KR20110023754A - 화상 표시 장치 및 두부 장착형 디스플레이 - Google Patents

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Abstract

화상 표기 장치는, 화상 형성 장치; 화상 형성 장치로부터 출사된 광을 평행광으로 전환하는 광학계; 및, 광학계에서 평행광이 된 광속이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치를 구비하며, 화상 형성 장치의 중심부터 출사되고, 광학계의 화상 형성 장치측 절점을 통과한 중심광선이 광학 장치에 입사하는 점을 광학 장치 중심점으로 하고, 광학 장치 중심점을 통과하고, 광학 장치의 축선 방향과 평행한 축선을 X축, 광학 장치 중심점을 통과하고, 광학 장치의 법선과 일치하는 축선을 Y축으로 한 때, 중심광선은, XY평면과 0도 이외의 각도로 교차한다.

Description

화상 표시 장치 및 두부 장착형 디스플레이{IMAGE DISPLAY APPARATUS AND HEAD MOUNTED DISPLAY}
본 발명은, 화상 형성 장치에 의해 형성된 2차원 화상을 관찰자에게 관찰시키기 위해 사용되는 화상 표시 장치, 및, 이러한 화상 표시 장치가 조립되고, 관찰자의 두부에 장착되는 안경형의 프레임을 구비한 두부 장착형 디스플레이(HMD, Head Mounted Display)에 관한 것이다.
화상 형성 장치에 의해 형성된 2차원 화상을 허상(Virtual) 광학계에 의해 확대 허상으로서 관찰자에게 관찰시키기 위한 허상 표시 장치(화상 표시 장치)가, 예를 들면, 특개2006-162767로부터 주지하는 바이다.
개념도를 도 1에 도시하는 바와 같이, 이 화상 표시 장치(100)는, 2차원 매트릭스형상으로 배열된 복수의 화소를 구비한 화상 형성 장치(111), 화상 형성 장치(111)의 화소로부터 출사된 광을 평행광으로 하는 콜리메이트 광학계(112), 및, 콜리메이트 광학계(112)에서 평행광이 된 광이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치(도광 수단)(120)를 구비하고 있다. 광학 장치(120)는, 입사된 광이 내부를 전반사에 의해 전파한 후, 출사되는 도광판(121), 도광판(121)에 입사된 광이 도광판(121)의 내부에서 전반사되도록, 도광판(121)에 입사된 광을 반사시키는 제 1 편향 수단(130)(예를 들면, 1층의 광반사막으로 이루어지는), 및, 도광판(121)의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 도광판(121)으로부터 출사시키는 제 2 편향 수단(140)(예를 들면, 다층 적층 구조를 갖는 광반사 다층막으로 이루어지는)으로 구성되어 있다. 그리고, 이와 같은 화상 표시 장치(100)에 의해, 예를 들면, HMD를 구성하면, 장치의 경량화, 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 화상 형성 장치에 의해 형성된 2차원 화상을 허상 광학계에 의해 확대 허상으로서 관찰자에게 관찰시키기 위해, 홀로그램 회절 격자를 이용한 허상 표시 장치(화상 표시 장치)가, 예를 들면, 특개2007-94175로부터 주지하는 바이다.
개념도를 도 6에 도시하는 바와 같이, 이 화상 표시 장치(300)는, 기본적으로는, 화상을 표시하는 화상 형성 장치(111)와, 콜리메이트 광학계(112)와, 화상 형성 장치(111)에 표시된 광이 입사되고, 관찰자의 눈동자(41)로 유도하는 광학 장치(도광 수단)(320)를 구비하고 있다. 여기서, 광학 장치(320)는, 도광판(321)과, 도광판(321)에 마련된 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제 1 회절 격자 부재(330) 및 제 2 회절 격자 부재(340)를 구비하고 있다. 그리고, 콜리메이트 광학계(112)에는 화상 형성 장치(111)의 각 화소로부터 출사된 광이 입사되고, 콜리메이트 광학계(112)에 의해 평행광이 생성되고, 도광판(321)에 입사된다. 도광판(321)의 제 1면(322)으로부터, 평행광이 입사되고, 출사된다. 한편, 도광판(321)의 제 1면(322)과 평행인 도광판(321)의 제 2면(323)에, 제 1 회절 격자 부재(330) 및 제 2 회절 격자 부재(340)가 부착되어 있다.
시-스루형의 두부 장착형 디스플레이에서. 관찰자가, 수평 방향에 위치하는 대상물을 바라본 때에, 표시 화상이 방해가 되지 않도록, 관찰자의 수평 방향의 시선(視線)(『관찰자의 수평 방향 시선』이라고 부른다)보다도, 표시 화상을 상측 또는 하측에 비켜 놓고 표시할 필요가 있다. 이와 같은 경우, 종래의 기술에서는, 화상 표시 장치(100, 300), 전체를, 관찰자의 수평 방향 시선의 예를 들면 하측에 배치한다(도 13 참조). 즉, 관찰자의 두부에의 장착을 위한 안경형의 프레임의 템플부에 부착 부재를 이용하여 화상 형성 장치(111)를 부착한다.
그런데, 종래의 화상 표시 장치(100, 300)에서. 화상 형성 장치(111)의 중심부터 출사되고, 콜리메이트 광학계(112)의 화상 형성 장치측 주점(主點)(이하, 『앞측 주점』이라고 부르는 경우가 있다)를 통과한 중심광선(CL)은, 도광판(121, 321)에 수직으로 충돌하는 설계로 되어 있다. 즉, 중심광선(CL)은, 도광판(121, 321)에, 입사각 0도로 입사하는 설계로 되어 있다. 그리고, 이 경우, 표시되는 화상의 중심은, 도광판(121, 321)의 제 1면(122, 322)의 수직선 방향에 일치한다.
종래의 화상 표시 장치(화상 표시 장치(100)로 대표시킨다)의 기본적인 구성을
도 14의 (A) 및 (B)에 도시한다. 콜리메이트 광학계(112)의 광축상에 있는 화상 형성 장치(111)의 중심부터 출사하는 중심광선(CL)은, 콜리메이트 광학계(112)에 거의 평행광으로 변환된 후, 도광판(121)의 제 1면(입사면)(122)에 수직으로 입사한다. 그리고, 제 1 편향 수단(130)에 의해 제 1면(122)과 제 2면(123) 사이에서 전반사되면서, 전파 방향(A)에 따라 진행된다. 계속해서, 이 중심광선(CL)은, 제 2 편향 수단(140)에 의해 반사, 회절되어, 도광판(121)의 제 1면(122)부터 수직으로 출사되고, 관찰자의 눈동자(41)에 달한다.
그러나, 이와 같은 종래의 기술에서는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 화상 표시 장치(100) 전체를 각도(θ")만큼 기울일 필요가 있고, 특히 화상 형성 장치의 크기가 큰 경우, 관찰자의 두부에의 장착을 위한 안경형의 프레임의 부착부(템플부)와의 관계로부터, 화상 표시 장치(100)를 기울일 수 있는 각도(θ")가 제한되거나, 디자인 자유도가 낮아진다는 문제가 있다.
또한, 화상 표시 장치의 관찰 가능 영역(동경(瞳徑))은, 통상, 6㎜ 정도로 작기 때문에, 화상 표시 장치를 회동시켜서 화상 표시 장치를 상하 방향으로 움직이는 경우, 이 회동축이 화상 형성 장치를 관찰하는 관찰자의 2개의 안구(眼球)의 중심을 잇는 가상 직선으로부터 크게 빗나가 있으면, 화상 표시 장치로부터 출사된 화상이 관찰자의 눈동자에서 멀어질 우려가 있다.
따라서 본 발명의 제 1의 목적은, 관찰자의 수평 방향 시선의 방해가 되지 않도록, 높은 자유도로의 배치를 가능하게 하고, 게다가, 높은 디자인 자유도를 갖는 화상 표시 장치, 및, 이러한 화상 표시 장치가 조립된 두부 장착형 디스플레이를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 제 2의 목적은, 화상 표시 장치를 회동시켜서 화상 표시 장치를 상하 방향으로 움직이는 경우라도, 화상 표시 장치로부터 출사된 화상이 관찰자의 눈동자에서 멀어져 버리는 일이 없는 두부 장착형 디스플레이를 제공하는 것에 있다.
상기한 제 1의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 화상 표시 장치는,
(A) 화상 형성 장치,
(B) 화상 형성 장치로부터 출사된 광을 평행광으로 전환하는 광학계, 및,
(C) 광학계에서 평행광이 된 광속이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치를 구비하고 있고,
화상 형성 장치의 중심부터 출사되고, 광학계의 화상 형성 장치측 절점(節點)을 통과한 중심광선이 광학 장치에 입사하는 점을 광학 장치 중심점으로 하고, 광학 장치 중심점을 통과하고, 광학 장치의 축선 방향과 평행한 축선을 X축, 광학 장치 중심점을 통과하고, 광학 장치의 법선과 일치하는 축선을 Y축으로 한 때,
중심광선은, XY평면과 0도 이외의 각도(θ)로 교차한다.
상기한 제 1의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1의 양태에 관한 두부 장착형 디스플레이는,
(a) 관찰자의 두부에 장착되는 안경형의 프레임, 및,
(b) 프레임에 부착된 화상 표시 장치
를 구비한 두부 장착형 디스플레이이다. 그리고, 화상 표시 장치는, 상기한 본 발명의 화상 표시 장치로 구성되어 있다. 본 발명의 두부 장착형 디스플레이에서는, 본 발명의 화상 표시 장치를, 하나 구비하고 있어도 좋고(편안형(片眼型)), 2개 구비하고 있어도 좋다(양안형(兩眼型)).
상기한 제 2의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2의 양태에 관한 두부 장착형 디스플레이는,
(a) 관찰자의 두부에 장착되는 안경형의 프레임, 및,
(b) 프레임에 부착된 화상 표시 장치
를 구비하고 있고,
화상 표시 장치는,
(A) 화상 형성 장치,
(B) 화상 형성 장치로부터 출사된 광을 평행광으로 전환하는 광학계, 및,
(C) 광학계에서 평행광이 된 광속이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치
를 구비하고 있고,
화상 표시 장치는, 화상 표시 장치를 관찰하는 관찰자의 2개의 안구의 중심을 잇는 가상 직선을 회동축으로 하여, 프레임에 대해 회동 자유롭게 부착되어 있다.
본 발명의 화상 표시 장치, 또는, 본 발명의 제 1의 양태에 관한 두부 장착형 디스플레이를 구성하는 화상 표시 장치에 있어서. 중심광선은 XY평면과 0도 이외의 각도(θ)로 교차한다. 따라서, 화상 표시 장치를 안경형의 프레임의 부착부에 부착할 때의 화상 표시 장치의 부착 각도에 대한 제한이 적고, 높은 디자인 자유도를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 제 2의 양태에 관한 두부 장착형 디스플레이를 구성하는 화상 표시 장치는, 화상 표시 장치를 관찰하는 관찰자의 2개의 안구의 중심을 잇는 가상 직선을 회동축으로 하여, 프레임에 대해 회동 자유롭게 부착되어 있기 때문에, 화상 표시 장치를 회동시켜서 화상 표시 장치를 상하 방향으로 움직이는 경우라도 화상 표시 장치로부터 출사된 화상이 관찰자의 눈동자에서 멀어져 버릴 가능성이 낮다.
도 1은 실시예 1의 화상 표시 장치의 개념도.
도 2의 (A) 및 (B)는 실시예 1의 화상 표시 장치를 구성하는 도광판에서의 광의 전파를 모식적으로 도시하는 도면, 및, 도광판 등의 배치 상태를 도시하는 개념도.
도 3은 실시예 1의 두부 장착형 디스플레이를 상방에서 바라본 모식도.
도 4는 실시예 1의 두부 장착형 디스플레이를 옆에서 바라본 모식도.
도 5는 실시예 2의 화상 표시 장치의 개념도.
도 6은 실시예 3의 화상 표시 장치의 개념도.
도 7은 실시예 4의 화상 표시 장치의 개념도.
도 8의 (A) 및 (B)는 실시예 5의 화상 표시 장치를 구성하는 도광판에서의 광의 전파를 모식적으로 도시하는 도면, 및, 도광판 등의 배치 상태를 도시하는 개념도.
도 9는 실시예 6의 화상 표시 장치를 관찰자의 두부에 장착한 상태를 비스듬히 바라본 도면.
도 10은 실시예 6의 화상 표시 장치를 관찰자의 두부에 장착한 상태를 정면에서 바라본 도면.
도 11은 실시예 6의 화상 표시 장치를 관찰자의 두부에 장착한 상태를 옆에서 바라본 도면.
도 12는 실시예 6의 화상 표시 장치를 관찰자의 두부에 장착한 상태를 위에서 바라본 도면.
도 13은 종래의 두부 장착형 디스플레이를 옆에서 바라본 모식도.
도 14의 (A) 및 (B)는 종래의 화상 표시 장치를 구성하는 도광판에서의 광의 전파를 모식적으로 도시하는 도면, 및, 종래의 화상 표시 장치를 구성하는 도광판 등의 배치 상태를 도시하는 개념도.
이하, 도면을 참조하여, 실시예에 의거하여 본 발명을 설명하지만, 본 발명은 실시예로 한정되는 것이 아니고, 실시예에서의 여러가지의 수치나 재료는 예시이다. 또한, 설명은, 이하의 순서로 행한다.
1. 본 발명의 화상 표시 장치 및 두부 장착형 디스플레이, 전반에 관한 설명
2. 실시예 1(본 발명의 화상 표시 장치 및 본 발명의 제 1의 양태에 관한 두부 장착형 디스플레이)
3. 실시예 2(실시예 1의 변형)
4. 실시예 3(실시예 1의 다른 변형)
5. 실시예 4(실시예 1의 또다른 변형)
6.실시예 5(실시예 1의 또다른 변형)
7. 실시예 6(본 발명의 제 2의 양태에 관한 두부 장착형 디스플레이), 가타
[본 발명의 화상 표시 장치 및 두부 장착형 디스플레이, 전반에 관한 설명]
본 발명의 제 1의 양태에 관한 두부 장착형 디스플레이에서. 화상 표시 장치는, 화상 표시 장치를 관찰하는 관찰자의 2개의 안구의 중심을 잇는 가상 직선을 회동축으로 하여, 프레임에 대해 회동 자유롭게 부착되어 있는 구성으로 할 수 있다. 그리고, 이러한 구성의 본 발명의 제 1의 양태에 관한 두부 장착형 디스플레이, 또는, 본 발명의 제 2의 양태에 관한 두부 장착형 디스플레이에서는, 화상 형성 장치, 광학계 및 광학 장치중의 적어도 하나가, 프레임에 대해 회동 자유롭게 부착되어 있는 구성으로 할 수 있다. 나아가서는, 이와 같은 구성을 포함하는 본 발명의 제 2의 양태에 관한 두부 장착형 디스플레이에서는, 관찰자가, 수평 방향에 위치하는 대상물(예를 들면, 수평 방향, 무한 원방(遠方)의 대상물, 지평선이나 수평선)를 바라본 때, 광학 장치로부터 출사되고, 관찰자의 눈동자에 입사하는 중심광선은 부각(俯角)[내려다보는 각도]을 이루는 형태로 할 수 있다. 수평면에 대한 이러한 부각으로서, 예를 들면, 5도 내지 45도를 예시할 수 있다.
본 발명의 화상 표시 장치, 또는, 상기한 바람직한 구성을 포함하는 본 발명의 제 1의 양태에 관한 두부 장착형 디스플레이를 구성하는 화상 표시 장치(이하, 이들을 총칭하여, 『본 발명의 제 1의 양태에 관한 화상 표시 장치 등』이라고 부른다)에서. 중심광선은 YZ평면에 포함되는 형태로 하는 것이, 화상 표시 장치의 취급이나 설정, 부착의 용이함이라는 관점에서, 바람직하다.
상기한 바람직한 형태를 포함하는 본 발명의 제 1의 양태에 관한 화상 표시 장치 등에 있어서. 광학계의 광축은, YZ평면에 포함되고, 또한, XY평면과 0도 이외의 각도로 교차하는 구성으로 할 수 있다. 또한, 광학계의 광축은, YZ평면과 평행이고, XY평면과 평행이고, 또한, 화상 형성 장치의 중심에서 벗어난 위치를 통과하는 구성으로 할 수 있다.
나아가서는, 상기한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 발명의 제 1의 양태에 관한 두부 장착형 디스플레이에서는, XY평면이 수평면과 일치한다고 가정한 때, 중심광선이 XY평면과 교차하는 각도(θ)는 앙각(仰角)[올려다보는 각도]인 구성으로 할 수 있다. 즉, XY평면의 하측부터 중심광선이 XY평면을 향하여, XY평면과 충돌한다. 그리고, 이 경우, XY평면은 수직면과 0도 이외의 각도로 교차하는 것이 바람직하고, 나아가서는, XY평면은 수직면과 각도(θ)로 교차하는 것이 바람직하다. 또한, θ의 최대치로서, 한정하는 것은 아니다만, 5도를 들 수 있다. 여기서, 수평면이란, 관찰자가, 수평 방향에 위치하는 대상물(예를 들면, 수평 방향, 무한 원방의 대상물, 지평선이나 수평선)을 바라본 때의 시선(『관찰자의 수평 방향 시선』)이 포함되고, 또한, 수평으로 위치하는 관찰자의 2개의 눈동자가 포함되는 평면이다. 또한, 수직면은, 이 수평면에 대해 수직이고, 수평으로 위치하는 관찰자의 2개의 눈동자가 포함되는 평면이다.
또한, 본 발명의 제 1의 양태 또는 제 2의 양태에 관한 두부 장착형 디스플레이에서. 관찰자가, 수평 방향에 위치하는 대상물(예를 들면, 수평 방향, 무한 원방의 대상물, 지평선이나 수평선)을 바라본 때, 광학 장치로부터 출사되고, 관찰자의 눈동자에 입사하는 중심광선은 부각을 이루는 형태로 할 수 있다. 수평면에 대한 이러한 부각으로서, 예를 들면, 5도 내지 45도를 예시할 수 있다.
이상에 설명한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 발명의 제 1의 양태에 관한 화상 표시 장치 등, 또는, 본 발명의 제 2의 양태에 관한 두부 장착형 디스플레이를 구성하는 화상 표시 장치(이하, 이들을 총칭하여, 단지, 『본 발명의 화상 표시 장치 등』이라고 부른다)에서. 광학 장치는,
(a) 입사된 광이 내부를 전반사에 의해 전파한 후, 출사되는 도광판,
(b) 도광판에 입사된 광이 도광판의 내부에서 전반사되도록, 도광판에 입사된 광을 편향시키는 제 1 편향 수단, 및,
(c) 도광판의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 도광판으로부터 출사시키기 위해, 도광판의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 복수회에 걸쳐서 편향시키는 제 2 편향 수단
을 구비하고 있고,
제 1 편향 수단의 중심점이, 광학 장치 중심점인 구성으로 할 수 있다. 또한, 「전반사」라는 용어는, 내부 전반사, 또는, 도광판 내부에서의 전반사를 의미한다. 이하에서도 마찬가지이다.
여기서, 제 1 편향 수단은, 도광판에 입사된 광을 반사하고, 제 2 편향 수단은, 도광판의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을, 복수회에 걸쳐서, 투과, 반사하는 구성으로 할 수 있다. 그리고, 이 경우, 제 1 편향 수단은 반사경으로서 기능하고, 제 2 편향 수단은 반투과경으로서 기능하는 구성으로 할 수 있다.
이와 같은 구성에 있어서. 제 1 편향 수단은, 예를 들면, 합금을 포함하는 금속으로 구성되고, 도광판에 입사된 광을 반사시키는 광반사막(일종의 미러)이나, 도광판에 입사된 광을 회절시키는 회절 격자(예를 들면, 홀로그램 회절 격자막)로 구성할 수 있다. 또한, 제 2 편향 수단은, 유전체 적층막이 다수 적층된 다층 적층 구조체나, 하프미러, 편광빔 스플리터, 홀로그램 회절 격자막으로 구성할 수 있다. 그리고, 제 1 편향 수단이나 제 2 편향 수단은, 도광판의 내부에 배설되어 있지만(도광판의 내부에 조립되어 있지만), 제 1 편향 수단에서는, 도광판에 입사된 평행광이 도광판의 내부에서 전반사되도록, 도광판에 입사된 평행광이 반사 또는 회절되어지다. 한편, 제 2 편향 수단에서는, 도광판의 내부를 전반사에 의해 전파한 평행광이 복수회에 걸쳐서 반사 또는 회절되어, 도광판으로부터 평행광의 상태로 출사된다.
또한, 제 1 편향 수단은, 도광판에 입사된 광을 회절하고, 제 2 편향 수단은, 도광판의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을, 복수회에 걸쳐서, 회절하는 구성으로 할 수 있다. 그리고, 이 경우, 제 1 편향 수단 및 제 2 편향 수단은 회절 격자 소자로 이루어지는 형태로 할 수 있고, 나아가서는, 회절 격자 소자는, 반사형 회절 격자 소자로 이루어지고, 또한, 투과형 회절 격자 소자로 이루어지고, 또한, 한쪽의 회절 격자 소자는 반사형 회절 격자 소자로 이루어지고, 다른쪽의 회절 격자 소자는 투과형 회절 격자 소자로 이루어지는 구성으로 할 수 있다. 또한, 반사형 회절 격자 소자로서, 반사형 체적 홀로그램 회절 격자를 들 수 있다. 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제 1 편향 수단을, 편의상, 『제 1 회절 격자 부재』라고 부르고, 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제 2 편향 수단을, 편의상, 『제 2 회절 격자 부재』라고 부르는 경우가 있다.
본 발명의 화상 표시 장치 등에 의해, 컬러의 화상 표시를 행하는 경우, 제 1 회절 격자 부재 또는 제 2 회절 격자 부재를, 다른 P종류(예를 들면, P=3이고, 적색, 녹색, 청색의 3종류)의 파장 대역(또는, 파장)를 갖는 P종류의 광의 회절 반사에 대응시키기 위해, 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 P층의 회절 격자층이 적층되어 이루어지는 구성으로 할 수 있다. 각 회절 격자층에는 1종류의 파장 대역(또는, 파장)에 대응하는 간섭 줄무늬가 형성되어 있다. 또한, 다른 P종류의 파장 대역(또는, 파장)를 갖는 P종류의 광의 회절 반사에 대응하기 위해, 1층의 회절 격자층으로 이루어지는 제 1 회절 격자 부재 또는 제 2 회절 격자 부재에 P종류의 간섭 줄무늬가 형성되어 있는 구성으로 할 수도 있다. 또한, 화각(畵角)을 예를 들면 3등분하여, 제 1 회절 격자 부재 또는 제 2 회절 격자 부재를, 각 화각에 대응하는 회절 격자층이 적층되어 이루어지는 구성으로 할 수 있다. 그리고, 이들의 구성을 채용함으로써, 각 파장 대역(또는, 파장)를 갖는 광이 제 1 회절 격자 부재 또는 제 2 회절 격자 부재에서 회절 반사될 때의 회절 효율의 증가, 회절 수용각(受容角)의 증가, 회절각의 최적화를 도모할 수 있다.
제 1 회절 격자 부재 및 제 2 회절 격자 부재를 구성하는 재료로서, 포토 폴리머 재료를 들 수 있다. 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제 1 회절 격자 부재 및 제 2 회절 격자 부재의 구성 재료나 기본적인 구조는, 종래의 반사형 체적 홀로그램 회절 격자의 구성 재료나 구조와 같게 하면 좋다. 반사형 체적 홀로그램 회절 격자란, +1차의 회절광만을 회절 반사하는 홀로그램 회절 격자를 의미한다. 회절 격자 부재에는, 그 내부로부터 표면에 걸쳐서 간섭 줄무늬가 형성되어 있는데, 이러한 간섭 줄무늬 그 자체의 형성 방법은, 종래의 형성 방법과 같게 하면 좋다. 구체적으로는, 예를 들면, 회절 격자 부재를 구성하는 부재(예를 들면, 포토 폴리머 재료)에 대해 한쪽의 측의 제 1의 소정의 방향에서 물체광을 조사하고, 동시에, 회절 격자 부재를 구성하는 부재에 대해 다른쪽의 측의 제 2의 소정의 방향에서 참조광을 조사하고, 물체광과 참조광에 의해 형성되는 간섭 줄무늬를 회절 격자 부재를 구성하는 부재의 내부에 기록하면 좋다. 제 1의 소정의 방향, 제 2의 소정의 방향, 물체광 및 참조광의 파장을 적절하게 선택함으로써, 회절 격자 부재의 표면에서의 간섭 줄무늬의 소망하는 피치, 간섭 줄무늬의 소망하는 경사각(슬랜트각)를 얻을 수 있다. 간섭 줄무늬의 경사각이란, 회절 격자 부재(또는 회절 격자 층)의 표면과 간섭 줄무늬가 이루는 각도를 의미한다. 제 1 회절 격자 부재 및 제 2 회절 격자 부재를, 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 P층의 회절 격자층의 적층 구조로 구성하는 경우, 이와 같은 회절 격자층의 적층은, P층의 회절 격자층을 각각 별개로 제작한 후, P층의 회절 격자층을, 예를 들면, 자외선 경화형 접착제를 사용하여 적층(접착)하면 좋다. 또한, 점착성을 갖는 포토 폴리머 재료를 이용하고1층의 회절 격자층을 제작한 후, 그 위에 순차적으로 점착성을 갖는 포토 폴리머 재료를 부착하여 회절 격자층을 제작함으로써, P층의 회절 격자층을 제작하여도 좋다.
또한, 본 발명의 화상 표시 장치 등에 있어서. 광학 장치는, 화상 형성 장치로부터 출사된 광이 입사되고, 관찰자의 눈동자를 향하여 출사된 반투과 미러로 구성되어 있는 형태로 할 수 있다. 또한, 화상 형성 장치로부터 출사된 광은, 공기중을 전파하여 반투과 미러에 입사하는 구조로 하여도 좋고, 예를 들면, 유리판이나 플라스틱 판 등의 투명한 부재(구체적으로는, 후술하는 도광판을 구성하는 재료와 마찬가지의 재료로 이루어지는 부재)의 내부를 전파하여 반투과 미러에 입사하는 구조로 하여도 좋다. 또한, 반투과 미러를, 이 투명한 부재를 통하여 화상 형성 장치에 부착하여도 좋고, 반투과 미러를, 이 투명한 부재와는 다른 부재를 통하여 화상 형성 장치에 부착하여도 좋다.
이상에 설명한 각종의 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 발명의 화상 표시 장치 등에 있어서. 화상 형성 장치는, 2차원 매트릭스형상으로 배열된 복수의 화소를 갖는 형태로 할 수 있다. 또한, 이와 같은 화상 형성 장치의 구성을, 편의상, 제 1의 구성의 화상 형성 장치라고 부른다.
제 1의 구성의 화상 형성 장치로서, 예를 들면, 반사형 공간 광변조 장치 및 광원으로 구성된 화상 형성 장치 ; 투과형 공간 광변조 장치 및 광원으로 구성된 화상 형성 장치 ; 유기 EL(Electro Luminescence), 무기 EL, 발광 다이오드(LED) 등의 발광 소자로 구성된 화상 형성 장치를 들 수 있지만, 그 중에서도, 반사형 공간 광변조 장치 및 광원으로 구성된 화상 형성 장치로 하는 것이 바람직하다. 공간 광변조 장치로서, 라이트·벌브, 예를 들면, LCOS(Liquid Crystal On Silicon) 등의 투과형 또는 반사형의 액정 표시 장치, 디지털 마이크로 미러 디바이스(DMD)를 들 수 있고, 광원으로서 발광 소자를 들 수 있다. 나아가서는, 반사형 공간 광변조 장치는, 액정 표시 장치, 및, 광원으로부터의 광의 일부를 반사하여 액정 표시 장치로 유도하고, 또한, 액정 표시 장치에 의해 반사된 광의 일부를 통과시켜서 광학계로 유도하는 편광빔 스플리터로 이루어지는 구성으로 할 수 있다. 광원을 구성하는 발광 소자로서, 적색 발광 소자, 녹색 발광 소자, 청색 발광 소자, 백색 발광 소자를 들 수 있고, 또한, 적색 발광 소자, 녹색 발광 소자 및 청색 발광 소자로부터 출사된 적색 광, 녹색광 및 청색광을 라이트 파이프를 이용하여 혼색, 휘도 균일화를 행함으로써 백색광을 얻어도 좋다. 발광 소자로서, 예를 들면, 반도체 레이저 소자나 고체 레이저, LED를 예시할 수 있다. 화소의 수는, 화상 표시 장치에 요구된 사양에 의거하여 결정하면 좋고, 화소의 수의 구체적인 값으로서, 320×240, 432×240, 640×480, 1024×768, 1920×1080 등을 예시할 수 있다.
또한, 이상에 설명한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 발명의 화상 표시 장치 등에 있어서. 화상 형성 장치는, 광원, 및, 광원으로부터 출사된 평행광을 주사하는 주사 수단을 구비한 형태로 할 수 있다. 또한, 이와 같은 화상 형성 장치의 구성을, 편의상, 『제 2의 구성의 화상 형성 장치』라고 부른다.
제 2의 구성의 화상 형성 장치에서의 광원으로서 발광 소자를 들 수 있고, 구체적으로는, 적색 발광 소자, 녹색 발광 소자, 청색 발광 소자, 백색 발광 소자를 들 수 있고, 또한, 적색 발광 소자, 녹색 발광 소자 및 청색 발광 소자로부터 출사된 적색광, 녹색광 및 청색광을 라이트 파이프를 이용하여 혼색, 휘도 균일화를 행함으로써 백색광을 얻어도 좋다. 발광 소자로서, 예를 들면, 반도체 레이저 소자나 고체 레이저, LED를 예시할 수 있다. 제 2의 구성의 화상 형성 장치에서의 화소(가상의 화소)의 수도, 화상 표시 장치에 요구되는 사양에 의거하여 결정하면 좋고, 화소(가상의 화소)의 수의 구체적인 값으로서, 320×240, 432×240, 640×480, 1024×768, 1920×1080 등을 예시할 수 있다. 또한, 컬러의 화상 표시를 행하는 경우로서, 광원을 적색 발광 소자, 녹색 발광 소자, 청색 발광 소자로 구성하는 경우, 예를 들면, 크로스 프리즘을 이용하여 색 합성을 행하는 것이 바람직하다. 주사 수단으로서, 광원으로부터 출사된 광을 수평 주사 및 수직 주사하는, 예를 들면, 2차원 방향으로 회전 가능한 마이크로 미러를 갖는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)나 갈바노·미러를 들 수 있다.
제 1의 구성의 화상 형성 장치 또는 제 2의 구성의 화상 형성 장치에 있어서. 광학계(출사광을 평행광으로 하는 광학계이고, 『평행광 출사 광학계』라고 부르는 경우가 있고, 구체적으로는, 예를 들면, 콜리메이트 광학계나 릴레이 광학계)에서 복수의 평행광이 된 광을 도광판에 입사시키는데, 이와 같은, 평행광인 것의 요청은, 이들의 광이 도광판에 입사한 때의 광파면 정보가, 제 1 편향 수단과 제 2 편향 수단을 통하여 도광판으로부터 출사된 후에도 보존될 필요가 있는 것에 의거한다. 또한, 복수의 평행광을 생성시키기 위해서는, 구체적으로는, 예를 들면, 평행광 출사 광학계에 있어서의 초점 거리의 곳(위치)에, 예를 들면, 화상 형성 장치의 광출사부를 위치시키면 좋다. 평행광 출사 광학계는, 화소의 위치 정보를 광학 장치의 광학계에서의 각도 정보로 변환하는 기능을 갖는다. 평행광 출사 광학계로서, 볼록 렌즈, 오목 렌즈, 자유곡면 프리즘, 홀로그램 렌즈를, 단독, 또는, 조합시킨, 전체로서 정(正)의 광학적 파워를 갖는 광학계를 예시할 수 있다. 평행광 출사 광학계와 도광판의 사이에는, 평행광 출사 광학계에서 소망하지 않는 광이 출사되어 도광판에 입사하지 않도록, 개구부를 갖는 차광 부재를 배치하여도 좋다.
도광판은, 도광판의 축선(X축)과 평행하게 늘어나는 2개의 평행면(제 1면 및 제 2면)을 갖고 있다. 광이 입사하는 도광판의 면을 도광판 입사면, 광이 출사하는 도광판의 면을 도광판 출사면으로 하였을 때, 제 1면에 의해 도광판 입사면 및 도광판 출사면이 구성되어 있어도 좋고, 제 1면에 의해 도광판 입사면이 구성되고, 제 2면에 의해 도광판 출사면이 구성되어 있어도 좋다. 도광판을 구성하는 재료로서, 석영유리나 BK7 등의 광학 유리를 포함하는 유리나, 플라스틱 재료(예를 들면, PMMA, 폴리카보네이트 수지, 아크릴계 수지, 비정성(非晶性)의 폴리프로필렌계 수지, AS 수지를 포함하는 스티렌계 수지)를 들 수 있다. 도광판의 형상은, 평판으로 한정하는 것이 아니고, 만곡한 형상을 갖고 있어도 좋다.
본 발명의 화상 표시 장치에 의해, 예를 들면, 두부 장착형 디스플레이를 구성할 수 있고, 장치의 경량화, 소형화를 도모할 수 있고, 장치 장착시의 불쾌감을 대폭적으로 경감시키는 것이 가능해지고, 나아가서는, 제조 비용 저감을 도모하는 것도 가능해진다.
이상에 설명한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 발명의 제 1의 양태 또는 제 2의 양태에 관한 두부 장착형 디스플레이에서. 프레임은, 관찰자의 정면에 배치되는 프런트부와, 프런트부의 양단에 경첩을 통하여 회동 자유롭게 부착된 2개의 템플부로 이루어지는 구성으로 할 수 있다. 또한, 각 템플부의 선단부에는 모던부가 부착되어 있다. 화상 표시 장치는 프레임에 부착되어 있지만, 구체적으로는, 예를 들면, 화상 형성 장치를 템플부에 부착하면 좋다.
나아가서는, 상술한 각종의 구성, 형태를 포함하는 본 발명의 제 1의 양태 또는 제 2의 양태에 관한 두부 장착형 디스플레이에서는, 노즈 패드가 부착되어 있는 구성으로 할 수 있다. 즉, 본 발명의 두부 장착형 디스플레이의 전체를 바라본 때, 프레임 및 노즈 패드의 조립체는, 림이 없는 점을 제외하고, 통상의 안경과 거의 같은 구조를 갖는다. 프레임을 구성하는 재료는, 금속이나 합금, 플라스틱, 이들의 조합이라는, 통상의 안경을 구성하는 재료와 같은 재료로 구성할 수 있다. 노즈 패드도 주지의 구성, 구조로 할 수 있다.
본 발명의 제 1의 양태 또는 제 2의 양태에 관한 두부 장착형 디스플레이는, 디자인상, 또는, 장착의 용이성이라는 관점에서, 하나 또는 2개의 화상 형성 장치로부터의 배선(신호선이나 전원선 등)가, 템플부, 및, 모던부의 내부를 통하여, 모던부의 선단부에서 외부로 늘어나고, 외부 회로(제어 회로)에 접속되어 있는 형태로 하는 것이 바람직하다. 나아가서는, 각 화상 형성 장치는 헤드폰부를 구비하고 있고, 각 화상 형성 장치로부터의 헤드폰부용 배선이, 템플부, 및, 모던부의 내부를 통하여, 모던부의 선단부에서 헤드폰부로 늘어나 있는 형태로 할 수도 있다. 헤드폰부로서, 예를 들면, 이너 이어형의 헤드폰부, 캐널형의 헤드폰부를 들 수 있다. 헤드폰부용 배선은, 보다 구체적으로는, 모던부의 선단부에서, 귓바퀴(耳介)(귓바퀴(耳殼))의 뒷측을 돌아 들어가도록 하여 헤드폰부로 늘어나 있는 형태로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 1의 양태 또는 제 2의 양태에 관한 두부 장착형 디스플레이는, 예를 들면, 영화의 자막의 표시, 시바이(芝居)나 가부키(歌舞伎), 노우(能), 쿄겐(狂言), 오페라, 음악회, 발레, 각종 연극, 유원지(어뮤즈먼트 파크), 미술관, 관광지, 행락지, 관광 안내 등에 있어서의 각종 설명 등의 표시 ; 각종 장치의 운전, 조작, 보수, 분해시 등에 있어서의 각종 설명이나, 기호, 부호, 표지, 표장, 도안 등의 표시 ; 인물이나 물품 등의 대상물에 관한 각종 설명이나, 기호, 부호, 표지, 표장, 도안 등의 표시 ; 클로즈드·캡션의 표시에 이용할 수 있다.
[실시예 1]
실시예 1은, 본 발명의 화상 표시 장치 및 본 발명의 제 1의 양태에 관한 두부 장착형 디스플레이에 관한 것이다. 실시예 1의 화상 표시 장치의 개념도를 도 1에 도시하고, 실시예 1의 화상 표시 장치를 구성하는 도광판에 있어서의 광의 전파를 모식적으로 도 2의 (A)에 도시하고, 실시예 1의 화상 표시 장치를 구성하는 도광판 등의 배치 상태를 도시하는 개념도를 도 2의 (B)에 도시한다. 나아가서는, 실시예 1의 두부 장착형 디스플레이를 상방에서 바라본 모식도를 도 3에 도시하고, 옆에서 바라본 모식도를 도 4에 도시한다.
실시예 1 또는 후술하는 실시예 2 내지 실시예 6에서의 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)는,
(A) 화상 형성 장치(111, 211),
(B) 화상 형성 장치(111, 211)로부터 출사된 광을 평행광으로 전환하는 광학계(평행광 출사 광학계)(112, 254), 및,
(C) 광학계(112, 254)에서 평행광이 된 광속이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치(120, 320),
를 구비하고 있다.
또한, 실시예 1 또는 후술하는 실시예 2 내지 실시예 6의 두부 장착형 디스플레이는,
(a) 관찰자의 두부에 장착되는 안경형의 프레임(10), 및,
(b) 프레임(10)에 부착된 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400),
를 구비하고 있다. 또한, 실시예의 두부 장착형 디스플레이는, 구체적으로는, 2개의 화상 표시 장치를 구비한 양안형으로 하였지만, 하나 구비한 편안형으로 하여도 좋다. 또한, 화상 형성 장치(111, 211)는, 단색의 화상을 표시한다.
그리고, 실시예 1 또는 후술하는 실시예 2 내지 실시예 6에서. 화상 형성 장치(111, 211)의 중심부터 출사되고, 광학계(112, 254)의 화상 형성 장치측 절점을 통과한 중심광선(CL)이 광학 장치(120, 320)에 입사하는 점을 광학 장치 중심점(O)으로 하고, 광학 장치 중심점(O)을 통과하고, 광학 장치(120, 320)의 축선 방향과 평행한 축선을 X축, 광학 장치 중심점(O)을 통과하고, 광학 장치(120, 320)의 법선과 일치하는 축선을 Y축으로 한 때, 중심광선(CL)은, XY평면과 0도 이외의 각도(θ)로 교차한다. 또한, 중심광선(CL)은 YZ평면에 포함된다.
나아가서는, 실시예 1 또는 후술하는 실시예 2 내지 실시예 4, 실시예 6에서. 광학계(112, 254)의 광축은, YZ평면에 포함되고, 또한, XY평면과 0도 이외의 각도, 구체적으로는, 각도(θ)로 교차한다(도 2의 (A) 및 (B)참조).
또한, 실시예 1 또는 후술하는 실시예 2 내지 실시예 6의 두부 장착형 디스플레이에서. XY평면이 수평면과 일치한다고 가정한 때, 중심광선(CL)이 XY평면과 교차하는 각도(θ)는 앙각이다. 즉, XY평면의 하측에서 중심광선(CL)이 XY평면에 향하여, XY평면과 충돌한다. 그리고, XY평면은 수직면과 0도 이외의 각도, 구체적으로는, 각도(θ)로 교차한다.
실시예 1에서는, θ=5도로 하였다. 보다 구체적으로는, 이와 같은 구성에서는, 중심광선(CL)(도 4로는, 점선으로 나타낸다)는, 수평면에 포함된다. 그리고, 광학 장치(120, 320)는, 수직면에 대해 각도(θ)만큼 기울어져 있다. 환언하면, 광학 장치(120, 320)는, 수평면에 대해 각도 (90-θ)도만큼 기울어져 있다. 또한, 광학 장치(120, 320)로부터 출사되는 중심광선(CL')(도 4에서는, 1점 쇄선으로 나타낸다)는, 수평면에 대해 각도(2θ)만큼 기울어져 있다. 즉, 관찰자가, 수평 방향, 무한 원방의 대상물을 바라본 때, 광학 장치(120, 320)로부터 출사되고, 관찰자의 눈동자에 입사하는 중심광선(CL')은 부각(θ')(=2θ)을 이룬다. 중심광선(CL')이 광학 장치(120, 320)의 법선과 이루는 각도는 θ이다. 도 2의 (A) 또는 후술하는 도 8의 (A)에서는, 광학 장치(120, 320)로부터 중심광선(CL')이 출사되는 점을 「O'」로 나타내고, 점(O')를 통과하는 X축, Y축, Z축과 평행한 축선을 X'축, Y'축, Z'축으로 표현하고 있다. 또한, 화상 형성 장치(111, 211)의 중심부터 출사된 중심광선(CL)은, 수평면에 포함되는 형태로 한정하는 것이 아니고, 0도 이외의 소망하는 각도(앙각이라도, 부각이라도 좋다)로 수평면과 교차하는 형태로 할 수도 있다. 또한, 관찰자가, 수평 방향, 무한 원방의 대상물을 바라본 때, 광학 장치(120, 320)로부터 출사되고, 관찰자의 눈동자에 입사하는 중심광선(CL')은 앙각을 이루는 형태로 할 수도 있다.
실시예 1 또는 후술하는 실시예 2 내지 실시예 6에서의 광학 장치(120, 320)는,
(a) 입사된 광이 내부를 전반사에 의해 전파한 후, 출사되는 도광판(121, 321),
(b) 도광판(121, 321)에 입사된 광이 도광판(121, 321)의 내부에서 전반사되도록, 도광판(121, 321)에 입사된 광을 편향시키는 제 1 편향 수단(130, 330), 및,
(c) 도광판(121, 321)의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 도광판(121, 321)으로부터 출사시키기 위해, 도광판(121, 321)의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 복수회에 걸쳐서 편향시키는 제 2 편향 수단(140, 340),
을 구비하고 있다. 그리고, 제 1 편향 수단(130, 330)의 중심점이, 광학 장치 중심점(O)이다. 광학 장치(120, 320)는, 시-스루형(반투과형)이다.
여기서, 실시예 1에서는, 제 1 편향 수단(130) 및 제 2 편향 수단(140)은 도광판(121)의 내부에 배설되어 있다. 그리고, 제 1 편향 수단(130)은, 도광판(121)에 입사된 광을 반사하고, 제 2 편향 수단(140)은, 도광판(121)의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을, 복수회에 걸쳐서, 투과, 반사한다. 즉, 제 1 편향 수단(130)은 반사경으로서 기능하고, 제 2 편향 수단(140)은 반투과경으로서 기능한다. 보다 구체적으로는, 도광판(121)의 내부에 마련된 제 1 편향 수단(130)은, 알루미늄(Al)로 이루어지고, 도광판(121)에 입사된 광을 반사시키는 광반사막(일종의 미러)로 구성되어 있다. 한편, 도광판(121)의 내부에 마련된 제 2 편향 수단(140)은, 유전체 적층막이 다수 적층된 다층 적층 구조체로 구성되어 있다. 유전체 적층막은, 예를 들면, 고(高)유전율 재료로서의 TiO2막, 및, 저유전율 재료로서의 SiO2막으로 구성되어 있다. 유전체 적층막이 다수 적층된 다층 적층 구조체에 관해서는, 일본 특표2005-521099에 개시되어 있다. 도면에서는 6층의 유전체 적층막을 도시하고 있지만, 이것으로 한정하는 것이 아니다. 유전체 적층막과 유전체 적층막 사이에는, 도광판(121)을 구성하는 재료와 같은 재료로 이루어지는 박편(薄片)이 끼여저 있다. 또한, 제 1 편향 수단(130)에서는, 도광판(121)에 입사된 평행광이 도광판(121)의 내부에서 전반사되도록, 도광판(121)에 입사된 평행광이 반사(또는 회절)된다. 한편, 제 2 편향 수단(140)에서는, 도광판(121)의 내부를 전반사에 의해 전파한 평행광이 복수회에 걸쳐서 반사(또는 회절)되고, 도광판(121)으로부터 평행광의 상태로, 관찰자의 눈동자(41)를 향하여 출사된다.
제 1 편향 수단(130)은, 도광판(121)의 제 1 편향 수단(130)을 마련하는 부분(124)을 잘라냄으로써, 도광판(121)에 제 1 편향 수단(130)을 형성하여야 할 사면(斜面)을 마련하고, 이러한 사면에 광반사막을 진공 증착한 후, 도광판(121)가 잘라낸 부분(124)을 제 1 편향 수단(130)에 접착하면 좋다. 또한, 제 2 편향 수단(140)은, 도광판(121)을 구성하는 재료와 같은 재료(예를 들면, 유리)와 유전체 적층막(예를 들면, 진공 증착법으로 성막할 수 있다)이 다수 적층된 다층 적층 구조체를 제작하고, 도광판(121)의 제 2 편향 수단(140)를 마련하는 부분(125)을 잘라내여 사면을 형성하고, 이러한 사면에 다층 적층 구조체를 접착하고, 연마 등을 행하여, 외형을 정돈하면 좋다. 이렇게 하여, 도광판(121)의 내부에 제 1 편향 수단(130) 및 제 2 편향 수단(140)이 마련된 광학 장치(120)를 얻을 수 있다.
여기서, 실시예 1 또는 후술하는 실시예 2 내지 실시예 6에서. 광학 유리나 플라스틱 재료로 이루어지는 도광판(121, 321)은, 도광판(121, 321)의 내부 전반사에 의한 광 전파 방향(X축)과 평행하게 늘어나는 2개의 평행면(제 1면(122, 322) 및 제 2면(123, 323))을 갖고 있다. 제 1면(122, 322)과 제 2면(123, 323)은 대향하고 있다. 그리고, 광입사면에 상당하는 제 1면(122, 322)부터 평행광이 입사되고, 내부를 전반사에 의해 전파한 후, 광출사면에 상당하는 제 1면(122, 322)부터 출사된다. 단, 이것으로 한정하는 것이 아니고, 제 2면(123, 323)에 의해 광입사면이 구성되고, 제 1면(122, 322)에 의해 광출사면이 구성되어 있어도 좋다.
실시예 1 또는 후술하는 실시예 3에서. 화상 형성 장치(111)는, 제 1의 구성의 화상 형성 장치이고, 2차원 매트릭스형상으로 배열된 복수의 화소를 갖는다. 구체적으로는, 화상 형성 장치(111)는, 반사형 공간 광변조 장치(150), 및, 백색광을 출사하는 발광 다이오드로 이루어지는 광원(153)으로 구성되어 있다. 각 화상 형성 장치(111) 전체는, 몸체(113)(도 1에서는, 1점 쇄선으로 나타낸다) 내에 수납되어 있고, 이러한 몸체(113)에는 개구부(도시 생략)가 마련되어 있고, 개구부를 통하여 광학계(평행광 출사 광학계, 콜리메이트 광학계)(112)로부터 광이 출사된다. 반사형 공간 광변조 장치(150)는, 라이트·벌브로서의 LCOS로 이루어지는 액정 표시 장치(LCD)(151), 및, 광원(153)으로부터의 광의 일부를 반사하여 액정 표시 장치(151)로 유도하고, 또한, 액정 표시 장치(151)에 의해 반사된 광의 일부를 통과시켜서 광학계(112)로 유도하는 편광빔 스플리터(152)로 구성되어 있다. 액정 표시 장치(151)는, 2차원 매트릭스형상으로 배열된 복수(예를 들면, 640×480개)의 화소(액정 셀)를 구비하고 있다. 편광빔 스플리터(152)는, 주지의 구성, 구조를 갖는다. 광원(153)으로부터 출사된 무편광의 광은, 편광빔 스플리터(152)에 충돌한다. 편광빔 스플리터(152)에서. P편광 성분은 통과하고, 계외(系外)로 출사된다. 한편, S편광 성분은, 편광빔 스플리터(152)에서 반사되고, 액정 표시 장치(151)에 입사하고, 액정 표시 장치(151)의 내부에서 반사되어, 액정 표시 장치(151)로부터 출사된다. 여기서, 액정 표시 장치(151)로부터 출사한 광중, 「백」을 표시하는 화소로부터 출사한 광에는 P편광 성분이 많이 포함되고, 「흑」을 표시하는 화소로부터 출사한 광에는 S편광 성분이 많이 포함된다. 따라서, 액정 표시 장치(151)로부터 출사되고, 편광빔 스플리터(152)에 충돌한 광중, P편광 성분은, 편광빔 스플리터(152)를 통과하고, 광학계(112)로 유도된다. 한편, S편광 성분은, 편광빔 스플리터(152)에서 반사되어, 광원(153)으로 되돌아온다. 광학계(112)는, 예를 들면, 볼록 렌즈로 구성되고, 평행광을 생성시키기 위해, 광학계(112)에서 초점 거리의 곳(위치)에 화상 형성 장치(111)(보다 구체적으로는, 액정 표시 장치(151))가 배치되어 있다.
프레임(10)은, 관찰자의 정면에 배치되는 프런트부(11)와, 프런트부(11)의 양단에 경첩(12)를 통하여 회동 자유롭게 부착된 2개의 템플부(13)와, 각 템플부(13)의 선단부에 부착된 모던부(앞 셀, 귀 받침, 이어 패드라고도 불린다)(14)로 이루어진다. 또한, 노즈 패드(도시 생략)가 부착되어 있다. 나아가서는, 각 몸체(113)가, 부착 부재(18)에 의해, 착탈 자유롭게, 템플부(13)에 부착되어 있다. 프레임(10)은, 금속 또는 플라스틱으로 제작되어 있다. 또한, 각 몸체(113)는, 부착 부재(18)에 의해 템플부(13)에 착탈할 수 없도록 부착되어 있어도 좋다. 또한, 안경을 소유하고, 장착하고 있는 관찰자에 대해서는, 관찰자가 소유하는 안경의 프레임의 템플부에, 각 몸체(113)를 부착 부재(18)에 의해 착탈 자유롭게 부착하여도 좋다.
나아가서는, 한쪽의 화상 형성 장치(111A)로부터 늘어나는 배선(신호선이나 전원선 등)(15)이, 템플부(13), 및, 모던부(14)의 내부를 통하여, 모던부(14)의 선단부로부터 외부로 늘어나 있다. 나아가서는, 각 화상 형성 장치(111A, 111B)는 헤드폰부(16)를 구비하고 있고, 각 화상 형성 장치(111A, 111B)로부터 늘어나는 헤드폰부용 배선(17)이, 템플부(13), 및, 모던부(14)의 내부를 통하여, 모던부(14)의 선단부로부터 헤드폰부(16)로 늘어나 있다. 헤드폰부용 배선(17)은, 보다 구체적으로는, 모던부(14)의 선단부로부터, 귓바퀴(귓바퀴)의 뒷측을 돌아 들어가도록 하여 헤드폰부(16)로 늘어나 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 헤드폰부(16)나 헤드폰부용 배선(17)이 난잡하게 배치되어 있다는 인상을 주는 일이 없고, 말끔해진 두부 장착형 디스플레이로 할 수 있다.
실시예 1의 화상 표시 장치, 또는, 실시예 1의 두부 장착형 디스플레이를 구성하는 화상 표시 장치에서는, 중심광선(CL)은, XY평면과 0도 이외의 각도(θ)로 교차한다. 여기서, 광학 장치로부터 출사되고, 관찰자의 눈동자에 입사하는 중심광선(CL')은 부각(θ')을 이루는데,
θ'=2θ
의 관계에 있다. 한편, 종래의 기술에서는, 같은 부각을 얻을려고 하는 경우, 화상 표시 장치의 전체를 각도(θ")만큼 기울일 필요가 있는데, 여기서, θ"와 θ의 관계는, θ"=2θ이고, 결국, 종래의 기술에서는, 광학 장치를 수직면에 대해 2θ만큼, 기울여야 한다. 한편, 실시예 1에서는, 광학 장치를 수직면에 대해 θ만, 기울이면 좋고, 화상 형성 장치를 수평으로 유지하면 좋다. 따라서, 화상 표시 장치를 안경형의 프레임의 부착부에 부착할 때의 화상 표시 장치가 부착 각도에 대한 제한이 적고, 높은 디자인 자유도를 얻을 수 있다. 또한, 광학 장치의 수직면에 대한 경사가, 종래의 기술보다도 작기 때문에, 외광이 광학 장치에서 반사하고, 관찰자의 눈동자에 입사한다는 현상이, 종래의 기술보다도 생기기 어렵다. 그러므로, 고품질의 화상의 표시를 행할 수가 있다.
[실시예 2]
실시예 2는, 실시예 1의 변형이다. 실시예 2의 두부 장착형 디스플레이에서의 화상 표시 장치(200)의 개념도를 도 5에 도시하는 바와 같이, 실시예 2에서는, 화상 형성 장치(211)는, 제 2의 구성의 화상 형성 장치로 구성되어 있다. 즉, 광원(251), 및, 광원(251)으로부터 출사된 평행광을 주사하는 주사 수단(253)를 구비하고 있다. 보다 구체적으로는, 화상 형성 장치(211)는,
(a) 광원(251),
(b) 광원(251)으로부터 출사된 광을 평행광으로 하는 콜리메이트 광학계(252),
(c) 콜리메이트 광학계(252)로부터 출사된 평행광을 주사하는 주사 수단(253), 및,
(d) 주사 수단(253)에 의해 주사된 평행광을 릴레이하고, 출사하는 릴레이 광학계(254),
로 구성되어 있다. 또한, 화상 형성 장치(211) 전체가 몸체(213)(도 5에서는, 1점 쇄선으로 나타낸다) 내에 수납되어 있고, 이러한 몸체(213)에는 개구부(도시 생략)가 마련되어 있고, 개구부를 통하여 릴레이 광학계(254)로부터 광이 출사된다. 그리고, 각 몸체(213)가, 부착 부재(18)에 의해, 착탈 자유롭게, 템플부(13)에 부착되어 있다.
광원(251)은, 백색을 발광하는 발광 소자로 구성되어 있다. 그리고, 광원(251)으로부터 출사된 광은, 전체로서 정의 광학적 파워를 갖는 콜리메이트 광학계(252)에 입사하고, 평행광으로서 출사된다. 그리고, 이 평행광은, 전반사 미러(256)에서 반사되고, 마이크로 미러를 2차원 방향에 회전 자유롭게 하고, 입사한 평행광을 2차원적으로 주사할 수 있는 MEMS로 이루어지는 주사 수단(253)에 의해 수평 주사 및 수직 주사가 행하여저, 일종의 2차원 화상화되고, 가상의 화소(화소수는, 예를 들면, 실시예 1과 같게 할 수 있다)가 생성된다. 그리고, 가상의 화소로부터의 광은, 주지의 릴레이 광학계로 구성된 릴레이 광학계(평행광 출사 광학계)(254)를 통과하고, 평행광이 된 광속이 광학 장치(120)에 입사한다.
릴레이 광학계(254)에서 평행광이 된 광속이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치(120)는, 실시예 1에 설명한 광학 장치와 같은 구성, 구조를 갖기 때문에, 상세한 설명은 생략한다. 또한, 실시예 2의 두부 장착형 디스플레이도, 상술한 바와 같이, 화상 형성 장치(211)가 다른 점을 제외하고, 실질적으로, 실시예 1의 두부 장착형 디스플레이와 같은 구성, 구조를 갖기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
[실시예 3]
실시예 3도 실시예 1의 변형이다. 실시예 3의 두부 장착형 디스플레이에서의 화상 표시 장치(300)의 개념도를 도 6의 (A)에 도시한다. 또한, 반사형 체적 홀로그램 회절 격자의 일부를 확대해 도시하는 모식적인 단면도를 도 6의 (B)에 도시한다. 실시예 3에서는, 화상 형성 장치(111)는, 실시예 1과 마찬가지로, 제 1의 구성의 화상 형성 장치로 구성되어 있다. 또한, 광학 장치(320)는, 제 1 편향 수단 및 제 2 편향 수단의 구성, 구조가 다른 점을 제외하고, 기본적인 구성, 구조는, 실시예 1의 광학 장치(120)와 같다.
실시예 3에서는, 제 1 편향 수단 및 제 2 편향 수단은 도광판(321)의 표면(구체적으로는, 도광판(321)의 제 2면(323))에 마련되어 있다. 그리고, 제 1 편향 수단은, 도광판(321)에 입사된 광을 회절하고, 제 2 편향 수단은, 도광판(321)의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을, 복수회에 걸쳐서, 회절된다. 여기서, 제 1 편향 수단 및 제 2 편향 수단은, 회절 격자 소자, 구체적으로는 반사형 회절 격자 소자, 보다 구체적으로는 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어진다. 이하의 설명에 있어서. 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제 1 편향 수단을, 편의상, 『제 1 회절 격자 부재(330)』라고 부르고, 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제 2 편향 수단을, 편의상, 『제 2 회절 격자 부재(340)』라고 부른다.
그리고, 실시예 3, 또는, 후술하는 실시예 4에서는, 제 1 회절 격자 부재(330) 및 제 2 회절 격자 부재(340)는, 1층의 회절 격자층이 적층되어 이루어지는 구성으로 하고 있다. 또한, 포토 폴리머 재료로 이루어지는 각 회절 격자층에는, 1종류의 파장 대역(또는, 파장)에 대응하는 간섭 줄무늬가 형성되어 있고, 종래의 방법으로 제작되어 있다. 회절 격자층(회절 광학 소자)에 형성된 간섭 줄무늬의 피치는 일정하고, 간섭 줄무늬는 직선형상이고, Z축에 평행이다. 또한, 제 1 회절 격자 부재(330) 및 제 2 회절 격자 부재(340)의 축선은 X축과 평행이고, 법선은 Y축과 평행이다.
도 6의 (B)에 반사형 체적 홀로그램 회절 격자의 확대한 모식적인 일부 단면도를 도시한다. 반사형 체적 홀로그램 회절 격자에는, 경사각(φ)을 갖는 간섭 줄무늬가 형성되어 있다. 여기서, 경사각(φ)이란, 반사형 체적 홀로그램 회절 격자의 표면과 간섭 줄무늬가 이루는 각도를 가리킨다. 간섭 줄무늬는, 반사형 체적 홀로그램 회절 격자의 내부로부터 표면에 걸쳐서, 형성되어 있다. 간섭 줄무늬는, 브래그 조건을 충족시키고 있다. 여기서, 브래그 조건이란, 이하의 식(A)를 만족하는 조건을 가리킨다. 식(A)중, m는 정의 정수, λ는 파장, d는 격자면의 피치(간섭 줄무늬를 포함하는 가상 평면의 법선 방향의 간격), Θ은 간섭 줄무늬에 입사하는 각도의 여각(餘角)을 의미한다. 또한, 입사각(ψ)으로 회절 격자 부재에 광이 침입한 경우의, Θ, 경사각(φ), 입사각(ψ)의 관계는, 식(B)와 같다.
m·λ=2·d·sin(Θ) … (A)
Θ=90°-(φ+ψ) … (B)
제 1 회절 격자 부재(330)는, 상술한 바와 같이, 도광판(321)의 제 2면(323)에 배설(접착)되어 있고, 제 1면(322)으로부터 도광판(321)에 입사된 이 평행광이 도광판(321)의 내부에서 전반사되도록, 도광판(321)에 입사된 이 평행광을 회절 반사한다. 나아가서는, 제 2 회절 격자 부재(340)는, 상술한 바와 같이, 도광판(321)의 제 2면(323)에 배설(접착)되어 있고, 도광판(321)의 내부를 전반사에 의해 전파한 이 평행광을, 복수회, 회절 반사하고, 도광판(321)으로부터 평행광인 채로 제 1면(322)으로부터 출사한다.
그리고, 도광판(321)에서도, 평행광이 내부를 전반사에 의해 전파한 후, 출사된다. 이 때, 도광판(321)이 얇고 도광판(321)의 내부를 진행하는 광로가 길기 때문에, 각 화각(畵角)에 따라 제 2 회절 격자 부재(340)에 이르기까지의 전반사 회수는 다르다. 보다 상세히 기술하면, 도광판(321)에 입사하는 평행광중, 제 2 회절 격자 부재(340)에 근접하는 방향의 각도로서 입사하는 평행광의 반사 회수는, 제 2 회절 격자 부재(340)로부터 멀어지는 방향의 각도로서 도광판(321)에 입사한 평행광의 반사 회수보다도 적다. 이것은, 제 1 회절 격자 부재(330)에서 회절 반사된 평행광으로서, 제 2 회절 격자 부재(340)에 근접한 방향의 각도로서 도광판(321)에 입사하는 평행광의 쪽이, 이것과 역방향의 각도로서 도광판(321)에 입사하는 평행광보다도, 도광판(321)의 내부를 전파하여 가는 광이 도광판(321)의 내면과 충돌한 때의 도광판(321)의 법선과 이루는 각도가 작아지기 때문이다. 또한, 제 2 회절 격자 부재(340)의 내부에 형성된 간섭 줄무늬의 형상과, 제 1 회절 격자 부재(330)의 내부에 형성된 간섭 줄무늬의 형상은, 도광판(321)의 축선에 수직한 가상면에 대해 대칭의 관계에 있다.
후술하는 실시예 4에서의 도광판(321)도, 기본적으로는, 이상에 설명한 도광판(321)의 구성, 구조와 같은 구성, 구조를 갖는다.
실시예 3의 두부 장착형 디스플레이는, 상술한 바와 같이, 광학 장치(320)가 다른 점을 제외하고, 실질적으로, 실시예 1의 두부 장착형 디스플레이와 같은 구성, 구조를 갖기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
[실시예 4]
실시예 4는, 실시예 3의 변형이다. 실시예 4의 두부 장착형 디스플레이에서의 화상 표시 장치의 개념도를 도 7에 도시한다. 실시예 4의 화상 표시 장치(400)에서 광원(251), 콜리메이트 광학계(252), 주사 수단(253), 평행광 출사 광학계(릴레이 광학계(254)) 등은, 실시예 2와 같은 구성, 구조(제 2의 구성의 화상 형성 장치)를 갖는다. 또한, 실시예 4에서의 광학 장치(320)는, 실시예 3에서의 광학 장치(320)와 같은 구성, 구조를 갖는다. 실시예 4의 두부 장착형 디스플레이는, 이상의 차이점을 제외하고, 실질적으로, 실시예 1의 두부 장착형 디스플레이와 같은 구성, 구조를 갖기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
[실시예 5]
실시예 5는, 실시예 1의 변형이다. 실시예 5의 화상 표시 장치를 구성하는 도광판에서의 광의 전파를 모식적으로 도 8의 (A)에 도시하고, 실시예 5의 화상 표시 장치를 구성하는 도광판 등의 배치 상태를 도시하는 개념도를 도 8의 (B)에 도시한다. 여기서, 실시예 5에서는, 광학계(평행광 출사 광학계, 콜리메이트 광학계)(112)의 광축은, YZ평면과 평행이고, XY평면과 평행이고, 또한, 화상 형성 장치(111)의 중심에서 벗어난 위치를 통과한다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 중심광선(CL)은, YZ평면에 포함되고, 게다가, XY평면과 앙각(θ)을 이루고 교차한다.
[실시예 6]
실시예 6은, 실시예 1 내지 실시예 5의 변형이고, 또한, 본 발명의 제 2의 양태에 관한 두부 장착형 디스플레이에 관한 것이다. 실시예 6의 화상 표시 장치를 관찰자의 두부에 장착한 상태를 비스듬히 바라본 도면을 도 9에 도시하고, 정면에서 바라본 도면을 도 10에 도시하고, 옆에서 바라본 도면을 도 11에 도시하고, 상방에서 바라본 도면을 도 12에 도시한다. 또한, 이즐의 도면은, 화상 표시 장치를 관찰자의 두부에 장착하고 있지만, 화상 표시 장치를 관찰하는 관찰자의 2개의 안구의 중심을 잇는 가상 직선을 회동축으로 하여, 프레임에 대해 아래쪽에 회동하기 전의 상태를 도시하고 있다.
실시예 6의 두부 장착형 디스플레이는, 실시예 1 내지 실시예 5에서 설명한 바와 마찬가지로,
(a) 관찰자의 두부에 장착되는 안경형의 프레임(50), 및,
(b) 프레임(50)에 장착되는 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400),
를 구비하고 있고,
화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)는,
(A) 화상 형성 장치(111, 211),
(B) 화상 형성 장치(111, 211)로부터 출사된 광을 평행광으로 전환하는 광학계(평행광 출사 광학계)(112, 254), 및,
(C) 광학계(112, 254)에서 평행광이 된 광속이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치(120, 320),
를 구비하고 있다.
그리고, 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)는, 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)를 관찰하는 관찰자의 2개의 안구의 중심을 잇는 가상 직선을 회동축(RX)으로 하여, 프레임(50)에 대해 회동 자유롭게 부착되어 있다. 구체적으로는, 실시예 6의 두부 장착형 디스플레이에서는, 화상 형성 장치(111, 211), 광학계(112, 254) 및 광학 장치(120, 320)중의 적어도 하나가(보다 구체적으로는, 화상 형성 장치(111, 211), 광학계(112, 254) 및 광학 장치(120, 320)가 일체로 되고, 이들 전체가), 프레임(50)에 대해 회동 자유롭게 부착되어 있다. 나아가서는, 실시예 6의 두부 장착형 디스플레이에서는, 관찰자가, 수평 방향에 위치하는 대상물을 바라본 때, 광학 장치로부터 출사되고, 관찰자의 눈동자에 입사하는 중심광선은 부각을 이루고, 수평면에 대한 관한 부각은, 예를 들면, 5도 내지 45도이다.
실시예 6의 두부 장착형 디스플레이에서. 프레임(50)은, 관찰자의 정면에 배치되는 프런트부(51)와, 프런트부(51)의 양단에 고정한 상태에서 부착된 2개의 템플부(53)로 이루어진다. 템플부(53)의 선단 부분은, 「ㄷ」자형상의 부재로 이루어진다. 또한, 이하의 설명에서. 「ㄷ」자의 상측의 횡봉(橫棒)에 상당하는 템플부(53)의 선단 부분을 『제 1 부재(53A)』라고 부르고, 「ㄷ」자의 하측의 횡봉에 상당하는 템플부(53)의 선단 부분을 『제 2 부재(53B)』라고 부르고, 「ㄷ」자의 종봉(縱棒)에 상당한 템플부(53)의 선단 부분을 『제 3 부재(53C)』라고 부른다. 제 2 부재(53B)는, 프런트부(51)의 양단에 고정한 상태로 부착되어 있다. 또한, 제 3 부재(53C)로부터 모던부(54)를 향하여, 또한, 완부(腕部)(안경다리부)(53D)가 늘어나 있다. 2개의 모던부(54)는, 지지 밴드(55)로 체결되어 있고, 두부 장착형 디스플레이를 두부에 장착한 때, 두부 장착형 디스플레이가 어긋나지 않도록 되어 있다. 또한, 이와 같은 장착 밴드는, 실시예 1 내지 실시예 5에서도 조립할 수 있다.
제 1 부재(53A)와 제 2 부재(53B)에 의해 끼여지고, 제 1 부재(53A)와 제 2 부재(53B)와 제 3 부재(53C)에 의해 둘러싸인 공간 내에, 화상 형성 장치(111, 211)가 수납되어 있다. 구체적으로는, 제 1 부재(53A)와 대향하는 화상 형성 장치(111, 211)에는 오목부(도시 생략)가 마련되어 있고, 화상 형성 장치(111, 211)와 대향하는 제 1 부재(53A)의 면에는, 이 오목부와 감합하는 돌기부(도시 생략)가 마련되어 있다. 또한, 제 2 부재(53B)와 대향하는 화상 형성 장치(111, 211)에는 나사가 새겨진 구멍부(도시 생략)가 마련되어 있고, 화상 형성 장치(111, 211)와 대향하는 제 2 부재(53B)의 부분에는 관통구멍이 마련되어 있다. 그리고, 화상 형성 장치(111, 211)에 마련된 오목부와 제 1 부재(53A)에 마련된 돌기부를 감합시키고, 제 2 부재(53B)에 마련된 관통구멍에 비스(56)(도 11에만, 비스(56)의 두부(頭部)를 도시한다)를 통과시키고, 이 비스(56)를 화상 형성 장치(111, 211)에 마련된 구멍부와 나사결합시킴으로서, 템플부(53)의 선단 부분에 화상 형성 장치(111, 211)를 부착할 수 있다. 또한, 비스(56)의 두부와 화상 형성 장치(111, 211) 사이의 비스(56)의 축부(軸部)에 누름스프링을 삽입하여 두는 것이, 템플부(53)의 선단 부분에 화상 형성 장치(111, 211)를 확실하게 부착한다는 관점에서 바람직하다. 제 1 부재(53A)에 마련된 돌기부와 비스(56)는, 관찰자의 2개의 안구의 중심을 잇는 가상 직선을 회동축(RX)상에 위치한다. 이렇게 하여, 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)를, 관찰자의 2개의 안구의 중심을 잇는 가상 직선을 회동축(RX)으로 하여, 프레임(50)에 대해 회동 자유롭게 부착할 수 있다. 또한, 이상에 설명한 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)의 부착의 기구, 부착 방법은 예시이고, 적절히, 변경할 수 있음은 말할 필요도 없다. 제 1 부재(53A)에 마련된 돌기부와 비스(56)를 잇는 직선과 관찰자의 2개의 안구의 중심을 잇는 가상 직선이 약간 어긋나 있어도, 즉, 관찰자의 2개의 안구의 중심을 잇는 가상 직선과 회동축(RX)와의 사이의 거리가 최대 6.5㎜인 경우, 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)로부터 출사된 화상이 관찰자의 눈동자에서 실질적으로 멀어져 버리는 일이 없기 때문에, 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)는 화상 표시 장치를 관찰하는 관찰자의 2개의 안구의 중심을 잇는 가상 직선을 회동축으로 하여 프레임(50)에 대해 회동 자유롭게 부착되어 있다고 한다.
실시예 6에서의 화상 표시 장치나 도광판은, 실시예 1 내지 실시예 5에서 설명한 화상 표시 장치나 도광판과 같은 구성, 구조로 할 수 있기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
실시예 6의 두부 장착형 디스플레이를 구성하는 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)는, 화상 형성 장치를 관찰하는 관찰자의 2개의 안구의 중심을 잇는 가상 직선을 회동축(RX)으로 하여, 프레임(50)에 대해 회동 자유롭게 부착되어 있기 때문에, 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)를 회동시켜서 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)를 상하 방향으로 움직이는 경우라도 화상 표시 장치(100, 200, 300, 400)로부터 출사된 화상이 관찰자의 눈동자에서 멀어져 버리는 일이 없다.
또한, 관찰자의 수평 방향의 시선(관찰자의 수평 방향 시선)보다도, 표시 화상을 상측 또는 하측에 비켜 놓고 표시할 필요가 없는 경우에 있어서도, 화상 표시 장치를 회동시켜서 화상 표시 장치를 상하 방향으로 움직이고, 화상 표시 장치의 위치의 최적화를 도모할 필요가 있을 때는, 실시예 1 내지 실시예 5에서 설명한 바의 중심광선이 XY평면과 0도 이외의 각도(θ)로 교차하는 것을 가능하게 한 기구, 구성, 구조는 불필요하고, 화상 표시 장치는, 화상 표시 장치를 관찰하는 관찰자의 2개의 안구의 중심을 잇는 가상 직선을 회동축으로 하여, 프레임에 대해 회동 자유롭게 부착되어 있을 뿐이면 좋다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였지만, 본 발명은 이들의 실시예로 한정하는 것이 아니다. 실시예에서 설명한 화상 표시 장치, 두부 장착형 디스플레이의 구성, 구조는 예시이고, 적절히 변경할 수 있다. 예를 들면, 도광판에 표면 릴리프 형 홀로그램(미국 특허 제2004/0062505A1 참조)를 배치하여도 좋다. 실시예 3 또는 실시예 4의 광학 장치(320)에서는, 회절 격자 소자를 투과형 회절 격자 소자로 구성할 수도 잇으며, 또한, 제 1 편향 수단 및 제 2 편향 수단중의 어느 한쪽을 반사형 회절 격자 소자로 구성하고, 다른쪽을 투과형 회절 격자 소자로 구성하는 형태로 할 수도 있다. 또한, 회절 격자 소자를, 반사형 플레이즈드 회절 격자 소자로 할 수도 있다.
본 발명은 일본 특허출원 JP2009-199567(2009.08.31) 및 JP2009-280133(2009.12.10)의 우선권 주장 출원이다.
본 발명은 첨부된 청구범위의 범주 내에서 당업자에 의해 필요에 따라 다양하게 변경, 변형, 조합, 대체, 수정 등이 이루어질 수 있다.

Claims (20)

  1. (A) 화상 형성 장치,
    (B) 화상 형성 장치로부터 출사된 광을 평행광으로 전환하는 광학계, 및,
    (C) 광학계에서 평행광이 된 광속이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치를 구비한 화상 표시 장치로서,
    화상 형성 장치의 중심부터 출사되고, 광학계의 화상 형성 장치측 절점을 통과한 중심광선이 광학 장치에 입사하는 점을 광학 장치 중심점으로 하고, 광학 장치 중심점을 통과하고, 광학 장치의 축선 방향과 평행한 축선을 X축, 광학 장치 중심점을 통과하고, 광학 장치의 법선과 일치하는 축선을 Y축으로 한 때,
    중심광선은, XY평면과 0도 이외의 각도로 교차하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 중심광선은, YZ평면에 포함되는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    광학계의 광축은, YZ평면에 포함되고, 또한, XY평면과 0도 이외의 각도로 교차하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    광학계의 광축은, YZ평면과 평행이고, XY평면과 평행이고, 또한, 화상 형성 장치의 중심에서 벗어난 위치를 통과하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    광학 장치는,
    (a) 입사된 광이 내부를 전반사에 의해 전파한 후, 출사되는 도광판,
    (b) 도광판에 입사된 광이 도광판의 내부에서 전반사되도록, 도광판에 입사된 광을 편향시키는 제 1 편향 수단, 및,
    (c) 도광판의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 도광판으로부터 출사시키기 위해, 도광판의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 복수회에 걸쳐서 편향시키는 제 2 편향 수단을 구비하고 있고,
    제 1 편향 수단의 중심점이, 광학 장치 중심점인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  6. (a) 관찰자의 두부에 장착되는 안경형의 프레임, 및,
    (b) 프레임에 부착된 화상 표시 장치를 구비한 두부 장착형 디스플레이로서,
    화상 표시 장치는,
    (A) 화상 형성 장치,
    (B) 화상 형성 장치로부터 출사된 광을 평행광으로 전환하는 광학계, 및,
    (C) 광학계에서 평행광이 된 광속이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치를 구비하고 있고,
    화상 형성 장치의 중심부터 출사되고, 광학계의 화상 형성 장치측 절점을 통과한 중심광선이 광학 장치에 입사하는 점을 광학 장치 중심점으로 하고, 광학 장치 중심점을 통과하고, 광학 장치의 축선 방향과 평행한 축선을 X축, 광학 장치 중심점을 통과하고, 광학 장치의 법선과 일치하는 축선을 Y축으로 한 때,
    중심광선은, XY평면과 0도 이외의 각도로 교차하는 것을 특징으로 하는 두부 장착형 디스플레이.
  7. 제 6항에 있어서,
    화상 표시 장치는, 화상 표시 장치를 관찰하는 관찰자의 2개의 안구의 중심을 잇는 가상 직선을 회동축으로 하여, 프레임에 대해 회동 자유롭게 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 두부 장착형 디스플레이.
  8. 제 7항에 있어서,
    화상 형성 장치, 광학계 및 광학 장치중의 적어도 하나가, 프레임에 대해 회동 자유롭게 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 두부 장착형 디스플레이.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 중심광선은, YZ평면에 포함되는 것을 특징으로 하는 두부 장착형 디스플레이.
  10. 제 6항 또는 제 9항에 있어서,
    광학계의 광축은, YZ평면에 포함되고, 또한, XY평면과 0도 이외의 각도로 교차하는 것을 특징으로 하는 두부 장착형 디스플레이.
  11. 제 6항 또는 제 9항에 있어서,
    광학계의 광축은, YZ평면과 평행이고, XY평면과 평행이고, 또한, 화상 형성 장치의 중심에서 벗어난 위치를 통과하는 것을 특징으로 하는 두부 장착형 디스플레이.
  12. 제 6항에 있어서,
    XY평면이 수평면과 일치한다고 가정한 때, 상기 중심광선이 XY평면과 교차하는 각도(θ)는 앙각인 것을 특징으로 하는 두부 장착형 디스플레이.
  13. 제 12항에 있어서,
    XY평면은 수직면과 0도 이외의 각도로 교차하는 것을 특징으로 하는 두부 장착형 디스플레이.
  14. 제 13항에 있어서,
    XY평면은 수직면과 각도(θ)로 교차하는 것을 특징으로 하는 두부 장착형 디스플레이.
  15. 제 12항 내지 제 14항중 어느 한 항에 있어서,
    θ의 최대치는 5도인 것을 특징으로 하는 두부 장착형 디스플레이.
  16. 제 6항에 있어서,
    관찰자가, 수평 방향에 위치하는 대상물을 바라본 때, 광학 장치로부터 출사되고, 관찰자의 눈동자에 입사하는 중심광선은 부각을 이루는 것을 특징으로 하는 두부 장착형 디스플레이.
  17. 제 6항에 있어서,
    프레임은, 관찰자의 정면에 배치되는 프런트부와, 프런트부의 양단에 경첩을 통하여 회동 자유롭게 부착된 2개의 템플부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 두부 장착형 디스플레이.
  18. (a) 관찰자의 두부에 장착되는 안경형의 프레임, 및,
    (b) 프레임에 부착된 화상 표시 장치를 구비한 두부 장착형 디스플레이로서,
    화상 표시 장치는,
    (A) 화상 형성 장치,
    (B) 화상 형성 장치로부터 출사된 광을 평행광으로 전환하는 광학계, 및,
    (C) 광학계에서 평행광이 된 광속이 입사되고, 도광되고, 출사되는 광학 장치를 구비하고 있고,
    화상 표시 장치는, 화상 표시 장치를 관찰하는 관찰자의 2개의 안구의 중심을 잇는 가상 직선을 회동축으로 하여, 프레임에 대해 회동 자유롭게 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 두부 장착형 디스플레이.
  19. 제 18항에 있어서,
    화상 형성 장치, 광학계 및 광학 장치중의 적어도 하나가, 프레임에 대해 회동 자유롭게 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 두부 장착형 디스플레이.
  20. 제 18항에 있어서,
    관찰자가, 수평 방향에 위치하는 대상물을 바라본 때, 광학 장치로부터 출사되고, 관찰자의 눈동자에 입사하는 중심광선은 부각을 이루는 것을 특징으로 하는 두부 장착형 디스플레이.
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