JP4450058B2 - 画像表示装置 - Google Patents
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Description
Θ=90°−(φ+ψ) (B)
(A)2次元マトリクス状に配列された複数の画素を備えた画像形成装置、
(B)画像形成装置の画素から出射された光を平行光とするコリメート光学系、及び、
(C)コリメート光学系にて進行方位の異なる複数の平行光とされた光が入射され、導光され、出射される光学装置、
を備えており、
光学装置は、
(a)入射された光が内部を全反射により伝播した後、出射される導光板、
(b)導光板に入射された光が導光板の内部で全反射されるように、導光板に入射された光を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、導光板に配設された第1回折格子部材、及び、
(c)導光板の内部を全反射により伝播した光を回折反射し、導光板から出射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、導光板に配設された第2回折格子部材、
を備えている。
(A)光源、
(B)光源から出射された光を走査して、2次元マトリクス状に配列された仮想の画素を形成する走査光学系、及び、
(C)走査光学系からの平行光が入射され、導光され、出射される光学装置、
を備えており、
光学装置は、
(a)入射された光が内部を全反射により伝播した後、出射される導光板、
(b)導光板に入射された光が導光板の内部で全反射されるように、導光板に入射された光を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、導光板に配設された第1回折格子部材、及び、
(c)導光板の内部を全反射により伝播した光を回折反射し、導光板から出射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、導光板に配設された第2回折格子部材、
を備えている。
(1)光源から出射された光が平行光とされており、そのままの状態で走査光学系を通過して光学装置に入射する形態、
(2)光源から出射された光が、走査光学系の手前で平行光とされ、そのままの状態で走査光学系を通過して光学装置に入射する形態、及び、
(3)光源から出射され、走査光学系を通過した光が、光学装置の手前でコリメート光学系にて平行光とされ、光学装置に入射する形態、
の3つの形態が包含される。
コリメート光学系の光軸あるいは走査光学系の中心軸は、Xi軸と平行であり、
コリメート光学系の光軸は、光学的に、画像形成装置の中心から外れた位置を通過し、また、走査光学系の中心軸は、Xi軸と一致していない構成とすることが好ましい。尚、このような構成の画像表示装置を、便宜上、『第1/2−Bの構成の画像表示装置』と呼ぶ。この第1/2−Bの構成の画像表示装置にあっても、より具体的には、中心光が導光板に入射する直前における係る中心光とYi軸との成す角度は正の値(90゜−θi-C)を有する。
画像形成装置−Aは、
(α)青色を発光する第1発光素子が2次元マトリクス状に配列された第1発光パネルから成る第1画像形成装置、
(β)緑色を発光する第2発光素子が2次元マトリクス状に配列された第2発光パネルから成る第2画像形成装置、及び、
(γ)赤色を発光する第3発光素子が2次元マトリクス状に配列された第3発光パネルから成る第3画像形成装置、並びに、
(δ)第1画像形成装置、第2画像形成装置及び第3画像形成装置から出射された光を1本の光路に纏めるための手段(例えば、ダイクロイック・プリズムであり、以下の説明においても同様である)、
を備えており、
第1発光素子、第2発光素子及び第3発光素子のそれぞれの発光/非発光状態を制御する。
画像形成装置−Bは、
(α)青色を発光する第1発光素子、及び、青色を発光する第1発光素子から出射された出射光の通過/非通過を制御するための第1光通過制御装置[一種のライト・バルブであり、例えば、液晶表示装置やデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、LCOSから構成され、以下の説明においても同様である]から成る第1画像形成装置、
(β)緑色を発光する第2発光素子、及び、緑色を発光する第2発光素子から出射された出射光の通過/非通過を制御するための第2光通過制御装置(ライト・バルブ)から成る第2画像形成装置、及び、
(γ)赤色を発光する第3発光素子、及び、赤色を発光する第3発光素子から出射された出射光の通過/非通過を制御するための第3光通過制御装置(ライト・バルブ)から成る第3画像形成装置、並びに、
(δ)第1光通過制御装置、第2光通過制御装置及び第3光通過制御装置を通過した光を1本の光路に纏めるための手段、
を備えており、
光通過制御装置によってこれらの発光素子から出射された出射光の通過/非通過を制御することで画像を表示する。第1発光素子、第2発光素子、第3発光素子から出射された出射光を光通過制御装置へと案内するための手段(光案内部材)として、導光部材、マイクロレンズアレイ、ミラーや反射板、集光レンズを例示することができる。
画像形成装置−Cは、
(α)青色を発光する第1発光素子が2次元マトリクス状に配列された第1発光パネル、及び、第1発光パネルから出射された出射光の通過/非通過を制御するための青色光通過制御装置(ライト・バルブ)から成る第1画像形成装置、
(β)緑色を発光する第2発光素子が2次元マトリクス状に配列された第2発光パネル、及び、第2発光パネルから出射された出射光の通過/非通過を制御するための緑色光通過制御装置(ライト・バルブ)から成る第2画像形成装置、
(γ)赤色を発光する第3発光素子が2次元マトリクス状に配列された第3発光パネル、及び、第3発光パネルから出射された出射光の通過/非通過を制御するための赤色光通過制御装置(ライト・バルブ)から成る第3画像形成装置、並びに、
(δ)青色光通過制御装置、緑色光通過制御装置及び赤色光通過制御装置を通過した光を1本の光路に纏めるための手段を備えており、
光通過制御装置(ライト・バルブ)によってこれらの第1発光パネル、第2発光パネル及び第3発光パネルから出射された出射光の通過/非通過を制御することで画像を表示する。
画像形成装置−Dは、フィールドシーケンシャル方式のカラー表示の画像形成装置であり、
(α)青色を発光する第1発光素子を備えた第1画像形成装置、
(β)緑色を発光する第2発光素子を備えた第2画像形成装置、及び、
(γ)赤色を発光する第3発光素子を備えた第3画像形成装置、並びに、
(δ)第1画像形成装置、第2画像形成装置及び第3画像形成装置から出射された光を1本の光路に纏めるための手段、更には、
(ε)1本の光路に纏めるための手段から出射された光の通過/非通過を制御するための光通過制御装置(ライト・バルブ)、
を備えており、
光通過制御装置によってこれらの発光素子から出射された出射光の通過/非通過を制御することで画像を表示する。
画像形成装置−Eも、フィールドシーケンシャル方式のカラー表示の画像形成装置であり、
(α)青色を発光する第1発光素子が2次元マトリクス状に配列された第1発光パネルから成る第1画像形成装置、
(β)緑色を発光する第2発光素子が2次元マトリクス状に配列された第2発光パネルから成る第2画像形成装置、及び、
(γ)赤色を発光する第3発光素子が2次元マトリクス状に配列された第3発光パネルから成る第3画像形成装置、並びに、
(δ)第1画像形成装置、第2画像形成装置及び第3画像形成装置のそれぞれから出射された光を1本の光路に纏めるための手段、更には、
(ε)1本の光路に纏めるための手段から出射された光の通過/非通過を制御するための光通過制御装置(ライト・バルブ)、
を備えており、
光通過制御装置によってこれらの発光パネルから出射された出射光の通過/非通過を制御することで画像を表示する。
画像形成装置−Fは、第1発光素子、第2発光素子及び第3発光素子のそれぞれの発光/非発光状態を制御することで画像を表示する、パッシブマトリックスタイプあるいはアクティブマトリックスタイプのカラー表示の画像形成装置である。
画像形成装置−Gは、2次元マトリクス状に配列された発光素子ユニットからの出射光の通過/非通過を制御するための光通過制御装置(ライト・バルブ)を備えており、発光素子ユニットにおける第1発光素子、第2発光素子及び第3発光素子のそれぞれの発光/非発光状態を時分割制御し、更に、光通過制御装置によって第1発光素子、第2発光素子及び第3発光素子から出射された出射光の通過/非通過を制御することで画像を表示する、フィールドシーケンシャル方式のカラー表示の画像形成装置である。
(A)2次元マトリクス状に配列された複数の画素を備えた画像形成装置11、
(B)画像形成装置11の画素から出射された光を平行光とするコリメート光学系12、及び、
(C)コリメート光学系12にて進行方位の異なる複数の平行光とされた光が入射され、導光され、出射される光学装置20、
を備えている。そして、光学装置20は、
(a)入射された光(より具体的には、進行方位の異なる複数の平行光束から成る平行光束群)が内部を全反射により伝播した後、出射される導光板21、
(b)導光板21に入射された光(平行光束群)が導光板21の内部で全反射されるように、導光板21に入射された光(平行光束群)を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、導光板21に配設された第1回折格子部材30、及び、
(c)導光板21の内部を全反射により伝播した光(平行光束群)を回折反射し、導光板21から出射する(より具体的には、平行光束群のまま出射する)、反射型体積ホログラム回折格子から成り、導光板21に配設された第2回折格子部材40、
を備えている。尚、導光板21から出射された光は、観察者(画像観察者)の瞳50の位置(瞳位置)に入射する。
tan(θi-C)=Os/f
arctan(Os/f)=arcsin(n・sin(θ’i-C)) (1)
が成立する。それ故、所望のθ’i-Cを得るためには、上記の式(1)を満足するように、Os及びfの値を設計すればよい。
(A)光源300、
(B)光源300から出射された光を走査して、2次元マトリクス状に配列された仮想の画素を形成する走査光学系305、及び、
(C)走査光学系305からの光が入射され、導光され、出射される光学装置20、
を備えている。
(a)入射された光(より具体的には、進行方位の異なる複数の平行光束から成る平行光束群)が内部を全反射により伝播した後、出射される導光板21、
(b)導光板21に入射された光(平行光束群)が導光板21の内部で全反射されるように、導光板21に入射された光(平行光束群)を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、導光板21に配設された第1回折格子部材30、及び、
(c)導光板21の内部を全反射により伝播した光(平行光束群)を回折反射し、導光板21から出射する(より具体的には、平行光束群のまま出射する)、反射型体積ホログラム回折格子から成り、導光板21に配設された第2回折格子部材40、
を備えている。尚、導光板21から出射された光は、観察者の瞳50の位置(瞳位置)に入射する。
(α)赤色を発光する赤色素子301R(例えば、AlGaInP系半導体発光素子やGaN系半導体発光素子。以下においても同じ)、
(β)緑色を発光する緑色発光素子301G(GaN系半導体から成る。以下においても同じ)、及び、
(γ)青色を発光する青色発光素子301B(GaN系半導体から成る。以下においても同じ)、並びに、
(δ)赤色発光素子301R、緑色発光素子301G及び青色発光素子301Bのそれぞれから出射された光を1本の光路に纏めるための手段(例えば、ダイクロイック・プリズム303)、更には、
(ε)1本の光路に纏めるための手段(ダイクロイック・プリズム303)から出射された光の通過/非通過を制御するための光通過制御装置(液晶表示装置)304、
を備えている。発光素子301R,301G,301Bから出射された光は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂といった透光性物質による導光部材やミラー等の反射体から成る光案内部材302によって案内され、光通過制御装置304に入射する。
中心光・入射角θi-C :0度
中心光・全反射角θRef:68度
導光板の屈折率 :1.527
(α)赤色を発光する赤色発光素子301Rが2次元マトリクス状に配列された赤色発光パネル311R、
(β)緑色を発光する緑色発光素子301Gが2次元マトリクス状に配列された緑色発光パネル311G、及び、
(γ)青色を発光する青色発光素子301Bが2次元マトリクス状に配列された青色発光パネル311B、並びに、
(δ)赤色発光パネル311R、緑色発光パネル311G及び青色発光パネル311Bから出射された光を1本の光路に纏めるための手段(例えば、ダイクロイック・プリズム303)、
を備えており、
赤色発光素子301R、緑色発光素子301G及び青色発光素子301Bのそれぞれの発光/非発光状態を制御するカラー表示の画像形成装置とすることもできる。この画像形成装置から出射された光も、コリメート光学系12,212,512を介して導光板21に入射される。尚、参照番号312は、発光素子から出射された光を集光するためのマイクロレンズである。
Claims (10)
- (A)2次元マトリクス状に配列された複数の画素を備えた画像形成装置、
(B)画像形成装置の画素から出射された光を平行光とするコリメート光学系、及び、
(C)コリメート光学系にて進行方位の異なる複数の平行光とされた光が入射され、導光され、出射される光学装置、
を備えた画像表示装置であって、
光学装置は、
(a)入射された光が内部を全反射により伝播した後、出射される導光板、
(b)導光板に入射された光が導光板の内部で全反射されるように、導光板に入射された光を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、導光板に配設された第1回折格子部材、及び、
(c)導光板の内部を全反射により伝播した光を回折反射し、導光板から出射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、導光板に配設された第2回折格子部材、
を備えており、
第1回折格子部材の中心を原点とし、原点を通る第1回折格子部材の法線であって、コリメート光学系側に向かう方向を正方向とする法線をXi軸、原点を通り、Xi軸と直交し、第2回折格子部材側に向かう方向を正方向とする導光板の軸線をYi軸としたとき、
画像形成装置の中心の画素から出射され、コリメート光学系の中心を通過する中心光は、XiYi平面に対して光学的に平行であり、且つ、X i Y i Z i 座標系において、XiZi平面に対して90度未満の正の値の角度にて交わっていることを特徴とする画像表示装置。 - Yi軸は、第1回折格子部材に形成された干渉縞と光学的に直交することを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
- コリメート光学系の光軸は、XiYi平面に対して平行であり、且つ、X i Y i Z i 座標系において、XiZi平面に対して90度未満の正の値の角度にて交わっていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像表示装置。
- コリメート光学系の光軸は、光学的に、画像形成装置の中心を通過することを特徴とする請求項3に記載の画像表示装置。
- コリメート光学系の光軸は、Xi軸と平行であり、
コリメート光学系の光軸は、光学的に、画像形成装置の中心から外れた位置を通過することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像表示装置。 - 第2回折格子部材の中心を第2の原点とし、第2の原点を通る第2回折格子部材の法線であって、光の出射方向を正方向とする法線をXo軸、第2の原点を通り、Xo軸と直交し、第1回折格子部材から離れる方向を正方向とする導光板の軸線をYo軸としたとき、
中心光に相当する導光板から出射された光は、XoYo平面に対して光学的に平行であり、且つ、XoZo平面に対して鈍角にて交わっていることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の画像表示装置。 - 中心光に相当する導光板から出射された光は、観察者の2つの瞳中心を結ぶ直線に直交することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の画像表示装置。
- 第2回折格子部材の厚さは、第1回折格子部材の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の画像表示装置。
- 第2回折格子部材の最大回折効率の値は、第1回折格子部材の最大回折効率の値よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の画像表示装置。
- (A)光源、
(B)光源から出射された光を走査して、2次元マトリクス状に配列された仮想の画素を形成する走査光学系、及び、
(C)走査光学系からの平行光が入射され、導光され、出射される光学装置、
を備えた画像表示装置であって、
光学装置は、
(a)入射された光が内部を全反射により伝播した後、出射される導光板、
(b)導光板に入射された光が導光板の内部で全反射されるように、導光板に入射された光を回折反射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、導光板に配設された第1回折格子部材、及び、
(c)導光板の内部を全反射により伝播した光を回折反射し、導光板から出射する、反射型体積ホログラム回折格子から成り、導光板に配設された第2回折格子部材、
を備えており、
第1回折格子部材の中心を原点とし、原点を通る第1回折格子部材の法線であって、走査光学系側に向かう方向を正方向とする法線をXi軸、原点を通り、Xi軸と直交し、第2回折格子部材側に向かう方向を正方向とする導光板の軸線をYi軸としたとき、
光源の中心から出射され、走査光学系の中心の仮想の画素を通過する中心光は、XiYi平面に対して光学的に平行であり、且つ、X i Y i Z i 座標系において、XiZi平面に対して90度未満の正の値の角度にて交わっていることを特徴とする画像表示装置。
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