JP2010145674A - 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】減光シャッタにより、光学瞳に入射する映像光と同じ波長域を含む特定波長域の外界光が減光される。これにより、光学瞳に入射する映像光と同系色の光成分が外界光から減光されるので、観察される外界は表示映像とは異なる色に着色され、表示映像と外界とで色相差が生じる。したがって、外界光が減光されることによる輝度差に加え、上記の色相差により、表示映像の視認性を十分に向上させることができる。また、減光シャッタにより、可視光領域のうちの特定波長域のみ外界光が減光されるので、可視光領域全域の透過率を低下させる場合と比較して、減光シャッタおよび光路コンバイナを介して、観察者は外界を圧倒的に明るく観察することができる。
【選択図】図2
Description
W2<W1≦100nm
であることが望ましい。
3W3≦W1
であることが望ましい。
45°≦Δh≦315°
であることが望ましい。
135°≦Δh≦225°
であることがさらに望ましい。
図1は、本発明の映像表示装置1の構成を模式的に示す説明図である。この映像表示装置1は、表示素子2と、光路コンバイナ3と、減光シャッタ4とを有している。
次に、減光シャッタ4の詳細について説明する。
図2(a)は、減光シャッタ4の透過率の波長特性を示す説明図であり、図2(b)は、外界光の波長特性を示す説明図であり、図2(c)は、光学瞳Eに入射する映像光と外界光の波長特性を示す説明図である。なお、図2(b)(c)の縦軸の光強度は、最大強度で規格化している。
W2<W1≦100nm
である。
3W3≦W1
を満足することが望ましい。その理由は以下の通りである。
次に、上記した色相差について、LCh表色系を用いて説明する。図4(a)は、LCh表色系の模式的な説明図であり、図4(b)は、LCh表色系における映像光と外界光との色相角度差を示す説明図である。LCh表色系は、色を明度、彩度、色相角度を用いて表現する表色系であり、2つの色の違いを色相角度の差で表現することができる。上記した減光シャッタ4は、標準光源の一つであるC光源の光が入射したときに、透過光の彩度Cが10以上となる特性を有していることが望ましい。
次に、減光シャッタ4の具体的な構成について説明する。図5は、減光シャッタ4の一構成例を示す断面図である。減光シャッタ4は、減光する特定波長域の透過率を可変する液晶素子で構成することが可能である。この液晶素子は、2つの透明な基板4a・4aと、基板4a・4a上に配置される透明な電極4b・4bと、電極4b・4bを介して基板4a・4aで挟持される液晶層4cとを有して構成されている。基板4a・4aは、ガラスで構成されてもよいが、減光シャッタ4が眼前に配置することを考慮すると、安全性の観点からプラスチックで構成されることがより望ましい。
ゲストホスト液晶は、例えば、ネマティック液晶の分子(ホスト)の中に、分子の長軸方向と短軸方向とで光の吸収特性が異なる二色性色素(ゲスト)を溶解させた液晶である。電圧印加により液晶分子の配列状態を変化させることで、ゲスト分子の配列方向を変化させて、ゲスト分子の吸収により液晶層の透過率を変化させることができる。なお、液晶層4c自身に二色性を示す液晶を用いれば、ゲストを用いることなくホストのみで同様の減光シャッタ4を作製することが可能である。
カイラルネマティック液晶は、ネマティック液晶にカイラル材料を添加することにより、室温においてコレステリック液晶相を示すようにした液晶である。カイラルネマティック液晶を用いることにより、電圧印加により、プレーナ状態(選択反射状態)とフォーカルコニック状態(透明状態)とを切り替えることができ、液晶の透過率を可変にすることができる。さらに、電圧印加を止めても、上記2つの状態を安定して保持することが可能なので(メモリー性があるので)、省電力である。
図7は、映像表示装置1の他の構成を示す説明図である。上記した減光シャッタ4は、選択的に使用可能に複数設けられていてもよい。ただし、各減光シャッタ4が減光する特定波長域は、互いに異なっている(重複した波長域はない)とする。以下では、Rの波長域を特定波長域として減光する減光シャッタ4を、減光シャッタ4Rとする。また、Gの波長域を特定波長域として減光する減光シャッタ4を、減光シャッタ4Gとし、Bの波長域を特定波長域として減光する減光シャッタ4を、減光シャッタ4Bとする。
次に、上述した映像表示装置1をHMDに適用したときの具体的な構成について説明する。
本実施形態で説明した構成を適宜組み合わせて映像表示装置ひいてはHMDを構成することも勿論可能である。例えば、複数の減光シャッタ4を設ける図7の構成を図8の映像表示装置11に適用することも勿論可能である。
2 表示素子
3 光路コンバイナ
4 減光シャッタ(減光手段)
4R 減光シャッタ(減光手段)
4G 減光シャッタ(減光手段)
4B 減光シャッタ(減光手段)
4c 液晶層(ゲストホスト液晶、カイラルネマティック液晶)
11 映像表示装置
12 支持手段
25 LCD(表示素子)
31 接眼光学系
32 接眼プリズム(光学部材)
34 光路コンバイナ(ホログラム光学素子)
E 光学瞳
Claims (14)
- 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反射させて光学瞳に導くとともに、外界光を透過させて光学瞳に導く光路コンバイナとを備え、光学瞳の位置にて、表示映像とともに外界をシースルーで観察させる映像表示装置であって、
上記光路コンバイナに対して光学瞳とは反対側に配置され、外界光の透過率を低下させる減光手段をさらに備え、
上記減光手段は、可視光領域のうち、光学瞳に入射する映像光と同じ波長域を含む特定波長域の透過率を、特定波長域以外の波長域の透過率よりも低下させることを特徴とする映像表示装置。 - 上記減光手段における外界光の透過率が最大値と最小値との中間値となる波長幅をW1とし、光学瞳に入射する映像光の最大強度の半値波長幅をW2とすると、
W2<W1≦100nm
であることを特徴とする請求項1に記載の映像表示装置。 - 上記光路コンバイナは、体積位相型で反射型のホログラム光学素子であり、
上記ホログラム光学素子の回折反射波長域は、上記特定波長域に含まれており、
上記ホログラム光学素子の回折効率の半値波長幅をW3とすると、
3W3≦W1
であることを特徴とする請求項2に記載の映像表示装置。 - 上記特定波長域は、赤、緑、青のいずれかの波長域であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の映像表示装置。
- 上記減光手段は、標準光源の一つであるC光源の光が入射したときに、透過光の彩度が10以上となることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の映像表示装置。
- 光学瞳に入射する外界光と、光学瞳に入射する映像光との、LCh表色系における色相角度差をΔhとすると、
45°≦Δh≦315°
であることを特徴とする請求項5に記載の映像表示装置。 - 135°≦Δh≦225°
であることを特徴とする請求項6に記載の映像表示装置。 - 上記減光手段における上記特定波長域の透過率が可変であることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の映像表示装置。
- 上記減光手段は、ゲストホスト液晶を用いた液晶素子であることを特徴とする請求項8に記載の映像表示装置。
- 上記減光手段は、カイラルネマティック液晶を用いた液晶素子であることを特徴とする請求項8に記載の映像表示装置。
- 上記減光手段は、選択的に使用可能に複数設けられており、
各減光手段の上記特定波長域は、互いに異なっていることを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の映像表示装置。 - 上記表示素子からの映像光を内部で全反射させて導光する光学部材をさらに有しており、
上記光路コンバイナは、体積位相型で反射型のホログラム光学素子であり、
上記ホログラム光学素子は、上記光学部材内部を導光される上記表示素子からの映像光を回折反射させて光学瞳に導くことを特徴とする請求項1から11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は、軸非対称な正の光学パワーを有しており、上記表示素子からの映像光を光学瞳に導く接眼光学系の少なくとも一部を構成していることを特徴とする請求項12に記載の映像表示装置。
- 請求項1から13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備え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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