JP2020177219A - Display unit and image display method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、回折光学素子を用いた表示装置とその表示方法に関する。 The present disclosure relates to a display device using a diffractive optical element and a display method thereof.
近年、眼鏡型の表示装置が種々提案されている。こうした表示装置では、表示装置自体の透過性が高く外景が見えるシースルー型であるか否かを問わず、装置の小型化や薄型化が求められる。表示装置は、画像を形成する画像形成部と、眼の前に配置されて画像を表示する表示部と、両者を繋ぐ導光部から構成される。通常、導光部では、入射した光が内部で全反射を繰り返しながら導かれる。このため、表示装置の小型化・薄型化を図ろうとすると、画像形成部からの光を導光部に導くために、光の進行方向を大きく変更することが求められる。これは、導光部からの光を表示部に導く場合も同様である。こうした目的のために、回折光学素子（ホログラフィック光学素子ともいう）が用いられる。 In recent years, various eyeglass-type display devices have been proposed. In such a display device, it is required to reduce the size and thickness of the display device itself regardless of whether or not the display device itself is a see-through type in which the outside view can be seen. The display device is composed of an image forming unit that forms an image, a display unit that is arranged in front of the eye and displays an image, and a light guide unit that connects the two. Normally, in the light guide unit, the incident light is guided while repeating total internal reflection inside. Therefore, in order to reduce the size and thickness of the display device, it is required to significantly change the traveling direction of the light in order to guide the light from the image forming unit to the light guide unit. This also applies when the light from the light guide unit is guided to the display unit. Diffractive optical elements (also referred to as holographic optical elements) are used for this purpose.
回折光学素子は、ブラッグの条件を満たす方向に光を偏光するため、入射光の角度が異なると、特定の方向に反射する光の主波長にズレを生じる。この結果、表示部の面内で色むらが生じてしまう。そこで、表示部に白色を表示し、面内の色むらを観察し、例えば赤っぽく表示されているところはＲ成分を抑制する、といった対応を取ることにより、面内の色むらを抑制する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。 Since the diffractive optical element polarized light in a direction satisfying Bragg's condition, if the angle of the incident light is different, the main wavelength of the light reflected in a specific direction is deviated. As a result, color unevenness occurs in the plane of the display unit. Therefore, by displaying white on the display unit, observing the color unevenness in the plane, and taking measures such as suppressing the R component where the reddish color is displayed, the color unevenness in the plane is suppressed. A technique has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、回折光学素子は、入射する光の波長毎に回折効率の変化の態様が異なるので、白色を表示する場合の色むらを抑制しても、他の色を表示する際には色むらが生じてしまう。 However, since the diffractive optical element changes its diffraction efficiency differently depending on the wavelength of the incident light, even if the color unevenness when displaying white color is suppressed, the color unevenness occurs when displaying other colors. It will occur.
本開示は、以下の形態としての表示装置を含む。この表示装置は、カラーの原画像の色度範囲を修正する修正部と、前記色度範囲が修正された画像を形成し画像光として出射する画像形成部と、前記画像光を表示位置まで導く光学系と、前記光学系において、前記画像光の進行方向を観察者に向けて偏向する第１回折光学素子と、を備え、前記修正部は、前記第１回折光学素子に入射する画像光のうち、第１の角度で入射する画像光の有する色度範囲を、前記第１の角度より大きな角度である第２の角度で入射する画像光の有する色度範囲に近づけるように、前記原画像のうち前記第１の角度に対応した位置にある画像の色度範囲を制限する。 The present disclosure includes a display device as the following form. This display device guides the image light to a display position, a correction unit that corrects the chromaticity range of the original color image, an image forming unit that forms an image with the corrected chromaticity range and emits it as image light. The optical system includes an optical system and a first diffractive optical element that deflects the traveling direction of the image light toward an observer in the optical system, and the correction unit is a portion of the image light incident on the first diffractive optical element. Among them, the original image so that the chromaticity range of the image light incident at the first angle is closer to the chromaticity range of the image light incident at the second angle, which is an angle larger than the first angle. Of these, the chromaticity range of the image at the position corresponding to the first angle is limited.
Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態としての表示装置２０の斜視図である。図１に示すように、この表示装置２０は、いわゆる眼鏡タイプのものであり、使用する者は、表示装置２０を通して外景を視認できる、いわゆるシースルータイプである。表示装置２０は、使用する者（以下、観察者という）からみて左右に配置された左眼表示部３０および右眼表示部４０、両表示部３０，４０を繋ぐブリッジ２２、左眼表示部３０の端部に取り付けられた左テンプル３７、右眼表示部４０の端部に取り付けられた右テンプル４７、左テンプル３７の肉厚部に内蔵された左画像形成部３９，右テンプル４７の肉厚部に内蔵された右画像形成部４９、これら左画像形成部３９および右画像形成部４９に無線により画像データを送信する画像送信装置８０を備える。
A. First Embodiment:
FIG. 1 is a perspective view of the display device 20 as the first embodiment. As shown in FIG. 1, the display device 20 is a so-called eyeglass type, and the user can visually recognize the outside view through the display device 20, which is a so-called see-through type. The display device 20 includes a left eye display unit 30 and a right eye display unit 40 arranged on the left and right sides of the user (hereinafter referred to as an observer), a bridge 22 connecting both display units 30 and 40, and a left eye display unit 30. The left temple 37 attached to the end of the right eye display unit 40, the right temple 47 attached to the end of the right eye display unit 40, the left image forming portion 39 built in the thick part of the left temple 37, and the wall thickness of the right temple 47. An image transmission device 80 for wirelessly transmitting image data to the right image forming unit 49, the left image forming unit 39, and the right image forming unit 49 built in the unit is provided.
画像送信装置８０は、写真や画像などを編集・保存可能な端末であり、例えばスマートフォンやタブレット等、あるいは専用装置として実現される。画像送信装置８０は、起動用の起動ボタン８１と、タッチパネルが表面に積層されたディスプレイ８２とを備え、タッチパネルを操作することで、記憶した写真などの静止画や動画などを、左右の画像形成部３９，４９に送信する。左右のテンプル３７，４７の先端は先セルとして下方に湾曲しており、使用者の耳介に表示装置２０を装着するのに利用される。 The image transmission device 80 is a terminal capable of editing and storing photographs, images, and the like, and is realized as, for example, a smartphone, a tablet, or a dedicated device. The image transmission device 80 includes a start button 81 for start-up and a display 82 on which a touch panel is laminated on the surface, and by operating the touch panel, left and right images of still images and moving images such as stored photographs are formed. It is transmitted to parts 39 and 49. The tips of the left and right temples 37 and 47 are curved downward as tip cells, and are used to attach the display device 20 to the user's pinna.
左眼表示部３０と右眼表示部４０とは、左右対称に各部品が配置される点を除いて同一の構造を備えるので、以下、左眼表示部３０を例として、その構造を説明するが、各部の構成と機能は、右眼表示部４０についても同様である。図２は、左眼表示部３０の構成を模式的に示す説明図である。図示するように、左テンプル３７に内蔵された画像形成部３９は、アンテナ３８を介して、画像送信装置８０から画像の送信を受けると、受け取った画像を、ＥＬディスプレイ５１上に形成する。ＥＬディスプレイ５１は、ＲＧＢの３原色を発光する微小な素子が配列されたディスプレイである。ＥＬディスプレイ５１上に形成された画像はＥＬディスプレイから画像光として出射され、コリメートレンズ５２により平行化されて、左眼表示部３０に入射する。なお、ＥＬディスプレイ５１に代えて、光源として機能するバックライトとＬＣＤの組合せや、微少なＬＥＤを配列したディスプレイ、あるいはレーザダイオードとＭＭＤの組み合わせなどを用いることも可能である。以下、ＥＬディスプレイ５１は、単にディスプレイ５１とも呼ぶ。ディスプレイ５１上に形成される画像は、静止画像であってもよいし、動画像であってもよい。また、画像は、三原色（ＲＧＢ）を用いたフルカラー画像であってもよいし、２つの原色（例えばＲとＧ）を用いた制限されたカラー画像であってもよい。 Since the left eye display unit 30 and the right eye display unit 40 have the same structure except that the parts are arranged symmetrically, the structure will be described below by taking the left eye display unit 30 as an example. However, the configuration and function of each unit are the same for the right eye display unit 40. FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the left eye display unit 30. As shown in the figure, when the image forming unit 39 built in the left temple 37 receives the image transmission from the image transmitting device 80 via the antenna 38, the received image is formed on the EL display 51. The EL display 51 is a display in which minute elements that emit three primary colors of RGB are arranged. The image formed on the EL display 51 is emitted as image light from the EL display, parallelized by the collimating lens 52, and incident on the left eye display unit 30. Instead of the EL display 51, it is also possible to use a combination of a backlight and an LCD that functions as a light source, a display in which minute LEDs are arranged, a combination of a laser diode and an MMD, and the like. Hereinafter, the EL display 51 is also simply referred to as a display 51. The image formed on the display 51 may be a still image or a moving image. Further, the image may be a full-color image using the three primary colors (RGB), or may be a restricted color image using two primary colors (for example, R and G).
本実施形態では光学系を形成する導光体３１，４１は、図１に示すように、観察者の両眼の並び方向に光を導光するように配置される。他の実施形態も含めて、本明細書での方向の呼び方について説明する。使用者が直立して表示装置２０を装着した際の重力方向を下方向、その反対方向を上方向と呼ぶ。頭部に対しては、この方向を上下方向と呼ぶ。また、この上下方向に略直交し、両眼の並び方向を左右方向と呼ぶ。第１実施形態では、左眼表示部３０，右眼表示部４０は、左右方向に沿って配列されている。他方、導光体３１，４１に対しては、その内部において光が導かれる方向（一般に、導光体３１，４１の長手方向）を導光方向と呼び、導光体３１，４１の入射回折光学素子３３，出射回折光学素子３５が設けられている面内において、導光方向に直交する方向を幅方向とよぶ。第１実施形態では、左右方向が導光方向に一致し、上下方向が幅方向に一致している。 In the present embodiment, the light guide bodies 31 and 41 forming the optical system are arranged so as to guide light in the alignment direction of both eyes of the observer, as shown in FIG. The terming of directions in the present specification will be described with reference to other embodiments. The direction of gravity when the user is upright and wears the display device 20 is called the downward direction, and the opposite direction is called the upward direction. For the head, this direction is called the vertical direction. Further, the vertical direction is substantially orthogonal to the vertical direction, and the alignment direction of both eyes is called the horizontal direction. In the first embodiment, the left eye display unit 30 and the right eye display unit 40 are arranged along the left-right direction. On the other hand, with respect to the light guide bodies 31 and 41, the direction in which light is guided (generally, the longitudinal direction of the light guide bodies 31 and 41) is called the light guide direction, and the incident diffraction of the light guide bodies 31 and 41 In the plane where the optical element 33 and the emission diffraction optical element 35 are provided, the direction orthogonal to the light guide direction is called the width direction. In the first embodiment, the left-right direction coincides with the light guide direction, and the vertical direction coincides with the width direction.
左眼表示部３０は、導光体３１の両側端部付近におけるＥＬディスプレイ５１からの光が入射する面とは反対側の面に、入射回折光学素子３３と出射回折光学素子３５とを備える。入射回折光学素子３３および出射回折光学素子３５は、本実施形態では、光の回折を生じさせるパターンを備える反射型体積ホログラム（反射型体積ホログラフィック素子ともいう）であって、三原色であるＲＧＢの各色に対応した干渉縞を一体に形成した一体型のホログラムを用いた。従って、入射回折光学素子３３および出射回折光学素子３５には、ＲＧＢ用の干渉縞が含まれており、各色の光は、それぞれの干渉縞により回折するが、説明の便を図って、ＲＧＢ各色は、単に入射回折光学素子３３，出射回折光学素子３５により回折するとして説明する。 The left eye display unit 30 includes an incident diffraction optical element 33 and an outgoing diffraction optical element 35 on a surface opposite to the surface on which the light from the EL display 51 is incident near both side ends of the light guide body 31. In the present embodiment, the incident diffraction optical element 33 and the outgoing diffraction optical element 35 are reflective volume holograms (also referred to as reflective volume holographic elements) having a pattern that causes light diffraction, and are RGB having three primary colors. An integrated hologram in which interference fringes corresponding to each color were integrally formed was used. Therefore, the incident diffraction optical element 33 and the outgoing diffraction optical element 35 include interference fringes for RGB, and light of each color is diffracted by the interference fringes, but for convenience of explanation, each RGB color. Is simply described as being diffracted by the incident diffraction optical element 33 and the outgoing diffraction optical element 35.
Ｂ．画像に生じ得る色むらについて：
こうした回折光学素子を用いて画像を表示する場合の色むらの発生について説明する。図２では、便宜上、ディスプレイ５１からの画像光が入射回折光学素子３３に入射する位置の違いや、出射回折光学素子３５から出射する画像光の位置の違い、特に導光方向の位置の違いを、画角θの違いとして表わした。ディスプレイ５１からコリメートレンズ５２を介して入射する光は、入射回折光学素子３３により、その進行方向を大きく偏向し、導光体３１の境界面で全反射しながら導光体３１内を進み、出射回折光学素子３５で、その進行方向を大きく変え、表示装置２０を装着した観察者の瞳ＥＹ方向へと射出する。この射出する画像光の角度を、出射回折光学素子３５の中心部から法線方向に射出する光の画角θｃに対して、出射回折光学素子３５の端部であって、入射回折光学素子３３からは最も遠い端部に入射する画像光の画角をθ＋、これとは反対側の端部に入射する画像光の画角をθ−、とする。同様に、入射回折光学素子３３については、ディスプレイ５１の中央から出て、入射回折光学素子３３に入射する画像光の画角θｃに対して、入射回折光学素子３３の端部であって、出射回折光学素子３５から最も遠い端部に入射する画像光の画角をθ＋、これとは反対側の端部に入射する画像光の画角をθ−、とした。
B. About color unevenness that can occur in images:
The occurrence of color unevenness when displaying an image using such a diffractive optical element will be described. In FIG. 2, for convenience, the difference in the position where the image light from the display 51 is incident on the incident diffraction optical element 33, the difference in the position of the image light emitted from the outgoing diffraction optical element 35, and the difference in the position in the light guide direction are particularly shown. , Expressed as a difference in the angle of view θ. Light incident from the display 51 via the collimating lens 52 is largely deflected in its traveling direction by the incident diffraction optical element 33, travels in the light guide body 31 while being totally reflected at the boundary surface of the light guide body 31, and is emitted. The diffractive optical element 35 greatly changes the traveling direction and emits light in the pupil EY direction of the observer wearing the display device 20. The angle of the emitted image light is the angle of view θc of the light emitted in the normal direction from the central portion of the outgoing diffractive optical element 35, which is the end of the outgoing diffractive optical element 35 and is the incident diffractive optical element 33. The angle of view of the image light incident on the farthest end is θ +, and the angle of view of the image light incident on the opposite end is θ−. Similarly, the incident diffraction optical element 33 exits from the center of the display 51 and is an end portion of the incident diffraction optical element 33 with respect to the angle of view θc of the image light incident on the incident diffraction optical element 33. The angle of view of the image light incident on the end farthest from the diffractive optical element 35 was θ +, and the angle of view of the image light incident on the opposite end was θ−.
入射回折光学素子３３および出射回折光学素子３５として採用した回折光学素子は、反射型体積ホログラムであって、回折用のパターンとしての干渉縞を備える。干渉縞は互いに屈折率が異なる平面状の層が所定の方向（ピッチ方向）に沿って交互に積層された構造であり、所定の方向に沿った干渉縞の間隔をピッチｄ、入射する光の波長をλとすると、次式（１）を満たす角度方向αに、入射光を回折する。
ｄ・ｓｉｎα＝ｍ・λ …（１）
なお、式（１）において、ｍは、次数であり、一般にｍ＝１の方向への回折光が支配的となる。入射回折光学素子３３および出射回折光学素子３５に形成された干渉縞等によるパターンは、光を偏向させるためのものなので、このパターンのピッチ方向は、入射光の進行方向に対し導光の方向に傾斜しており、入射光が入射する面に対して傾斜している。したがって、反射型体積ホログラムの入射光が入射する面上においては、導光の方向と交差する方向に延在する干渉縞等によるパターンが、導光の方向に沿ってピッチｄとは異なるピッチで配置されている。本実施形態では、出射回折光学素子３５が第１回折光学素子に相当し、入射回折光学素子３３が第２回折光学素子に相当する。
The diffractive optical element adopted as the incident diffractive optical element 33 and the outgoing diffractive optical element 35 is a reflective volume hologram and includes interference fringes as a pattern for diffraction. The interference fringes have a structure in which planar layers having different refractive indexes are alternately laminated along a predetermined direction (pitch direction), and the intervals of the interference fringes along the predetermined direction are pitch d, and the incident light Assuming that the wavelength is λ, the incident light is diffracted in the angular direction α that satisfies the following equation (1).
d ・ sinα ＝ m ・ λ… (1)
In the equation (1), m is a degree, and diffracted light in the direction of m = 1 is generally dominant. Since the pattern formed by the interference fringes and the like formed on the incident diffraction optical element 33 and the outgoing diffraction optical element 35 is for deflecting light, the pitch direction of this pattern is in the direction of the light guide with respect to the traveling direction of the incident light. It is tilted with respect to the surface on which the incident light is incident. Therefore, on the surface on which the incident light of the reflective volume hologram is incident, the pattern due to the interference fringes extending in the direction intersecting the direction of the light guide is at a pitch different from the pitch d along the direction of the light guide. Have been placed. In the present embodiment, the outgoing diffraction optical element 35 corresponds to the first diffraction optical element, and the incident diffraction optical element 33 corresponds to the second diffraction optical element.
入射回折光学素子３３や出射回折光学素子３５では、その導光方向の位置により、入射する光の角度が相違する。この角度の相違を図３に示した。図３は、出射回折光学素子３５を示す。導光体３１内を全反射を繰り返しながら、入射回折光学素子３３から出射回折光学素子３５に至った光は、出射回折光学素子３５において入射回折光学素子３３側に近い位置で回折して、観察者の瞳ＥＹに至る画像光と、出射回折光学素子３５において入射回折光学素子３３から遠い位置で回折して、観察者の瞳ＥＹに至る画像光とでは、その回折の角度が異なる。この相違は、図２では、ディスプレイ５１から入射回折光学素子３３に入射する画像光の画角の違いや、出射回折光学素子３５から瞳ＥＹに入射する画像光の画角として示したが、図３では、各画像光の入射角度の違いとして表わした。両者は、上述した式（１）における角度αの相違という点では、本質的に同一である。図３では、出射回折光学素子３５において最も入射回折光学素子３３側に近い位置で回折する画像光の入射角度をθ−、出射回折光学素子３５において最も導光体３１側に近い位置で回折する画像光の入射角度をθ＋、両者の中間、出射回折光学素子３５のほぼ中心位置で回折する画像光の入射角度をθｃ、として示した。出射回折光学素子３５の性能、つまり式（１）に従う波長と回折角度との関係は、中心位置での画像光の入射角度θｃにより設計されているので、図３における入射角度θ−，θ＋は、この中心位置での画像光の入射角度θｃからの偏差として扱う。 In the incident diffraction optical element 33 and the outgoing diffraction optical element 35, the angle of the incident light differs depending on the position in the light guide direction. This difference in angle is shown in FIG. FIG. 3 shows the emission diffraction optical element 35. The light that reaches the exit diffractive optical element 35 from the incident diffractive optical element 33 while repeating total reflection in the light guide 31 is diffracted by the outgoing diffractive optical element 35 at a position close to the incident diffractive optical element 33 and observed. The angle of diffraction is different between the image light that reaches the pupil EY of the person and the image light that is diffracted at a position far from the incident diffraction optical element 33 in the outgoing diffraction optical element 35 and reaches the pupil EY of the observer. This difference is shown in FIG. 2 as the difference in the angle of view of the image light incident on the incident diffraction optical element 33 from the display 51 and the angle of view of the image light incident on the pupil EY from the exit diffraction optical element 35. In No. 3, it was expressed as a difference in the incident angle of each image light. The two are essentially the same in that the angle α in the above equation (1) is different. In FIG. 3, the incident angle of the image light diffracted at the position closest to the incident diffraction optical element 33 side in the emission diffracting optical element 35 is diffracted at θ−, and the incident angle of the image light diffracted at the position closest to the light guide body 31 side in the emission diffraction optical element 35. The incident angle of the image light is shown as θ +, and the incident angle of the image light diffracted at an intermediate position between the two and approximately the center position of the outgoing diffraction optical element 35 is shown as θc. Since the performance of the emission diffraction optical element 35, that is, the relationship between the wavelength and the diffraction angle according to the equation (1) is designed by the incident angle θc of the image light at the center position, the incident angles θ− and θ + in FIG. 3 are , Treated as a deviation from the incident angle θc of the image light at this center position.
出射回折光学素子３５において画像光が入射する導光方向の位置が異なると、入射角度が異なる。このとき、出射回折光学素子３５の特性が、出射回折光学素子３５の導光方向中心位置における入射角度θｃにおいて、所定の色（基準波長λ）に対して上記式（１）が満たされるように設計されているとすれば、出射回折光学素子３５の両端の位置での入射角度θ−，θ＋では、式（１）は必ずしも満たされない。出射回折光学素子３５の両端において入射角度θ−，θ＋で入射する画像光が、式（１）を満たすとすれば、その画像光の波長は、中心位置で式（１）を満たす画像光の波長とは異なる。 If the position of the emission diffraction optical element 35 in the light guide direction in which the image light is incident is different, the incident angle is different. At this time, the characteristic of the emission diffractive optical element 35 is such that the above equation (1) is satisfied with respect to a predetermined color (reference wavelength λ) at the incident angle θc at the center position of the emission diffraction optical element 35 in the light guide direction. If it is designed, the equation (1) is not always satisfied by the incident angles θ− and θ + at the positions at both ends of the emission diffractive optical element 35. If the image light incident at the incident angles θ− and θ + at both ends of the emission diffractive optical element 35 satisfies the equation (1), the wavelength of the image light is that of the image light satisfying the equation (1) at the center position. Different from wavelength.
この様子を図４に例示した。図４は、出射回折光学素子３５の中心位置における入射角度θｃに対して、入射角度が５°増減した場合に式（１）を満たす波長がどの程度シフトするかを示す。仮に同一の波長範囲でかつ強度の等しい画像光が、出射回折光学素子３５に対して入射したとすると、入射角度が式（１）を満たす角度から増減するにつれて、回折効率は低下し、回折される光の強度も低下する。図４では、出射回折光学素子３５の中心位置における入射角度θｃに対して、入射角度が５°増減した場合を示したが、入射角度の増減が小さければ、つまり中心位置に近い位置においては、回折効率がピークとなる波長のズレは小さく、同じ波長範囲の画像光の回折効率の低下も小さくなる。逆に、出射回折光学素子３５の中心位置における入射角度θｃに対して、入射角度の増減が大きければ、つまり中心位置から更に遠い位置においては、回折効率がピークとなる波長のズレは大きく、同じ波長範囲の画像光の回折効率の低下も大きくなる。入射角度θｃは、中心位置での画像光の入射角度であることから、以下、これを基準画角θｃとも呼ぶ。この基準画角θｃに対する偏差として扱う場合には、出射回折光学素子３５において基準画角θｃより入射角度が小さくなる画像光の入射角度θ−を、中心画角θｃに対して偏差がマイナスとなるという意味で負側画角θ−とも呼び、入射角度が大きくなる画像光の入射角度θ＋を正側画角θ＋とも呼ぶ。 This situation is illustrated in FIG. FIG. 4 shows how much the wavelength satisfying the equation (1) shifts when the incident angle increases or decreases by 5 ° with respect to the incident angle θc at the center position of the emission diffraction optical element 35. Assuming that image light having the same wavelength range and the same intensity is incident on the outgoing diffraction optical element 35, the diffraction efficiency decreases and is diffracted as the incident angle increases or decreases from the angle satisfying the equation (1). The intensity of the light is also reduced. FIG. 4 shows a case where the incident angle increases / decreases by 5 ° with respect to the incident angle θc at the center position of the emission diffraction optical element 35, but if the increase / decrease in the incident angle is small, that is, at a position close to the center position, The deviation of the wavelength at which the diffraction efficiency peaks is small, and the decrease in the diffraction efficiency of the image light in the same wavelength range is also small. On the contrary, if the increase / decrease in the incident angle is large with respect to the incident angle θc at the center position of the emission diffraction optical element 35, that is, at a position further away from the center position, the wavelength deviation at which the diffraction efficiency peaks is large and the same. The decrease in the diffraction efficiency of the image light in the wavelength range is also large. Since the incident angle θc is the incident angle of the image light at the center position, it is also referred to as a reference angle of view θc below. When treated as a deviation with respect to the reference angle of view θc, the incident angle θ− of the image light whose incident angle is smaller than the reference angle of view θc in the emission diffraction optical element 35 has a negative deviation with respect to the central angle of view θc. In that sense, it is also called the negative angle of view θ−, and the incident angle θ + of the image light whose incident angle is large is also called the positive angle of view θ +.
ディスプレイ５１に形成された画像は、入射回折光学素子３３から導光体３１を介して出射回折光学素子３５に導かれ、観察者から見れば、出射回折光学素子３５上に画像として形成される。従って、観察者から見れば、出射回折光学素子３５に対する画像光の角度の相違は、出射回折光学素子３５上の位置が異なることに等しい。そこで、図５に示すように、出射回折光学素子３５上において画像が形成される範囲を符号ＰＣとし、この範囲ＰＣにおける導光方向の位置を位置ｉと呼ぶものとする。更に、負側画角θ−の絶対値が最も大きくなる位置を位置１とし、正側画角θ＋の値が最も大きくなる位置を位置ｎとする。基準画角θｃにおいて、ある範囲の波長λの画像光に対する回折効率がピークとなれば、画像光の入射する位置ｉが位置１または位置ｎに近づく角度になるにつれて、回折効率は低下する。ある位置ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の回折効率を位置ｉにおける回折効率Ｅｉと呼ぶ。 The image formed on the display 51 is guided from the incident diffraction optical element 33 to the outgoing diffraction optical element 35 via the light guide body 31, and is formed as an image on the outgoing diffraction optical element 35 from the viewpoint of the observer. Therefore, from the observer's point of view, the difference in the angle of the image light with respect to the outgoing diffractive optical element 35 is equivalent to the difference in the position on the outgoing diffractive optical element 35. Therefore, as shown in FIG. 5, the range in which the image is formed on the emission diffraction optical element 35 is referred to as a reference PC, and the position in the light guide direction in this range PC is referred to as position i. Further, the position where the absolute value of the negative angle of view θ− is the largest is defined as the position 1, and the position where the value of the positive angle of view θ + is the largest is defined as the position n. If the diffraction efficiency of the image light having a wavelength λ in a certain range peaks at the reference angle of view θc, the diffraction efficiency decreases as the incident position i of the image light approaches the position 1 or the position n. The diffraction efficiency at a certain position i (i = 1 to n) is called the diffraction efficiency Ei at the position i.
上述したように、出射回折光学素子３５における回折効率Ｅｉは、その位置ｉにより異なるから、ある波長範囲の画像光が出射回折光学素子３５に入射すると、その位置に対応した入射角度θにより回折効率Ｅｉは異なる。図４に示したように、回折される波長（基準波長）の画像光は、基準画角θｃにおいて回折効率が最大となるように出射回折光学素子３５の干渉縞のピッチ等が調整されているから、負側画角θ−でも正側画角θ＋でも回折効率は低下する。既述した式（１）から見て取れるように、回折効率が最大となる波長λが、図５に示した画像の形成範囲ＰＣから導光方向の端に行くほど、短波長側、長波長側にそれぞれシフトする。回折効率の低下、あるいは最大効率の波長のシフトは、画角が標準画角θｃから離れるに従って大きくなる。なお、こうした回折効率Ｅｉの低下や回折効率が最大となる波長λのシフトは、出射回折光学素子３５に対して、導光方向、つまり干渉縞の縞のピッチ方向に生じ、これに直交する方向、つまり干渉縞の縞の方向には生じない。こうした回折効率Ｅｉの低下の割合は、波長λ毎に異なるので、カラー画像を表示する場合、回折効率Ｅｉの変動による色むらを生じる。 As described above, the diffraction efficiency Ei in the outgoing diffraction optical element 35 differs depending on the position i. Therefore, when the image light in a certain wavelength range is incident on the outgoing diffraction optical element 35, the diffraction efficiency depends on the incident angle θ corresponding to the position. Ei is different. As shown in FIG. 4, the pitch of the interference fringes of the exit diffracting optical element 35 is adjusted so that the diffraction efficiency of the image light of the diffracted wavelength (reference wavelength) is maximized at the reference angle θc. Therefore, the diffraction efficiency decreases regardless of whether the negative side angle θ− or the positive side angle θ +. As can be seen from the above-mentioned equation (1), the wavelength λ that maximizes the diffraction efficiency becomes closer to the short wavelength side and the long wavelength side as the wavelength λ that maximizes the diffraction efficiency goes from the image formation range PC shown in FIG. 5 to the end in the light guide direction. Shift each. The decrease in diffraction efficiency or the shift in wavelength at maximum efficiency increases as the angle of view deviates from the standard angle of view θc. It should be noted that such a decrease in the diffraction efficiency Ei and a shift in the wavelength λ that maximizes the diffraction efficiency occur in the light guide direction, that is, in the pitch direction of the fringes of the interference fringes with respect to the emission diffraction optical element 35, and are orthogonal to this. That is, it does not occur in the direction of the fringes of the interference fringes. Since the rate of such a decrease in the diffraction efficiency Ei differs for each wavelength λ, color unevenness occurs due to fluctuations in the diffraction efficiency Ei when displaying a color image.
Ｃ．ムラの発生を抑制する構成：
本実施形態の表示装置２０は、かかる色むらを低減するための修正部として、画像形成部３９の内部に色変換部６５を備える。図６に示すように、画像形成部３９は、アンテナ３８により画像送信装置８０からの無線信号を受け取る受信部６１、受信した信号から送信された画像を構成する画像構成部６２、画像構成部６２からの入力信号（Ｒin，Ｇin，Ｂin）を入力して色変換を行なう色変換部６５、色変換部６５が出力する変換後の出力信号（Ｒout ，Ｇout ，Ｂout）を入力しディスプレイ５１に表示用の信号を出力する画像出力部６８、色変換部６５が色変換の際に参照するルックアップテーブル（ＬＵＴ）を記憶する記憶部６６、を備える。
C. Configuration that suppresses the occurrence of unevenness:
The display device 20 of the present embodiment includes a color conversion unit 65 inside the image forming unit 39 as a correction unit for reducing such color unevenness. As shown in FIG. 6, the image forming unit 39 includes a receiving unit 61 that receives a radio signal from the image transmitting device 80 by the antenna 38, an image forming unit 62 that constitutes an image transmitted from the received signal, and an image forming unit 62. The color conversion unit 65 that performs color conversion by inputting the input signals (Rin, Gin, Bin) from, and the converted output signals (Rout, Gout, Bout) output by the color conversion unit 65 are input and displayed on the display 51. The image output unit 68 for outputting the signal for the above and the storage unit 66 for storing the lookup table (LUT) referred to by the color conversion unit 65 at the time of color conversion are provided.
画像形成部３９における色変換部６５は、画像構成部６２から入力した入力信号（Ｒin，Ｇin，Ｂin）に基づき、記憶部６６に記憶したＬＵＴを参照することにより、出射回折光学素子３５おける画像光の入射位置による色むらの発生を抑制する出力信号（Ｒout ，Ｇout ，Ｂout ）を生成する。この様子を図７に示した。入力信号（Ｒin，Ｇin，Ｂin）は、本実施形態では、各色８ビットの信号なので、図７に示すように、Ｒin，Ｇin，Ｂinのそれぞれにおいて、階調値０〜２５５の値をとる。ＬＵＴは、図７右欄に示すよう、図５に示した位置ｉ毎に用意されている。図７では、ｉ＝０、ｉ＝２４０，ｉ＝ｎの場合を示したが、ｉ＝０〜ｎについて、予め用意されている。もとより、全ての位置ｉについてＬＵＴを用意せず、とびとびの値ｉに対してのみＬＵＴを用意し、その間については、内挿補間により各色の出力信号Ｒout ，Ｇout ，Ｂout を求めるようにしても差し支えない。 The color conversion unit 65 in the image forming unit 39 refers to the LUT stored in the storage unit 66 based on the input signals (Rin, Gin, Bin) input from the image forming unit 62, and thereby the image in the output diffraction optical element 35. Output signals (Rout, Gout, Bout) that suppress the occurrence of color unevenness due to the incident position of light are generated. This situation is shown in FIG. Since the input signal (Rin, Gin, Bin) is an 8-bit signal for each color in the present embodiment, as shown in FIG. 7, each of Rin, Gin, and Bin takes a gradation value of 0 to 255. As shown in the right column of FIG. 7, the LUT is prepared for each position i shown in FIG. In FIG. 7, the cases of i = 0, i = 240, and i = n are shown, but i = 0 to n are prepared in advance. Of course, it is permissible to prepare LUTs only for the discrete values i without preparing LUTs for all positions i, and to obtain the output signals Rout, Gout, and Bout of each color by interpolation interpolation during that period. Absent.
図８Ａから図８Ｄに例示するように、画角によりＲＧＢの各色の表現できる範囲が異なることに鑑み、ＬＵＴは、画角毎に表現できる範囲の相違を低減するように作られている。各図を例にとって説明する。図８Ａから図８Ｄは、色度範囲をＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標により示す説明図である。図において、符号Ｒは、その頂点がレッド（Ｒ＝２５５，Ｇ＝Ｂ＝０）であることを示し、符号Ｇは、その頂点がグリーン（Ｇ＝２５５，Ｒ＝Ｂ＝０）であることを示し、符号Ｂは、その頂点がブルー（Ｂ＝２５５，Ｒ＝Ｇ＝０）であることを示す。各図において、白い実線Ｔθｃは、中心画角θｃで表現可能な色度範囲を示し、白い破線Ｔθ−は、負側画角θ−で表現可能な色度範囲を示し、白い一点鎖線Ｔθ＋は、正側画角θ＋で表現可能な色度範囲を示す。 As illustrated in FIGS. 8A to 8D, the LUT is designed to reduce the difference in the range that can be expressed for each angle of view, in view of the fact that the range in which each color of RGB can be expressed differs depending on the angle of view. Each figure will be described as an example. 8A to 8D are explanatory views showing a chromaticity range by XY chromaticity coordinates in the XYZ color system. In the figure, the symbol R indicates that the apex is red (R = 255, G = B = 0), and the symbol G indicates that the apex is green (G = 255, R = B = 0). The symbol B indicates that the apex is blue (B = 255, R = G = 0). In each figure, the white solid line Tθc indicates the chromaticity range that can be expressed by the central angle of view θc, the white dashed line Tθ− indicates the chromaticity range that can be expressed by the negative angle of view θ−, and the white alternate long and short dash line Tθ + is. , Indicates the chromaticity range that can be expressed by the positive angle of view θ +.
図８Ａから図８Ｄでは、各図上段に、画角範囲±３°、±５°、±８°、±１０°における色度範囲を示す。図示するように、いずれの画角範囲においても、負側画角θ−で表現可能な色度範囲（白い破線Ｔθ−）と、正側画角θ＋で表現可能な色度範囲（白い一点鎖線Ｔθ＋）とは、中心画角θｃで表現可能な色度範囲（白い実線Ｔθｃ）に対して、概ね相反する形状に歪んでいる。負側画角θ−で表現可能な色度範囲（白い破線Ｔθ−）が小画角色度範囲に相当し、正側画角θ＋で表現可能な色度範囲（白い一点鎖線Ｔθ＋）が大画色度範囲に相当し、中心画角θｃで表現可能な色度範囲（白い実線Ｔθｃ）が中央画角色度範囲に相当する。ここで、小画角色度範囲は中央色度範囲より広く、中央色度範囲は、大画角色度範囲より広い。図８Ａから図８Ｄの下段は、これら３つの色度範囲の重なる範囲である共通範囲を、黒い実線ＴＣ３、ＴＣ５、ＴＣ８、ＴＣ１０により示す。図示するように、画角範囲が大きくなるに従って、共通範囲は概ね狭くなる。 In FIGS. 8A to 8D, the chromaticity range in the angle of view range of ± 3 °, ± 5 °, ± 8 °, and ± 10 ° is shown in the upper part of each figure. As shown in the figure, in any angle of view range, the chromaticity range that can be expressed by the negative angle of view θ− (white dashed line Tθ−) and the chromaticity range that can be expressed by the positive angle of view θ + (white one-dot chain line). Tθ +) is distorted into a shape that is substantially opposite to the chromaticity range (white solid line Tθc) that can be expressed by the central angle of view θc. The chromaticity range that can be expressed by the negative angle of view θ− (white dashed line Tθ−) corresponds to the small angle of view chromaticity range, and the chromaticity range that can be expressed by the positive angle of view θ + (white one-dot chain line Tθ +) is the large image. The chromaticity range (white solid line Tθc) corresponding to the chromaticity range and expressable by the central angle of view θc corresponds to the central angle of view chromaticity range. Here, the small angle chromaticity range is wider than the central chromaticity range, and the central chromaticity range is wider than the large angle chromaticity range. The lower part of FIGS. 8A to 8D shows a common range, which is an overlapping range of these three chromaticity ranges, by black solid lines TC3, TC5, TC8, and TC10. As shown in the figure, as the angle of view range increases, the common range generally narrows.
本実施形態では、こうした画角の違いによる色度範囲の共通範囲の違いを考慮して、図７に示したＬＵＴに、変換後の出力信号（Ｒout ，Ｇout ，Ｂout）に対応したＲＧＢ値が、位置ｉに対応付けて記憶されている。従って、画像形成部３９は、画像送信装置８０から送信された画像を、ディスプレイ５１上に形成する際、出射回折光学素子３５上の各位置ｉに対応した画像の入力信号（Ｒin，Ｇin，Ｂin）を入力すると、この入力信号を、色変換部６５が、記憶部６６に予め記憶したＬＵＴを参照して、共通範囲内の画像に対応した出力信号（Ｒout ，Ｇout ，Ｂout）に変換する。このため、出射回折光学素子３５は、ＲＧＢの各色について、その位置ｉによらず、同程度の回折効率Ｅｉとなる。この結果、出射回折光学素子３５内に形成される画像の色むらは抑制される。 In the present embodiment, in consideration of the difference in the common range of the chromaticity range due to the difference in the angle of view, the RGB values corresponding to the converted output signals (Rout, Gout, Bout) are added to the LUT shown in FIG. , Is stored in association with the position i. Therefore, when the image forming unit 39 forms the image transmitted from the image transmitting device 80 on the display 51, the image forming unit 39 receives an image input signal (Rin, Gin, Bin) corresponding to each position i on the output diffractive optical element 35. ) Is input, the color conversion unit 65 converts the input signal into output signals (Rout, Gout, Bout) corresponding to the images within the common range by referring to the LUT stored in the storage unit 66 in advance. Therefore, the emission diffraction optical element 35 has the same diffraction efficiency Ei for each color of RGB regardless of the position i. As a result, color unevenness of the image formed in the emission diffraction optical element 35 is suppressed.
上述し第１実施形態では、図７に示したＬＵＴは、例えば負側画角θ−でのＲＧＢ各色の階調値を共通範囲内に変換する際、白い破線Ｔθ−で示した色度範囲の最も外側の各色階調値を、共通範囲の最も外側の、かつホワイトバランス点に至る軸線上の各色階調値とし、更に、各色階調値が白い破線Ｔθ−で示した色度範囲の内側の値になるほど、比例計算により徐々に圧縮しつつ、共通範囲内側の値としている。このため、画像の位置ｉの相違による色むらは、ほぼ解消している。もとより、共通範囲外の各色階調値を、ＬＵＴにより、全て共通範囲に変換するのではなく、共通範囲に向けてシフトするようにＬＵＴを作成してもよい。こうすれば、色むらを抑制できる。また、各色全てについて、ＬＵＴを用意するのではなく、一部の色についてのみＬＵＴを用意しても良い。なお、色変換後の各色階調値は、上記のように、ホワイトバランス点に至る軸線上の各色階調値とするといった機械的な比例配分とはせず、観察者が視認しながら、色むらが低減される階調値を求めて、決定してもよい。 In the first embodiment described above, in the LUT shown in FIG. 7, for example, when converting the gradation value of each RGB color at the negative angle of view θ− into a common range, the chromaticity range indicated by the white broken line Tθ− The outermost color gradation value of is set as the outermost color gradation value of the common range and each color gradation value on the axis reaching the white balance point, and each color gradation value is the chromaticity range indicated by the white broken line Tθ−. As the value becomes closer to the inside, the value is set to the inside of the common range while being gradually compressed by proportional calculation. Therefore, the color unevenness due to the difference in the position i of the image is almost eliminated. Of course, instead of converting all the color gradation values outside the common range into the common range by the LUT, the LUT may be created so as to shift toward the common range. In this way, color unevenness can be suppressed. Further, instead of preparing a LUT for all the colors, a LUT may be prepared only for a part of the colors. It should be noted that each color gradation value after color conversion is not mechanically proportionally distributed, such as being each color gradation value on the axis leading to the white balance point as described above, and the color is visually observed by the observer. A gradation value that reduces unevenness may be obtained and determined.
Ｄ．他の実施形態：
上記実施形態では、ＲＧＢの各色毎の干渉縞が一体に作り込まれた反射型体積ホログラムを用いたが、他の形態の回折光学素子を用いることも差し支えない。図９は、他の形態の回折光学素子を用いた光学系の構成例として、左眼表示部３０Ａの構造を模式的に示す説明図である。なお、右眼表示部も同様の構成を備える。
D. Other embodiments:
In the above embodiment, a reflective volume hologram in which interference fringes for each color of RGB are integrally formed is used, but other forms of diffractive optical elements may also be used. FIG. 9 is an explanatory diagram schematically showing the structure of the left eye display unit 30A as a configuration example of an optical system using another form of diffractive optical element. The right eye display unit also has the same configuration.
この左眼表示部３０Ａは、フルカラー画像を形成するディスプレイ５１と、ディスプレイ５１から出射される第１画像光に相当する赤（Ｒ）の画像光，第２画像光に相当する緑（Ｇ）の画像光，第３画像光に相当する青（Ｂ）の画像光をそれぞれ導く導光経路を備える。即ち、ディスプレイ５１は、画素単位で、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の発光が可能であり、左眼表示部３０Ａは、これら赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の画像光を、個別に導く３つの導光経路を備える。赤色光Ｒ用の導光経路は、入射回折光学素子３３Ｒ、導光体３１Ｒ、出射回折光学素子３５Ｒからなり、緑色光Ｇ用の導光経路は、入射回折光学素子３３Ｇ、導光体３１Ｇ、出射回折光学素子３５Ｇからなり、青色光Ｂ用の導光経路は、入射回折光学素子３３Ｂ、導光体３１Ｂ、出射回折光学素子３５Ｂからなる。左眼表示部３０Ａは、これら３つの導光経路が重ねられた構成を備える。このように重ねても、回折光学素子は、回折するように設計された波長の光以外は透過するので、例えばＲＧＢの光の内、Ｂの光は、ディスプレイ５１側に存在するＲ用の入射回折光学素子３３Ｒ、Ｇ用の入射回折光学素子３３Ｇを透過し、Ｂ用の入射回折光学素子３３Ｂに到達する。ＲＧＢの光の内、Ｇの光も、手前の入射回折光学素子３３Ｒを透過する。 The left-eye display unit 30A includes a display 51 that forms a full-color image, a red (R) image light that corresponds to the first image light emitted from the display 51, and a green (G) that corresponds to the second image light. A light guide path for guiding the blue (B) image light corresponding to the image light and the third image light is provided. That is, the display 51 is capable of emitting red (R) green (G) blue (B) on a pixel-by-pixel basis, and the left-eye display unit 30A is capable of emitting red (R) green (G) blue (B). It is provided with three light guide paths that individually guide the image light. The light guide path for the red light R is composed of an incident diffraction optical element 33R, a light guide body 31R, and an exit diffraction optical element 35R, and the light guide path for the green light G is an incident diffraction optical element 33G, a light guide body 31G, The light guide path for the blue light B is composed of an incident diffraction optical element 33B, a light guide body 31B, and an exit diffraction optical element 35B. The left eye display unit 30A has a configuration in which these three light guide paths are overlapped. Even if they are overlapped in this way, the diffractive optical element transmits light other than the light having a wavelength designed to be diffracted. Therefore, for example, among the RGB light, the B light is incident on the R side existing on the display 51 side. It passes through the incident diffraction optical element 33G for the diffraction optical elements 33R and G and reaches the incident diffraction optical element 33B for B. Of the RGB light, the G light also passes through the incident diffraction optical element 33R in the foreground.
図９に示した左眼表示部３０Ａは、ＲＧＢの三原色を、各色の光に対応して独立に用意された３つの導光経路によりディスプレイ５１から観察者の瞳ＥＹまで導くので、フルカラーの画像を表示することができる。このように構成しても、表示装置２０全体としての作用効果は、第１実施形態と同様である。 The left eye display unit 30A shown in FIG. 9 guides the three primary colors of RGB from the display 51 to the observer's pupil EY by three independently prepared light guide paths corresponding to the light of each color, so that a full-color image is obtained. Can be displayed. Even with this configuration, the operating effect of the display device 20 as a whole is the same as that of the first embodiment.
図１０は、更に回折光学素子と導光体の他の実施形態として、左眼表示部３０Ｂの構造を模式的に示す説明図である。右眼表示部も同様の構成を備える。この左眼表示部３０Ｂは、ディスプレイ５１においてフルカラー画像を形成する三原色、ＲＧＢを同じ１つの導光経路により観察者の瞳ＥＹまで導く。ディスプレイ５１は、第１実施形態と同様に、画素単位で、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の発光が可能であり、第１画像光に相当する赤（Ｒ）の画像光，第２画像光に相当する緑（Ｇ）の画像光，第３画像光に相当する青（Ｂ）の画像光を出射する。左眼表示部３０Ｂは、１つの導光体３１上に、三原色ＲＧＢ用の入射回折光学素子１３３と、三原色ＲＧＢ用の出射回折光学素子１３５を備える。入射回折光学素子１３３および出射回折光学素子１３５は、三原色ＲＧＢの各色用の回折光学素子を積層もしくは重畳しているが、回折光学素子は、回折するように設計された波長の光以外は透過するので、各色の光は対応する回折光学素子の位置まで到達する。 FIG. 10 is an explanatory diagram schematically showing the structure of the left eye display unit 30B as another embodiment of the diffractive optical element and the light guide body. The right eye display unit has a similar configuration. The left eye display unit 30B guides the three primary colors and RGB forming a full-color image on the display 51 to the observer's pupil EY by the same one light guide path. Similar to the first embodiment, the display 51 can emit red (R) green (G) blue (B) on a pixel-by-pixel basis, and the red (R) image light corresponding to the first image light, The green (G) image light corresponding to the second image light and the blue (B) image light corresponding to the third image light are emitted. The left eye display unit 30B includes an incident diffraction optical element 133 for the three primary colors RGB and an outgoing diffraction optical element 135 for the three primary colors RGB on one light guide body 31. The incident diffractive optical element 133 and the outgoing diffractive optical element 135 are laminated or superposed with diffractive optical elements for each of the three primary colors RGB, but the diffractive optical element transmits light other than light having a wavelength designed to be diffracted. Therefore, the light of each color reaches the position of the corresponding diffractive optical element.
図１０に示した左眼表示部３０Ｂは、ＲＧＢの三原色を、各色の光に対してまとめて用意された１つの導光体３１により、ディスプレイ５１から観察者の瞳ＥＹまで導くので、装置構成を薄型化することができる。しかも、フルカラーの画像を表示することができる。なお、表示装置２０全体としての他の作用効果は、第１実施形態と同様である。 The left-eye display unit 30B shown in FIG. 10 guides the three primary colors of RGB from the display 51 to the observer's pupil EY by one light guide body 31 prepared collectively for the light of each color. Can be made thinner. Moreover, a full-color image can be displayed. The other effects of the display device 20 as a whole are the same as those in the first embodiment.
上記各実施形態では、表示装置２０は眼鏡型とし、観察者の頭部の左右方向から、画像光を瞳ＥＹの前まで導いたが、図１１に示すように、画像光は、上下方向に導くものしてもよい。この形態の表示装置２５は、図示するように、観察者ＰＳの頭部に装着する頭部装着具７０を備え、この頭部装着具７０から、左眼表示部３０と右眼表示部４０とが上下方向に設けられた構造を備える。左眼表示部３０と右眼表示部４０とは、第１実施形態と同様の構成を備える。 In each of the above embodiments, the display device 20 is of the spectacle type, and the image light is guided from the left-right direction of the observer's head to the front of the pupil EY. However, as shown in FIG. 11, the image light is transmitted in the vertical direction. It may lead. As shown in the figure, the display device 25 of this form includes a head wearing tool 70 to be worn on the head of the observer PS, and from the head wearing tool 70, the left eye display unit 30 and the right eye display unit 40 Is provided with a structure provided in the vertical direction. The left eye display unit 30 and the right eye display unit 40 have the same configuration as that of the first embodiment.
頭部装着具７０には、左眼表示部３０および右眼表示部４０に合せて、画像形成部が設けられており、第１実施形態と同様の構成（図２参照）を備え、そのディスプレイ５１に形成された画像が、左眼表示部３０および右眼表示部４０の入射回折光学素子３３，４３に入射し、導光体３１，４１を介して、出射回折光学素子３５，４５まで導かれる。 The head-mounted tool 70 is provided with an image forming unit in accordance with the left eye display unit 30 and the right eye display unit 40, and has the same configuration as that of the first embodiment (see FIG. 2), and the display thereof. The image formed on the 51 is incident on the incident diffraction optical elements 33 and 43 of the left eye display unit 30 and the right eye display unit 40, and is guided to the exit diffraction optical elements 35 and 45 via the light guides 31 and 41. Be taken.
上記実施形態では、表示装置２０，２５は外景を視認することができるシースルー型としたが、必ずしもシースルー型にする必要はない。また、両眼タイプに限る必要なく、片眼用の表示装置としてもよい。ディスプレイ５１に形成する画像は、１６対９のアスペクト比に限られず、４対３など他のアスペクト比であっても差し支えない。また、表示される画像は、数学的な意味での長方形に限る必要はなく、正方形や楕円形など、種々の形状が可能である。いずれの形状でも、表現され色度範囲を求め、これに応じたＬＵＴを用意すれば良い。また、ディスプレイ５１自体の形状と、表示される画像の形状とは異なっていてもよい。 In the above embodiment, the display devices 20 and 25 are of the see-through type so that the outside view can be visually recognized, but the display devices 20 and 25 do not necessarily have to be the see-through type. Further, the display device is not limited to the binocular type and may be used as a display device for one eye. The image formed on the display 51 is not limited to the aspect ratio of 16: 9, and may have another aspect ratio such as 4: 3. Further, the displayed image does not have to be limited to a rectangle in a mathematical sense, and can have various shapes such as a square or an ellipse. Any shape may be expressed and the chromaticity range may be obtained, and a LUT corresponding to this may be prepared. Further, the shape of the display 51 itself and the shape of the displayed image may be different.
上記実施形態では、三原色であるＲＧＢの各色に対して、回折光学素子を用意したが、三原色に限る必要はない。例えばＲＧ、ＧＢ、ＲＢなど、２つの色の組み合わせとして実現してもよい。例えばＲ/ＧＢ、ＲＧ/Ｂ、Ｇ/ＲＢなどの組み合わせとして実現してもよい。またＲＧＢに限る必要はなく、Ｙ、Ｃ、Ｍなど、異なる色の組み合わせとして表示装置を構成してもよい。 In the above embodiment, diffractive optical elements are prepared for each of the three primary colors RGB, but the three primary colors need not be limited. For example, it may be realized as a combination of two colors such as RG, GB, and RB. For example, it may be realized as a combination of R / GB, RG / B, G / RB and the like. Further, the display device is not limited to RGB, and the display device may be configured as a combination of different colors such as Y, C, and M.
回折光学素子としては、反射型体積ホログラムに限る必要はなく、他の回折素子であっても良い。例えばＥＬディスプレイ５１からの光が入射する面側に透過型体積ホログラムを備える構成でも良く、基材の表面に凹凸を形成した表面レリーフホログラムでも採用可能である。 The diffraction optical element is not limited to the reflective volume hologram, and may be another diffraction element. For example, a transmissive volume hologram may be provided on the surface side on which the light from the EL display 51 is incident, or a surface relief hologram having irregularities formed on the surface of the base material may be adopted.
Ｅ．その他の構成例：
（１）更に本開示は、表示装置として、以下の構成例を含む。その１つの表示装置は、カラーの原画像の色度範囲を修正する修正部と、前記色度範囲が修正された画像を形成し画像光として出射する画像形成部と、前記画像光を表示位置まで導く光学系と、前記光学系において、前記画像光の進行方向を観察者に向けて偏向する第１回折光学素子と、を備える。この表示装置の前記修正部により、第１回折光学素子に入射する画像光のうち、第１の角度で入射する画像光の有する色度範囲を、前記第１の角度より大きな角度である第２の角度で入射する画像光の有する色度範囲に近づけるように、前記原画像のうち前記第１の角度に対応した位置にある画像の色度範囲を制限すれば、第１回折光学素子の偏向方向の色むらの発生を抑制することができる。
E. Other configuration examples:
(1) Further, the present disclosure includes the following configuration example as a display device. The one display device includes a correction unit that corrects the chromaticity range of the original color image, an image forming unit that forms an image in which the chromaticity range is corrected and emits it as image light, and a display position of the image light. It is provided with an optical system that guides the light to, and a first diffraction optical element that deflects the traveling direction of the image light toward the observer in the optical system. By the correction part of this display device, the chromaticity range of the image light incident on the first diffraction optical element among the image lights incident on the first diffraction optical element is set to an angle larger than the first angle. If the chromaticity range of the image at the position corresponding to the first angle of the original image is limited so as to approach the chromaticity range of the image light incident at the angle of, the deflection of the first diffraction optical element It is possible to suppress the occurrence of color unevenness in the direction.
（２）こうした表示装置において、前記原画像のうち前記第１の角度に対応した位置にある画像の取り得る色度範囲を小画角色度範囲とし、前記原画像のうち前記第２の角度に対応した位置にある画像の取り得る色度範囲を大画角色度範囲とし、前記原画像のうち前記第１の角度に対応した位置と前記第２の角度に対応した位置との間の位置にある画像の取り得る色度範囲を中央色度範囲としたとき、 前記小画角色度範囲は、前記中央色度範囲より広く、
前記中央色度範囲は、前記大画角色度範囲より広いものであってよい。こうすれば、三者の色度範囲のズレを小さくするように、各色度範囲を制限すればよく、修正を容易に実現することができる。
(2) In such a display device, the possible chromaticity range of the image at the position corresponding to the first angle of the original image is defined as the small angle chromaticity range, and the second angle of the original image is set. The possible chromaticity range of the image at the corresponding position is defined as the large angle chromaticity range, and the position between the position corresponding to the first angle and the position corresponding to the second angle in the original image is set. When the possible chromaticity range of a certain image is the central chromaticity range, the small angle chromaticity range is wider than the central chromaticity range.
The central chromaticity range may be wider than the large angle chromaticity range. In this way, each chromaticity range may be limited so as to reduce the deviation of the chromaticity ranges of the three parties, and the correction can be easily realized.
（３）こうした表示装置において、前記修正部は、前記大画角色度範囲に対応する位置の画像に対する色度範囲を、前記中央色度範囲に対応する位置の画像の色度範囲より大きく制限するものとしてもよい。こうすれば、色むらの発生を、低減できる。 (3) In such a display device, the correction unit limits the chromaticity range of the image at the position corresponding to the large angle chromaticity range to be larger than the chromaticity range of the image at the position corresponding to the central chromaticity range. It may be a thing. In this way, the occurrence of color unevenness can be reduced.
（４）こうした表示装置において、前記カラーの原画像は三原色によって再現可能なフルカラー画像であってよく、また、前記修正部は、前記色度範囲をＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標で表わしたとき、前記第１角度で入射する画像光の有する色度範囲を前記ＸＹ色度座標で表わす第１の三角形が、前記第２の角度で入射する画像光の有する色度範囲を前記ＸＹ色度座標で表わす第２の三角形に近付くように、前記原画像の前記色度範囲を制限するものとしてもよい。こうすれば、色度範囲の修正を座標で表現でき、修正の内容を明確できる。 (4) In such a display device, the original image of the color may be a full-color image reproducible by the three primary colors, and the correction unit represents the chromaticity range with XY chromaticity coordinates in the XYZ color system. When the first triangle representing the chromaticity range of the image light incident at the first angle in the XY chromaticity coordinates, the chromaticity range of the image light incident at the second angle is the XY chromaticity. The chromaticity range of the original image may be limited so as to approach the second triangle represented by the coordinates. In this way, the correction of the chromaticity range can be expressed by the coordinates, and the content of the correction can be clarified.
（５）こうした表示装置において、前記第１の三角形は、前記第２の三角形に、面積で８０％以上重なるものとしてもよい。色度範囲の８０％以上が重なれば、色むらは十分に抑制される。 (5) In such a display device, the first triangle may overlap the second triangle by 80% or more in area. When 80% or more of the chromaticity range overlaps, color unevenness is sufficiently suppressed.
（６）こうした表示装置において、前記光学系は、前記画像光を導く導光体を備え、前記第１回折光学素子は、前記導光体に画像光が入射する入射側と前記画像光が前記導光体から出射する出射側のうち、前記出射側に設けられたものとしてよい。出射側の回折光学素子による色むらが最も色むらの発生に寄与するので、出射側の回折光学素子を第１回折光学素子とすれば、色むらの発生を抑制しやすい。 (6) In such a display device, the optical system includes a light guide body that guides the image light, and the first diffraction optical element has an incident side in which the image light is incident on the light guide body and the image light. Of the emission sides emitted from the light guide, the emission side may be provided. Since the color unevenness caused by the diffractive optical element on the emitting side contributes most to the occurrence of the color unevenness, if the diffractive optical element on the emitting side is the first diffractive optical element, it is easy to suppress the occurrence of the color unevenness.
（７）こうした表示装置において、前記光学系において、前記画像光の進行方向を偏向する第２回折光学素子を、更に備え、前記第２回折光学素子は、前記導光体に画像光が入射する入射側と前記画像光が前記導光体から出射する出射側のうち、前記入射側の位置に設けられたものとしてよい。こうすれば、入射側と出射側の両方において回折光学素子により画像光を偏向させるので、表示装置の薄型化を図ることができる。 (7) In such a display device, the optical system further includes a second diffractive optical element that deflects the traveling direction of the image light, and the second diffractive optical element receives the image light on the light guide. It may be provided at the position of the incident side among the incident side and the exit side where the image light is emitted from the light guide body. By doing so, the image light is deflected by the diffractive optical element on both the incident side and the outgoing side, so that the display device can be made thinner.
（８）上記の表示装置において、前記第２回折光学素子は、平面状の干渉縞で構成された反射型体積ホログラムとしてもよい。反射型体積ホログラムは、特定の波長の光に対して選択的に回折を起こすので、他の波長の光に対しては、これを阻害しない。従って、原画像を構成する複数の波長の光に対する光学系の設計が容易となる。 (8) In the above display device, the second diffraction optical element may be a reflective volume hologram composed of planar interference fringes. Since the reflective volume hologram selectively diffracts light of a specific wavelength, it does not hinder light of other wavelengths. Therefore, it becomes easy to design an optical system for light having a plurality of wavelengths constituting the original image.
（９）こうした表示装置において、前記第１回折光学素子は、平面状の干渉縞で構成された反射型体積ホログラムとしてもよい。反射型体積ホログラムは、特定の波長の光に対して選択的に回折を起こすので、他の波長の光に対しては、これを透過させる。従って、第１回折光学素子として、こうした平面状の干渉縞で構成された反射型ホログラムを用いれば、高い透過性を実現でき、外景と画像形成部が形成する画像とを、同時に視認することが容易となる。 (9) In such a display device, the first diffraction optical element may be a reflective volume hologram composed of planar interference fringes. Since the reflective volume hologram selectively diffracts light of a specific wavelength, it transmits this to light of other wavelengths. Therefore, if a reflective hologram composed of such planar interference fringes is used as the first diffraction optical element, high transparency can be realized, and the external view and the image formed by the image forming portion can be visually recognized at the same time. It will be easy.
（１０）こうした表示装置において、前記画像形成部が出射する前記画像光は、波長の互いに異なる第１画像光と第２画像光と第３画像光とを含み、前記第１回折光学素子は、前記第１画像光の波長に対応した第１干渉縞と前記第２画像光の波長に対応した第２干渉縞と前記第３画像光の波長に対応した第３干渉縞とが積層または重畳されているものとしてもよい。こうすれば、波長の互いに異なる第１画像光，第２画像光，第３画像光によるカラー画像を容易に表示できる。 (10) In such a display device, the image light emitted by the image forming unit includes a first image light, a second image light, and a third image light having different wavelengths, and the first diffraction optical element includes the first diffraction optical element. The first interference fringe corresponding to the wavelength of the first image light, the second interference fringe corresponding to the wavelength of the second image light, and the third interference fringe corresponding to the wavelength of the third image light are laminated or superimposed. It may be the one that is. By doing so, it is possible to easily display a color image by the first image light, the second image light, and the third image light having different wavelengths.
（１１）こうした表示装置において、前記第１画像光のピーク波長は赤（Ｒ）であり、前記第２画像光のピーク波長は緑（Ｇ）であり、前記第３画像光のピーク波長は青（Ｂ）であるものしてもよい。こうすれば、表示装置は、フルカラーを表示することができる。 (11) In such a display device, the peak wavelength of the first image light is red (R), the peak wavelength of the second image light is green (G), and the peak wavelength of the third image light is blue. (B) may be used. In this way, the display device can display full color.
（１２）本開示は、カラーの原画像に基づく画像を表示する表示方法を含む。この表示方法は、前記原画像に対応した画像光を光学系により表示位置まで導き、回折光学素子により、前記画像光の進行方向を観察者に向けて偏向して表示し、前記原画像の表示に際して、前記カラーの原画像の色度範囲を、前記回折光学素子に入射する画像光のうち、第１の角度で入射する画像光の有する色度範囲を、前記第１の角度より大きな角度である第２の角度で入射する画像光の有する色度範囲に近づけるように、前記原画像のうち前記第１の角度に対応した位置にある画像の色度範囲を制限する。こうすれば、カラー画像の表示おいて、回折光学素子内の色むらの発生を抑制できる。 (12) The present disclosure includes a display method for displaying an image based on a color original image. In this display method, the image light corresponding to the original image is guided to the display position by the optical system, and the traveling direction of the image light is deflected toward the observer by the diffractive optical element to display the original image. At the same time, the chromaticity range of the original image of the color is set to the chromaticity range of the image light incident at the first angle of the image light incident on the diffractive optical element at an angle larger than the first angle. The chromaticity range of the image at the position corresponding to the first angle of the original image is limited so as to approach the chromaticity range of the image light incident at a certain second angle. In this way, it is possible to suppress the occurrence of color unevenness in the diffractive optical element in displaying a color image.
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be realized by various configurations within a range not deviating from the gist thereof. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in each form described in the column of the outline of the invention may be used to solve some or all of the above-mentioned problems, or one of the above-mentioned effects. It is possible to replace or combine as appropriate to achieve a part or all. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be appropriately deleted.
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。例えば、上記実施形態においてハードウェアにより実現した構成の一部は、ソフトウェアにより実現することができる。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be realized by various configurations within a range not deviating from the gist thereof. For example, the technical features of the embodiments corresponding to the technical features in each embodiment described in the column of the outline of the invention are for solving a part or all of the above-mentioned problems, or a part of the above-mentioned effects. Or, in order to achieve all of them, it is possible to replace or combine them as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be appropriately deleted. For example, a part of the configuration realized by hardware in the above embodiment can be realized by software.
２０，２５…表示装置、２２…ブリッジ、３０，３０Ａ，３０Ｂ…左眼表示部、３１，３１Ｂ，３１Ｇ，３１Ｒ…導光体、３３，３３Ｂ，３３Ｇ，３３Ｒ，１３３…入射回折光学素子、３５…出射回折光学素子、３５Ｂ，３５Ｇ，３５Ｒ，１３５…出射回折光学素子、３７…左テンプル、３８…アンテナ、３９…左画像形成部、４０…右眼表示部、４７…右テンプル、４９…右画像形成部、５１…ディスプレイ、５２…コリメートレンズ、６１…受信部、６２…画像構成部、６５…色変換部、６６…記憶部、６８…画像出力部、７０…頭部装着具、８０…画像送信装置、８１…起動ボタン、８２…ディスプレイ 20, 25 ... Display device, 22 ... Bridge, 30, 30A, 30B ... Left eye display unit, 31, 31B, 31G, 31R ... Light guide body, 33, 33B, 33G, 33R, 133 ... Incident diffractive optical element, 35 ... Emission diffractive optical element, 35B, 35G, 35R, 135 ... Emission diffractive optical element, 37 ... Left temple, 38 ... Antenna, 39 ... Left image forming unit, 40 ... Right eye display unit, 47 ... Right temple, 49 ... Right Image forming unit, 51 ... Display, 52 ... Collimating lens, 61 ... Receiver unit, 62 ... Image configuration unit, 65 ... Color conversion unit, 66 ... Storage unit, 68 ... Image output unit, 70 ... Head mounter, 80 ... Image transmitter, 81 ... Start button, 82 ... Display
Claims (12)
前記色度範囲が修正された画像を形成し画像光として出射する画像形成部と、
前記画像光を表示位置まで導く光学系と、
前記光学系において、前記画像光の進行方向を観察者に向けて偏向する第１回折光学素子と、
を備え、
前記修正部は、前記第１回折光学素子に入射する画像光のうち、第１の角度で入射する画像光の有する色度範囲を、前記第１の角度より大きな角度である第２の角度で入射する画像光の有する色度範囲に近づけるように、前記原画像のうち前記第１の角度に対応した位置にある画像の色度範囲を制限する、表示装置。 A correction part that corrects the chromaticity range of the original color image,
An image forming unit that forms an image in which the chromaticity range is corrected and emits it as image light,
An optical system that guides the image light to the display position,
In the optical system, a first diffraction optical element that deflects the traveling direction of the image light toward the observer,
With
The correction unit sets the chromaticity range of the image light incident at the first angle of the image light incident on the first diffractive optical element at a second angle that is larger than the first angle. A display device that limits the chromaticity range of an image at a position corresponding to the first angle of the original image so as to approach the chromaticity range of the incident image light.
前記原画像のうち前記第１の角度に対応した位置にある画像の取り得る色度範囲を小画角色度範囲とし、
前記原画像のうち前記第２の角度に対応した位置にある画像の取り得る色度範囲を大画角色度範囲とし、
前記原画像のうち前記第１の角度に対応した位置と前記第２の角度に対応した位置との間の位置にある画像の取り得る色度範囲を中央色度範囲としたとき、
前記小画角色度範囲は、前記中央色度範囲より広く、
前記中央色度範囲は、前記大画角色度範囲より広い
表示装置。 The display device according to claim 1.
The chromaticity range that can be taken by the image at the position corresponding to the first angle of the original image is defined as the small angle chromaticity range.
The chromaticity range that can be taken by the image at the position corresponding to the second angle of the original image is defined as the large angle chromaticity range.
When the possible chromaticity range of the image at the position between the position corresponding to the first angle and the position corresponding to the second angle of the original image is defined as the central chromaticity range.
The small angle chromaticity range is wider than the central chromaticity range.
A display device having a central chromaticity range wider than the large angle chromaticity range.
前記大画角色度範囲に対応する位置の画像に対する色度範囲を、前記中央色度範囲に対応する位置の画像の色度範囲より大きく制限する
請求項２に記載の表示装置。 The correction part
The display device according to claim 2, wherein the chromaticity range for the image at the position corresponding to the large angle chromaticity range is greatly limited to the chromaticity range for the image at the position corresponding to the central chromaticity range.
前記修正部は、
前記色度範囲をＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度座標で表わしたとき、
前記第１の角度で入射する画像光の有する色度範囲を前記ＸＹ色度座標で表わす第１の三角形が、前記第２の角度で入射する画像光の有する色度範囲を前記ＸＹ色度座標で表わす第２の三角形に近付くように、前記原画像の前記色度範囲を制限する
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の表示装置。 The color original image is a full-color image that can be reproduced by the three primary colors.
The correction part
When the chromaticity range is expressed by XY chromaticity coordinates in the XYZ color system,
The first triangle representing the chromaticity range of the image light incident at the first angle in the XY chromaticity coordinates indicates the chromaticity range of the image light incident at the second angle in the XY chromaticity coordinates. The display device according to any one of claims 1 to 3, which limits the chromaticity range of the original image so as to approach the second triangle represented by.
前記光学系は、前記画像光を導く導光体を備え、
前記第１回折光学素子は、前記導光体に画像光が入射する入射側と前記画像光が前記導光体から出射する出射側のうち、前記出射側に設けられた表示装置。 The display device according to any one of claims 1 to 5.
The optical system includes a light guide body that guides the image light.
The first diffraction optical element is a display device provided on the exit side of the incident side where the image light is incident on the light guide and the emission side where the image light is emitted from the light guide.
前記光学系において、前記画像光の進行方向を偏向する第２回折光学素子を、更に備え、
前記第２回折光学素子は、前記導光体に画像光が入射する入射側と前記画像光が前記導光体から出射する出射側のうち、前記入射側の位置に設けられた表示装置。 The display device according to claim 6.
The optical system further includes a second diffraction optical element that deflects the traveling direction of the image light.
The second diffraction optical element is a display device provided at a position on the incident side of the incident side where the image light is incident on the light guide and the exit side where the image light is emitted from the light guide.
前記第１回折光学素子は、前記第１画像光の波長に対応した第１干渉縞と前記第２画像光の波長に対応した第２干渉縞と前記第３画像光の波長に対応した第３干渉縞とが積層または重畳されている、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の表示装置。 The image light emitted by the image forming unit includes a first image light, a second image light, and a third image light having different wavelengths.
The first diffractive optical element includes a first interference fringe corresponding to the wavelength of the first image light, a second interference fringe corresponding to the wavelength of the second image light, and a third interference fringe corresponding to the wavelength of the third image light. The display device according to any one of claims 1 to 9, wherein the interference fringes are laminated or superimposed.
前記第２画像光のピーク波長は緑（Ｇ）であり、
前記第３画像光のピーク波長は青（Ｂ）である
請求項１０記載の表示装置。 The peak wavelength of the first image light is red (R).
The peak wavelength of the second image light is green (G).
The display device according to claim 10, wherein the peak wavelength of the third image light is blue (B).
前記原画像に対応した画像光を光学系により表示位置まで導き、回折光学素子により、前記画像光の進行方向を観察者に向けて偏向して表示し、
前記原画像の表示に際して、前記カラーの原画像の色度範囲を、前記回折光学素子に入射する画像光のうち、第１の角度で入射する画像光の有する色度範囲を、前記第１の角度より大きな角度である第２の角度で入射する画像光の有する色度範囲に近づけるように、前記原画像のうち前記第１の角度に対応した位置にある画像の色度範囲を制限する、
表示方法。 A display method that displays an image based on a color original image.
The image light corresponding to the original image is guided to the display position by the optical system, and the traveling direction of the image light is deflected toward the observer by the diffractive optical element and displayed.
When displaying the original image, the chromaticity range of the original image of the color is set to the chromaticity range of the image light incident on the first angle of the image light incident on the diffractive optical element. The chromaticity range of the image at the position corresponding to the first angle of the original image is limited so as to approach the chromaticity range of the image light incident at the second angle, which is an angle larger than the angle.
Display method.
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