JP5282358B2 - 画像表示光学系及び画像表示装置 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1の図2に記載された画像表示光学系は、互いに平行な複数の部分反射面を透明な基板内に設けてなる。
液晶表示素子などの画像表示素子から射出した表示光束は、平行光束化された状態で基板内部に導入される。
基板を伝播する表示光束は、複数の部分反射面(特許文献1の図2の符号22)に対し順に入射する。
各部分反射面に対し互いに等角度で入射した各表示光束は、それぞれ等角度ずつ偏向されて基板外に射出する。
その領域内の何れかに観察者の眼の瞳が配置されれば、観察者は画像表示素子の虚像を観察することができる。つまり、この領域は、射出瞳と等価な働きをする。以下、この領域を「射出瞳」という。
また、特許文献1の図2では、表示光束が1本の折れ線で描かれているが、実際の表示光束には、各画角の表示光束が含まれている。
しかも、この画像表示光学系においては、表示光束の伝播路が基板内で折り畳まれるので、基板を伝播可能な光線の開き角度は、折り畳まれなかったときよりも大きくなる。
このため、特許文献1の図15には、縦横双方に亘り画角の拡大を図る技術が記載されている。しかし、この技術では、45°の反射面を複数配置する必要があるために、配置スペースの増大(つまり基板サイズの増大)を招く。
また、本発明は、小型でありながらも高性能な画像表示装置を提供することを目的とする。
また、前記導出手段は、前記表示光束が到達する前記基体の面の少なくとも1部に設けられ、かつ前記表示光束の一部を外部へ射出させる光学膜と、前記光学膜の反基体側に設けられた互いに平行な複数の反射面とによって構成されてもよい。
また、前記導出手段は、前記基体の何れかの側面に設けられたホログラフィック光学膜によって構成されてもよい。
また、本発明の画像表示装置は、観察眼に投光すべき表示光束を射出する画像表示素子と、前記表示光束を前記観察眼へと導光する本発明の何れかの画像表示光学系とを備えたことを特徴とする。
また、本発明によれば、小型でありながらも高性能な画像表示装置が実現する。
また、本発明によれば、省スペースを図りつつ照明角度範囲を縦横双方に亘り拡大することのできる照明光学系が実現する。
以下、図1、図2、図3、図4、図5、図6、図7、図8、図9、図10、図11、図12、図13、図14、図15、図16、図17、図18、図19、図20、図21,図28,図29,図30,図31,図32,図33,図34,図35,図36,図37,図38,図39,図40に基づき本発明の第1実施形態を説明する。
図1は、本アイグラスディスプレイの外観図である。
図1に示すように、本アイグラスディスプレイは、基体1、画像導入ユニット2、ケーブル4、眼鏡フレーム3(請求項の装着手段に対応)などからなる。ここでは、右眼用のアイグラスディスプレイを説明する。
画像導入ユニット2は、光学系を搭載したユニットである。この画像導入ユニット2は、基体1の近傍(眼鏡フレーム3の右のテンプル)に固定され、ケーブル4を介して外部機器と接続されている。このケーブル4を介して、外部機器から画像導入ユニット2へと画像表示用の信号及び電源が供給される。
図1中のXYZ座標系は、アイグラスディスプレイを装着した観察者の左方向をX方向、上方向をY方向、前方向をZ方向とした右手系のXYZ直交座標系である。以下、このXYZ座標系、又は観察者から見た各方向(左右、上下、縦横)の表現によって、アイグラスディスプレイを説明する。
図2は、本アイグラスディスプレイの光学系部分を説明する図である。図2(a)は、光学系部分の斜視図、図2(b)は、光学系部分をXZ平面と平行な平面で切断してできる概略断面図、図2(c)は、光学系部分をXY平面と平行な平面で切断してできる概略断面図である。
また、画像導入ユニット2には、LCD(液晶表示素子)などの画像表示素子2a、対物レンズ2b、及び不図示の回路などが搭載されている。
対物レンズ2bの近傍には、図2(c)に示すとおり、画像表示素子2aの各位置から射出した各表示光束L1が重畳して入射する入射瞳Pinが形成される。なお、入射瞳Pinの径は、基体1の上下の側面1a’,1b’よりも若干小さい程度である。
基体1において表示光束L1が最初に入射する領域には、反射膜からなる導入ミラー1A(請求項の導入手段に対応)が配置されている。導入ミラー1Aの配置姿勢は、表示光束L1の伝播路が基体1内に形成されるように最適化されている(詳細は後述)。
表示光束L1は、導入ミラー1Aに入射すると、図2(b)に示すとおり、基体1の表裏面1a,1bで交互に内面反射すると共に、図2(c)に示すとおり、基体1の上下の側面1a’,1b’で交互に内面反射して、基体1の+X方向へと伝播する。
基体1の内部において観察者の右眼に相対する領域には、部分反射膜からなり、かつ互いに平行な複数の偏向ミラー1B(請求項の導出手段に対応)が、観察者から見て隙間が無いよう密に並べて設けられている。
基体1を伝播した表示光束L1は、個々の偏向ミラー1Bに入射し、それぞれ観察者の右眼の方向に偏向され、基体1の外部に射出する。個々の偏向ミラー1Bによって偏向された個々の表示光束L1は、観察者の右眼の近傍の互いにずれた領域に入射する。
この射出瞳Pout内の何れかの箇所に観察者の右眼の瞳が位置していれば、観察者は画像表示素子2aの虚像を観察することができる。
また、外界(観察者から見て遠方)から観察者の右眼に向かう外界光束は、基体1を透過する。また、その外界光束は、基体1内に設けられた偏向ミラー1Bを、透過する。
なお、観察者の右眼から見た射出瞳Poutの形状は、観察者の右眼から見た複数の偏向ミラー1Bの全体の形状と概ね一致する。
因みに、図2に示した複数の偏向ミラー1Bの全体の形状は平行四辺形なので、射出瞳Poutの形状も平行四辺形となる。必要に応じて、複数の偏向ミラー1Bの全体形状を変更し、射出瞳Poutの形状を変更してもよい。
本アイグラスディスプレイの画角は、2方向の画角、すなわち、図2(b)中に示す第1の画角aと、図2(c)中に示す第2の画角bとによって決まる。
第1の画角aは、基体1を伝播する表示光束L1のうち、画像表示素子2aの最外周の画素から射出した2つの主光線をXZ平面と平行な面へ射影したときの開き角度と比例関係にある。第2の画角bは、基体1を伝播する表示光束L1のうち、画像表示素子2aの最外周の画素から射出した2つの主光線をYX平面と平行な面へ射影したときの開き角度と比例関係にある。
なお、第1の画角a,第2の画角bの方向を観察者から見て縦横方向に一致させる必要がある場合には、光学系部分の全体の姿勢を、図1,図2,図3に示した姿勢から傾斜させればよい。
説明をわかりやすくするため、本アイグラスディスプレイを従来のアイグラスディスプレイと比較する。
従来のアイグラスディスプレイは、特許文献1に記載の技術が適用されたアイグラスディスプレイである。
従来のアイグラスディスプレイの表示光束L1の伝播路は、図4(a),(b)に示すように、表裏面1a,1bの間で折り畳まれている。よって、従来のアイグラスディスプレイの第1の画角a(この場合は、X方向における画角)は、基体1の臨界角度θcによって決まる。
しかし、従来のアイグラスディスプレイの表示光束L1の伝播路は、図4(a),(c)に示すように、上下の側面1a’,1b’の間で折り畳まれていない。よって、従来のアイグラスディスプレイの第2の画角b(この場合は、Y方向における画角)は、図4(c)に示すように、基体1のサイズによって決まる。具体的には、次式(1)で表される。
但し、式(1)において「Ds」は基体1の縦寸法、「d0」は入射瞳Pinの径、「L0」は基体1の実効的な横寸法である。
例えば、Ds=30mm、d0=20mm、L0=50mmとすると、第2の画角bは、11.4°となる。つまり、従来のアイグラスディスプレイの第2の画角bは、第1の画角aには到底及ばない。
例えば、従来のアイグラスディスプレイと同じ条件下では、本アイグラスディスプレイの第1の画角aは、50°にまで拡大可能である。
すなわち、本アイグラスディスプレイでは、表示光束L1の伝播路が表裏面1a,1bの間で折り畳まれているだけでなく上下の側面1a’,1b’の間でも折り畳まれているので、基体1のサイズ拡大を伴わずに、第2の画角bを第1の画角aと同じだけ拡大すること、つまり画角を縦横双方に亘り拡大することが可能である。
なお、本アイグラスディスプレイでは、内面反射に寄与する面(すなわち表裏面1a,1bと上下の側面1a’,1b’)の表面が平面加工されるのみであるが、それらの面にさらに光学膜を設けたり、それらの面を回折光学面にしたりすれば、基体1の臨界角度θcよりも小さい入射角度で入射する光線を基体1で内面反射させることができる。このようにして基体1を伝播する表示光束L1の光線の開き角度を拡大すれば、本アイグラスディスプレイの画角をさらに拡大することができる。
例えば、本アイグラスディスプレイの基体1の縦寸法(面1a’と面1b’との間隔)は、基体1の厚さ(面1aと面1bとの間隔)よりも大きいが、仮に、前者が後者と同じ程度に抑えられたとしても、本アイグラスディスプレイの画角は何ら損なわれない。よって、例えば、基体1の形状を、棒状にすることもできる。
つまり、基体1の形状は、アイグラスディスプレイの美観や、基体1が装着されるべき眼鏡フレーム3の構造などに応じて自由に選定可能である。
また、本アイグラスディスプレイには、基体1及び画像導入ユニット2を観察者の頭部に装着する装着手段として、一般的な眼鏡フレーム3が用いられたが、その装着手段は、基体1のサイズや形状と共に最適なものに変更することができる。
図2に示したとおり、複数の偏向ミラー1Bは、基体1へ入射した表示光束L1をそれぞれ反射して、基体1の外部に射出瞳Poutを形成する。
但し、基体1を伝播する表示光束L1の軸上光線は、図5に示すように、どの位置でも4成分LI,LII,LIII,LIVのうち何れかの方向をとる。このうち、成分LIが、導入ミラー1Aで反射した直後の成分である。なお、図5では、表示光束L1の或る軸上光線の4成分を示した。
なぜなら、特定の1成分以外の成分が偏向されると、虚像のゴーストが形成される虞があるからである。
このため、個々の偏向ミラー1Bには、何れか1成分を反射し、かつ他の3成分を透過するような特性、つまり特定の入射角度範囲で入射する可視光のみを反射するような特性が付与される。
ところで、本アイグラスディスプレイの複数の偏向ミラー1Bは、図2に示したように、基体1の内部に設けられているが、複数の偏向ミラー1Bは、図6に示すように、基体1の外部に設けられていてもよい。なお、図6(a),(b)の記載方法(符号も含む)は、図2(a),(b)のそれに対応させてある(但し、図6では画像導入ユニット2は省略。)。
基体1と基板1’との界面には、光学膜1Dが形成されており、この光学膜1Dは、基体1を内面反射する表示光束L1の一部を基板1’に入射させる役割、つまり、複数の偏向ミラー1Bに入射させる役割を果たす。
因みに、光学膜1Dは、高屈折率の誘電体と低屈折率の誘電体を交互に積層してなる多層膜、或いは、ホログラフィック光学膜によって構成される。
折り返しミラー1Cは、基体1を伝播した表示光束L1を光軸方向に折り返すものである。複数の偏向ミラー1B’は、折り返された後の表示光束L1をそれぞれ反射して射出瞳Poutの方向に射出させるものである。偏向ミラー1B,1B’のそれぞれの法線は、表示光束L1の入射面上に存在する。
また、図6のアイグラスディスプレイでは、偏向ミラー1B(及び偏向ミラー1B’)を設けた基板1’の配置箇所が、基体1の面1aの側(外界側)であるが、面1bの側(観察者側)であってもよい。その場合も、偏向ミラー1B(及び偏向ミラー1B’)の姿勢を最適化することで、観察者の側に表示光束L1を導光し、同様の射出瞳Poutを形成することができる。
説明に当たり、方向を示すパラメータとして方向余弦を用いる。先ず、この方向余弦を説明しておく。
α=cosθx,
β=cosθy,
γ=cosθz
で表される。
<方向余弦のパラメータ>
AI=(α,β,γ):
AIは、導入ミラー1Aにて反射した直後の表示光束L1の軸上光線の成分LIの方向余弦であり、成分LIの方向のパラメータである(図8参照)。
AIIは、表示光束L1の軸上光線の成分LIIの方向余弦であり、成分LIIの方向のパラメータである。
AIII=(α,β,−γ):
AIIIは、表示光束L1の軸上光線の成分LIIIの方向余弦であり、成分LIIIの方向のパラメータである。
AIVは、表示光束L1の軸上光線の成分LIVの方向余弦であり、成分LIVの方向のパラメータである。
因みに、パラメータAI,AII,AIII,AIVの関係は、表示光束L1の軸上光線が面1a’,1b’の何れかで反射すると、その方向余弦の成分βの符号が反転し、また、軸上光線が面1a,1bの何れかで反射すると、その方向余弦の成分γの符号が反転することに起因する。
Aiは、基体1に入射する表示光束L1の光軸の方向余弦であり、基体1に入射する表示光束L1のパラメータである(図8参照)。
A0=(α0,β0,γ0):
A0は、導入ミラー1Aの法線の方向余弦であり、導入ミラー1Aのパラメータである(図8参照)。
Aは、基体1を伝播する表示光束L1の軸上光線の方向余弦であり、基体1を伝播する表示光束L1の軸上光線のパラメータである(図8参照)。
Am=(αm,βm,γm):
Amは、偏向ミラー1Bの法線の方向余弦であり、偏向ミラー1Bのパラメータである(図8参照)。
A’は、基体1から観察者の眼へ射出する表示光束L1の軸上光線の方向余弦であり、基体1から射出する表示光束L1のパラメータである(図8参照)。
<角度のパラメータ>
θXY-Xは、基体1を伝播する表示光束L1の軸上光線のXY平面への射影がX軸と成す角度であり、基体1を伝播する表示光束L1のパラメータである。因みに、導入ミラー1Aにて反射した直後の表示光束L1(つまり成分LI)のパラメータθXY-Xは、θXY-X=tan-1(β/α)で表される。
θ0は、導入ミラー1Aに対する表示光束L1の軸上光線の入射角度であり、基体1に入射する表示光束L1のパラメータである(図8参照)。
θ0XY-Xは、導入ミラー1AとXY平面との交線がX軸と成す角度であり、導入ミラー1Aの配置姿勢のパラメータである。
θaは、偏向ミラー1Bに入射する表示光束L1の軸上光線の入射角度であり、偏向ミラー1Bに入射する表示光束L1のパラメータである(図8参照)。
θmXY-Xは、偏向ミラー1BとXY平面との交線がX軸と成す角度であり、偏向ミラー1Bの配置姿勢のパラメータである(図8参照)。
さて、導入ミラー1Aの配置姿勢のパラメータA0の選定は、基体1に入射する表示光束L1のパラメータAiと、導入ミラー1Aにて反射した直後の表示光束L1のパラメータA(つまりAI)と、式(2),式(3)とに基づいて行われる。
cos2θ0=Ai・A ・・・(3)
なお、式(3)は、式(3’)のとおり変形できる。
cosθ0=√[(αiα+βiβ+γiγ+1)/2] ・・・(3’)
また、偏向ミラー1Bの配置姿勢のパラメータAmの選定も、同様に考えて、偏向ミラー1Bに入射する表示光束L1のパラメータA(つまりAI、AII,AIII,AIVの何れか)と、基体1から射出する表示光束L1のパラメータA’と、次式(4),(5)とに基づいて行われる。
cos2θa=A・A’ ・・・(5)
ところで、上述したとおり、表示光束L1の軸上光線はどの位置でも4成分(LI〜LIV)のうち何れかからなり、偏向ミラー1Bには、そのうち何れか1成分のみを所定の反射率で反射し、他の3成分を全て透過するような特性が付与される。
このため、本実施形態では、上述した偏向ミラー1Bなどの配置姿勢の選定を、表示光束L1の4成分LI,LII,LIII,LIVについてそれぞれ行った上で、それらを比較し、最適なものに絞り込んだ。次に、選定方法の具体例を説明する。
一方、偏向ミラー1Bのパラメータ(θmXY-X,θmZ)は、以下の4通りの何れかに選定可能である。
(−135°,67.5°),
(−135°,22.5°),
(135°,67.5°),
(135°,22.5°)。
図28は、基体1に入射する表示光束L1のパラメータを示す表である。点線枠内がパラメータAi(表示光束L1の光軸の方向余弦)である。
図30は、導入ミラー1Aの配置姿勢のパラメータを示す表である。点線枠内がパラメータA0(導入ミラー1Aの法線の方向余弦)である。
図31は、基体1から射出する表示光束L1のパラメータを示す表である。点線枠内がパラメータA’(表示光束L1の方向余弦)である。
図33は、表示光束L1の成分LIIを基体1外へ射出させるための偏向ミラー1Bの配置姿勢のパラメータを示す表である。点線枠内がパラメータAm(偏向ミラー1Bの法線の方向余弦)である。
図35は、表示光束L1の成分LIVを基体1外へ射出させるための偏向ミラー1Bの配置姿勢のパラメータを示す表である。点線枠内がパラメータAm(偏向ミラー1Bの法線の方向余弦)である。
ここで、図32,図33,図34,図35の各パラメータを比較する。
先ず、図32の右下欄に示すとおり、図32のパラメータによると、偏向ミラー1Bに対する4成分LI,LII,LIII,LIVの入射角度は、以下の4角度になる。
成分LII:22.5°,
成分LIII:74.3°,
成分LIV:74.3°
また、図33の右下欄に示すとおり、図33のパラメータによると、偏向ミラー1Bに対する4成分LI,LII,LIII,LIVの入射角度は、以下の4角度になる。
成分LII:22.5°(基体1外へ射出させる成分),
成分LIII:49.21°,
成分LIV:49.21°
また、図34の右下欄に示すとおり、図34のパラメータによると、偏向ミラー1Bに対する4成分LI,LII,LIII,LIVの入射角度は、以下の4角度になる。
成分LII:74.3°,
成分LIII:67.5°(基体1外へ射出させる成分),
成分LIV:22.5°
また、図35の右下欄に示すとおり、図35のパラメータによると、偏向ミラー1Bに対する4成分LI,LII,LIII,LIVの入射角度は、以下の4角度になる。
成分LII:49.21°,
成分LIII:67.5°,
成分LIV:22.5°(基体1外へ射出させる成分)
以上の比較の結果、反射角度領域と透過角度領域とを1つの閾値で分離できるケースは、図33又は図35で示したケースであることがわかる。よって、偏向ミラー1Bを多層膜で比較的に容易に製造できるケースである図33又は図35のパラメータに絞り込まれる。
次に、偏向ミラー1Bを実現する多層膜の実施例を説明する。ここでは、図33のパラメータが選定された場合を説明する。
この多層膜に付与すべき特性は、入射角度22.5°で入射する可視光を所定の反射率で反射し、かつ入射角度49.21°及び57.5°で入射する可視光を透過するものである。
このため、多層膜に付与すべき特性は、入射角度22.5°の前後で入射する可視光の光束(画角に対応した開き角度の光束)に対し十分な反射率を有し、かつ入射角度49°,67.5°の前後で入射する可視光の光束(画角に対応した開き角度の光束)に対し十分な透過率を有したものとなる(以下、画角を10°とする。)。
そこで、この多層膜には、表示光束L1をp偏光に制限した場合に最適な特性が付与される。
画角:10°,
波長帯域:可視広域(400nm〜700nm),
入射角度22.5±5°のp偏光に対する反射率Rp:40%,
入射角度45.21±5°〜67.5±5°のp偏光に対する透過率Tp:100%。
偏光ビームスプリッタの代表的な構成は、以下の3通りである。
基体/(0.25H0.25L)p0.25H/基体,
基体/(0.125H0.25L0.125H)p/基体,
基体/(0.125L0.25H0.125L)p/基体
なお、
「H」:高屈折率層(H層),
「L」:低屈折率層(L層),
「p」:括弧で括られた層群の積層回数
各層の左側の数値:各層の膜厚(但し、単位は設計中心波長λc)
である。
なお、
基体1の屈折率:1.56,
H層の屈折率1.67,
L層の屈折率:1.46,
設計中心波長λc:450nm
とした。
基体/(0.125H0.25L0.125H)7(0.15H0.3L0.15H)7
(0.175H0.35L0.175H)7(0.205H0.41L0.205H)7/基体
図36に、この多層膜の構成を示す(図36では、「基体」を「基板」と表現した。他の表も同様。)。
図10に、この多層膜の波長550nmのp偏光に対する反射率の角度特性を示す。
(多層膜の第2実施例)
本実施例では、第1実施例の多層膜を基礎として計算機で各層の膜厚を最適化して改良(反射率の平坦化)を施した。
図11に、この多層膜の反射率の波長特性を示す。図11には、入射角度22.5°のp偏光に対する特性、入射角度49.2°のp偏光に対する特性、入射角度67.5°のp偏光に対する特性を示す。
図12に、この多層膜の波長550nmのp偏光に対する反射率の角度特性を示す。
本実施例では、第2実施例の多層膜にさらなる改良を施して、層数の低減を試みた。層数の低減のために、H層に屈折率の高い材料を用いた。
図38に、この多層膜の構成を示す。
図13に、この多層膜の反射率の波長特性を示す。図13には、入射角度22.5°のp偏光に対する特性、入射角度49.2°のp偏光に対する特性、入射角度67.5°のp偏光に対する特性を示す。
(多層膜の第4実施例)
本実施例では、上述した実施例とは仕様の異なる多層膜を設計した。この多層膜に設定した反射率Rpは、70%である。
なお、
基体1の屈折率:1.56,
H層の屈折率:2.30,
L層の屈折率:1.46,
設計中心波長λc:450nm
とした。
図15に、この多層膜の反射率の波長特性を示す。図15には、入射角度22.5°のp偏光に対する特性、入射角度49.2°のp偏光に対する特性、入射角度67.5°のp偏光に対する特性を示す。
図16に、この多層膜の波長550nmのp偏光に対する反射率の角度特性を示す。
(多層膜の第5実施例)
本実施例では、表示光束L1に含まれる波長成分が、特定の波長成分のみに限定されている場合に最適な多層膜を設計した。
このときには、本実施例の多層膜が反射すべき波長成分を、その3つの波長成分のみに限定したとしても、虚像を形成するための表示光束L1の光量は、殆ど損なわれない。
なお、
反射率Rp:70%,
基体1の屈折率:1.56,
H層の屈折率:2.30,
L層の屈折率:1.46,
設計中心波長λc:450nm
とした。
図18に、この多層膜の反射率の波長特性を示す。図18には、入射角度22.5°のp偏光に対する特性、入射角度49.2°のp偏光に対する特性、入射角度67.5°のp偏光に対する特性を示す。
(その他)
なお、本アイグラスディスプレイの基体1の断面(YZ平面と平行な面によって切断してできる断面)は、長方形(正方形)である。
また、基体1の断面は、図19(b)に示すように、別の四角形であってもよい。その場合、表示光束L1は、例えば、図19(b)に示すように、4つの面にて内面反射しながら基体1を伝播する。このとき、表示光束L1の成分は、4成分LI,LII,LIII,LIVとなる。
なお、図19(a)〜(c)に示した基体1を伝播する表示光束L1がこれらの面の何れか1つの面から射出される様に、図示されない偏向ミラーが基体1に設けられている。
(導入ミラー1A,偏向ミラー1Bの変形例)
なお、図2に示した導入ミラー1Aには、多層膜ではなくホログラフィック光学膜を用いることもできる。
また、図6に示した複数の偏向ミラー1B及び光学膜1Dの代わりに、それらと同じ役割を果たすホログラフィック光学膜を用いることもできる。その場合、基板1’は不要である。
ここで、図6の複数の偏向ミラー1B及び光学膜1Dの代わりに適用可能なホログラフィック光学膜を説明する。
図20において、符号51で示すのが、レーザ光源、符号BSで示すのがビームスプリッタ、符号Mで示すのがミラー、符号53で示すのがビームエキスパンダ、符号54で示すのが、感光材料である。
図21は、このホログラフィック光学膜54が形成された基体1と、その基体1を伝播する表示光束の様子とを示す概念図である。
なお、ホログラフィック光学膜54の製造には、図20に示す露光光学系による露光以外に、精密金型を用いた射出成形や、マイクロリソグラフィーなどを適用することができる。
以下、図22、図23に基づき本発明の第2実施形態を説明する。
本実施形態は、大型立体虚像ディスプレイの実施形態である。
図22は、本立体虚像ディスプレイの外観図である。
図22に示すように、本立体虚像ディスプレイには、第1実施形態のアイグラスディスプレイの何れかの基体1と画像導入ユニット2とからなる画像表示光学系60が複数個備えられる。基体1には、例えば、導入ミラー1A及び複数の偏向ミラー1Bが所定の関係で設けられている。
L−Ch画像の信号は、1つおきに配置された画像表示光学系60にそれぞれ入力される。これらの各画像表示光学系60は、L−Ch画像の虚像を、それぞれ画像表示光学系60の背後の所定距離の位置に形成する。
したがって、観察者が、左右の眼の瞳を射出瞳の何れかの位置に配置すると、L−Ch画像、R−Ch画像の虚像を観察することができる。
ここで、図23に示すように、L−Ch画像を表示する画像表示光学系60と、R−Ch画像を表示する画像表示光学系60とは、互いにθcだけ異なる角度で配置される。
したがって、観察者は、左眼でL−Ch画像、右眼でR−Ch画像を個別に観察することができる。よって、鮮明な立体虚像を観察できる。
また、画像表示光学系60を広い範囲に亘って配置すれば、観察者が立体虚像を観察するための眼の配置範囲を広げることができる。また、複数人の観察者が同時に同じ立体画像を観察することもできる。
以下、図24、図25に基づき本発明の第3実施形態を説明する。
本実施形態は、360°立体虚像ディスプレイの実施形態である。
先ず、本立体虚像ディスプレイに供給すべき信号の取得方法を説明する。
信号を取得するには、図24に示すように、或る物体から等距離のn種類の各位置において物体を撮影する。n種類の各位置は、物体の周囲360°をn個に等分割してなる各位置である。
次に、本立体虚像ディスプレイの構成を説明する。
図25は、本立体虚像ディスプレイの外観図である。
個々の画像表示光学系60の基体1は、観察者から見て左右に細く、かつ上下に長い棒状をしている。画像導入ユニット2は、基体1の一端に連結される。n個の画像表示光学系60は、観察者の前に円筒状に並べて配置される。個々の画像表示光学系60の射出瞳は、円筒の外側に並んで形成される。観察者の左右の眼は、射出瞳の何れかに配置される。
n個の信号は、n個の画像表示光学系60に個別に入力される。これらの各画像表示光学系60は、1−Ch画像,2−Ch画像,・・・,n−Ch画像の虚像を、円筒の中心位置にそれぞれ形成する。
なお、本立体虚像ディスプレイでは、静止画像の信号を用いれば、静止画像の360°立体虚像を、動画像の信号を用いれば、動画像の360°立体虚像を観察することができる。
[第4実施形態]
以下、図26、図27に基づき本発明の第4実施形態を説明する。
本実施形態は、液晶ディスプレイの実施形態である。
本液晶ディスプレイには、液晶パネル80と、それを背面から照明する照明光学系70とが備えられる。
照明光学系70は、第1実施形態のアイグラスディスプレイの何れかの基体1と、照明ユニット2’とからなる。基体1には、例えば、導入ミラー1A及び複数の偏向ミラー1Bが所定の関係で設けられている。
基体1を正面から見ると、図27に示すように、4隅の1つに導入ミラー1Aが配置され、また、略全面に亘って複数の偏向ミラー1Bが並べて配置されている。
照明ユニット2’は、液晶パネル80の各位置を照明するための照明光束を、導入ミラー1Aに向けて射出する。
液晶パネル80を照明するこの照明光束の開き角度は、第1実施形態の表示光束L1のそれと同様に、縦横双方に亘って広く確保される。
よって、本液晶ディスプレイは、薄型でありながらも、縦横双方に亘り広い角度範囲から観察者が画像を視認することのできる、高性能な液晶ディスプレイである。
なお、本液晶ディスプレイの用途は、テレビ、携帯電話、パーソナルコンピュータのディスプレイなど、様々である。
Claims (7)
- 観察眼に投光すべき表示光束に対し透明であり、平行な第1側面対と、当該第1側面対に直交する第2側面対とを有した角柱状の基体と、
前記基体内において前記第1側面対及び前記第2側面対に対して非平行に配置され、外部から前記基体内へ入射した前記表示光束を、前記第1側面対の間で内面反射するとともに前記第2側面対の間で内面反射する方向に向けて反射する導入手段と、
前記内面反射に供される何れかの側面上又は前記基体内に配置され、前記第1側面対及び前記第2側面対で内面反射した前記表示光束を、前記基体から前記観察眼に向けて反射する導出手段と
を備えたことを特徴とする画像表示光学系。 - 請求項1に記載の画像表示光学系において、
前記導出手段は、
前記基体内部に設けられた互いに平行な複数の部分反射面からなる
ことを特徴とする画像表示光学系。 - 請求項1に記載の画像表示光学系において、
前記導出手段は、
前記表示光束が到達する前記基体の面の少なくとも1部に設けられ、かつ前記表示光束の一部を外部へ射出させる光学膜と、
前記光学膜の反基体側に設けられた互いに平行な複数の反射面とからなる
ことを特徴とする画像表示光学系。 - 請求項2又は請求項3に記載の画像表示光学系において、
前記複数の反射面の何れか1つは、
ホログラフィック光学膜からなる
ことを特徴とする画像表示光学系。 - 請求項1に記載の画像表示光学系において、
前記導出手段は、
前記基体の何れかの側面に設けられたホログラフィック光学膜からなる
ことを特徴とする画像表示光学系。 - 観察眼に投光すべき表示光束を射出する画像表示素子と、
前記表示光束を前記観察眼へと導光する請求項1〜請求項5の何れか一項に記載の画像表示光学系と
を備えたことを特徴とする画像表示装置。 - 請求項6に記載の画像表示装置と、
前記画像表示装置を観察者の頭部に装着する装着手段と
を備えたことを特徴とする画像表示装置。
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