JP5534009B2 - 映像表示装置、ヘッドマウントディスプレイおよびヘッドアップディスプレイ - Google Patents
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Description
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。
図1は、本実施形態の映像表示装置1の概略の構成を示す断面図である。映像表示装置1は、光源11と、照明光学系12と、表示素子13と、接眼光学系14とを有して構成されている。
次に、本実施形態のHOE面の詳細について説明する前に、一般的な平板状のHOEにおける回折角度と色分散との関係について説明する。
次に、本実施形態のHOE面の詳細について説明する。
図5は、上述したHOE23を有する接眼光学系14の斜視図である。同図に示すようにHOE23の面23a(以下、HOE面23aと称する)は、1方向においてのみ、複数の平面に分割された複合面で構成されている。なお、HOE23は、接眼プリズム21の面21d(図1参照)に形成され、HOE面23aは面21dに沿って形成されることから、接眼プリズム21の面21dを1方向においてのみ複数の平面に分割した複合面で構成することにより、上記したHOE面23aを構成することができる。
Δθ<3°
を満足している。
次に、上述したHOE23の作製方法(露光方法)について説明する。図7は、HOE23を作製する露光光学系の概略の構成を示す断面図である。反射型のHOE23は、RGBのそれぞれについて、レーザー光を2光束に分離してそれぞれ参照光および物体光とし、基板(ここでは接眼プリズム21)上のホログラム感光材料23pを基板側およびその反対側から2光束(参照光、物体光)で露光し、これら2光束による干渉縞をホログラム感光材料23pに記録することにより作製される。より具体的には、以下の通りである。なお、ここでは、観察者の眼を配置する側の光を参照光、反対側からの光を物体光と呼ぶことにする。また、RGBのレーザーの発光波長は、例えば、R:647nm、G:532nm、B:476nmである。
本発明の他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態1と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態1〜2と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態1〜3と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態1〜4と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。本実施形態では、上述した実施の形態3、4の映像表示装置1を適用することが可能なヘッドアップディスプレイ(HUD)について説明する。
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態1〜5と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。本実施形態では、上述した実施の形態1、2の映像表示装置1を適用することが可能なヘッドマウントディスプレイ(HMD)について説明する。
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態1〜6と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
図15は、本実施形態の映像表示装置1の接眼光学系14の斜視図であり、図16は、接眼光学系14のHOE面23aの水平面内での形状を模式的に示す説明図である。本実施形態の映像表示装置1は、図1で示した映像表示装置1の接眼光学系14を、図15の接眼光学系14に置き換えたものである。本実施形態では、接眼光学系14のHOE面23aは、2つの曲面61・61と、1つの接平面62とが連続した面で構成されている。
Δθ<3°
を満足している。
本実施形態においても、実施の形態1と同様に、図7で示した露光光学系を用い、ホログラム感光材料23pを2光束で露光することにより、HOE23を作製することができる。特に、本実施形態のように、HOE面23aが曲面61と接平面62とで構成され、曲面61が1方向にのみ曲率を有する形状の場合、連続した1枚のホログラム感光材料23pを用いてHOE23を作製することができるので、その作製が容易となる。
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、以下での説明の便宜上、実施の形態1〜7と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、以下での説明の便宜上、実施の形態1〜8と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、以下での説明の便宜上、実施の形態1〜9と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。本実施形態では、上述した映像表示装置1を適用することが可能なヘッドアップディスプレイ(HUD)について説明する。
次に、上述した実施の形態7の映像表示装置1の実施例について、コンストラクションデータ等を用いてさらに具体的に説明する。すなわち、以下で示す実施例1は、実施の形態7の映像表示装置1に対応する数値実施例である。
2 支持部材
11 光源
13 表示素子
14 接眼光学系(観察光学系)
21 接眼プリズム
23 HOE(ホログラフィック光学素子)
23a HOE面
23L1 稜線
23L2 稜線
23p ホログラム感光材料
24 基板
25 基板
26 観察光学系
31 第1の平面
31a 有効領域
32 第2の平面
32a 有効領域
33 第3の平面
33a 有効領域
34 第4の平面
35 第5の平面
36 第6の平面
37 第7の平面
38 第8の平面
39 第9の平面
42 露光マスク(絞り)
61 曲面
62 接平面
P 観察瞳
Claims (17)
- 発光ピーク波長が少なくとも1つ存在し、かつ、1つの発光ピーク波長を含む波長幅の光を出射する光源と、
前記光源から出射された光を変調して映像を表示する表示素子と、
前記表示素子からの映像光を観察瞳に導き、前記観察瞳の位置にて観察者に虚像を観察させるための観察光学系とを備えた映像表示装置であって、
前記観察光学系は、前記表示素子からの映像光を回折反射させて前記観察瞳に導く体積位相型で反射型のホログラフィック光学素子を有しており、
前記ホログラフィック光学素子の面は、前記観察瞳側に凹となるように配置される複数の平面に分割されており、
前記複数の平面は、隣り合う平面の境界に共通の稜線を有するように連続していることを特徴とする映像表示装置。 - 前記ホログラフィック光学素子の面は、1方向においてのみ、複数の平面に分割されていることを特徴とする請求項1に記載の映像表示装置。
- 前記ホログラフィック光学素子の面は、画角が異なる2方向のうち、画角がより広い方向においてのみ、複数の平面に分割されていることを特徴とする請求項2に記載の映像表示装置。
- 前記ホログラフィック光学素子の面は、2方向において、複数の平面に分割されていることを特徴とする請求項1に記載の映像表示装置。
- 前記観察光学系は、前記ホログラフィック光学素子が形成される基板を含み、
前記基板は、前記ホログラフィック光学素子の面に垂直な方向の厚さが一定の板状の基板であることを特徴とする請求項2に記載の映像表示装置。 - 前記表示素子の表示面の中心と前記観察瞳の中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とし、前記ホログラフィック光学素子に対する入射光の光軸と反射光の光軸とを含む面を主平面とすると、
前記ホログラフィック光学素子の面は、前記主平面を対称面とする対称形であり、前記主平面に平行な方向でのみ複数の平面に分割されており、
前記基板は、前記ホログラフィック光学素子の各平面で発生する0次回折光が前記観察瞳に向かう光路から外れるように、前記ホログラフィック光学素子を保持していることを特徴とする請求項5に記載の映像表示装置。 - 前記各平面に対応する前記ホログラフィック光学素子の有効領域は、前記各平面の稜線を介して離れて形成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の映像表示装置。
- 発光ピーク波長が少なくとも1つ存在し、かつ、1つの発光ピーク波長を含む波長幅の光を出射する光源と、
前記光源から出射された光を変調して映像を表示する表示素子と、
前記表示素子からの映像光を観察瞳に導き、前記観察瞳の位置にて観察者に虚像を観察させるための観察光学系とを備えた映像表示装置であって、
前記観察光学系は、前記表示素子からの映像光を回折反射させて前記観察瞳に導く体積位相型で反射型のホログラフィック光学素子を有しており、
前記ホログラフィック光学素子の面は、1方向にのみ曲率を有する前記観察瞳側に凹の曲面と、前記曲面の接平面とが連続した面で構成されていることを特徴とする映像表示装置。 - 前記表示素子の表示面の中心と前記観察瞳の中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とし、前記ホログラフィック光学素子に対する入射光の光軸と反射光の光軸とを含む面を主平面とすると、
前記ホログラフィック光学素子の面は、前記主平面を対称面とする対称形であり、
前記接平面は、前記主平面と交差するように配置されており、
前記曲面は、前記主平面に垂直な方向に曲率を有し、前記接平面に対して前記主平面に垂直な方向の両側に配置されていることを特徴とする請求項8に記載の映像表示装置。 - 前記表示素子の表示面の中心と前記観察瞳の中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とし、前記ホログラフィック光学素子に対する入射光の光軸と反射光の光軸とを含む面を主平面とすると、
前記ホログラフィック光学素子の面は、前記主平面を対称面とする対称形であり、
前記曲面は、前記主平面に平行な面内で曲率を持つように配置されており、
前記接平面は、前記曲面よりも前記表示素子に近い側に配置されていることを特徴とする請求項8に記載の映像表示装置。 - 前記曲面は、画角が異なる2方向のうち、画角がより広い方向に曲率を有していることを特徴とする請求項8から10のいずれかに記載の映像表示装置。
- 前記観察光学系は、前記ホログラフィック光学素子が形成される基板を含み、
前記基板は、前記ホログラフィック光学素子の面に垂直な方向の厚さが一定の板状の基板であることを特徴とする請求項10に記載の映像表示装置。 - 前記基板は、前記ホログラフィック光学素子で発生する0次回折光が前記観察瞳に向かう光路から外れるように、前記ホログラフィック光学素子を保持していることを特徴とする請求項12に記載の映像表示装置。
- 前記曲面は、曲率が一定のシリンドリカル面であることを特徴とする請求項8から13のいずれかに記載の映像表示装置。
- 前記曲面は、前記接平面から遠ざかるにつれて曲率が大きくなる面であることを特徴とする請求項8から13のいずれかに記載の映像表示装置。
- 請求項1から15のいずれかに記載の映像表示装置と、
前記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持部材とを備えていることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 - 請求項1から15のいずれかに記載の映像表示装置を備え、前記映像表示装置の前記ホログラフィック光学素子が、観察者の視界内に配置される基板に保持されていることを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
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