JP3438732B2 - 光学装置および表示装置 - Google Patents
光学装置および表示装置Info
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Description
いた表示装置に関する。
601からの光606を光学系602で表示素子603
に導き、再生された実像を観測者605が観測するもの
であった。
表示素子603上に再生された実像を左右の眼に導き、
両眼視差のみによって立体感を得るものであった。
置には、実像を再生するために表示装置から観測者まで
の距離が遠く、表示体を大きくしなければならないとい
う問題があった。またこのため光学装置全体も大きくし
なければならないという問題もあった。
調節を伴わない立体再生を行うため立体感が不自然であ
り、長時間使用すると著しく眼が疲労するという問題が
あった。
のであって、その目的は、簡便な手段により高性能な光
学装置と表示装置を提供するところにある。
は、回折像から光波面を再現する手段として、コヒーレ
ント光源と、前記コヒーレント光を平行光とするコリメ
ート光学系と、前記平行光の光波面を制御する位相変調
型空間光変調器とを備え、前記位相変調型空間光変調器
を、前記平行光がほぼ垂直に入射するように配置し、か
つ眼球の角膜と水晶体の前側焦点位置の近傍またはそれ
より前記角膜に近い側に配置することを特徴とする。
波面を再現する手段として、コヒーレント光源と、前記
コヒーレント光を平行光とするコリメート光学系と、前
記平行光の光波面を制御する位相変調型空間光変調器と
を備え、前記位相変調型空間光変調器を、前記平行光が
ほぼ垂直に入射するように配置し、前記位相変調型空間
光変調器の共役像を、眼球の角膜と水晶体の前側焦点位
置の近傍またはそれより前記角膜に近い側に結像させる
ことを特徴とする。
波面を再現する手段として、コヒーレント光源と、前記
コヒーレント光を平行光とするコリメート光学系と、前
記平行光の光波面を制御する振幅位相変調型空間光変調
器とを備え、前記振幅位相変調型空間光変調器を、前記
平行光がほぼ垂直に入射するように配置し、かつ眼球の
角膜と水晶体の前側焦点位置の近傍またはそれより前記
角膜に近い側に配置することを特徴とする。
波面を再現する手段として、コヒーレント光源と、前記
コヒーレント光を平行光とするコリメート光学系と、前
記平行光の光波面を制御する振幅位相変調型空間光変調
器とを備え、前記振幅位相変調型空間光変調器を、前記
平行光がほぼ垂直に入射するように配置し、前記振幅位
相変調型空間光変調器の共役像を、眼球の角膜と水晶体
の前側焦点位置の近傍またはそれより前記角膜に近い側
に結像させることを特徴とする。
は3の光学装置において、前記回折像から光波面を再現
する手段として、アフォーカル光学系を用いることを特
徴とする。
5までの光学装置において、前記回折像はフラウンホウ
ファー回折像であることを特徴とする。
6までの光学装置において、前記空間変調器は液晶空間
光変調器であることを特徴とする。
第1から7までの光学装置を用いたことを特徴とする。
また、本発明の第2の表示装置は、眼球の方向を検出す
る手段と、眼球の網膜に結像させるための光学系のフー
リエ変換レンズからのずれを補正する手段とを備えたこ
とを特徴とする。
ーザ光源101から出射されたコヒーレント光110は
コリメートレンズ102により平行光になる。この平行
光を駆動装置104の信号により液晶空間光変調器10
3で波面制御し、観測者の角膜105および水晶体10
6で光学変換すると、網膜107上に再生像が得られ
る。
て説明する。この液晶空間光変調器は振幅位相変調型で
ある。図2に構成を示す。位相変調用のECB(電界制
御複屈折)パネル203と振幅変調用TN(ツイステッ
ド・ネマティク)パネル206を焦点距離の等しいマイ
クロレンズアレー204、205によるアフォーカル系
で接続した。図中のfはマイクロレンズアレーの焦点距
離である。ECBパネルの各画素の共役像がTNパネル
の画素上に結像するように配置してある。入射側の偏光
板202はECBパネルのダイレクターの向きにあわせ
てある。またTNパネルの入射側のダイレクターの向き
はECBパネルのダイレクターの向きにあわせてある。
偏光板207の向きはTNパネルのコントラスト比が最
大となる方向にあわせた。これにより光の振幅と位相が
独立に変調できる。TNパネルとECBパネルはともに
アクティブマトリックス駆動方式で、画素ピッチは10
μm×10μmである。
よりフラウンホウファー回折像のデータを記録する。こ
の駆動装置は液晶空間光変調器の駆動回路と、フラウン
ホウファー回折像のデータを記録するメモリーと、制御
回路からなる。再生したい像の眼球による光学変換像
(フラウンホウファー回折像)をあらかじめ計算してお
き、その振幅と位相データを駆動装置のメモリーに記録
する。このデータを次々に読み出して、制御回路により
液晶空間光変調器の制御信号を作成し、駆動回路を通し
て液晶空間光変調器に実時間で変化するフラウンホウフ
ァー回折像を発生させる。
ント光を照射すると、振幅と位相が変調されて網膜上に
再生像が得られる。この再生像は実時間で変化させるこ
とができる。また3次元物体からの光波面を完全に再現
できるので、立体像を容易に再生することができる。
面を完全に制御しているので、0次光や−1次光も発生
しない。このため、網膜に0次光などが焼き付くおそれ
もない。
離は約17mmである。従って、眼球の主点の前方17
mm付近に液晶空間光変調器を配置すれば、フーリエ変
換像に近い光学変換像が網膜上に得られる。本実施例で
はフラウンホウファー回折像のデータ作成において計算
が容易なフーリエ変換を用いたため、フーリエ変換から
のずれを補正光学系109で補正した。またこの補正光
学系は必要に応じて近視や乱視等の補正も行う。
かいほど大きな再生像が得られる。本実施例では10μ
m×10μmであり、網膜上で約1.3mmの再生像が
得られた。虹彩108の開口(瞳孔)は高々直径8mm
程度であるので液晶空間光変調器103の大きさも8m
m角程度でよい。これに応じてコリメートレンズ102
も直径1cm程度となり、装置全体が非常に小型・軽量
となる。 (実施例2)図3に本発明の光学装置の別の構成を示
す。本実施例では液晶空間光変調器に表示した回折像を
アフォーカル系を用いて縮小してから眼球に入射した。
図中、Fはフーリエ変換レンズ301の焦点距離、fは
302の焦点距離を示す。
変換レンズ301を置く。そこから(F+f)の位置に
フーリエ変換レンズ302を置く。するとフーリエ変換
レンズ302からfの位置に液晶空間光変調器の共役像
303が得られる。
上下左右と大きさが違うだけで、振幅と位相の分布は全
く同じである。この共役像を眼球の主点の前方17mm
付近に配置すれば再生像が網膜上に得られる。
離の比で決まる。本実施例では5分の1である。本実施
例に用いた液晶空間光変調器は画素ピッチが40μm、
大きさが5cm角である。従って共役像の大きさは1c
m角、画素ピッチは8μmである。
ることにより、画素ピッチの粗い液晶空間光変調器も使
用することができる。また目の前に液晶空間光変調器を
置かなくてよいので、装置の応用範囲が広がる。 (実施例3)図4に本発明の表示装置の構成を示す。本
発明の光学装置を左右の眼前に配置した。本発明は両眼
視差と水晶体調節により自然な立体感を実現した。
変換像を記録した。これはほぼ、フーリエ変換像にレン
ズ関数を重ねたものと考えることができる。
が、奥行きに従って右眼と左眼でずれるようにしてあ
る。すなわち両眼視差によってまず立体感が得られる。
て、それぞれに重ねるレンズ関数の焦点距離を変えた。
これにより、水晶体の厚み調節を伴った極めて自然な立
体感が得られた。
からのずれを液晶空間光変調器に記録するデータによっ
て補正した。
めメモリ401に記憶しておく。
って反射され、光位置センサ403に入射する。この戻
り光の位置から眼球の動きを検出し、それに対応する補
正データをメモリ401から呼び出す。この補正データ
を元のフレネル変換像に重ね合わせて液晶空間光変調器
に記録した。これにより視線の方向に関係なく常に鮮明
な再生像が得られた。 (実施例4)図5に本発明の表示装置の別の構成を示
す。本実施例では第2の実施例の光学装置を利用した。
液晶空間光変調器503とレンズ301、302でアフ
ォーカル系を構成した。途中、プリズム504、505
で光路を折り曲げた。本実施例では位相変調型の液晶空
間光変調器を用いてキノフォームを記録した。キノフォ
ームとは原画像にランダムな位相を乗せてフーリエ変換
し、位相成分だけを取り出したものである(詳細につい
てはAppl.Opt.12(1973)2328を参
照)。ただし、本実施例では再生像の奥行きに応じたレ
ンズ関数がキノフォームに重ね合わせてある。
02で導き、コリメートレンズ102でコリメートして
用いた。
緑)のレーザを時間的(15ミリ秒毎)に切り替えて用
いた。これを液晶空間光変調器に記録するデータと同期
させることによって、カラーの3次元動画再生をおこな
った。
マティック液晶を組み合わせて応答速度を速くしたが、
強誘電性液晶などを用いてもよい。
た。
が、本発明はこのほかにも、広くヘッドアップディスプ
レイ、医療装置などに応用が可能である。
び水晶体を光学系の一部として用いるために部品点数が
大幅に削減できる。また空間光変調器の大きさが瞳孔の
大きさ程度でよい為、装置全体が非常に小型・軽量とな
る。しかも空間光変調器を大型化しなくてよいため高精
細な空間光変調器を実現しやすいという効果も生まれ
る。さらにフラウンホウファー回折像を用いるので立体
像再生が極めて容易である。
ネル変換像に重ねるレンズ関数の焦点距離を変えること
により、水晶体の厚み調節を伴った極めて自然な立体感
が得られる。
成を示す側面図である。
る。
る。
Claims (9)
- 【請求項1】 回折像から光波面を再現する手段とし
て、コヒーレント光源と、前記コヒーレント光を平行光
とするコリメート光学系と、前記平行光の光波面を制御
する位相変調型空間光変調器とを備え、 前記位相変調型空間光変調器を、前記平行光がほぼ垂直
に入射するように配置し、かつ眼球の角膜と水晶体の前
側焦点位置の近傍またはそれより前記角膜に近い側に配
置することを特徴とする光学装置。 - 【請求項2】 回折像から光波面を再現する手段とし
て、コヒーレント光源と、前記コヒーレント光を平行光
とするコリメート光学系と、前記平行光の光波面を制御
する位相変調型空間光変調器とを備え、 前記位相変調型空間光変調器を、前記平行光がほぼ垂直
に入射するように配置し、 前記位相変調型空間光変調器の共役像を、眼球の角膜と
水晶体の前側焦点位置の近傍またはそれより前記角膜に
近い側に結像させることを特徴とする光学装置。 - 【請求項3】 回折像から光波面を再現する手段とし
て、コヒーレント光源と、前記コヒーレント光を平行光
とするコリメート光学系と、前記平行光の光波面を制御
する振幅位相変調型空間光変調器とを備え、 前記振幅位相変調型空間光変調器を、前記平行光がほぼ
垂直に入射するように配置し、かつ眼球の角膜と水晶体
の前側焦点位置の近傍またはそれより前記角膜に近い側
に配置することを特徴とする光学装置。 - 【請求項4】 回折像から光波面を再現する手段とし
て、コヒーレント光源と、前記コヒーレント光を平行光
とするコリメート光学系と、前記平行光の光波面を制御
する振幅位相変調型空間光変調器とを備え、 前記振幅位相変調型空間光変調器を、前記平行光がほぼ
垂直に入射するように配置し、 前記振幅位相変調型空間光変調器の共役像を、眼球の角
膜と水晶体の前側焦点位置の近傍またはそれより前記角
膜に近い側に結像させることを特徴とする光学装置。 - 【請求項5】 前記回折像から光波面を再現する手段と
して、アフォーカル光学系を用いることを特徴とする請
求項2または4記載の光学装置。 - 【請求項6】 前記回折像はフラウンホウファー回折像
であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記
載の光学装置。 - 【請求項7】 前記空間変調器は液晶空間光変調器であ
ることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の
光学装置。 - 【請求項8】 請求項1乃至7のいずれかに記載の光学
装置を用いたことを特徴とする表示装置。 - 【請求項9】 眼球の方向を検出する手段と、眼球の網
膜に結像させるための光学系のフーリエ変換レンズから
のずれを補正する手段とを備えたことを特徴とする請求
項8記載の表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002098872A JP3438732B2 (ja) | 1991-07-19 | 2002-04-01 | 光学装置および表示装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17926491 | 1991-07-19 | ||
JP3-179264 | 1991-07-19 | ||
JP2002098872A JP3438732B2 (ja) | 1991-07-19 | 2002-04-01 | 光学装置および表示装置 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4184972A Division JPH05210069A (ja) | 1991-07-19 | 1992-07-13 | 光学装置および表示装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2002372683A JP2002372683A (ja) | 2002-12-26 |
JP3438732B2 true JP3438732B2 (ja) | 2003-08-18 |
Family
ID=26499177
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2002098872A Expired - Lifetime JP3438732B2 (ja) | 1991-07-19 | 2002-04-01 | 光学装置および表示装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3438732B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4664620B2 (ja) * | 2003-05-27 | 2011-04-06 | 日本放送協会 | アフォーカル立体光学装置 |
DE102006059400B4 (de) * | 2006-12-12 | 2019-12-24 | Seereal Technologies S.A. | Display-Einrichtung zur Erzeugung von Rekonstruktionen dreidimensionaler Darstellungen |
JP5143772B2 (ja) * | 2008-03-28 | 2013-02-13 | パナソニック株式会社 | 画像表示装置および画像表示方法 |
CN107315249B (zh) * | 2013-11-27 | 2021-08-17 | 奇跃公司 | 虚拟和增强现实系统与方法 |
-
2002
- 2002-04-01 JP JP2002098872A patent/JP3438732B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002372683A (ja) | 2002-12-26 |
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