JPH10319240A - Head-mounted display - Google Patents

Head-mounted display

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Publication number
JPH10319240A
JPH10319240A JP9132139A JP13213997A JPH10319240A JP H10319240 A JPH10319240 A JP H10319240A JP 9132139 A JP9132139 A JP 9132139A JP 13213997 A JP13213997 A JP 13213997A JP H10319240 A JPH10319240 A JP H10319240A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
head mounted
mounted display
image display
display
Prior art date
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Pending
Application number
JP9132139A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takao Tomono
孝夫 友野
Yasuhiro Ogasawara
康裕 小笠原
Kiichi Kamiyanagi
喜一 上柳
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.)
Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
Priority to JP9132139A priority Critical patent/JPH10319240A/en
Publication of JPH10319240A publication Critical patent/JPH10319240A/en
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the head-mounted display which does not give a feeling of mounting so much. SOLUTION: When an image signal is supplied from an image supply device to an LCD 5, the LCD 5 projects display light corresponding to the image signal. This display light is transmitted by an FOP(fiber optic plate) 7 to form an intermediate image on a projection end surface and then made incident on hologram films 4 from an end surface 3b of spectacle lenses 3. The display light made incident on the hologram films 4 is entered into the eyes through the diffraction of the hologram films 4 and at the same time, virtual images are displayed in front of the person who puts on the HMD(head-mounted display) 1 through the lens operation of the hologram films 4. External field light of scenery is made incident on the eyes of the mounting person through the hologram films 4 and spectacle lenses 3. Therefore, the virtual images can be viewed with the eyes of the mounting person simultaneously with the scenery of the external field.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、メガネ型、ゴーグ
ル型、ヘルメット型等のヘッドマウンテッドディスプレ
イに関し、特に、装着感をあまり感じないようにしたヘ
ッドマウンテッドディスプレイに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a head mounted display such as a glasses type, a goggles type and a helmet type, and more particularly to a head mounted display in which a feeling of wearing is hardly felt.

【0002】[0002]

【従来の技術】頭部に装着して画像を見ることのできる
小型画像表示装置として、例えば、ヘッドマウンテッド
ディスプレイ(HMD)が知られている。このHMD
は、液晶ディスプレイ(LCD)等に代表される表示素
子からなる画像表示部と、収差補正と拡大機能を備えた
レンズとミラーからなる画像伝送部とを眼前に配置し、
これらの画像表示部と画像伝送部とをベルト等の装着機
構で頭部に固定するものである。動画像を画像表示部の
表示素子で表示すると、この表示された動画像は、画像
伝送部のレンズとミラーが有する収差補正と拡大機能に
よって見やすい場所に大画面の仮想スクリーンで表示さ
れ、装着者に視認される。
2. Description of the Related Art For example, a head mounted display (HMD) is known as a small-sized image display device which can be mounted on a head to view an image. This HMD
Is arranged in front of an image display unit composed of a display element typified by a liquid crystal display (LCD) and the like, and an image transmission unit composed of a lens and a mirror having aberration correction and magnification functions,
The image display unit and the image transmission unit are fixed to the head by a mounting mechanism such as a belt. When the moving image is displayed on the display element of the image display unit, the displayed moving image is displayed on a large virtual screen in a place that is easy to see by the aberration correction and enlargement functions of the lens and the mirror of the image transmission unit, and Is visually recognized.

【0003】この種のHMDは、航空機用として高度、
速度等の飛行情報を表示するものから、個人シアタ用と
して映画、テレビゲーム、人工現実感を表示するものが
開発され、製品化されている。また、最近では、携帯型
コンピュータ (wearable computer)用のディスプレイと
しての研究も始まっている。
[0003] This type of HMD has a high altitude for aircraft use,
From those that display flight information such as speed, those that display movies, video games, and artificial reality for personal theater have been developed and commercialized. Recently, research on a display for a wearable computer has begun.

【0004】このようなHMDには、外界を見ることの
できるシースルー型と、外界を見ることのできないクロ
ーズ型がある。人工現実感を表示する場合は、クローズ
型の方が好ましい場合もあるが、携帯用としては大抵の
場合、シースルー型の方が向いている。シースルー型の
HMDは、上記画像表示部および画像伝送部の他に、シ
ースルー機能を有するビームコンバイナを備える。この
ビームコンバイナは、特定の波長に対して鋭い波長選択
性があり、その波長のみを反射あるいは回折させること
ができるため、特定の波長の100%の画像表示光とそ
の波長を除いた100%の外界光を重ねて見ることがで
きる。
[0004] Such HMDs include a see-through type in which the outside world can be seen and a closed type in which the outside world cannot be seen. In the case of displaying the virtual reality, the closed type is preferable in some cases, but the see-through type is generally suitable for portable use. The see-through type HMD includes a beam combiner having a see-through function, in addition to the image display unit and the image transmission unit. This beam combiner has a sharp wavelength selectivity for a specific wavelength and can reflect or diffract only that wavelength. Therefore, 100% of the image display light of the specific wavelength and 100% of the image display light excluding that wavelength are displayed. You can see external light superimposed.

【0005】図9は、シースルー型の従来のHMDとし
て、例えば、米国特許第5,035,474号に示され
ているものを示す。このHMD100は、画像表示面1
01に画像を表示するCRTと、画像表示面101から
出射された表示光101aを中間結像面102に結像さ
せるプリズムシステム103およびリレーレンズ104
と、中間結像面102から発散光となった表示光101
aを略平行光束にして観察者の眼Eに入射するホログラ
ムコンバイナ105とを有する。この中間結像面102
は、観察者が平面の虚像107を観察できるように、歪
曲した面で構成されている。また、プリズムシステム1
03およびリレーレンズ104の光軸と外界の光景10
6より出射される水平の外界光106aとのなす角度θ
1 は、58°に設定され、ホログラムコンバイナ105
の法線軸LXとリレーレンズ104の光軸とのなす角
度、即ち、リレーレンズ104からの表示光101aの
ホログラムコンバイナ105への入射角θ2 は、27.
76°に設定され、ホログラムコンバイナ105の法線
軸LXとリレーレンズ104からの表示光101aの回
折光101bおよび外界光106aの透過光106bと
のなす角度、即ち、反射角θ3 は30.24°に設定さ
れている。また、ホログラムコンバイナ105は傾斜角
度θ4 として、59.7°だけ傾けて図示されていない
バイザー上に設置されている。
FIG. 9 shows a conventional see-through type HMD shown in, for example, US Pat. No. 5,035,474. The HMD 100 has an image display surface 1
01, a CRT for displaying an image, a prism system 103 and a relay lens 104 for forming display light 101a emitted from the image display surface 101 on an intermediate image formation surface 102.
And display light 101 diverged from the intermediate imaging plane 102
and a hologram combiner 105 that makes a a substantially parallel light beam and enters the eye E of the observer. This intermediate imaging plane 102
Is formed of a distorted surface so that an observer can observe the virtual image 107 of a plane. Also, prism system 1
03 and the optical axis of the relay lens 104 and the external scene 10
6 and the angle θ with the horizontal external light 106a emitted from
1 is set to 58 ° and the hologram combiner 105
Is the angle between the normal axis LX and the optical axis of the relay lens 104, that is, the incident angle θ 2 of the display light 101a from the relay lens 104 to the hologram combiner 105 is 27.
The angle between the normal axis LX of the hologram combiner 105 and the diffracted light 101b of the display light 101a from the relay lens 104 and the transmitted light 106b of the external light 106a, that is, the reflection angle θ 3 is set to 30.24 ° Is set to The hologram combiner 105 is installed on a visor (not shown) at an angle of inclination of 59.7 ° as an inclination angle θ 4 .

【0006】以上のHMD100において、画像表示面
101に表示された画像の表示光101aは、プリズム
システム103およびリレーレンズ104を透過するこ
とにより中間結像面102に収束して中間像として結像
する。中間結像面102の中間像は、発散光となってレ
ンズ作用を有するホログラムコンバイナ105によって
略平行光束の回折光101bにされて観察者の眼Eに入
射する。光景106の外界光106aは、ホログラムコ
ンバイナ105を透過して透過光106bとして観察者
の眼Eに入射する。従って、観察者は、無限遠にCRT
の画像表示面101からの表示光101aに基づく平面
の虚像107を外界の光景106に重畳して観察するこ
とができる。このとき、表示光101aの回折光101
bおよび外界光106aの透過光106bの光量は減少
しない。
In the above HMD 100, the display light 101a of the image displayed on the image display surface 101 converges on the intermediate image forming surface 102 by passing through the prism system 103 and the relay lens 104 to form an intermediate image. . The intermediate image on the intermediate image forming surface 102 becomes divergent light, is converted into a diffracted light 101b of a substantially parallel light beam by the hologram combiner 105 having a lens function, and is incident on the eye E of the observer. External light 106a of the scene 106 passes through the hologram combiner 105 and enters the observer's eye E as transmitted light 106b. Therefore, the observer has a CRT at infinity.
A virtual image 107 of a plane based on the display light 101a from the image display surface 101 can be superimposed on the external scene 106 and observed. At this time, the diffracted light 101 of the display light 101a
b and the amount of transmitted light 106b of the external light 106a does not decrease.

【0007】図10は、クローズ型の従来のHMDとし
て、例えば、特開平7−270715号公報に示されて
いるものを示す。このHMD200は、画像を表示する
液晶ディスプレイ(LCD)201と、凹面ハーフミラ
ー202およびコレスティック液晶203からなる眼前
光学系204と、LCD201の前面に配置され、眼前
光学系204による像面湾曲を補正する複数の光ファイ
バー205aからなるファイバープレート205とを備
えている。凹面ハーフミラー202、コレスティック液
晶203およびファイバープレート205は、LCD2
01の光軸201a上に配置されている。
FIG. 10 shows a conventional closed-type HMD disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-270715. The HMD 200 is arranged on a liquid crystal display (LCD) 201 for displaying an image, an anterior optics system 204 including a concave half mirror 202 and a cholesteric liquid crystal 203, and a front surface of the LCD 201, and corrects a field curvature by the anterior optics system 204. And a fiber plate 205 comprising a plurality of optical fibers 205a. The concave half mirror 202, the cholesteric liquid crystal 203, and the fiber plate 205
01 on the optical axis 201a.

【0008】以上のHMD200において、LCD20
1からの表示光201bは、凹面ハーフミラー202を
透過し、コレスティック液晶203で反射され、更に凹
面ハーフミラー202の凹面で反射されて、コレスティ
ック液晶203を透過し、観察者の眼に入射する。観察
者の眼には、LCD201の画像が平面で拡大観察され
る。
In the above HMD 200, the LCD 20
The display light 201b from No. 1 transmits through the concave half mirror 202, is reflected by the collective liquid crystal 203, is further reflected by the concave surface of the concave half mirror 202, transmits through the collective liquid crystal 203, and enters the observer's eyes. I do. The image of the LCD 201 is magnified and observed in a plane by the observer's eyes.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、図9に示すシ
ースルー型の従来のHMD100によると、平面の虚像
107を得るためにプリズムシステム103およびリレ
ーレンズ104からなる複雑なレンズ系を用いているた
め、ディスプレイが大型化し、重くなるという欠点があ
る。また、ホログラムコンバイナ105は、観察者の眼
Eの視軸Eaに対し、傾斜して配置されているため、そ
の分前方への突出長さがなくなり、頭部に装着したとき
にバランスが悪くなって装着者への負担が大きくなると
いう欠点がある。
However, according to the see-through type conventional HMD 100 shown in FIG. 9, a complicated lens system including the prism system 103 and the relay lens 104 is used to obtain a plane virtual image 107. However, there is a disadvantage that the display becomes large and heavy. Further, since the hologram combiner 105 is arranged obliquely with respect to the visual axis Ea of the observer's eye E, the hologram combiner 105 does not have a protruding length correspondingly, and the balance becomes poor when the hologram combiner is mounted on the head. There is a disadvantage that the burden on the wearer increases.

【0010】また、図10に示すクローズ型の従来のH
MD200によると、凹面ハーフミラー202、コレス
ティック液晶203およびファイバープレート205
は、LCD201の光軸201a上に配置されているた
め、図9のHMD100と同様に、前方への突出長さが
長くなるという欠点がある。
Further, a conventional closed-type H shown in FIG.
According to MD 200, concave half mirror 202, cholesteric liquid crystal 203 and fiber plate 205
Is disposed on the optical axis 201a of the LCD 201, and therefore has a drawback that the forward projection length becomes long as in the HMD 100 of FIG.

【0011】従って、本発明の目的は、装着感をあまり
感じないヘッドマウンテッドディスプレイを提供するこ
とにある。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a head mounted display which does not give a great feeling of wearing.

【0012】[0012]

【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、画像表示光を出射する画像表示手段と、前
記画像表示手段からの前記画像表示光を出射端面から装
着者の視軸に対し斜め方向へ出射する光ファイバー束
と、前記装着者の前記視軸上に配置され、前記光ファイ
バー束の前記出射端面からの前記画像表示光を回折ある
いは反射させて前記装着者の眼に導き、前記装着者に前
記画像表示光に基づく虚像を視認させる眼前光学手段を
備えたことを特徴とするヘッドマウンテッドディスプレ
イを提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides an image display means for emitting image display light, and a visual axis of a wearer for transmitting the image display light from the image display means from an emitting end face. An optical fiber bundle that emits in an oblique direction with respect to the optical fiber bundle, which is arranged on the visual axis of the wearer, guides the image display light from the emission end face of the optical fiber bundle to the wearer's eyes by diffracting or reflecting the image display light, Provided is a head-mounted display, comprising an anterior optics unit that allows the wearer to visually recognize a virtual image based on the image display light.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1の実施の形
態に係るヘッドマウンテッドディスプレイ(以下「HM
D」という。)を示し、同図(a) はその斜視図、同図
(b) はその断面図である。このHMD1は、メガネ型H
MDであり、メガネフレーム2と、このメガネフレーム
2に嵌め込まれた左右一対の透明あるいは半透明のメガ
ネレンズ3,3と、各メガネレンズ3,3の主面として
の第1面3aの中央にそれぞれ形成された非対称反射型
のホログラム膜4,4と、表示光を出射する画像表示手
段としての左右一対の液晶ディスプレイ(LCD)5,
5と、各LCD5,5に照明光をそれぞれ照射する照明
光源部6,6と、LCD5からの表示光をメガネレンズ
3の端面3bに入射する左右一対のファイバーオプテッ
クスプレート(FOP)7,7とを有して構成されてい
る。
FIG. 1 shows a head mounted display (hereinafter referred to as "HM") according to a first embodiment of the present invention.
D ". (A) is a perspective view, and FIG.
(b) is a sectional view thereof. This HMD1 is a glasses type H
MD, an eyeglass frame 2, a pair of transparent or translucent eyeglass lenses 3 and 3 fitted in the eyeglass frame 2, and a center of a first surface 3a as a main surface of each eyeglass lens 3,3. Asymmetrical reflection type hologram films 4 and 4 respectively formed, and a pair of left and right liquid crystal displays (LCD) 5 as image display means for emitting display light.
5, illumination light source units 6 and 6 for irradiating the LCDs 5 and 5 with illumination light, respectively, and a pair of left and right fiber optic plates (FOPs) 7 and 7 for inputting display light from the LCD 5 to the end face 3b of the spectacle lens 3. Is configured.

【0014】メガネフレーム2は、装着者の鼻に当接す
るパット2a,2aと、LCD5,照明光源部6および
FOP7 を収容する収容部2b,2bとを備える。
The eyeglass frame 2 includes pads 2a, 2a which come into contact with the nose of the wearer, and housings 2b, 2b for housing the LCD 5, the illumination light source 6 and the FOP7.

【0015】メガネレンズ3は、例えば、第2面3cの
曲率半径が87mm、厚さ6mmを有し、パイレックス
ガラス、ソーダガラス等のガラス、あるいはプラスチッ
ク等の材料からなる。なお、メガネレンズ3には、装着
者の視力に応じた度が付いていてもよい。
The spectacle lens 3 has, for example, a curvature radius of the second surface 3c of 87 mm and a thickness of 6 mm, and is made of a material such as glass such as Pyrex glass or soda glass, or plastic. The spectacle lens 3 may have a degree corresponding to the eyesight of the wearer.

【0016】ホログラム膜4は、メガネレンズ3の第1
面3aに、例えば、直径約20mmの範囲にホログラム
感光材料を塗布し後述する方法で形成され、表面にホロ
グラム膜4を保護する保護膜40が被着される。このホ
ログラム感光材料には、例えば、フォトポリマー、フォ
トレジスト、フォトクロミック、フォトダイクロミッ
ク、銀塩乳剤、重クロム酸ゼラチン、ダイクロメートゼ
ラチン、プラスチック、強誘電体、磁気光学材料、電気
光学材料、非晶質半導体、フォトリフラクチィブ材料等
が用いられる。また、保護膜40には、非晶質ポリオレ
フィン、ポリカーボネート(PC)、ポリメチルメタア
クリレート(PMMA)、パーフルオロアルコキシポリ
エチレン(PFA)等が用いられる。
The hologram film 4 is a first hologram film of the spectacle lens 3.
For example, a hologram photosensitive material is applied to the surface 3a in a range of about 20 mm in diameter and is formed by a method described later, and a protective film 40 for protecting the hologram film 4 is attached to the surface. This hologram photosensitive material includes, for example, photopolymer, photoresist, photochromic, photodichromic, silver salt emulsion, dichromated gelatin, dichromated gelatin, plastic, ferroelectric, magneto-optical material, electro-optical material, amorphous A high quality semiconductor, a photorefractive material or the like is used. For the protective film 40, amorphous polyolefin, polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), perfluoroalkoxy polyethylene (PFA), or the like is used.

【0017】LCD5は、透過型のものであり、例え
ば、300×600の18万画素を備え、0.7インチ
の10mm×14mmのサイズを有している。なお、画
像表示手段としては、他に、反射型のLCD、ELディ
スプレイ、プラズマディスプレイ、あるいは、マイクロ
マシン技術によって作製されたマイクロ可動ミラーを用
いたディスプレイ等を用いることができるが、これらの
中で透過型あるいは反射型のLCDが小型化点で好まし
い。
The LCD 5 is of a transmissive type, for example, has 300,000 × 180,000 pixels and has a size of 10 inches × 14 mm of 0.7 inches. In addition, as the image display means, a reflective LCD, an EL display, a plasma display, a display using a micro movable mirror manufactured by micro machine technology, or the like can be used. LCDs or reflective LCDs are preferred in terms of miniaturization.

【0018】図2は、FOP7の詳細を示す。FOP7
は、LCD3からの表示光を所定の縮小率、例えば1/
3に縮小して出射するように構成されている。すなわ
ち、FOP7は、入射側の太さが6μm、出射側の太さ
が2μmのテーパー比3:1の形状を有する長さ約20
mmの495万本の光ファイバー70を束ねて構成され
ている。また、FOP7が、入射端面7aがLCD5に
密着し、入射端面7aのサイズがLCD5と同一の10
mm×14mm、出射端面7bのサイズが約3.3mm
×4.7mmとなっている。また、出射端面7bは、装
着者がホログラム膜4の前方に形成される虚像5aが平
面で観察できるように歪曲した面、例えば略凸球面とな
っている。
FIG. 2 shows the details of the FOP 7. FOP7
Is used to reduce the display light from the LCD 3 to a predetermined reduction rate, for example, 1 /
It is configured to emit light after reducing it to 3. That is, the FOP 7 has a shape having a thickness of 6 μm on the incident side and a thickness of 2 μm on the emission side and a taper ratio of 3: 1 and a length of about 20 μm.
49.5 million optical fibers 70 are bundled. Also, the FOP 7 has an incident end face 7a in close contact with the LCD 5, and the size of the incident end face 7a is the same as that of the LCD 5 and is 10 mm.
mm × 14 mm, the size of the exit end face 7b is about 3.3 mm
× 4.7 mm. The exit end face 7b is a surface that is distorted so that the wearer can observe a virtual image 5a formed in front of the hologram film 4 in a plane, for example, a substantially convex spherical surface.

【0019】図3は、このHMD1の光学系の詳細を示
す。なお、同図は右側の要部を示す。
FIG. 3 shows details of the optical system of the HMD 1. The figure shows the main part on the right side.

【0020】ホログラム膜4は、大きな非対称光学系(L
arge-off axis)を構成している。すなわち、ホログラム
膜4は、図3に示すように、メガネレンズ3の光軸(Z
軸)と一致する第1の光軸4aと、第1の光軸4aに対
して58°〜88°の角度θの第2の光軸4bとを有し
ている。また、ホログラム膜4、主としてホログラム膜
4の屈折率とメガネレンズ3の屈折率との比、およびホ
ログラム膜4の屈折率の変調に基づいて、LCD5から
入射される表示光に対して55%以上の回折効果を有す
るように厚さ(5μm以上)が決定される。例えば、ホ
ログラム膜4の屈折率をn1 、メガネレンズ3の屈折率
をn2 としたとき、ホログラム膜4の屈折率n1 の変調
が0.06以上の条件下で、屈折率n2 とn1 の比が、
2 /n 1 <0.8のときは、20μm以上とし、n2
/n1 ≧0.8のときは、7μm〜8μmとする。n2
/n1 <0.8のときに、ホログラム膜4の厚さを20
μm以上とすることにより、ホログラム膜4の全ての領
域で100%の回折効率ηが得られる。また、n2 /n
1 ≧0.8のときに、ホログラム膜4の厚さを7μm〜
8μmとすることにより、最低でも55%の回折効率η
が得られる。
The hologram film 4 has a large asymmetric optical system (L
arge-off axis). That is, the hologram
As shown in FIG. 3, the film 4 has an optical axis (Z
Axis), and a first optical axis 4a coinciding with the first optical axis 4a.
And the second optical axis 4b having an angle θ of 58 ° to 88 °.
ing. The hologram film 4, mainly a hologram film
4 and the refractive index of the spectacle lens 3, and
From the LCD 5 based on the modulation of the refractive index of the program film 4
Has a diffraction effect of 55% or more on incident display light
(5 μm or more) is determined as described above. For example,
Let the refractive index of the program film 4 be n1, The refractive index of the spectacle lens 3
To nTwo, The refractive index n of the hologram film 41Modulation of
Is 0.06 or more, the refractive index nTwoAnd n1Is the ratio
nTwo/ N 1When <0.8, it is set to 20 μm or more,Two
/ N1When ≧ 0.8, it is 7 μm to 8 μm. nTwo
/ N1When <0.8, the thickness of the hologram film 4 is set to 20
By setting it to at least μm, all areas of the hologram film 4 are
100% of the diffraction efficiency η is obtained in the region. Also, nTwo/ N
1When ≧ 0.8, the thickness of the hologram film 4 is set to 7 μm to
By setting it to 8 μm, the diffraction efficiency η of at least 55%
Is obtained.

【0021】照明光源部6は、図3に示すように、光源
60と、光源60からの光をLCD5の背面に平行のバ
ックライト光6aとして照射する反射・回折光学素子6
1とから構成されている。光源60には、蛍光管、LE
D等が用いられる。反射・回折光学素子61には、反射
型ホログラム光学素子、回折型光学素子等が用いられ
る。光源60からの光は、反射・回折光学素子61によ
って平行光に変換された後、 LCD5の背面に入射され
る。FOP7に平行光を入射してバックライト光6aの
指向性を高めているので、発散光を用いたのと比較して
光の利用効率が向上し、 明るい虚像5aを見ることがで
きる。また、照明光源部6は、光源60および反射・回
折光学素子61から構成されて小型化されているので、
照明光源部6をメガネフレーム2に内蔵することができ
る。
As shown in FIG. 3, the illumination light source section 6 includes a light source 60 and a reflection / diffractive optical element 6 for irradiating the light from the light source 60 as parallel backlight light 6a on the back surface of the LCD 5.
And 1. The light source 60 includes a fluorescent tube, LE
D or the like is used. As the reflection / diffraction optical element 61, a reflection hologram optical element, a diffraction optical element, or the like is used. The light from the light source 60 is converted into parallel light by the reflection / diffraction optical element 61, and then is incident on the back surface of the LCD 5. Since parallel light is incident on the FOP 7 to enhance the directivity of the backlight 6a, the light use efficiency is improved as compared with the case where divergent light is used, and a bright virtual image 5a can be seen. Since the illumination light source unit 6 is composed of the light source 60 and the reflection / diffractive optical element 61 and is miniaturized,
The illumination light source unit 6 can be built in the glasses frame 2.

【0022】次に、このHMD1の製造方法を図4を参
照して説明する。
Next, a method of manufacturing the HMD 1 will be described with reference to FIG.

【0023】図4は、ホログラム膜4を作製するホログ
ラム膜作製装置を示す。このホログラム膜作製装置10
は、He−Neレーザ11、第1,第2および第3のミ
ラー12A,12B,12C、ハーフミラー13、第1
および第2の拡大レンズ14A,14B、およびコリメ
ータレンズ15を備える。
FIG. 4 shows a hologram film forming apparatus for forming the hologram film 4. This hologram film manufacturing apparatus 10
Is a He-Ne laser 11, first, second and third mirrors 12A, 12B, 12C, half mirror 13, first mirror
And second magnifying lenses 14A and 14B and a collimator lens 15.

【0024】まず、メガネレンズ3の第1面3a上のホ
ログラム膜4を形成すべき領域に、ホログラム感光材料
として、例えば、フォトポリマー4cをスピンコートす
る。このとき、回転スピード等を制御することにより、
膜厚が均一なフォトポリマー4cを形成する。
First, a region where the hologram film 4 is to be formed on the first surface 3a of the spectacle lens 3 is spin-coated with, for example, a photopolymer 4c as a hologram photosensitive material. At this time, by controlling the rotation speed, etc.,
The photopolymer 4c having a uniform thickness is formed.

【0025】次に、フォトポリマー4cが形成されたメ
ガネレンズ3を図4に示す所定の位置に配置する。ホロ
グラム膜作製装置10のHe−Neレーザ11からレー
ザビーム11aを出射させると、そのレーザビーム11
aは第1のミラー12Aで曲げられた後、ハーフミラー
13で2つのビーム13a,13bに分けられる。ハー
フミラー13を透過したビーム13aは、第2のミラー
12Bで曲げられた後、第1の拡大レンズ14Aで発散
波に変換された後、コリメータレンズ15によって平面
波に変換される。ハーフミラー13で反射したもう一方
のビーム13bは、第3のミラー12Cで曲げられた
後、第2の拡大レンズ14Bによって発散波に変換され
る。その発散波は、発散波の光軸とZ軸とのなす角度θ
が図3に示す角度θと同じ角度でフォトポリマー4cの
裏側から入射する。フォトポリマー4cの表側から入射
するビーム13aと、フォトポリマー4cの裏側から入
射するビーム13bは、フォトポリマー4c上で干渉縞
を形成する。フォトポリマー4c上に形成された干渉縞
は、現像工程を経てホログラムが記録され、ホログラム
膜4が完成する。次に、メガネレンズ3上に作製された
ホログラム膜4の表面を保護するため、保護膜41を紫
外線硬化接着剤を用いて接着する。その後、メガネフレ
ーム2に、メガネレンズ3,3を嵌め込み、メガネフレ
ーム2の収容部2b,2bに、LCD5,5、バックラ
イト部6,6、FOP7,7を内蔵し、本HMD1が完
成する。なお、ホログラム膜4を平面波と発散波で作製
する方法を述べたが、収束波と発散波でも作製すること
ができる。また、メガネレンズ3の第1面3a全体にホ
ログラム感光材料を塗布し、必要な領域にホログラムを
記録してもよい。
Next, the spectacle lens 3 on which the photopolymer 4c is formed is arranged at a predetermined position shown in FIG. When the laser beam 11a is emitted from the He-Ne laser 11 of the hologram film forming apparatus 10, the laser beam 11a is emitted.
a is bent by the first mirror 12A and then split by the half mirror 13 into two beams 13a and 13b. The beam 13a transmitted through the half mirror 13 is bent by the second mirror 12B, converted into a divergent wave by the first magnifying lens 14A, and then converted into a plane wave by the collimator lens 15. The other beam 13b reflected by the half mirror 13 is bent by the third mirror 12C, and then converted into a divergent wave by the second magnifying lens 14B. The divergent wave has an angle θ between the optical axis of the divergent wave and the Z axis.
Is incident from the back side of the photopolymer 4c at the same angle as the angle θ shown in FIG. The beam 13a incident from the front side of the photopolymer 4c and the beam 13b incident from the rear side of the photopolymer 4c form interference fringes on the photopolymer 4c. The hologram is recorded on the interference fringes formed on the photopolymer 4c through a developing process, and the hologram film 4 is completed. Next, in order to protect the surface of the hologram film 4 formed on the spectacle lens 3, a protective film 41 is bonded using an ultraviolet curing adhesive. After that, the spectacle lenses 3 and 3 are fitted into the spectacle frame 2, and the LCDs 5 and 5, the backlight units 6 and 6, and the FOPs 7 and 7 are built in the housing portions 2 b and 2 b of the spectacle frame 2, thereby completing the HMD 1. Although the method of manufacturing the hologram film 4 with a plane wave and a divergent wave has been described, the hologram film 4 can also be manufactured with a convergent wave and a divergent wave. Alternatively, a hologram photosensitive material may be applied to the entire first surface 3a of the spectacle lens 3, and a hologram may be recorded in a necessary area.

【0026】次に、第1の実施の形態に係るHMD1の
動作を図3を参照して説明する。図示しない画像供給装
置から画像信号がLCD5に供給されると、LCD5
は、照明光源部6からの平行なバックライト光6aに基
づいて、画像信号に応じた平行な表示光5bを出射す
る。この表示光5bは、FOP7によって伝送され、出
射端面7bに中間像として結像した後、発散光となって
メガネレンズ3の端面3bからホログラム膜4に入射す
る。ホログラム膜4に入射した表示光5bは、ホログラ
ム膜4の回折作用により、 回折光5cとして装着者の眼
Eに導入されるとももに、 ホログラム膜4のレンズ作用
により、 メガネレンズ3の前方に虚像5aを表示する。
光景8の外界光8aは、保護膜40、ホログラム膜4お
よびネガネレンズ3を透過して透過光8bとして装着者
の眼Eに導入する。従って、虚像5aが装着者の眼Eに
光景8と同時に視認される。
Next, the operation of the HMD 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. When an image signal is supplied from an image supply device (not shown) to the LCD 5, the LCD 5
Emits parallel display light 5b corresponding to the image signal based on the parallel backlight light 6a from the illumination light source unit 6. The display light 5 b is transmitted by the FOP 7, forms an intermediate image on the emission end face 7 b, becomes divergent light, and enters the hologram film 4 from the end face 3 b of the spectacle lens 3. The display light 5b incident on the hologram film 4 is introduced into the eye E of the wearer as the diffracted light 5c by the diffraction action of the hologram film 4, and is also directed forward of the spectacle lens 3 by the lens action of the hologram film 4. The virtual image 5a is displayed.
External light 8a of the scene 8 passes through the protective film 40, the hologram film 4, and the negative lens 3, and is introduced into the eye E of the wearer as transmitted light 8b. Therefore, the virtual image 5 a is visually recognized by the wearer's eye E simultaneously with the scene 8.

【0027】次に、上述した第1の実施の形態に係るH
MD1の効果を説明する。 (イ) FOP7の出射端面7bが虚像5aの収差を補正す
る形状となっているので、平面の虚像5aを視認するこ
とができる。 (ロ) FOP7の出射端面7bが中間像結像面になるの
で、レンズ系を使用して中間結像面を形成する必要がな
くなり、さらに、メガネフレーム2にホログラム膜4、
LCD5および照明光源部6を内蔵させることができる
ため、HMD1の小型化が図れる。 (ハ) FOP7の重さは1つ18gであり、左右2つで3
6gであるので、HMD1全体の重さを100g以下に
することが可能になり、軽量化が図れる。 (ニ) ビームコンバイナとして大きな非対称光学系のホロ
グラム膜4を用いているので、前方への突出長さが通常
のメガネと同程度に短くなる。 (ホ) HMD1全体の重さが100gと軽く、しかも前方
への突出長さが短いので、装着したときのバランスが良
好となることから、装着者への負担が軽くなり、HMD
1の装着感をあまり感じなくて済む。 (ヘ) LCD5は、配線等により表示面積の1/4程度の
領域に画像光出射領域が存在すると仮定すると、画像光
出射領域に対応する光ファイバー70の数は124万本
となり、LCD5の1画素当たり6.9本の光ファイバ
ー70が画像表示光を伝送することになる。これより、
LCD5の解像度がそのまま保たれた虚像5aを得るこ
とができる。
Next, H according to the first embodiment described above is used.
The effect of MD1 will be described. (A) Since the exit end face 7b of the FOP 7 has a shape for correcting the aberration of the virtual image 5a, the planar virtual image 5a can be visually recognized. (B) Since the exit end face 7b of the FOP 7 is an intermediate image forming surface, it is not necessary to form an intermediate image forming surface using a lens system.
Since the LCD 5 and the illumination light source unit 6 can be built in, the HMD 1 can be downsized. (C) The weight of one FOP7 is 18g, and 3
Since the weight is 6 g, the weight of the entire HMD 1 can be reduced to 100 g or less, and the weight can be reduced. (D) Since the hologram film 4 of the large asymmetric optical system is used as the beam combiner, the forward projection length is reduced to about the same length as ordinary glasses. (E) Since the weight of the entire HMD1 is as light as 100 g, and the protruding length of the front is short, the balance when worn is good, so that the burden on the wearer is reduced, and the HMD is lightened.
It is not necessary to feel the wearing feeling of 1 so much. (F) Assuming that the LCD 5 has an image light emitting region in a region of about 1/4 of the display area due to wiring or the like, the number of optical fibers 70 corresponding to the image light emitting region is 1.24 million, and one pixel of the LCD 5 Each time, 6.9 optical fibers 70 transmit image display light. Than this,
A virtual image 5a in which the resolution of the LCD 5 is maintained as it is can be obtained.

【0028】図5は、本発明の第2の実施の形態に係る
HMDの右側の要部を示す。このHMD1は、第1の実
施の形態とは、LCD5、照明光源部6およびFOP7
のみが異なり、他は第1の実施の形態と同様に構成され
ている。
FIG. 5 shows a main part on the right side of an HMD according to a second embodiment of the present invention. The HMD 1 is different from the first embodiment in that the LCD 5, the illumination light source unit 6, and the FOP 7
Only the difference is that the other configuration is the same as that of the first embodiment.

【0029】LCD5は、第1の実施の形態よりも小型
で高密度の反射型のものを用い、例えば、画素ピッチ
8.3μm×6.3μm程度の1280×1024の約
130万画素からなり、8mm×8.5mmのサイズを
有している。
The LCD 5 is of a reflective type having a smaller size and a higher density than that of the first embodiment. For example, the LCD 5 is composed of about 1.3 million pixels having a pixel pitch of about 8.3 μm × 6.3 μm and 1280 × 1024. It has a size of 8 mm x 8.5 mm.

【0030】照明光源部6は、2次元に配列されたLE
Dアレイ62と、LEDアレイ62の前面に配置され、
LEDアレイ62からの出射光を平行光63aにするマ
イクロレンズアレイ63と、マイクロレンズアレイ63
からの平行光63aを45度で反射してLCD5の正面
に照明光64aとして照射するビームスプリッタ64と
を備えている。
The illumination light source unit 6 includes two-dimensionally arranged LEs.
A D array 62 and a LED array 62,
A microlens array 63 for converting the light emitted from the LED array 62 into parallel light 63a, and a microlens array 63
And a beam splitter 64 that reflects parallel light 63a from the LCD 5 at 45 degrees and irradiates the parallel light 63a to the front of the LCD 5 as illumination light 64a.

【0031】FOP7は、入射側の太さが6μm、出射
側の太さが2μmのテーパー比3:1の形状を有する長
さ約20mmの約189万本の光ファイバー70を束
ね、入射端面7aがLCD5に密着し、入射端面7aの
サイズがLCD5と同一の8mm×8.5mm、出射端
面7bのサイズが約2.7mm×2.9mmとなってい
る。また、出射端面7bは、第1の実施の形態と同様
に、装着者が虚像5aを平面で観察できるように歪曲し
た面になっている。
The FOP 7 bundles approximately 1.89 million optical fibers 70 having a length of about 20 mm and a taper ratio of 3: 1 with a thickness of 6 μm on the incident side and a thickness of 2 μm on the exit side. It is in close contact with the LCD 5, and the size of the incident end face 7a is 8 mm × 8.5 mm, which is the same as that of the LCD 5, and the size of the output end face 7b is about 2.7 mm × 2.9 mm. Further, the exit end face 7b is a surface that is distorted so that the wearer can observe the virtual image 5a in a plane, as in the first embodiment.

【0032】次に、第2の実施の形態に係るHMD1の
動作を説明する。照明光源部6のLEDアレイ62から
の出射光は、マイクロレンズアレイ63によって平行光
63aになり、ビームスプリッタ64で45度に反射し
て、FOP7の出射端7bに照明光64aとして入射
し、LCD5に到達する。LCD5は、ビームスプリッ
タ64からの照明光64aに基づいて、画像信号に応じ
た平行な表示光5bを出射する。この表示光5bは、F
OP7によって伝送され、出射端面7bに中間像として
結像した後、発散光となってビームスプリッタ64を通
ってメガネレンズ3の端面3bからホログラム膜4に入
射する。ホログラム膜4に入射した表示光5bは、ホロ
グラム膜4の回折作用により、回折光5cとして装着者
の眼Eに導入されるとともに、ホログラム膜4のレンズ
作用により、メガネレンズ3の前方に虚像5aを表示す
る。光景8の外界光8aは、保護膜40、ホログラム膜
4およびネガネレンズ3を透過して透過光8bとして装
着者の眼Eに導入する。従って、その虚像5aが装着者
の眼Eに外界8と同時に視認される。このとき、装着者
は、画素数1280×1024個の高解像度の虚像5a
を観察することができる。
Next, the operation of the HMD 1 according to the second embodiment will be described. The light emitted from the LED array 62 of the illumination light source unit 6 becomes parallel light 63a by the microlens array 63, is reflected at 45 degrees by the beam splitter 64, and is incident on the emission end 7b of the FOP 7 as illumination light 64a. To reach. The LCD 5 emits parallel display light 5b corresponding to an image signal based on the illumination light 64a from the beam splitter 64. This display light 5b is
After being transmitted by the OP 7 and being formed as an intermediate image on the emission end face 7 b, it becomes divergent light and enters the hologram film 4 from the end face 3 b of the spectacle lens 3 through the beam splitter 64. The display light 5b incident on the hologram film 4 is introduced as diffracted light 5c into the eye E of the wearer by the diffraction effect of the hologram film 4, and the virtual image 5a is located in front of the spectacle lens 3 by the lens effect of the hologram film 4. Is displayed. External light 8a of the scene 8 passes through the protective film 40, the hologram film 4, and the negative lens 3, and is introduced into the eye E of the wearer as transmitted light 8b. Therefore, the virtual image 5a is visually recognized by the wearer's eye E simultaneously with the external world 8. At this time, the wearer has a high-resolution virtual image 5a having 1280 × 1024 pixels.
Can be observed.

【0033】上述した第2の実施の形態に係るHMD1
によれば、装着者は、第1の実施の形態と比較して解像
度の高い虚像を観察することができる。また、第1の実
施の形態よりも小型なLCD5を用いることにより、よ
り小型化を図ることができる。
The HMD 1 according to the second embodiment described above
According to the embodiment, the wearer can observe a virtual image having a higher resolution as compared with the first embodiment. Further, by using the LCD 5 which is smaller than that of the first embodiment, further downsizing can be achieved.

【0034】図6は、本発明の第3の実施の形態に係る
HMDを示す。この第3の実施の形態は、第1の実施の
形態に係るHMD1において、外界光の透過率を制御す
る調光機能を付与したものである。この第3の実施の形
態に係るメガネレンズ3は、第1面3aに、ホログラム
膜4、調光層41および保護膜40をこの順序で形成し
てなる。調光層41は、ホログラム膜4の上に蒸着され
たSi 2 からなるバッファ層41aと、バッファ層4
1aの上に蒸着された第1透明ガラス電極(ITO)4
1bと、第1透明ガラス電極(ITO)41bの上にコ
ーティングされた5層からなるエレクトロクロミック素
子(EC層)41cと、EC層41cの上に図示しない
WO3 ,Ta2 5 ,IrOX NO層を介して成膜され
た第2透明ガラス電極(ITO)41dから構成されて
いる。
FIG. 6 shows an HMD according to a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, the HMD 1 according to the first embodiment is provided with a dimming function for controlling the transmittance of external light. The spectacle lens 3 according to the third embodiment has a hologram film 4, a light control layer 41, and a protective film 40 formed in this order on a first surface 3a. Light control layer 41, a buffer layer 41a formed of S i O 2 deposited on the holographic film 4, the buffer layer 4
First transparent glass electrode (ITO) 4 deposited on 1a
1b, an electrochromic element (EC layer) 41c composed of five layers coated on a first transparent glass electrode (ITO) 41b, and WO 3 , Ta 2 O 5 , IrO X ( not shown) on the EC layer 41c. It is composed of a second transparent glass electrode (ITO) 41d formed via an NO layer.

【0035】この2つのITO41bと41dの間に、
制御部42によって制御された電圧を印加すると、透過
率が制御される。制御部42は外光センサ43aとマニ
ュアルキー43bを有し、何れかの信号に基づいて直流
電圧VDCを分圧し、その分圧された電圧をITO41b
と41dの間に印加する。この制御により透過率は10
%から80%の範囲で調節することができる。これによ
り、外界光を除去したり、調光することができ、シース
ルーでの使用を選択したり、画像表示のみを選択するこ
とができる。
Between these two ITOs 41b and 41d,
When the voltage controlled by the control unit 42 is applied, the transmittance is controlled. The control unit 42 has an external light sensor 43a and a manual key 43b, divides the DC voltage VDC based on any of the signals, and outputs the divided voltage to the ITO 41b.
And 41d. With this control, the transmittance becomes 10
% Can be adjusted in the range of 80%. As a result, external light can be removed or dimming can be performed, and use in see-through mode can be selected, or only image display can be selected.

【0036】図7は、本発明の第4の実施の形態に係る
HMDを示す。このHMD1は、ゴーグル型HMDであ
り、ヘッドバンド20によって頭部に装着されるゴーグ
ル21と、ゴーグル21に嵌め込まれた透明あるいは半
透明の単一の基板30とを備え、基板30の外側の面
(LCDからの表示光が入射する面)に、第1の実施の
形態と同様に左右一対のホログラム膜4を形成し、ゴー
グル2に、第1の実施の形態と同様に、LCD、照明光
源部、およびFOPを左右一対設けている。この第4の
実施の形態によれば、本HMD1を航空機用のHMDに
適用した場合は、外界と飛行情報を同時に視認すること
ができ、自動車用のHMDに適用した場合は、外界と交
通情報を同時に視認することができるので、飛行中ある
いは走行中に優れた瞬読性を発揮することができる。
FIG. 7 shows an HMD according to a fourth embodiment of the present invention. The HMD 1 is a goggle-type HMD, and includes a goggle 21 mounted on a head by a headband 20 and a single transparent or translucent substrate 30 fitted into the goggle 21, and an outer surface of the substrate 30. A pair of left and right hologram films 4 are formed on the (surface on which display light from the LCD is incident) similarly to the first embodiment, and the goggles 2 are provided with an LCD and an illumination light source, as in the first embodiment. The left and right parts and the FOP are provided as a pair. According to the fourth embodiment, when the present HMD 1 is applied to an HMD for an aircraft, the outside world and flight information can be viewed simultaneously, and when the HMD 1 is applied to an HMD for an automobile, the outside world and traffic information can be viewed. Can be visually recognized at the same time, so that excellent instant readability can be exhibited during flight or traveling.

【0037】図8は、本発明の第5の実施の形態に係る
HMDを示す。このHMDは、ヘルメット型HMDであ
り、ヘルメット22と、ヘルメット22にビス23によ
って開閉可能に取り付けられた透明あるいは半透明の単
一の基板31とを備え、基板31の外側の面に、第1の
実施の形態と同様に左右一対のホログラム膜4を形成
し、ヘルメット22の内部に、第1の実施の形態と同様
に、LCD、照明光源部、およびFOPを左右一対設け
ている。この第5の実施の形態によれば、第4の実施の
形態と同様の効果を奏する。
FIG. 8 shows an HMD according to a fifth embodiment of the present invention. The HMD is a helmet-type HMD, which includes a helmet 22 and a single transparent or translucent substrate 31 which is attached to the helmet 22 by a screw 23 so as to be opened and closed. A pair of left and right hologram films 4 is formed in the same manner as in the first embodiment, and a pair of left and right LCDs, illumination light sources, and FOPs are provided inside the helmet 22 as in the first embodiment. According to the fifth embodiment, effects similar to those of the fourth embodiment can be obtained.

【0038】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れず、種々な変形が可能である。例えば、上記実施の形
態では、シースルー型について説明したが、クローズ型
にしてもよい。この場合は、外界光が装着者の眼に入ら
ないように基板の外側の面に遮光シートを貼ってもよ
く、ヘルメットやゴーグル等の他の部材で基板全体を覆
ってもよい。また、左右一対の画像表示手段は、立体的
な虚像を装着者に視認させる構成としてもよい。例え
ば、左右のテレビカメラでそれぞれ撮影した画像を左右
の画像表示手段で表示することにより、装着者は、立体
的な虚像を見ることができる。また、上記実施の形態で
は、基板の外側の面にホログラム膜を形成したが、基板
の内側の面に形成してもよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, in the above embodiment, the see-through type has been described, but a closed type may be used. In this case, a light-shielding sheet may be attached to the outer surface of the substrate so that external light does not enter the eyes of the wearer, or the entire substrate may be covered with another member such as a helmet or goggles. Further, the pair of left and right image display means may be configured to allow the wearer to visually recognize a three-dimensional virtual image. For example, by displaying images taken by the left and right television cameras on the left and right image display means, the wearer can see a three-dimensional virtual image. Further, in the above embodiment, the hologram film is formed on the outer surface of the substrate, but may be formed on the inner surface of the substrate.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、光
ファイバー束の出射端面が中間結像面となるので、レン
ズ系を使用して中間結像面を形成する必要がなくなるこ
とから、小型・軽量化が図れる。また、画像表示手段か
らの画像表示光を光ファイバー束によって視軸に対し斜
め方向へ出射しているので、前方への突出長さが短くな
り、装着したときのバランスが良好となる。この結果、
装着者への負担が軽くなり、装着感をあまり感じないヘ
ッドマウンテッドディスプレイを提供することができ
る。
As described above, according to the present invention, since the exit end face of the optical fiber bundle serves as an intermediate image forming surface, there is no need to form an intermediate image forming surface using a lens system.・ Lightening can be achieved. Further, since the image display light from the image display means is emitted in an oblique direction with respect to the visual axis by the optical fiber bundle, the protruding length in the forward direction is shortened, and the balance when mounted is improved. As a result,
It is possible to provide a head-mounted display that reduces the burden on the wearer and does not give much feeling of wearing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態に係るHMDを示
し、(a) はその斜視図、(b) はその断面図である。
1A and 1B show an HMD according to a first embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a perspective view thereof, and FIG. 1B is a sectional view thereof.

【図2】第1の実施の形態に係るFOPの詳細を示す図
である。
FIG. 2 is a diagram illustrating details of an FOP according to the first embodiment.

【図3】第1の実施の形態に係る光学系の詳細を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram illustrating details of an optical system according to the first embodiment.

【図4】第1の実施の形態に係るホログラム膜作製装置
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a hologram film manufacturing apparatus according to the first embodiment.

【図5】本発明の第2の実施の形態に係るHMDの要部
断面図である。
FIG. 5 is a sectional view of a main part of an HMD according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施の形態に係るHMDの要部
構成図である。
FIG. 6 is a main part configuration diagram of an HMD according to a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第4の実施の形態に係るHMDの概略
構成図である。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an HMD according to a fourth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第5の実施の形態に係るHMDの概略
構成図である。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of an HMD according to a fifth embodiment of the present invention.

【図9】シースルー型の従来のHMDの構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram of a see-through type conventional HMD.

【図10】クローズ型の従来のHMDの構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional HMD of a closed type.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ヘッドマウンテッドディスプレイ(HMD) 2 メガネフレーム 2a パット 2b 収容部 3 メガネレンズ 3a 第1面 3b 端面 3c 第2面 4 ホログラム膜 4a 第1の光軸 4b 第2の光軸 4c フォトポリマー 5 液晶ディスプレイ(LCD) 5a 虚像 5b 表示光 5c 回折光 6 照明光源部 6a バックライト光 7 ファイバーオプテックスプレート(FOP) 7a 入射端面 7b 出射端面 8 光景 8a 外界光 8b 透過光 10 ホログラム膜作製装置 11 He−Neレーザ 12A,12B,12C 第1,第2および第3のミラ
ー 13 ハーフミラー 13a,13b ビーム 14A,14B 第1および第2の拡大レンズ 15 コリメータレンズ 20 ヘッドバンド 21 ゴーグル 22 ヘルメット 23 ビス 30,31 基板 40 保護膜 41 調光層 41a バッファ層 41b 第1透明ガラス電極(ITO) 41c エレクトロクロミック素子(EC層) 41d 第2透明ガラス電極(ITO) 42 制御部 43a,43b 外光センサ 60 光源 61 反射・回折光学素子 62 LEDアレイ 63 マイクロレンズアレイ 63a 平行光 64 ビームスプリッタ 64a 照明光 70 光ファイバー E 眼
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Head mounted display (HMD) 2 Glasses frame 2a Pat 2b Housing part 3 Glasses lens 3a First surface 3b End surface 3c Second surface 4 Hologram film 4a First optical axis 4b Second optical axis 4c Photopolymer 5 Liquid crystal display (LCD) 5a virtual image 5b display light 5c diffracted light 6 illumination light source section 6a backlight light 7 fiber optics plate (FOP) 7a incident end face 7b emission end face 8 sight 8a external light 8b transmitted light 10 hologram film forming apparatus 11 He-Ne laser 12A, 12B, 12C First, second and third mirrors 13 Half mirrors 13a, 13b Beams 14A, 14B First and second magnifying lenses 15 Collimator lenses 20 Headbands 21 Goggles 22 Helmets 23 Screws 30, 31 Substrate 40 Security Protective film 41 Light control layer 41a Buffer layer 41b First transparent glass electrode (ITO) 41c Electrochromic element (EC layer) 41d Second transparent glass electrode (ITO) 42 Controller 43a, 43b External light sensor 60 Light source 61 Reflection / diffraction Optical element 62 LED array 63 Micro lens array 63a Parallel light 64 Beam splitter 64a Illumination light 70 Optical fiber E Eye

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】画像表示光を出射する画像表示手段と、 前記画像表示手段からの前記画像表示光を出射端面から
装着者の視軸に対し斜め方向へ出射する光ファイバー束
と、 前記装着者の前記視軸上に配置され、前記光ファイバー
束の前記出射端面からの前記画像表示光を回折あるいは
反射させて前記装着者の眼に導き、前記装着者に前記画
像表示光に基づく虚像を視認させる眼前光学手段を備え
たことを特徴とするヘッドマウンテッドディスプレイ。
1. An image display means for emitting image display light, an optical fiber bundle for emitting the image display light from the image display means from an emission end face in an oblique direction with respect to a visual axis of a wearer, In front of the eye, which is arranged on the visual axis, diffracts or reflects the image display light from the emission end face of the optical fiber bundle and guides the image display light to the wearer's eye, and allows the wearer to visually recognize a virtual image based on the image display light. A head mounted display comprising optical means.
【請求項2】前記光ファイバー束の前記出射端面は、前
記虚像の収差を補正する所定の形状を有する構成の請求
項1記載のヘッドマウンテッドディスプレイ。
2. The head mounted display according to claim 1, wherein said exit end face of said optical fiber bundle has a predetermined shape for correcting aberration of said virtual image.
【請求項3】前記眼前光学手段は、外界光を前記装着者
の眼に導く構成の請求項1記載のヘッドマウンテッドデ
ィスプレイ。
3. The head mounted display according to claim 1, wherein said anterior optics means guides external light to the eyes of said wearer.
【請求項4】前記眼前光学手段は、透明あるいは半透明
のガラス,プラスチック等からなる基板と、前記基板の
主面に形成されたホログラム膜を備えた構成の請求項1
記載のヘッドマウンテッドディスプレイ。
4. The apparatus according to claim 1, wherein said anterior optics means includes a substrate made of transparent or translucent glass, plastic, or the like, and a hologram film formed on a main surface of said substrate.
A head mounted display as described.
【請求項5】前記光ファイバー束は、前記画像表示手段
からの前記画像表示光を前記出射端面から前記基板の端
面に出射する構成の請求項4記載のヘッドマウンテッド
ディスプレイ。
5. The head mounted display according to claim 4, wherein said optical fiber bundle emits said image display light from said image display means from said emission end surface to an end surface of said substrate.
【請求項6】前記光ファイバー束は、入射端面が前記画
像表示手段の表示画面に密着した構成の請求項1記載の
ヘッドマウンテッドディスプレイ。
6. The head mounted display according to claim 1, wherein said optical fiber bundle has a structure in which an incident end face is in close contact with a display screen of said image display means.
【請求項7】前記光ファイバー束は、前記画像表示手段
からの前記画像表示光を縮小して出射する構成の請求項
1記載のヘッドマウンテッドディスプレイ。
7. The head mounted display according to claim 1, wherein said optical fiber bundle reduces and emits said image display light from said image display means.
【請求項8】前記光ファイバー束は、前記光ファイバー
束を構成する光ファイバーの数が前記画像表示手段の画
素数より多い構成の請求項1記載のヘッドマウンテッド
ディスプレイ。
8. The head mounted display according to claim 1, wherein said optical fiber bundle has a configuration in which the number of optical fibers constituting said optical fiber bundle is larger than the number of pixels of said image display means.
【請求項9】前記画像表示手段は、透過型あるいは反射
型の液晶ディスプレイ、ELディスプレイ、プラズマデ
ィスプレイ、あるいはマイクロマシン技術によって作製
されたマイクロ可動ミラーを用いたディスプレイからな
る構成の請求項1記載のヘッドマウンテッドディスプレ
イ。
9. The head according to claim 1, wherein said image display means comprises a transmission type or reflection type liquid crystal display, an EL display, a plasma display, or a display using a micro movable mirror manufactured by micro machine technology. Mounted display.
【請求項10】前記透過型の液晶ディスプレイは、照明
光を照射する光源と、前記照明光を反射あるいは回折さ
せて平行光として前記液晶ディスプレイの背面に照射す
る反射型ホログラム光学素子あるいは回折型光学素子を
備えた構成の請求項9記載のヘッドマウンテッドディス
プレイ。
10. A transmission type liquid crystal display, comprising: a light source for irradiating illumination light; and a reflection type hologram optical element or diffraction type optics for reflecting or diffracting the illumination light to irradiate parallel light on the back surface of the liquid crystal display. The head-mounted display according to claim 9, comprising a device.
【請求項11】前記反射型の液晶ディスプレイは、照明
光を照射する光源と、前記光源の前面に配置され、前記
照明光を平行光にするマイクロレンズアレイと、前記マ
イクロレンズアレイからの前記平行光を前記液晶ディス
プレイの正面に照射するビームスプリッタを備えた構成
の請求項9記載のヘッドマウンテッドディスプレイ。
11. The reflection type liquid crystal display comprises: a light source for irradiating illumination light; a microlens array arranged on a front surface of the light source for converting the illumination light into parallel light; 10. The head mounted display according to claim 9, further comprising a beam splitter for irradiating light to the front of the liquid crystal display.
【請求項12】前記基板は、前記ホログラム膜の屈折率
の0.8倍以上の屈折率を有する構成の請求項4記載の
ヘッドマウンテッドディスプレイ。
12. The head mounted display according to claim 4, wherein said substrate has a refractive index of at least 0.8 times the refractive index of said hologram film.
【請求項13】前記ホログラム膜は、前記視軸と一致す
る第1の光軸と、前記第1の光軸に対して58°〜88
°の角度の第2の光軸を有して構成された請求項4記載
のヘッドマウンテッドディスプレイ。
13. The hologram film has a first optical axis coinciding with the visual axis and 58 ° to 88 ° with respect to the first optical axis.
5. The head mounted display according to claim 4, wherein the head mounted display has a second optical axis having an angle of .degree ..
【請求項14】前記ホログラム膜は、5μm以上の厚さ
を有する構成の請求項4記載のヘッドマウンテッドディ
スプレイ。
14. The head mounted display according to claim 4, wherein said hologram film has a thickness of 5 μm or more.
【請求項15】前記ホログラム膜は、主として前記ホロ
グラム膜の屈折率と前記基板の屈折率との比、および前
記ホログラム膜の屈折率の変調に基づいて、前記画像表
示手段から入射される前記画像表示光に対して55%以
上の回折効果を有するように厚さが決定された請求項4
記載のヘッドマウンテッドディスプレイ。
15. The image input from the image display means based on a ratio of a refractive index of the hologram film to a refractive index of the substrate and a modulation of a refractive index of the hologram film. 5. The thickness is determined so as to have a diffraction effect of 55% or more with respect to display light.
A head mounted display as described.
【請求項16】前記ホログラム膜は、フォトポリマー、
フォトレジスト、フォトクロミック、フォトダイクロミ
ック、銀塩乳剤、重クロム酸ゼラチン、ダイクロメート
ゼラチン、プラスチック、強誘電体、磁気光学材料、電
気光学材料、非晶質半導体、フォトリフラクチィブ材料
から選択された材料によって形成される構成の請求項4
記載のヘッドマウンテッドディスプレイ。
16. The hologram film includes a photopolymer,
Selected from photoresist, photochromic, photodichromic, silver salt emulsion, dichromated gelatin, dichromated gelatin, plastic, ferroelectric, magneto-optical material, electro-optical material, amorphous semiconductor, photorefractive material 5. A structure formed of a material.
A head mounted display as described.
【請求項17】前記ホログラム膜は、保護膜によって被
覆された構成の請求項4記載のヘッドマウンテッドディ
スプレイ。
17. The head mounted display according to claim 4, wherein said hologram film is covered by a protective film.
【請求項18】前記画像表示手段、前記光ファイバー
束、および前記眼前光学手段は、メガネフレームに取り
付けられた構成の請求項1記載ヘッドマウンテッドディ
スプレイ。
18. The head mounted display according to claim 1, wherein said image display means, said optical fiber bundle, and said anterior optics means are mounted on a spectacle frame.
【請求項19】前記画像表示手段、前記光ファイバー
束、および前記眼前光学手段は、ゴーグルあるいはヘル
メットに取り付けられた構成の請求項1記載ヘッドマウ
ンテッドディスプレイ。
19. The head mounted display according to claim 1, wherein said image display means, said optical fiber bundle, and said anterior optics means are mounted on goggles or a helmet.
【請求項20】前記画像表示手段は、左右一対を有し、
立体的な前記虚像を前記装着者に視認させる前記画像表
示光を出射する構成の請求項1記載のヘッドマウンテッ
ドディスプレイ。
20. The image display means has a pair of right and left,
2. The head mounted display according to claim 1, wherein the image display light for emitting the image display light for causing the wearer to visually recognize the three-dimensional virtual image is provided.
【請求項21】前記眼前光学手段は、外界光を遮断ある
いは透過させる調光手段を備える構成の請求項3記載ヘ
ッドマウンテッドディスプレイ。
21. A head mounted display according to claim 3, wherein said anterior optics means includes a light control means for blocking or transmitting external light.
【請求項22】前記調光手段は、エレクトロクロミック
素子である構成の請求項21記載ヘッドマウンテッドデ
ィスプレイ。
22. A head mounted display according to claim 21, wherein said dimming means is an electrochromic element.
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