JP3632392B2 - Retina display device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は網膜ディスプレイ装置に係り、特にレーザダイオードを用いた小型軽量の網膜ディスプレイ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
網膜ディスプレイ装置は、従来から種々のものが提案されているが、外界を遮ることなく映像を見ることができる(シースルー機能を有する)ものとしては、ヘッドアップディスプレイとヘッドマウンテッドディスプレイがある。この種の装置は、いままで小型化が推し進められてきたが、まだ充分なものは得られていない。小型化の障害となっているのは、一つは表示素子部分である。外界を見ながら、同時に映像を見るという要求に応えるためには、映像を映し出す表示素子に高い輝度を与える必要がある。そのため表示素子の小型化は、なかなか困難であった。
【0003】
このような中、レーザダイオードを用いて、小型かつ低消費電力の表示装置が提案されている。例えば、特開昭62−5288号公報には、小型化を図って装着性を高めた表示装置が開示されている。この装置は、リップマンホログラムを参照光ビームで走査することによって、所望の映像を再生するように構成されている。したがって、大口径の光学レンズやブラウン管など、大きなスペースを必要としない点で有利である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記表示装置の場合、ホログラムを作製するときに物体光が感光材料に到達するエネルギーが小さいので、回折効率の大きいホログラムを得ることができない。そのため、再生時に使用するレーザは、高出力のものを必要とするという問題があった。
【0005】
したがって本発明の目的は、低出力のレーザダイオードを用いた小型軽量の網膜ディスプレイ装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、画像情報光を発生するレーザダイオードと、前記画像情報光を平行光ビームに変換するコリメータと、前記コリメータからの平行光ビームの画像情報光を2次元走査するマイクロミラーデバイスと、前記マイクロミラーデバイスからの2次元画像情報光が照射されるホログラムと、前記ホログラムが形成されたレンズとを有する網膜ディスプレイ装置により、達成される。
【0007】
ここで用いるレーザダイオードは、低出力のもので十分である。また、レンズ上に形成されるホログラムは、レーザダイオードから出射されるコヒーレント光をインコヒーレント光に変換する機能を有する。
【0008】
このホログラムの作製方法は、レーザからの光を2つの光ビームに分割し、分割した一方の光ビームを参照光として第1の絞りを介してメガネレンズ上に形成されたフォトポリマーに照射し、分割した他方の光ビームを物体光として第2の絞り及び拡散板を介して、前述のフォトポリマーに照射することにより行う。ここでレーザとしては、He−Neレーザを用いる。
【0009】
このようにして本発明では、回折効率の比較的大きなホログラムを作製でき、これを本装置に用いることによって、再生時に使用するレーザダイオードを低出力のものにしている。低出力のレーザダイオードを使用する利点は、低消費電力のほか、人の目に対する安全性向上も上げられる。この種のホログラムを用いることにより、低出力のレーザダイオードからの画像情報光をマイクロミラーデバイスによって走査できる。このレーザダイオードおよびマイクロミラーデバイスは超小型であり、装置全体を小型軽量に作製することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明に係る網膜ディスプレイ装置の一実施例を示す図である。図示のように、メガネレンズ5の凹表面には、ホログラム4が形成されている。メガネレンズ5を支える破線で表示した枠30には、レーザダイオード(LD)1と、コリメータ2と、マイクロミラーデバイス3が配置される。本装置を装着すると、メガネレンズ5の凹面近傍に人の目が位置するようになる。図では、瞳孔7と水晶体8と網膜9を有する眼球6が示されている。
【0011】
LD1には、図示しないLD駆動装置が接続されており、LD1から出射された画像情報を持つ光(画像情報光)はコリメータ2を通して、平行ビームの画像情報光となる。この画像情報光はマイクロミラーデバイス3を通して、2次元に走査され、2次元の画像情報光となる。ここで用いられるマイクロミラーデバイス3は超小型ミラーであり、1枚ミラーで1方向の可動ミラーのものと、1枚ミラーで2方向の可動ミラーのものがあり、シリコン(Si)の微細加工技術などにより作製される。ここで、1方向可動ミラーの場合は、2個の素子を用いてレーザ光を2次元走査させる。2方向の可動ミラーの場合、1個の素子を用いて、レーザ光を2次元走査させる。このようにして、マイクロミラーデバイス3は、画像情報光を2次元走査する。また、レーザ光をビームエキスパンダで広げたのち、コリメートして、DLP(TI社製)に照射して2次元画像情報光にしてもよい。
【0012】
この2次元走査された画像情報光は、メガネレンズ5に形成されたホログラム4に照射される。このホログラム4は、コヒーレント光であるレーザ光を回折後にインコヒーレント光に変換するものである。ホログラム4で回折された2次元画像情報光は、インコヒーレント光となって眼球6に入り、眼の瞳孔7に焦点を結び、水晶体8を通過後、網膜9上に結像する。これにより観察者は、2次元の画像を認識することができる。
【0013】
図2は、本発明に係る網膜ディスプレイ装置の他の実施例を示す図である。本実施例では、ホログラム4がメガネレンズ5の凸面に形成される。 LD1から出射された画像情報を持つ光が2次元の画像情報光となる過程は、図1の実施例と同じである。但し、この2次元画像情報光は、今度は、メガネレンズ5の端面から入射し、ホログラム4で回折される。従ってマイクロミラーデバイス3は、図のように、枠30の角部近くに配置する。
【0014】
図1及び図2では、2つのメガネレンズの一方のレンズ5に対応するものだけを示しているが、実際には図示しない他方のレンズ上にも同様にホログラムが形成されており、また同様にLD、コリメータ及びマイクロミラーデバイスが他方の枠に配置されている。なお、光源としては、LDの他に発光ダイオード(LED)やエレクトロルミネッセンス(EL)素子を用いることができる。
【0015】
図3は、ここで用いるホログラム4の作製方法を示すものである。図のように、レーザ10からは可視光、たとえば波長632.8nmのHe−Neレーザが出射される。このレーザ光は、ビームスプリッタ11で2つの光ビームに分割される。分割した一方の光ビーム12は参照光として、ミラー13で折り曲げられた後、スペイシャルフィルター14で拡散光に変換され、メガネレンズ15上に形成されたフォトポリマー16に照射される。分割した他方の光ビーム17は物体光として、ミラー18で折り曲げられ、スペイシャルフィルタ19で拡散光に変換され、コリメートレンズ20を介して平行光ビームに変換される。この平行光ビームは、絞り21を通過し、レンズ22で収束光に変換され、拡散板23を通って、メガネレンズ15上に形成された上述のフォトポリマー16に照射される。
【0016】
このようにして、2つの光ビームで干渉露光されたフォトポリマー16は、紫外線照射、熱処理後、ホログラムとして記録される。これによって、接眼光学系を併せ持つホログラムコンバイナが得られる。ここで得られるホログラムは、回折効率が比較的大きい。
【0017】
本発明では、上述のように、回折効率の比較的大きなホログラムを作製し、これを用いることによって、再生時に使用するレーザダイオードを低出力のものにしている。低出力のレーザダイオードを使用する利点は、低消費電力のほか、人の目に対する安全性の向上もある。この種のホログラムを用いることで、画像情報光をマイクロミラーデバイスにより走査でき、レーザダイオードの使用とともに、装置全体を小型軽量に作製できる。
【0018】
図3に示すホログラムの作製方法は、図1の実施例に対応するものであるが、図2の実施例に係るホログラムも、図4に示すとおり、これとほとんど同様な方法で作製できる。相違点は、図1の実施例と違い、メガネレンズの凸面にフォトポリマーが形成される点、および参照光がメガネレンズの側面から入射される点等である。以下、図4に示す方法を詳述する。
【0019】
図4において、レーザ10は可視光を出射するレーザであり、例えば波長632.8nmのHe−Neレーザである。レーザ10からの光は、ビームスプリッタ11で2つに分割される。分割された一つの光ビーム12は参照光として、ミラー13で折り曲げられた後、スペイシャルフィルター14で拡散光に変換される。その後コリメートレンズ25で平行光に変換され、絞り26に入射する。参照光は、絞り26を通過した後、メガネレンズ15の側面から入射し、メガネレンズ15上に形成されたフォトポリマー28に照射される。一方、もう一つの光ビーム17は物体光として、ミラー18で折り曲げられた後、スペイシャルフィルター19で拡散され、コリメートレンズ20で平行光に変換される。その後、物体光は、絞り21を通過後、レンズ22で収束光に変換され、メガネレンズ15の正面からフォトポリマー28に照射される。これによりフォトポリマー28は、2つの光ビーム12、17で干渉露光され、紫外線照射ののち、熱処理がなされて、ホログラムとして記録される。
【0020】
このようにホログラムは、メガネレンズ上に簡単に形成できるので、本発明に係る装置の製造も容易である。
【0021】
【発明の効果】
本発明によれば、低出力のレーザダイオードを用いた小型軽量の網膜ディスプレイ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る網膜ディスプレイ装置の一実施例を示す図である。
【図2】本発明に係る網膜ディスプレイ装置の他の実施例を示す図である。
【図3】本発明に用いるホログラムの作製方法を示す図である。
【図4】本発明に用いるホログラムの他の作製方法を示す図である。
【符号の説明】
1 レーザダイオード
2 コリメータ
3 マイクロミラーデバイス
4 ホログラム
5 メガネレンズ
6 眼球
7 瞳孔
8 水晶体
9 網膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a retinal display device, and more particularly to a small and lightweight retinal display device using a laser diode.
[0002]
[Prior art]
Various types of retina display devices have been proposed in the past, and head-up displays and head-mounted displays are examples of devices capable of viewing images (with a see-through function) without blocking the outside world. Although this type of device has been promoted to be downsized, a sufficient device has not yet been obtained. One of the obstacles to miniaturization is the display element portion. In order to meet the requirement of simultaneously viewing images while looking at the outside world, it is necessary to give high luminance to the display element that projects the images. Therefore, it has been difficult to reduce the size of the display element.
[0003]
Under such circumstances, a small and low power consumption display device using a laser diode has been proposed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-5288 discloses a display device that is reduced in size and has improved wearability. This apparatus is configured to reproduce a desired image by scanning a Lippmann hologram with a reference light beam. Therefore, it is advantageous in that a large space such as a large-diameter optical lens or a cathode ray tube is not required.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the display device described above, since the energy with which object light reaches the photosensitive material is small when producing a hologram, a hologram with high diffraction efficiency cannot be obtained. Therefore, there is a problem that the laser used at the time of reproduction requires a high output.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a small and lightweight retinal display device using a low-power laser diode.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The object is to provide a laser diode that generates image information light, a collimator that converts the image information light into a parallel light beam, a micromirror device that two-dimensionally scans the image information light of the parallel light beam from the collimator, and This is achieved by a retinal display device having a hologram irradiated with two-dimensional image information light from a micromirror device and a lens on which the hologram is formed.
[0007]
As the laser diode used here, a low-power laser diode is sufficient. The hologram formed on the lens has a function of converting coherent light emitted from the laser diode into incoherent light.
[0008]
This hologram manufacturing method divides light from a laser into two light beams, irradiates a photopolymer formed on a spectacle lens through a first diaphragm with one of the divided light beams as a reference light, This is performed by irradiating the above-mentioned photopolymer with the other divided light beam as object light through the second diaphragm and the diffusion plate. Here, a He—Ne laser is used as the laser.
[0009]
In this way, according to the present invention, a hologram having a relatively large diffraction efficiency can be produced. By using this hologram in this apparatus, the laser diode used during reproduction is made to have a low output. The advantage of using a low-power laser diode is not only low power consumption but also improved safety for human eyes. By using this type of hologram, image information light from a low-power laser diode can be scanned by a micromirror device. The laser diode and the micromirror device are ultra-compact, and the entire apparatus can be made small and light.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a retinal display device according to the present invention. As shown in the figure, a
[0011]
An LD driving device (not shown) is connected to the LD 1, and light having image information (image information light) emitted from the LD 1 passes through the
[0012]
This two-dimensionally scanned image information light is applied to the
[0013]
FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the retinal display device according to the present invention. In this embodiment, the
[0014]
In FIGS. 1 and 2, only the lens corresponding to one
[0015]
FIG. 3 shows a method for producing the
[0016]
Thus, the
[0017]
In the present invention, as described above, a hologram having a relatively large diffraction efficiency is produced, and this is used to make the laser diode used for reproduction low-powered. The advantages of using a low-power laser diode are low power consumption and improved safety for the human eye. By using this type of hologram, image information light can be scanned by a micromirror device, and the entire apparatus can be made small and light with the use of a laser diode.
[0018]
The hologram manufacturing method shown in FIG. 3 corresponds to the embodiment of FIG. 1, but the hologram according to the embodiment of FIG. 2 can also be manufactured by a method almost similar to this as shown in FIG. The difference is that, unlike the embodiment of FIG. 1, a photopolymer is formed on the convex surface of the spectacle lens, and the reference light is incident from the side surface of the spectacle lens. Hereinafter, the method shown in FIG. 4 will be described in detail.
[0019]
In FIG. 4, a laser 10 is a laser that emits visible light, and is, for example, a He—Ne laser with a wavelength of 632.8 nm. The light from the laser 10 is split into two by the beam splitter 11. The divided
[0020]
Thus, since the hologram can be easily formed on the spectacle lens, the device according to the present invention can be easily manufactured.
[0021]
【The invention's effect】
According to the present invention, a small and lightweight retinal display device using a low-power laser diode can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a retinal display device according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing another embodiment of the retinal display device according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a method for producing a hologram used in the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing another method for producing a hologram used in the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
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