JP4543747B2 - Image display device - Google Patents
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Description
この発明は、例えば、頭部装着型ディスプレイ等として使用して好適な画像表示装置に関する。詳しくは、この発明は、眼鏡レンズの瞳側の面に透過型回折光学素子を設けると共に瞳側とは反対側の面に反射型回折光学素子を設け、画像表示素子からの射出光を、透過型回折光学素子、眼鏡レンズ、反射型回折光学素子、眼鏡レンズおよび透過型回折光学素子を順次介して瞳への射出光とすることによって、光利用効率を高くでき、かつ画角を大きして倍率を高くできるようにした画像表示装置に係るものである。 The present invention relates to an image display device suitable for use as, for example, a head-mounted display. Specifically, in the present invention, a transmissive diffractive optical element is provided on the pupil side surface of the spectacle lens and a reflective diffractive optical element is provided on the surface opposite to the pupil side to transmit light emitted from the image display element. By using the diffractive optical element, spectacle lens, reflective diffractive optical element, spectacle lens and transmissive diffractive optical element as light emitted to the pupil, the light utilization efficiency can be increased and the angle of view can be increased. The present invention relates to an image display device that can increase the magnification.
従来、例えば、頭部装着型ディスプレイ等として使用される画像表示装置が提案されている。この種の画像表示装置として、画像表示素子の表示画像を虚像として観察する虚像観察光学系を備えているものがある。 Conventionally, for example, an image display device used as a head-mounted display or the like has been proposed. Some image display apparatuses of this type include a virtual image observation optical system that observes a display image of an image display element as a virtual image.
例えば、特許文献1には、図9に示すような、画像表示装置200が記載されている。この画像表示装置200は、液晶表示器(LCD:Liquid Crystal Display)等からなる画像表示素子201と、ハーフミラー202と、凹面鏡203とで構成されている。画像表示素子201から射出された射出光はハーフミラー202に入射される。このハーフミラー202で反射される反射光は凹面鏡203に入射される。この凹面鏡203で反射される反射光は、再びハーフミラー202に入射される。そして、このハーフミラー202を透過した透過光が瞳204に入射される。
For example, Patent Document 1 describes an
また例えば、特許文献2には、図10に示すような、画像表示装置300が記載されている。この画像表示装置300は、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)301と、レンズ302と、透過型の液晶表示器303と、プリズム304と、反射型ホログラフィック光学素子305とで構成されている。
Further, for example,
発光ダイオード301が発した光は、レンズ302によって、LCD303の全面に均一に照射される。LCD303は、全面に照射された光を画素毎に変調し、画像を表示する。このLCD303から射出された射出光はプリズム304に入射され、当該プリズム304の内面で所定回数だけ反射された後に、反射型ホログラフィック光学素子305に入射されて回折される。この光学素子305からの回折光はプリズム304を透過して瞳306に入射される。
The light emitted from the light emitting diode 301 is uniformly irradiated on the entire surface of the
図9に示す画像表示装置200においては、画像表示素子201から射出される射出光はハーフミラー202を2回通過後に瞳204に入射されるため、その光利用効率が最大で25%、実際上は20%程度である。また、凹面鏡203をハーフミラーとすることで、シースルー構造となり、光学部品の向こう側を透過して見ることができるが、この場合の当該向こう側の光利用効率は最大で25%である。またこの場合、上記した画像表示素子201から射出される射出光の光利用効率は、最大で12.5%となる。
In the
図10に示す画像表示装置300においては、プリズム304の内面で所定回数だけ反射された反射光が最終的に反射型ホログラフィック光学素子305に入射されて回折され、その回折光が瞳306に入射される。そのため、画角θが大きくなると、反射型ホログラフィック光学素子305に、より大きな回折能力が必要となることから、画角θをあまり大きくできないという問題があった。
In the
この発明の目的は、光利用効率を高くし、かつ画角を大きくして倍率を高くすることにある。 An object of the present invention is to increase the magnification by increasing the angle of view by increasing the light utilization efficiency.
この発明に係る画像表示装置は、画像表示素子と、眼鏡レンズと、この眼鏡レンズの瞳側の面である第1の面に設けられた透過型回折光学素子と、眼鏡レンズの第1の面とは反対側の面である第2の面に設けられた反射型回折光学素子とを備え、画像表示素子からの射出光は、透過型回折光学素子、眼鏡レンズ、反射型回折光学素子、眼鏡レンズおよび透過型回折光学素子を順次介されて、瞳への射出光とされるものである。 An image display device according to the present invention includes an image display element, a spectacle lens, a transmission type diffractive optical element provided on a first surface that is a pupil side surface of the spectacle lens, and a first surface of the spectacle lens. And a reflection type diffractive optical element provided on a second surface opposite to the surface, and light emitted from the image display element is transmitted through the transmission type diffractive optical element, spectacle lens, reflection type diffractive optical element, and spectacles. Light is emitted to the pupil through a lens and a transmission type diffractive optical element sequentially.
この発明において、眼鏡レンズの瞳側の面(第1の面)に、透過型回折光学素子が設けられている。また、眼鏡レンズの瞳側とは反対側の面(第2の面)に、反射型回折光学素子が設けられている。そして、画像表示素子からの射出光は、透過型回折光学素子、眼鏡レンズ、反射型回折光学素子、眼鏡レンズおよび透過型回折光学素子を順次介されて、瞳への射出光とされる。これにより、ユーザは、画像表示素子で表示される画像を虚像として見ることができる。 In the present invention, a transmission type diffractive optical element is provided on the pupil side surface (first surface) of the spectacle lens. A reflective diffractive optical element is provided on the surface (second surface) opposite to the pupil side of the spectacle lens. Then, light emitted from the image display element is sequentially emitted through the transmission type diffractive optical element, the spectacle lens, the reflection type diffractive optical element, the spectacle lens, and the transmission type diffractive optical element to be output to the pupil. Thereby, the user can view the image displayed on the image display element as a virtual image.
例えば、画像表示素子からの射出光は、透過型回折光学素子に、回折される角度で入射され、この透過型回折光学素子で回折された後に、眼鏡レンズに第1の面から入射光として入射される。この入射光は、眼鏡レンズの第2の面から射出光として射出される。この射出光は、反射型回折光学素子で回折および反射された後に、眼鏡レンズに第2の面から入射光として入射される。この入射光は、眼鏡レンズの第1の面から射出光として射出される。この射出光は、透過型回折光学素子に、回折されない角度で入射され、この透過型回折光学素子を回折されずに透過し、この透過型回折光学素子から瞳への射出光として射出される。 For example, light emitted from the image display element is incident on the transmissive diffractive optical element at a diffracted angle, and after being diffracted by the transmissive diffractive optical element, enters the spectacle lens as incident light from the first surface. Is done. This incident light is emitted as emitted light from the second surface of the spectacle lens. The emitted light is diffracted and reflected by the reflective diffractive optical element, and then enters the spectacle lens as incident light from the second surface. This incident light is emitted as emitted light from the first surface of the spectacle lens. The emitted light is incident on the transmissive diffractive optical element at an angle that is not diffracted, passes through the transmissive diffractive optical element without being diffracted, and is emitted from the transmissive diffractive optical element as emitted light to the pupil.
また例えば、画像表示素子からの射出光は、透過型回折光学素子に、回折されない角度で入射され、この透過型回折光学素子を透過した後に、眼鏡レンズに第1の面から入射光として入射される。この入射光は、眼鏡レンズの第2の面から射出光として射出される。この射出光は、反射型回折光学素子で回折および反射された後に、眼鏡レンズに第2の面から入射光として入射される。この入射光は、眼鏡レンズの第1の面から射出光として射出される。この射出光は、透過型回折光学素子に、回折される角度で入射され、この透過型回折光学素子で回折され、この透過型回折光学素子から瞳への射出光として射出される。 Further, for example, light emitted from the image display element is incident on the transmission type diffractive optical element at an angle that is not diffracted, and after passing through the transmission type diffractive optical element, is incident on the spectacle lens as incident light from the first surface. The This incident light is emitted as emitted light from the second surface of the spectacle lens. The emitted light is diffracted and reflected by the reflective diffractive optical element, and then enters the spectacle lens as incident light from the second surface. This incident light is emitted as emitted light from the first surface of the spectacle lens. The emitted light is incident on the transmissive diffractive optical element at a diffracted angle, diffracted by the transmissive diffractive optical element, and emitted from the transmissive diffractive optical element as emitted light to the pupil.
このように、画像表示素子からの射出光が、透過型回折光学素子、眼鏡レンズおよび反射型回折光学素子を介して、ユーザの瞳に入射されるものであり、ハーフミラーを用いるものと比べて、光利用効率が高くなる。また、画像表示素子からの射出光が、透過型回折光学素子および反射型回折光学素子でそれぞれで回折された後にユーザの瞳に入射されるものであり、透過型回折光学素子および反射型回折光学素子の個々に大きな回折能力は要求されず、従って画角を大きくでき、倍率を高くできる。 In this way, the light emitted from the image display element is incident on the user's pupil via the transmission type diffractive optical element, the spectacle lens, and the reflection type diffractive optical element, as compared with the case using a half mirror. , The light utilization efficiency is increased. In addition, the light emitted from the image display element is diffracted by the transmission type diffractive optical element and the reflection type diffractive optical element and then incident on the user's pupil. A large diffraction capability of each element is not required, so that the angle of view can be increased and the magnification can be increased.
また例えば、画像表示素子と透過型回折光学素子との間に結像光学素子が配置されており、画像表示素子からの射出光は、結像光学素子により、中間結像点で集光された後に発散して、透過型回折光学素子に入射される。この場合、瞳位置における光線、例えば平行光線を逆光線追跡したとき画像表示素子の表示面上に結像される光学系で構成されるものとした場合、中間結像点で結像された像に存在する、透過型回折光学素子、眼鏡レンズ、反射型回折光学素子で発生した各種光学収差を補正し、画像表示素子の表示面上に結像するように、結像光学素子を設計すればよくなる。この場合、実際には、結像光学素子により、中間結像点に、透過型回折光学素子、眼鏡レンズ、反射型回折光学素子で発生する各種光学収差を補正する収差を持った状態で像が結像される。 Further, for example, an imaging optical element is arranged between the image display element and the transmission type diffractive optical element, and the light emitted from the image display element is condensed at the intermediate imaging point by the imaging optical element. Later, it diverges and enters the transmissive diffractive optical element. In this case, when an optical system that forms an image on the display surface of the image display element when a ray at the pupil position, for example, a parallel ray is traced backward, is formed, an image formed at the intermediate image point is formed. It is only necessary to design the imaging optical element so as to correct the various optical aberrations generated by the existing transmissive diffractive optical element, spectacle lens, and reflective diffractive optical element and form an image on the display surface of the image display element. . In this case, in practice, the image is formed with an aberration that corrects various optical aberrations generated by the transmissive diffractive optical element, the spectacle lens, and the reflective diffractive optical element at the intermediate image forming point by the imaging optical element. Imaged.
例えば、眼鏡レンズの第1の面および第2の面の少なくとも一方の面は曲面とされる。これにより、第1の面、第2の面にレンズ効果を付与でき、光線束の広がりを抑制でき、結像光学素子の大型化を軽減できる。例えば、曲面を、垂直方向または水平方向の軸を持つ円筒形状の曲面とすれば、光線束の水平方向または垂直方向への広がりを抑制でき、またこの眼鏡レンズの第1の面、第2の面への透過型回折光学素子、反射型回折光学素子の被着も容易となる。 For example, at least one of the first surface and the second surface of the spectacle lens is a curved surface. Thereby, a lens effect can be given to the first surface and the second surface, the spread of the light beam can be suppressed, and the enlargement of the imaging optical element can be reduced. For example, if the curved surface is a cylindrical curved surface having a vertical or horizontal axis, the spread of the light bundle in the horizontal direction or the vertical direction can be suppressed, and the first and second surfaces of the spectacle lens can be suppressed. The transmission type diffractive optical element and the reflective type diffractive optical element can be easily applied to the surface.
例えば、瞳位置における光線、例えば平行光線を逆光線追跡したとき画像表示素子の表示面上に結像される光学系で構成されるものとした場合、反射型回折光学素子における回折によって生じる波長分散と逆の波長分散を、透過型回折光学素子における回折によって発生させることで、色分散した光線が例えば中間結像位置に集光される。これにより、回折によって発生する色収差が相殺される。 For example, when it is configured by an optical system that forms an image on the display surface of the image display element when a ray at the pupil position, for example, a parallel ray is traced backward, the wavelength dispersion caused by diffraction in the reflective diffractive optical element By generating reverse wavelength dispersion by diffraction in the transmission-type diffractive optical element, the color-dispersed light beam is condensed, for example, at an intermediate image forming position. Thereby, chromatic aberration generated by diffraction is canceled out.
例えば、透過型回折光学素子、反射型回折光学素子は、複数の波長帯域に対して回折効率を有する単一の回折層により構成される。また例えば、透過型回折光学素子および反射型回折光学素子は、複数の回折層により構成され、この複数の回折層はそれぞれ異なる波長帯域に対して回折効率を有するものとされる。 For example, a transmissive diffractive optical element and a reflective diffractive optical element are configured by a single diffractive layer having diffraction efficiency for a plurality of wavelength bands. In addition, for example, the transmissive diffractive optical element and the reflective diffractive optical element are configured by a plurality of diffractive layers, and the diffractive layers have diffraction efficiencies for different wavelength bands.
例えば、透過型回折光学素子、反射型回折光学素子は、それぞれ、可視光領域における、赤色の波長帯域と、緑色の波長帯域と、青色の波長帯域とに対して、回折効率を有するものとされる。これにより、画像表示素子からの射出光を構成する赤色成分、緑色成分および青色成分をそれぞれ透過型回折光学素子および反射型回折光学素子で回折でき、ユーザの瞳に各色成分を入射させることができ、ユーザにカラー画像を知覚させることができる。 For example, a transmissive diffractive optical element and a reflective diffractive optical element have diffraction efficiencies for a red wavelength band, a green wavelength band, and a blue wavelength band, respectively, in the visible light region. The As a result, the red component, the green component, and the blue component constituting the light emitted from the image display element can be diffracted by the transmissive diffractive optical element and the reflective diffractive optical element, respectively, and each color component can be incident on the user's pupil. The user can perceive a color image.
例えば、透過型回折光学素子、反射型回折光学素子は、それぞれ、赤色の波長帯域に対して回折効率を有する第1の層と、緑色の波長帯域に対して回折効率を有する第2の層と、青色の波長帯域に対して回折効率を有する第3の層とからなる。また例えば、透過型回折光学素子、反射型回折光学素子は、それぞれ、赤色の波長帯域に対して回折効率を有する第1の層と、緑色から青色の波長帯域に対して回折効率を有する第2の層とからなる。これにより、透過型回折光学素子、反射型回折光学素子として、各色の波長帯域に対して最適化されたものを得ることができる。 For example, each of the transmissive diffractive optical element and the reflective diffractive optical element includes a first layer having diffraction efficiency with respect to the red wavelength band, and a second layer having diffraction efficiency with respect to the green wavelength band. And a third layer having diffraction efficiency with respect to the blue wavelength band. Further, for example, each of the transmission type diffractive optical element and the reflection type diffractive optical element has a first layer having diffraction efficiency for the red wavelength band and a second layer having diffraction efficiency for the green to blue wavelength band. It consists of layers. As a result, transmission-type diffractive optical elements and reflective-type diffractive optical elements can be obtained that are optimized for each wavelength band.
例えば、透過型回折光学素子は、透過型ホログラフィック光学素子である。この場合、例えば、透過型ホログラフィック光学素子は、複数の波長帯域に対して回折効率を有する単一のホログラム層により構成される、またこの場合、例えば、透過型ホログラフィック光学素子は、任意の波長帯域に対して回折効率を有する複数のホログラム層により構成される。ここで、透過型ホログラフィック光学素子に偏光選択性を持たせることで、例えばp偏光またはs偏光のいずれかを選択的に回折させることができる。 For example, the transmissive diffractive optical element is a transmissive holographic optical element. In this case, for example, the transmissive holographic optical element is composed of a single hologram layer having diffraction efficiency for a plurality of wavelength bands. In this case, for example, the transmissive holographic optical element is an arbitrary It is composed of a plurality of hologram layers having diffraction efficiency with respect to the wavelength band. Here, by imparting polarization selectivity to the transmissive holographic optical element, for example, either p-polarized light or s-polarized light can be selectively diffracted.
また例えば、反射型回折光学素子は、反射型ホログラフィック光学素子である。この場合、例えば、反射型ホログラフィック光学素子は、複数の波長帯域に対して回折効率を有する単一のホログラム層により構成される、またこの場合、例えば、反射型ホログラフィック光学素子は、任意の波長帯域に対して回折効率を有する複数のホログラム層により構成される。 For example, the reflective diffractive optical element is a reflective holographic optical element. In this case, for example, the reflective holographic optical element is constituted by a single hologram layer having diffraction efficiency for a plurality of wavelength bands. In this case, for example, the reflective holographic optical element is an arbitrary It is composed of a plurality of hologram layers having diffraction efficiency with respect to the wavelength band.
この発明によれば、眼鏡レンズの瞳側の面に透過型回折光学素子を設けると共に瞳側とは反対側の面に反射型回折光学素子を設け、画像表示素子からの射出光を、透過型回折光学素子、眼鏡レンズ、反射型回折光学素子、眼鏡レンズおよび透過型回折光学素子を順次介して瞳への射出光とするものであり、光利用効率を高くでき、かつ画角を大きして倍率を高くできる。 According to the present invention, the transmission-type diffractive optical element is provided on the pupil side surface of the spectacle lens and the reflection-type diffractive optical element is provided on the surface opposite to the pupil side. The diffractive optical element, spectacle lens, reflective diffractive optical element, spectacle lens, and transmissive diffractive optical element are used to sequentially emit light to the pupil. The light utilization efficiency can be increased and the angle of view can be increased. The magnification can be increased.
この発明の第1の実施の形態について説明する。図1は、第1の実施の形態としての画像表示装置100の構成を示している。この画像表示装置100は、例えば液晶表示器(LCD:Liquid Crystal Display)等からなる画像表示素子101と、結像光学素子102と、眼鏡レンズ103と、偏光選択性透過型ホログラフィック光学素子104と、反射型ホログラフィック光学素子105とで構成されている。画像表示素子101が液晶表示器からなる場合、光源としては、例えば発光ダイオード(LED:Liquid Crystal Display)が用いられている。
A first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows a configuration of an
本実施の形態において、画像表示素子101からの射出光は直線偏光であるp偏光とされており、また透過型ホログラフィック光学素子104はこのp偏光に対して回折効率を有するものとされている。なお、画像表示素子101からの射出光をp偏光と直交した偏光面を持つ直線偏光であるs偏光とし、また透過型ホログラフィック光学素子104をs偏光に対して回折効率を有するものとしてもよい。
In the present embodiment, light emitted from the
偏光選択性透過型ホログラフィック光学素子104は、透過型回折光学素子を構成している。この透過型ホログラフィック光学素子104は、眼鏡レンズ103の瞳側の面(第1の面)に設けられている。この場合、透過型ホログラフィック光学素子104は、眼鏡レンズ103の第1の面に被着されている。
The polarization selective transmissive holographic
反射型ホログラフィック光学素子105は、反射型回折光学素子を構成している。この反射型ホログラフィック光学素子105は、眼鏡レンズ103の瞳側の面(第1の面)とは反対側の面(第2の面)に設けられている。この場合、反射型ホログラフィック光学素子105は、眼鏡レンズ103の第2の面に被着されている。
The reflective holographic
結像光学素子102は、結像光学素子102a〜102cで構成されている。この結像光学素子102は、画像表示素子101と透過型ホログラフィック光学素子104との間に配置されている。この場合、画像表示素子101からの射出光が、当該結像光学素子102により、中間結像点Pで集光された後に発散して、透過型ホログラフィック光学素子104に入射される。
The imaging
画像表示装置100は、ユーザの瞳106の位置における光線、例えば平行光線を逆光線追跡したとき、画像表示素子101の表示面上に結像される光学系で構成されている。この逆光線追跡を考えた場合、結像光学素子102は、中間結像点Pで結像された像に存在する、透過型ホログラフィック光学素子104、眼鏡レンズ103、反射型ホログラフィック光学素子105で発生した各種光学収差を補正し、画像表示素子101の表示面上に結像するように、設計される。この場合、実際には、結像光学素子102により、中間結像点Pに、透過型ホログラフィック光学素子104、眼鏡レンズ103、反射型ホログラフィック光学素子105で発生する各種光学収差を補正する収差を持った状態で像が結像される。
The
眼鏡レンズ103の第1の面および第2の面の少なくとも一方は曲面とされ、レンズ効果を持つようにされている。これにより、光線束の広がりを抑制でき、結像光学素子102の大型化等を防止できる。例えば、曲面は、垂直方向または水平方向の軸を持つ円筒形状の曲面とされる。この場合、光線束の水平方向または垂直方向への広がりを抑制でき、またこの眼鏡レンズ103の第1の面、第2の面への透過型ホログラフィック光学素子104、反射型ホログラフィック光学素子105の被着も容易となる。
At least one of the first surface and the second surface of the
図2に示すように、画像表示素子101からの射出光は結像光学素子102(図2には図示せず)を介して透過型ホログラフィック光学素子104に入射されるが、その入射角が、当該透過型ホログラフィック光学素子104で回折される角度となるように、当該透過型ホログラフィック光学素子104の位置、角度等が設定されている。
As shown in FIG. 2, the light emitted from the
また、図2に示すように、この透過型ホログラフィック光学素子104からの回折光は、眼鏡レンズ103を介して反射型ホログラフィック光学素子105に入射されて回折および反射され、その回折光(反射光)は眼鏡レンズ103を介して再び透過型ホログラフィック光学素子104に入射されるが、その入射角が、当該透過型ホログラフィック光学素子104で回折されない角度となるように、反射型ホログラフィック光学素子105における回折光(反射光)の角度等が設定されている。
Further, as shown in FIG. 2, the diffracted light from the transmissive holographic
また、上述した逆光線追跡を考えた場合、反射型ホログラフィック光学素子105における回折によって生じる波長分散と逆の波長分散が、透過型ホログラフィック光学素子104における回折によって発生され、色分散した光線が中間結像位置に集光されるように、透過型ホログラフィック光学素子104の回折パワー等が設定されている。
Further, when considering the above-described reverse ray tracing, the wavelength dispersion opposite to the chromatic dispersion caused by the diffraction in the reflective holographic
なお、眼鏡レンズ103が薄いため、透過型ホログラフィック光学素子104の位置における、反射型ホログラフィック光学素子105における回折によって生じる波長分散の広がりは小さい。そのため、透過型ホログラフィック光学素子104における回折によって、色分散した光線が結像位置に集光されるような波長分散を必ずしも発生させる必要はなく、透過型ホログラフィック光学素子104における回折によって発生させる波長分散は、反射型ホログラフィック光学素子105における回折によって生じる波長分散の、透過型ホログラフィック光学素子104の位置における広がりを、そのまま維持するものであってもよい。
Since the
また、上述した逆光線追跡を考えた場合、反射型ホログラフィック光学素子105で回折および反射されて透過型ホログラフィック光学素子104に入射される光線束が、全画角において略平行となるように、反射型ホログラフィック光学素子105の各部の干渉縞のピッチを段階的に異ならせる等して、当該反射型ホログラフィック光学素子105で得られるレンズ効果が最適化されている。これにより、透過型ホログラフィック光学素子104の回折効率の向上が図られている。
Further, when considering the above-described reverse ray tracing, the light flux diffracted and reflected by the reflective holographic
また、透過型ホログラフィック光学素子104および反射型ホログラフィック光学素子105は、それぞれ、可視領域における、赤色の波長帯域と、緑色の波長帯域と、青色の波長帯域とに対して、回折効率を有するものとされている。これにより、画像表示素子101からの射出光を構成する赤色成分、緑色成分および青色成分を、それぞれ、透過型ホログラフィック光学素子104および反射型ホログラフィック光学素子105で回折でき、ユーザの瞳106に各色成分を入射させることができ、ユーザにカラー画像を知覚させることが可能となる。
The transmissive holographic
本実施の形態において、ホログラフィック光学素子104,105は、それぞれ、赤色光回折用ホログラフィック光学素子110R,120R、緑色光回折用ホログラフィック光学素子110G,120Gおよび青色光回折用ホログラフィック光学素子110B,120Bが積層された3層構造とされている。ここで、ホログラフィック光学素子110R,120Rは、可視領域における、赤色の波長帯域(例えば620nm〜640nm)に対して、回折効率を有している。ホログラフィック光学素子110G,120Gは、可視領域における、緑色の波長帯域(例えば520nm〜540nm)に対して、回折効率を有している。ホログラフィック光学素子110B,120Bは、可視領域における、青色の波長帯域(例えば450nm〜500nm)に対して、回折効率を有している。
In the present embodiment, the holographic
この場合、透過型ホログラフィック光学素子104は、図3に示すように、眼鏡レンズ103側から、光学素子110R、光学素子110Bおよび光学素子110Gの順に配置される。なお、眼鏡レンズ103側から、光学素子110B、光学素子110Rおよび光学素子110Gの順に配置されていてもよい。
In this case, the transmissive holographic
一方、反射型ホログラフィック光学素子105は、図3に示すように、眼鏡レンズ103側から、光学素子120G、光学素子120Bおよび光学素子120Rの順に配置される。なお、眼鏡レンズ103側から、光学素子120G、光学素子120Rおよび光学素子120Bの順に配置されていてもよい。
On the other hand, as shown in FIG. 3, the reflective holographic
人間の眼は緑色の光に最も感度がよく、赤色がこれに次ぎ青色が最も低い。上述したように、ホログラフィック光学素子104,105において、回折すべき光線束が入射される側に、緑色の波長帯域に対して回折効率を有するホログラフィック光学素子110Gが配置されることで、回折すべき光線束は最初に光学素子110G,120Gに入射され、緑色の光線束は、他の光学素子の影響を受けることなく、当該光学素子110G,120Gで回折される。したがって、ホログラフィック光学素子104,105で、視感度の高い緑色の光線束を精度よく回折でき、ユーザは解像度のよい画像を知覚できるようなる。
The human eye is most sensitive to green light, red next to blue and lowest. As described above, in the holographic
ここで、図4、図5を参照して、上述したホログラフィック光学素子110R,110G,110Bをそれぞれ構成する偏光選択性透過型ホログラフィック光学素子110の構造および製造プロセスを説明する。この透過型ホログラフィック光学素子110は、例えば特開2002−221710号公報に記載されている。
Here, with reference to FIG. 4 and FIG. 5, the structure and manufacturing process of the polarization selective transmission holographic
この透過型ホログラフィック光学素子110は、高分子分散液晶(以下、「PDLC」という)を材料とした液晶パネルに、レーザ光線による干渉縞を露光して、ホログラムを形成したものである。
The transmissive holographic
すなわち、まず、光重合を起こす前の高分子(以下、「プレポリマ」という)、ネマチック液晶、開始剤、色素などが混合されたPDLC1を、それぞれに透明電極2が形成された一対のガラス基板(あるいはフィルム)3,3間に挟み込み、PDLCパネルを形成する。このとき、ネマチック液晶の重量割合は全体の30%程度とする。また、このPDLC1の層厚(以下、「セルギャップ」という)は、2μm乃至15μm程度の範囲で、偏光選択性透過型ホログラフィック光学素子の仕様、例えば回折効率を持たせる波長帯域などに合わせて最適値が選ばれる。
That is, first, a PDLC 1 mixed with a polymer before photopolymerization (hereinafter referred to as “prepolymer”), a nematic liquid crystal, an initiator, a dye, and the like is paired with a pair of glass substrates on which a
次に、このPDLCパネルに干渉縞を記録するため、図示しないレーザ光源からの物体光4および参照光5を当該PDLCパネルに照射し、これらの干渉による光の強弱(A)を発生させる。このとき、干渉縞の明るいところ、つまり光子のエネルギーが大きい場所では、そのエネルギーにより、PDLC中のプレポリマが光重合を起こし、ポリマ化する。このため、プレポリマが周辺部から次々に供給され、結果的に、ポリマ化したプレポリマが密な領域と疎の領域とに分かれる。プレポリマが疎の領域では、ネマチック液晶の濃度が高くなる。これにより、高分子領域6と液晶領域7の2つの領域が形成される。
Next, in order to record interference fringes on the PDLC panel, object light 4 and reference light 5 from a laser light source (not shown) are irradiated to the PDLC panel, and light intensity (A) due to these interferences is generated. At this time, in a place where the interference fringes are bright, that is, a place where the energy of photons is large, the prepolymer in the PDLC undergoes photopolymerization and polymerizes due to the energy. For this reason, the prepolymer is supplied one after another from the peripheral portion, and as a result, the polymerized prepolymer is divided into a dense region and a sparse region. In regions where the prepolymer is sparse, the concentration of nematic liquid crystal is high. As a result, two regions of the
ところで、上述のPDLCパネルの高分子領域6は、屈折率に関し等方的で、その値は、例えば1.5となされている。一方、PDLCパネルの液晶領域7では、ネマチック液晶分子8がその光軸を高分子領域6との境界面に対して略垂直として並んでいる。そのため、この液晶領域7では、屈折率が、入射偏光方位依存性を有しており、この場合常光線となるのは、PDLCパネルの光線入射面9に入射する入射光について考えた場合、s偏光成分である。
By the way, the
そして、この液晶領域7の常光線屈折率nloを高分子領域6の屈折率npに略等しい状態、例えば、屈折率差が0.01未満である状態とすれば、入射s偏光成分に対する屈折率の変調は極めて小さく、回折効率をほとんど有しない。一般に、ネマチック液晶の常光線屈折率nloと異常光線屈折率nleとの差Δnは、0.1乃至0.2程度であるため、s偏光成分と入射方向が等しいp偏光成分の場合は、高分子領域6と液晶領域7との間に屈折率差を生じ、位相変調型ホログラムとして機能し、回折効率を有する。これが、透過型ホログラフィック光学素子(H−PDLCパネル)110の透明電極2,2間に電圧を印加しない場合の動作原理である(図4参照)。
If the ordinary refractive index nlo of the
次に、図5に示すように、透過型ホログラフィック光学素子110の透明電極2,2間に電圧を印加した場合の動作について説明する。透明電極2,2間には、スイッチ10を介して、電源11が接続されている。スイッチ10を閉成することにより、透明電極2,2間には、電源11による電圧が印加される。これにより、透過型ホログラフィック光学素子110の内部の材料に電界が加わると、誘電率異方性を有する液晶分子8は、その電圧に応じた角度だけ、光軸を電界方向に揃えるように方向が変えられる。そして、入射光の偏光方向に関わらず、回折を起こさないように制御することが可能となる。
Next, an operation when a voltage is applied between the
上述のような原理により、透過型ホログラフィック光学素子110は、入射光のうちのp偏光成分のみを回折する状態および入射光の全方向の偏光成分を回折しない状態の、2つの状態に切り替える動作が可能となる。
Based on the principle described above, the transmissive holographic
なお、上述したホログラフィック光学素子120R,120G,120Bをそれぞれ構成する反射型ホログラフィック光学素子は、フォトポリマーをホログラム感光剤としている。
Note that the reflection type holographic optical elements constituting the holographic
画像表示素子101は、例えば赤色画像、緑色画像および青色画像を所定の周期、例えば1/180秒の周期をもって順次表示する。そして、この画像表示素子101からは、赤色画像、緑色画像および青色画像が表示されているとき、それぞれ赤色光、緑色光および青色光が射出される。図示しない制御部は、透過型ホログラフィック光学素子104を構成する光学素子110R,110Gおよび110Bを、それぞれ、画像表示素子101に赤色画像、緑色画像および青色画像が表示されているときp偏光成分のみを回折する状態とし、その他のとき全方向の偏光成分を回折しない状態とする。
The
この画像表示装置100において、画像表示素子101から射出される射出光(p偏光)は、結像光学素子102により、中間結像点Pで集光された後に発散して、透過型ホログラフィック光学素子104に回折される角度で入射されて回折される。この透過型ホログラフィック光学素子104からの回折光は、眼鏡レンズ103に、第1の面(瞳106側の面)から入射光として入射される。この入射光は、当該眼鏡レンズ103を透過して、第2の面(瞳106側とは反対側の面)から射出光として射出される。そして、この射出光は、反射型ホログラフィック光学素子105に入射され、回折および反射される。
In this
この反射型ホログラフィック光学素子105からの回折光(反射光)は、眼鏡レンズ103に、第2の面から入射光として入射される。この入射光は、当該眼鏡レンズ103を透過して、第1の面から射出光として射出される。この射出光は、透過型ホログラフィック光学素子104に回折されない角度で入射され、そのまま透過し、ユーザの瞳106に入射される。これにより、ユーザは、画像表示素子101に表示される画像を虚像として認識できるようになる。
The diffracted light (reflected light) from the reflective holographic
ここで、実際の光線の進行方向とは逆向きの光線追跡を考える。 Here, consider ray tracing in the direction opposite to the actual traveling direction of rays.
瞳106から所定の画角θを持った光線束(p偏光)が射出光として射出されたとする。この射出光は、透過型ホログラフィック光学素子104に回折されない角度で入射され、そのまま透過し、眼鏡レンズ103に、第1の面から入射光として入射される。この入射光は、当該眼鏡レンズ103を透過して、第2の面から射出光として射出される。そして、この射出光は、反射型ホログラフィック光学素子105に入射され、回折および反射される。この反射型ホログラフィック光学素子105では、可視領域の、赤色の波長帯域、緑色の波長帯域および青色の波長帯域のp偏光成分が、任意のパワーをもって回折される。
It is assumed that a light beam (p-polarized light) having a predetermined angle of view θ is emitted from the
この反射型ホログラフィック光学素子105からの回折光(反射光)は、眼鏡レンズ103に、第2の面から入射光として入射される。この入射光は、当該眼鏡レンズ103を透過して、第1の面から射出光として射出される。このp偏向成分の射出光は、透過型ホログラフィック光学素子104に回折される角度で入射されて回折される。この透過型ホログラフィック光学素子104では、可視領域の、赤色の波長帯域、緑色の波長帯域および青色の波長帯域のp偏光成分が、任意のパワーをもって回折される。
The diffracted light (reflected light) from the reflective holographic
そして、この透過型ホログラフィック光学素子104からの回折光は、中間結像点Pで集光され、その後に結像光学素子102を介して、画像表示素子101の表示面上に再び集光される。これにより、瞳106の位置における光線、例えば平行光線は、画像表示素子101の表示面上に結像される。
Then, the diffracted light from the transmissive holographic
図1に示す画像表示装置100においては、画像表示素子101からの射出光が、眼鏡レンズ103およびホログラフィック光学素子104,105を介して、ユーザの瞳106に入射されるものであり、従来のようにハーフミラーを用いるものと比べて、光利用効率を高くでき、ユーザは明るい像を見ることができる。換言すれば、光利用効率を高くできることから、ユーザに明るい像を知覚させるための消費電力を低く抑えることができる。
In the
すなわち、図1に示す画像表示装置100において、画像表示素子101からの射出光の光量の劣化または減衰は、ホログラフィック光学素子104,105の回折効率、眼鏡レンズ103、結像光学素子102およびホログラフィック光学素子104,105の内部での吸収、および各光学部品における表面反射でのみ発生する。しかも、偏光選択性透過型ホログラフィック光学素子104での回折効率は90%以上、また反射型ホログラフィック光学素子105での回折効率が95%以上と高い。したがって、画像表示素子101からの射出光の光量の劣化または減衰は少なく、ユーザの瞳106で観察される光量が多くなる。
That is, in the
また、図1に示す画像表示装置100においては、ユーザの瞳106の前方に存在する眼鏡レンズ103の向こう側からの光は、眼鏡レンズ103およびホログラフィック光学素子104,105を介して、ユーザの瞳106に入射される。すなわち、図1に示す画像表示装置100においては、従来のように向こう側からの光がハーフミラーを介してユーザの瞳106に入射されるものではなく、明るいシースルー構造を提供できる。
Further, in the
また、図1に示す画像表示装置100においては、画像表示素子101からの射出光が、透過型ホログラフィック光学素子104および反射型ホログラフィック光学素子105でそれぞれで回折された後にユーザの瞳106に入射されるものであり、ホログラフィック光学素子104,105に回折を分担させることができ、これらホログラフィック光学素子104,105の個々に大きな回折能力は要求されない。したがって、この図1に示す画像表示装置100によれば、従来の反射型ホログラフィック光学素子のみを用いるものと比べて、画角θを大きくでき、倍率を高くできる。
In the
また、図1に示す画像表示装置100においては、透過型ホログラフィック光学素子104および反射型ホログラフィック光学素子105を備えるものであり、瞳106の位置における光線、例えば平行光線を逆光線追跡した場合、反射型ホログラフィック光学素子105における回折によって生じる波長分散と逆の波長分散が、透過型ホログラフィック光学素子104における回折によって発生され、色分散した光線が中間結像位置に集光される。したがって、図1に示す画像表示装置100によれば、回折によって発生する色収差を相殺でき、画質の向上を図ることができる。この効果は、特に、画像表示素子101の光源として、3原色の各色光の波長帯域に広がりがある、発光ダイオードを用いている場合に、有効となる。
In addition, the
また、図1に示す画像表示装置100においては、眼鏡レンズ103の中で複数回の反射をさせる必要がないので、眼鏡レンズ103を製造可能なまでに薄くすることができる。
Further, in the
なお、図1に示す画像表示装置100では、透過型ホログラフィック光学素子104をホログラフィック光学素子110R,110G,110Bの3層構造としたものであるが、この透過型ホログラフィック光学素子104を、赤色光回折用ホログラフィック光学素子110Rおよび緑・青色光回折用ホログラフィック光学素子110GBが積層された2層構造とすることもできる。また、図1に示す画像表示装置100では、反射型ホログラフィック光学素子105をホログラフィック光学素子120R,120G,120Bの3層構造としたものであるが、この反射型ホログラフィック光学素子105を、赤色光回折用ホログラフィック光学素子120Rおよび緑・青色光回折用ホログラフィック光学素子120GBが積層された2層構造とすることもできる。この場合、ホログラフィック光学素子110R,120Rは、可視領域における赤色の波長帯域に対して回折効率を有するものとされるが、ホログラフィック光学素子110GB,120GBは、可視領域における緑色から青色の波長帯域に対して回折効率を有するものとされる。
In the
この場合、透過型ホログラフィック光学素子104は、図6に示すように、眼鏡レンズ103側から、光学素子110Rおよび光学素子110GBの順に配置される。一方、反射型ホログラフィック光学素子105は、図8に示すように、眼鏡レンズ103側から、光学素子120GBおよび光学素子120Rの順に配置される。
In this case, the transmissive holographic
これにより、ホログラフィック光学素子104,105において、回折すべき光線束が入射される側に、緑色の波長帯域に対して回折効率を有するホログラフィック光学素子110GB,120GBが配置されることで、回折すべき光線束は最初に光学素子110GB,120GBに入射され、緑色の光線束は、他の光学素子の影響を受けることなく、当該光学素子110GB,120GBで回折される。したがって、ホログラフィック光学素子104,105で、視感度の高い緑色の光線束を精度よく回折でき、ユーザは解像度のよい画像を知覚できるようなる。
Thereby, in the holographic
また、ホログラフィック光学素子104,105を、図示せずも、それぞれ、可視領域における赤色から青色の波長帯域に対して回折効率を有する、赤・緑・青色光回折用ホログラフィック光学素子の1層構造とすることもできる。
Further, although not shown, each of the holographic
次に、この発明の第2の実施の形態について説明する。図7は、第2の実施の形態としての画像表示装置100Aの構成を示している。この図7において、図1と対応する部分には同一符号を付し、適宜その説明を省略する。
Next explained is the second embodiment of the invention. FIG. 7 shows a configuration of an
この画像表示装置100Aは、画像表示素子101と、結像光学素子102と、眼鏡レンズ103と、偏光選択性透過型ホログラフィック光学素子104と、反射型ホログラフィック光学素子105とで構成されている。
The
透過型ホログラフィック光学素子104は、透過型回折光学素子を構成している。このホログラフィック光学素子104は、眼鏡レンズ103の瞳側の面(第1の面)に設けられている。この場合、透過型ホログラフィック光学素子104は、眼鏡レンズ103の第1の面に被着されている。
The transmissive holographic
反射型ホログラフィック光学素子105は、反射型回折光学素子を構成している。この反射型ホログラフィック光学素子105は、眼鏡レンズ103の瞳側の面(第1の面)とは反対側の面(第2の面)に設けられている。この場合、反射型ホログラフィック光学素子105は、眼鏡レンズ103の第2の面に被着されている。
The reflective holographic
結像光学素子102は、結像光学素子102d,102eで構成されている。この結像光学素子102は、画像表示素子101と透過型ホログラフィック光学素子104との間に配置されている。この場合、画像表示素子101からの射出光が、当該結像光学素子102により、中間結像点Pで集光された後に発散して、透過型ホログラフィック光学素子104に入射される。
The imaging
画像表示装置100Aは、ユーザの瞳106の位置における光線、例えば平行光線を逆光線追跡したとき、画像表示素子101の表示面上に結像される光学系で構成されている。この逆光線追跡を考えた場合、結像光学素子102は、中間結像点Pで結像された像に存在する、透過型ホログラフィック光学素子104、眼鏡レンズ103、反射型ホログラフィック光学素子105で発生した各種光学収差を補正し、画像表示素子101の表示面上に結像するように、設計される。この場合、実際には、結像光学素子102により、中間結像点Pに、透過型ホログラフィック光学素子104、眼鏡レンズ103、反射型ホログラフィック光学素子105で発生する各種光学収差を補正する収差を持った状態で像が結像される。
The
図8に示すように、画像表示素子101からの射出光は結像光学素子102(図8には図示せず)を介して透過型ホログラフィック光学素子104に入射されるが、その入射角が、当該透過型ホログラフィック光学素子104で回折されない角度となるように、当該透過型ホログラフィック光学素子104の位置、角度等が設定されている。
As shown in FIG. 8, the light emitted from the
また、図8に示すように、この透過型ホログラフィック光学素子104を回折されずに透過した光は、眼鏡レンズ103を介して反射型ホログラフィック光学素子105に入射されて回折および反射され、その回折光(反射光)は眼鏡レンズ103を介して再び透過型ホログラフィック光学素子104に入射されるが、その入射角が、当該透過型ホログラフィック光学素子104で回折される角度となるように、反射型ホログラフィック光学素子105における回折光の角度等が設定されている。
Further, as shown in FIG. 8, the light transmitted through the transmissive holographic
また、上述した逆光線追跡を考えた場合、反射型ホログラフィック光学素子105における回折によって生じる波長分散と逆の波長分散が、透過型ホログラフィック光学素子104における回折によって発生され、色分散した光線が中間結像位置に集光されるように、透過型ホログラフィック光学素子104の回折パワー等が設定されている。
Further, when considering the above-described reverse ray tracing, the wavelength dispersion opposite to the chromatic dispersion caused by the diffraction in the reflective holographic
この画像表示装置100Aのその他は、図1に示す画像表示装置100と同様に構成される。
The rest of the
この画像表示装置100Aにおいて、画像表示素子101から射出される射出光(p偏光)は、結像光学素子102により、中間結像点Pで集光された後に発散して、透過型ホログラフィック光学素子104に回折されない角度で入射され、そのまま透過し、眼鏡レンズ103に、第1の面(瞳106側の面)から入射光として入射される。この入射光は、当該眼鏡レンズ103を透過して、第2の面(瞳106側とは反対側の面)から射出光として射出される。そして、この射出光は、反射型ホログラフィック光学素子105に入射され、回折および反射される。
In this
この反射型ホログラフィック光学素子105からの回折光(反射光)は、眼鏡レンズ103に、第2の面から入射光として入射される。この入射光は、当該眼鏡レンズ103を透過して、第1の面から射出光として射出される。この射出光は、透過型ホログラフィック光学素子104に回折される角度で入射されて回折される。この透過型ホログラフィック光学素子104からの回折光は、ユーザの瞳106に入射される。これにより、ユーザは、画像表示素子101に表示される画像を虚像として認識できるようになる。
The diffracted light (reflected light) from the reflective holographic
ここで、実際の光線の進行方向とは逆向きの光線追跡を考える。 Here, consider ray tracing in the direction opposite to the actual traveling direction of rays.
瞳106から所定の画角を持った光線束(p偏光)が射出光として射出されたとする。この射出光は、透過型ホログラフィック光学素子104に回折される角度で入射されて回折される。この透過型ホログラフィック光学素子104では、可視領域の、赤色の波長帯域、緑色の波長帯域および青色の波長帯域のp偏光成分が、任意のパワーをもって回折される。
It is assumed that a light beam (p-polarized light) having a predetermined angle of view is emitted from the
この透過型ホログラフィック光学素子104からの回折光は、眼鏡レンズ103に、第1の面から入射光として入射される。この入射光は、当該眼鏡レンズ103を透過して、第2の面から射出光として射出される。そして、この射出光は、反射型ホログラフィック光学素子105に入射され、回折および反射される。この反射型ホログラフィック光学素子105では、可視領域の、赤色の波長帯域、緑色の波長帯域および青色の波長帯域のp偏光成分が、任意のパワーをもって回折される。
The diffracted light from the transmissive holographic
この反射型ホログラフィック光学素子105からの回折光(反射光)は、眼鏡レンズ103に、第2の面から入射光として入射される。この入射光は、当該眼鏡レンズ103を透過して、第1の面から射出光として射出される。この射出光は、透過型ホログラフィック光学素子104に回折されない角度で入射され、そのまま透過する。
The diffracted light (reflected light) from the reflective holographic
そして、このホログラフィック光学素子104からの射出光は、中間結像点Pで集光され、その後に結像光学素子102を介して、画像表示素子101の表示面上に再び集光される。これにより、瞳106の位置における光線、例えば平行光線は、画像表示素子101の表示面上に結像される。
The emitted light from the holographic
図7に示す画像表示装置100Aにおいては、画像表示素子101からの射出光が反射型ホログラフィック光学素子105で回折および反射された後さらに透過型ホログラフィック光学素子104で回折されてユーザの瞳106に入射される点で、画像表示素子101からの射出光が透過型ホログラフィック光学素子104で回折された後さらに反射型ホログラフィック光学素子105で回折されてユーザの瞳106に入射される図1に示す画像表示装置100とは構成が異なるものの、その他は同様に構成されており、同様の作用効果を得ることができる。
In the
この発明は、光利用効率を高くでき、シースルーが可能であり、眼鏡レンズを薄く作ることが可能であり、また画角を大きして倍率を高くできるものであり、頭部装着型ディスプレイ等として使用して好適である。 This invention can increase the light utilization efficiency, allows see-through, can make a spectacle lens thin, can increase the angle of view and increase the magnification, and can be used as a head-mounted display or the like. Suitable for use.
100,100A・・・画像表示装置、101・・・画像表示素子、102・・・結像光学素子、103・・・眼鏡レンズ、104・・・偏光選択性透過型ホログラフィック光学素子、105・・・反射型ホログラフィック光学素子、106・・・ユーザの瞳、110・・・偏光選択性透過型ホログラフィック光学素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,100A ... Image display apparatus, 101 ... Image display element, 102 ... Imaging optical element, 103 ... Eyeglass lens, 104 ... Polarization selective transmission type holographic optical element, 105. ..Reflection-type holographic optical element 106: User's pupil 110: Polarization selective transmission holographic optical element
Claims (21)
眼鏡レンズと、
上記眼鏡レンズの瞳側の面である第1の面に設けられた透過型回折光学素子と、
上記眼鏡レンズの上記第1の面とは反対側の面である第2の面に設けられた反射型回折光学素子とを備え、
上記画像表示素子からの射出光は、上記透過型回折光学素子、上記眼鏡レンズ、上記反射型回折光学素子、上記眼鏡レンズおよび上記透過型回折光学素子を順次介されて、上記瞳への射出光とされる
ことを特徴とする画像表示装置。 An image display element;
Eyeglass lenses,
A transmission type diffractive optical element provided on a first surface which is a pupil side surface of the spectacle lens;
A reflective diffractive optical element provided on a second surface which is a surface opposite to the first surface of the spectacle lens;
The light emitted from the image display element is emitted to the pupil through the transmission diffractive optical element, the spectacle lens, the reflection diffractive optical element, the spectacle lens, and the transmission diffractive optical element sequentially. An image display device characterized by that.
上記眼鏡レンズに上記第1の面から入射された入射光は、上記眼鏡レンズの上記第2の面から射出光として射出され、
上記眼鏡レンズの第2の面から射出された射出光は、上記反射型回折光学素子で回折および反射された後に、上記眼鏡レンズに上記第2の面から入射光として入射され、
上記眼鏡レンズに上記第2の面から入射された入射光は、上記眼鏡レンズの上記第1の面から射出光として射出され、
上記眼鏡レンズの第1の面から射出された射出光は、上記透過型回折光学素子に、回折されない角度で入射され、該透過型回折光学素子を回折されずに透過し、該透過型回折光学素子から上記瞳への射出光として射出される
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 Light emitted from the image display element is incident on the transmissive diffractive optical element at a diffracted angle, diffracted by the transmissive diffractive optical element, and then incident on the spectacle lens from the first surface. As incident and
Incident light incident on the spectacle lens from the first surface is emitted as exit light from the second surface of the spectacle lens;
The light emitted from the second surface of the spectacle lens is diffracted and reflected by the reflective diffractive optical element, and then enters the spectacle lens as incident light from the second surface,
Incident light incident on the spectacle lens from the second surface is emitted as exit light from the first surface of the spectacle lens,
The light emitted from the first surface of the spectacle lens is incident on the transmissive diffractive optical element at an angle that is not diffracted, and is transmitted through the transmissive diffractive optical element without being diffracted. The image display device according to claim 1, wherein the image display device emits light from an element as light emitted to the pupil.
上記眼鏡レンズに上記第1の面から入射された入射光は、上記眼鏡レンズの上記第2の面から射出光として射出され、
上記眼鏡レンズの第2の面から射出された射出光は、上記反射型回折光学素子で回折および反射された後に、上記眼鏡レンズに上記第2の面から入射光として入射され、
上記眼鏡レンズに上記第2の面から入射された入射光は、上記眼鏡レンズの上記第1の面から射出光として射出され、
上記眼鏡レンズの第1の面から射出された射出光は、上記透過型回折光学素子に、回折される角度で入射され、該透過型回折光学素子で回折され、該透過型回折光学素子から上記瞳への射出光として射出される
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 Light emitted from the image display element is incident on the transmissive diffractive optical element at an angle that is not diffracted, and after passing through the transmissive diffractive optical element, enters the spectacle lens as incident light from the first surface. And
Incident light incident on the spectacle lens from the first surface is emitted as exit light from the second surface of the spectacle lens;
The light emitted from the second surface of the spectacle lens is diffracted and reflected by the reflective diffractive optical element, and then enters the spectacle lens as incident light from the second surface,
Incident light incident on the spectacle lens from the second surface is emitted as exit light from the first surface of the spectacle lens,
The light emitted from the first surface of the spectacle lens is incident on the transmissive diffractive optical element at a diffracted angle, diffracted by the transmissive diffractive optical element, and from the transmissive diffractive optical element. The image display device according to claim 1, wherein the image display device is emitted as light emitted to a pupil.
上記画像表示素子からの射出光は、上記結像光学素子により、中間結像点で集光された後に発散して、上記透過型回折光学素子に入射される
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 An imaging optical element disposed between the image display element and the transmissive diffractive optical element;
The emitted light from the image display element is converged at an intermediate imaging point by the imaging optical element, and then diverges and enters the transmission type diffractive optical element. The image display device described.
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The image display device according to claim 1, wherein at least one of the first surface and the second surface of the spectacle lens is a curved surface.
ことを特徴とする請求項5に記載の画像表示装置。 The image display device according to claim 5, wherein the curved surface is a cylindrical curved surface having a vertical or horizontal axis.
上記反射型回折光学素子における回折によって生じる波長分散と逆の波長分散を、上記透過型回折光学素子によって発生させ、上記光線を結像位置に集光させる
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 Consists of an optical system that forms an image on the display surface of the image display element when the light ray at the position of the pupil is traced by a reverse ray.
The chromatic dispersion opposite to the chromatic dispersion caused by diffraction in the reflective diffractive optical element is generated by the transmissive diffractive optical element, and the light beam is condensed at an imaging position. Image display device.
上記透過型回折光学素子における回折によって生じる波長分散と逆の波長分散を、上記反射型回折光学素子によって発生させ、上記光線を結像位置に集光させる
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 Consists of an optical system that forms an image on the display surface of the image display element when the light ray at the position of the pupil is traced by a reverse ray.
The chromatic dispersion opposite to the chromatic dispersion caused by diffraction in the transmissive diffractive optical element is generated by the reflective diffractive optical element, and the light beam is condensed at an imaging position. Image display device.
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The image display apparatus according to claim 1, wherein the transmissive diffractive optical element is configured by a single diffraction layer having diffraction efficiency for a plurality of wavelength bands.
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The image display apparatus according to claim 1, wherein the transmissive diffractive optical element includes a plurality of diffraction layers, and each of the plurality of diffraction layers has diffraction efficiency with respect to different wavelength bands.
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The image according to claim 1, wherein the transmissive diffractive optical element has diffraction efficiency with respect to a red wavelength band, a green wavelength band, and a blue wavelength band in a visible light region. Display device.
ことを特徴とする請求項11に記載の画像表示装置。 The transmissive diffractive optical element includes a first layer having diffraction efficiency for the red wavelength band, a second layer having diffraction efficiency for the green wavelength band, and the blue wavelength band. The image display device according to claim 11, comprising: a third layer having diffraction efficiency.
ことを特徴とする請求項11に記載の画像表示装置。 The transmission-type diffractive optical element includes a first layer having diffraction efficiency with respect to the red wavelength band and a second layer having diffraction efficiency with respect to the green to blue wavelength band. The image display device according to claim 11.
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The image display apparatus according to claim 1, wherein the transmissive diffractive optical element is a transmissive holographic optical element.
ことを特徴とする請求項14に記載の画像表示装置。 15. The image display device according to claim 14, wherein the transmissive holographic optical element is a deflection selective transmissive holographic optical element.
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The image display apparatus according to claim 1, wherein the reflective diffractive optical element includes a single diffraction layer having diffraction efficiency for a plurality of wavelength bands.
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The image display apparatus according to claim 1, wherein the reflective diffractive optical element includes a plurality of diffraction layers, and each of the plurality of diffraction layers has a diffraction efficiency with respect to different wavelength bands.
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The image according to claim 1, wherein the reflective diffractive optical element has diffraction efficiency with respect to a red wavelength band, a green wavelength band, and a blue wavelength band in a visible light region. Display device.
ことを特徴とする請求項18に記載の画像表示装置。 The reflective diffractive optical element includes a first layer having diffraction efficiency for the red wavelength band, a second layer having diffraction efficiency for the green wavelength band, and the blue wavelength band. The image display device according to claim 18, further comprising a third layer having diffraction efficiency.
ことを特徴とする請求項18に記載の画像表示装置。 The reflective diffractive optical element includes a first layer having diffraction efficiency with respect to the red wavelength band, and a second layer having diffraction efficiency with respect to the green to blue wavelength band. The image display apparatus according to claim 18, wherein:
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
The image display apparatus according to claim 1, wherein the reflective diffractive optical element is a reflective holographic optical element.
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Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5062432B2 (en) * | 2008-07-22 | 2012-10-31 | 大日本印刷株式会社 | Head mounted display |
US10345594B2 (en) * | 2015-12-18 | 2019-07-09 | Ostendo Technologies, Inc. | Systems and methods for augmented near-eye wearable displays |
JP7375374B2 (en) * | 2019-08-28 | 2023-11-08 | セイコーエプソン株式会社 | Virtual image display device and light guide device |
JP2021033154A (en) * | 2019-08-28 | 2021-03-01 | セイコーエプソン株式会社 | Virtual image display device and light guide device |
JP7387561B2 (en) * | 2020-09-09 | 2023-11-28 | 株式会社Nttドコモ | Glasses-type image display device |
WO2023058431A1 (en) * | 2021-10-06 | 2023-04-13 | 株式会社Nttドコモ | Display device |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001066544A (en) * | 1999-08-31 | 2001-03-16 | Minolta Co Ltd | Video display device |
JP2002162598A (en) * | 2000-11-28 | 2002-06-07 | Olympus Optical Co Ltd | Observation optical system and imaging optical system |
JP2003315727A (en) * | 2002-04-25 | 2003-11-06 | Sony Corp | Image display device |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04345537A (en) * | 1991-05-24 | 1992-12-01 | Asahi Glass Co Ltd | Automotive head-up display |
JPH06347643A (en) * | 1993-06-08 | 1994-12-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Color resolving optical system and color resolving method |
JPH07290993A (en) * | 1994-04-22 | 1995-11-07 | Asahi Glass Co Ltd | Head up display |
JP3632392B2 (en) * | 1997-08-14 | 2005-03-23 | 富士ゼロックス株式会社 | Retina display device |
JPH11326823A (en) * | 1998-05-18 | 1999-11-26 | Sony Corp | Virtual image observation optical system |
-
2004
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001066544A (en) * | 1999-08-31 | 2001-03-16 | Minolta Co Ltd | Video display device |
JP2002162598A (en) * | 2000-11-28 | 2002-06-07 | Olympus Optical Co Ltd | Observation optical system and imaging optical system |
JP2003315727A (en) * | 2002-04-25 | 2003-11-06 | Sony Corp | Image display device |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10877273B2 (en) | 2017-08-09 | 2020-12-29 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Optical window system and see-through type display apparatus including the same |
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