JP2023173740A - display device - Google Patents

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JP2023173740A JP2022086194A JP2022086194A JP2023173740A JP 2023173740 A JP2023173740 A JP 2023173740A JP 2022086194 A JP2022086194 A JP 2022086194A JP 2022086194 A JP2022086194 A JP 2022086194A JP 2023173740 A JP2023173740 A JP 2023173740A
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貴之 野本
Takayuki Nomoto
義弘 橋塚
Yoshihiro Hashizuka
哲也 山田
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Abstract

To provide a display device which can suppress a deviation of images due to a difference in wavelengths without changing a resolution.SOLUTION: A display device comprises: a first light source (11R) which outputs light in a first wavelength; a first spatial phase modulator (13) which diffracts light in the first wavelength; a first telescopic optical system (15) which expands/contracts a first real image (IM_R) with diffracted light of the first spatial phase modulator (13); a second light source (11G) which outputs light in a second wavelength shorter than the first wavelength; a second spatial phase modulator (13) which diffracts the light in the second wavelength; a second telescopic optical system (15) which expands/contracts a second real image (IM_G) with diffracted light of the second spatial phase modulator (13); and a multiplexing unit (17) which multiplexes the light passing through the first telescopic optical system (15) and the second telescopic optical system (15). A magnification of the second real image (IM_G) of the second telescopic optical system (15) is smaller than a magnification of the first real image (IM_R) of the first telescopic optical system (15).SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、表示装置に関する。 The present disclosure relates to a display device.

空間位相変調器(SLM:Spatial Light Modulator)を用いて、計算機生成ホログラム(CGH:Computer-Generated Hologram)に基づく干渉縞含む画像を表示する表示装置が知られている。例えば、特許文献1のプロジェクタが公知となっている。 2. Description of the Related Art A display device that displays an image including interference fringes based on a computer-generated hologram (CGH) using a spatial light modulator (SLM) is known. For example, a projector disclosed in Patent Document 1 is known.

計算機生成ホログラムの画角θは、下記の式によって決まり、光源から出力される光の波長λと、空間位相変調器の画素ピッチpとの関数となっている。したがって、波長が異なる複数色の光を同じ空間位相変調器を用いて回折すると、波長の違いによって画角が変わり、各色の画像がずれるという現象が発生する。 The angle of view θ of the computer-generated hologram is determined by the following equation, and is a function of the wavelength λ of the light output from the light source and the pixel pitch p of the spatial phase modulator. Therefore, when multiple colors of light having different wavelengths are diffracted using the same spatial phase modulator, a phenomenon occurs in which the angle of view changes depending on the difference in wavelength, and the images of each color are shifted.

Figure 2023173740000002
Figure 2023173740000002

特開2017-151444号公報Japanese Patent Application Publication No. 2017-151444

この現象の最も簡単な解決手法は、各色の元の画像の大きさを変えることである。しかしながら、このような解決手段を実行すると、色によって解像度(画素数)が変わってしまうという問題がある。 The simplest solution to this phenomenon is to change the size of the original image for each color. However, when such a solution is implemented, there is a problem in that the resolution (number of pixels) changes depending on the color.

そこで、本開示は、解像度を変えることなく、波長の違いによる画像のずれを抑制できる表示装置の提供を目的とする。 Therefore, an object of the present disclosure is to provide a display device that can suppress image shifts due to differences in wavelength without changing resolution.

1つの側面では、以下のような解決手段を提供する。 In one aspect, the following solution is provided.

第1波長の光を出力する第1光源(11R)と、
前記第1波長の光を回折し、計算機生成ホログラムに基づく干渉縞含む画像を表示する第1空間位相変調器(13)と、
前記第1空間位相変調器(13)の回折光による第1実像(IM_R)を拡縮する第1望遠鏡光学系(15)と、
前記第1波長よりも短い第2波長の光を出力する第2光源(11G)と、
前記第2波長の光を回折し、計算機生成ホログラムに基づく干渉縞含む画像を表示する第2空間位相変調器(13)と、
前記第2空間位相変調器(13)の回折光による第2実像(IM_G)を拡縮する第2望遠鏡光学系(15)と、
前記第1望遠鏡光学系(15)及び前記第2望遠鏡光学系(15)を通過した光を合波する合波部(17)と、を備え、
前記第2望遠鏡光学系(15)の前記第2実像(IM_G)の拡大率は、前記第1望遠鏡光学系(15)の前記第1実像(IM_R)の拡大率よりも小さく設定した、ことを特徴とする表示装置が提供される。
a first light source (11R) that outputs light of a first wavelength;
a first spatial phase modulator (13) that diffracts the light of the first wavelength and displays an image including interference fringes based on a computer-generated hologram;
a first telescope optical system (15) that expands and contracts a first real image (IM_R) formed by the diffracted light of the first spatial phase modulator (13);
a second light source (11G) that outputs light with a second wavelength shorter than the first wavelength;
a second spatial phase modulator (13) that diffracts the light of the second wavelength and displays an image including interference fringes based on a computer-generated hologram;
a second telescope optical system (15) that expands and contracts a second real image (IM_G) formed by the diffracted light of the second spatial phase modulator (13);
a combining unit (17) that combines the light that has passed through the first telescope optical system (15) and the second telescope optical system (15),
The magnification rate of the second real image (IM_G) of the second telescope optical system (15) is set to be smaller than the magnification rate of the first real image (IM_R) of the first telescope optical system (15). A display device with features is provided.

本開示によれば、解像度を変えることなく、波長の違いによる画像のずれを抑制できる表示装置の提供が可能となる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a display device that can suppress image shifts due to differences in wavelength without changing resolution.

本実施例によるヘッドアップディスプレイ装置が搭載された車両の側面視による概略図である。FIG. 1 is a schematic side view of a vehicle equipped with a head-up display device according to an embodiment. 本実施例によるヘッドアップディスプレイ装置の概略的な断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a head-up display device according to an embodiment. 表示器の構成を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a display device. 複数の単色光学系のうち、1つの単色光学系を示す概略図である。It is a schematic diagram showing one monochromatic optical system among a plurality of monochromatic optical systems. 望遠鏡光学系の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a telescope optical system. 第2実施例の表示器の構成を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a display device according to a second embodiment.

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。なお、図面では、見やすさのために、複数存在する同一属性の部位には、一部のみしか参照符号が付されていない場合がある。 Hereinafter, each embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that in the drawings, for ease of viewing, only some of the parts having the same attribute may be labeled with reference numerals.

[ヘッドアップディスプレイ装置の構成]
図1は、本実施例によるヘッドアップディスプレイ装置Hが搭載された車両10の側面視による概略図である。図1Aは、本実施例によるヘッドアップディスプレイ装置Hの概略的な断面図である。図1及び図1Aには、右手座標系で直交する3軸(X軸、Y軸、及びZ軸)が定義されている。ここでは、X軸は、車両10の左右方向(幅方向)に対応し、Z軸は、車両10の前後方向に対応し、Y軸は、車両10の上下方向に対応する。
[Configuration of head-up display device]
FIG. 1 is a schematic side view of a vehicle 10 equipped with a head-up display device H according to this embodiment. FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a head-up display device H according to this embodiment. In FIGS. 1 and 1A, three orthogonal axes (X-axis, Y-axis, and Z-axis) are defined in a right-handed coordinate system. Here, the X-axis corresponds to the left-right direction (width direction) of the vehicle 10, the Z-axis corresponds to the longitudinal direction of the vehicle 10, and the Y-axis corresponds to the vertical direction of the vehicle 10.

ヘッドアップディスプレイ装置Hは、図1に示すように、車両10のインストルメントパネル7内部に配設される。ヘッドアップディスプレイ装置Hは、投射する表示光PLを車両10のウインドシールドWSで車両10の搭乗者P(例えば運転者)の方向に反射させ、虚像Vの表示を行う。すなわち、ヘッドアップディスプレイ装置Hは、後述する表示器1から発せられる表示光PLをウインドシールドWS(投影部材)に出射(投射)し、この出射によって得られた表示像(虚像)Vを搭乗者Pに視認させるプロジェクション方式の表示装置である。これにより、搭乗者Pは、虚像Vを風景と重畳させて視認できる。 The head-up display device H is arranged inside the instrument panel 7 of the vehicle 10, as shown in FIG. The head-up display device H displays a virtual image V by reflecting the projected display light PL on the windshield WS of the vehicle 10 in the direction of the passenger P (for example, the driver) of the vehicle 10. That is, the head-up display device H emits (projects) display light PL emitted from a display device 1, which will be described later, onto a windshield WS (projection member), and displays a display image (virtual image) V obtained by this emission to the passenger. This is a projection type display device that is visible to P. Thereby, the passenger P can visually recognize the virtual image V superimposed on the scenery.

ヘッドアップディスプレイ装置Hは、ケース4内に、表示器1、反射鏡2、制御部3等が収容される。ケース4は、インストルメントパネル7の上面側に出射口41を有し、出射口41を介して表示光PLがケース4内からウインドシールドWSに向けて出射される。なお、出射口41は、透明性の防塵カバーでカバーされてよい。 In the head-up display device H, a display 1, a reflector 2, a control unit 3, and the like are housed in a case 4. The case 4 has an exit port 41 on the upper surface side of the instrument panel 7, and the display light PL is emitted from inside the case 4 toward the windshield WS via the exit port 41. Note that the emission port 41 may be covered with a transparent dustproof cover.

表示器1は、表示光PLを出射する。本実施例では、表示器1は、後述するように、計算機生成ホログラムを構成する干渉縞を含む表示光PLを出射する。この場合、表示光PLが搭乗者Pの網膜(スクリーン)で結像して、虚像VがウインドシールドWSの前方に見える。表示器1の詳細は、図2以降を参照して後述する。 The display device 1 emits display light PL. In this embodiment, the display device 1 emits display light PL including interference fringes forming a computer-generated hologram, as described later. In this case, the display light PL forms an image on the retina (screen) of the passenger P, and a virtual image V appears in front of the windshield WS. Details of the display device 1 will be described later with reference to FIG. 2 and subsequent figures.

反射鏡2は、例えば凹面鏡の形態であり、表示器1からの表示光PLを拡大しつつ表示光PLを反射して表示光PLをウインドシールドWSに向かうように方向付ける。すなわち、反射鏡2は、表示光PLを折り返しつつ拡大する。 The reflecting mirror 2 is, for example, in the form of a concave mirror, and magnifies the display light PL from the display device 1 while reflecting the display light PL to direct the display light PL toward the windshield WS. That is, the reflecting mirror 2 magnifies the display light PL while returning it.

制御部3は、例えば制御回路基板の形態であり、表示器1を制御する。例えば、制御部3は、搭乗者Pに各種車両情報が虚像Vを介して伝達されるように、各種車両情報に応じた表示光PLを適切なタイミングで生成する。虚像Vを介して伝達される車両情報の種類や表示器1の制御方法は任意であってよい。 The control unit 3 is, for example, in the form of a control circuit board, and controls the display 1. For example, the control unit 3 generates display light PL according to various vehicle information at appropriate timing so that various vehicle information is transmitted to the passenger P via the virtual image V. The type of vehicle information transmitted via the virtual image V and the method of controlling the display 1 may be arbitrary.

なお、図1及び図1Aに示す例では、ヘッドアップディスプレイ装置Hは、反射鏡2を有するが、反射鏡2は省略されてもよい。また、ケース4内には、他の光学系が追加的に配置されてもよい。例えば、表示光PLは、スクリーンを介してウインドシールドWSに投影されてもよい。 In addition, in the example shown in FIG. 1 and FIG. 1A, the head-up display device H has the reflecting mirror 2, but the reflecting mirror 2 may be omitted. Further, other optical systems may be additionally arranged within the case 4. For example, the display light PL may be projected onto the windshield WS via a screen.

[表示器の構成]
図2は、表示器1の構成を示す概略図である。
[Display configuration]
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the display device 1. As shown in FIG.

表示器1は、光源11と、コリメート部12と、空間位相変調器13と、ハーフミラー14と、望遠鏡光学系15と、0次光カットマスク16と、ダイクロイックミラー17と、アパーチャ18とを含む。 The display 1 includes a light source 11, a collimator 12, a spatial phase modulator 13, a half mirror 14, a telescope optical system 15, a zero-order light cut mask 16, a dichroic mirror 17, and an aperture 18. .

なお、本実施例では、光源11、コリメート部12、空間位相変調器13、ハーフミラー14、望遠鏡光学系15、及び0次光カットマスク16で構成される光学系を単色光学系19と称する。また、本実施例の表示器1は、波長が異なる光を出射する複数の光源11R、11G、11Bを備え、各光源11R、11G、11Bごとに単色光学系19R、19G、19Bが構成される。ただし、各単色光学系19R、19G、19Bの構成は、略同様であるため、以下では、いずれか1つの単色光学系19についてのみ説明する場合がある。 In this embodiment, an optical system composed of the light source 11, the collimator 12, the spatial phase modulator 13, the half mirror 14, the telescope optical system 15, and the zero-order light cut mask 16 is referred to as a monochromatic optical system 19. Furthermore, the display device 1 of this embodiment includes a plurality of light sources 11R, 11G, and 11B that emit light of different wavelengths, and monochromatic optical systems 19R, 19G, and 19B are configured for each of the light sources 11R, 11G, and 11B. . However, since the configurations of each of the monochromatic optical systems 19R, 19G, and 19B are substantially the same, only one of the monochromatic optical systems 19 may be described below.

図3は、複数の単色光学系19(19R、19G、19B)のうち、1つの単色光学系19を示す概略図である。図4は、望遠鏡光学系15の説明図である。 FIG. 3 is a schematic diagram showing one monochromatic optical system 19 among the plural monochromatic optical systems 19 (19R, 19G, 19B). FIG. 4 is an explanatory diagram of the telescope optical system 15.

光源11は、所定波長の光を出力する。例えば、光源11は、レーザ光を出射するLD(レーザダイオード)を含む。前述したように、本実施例の表示器1は、波長が異なる光を出射する複数の光源11R、11G、11Bを備える。光源11Rは、例えば、波長630nmの赤色レーザ光を出射する赤色LDを含む。また、光源11Gは、例えば、波長532nmの緑色レーザ光を出射する緑色LDを含む。また、光源11Bは、例えば、波長450nmの青色レーザ光を出射する青色LDを含む。なお、本実施例の表示器1は、波長が異なる光を出射する3つの光源11R、11G、11Bを備えるが、波長が異なる光を出射する光源11の数は、2つでもよいし、4つ以上であってもよい。また、光源11は、LDに限定されない。例えば、LED、波長フィルタ、偏光フィルタ及びピンホールを組合せれば、LDに置き換えることができる。 The light source 11 outputs light of a predetermined wavelength. For example, the light source 11 includes an LD (laser diode) that emits laser light. As described above, the display device 1 of this embodiment includes a plurality of light sources 11R, 11G, and 11B that emit light of different wavelengths. The light source 11R includes, for example, a red LD that emits a red laser beam with a wavelength of 630 nm. Further, the light source 11G includes, for example, a green LD that emits green laser light with a wavelength of 532 nm. Further, the light source 11B includes, for example, a blue LD that emits blue laser light with a wavelength of 450 nm. Note that although the display device 1 of this embodiment includes three light sources 11R, 11G, and 11B that emit light with different wavelengths, the number of light sources 11 that emit light with different wavelengths may be two or four. There may be more than one. Furthermore, the light source 11 is not limited to an LD. For example, an LD can be replaced by combining an LED, a wavelength filter, a polarizing filter, and a pinhole.

コリメート部12は、光源11の光を平行光にし、空間位相変調器13に向けて出射する。コリメート部12は、光源11の光を実質的に平面波の形態で空間位相変調器13に入射させてよい。 The collimating unit 12 converts the light from the light source 11 into parallel light and emits the parallel light toward the spatial phase modulator 13 . The collimator 12 may cause the light from the light source 11 to enter the spatial phase modulator 13 in substantially the form of a plane wave.

空間位相変調器13は、入射される光を回折し、計算機生成ホログラムに基づく干渉縞を表示する反射型の変調器(空間光変調器)である。空間位相変調器13は、上述した制御部3による制御下で動作する。空間位相変調器13は、例えば、LCOS-SLM(Liquid Crystal on Silicon-Spatial Light Modulator)が用いられる。なお、空間位相変調器13が反射させる光には、搭乗者Pに向かう車両情報の伝達用の光だけでなく、車両情報の伝達に使用されない0次光が含まれうる。 The spatial phase modulator 13 is a reflective modulator (spatial light modulator) that diffracts incident light and displays interference fringes based on a computer-generated hologram. The spatial phase modulator 13 operates under the control of the control section 3 described above. As the spatial phase modulator 13, for example, a LCOS-SLM (Liquid Crystal on Silicon-Spatial Light Modulator) is used. Note that the light reflected by the spatial phase modulator 13 may include not only light for transmitting vehicle information toward the passenger P but also zero-order light that is not used for transmitting vehicle information.

ハーフミラー14は、コリメート部12と空間位相変調器13との間に、光軸に対して所定角度の傾斜を持って配置される。つまり、ハーフミラー14は、コリメート部12が出射する光を透過させつつ、空間位相変調器13が回折した光を反射させて望遠鏡光学系15に入射する。 The half mirror 14 is arranged between the collimating section 12 and the spatial phase modulator 13 with an inclination of a predetermined angle with respect to the optical axis. In other words, the half mirror 14 transmits the light emitted by the collimating section 12 and reflects the light diffracted by the spatial phase modulator 13 to enter the telescope optical system 15 .

望遠鏡光学系15は、空間位相変調器13の回折光による実像IMを拡縮する。望遠鏡光学系15としては、ケプラー式望遠鏡光学系やガリレオ式望遠鏡光学系を用いることができる。図4に示すように、本実施例の望遠鏡光学系15は、ケプラー式望遠鏡光学系であり、正の焦点距離f1、f2を有する2枚のレンズ151、152で構成される。2枚のレンズ151、152は、各レンズ151、152の焦点距離f1、f2の和に相当する距離を介して配置される。望遠鏡光学系15の倍率(拡大率)は、空間位相変調器13側のレンズ151の焦点距離をf1、実像IM側のレンズ152の焦点距離をf2としたとき、下記の式で表すことができる。 The telescope optical system 15 enlarges or contracts the real image IM formed by the diffracted light of the spatial phase modulator 13. As the telescope optical system 15, a Keplerian telescope optical system or a Galilean telescope optical system can be used. As shown in FIG. 4, the telescope optical system 15 of this embodiment is a Keplerian telescope optical system, and is composed of two lenses 151 and 152 having positive focal lengths f1 and f2. The two lenses 151 and 152 are arranged with a distance corresponding to the sum of the focal lengths f1 and f2 of each lens 151 and 152. The magnification (magnification rate) of the telescope optical system 15 can be expressed by the following formula, where f1 is the focal length of the lens 151 on the spatial phase modulator 13 side, and f2 is the focal length of the lens 152 on the real image IM side. .

倍率=f2/f1
また、ケプラー式望遠鏡光学系では、空間位相変調器13からレンズ151までの距離aと、各レンズ151、152の焦点距離f1、f2とが決まれば、レンズ152から実像IMまでの距離bが一意に決まる。距離bを大きくする場合は、焦点距離f1、f2を大きくし、かつ距離aを小さくする必要がある。
Magnification = f2/f1
In addition, in the Keplerian telescope optical system, once the distance a from the spatial phase modulator 13 to the lens 151 and the focal lengths f1 and f2 of each lens 151 and 152 are determined, the distance b from the lens 152 to the real image IM is unique. It is decided. When increasing the distance b, it is necessary to increase the focal lengths f1 and f2 and to decrease the distance a.

本実施例の表示器1では、望遠鏡光学系15を用いて、生成する実像IMのサイズを波長ごとに調整し、画角及び画素サイズを合わせる。これにより、解像度を変えることなく、波長の違いによる画像のずれを抑制することが可能になる。以下に具体例を示す。 In the display device 1 of this embodiment, the size of the real image IM to be generated is adjusted for each wavelength using the telescope optical system 15, and the angle of view and pixel size are adjusted. This makes it possible to suppress image shifts due to differences in wavelength without changing resolution. A specific example is shown below.

実像IMでも画像生成は空間位相変調器13と同様であり、画角は、空間位相変調器13と同様の式(段落[0004]の[数1]参照)で表される。また、空間位相変調器13のサイズに対する実像IMのサイズの倍率は、前述のように、レンズ151、152の焦点距離f1、f2の比で決まる。所望の画角(例えばFOV12deg)に合わせて波長ごとに必要な実像画素ピッチを算出すると、下記のようになる。 Image generation in the real image IM is similar to that of the spatial phase modulator 13, and the angle of view is expressed by the same formula as in the spatial phase modulator 13 (see [Equation 1] in paragraph [0004]). Furthermore, the magnification of the size of the real image IM with respect to the size of the spatial phase modulator 13 is determined by the ratio of the focal lengths f1 and f2 of the lenses 151 and 152, as described above. The required real image pixel pitch for each wavelength is calculated as follows according to the desired angle of view (FOV 12 degrees, for example).

波長450nm(青色)でFOV12degを得るには、実像画素ピッチとして約2.1um(μm)が必要となる。また、波長532nm(緑色)でFOV12degを得るには、実像画素ピッチとして約2.5umが必要となる。また、波長630nm(赤色)でFOV12degを得るには、実像画素ピッチとして約3.0umが必要となる。ここで、下記のように各望遠鏡光学系15の倍率を設定することで、画素ピッチが同じ空間位相変調器13を用いた場合においても各波長の画角を合わせることができる。 To obtain an FOV of 12 degrees at a wavelength of 450 nm (blue), a real image pixel pitch of approximately 2.1 um (μm) is required. Furthermore, in order to obtain an FOV of 12 degrees at a wavelength of 532 nm (green), a real image pixel pitch of approximately 2.5 um is required. Furthermore, in order to obtain an FOV of 12 degrees at a wavelength of 630 nm (red), a real image pixel pitch of approximately 3.0 um is required. Here, by setting the magnification of each telescope optical system 15 as described below, the angle of view of each wavelength can be matched even when spatial phase modulators 13 having the same pixel pitch are used.

例えば、ある波長を基準に、他の波長の光が入射する望遠鏡光学系15の倍率を設定することで、全ての波長の画角を合わせる。最も解像度を高めることに寄与できる形態としては、最も長い波長を基準に、他の波長の光が入射する望遠鏡光学系15の倍率を小さく設定することである。具体例として示すと、使用する空間位相変調器13の画素ピッチが3.0umのとき、最も波長の長い波長630nm(赤色)を基準として、以下のように各波長の光が入射する各望遠鏡光学系15を定めることで、波長450nm(青色)、波長532nm(緑色)、波長630nm(赤色)のいずれにおいても同じFOV12degを得ることができる。 For example, by setting the magnification of the telescope optical system 15 on which light of other wavelengths enters, based on a certain wavelength, the angle of view of all wavelengths is matched. The mode that can contribute to increasing the resolution the most is to set the magnification of the telescope optical system 15 to which light of other wavelengths enters to be small, based on the longest wavelength. As a specific example, when the pixel pitch of the spatial phase modulator 13 used is 3.0 um, each telescope optical system where light of each wavelength enters is set as follows, with the longest wavelength of 630 nm (red) as a reference. By determining the system 15, the same FOV of 12 degrees can be obtained at any of the wavelengths of 450 nm (blue), 532 nm (green), and 630 nm (red).

波長630nm(基準となる波長:赤色)の倍率 = 1.0倍
波長532nm(緑色)の倍率 = 波長532nm/基準となる波長630nm ≒ 0.84倍
波長450nm(青色)の倍率 = 波長450nm/基準となる波長630nm ≒ 0.71倍
0次光カットマスク16は、空間位相変調器13の出射光に含まれる0次光を遮断し、0次光が実像IMに到達することを阻止する。本実施例の表示器1では、望遠鏡光学系15をケプラー式望遠鏡光学系とし、ケプラー式望遠鏡光学系の焦点位置又はその近傍に0次光カットマスク16を配置する。つまり、ケプラー式望遠鏡光学系では、焦点位置に中間像が生じるため、0次光への対応が容易であり、0次光を効率よく除去することができる。0次光カットマスク16の具体例は、例えば、0次光を遮断可能な遮光性(あるいは吸光性)の黒点を有する透明なスライドである。0次光カットマスク16及び黒点の位置やサイズは、0次光が良好に遮断されるように、経験的に調節することができる。
Magnification of wavelength 630 nm (reference wavelength: red) = 1.0 times Magnification of wavelength 532 nm (green) = wavelength 532 nm/reference wavelength 630 nm ≒ 0.84 times Magnification of wavelength 450 nm (blue) = wavelength 450 nm/reference Wavelength: 630 nm ≈ 0.71 times The zero-order light cut mask 16 blocks the zero-order light included in the light emitted from the spatial phase modulator 13 and prevents the zero-order light from reaching the real image IM. In the display device 1 of this embodiment, the telescope optical system 15 is a Keplerian telescope optical system, and a zero-order light cutting mask 16 is arranged at or near the focal position of the Keplerian telescope optical system. That is, in the Keplerian telescope optical system, since an intermediate image is generated at the focal position, it is easy to deal with zero-order light, and the zero-order light can be efficiently removed. A specific example of the zero-order light cut mask 16 is, for example, a transparent slide having a light-shielding (or light-absorbing) black dot that can block zero-order light. The positions and sizes of the zero-order light cut mask 16 and the sunspots can be adjusted empirically so that the zero-order light is effectively blocked.

図2に示すように、ダイクロイックミラー17は、透過光の波長及び反射光の波長が異なる複数のミラーを組合せて構成され、各単色光学系19R、19G、19Bの望遠鏡光学系15を通過した光(実像IM_R、IM_G、IM_B)を合波する。言い換えると、ダイクロイックミラー17は、ダイクロイックミラー17の前段で結像された各色の実像IM_R、IM_G、IM_Bを合成し、ダイクロイックミラー17の後段に配置されるアパーチャ18を介して再構成画像Gとして表示させる。 As shown in FIG. 2, the dichroic mirror 17 is configured by combining a plurality of mirrors with different wavelengths of transmitted light and reflected light, and the dichroic mirror 17 is configured by combining a plurality of mirrors with different wavelengths of transmitted light and reflected light. (Real images IM_R, IM_G, IM_B) are multiplexed. In other words, the dichroic mirror 17 synthesizes the real images IM_R, IM_G, and IM_B of each color formed before the dichroic mirror 17, and displays the synthesized image as a reconstructed image G through the aperture 18 arranged after the dichroic mirror 17. let

アパーチャ18は、迷光(画像表示に不要な光)を遮断するマスクであり、画像表示に必要な光のみを通すための開口181を有する。本実施例のアパーチャ18は、ダイクロイックミラー17の後段に配置される。つまり、ダイクロイックミラー17の後段にアパーチャ18を配置する場合、単色光学系19の数に応じて複数のアパーチャ18が必要となるが、ダイクロイックミラー17の後段に配置する場合は、アパーチャ18を1つにできる。また、実像IMとアパーチャ18との間には、所定以上の距離が必要となるが、実像IMとアパーチャ18との間にダイクロイックミラー17が介在することで、必要な距離の確保が容易になる。 The aperture 18 is a mask that blocks stray light (light unnecessary for image display), and has an opening 181 that allows only the light necessary for image display to pass through. The aperture 18 in this embodiment is arranged after the dichroic mirror 17. In other words, when placing the aperture 18 after the dichroic mirror 17, a plurality of apertures 18 are required depending on the number of monochromatic optical systems 19, but when placing the aperture 18 after the dichroic mirror 17, only one aperture 18 is required. Can be done. Further, a distance greater than a predetermined distance is required between the real image IM and the aperture 18, but by interposing the dichroic mirror 17 between the real image IM and the aperture 18, it becomes easier to secure the required distance. .

[第2実施例]
つぎに、本発明の第2実施例について、図5を参照して説明する。ただし、第1実施例と共通の構成については、第1実施例と同じ符号を用いることで、第1実施例の説明を援用する。
[Second example]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. However, for configurations common to the first embodiment, the same reference numerals as in the first embodiment are used, and the explanation of the first embodiment is used.

図5は、第2実施例の表示器1Bの構成を示す概略図である。 FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the display device 1B of the second embodiment.

第1実施例の表示器1は、プロジェクション方式の表示装置に適した構成を有するのに対し、第2実施例の表示器1Bは、直視方式の表示装置に適した構成を有する。例えば、第2実施例の表示器1Bは、直視方式のヘッドアップディスプレイ装置に好適に用いることができる。 The display device 1 of the first embodiment has a configuration suitable for a projection type display device, whereas the display device 1B of the second example has a configuration suitable for a direct view type display device. For example, the display device 1B of the second embodiment can be suitably used in a direct-view type head-up display device.

直視方式では、搭乗者Pの目と実像IM(IM_R+IM_G+IM_B)との距離が近いほどアイボックスが広くなるので、視認性において有利である。第2実施例の表示器1Bでは、図5に示すように、各色の実像IM_R、IM_G、IM_Bをダイクロイックミラー17よりも後段の同一面に結像させる。この結像位置は、搭乗者Pの目の近くであり、搭乗者Pは、実像IM越しにハーフミラーHMを介して再構成画像Gを良好に視認することができる。 In the direct viewing method, the closer the distance between the eyes of the passenger P and the real image IM (IM_R+IM_G+IM_B), the wider the eye box becomes, which is advantageous in terms of visibility. In the display device 1B of the second embodiment, as shown in FIG. 5, real images IM_R, IM_G, and IM_B of each color are formed on the same surface after the dichroic mirror 17. This imaging position is near the eyes of the passenger P, and the passenger P can clearly see the reconstructed image G through the half mirror HM over the real image IM.

また、第2実施例の表示器1Bにおいても、迷光を遮断するアパーチャ18Bが設けられる。第2実施例のアパーチャ18Bは、3つの単色光学系19R、19G、19Bの望遠鏡光学系15とダイクロイックミラー17との間にそれぞれ設けられる。第2実施例で必要となるアパーチャ18Bの数は3つとなるが、実像IMとアパーチャ18Bとの間にダイクロイックミラー17を介在させることで、実像IMとアパーチャ18Bとの間に所定以上の距離を確保できる。 Furthermore, the display device 1B of the second embodiment is also provided with an aperture 18B that blocks stray light. The aperture 18B of the second embodiment is provided between the telescope optical system 15 and the dichroic mirror 17 of the three monochromatic optical systems 19R, 19G, and 19B. The number of apertures 18B required in the second embodiment is three, but by interposing the dichroic mirror 17 between the real image IM and the aperture 18B, a distance greater than a predetermined distance can be maintained between the real image IM and the aperture 18B. Can be secured.

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。 Although each embodiment has been described in detail above, it is not limited to a specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims. It is also possible to combine all or a plurality of the components of the embodiments described above.

例えば、第1実施例及び第2実施例では、本発明の表示装置をヘッドアップディスプレイとして記載した。しかしながら、第1実施例に示したプロジェクション方式の表示装置は、視認者の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイや、路面に画像を投影するロードプロジェクタに適用してもよい。また、第2実施例に示した直視方式の表示装置は、ヘッドマウントディスプレイに適用してもよい。 For example, in the first embodiment and the second embodiment, the display device of the present invention was described as a head-up display. However, the projection-type display device shown in the first embodiment may be applied to a head-mounted display worn on the head of a viewer or a road projector that projects an image onto a road surface. Further, the direct-view type display device shown in the second embodiment may be applied to a head-mounted display.

H ヘッドアップディスプレイ装置
1、1B 表示器
2 反射鏡
3 制御部
4 ケース
41 出射口
11(11R、11G、11B) 光源
12 コリメート部
13 空間位相変調器
14 ハーフミラー
15 望遠鏡光学系
151、152 レンズ
16 0次光カットマスク
17 ダイクロイックミラー
18、18B アパーチャ
181 開口
19(19R、19G、19B) 単色光学系
IM(IM_R、IM_G、IM_B) 実像
G 再構成画像
H Head-up display device 1, 1B Display unit 2 Reflector 3 Control unit 4 Case 41 Output port 11 (11R, 11G, 11B) Light source 12 Collimator unit 13 Spatial phase modulator 14 Half mirror 15 Telescope optical system 151, 152 Lens 16 0th order light cut mask 17 Dichroic mirror 18, 18B Aperture 181 Opening 19 (19R, 19G, 19B) Monochromatic optical system IM (IM_R, IM_G, IM_B) Real image G Reconstructed image

Claims (5)

第1波長の光を出力する第1光源(11R)と、
前記第1波長の光を回折し、計算機生成ホログラムに基づく干渉縞含む画像を表示する第1空間位相変調器(13)と、
前記第1空間位相変調器(13)の回折光による第1実像(IM_R)を拡縮する第1望遠鏡光学系(15)と、
前記第1波長よりも短い第2波長の光を出力する第2光源(11G)と、
前記第2波長の光を回折し、計算機生成ホログラムに基づく干渉縞含む画像を表示する第2空間位相変調器(13)と、
前記第2空間位相変調器(13)の回折光による第2実像(IM_G)を拡縮する第2望遠鏡光学系(15)と、
前記第1望遠鏡光学系(15)及び前記第2望遠鏡光学系(15)を通過した光を合波する合波部(17)と、を備え、
前記第2望遠鏡光学系(15)の前記第2実像(IM_G)の拡大率は、前記第1望遠鏡光学系(15)の前記第1実像(IM_R)の拡大率よりも小さく設定した、表示装置。
a first light source (11R) that outputs light of a first wavelength;
a first spatial phase modulator (13) that diffracts the light of the first wavelength and displays an image including interference fringes based on a computer-generated hologram;
a first telescope optical system (15) that expands and contracts a first real image (IM_R) formed by the diffracted light of the first spatial phase modulator (13);
a second light source (11G) that outputs light with a second wavelength shorter than the first wavelength;
a second spatial phase modulator (13) that diffracts the light of the second wavelength and displays an image including interference fringes based on a computer-generated hologram;
a second telescope optical system (15) that expands and contracts a second real image (IM_G) formed by the diffracted light of the second spatial phase modulator (13);
a combining unit (17) that combines the light that has passed through the first telescope optical system (15) and the second telescope optical system (15),
A display device, wherein the magnification rate of the second real image (IM_G) of the second telescope optical system (15) is set smaller than the magnification rate of the first real image (IM_R) of the first telescope optical system (15). .
前記第1望遠鏡光学系(15)の前記第1実像(IM_R)の拡大率を1に設定した、請求項1に記載の表示装置。 The display device according to claim 1, wherein the magnification factor of the first real image (IM_R) of the first telescope optical system (15) is set to 1. 前記第1望遠鏡光学系(15)及び前記第2望遠鏡光学系(15)は、ケプラー式望遠鏡光学系であり、
前記ケプラー式望遠鏡光学系の焦点位置に、0次光を遮断する0次光カットマスク(16)を備えた、請求項1に記載の表示装置。
The first telescope optical system (15) and the second telescope optical system (15) are Keplerian telescope optical systems,
The display device according to claim 1, further comprising a zero-order light cut mask (16) that blocks zero-order light at a focal position of the Keplerian telescope optical system.
前記第1実像(IM_R)及び前記第2実像(IM_G)は、前記合波部(17)よりも前段に結像し、
前記合波部(17)の後段に、迷光を遮断するアパーチャ(18)を備えた、請求項1~3のいずれか1項に記載の表示装置。
The first real image (IM_R) and the second real image (IM_G) are formed before the combining section (17),
The display device according to any one of claims 1 to 3, further comprising an aperture (18) for blocking stray light at a stage subsequent to the multiplexing section (17).
前記第1実像(IM_R)及び前記第2実像(IM_G)は、前記合波部(17)よりも後段の同一面に結像し、
前記第1望遠鏡光学系(15)の出射面と前記合波部(17)との間、及び、前記第2望遠鏡光学系(15)の出射面と前記合波部(17)との間に、迷光を遮断するアパーチャ(18)を備えた、請求項1~3のいずれか1項に記載の表示装置。
The first real image (IM_R) and the second real image (IM_G) are imaged on the same plane at a stage subsequent to the combining section (17),
between the output surface of the first telescope optical system (15) and the multiplexing section (17), and between the output surface of the second telescope optical system (15) and the multiplexing section (17). A display device according to any one of claims 1 to 3, comprising an aperture (18) for blocking stray light.
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