[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2008046217A - 走査型画像表示装置 - Google Patents

走査型画像表示装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2008046217A
JP2008046217A JP2006219685A JP2006219685A JP2008046217A JP 2008046217 A JP2008046217 A JP 2008046217A JP 2006219685 A JP2006219685 A JP 2006219685A JP 2006219685 A JP2006219685 A JP 2006219685A JP 2008046217 A JP2008046217 A JP 2008046217A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical element
light beam
diffractive optical
image display
optical system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2006219685A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4827654B2 (ja
JP2008046217A5 (ja
Inventor
Shuichi Kobayashi
秀一 小林
Akira Yamamoto
亮 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2006219685A priority Critical patent/JP4827654B2/ja
Priority to US11/834,413 priority patent/US7564630B2/en
Publication of JP2008046217A publication Critical patent/JP2008046217A/ja
Priority to US12/481,821 priority patent/US7986462B2/en
Publication of JP2008046217A5 publication Critical patent/JP2008046217A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4827654B2 publication Critical patent/JP4827654B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • G02B26/105Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0081Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for altering, e.g. enlarging, the entrance or exit pupil
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/0101Head-up displays characterised by optical features
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/0101Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0123Head-up displays characterised by optical features comprising devices increasing the field of view
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

【課題】観察者が観察し易い形状及び大きさの射出瞳を形成し、かつ光源からの光の損失を少なくする。
【解決手段】走査型画像表示装置は、光束を2次元方向に走査する走査ユニット3と、光源1からの光束を走査ユニットに導く第1の光学系2と、走査ユニットからの光束を収束させる第2の光学系3と、該第2の光学系からの収束光束が入射する回折光学素子5と、該回折光学素子からの光束を観察者の眼に導く接眼光学系6とを有する。回折光学素子は、該回折光学素子からの射出光束の第1及び第2の方向での発散角を、該回折光学素子への入射光束の該第1及び第2の方向での収束角よりもそれぞれ広げ、かつ射出光束の第1の方向での発散角を第2の方向での発散角よりも広くする。
【選択図】図1

Description

本発明は、使用者の頭部に装着され、該使用者の眼(網膜)に対して光束を走査することで画像を観察される走査型画像表示装置に関する。
網膜走査型画像表示装置には、特許文献1〜3にて提案されているものがある。これらの網膜走査型画像表示装置では、光源からの赤光、緑光及び青光を、走査デバイスと接眼光学系を用いて観察者の網膜上にて2次元方向に走査することで画像を観察させる。
このような網膜走査型画像表示装置においては、高解像度化を実現するために、小型で高速に光を走査可能な走査デバイスが用いられる。そして、このような小型の走査デバイスを用いるために、走査される光ビームの径がきわめて細いことが要求される。
但し、光ビームの径が観察者の眼が配置される射出瞳領域においても細いために、画像がけられやすいという問題がある。射出瞳径を拡大する方法としては、特許文献3にて開示されているように、網膜走査型画像表示装置の光学系内に、瞳拡大素子(Exit Pupil Expander)を配置する方法がある。具体的には、レンズアレイや拡散板等の瞳拡大素子を光学系の中間像面位置の近傍に配置し、該瞳拡大素子に入射する光束の発散角よりもそこから射出する光束の発散角を拡大することで射出瞳を拡大する。
米国特許5,467,104号明細書(Fig.2等) 特開2004−347687号公報(段落0022〜0028、図4等) 米国特許6,157,352明細書(Fig.2等)
しかしながら、特許文献3にて開示されているような瞳拡大素子を用いる場合に、該瞳拡大素子に入射する光に対してそこから射出する光の射出角を大きくしすぎると、以下のような問題がある。すなわち、観察者が画像を観察できる領域(射出瞳)の径は大きくなるが、観察者の眼に到達する光が相対的に少なくなり、提示する画像が暗くなってしまう。また、拡散した光が迷光になり、画像観察を行いにくくする可能性がある。
さらに、瞳拡大素子からの射出光によって形成される射出瞳の径(幅)は、特定方向とこれに直交する方向とで等しい。このため、矩形の画像を表示する場合に、光量損失が十分に少ない光学系とは言えない。
本発明は、観察者が観察し易い形状及び大きさの射出瞳を形成し、かつ光源からの光の損失を少なくすることができるようにした走査型画像表示装置を提供することを目的の1つとしている。
本発明の一側面としての走査型画像表示装置は、光束を2次元方向に走査する走査ユニットと、光源からの光束を走査ユニットに導く第1の光学系と、走査ユニットからの光束を収束させる第2の光学系と、該第2の光学系からの収束光束が入射する回折光学素子と、該回折光学素子からの光束を観察者の眼に導く接眼光学系とを有する。そして、第2の光学系からの光束の径方向のうち互いに直交する2方向を第1及び第2の方向とするとき、回折光学素子は、該回折光学素子からの射出光束の第1及び第2の方向での発散角を、該回折光学素子への入射光束の該第1及び第2の方向での収束角よりもそれぞれ広げ、かつ射出光束の第1の方向での発散角を第2の方向での発散角よりも広くする作用を有することを特徴とする。
本発明によれば、回折光学素子によって、第1及び第2の方向に関して発散角を拡大するだけでなく、第1の方向での発散角を第2の方向での発散角よりも広げることができる。このため、特に、所望の方向(第2の方向)における射出瞳の大きさを拡大することができる。したがって、明るい画像を観察し易い形状及び大きさの射出瞳を形成できるとともに、光源からの光の損失を少なくすることができる。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
図1には、本発明の実施例1である網膜走査型画像表示装置の構成を示している。光源1は、発光強度の変調が可能な光源である。光源1から射出した光束は、光源光学系としての第1の光学系2を介して、2次元走査ユニット3に入射する。
2次元走査ユニット3は、半導体プロセスを用いて製作される微小電気−機械システム(Micro Electro-Mechanical System:MEMS)により構成された、反射型の光偏向器である。
2次元走査ユニット3で偏向された光束は、集光光学系としての第2の光学系4に入射する。第2の光学系4は、回折光学素子5が配置された位置に光源1からの光束を収束させて被走査面を形成する。光束8a,8b,8cは、2次元走査ユニット3により偏向された光束の例を示している。
ここで、回折光学素子5の位置と被走査面の位置とは、完全に一致することが好ましいが、かならずしも完全に一致する必要はなく、光学的に一致しているとみなせる領域にあればよい。
回折光学素子5で回折された光束は、折り返しミラー9を介して接眼光学系6に入射する。観察者は、接眼光学系6から射出した光束によって射出瞳7が形成される領域に眼を配置することで、上述した被走査面に形成された画像を、接眼光学系6を通して虚像として観察することができる。
光源1は、光源制御回路10と電気的に接続されている。また、2次元走査ユニット3は、走査制御回路11と電気的に接続されている。さらに、画像情報入力回路13には、パーソナルコンピュータ、DVDプレーヤ、テレビチューナ等の画像供給装置50が電気的に接続されている。
画像情報入力回路13は、画像供給装置50から入力された画像情報に応じた信号をメイン制御回路12に出力する。メイン制御回路12は、画像情報入力回路13からの信号に基づいて光源制御回路10及び走査制御回路11を同期するように制御する。これにより、画像供給装置50から入力された画像情報に対応する画像を観察者に提示することができる。
図2を用いて、本実施例の網膜走査型画像表示装置における光源1と2次元走査ユニット3による画像の描画方法について説明する。
光源1から射出した光束は、第1の光学系2を介して2次元走査ユニット3に入射する。2次元走査ユニット3に入射した光束は、該2次元走査ユニット3内の偏向ミラー面3cに入射する。なお、AXLは該画像表示装置の光学系の光軸を示す。ここにいう光軸AXLは、光源1の発光点から射出して、第1及び第2の光学系2,4の中心を通過して射出瞳7の中心に至る主光線が辿る光路に相当する。
偏向ミラー面3cは、互いに直交する方向に延びるトーションバー3a,3bを介して基板3wにより保持されている。偏向ミラー面3cは、不図示のアクチュエータから電磁力又は静電気力が加えられることでトーションバー3a,3bのねじれとともに上記直交2軸回りで揺動し、入射した光束の反射方向を変化させる。トーションバー3a,3b及び偏向ミラー面3cは、前述したMEMS技術を用いて基板3wと一体形成されている。このため、2次元走査ユニット3は、きわめて小型で、高速動作が可能である。
このように構成された2次元走査ユニット3で偏向(反射)された光束は、第2の光学系4に入射する。
光源1の発光点は、第1の光学系2と第2の光学系4を介して被走査面5aと共役関係にあり、光源1の像が、例えば図2中のスポット8aとして形成される。2次元走査ユニット3は、互いに直交する2方向3x,3yに光束を偏向(すなわち、2次元走査)することが可能である。例えば、図2に示すように、被走査面5s上において、走査線47と帰線48とを有するラスタ走査を行うことができる。この2次元走査のタイミングと光源1の変調とを同期させることで、被走査面5s上に画像を形成することができる。
次に、回折光学素子5の作用について図3A及び図3Bを用いて説明する。図3A及び図3Bにはそれぞれ、第1の方向としての水平方向(H)の断面及び第2の方向としての垂直方向(V)の断面における回折光学素子5付近の光束の様子を模式的に表している。水平方向は、観察者に提示される画像の長辺方向に対応し、垂直方向は該画像の短辺方向に対応している。但し、水平方向が画像の短辺方向に対応し、垂直方向が該画像の長辺方向に対応してもよい。
これらの図において、光束8dは、回折光学素子5に入射する光束の例を示している。該入射光束8dは、その中心軸(図中に一点鎖線で示す)に対して水平方向及び垂直方向にて角度(以下、本実施例において収束角という)θINで収束しながら回折光学素子5に向かって進み、回折光学素子5が配置された位置で集光点を形成する。入射光束8dに関しては、水平方向及び垂直方向での収束角は同じである。
回折光学素子5には、微小な周期構造5aが形成されている。この周期構造5aは、入射光束8dを回折させる。図3Aに示す水平方向において、光線8e,8f,8gは、回折光学素子5から射出した回折光束(射出光束)の一部を示している。光線8e,8f,8gにより代表される射出光束は、中心軸に対して入射光束8dの収束角θINよりも大きな角度(以下、本実施例において発散角という)θHOUTをなすように発散する。また、図3Bに示す垂直方向において、光線8h,8i,8jは、回折光学素子5から射出した回折光束(射出光束)の一部を示している。光線8h,8i,8jにより代表される射出光束は、中心軸に対して入射光束8dの収束角θINよりも大きな発散角θVOUTをなすように発散する。
ここで、以下の関係が成り立つ。
θIN<θHOUT
θIN<θVOUT
θVOUT<θHOUT。
すなわち、回折光学素子5は、射出光束の垂直及び水平方向での発散角θVOUT,θHOUTを、該回折光学素子への入射光束の垂直及び水平方向での収束角θINよりもそれぞれ広げる作用を有する。しかも、該射出光束の水平方向θHOUTでの発散角を、垂直方向での発散角θVOUTよりも広くする作用を有する。
図4には、図1に示した光学系を折り返しミラー9の位置で展開して示している。上述したように回折光学素子5で収束角より大きな発散角を与えられた射出光束は、接眼光学系6を介して射出瞳7を形成する。ここで、図4の上側には、水平方向(H)での射出瞳7の大きさPHを示している。また、図4の下側には、垂直方向(V)での射出瞳7の大きさPVを示している。PHとPVは、
PV<PH
の関係を有する。
図5Aには、回折光学素子5の形状例を示している。回折光学素子5は、図3A,3Bに示した周期構造5aとして、周期的に配列された複数のマイクロレンズを有する透過型マイクロレンズアレイである。マイクロレンズ5aは、水平方向18aには第1の周期ピッチ14aで、水平方向18a及び垂直方向に対して斜めの方向18bには第1の周期ピッチ14aよりも長い第2の周期ピッチ14bで配列されている。さらに、マイクロレンズ5aは、垂直方向には第2の周期ピッチ14bよりも長い第3の周期ピッチ(第1の周期ピッチ14aと第2の周期ピッチ14bとの合成周期ピッチ)14cで配列されている。
上記周期ピッチ14a,14bに対応した方向18a,18bでの断面形状を図5B,5Cに示す。マイクロレンズアレイは、光学的に透明な光学材料により形成されており、各マイクロレンズを透過した光に対して付与される位相分布によって、光の回折作用を発生する。
図6には、図5Aに示した回折光学素子5から射出した回折光のパターン16を示している。この図において、方向16xは水平方向(第1の周期ピッチ方向)に、該方向16xに対して直交する方向16yは垂直方向(第3の周期ピッチ方向)に対応する。この図から分かるように、方向16xと方向16yとでは回折光の広がり方が異なり、方向16xでの回折光の広がりが方向16yでの回折光の広がりよりも大きい。
このように、回折光学素子5上の周期構造における周期ピッチを方向によって異ならせることで、光量分布を方向16xと方向16yとで異ならせる(方向16xでの分布を方向16yでの分布より広げる)ことが可能となる。したがって、光の利用効率を上げることができる。
図7には、回折光学素子5上の周期構造(マイクロレンズ)5aと、第2の光学系4によって収束された入射光束8dのビーム径Dとの関係を示している。光の回折作用は、周期構造によって発現するため、周期構造上でのある方向におけるビーム径(スポットサイズ)Dは、その方向での周期構造のピッチpよりも大きいことが望ましい。また、ビーム径Dに対して周期構造のピッチpが小さすぎると、1つの次数あたりの回折角が大きくなりすぎて、光量ロスが発生しやすくなる。したがって、
1<D/p<5
を満足することが望ましい。ビーム径(スポットサイズ)Dは、FWHM(Full Width Half Maximum)やピーク光量の1/eで定義される。
次に、射出瞳の形状の設定方法について説明する。図8には、射出瞳に配置された観察者の眼球34とその眼球34に向かう光束35,36との関係を水平断面上で示している。観察者が画像の中心を見ている状態を図8Aに、画像の端部を見るために眼球34を回転させた状態を図8Bに示す。
図8Bの状態であっても画像中心を描く光束35がけられないためには、水平方向においては光束径(光束幅)φHが必要となる。一方、垂直方向においても、同様に光束35がけられないためには、光束径φVが必要である。観察者の瞳孔径は、一般的に3〜5mmに設定される。
ここで、通常は、観察者が観察する画像の横(水平方向)と縦(垂直方向)のサイズ比は、4:3又は16:9であり、該画像は横長である。このため、
1<φH/φV …(1)
を満足する必要がある。
図9には、一対の走査型画像表示装置39,40を観察者の両眼球34R,34Lの前に1つずつ配置して構成したヘッドマウントディスプレイ(頭部装着型画像表示装置)43を示している。観察者の眼幅距離38には、個人差があるため、ここでは10mm程度の眼幅距離の半分の眼幅調整量5mmと設定する。また、観察画像の横(水平方向)と縦(垂直方向)のサイズ比、つまりは画角比(FovH:FovV)は4:3であるとする。
例えば、水平方向での瞳径画面の横方向)を5mmとすると、垂直方向での瞳径(画像の縦方向)は、5x(FovV/FovH)mm=5x(3/4)と表すことができる。観察者の水平方向での瞳孔径を3〜5mmとし、眼幅調整量を眼幅距離10mmの半分(片側5mm)とすれば、水平方向において必要な射出瞳径は、5+5mm=10mmとなる。
このことから、10/{5x(3/4)}=2.66
であるので、
1<φH/φV<2.66 …(2)
となる。
(1)式を、観察画像の水平画角FovH、垂直画角FovVを用いて書き換えると、
FovH/FovV<φH/φV …(1)′
となる。
さらに、水平方向での瞳径(画像の横サイズ)をφmm(φ=1〜7mmで、通常はφ=3〜5mm)として(2)式を書き換えると、
FovH/FovV<φH/φV<(φ+5)/(φxFovV/FovH)
…(2)′
となる。
(2)又は(2)′式を満足するように図6中の方向16x,16yでの回折光の広がり比率、すなわち光束径の比率を設定することで、観察画像がけられることがない適切な形状及び大きさの射出瞳を形成できるとともに、光量の損失も抑えることができる。
図10には、本発明の実施例2である網膜走査型画像表示装置に用いられる回折光学素子5′を示している。この回折光学素子5′は、実施例1で説明した回折光学素子5とは形状が異なる。本実施例の網膜走査型画像表示装置の全体構成は、実施例1と同じである。
図10に示す回折光学素子5′は、位相型の回折光学素子である。図中の黒い部分と白い部分とで回折光学素子の周期構造を形成する高さが異なり、周期構造のうち各周期部分5a′における光束の入射位置によって異なる位相差を発生する。水平方向の周期構造のピッチ15aと垂直方向の周期構造のピッチ15bとは互いに等しい。このため等間隔で回折光が発生する。
図11には、この回折光学素子5′の回折パターンの光強度を示したものである。図から分かるように、水平方向17xと垂直方向17yにおいて、光強度が高い領域(濃い黒のドットが並んだ領域)の大きさが異なる。
本実施例は、(2)式と実施例1で説明した(2)′式を満足するように、水平方向17xと垂直方向17yでの回折光の光束径の比率を設定している。図11では、水平方向に9個の強度が高いビームに分け、垂直方向に4個の強度が高いビームに分けた場合を示しており、φH:φVが9:4となることから、φH/φVは2.25となる。
図12には、本発明の実施例3である網膜走査型画像表示装置の構成を示している。光源21は、発光強度の変調が可能な光源である。光源21から射出した光束は、第1の光学系22を介して2次元走査ユニット23に入射する。2次元走査ユニット23は、実施例1で説明したものと同じものである。2次元走査ユニット23で偏向された光束は、第2の光学系24に入射する。
本実施例の第2の光学系24は、2枚の光学的パワー(焦点距離の逆数)を有するミラー光学系24aと、透過反射機能及び光学的パワーを有する光学系24bとにより構成されている。2次元走査ユニット23からの偏向された光束が回折光学素子25に至る光路においては、光学系24bは反射光学系として機能する。
第2の光学系24は、回折光学素子25が配置された位置に光源21からの光束を収束させて被走査面を形成する。光束28a,28b,28cは、2次元走査ユニット23により偏向された光束の例を示している。
ここで、回折光学素子25の位置と被走査面の位置とは、完全に一致することが好ましいが、かならずしも完全に一致する必要はなく、光学的に一致しているとみなせる領域にあればよい。
本実施例の回折光学素子25は、反射型の回折光学素子であり、入射した光束を反射する際に回折させる機能を有する。
回折光学素子25で反射及び回折された光束は、光学系24bを透過して接眼光学系26に入射する。観察者は、接眼光学系26から射出した光束によって射出瞳27が形成される領域に眼を配置することで、上述した被走査面に形成された画像を、接眼光学系26を通して虚像として観察することができる。
光源制御回路10、走査制御回路11、メイン制御回路12及び画像情報入力回路13の機能は実施例1と同じである。これら回路10〜13の動作により、実施例1で説明したのと同じ方法で画像を描画する。これにより、不図示の画像供給装置から入力された画像情報に対応する画像を観察者に提示することができる。
図13A〜図13Cには、本実施例の回折光学素子25の形状例を示している。回折光学素子25は、周期構造として、周期的に配列された複数の凹面マイクロレンズ25aを有する反射型のマイクロレンズアレイである。マイクロレンズ25aは、水平方向47には第1の周期ピッチ48aで、水平方向47及び垂直方向に対して斜めの方向44には第1の周期ピッチ48aよりも長い第2の周期ピッチ48bで配列されている。さらに、マイクロレンズ5aは、垂直方向には第2の周期ピッチ14bよりも長い第3の周期ピッチ(第1の周期ピッチ14aと第2の周期ピッチ14bとの合成周期ピッチ)48cで配列されている。
上記周期ピッチ48a,48bに対応した方向47,44での断面形状を図13B,13Cに示す。マイクロレンズアレイは、各マイクロレンズ25aの凹面で反射した光に対して付与される位相分布によって、光の回折作用を発生する。図13B,13Cに示した断面におけるレンズ表面45a,46aには、反射膜が形成されている。
図14には、図13Aに示した回折光学素子25で反射した回折光のパターン49を示している。この図において、方向50xは水平方向に、該方向50xに対して直交する方向50yは垂直方向(第1の周期ピッチ48aと第2の周期ピッチ48bとの合成周期ピッチの方向)に対応する。この図から分かるように、方向50xと方向50yとでは回折光の広がり方が異なり、方向50xでの回折光の広がりが方向50yでの回折光の広がりよりも大きい。
このように、回折光学素子25上の周期構造における周期ピッチを方向によって異ならせることで、光量分布を方向50xと方向50yとで異ならせる(方向50xでの分布を方向50yでの分布より広げる)ことが可能となる。したがって、光の利用効率を上げることができる。
本実施例では、回折光学素子25として、反射型のマイクロレンズアレイを説明したが、実施例2において説明した位相板のような構成の反射型回折光学素子を用いてもよい。
本実施例の回折光学素子25においても、光の回折作用は周期構造によって発現するため、周期構造上でのある方向におけるビーム径(スポットサイズ)Dは、その方向での周期構造のピッチpよりも大きいことが望ましい。また、ビーム径Dに対して周期構造のピッチpが小さすぎると、1つの次数あたりの回折角が大きくなりすぎて、光量ロスが発生しやすくなる。したがって、
1<D/p<5
を満足することが望ましい。ビーム径(スポットサイズ)Dは、FWHM(Full Width Half Maximum)やピーク光量の1/eで定義される。
以上説明したように、上記各実施例によれば、観察者が画像を観察し易い射出瞳の形状を有し、かつ光源からの光の利用効率を高めることが可能な網膜走査型表示装置装置及び頭部装着型画像表示装置を実現することができる。
なお、上記各実施例では、光源を1つのみ示したが、これを赤、青、緑の光を発する光源とすることで、カラー画像を提示できる。
また各実施例では、射出瞳の形状を互いに直交する2方向で大きさが異なるように設定することで、光源からの光の利用効率を上げることを主たる目的として説明したが、光が必要な方向以外に向かわないようにすることで、迷光の発生を防止することもできる。
本発明の実施例1である網膜走査型画像表示装置の構成を示す図。 実施例1の網膜走査型画像表示装置の画像描画手法の説明図。 実施例1の網膜走査型画像表示装置に用いられる回折光学素子の水平断面での光学作用を説明する図。 実施例1の回折光学素子の垂直断面での光学作用を説明する図。 実施例1の網膜走査型画像表示装置の光学作用を説明する図。 実施例1の回折光学素子の形状を示す図。 実施例1の回折光学素子の断面形状を示す図。 実施例1の回折光学素子の断面形状を示す図。 実施例1の回折光学素子による回折パターンを示す図。 実施例1の回折光学素子における周期構造と入射光のスポットとの関係を示す図。 画像の中心の観察時における光束と眼との関係を示す図。 画像の端部の観察時における光束と眼との関係を示す図。 実施例1の網膜走査型画像表示装置を用いた頭部装着型画像表示装置を示す図。 本発明の実施例2である網膜走査型画像表示装置に用いられる回折光学素子の形状を示す図。 実施例2の回折光学素子による回折パターンを示す図。 本発明の実施例3である網膜走査型画像表示装置の構成を示す図。 実施例3の網膜走査型画像表示装置に用いられる回折光学素子の形状を示す図。 実施例3の回折光学素子の断面形状を示す図。 実施例3の回折光学素子の断面形状を示す図。 実施例3の回折光学素子による回折パターンを示す図。
符号の説明
1,21 光源
2,22 第1の光学系
3,23 2次元走査ユニット
4,24 第2の光学系
5,25 回折光学素子
5s 被走査面
6,26 接眼光学系
7,27 射出瞳
39,40 網膜走査型画像表示装置
43 頭部装着型画像表示装置

Claims (7)

  1. 光束を2次元方向に走査する走査ユニットと、
    光源からの光束を前記走査ユニットに導く第1の光学系と、
    前記走査ユニットからの光束を収束させる第2の光学系と、
    該第2の光学系からの収束光束が入射する回折光学素子と、
    該回折光学素子からの光束を観察者の眼に導く接眼光学系とを有し、
    前記第2の光学系からの光束の径方向のうち互いに直交する2方向を第1及び第2の方向とするとき、
    前記回折光学素子は、該回折光学素子からの射出光束の前記第1及び第2の方向での発散角を、該回折光学素子への入射光束の該第1及び第2の方向での収束角よりもそれぞれ広げ、かつ前記射出光束の前記第1の方向での発散角を前記第2の方向での発散角よりも広くする作用を有することを特徴とする走査型画像表示装置。
  2. 前記第2の光学系と前記接眼光学系との間に、前記走査ユニットにより走査された光束の被走査面が形成され、
    前記回折光学素子は、前記被走査面が形成される領域に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の走査型画像表示装置。
  3. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1又は2に記載の走査型画像表示装置。
    1<φH/φV<2.66
    但し、φHは前記回折光学素子からの前記射出光束における前記第1の方向での幅、φVは該射出光束における前記第2の方向での幅である。
  4. 以下の条件式を満足することを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の走査型画像表示装置。
    FovH/FovV<φH/φV<(φ+5)/(φxFovV/FovH)
    但し、φHは前記回折光学素子からの射出光束の前記第1の方向での幅、φVは該射出光束の前記第2の方向での幅、FovHは前記第1の方向での該装置の表示画角、FovVは前記第2の方向での該装置の表示画角であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の走査型画像表示装置。
  5. 前記回折光学素子は、前記第1及び第2の方向に周期構造を有し、
    前記周期構造の前記第1の方向での周期ピッチが、前記第2の方向での周期ピッチよりも小さいことを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の走査型画像表示装置。
  6. 前記回折光学素子は、前記第1及び第2の方向に周期構造を有し、
    前記周期構造の各周期部分における光束の入射位置に応じて異なる位相差を発生することを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の走査型画像表示装置。
  7. 請求項1から6のいずれか1つに記載の走査型画像表示装置と、
    該走査型画像表示装置に画像情報を供給する画像供給装置とを有することを特徴とする画像表示システム。
JP2006219685A 2006-08-11 2006-08-11 走査型画像表示装置 Active JP4827654B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006219685A JP4827654B2 (ja) 2006-08-11 2006-08-11 走査型画像表示装置
US11/834,413 US7564630B2 (en) 2006-08-11 2007-08-06 Scanning image display apparatus
US12/481,821 US7986462B2 (en) 2006-08-11 2009-06-10 Scanning image display apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006219685A JP4827654B2 (ja) 2006-08-11 2006-08-11 走査型画像表示装置

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2008046217A true JP2008046217A (ja) 2008-02-28
JP2008046217A5 JP2008046217A5 (ja) 2009-08-13
JP4827654B2 JP4827654B2 (ja) 2011-11-30

Family

ID=39180041

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006219685A Active JP4827654B2 (ja) 2006-08-11 2006-08-11 走査型画像表示装置

Country Status (2)

Country Link
US (2) US7564630B2 (ja)
JP (1) JP4827654B2 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013064985A (ja) * 2011-08-29 2013-04-11 Denso Corp ヘッドアップディスプレイ装置
JP2015197495A (ja) * 2014-03-31 2015-11-09 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 虚像表示装置
WO2016067583A1 (ja) * 2014-10-29 2016-05-06 セイコーエプソン株式会社 表示装置
JP2016177232A (ja) * 2015-03-23 2016-10-06 セイコーエプソン株式会社 光束径拡大素子および表示装置
JP2020091499A (ja) * 2020-02-20 2020-06-11 株式会社リコー 画像形成装置、画像形成装置を搭載した車両

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4022498B2 (ja) * 2003-04-18 2007-12-19 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション 光リンク・モジュール、光接続方法、該光リンク・モジュールを含む情報処理装置、信号転送方法、プリズム、およびその製造方法
JP2011043599A (ja) * 2009-08-20 2011-03-03 Olympus Corp 視覚表示装置
US8917453B2 (en) 2011-12-23 2014-12-23 Microsoft Corporation Reflective array waveguide
US9223138B2 (en) 2011-12-23 2015-12-29 Microsoft Technology Licensing, Llc Pixel opacity for augmented reality
US8638498B2 (en) 2012-01-04 2014-01-28 David D. Bohn Eyebox adjustment for interpupillary distance
US9606586B2 (en) 2012-01-23 2017-03-28 Microsoft Technology Licensing, Llc Heat transfer device
US8810600B2 (en) 2012-01-23 2014-08-19 Microsoft Corporation Wearable display device calibration
US9368546B2 (en) 2012-02-15 2016-06-14 Microsoft Technology Licensing, Llc Imaging structure with embedded light sources
US9726887B2 (en) 2012-02-15 2017-08-08 Microsoft Technology Licensing, Llc Imaging structure color conversion
US9779643B2 (en) 2012-02-15 2017-10-03 Microsoft Technology Licensing, Llc Imaging structure emitter configurations
US9297996B2 (en) 2012-02-15 2016-03-29 Microsoft Technology Licensing, Llc Laser illumination scanning
US9578318B2 (en) 2012-03-14 2017-02-21 Microsoft Technology Licensing, Llc Imaging structure emitter calibration
US11068049B2 (en) 2012-03-23 2021-07-20 Microsoft Technology Licensing, Llc Light guide display and field of view
US9558590B2 (en) 2012-03-28 2017-01-31 Microsoft Technology Licensing, Llc Augmented reality light guide display
US10191515B2 (en) 2012-03-28 2019-01-29 Microsoft Technology Licensing, Llc Mobile device light guide display
US9717981B2 (en) 2012-04-05 2017-08-01 Microsoft Technology Licensing, Llc Augmented reality and physical games
WO2013164665A1 (en) * 2012-05-03 2013-11-07 Nokia Corporation Image providing apparatus, method and computer program
US10502876B2 (en) 2012-05-22 2019-12-10 Microsoft Technology Licensing, Llc Waveguide optics focus elements
US8989535B2 (en) 2012-06-04 2015-03-24 Microsoft Technology Licensing, Llc Multiple waveguide imaging structure
US10192358B2 (en) 2012-12-20 2019-01-29 Microsoft Technology Licensing, Llc Auto-stereoscopic augmented reality display
US9304235B2 (en) 2014-07-30 2016-04-05 Microsoft Technology Licensing, Llc Microfabrication
US10592080B2 (en) 2014-07-31 2020-03-17 Microsoft Technology Licensing, Llc Assisted presentation of application windows
US10678412B2 (en) 2014-07-31 2020-06-09 Microsoft Technology Licensing, Llc Dynamic joint dividers for application windows
US10254942B2 (en) 2014-07-31 2019-04-09 Microsoft Technology Licensing, Llc Adaptive sizing and positioning of application windows
US9827209B2 (en) 2015-02-09 2017-11-28 Microsoft Technology Licensing, Llc Display system
US9429692B1 (en) 2015-02-09 2016-08-30 Microsoft Technology Licensing, Llc Optical components
US10317677B2 (en) 2015-02-09 2019-06-11 Microsoft Technology Licensing, Llc Display system
US10018844B2 (en) 2015-02-09 2018-07-10 Microsoft Technology Licensing, Llc Wearable image display system
US9372347B1 (en) 2015-02-09 2016-06-21 Microsoft Technology Licensing, Llc Display system
US9423360B1 (en) 2015-02-09 2016-08-23 Microsoft Technology Licensing, Llc Optical components
US9513480B2 (en) 2015-02-09 2016-12-06 Microsoft Technology Licensing, Llc Waveguide
US9535253B2 (en) 2015-02-09 2017-01-03 Microsoft Technology Licensing, Llc Display system
US11086216B2 (en) 2015-02-09 2021-08-10 Microsoft Technology Licensing, Llc Generating electronic components

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06319093A (ja) * 1993-03-09 1994-11-15 Olympus Optical Co Ltd 頭部装着型映像表示装置
JPH0772422A (ja) * 1993-06-23 1995-03-17 Olympus Optical Co Ltd 映像表示装置
JPH11326816A (ja) * 1998-05-13 1999-11-26 Minolta Co Ltd 走査型映像観察光学系
JP2000155286A (ja) * 1998-11-24 2000-06-06 Olympus Optical Co Ltd 映像表示装置
JP2001013415A (ja) * 1999-06-02 2001-01-19 Robin John Freeman 光学器械及び回折要素
JP2003084227A (ja) * 2001-09-07 2003-03-19 Canon Inc 走査型画像表示光学系、走査型画像表示装置および画像表示システム
JP2003315725A (ja) * 2002-04-24 2003-11-06 Mitsubishi Electric Corp 画像表示装置
JP2005509189A (ja) * 2001-11-02 2005-04-07 ミクロビジョン,インク. 拡大射出瞳に複数の射出瞳画像を生成する装置および方法
JP2005292191A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Brother Ind Ltd 網膜走査画像表示装置
JP2006053384A (ja) * 2004-08-12 2006-02-23 Brother Ind Ltd 画像表示装置及びその板状反射素子
JP2006098570A (ja) * 2004-09-29 2006-04-13 Brother Ind Ltd 網膜走査型ディスプレイ
JP2006178033A (ja) * 2004-12-21 2006-07-06 Canon Inc 走査型表示光学系

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5467104A (en) * 1992-10-22 1995-11-14 Board Of Regents Of The University Of Washington Virtual retinal display
US6144493A (en) * 1996-02-23 2000-11-07 Canon Kabushiki Kaisha Optical low-pass filter and optical apparatus having the same
US5701132A (en) * 1996-03-29 1997-12-23 University Of Washington Virtual retinal display with expanded exit pupil
US6937221B2 (en) * 1998-08-05 2005-08-30 Microvision, Inc. Scanned beam display
US6259561B1 (en) * 1999-03-26 2001-07-10 The University Of Rochester Optical system for diffusing light
US6445362B1 (en) * 1999-08-05 2002-09-03 Microvision, Inc. Scanned display with variation compensation
JP2001166258A (ja) * 1999-12-10 2001-06-22 Canon Inc 立体画像撮影用光学系及びそれを用いた立体画像撮影装置
JP4006179B2 (ja) * 2000-12-26 2007-11-14 キヤノン株式会社 画像表示装置および画像表示システム
JP4371705B2 (ja) * 2003-05-20 2009-11-25 キヤノン株式会社 走査型画像表示装置
JP2008046253A (ja) 2006-08-11 2008-02-28 Canon Inc 画像表示装置

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06319093A (ja) * 1993-03-09 1994-11-15 Olympus Optical Co Ltd 頭部装着型映像表示装置
JPH0772422A (ja) * 1993-06-23 1995-03-17 Olympus Optical Co Ltd 映像表示装置
JPH11326816A (ja) * 1998-05-13 1999-11-26 Minolta Co Ltd 走査型映像観察光学系
JP2000155286A (ja) * 1998-11-24 2000-06-06 Olympus Optical Co Ltd 映像表示装置
JP2001013415A (ja) * 1999-06-02 2001-01-19 Robin John Freeman 光学器械及び回折要素
JP2003084227A (ja) * 2001-09-07 2003-03-19 Canon Inc 走査型画像表示光学系、走査型画像表示装置および画像表示システム
JP2005509189A (ja) * 2001-11-02 2005-04-07 ミクロビジョン,インク. 拡大射出瞳に複数の射出瞳画像を生成する装置および方法
JP2003315725A (ja) * 2002-04-24 2003-11-06 Mitsubishi Electric Corp 画像表示装置
JP2005292191A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Brother Ind Ltd 網膜走査画像表示装置
JP2006053384A (ja) * 2004-08-12 2006-02-23 Brother Ind Ltd 画像表示装置及びその板状反射素子
JP2006098570A (ja) * 2004-09-29 2006-04-13 Brother Ind Ltd 網膜走査型ディスプレイ
JP2006178033A (ja) * 2004-12-21 2006-07-06 Canon Inc 走査型表示光学系

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013064985A (ja) * 2011-08-29 2013-04-11 Denso Corp ヘッドアップディスプレイ装置
JP2015197495A (ja) * 2014-03-31 2015-11-09 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 虚像表示装置
WO2016067583A1 (ja) * 2014-10-29 2016-05-06 セイコーエプソン株式会社 表示装置
JP2016085429A (ja) * 2014-10-29 2016-05-19 セイコーエプソン株式会社 表示装置
US10831026B2 (en) 2014-10-29 2020-11-10 Seiko Epson Corporation Display apparatus
JP2016177232A (ja) * 2015-03-23 2016-10-06 セイコーエプソン株式会社 光束径拡大素子および表示装置
JP2020091499A (ja) * 2020-02-20 2020-06-11 株式会社リコー 画像形成装置、画像形成装置を搭載した車両

Also Published As

Publication number Publication date
US7564630B2 (en) 2009-07-21
JP4827654B2 (ja) 2011-11-30
US20090310199A1 (en) 2009-12-17
US20080174878A1 (en) 2008-07-24
US7986462B2 (en) 2011-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4827654B2 (ja) 走査型画像表示装置
US7589900B1 (en) Eyebox shaping through virtual vignetting
US9507174B2 (en) Spatial focal field type glasses display
JP6308630B2 (ja) 指向性照明導波路配置
US7791810B2 (en) Scanned beam display having high uniformity and diminished coherent artifacts
US10698149B2 (en) Display for two-dimensional and/or three-dimensional images
JP6478151B2 (ja) 画像表示装置及び物体装置
JPH03256461A (ja) ヘルメット装着形表示装置
JP2017167181A (ja) 表示装置および導光装置
JP5803082B2 (ja) 虚像表示装置
JP2010533889A (ja) レーザ投影のコヒーレントな画像化及びその装置
JP2013061554A (ja) 画像形成装置、画像形成装置を搭載した車両
JP4669251B2 (ja) 立体画像表示装置
JP6202806B2 (ja) 虚像表示装置
JP5901321B2 (ja) 画像表示装置
WO2020162258A1 (ja) 画像表示装置及びヘッドマウントディスプレイ
JP4058251B2 (ja) 走査型画像表示光学系、走査型画像表示装置および画像表示システム
JP2015225216A (ja) 画像表示装置
US20170045739A1 (en) Transmission-type screen and headup display
CN113960868A (zh) 激光光源及激光投影设备
JP2017078827A (ja) ヘッドアップディスプレイ装置
JP2015225218A (ja) 画像表示装置
JP2006317604A (ja) 画像表示装置及びそれを用いた撮像装置
JP6107996B2 (ja) 画像形成装置、画像形成装置を搭載した車両
JP6229573B2 (ja) 走査型画像表示装置および射出瞳拡大方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090625

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090625

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110817

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110906

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110913

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140922

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4827654

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140922

Year of fee payment: 3