JPH10288953A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】画像表示器と光学系とのレイアウトの如何に拘
らず、光源出力を増大することなく、表示に必要な充分
な光量の画像表示光を光学系に案内できる表示装置を提
供する。 【解決手段】その画像表示器２２の発光面２２ａ、また
は、その発光面２２ａに面接触する面を回折面とするホ
ログラム２４が設けられる。その画像表示器２２から出
射される画像表示光は、その回折面により回折された後
に光学系２３に案内される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示器と光学
系とを有する表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】バックラ
イト付液晶ディスプレイやＣＲＴディスプレイ等の画像
表示器と、レンズやミラー等により構成される光学系と
を備える表示装置において、その光学系の像面湾曲収差
等を低減できるように、画像表示器の発光面形状を湾曲
変形することで、視野全域の解像度を向上することが行
われている。

【０００３】しかし、ＣＲＴディスプレイや液晶ディス
プレイ等の発光面形状を、光学系の収差を低減できる形
状に加工しようとすると構造が複雑化する。そのため、
図８に示すように、光学系１０１に対向する画像表示器
１０２の発光面１０２ａに、多数の光ファイバーを束ね
て接着することで構成されるフェイスプレート１０３を
接合することが行われている。その画像表示器１０２の
発光面１０２ａに接するフェイスプレート１０３の入光
面１０３ａは、その発光面１０２ａの形状に合致する形
状とされ、そのフェイスプレート１０３の発光面１０３
ｂの形状は、その光学系１０１の収差を低減できる形状
とされている。

【０００４】図９に示すように、機器の配置レイアウト
等の関係から、フェイスプレート１０３の発光面１０３
ｂの中心の法線に対し、光学系１０１の光軸１０１′が
傾斜する場合がある。図９における２点鎖線は、そのフ
ェイスプレート１０３の発光面１０３ｂの中心から出射
される光の強度分布を示す。その光の強度は、その法線
１０３ｂ′の方向において最大となり、その法線１０３
ｂ′からの傾き角をθとした場合、その傾き方向の光の
強度は、その最大値のｃｏｓ² θ倍となる。すなわち、
その法線１０３ｂ′からの傾きが大きくなるに従って光
の強度は弱くなる。そのため、フェイスプレート１０３
の発光面１０３ｂの中心の法線１０３ｂ′に対し、光学
系１０１の光軸１０１′が傾斜する場合、表示に有効な
光量が不足する。その光量不足を解消するために光源出
力を大きくすると消費電力が増大する。

【０００５】また、そのようなフェイスプレートを設け
ない場合でも、画像表示器の発光面の中心の法線に対し
光学系の光軸が傾斜する場合は、同様に、その法線から
の傾きが大きくなるに従って光の強度は弱くなる。

【０００６】また、上記のような光ファイバーにより構
成されるフェイスプレートを用いて光学系の収差を低減
する場合、そのフェイスプレートの発光面を湾曲させる
必要があり、それだけフェイスプレートの寸法が大きく
なるので表示装置が大型化する。

【０００７】本発明は、上記問題を解決することのでき
る表示装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、画像表示器と
光学系とを有する表示装置において、その画像表示器の
発光面、または、その発光面に面接触する面を回折面と
するホログラムが設けられ、その画像表示器から出射さ
れる画像表示光は、その回折面により回折された後に前
記光学系に案内されることを特徴とする。そのホログラ
ムにより画像表示光を回折することで、画像表示器の発
光面の中心の法線に対し光学系の光軸が傾斜していて
も、その画像表示光の強度分布を光学系の光軸方向にお
いて最大として表示に必要な光量を確保できる。

【０００９】その回折面は、その画像表示光を、その発
光面が光学系の収差を低減できる形状を有する場合と同
一の光路を辿るように回折させるのが好ましい。これに
より、従来のような光ファイバーにより構成されるフェ
イスプレートの発光面を湾曲させることなく、回折面に
より画像表示光を回折させるだけで、すなわち表示装置
を大型化することなく収差を低減できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。

【００１１】図１、図２に示す頭部装着型表示装置１
は、観察者５の頭部に装着されるバンド状保持部４と、
その保持部４により保持される表示部２と、バイザー
（光路変更面形成部）３とを備える。その表示部２は観
察者５の頭部一側方に配置され、信号ケーブル２ａを介
してコンピュータ等により構成される画像信号発生源
（図示省略）に接続され、その画像信号に基づき図中１
点鎖線で示すように画像表示光Ｌを前方に出射する。そ
のバイザー３は、観察者５の頭部両側方から両目の前方
の間において頭部外周に沿い曲げられる。そのバイザー
３に、その表示部２と観察者５の目との間に配置される
反射面１０と、観察者５の一方の目の前方に配置される
回折面１１とが形成される。上記表示部２から出射され
る画像表示光Ｌは、その反射面１０により反射された後
に、その回折面１１により回折されることで、その観察
者５の一方の目に導かれる。これにより、観察者５は画
像表示光Ｌにより形成される表示虚像を視認できると共
に、回折面１１を透過する光により前方の実在物を視認
できる。

【００１２】その回折面１１は、例えば図３の（１）に
示すように、バイザー３の構成材料となる平板状のアク
リル基板３′上に、フォトレジスト等の感光材料を塗布
し、その感光材料を一定波長のレーザー光を用いる２光
束干渉法により露光し、上記のように画像表示光Ｌを回
折するための干渉縞を記録してホログラムを生成するこ
とで得られる。また、その反射面１０は、例えばアルミ
などの金属反射膜をそのアクリル基板上成膜することで
得られる。さらに、その回折面１１を構成するホログラ
ムと反射面１０を構成する反射膜の上に、保護膜１２と
して酸化珪素膜等を成膜する。しかる後に、そのアクリ
ル基板を図３の（２）に示すように湾曲することで、上
記のバイザー３を得る。

【００１３】図４は、上記頭部装着型表示装置１の表示
部２の第１実施形態を示す。その表示部２は、画像表示
器２２と、光学系２３と、その画像表示器２２の発光面
２２ａに接合されるプレート状のホログラム２４とを備
える。その画像表示器２２は、例えばバックライト付液
晶ディスプレイやＣＲＴディスプレイ等により構成でき
る。その光学系２３は、その画像表示器２２から出射さ
れる画像表示光により生成される表示画像の結像位置や
表示倍率の調節、画像表示光の光路変更等を行うレン
ズ、ミラー、ホログラム等の光学素子や、そのような光
学素子の組み合わせ等により構成できる。その画像表示
器２２の発光面２２ａの中心の法線２２′に対して、光
学系２３の光軸２３′は傾斜する。その傾斜角度は、画
像表示器２２と光学系２３のレイアウトに応じて定まる
もので特に限定されず、例えば４０度程度とされる。

【００１４】そのホログラム２４は、本実施形態では特
定波長（例えば５４０ｎｍ）近傍の光の透過率が高いフ
ィルター材料により構成される。その画像表示器２２の
発光面２２ａに接するホログラム２４の入光面２４ａ
は、その発光面２２ａの形状に合致する形状となるよう
に加工され、そのホログラム２４の発光面２４ｂの形状
は、本実施形態では平坦面とされている。

【００１５】そのホログラム２４の入光面２４ａが回折
面とされている。その回折面は、画像表示器２２の発光
面２２ａから出射される画像表示光が、その光学系２３
に案内されるように回折させる。本実施形態では、その
画像表示光は、発光面２２ａの中心の法線２２′と光学
系２３の光軸２３′とが一致する場合と同一の光路を辿
るように回折される。さらに、その回折面は画像表示光
を、その発光面２２ａが光学系２３の像面湾曲収差を低
減できる形状を有する場合と同一の光路を辿るように回
折させる。

【００１６】そのホログラム２４の回折面は、入光面２
４ａ上にフォトレジスト等の感光材料を塗布し、その感
光材料を一定波長（例えば４８８ｎｍ）のレーザー光を
用いる２光束干渉法により露光することで、その画像表
示光を上記のように回折させる干渉縞を記録することで
得られる。その感光材料としては、例えば重クロム酸ゼ
ラチンを用いることができるが、特に限定されない。そ
の干渉縞は、例えば１ｍｍあたり６００本程度とするこ
とができる。そのホログラム２４の回折面２４ａを画像
表示器２２の発光面２２ａに面接触させ、その密着面の
周囲に接着剤を塗布されることで、発光面２２ａと回折
面２４ａとは接合されるが、その接合方法は特に限定さ
れない。

【００１７】上記構成によれば、ホログラム２４により
画像表示器２２の発光面２２ａから出射される画像表示
光を回折することで、画像表示器２２の発光面２２ａの
中心の法線２２′に対し光学系２３の光軸２３′が傾斜
していても、その法線２２′と光軸２３′とが一致して
いる場合と同様に画像表示光を光学系２３に案内するこ
とができる。これにより、図４において２点鎖線で示す
ように、そのホログラム２４の発光面２４ｂの中心から
出射される光の強度分布は、その光学系２３の光軸方向
において最大となり、表示に必要な光量を確保でき、ま
た、光源出力を小さくして消費電力を低減できる。さら
に、ホログラム２４の回折面の干渉縞に、光学系２３の
収差低減のための情報を織り込む事で、従来のような光
ファイバーにより構成される湾曲面を有するフェイスプ
レートを用いることなく、すなわち表示装置を大型化す
ることなく収差を低減でき、さらに、光学系２３の構成
素子の低減にも寄与できる。

【００１８】図５は本発明の第２実施形態を示す。上記
第１実施形態との相違は、ホログラム２４を波長に拘り
なく光を透過するガラスや透明プラスチックにより構成
し、そのホログラム２４の発光面２４ｂ側にに特定波長
近傍の光の透過率が高い波長選択素子３０を接合してい
る。他は第１実施形態と同様で、同一部分は同一符号で
示す。

【００１９】図６は本発明の第３実施形態を示す。上記
第１実施形態との相違は、画像表示器２２の発光面２２
ａに従来と同様の光ファイバーにより構成される湾曲し
た発光面３１ｂを有するフェイスプレート３１を接合す
ることで光学系２３の収差を低減し、そのフェイスプレ
ート３１の発光面３１ｂにホログラム２４を接合し、そ
のホログラム２４を波長に拘りなく光を透過するガラス
や透明プラスチックにより構成し、そのホログラム２４
に特定波長近傍の光の透過率が高い波長選択素子３５を
接合している。そのホログラム２４の入光面２４ａと発
光面２４ｂ、その波長選択素子３５の入光面３５ａと発
光面３５ｂは、そのフェイスプレート３１の発光面３１
ｂと同様に湾曲されている。ホログラム２４の入光面２
４ａの回折面の干渉縞は、画像表示光を光学系２３に案
内するように回折させる点は第１実施形態と同様である
が、光学系２３の像面湾曲収差を低減するための情報は
含んでいない。他は第１実施形態と同様で、同一部分は
同一符号で示す。

【００２０】図７は本発明の第４実施形態を示す。上記
実施形態との相違は、画像表示器２２の発光面２２ａを
構成する透明基板をホログラム２４とし、その画像表示
器２２の発光面２２ａ自体を回折面とし、また、画像表
示器２２の光源として単色光を出射するものを用いるこ
とで、波長選択素子を不要としている。他は第１実施形
態と同様で、同一部分は同一符号で示す。

【００２１】なお、本発明は上記実施形態に限定されな
い。例えば、上記各実施形態のホログラム２４を、回折
面の干渉縞を計算により求めて印刷や機械的加工により
得る計算機ホログラムにより構成してもよい。また、本
発明は、頭部装着型表示装置以外の表示装置にも適用で
きる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、画像表示器と光学系と
のレイアウトの如何に拘らず、光源出力を増大すること
なく、表示に必要な充分な光量の画像表示光を光学系に
案内でき、さらに、表示装置を大型化することなく収差
を低減し、光学系の構成素子の低減にも寄与できる表示
装置を提供できる。

【００２３】

【本発明の実施態様】その画像表示器の発光面の中心の
法線に対し、その光学系の光軸が傾斜され、その回折面
は、その画像表示光を、その法線と光軸とが一致する場
合と同一の光路を辿るように回折させるのが好ましい。
これにより、画像表示光を最も効率良く利用できる。

【００２４】本発明の表示装置は、観察者の頭部側方に
おいて画像表示光を出射する表示部と、観察者の頭部側
方から目の前方の間において頭部外周に沿い曲げられて
いる光路変更面形成部と、その表示部と光路変更面形成
部とを保持すると共に観察者の頭部に装着される保持部
とを備え、その光路変更面形成部に、その表示部と観察
者の目との間に配置される反射面と、観察者の目の前方
に配置される回折面とが、その画像表示光を反射させた
後に回折させることで観察者の目に導くことができるよ
うに形成されている頭部装着型表示装置であるのが好ま
しい。これにより、観察者の頭部側方の表示部から出射
される画像表示光を、その表示部と観察者の目との間に
配置される反射面により反射させた後に、観察者の目の
前方に配置される回折面により回折することで、観察者
に画像を視認させることができるので、重量の大きな表
示部を観察者の頭部の側方に配置でき、また、その反射
面と回折面とが形成されている光路変更面形成部は、観
察者の頭部側方から目の前方の間において頭部外周に沿
い曲げられているので、観察者の頭部から前方への突出
量を小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の斜視
図

【図２】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の平面
図

【図３】本発明の実施形態の頭部装着型表示装置の
（１）は要部の製造工程説明図、（２）は要部の平面構
成説明図

【図４】本発明の第１実施形態の表示装置の要部の構成
説明図

【図５】本発明の第２実施形態の表示装置の要部の構成
説明図

【図６】本発明の第３実施形態の表示装置の要部の構成
説明図

【図７】本発明の第４実施形態の表示装置の要部の構成
説明図

【図８】従来の表示装置の構成説明図

【図９】従来の表示装置の問題点を示す説明図

【符号の説明】

２２ 画像表示器 ２２ａ 発光面 ２３ 光学系 ２４ ホログラム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像表示器と光学系とを有する表示装置
   において、 その画像表示器の発光面、または、その発光面に面接触
   する面を回折面とするホログラムが設けられ、 その画像表示器から出射される画像表示光は、その回折
   面により回折された後に前記光学系に案内されることを
   特徴とする表示装置。
2. 【請求項２】 その回折面は、その画像表示光を、その
   発光面が光学系の収差を低減できる形状を有する場合と
   同一の光路を辿るように回折させる請求項１に記載の表
   示装置。