009-03-25 | 2012-01-10 | Olympus Corporation | Eyeglass-mounted type image display device |
| CN110095869A (zh) * | 2013-12-05 | 2019-08-06 | 索尼公司 | 显示设备 |
| CN110095869B (zh) * | 2013-12-05 | 2021-09-14 | 索尼公司 | 显示设备 |
| JP2017504072A (ja) * | 2013-12-31 | 2017-02-02 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | ニアアイディスプレイシステム用の多層光学フィルム埋め込みレンズ |
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| JP2017173573A (ja) * | 2016-03-24 | 2017-09-28 | セイコーエプソン株式会社 | 画像表示装置 |
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