JP2002156600A - 映像表示装置 - Google Patents
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Abstract
示部からの光を眼に導いて映像の拡大虚像を提供するホ
ログラム素子と、ホログラム素子を保持するとともに表
示部からの光をホログラム素子に導く透明板より成る映
像表示装置において、不要な反射光が眼に入射して像の
質を低下させるのを防止する。 【解決手段】 ホログラム素子と透明板の境界面に入射
する外界からの光のうち、入射角がブリュースター角を
超えるものを眼に向かう方向以外の方向に反射するよう
に、眼に対する境界面の向きを設定する。ホログラム素
子や透明板と空気との境界面も同様に設定する。また、
ホログラム素子と透明板、あるいは両者を接着する接着
剤の屈折率を等しくして、光学的な境界面をなくした構
成もある。
Description
れ、映像と共に外界の像を提供する映像表示装置に関す
る。
の光と外界からの光を眼に導いて、映像と外界の像を提
供する映像表示装置が、個人用の情報供給手段として提
案されている。広い視界を確保するために、映像を表示
する表示部は装置の周辺部に配置され、表示部からの光
を眼に導くための接眼光学系と、接眼光学系を保持する
透明板が眼の前に配置される。表示部からの光を反射し
て外界からの光を透過させる反射型のホログラム素子を
接眼光学系として用いることで、映像の拡大虚像を外界
の像に重ねて提供することも行われている。
れるのが一般的であり、使用者は日常生活のあらゆる場
面で装置を使用することができる。例えば、歩行中でも
映像観察が可能である。
板の表面に貼り付けられるか、あるいは透明板の内部に
設けられる。後者の構成は、傾斜した端面を有する2つ
の素片を接合することにより透明板を作製し、その接合
面にホログラム素子をあらかじめ貼り付けておくことで
実現されている。この構成では、表示部からの光を透明
板の端部より導き入れ、対向する2つの表面で反射しな
がらホログラム素子に導く。
表示装置では、接眼光学系であるホログラム素子の側端
面は透明板の表面に対して略垂直になっており、使用者
の視線の方向に対して大きな角度差がない。このため、
外部からの光がホログラム素子の側端面で反射されて眼
に入射する。また、同様な理由で、透明板の端面で反射
されて眼に入射する光もあり、2つの素片を接合して透
明板とした構成では、接合面で反射されて眼に入射する
光もある。これらの光は、反射されなければ眼に入射し
ないはずの光であり、本来の方向とは別の方向から眼に
入射して、使用者に提供する像の質を低下させることに
なる。
の素片13a、13bを嵌合し、隙間13gを接着剤3
2で充填して素片13a、13bを接着して透明板を形
成すると、接着剤32の収縮や隆起が生じることがあ
る。この接着剤32の収縮や隆起により外界からの光L
Bの屈折や回折が生じ、本来使用者の眼Eに入射しない
不要な光が眼Eに導かれて像の質を低下させる場合もあ
る。接着剤32に限らず、ホログラム素子を形成する感
光材料を、2つの素片13a、13b間の隙間や、透明
板に形成されたスリットに充填する場合も同様に、収縮
等により屈折や回折が生じる問題がある。
素子ではあるものの、従来の映像表示装置は接眼光学系
としてホログラム素子を1つだけ備える構成であるた
め、接眼光学系の性能の向上を図るには限界がある。
たもので、像の質を低下させる不要な外光を低減した映
像表示装置、および優れた性能を有する接眼光学系を備
えた映像表示装置を提供することを目的とする。
に、本発明では、映像を表示する表示部と、接眼光学系
と、接眼光学系を保持する透明な板状部材を備え、接眼
光学系が眼の前に位置し板状部材が眼に対面する状態で
使用されて、表示部からの光を接眼光学系により眼に導
いて表示部が表示した映像の虚像を提供するとともに、
外界からの光を板状部材を透過させて眼に導いて外界の
像を提供する映像表示装置において、接眼光学系と板状
部材の境界面が、ブリュースター角を超える入射角で入
射する外界からの光を眼に向けて反射しないように、設
定されているものとする。
面に光が入射するとき、反射率は入射角に依存する。入
射角と反射率の関係を、媒質の屈折率が1と1.5の場
合を例にとって図26に示す。図26において、(a)
は光が屈折率の小さい媒質から屈折率の大きい媒質に入
射するときの反射率を示しており、(b)は光が屈折率
の大きい媒質から屈折率の小さい媒質に入射するときの
反射率を示している。P偏光の反射率Rpが0になると
きの入射角(矢印BAで示す)がブリュースター角であ
り、境界面への入射角がブリュースター角に等しいと
き、透過光と反射光は直角を成す。
P偏光の反射率RpもS偏光の反射率Rsも小さく、入
射光の大部分が境界面を透過する。一方、入射角がブリ
ュースター角を超えると、P偏光の反射率RpもS偏光
の反射率Rsも急激に大きくなり、大部分が境界面で反
射されるようになる。
射角で入射する外界からの光を眼に向けて反射しないよ
うに接眼光学系と板状部材の境界面を設定することで、
この境界面で反射されて眼に入射する外界からの光の量
を大幅に低減することが可能になる。その結果、使用者
に提供する像の質が低下するのを避けることができる。
材と外部の空気の境界面も、ブリュースター角を超える
入射角で入射する外界からの光を眼に向けて反射しない
ように設定するとよい。
板状素片で構成する場合は、第1の板状素片と第2の板
状素片の境界面も、ブリュースター角を超える入射角で
入射する外界からの光を眼に向けて反射しないように設
定するとよい。
える入射角で入射する外界からの光を眼に向かう方向以
外の方向に反射するように、眼に対する境界面の向きを
定めることで実現することができる。
部材を成す第1の板状素片と第2の板状素片を直接接し
合わせ、接し合うものの屈折率を等しくすることでも実
現できる。さらに、接眼光学系と板状部材、または第1
の板状素片と第2の板状素片を接着剤で接着し、それら
全ての屈折率を等しくすることでも実現できる。これら
の構成では、境界面が実質的に存在しなくなり、反射光
は皆無になる。
学系を板状部材のスリットに充填した構成とするとよ
い。接眼光学系と板状部材の境界面の眼に対する向きを
上記のように設定することや、接眼光学系と板状部材を
直接接し合わせることが容易になる。
が、表示部からの光を端部より入射させて、外部の空気
との境界面で反射して接眼光学系に導くようにするとよ
い。すなわち、板状部材の対向する2つの表面による反
射で表示部からの光を接眼光学系に導く。このようにす
ると、表示部を視野の外に位置させるために板状部材を
大きくし、かつ、板状部材を薄くすることができる。
面に、端部より入射した表示部からの光を反射し、外界
からの光を透過させる反射型のホログラム素子を有する
ようにしてもよい。外部の空気との境界面である表面に
ホログラム素子を設けなくても全反射を利用すれば光を
導くことは可能であるが、表面にホログラム素子を設け
ると全反射の条件を満たす必要がなくなって、板状部材
の設計の自由度が増す。
外界からの光を透過させる反射型のホログラム素子とす
るとよい。映像を外界の像の一部に重ねて提供する装置
となる。しかも、ホログラム素子は波長選択性が高いた
め、外界からの光のほとんど全てを透過させることが可
能であり、外界の像の一部が暗くなることがない。さら
に、映像の拡大率の設定が容易であり、表示部として小
型化のものを用いながら大きな映像を提供することがで
きる。
た、映像を表示する表示部と、接眼光学系と、接眼光学
系を保持する透明な板状部材を備え、接眼光学系が眼の
前に位置し板状部材が眼に対面する状態で使用されて、
表示部からの光を接眼光学系により眼に導いて表示部が
表示した映像の虚像を提供するとともに、外界からの光
を板状部材を透過させて眼に導いて外界の像を提供する
映像表示装置において、接眼光学系が2以上のホログラ
ム素子より成り、板状部材が接眼光学系のホログラム素
子のうち少なくとも最終段のホログラム素子を保持する
ものとする。
成することにより、収差を良好に抑え、かつ映像の拡大
率を自由に設定することができる。表示部からの光は板
状部材に保持された最終段のホログラム素子から眼に導
かれる。
からの光を端部より入射させて、外部の空気との境界面
で反射して接眼光学系の最終段のホログラム素子に導く
ようにするとよい。板状部材を大きく、かつ薄くするこ
とができる。
界面に、端部より入射した表示部からの光を反射し、外
界からの光を透過させる反射型のホログラム素子を有
し、このホログラム素子が接眼光学系の最終段以外のホ
ログラム素子を兼ねるようにすることもできる。このよ
うにすると、接眼光学系の最終段以外のホログラム素子
を表示部と板状部材の間に配置する必要がなくなり、装
置の構成が簡素になる。
子は、表示部からの光を反射し、外界からの光を透過さ
せる反射型のホログラム素子とするとよい。質の高い映
像を明るい外界の像に重ねて提供することが可能な装置
となる。
板状部材に光学的パワーをもたせるとよい。板状部材の
パワーにより視度調節がなされ、視力の低下した人で
も、眼鏡等の他の矯正手段を用いることなく、像を鮮明
に観察することが可能になる。
備えるようにしてもよい。手で保持する必要がなくな
り、使い勝手のよい装置となる。
と、接眼光学系と、接眼光学系を保持する透明な板状部
材とを備え、接眼光学系が眼の前に位置して板状部材が
眼に対面する状態で使用され、表示部からの光を接眼光
学系により眼に導いて表示部が表示した映像の虚像を提
供するとともに、外界からの光を前記板状部材を透過さ
せて眼に導いて外界の像を提供する映像表示装置におい
て、使用者の眼に対向する前記板状部材の表面に露出し
た複数の部材を覆う被覆部を設けたことを特徴としてい
る。
状素片を嵌合した一部の隙間に接眼光学系を充填し、他
の隙間に接着剤を充填することにより接眼光学系を保持
した際に、第1、第2の板状素片に跨って該隙間を被覆
部により覆って使用者の眼に対向する表面に隙間を露出
させない。これにより、該隙間に充填された接眼光学系
や接着剤による凹凸によって屈折や回折して眼に導かれ
る外光が低減される。被覆部は、樹脂成形や光学フィル
ムの貼着により形成することができ、被覆部と板状部材
とを一体に形成してもよい。
施形態について図面を参照しながら説明する。第1の実
施形態の映像表示装置1の外観を図1に示す。映像表示
装置1は、映像を表示する表示部11R、表示部11R
からの光を反射する反射型のホログラム素子12R、透
明で板状の1対の透明板13L、13R、透明板13
L、13Rを連結する連結部15、1対のテンプル16
L、16R、および1対の鼻当て17L、17Rを備え
ている。
鏡のような形状を有しており、眼鏡と同様、透明板13
L、13Rがそれぞれ左右の眼に対面するように頭部に
装着される。テンプル16L、16Rはそれぞれ透明板
13L、13Rの端部に取り付けられており、鼻当て1
7L、17Rは連結部15に取り付けられている。テン
プル16L、16Rと鼻当て17L、17Rは、頭部に
支持されるとともに、透明板13L、13Rを支持する
装着部材である。
定されている。装着時には、表示部11Rは使用者の視
野の外に位置し、視界を妨げることがない。表示部11
Rの動作は、ケーブル18を介して接続されている制御
装置(不図示)によって制御される。透明板13L、1
3Rは、通常の眼鏡のレンズと同様、楕円形に近い外形
を有しており、視野の略全体に相当する大きさである。
透明板13L、13Rは前面(眼から遠い表面)と後面
(眼に近い表面)を互いに平行な平面とされており、光
学的パワーを有していない。
あり、透明板13Rの中央付近の内部に設けられてい
る。透明板13Rはホログラム素子12Rを保持し、装
着時にホログラム素子12Rを右眼の直前に位置させ
る。ホログラム素子12Rは、透明板13Rの表面に対
して傾斜しており、装着時にはその下端が上端よりも顔
面に近くなる。表示部11Rからの光はホログラム素子
12Rによって反射されて右眼に入射する。また、外界
からの光は透明板13Rを透過して右眼に入射する。
示部11Rの映像の拡大虚像を表すように設定されてお
り、接眼光学系として機能する。提供される虚像は、表
示部11Rの実像の十倍程度またはそれ以上の大きさで
あり、眼の前方1〜数mの距離に位置する。また、ホロ
グラム素子12Rは外界からの光を透過させるように設
定されており、したがって、映像の虚像は外界の像の中
央部に重なって観察される。
2に示す。表示部11Rは、透過型の液晶表示器(LC
D)11a、発光ダイオード(LED)11b、レンズ
11c、およびこれらを収容する筺体11dより成る。
LED11bは、LCD11aを照明するための所定波
長の光を発し、レンズ11cは、LED11bからの光
をLCD11aの全面に均一に導く。LCD11aは映
像を表示し、レンズ11cを介してLED11bより与
えられる光を変調する。
前面側に膨らむくさび状とされており、このくさび状の
部位を前後から挟むようにして筺体11dが固定されて
いる。LCD11aによって変調された光は、上端面よ
り透明板13Rに入射し、後面に達する。LED11
b、レンズ11c、LCD11aは、透明板13の後面
に対する光の入射角が臨界角を超えるように配置されて
おり、後面に達した光は全反射される。後面で反射され
た光は前面でも全反射され、透明板13R内で数回の全
反射を繰り返してホログラム素子12Rに入射する。こ
のように複数回の反射により光をホログラム素子12R
に導くことで、透明板13Rを大きくかつ薄くすること
ができる。
図を図3の(a)、(b)に示す。透明板13Rには前
面から後面に達する帯状のスリット14が形成されてい
る。このような構成の透明板13Rは、例えば、スリッ
ト14と同形の突出片を有する金型を用いるインサート
成形で作製することができる。ホログラム素子12Rは
スリット14内に、スリット14を隙間なく満たすよう
に設けられている。ホログラム素子12Rは、例えば、
感光性を有し加熱等により固化する液状の感光材料をス
リット14に流し込み、材料を固化させた後にホログラ
ム露光することにより作製されている。ホログラム素子
12Rの材料としては、固化後の屈折率が透明板13R
の屈折率と同じになるものを使用しており、ホログラム
素子12Rと透明板13Rの屈折率は等しい。
薄いながらも4つの端面を有する。上下(前後)の端面
は外部に露出しており、空気との境界面を成す。これら
の端面は、それぞれ透明板13Rの前面および後面と同
一平面を成すように仕上げられており、視線に対して垂
直に近い。このため、ホログラム素子12Rの前後の端
面によって反射されて眼に入射する外界からの光はな
い。
り、透明板13Rに接する。これらの端面は透明板13
Rの前面および後面に対して垂直であり、視線に対して
平行に近い。したがって、仮にこれらの端面が外界から
の光を反射すれば、その反射光が眼に入射する可能性が
ある。しかしながら、前述のように、ホログラム素子1
2Rの屈折率と透明板13Rの屈折率が等しいため、ホ
ログラム素子12Rの左右の端面は光学的には存在しな
いことになり、ここで反射される外界からの光はない。
と前面)も透明板13Rとの境界面であり、透明板13
Rに接する。仮にこれらの面が外界からの光を反射する
としても、視線に対する角度が大きいため、反射光は眼
に入射しない。しかも、上記と同じ理由でこれらの面は
光学的には存在しないに等しいから、外界からの光は透
過するのみである。結局、ホログラム素子12Rと透明
板13Rの境界面で反射されて眼に入射する外界からの
光はなく、ホログラム素子12Rと外部の空気の境界面
で反射されて眼に入射する光もない。
垂直に近いから、これらの面で反射されて眼に入射する
外部からの光はない。一方、透明板13Rの周囲の端面
は視線に対して平行に近く、前面を透過した外界からの
光が端面で反射されて眼に入射する可能性がある。この
可能性をなくすために、透明板13Rの端面全体には内
部からの光の反射を防止する反射防止膜が施されてい
る。つまり、前面を透過した外界からの光は端面をも透
過する。したがって、透明板13Rと空気の境界面で反
射されて眼に入射する光もない。
界からの光が反射されて本来の方向とは異なる方向から
眼に入射することはなく、そのような光のために提供す
る像の質が低下するという不都合は生じない。なお、端
面のどの部位も視野内に入らないように透明板13Rを
大きくして、反射防止膜を省略するようにしてもよい。
表示器11Rからの光を透明板13Rの前面と後面で反
射してホログラム素子12Rに導くようにしているた
め、透明板13Rをそのような大きさとすることは容易
である。しかも、透明板13Rを大きくしても厚さを増
す必要がなく、装置を軽量に保つことができる。
て説明するが、映像表示装置1の構成要素と同一または
類似の機能を有する構成要素は同じ符号で表して、重複
する説明は省略する。
図4に示す。映像表示装置2は、映像表示装置1を修飾
して、透明板13L、13Rをフレーム19に固定する
とともに、透明板13Rおよびこれに保持されているホ
ログラム素子12Rの構成を変えたものである。テンプ
ル16L、16Rおよび鼻当て17L、17Rはフレー
ム19に取り付けられている。また、ケーブル18はフ
レーム16Rの内部に収納され、テンプル16Rの後端
から出て制御装置に接続されている。
3a、13bを接合して作製されている。また、ホログ
ラム素子12Rは素片13a、13bの接合面に設けら
れており、透明板13Rの左右両端に達する。したがっ
て、左右方向に広い映像を提供することができる。
正面図を図5の(a)、(b)に示す。素片13aは細
長く、その原体は、例えば、押し出し成形で作製するこ
とができる。ホログラム素子12Rは、薄板状の感光材
料を接合面となる原体の斜面に貼り付け、素片13aの
原体の押し出し成形の方向に移動しながらホログラム露
光することで作製することができる。露光後、素片13
aの原体と素片13bの原体をUV接着剤で接着し、切
削加工して眼鏡レンズの形状を有する透明板13Rとす
る。この方法では、素片13aとホログラム素子12R
の位置合わせをする必要がない。なお、素片13Rの原
体の斜面に液状の感光材料兼接着剤を塗布し、接着後に
ホログラム露光してもよい。
Rと透明板13Rの境界面には、視線に対する角度の小
さい部分がなく、外界からの光がホログラム素子12R
と透明板13Rの境界面で反射されて眼に入射すること
はない。また、ホログラム素子12Rの端部や透明板1
3Rの端部はフレーム19の溝に入り込んでおり、それ
らの端面で反射されて眼に入射する外界からの光もな
い。
図6に示す。映像表示装置3は、透明板13Lにもホロ
グラム素子12Lを設けるとともに、表示部11Lを追
加して、両眼に映像を提供するようにしたものである。
2つの表示部11L、11Rが視差のある映像を表示す
ることで、立体映像を提供することができる。透明板1
3L、13Rは前面と後面を曲面とされて光学的パワー
を有しており、視度調節機能を有する。したがって、視
力の低下した人でも、他の矯正手段を用いることなく、
像を鮮明に観察することができる。
13cと透明なプリズム状の素片13dより成る。素片
13dは、素片13cに埋め込まれており、後面のみが
露出している。素片13dの側面図を図7に示す。透明
板13L、13Rは、表面にホログラム素子12L、1
2Rを設けた素片13dを金型内に配置し、その金型を
用いて素片13cを射出成形することによって作製する
ことができる。
で作製されている。したがって、素片13c、13dの
境界面には視線に対して平行に近い部分があるものの、
素片13c、13dの境界面で反射されて眼に入射する
外界からの光はない。また、ホログラム素子12L、1
2Rも素片13c、13dと屈折率の等しい材料で作製
されており、ホログラム素子12L、12Rと透明板1
3L、13Rの境界面で反射されて眼に入射する外界か
らの光もない。透明板13L、13Rの周囲の端面に
は、第1の実施形態の映像表示装置1と同様に、反射防
止膜が設けられている。
るため、その形状は自由に設定してよく、例えば板状と
することもできる。その場合、素片13dの全体を素片
13cに埋没させることにより、透明板13L、13R
にパワーをもたせることができる。また、ホログラム素
子のみを金型内に配置して成形することにより透明板を
作製してもよい。このようにすると、素片13dは存在
しなくなるが、透明板13L、13Rと光学的に等価な
透明板が得られる。
図8に示す。この映像表示装置4は第1の実施形態の映
像表示装置1の透明板13Rの構成を変えたものであ
る。透明板13Rは透明で板状の2つの素片13e、1
3fを、透明な接着剤で接着して作製されている。
方向の断面図を図9の(a)、(b)、(c)に示す。
素片13eとの接合面となる素片13fの部位は、いず
れも斜面とされており、水平方向の断面は後面側が広が
った台形である。ホログラム素子12Rは、下部の斜面
に貼り付けられている。左右の斜面は、前面を透過して
入射する外界からの光のうち、入射角がブリュースター
角を超えるものを、眼に向かう方向以外の方向に反射す
るように、素片13e、13fの屈折率を考慮して前面
に対する角度が設定されている。
に模式的に示す。素片13fの前面を透過しブリュース
ター角を超える入射角で素片13e、13fの境界面に
入射した外界からの光LBは、反射されても眼Eには入
射しない。また、ブリュースター角以下の入射角で素片
13e、13fの境界面に入射する光は僅かであり、し
かも、その反射率は低い。したがって、素片13e、1
3fの境界面で反射されて眼に入射する光はほとんどな
い。また、ホログラム素子12Rの左右の端面は素片1
3fの左右の斜面と同一平面となるように設定されてお
り、ホログラム素子12Rと透明板13Rの境界面で反
射されて眼に入射する外部からの光もほとんどない。
明板13Rを成す素片13e、13fとして屈折率が異
なるものを使用することができるし、素片13e、13
fを接合するための接着剤も素片13e、13fとは異
なる屈折率のものを使用することができる。したがっ
て、材料の選択の自由度が高い。さらに、接合面が傾斜
しているため、接着剤を塗布して素片13fを素片13
eに押圧するだけで容易に素片13e、13fを接着す
ることが可能であり、また、透明板13Rの内部におけ
るホログラム素子12Rの位置も自動的に定まる。
射防止膜が施されており、透明板13Rの端面で反射さ
れて眼に入射する外界からの光はない。反射防止膜を設
けることに代えて、素片13e、13fの接合面と同様
に、ブリュースター角を超える入射角で入射する外界の
光を眼に向かう方向以外の方向に反射するように、眼に
対する透明板13Rの端面の向きを設定してもよい。そ
の場合、素片13eと空気の屈折率の差を考慮して端面
の向きを定める。この方法は、第1、第3の実施形態の
映像表示装置1、3でも採用することができる。
明する。本実施形態の映像表示装置は、第4の実施形態
の映像表示装置4の透明板13Rおよびホログラム素子
12Rの構成を変え、素片13f内にホログラム素子1
2Rを形成したものである。また、図11の(a)、
(b)に示すように、素片13fの側端面及び下端面は
視線に対して略垂直に形成されている。
同じ材料で一体に作製されている。ホログラム素子12
Rの作製方法を図12に模式的に示す。まず、感光剤を
含む透明な材料を成形して素片13fの原体を作製す
る。次いで、図12の(a)または(b)のように、ホ
ログラム素子12Rとする部位の表面に細い帯状のマス
クMを配置して、原体を露光する。この露光は干渉縞を
形成しないように行う。これで、単なる透明な光学素子
である素片13fが得られ、その内部に、マスクMの陰
Sとなった感光材料が未露光のまま薄板状に残る。最後
に、この未露光の感光材料をホログラム露光してホログ
ラム素子12Rとする。
13fの屈折率に差が生じず、したがって、両者の境界
面によって反射されて眼に入射する外部からの光はな
い。また、素片13fと素片13e(図8参照)とは、
屈折率の等しい材料で作成され、素片13f及び素片1
3eと屈折率の等しい接着剤により接着されている。こ
のため、素片13fの側端面及び下端面に入射した光
は、光学的に同一部材の接着剤及び素片13eを透過
し、反射により眼に導かれることはない。尚、素片13
fと素片13eとを一体に成形加工して透明板13Rを
形成してもよい。また、空気との境界面となるホログラ
ム素子12の端面や透明板13Rの周端面には、上記と
同様に反射防止膜を施す。
(a)のように後面側から行うことも、(b)のように
側面側から行うこともできる。また、前面側から行うこ
とも可能である。ただし、後面側または前面側から露光
を行う方が、ホログラム素子12Rの厚さを容易に均一
にすることできるためより好ましい。
くさび状の上端部は、他の平板状の部分と別体としても
よい。その場合、上端部を平板状の部分と屈折率の等し
い材料で作製し、両者を屈折率の等しい接着剤で接着す
る。
明する。本実施形態の映像表示装置は前述の図8に示す
第4の実施形態の映像表示装置4と同様に構成される。
透明板13Rの斜視図、側面断面図及び上面断面図をそ
れぞれ図13、図14及び図15に示す。これらの図に
示すように、透明板13Rは第4の実施形態の映像表示
装置4と同様に、2つの素片13e、13fを接合して
構成されている。
(図11参照)と同様に視線に対して略垂直に形成さ
れ、素片13fの斜面にはホログラム素子12Rが貼り
付けられている。また、透明板13Rの平板部分の前面
及び後面には全面を覆う透明膜31(被覆部)が形成さ
れている。
しい材料で作成されている。また、これらは互いに素片
13f及び素片13eと屈折率の等しい接着剤32によ
り接着されている。このため、素片13fの左右の側端
面に入射した光は、光学的に同一部材の接着剤32及び
素片13eを透過し、反射により眼に導かれることはな
い。透明板13Rの周面には、上記と同様に反射防止膜
が施されている。
e、13fとの接合面は視線に対する角度が大きいた
め、ホログラム素子12Rと素片13e、13fとの界
面で屈折率の違いによる反射がある場合でも、ブリュー
スター角を超える大きな反射率の反射光が眼に導かれる
ことはない。
e、13f及びホログラム素子12Rを配置し、その型
を用いて素片13e、13fと同じ屈折率のUV硬化樹
脂を充填して射出成形することによって形成される。こ
れにより透明膜31は所定の表面形状に形成される。同
時に、素片13fと素片13eとの隙間には接着剤32
としてUV硬化樹脂が充填され、該隙間が素片13f、
13eとともに透明膜31により覆われる。
による凹凸が透明膜31の表面に発生せず、透明膜31
の表面を凹凸のない一様な面に形成することができる。
これにより、該隙間に入射した光が屈折や回折すること
なく屈折率の等しい接着剤32、ホログラム素子12
R、素片13eを透過し、眼に導かれることを防止する
ことができる。
膜に形成することにより、光学性能に及ぼす影響を無視
できる程度に低減することができるため厚み誤差を比較
的大きく許容することができる。また、屈折率が透明板
13Rと等しいため、境界面の屈折を考慮せずに容易に
設計できるが、映像光が透明膜31の表面を反射しなが
ら進行するため透明膜31の厚みを考慮して光路長を設
計する必要がある。
3R上に貼着して形成してもよい。素片13e、13f
を所定位置に配置して光学フィルムを貼着し、接着剤3
2を素片13e、13f間の隙間に充填することにより
接着剤32の収縮や隆起を防止することができる。この
ようにしても、上記と同一の効果を得ることができる。
更に、光学フィルムとして反射防止フィルムを用いると
より望ましい。
3f間に充填される場合に限られず、第1の実施形態の
ようなスリット14(図3参照)に接着剤32やホログ
ラム素子12Rを形成する感光材料を充填するような場
合においても板状部材とホログラム素子等とを同時に透
明膜31で覆うことにより上記と同様の効果を得ること
ができる。
明する。本実施形態の映像表示装置は前述の図6に示す
第3の実施形態の映像表示装置3と同様に構成され、図
16の斜視図及び図17の側面断面図に示すように、ホ
ログラム素子12Rが貼着された素片13dが素片13
cに埋められ、接着剤32により接着して透明板13R
が形成されている。透明板13Rの後面には、第6実施
形態と同様の透明膜31が形成されている。素片13
c、13d、接着剤32はいずれも同じ屈折率を有して
いる。
填される素片13c、13d間の隙間が素片13c、1
3dとともに樹脂成形或いは光学フィルム等から成る透
明膜31で覆われるので、接着剤32の硬化時の収縮や
隆起による凹凸が透明膜31の表面に発生しない。この
ため、透明膜31の表面を凹凸のない一様な面に形成す
ることができる。従って、第6実施形態と同様に、該隙
間に入射した光が屈折や回折することなく、眼に導かれ
ることを防止することができる。
明する。本実施形態の映像表示装置は第6の実施形態の
映像表示装置と同様に構成され、図18の分解斜視図及
び図19の側面断面図に示すように、素片13a、13
bが視線方向に略垂直な平板部13j、13kを有して
いる。そして、ホログラム素子12Rを有する素片13
aの突起部13gを素片13bの孔部13hに嵌合して
素片13a、13bが接着剤32により接着されてい
る。素片13a、13b、接着剤32はいずれも同じ屈
折率を有している。
孔部13hとの隙間は、平板部13j、13kにより覆
われている。従って、接着剤32の硬化時の収縮や隆起
による凹凸が透明板13Rの表面に発生せず、透明板1
3Rの表面を凹凸のない一様な面に形成することができ
る。これにより、該隙間に入射した光が屈折や回折する
ことなく屈折率の等しい接着剤32、ホログラム素子1
2R、素片13eを透過し、眼に導かれることを防止す
ることができる。従って、平板部13j、13kは第6
の実施形態の透明膜31と同様に作用し、素片13a、
13bと一体に形成された透明膜31とみなされる。こ
れにより、光学フィルム等の透明膜31を別途設ける必
要がなく部品点数を削減することができる。
明する。本実施形態の映像表示装置は第8の実施形態の
映像表示装置と同様に、図20の分解斜視図に示すよう
に、素片13a、13bが視線方向に略垂直な平板部1
3j、13kを有している。そして、ホログラム素子1
2Rを有する素片13aの斜面と素片13bの斜面とを
対向して素片13a、13bが接着剤32(不図示)に
より接着されている。素片13a、13b、接着剤32
はいずれも同じ屈折率を有している。このように構成し
ても、第8の実施形態と同様の効果を得ることができ
る。
説明する。本実施形態の映像表示装置は第8の実施形態
の映像表示装置と同様に、図21の分解斜視図及び図2
2の側面断面図に示すように、素片13a、13bが視
線方向に略垂直な平板部13j、13kを有している。
また、第8の実施形態と異なり、表示部11Rを取付け
る取付部13rが素片13bと一体に形成されている。
片13aの突起部13gを素片13bの孔部13hに嵌
合して素片13a、13bが接着剤32により接着され
ている。素片13a、13b、ホログラム素子12R、
接着剤32はいずれも同じ屈折率を有している。このよ
うに構成しても、第8の実施形態と同様の効果を得るこ
とができる。
て説明する。映像表示装置6は、携帯電話機に組み込ま
れており、受信した情報や送信する情報を使用者に映像
として提供するものである。映像表示装置6を組み込ん
だ携帯電話機20の外観を図23に示す。携帯電話機2
0は、本体部20aと蓋部20bより成り、非使用時に
は、蓋部20bが本体部20aに重なるように折り畳む
ことができる。
司り、信号処理回路を内蔵するほか、電話番号等の入力
を行うための複数のキー21、入力された電話番号を表
示する液晶表示器22、無線波を送受するアンテナ2
3、受信した音声を出力するスピーカ24等を備えてい
る。蓋部20bは、音声入力のためのマイクロフォン2
5を備えており、また、映像表示装置6を内蔵してい
る。蓋部20bの内側の表面には窓20cが設けられて
おり、外側の表面にも窓20cに対向する窓が設けられ
ている。
面を図24に示す。映像表示装置6は、表示部11R、
ホログラム素子12R、および透明板13Rより成る。
表示部11Rは、上述の各実施形態のものと類似の構成
であるが、レンズに代えてリフレクタ11c’を備え、
これによりLED11bからの光をLCD11aに導
く。
同様に、2つの素片13a、13bを接合して成り、ホ
ログラム素子12Rは、素片13bとの接合面となる素
片13aの斜面に設けられている。表示部11Rを固定
するための透明板13Rのくさび状の部分は、本体部2
0a側に突出している。
cに対面するように蓋部20bの内部に配置されてい
る。使用者は、透明板13Rおよび窓20cが眼の前に
位置し、本体部20aのスピーカ24が耳の近くに位置
するように、携帯電話機20を手で持って使用すること
により、通話しながら外界の像とこれに重なる映像を観
察することができる。この状態で使用するときでも、使
用者の発する声はマイクロフォン25で検出される。
らの光が入射する端面には透過型のホログラム素子12
aが設けられており、入射した光を反射して導く素片1
3aの前面および後面にはそれぞれ反射型のホログラム
素子12b、12cが設けられている。これらのホログ
ラム素子12a、12b、12cは、ホログラム素子1
2Rと共に、LCD11aの映像の拡大虚像を提供する
ための接眼光学系を成す。
段の素子となる。映像表示装置6では、このように接眼
光学系を複数のホログラム素子で構成しているため、ホ
ログラム素子12Rのみで接眼光学系が構成されている
第1〜第10実施形態の映像表示装置よりも、映像を表
す光の収差を良好に抑えることが可能であり、また、映
像の拡大率を自由に設定することができる。
ホログラム素子12b、12cは、ホログラム素子12
Rと同様に、外界からの光を透過させるように設定され
ており、また、ホログラム素子12aを透過して入射し
た光を回折によって反射するように設定されている。こ
のように、透明板13Rの前面と後面を全反射によらず
に光を反射する構成とすると、前面や後面への光の入射
角を臨界角よりも大きくする必要がなくなって、透明板
13Rに対する表示部11Rの向きの設定が容易にな
る。
子が設けられている。これらのホログラム素子は、前面
を透過して入射した光のうち端面への入射角がブリュー
スター角を超えるものを、眼に向かう方向以外の方向に
反射するように設定されている。
面図、正面図を図25の(a)、(b)に示す。上記の
全てのホログラム素子は、素片13aの表面に液状の感
光材料をスピンコート法等によって塗布し、固化後ホロ
グラム露光することによって作製されている。
面、ホログラム素子12aとする端面、ホログラム素子
12bとする前面、ホログラム素子12cとする後面、
および左右の端面は、個別に感光材料を塗布して個別に
露光する。感光材料を塗布することに代えて素片13a
を液状の感光材料に浸し、取り出して感光材料を固化さ
せた後、各部分を個別に露光するようにしてもよい。
素片13aに、他方の素片13bを接着剤で接着するこ
とにより、透明板13Rが得られる。素片13a、13
bは屈折率の等しい材料で作製し、接着剤としても屈折
率の等しいものを用いる。素片13bの前面、後面、端
面にもホログラム素子を設けて、透明板13R全体とし
て前面、後面、端面がそれぞれ一様な特性を有するよう
にしておく。映像表示装置6においても、ホログラム素
子12Rと透明板13Rの境界面や、これらと空気の境
界面で反射されて眼に入射する外界からの光はない。
前面と後面のホログラム素子12b、12cが接眼光学
系としての機能の一部を担うようにしているが、ホログ
ラム素子12b、12cは、外界からの光を透過させる
とともに、ホログラム素子12aを透過して入射した光
を反射するだけの設定としてもよい。また、ホログラム
素子12aを省略して、3つのホログラム素子12R、
12b、12cで接眼光学系を構成してもよい。
ラム素子を配置して、これを接眼光学系の一部としても
よい。ただし、そのような構成よりも、透明板13Rの
表面にホログラム素子を設ける方が、装置を小型化でき
て好ましい。外界の像を提供する必要がないときは、ホ
ログラム素子12b、12cに代えて、通常の反射膜を
透明板13Rの前面と後面に設ける構成とすることも可
能である。
あり、内側の窓20cはホログラム素子12Rからの光
を遮ることなく眼に導き得る大きさとすれば十分であ
る。また、素片13bも不要であり、素片13aの左右
の端面にホログラム素子を設ける必要もない。
境界面が、ブリュースター角を超える入射角で入射する
外界からの光を眼に向けて反射しないように設定されて
いる本発明の映像表示装置では、外界からの光のうち境
界面による反射光が眼に入射するのを抑えることがで
き、質の高い像を提供することが可能である。さらに、
接眼光学系と外部の空気の境界面、板状部材と外部の空
気の境界面、あるいは板状部材を成す第1、第2の板状
素片の境界面も同様に設定されている構成では、一層質
の高い像を提供することが可能になる。
る外界からの光を眼に向かう方向以外の方向に反射する
ように、眼に対する境界面の向きを定めると、接眼光学
系と板状部材に屈折率差があっても、またこれらと空気
に屈折率差があるにもかかわらず、反射光を確実に低減
することが可能である。したがって、接眼光学系や板状
部材の材料を自由に選択することができる。
第1、第2の板状素片の屈折率を等しくし、これらを直
接接し合わせた構成や屈折率の等しい接着剤で接着した
構成では、光学的には境界面が存在しなくなり、反射光
をなくすことができる。
リットに接眼光学系を充填するようにすると、接眼光学
系と板状部材の眼に対する向きの設定が容易である。ま
た、接眼光学系と板状部材が直接接するため、両者の屈
折率を等しくすることで、容易に反射光をなくすことが
できる。
成り、板状部材が接眼光学系のホログラム素子のうち少
なくとも最終段のホログラム素子を保持する本発明の映
像表示装置では、映像を表す光の収差を良好に抑えつ
つ、映像の拡大率を自由に設定することができる。した
がって、質の高い映像を提供することが可能であり、ま
た、小型の表示部を用いながら大きな映像を提供するこ
とができる。
射させて、外部の空気との境界面で反射して接眼光学系
あるいはその最終段のホログラム素子に導く構成では、
板状部材を大きくかつ薄くすることができて、表示部を
視野の外に位置させて広い視界を確保しながら、装置を
軽量にすることができる。
部より入射した表示部からの光を反射し、外界からの光
を透過させる反射型のホログラム素子を有する構成で
は、全反射によらずに光を導くことができて、板状部材
に対する表示部の向きの設定が容易である。また、この
ホログラム素子が接眼光学系の最終段以外のホログラム
素子を兼ねるようにすると、表示部と板状部材の間にホ
ログラム素子を配置する必要がなくなって、簡素な装置
構成になる。
ム素子を、表示部からの光を反射し、外界からの光を透
過させる反射型のホログラム素子とすると、映像を外界
の像の一部に重ねて提供することができ、使用者は外界
の像全体を見ることが可能である。したがって、安全性
の高い装置となる。しかも、外界からの光のほとんど全
てを透過させて、映像に重なる外界の像が暗くなるのを
避けることができ、使用者に不自然な印象を与えること
がない。
力の低下した人でも、眼鏡等を使用することなく、像を
鮮明に観察することができる。また、頭部に装着するた
めの装着部材を備える構成では、使い勝手のよい装置と
なる。
複数の部材間の隙間に充填される接着剤や感光材料の収
縮や隆起等による凹凸が形成されず該隙間に入射する光
の屈折や回折が防止される。従って、使用者の眼に導か
れる不要な外界からの光を低減して質の高い像を提供す
ることができる。また、被覆部は樹脂成形や光学フィル
ムの貼着により簡単に形成することができ、板状部材と
一体に形成すると部品点数を削減することができる。
明板の断面図。
式的な側面図(a)および正面図(b)。
す素片の模式的な側面図(a)および正面図(b)。
す素片の模式的な側面図。
す素片の側面図(a)、正面図(b)および水平方向の
断面図(c)。
透明板と眼の位置関係を模式的に示す図。
側面図(a)および正面図(b)。
ム素子の作製方法を模式的に示す図。
示す斜視図。
示す側面断面図。
示す上面断面図。
示す斜視図。
示す側面断面図。
示す分解斜視図。
示す側面断面図。
示す分解斜視図。
を示す分解斜視図。
を示す側面断面図。
んだ携帯電話機の斜視図。
図。
を成す素片の模式的な側面図(a)および正面図
(b)。
する光の入射角と反射率の関係を示す図。
方向を説明する上面図。
片 14 スリット 15 連結部 16L、16R テンプル 17L、17R 鼻当て、 18 ケーブル 19 フレーム 20 携帯電話機 20a 本体部 20b 蓋部 21 入力キー 22 液晶表示器 23 アンテナ 24 スピーカ 25 マイクロフォン 31 透明膜 32 接着剤
Claims (23)
- 【請求項1】 映像を表示する表示部と、接眼光学系
と、前記接眼光学系を保持する透明な板状部材とを備
え、前記接眼光学系が眼の前に位置して前記板状部材が
眼に対面する状態で使用され、前記表示部からの光を前
記接眼光学系により眼に導いて前記表示部が表示した映
像の虚像を提供するとともに、外界からの光を前記板状
部材を透過させて眼に導いて外界の像を提供する映像表
示装置において、 前記接眼光学系と前記板状部材との境界面が、ブリュー
スター角を超える入射角で入射する外界からの光を眼に
向けて反射しないように、設定されていることを特徴と
する映像表示装置。 - 【請求項2】 前記接眼光学系と外部の空気との境界面
が、ブリュースター角を超える入射角で入射する外界か
らの光を眼に向けて反射しないように、設定されている
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】 前記板状部材と外部の空気との境界面
が、ブリュースター角を超える入射角で入射する外界か
らの光を眼に向けて反射しないように、設定されている
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4】 前記板状部材は第1の板状素片と第2の
板状素片とから成り、第1の板状素片と第2の板状素片
との境界面が、ブリュースター角を超える入射角で入射
する外界からの光を眼に向けて反射しないように、設定
されていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいず
れかに記載の映像表示装置。 - 【請求項5】 境界面が、ブリュースター角を超える入
射角で入射する外界からの光を眼に向かう方向以外の方
向に反射するように、眼に対する向きを設定されている
ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載
の映像表示装置。 - 【請求項6】 前記接眼光学系と前記板状部材が直接接
しており、前記接眼光学系と前記板状部材の屈折率が等
しい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7】 前記接眼光学系と前記板状部材が接着剤
によって接着されており、前記接眼光学系と前記板状部
材と接着剤との屈折率が等しい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8】 前記板状部材が内部にスリットを有し、
前記接眼光学系が前記板状部材のスリットに充填されて
いることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の
映像表示装置。 - 【請求項9】 第1の板状素片と第2の板状素片が直接
接しており、第1の板状素片と第2の板状素片の屈折率
が等しいことを特徴とする請求項4に記載の映像表示装
置。 - 【請求項10】 第1の板状素片と第2の板状素片が接
着剤によって接着されており、第1の板状素片と第2の
板状素片と接着剤との屈折率が等しいことを特徴とする
請求項4に記載の映像表示装置。 - 【請求項11】 前記板状部材が、前記表示部からの光
を端部より入射させて、外部の空気との境界面で反射し
て前記接眼光学系に導くことを特徴とする請求項1〜請
求項10のいずれかに記載の映像表示装置。 - 【請求項12】 前記板状部材が、外部の空気との境界
面に、端部より入射した前記表示部からの光を反射し、
外界からの光を透過させる反射型のホログラム素子を有
することを特徴とする請求項11に記載の映像表示装
置。 - 【請求項13】 前記接眼光学系が、前記表示部からの
光を反射し、外界からの光を透過させる反射型のホログ
ラム素子であることを特徴とする請求項1〜請求項12
のいずれかに記載の映像表示装置。 - 【請求項14】 映像を表示する表示部と、接眼光学系
と、前記接眼光学系を保持する透明な板状部材とを備
え、前記接眼光学系が眼の前に位置して前記板状部材が
眼に対面する状態で使用され、前記表示部からの光を前
記接眼光学系により眼に導いて前記表示部が表示した映
像の虚像を提供するとともに、外界からの光を前記板状
部材を透過させて眼に導いて外界の像を提供する映像表
示装置において、 前記接眼光学系が2以上のホログラム素子より成り、前
記板状部材が前記ホログラム素子のうち少なくとも最終
段のホログラム素子を保持することを特徴とする映像表
示装置。 - 【請求項15】 前記板状部材が、前記表示部からの光
を端部より入射させて、外部の空気との境界面で反射し
て前記接眼光学系の最終段のホログラム素子に導くこと
を特徴とする請求項14に記載の映像表示装置。 - 【請求項16】 前記板状部材が、外部の空気との境界
面に、端部より入射した前記表示部からの光を反射し、
外界からの光を透過させる反射型のホログラム素子を有
し、このホログラム素子が前記接眼光学系の最終段以外
のホログラム素子を兼ねることを特徴とする請求項15
に記載の映像表示装置。 - 【請求項17】 前記接眼光学系の最終段のホログラム
素子が、前記表示部からの光を反射し、外界からの光を
透過させる反射型のホログラム素子であることを特徴と
する請求項14〜請求項16のいずれかに記載の映像表
示装置。 - 【請求項18】 前記板状部材が光学的パワーを有する
ことを特徴とする請求項1〜請求項17のいずれかに記
載の映像表示装置。 - 【請求項19】 使用者の頭部に装着するための装着部
材を備えることを特徴とする請求項1〜請求項18のい
ずれかに記載の映像表示装置。 - 【請求項20】 映像を表示する表示部と、接眼光学系
と、前記接眼光学系を保持する透明な板状部材とを備
え、前記接眼光学系が眼の前に位置して前記板状部材が
眼に対面する状態で使用され、前記表示部からの光を前
記接眼光学系により眼に導いて前記表示部が表示した映
像の虚像を提供するとともに、外界からの光を前記板状
部材を透過させて眼に導いて外界の像を提供する映像表
示装置において、 使用者の眼に対向する前記板状部材の表面に露出した複
数の部材を覆う被覆部を設けたことを特徴とする映像表
示装置。 - 【請求項21】 前記被覆部を樹脂成形により形成した
ことを特徴とする請求項20に記載の映像表示装置。 - 【請求項22】 前記被覆部は光学フィルムから成るこ
とを特徴とする請求項20に記載の映像表示装置。 - 【請求項23】 前記被覆部を前記板状部材と一体に形
成したことを特徴とする請求項20に記載の映像表示装
置。
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