JP2000039582A

JP2000039582A - 映像投影装置

Info

Publication number: JP2000039582A
Application number: JP10223575A
Authority: JP
Inventors: Takao Tomono; 孝夫友野
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1998-07-23
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 2000-02-08
Also published as: US6396463B1

Abstract

(57)【要約】【課題】高解像度を維持しながら、小型で、画像を安
定して観察できる映像投影装置を提供する。【解決手段】映像投影装置は、光源１からの光束が集
光レンズ２を通して集束し、空間フィルタ３で焦点を結
ぶよう構成される。この焦点は２次点光源であり、これ
からの発散球面波は照明用ホログラム光学素子４で平行
光束に変換される。この平行光束は透過型空間変調器
（カラー液晶表示素子）５を照明し、対物用ホログラム
光学素子６で集束光に変換され、瞳孔７で焦点を結ぶ。
この点が２次光源像である。この像は空間変調器の映像
情報のフーリエ変換像（回折像面）となり、眼球レンズ
８を通過後、網膜９上で幾何学像を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、網膜上に広い画角
で高精細な画像を投影表示する映像投影装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、この種の装置は、頭部に装着
して使用できるように小型薄型化が計られてきた。その
一例として、特開平２−１３６８１８号公報に開示され
た映像表示装置がある。この装置は、表示素子に映し出
された映像を観察者の眼の光学系をバイパスさせること
により、網膜上に直接投影するものである。したがって
この装置では、レンズの集光角に相当する画角を観察す
ることができる。この方法によれば、光学システムに視
度調節等の機能を付加する必要がない。この装置の構成
は、具体的には、豆電球などの点光源と、この点光源に
より照射される映像板と、この映像板と一体化された短
焦点凸レンズからなる。この装置では、点光源からの光
により照明された映像板の映像が、眼球レンズの位置に
ある瞳孔上で焦点を結ぶようにしている。この焦点は光
源像であり、また、表示素子に表示された映像の回折像
面となる。そして、この点をピンホールとして、表示素
子の映像を直接網膜に投影する。この装置では、集光角
に相当する画角を観察できるが、短焦点レンズ１枚では
大きな収差を生じてしまうため、高精細な映像を観察す
ることができない。

【０００３】この点を改良した映像表示装置が、例えば
特開平４−２３５７９号公報（又は米国特許第５３７１
５５６号明細書）に開示されている。この装置は、映像
板を照明する照明レンズと、表示素子の映像を網膜に投
影する対物レンズとを備えて構成される。具体的には、
豆電球（点光源）からの光の発散角度を一度レンズで制
御したのち２つのミラーで光線の方向を変え、その後、
光線を凸レンズで平行光にしてＬＣＤパネルを照明す
る。映像光は、ＬＣＤパネルの直後に配置された凸レン
ズで光線の方向が制御され、短焦点凸レンズで集光され
る。そして、観察者の瞳上で点光源の像を形成すること
により、観察者の網膜に表示素子の映像を投影する。

【０００４】また、特開平５−３２８２６１号公報（又
は米国特許第５４９９１３８号明細書）には、別の改良
された映像表示装置が開示されている。この装置は、表
示素子上に２次元マイクロレンズアレイを配置し、そこ
で結像する画素の像を網膜上で結像させるものである。
具体的には、２次元ＬＥＤアレイもしくは面光源で照明
した透過型液晶表示素子上に、２次元マイクロレンズア
レイを配置し、表示素子の画素から出射した光を集光レ
ンズで平行光に変換し眼球に導入する。この装置では、
眼球のレンズ作用により各画素に対応する像が網膜上で
結像するため、鮮明な画像が得られる。

【０００５】一方、米国特許第４３０９０７０号明細書
には、ビームコンバイナの表示装置の小型化を目指し
て、ラージ・オフ・アクシス（ｌａｒｇｅ−ｏｆｆａ
ｘｉｓ）のホログラム光学素子を用いた表示装置が開示
されている。この装置では、ＣＲＴ上のスクリーンに表
示された映像光は、レンズを通してコリメート光に変換
され透光性基板の端面から入射して基板内で反射しホロ
グラムで回折される。観察者は、その虚像を観察するこ
とになるが、同時に透光性基板およびホログラムを通し
て、外界を観察することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来技術のうち、照明
レンズと対物レンズを用いる装置では、短焦点レンズ１
枚の装置と比べると、高い解像度の映像が得られるが、
光源の大きさにより解像度が左右されるという問題点が
あった。また、照明レンズと対物レンズを用いる装置
は、大きな画角で観察できる反面、レンズが最低２枚必
要であり光学系が複雑となる。実際、（色）収差および
その球面収差の補正のために、最低４枚以上の組み合わ
せレンズが必要である。基本的には共軸光学系で用いら
れる。装置の大型化をさけるため、ミラーで折り返して
用いる工夫がなされているが、光学部品点数は８つとな
り、装置の小型化はこれ以上困難であった。

【０００７】２次元マイクロレンズアレイを用いる装置
では、短焦点レンズ１枚の装置に比べると、各画素に対
応する結像が得られるため鮮明な表示が得られるが、計
算から得られる最適な画素サイズと画素ピッチは６．５
μｍ角、１８５×１８４μｍである。すなわち、画素サ
イズは小さいが、画素ピッチは大きい。高解像度を得る
ためには大画面の表示素子が必要となり、装置の大型化
は避けられない。また、大きな画角が得られても、眼に
平行光束を導入し、眼の光学系を用いるため、短焦点レ
ンズ１枚の装置の構成と違って、眼の光学系をバイパス
できるメリットがなくなる。

【０００８】また、短焦点レンズ１枚の装置あるいは照
明レンズと対物レンズを用いる装置では、観察者の眼の
動き（視線方向）と装置の装着位置が変わると、生成さ
れる網膜像に歪みが生じる。その理由は、映像板と網膜
は瞳孔という大きなピンホールを通して共役な関係にあ
るが、視線と装置の位置がずれると、眼球のレンズ作用
が寄与するためである。この問題点を解決するために、
短焦点凸レンズの後側焦点位置が眼球レンズの中心に来
るように、機械的偏向により焦点位置を制御する工夫等
がなされてきたが、装置自体の大型化はこの場合も避け
られない。

【０００９】一方、ｌａｒｇｅ−ｏｆｆａｘｉｓのホ
ログラムを用いる装置は、ビームコンバイナ表示装置の
小型化のために提案されたものである。しかし、ＣＲＴ
映像の虚像を観察するとき、虚像位置とサイズに制限が
ある。特に、ｌａｒｇｅ−ｏｆｆａｘｉｓにより、デ
ィスプレイとｌａｒｇｅ−ｏｆｆａｘｉｓのホログラ
ム光学素子間の光路差が位置により大きく変化するた
め、収差が発生しやすくなる。このように、この装置で
は、小型にできる反面、画角が狭く、解像度が低くなる
という問題がある。

【００１０】以上のことから、映像投影装置の課題は、１）高い解像度および広い画角を維持しながら小型化
（部品点数の低減を含む）された装置で、２）外界を同時に視認でき、３）若干の装着時のズレなどで網膜像に歪みが生じない
装置を実現することにある。

【００１１】従って本発明の目的は、高解像度を維持し
ながら、小型で、画像を安定して観察できる映像投影装
置を提供することにある。また本発明の他の目的は、こ
れに加えてシースルー性を有する映像投影装置を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、光源と、こ
の光源からの光を受けて２次光源として作用する空間フ
ィルタと、この２次光源からの光で照明される空間変調
器とを備え、この２次光源の像を瞳孔上に形成して空間
変調器の映像を網膜上に投影するよう構成した映像投影
装置により、達成される。

【００１３】ここで、空間フィルタと空間変調器の間に
は照明光学系を備えることができる。この照明光学系は
ホログラム光学素子又は回折型光学素子で構成される。
また、空間変調器の光の出射側には対物光学系を備える
ことができる。この対物光学系もホログラム光学素子で
構成される。このホログラム光学素子は、ラージ・オフ
・アクシス（ｌａｒｇｅ−ｏｆｆａｘｉｓ）型が用い
られ、またシースルー性を確保するため透光性材料から
構成される。

【００１４】ホログラム光学素子は、色収差及び球面収
差を補正するよう作製することができる。このため、１
枚のホログラム光学素子で２枚のレンズの代用とするこ
とができ、光学部品の点数を低減できる。またホログラ
ム光学素子は、干渉縞の形成方法により、回折格子、レ
ンズ、ビームコンバイナ、ビームスプリッタ、フィル
タ、スキャナなどの用途がある。ホログラム光学素子を
ビームコンバイナとして用いると、明るい外界と画像表
示を重畳して見ることができる。ビームコンバイナの機
能をホログラム光学素子に付加することができるので、
光学部品の点数を低減できる。

【００１５】ホログラム光学素子を用いて、高い解像度
で照明光、空間変調光などを伝送するためには、光学シ
ミュレーションの結果、コヒーレント照明方式が適して
いることがわかった。コヒーレンス性が高い照明光を得
るためには２次光源からの球面波を用いるとよい。ここ
で２次光源は、ある光源からの光を例えば集光光学系を
介して形成された光源像である。この２次光源は微小な
ので、以下では２次点光源あるいは微小２次点光源とも
いう。この種の光学系は顕微鏡の対物光学系で用いられ
る光学系に類似している。微小２次点光源を用いると、
瞳孔上に形成される像は２次点光源像となる。その結
果、瞳孔という大きなピンホールは用いないで、光源像
自体が微小であるため、焦点深度が深まる。このため、
装着時の若干のずれでも、網膜像は歪まず、安定的に生
成できる。２次光源は空間フィルタで形成する。空間フ
ィルタは径が２ｍｍφ以下、好ましくは２５μｍ以下の
開口を有する。人の瞳孔は明るい所で２ｍｍφ程度なの
で、空間フィルタの開口はこれより小さくするのであ
る。

【００１６】本発明に係る映像投影装置は、頭部搭載型
やメガネ型に構成することができるもので、メガネフレ
ームの側面に配置された光源と、光源からの光を受けて
２次光源として作用する空間フィルタと、この２次光源
からの光で照明される空間変調器と、メガネフレームに
取付けられた透光性基板と、透光性基板に配置され２次
光源の像を瞳孔上に形成して空間変調器の映像を網膜上
に投影するよう調整されたホログラム光学素子とを備え
て構成される。ここで、透光性基板は平面もしくは曲面
形状とすることができる。また、ホログラム光学素子
は、銀塩フィルム、重クロム酸ゼラチン及びフォトポリ
マーのいずれかを用いて形成される。このホログラム光
学素子は保護膜で覆うのが好ましい。

【００１７】また、本発明に係る映像投影装置は、光源
と、光源からの光で照明される空間変調器とを備え、空
間変調器からの光により瞳孔上に形成される回折像面の
０次回折光と１次回折光の径を２ｍｍφ以下とし空間変
調器の映像を網膜上に投影するように構成される。ここ
で光源は、空間フィルタにより形成された２次光源を用
いることができる。この空間フィルタは、開口絞り及び
視野絞りの少なくとも一方、又はピンホールで構成され
る。

【００１８】さらに、本発明に係る映像投影装置は、出
射光の径を２ｍｍφ以下とした光源と、光源からの光で
照明される空間変調器とを備え、光源の像が瞳孔上に形
成されるようにして空間変調器の映像を網膜上に投影す
るように構成される。あるいは、光源と、光源から入射
する光束の径よりも小さい径の光の通過孔を有する空間
フィルタと、空間フィルタを通過した光で照明される空
間変調器とを備え、空間変調器からの光の集光点が瞳孔
上に位置するようにして空間変調器の映像を網膜上に投
影するように構成される。

【００１９】本発明に係る映像投影方法では、光源から
の光を微小開口を通過させ、微小開口を２次光源として
空間変調器を照明し、２次光源の像が瞳孔上に形成され
るようにして空間変調器の映像を網膜上に投影する。２
次光源の像の形成には、ホログラム光学素子が用いられ
る。このように構成することにより、本発明では、高解
像度を維持しながら、小型で、画像を安定して観察でき
る映像投影装置を得ることができる。また同時に、シー
スルー性を確保することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】（実施例１）図１は、本発明に係
る映像投影装置の一実施例を示す図である。本実施例で
は、照明光学系と対物光学系のそれぞれにホログラム光
学素子を用いる。図のように、光源１からの光束は集光
レンズ２を通して集束し、空間フィルタ３で焦点を結
ぶ。この焦点は光源像である２次点光源であり、新たな
光源として作用する。この２次光源からの発散球面波は
非球面凸レンズの役割をする照明用ホログラム光学素子
４で平行光束に変換される。この平行光束は透過型空間
変調器（カラー液晶表示素子）５を照明し、別の非球面
凸レンズの役割をする対物用ホログラム光学素子６で集
束光に変換され、瞳孔７で焦点を結ぶ。この点が２次光
源像である。この像は空間変調器の映像情報のフーリエ
変換像（回折像面）となり、眼球レンズ８を通過後、網
膜９上で幾何学像を形成する。本実施例によれば、観察
者は、ホログラム光学素子の開口に応じた視野角で大画
面の映像を認識できる。また、装置を頭部に装着すると
き若干の動きがあっても網膜像は歪まず、観察者は外界
を視認しながら、解像度の高い映像を認識できる。

【００２１】ここで、光源としては、発光ダイオード
（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ｌａｓｅｒｄｉｏｄ
ｅ）などの輝線スペクトルを発する光源あるいは波長バ
ンド幅の狭い光源が、集光レンズとしては、市販の顕微
鏡用もしくはピックアップ用対物レンズ、ボールレン
ズ、あるいは屈折率分布レンズ（セルフォックレンズ）
などが考えられる。空間フィルターとしてはピンホール
が考えられる。また、透過型空間変調器としては、市販
のプロジェクタ用透過型液晶表示素子が、この場合適当
である。さらに、ホログラム光学素子用感光材料として
は、銀塩乳剤、重クロム酸ゼラチン、フォトポリマ、カ
ルコゲナイドガラスなどを用いることができるが、ここ
では紫外線に強いフォトポリマが望ましい。

【００２２】（実施例２）図２は、本発明に係る映像投
影装置の他の実施例を示す図である。本実施例では、照
明光学系として１枚のホログラム光学素子を用いる。図
のように、光源２１からの光束は集光レンズ２２を通し
て集束し、空間フィルタ２３で焦点を結ぶ。この焦点は
光源像である２次点光源であり、新たな光源として作用
する。この２次光源からの発散球面波は、非球面凸レン
ズの役割をする照明光学用ホログラム光学素子２４によ
り集束光に変換される。照明光学用ホログラム光学素子
２４で回折された光は、その近傍に配置された透過型空
間変調器（表示素子）２５を集束光で照明する。その直
後に、一般には、集束光を制御する対物光学用ホログラ
ム光学素子２６を設けるが、後述のとおり、これは省く
ことができる。そして、瞳孔２７で焦点２８を結び、網
膜２９上に幾何学像を形成する。本実施例によれば、映
像表示装置を小型にすることができる。

【００２３】本実施例の場合は、偏光板が付いた液晶表
示素子の透過率が、シースルー性を決める。その透過率
は、液晶表示素子がカラーの場合は数％と低く、モノク
ロの場合は４０〜６０％と高い。この形態ではモノクロ
表示が望ましい。特に、対物光学用ホログラム光学素子
２６は、空間変調器２５における位相変調のされかたに
よっては用いる必要がなくなる。光学素子２６の省略に
より光学部品点数を低減でき、合計で５点とすることが
できる。これにより、単純な光学システムで映像投影装
置を構成することができる。

【００２４】（実施例３）図３は、本発明に係る映像投
影装置の他の実施例を示す図である。また図４は、図３
の映像投影装置の部分的断面構造を示す図である。本実
施例では、照明光学系と対物光学系のそれぞれにホログ
ラム光学素子を用い、また表示素子としてＳｉ−ＭＯＳ
上に形成されたカラー反射型ＬＣＤを用いる。その構造
は、透光性基板の端面から画像光を入射するメガネに近
い形状を有する。

【００２５】本実施例では、微小光源４０として白色Ｌ
ＥＤを用いるが、ほかに豆電球などでもよい。微小光源
４０からの光は、視野絞りが付いた集光レンズ４１を通
して焦点を結ぶ。この集光点に２００μｍのピンホール
４２を置く。この集光点が、前述の通り２次点光源とな
る。２次点光源からの発散球面波は、カラー用ホログラ
ム光学素子４３で反射したのち平行光となり、Ｓｉ−Ｍ
ＯＳ上に形成された反射型ＬＣＤ４４を照明する。ここ
でカラー用ホログラム光学素子４３の代わりに、コリメ
ートレンズで平行光にして、ミラーで光軸を曲げてもよ
い。

【００２６】反射型ＬＣＤ４４は、その表面に色フィル
タが取り付けられており、カラー画像が表示できる。こ
の反射型ＬＣＤは、配線４９を通してメガネフレームに
設けられた制御部分と接続される。反射型ＬＣＤ４４で
空間変調を受けた光（カラー映像の回折光）は、カラー
用ホログラム光学素子４３を通過（透過）後、ガラス基
板４５（もしくはプラスチック基板）の端面から入射
し、基板４５のカラー用ホログラム光学素子４６が付い
ていない面４５ａで１度反射し反対面４５ｂに進む。そ
の後、カラー用ホログラム光学素子４６に入射する。こ
こでホログラム光学素子４６の開口は、例えば対角１イ
ンチ（縦：１５ｍｍ、横：２０ｍｍ）とするが、別の大
きさでもよい。カラー用ホログラム光学素子４６で回
折、集光した光は、眼球レンズ４７の中心で焦点を結
び、網膜４８に幾何学像を形成する。

【００２７】図５（ａ）、（ｂ）は、実施例３で用いる
反射型ＬＣＤを示す図であり、同図（ａ）は同図（ｂ）
の一部拡大図である。一つのカラー画素５１は、赤色フ
ィルタ５２、緑色フィルタ５３及び青色フィルタ５４を
有する３色分の画素で構成される。ＳＸＧＡを表示する
ため、一つのカラー画素５１のサイズは同図（ａ）に示
すように４μｍ×１６μｍであり、反射型ＬＣＤ５５の
画面サイズ５６は同図（ｂ）に示すように５．１２ｍｍ
×１５ｍｍである。あるいは、反射型ＬＣＤ４４（例え
ば、約４ｍｍ×３ｍｍ）をカラー用ホログラム光学素子
４３で拡大照明して、ホログラム光学素子で集束光に変
換して用いてもよい。

【００２８】（実施例４）図６は、本発明に係る映像投
影装置の他の実施例を示す図である。また図７は、図６
の映像投影装置の部分的断面構造を示す図である。本実
施例では、照明光学系と対物光学系のそれぞれにホログ
ラム光学素子を用い、また表示素子としてカラー透過型
ＬＣＤを用いる。その構造は、透光性基板の端面から画
像光を入射するメガネに近い形状を有する。

【００２９】本実施例では、ＬＥＤ８０から出射された
光は、視野絞りの付いた対物レンズ８１などの集光レン
ズを通して、ピンホール８２上で２次点光源を形成す
る。この２次点光源からの光は、ホログラム光学素子８
３の作用で長方形のアスペクト比が異なる照明光とな
り、透過型ＬＣＤ８４を照明する。透過型ＬＣＤ８４に
は、配線８５を介して、メガネ型フレームに内蔵された
駆動回路から電気信号が送られる。アスペクト比が異な
る空間変調された画像はガラス基板８６の端面から入射
し、一度基板８６のホログラム光学素子８７が付いてい
ない面８６ａで反射した後、ホログラム光学素子８７で
回折集光される。

【００３０】ここでホログラム光学素子の開口は、たと
えば対角１インチ（縦：１５ｍｍ、横：２０ｍｍ）であ
るが、別の大きさでもよい。ホログラム光学素子８７で
回折、集光した光は、眼球レンズ８８の中心で焦点を結
び、網膜８９に幾何学像を形成する。ガラス基板８６に
設けられたホログラム光学素子８７の表面には、ホログ
ラムを保護する保護膜９０が付けられている。また基板
８６は、ガラス製のほか、プラスチック製も用いられ
る。

【００３１】（実施例５）図８は、本発明に係る映像投
影装置の他の実施例を示す図である。また図９（ａ）、
（ｂ）は、図８の映像投影装置の部分的断面構造を示す
図である。本実施例では、１枚のホログラム光学素子を
用い、また表示素子としてカラー透過型ＬＣＤを用い
る。その構造は、透光性基板の端面から照明光を入射す
るメガネに近い形状を有する。

【００３２】本実施例では、ＬＥＤ９０からの光を屈折
率分布レンズ９１で集光し、集光ポイントにピンホール
９３付き偏光板９２を置く。ここでピンホール９３と偏
光板９２は別々に準備され、密着された状態でもよい。
または、偏光基板上にアルミニウムもしくはクロムを蒸
着し、その後エッチィング工程でピンホールを形成して
もよい。また、これらは一体化されたユニットで構成す
ることもできる。ピンホール９３からの球面発散波は、
厚さが５ｍｍの２つのプリズムからなるプラスチック基
板９５の端面から基板内に入射する。ここで、ピンホー
ルからの広がり角度を制御するために、レンズ９４を設
けてもよい。その後、プリズム９５ａ上のホログラム光
学素子９６が設けられていない面で１度の反射した後、
ホログラム光学素子９６で反射、回折して透過型ＬＣＤ
９７に入射する。

【００３３】ここで外界を視認するために、同じ形状の
プリズム９５ｂが密着して設けられている。ホログラム
光学素子の開口は約対角１．１型とする。ホログラム光
学素子に密着した透過型ＬＣＤ９７は、基板とその上に
形成されたＴＦＴアレイを有し、そのサイズは約２０ｍ
ｍ×１５ｍｍである。ホログラム光学素子側には、透過
型ＬＣＤ９７を構成するＴＦＴアレイ基板９７ａが配置
されている。カラーフィルタ基板９７ｂは眼側にある。
図８において斜線で示すＴＦＴアレイ及びそれと接続さ
れた透明配線は、外部配線９８を介して、メガネのフレ
ーム９９に内臓した駆動回路１００に接続されている。
この駆動回路１００は、メガネレンズの外枠に内蔵して
もよい。

【００３４】ホログラム光学素子９６で回折した収束照
明光は、透過型ＬＣＤ９７で空間変調を受け、その直後
に配置された偏光板１０１を通過する。ここで偏光板１
０１は、光源の近くに配置された偏光板から出射する偏
光と直交するように配置される。偏光板１０１を通過し
た光は、ホログラム光学素子９６の焦点に位置する眼球
レンズ１０２の中心で焦点を結び、網膜１０３に幾何学
像を形成する。

【００３５】ここで用いる透過型ＬＣＤ９７は、表示エ
リアが横２０ｍｍ×縦１５ｍｍであり、カラー１画素は
１６μｍ角のものを必要とする。ただし、解像度がＶＧ
Ａレベルの場合、画素は３２μｍ角となる。カラー表示
の場合、眼球の直前にカラーフィルタがあるため、シー
スルー性は非常に低い。しかし、表示素子としてモノク
ロ液晶表示素子を用い、かつ光源として単色ＬＥＤを用
いると、透過率は４０〜６０％前後となり、本発明の映
像投影装置を装着して外で歩行するのに、充分なシース
ルー性を確保することができる。

【００３６】本発明を従来の技術と比較すると、従来の
技術では、光源、空間変調器以外に、照明レンズ２枚、
対物レンズ２枚、ミラー２枚の合計８点の光学部品が最
低限必要であった。本発明では、コヒーレント照明を実
現するために、集光光学系を新たに付加しても、最低、
ホログラム光学素子もしくはレンズなどで構成される集
光手段、空間フィルター、照明光学系であるホログラム
光学素子の合計５点の光学部品点数でよく、これに対物
光学系のホログラム光学素子を追加しても合計６点の部
品点数で映像投影装置を得ることができる。

【００３７】以上説明した通り、本発明に係る映像投影
装置は、微小光源からの光が集光光学系を介して、光源
像である２次微小点光源を形成し、そこから発生したき
れいな球面波（コヒーレントな光）で、もしくは照明光
学系を通して、表示素子を照明し、最低限、０次および
±１次の回折光をホログラム光学素子の対物光学系で集
光して、瞳孔上（眼球レンズ面）に２次点光源を形成
し、表示素子の映像を網膜に投影する。

【００３８】その結果、高解像度で、広い画角を維持し
ながら、レンズなどの光学部品点数を従来よりも大幅に
低減できる。また、装置が簡素化されて小型薄型化を実
現できるので、頭部搭載型の映像投影装置に適するもの
であり、しかも長時間の使用も可能となる。さらに、眼
球が動いても画像の歪みが生じなくなるため、装着した
状態で安定した画面を観察できるようになり、装着性に
優れている。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、高解像度を維持しなが
ら、小型で、画像を安定して観察できる映像投影装置を
得ることができる。またシースルー性も確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る映像投影装置の実施例１を示す図
である。

【図２】本発明に係る映像投影装置の実施例２を示す図
である。

【図３】本発明に係る映像投影装置の実施例３を示す図
である。

【図４】実施例３の映像投影装置の部分的断面構造を示
す図である。

【図５】反射型ＬＣＤの構成を示す図であり、（ａ）は
細部の構成図を、（ｂ）は全体の構成図を示す。

【図６】本発明に係る映像投影装置の実施例４を示す図
である。

【図７】実施例４の映像投影装置の部分的断面構造を示
す図である。

【図８】本発明に係る映像投影装置の実施例５を示す図
である。

【図９】（ａ）、（ｂ）は実施例５の映像投影装置の部
分的断面構造を示す図である。

【符号の説明】

１、２１光源２、２２集光レンズ３、２３空間フィルタ４、２４照明光学用ホログラム光学素子５、２５液晶表示素子６、２６対物光学用ホログラム光学素子７、２７瞳孔８、２８眼球レンズ９、２９網膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、前記光源からの光を受けて２次
光源として作用する空間フィルタと、前記２次光源から
の光で照明される空間変調器とを備え、前記２次光源の
像を瞳孔上に形成して前記空間変調器の映像を網膜上に
投影するよう構成したことを特徴とする映像投影装置。
【請求項２】前記空間フィルタと前記空間変調器の間
に照明光学系を備えたことを特徴とする請求項１記載の
映像投影装置。
【請求項３】前記照明光学系がホログラム光学素子又
は回折型光学素子で構成されたことを特徴とする請求項
２記載の映像投影装置。
【請求項４】前記空間変調器の光の出射側に対物光学
系を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の映像
投影装置。
【請求項５】前記対物光学系がホログラム光学素子で
構成されたことを特徴とする請求項４記載の映像投影装
置。
【請求項６】前記ホログラム光学素子がラージ・オフ
・アクシス型であることを特徴とする請求項３又は５記
載の映像投影装置。
【請求項７】前記ホログラム光学素子が透光性材料か
ら構成されたことを特徴とする請求項３又は５記載の映
像投影装置。
【請求項８】前記空間フィルタは径が２ｍｍφ以下の
開口を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれ
かに記載の映像投影装置。
【請求項９】前記光源が豆電球、発光ダイオード又は
レーザダイオードで構成されたことを特徴とする請求項
１乃至８のいずれかに記載の映像投影装置。
【請求項１０】前記光源と前記空間フィルタの間に集
光光学系を備えたことを特徴とする請求項１記載の映像
投影装置。
【請求項１１】前記集光光学系が単レンズ、ホログラ
ム光学素子及び回折型光学素子の少なくとも一つから構
成されることを特徴とする請求項１０記載の映像投影装
置。
【請求項１２】メガネフレームの側面に配置された光
源と、前記光源からの光を受けて２次光源として作用す
る空間フィルタと、前記２次光源からの光で照明される
空間変調器と、前記メガネフレームに取付けられた透光
性基板と、前記透光性基板に配置され前記２次光源の像
を瞳孔上に形成して前記空間変調器の映像を網膜上に投
影するよう調整されたホログラム光学素子とを備えたこ
とを特徴とする映像投影装置。
【請求項１３】前記透光性基板が平面もしくは曲面形
状を有することを特徴とする請求項１２記載の映像投影
装置。
【請求項１４】前記ホログラム光学素子が銀塩フィル
ム、重クロム酸ゼラチン及びフォトポリマーのいずれか
を用いて形成されたものであることを特徴とする請求項
１２記載の映像投影装置。
【請求項１５】前記ホログラム光学素子が保護膜に覆
われていることを特徴とする請求項１２記載の映像投影
装置。
【請求項１６】光源と、前記光源からの光で照明され
る空間変調器とを備え、前記空間変調器からの光により
瞳孔上に形成される回折像面の０次回折光と１次回折光
の径を２ｍｍφ以下とし前記空間変調器の映像を網膜上
に投影するよう構成したことを特徴とする映像投影装
置。
【請求項１７】前記光源が空間フィルタにより形成さ
れた２次光源であることを特徴とする請求項１６記載の
映像投影装置。
【請求項１８】前記空間フィルタが開口絞り及び視野
絞りの少なくとも一方、又はピンホールで構成されるこ
とを特徴とする請求項１７記載の映像投影装置。
【請求項１９】出射光の径を２ｍｍφ以下とした光源
と、前記光源からの光で照明される空間変調器とを備
え、前記光源の像が瞳孔上に形成されるようにして前記
空間変調器の映像を網膜上に投影するよう構成したこと
を特徴とする映像投影装置。
【請求項２０】前記空間変調器の光の出射側に前記光
源の像が瞳孔上に形成するように調整された対物光学系
を備えたことを特徴とする請求項１９記載の映像投影装
置。
【請求項２１】光源と、前記光源から入射する光束の
径よりも小さい径の光の通過孔を有する空間フィルタ
と、前記空間フィルタを通過した光で照明される空間変
調器とを備え、前記空間変調器からの光の集光点が瞳孔
上に位置するようにして前記空間変調器の映像を網膜上
に投影するよう構成したことを特徴とする映像投影装
置。
【請求項２２】前記空間フィルタの光の通過孔の径が
２ｍｍφ以下であることを特徴とする請求項２１記載の
映像投影装置。
【請求項２３】光源からの光を微小開口に通過させ、
前記微小開口を２次光源として空間変調器を照明し、前
記２次光源の像が瞳孔上に形成されるようにして前記空
間変調器の映像を網膜上に投影することを特徴とする映
像投影方法。
【請求項２４】前記２次光源からの光がホログラム光
学素子で回折されて瞳孔上に前記２次光源の像が形成さ
れることを特徴とする請求項２３記載の映像投影方法。