JP2009145611A - 画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画像表示装置は、原画を形成する画像形成素子1と、該画像形成素子からの光束を複数の反射面6,7で反射して射出する第1の光学素子10と、該第1の光学素子から射出した光束を射出瞳2に導く光学系15とを有する。該光学系は回折光学素子3を含み、該光学系のうち回折光学素子よりも射出瞳側の部分21aが負の光学パワーを有する。
【選択図】図1A
Description
特許文献6にて開示されたHMDでは、透過面、透過/反射兼用面及び反射面の3面により構成されるプリズムを用い、画像形成素子からの光束の光路を該プリズム内で折り畳んで射出瞳に導く。そして、このHMDでは、画像形成素子と射出瞳との間のいずれかの位置に、倍率色収差補正機能を有するDOEが設けられている。
(θ2=sin−1[{n1(λ)・sinθ1−m・λ/p}/n2 ]) …(1)
また、スカラー近似の回折効率ηは、
η(r,λ)-=sinc2[π・{m−Φ(r,λ)/λ}] …(2)
で表される。そして、このηが最大又は最大に近くなるように、各格子輪帯の高さdの値を適切に設定する。
θ1=atan(r/L)
である。これに対し、点O′から点Pに入射する光線のDOE3への入射角θ1′は、
θ1′=atan{(r+y)/L}
である。つまり、入射角θ1′は、設計上の入射角θ1に対し、
θ1′−θ1=atan{(r+y)/L}−atan(r/L)
だけ異なる。
θ1=20[°]
となる。なお、λd=587.56nmである。
C2=−4.71519573549E−06
C3= 2.48970933136E−08
C4=−6.33450529409E−11
C5= 1.36788418606E−13
(E−Xは×E−Xの意味)
であるとする。また、r=7.279[mm]又はその近傍の格子輪帯の格子高さ(格子ピッチは34.0μm)が、設計波長λd=587.56[nm]において、θ1の入射角度を有する光線に対して適切に設定されているとする。このとき、格子高さdは、
d=0.888[μm]
となる。
このときの一次回折光のスカラー近似回折効率特性は、図5に破線で示すようになる。なお、図5において、横軸は波長(nm)、縦軸は回折効率(%)を示す。
y=−4[mm]
であると、点Pへの入射角度は θ1′=29.422[°]となる。したがって、角度差θ1′−θ1は、9.422[°]となる。このときの回折効率は、図5の実線に示すような特性になり、眼球の瞳孔中心の光軸からのずれがない場合に比べて回折効率のピークは100%を維持するが、そのピーク波長が30nmほど長波側にシフトする。このため、視認性の低い赤〜近赤外域で回折効率が2〜3%増加するが、青〜緑の波長域では3〜10%低下し、不要回折次数光が増加する。
={1/n+(n−1)・L1/(n・R)}・θ0 …(4)
また、DOE3の中心から点Pまでの距離rは、以下のように表される。
=L1・θ0+t・{θ0/n+(n−1)・θ0・L1/(n・R)}
={L1+t/n+t・(n−1)・L1/(n・R)}・θ0 …(5)
一方、眼球の瞳孔の中心位置が観察光学系の光軸に対してy[mm]ずれた点O′にある場合(眼球ずれ量)がyのとき、点O′と点Pを通る光線の画角をθ0′とすると、
r+y=L1・θ0′+t・θ1′
となる。このとき、画角θ0′は、
θ0′=θ0+y/{L1+t/n+t・(n−1)・L1/(n・R)} …(6)
である。このため、点Pへの入射角θ1′は、以下のように表される。
={1/n+(n−1)・L1/(n・R)}・
[{L1+t/n+t・(n−1)・L1/(n・R)}・θ0+y]
/{L1+t/n+t・(n−1)・L1/(n・R)}
={1/n+(n−1)・L1/(n・R)}・θ0
+y・{1/n+(n−1)・L1/(n・R)}
/{L1+t/n+t・(n−1)・L1/(n・R)} …(7)
このとき、
θ1′−θ1 =y・{1/n+(n−1)・L1/(n・R)}
/{L1+t/n+t・(n−1)・L1/(n・R)}
θ0′−θ0 =y/{L1+t/n+t・(n−1)・L1/(n・R)}
である。このため、画角の差に対するDOE3への光線の入射角差の比は、
(θ1′−θ1)/(θ0′−θ0)=1/n+(n−1)・L1/(n・R) …(8)
となる。例えば、L1=20[mm]、n=1.63554のとき、Rに対する式(8)の値の変化は、図3に実線で示すようになる。
(θ2=sin−1[{n1(λ)・sinθ1−m1・λ/p}/n2 ])
Φ2(r,λ)={n2(λ)・cosθ2−n3(λ)・cosθ3}・d2(r)
(θ3=sin−1[{n2(λ)・sinθ2−m2・λ/p}/n3 ])
…(5)
また、2層合計でのスカラー近似の回折効率ηは、以下のように表される。
(m=m1+m2) …(6)
このような積層DOEを用いる場合でも、θ1で入射する光線について、特定の回折次数光の回折効率ηが最大になるように各層の格子高さを設定する。
2 射出瞳
3 単層DOE
3′ 積層DOE
10 プリズム
21 負レンズ
22 正レンズ
Claims (5)
- 原画を形成する画像形成素子と、
該画像形成素子からの光束を複数の反射面で反射して射出する第1の光学素子と、
該第1の光学素子から射出した光束を射出瞳に導く光学系とを有し、
該光学系は回折光学素子を含み、
前記光学系のうち前記回折光学素子よりも前記射出瞳側の部分が負の光学パワーを有することを特徴とする画像表示装置。 - 前記回折光学素子は、前記光学系に含まれる第2の光学素子の面又は前記第1の光学素子の射出面の外面に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
- 前記光学系は、前記回折光学素子よりも前記第1の光学素子側に正の光学パワーを有する部分を含むことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
- 前記回折光学素子は、互いに異なる材料により形成された複数の回折格子を積層した積層型回折光学素子であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の画像表示装置。
- 前記光学系のうち前記回折光学素子よりも前記射出瞳側の部分が、少なくとも観察者の眼幅方向において負の光学パワーを有することを特徴とする請求項1から4に記載の画像表示装置。
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