JP2010271554A - ホログラム光学素子を用いた映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ホログラム光学素子の特性を反映させた色バランスの調整を行い、観察者の視点から見た色バランスを、適切に調整することが容易となる映像表示装置を提供する。
【解決手段】複数色の光を発して映像を表示する表示部と、前記表示部から発せられた光を、ホログラム光学素子で回折させて観察者に届ける光学系と、を備え、該観察者に前記映像を観察させる映像表示装置であって、前記表示部から発せられて、ホログラム光学素子で回折した光の強さを、前記複数色ごとに検出する検出部と、該検出部の検出結果に基づいて、前記表示部の発光強度を、前記複数色ごとに調整する調整部と、を備えた構成とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ホログラム光学素子の特性を利用した映像表示装置に関する。

従来、ホログラム（ホログラフィック）光学素子（Holographic Optical Element：ＨＯＥ）の特性を利用した映像表示装置（以下、便宜的に「ＨＯＥ表示装置」と称することがある）が、例えば特許文献１等において提案されている。ここでホログラム光学素子の特性について、以下に簡潔に説明する。

ホログラム光学素子は、干渉性の高い二つの光束が感材に照射され、その干渉状態が記録されることで作製される。そしてホログラム光学素子は、作製時に与えた一方の光束が与えられると、作製時に与えた他方の光束を再生する。これは波面再現機能と呼ばれ、この波面再現機能を利用することによって、ホログラム光学素子を、高精度なレンズとして機能させることができる。

また反射型ホログラム光学素子の回折効率は、例えば図１５のグラフ（横軸は波長を、縦軸は回折効率を表す）に示すように、急峻なピークをもった波長特性を有する。なお、ピークとなるときの波長は、ホログラム光学素子の作製時に用いられた光の波長に等しい。これによりホログラム光学素子は、ほぼ作製に用いられた波長の光のみを回折反射させることになる。これは波長選択機能と呼ばれ、この波長選択機能を利用することによって、ホログラム光学素子を、二つの光を効率よく重ね合わせるコンバイナとして機能させることができる。

上述したホログラム光学素子の特性、つまり波面再現機能や波長選択機能が利用されることにより、高いシースルー性と明るい映像表示を両立させるＨＯＥ表示装置（例えばＨＭＤ［Head Mounted Display］）が実現される。なおＨＯＥ表示装置においては、映像光を伝送するための光学系に、所定のホログラム光学素子が設けられることになる。

ところで、一般的な（ホログラム光学素子を用いていない）映像表示装置においては、映像を適切に表示するため、色バランスの調整（色ごとの輝度の調整）が可能となっている場合がある。色バランスの調整は、例えば装置に設けられた輝度センサによって各色の光の強度が検出され、この検出結果に基づいて実行される。ここで一般的な映像表示装置における色バランスの調整機構について、図１６を参照しながら簡潔に説明する。

色バランスの調整を行う一般的な映像表示装置は、通常、図１６に示すように、映像表示部１０１、輝度検出部１０２、および輝度調整部１０３を備えている。映像表示部１０１は、映像光を生成して出力する機能部であり、例えばＰＤＰやＬＣＤ（バックライト等の光源も含む）などによって形成される。映像表示部１０１から出力された映像光が、観察者１０５へ届くことにより、その映像が観察者１０５によって認識される。

また輝度検出部１０２は、映像表示部１０１から映像光と同等の強さをもつ光（サンプル光）を受け、その強さを所定の色ごと（例えばＲＧＢごと）に検出する機能部であり、輝度センサなどによって形成される。また輝度調整部１０３は、輝度検出部１０２によって検出された光の強さが所定の目標値（最適な色バランスとなる値）へ近づくように、映像表示部１０１の発光強度を調整する。

このように一般的な映像表示装置においては、サンプル光の強さの情報がフィードバックされることによって、色バランスの調整が実行される。なお、色バランスの調整等が自動的に実行される映像表示装置については、例えば特許文献２〜５の各々に開示されている。

特開２００８−１２２５０８号公報 特開平６−１１７１３号公報 特開平５−２４１１２８号公報 特開２００５−２７４８１６号公報 特開平６−７０２６８号公報

ところで、色バランスの調整機能をもつＨＯＥ表示装置を実現させるにあたっては、ＨＯＥ表示装置においても、先述したような色バランスの調整機構を採用することが考えられる。このようにして、色バランスの調整機能をもたせたＨＯＥ表示装置の構成例を、図１７に示す。本図に示すように、ＨＯＥ表示装置においては、映像光を観察者１０５に届けるための光学系には、ホログラム光学素子１０４が介在する。

図１７に示すＨＯＥ表示装置によれば、映像表示部１０１から出力された映像光は、ホログラム光学素子１０４において回折し、この回折した映像光が、観察者１０５に届く。一方、輝度検出部１０２は、映像表示部１０１から出力されたサンプル光を、ホログラム光学素子を介さずに受取る。

ここで先述した通り、ホログラム光学素子は、図１５に示すような回折効率の特性を有している。そのため、ホログラム光学素子で回折していないサンプル光と、ホログラム光学素子１０４で回折した映像光との間には、光の強さにおいて、相当な差異が生じることとなる。

その結果、図１７に示すＨＯＥ表示装置においては、輝度検出部１０２の検出結果に基づいて、最適な色バランスとなるように映像表示部１０１の発光強度が調整されたとしても、観察者１０５の視点から見れば、色バランスが最適に調整されたことにはならない。このように、図１７に示すＨＯＥ表示装置においては、観察者１０５にとって最適な色バランスとなるように、映像表示部１０１の発光強度を調整することは、困難であるといえる。

なおＨＯＥ表示装置においては、映像表示部１０１を構成するデバイス等の特性が、使用環境（温度や湿度など）や経時変化、或いは個体差などによってバラつくだけでなく、ホログラム光学素子１０４の特性（特に、波長と回折効率の関係）も、同様にバラつく可能性がある。この点、図１７に示すＨＯＥ表示装置においては、映像表示部１０１の発光強度の調整に、ホログラム光学素子１０４の特性が反映されないため、当該調整の精度を良好に維持することは困難となる。

本発明は、上述した問題点に鑑みて、ホログラム光学素子の特性を反映させた色バランスの調整を行い、観察者の視点から見た色バランスを適切に調整することが容易となる映像表示装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る映像表示装置は、複数色の光を発して映像を表示する表示部と、前記表示部から発せられた光を、ホログラム光学素子（「第１ＨＯＥ」とする）で回折させて観察者に届ける光学系と、を備え、該観察者に前記映像を観察させる映像表示装置であって、前記表示部から発せられて、ホログラム光学素子（「第２ＨＯＥ」とする）で回折した光の強さを、前記複数色ごとに検出する検出部と、該検出部の検出結果に基づいて、前記表示部の発光強度を、前記複数色ごとに調整する調整部と、を備えた構成とする。なおここでの第１ＨＯＥと第２ＨＯＥは、別個のホログラム光学素子であってもよく、共通のホログラム光学素子で兼用されていてもよい。

また上記構成において、前記調整部は、前記検出部による前記複数色ごとの検出結果が、該複数色ごとに設定された目標値に近づくように、前記表示部の発光強度を調整する構成としてもよい。

また上記構成において、前記第２ＨＯＥは、前記第１ＨＯＥとは別のホログラム光学素子として設けられているとともに、前記第１ＨＯＥと同等の特性を有している構成としてもよい。

また上記構成において、前記光学系は、前記表示部から発せられた光を、ホログラム光学素子で形成された導光板で回折させた上で、該導光板とは別に設けられた表示用ホログラム光学素子で回折させ、観察者に届けるものであり、前記検出部は、前記表示部から発せられて該導光板で回折した光のうち、前記表示用ホログラム光学素子に入射しない光の強さを検出する構成としてもよい。

また上記構成において、前記第１ＨＯＥと第２ＨＯＥは、所定の表示用ホログラム光学素子によって兼用されており、前記検出部は、前記表示部から発せられて、該表示用ホログラム光学素子の一部で回折した光の強さを検出する構成としてもよい。

また本発明に係る別の形態の映像表示装置は、複数色の光を発して映像を表示する表示部と、前記表示部から発せられた光を、ホログラム光学素子で回折させて観察者に届ける光学系と、を備え、該観察者に前記映像を観察させる映像表示装置であって、前記表示部から発せられた光の強さと、前記表示部から発せられて該ホログラム光学素子を透過した光の強さとの差を、前記複数色ごとに検出する検出部と、該検出部の検出結果に基づいて、前記表示部の発光強度を、前記複数色ごとに調整する調整部と、を備えた構成とする。

また上記構成において、前記表示部は、複数色に発光する光源と、該光源が発した光を、与えられた映像情報に応じて変調する空間変調素子と、を有しており、該光源は、２色または３色に発光するＬＥＤである構成としてもよい。

また上記構成において、前記表示部は、複数色に発光する光源と、該光源が発した光を、与えられた映像情報に応じて変調する空間変調素子と、を有しており、該光源は、２色または３色に発光するレーザー発生装置である構成としてもよい。

また上記構成において、前記表示部は、複数色に発光する光源と、該光源が発した光を、与えられた映像情報に応じて変調する空間変調素子と、を有しており、前記調整部は、該光源の発光強度を調整する構成としてもよい。

また上記構成において、前記表示部は、複数色に発光する光源と、該光源が発した光を、与えられた映像情報に応じて変調する空間変調素子と、を有しており、前記調整部は、該空間変調素子における、変調の度合を調整する構成としてもよい。

本発明に係る映像表示装置によれば、表示部から発せられてホログラム光学素子で回折した光、或いは、ホログラム光学素子を透過した光の強さに応じて、表示部の発光強度が複数色ごとに調整される。そのため、ホログラム光学素子の特性を反映させた色バランスの調整を行い、観察者の視点から見た色バランスを、適切に調整することが容易となる。

本発明の実施形態に係るＨＯＥ表示装置の概略的な構成図である。 本発明の実施形態に係る、第１態様のＨＯＥ表示装置の構成図である。 本発明の実施例１に係るＨＯＥ表示装置の構成図である。 ＬＣＤから出力される光に関する説明図である。 本発明の実施形態に係るＨＭＤの外観図である。 本発明の実施例１に係る、ＨＭＤに適用された場合のＨＯＥ表示装置の構成図である。 本発明の実施例２に係るＨＯＥ表示装置の構成図である。 本発明の実施例２に係る、ＨＭＤに適用された場合のＨＯＥ表示装置の構成図である。 本発明の実施例３に係るＨＯＥ表示装置の構成図である。 本発明の実施例３に係る、ＨＭＤに適用された場合のＨＯＥ表示装置の構成図である。 本発明の実施例４に係るＨＯＥ表示装置の構成図である。 本発明の実施例４に係る、ＨＭＤに適用された場合のＨＯＥ表示装置の構成図である。 レーザー発生装置が適用された場合の、ＨＯＥ表示装置の構成図である。 ＬＣＤにおける光の透過率が調整されるようにした場合の、ＨＯＥ表示装置の構成図である。 ホログラム光学素子の波長選択機能に関する説明図である。 一般的な映像表示装置の色バランス調整機構に関する説明図である。 ＨＯＥ表示装置の色バランス調整機構に関する説明図である。

まず、本発明の実施形態に係るＨＯＥ表示装置に採用される、色バランス調整機構の概要について説明する。当該ＨＯＥ表示装置９は、図１に示すように、映像表示部１、ホログラム光学素子２、輝度検出部３、および輝度調整部４などを備える。

映像表示部１は、複数色の光を発して、映像を表示する（ホログラム光学素子２等に向けて、光を出力する）機能部である。なお映像表示部１は後述するように、例えば、ＬＥＤ［Light Emitting Diode］等の光源や、ＬＣＤ［Liquid Crystal Display］等の空間変調素子などによって形成される。

また映像表示部１から出力される光には、ホログラム光学素子２で回折して観察者５に届けられる映像光と、映像表示部１の発光強度の調整に用いられる光（本願では便宜的に、「サンプル光」と称する）が含まれる。サンプル光としては、映像表示部１から出力される光のうちの、映像光に属さない部分が用いられるが、映像光と同等の強さ（ＬＣＤにおける透過率などを考慮しない場合）を有することになる。

ホログラム光学素子２は、映像表示部１から出力された映像光を観察者５へ届ける光学系に設けられている。これにより、観察者５には、ホログラム光学素子２において回折した映像光が届けられることになる。その結果、ＨＯＥ表示装置９は、高いシースルー性と明るい映像表示を両立させることが可能となっている。

輝度検出部３は、サンプル光の強さの測定結果を利用して、映像表示部１の輝度を複数色（波長帯）ごとに検出し、この検出結果を輝度調整部４に伝送する機能部である。なお輝度検出部３が検出する輝度は、観察者５の視点から見た場合の輝度、つまり、ホログラム光学素子２で回折した映像光に基づく輝度と、同等のものである。輝度検出部３が、どのようにして輝度を検出するかについては、後の説明で明らかになる。

また輝度調整部４は、輝度検出部３によって検出された輝度が、予め設定されている所定の目標値（最適な色バランスとなる値）へ近づくように、映像表示部１０１の発光強度を調整する機能部である。なお輝度調整部４は、複数色ごとに発光強度を調整するものであり、後述するように、ＤＳＰやＬＥＤドライバなどによって形成される。

このようにＨＯＥ表示装置９によれば、観察者５の視点から見た場合の輝度に基づいて、色バランスの調整が自動的に実行される。そのため、観察者５の視点から見て最適な色バランスとなるように映像表示部１の発光輝度を調整することが、図１７に示したＨＯＥ表示装置などに比べて容易となっている。

なお、色バランスの調整が、ＨＯＥ表示装置９の内部で自動的に実行されることにより、当該装置の製造時に実施される調整工程を、極力簡潔なものとすることが可能となる。また更に、当該装置の使用中において、温度や湿度の変化等の環境変化が生じた場合であっても、最適な色バランスを保つことが容易となり、性能の劣化を防止することが可能となる。

輝度検出部３の具体的な態様としては、後述する２種類の態様（以下、「第１態様」および「第２態様」とする）が挙げられる。第１態様の輝度検出部３は、図２に示すように、第１ＨＯＥ２ａ、第２ＨＯＥ２ｂ、および輝度センサ１６を備えるものである。

第１ＨＯＥ２ａは、映像表示部１から出力された映像光を、観察者５へ届けるための光学系に設けられた、ホログラム光学素子である。第１ＨＯＥ２ａが設けられることにより、観察者５には、第１ＨＯＥ２ａにおいて回折した映像光が届けられることになる。

第２ＨＯＥ２ｂは、映像表示部１から出力されたサンプル光を、輝度検出部３へ届けるための光学系に設けられた、ホログラム光学素子である。第２検出用ＨＯＥ２ｂが設けられることにより、輝度検出部３には、第２ＨＯＥ２ｂにおいて回折した映像光が届けられることになる。

なお、第１ＨＯＥ２ａと第２ＨＯＥ２ｂは、映像光もしくはサンプル光についての波長ごとの回折効率が、同等となるように設定されている。より具体的には、第１ＨＯＥ２ａと第２ＨＯＥ２ｂは、同等の条件（感材の材質や、作製時における光束の照射条件等が同等）で作成されることにより、同等の特性を有するようになっている。そして更に、第１ＨＯＥ２ａへの映像光の入射角と、第２ＨＯＥ２ｂへのサンプル光の入射角が、同等となるように、第１ＨＯＥ２ａおよび第２ＨＯＥ２ｂが配置されている。これにより、輝度センサ１６には、観察者５に届く映像光と同等の強さのサンプル光（つまり、同等の効率で回折した光）が、届けられるようになっている。第２ＨＯＥ２ｂの作製条件が第１ＨＯＥ２ａと異なり、更に第２ＨＯＥ２ｂへのサンプル光の入射角が第１ＨＯＥ２ａへの映像光の入射角と異なる場合は、輝度センサ１６に届くサンプル光の回折光強度および回折光の波長は、観察者５に届く映像光とは異なるものになる。

輝度センサ１６は、第２ＨＯＥ２ｂで回折したサンプル光の強さを測定して、この測定結果を、輝度調整部４に伝送する。これにより、輝度検出部３によって検出される輝度は、観察者５に観察される輝度と同等のものになる。

また第１態様の輝度検出部３においては、第１ＨＯＥ２ａおよび第２ＨＯＥ２ｂの一方、若しくは双方が、複数のホログラム光学素子によって形成されていても構わない。また、第１ＨＯＥ２ａと第２ＨＯＥ２ｂの双方の役割を兼ねる、共通のホログラム光学素子が設けられるようにしても構わない。なお、第１態様の輝度検出部３が採用されたＨＯＥ表示装置のより詳細な構成等については、実施例１から実施例３の各々として、改めて説明する。

一方、第２態様の輝度検出部３は、ホログラム光学素子を透過する映像光の強さと、サンプル光の強さの双方を測定し、これらの測定結果を利用して、輝度を検出するものである。なお、第２態様の輝度検出部３が採用されたＨＯＥ表示装置のより詳細な構成等については、実施例４として改めて説明する。

以下、実施例１から実施例４の各々について、順に説明する。

［実施例１］
本発明の実施例１に係るＨＯＥ表示装置について、以下に説明する。当該ＨＯＥ表示装置９は、図３に示すように、ＬＥＤ１１、ＬＣＤドライバ１２、ＬＣＤ１３、表示用ＨＯＥ１４、検出用ＨＯＥ１５、輝度センサ１６、ＤＳＰ１７、およびＬＥＤドライバ１８などを備えている。

ＬＥＤ１１は、中心波長が例えば４６５ｎｍ、５２０ｎｍ、６３５ｎｍとなる３つの波長帯域の光を発するＲＧＢ一体型のＬＥＤで構成されており、ＬＥＤドライバ１８からの供給電力に応じた強さで発光する光源である。ＬＥＤ１１は、ＬＣＤ１３のバックライトとしての役割を果たす。

ＬＣＤドライバ１２は、前段側から映像信号が供給されるようになっており、この映像信号に基づいてＬＣＤ１３を制御するための制御信号を生成し、ＬＣＤ１３に出力する。

ＬＣＤ１３は、ＬＣＤドライバ１２から伝送される制御信号に基づいて、ＬＥＤ１１からの光を変調することにより、映像を表示する映像表示素子（空間変調素子）である。なお、本実施形態では、ＬＣＤ１５は、透過型であるが、反射型で構成されていてもよい。また、ＬＣＤ以外の変調素子（例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device；米国テキサスインスツルメント社製））を映像表示素子として用いてもよい。このようにＬＥＤ１１、ＬＣＤドライバ１２、およびＬＣＤ１３等によって、先述した映像表示部１が実現されている。

なおＬＣＤ１３から出力される光には、映像光とサンプル光が含まれ、後述する通り、これらの光がＨＯＥ表示装置９において利用されることとなる。ここでサンプル光の伝送や検出に用いられる光学系（検出用ＨＯＥ１５を含む）は、映像光の伝送が阻害されないように設定されている。より具体的には、ＬＣＤ１３から出力される光には、図４に示すように、映像光の他に、表示用ＨＯＥ１４に伝送されない光（映像光を伝送する光学系から外れている光）が存在する。そこで、サンプル光の伝送や検出するための光学系は、映像光に干渉せず、表示用ＨＯＥ１４に伝送されない光の一部（つまりこれが、サンプル光となる）を伝送するように設定されている。

表示用ＨＯＥ１４は、特定の入射角で入射する例えば４６５±１０ｎｍ、５２０±１０ｎｍ、６３５±１０ｎｍ、つまりＲＧＢの各色に対応する３つの波長帯域の光を回折させる、体積位相型の反射型ホログラム光学素子（ＨＯＥ）で構成されている。表示用ＨＯＥ１４は、ＬＣＤ１３から出力された映像光を受け、これを観察者５に向けて回折反射させるとともに、外界光（観察者５側と逆の側から受ける光）を、観察者５に向けて透過させる。これにより、外界光に映像光が重畳された光が、観察者５に届けられる。このように表示用ＨＯＥ１４によって、先述した第１ＨＯＥ２ａが実現されている。

検出用ＨＯＥ１５は、表示用ＨＯＥ１４と同等の特性（特に、波長と回折効率の関係）を有しており、ＬＣＤ１３から出力されたサンプル光を受け、これを輝度センサ１６に向けて回折反射させる。このように検出用ＨＯＥ１５によって、先述した第２ＨＯＥ２ｂが実現されている。

輝度センサ１６は、受ける光（検出用ＨＯＥ１５によって回折されたサンプル光）の強さを、ＲＧＢの色ごとに別個に検出する。これにより輝度センサ１６は、ＬＥＤ１１の輝度を、ＲＧＢの色ごとに検出することが可能となっている。また輝度センサ１６によって得られた検出結果（検出値）を表す信号は、ＤＳＰ１７に伝送される。

ＤＳＰ１７は、輝度センサ１６によって得られた検出値を用いて、色バランスの調整を実行する。より具体的には、ＤＳＰ１７は先ず、ＬＣＤ１３の光の透過率を所定状態（例えば、最大の状態）とした上で、ＬＥＤ１１を、ＲＧＢの各々に順に発光させる。そしてＤＳＰ１７は、このときの輝度センサ１６の検出結果（ＲＧＢごとの、サンプル光の強さの検出値）を取得する。

その後ＤＳＰ１７は、当該検出値と、予め登録された目標値（最適な色バランスとなる値）との差を算出し、この差が小さくなるように、ＬＥＤドライバ１８を制御する。つまりＤＳＰ１７は、ＲＧＢの各色について、検出値が目標値より大きいときは、ＬＥＤ１１の輝度が小さくなるようにＬＥＤドライバ１８を制御し、検出値が目標値より小さいときは、ＬＥＤ１１の輝度が大きくなるようにＬＥＤドライバ１８を制御する。当該制御は、例えば、検出値と目標値との差が所定の許容範囲内に収まるまで、繰り返される。

このようなフィードバック制御が実行されることにより、色バランスの調整が実現されることになる。なお色バランスの調整は、映像の表示中に、定期的に実行されるようにしてもよく、映像が表示されていない時期に（例えばテストモードにおいて）実行されるようにしてもよい。

またＬＥＤドライバ１８は、ＤＳＰ１７の制御に応じて、ＬＥＤ１１に供給される電力を調整する。これによりＬＥＤ１１は、ＤＳＰ１７の制御に従った輝度で発光することになる。このようにＤＳＰ１７やＬＥＤドライバ１８等によって、先述した輝度調整部４が実現されている。上述した構成により、ＨＯＥ表示装置９においては、ＤＳＰ１７によって検出される映像処理部１の輝度は、観察者５が観察する映像処理部１の輝度と同等になる。

またＨＯＥ表示装置９は、ＨＭＤ［Head Mounted Display］や、車載用のＨＵＤ［Head-UP Display］などに適用することが可能である。ここでＨＯＥ表示装置９が適用されたＨＭＤの構成について、以下に説明する。

まず、ＨＭＤの全体的な構成について、図５（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。図２（ａ）は、本実施形態に係るＨＭＤの概略の構成を示す平面図であり、図２（ｂ）は、ＨＭＤの側面図であり、図２（ｃ）は、ＨＭＤの正面図である。ＨＭＤは、先述したＨＯＥ表示装置９と、それを支持する支持手段３０とを有しており、全体として、一般の眼鏡から一方（例えば左目用）のレンズを取り除いたような外観となっている。

ＨＯＥ表示装置９は、観察者に外界像をシースルーで観察させるとともに、映像を表示して観察者にそれを虚像として提供することになる。図５（ｃ）で示すＨＯＥ表示装置９において、眼鏡の右目用レンズに相当する部分は、後述する接眼プリズム６２および偏向プリズム６３（ともに図６を参照）の貼り合わせによって構成されている。

支持手段３０は、ＨＯＥ表示装置９を観察者の眼前（例えば右目の前）で支持するものであり、ブリッジ３３と、フレーム３４と、テンプル３５と、鼻当て３６と、ケーブル３７とを有している。なお、フレーム３４、テンプル３５および鼻当て３６は、左右にそれぞれ設けられている。

ＨＯＥ表示装置９の一端は、ブリッジ３３に支持されている。このブリッジ３３は、ＨＯＥ表示装置９のほかにも左側のフレーム３４および鼻当て３６を支持している。左側のフレーム３４は、左側のテンプル３５を回動可能に支持している。一方、ＨＯＥ表示装置９の他端は、右側のフレーム３４に支持されている。右側のフレーム３４において、ＨＯＥ表示装置９の支持側とは反対側の端部は、右側のテンプル３５を回動可能に支持している。ケーブル３７は、外部信号（例えば映像信号、制御信号）や電力をＨＯＥ表示装置９に供給するための配線であり、右側のフレーム３４および右側のテンプル３５に沿って設けられている。

観察者がＨＭＤを使用するときは、右側および左側のテンプル３５を観察者の右側頭部および左側頭部に接触させるとともに、鼻当て３６を観察者の鼻に当て、一般の眼鏡をかけるようにＨＭＤを観察者の頭部に装着する。この状態で、ＨＯＥ表示装置９にて映像を表示すると、観察者は、ＨＯＥ表示装置９の映像を虚像として観察することができるとともに、このＨＯＥ表示装置９を介して、外界像をシースルーで観察することができる。

次に、ＨＭＤに適用されたＨＯＥ表示装置９の構成について説明する。図６は、ＨＯＥ表示装置９の構成を示す断面図である。ＨＯＥ表示装置９は、映像表示部１（ＬＥＤ１１およびＬＣＤ１３を含む）、検出用ＨＯＥ１５、輝度センサ１６、および接眼光学系６０（表示用ＨＯＥ１４を含む）等によって構成されている。なお先述したＬＣＤドライバ１２、ＤＳＰ１７、およびＬＥＤドライバ１８については図示していないが、映像光やサンプル光の伝送を妨げない所定の位置に設置されている。

映像表示部１は、先述したＬＥＤ１１とＬＣＤ１３の他、一方向拡散板５１および集光レンズ５２をも有している。一方向拡散板５１は、ＬＥＤ１１からの照明光を拡散させるものであるが、その拡散度は方向によって異なっている。

より詳細には、一方向拡散板５１は、ＨＭＤを観察者が装着したときの左右方向に対応する方向（図６の紙面に垂直な方向）には、入射光を約４０゜拡散させ、ＨＭＤを観察者が装着したときの上下方向（図６の紙面に平行な方向）には、入射光を約０．２゜拡散させる。集光レンズ５２は、一方向拡散板５１にて拡散された光を集光するものである。集光レンズ５２は、上記拡散光が効率よく光学瞳Ｅを形成するように配置されている。

検出用ＨＯＥ１５は、ＬＣＤ１３と接眼プリズム６２との間であって、サンプル光が照射される位置に設置されている。なお検出用ＨＯＥ１５は、接眼プリズム６２に介在するように設置されても構わない。また輝度センサ１６は、検出用ＨＯＥ１５によって回折反射されたサンプル光が照射される位置に設置されている。

一方、接眼光学系６０は、接合プリズムで構成されている。この接合プリズムは、表示用ＨＯＥ１４を挟むように、接眼プリズム６２と偏向プリズム６３とが接合されて、形成されている。

接眼プリズム６２および偏向プリズム６３は、例えばアクリル系樹脂で構成されており、これらは接着剤で接合されている。接眼プリズム６２は、平行平板の下端部を楔状にし、その上端部を厚くした形状で構成されており、図６に示すように、面６２ａ・６２ｂ・６２ｃを有している。面６２ａは、映像表示部１からの映像光が入射する入射面であり、面６２ｂ・６２ｃは互いに対向する面である。このうち、面６２ｂは、全反射面兼射出面となっている。

偏向プリズム６３は、平行平板の上端部を接眼プリズム６２の下端部に沿った形状とすることによって、接眼プリズム６２と一体となって略平行平板となるように構成されている。また表示用ＨＯＥ１４は、接眼プリズム６２の下端部の傾斜面に貼り付けられており、この結果、接眼プリズム６２と偏向プリズム６３とで挟まれている。体積位相型の反射型ホログラムは、例えば、フォトポリマーからなる感光層を含む光学フィルムを接眼プリズム６２上に貼り付け、これをレーザー光で露光することによって作製される。

このような光学系の構成により、映像表示部１のＬＥＤ１１から出射された光は、一方向拡散板５１にて拡散され、集光レンズ５２にて集光されてＬＣＤ１３に入射する。ＬＣＤ１３に入射した光は、映像信号に基づいて変調され、映像光として出射される。このとき、ＬＣＤ１３には、その映像自体が表示される。

ＬＣＤ１３からの映像光は、接眼光学系６０の接眼プリズム６２の内部にその上端面（面６２ａ）から入射し、対向する２つの面６２ｂ・６２ｃで複数回全反射されて、表示用ＨＯＥ１４に入射する。表示用ＨＯＥ１４に入射した光はそこで回折反射され、面６２ｂを介して射出され、光学瞳Ｅに達する。光学瞳Ｅの位置では、観察者は、ＬＣＤ１３に表示された映像の拡大虚像を観察することができる。光学瞳Ｅから虚像までの距離は数ｍ程度であり、また、虚像の大きさはＬＣＤ１３に表示された映像の１０倍以上である。

一方、接眼プリズム６２、偏向プリズム６３および表示用ＨＯＥ１４は、外界からの光をほとんど全て透過させるので、観察者は外界像を観察することができる。したがって、ＬＣＤ１３に表示された映像の虚像は、外界像の一部に重なって観察されることになる。以上のことから、表示用ＨＯＥ１４は、映像表示部１から提供される映像（映像光）と外界像（外光）とを同時に観察者の目に導く、コンバイナとして機能していると言える。上述した構成により、図３に示す構成が実現されることとなる。

なお、本実施例に係るＨＯＥ表示装置９においては、検出用ＨＯＥ１５（第２ＨＯＥ２ｂ）は、表示用ＨＯＥ１４（第１ＨＯＥ２ａ）とは別のホログラム光学素子として設けられているとともに、表示用ＨＯＥ１４と同等の特性を有している。また本実施例に係るＨＯＥ表示装置９によれば、輝度センサ１６等を、観察者５の視界に入らない位置に配置させることが容易である。そのため、ホログラムディスプレイの特徴であるシースルー性を、良好に維持させることが容易となる。

［実施例２］
次に、本発明の実施例２に係るＨＯＥ表示装置について、以下に説明する。なお本実施例の構成は、映像光およびサンプル光を伝送する光学系などに関わる部分を除いて、実施例１の構成と同等であり、重複した説明を省略する。当該ＨＯＥ表示装置９は、図７に示すように、ホログラム導光板１９を備えているが、検出用ＨＯＥ１５を備えていない。

ホログラム導光板１９は、特定の入射角で入射する例えば４６５±１０ｎｍ、５２０±１０ｎｍ、６３５±１０ｎｍ、つまりＲＧＢの各色に対応する３つの波長帯域の光を回折させる、体積位相型の反射型ホログラム光学素子で形成されており、ＬＣＤ１３から出力された光を回折反射させる。すなわちホログラム導光板１９の特性（特に、波長と回折効率の関係）は、表示用ＨＯＥ１４の特性と同等である。

またホログラム導光板１９は、ＬＣＤ１３から出力される光のうち、映像光については、表示用ＨＯＥ１４に向けて回折反射させ、サンプル光については、輝度センサ１６に向けて回折反射させるようになっている。

このような構成により、映像光は、ホログラム導光板１９において回折反射した後、さらに表示用ＨＯＥ１４で回折反射して、観察者５に届くことになる。一方、サンプル光は、ホログラム導光板１９において回折反射して、輝度センサ１６に届くことになる。

なお、ホログラム導光板１９および表示用ＨＯＥ１４は、特定の波長帯域の光に対して、非常に高い回折効率を有しており、それ以外の波長帯域に対しては、非常に低い回折効率を有している。そのため、ホログラム導光板１９で回折反射する映像光（表示用ＨＯＥ１４に入射する光）の強さと、表示用ＨＯＥ１４で回折反射する映像光の強さとの差異は、比較的小さいものとなる。その結果、ＤＳＰ１７によって検出される映像処理部１の輝度は、観察者５が観察する映像処理部１の輝度と、ほぼ同等と見ることができる。

また本実施例に係るＨＯＥ表示装置９も、ＨＭＤや、車載用のＨＵＤなどに適用することが可能である。ここで図８に、ＨＭＤに適用されたＨＯＥ表示装置９の構成を示す。図８に示すように、ホログラム導光板１９は、接眼プリズム６２の面６２ｂに密着するように、かつ、映像光とサンプル光の双方が照射される位置に、配置されている。また輝度センサ１６は、接眼プリズム６２の面６２ｃに密着するように、かつ、ホログラム導光板１９で回折したサンプル光が照射される位置（映像光には照射されない位置）に、配置されている。このような構成により、図７で示す構成が実現されることとなる。

なお本実施例に係るＨＯＥ表示装置９は、映像表示部１から発せられた光を、ホログラム導光板１９で回折させた上で、ホログラム導光板１９とは別に設けられた表示用ＨＯＥ１４で回折させ、観察者５に届ける光学系を有しているといえる。また本実施例の輝度センサ１６（輝度検出部３の一部）は、映像表示部１から発せられてホログラム導光板１９で回折した光のうち、表示用ＨＯＥ１４に入射しない光の強さを検出するようになっている。このような構成により、検出用のホログラム光学素子を新たに追加することなく、実施例１とほぼ同等の効果が得られるものとなっている。

また本実施例に係るＨＯＥ表示装置９によれば、実施例１に係るＨＯＥ表示装置９と同様に、輝度センサ１６等を、観察者５の視界に入らない位置に配置させることが容易である。そのため、ホログラムディスプレイの特徴であるシースルー性を、良好に維持させることが容易となる。

［実施例３］
次に、本発明の実施例３に係るＨＯＥ表示装置について、以下に説明する。なお本実施例の構成は、サンプル光を伝送する光学系などに関わる部分を除いて、実施例１の構成と同等であり、重複した説明を省略する。

当該ＨＯＥ表示装置９は、図９に示すように、検出用ＨＯＥ１５を備えていない。その一方で、表示用ＨＯＥ１４は、映像光だけでなく、サンプル光も入射される位置に配置されている。そして表示用ＨＯＥ１４は、映像光を観察者５に向けて回折反射させるだけでなく、サンプル光を輝度センサ１６に向けて回折反射させる役割をも果たしている。その結果、ＤＳＰ１７によって検出される映像処理部１の輝度は、観察者５が観察する映像処理部１の輝度と同等になる。

また本実施例に係るＨＯＥ表示装置９も、ＨＭＤや、車載用のＨＵＤなどに適用することが可能である。ここで図１０に、ＨＭＤに適用されたＨＯＥ表示装置９の構成を示す。図１０に示すように、表示用ＨＯＥ１４は、接眼プリズム６２と偏向プリズム６３の間に、映像光とサンプル光の双方が照射されるように、配置されている。そして輝度センサ１６は、接眼プリズム６２の面６２ｂに密着するように、かつ、表示用ＨＯＥ１４で回折したサンプル光が照射される位置（映像光には干渉しない位置）に、配置されている。このような構成により、図９で示す構成が実現されることとなる。

また、本実施例に係るＨＯＥ表示装置９においては、第１ＨＯＥ２ａと第２ＨＯＥ２ｂに相当するホログラム光学素子は、表示用ＨＯＥ１４によって兼用されており、輝度センサ１６（輝度検出部３の一部）は、映像表示部１から発せられて、表示用ＨＯＥ１４の一部で回折した光の強さを検出するものとなっている。

そのため、本実施例に係るＨＯＥ表示装置９によれば、先述した各実施例のものに比べて、輝度センサ１６が観察者５の視界に入り易く、ホログラムディスプレイの特徴であるシースルー性を、良好に維持させることがやや難しくなる。しかしながら、先述した検出用ＨＯＥ１５の設置を省略して簡潔な構成とすることが可能であり、製品の低廉化を図ることが容易となる。

なお本実施例に係るＨＯＥ表示装置９によれば、観察者５に届く映像光と輝度センサ１６に届くサンプル光は、殆ど同じ条件（同一の表示用ＨＯＥ１４が介在する経路）で伝送されるため、これら光の強さの差異を、より一層小さくすることが容易となる。そのため、輝度センサ１６における検出精度がより向上させ、精度の高い色バランスの調整が可能となる。

［実施例４］
次に、本発明の実施例４に係るＨＯＥ表示装置について、以下に説明する。なお本実施例の構成は、サンプル光を伝送する光学系や、ＬＥＤ１１における輝度の検出手法などに関わる部分を除いて、実施例１の構成と同等であり、重複した説明を省略する。

当該ＨＯＥ表示装置９は、図１１に示すように、検出用ＨＯＥ１５を備えていないが、サンプル光（ホログラム光学素子で回折していないもの）が照射される第１輝度センサ１６ａと、表示用ＨＯＥ１４を透過した映像光が照射される第２輝度センサ１６ｂと、減算器２１と、を備えている。減算器２１は、第１輝度センサ１６ａの検出結果（検出値）から、第２輝度センサ１６ｂの検出結果（検出値）を差し引いた値を算出し、この算出結果をＤＳＰ１７に伝送する。

ここで、表示用ＨＯＥ１４に入射する映像光は、殆どが回折もしくは透過することになるから、表示用ＨＯＥ１４に入射する映像光の強さと、表示用ＨＯＥ１４を透過する映像光の強さとの差は、表示用ＨＯＥ１４で回折反射する（観察者５に届く）映像光の強さとみなすことができる。また、表示用ＨＯＥ１４に入射する映像光の強さは、第１輝度センサ１６ａに入射するサンプル光の強さと同等である。そのため、ＤＳＰ１７によって検出される映像処理部１の輝度は、観察者５が観察する映像処理部１の輝度と同等になる。

また本実施例に係るＨＯＥ表示装置９も、ＨＭＤや、車載用のＨＵＤなどに適用することが可能である。ここで図１２に、ＨＭＤに適用されたＨＯＥ表示装置９の構成を示す。図１２に示すように、第１輝度センサ１６ａは、例えばＬＣＤ１３と接眼プリズム６２との間であって、反射板７０によって全反射されたサンプル光が照射される位置に配置されている。また第２輝度センサ１６ｂは、例えば偏向プリズム６３の底面に密着するように、かつ、表示用ＨＯＥ１４を透過した映像光が照射される位置に、配置されている。このような構成により、図１１で示す構成が実現されることとなる。なお減算器２１については図示していないが、映像光やサンプル光の伝送を妨げない所定の位置に設置されている。

本実施例に係るＨＯＥ表示装置９によれば、輝度センサ１６等を、観察者５の視界に入らない位置に配置させることが容易である。そのため、ホログラムディスプレイの特徴であるシースルー性を、良好に維持させることが容易となる。また、先述した検出用ＨＯＥ１５の設置を省略して簡潔な構成とすることが可能であり、製品の低廉化を図ることが容易となる。ただし、サンプル光の強さを測定するための輝度センサに加えて、映像光の強さを測定するための輝度センサも必要となる。

［まとめ］
以上、各実施例について説明したが、それぞれにおいて、種々の改変を加えることも可能である。例えば、各実施例では、３色の光を発するＬＥＤが光源として適用されていたが、その代わりに、２色或いは４色以上の光を発するＬＥＤが適用されてもよい。なおＬＥＤは、低価格で取り扱いが容易である点で、比較的優れている。また本実施形態のＨＯＥ表示装置は、色バランスを調整する機能を有していることにより、ＬＥＤの固体ごとの特性（発せられる光の波長など）のバラツキを、吸収することが可能となっている。

また、図１３に示すように、複数色のレーザー光を発するレーザー装置（例えば、２色または３色に発光するレーザー装置など）１１ａが、光源として適用されてもよい。このようにすれば、高輝度の映像が必要な場合であっても、より容易に対応可能となる。またデバイスの温度変化による性能の変動を、極力抑えることが可能となる。なおこの場合、ＬＥＤドライバ１８の代わりに、ＤＳＰ１７の制御に応じてレーザー装置１１ａに供給される電力を調整する、レーザードライバ１８ａを設けるようにすればよい。

また各実施例では、ＤＳＰ１７の制御に応じて、ＬＥＤ１１の発光強度が調整されるようになっているが、その代わりに図１４に示すように、ＤＳＰの制御に応じて、ＬＣＤ１３（空間変調素子）における光の透過率（変調の度合）が調整されるようになっていてもよい。この手法によれば、輝度を抑えるべき色に対応する光の透過率が、小さくなるように制御される。当該手法によっても、色バランスを調整することが可能であるが、光源の輝度を調整する手法に比べて、温度や経時変化による輝度の変動を抑えることは難しく、色バランスを適切に調整するための処理も複雑になりやすい。

また実施例１から実施例３の各ＨＯＥ表示装置９は、複数色（ＲＧＢ）の光を発して映像を表示する映像表示部１（表示部）と、映像表示部１から発せられた光を、第１ＨＯＥ２ａを回折させて観察者５に届ける光学系と、を備え、観察者５に映像を観察させるものとなっている。そして更に当該ＨＯＥ表示装置９は、映像表示部１から発せられて、第２ＨＯＥ２ｂで回折した光の強さを、複数色ごとに検出する輝度検出部３（検出部）と、輝度検出部３の検出結果に基づいて、映像表示部１の発光強度を、複数色ごとに調整する輝度調整部４と、を備えている。

また実施例４のＨＯＥ表示装置９においては、輝度検出部３（検出部）は、映像表示部１（表示部）から発せられた光の強さと、映像表示部１から発せられて表示用ＨＯＥ１４を透過した光の強さとの差を、複数色ごとに検出するものとなっている。

このように各実施例に係るＨＯＥ表示装置９によれば、映像表示部１から発せられてホログラム光学素子で回折した光、或いは、ホログラム光学素子を透過した光の強さに応じて、映像表示部１の発光強度が複数色ごとに調整される。そのため、ホログラム光学素子の特性を反映させた色バランスの調整を行い、観察者の視点から見た色バランスを、適切に調整することが容易となっている。

以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。当該実施形態としては、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改変を加えることが可能である。

本発明は、ホログラム光学素子を用いた映像表示装置に利用することができる。

１ 映像表示部（表示部）
２ ホログラム光学素子
２ａ 第１ＨＯＥ
２ｂ 第２ＨＯＥ
３ 輝度検出部（検出部）
４ 輝度調整部（調整部）
５ 観察者
９ ＨＯＥ表示装置（映像表示装置）
１１ ＬＥＤ（光源）
１１ａ レーザー発生装置（光源）
１２ ＬＣＤドライバ
１３ ＬＣＤ（空間変調素子）
１４ 表示用ＨＯＥ
１５ 検出用ＨＯＥ
１６ 輝度センサ
１６ａ 第１輝度センサ
１６ｂ 第２輝度センサ
１７ ＤＳＰ
１８ ＬＥＤドライバ
１８ａ レーザードライバ
２１ 減算器
３０ 支持手段
６０ 接眼光学系

Claims (10)

1. 複数色の光を発して映像を表示する表示部と、
   前記表示部から発せられた光を、ホログラム光学素子（「第１ＨＯＥ」とする）で回折させて観察者に届ける光学系と、を備え、
   該観察者に前記映像を観察させる映像表示装置であって、
   前記表示部から発せられて、ホログラム光学素子（「第２ＨＯＥ」とする）で回折した光の強さを、前記複数色ごとに検出する検出部と、
   該検出部の検出結果に基づいて、前記表示部の発光強度を、前記複数色ごとに調整する調整部と、
   を備えたことを特徴とする映像表示装置。
2. 前記調整部は、
   前記検出部による前記複数色ごとの検出結果が、該複数色ごとに設定された目標値に近づくように、前記表示部の発光強度を調整することを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
3. 前記第２ＨＯＥは、
   前記第１ＨＯＥとは別のホログラム光学素子として設けられているとともに、
   前記第１ＨＯＥと同等の特性を有していることを特徴とする請求項２に記載の映像表示装置。
4. 前記光学系は、
   前記表示部から発せられた光を、ホログラム光学素子で形成された導光板で回折させた上で、該導光板とは別に設けられた表示用ホログラム光学素子で回折させ、観察者に届けるものであり、
   前記検出部は、
   前記表示部から発せられて該導光板で回折した光のうち、前記表示用ホログラム光学素子に入射しない光の強さを検出することを特徴とする請求項２に記載の映像表示装置。
5. 前記第１ＨＯＥと第２ＨＯＥは、所定の表示用ホログラム光学素子によって兼用されており、
   前記検出部は、
   前記表示部から発せられて、該表示用ホログラム光学素子の一部で回折した光の強さを検出することを特徴とする請求項２に記載の映像表示装置。
6. 複数色の光を発して映像を表示する表示部と、
   前記表示部から発せられた光を、ホログラム光学素子で回折させて観察者に届ける光学系と、を備え、
   該観察者に前記映像を観察させる映像表示装置であって、
   前記表示部から発せられた光の強さと、前記表示部から発せられて該ホログラム光学素子を透過した光の強さとの差を、前記複数色ごとに検出する検出部と、
   該検出部の検出結果に基づいて、前記表示部の発光強度を、前記複数色ごとに調整する調整部と、
   を備えたことを特徴とする映像表示装置。
7. 前記表示部は、
   複数色に発光する光源と、
   該光源が発した光を、与えられた映像情報に応じて変調する空間変調素子と、
   を有しており、
   該光源は、
   ２色または３色に発光するＬＥＤであることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の映像表示装置。
8. 前記表示部は、
   複数色に発光する光源と、
   該光源が発した光を、与えられた映像情報に応じて変調する空間変調素子と、
   を有しており、
   該光源は、
   ２色または３色に発光するレーザー発生装置であることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の映像表示装置。
9. 前記表示部は、
   複数色に発光する光源と、
   該光源が発した光を、与えられた映像情報に応じて変調する空間変調素子と、
   を有しており、
   前記調整部は、
   該光源の発光強度を調整することを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の映像表示装置。
10. 前記表示部は、
    複数色に発光する光源と、
    該光源が発した光を、与えられた映像情報に応じて変調する空間変調素子と、
    を有しており、
    前記調整部は、
    該空間変調素子における、変調の度合を調整することを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の映像表示装置。