JP2007033601A - 光学デバイス、映像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ホログラム光学素子12を基板11上に形成して光学デバイス4を構成する。ホログラム光学素子12は、再生時に照射される光束(例えば映像光や物体光)の基板11上における照射範囲Pよりも小さい範囲Qに形成されている。より具体的には、再生時に照射される光束が、中心強度の50%以上の強度を有する中心光束と、それ以外の周辺光束とからなっているとすると、ホログラム光学素子12は、上記中心光束のみを回折させる大きさで基板11上に形成されている。これにより、不要光に起因するフレアやゴーストを、遮光板などの光学部材を新たに設けることなく軽減することができる。
【選択図】 図1
Description
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
図2は、本実施形態に係る映像表示装置1の概略の構成を示す断面図である。この映像表示装置1は、表示素子2と、接眼レンズ3と、光学デバイス4とを有している。
次に、ホログラム光学素子12の基板11上での形成範囲について説明する。
図1は、ホログラム光学素子12の基板11上での形成範囲を模式的に示す平面図である。本実施形態では、ホログラム光学素子12は、再生時に照射される光束、すなわち、表示素子2からの映像光(以下、再生光とも称する)の、基板11上における照射範囲Pよりも小さい範囲Qに形成されている。より詳細には以下の通りである。
次に、ホログラム光学素子12の作製方法について説明する。図4は、ホログラム光学素子12の作製に用いられる光学系の概略の構成を示す断面図である。
次に、再生光のうちで中心光束のみを回折させる大きさでホログラム光学素子12が基板11上に形成された光学デバイス4の種々の応用例について説明する。
本発明の他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態1と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
図10は、本実施形態に係る映像表示装置1の概略の構成を示す断面図であり、図11は、上記映像表示装置1における光路を光学的に一方向に展開して示す説明図である。この映像表示装置1は、表示素子2と、光学デバイス4とを有している。
本実施形態では、ホログラム光学素子12は、上記のように、光軸入射面に平行な方向よりも光軸入射面に垂直な方向に大きく形成されている。この結果、ホログラム光学素子12の波長特性(波長選択性)の影響をあまり受けずに、観察者は色ムラの少ない高画質の映像を観察することができる。その理由は以下の通りである。
本実施形態では、光源13は、レンズ付のもので構成されており、放射角は例えば90度と小さく設定されている。これにより、光学瞳Eの形成に利用されない無駄な光が少なく(光利用効率が高く)、この点からも明るい映像を観察者に提供することができると言える。
次に、本実施形態のホログラム光学素子12の作製方法について説明する。図13は、本実施形態のホログラム光学素子12の作製に用いられる光学系の概略の構成を示す断面図である。
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態1または2と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
図14は、本実施形態の映像表示装置1の概略の構成を示す断面図であり、図15は、上記映像表示装置1における光路を光学的に一方向に展開して示す説明図である。この映像表示装置1は、表示素子2と、光学デバイス4とを有しているが、これら表示素子2および光学デバイス4の構成が、実施の形態2とは若干異なっている。
本実施形態においても、再生光のうちで中心光束のみを回折させる範囲にのみホログラム光学素子12が形成されているので、観察者は、光学的に性能が高い光束(中心光束)によって形成される高画質の映像を観察することができるとともに、周辺光束(図15中の破線Dで示される光束)に起因するフレアやゴーストを軽減することができる。
次に、本実施形態のホログラム光学素子12の作製方法について説明する。図16は、本実施形態のホログラム光学素子12の作製に用いられる光学系の概略の構成を示す断面図である。また、図17(a)〜図17(e)は、接眼プリズム16の平面図および右側面図、偏向プリズム17の平面図および下面図、光学デバイス4の平面図をそれぞれ示している。
本実施形態では、光源13が、RGBに対応する発光部13R・13G・13Bを1組有して構成されている例について説明したが、光源13は、発光部13R・13G・13Bを複数組有して構成されていてもよい。
λ=2nhcosθ
の関係が成り立つ。ここで、波長の短いB光および波長の長いR光において、それぞれの波長が例えば同じ5nmだけずれた場合、波長の変化の割合は、B光については465/470であり、R光については634/639である。つまり、波長の変化の割合は、波長の短いB光に比べて波長の長いR光のほうが小さい。したがって、波長の短いB光に比べて波長の長いR光のほうが、波長の変化に対する入射角θのずれ方は小さい(角度選択性が大きい)。よって、光源13からの出射光のRGBの波長幅が同じ場合には、ホログラム光学素子12によって回折されてできる光学瞳の大きさは、波長が長い光ほど小さい。なお、光学瞳Eは、各色の光学瞳の範囲を全て含むものとする。
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態1ないし3と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態1ないし4と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
2 表示素子
4 光学デバイス(接眼光学系)
11 基板
12 ホログラム光学素子
12a ホログラム感光材料
13 光源
15 光変調素子
16 接眼プリズム(基板、第1の透明基板)
17 偏向プリズム(第2の透明基板)
18 接眼プリズム(基板、第1の透明基板)
19 偏向プリズム(第2の透明基板)
22 絞り
24 点光源
32 絞り
34 点光源
41 点光源
42 絞り
44 絞り
51 点光源
52 絞り
61 点光源
62 絞り
71 点光源
73 絞り
101 映像表示装置
102 支持手段
Claims (16)
- 体積位相型のホログラム光学素子が基板上に形成された光学デバイスであって、
上記ホログラム光学素子は、再生時に照射される光束の上記基板上における照射範囲よりも小さい範囲に形成されていることを特徴とする光学デバイス。 - 上記光束は、中心強度の50%以上の強度を有する中心光束と、それ以外の周辺光束とからなり、
上記ホログラム光学素子は、上記中心光束のみを回折させる大きさで形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光学デバイス。 - 上記ホログラム光学素子は、上記基板上に塗布されるホログラム感光材料に2光束を照射することにより、上記ホログラム感光材料に干渉縞を記録して作製されるものであり、
上記ホログラム感光材料は、上記2光束の上記基板上での照射範囲が重畳する部分にのみ塗布されていることを特徴とする請求項1または2に記載の光学デバイス。 - 上記ホログラム光学素子は、上記基板上に塗布されるホログラム感光材料の一部において照射範囲が重畳するように2光束を照射することにより、上記ホログラム感光材料における上記2光束の照射範囲の重畳部分に干渉縞を記録して作製されるものであることを特徴とする請求項1または2に記載の光学デバイス。
- 上記ホログラム感光材料に対する上記2光束の照射範囲は、同じであることを特徴とする請求項4に記載の光学デバイス。
- 上記2光束は、上記ホログラム感光材料に対する一方の照射範囲が他方の照射範囲の内側となるように、上記ホログラム感光材料に照射されていることを特徴とする請求項4に記載の光学デバイス。
- 上記ホログラム感光材料において、上記2光束の照射範囲の重畳部分以外の部分は、除去されていることを特徴とする請求項6に記載の光学デバイス。
- 上記2光束は、対応する点光源から出射される光の発散角を絞りで制限することによって形成されていることを特徴とする請求項3から7のいずれかに記載の光学デバイス。
- 上記ホログラム光学素子は、軸非対称な光学パワーを有していることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の光学デバイス。
- 映像を表示する表示素子と、
上記表示素子からの映像光を観察者の瞳に導く接眼光学系とを有する映像表示装置であって、
上記接眼光学系は、請求項1から9のいずれかに記載の光学デバイスを有していることを特徴とする映像表示装置。 - 上記光学デバイスのホログラム光学素子は、該ホログラム光学素子への光軸の入射面に平行な方向よりも上記入射面に垂直な方向に大きく形成されていることを特徴とする請求項10に記載の映像表示装置。
- 上記表示素子は、
光を出射する光源と、
上記光源からの光を変調して映像を表示する光変調素子とを有しており、
上記光源は、上記ホログラム光学素子への光軸の入射面に平行な方向よりも上記入射面に垂直な方向に大きく形成されていることを特徴とする請求項11に記載の映像表示装置。 - 上記ホログラム光学素子は、上記表示素子からの映像光と外光とを同時に観察者の瞳に導くコンバイナであることを特徴とする請求項10から12のいずれかに記載の映像表示装置。
- 上記ホログラム光学素子が形成された上記基板は、上記表示素子からの映像光を内部で全反射させて上記ホログラム光学素子を介して観察者の瞳に導く一方、外光を透過させて観察者の瞳に導くことを特徴とする請求項10から13のいずれかに記載の映像表示装置。
- 上記基板を第1の透明基板とすると、
上記接眼光学系は、上記第1の透明基板での外光の屈折をキャンセルするための第2の透明基板を有している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10から15のいずれかに記載の映像表示装置と、
上記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持手段とを有していることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
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