頭部搭載型映像表示装置

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【発明の名称】	頭部搭載型映像表示装置
【発明者】	【氏名】友野孝夫【氏名】阿部敬三【氏名】小笠原康裕【氏名】小川正和
【要約】	【課題】高解像でボケの少ない画像表示が可能な頭部搭載型映像表示装置を提供する。【解決手段】光源１１からの光は、画像表示用空間変調器６に照射され、画像信号に応じて変調された後、第１の反射型回折素子１８Ａに入射する。第１の反射型回折素子１８Ａは、光源１１のスペクトル幅と第１の反射型回折素子１８Ａのスペクトル幅とが重なったスペクトル幅の光のみを非対称に反射する。第２の反射型回折素子８Ｂは、第１の反射型回折素子１８Ａにより反射された光を非対称に反射すると共に眼９の瞳９ａの中心１０に集光し、網膜９ｂに映像を投影する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】光源からの光を空間変調器に照射し、その透過光を目に投影する頭部搭載型映像表示装置において、前記光源からの前記光のスペクトル幅と一部が重なる所定のスペクトル幅を有し、前記透過光のうち前記一部が重なるスペクトル幅の光のみを回折する第１の回折素子と、前記第１の回折素子によって回折された光を回折して前記目に集光させる第２の回折素子とを備えたことを特徴とする頭部搭載型映像表示装置。
【請求項２】前記第２の回折素子は、前記一部が重なるスペクトル幅の中心波長とほぼ一致する回折中心波長を有する構成の請求項１記載の頭部搭載型映像表示装置。
【請求項３】前記光源は、インコヒーレント光を出射するインコヒーレント光源と、前記インコヒーレント光を通過させることにより部分的コヒーレント光を生成して前記空間変調器に照射する空間フィルタとを備えた構成の請求項１記載の頭部搭載型映像表示装置。
【請求項４】前記光源は、ＬＥＤを用いた構成の請求項１記載の頭部搭載型映像表示装置。
【請求項５】前記第１の回折素子および前記第２の回折素子は、前記空間変調器の前記透過光を導入する透明基板の異なる位置に設けられ、前記第１の回折素子は、前記透明基板に導入された前記透過光を非対称に回折し、前記第２の回折素子は、前記第１の回折素子によって回折され、前記透明基板内で反射する光を非対称に回折して前記目に集光させる構成の請求項１記載の頭部搭載型映像表示装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、頭部に搭載する頭部搭載型映像表示装置に関し、特に、高解像でボケの少ない画像表示が可能な頭部搭載型映像表示装置する。
【０００２】
【従来の技術】図４および図５は、特開平７－９８８４号公報に示された従来の車載ヘッド・アップ・ディスプレイ（ＨＵＤ）を示す。図４はＨＵＤ全体の概略を示し、図５は情報表示部分の詳細を示す。このＨＵＤは、図４に示すように、風防ガラス４７の下方には情報表示源４５が備えられている。情報表示源４５は、図５に示すように、拡散板５２、液晶表示素子５３および光学フィルター５４で構成される。この情報表示源４５は、図４に示すように、光源４６から発した光線がコリメーターとしてのレンズ系４４を介して入射し、表示すべき情報を光線４３として発するものである。光線４３は、車体の風防ガラス４７に備えられたホログラム４２からなるコンバイナーに照射され、ホログラム４２で回折されて運転者に観察位置４１で視認される。なお、上記レンズ系４４のコリメーターとしての機能をホログラム４２に持たせ、レンズ系４４を省略することもできる。ホログラム４２にレンズの機能を持たせば、速度表示４８、警告表示４９の表示像を遠方に結像させることも可能になる。ここで、液晶表示素子５３の後に、光学フィルター５４を配置している理由は、情報表示源４５から発する光のスペクトル半値幅を狭いものにし、ホログラム４２による色収差を低減するためである。このように、情報表示源４５とホログラム４２との間に半値幅の狭い光学フィルター５４を備えることによって、光源４６としてハロゲンランプ等の広いスペクトル幅のものを用いることが可能となる。また、情報表示源４５に光源４６からの光線が拡散板５２を通して入射するインコヒーレント照明でスペクトル幅が引き起こす画像のボケを抑えることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＨＵＤによると、ホログラム４２を用いたインコヒーレント照明は低解像度の画像情報を表示する上で問題はないが、高解像度を必要とする表示システムには適さない。
【０００４】図３は、出願平１０－２２３５７５号にて提案された網膜直接描画方式の頭部搭載型映像表示装置を示す。この装置において、光源１から出射した光は、集光レンズ２で集光された後、焦点位置に置いたピンホール４で微小２次点光源３を形成し、その後球面波となって発散する。この時点で発散光は、部分的コヒーレント照明光になる。その後、コリメータレンズ５により平行光となって透過型画像表示用空間変調器６に入射し、画像信号に応じて変調された後、透明基板７に密着形成された第１の反射型回折素子８Ａに照射される。第１の反射型回折素子８Ａは、例えば、反射型ＬＯＡホログラム光学素子で構成されており、光を非対称に反射する。第１の反射型回折素子８Ａで反射された光は、透明基板７の内面７ａで反射した後、第２の反射型回折素子８Ｂに照射される。第２の反射型回折素子８Ｂは、例えば、反射型ＬＯＡホログラム光学素子で構成されており、光を非対称に反射すると共に眼球９の瞳９ａの中心１０に集光し、網膜９ｂへと投影する。部分的コヒーレント照明光を用いているので、高解像度の映像を投影することができる。
【０００５】しかし、図３に示す頭部搭載型映像表示装置によると、光源１からの光は、あるスペクトル幅を有するため、第１の反射型回折素子７Ａで各波長に応じて回折し、第１の反射型回折素子７Ａからの光は平行光になることはなく、広がりを有して反射され、光源１に１０ｎｍ程度の単色光を用いた場合は、その広がりが無視できない程になることから、画像を投影した際のボケを発生させ、解像度を低下させるという問題がある。一方、光源１にある種のレーザー等のスペクトル半値幅が非常に狭い（１×１０^-2ｎｍ未満）を用いた場合は、その広がりは無視でき、高い解像度が得られる可能性は充分あるが、スペックルノイズが解像度を劣化させると共に、安全性にも問題がある。
【０００６】従って、本発明の目的は、高解像でボケの少ない画像表示が可能な頭部搭載型映像表示装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達成するために、光源からの光を空間変調器に照射し、その透過光を目に投影する頭部搭載型映像表示装置において、前記光源からの前記光のスペクトル幅と一部が重なる所定のスペクトル幅を有し、前記透過光のうち前記一部が重なるスペクトルの光のみを回折する第１の回折素子と、前記第１の回折素子によって回折された光を回折して前記目に集光させる第２の回折素子とを備えたことを特徴とする頭部搭載型映像表示装置を提供する。上記構成によれば、光源からの光のスペクトル幅と第１の回折素子からの光のスペクトル幅とを重ねることにより、実質的なスペクトル幅が狭くなり、第２の回折素子による回折光の広がりが小さくなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態に係る頭部搭載型映像表示装置を示す。この装置は、光を出射する光源１１と、光源１１から出射した光を集光する集光レンズ２と、焦点位置に設けられ、微小２次点光源３を形成するピンホール４と、微小２次点光源３からの拡散光を平行光にするコリメータレンズ５と、コリメータレンズ５からの平行光を画像信号に応じて変調する画像表示用空間変調器６と、透明基板７に密着形成され、画像表示用空間変調器６からの平行光を非対称に反射する第１の反射型回折素子１８Ａと、透明基板７に密着形成され、第１の反射型回折素子１８Ａで反射され、さらに透明基板７の内面７ａで反射した光を非対称に反射するとともに、眼９の瞳９ａの中心１０に集光し、網膜９ｂに投影する第２の反射型回折素子１８Ｂとを有する。
【０００９】図２は、光源１１と第１および第２の反射型回折素子１８Ａ，１８Ｂのスペクトルの関係を示す。
【００１０】光源１１は、中心波長λ₀およびスペクトル幅Δλ₀を有する、例えば、単色ＬＥＤからなる。
【００１１】第１の反射型回折素子１８Ａは、回折中心波長λ₁およびスペクトル幅Δλ₁を有する、例えば、反射型ＬＯＡホログラム光学素子からなる。この第１の反射型回折素子１８Ａのスペクトル幅Δλ₁は、光源１１からの光のスペクトル幅Δλ₀と一部が重なるように設定される。これにより、光源１１のスペクトル１２ａと第１の反射型回折素子１８Ａのスペクトル１２ａとの重なった領域のスペクトル１２ａｂの中心波長をλ_A、スペクトル幅をΔλ_Aとしたとき、光源１１からの光のスペクトル幅Δλ₀をΔλ_Aに狭くすることができる。
【００１２】第２の反射型回折素子１８Ｂは、回折中心波長λ₂およびスペクトル幅Δλ₂を有する、例えば、反射型ＬＯＡホログラム光学素子からなる。この第２の反射型回折素子１８Ｂの回折中心波長λ₂は、λ_Aとほぼ一致し、スペクトル幅Δλ₂全体がΔλ_Aとほぼ重なるように設定される。
【００１３】第１および第２の反射型回折素子１８Ａ，１８Ｂは、感光材料が銀塩感光材料からなる場合は、膨潤処理によって回折波長を調整し、フォトポリマーからなる場合は、カラーチューニングフィルムによて回折波長を調整して作製することができる。なお、第１および第２の反射型回折素子１８Ａ，１８Ｂは、ブリーズ型（表面ノコギリ状）でもよい。この場合、コンピュータで干渉縞を計算してフォトリソ工程を経て目的の回折波長の回折素子を作製できる。
【００１４】次に、本装置の動作を説明する。光源１１から出射した光は、集光レンズ２により集光され、ピンホール４を通過することにより微小２次点光源３となり、球面波となって拡散する。微小２次点光源３からの光は、コリメータレンズ５により平行光となる。この平行光は、画像表示用空間変調器６に照射され、画像信号に応じて変調された後、第１の反射型回折素子１８Ａに照射される。第１の反射型回折素子１８Ａは、図２に示すように、光源１１のスペクトル１２ａと第１の反射型回折素子１８Ａのスペクトル１２ｂの重なった領域のスペクトル１２ａｂを有する光のみを非対称に反射する。第１の反射型回折素子１８Ａで反射された光は、透明基板７の内面７ａで反射した後、第２の反射型回折素子１８Ｂに照射される。第２の反射型回折素子１８Ｂは、光を非対称に反射すると共に集光し、眼９の瞳９ａの中心１０に焦点を結ぶ。その結果、網膜９ｂに幾何学像が投影される。ここで、人間の眼９に感じる光は、中心波長がλ_A、スペクトル幅がΔλ_A以内の光である。
【００１５】上述した本装置によれば、光源１１からの光のスペクトル幅Δλ₀を第１の回折素子１８Ａによって狭くしているので、第２の回折素子１８Ｂの回折光の広がりを小さくすることができ、画像を投影した際のボケを抑制して、高解像の画像表示が可能となる。また、部品を追加することなく、回折素子の特性を変更することにより、光源１１からの光のスペクトル幅を小さくできるので、部品点数を増やすことなく、画質を向上させることができる。また、光源にＬＥＤを用いているので、レーザを用いるよりも安全性が高く、スペックルノイズによる解像度の劣化を回避できる。
【００１６】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の頭部搭載型映像表示装置によると、スペクトル幅の重なりを利用して実質的なスペクトル幅を狭くしているので、目に投影される回折光の広がりを小さくすることができ、画像を投影した際のボケを抑制して、高解像の画像表示が可能となる。

【出願人】	【識別番号】０００００５４９６【氏名又は名称】富士ゼロックス株式会社
【出願日】	平成１１年６月２２日（１９９９．６．２２）
【代理人】	【識別番号】１０００７１５２６【弁理士】【氏名又は名称】平田忠雄
【公開番号】	特開２００１－４９５６（Ｐ２００１－４９５６Ａ）
【公開日】	平成１３年１月１２日（２００１．１．１２）
【出願番号】	特願平１１－１７５２６２