JP2005024798A - ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】小形で低コストなヘッドマウントディスプレイを提供する。
【解決手段】利用者の頭部に装着される表示ユニット２は、反射型液晶ディスプレイ等のマイクロディスプレイ５と、画像を利用者の網膜２１に結像させる結像レンズ６を備える。光源ユニット３は、表示ユニット２とは独立したケース３ａに、発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを備える。表示ユニット２と光源ユニット３の間は光配線４で接続される。発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂで出射した光は光配線４に入射し、この光配線４を導波されてマイクロディスプレイ５を照射する。光配線４を用いることで光源ユニット３が分離できることから、表示ユニット２の小型化を図ることができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像を直接網膜上に結像させて観察できるようにしたディスプレイに関する。詳しくは、表示ユニットに対して光配線を用いて光源を分離することで、表示ユニットの小形化を図るものである。
【０００２】
【従来の技術】
映像を直接網膜上に結像させて観察できるようにすることで、映像ソフト、ゲーム、コンピュータ画面、映画等を自分だけの大画面で楽しめるディスプレイとして、ヘッドマウントディスプレイ（Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ；ＨＭＤ）の開発がなされている。すなわち、ヘッドマウントディスプレイは、利用者の頭部に装着されるユニットに液晶ディスプレイ等の表示手段や、画像を利用者の網膜で結合させるレンズ等を備えたものである。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図１０はこのような従来のヘッドマウントディスプレイの構成例を示す説明図で、以下、図面を参照して、従来のヘッドマウントディスプレイの構成について説明する。
【０００４】
従来のヘッドマウントディスプレイ１００は、マイクロディスプレイ１０１と、マイクロディスプレイ１０１の像を利用者の目１２０の網膜１２１に結像する結合レンズ１０２と、利用者の網膜１２１で反射した反射光の明るさを検出する反射光検出手段１０３と、利用者の網膜１２１での反射光を反射光検出手段１０３へ導くプリズム１０４と、反射光の明るさにより網膜上の結像を最適化するように、マイクロディスプレイ１０１と結合レンズ１０２の位置関係を調整する位置調整手段１０５と、マイクロディスプレイに光を照射する光源１０６から構成されている。
【０００５】
以上の構成では、目１２０の水晶体１２２の状況に拘わらず、マイクロディスプレイ１０１と結合レンズ１０２との位置関係が自動的に網膜上での結像を最適化するように調整される。このため、水晶体１２２の働きによりマイクロディスプレイ１０２の位置で焦点が合うように調整される前に、水晶体１２２の状態に合わせて焦点が調整されるため、外界を見る目の状態でマイクロディスプレイ１０２の画像を違和感無く観察することができる。
【０００６】
ヘッドマウントディスプレイ１００に組み込まれるマイクロディスプレイ１０１としては、小型液晶ディスプレイの液晶層により各画素を形成する。この場合、シリコン基板上に形成することが論理回路作製に好適であるため、反射型の液晶ディスプレイが好ましい。
【０００７】
そして、利用者の頭部に装着されるケース１０６の内部に、光源１０５としてＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３原色の発光ダイオード（ＬＥＤ）を設けておき、各発光ダイオードを液晶層の各画素と同期させて駆動することで、その混合色の反射色によりカラー表示をさせることができる。
【０００８】
また、マイクロディスプレイ１０１として、シリコンなどの基板上に形成された制御回路と有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子による発光素子から画素を構成するものも考えられている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−１８８１９３号公報（図３）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のヘッドマウントディスプレイでは、小型化、高信頼性、低コスト化の全てを満足することはできないという問題がある。すなわち、マイクロディスプレイとして反射型の液晶ディスプレイを用いる方式では、カラー表示を行うためには、Ｒ，Ｇ，Ｂからなる３色の発光ダイオードをケース内部に収納する必要がある。このため、利用者の頭部に装着するケースが大きくなるという問題がある。利用者の頭部に装着して使用されるヘッドマウントディスプレイとしては、操作性の向上のためにも小型化が要求されている。
【００１１】
また、マイクロディスプレイとして有機ＥＬを使用した場合、発光寿命の限界が短く信頼性に欠けるという問題がある。また、制御回路と有機ＥＬを組み合わせて製造することは高度な技術を必要としコストが増大するという問題がある。ゲーム機やパーソナルコンピュータに接続して使用されるヘッドマウントディスプレイとしては、低コスト化が要求されている。
【００１２】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、小形で信頼性が高く、かつ低コストなディスプレイを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明に係るディスプレイは、光の照射を受けて画像を表示する表示手段を有する表示ユニットと、この表示ユニットと独立した筐体に発光手段を収納した光源ユニットと、表示ユニットと光源ユニットを光学的に接続し、発光手段で出射した光を表示手段に照射する可とう性を有した光配線手段とを備えたものである。
【００１４】
本発明に係るディスプレイによれば、光源ユニットの発光手段から照射された光は、光配線手段によって表示ユニットへ導かれ、表示手段を照射する。これにより、表示手段に表示された画像を観察することができる。
【００１５】
表示ユニットと光源ユニットを光配線手段で接続することで、光源ユニットを表示ユニットから離した形態で使用が可能である。よって、表示ユニットを小形にすることができる。したがって、表示ユニットが利用者の頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイに適用すれば、操作性を向上させることができる。
【００１６】
また、カラー表示を行う場合は、発光手段として、赤色の発光素子と、緑色の発光素子と、青色の発光素子を用いるが、各発光素子を表示ユニットに設ける必要がないので、カラー表示を行う場合も、表示ユニットが大型になることはない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明のディスプレイの実施の形態について説明する。図１は本発明のディスプレイが適用された本実施の形態のヘッドマウントディスプレイの構成例を示す説明図である。
【００１８】
本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１は、利用者の頭部に装着される表示ユニット２に対して光源ユニット３を分離し、表示ユニット２と光源ユニット３を光配線４で接続したものである。
【００１９】
表示ユニット２は、ケース２ａの内部にマイクロディスプレイ５と、結像レンズ６と、プリズム７と、反射光検出素子８と、位置調整機構９等を備える。マイクロディスプレイ５は表示手段の一例で、反射型の液晶ディスプレイから構成される。
【００２０】
結像レンズ６は結像手段の一例で、ガラスまたはプラスチックの凸レンズから構成される。結像レンズ６はマイクロディスプレイ５と対向して配置され、マイクロディスプレイ２上の画像を集光して、利用者の目２０の網膜２１に結像させる。
【００２１】
プリズム７は、マイクロディスプレイ５と結像レンズ６との間に配置され、利用者の網膜２１からの反射光の光路を９０°変換する。なお、プリズム７に代えて、ハーフミラーを用いてもよい。
【００２２】
反射光検出素子８は反射光検出手段の一例で、フォトダイオード等から構成される。反射光検出素子８は、プリズム７により変換された反射光の光路上に位置し、利用者の網膜２１からの反射光を検出する。
【００２３】
位置調整機構９は位置調整手段の一例で、磁石９ａと駆動コイル９ｂ等から構成される。例えば、磁石９ａがケース２ａ側に取り付けられ、駆動コイル９ｂが結像レンズ６に取り付けられ、駆動電流が駆動コイル９ｂに供給されることで、結像レンズ６が矢印方向に移動する構成である。
【００２４】
光源ユニット３は、表示ユニット２のケース２ａと独立した筐体であるケース３ａを備える。このケース３ａの内部に、Ｒ（赤）の発光ダイオード１０Ｒと、Ｇ（緑）の発光ダイオード１０Ｇと、Ｂ（青）の発光ダイオード１０Ｂを備える。
【００２５】
また、光源ユニット３には、発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを駆動する図示しない駆動回路が備えられる。なお、表示ユニット２のマイクロディスプレイ５の画素の駆動と発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの駆動を同期させるための信号の送受や電源の供給のため、光源ユニット３と表示ユニット２の間を接続する図示しないケーブルを有する。
【００２６】
光配線４は光配線手段の一例で、平面型導波路や光ファイバ等で構成される。光配線４の構成の詳細については後述するが、光配線４の一方の端部側に入射部１１ａを有し、他方の端部側に出射部１１ｂを有する。光配線４は一方の端部側が光源ユニット３に接続され、発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂで出射した光が入射部１１ａに入射するように構成される。また、光配線４の他方の端部側が表示ユニット２に接続され、光配線４を導波され出射部１１ｂから出射される光がマイクロディスプレイ５を照射するように構成される。
【００２７】
以下に、ヘッドマウントディスプレイ１の動作を説明すると、発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂから出射された３色の光、すなわち、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色の光は、光配線４の入射部１１ａから入射する。光配線４に入射した光はこの光配線４を導波され、出射部１１ｂから出射してマイクロディスプレイ５を照射する。各発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを、マイクロディスプレイ５を構成する液晶層の各画素と同期させて駆動することで、混合色の反射光によりカラー表示が行われる。
【００２８】
マイクロディスプレイ５に表示された画像は、結像レンズ６により集光され、利用者の目２０の網膜２１に結像する。これにより、利用者はマイクロディスプレイ５に表示された画像を観察することができる。
【００２９】
さて、利用者２０の網膜２１で反射した光は、プリズム７にて光路を変え反射光検出素子８に入射する。結像レンズ６による網膜２１への結像が最適であれば、網膜２１による反射光も最も大きく、焦点がずれると反射光が小さくなる。
【００３０】
このため、駆動コイル９ｂに駆動電流を供給して結像レンズ６を移動させながら、反射光検出素子８へ入射する網膜２１からの反射光の検出量が最大となる位置を探す。そして、反射光検出素子８で検出した反射光量が最大となる位置で駆動コイル９ｂへの駆動電流の供給を停止して、結像レンズ６の移動を停止する。
【００３１】
これにより、利用者の目２０の水晶体２２の状態に拘わらず、結像レンズ６が自動的に最適な位置に調整され、網膜２１上で結像させることができる。よって、水晶体２２の働きによりマイクロディスプレイ５の位置で焦点が合うように調整される前に、水晶体２２の状態に合わせて焦点が調整されるため、外界を見る目２０の状態でマイクロディスプレイ５の画像を違和感無く観察することができる。なお、利用者の網膜２１に焦点を合わせる場合、マイクロディスプレイ５と結像レンズ６の相対的な位置関係で焦点位置が決まるため、結像レンズ６ではなく、マイクロディスプレイ５を移動させる構成としてもよい。また、マイクロディスプレイと結像レンズ６の両方を移動させる構成でもよい。
【００３２】
ヘッドマウントディスプレイ１の変形例として、例えば、マイクロディスプレイ５として、カラーフィルタを有する反射型の液晶ディスプレイを備えるとともに、光源ユニット３に発光素子として白色の発光ダイオードを備える構成とする。以上の構成では、白色の発光ダイオードから出射される光を光配線４で表示ユニット２内に導波し、フロントライトとして使用することで、カラー表示を行うことができる。よって、光配線４としては、１色の光を導波すれば良いことから、周知の光ファイバケーブルを利用することが可能となる。
【００３３】
また、位置調整手段として、手動で結像レンズ６の位置を調整する構成を備えても良い。以上の構成では、プリズム７、反射光検出素子８、磁石９ａおよび駆動コイル９ｂが不要となることから、表示ユニット２の構成の複雑化を防ぎ、小型化を図ることができる。
【００３４】
さらに、表示手段として、小形電気機械式走査装置（ＭＥＭＳ）と透過型のイメージパネルを用いる構成でもよい。すなわち、光源ユニット３からの光を合波し、小形電気機械式走査装置の反射手段であるミラーに出射する構成を例えば光配線４に備えるとともに、表示ユニット２に結像手段として複数枚のレンズからなるレンズ群を備える。以上の構成によれば、光配線４の出射部１１ｂから出射した光は、小形電気機械式走査装置のミラーで走査されてイメージパネルに画像が形成され、このイメージパネルを透過した光がレンズ群で利用者の網膜に結像されて、利用者が観察できるようになる。
【００３５】
以下に、光配線４のいくつかの構成例について説明する。まず、図２は第１の実施の形態の光配線４Ａの構成例を示す説明図で、図２（ａ）は入射部側の斜視図、図２（ｂ）は平面図である。ここで、以下の光配線４の説明では、発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは模式的に示している。
【００３６】
光配線４Ａは、光を導波するコア１２とコア１２に光を閉じ込めるクラッド１３から構成される平面型高分子光導波路である。図１に示すように、光源ユニット３には、発光手段として３色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂが備えられる。光配線４Ａは、発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと光学的に結合するため、図１に示す光源ユニット３と接続する入射部１１ａ側に３本のコア１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを備える。各コア１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの端面は光配線４Ａの入射部１１ａの端面に露出し、コア１２Ｒが発光ダイオード１０Ｒと光学的に結合する。また、コア１２Ｇが発光ダイオード１０Ｇと光学的に結合し、コア１２Ｂが発光ダイオード１０Ｂと光学的に結合する。
【００３７】
コア１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂはクラッド１３の内部で１本に集結してコア１２を構成する。そして、図１に示す表示ユニット２と接続する光配線４Ａの出射部１１ｂの端面に、コア１２の端面が露出している。なお、コア１２（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の屈折率は、クラッド１３の屈折率よりも０．２〜３．０％大きい方が望ましい。
【００３８】
以上の構成では、発光ダイオード１０Ｒを発光させて出射した光は、光配線４Ａのコア１２Ｒの端面に入射し、コア１２Ｒからコア１２を導波されて、コア１２の端面から出射して、図１に示すマイクロディスプレイ５を照射する。同様に、発光ダイオード１０Ｇを発光させて出射した光は、光配線４Ａのコア１２Ｇの端面に入射し、コア１２Ｇからコア１２を導波されて、コア１２の端面から出射してマイクロディスプレイ５を照射する。さらに、発光ダイオード１０Ｂを発光させて出射した光は、光配線４Ａのコア１２Ｂの端面に入射し、コア１２Ｂからコア１２を導波されて、コア１２の端面から出射してマイクロディスプレイ５を照射する。
【００３９】
本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１は、光源として発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを備えている。このため、光配線４の入射部１１ａ側は、独立したコアを有する形状が望ましい。これに対して、光配線４の出射部１１ｂ側は、ＭＥＭＳを用いる場合等は、各色の光を合波して１点から出射できる必要がある。図２に示す構成の光配線４Ａは、周知のプロセスで容易に製造できるものであり、本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１に好適である。
【００４０】
図３は第２の実施の形態の光配線４Ｂの構成例を示す説明図で、図３（ａ）は入射部側の斜視図、図３（ｂ）は平面図である。光配線４Ｂは、コアまたはクラッドの１種類の材料からなるシート状の平面型高分子光導波路である。光配線４Ｂは、入射部１１ａの端面の全面において発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと光学的に結合する。
【００４１】
そして、発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの何れかを発光させて出射した光は、光配線４Ｂの入射部１１ａの端面から入射し、シート状の光配線４内を導波されて、出射部１１ｂの端面から図１に示すケース２ａ内に出射する。なお、このシート状の高分子光導波路からなる光配線４Ｂは、具体的には光源として白色の発光ダイオードを用いる構成に適用することが考えられる。また、光配線４Ｂとして、光の入射側の幅が広く、出射側の幅が次第に狭くなるようなテーパ形状を有する構成とすれば、光源として、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の発光ダイオードを用いる構成への適用が考えられる。
【００４２】
図４は第３の実施の形態の光配線４Ｃの構成例を示す説明図で、図４は入射部側の平面図である。光配線４Ｃは、光を導波するコア１２とコア１２に光を閉じ込めるクラッド１３から構成される平面型高分子光導波路である。図１に示すように、光源ユニット３には、発光手段として３色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂが備えられる。
【００４３】
光配線４Ｃは、発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと光学的に結合するため、図１に示す光源ユニット３と接続する入射部１１ａ側に３本のコア１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを備える。各コア１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂにはテーパ状の導入部１４を備える。
【００４４】
導入部１４は、各コア１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの光配線４Ｃの入射部１１ａの端面に露出する部分の幅を最も広くし、出射部に向かうに従い幅を狭くした形状である。なお、厚みは均一である。これにより、コア１２Ｒはテーパ状の導入部１４の最も幅が大きくなる端面で発光ダイオード１０Ｒと光学的に結合する。同様に、コア１２Ｇはテーパ状の導入部１４の最も幅が大きくなる端面で発光ダイオード１０Ｇと光学的に結合し、コア１２Ｂはテーパ状の導入部１４の最も幅が大きくなる端面で発光ダイオード１０Ｂと光学的に結合する。
【００４５】
なお、図４においては光配線４Ｃの出射部側は図示していないが、図２に示すように、３本のコア１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂをクラッド１３の内部で１本に集結する構成である。
【００４６】
以上の構成では、発光ダイオード１０Ｒを発光させて出射した光は、コア１２Ｒの導入部１４の端面から入射する。同様に、発光ダイオード１０Ｇを発光させて出射した光は、コア１２Ｇの導入部１４の端面から入射し、発光ダイオード１０Ｂを発光させて出射した光は、コア１２Ｂの導入部１４の端面から入射する。
【００４７】
以下に、テーパ状の導入部を設けた光導波路における損出をシミュレーションによって求めた結果を示す。図５はテーパ状の導入部を設けた光導波路におけるシミュレーションの結果を示す説明図で、図５（ａ）に導入部（コア）の形状を示し、図５（ｂ）に強度を濃淡で示す。コアの屈折率ｎ１＝１．５４３、クラッドの屈折率ｎ２＝１．５１６、発光ダイオードからの光が入射する部分の幅が１００μｍで、テーパー形状により幅５０μｍに狭められる長さ２ｍｍの光導波路をモデルとした。シミュレーションの結果では、このテーパ状の光導波路における損失は−０．２ｄＢであり、ほとんどの光がコア内部を伝搬することが判る。
【００４８】
よって、図４に示すように光の入射する部分のコアにテーパ状の導入部１４を有する光配線４Ｃを用いて、図１に示す表示ユニット２と光源ユニット３との間を接続することとすれば、発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの光を効率良くコア１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂに結合させることができる。
【００４９】
また、光配線４Ｃにおいては、出射部側のコア１２を絞ることになる。マイクロディスプレイ５あるいはＭＥＭＳに用いる光源としては、点光源ある方が望ましく、できるだけ出射部に露出するコアの端面を小さくする必要がある。
【００５０】
図６は第４の実施の形態の光配線４Ｄの構成例を示す説明図で、図６は出射部側の平面図である。光配線４Ｄは、光を導波するコア１２とコア１２に光を閉じ込めるクラッド１３から構成される平面型高分子光導波路である。光配線４Ｄの出射部１１ｂ側のコア１２に、絞り手段の一例として、端面に向かうに従い幅が狭くなるテーパ部１５を備えて、出射する光を絞る。
【００５１】
これにより、図１に示すマイクロディスプレイ５等に照射される光源の点を小さくすることができる。絞り手段の他の例としては、出射部１１ｂに露出するコア１２に対向してマイクロレンズを設ける構成でもよい。また、出射部１１ｂに露出するコア１２の端面を凸状に加工にして集光レンズの機能を持たせる構成でもよい。
【００５２】
なお、図６においては光配線４Ｄの入射部側は図示していないが、図２に示すように、３本のコアをクラッドの内部で１本に集結する構成で、かつ、図４に示すように、各コアがテーパ状の導入部を有する構成とすると良い。
【００５３】
図７は第５の実施の形態の光配線４Ｅの構成例を示す説明図で、図７（ａ），（ｂ）ともに出射部側の平面図である。光配線４Ｅは、光を導波するコア１２とコア１２に光を閉じ込めるクラッド１３から構成される平面型高分子光導波路である。
【００５４】
図７（ａ）では、光配線４Ｅの出射部側１１ｂのクラッド１３を、出射側に向けて次第に幅が細くなるようにテーパ状に削除して光路遮断部１６を備え、光配線４Ｅの出射部１１ｂ側の端面では、コア１２の周囲に例えば５μｍのみクラッド１３を残す構造である。以上の構成では、クラッドモードとして伝播する迷光を、光路遮断部１６で反射あるいは屈折させて除去することができる。
【００５５】
図７（ｂ）に示す光配線４Ｆは、図７（ａ）に示す光配線４Ｅの変形例であり、出射部１１ｂ側のコア１２に、端面に向かうにしたがい幅が狭くなるテーパ部１５を備えて、出射する光を絞る。これにより、図１に示すマイクロディスプレイ５等に照射される光源の点を小さくすることができる。
【００５６】
なお、図７においては光配線４Ｅの出射部側は図示していないが、図２に示すように、３本のコアをクラッドの内部で１本に集結する構成で、かつ、図４に示すように、各コアがテーパ状の導入部を有する構成とすると良い。
【００５７】
図８は第６の実施の形態の光配線４Ｇの構成例を示す説明図で、図８（ａ）は入射部側の側面図、図８（ｂ）は入射部側の平面図である。光配線４Ｇは、光を導波するコア１２とコア１２に光を閉じ込めるクラッド１３から構成される平面型高分子光導波路である。
【００５８】
光配線４Ｇは入射部１１ａに反射面１７を備える。反射面１７は、入射部１１ａの端面を例えば４５°の角度で切削して形成される。発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、光配線４Ｇの反射面１７に対向して配置される。
【００５９】
光配線４Ｇは、発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと光学的に結合するため、入射部側に３本のコア１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを備える。発光ダイオード１０Ｒから出射した光は、反射面１７で反射してコア１２Ｒに入射する。同様に、発光ダイオード１０Ｇから出射した光は、反射面１７で反射してコア１２Ｇに入射し、発光ダイオード１０Ｂから出射した光は、反射面１７で反射してコア１２Ｂに入射する。
【００６０】
ここで、図８（ｂ）に示すように、各コア１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂにテーパ状の導入部１４を備えることで、発光ダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの光を効率良くコア１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂに結合させることができる。
【００６１】
なお、図８においては光配線４Ｇの出射部側は図示していないが、図２に示すように、３本のコア１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂをクラッド１３の内部で１本に集結する構成である。
【００６２】
次に、光配線４として図２〜図８で説明した平面型高分子光導波路を構成する材料について説明する。平面型高分子光導波路を構成する材料としては、オキセタン樹脂を使用することが好適である。
【００６３】
オキセタン樹脂を用いて光導波路を形成する方法は、特開２０００−３５６７２０号公報に詳述されている。以下にオキセタン樹脂を簡単に説明すると、オキセタン樹脂は、オキセタン環を有するオキセタン化合物と、オキシラン環を有するオキシラン化合物と、連鎖反応によりオキセタン化合物の重合を開始させるカチオン重合開始剤とを含み、紫外線等のエネルギービームを照射することにより硬化する樹脂成分であって、例えばソニーケミカル（株）から入手できる。
【００６４】
オキセタン化合物として、例えばジ［１−エチル（３−オキセタニル）］メチルエーテル（室温で液体）、１，４−ビス｛［（３−エチル−３−オキセタニル）メトキシ］メチル｝ベンゼンとジ［４−（１−エチル−３−オキセタニルメトキシメチル）］ベンジルエーテルとの混合物（以下、キシレンジオキセタンともいう。）（室温で液体）、フェノールノボラックオキセタン（室温で固体）、オキセタニルシルセスキオキセタン（室温で液体）等が挙げられる。
【００６５】
オキシラン化合物として、例えばリモネンジオキサイド、多官能脂肪族環状エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂との混合物（混合比約１：１）、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、二官能脂肪族環状エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００６６】
また、カチオン重合開始剤は、例えば４−４′ビス［ジ（βヒドロキシエトキシ）フェニルスルフォニオ］フェニルスルフィド−ビス−ヘキサフルオロアンチモネート（旭電化社製）である。オキセタン化合物の屈折率（２５℃、ナトリウムＤ線）は、オキセタン化合物の種類によって異なり、例えばジ［１−エチル（３−オキセタニル）］メチルエーテルで１．４５４４、またフェノールノボラックオキセタンで１．５７程度である。
【００６７】
また、オキシラン化合物の屈折率（２５℃、Ｄ線）は、例えばリモネンジオキサイドで１．４６５６、またビスフェノールＡ型エポキシ樹脂で１．５６８３である。
【００６８】
オキセタン樹脂は、オキセタン化合物及びオキシラン化合物の種類並びに配合比を調整することにより、屈折率を調節することができる。
【００６９】
例えば、光導波路のコア部を形成するためには、クラッド部との屈折率の差が安定して得られるように、屈折率が１．５未満のものを１０〜３０重量％含み、屈折率が１．５以上のものを４０〜６０重量％含み、残部がオキシラン化合物であるオキセタン樹脂を使用する。また、クラッド部を形成するためには、屈折率が１．５未満のオキセタン化合物を４０重量％よりも多く含み、残部がオキシラン化合物であって、屈折率が１．５以上のオキセタン化合物を含まないオキセタン樹脂を使用する。
【００７０】
具体的には、例えば、キシレンジオキセタン１０重量部、フェノールノボラックオキセタン２０重量部、二官能脂肪族環状エポキシ樹脂３０重量部、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂との混合物２０重量部、およびビスフェノールＡ型エポキシ樹脂２０重量部を混合し、９０℃で２時間加熱して溶解した後、カチオン重合開始剤２重量部を配合し、更に、フィルタリングを行ってダストなどを除去することにより、光導波路コア形成用のオキセタン樹脂を得ることができる。
【００７１】
また、ジ［１−エチル（３−オキセタニル）］メチルエーテル２２重量部、オキセタニルシルセスキオキセタン１３重量部、多官能脂肪族環状エポキシ樹脂３５重量部、および二官能脂肪族環状エポキシ樹脂３０重量部を混合し、９０℃で２時間加熱して溶解した後、カチオン重合開始剤２重量部を配合し、更に、フィルタリングを行ってダストなどを除去することにより、光導波路クラッド形成用のオキセタン樹脂を得ることができる。
【００７２】
図９はオキセタン樹脂の透過スペクトルの測定結果を示すグラフである。この試料の膜厚は１２０μｍである。クラッド材料とコア材料のオキセタン樹脂は、波長４００ｎｍから８５０ｎｍの範囲において、９０％以上の透過率を有する樹脂であった。よって、可視光を透過させる特性を持っており、本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１において、表示ユニット２と光源ユニット３を接続する光配線４に好適である。
【００７３】
このオキセタン樹脂の伝送損失をカットバック法により測定した。コア４０×６０μｍの矩形光導波路の伝送損失は、波長８５０ｎｍにおいて０．５ｄＢ／ｃｍ、波長６５０ｎｍにおいて０．５ｄＢ／ｃｍであった。
【００７４】
以上説明したように、本実施の形態のヘッドマウントディスプレイ１は、表示ユニット２と光源ユニット３の間を光配線４で接続する構成としたことで、利用者の頭部に装着される表示ユニット２の小型化を図ることができる。よって、サングラスのようにかけるだけで、臨場感あふれる映像をいつでもどこでも気軽に体感できるディスプレイである。テレビ受信機、ビデオ再生装置、ＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｄｉｓｋ）プレーヤー、パーソナルコンピュータ、ゲーム機等に接続するだけで、周囲に気兼ねせず、自由な姿勢で、好きな映像を、擬似的に大画面で楽しむことができる。そして、既存の非発光型表示素子を用いたディスプレイを利用できることから、小形のヘッドマウントディスプレイを低コストにて製造することができる。
【００７５】
なお、以上の実施の形態ではディスプレイとして利用者の頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイを例に説明したが、例えば、利用者が覗き込む形態のディスプレイ等に適用しても、同様の効果が得られる。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、光の照射を受けて画像を表示する表示手段を有する表示ユニットと、この表示ユニットと独立した筐体に発光手段を収納した光源ユニットと、表示ユニットと光源ユニットを光学的に接続し、発光手段で出射した光を表示手段に照射する可とう性を有した光配線手段とを備えたものである。
【００７７】
このように、表示ユニットと光源ユニットを光配線手段で接続することで、光源ユニットを表示ユニットから離した形態で使用が可能である。よって、表示ユニットを小形にすることができる。したがって、表示ユニットが利用者の頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイに適用すれば、操作性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態のヘッドマウントディスプレイの構成例を示す説明図である。
【図２】第１の実施の形態の光配線の構成例を示す説明図である。
【図３】第２の実施の形態の光配線の構成例を示す説明図である。
【図４】第３の実施の形態の光配線の構成例を示す説明図である。
【図５】テーパ状の導入部を設けた光導波路におけるシミュレーションの結果を示す説明図である。
【図６】第４の実施の形態の光配線の構成例を示す説明図である。
【図７】第５の実施の形態の光配線の構成例を示す説明図である。
【図８】第６の実施の形態の光配線の構成例を示す説明図である。
【図９】オキセタン樹脂の透過スペクトルの測定結果を示すグラフである。
【図１０】従来のヘッドマウントディスプレイの構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
１・・・ヘッドマウントディスプレイ、２・・・表示ユニット、２ａ・・・ケース、３・・・光源ユニット、３ａ・・・ケース、４・・・光配線、５・・・マイクロディスプレイ、６・・・結像レンズ、７・・・プリズム、８・・・反射光検出素子、９・・・位置調整機構、９ａ・・・磁石、９ｂ・・・駆動コイル、１０Ｒ・・・発光ダイオード、１０Ｇ・・・発光ダイオード、１０Ｂ・・・発光ダイオード、１１ａ・・・入射部、１１ｂ・・・出射部、１２（Ｒ，Ｇ，Ｂ）・・・コア、１３・・・クラッド、１４・・・導入部、１５・・・テーパ部、１６・・・光路遮断部、１７・・・反射面

Claims (16)

1. 光の照射を受けて画像を表示する表示手段を有する表示ユニットと、
   前記表示ユニットと独立した筐体に発光手段を収納した光源ユニットと、
   前記表示ユニットと前記光源ユニットを光学的に接続し、前記発光手段で出射した光を前記表示手段に照射する可とう性を有した光配線手段と
   を備えたことを特徴とするディスプレイ。
2. 前記発光手段は、赤色の発光素子と、緑色の発光素子と、青色の発光素子を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載のディスプレイ。
3. 前記発光手段は、白色の発光素子を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載のディスプレイ。
4. 前記光配線手段は、前記赤色の発光素子と前記緑色の発光素子と前記青色の発光素子と光学的に結合する入射部を有する平面型光導波路である
   ことを特徴とする請求項２記載のディスプレイ。
5. 前記光配線手段は、前記赤色の発光素子と光学的に結合するコアと、前記緑色の発光素子と光学的に結合するコアと、前記青色の発光素子と光学的に結合するコアを有するとともに、前記複数本のコアを１本に集結させて光を出射する平面型光導波路である
   ことを特徴とする請求項２記載のディスプレイ。
6. 前記光配線手段は、前記発光手段からの光の入射側の幅が広く、前記表示手段への光の出射側に向けて次第に幅が狭くなるテーパ状の導入部を有するコアを備えた
   ことを特徴とする請求項１記載のディスプレイ。
7. 前記光配線手段は、前記表示手段へ出射する光を絞る絞り手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載のディスプレイ。
8. 前記絞り手段は、前記発光手段からの光の入射側に対して前記表示手段への光の出射側の幅を狭くしたテーパ部をコアに備えたものである
   ことを特徴とする請求項７記載のディスプレイ。
9. 前記光配線手段は、前記表示手段への光の出射側へ向けて幅が狭くなるテーパ状の光路遮断部を有するクラッドを備えた
   ことを特徴とする請求項１記載のディスプレイ。
10. 前記光配線手段は、前記発光手段からの光が入射される側の端面を傾斜させた反射面を備え、
    前記光源ユニットは、前記反射面に対向して前記発光手段を備えた
    ことを特徴とする請求項１記載のディスプレイ。
11. 前記光配線手段は、前記反射面側の幅が広く、前記表示手段への光の出射側に向けて次第に幅が狭くなるテーパ状の導入部を有するコアを備えた
    ことを特徴とする請求項１０記載のディスプレイ。
12. 前記光配線手段は、ポリマー系樹脂で形成された平面型高分子光導波路である
    ことを特徴とする請求項１記載のディスプレイ。
13. 前記光配線手段は、
    オキセタン環を有するオキセタン化合物と、
    オキシラン環を有するオキシラン化合物と、
    連鎖反応によりオキセタン化合物の重合を開始させるカチオン重合開始剤とを含み、
    エネルギービームを照射することにより硬化する樹脂成分からなるオキセタン樹脂であることを特徴とする請求項１記載のディスプレイ。
14. 前記表示ユニットは、
    前記表示手段の像を利用者の目の網膜に結像する結像手段と、
    前記表示手段と前記結像手段の位置関係を調整する位置調整手段とを備えた
    ことを特徴とする請求項１記載のディスプレイ。
15. 前記表示ユニットは、
    透過型のイメージパネルと、
    前記光配線手段から出射される光を走査する反射手段を有し、前記イメージパネルに画像を形成する小形電気機械式走査装置を前記表示手段として備えるとともに、
    前記光配線手段からの光を合波して前記反射手段へ出射する手段と、
    前記イメージパネルを透過した光を利用者の網膜に結像させる結像手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のディスプレイ。
16. 前記表示ユニットは、利用者の頭部に装着されるヘッドマウントディスプレイである
    ことを特徴とする請求項１記載のディスプレイ。

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