JP3632392B2

JP3632392B2 - 網膜ディスプレイ装置

Info

Publication number: JP3632392B2
Application number: JP23335597A
Authority: JP
Inventors: 孝夫友野; 康裕小笠原; 喜一上柳
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1997-08-14
Filing date: 1997-08-14
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2017-08-14
Also published as: JPH1164782A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は網膜ディスプレイ装置に係り、特にレーザダイオードを用いた小型軽量の網膜ディスプレイ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
網膜ディスプレイ装置は、従来から種々のものが提案されているが、外界を遮ることなく映像を見ることができる（シースルー機能を有する）ものとしては、ヘッドアップディスプレイとヘッドマウンテッドディスプレイがある。この種の装置は、いままで小型化が推し進められてきたが、まだ充分なものは得られていない。小型化の障害となっているのは、一つは表示素子部分である。外界を見ながら、同時に映像を見るという要求に応えるためには、映像を映し出す表示素子に高い輝度を与える必要がある。そのため表示素子の小型化は、なかなか困難であった。
【０００３】
このような中、レーザダイオードを用いて、小型かつ低消費電力の表示装置が提案されている。例えば、特開昭６２−５２８８号公報には、小型化を図って装着性を高めた表示装置が開示されている。この装置は、リップマンホログラムを参照光ビームで走査することによって、所望の映像を再生するように構成されている。したがって、大口径の光学レンズやブラウン管など、大きなスペースを必要としない点で有利である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記表示装置の場合、ホログラムを作製するときに物体光が感光材料に到達するエネルギーが小さいので、回折効率の大きいホログラムを得ることができない。そのため、再生時に使用するレーザは、高出力のものを必要とするという問題があった。
【０００５】
したがって本発明の目的は、低出力のレーザダイオードを用いた小型軽量の網膜ディスプレイ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、画像情報光を発生するレーザダイオードと、前記画像情報光を平行光ビームに変換するコリメータと、前記コリメータからの平行光ビームの画像情報光を２次元走査するマイクロミラーデバイスと、前記マイクロミラーデバイスからの２次元画像情報光が照射されるホログラムと、前記ホログラムが形成されたレンズとを有する網膜ディスプレイ装置により、達成される。
【０００７】
ここで用いるレーザダイオードは、低出力のもので十分である。また、レンズ上に形成されるホログラムは、レーザダイオードから出射されるコヒーレント光をインコヒーレント光に変換する機能を有する。
【０００８】
このホログラムの作製方法は、レーザからの光を２つの光ビームに分割し、分割した一方の光ビームを参照光として第１の絞りを介してメガネレンズ上に形成されたフォトポリマーに照射し、分割した他方の光ビームを物体光として第２の絞り及び拡散板を介して、前述のフォトポリマーに照射することにより行う。ここでレーザとしては、Ｈｅ−Ｎｅレーザを用いる。
【０００９】
このようにして本発明では、回折効率の比較的大きなホログラムを作製でき、これを本装置に用いることによって、再生時に使用するレーザダイオードを低出力のものにしている。低出力のレーザダイオードを使用する利点は、低消費電力のほか、人の目に対する安全性向上も上げられる。この種のホログラムを用いることにより、低出力のレーザダイオードからの画像情報光をマイクロミラーデバイスによって走査できる。このレーザダイオードおよびマイクロミラーデバイスは超小型であり、装置全体を小型軽量に作製することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る網膜ディスプレイ装置の一実施例を示す図である。図示のように、メガネレンズ５の凹表面には、ホログラム４が形成されている。メガネレンズ５を支える破線で表示した枠３０には、レーザダイオード（ＬＤ）１と、コリメータ２と、マイクロミラーデバイス３が配置される。本装置を装着すると、メガネレンズ５の凹面近傍に人の目が位置するようになる。図では、瞳孔７と水晶体８と網膜９を有する眼球６が示されている。
【００１１】
ＬＤ１には、図示しないＬＤ駆動装置が接続されており、ＬＤ１から出射された画像情報を持つ光（画像情報光）はコリメータ２を通して、平行ビームの画像情報光となる。この画像情報光はマイクロミラーデバイス３を通して、２次元に走査され、２次元の画像情報光となる。ここで用いられるマイクロミラーデバイス３は超小型ミラーであり、１枚ミラーで１方向の可動ミラーのものと、１枚ミラーで２方向の可動ミラーのものがあり、シリコン（Ｓｉ）の微細加工技術などにより作製される。ここで、１方向可動ミラーの場合は、２個の素子を用いてレーザ光を２次元走査させる。２方向の可動ミラーの場合、１個の素子を用いて、レーザ光を２次元走査させる。このようにして、マイクロミラーデバイス３は、画像情報光を２次元走査する。また、レーザ光をビームエキスパンダで広げたのち、コリメートして、ＤＬＰ（ＴＩ社製）に照射して２次元画像情報光にしてもよい。
【００１２】
この２次元走査された画像情報光は、メガネレンズ５に形成されたホログラム４に照射される。このホログラム４は、コヒーレント光であるレーザ光を回折後にインコヒーレント光に変換するものである。ホログラム４で回折された２次元画像情報光は、インコヒーレント光となって眼球６に入り、眼の瞳孔７に焦点を結び、水晶体８を通過後、網膜９上に結像する。これにより観察者は、２次元の画像を認識することができる。
【００１３】
図２は、本発明に係る網膜ディスプレイ装置の他の実施例を示す図である。本実施例では、ホログラム４がメガネレンズ５の凸面に形成される。ＬＤ１から出射された画像情報を持つ光が２次元の画像情報光となる過程は、図１の実施例と同じである。但し、この２次元画像情報光は、今度は、メガネレンズ５の端面から入射し、ホログラム４で回折される。従ってマイクロミラーデバイス３は、図のように、枠３０の角部近くに配置する。
【００１４】
図１及び図２では、２つのメガネレンズの一方のレンズ５に対応するものだけを示しているが、実際には図示しない他方のレンズ上にも同様にホログラムが形成されており、また同様にＬＤ、コリメータ及びマイクロミラーデバイスが他方の枠に配置されている。なお、光源としては、ＬＤの他に発光ダイオード（ＬＥＤ）やエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子を用いることができる。
【００１５】
図３は、ここで用いるホログラム４の作製方法を示すものである。図のように、レーザ１０からは可視光、たとえば波長６３２．８ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザが出射される。このレーザ光は、ビームスプリッタ１１で２つの光ビームに分割される。分割した一方の光ビーム１２は参照光として、ミラー１３で折り曲げられた後、スペイシャルフィルター１４で拡散光に変換され、メガネレンズ１５上に形成されたフォトポリマー１６に照射される。分割した他方の光ビーム１７は物体光として、ミラー１８で折り曲げられ、スペイシャルフィルタ１９で拡散光に変換され、コリメートレンズ２０を介して平行光ビームに変換される。この平行光ビームは、絞り２１を通過し、レンズ２２で収束光に変換され、拡散板２３を通って、メガネレンズ１５上に形成された上述のフォトポリマー１６に照射される。
【００１６】
このようにして、２つの光ビームで干渉露光されたフォトポリマー１６は、紫外線照射、熱処理後、ホログラムとして記録される。これによって、接眼光学系を併せ持つホログラムコンバイナが得られる。ここで得られるホログラムは、回折効率が比較的大きい。
【００１７】
本発明では、上述のように、回折効率の比較的大きなホログラムを作製し、これを用いることによって、再生時に使用するレーザダイオードを低出力のものにしている。低出力のレーザダイオードを使用する利点は、低消費電力のほか、人の目に対する安全性の向上もある。この種のホログラムを用いることで、画像情報光をマイクロミラーデバイスにより走査でき、レーザダイオードの使用とともに、装置全体を小型軽量に作製できる。
【００１８】
図３に示すホログラムの作製方法は、図１の実施例に対応するものであるが、図２の実施例に係るホログラムも、図４に示すとおり、これとほとんど同様な方法で作製できる。相違点は、図１の実施例と違い、メガネレンズの凸面にフォトポリマーが形成される点、および参照光がメガネレンズの側面から入射される点等である。以下、図４に示す方法を詳述する。
【００１９】
図４において、レーザ１０は可視光を出射するレーザであり、例えば波長６３２．８ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザである。レーザ１０からの光は、ビームスプリッタ１１で２つに分割される。分割された一つの光ビーム１２は参照光として、ミラー１３で折り曲げられた後、スペイシャルフィルター１４で拡散光に変換される。その後コリメートレンズ２５で平行光に変換され、絞り２６に入射する。参照光は、絞り２６を通過した後、メガネレンズ１５の側面から入射し、メガネレンズ１５上に形成されたフォトポリマー２８に照射される。一方、もう一つの光ビーム１７は物体光として、ミラー１８で折り曲げられた後、スペイシャルフィルター１９で拡散され、コリメートレンズ２０で平行光に変換される。その後、物体光は、絞り２１を通過後、レンズ２２で収束光に変換され、メガネレンズ１５の正面からフォトポリマー２８に照射される。これによりフォトポリマー２８は、２つの光ビーム１２、１７で干渉露光され、紫外線照射ののち、熱処理がなされて、ホログラムとして記録される。
【００２０】
このようにホログラムは、メガネレンズ上に簡単に形成できるので、本発明に係る装置の製造も容易である。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、低出力のレーザダイオードを用いた小型軽量の網膜ディスプレイ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る網膜ディスプレイ装置の一実施例を示す図である。
【図２】本発明に係る網膜ディスプレイ装置の他の実施例を示す図である。
【図３】本発明に用いるホログラムの作製方法を示す図である。
【図４】本発明に用いるホログラムの他の作製方法を示す図である。
【符号の説明】
１レーザダイオード
２コリメータ
３マイクロミラーデバイス
４ホログラム
５メガネレンズ
６眼球
７瞳孔
８水晶体
９網膜

Claims

画像情報光を発生するレーザダイオードと、前記画像情報光を平行光ビームに変換するコリメータと、前記コリメータからの平行光ビームの画像情報光を２次元走査するマイクロミラーデバイスと、前記マイクロミラーデバイスからの２次元画像情報光が照射されるホログラムと、前記ホログラムが形成されたレンズとを有し、前記ホログラムは、コヒーレント光をインコヒーレント光に変換する機能を有することを特徴とする網膜ディスプレイ装置。
前記ホログラムが形成されたレンズはメガネレンズであることを特徴とする請求項１記載の網膜ディスプレイ装置。
前記ホログラムは前記メガネレンズの凹面に形成されたことを特徴とする請求項２記載の網膜ディスプレイ装置。
前記ホログラムは前記メガネレンズの凸面に形成されたことを特徴とする請求項２記載の網膜ディスプレイ装置。
レーザからの光を２つの光ビームに分割し、分割した一方の光ビームを参照光として第１の絞りを介してメガネレンズ上に形成されたフォトポリマーに照射し、分割した他方の光ビームを物体光として第２の絞り及び拡散板を介して前記メガネレンズ上に形成されたフォトポリマーに照射することにより、前記フォトポリマーを前記２つの光ビームで干渉露光してホログラムを得ること特徴とする網膜ディスプレイ装置用のホログラム作製方法。
前記レーザは、可視光を出射するレーザであること特徴とする請求項５記載の網膜ディスプレイ装置用のホログラム作製方法。