JPH09508477A - 増倍ビジュアルディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 増倍ビジュアルディスプレイは、生成された画像と、ユーザを取囲む環境の光景とを複合し、かつこのような複合されたビジュアル情報をユーザの目の位置に送信するビジュアルディスプレイに関する。このようなディスプレイにしばしば利用される折返しミラー（１）は、それに当たる光の一部分しか反射せず、同様にそれに到達する光の、別の一部分のみを送る。折返しミラー（１）は、このような光がＳ偏光するときには最大量の光を反射し、光がＰ偏光するときには最大量の光を送る。もし画像生成器がＳ偏光した光を生み出すならば、１つの４分の１の波長プレート（３）は、折返しミラー（１）によって反射される画像光がＳ偏光し、折返しミラー（１）を通って送信される画像光がＰ偏光されることを確実にするために用いられる。もし画像生成器がＰ偏光した光を生み出すならば、第１の４分の１の波長プレート（３１）および第２の４分の１の波長プレート（３２）が用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】 増倍ビジュアルディスプレイ 技術分野 この発明は、生成された画像と、ユーザを取囲む環境の光景とを複合し、この ような複合されたビジュアル情報をユーザの目の位置に送る、ビジュアルディス プレイに関する。 背景技術 ビジュアル情報を生き物、普通は人間に提供することがしばしば所望される。 しばしば人は、このようなビジュアル情報を人間の、実世界の光景に重ね合せる ことを望む。 このようなディスプレイは、折返しカタジオプトリックディスプレイとして知 られる形で、画像生成器とビームスプリッタとを必要とする。このビームスプリ ッタは画像生成器から画像光を受け、このような画像光の、反射部分と呼ばれる 一部分を反射コンバイナに送り、このコンバイナは、実世界からの光がこのよう なコンバイナを通ることを可能にし、かつ画像光を反射するものなので、それに より実世界の光と画像光との両方が、ビームスプリッタを通ってユーザの目に送 られる。 ビームスプリッタは、コリメータコンバイナから反射される画像光の、透過部 分と呼ばれる一部分を送ることとなる。もちろん、実世界の光の一部分のみもビ ームスプリッタによって送られるが、決定的に強度が低くなりがちなの は画像光であるため、画像光のみに注意が向けられる。 ビームスプリッタおよびコンバイナによって生み出される収差および歪みを補 正するために、画像生成器とビームスプリッタとの間の光路に補正レンズが配置 されることが多い。 液晶ディスプレイは振幅を調整するために偏光子を利用するため、液晶ディス プレイから放射された光は直線偏光されている。陰極線管のうち直線偏光された 光を生み出すのは、たとえばテクトロニクスＰｉセルのように活性波長プレート で着色されたもののみであり、それから放射されるすべての光は直線偏光されて いる。 折返しミラーがビームスプリッタとして選択されるとき、それは、好ましくは 誘電またはホログラフィの２色性のゼラチンコーティングを有するプラスチック またはガラスである。折返しミラーはまずコンバイナに光を反射し、その後コン バイナからの光をユーザの目に送らなければならないため、金属コーティングは 許容されない。 発明の開示 以上に述べられたように、折返しミラーと関連した、光の損失は、ユーザの目 の位置に送られる画像光の強度を決定的に下げる。 この発明と関連した、主な発明の概念は、３つの事実の認識である。すなわち 、光波と関連した電界を表わすＥベクトルが、折返しミラーによる光の入射面に 垂直な面で振 動するとき（“Ｓ偏光”と呼ばれる）に、誘電またはホログラフィの２色性のゼ ラチンコーティングを備えた折返しミラーが、直線偏光された光の最大量を反射 することとなる（したがって最小量を送る）。Ｅベクトルが折返しミラーによる 光の入射面で振動しているとき（“Ｐ偏光”と呼ばれる）にはこのような折返し ミラーは、直線偏光された光の最大量を送ることとなる（したがって、最小量を 反射する）。さらに、１つまたはそれ以上の波長プレートが折返しカタジオプト リックディスプレイの光路に挿入してＥベクトルを回転させ、それにより画像生 成器から折返しミラーに到達する光がＳ偏光し、コンバイナから折返しミラーに 到着する光がＰ偏光されるようにすることができる。 これがなされると、ユーザの目の位置に到達する、画像生成器からの光の量は かなり増す。 光ファイバフエースプレートはもしフェースプレートに入る光のすべてが直線 偏光されているならば、フェースプレートを出る光の３分の２しかそのように偏 光されていないという程度まで光を減偏光するので、フェースプレートを組込ま ない折返しカタジオプトリックディスプレイでこの技術を利用することが好まし い。 図面の簡単な説明 図１は、画像生成器が、Ｓ偏光した画像光を生成するときに用いられる増倍ビ ジュアルディスプレイを示す。 図２は、波長プレートが反射コンバイナに装着されるこ とを除いては図１と同じである増倍ビジュアルディスプレイを描く。 図３は、画像生成器が、Ｐ偏光した画像光を生成するときに用いられる増倍ビ ジュアルディスプレイを例示する。 図４は、第２の４分の１の波長プレートが折返しミラーにラミネートされてい る点でのみ図３のディスプレイと異なる、増倍ビジュアルディスプレイを描く。 発明を実施するためのベストモード もし画像生成器からの光がＳ偏光されているならば、ユーザが装着するディス プレイは、図１に描かれているように、画像生成器（２）からＳ偏光された画像 光を受け、かつＳ偏光画像光を反射するように位置づけられた折返しミラー（１ ）と、４分の１の波長プレートであって、折返しミラー（１）から反射されたＳ 偏光した画像光が前記４分の１の波長プレート（３）を通過し、かつ円偏光した 画像光として４分の１の波長プレート（３）を出るために４分の１の波長だけ遅 くされるよう位置付けられたものとを含み、さらに反射コンバイナ（４）であっ て、円偏光した画像光を４分の１の波長プレート（３）から受け、このような円 偏光した画像光を反射し、このような円偏光した画像光と周囲の環境から前記反 射コンバイナ（４）を通って送られる光線とを複合し、複合された環境光線と円 偏光した画像線とを４分の１の波長のプレート（３）を通って送り、これが再び 、円偏光した画像光を４分の１の波長だけ遅ら せ、このためそれはＰ偏光した光として４分の１の波長プレート（３）を出、そ の後これは環境光線とともに折返しミラー（１）を通り、その後ユーザの目の位 置（５）に到達し、画像光が複合された環境光線もまたそこに到達するよう位置 される反射コンバイナを含む。画像光の光路（６）は図１に示される。 円偏光した画像光がコンバイナ（４）によって反射されるとき、円偏光した光 の左右像は反転、すなわち左から右へまたは右から左へと変えられる。 オプションとして、図２に示されるように４分の１の波長プレート（３）を反 射コンバイナ（４）に装着してもよい。 ４分の１の波長プレート（３）の厳密な性質は決定的に重要ではない。しかし 、角度および波長への依存が最小になるよう一次プレートを用いることが好まし い。 ４分の１の波長プレートはプラスチックまたは水晶から作られるか、またはホ ログラフ式に構成される。ホログラフィの波長プレートは単に高周波の平面格子 であり、すなわち周波は十分に高くなるよう選択されているので格子は増倍ビジ ュアルディスプレイにおいて格子に光が当たり得る角度範囲内のいかなる角度に おいても光を回折しないだろう。しかしプラスチックの波長プレートは、水晶ま たはホログラフィの波長プレートよりも分散的であり、かつ低い光学上の特性が 低い。 もし画像生成器からの光がＰ偏光されるならば、ユーザに取付けたディスプレ イは、図３に示されるように、第１の４分の１の波長プレート（３１）であって 、画像生成器（２）からのＰ偏光した画像光が前記第１の４分の１の波長プレー ト（３１）を通って送られ、かつ円偏光した画像光として第１の４分の１の波長 プレート（３１）を出るために４分の１の波長だけ遅くされるように置かれるも のと、第２の４分の１波長プレート（３２）であって、第１の４分の１の波長プ レートからの円偏光した画像光が前記第２の４分の１の波長プレート（３２）を 通って送られ、かつＳ偏光した画像光として第２の４分の１の波長プレート（３ ２）を出るために４分の１の波長だけ遅くされるよう位置付けられたものと、折 返しミラー（１）であって第２の４分の１の波長プレート（３２）からのＳ偏光 した画像光を受け、かつこのようなＳ偏光した画像光を第２の４分の１の波長プ レート（３２）を通して反射し、そこでＳ偏光した画像光が４分の１の波長だけ 再び遅くされ、したがって、円偏光した画像光として前記第２の４分の１の波長 プレート（３２）を出ることとなるように置かれた折返しミラー（１）とを含み 、さらに、反射コンバイナ（４）であって、第２の４分の１の波長プレート（３ ２）からの円偏光した画像光を受け、このような円偏光した画像光を反射し、こ のような円偏光した画像光と、周囲の環境からコンバイナ（４）を通って送られ た光線とを複合し、かつ複 合された環境光線および円偏光した画像光を第２の４分の１の波長プレート（３ ２）を通して送り、これが、円偏光した画像光を４分の１の波長だけ再び遅くさ せ、このためそれはＰ偏光した画像光として第２の４分の１の波長プレート（３ ２）を出、その後これが環境光線とともに折返しミラー（１）を通り、その後ユ ーザの目の位置（５）に到達し、画像光線が複合された環境光線もまたそこに到 達するように配置される、反射コンバイナ（４）を含む。画像光の光路（６）は 図３に描かれる。 ここでもまた、円偏光した画像光がコンバイナ（４）によって反射されると、 円偏光した光の左右像は反転、すなわち左から右または右から左へと変えられる 。 図４に描かれるように、第２の４分の１の波長プレート（３２）は折返しミラ ー（１）にオプションとしてラミネートされ得る。これには、光学的に整列を要 するコンポーネントの数を減らすという利点がある。さらにそれは、反射防止コ ーティングの配置を要する表面を少ししか作らない。 産業上の応用 前述のことから、増倍ビジュアルディスプレイがいかにして作られるかは明ら かである。 増倍ビジュアルディスプレイの産業上の使用は、必ずしもこれに限定はされな いが、前方を向いたまま読めるディスプレイ、またはパイロットまたは軍事用タ ンクのような 地上の車両の運転手が周囲の、外の環境から目をそらすことなしにパイロットの 飛行機または運転手の車両についてのビジュアル情報を受信することを可能にす る、ヘルメットに装着されたディスプレイを提供することを含む。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．Ｓ偏光した光を生み出す画像生成器と用いるための増倍ビジュアルディスプ レイであって、 画像生成器からＳ偏光した画像光を受け、かつこのようなＳ偏光した画像光を 反射するよう置かれる折返しミラーと、 ４分の１の波長プレートであって、前記折返しミラーから反射されるＳ偏光し た画像光が前記４分の１の波長プレートを通って送られ、かつ円偏光した画像光 として前記４分の１の波長プレートを出るために前記４分の１の波長だけ遅くさ れるよう位置付けられたものと、 反射コンバイナであって、前記４分の１の波長プレートから、円偏光した画像 光を受け、このような円偏光した画像光を反射し、このような円偏光した画像光 と、周囲の環境から前記反射コンバイナを通って送信される光線とを複合し、か つ複合された環境光線と円偏光した画像光線とを前記４分の１の波長プレートを 通して送り、これが４分の１の波長だけ前記円偏光した画像光を再び遅くさせ、 このためそれはＰ偏光した画像光として前記４分の１の波長プレートを出、その 後これが前記環境光線とともに前記折返しミラーを通り、その後ユーザの目の位 置に到達し、前記画像光線と複合された前記環境光線もまたそこに到達するよう 置かれたものとを含む、増倍ビジュアルディスプレイ。 ２．前記４分の１の波長プレートが前記反射コンバイナに 装着される、請求項１に記載の増倍ビジュアルディスプレイ。 ３．Ｐ偏光した光を生み出す画像生成器と用いるための増倍ビジュアルディスプ レイであって、 第１の４分の１の波長プレートであって、画像生成器からの前記Ｐ偏光した画 像光が前記第１の４分の１の波長プレートを通って送られ、かつ円偏光した画像 光として前記第１の４分の１の波長プレートを出るために４分の１の波長だけ遅 くされるよう置かれたものと、 第２の４分の１の波長プレートであって、前記第１の４分の１の波長プレート からの前記円偏光した画像光が前記第２の４分の１の波長プレートを通って送信 され、かつＳ偏光した画像光として前記第２の４分の１の波長プレートを出るた めに４分の１の波長だけ遅くされるよう位置付けられたものと、 折返しミラーであって、前記第２の４分の１の波長プレートから前記Ｓ偏光し た画像光を受信し、かつこのようなＳ偏光した画像光を前記第２の４分の１の波 長プレートを通して反射させ、そこで前記Ｓ偏光した画像光が４分の１の波長だ け再び遅くされ、したがって円偏光した画像光として前記第２の４分の１の波長 プレートを出るように置かれたものと、 反射コンバイナであって、前記第２の４分の１の波長プレートから円偏光した 画像光を受け、このような円偏光し た画像光を反射し、このような円偏光した画像光と、周囲の環境からの前記反射 コンバイナを通って送信される光線とを複合し、かつ前記複合された環境光線と 円偏光した画像線とを前記第２の４分の１の波長プレートを通して送り、これが 前記円偏光した画像線を４分の１波長だけ再び遅くさせ、このためそれはＰ偏光 した画像光として前記第２の４分の１の波長プレートを出、その後これは環境光 線とともに前記折返しミラーを通り、その後ユーザの目の位置に到達し、前記画 像光と複合された前記環境光線もまたそこに到達するよう配置されたものとを含 む、増倍ビジュアルディスプレイ。 ４．前記第２の４分の１の波長プレートが前記折返しミラーにラミネートされた 、請求項３に記載の増倍ビジュアルディスプレイ。 ５．画像光を増倍するためのプロセスであって、そのプロセスが用いられる画像 発生器から生成される画像光がＳ偏向されているときに、ビジュアルディスプレ イのユーザの目の位置に送られる画像光を増倍するためのものであり、 前記画像生成器からＳ偏光した画像光を受け、かつこのようなＳ偏光した画像 光を反射するよう折返しミラーを置くステップと、 前記折返しミラーから反射された前記Ｓ偏光した画像光が４分の１の波長プレ ートを通って送られ、かつ円偏光した画像光として４分の１の波長プレートを出 るために４分 の１の波長だけ遅くされるように４分の１の波長プレートを位置付けるステップ と、 前記４分の１の波長プレートから円偏光した画像光を受け、このような円偏光 した画像光を反射し、このような円偏光した画像光と前記周囲の環境から前記反 射コンバイナを通って送信される光線とを複合し、かつ前記複合された環境光線 と円偏光した画像光とを前記４分の１の波長プレートを通して送り、これが４分 の１の波長だけ前記円偏光した画像光を再び遅くさせ、このためそれはＰ偏光し た画像光として前記４分の１の波長プレートを出、その後これが前記環境光線と ともに前記折返しミラーを通り、その後ユーザの目の位置に到達し、前記画像光 が複合された前記環境光線もまたそこに到達するよう反射コンバイナを置くステ ップとを含む、プロセス。 ６．画像光を増倍するためのプロセスであって、そのプロセスが用いられる画像 発生器から生成される画像光がＳ偏向されているときに、ビジュアルディスプレ イのユーザの目の位置に送られる画像光を増倍するためのものであり、前記４分 の１の波長プレートを前記反射コンバイナに装着するプロセスをさらに含む、請 求項５に記載のプロセス。 ７．画像光を増倍するためのプロセスであって、そのプロセスが用いられる画像 発生器から生成される画像光がＰ偏向されているときに、ビジュアルディスプレ イのユーザの目の位置に送られる画像光を増倍するためのものであり、 画像生成器からの前記Ｐ偏光した画像光が第１の４分の１の波長プレートを通 って送信され、かつ円偏光した画像光として第Ｉの４分の１の波長プレートを出 るために４分の１の波長だけ遅くされるように第１の４分の１の波長プレートを 置くステップと、 前記第１の４分の１の波長プレートからの前記円偏光した画像光が第２の４分 の１の波長プレートを通って送信され、かつＳ偏光した画像光として第２の４分 の１の波長プレートを出るために４分の１の波長だけ遅くされるように第２の４ 分の１の波長プレートを位置付けるステップと、 前記第２の４分の１の波長プレートから前記Ｓ偏光した画像光を受け、このよ うなＳ偏光した画像線を前記第２の４分の１の波長プレートを通して反射させ、 そこで前記Ｓ偏光した画像光が４分の１の波長だけ再び遅くされ、したがって円 偏光した画像光として前記第２の４分の１の波長プレートを出るよう折返しミラ ーを置くステップと、 前記第２の４分の１の波長プレートから前記円偏光した画像光を受け、このよ うな円偏光した画像光を反射し、このような円偏光した画像光と、周囲の環境か ら反射コンバイナを通って送信される光線とを複合し、かつ前記複合された環境 光線と円偏光した画像光とを前記第２の４分の１の波長プレートを通して送り、 これが４分の１の波長だけ前記円偏光した画像光を再び遅らせ、このためそれは Ｐ偏光した画像光として前記第２の４分の１の波長プレートを 出、その後これが前記環境光線とともに前記折返しミラーを通り、その後ユーザ の目の位置に到達し、前記画像光が複合された前記環境光線もそこに到達するよ う、反射コンバイナを配置するステップとを含む、プロセス。 ８．画像光を増倍するためのプロセスであって、そのプロセスが用いられる画像 発生器から生成される画像光がＰ偏向されているときに、ビジュアルディスプレ イのユーザの目の位置に送られる画像光を増倍するためのものであり、前記第２ の４分の１の波長プレートを前記折返しミラーにラミネートするステップをさら に含む、請求項７に記載のプロセス。