KR20150105941A - 화상 표시 장치, 화상 생성 장치 및 투과형 공간 광변조 장치 - Google Patents

화상 표시 장치, 화상 생성 장치 및 투과형 공간 광변조 장치 Download PDF

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Abstract

화상 표시 장치(100)는, (A) 광원(160), 및, 2차원 매트릭스형상으로 화소(152)가 배열되어 이루어지는 투과형 공간 광변조 장치(150)를 구비한 화상 생성 장치(111), 및, (B) 화상 생성 장치(111)로부터의 광을, 도광하고, 관찰자(20)의 눈동자(21)를 향하여 출사하는 도광 수단(120)을 구비하고 있고, 투과형 공간 광변조 장치(150)는, 광 출사측에, 각 화소에 대응한 마이크로 렌즈를 갖는 마이크로 렌즈 어레이(170)를 구비하고 있고, 광원(160)으로부터 화소에 입사하는 광의 입사 입체각을 ωin, 그 화소를 통과하고, 그 화소에 대응한 마이크로 렌즈로부터 출사하는 광의 출사 입체각을 ωout로 하였을 때, ωout>ωin를 만족한다.

Description

화상 표시 장치, 화상 생성 장치 및 투과형 공간 광변조 장치{IMAGE DISPLAY DEVICE, IMAGE GENERATING DEVICE, AND TRANSPARENT SPATIAL LIGHT MODULATING DEVICE}
본 개시는, 투과형 공간 광변조 장치, 이러한 투과형 공간 광변조 장치를 구비한 화상 생성 장치, 및, 이러한 화상 생성 장치를 구비한 화상 표시 장치에 관한 것으로 보다 구체적으로는, 두부 장착형 디스플레이(HMD, Head Mounted Display)에서의 사용에 적합한 화상 표시 장치, 및, 이러한 화상 표시 장치에서의 사용에 적합한 화상 생성 장치, 나아가서는, 이러한 화상 생성 장치에서의 사용에 적합한 투과형 공간 광변조 장치에 관한 것이다.
화상 생성 장치에 의해 형성된 2차원 화상을 허상(虛像) 광학계에 의해 확대 허상으로서 관찰자에게 관찰시키기 위한 허상 표시 장치(화상 표시 장치)가, 예를 들면, 일본국 특개2006-162767으로부터 주지이다.
개념도를 도 21에 도시하는 바와 같이, 이 화상 표시 장치(1100)는, 2차원 매트릭스형상으로 배열된 복수의 화소를 구비한 화상 생성 장치(111), 화상 생성 장치(111)의 화소로부터 출사된 광을 평행광으로 하는 콜리메이트 광학계(112), 및, 콜리메이트 광학계(112)에서 평행광이 되어, 입사된 광을 도광하고, 출사하는 도광 수단(120)을 구비하고 있다. 도광 수단(120)으로부터 출사된 광은, 관찰자(20)의 눈동자(21)에 유도된다. 도광 수단(120)은, 입사하는 광을 내부를 전반사에 의해 전파시킨 후, 출사하는 도광판(121), 도광판(121)에 입사된 광이 도광판(121)의 내부에서 전반사되도록, 도광판(121)에 입사된 광을 반사시키는 제1 편향(偏向) 수단(130)(예를 들면, 1층의 광반사막으로 이루어진다), 및, 도광판(121)의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 도광판(121)으로부터 출사시키는 제2 편향 수단(140)(예를 들면, 다층 적층 구조를 갖는 광반사 다층막으로 이루어진다)으로 구성되어 있다. 그리고, 이와 같은 화상 표시 장치(1100)에 의해, 예를 들면, HMD를 구성하면, 장치의 경량화, 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 화상 생성 장치에 의해 형성된 2차원 화상을 허상 광학계에 의해 확대 허상으로서 관찰자에게 관찰시키기 위해, 홀로그램 회절 격자를 이용한 허상 표시 장치(화상 표시 장치)가, 예를 들면, 일본국 특개2007-094175로부터 주지이다.
개념도를 도 22에 도시하는 바와 같이, 이 화상 표시 장치(1200)는, 기본적으로는, 화상을 표시한 화상 생성 장치(111)와, 콜리메이트 광학계(112)와, 화상 생성 장치(111)로부터의 광이 입사되고, 관찰자의 눈동자(21)로 유도하는 도광 수단(220)을 구비하고 있다. 여기서, 도광 수단(220)은, 도광판(221)과, 도광판(221)에 마련된 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제1 회절 격자 부재(230) 및 제2 회절 격자 부재(240)를 구비하고 있다. 그리고, 콜리메이트 광학계(112)로부터 출사된 평행광은, 도광판(221)의 제1면(222)에 입사되고, 제1면(222)으로부터 출사된다. 도광판(221)의 제1면(222)과 평행인 도광판(221)의 제2면(223)에는, 제1 회절 격자 부재(230) 및 제2 회절 격자 부재(240)가 부착되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본국 특개2006-162767 특허 문헌 2 : 일본국 특개2007-094175 특허 문헌 3 : 일본국 특개평10-170859
화상 생성 장치(111)로부터 출사된 광은, 예를 들면 도 22에 도시하는 XY평면에서는, 콜리메이트 광학계(112)에 화각(畵角)(즉, 화상 생성 장치(111)의 각 화소로부터 출사되는 광의 출사각)이 서로 다른 평행광속군이 된다. 이 평행광속군은, 이것과는 직교하는 XZ평면에서는 화각이 서로 다른 광속군이 되고, 도광판(221)에 입사하다. 또한, 도 22에서, XY평면에서의 대표적인 평행광속을, 평행광속(r1(실선으로 나타낸다), r2(1점쇄선으로 나타낸다), r3(점선으로 나타낸다))으로 도시하고, 도 23A에서, XZ평면에서의 대표적인 평행광속을, 평행광속(R1(실선으로 나타낸다), R2(1점쇄선으로 나타낸다), R3(점선으로 나타낸다))으로 도시한다. 도시한 화상 표시 장치(1200)에서는, 좌우(수평)방향을 Y방향, 상하(종)방향을 Z방향으로 하고 있다. 즉, 관찰자의 눈동자(21)에 대해 횡방향으로부터, 영상이나 각종 정보 등을 표시하는 광이 도광되고, 눈동자(21)에 입사된다.
그런데, 이와 같은 구성에서는, 도광판(221)의 내부를 도광되는 광의 XY평면에서의 평행광속의 거동과 XZ평면에서의 평행광속의 거동과의 상위에 기인하여, 이하에 기술하는 문제가 생긴다. 또한, 도 24A는, 종래의 화상 표시 장치에서의 문제점을 설명하기 위한 도면이고, 도 24B는, 콜리메이트 광학계의 중심부 및 상단부로부터 출사되고, 도광판을 도광되는 광의 전파 상태를 모식적으로 도시하는 도면이다. 여기서, 도 24A는, 화상 생성 장치로부터 출사되고, 도광 수단을 도광되고, 눈동자에 도달하는 광의, XZ평면 및 XY평면 내에 상당하는 평면 내에서의 전파 상태를 모식적으로 도시하는 도면이다.
즉, 상술한 구성에서, 도광판(221)의 제1면(222)으로부터 입사된 광은, 제2면(223)에 배치된 제1 회절 격자 부재(230)에 입사한다. 또한, 콜리메이트 광학계(112)의 중심부터 제1 회절 격자 부재(230)의 중심까지의 거리를 L1, 제1 회절 격자 부재(230)의 중심부터 제2 회절 격자 부재(240)의 중심까지의 거리를 L2, 제2 회절 격자 부재(240)의 중심부터 눈동자(21)까지의 거리를 L3로 한다.
XY평면의 X방향 성분에 관해, 각 광속(光束)(r1, r2, r3)은, 제1 회절 격자 부재(230)에 의해 회절 반사되고, 도광판(221) 내부에서, 평행광속인 채로 제1면(222)과 제2면(223)과의 사이에서 전반사를 반복하면서 도광되고, 도광판(221)의 타단에 마련된 제2 회절 격자 부재(240)를 향하여 Y방향으로 진행한다. 그리고, 제2 회절 격자 부재(240)에 입사한 각 화각의 평행광은, 회절 반사에 의해 전반사 조건으로부터 벗어나서, 도광판(221)으로부터 출사되고, 관찰자의 눈동자(21)에 입사한다. 여기서, 평행광속의 진행 방향에서는, 화각에 의해 도광판(221) 내를 반사하는 회수가 다르다. 즉, 광로 길이가 다르다. 그러나, 전파되는 광속은 전부 평행광속이기 때문에, 말하자면, 절첩(折疊)되도록 광속군이 진행한다. 따라서, XY평면의 X방향 성분의 광에 관해, 콜리메이트 광학계(112)의 중심부터 눈동자(21)까지의 실질적인 거리는, 제1 회절 격자 부재(230)의 중심부터 제2 회절 격자 부재(240)의 중심까지의 거리(L2)를 무시할 수 있고, (L1+L3)이 된다. 또한, 대강 테레센트릭 광학계라고 간주할 수가 있어서, XY평면의 X방향 성분의 광에 관해서는, 제1 회절 격자 부재(230)의 위치가 사출동(射出瞳) 위치가 된다.
한편, XZ평면에서의 입사광(R1, R2, R3)에 관해서는, 도광판(221) 내에서의 X방향 성분은 반사를 반복하지만, Z방향 성분은 반사되지 않고서 제2 회절 격자 부재(240)에 도달한다. 즉, 콜리메이트 광학계(112)로부터 출사된 광은, XZ평면에서는 수속(收束)되어 제1면(222)으로부터 입사되고, 도광판(221) 내를 Y방향으로 진행한다. 그리고, 이들의 광속은, Z방향으로 좁아지도록 도광판(221)의 제1면(222) 및 제2면(223)에 반사되면서 진행하고, 제2 회절 격자 부재(240)에 도달하고, 제2 회절 격자 부재(240)에서 반사 회절되어 출사되어, 관찰자의 눈동자(21)에 입사한다. 즉, XZ평면의 Z방향 성분의 광에 관해서는, 콜리메이트 광학계(112)의 중심부터 눈동자(21)까지의 실질적인 거리는, 제1 회절 격자 부재(230)의 중심부터 제2 회절 격자 부재(240)의 중심까지의 거리(L2)를 고려할 필요가 있고, 도 21 또는 도 22에 도시하는 바와 같이, 전반사 각도를 Φ로 하였을 때, 대강 (L1+L2/sin(Φ)+L3)이 된다. 또한, 비(非)테레센트릭 광학계이고, XZ평면의 Z방향 성분의 광에 관해서는, 눈동자(21)의 위치 또는 그 부근이 사출동 위치가 된다.
그러므로, 도 24A에 도시하는 바와 같이, 예를 들면, 입사광(R3')에 관해서는, 우상부터 좌하를 향하는 사선을 붙인 공간 영역의 광은 눈동자(21)에 도달하지만, 좌상부터 우하를 향하는 사선을 붙인 공간 영역의 광은 눈동자(21)에 도달하지 않는다. 즉, 광속의 일부가 눈동자(21)에 도달하지 않아, 일종의 베네팅이 생긴다. 환언하면, 화상 생성 장치(111)로부터 출사된 광의 이용 효율이 낮다는 문제, 그리고, 이 광의 이용 효율이 낮은 것에 기인하여, 화상 생성 장치(111)에서의 소비 전력의 증가를 초래한다는 문제가 있다.
입사광(R3')의 출사 입체각(立體角)(ωout)을, 도 24A에 도시한 것보다도 크게 하면, 베네팅을 적게 한 것이 가능해진다. 화상 생성 장치(111)를, 광원(도시 생략), 및, 2차원 매트릭스형상으로 화소가 배열되어 이루어지는 투과형 액정 표시 장치로 구성하는 경우, 그를 위해서는, 보다 큰 입사 입체각으로 광원으로부터의 광을 화상 생성 장치(111)에 입사시켜야 한다. 그런데, 큰 입사 입체각으로 광원으로부터의 광을 투과형 액정 표시 장치의 화소에 입사시키면, 액정층에 입사하는 광선의 각도가 수직에서 크게 어긋나 버려, 복굴절이 발생하여 직선 편광이 타원화(楕圓化)하거나, 입사측 편광판과 출사측 편광판을 조합시킨 편광판 전체의 소광비가 내려가는 결과, 화상의 콘트라스트 저하가 생겨 버린다. 즉, 베네팅이 발생하지 않도록 필요 충분한 투과형 액정 표시 장치로부터의 출사 입체각(ωout)을 확보하기 위해 큰 입사 입체각으로 광원으로부터의 광을 화상 생성 장치에 입사시키면, 화상의 콘트라스트가 내려가 버린다. 그러므로, 작은 입사 입체각으로 광원으로부터의 광을 투과형 액정 표시 장치의 화소에 입사시킴으로써 화상 콘트라스트의 열화를 억제하면서, 베네팅이 발생하지 않도록 투과형 액정 표시 장치로부터의 큰 출사 입체각(ωout)을 확보할 것이 필요하게 된다.
예를 들면, 일본국 특개평10-170859로부터, 화상 발생 수단의 복수의 화소로 구성되는 표시면에 화상을 표시하고, 조명 수단에 의해 투과 조명되는 화상에서 출사하는 광속을 광학계를 통하여 관찰자의 눈동자에 유도하고, 광속으로 형성된 화상의 허상을 관찰자에게 시인(視認)시키는 화상 표시 장치가 주지이다. 이 화상 표시 장치에서는, 허상의 형성면 내에서 제1의 방향, 제1의 방향에 개략 직교하는 제2의 방향을 설정하여, 각 화소로부터 출사하는 광속은 그 제1의 방향과 제2의 방향의 발산각(發散角)을 각 화소마다 그 부근에 마련한 발산각 변환 수단에 의해 제어하여 제1의 방향과 제2의 방향에서 다른 발산각의 광속으로서 광학계에 입사한다. 이와 같이, 제1의 방향과 제2의 방향에서 다른 발산각의 광속으로서 광학계에 입사시킴으로써, 광의 이용 효율이 낮은 것을 개선할 수 있다. 그러나, 화상의 콘트라스트의 열화와 베네팅의 발생의 양쪽을 동시에 개선하는 것은 곤란하다.
따라서 본 개시의 제1의 목적은, 베네팅의 발생을 억제하면서, 화상의 불소망하는 콘트라스트 저하를 억제할 수 있는 구성, 구조를 갖는 화상 표시 장치, 이러한 화상 표시 장치에서의 사용에 적합한 화상 생성 장치, 및, 이러한 화상 생성 장치에서의 사용에 적합한 투과형 공간 광변조 장치를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 개시의 제2의 목적은, 제1의 목적에 더하여, 화상 생성 장치로부터 출사된 광의 이용 효율을 높이고, 화상 생성 장치에서의 소비 전력의 더한층의 저하를 달성할 수 있는 구성, 구조를 갖는 화상 표시 장치, 이러한 화상 표시 장치에서의 사용에 적합한 화상 생성 장치, 및, 이러한 화상 생성 장치에서의 사용에 적합한 투과형 공간 광변조 장치를 제공하는 것에 있다.
상기한 제1의 목적을 달성하기 위한 본 개시된 화상 표시 장치는,
(A) 광원, 및, 2차원 매트릭스형상으로 화소가 배열되어 이루어지는 투과형 공간 광변조 장치를 구비한 화상 생성 장치, 및,
(B) 화상 생성 장치로부터의 광을, 도광하고, 관찰자의 눈동자를 향하여 출사하는 도광 수단,
을 구비하고 있고,
투과형 공간 광변조 장치는, 광 출사측에, 각 화소에 대응한 마이크로 렌즈를 갖는 마이크로 렌즈 어레이를 구비하고 있고,
광원으로부터 화소에 입사하는 광의 입사 입체각을 ωin, 그 화소를 통과하고, 그 화소에 대응한 마이크로 렌즈로부터 출사하는 광의 출사 입체각을 ωout로 하였을 때, ωout>ωin를 만족한다.
상기한 제1의 목적을 달성하기 위한 본 개시된 화상 생성 장치는,
입사된 광을 내부를 전반사에 의해 전파시킨 후, 편향 수단에 의해 출사하는 도광판을 구비한 도광 수단에 대해 광을 출사하는 화상 생성 장치로서,
광원, 및, 2차원 매트릭스형상으로 화소가 배열되어 이루어지는 투과형 공간 광변조 장치를 구비하고 있고,
투과형 공간 광변조 장치는, 광 출사측에, 각 화소에 대응한 마이크로 렌즈를 갖는 마이크로 렌즈 어레이를 구비하고 있고,
광원으로부터 화소에 입사하는 광의 입사 입체각을 ωin, 그 화소를 통과하고, 그 화소에 대응한 마이크로 렌즈로부터 출사하는 광의 출사 입체각을 ωout로 하였을 때, ωout>ωin를 만족한다. 또한, 「전반사」라는 용어는, 내부 전반사, 또는, 도광판 내부에서의 전반사를 의미한다. 이하에서도 마찬가지이다.
상기한 제1의 목적을 달성하기 위한 본 개시된 투과형 공간 광변조 장치는,
2차원 매트릭스형상으로 화소가 배열되어 이루어지는 투과형 공간 광변조 장치이고,
광 출사측에, 각 화소에 대응한 마이크로 렌즈를 갖는 마이크로 렌즈 어레이를 구비하고 있고,
광원으로부터 출사되고, 화소에 입사하는 광의 입사 입체각을 ωin, 그 화소를 통과하고, 그 화소에 대응한 마이크로 렌즈로부터 출사하는 광의 출사 입체각을 ωout로 하였을 때, ωout>ωin를 만족한다.
본 개시된 화상 표시 장치, 화상 생성 장치 또는 투과형 공간 광변조 장치에서는, 광원으로부터 출사되고, 화소에 입사하는 광의 입사 입체각을 ωin, 이 화소를 통과하고, 이 화소에 대응한 마이크로 렌즈로부터 출사하는 광의 출사 입체각(광의 퍼짐각(廣がり角)을 ωout로 하였을 때, ωout>ωin를 만족한다. 따라서, 작은 입사 입체각으로 광원으로부터의 광을 투과형 공간 광변조 장치를 입사시킴으로써, 화상의 콘트라스트 저하의 발생을 방지할 수 있다. 게다가, 투과형 공간 광변조 장치로부터 최종적으로 출사되는 광의 출사 입체각을 크게 할 수 있기 때문에, 화상에 베네팅이 생기는 것을 억제할 수 있다.
도 1은, 실시례 1의 화상 표시 장치의 개념도.
도 2A 및 도 2B는, 각각, 실시례 1의 화상 생성 장치의 중심에 위치하는 화소에 입사하고, 이 화소로부터 출사된 광으로서, XZ평면에서 바라본 때의 광의 전파 상태, 및, XY평면에서 바라본 때의 광의 전파 상태를 모식적으로 도시하는 도면, 도 2C는, 실시례 2의 화상 생성 장치의 중심에 위치하는 화소에 입사하고, 이 화소로부터 출사된 광으로서, XZ평면에서 바라본 때의 광의 전파 상태를 모식적으로 도시하는 도면.
도 3은, 실시례 1의 화상 표시 장치를 상방에서 바라본 모식도.
도 4는, 실시례 1의 화상 표시 장치를 옆에서 바라본 모식도.
도 5는, 실시례 1의 화상 표시 장치를 정면에서 바라본 모식도.
도 6은, 실시례 1의 화상 표시 장치를 관찰자의 두부에 장착한 상태를 상방에서 바라본 도면(단, 화상 표시 장치만을 나타내고, 프레임의 도시는 생략).
도 7은, 실시례 2의 화상 표시 장치의 개념도.
도 8은, 실시례 2의 화상 표시 장치의 변형례의 개념도.
도 9A 및 도 9B는, 각각, 실시례 3의 화상 생성 장치의 중앙부에 위치하는 화소로부터 출사된 광으로서, XZ평면에서 바라본 때의 광의 전파 상태, 및, XY평면에서 바라본 때의 광의 전파 상태를 모식적으로 도시하는 도면.
도 10A는, 실시례 3의 화상 생성 장치로부터 출사되고, 도광 수단을 도광되고, 눈동자에 도달하는 광의, XZ평면 및 XY평면 내에 상당하는 평면 내에서의 전파 상태를 모식적으로 도시하는 도면, 도 10B는, 실시례 3의 화상 생성 장치의 각 화소로부터 출사되는 광을 모식적으로 도시하는 도면, 도 10C 및 도 10D는, 각 실시례의 화상 생성 장치에서, 도광 수단과 중심 입사광선과의 관계를 설명하기 위해 도광 수단을 측면에서 바라본 도면.
도 11은, 실시례 4의 화상 표시 장치의 개념도.
도 12A는, 실시례 5의 화상 표시 장치를 옆에서 바라본 모식도, 도 12B는, 종래의 화상 표시 장치의 한 형태를 옆에서 바라본 모식도.
도 13은, 실시례 6의 화상 표시 장치를 정면에서 바라본 모식도.
도 14는, 실시례 6의 화상 표시 장치를 상방에서 바라본 모식도.
도 15는, 실시례 7의 두부 장착형 디스플레이를 정면에서 바라본 모식도.
도 16은, 실시례 7의 두부 장착형 디스플레이(단, 프레임을 제거하였다고 상정한 때의 상태)를 정면에서 바라본 모식도.
도 17은, 실시례 7의 두부 장착형 디스플레이를 상방에서 바라본 모식도.
도 18은, 실시례 8의 두부 장착형 디스플레이를 정면에서 바라본 모식도.
도 19는, 실시례 8의 두부 장착형 디스플레이(단, 프레임을 제거하였다고 상정한 때의 상태)를 정면에서 바라본 모식도.
도 20은, 실시례 8의 두부 장착형 디스플레이를 상방에서 바라본 모식도.
도 21은, 종래의 화상 표시 장치의 개념도.
도 22는, 도 21에 도시한 것과는 다른 형식의 종래의 화상 표시 장치의 개념도.
도 23A는, 다른 방향에서 도 22에 도시한 형식의 종래의 화상 표시 장치를 바라본 개념도, 도 23B는, 종래의 화상 생성 장치의 중심에 위치하는 화소에 입사하고, 이 화소로부터 출사된 광으로서, XZ평면에서 바라본 때의 광의 전파 상태를 모식적으로 도시하는 도면.
도 24의 (A)는, 종래의 화상 표시 장치에서의 문제점을 설명하기 위한 도면, 도 24의 (B)은, 콜리메이트 광학계의 중심부 및 상단부에서 출사하고, 도광판을 도광되는 광의 전파 상태를 모식적으로 도시하는 도면.
이하, 도면을 참조하여, 실시례에 의거하여 본 개시를 설명하지만, 본 개시는 실시례로 한정되는 것이 아니고, 실시례에서의 여러가지의 수치나 재료는 예시이다. 또한, 설명은, 이하의 순서로 행한다.
1. 본 개시된 화상 표시 장치, 화상 생성 장치 및 투과형 공간 광변조 장치, 전반에 관한 설명
2. 실시례 1(본 개시된 화상 표시 장치, 화상 생성 장치 및 투과형 공간 광변조 장치)
3. 실시례 2(실시례 1의 변형)
4. 실시례 3(실시례 1 내지 실시례 2의 변형)
5. 실시례 4(실시례 1 내지 실시례 3의 변형)
6. 실시례 5(실시례 1 내지 실시례 4의 변형)
7. 실시례 6(실시례 1 내지 실시례 4의 다른 변형)
8. 실시례 7(실시례 1 내지 실시례 6의 변형)
9. 실시례 8(실시례 7의 변형), 기타
[본 개시된 화상 표시 장치, 화상 생성 장치 및 투과형 공간 광변조 장치, 전반에 관한 설명]
본 개시된 화상 표시 장치에서의 투과형 공간 광변조 장치, 본 개시된 화상 생성 장치에서의 투과형 공간 광변조 장치, 또는, 본 개시된 투과형 공간 광변조 장치(이하, 이들의 투과형 공간 광변조 장치를, 총칭하여, 단지, 『본 개시된 투과형 공간 광변조 장치 등』으로 부르는 경우가 있다)는, 광 입사측에, 각 화소에 대응한 제2 마이크로 렌즈를 갖는 제2 마이크로 렌즈 어레이를 구비하고 있고 ; 광원으로부터 제2 마이크로 렌즈에 입사하는 광의 입사 입체각을 ωin -2, 제2 마이크로 렌즈로부터 출사하는 광의 출사 입체각(광의 퍼짐각)을 ωout -2로 하였을 때, ωout>ωin=ωout -2>ωin -2를 만족하는 형태로 할 수 있다.
또는 또한, 본 개시된 투과형 공간 광변조 장치 등은, 광 입사측에, 광확산판을 구비하고 있는 형태로 할 수 있다.
이상에 설명한 바람직한 형태를 포함하는 본 개시된 화상 표시 장치에서의 화상 생성 장치 또는 본 개시된 화상 생성 장치는, 라이트 파이프를 또한 구비하고 있고, 광원으로부터 출사된 광은, 라이트 파이프를 경유하여 투과형 공간 광변조 장치에 입사하는 구성으로 할 수 있다. 여기서, 라이트 파이프란, 광을, 다각주 또는 다각추의 측면에서, 복수회, 반사시킴으로써, 균일한 면광원을 얻기 위해 사용되는 광학 소자이고, 호모지나이저라고도 불린다. 내부를 중공으로 하고 측면을 미러로 구성한 것, 및, 유리 등의 투명한 물질로 제작하고, 측면에서의 전반사를 이용한 것이 있다.
이상에 설명한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시된 화상 표시 장치에서의 화상 생성 장치 또는 본 개시된 화상 생성 장치에서, 화상 생성 장치의 중심부터 출사된 광이 도광 수단에 입사하는 점을 점(O), 점(O)을 통과하는 도광 수단의 부분에서의 법선을 X축, 점(O)을 통과하는 도광 수단의 부분에서의 도광 수단의 축선을 Y축, 화상 생성 장치의 중심부터 출사된 광으로서 도광 수단의 점(O)에 입사하는 광의 광축을 ζ축으로 하고, ζ축과 Y축이 포함되는 가상 평면을 ζY평면으로 하였을 때, 화상 생성 장치로부터 출사되고, 도광 수단의 점(0, Y1, Z1)에 입사하는 광은, ζY평면과 각도(경사각도)(θZ)를 이루고, 또한, XZ평면과 각도(θY)를 이루고 ; Z1≠0인 경우, θZ≠θY를 만족하는 구성으로 할 수 있다. 이와 같이, Z1≠0인 경우, θZ≠θY를 만족함에 의해, 도광 수단으로부터 출사된 광속의 일부가 눈동자에 도달하지 않고, 일종의 베네팅이 생긴다는 현상의 발생을 보다 한층 확실하게 억제할 수 있고, 화상 생성 장치로부터 출사된 광의 이용 효율의 보다 한층의 향상을 도모할 수 있는 결과, 화상 생성 장치에서의 소비 전력의 보다 한층의 저감을 도모할 수 있다. 즉, 상술한 본 개시의 제2의 목적을 달성할 수 있다.
그리고, 이와 같은 구성에서는, Y1의 값에 관계없이 θY의 값은 일정하고, Z1의 절대치가 증가함에 따라, 경사각도(θZ)의 절대치는 증가하는 구성으로 할 수 있다. 그리고, Z1의 절대치가 증가함에 따라, 경사각도(θZ)의 절대치는 단조(單調)로 증가하고, 또는, 계단형상으로 증가하는 형태로 할 수 있다. Y1의 값에 관계없이 θY의 값을 일정하게 하는 경우, 구체적으로는, 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, θY=0으로 하면 좋다. 나아가서는, 화소의 광축과, 이 화소에 대응하는 마이크로 렌즈의 광축과의 어긋남량은, (0, Y1, Z1)의 값에 의거하여 규정되는 구성으로 할 수 있다. 또는 또한, 화소의 광축과, 이 화소에 대응하는 마이크로 렌즈의 광축을, (0, Y1, Z1)의 값에 의거하지 않는 대신에, 마이크로 렌즈의 광축을, (0, Y1, Z1)의 값에 의거하여 기울이는 구성으로 할 수도 있고, 이 경우에는, 마이크로 렌즈의 광 출사면의 곡률을 적절하게 설계하면 좋다.
이상에 설명한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시된 투과형 공간 광변조 장치 등에서, 마이크로 렌즈 어레이는, 원주(圓柱) 렌즈 어레이 또는 아나모르픽 렌즈 어레이로 이루어지는 형태로 할 수 있다. 마찬가지로, 제2 마이크로 렌즈 어레이는, 원주 렌즈 어레이 또는 아나모르픽 렌즈 어레이로 이루어지는 형태로 할 수 있다. 이 경우, 마이크로 렌즈로부터 출사되는 광의 출사 입체각(광의 퍼짐각)은, 마이크로 렌즈의 축선(원주축)과 수직한 가상 평면에 광을 사영한 때의 각도이다.
나아가서는, 이상에 설명한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시된 화상 생성 장치에서, 편향 수단은,
도광판에 입사된 광이 도광판의 내부에서 전반사되도록, 도광판에 입사된 광을 편향시키는 제1 편향 수단, 및,
도광판의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 도광판으로부터 출사시키기 위해, 도광판의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 복수회에 걸쳐서 편향시키는 제2 편향 수단,
으로 구성되어 있는 형태로 할 수 있다.
나아가서는, 이상에 설명한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시된 화상 표시 장치 또는 화상 생성 장치에서, 도광 수단은,
(B-1) 입사된 광을 내부를 전반사에 의해 전파시킨 후, 출사하는 도광판,
(B-2) 도광판에 입사된 광이 도광판의 내부에서 전반사되도록, 도광판에 입사된 광을 편향시키는 제1 편향 수단, 및,
(B-3) 도광판의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 도광판으로부터 출사시키기 위해, 도광판의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 복수회에 걸쳐서 편향시키는 제2 편향 수단,
을 구비하고 있는 형태로 할 수 있다.
나아가서는, 이상에 설명한 바람직한 형태, 구성을 포함하는 본 개시된 투과형 공간 광변조 장치 등은, 투과형 액정 표시 장치로 이루어지는 구성으로 할 수 있다.
마이크로 렌즈 또는 마이크로 렌즈 어레이, 제2 마이크로 렌즈 또는 제2 마이크로 렌즈 어레이는, 주지의 방법으로 제작할 수 있다. 마이크로 렌즈는, 정의 파워를 갖고 있어도 좋고, 부의 파워를 갖고 있어도 좋다. 마이크로 렌즈 어레이는, 투과형 공간 광변조 장치의 광 출사측에, 투과형 공간 광변조 장치에 인접하여, 또는, 투과형 공간 광변조 장치와 접하여서 배설되어 있어도 좋고, 투과형 공간 광변조 장치의 내부에, 투과형 공간 광변조 장치와 일체화되어 배설되어 있어도 좋다. 마찬가지로, 제2 마이크로 렌즈 어레이는, 투과형 공간 광변조 장치의 광 입사측에, 투과형 공간 광변조 장치에 인접하여, 또는, 투과형 공간 광변조 장치와 접하여서 배설되어 있어도 좋고, 투과형 공간 광변조 장치의 내부에, 투과형 공간 광변조 장치와 일체화되어 배설되어 있어도 좋다. 투과형 공간 광변조 장치의 내부에 투과형 공간 광변조 장치와 일체화되어 배설하는 경우, 예를 들면, 투과형 공간 광변조 장치를 구성하는 투명 기판의 내면에 오목부를 형성하고, 이 오목부에, 투명 기판을 구성하는 재료의 굴절율과는 다른 굴절율을 갖는 투명 재료를 충전함으로써, 마이크로 렌즈 또는 제2 마이크로 렌즈를 형성할 수 있다.
광원으로서, 발광 소자, 예를 들면, LED를 들 수 있다. 광원을 구성하는 발광 소자로서, 적색 발광 소자, 녹색 발광 소자, 청색 발광 소자, 백색 발광 소자를 들 수 있고, 또는 또한, 적색 발광 소자, 녹색 발광 소자 및 청색 발광 소자로부터 출사된 적색광, 녹색광 및 청색광을 라이트 파이프를 이용하여 혼색, 휘도 균일화를 행함으로써 백색광을 얻어도 좋다. 화소의 수는, 화상 표시 장치에 요구되는 사양에 의거하여 결정하면 좋고, 구체적인 값으로서, 320×240, 432×240, 640×480, 854×480, 1024×768, 1920×1080을 예시할 수 있다.
또한, 투과형 공간 광변조 장치로부터 출사된 광을 평행광으로 하는 콜리메이트 광학계로 이루어지는 평행광 출사 광학계를 구비하고 있고, 평행광 출사 광학계(콜리메이트 광학계)로부터의 광이 도광 수단에 입사되는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 평행광 출사 광학계(콜리메이트 광학계)로서, 볼록 렌즈, 오목 렌즈, 자유곡면 프리즘, 홀로그램 렌즈를, 단독, 또는, 조합시킨, 전체로서 정의 광학적 파워를 갖는 광학계를 예시할 수 있다. 평행광 출사 광학계(콜리메이트 광학계)와 도광 수단과의 사이에는, 평행광 출사 광학계로분터 불소망하는 광이 출사되어 도광 수단에 입사하지 않도록, 개구부를 갖는 차광 부재를 배치하여도 좋다. 콜리메이트 광학계로 이루어지는 평행광 출사 광학계에 의해 복수의 평행광이 된 광을 도광판에 입사시키는데, 이와 같은, 평행광일 것의 요청은, 이들의 광이 도광판에 입사한 때의 광파면(光波面) 정보가, 제1 편향 수단과 제2 편향 수단을 통하여 도광판으로부터 출사된 후도 보존될 필요가 있는 것에 근거한다. 또한, 복수의 평행광을 생성시키기 위해서는, 구체적으로는, 예를 들면, 평행광 출사 광학계에서 초점 거리의 곳(위치)에, 화상 생성 장치의 광 출사부를 위치시키면 좋다. 평행광 출사 광학계는, 화소의 위치 정보를 도광 수단에서의 각도 정보로 변환하는 기능을 갖는다.
화상 생성 장치의 중심부터 출사되고, 평행광 출사 광학계의 화상 생성 장치측 절점(節點)을 통과하고, 도광 수단에 입사하는 광선을 『중심 입사광선』이라고 부른다. 중심 입사광선은, 도광 수단의 점(O)에 입사한다. 이 점(O)을 도광 수단 중심점이라고 부르는 경우가 있다. 상술한 바와 같이, 도광 수단 중심점을 통과하고, 도광 수단의 축선 방향과 평행한 축선을 Y축, 도광 수단 중심점을 통과하고, 도광 수단의 법선과 일치하는 축선을 X축으로 한다.
제1 편향 수단은, 도광판에 입사된 광을 반사하고, 제2 편향 수단은, 도광판의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을, 복수회에 걸쳐서, 투과, 반사하는 구성으로 할 수 있다. 그리고, 이 경우, 제1 편향 수단은 반사경으로서 기능하고, 제2 편향 수단은 반투과경으로서 기능하는 구성으로 할 수 있다. 또한, 편의상, 이와 같은 도광 수단을, 『제1의 형태의 도광 수단』이라고 부른다.
이와 같은 구성에서, 제1 편향 수단은, 예를 들면, 합금을 포함하는 금속으로 구성되고, 도광판에 입사된 광을 반사시키는 광반사막(일종의 미러)이나, 도광판에 입사된 광을 회절시키는 회절 격자(예를 들면, 홀로그램 회절 격자막)로 구성할 수 있다. 또한, 제2 편향 수단은, 유전체 적층막이 다수 적층된 다층 적층 구조체나, 하프미러 편광빔 스플리터, 홀로그램 회절 격자막으로 구성할 수 있다. 제1 편향 수단이나 제2 편향 수단은, 도광판의 내부에 배설되어 있는데(도광판의 내부에 조립되어 있다), 제1 편향 수단에서는, 도광판에 입사된 평행광이 도광판의 내부에서 전반사되도록, 도광판에 입사된 평행광이 반사 또는 회절된다. 한편, 제2 편향 수단에서는, 도광판의 내부를 전반사에 의해 전파한 평행광이 복수회에 걸쳐서 반사 또는 회절되고, 도광판으로부터 평행광의 상태로 출사된다.
또는 또한, 제1 편향 수단은, 도광판에 입사된 광을 회절하고, 제2 편향 수단은, 도광판의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을, 복수회에 걸쳐서, 회절하는 구성으로 할 수 있다. 또한, 편의상, 이와 같은 도광 수단을, 『제2의 형태의 도광 수단』이라고 부른다. 그리고, 이 경우, 제1 편향 수단 및 제2 편향 수단은 회절 격자 소자로 이루어지는 형태로 할 수 있고, 나아가서는, 회절 격자 소자는, 반사형 회절 격자 소자로 이루어지고, 또는 또한, 투과형 회절 격자 소자로 이루어지고, 또는 또한, 일방의 회절 격자 소자는 반사형 회절 격자 소자로 이루어지고, 타방의 회절 격자 소자는 투과형 회절 격자 소자로 이루어지는 구성으로 할 수 있다. 반사형 회절 격자 소자로서, 반사형 체적 홀로그램 회절 격자를 들 수 있다. 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제1 편향 수단을, 편의상, 『제1 회절 격자 부재』라고 부르고, 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제2 편향 수단을, 편의상, 『제2 회절 격자 부재』라고 부르는 경우가 있다. 회절 격자에서의 간섭줄무늬가 나열하는 방향, 즉, 회절 방향은 Y방향이고, 간섭줄무늬는 Z방향으로 늘어나 있다.
본 개시된 화상 표시 장치에 의해, 단색(예를 들면, 녹색)의 화상 표시를 행할 수가 있고, 컬러의 화상 표시를 행하는 경우, 제1 회절 격자 부재 또는 제2 회절 격자 부재를, 다른 P종류(예를 들면, P=3이고, 적색, 녹색, 청색의 3종류)의 파장대역(또는, 파장)을 갖는 P종류의 광의 회절 반사에 대응시키기 위해, 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 P층의 회절 격자층이 적층되어 이루어지는 구성으로 할 수 있다. 각 회절 격자층에는 1종류의 파장대역(또는, 파장)에 대응하는 간섭줄무늬가 형성되어 있다. 또는 또한, 다른 P종류의 파장대역(또는, 파장)을 갖는 P종류의 광의 회절 반사에 대응하기 위해, 1층의 회절 격자층으로 이루어지는 제1 회절 격자 부재 또는 제2 회절 격자 부재에 P종류의 간섭줄무늬가 형성되어 있는 구성으로 할 수도 있다. 또는 또한, 화각을 예를 들면 3등분하여, 제1 회절 격자 부재 또는 제2 회절 격자 부재를, 각 화각에 대응한 회절 격자층이 적층되어 이루어지는 구성으로 할 수 있다. 그리고, 이들의 구성을 채용함으로써, 각 파장대역(또는, 파장)을 갖는 광이 제1 회절 격자 부재 또는 제2 회절 격자 부재에서 회절 반사된 때의 회절 효율의 증가, 회절 수용각(受容角)의 증가, 회절각의 최적화를 도모할 수 있다.
제1 회절 격자 부재 및 제2 회절 격자 부재를 구성하는 재료로서, 포토 폴리머 재료를 들 수 있다. 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제1 회절 격자 부재 및 제2 회절 격자 부재의 구성 재료나 기본적인 구조는, 종래의 반사형 체적 홀로그램 회절 격자의 구성 재료나 구조와 같으면 좋다. 반사형 체적 홀로그램 회절 격자란, +1차 회절광만을 회절 반사하는 홀로그램 회절 격자를 의미한다. 회절 격자 부재에는, 그 중부로부터 표면에 걸쳐서 간섭줄무늬가 형성되어 있는데, 이러한 간섭줄무늬 그 자체의 형성 방법은, 종래의 형성 방법과 같으면 좋다. 구체적으로는, 예를 들면, 회절 격자 부재를 구성하는 부재(예를 들면, 포토 폴리머 재료)에 대해 일방의 측의 제1의 소정의 방향에서 물체광을 조사하고, 동시에, 회절 격자 부재를 구성한 부재에 대해 타방의 측의 제2의 소정의 방향에서 참조광을 조사하고, 물체광과 참조광에 의해 형성되는 간섭줄무늬를 회절 격자 부재를 구성한 부재의 내부에 기록하면 좋다. 제1의 소정의 방향, 제2의 소정의 방향, 물체광 및 참조광의 파장을 적절하게 선택함으로써, 회절 격자 부재의 표면에서의 간섭줄무늬의 소망하는 피치, 간섭줄무늬의 소망하는 경사각(슬랜트각)을 얻을 수 있다. 간섭줄무늬의 경사각(슬랜트각)이란, 회절 격자 부재(또는 회절 격자층)의 표면과 간섭줄무늬가 이루는 각도를 의미한다. 제1 회절 격자 부재 및 제2 회절 격자 부재를, 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 P층의 회절 격자층의 적층 구조로 구성하는 경우, 이와 같은 회절 격자층의 적층은, P층의 회절 격자층을 각각 별개로 제작한 후, P층의 회절 격자층을, 예를 들면, 자외선 경화형 접착제를 사용하여 적층(접착)하면 좋다. 또한, 점착성을 갖는 포토 폴리머 재료를 이용하여 1층의 회절 격자층을 제작한 후, 그 위에 순차적으로 점착성을 갖는 포토 폴리머 재료를 부착하여 회절 격자층을 제작함으로써, P층의 회절 격자층을 제작하여도 좋다.
또는 또한, 본 개시된 화상 표시 장치에서, 도광 수단은, 화상 생성 장치로부터 출사된 광이 입사되고, 관찰자의 눈동자를 향하여 출사되는 반투과 미러로 구성되어 있는 형태로 할 수 있다. 화상 생성 장치로부터 출사된 광은, 공기중을 전파하여 반투과 미러에 입사하는 구조로 하여도 좋고, 예를 들면, 유리판이나 플라스틱판 등의 투명한 부재(구체적으로는, 후술하는 도광판을 구성하는 재료와 같은 재료로 이루어지는 부재)의 내부를 전파하여 반투과 미러에 입사하는 구조로 하여도 좋다. 반투과 미러를, 이 투명한 부재를 통하여 화상 생성 장치에 부착하여도 좋고, 반투과 미러를, 이 투명한 부재와는 다른 부재를 통하여 화상 생성 장치에 부착하여도 좋다.
화상 표시 장치에서, 도광판은, 도광판의 내부 전반사에 의한광 전파 방향(Y방향)과 평행하게 늘어나는 2개의 평행면(제1면 및 제2면)을 갖고 있다. 광이 입사하는 도광판의 면을 도광판 입사면, 광이 출사하는 도광판의 면을 도광판 출사면으로 하였을 때, 제1면에 의해 도광판 입사면 및 도광판 출사면이 구성되어 있어도 좋고, 제1면에 의해 도광판 입사면이 구성되고, 제2면에 의해 도광판 출사면이 구성되어 있어도 좋다.
도광판을 구성하는 재료로서, 석영유리나 BK7 등의 광학 유리를 포함하는 유리나, 플라스틱 재료(예를 들면, PMMA, 폴리카보네이트 수지, 아크릴계 수지, 비정성(菲晶性)의 폴리프로필렌계 수지, AS 수지를 포함하는 스티렌계 수지)를 들 수 있다. 도광판의 형상은, 평판으로 한정하는 것이 아니고, 만곡한 형상을 갖고 있어도 좋다.
본 개시된 화상 표시 장치에 의해, 예를 들면, 두부 장착형 디스플레이(HMD)를 구성할 수 있고, 장치의 경량화, 소형화를 도모할 수 있고, 장치 부착시의 불쾌감을 대폭적으로 경감시키는 것이 가능해지고, 나아가서는, 제조 비용 저감을 도모하는 것도 가능해진다.
두부 장착형 디스플레이는,
(ㄱ) 관찰자의 두부에 장착된 안경형의 프레임, 및,
(ㄴ) 본 개시된 화상 표시 장치,
를 구비하고 있다. 두부 장착형 디스플레이에서는, 본 개시된 화상 표시 장치를, 하나 구비하고 있어도 좋고(편안형(片眼型)), 2개 구비하고 있어도 좋다(양안형). 도광 수단을 반투과형(시-스루형)으로 할 수 있다. 구체적으로는, 적어도 관찰자의 눈동자(양안)에 대향하는 도광 수단의 부분을 반투과(시-스루)로 하고, 이 도광 수단의 부분을 통하여 외경을 바라볼 수 있다.
프레임은, 관찰자의 정면에 배치된 프런트부와, 프런트부의 양단에 힌지를 통하여 회동 자유롭게 부착된 2개의 템플부와, 각 템플부의 선단부에 부착된 모던부로 이루어지고, 나아가서는, 노즈 패드를 구비하고 있다. 두부 장착형 디스플레이의 전체를 바라본 때, 프레임 및 노즈 패드의 조립체는, 림이 없는 점을 제외하고, 통상의 안경과 거의 같은 구조를 갖는다. 프레임을 구성하는 재료는, 금속이나 합금, 플라스틱, 이들의 조합이라는, 통상의 안경을 구성하는 재료와 같은 재료로 구성할 수 있다. 노즈 패드도 주지의 구성, 구조로 할 수 있다.
그리고, 두부 장착형 디스플레이의 디자인상(上), 또는, 두부 장착형 디스플레이의 부착의 용이성이라는 관점에서, 1 또는 2의 화상 생성 장치로부터의 배선(신호선이나 전원선 등)이, 템플부, 및, 모던부의 내부를 통하여, 모던부의 선단부로부터 외부로 늘어나, 제어 장치(제어 수단, 제어 회로)에 접속되어 있는 형태로 하는 것이 바람직하다. 나아가서는, 각 화상 생성 장치는 헤드폰부를 구비하고 있고, 각 화상 생성 장치로부터의 헤드폰부용 배선이, 템플부, 및, 모던부의 내부를 통하여, 모던부의 선단부로부터 헤드폰부로 늘어나 있는 형태로 하는 것이 한층 바람직하다. 헤드폰부로서, 예를 들면, 이너-이어형의 헤드폰부, 커널형의 헤드폰부를 들 수 있다. 헤드폰부용 배선은, 보다 구체적으로는, 모던부의 선단부로부터, 귓바퀴(耳介)(귓바퀴(耳殼))의 뒷측으로 돌아 들어가도록 하여 헤드폰부로 늘어나 있는 형태로 하는 것이 바람직하다.
두부 장착형 디스플레이에서는, 프런트부의 중앙 부분에 촬상 장치가 부착되어 있는 형태로 할 수 있다. 촬상 장치는, 구체적으로는, 예를 들면, CCD 또는 CMOS 센서로 이루어지는 고체 촬상 소자와 렌즈로 구성되어 있다. 촬상 장치로부터의 배선은, 예를 들면, 프런트부의 이면을 통과하고, 일방의 화상 표시 장치에 접속하면 좋고, 나아가서는, 화상 생성 장치로부터 늘어나는 배선에 포함시키면 좋다.
본 개시에서의 화상 표시 장치에서는, 한정하는 것은 아니지만, 중심 입사광선은, XY평면과 0도 이외의 각도(θZ0≠0도)로 교차한 구성, 즉, XY평면에의 입사각(XY평면·입사각)(θZ0)이, θZ0≠0도인 구성으로 할 수 있고, 이에 의해, 화상 표시 장치를 안경형의 프레임의 부착부에 부착할 때의 화상 표시 장치의 부착 각도에 대한 제한이 적어지고, 높은 디자인 자유도를 얻을 수 있다. XY평면이 수평면과 일치한다고 가정한 때, 중심 입사광선이 XY평면과 교차하는 각도(θZ0)는 앙각(仰角)인 구성으로 할 수 있다. 즉, XY평면의 하측부터 중심 입사광선이 XY평면을 향하여, XY평면과 충돌하는 구성으로 할 수 있다. 그리고, 이 경우, XY평면은 수직면과 0도 이외의 각도로 교차하는 것이 바람직하고, 나아가서는, XY평면은 수직면과 각도(θZ0')로 교차하는 것이 바람직하다. 또한, θZ0'의 최대치로서, 한정하는 것은 아니지만, 5도를 들 수 있다. 여기서, 수평면이란, 관찰자가, 수평한 방향에 위치하는 대상물(예를 들면, 무한 원방의 대상물, 지평선이나 수평선)을 바라본 때의 시선(『관찰자의 수평 방향 시선』)이 포함되고, 또한, 수평으로 위치하는 관찰자의 2개의 눈동자가 포함되는 평면이다. 또한, 수직면은, 이 수평면에 대해 수직한 평면이다. 또는 또한, 관찰자가, 수평한 방향에 위치한 대상물(예를 들면, 무한 원방의 대상물, 지평선이나 수평선)을 바라본 때, 도광 수단으로부터 출사되고, 관찰자의 눈동자에 입사하는 중심 입사광선은 부각(俯角)을 이루는 형태로 할 수 있다. 수평면에 대한 이러한 부각으로서, 예를 들면, 5도 내지 45도를 예시할 수 있다.
두부 장착형 디스플레이를 양안형으로 하는 경우,
도광 수단은, 전체로서 화상 생성 장치보다도 관찰자의 얼굴의 중심측에 배치되어 있고,
2개의 화상 표시 장치를 결합한 결합부재를 또한 가지며,
결합부재는, 관찰자의 2개의 눈동자의 사이에 위치하는 프레임의 중앙 부분의 관찰자에 면하는 측에 부착되어 있고,
결합부재의 사영상(射影像)은, 프레임의 사영상 내에 포함되는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 결합부재가, 관찰자의 2개의 눈동자의 사이에 위치하는 프레임의 중앙 부분에 부착되어 있는 구조로 함에 의해, 즉, 화상 표시 장치는, 프레임에, 직접, 부착된 구조로 되어 있지 않으면, 관찰자가 프레임을 두부에 장착한 때, 템플부가 외측을 향하여 넓어진 상태가 되고, 그 결과, 프레임이 변형하였다고 하여도, 이러한 프레임의 변형에 의해, 화상 생성 장치 또는 도광 수단의 변위(위치 변화)가 생기는 일이 없든지, 생겼다고 하여도, 극히 근소하다. 그러므로, 좌우의 화상의 각폭주(輻輳角)이 변화하여 버리는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 게다가, 프레임의 프런트부의 강성을 높일 필요가 없기 때문에, 프레임의 중량 증가, 디자인성의 저하, 비용의 증가를 초래하는 일이 없다. 또한, 화상 표시 장치는, 안경형의 프레임에, 직접, 부착되어 있지 않기 때문에, 관찰자의 기호에 의해 프레임의 디자인이나 색 등을 자유롭게 선택하는 것이 가능하고, 프레임의 디자인이 받는 제약도 적고, 디자인상의 자유도가 높다. 더하여, 결합부재는, 관찰자와 프레임과의 사이에 배치되어 있고, 게다가, 결합부재의 사영상은, 프레임의 사영상 내에 포함된다. 환언하면, 관찰자의 정면에서 두부 장착형 디스플레이를 바라본 때, 결합부재는 프레임에 의해 숨겨져 있다. 따라서, 높은 디자인성, 의장성을 두부 장착형 디스플레이에 줄 수 있다.
또한, 결합부재는, 관찰자의 2개의 눈동자의 사이에 위치하는 프런트부의 중앙 부분(통상의 안경에서의 브리지의 부분에 상당한다)의 관찰자에 면하는 측에 부착되어 있는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
결합부재에 의해 2개의 화상 표시 장치가 결합되어 있는데, 구체적으로는, 결합부재의 각 단부에, 화상 생성 장치가, 부착상태 조정 가능하게 부착되어 있는 형태로 할 수 있다. 그리고, 이 경우, 각 화상 생성 장치는, 관찰자의 눈동자보다도 외측에 위치하고 있는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 나아가서는, 이와 같은 구성에서는, 일방의 화상 생성 장치의 부착부 중심과 프레임의 일단부(일방의 엔드피스(智), 요로이)와의 사이의 거리를 α, 결합부재의 중심부터 프레임의 일단부(일방의 엔드피스)까지의 거리를 β, 타방의 화상 생성 장치의 부착부 중심과 프레임의 일단부(일방의 엔드피스)와의 사이의 거리를 γ, 프레임의 길이를 L로 하였을 때, 0.01×L≤α≤0.30×L, 바람직하게는, 0.05×L≤α≤0.25×L, 0.35×L≤β≤0.65×L, 바람직하게는, 0.45×L≤β≤0.55×L, 0.70×L≤γ≤0.99×L, 바람직하게는, 0.75×L≤γ≤0.95×L을 만족하는 것이 바람직하다. 결합부재의 각 단부에의 화상 생성 장치의 부착은, 구체적으로는, 예를 들면, 결합부재의 각 단부의 3개소에 관통구멍을 마련하고, 관통구멍에 대응한 나사결합부를 화상 생성 장치에 마련하고, 각 관통구멍에 비스를 통과시켜, 화상 생성 장치에 마련된 나사결합부에 나사결합시킨다. 비스와 나사결합부와의 사이에는 스프링을 삽입하여 둔다. 이렇게 하여, 비스의 체결 상태에 의해, 화상 생성 장치의 부착상태(결합부재에 대한 화상 생성 장치의 경사)를 조정할 수 있다.
여기서, 화상 생성 장치의 부착부 중심이란, 화상 생성 장치가 결합부재에 부착되어 있는 상태에서, 화상 생성 장치 및 프레임을 가상 평면에 사영한 때에 얻어지는 화상 생성 장치의 사영상이, 프레임의 사영상이 겹쳐져 있는 부분의 프레임의 축선 방향에 따른 2등분점을 가리킨다. 또한, 결합부재의 중심이란, 결합부재가 프레임에 부착되어 있는 상태에서, 결합부재가 프레임에 접하여 있는 부분의 프레임의 축선 방향에 따른 2등분점을 가리킨다. 프레임의 길이란, 프레임이 만곡하고 있는 경우, 프레임의 사영상의 길이이다. 또한, 사영 방향은, 관찰자의 얼굴에 대해 수직한 방향이라고 한다.
또는 또한, 결합부재에 의해 2개의 화상 표시 장치가 결합되어 있는데, 구체적으로는, 결합부재가, 2개의 도광 수단을 결합하고 있는 형태로 할 수도 있다. 2개의 도광 수단이 일체적으로 제작되어 있는 경우가 있고, 이와 같은 경우, 이러한 일체적으로 제작된 도광 수단에 결합부재가 부착되어 있는데, 이러한 형태도, 결합부재가 2개의 도광 수단을 결합하고 있는 형태에 포함된다. 일방의 화상 생성 장치의 중심과 프레임의 일단부와의 사이의 거리를 α' 타방의 화상 생성 장치의 중심과 프레임의 일단부와의 사이의 거리를 γ'로 하였을 때, α', γ'의 값도 상술한 α, γ의 값과 마찬가지로 하는 것이 바람직하다. 화상 생성 장치의 중심이란, 화상 생성 장치가 도광 수단에 부착되어 있는 상태에서, 화상 생성 장치 및 프레임을 가상 평면에 사영한 때에 얻어지는 화상 생성 장치의 사영상이, 프레임의 사영상이 겹쳐져 있는 부분의 프레임의 축선 방향에 따른 2등분점을 가리킨다.
결합부재의 형상은, 결합부재의 사영상이 프레임의 사영상 내에 포함되는 한에 있어서, 본질적으로 임의이고, 예를 들면, 봉형상, 세장판형상(細長板狀)을 예시할 수 있다. 결합부재를 구성하는 재료도, 금속이나 합금, 플라스틱, 이들의 조합을 들 수 있다.
실시례 1
실시례 1은, 본 개시된 화상 표시 장치, 화상 생성 장치, 및, 투과형 공간 광변조 장치에 관한 것으로, 구체적으로는, 실시례 1의 화상 표시 장치는 제1의 형태의 도광 수단을 구비하고 있다. 실시례 1의 화상 표시 장치의 개념도를 도 1에 도시하는데, 실시례 1의 화상 표시 장치는, 두부 장착형 디스플레이(HMD)에 조립되어 있다. 또한, 실시례 1의 화상 생성 장치의 중심에 위치하는 화소에 입사하고, 이 화소로부터 출사된 광으로서, XZ평면에서 바라본 때의 광의 전파 상태를 도 2A에 모식적으로 도시하고, XY평면에서 바라본 때의 광의 전파 상태를 도 2B 모식적으로 도시한다. 나아가서는, 실시례 1의 화상 표시 장치를 상방에서 바라본 모식도를 도 3에 도시하고, 옆에서 바라본 모식도를 도 4에 도시하고, 정면에서 바라본 모식도를 도 5에 도시하고, 실시례 1의 화상 표시 장치를 관찰자의 두부에 장착한 상태를 상방에서 바라본 도면(단, 화상 표시 장치만을 나타내고, 프레임의 도시는 생략)을 도 6에 도시한다.
실시례 1, 또는, 후술하는 실시례 2 내지 실시례 8의 화상 표시 장치(100, 200, 300)는,
(A) 광원(160), 및, 2차원 매트릭스형상으로 화소(152)가 배열되어 이루어지는 투과형 공간 광변조 장치(150)를 구비한 화상 생성 장치(111), 및,
(B) 화상 생성 장치(111)로부터의 광을, 도광하고, 관찰자(20)의 눈동자(21)를 향하여 출사하는 도광 수단(120, 220, 320),
을 구비하고 있다. 또한, 도면에서는, 편의상, 하나의 화소(152)를 도시하였다.
또한, 실시례 1의 화상 생성 장치(111)는, 입사한 광을 내부를 전반사에 의해 전파시킨 후, 편향 수단에 의해 출사하는 도광판을 구비한 도광 수단(120, 220, 320)에 대해 광을 출사하는 화상 생성 장치로서, 광원(160), 및, 2차원 매트릭스형상으로 화소(152)가 배열되어 이루어지는 투과형 공간 광변조 장치(150)를 구비하고 있다.
그리고, 화상 표시 장치(100, 200, 300) 또는 화상 생성 장치(111)에서의 투과형 공간 광변조 장치(150), 또는 또한, 실시례 1의 투과형 공간 광변조 장치(150)는, 광 출사측에, 각 화소(152)에 대응한 마이크로 렌즈(171)를 갖는 마이크로 렌즈 어레이(170)를 구비하고 있고, 광원(160)으로부터 출사되고(구체적으로는, 후술하는 라이트 파이프(151)로부터 출사되고), 화소(152)에 입사하는 광의 입사 입체각을 ωin, 이 화소(152)를 통과하고, 이 화소(152)에 대응한 마이크로 렌즈(171)로부터 출사하는 광의 출사 입체각(광의 퍼짐각)을 ωout로 하였을 때, ωout>ωin를 만족한다. 환언하면, 투과형 공간 광변조 장치를 조명하는 조명광의 F넘버는, 화상을 구성하는 화상광의 F넘버보다도 크다.
컬러 표시인 경우, 1화소는, 적색을 출사하는 적색 발광 부화소, 녹색을 출사하는 녹색 발광 부화소, 및, 청색을 출사하는 청색 발광 부화소로 구성되어 있는데, 부화소를 화소라고 바꾸어 읽으면 좋다. 실시례 1 또는 후술하는 실시례 2 내지 실시례 8에서, 화상 생성 장치(111)를 구성하는 광원(160)은, 백색광을 출사하는 발광 다이오드로 이루어진다. 또한, 투과형 공간 광변조 장치(150)는, 구체적으로는, 투과형 액정 표시 장치로 이루어지고, 예를 들면, 640×480개의 화소(액정 셀)를 구비하고 있다. 광원(160)으로부터 출사된 백색광은, 라이트 파이프(151)를 통하여 투과형 공간 광변조 장치(150)에 입사한다. 라이트 파이프(151)는, 광을, 다각주 또는 다각추의 측면에서, 복수회, 반사시킴으로써, 균일한 면광원을 얻기 위해 사용되는 광학 소자이고, 내부는 중공이고, 측면은 미러로 구성되어 있다. 또는 또한, 유리 등의 투명한 물질로 제작되어 있고, 측면에서의 전반사를 이용한다.
실시례 1 또는 후술하는 실시례 2 내지 실시례 8에서, 화상 생성 장치(111)에는, 복수의 마이크로 렌즈(171)가 2차원 매트릭스형상으로 배열되어 이루어지는 마이크로 렌즈 어레이(170)가 배설되어 있다. 각 화소(152)로부터 출사된 광은, 이 화소(152)에 대응한 마이크로 렌즈(171)를 통과하여 화상 생성 장치(111)로부터 출사된다. 마이크로 렌즈(171)는, 예를 들면, 원주 렌즈 또는 아나모르픽 렌즈로 구성되어 있다. 여기서, 도광 수단(120, 220)의 Y방향에 대응하는 화상 생성 장치(111)의 방향과 평행에 마이크로 렌즈(171)의 축선(원주축)이 늘어나고, 도광 수단의 XZ평면에 대응한 화상 생성 장치의 가상 평면으로 마이크로 렌즈(171)를 절단한 때의 단면 형상은, 반원이나 원호, 타원 등의 곡선을 일부에 가지는 형상이고, 도광 수단의 YZ평면에 대응하는 화상 생성 장치의 가상 평면으로 마이크로 렌즈(171)를 절단한 때의 단면 형상은 주로 사각형이다. 따라서, 마이크로 렌즈(171)로부터 출사된 광의 출사 입체각(광의 퍼짐각)(ωout)은, XZ평면에 광속을 사영한 때의 각도이다.
여기서, 두부 장착형 디스플레이는,
(ㄱ) 관찰자(20)의 두부에 장착된 안경형의 프레임(10), 및,
(ㄴ) 화상 표시 장치(100, 200, 300),
를 구비하고 있다. 화상 표시 장치를, 하나 구비하고 있어도 좋고(편안형), 2개 구비하고 있어도 좋고(양안형), 실시례에서는, 2개 구비한 양안형으로 하였다. 화상 표시 장치(100, 200, 300)는, 프레임에, 고정하여 부착되어 있어도 좋고, 착탈 자유롭게 부착되어 있어도 좋다. 화상 생성 장치(111)는, 단색(예를 들면, 녹색)의 화상을 표시한다. 또한, 도광 수단(120, 220, 320)은 반투과형(시-스루형)이다. 구체적으로는, 적어도 관찰자(20)의 눈동자(양안)(21)에 대향하는 도광 수단의 부분(보다 구체적으로는, 후술하는 도광판(121, 221) 및 제2 편향 수단(140, 240))은, 반투과(시-스루)이다.
실시례 1, 또는, 후술하는 실시례 2 내지 실시례 8에서, 화상 생성 장치(111)의 중심부터 출사되고, 평행광 출사 광학계(112)의 화상 생성 장치측 절점을 통과하고, 도광 수단(120, 220, 320)에 입사하는 광(중심 입사광선(CL))이 도광 수단(120, 220, 320)에 입사하는 점을 점(O)(도광 수단 중심점(O))으로 하고, 도광 수단 중심점(O)을 통과하는 도광 수단(120, 220, 320)의 부분에서의 법선을 X축, 도광 수단 중심점(O)을 통과하는 도광 수단(120, 220, 320)의 부분에서의 도광 수단(120, 220, 320)의 축선을 Y축으로 한다. 제1 편향 수단(130, 230)의 중심점이, 도광 수단 중심점(O)이다. 또한, 화상 생성 장치(111)의 중심부터 출사된 광으로서 도광 수단(120, 220)의 점(O)(도광 수단 중심점(O))에 입사하는 광의 광축을 ζ축으로 한다. 여기서, (ζ, η, ξ) 직교 좌표계를 상정한 때, (X, Y, Z) 직교 좌표계와 (ζ, η, ξ) 직교 좌표계와의 관계는, X축을 회전 이동시켜서 ζ축과 일치시킨 때의 (x, y, z) 직교 좌표계를 상정한 때, η축은 y축과 일치하고, ξ축은 z축과 일치하는 관계에 있다. 또한, 실시례 1 내지 실시례 8에서는, ζ축은 X축과 일치하고, η축은 Y축과 일치하고, ξ축은 Z축과 일치하고 있다.
그리고, 실시례 1, 또는, 후술하는 실시례 2 내지 실시례 5, 실시례 7 내지 실시례 8의 도광 수단(120, 220)은,
(B-1) 입사된 광을 내부를 전반사에 의해 전파시킨 후, 출사하는 도광판(121, 221),
(B-2) 도광판(121, 221)에 입사된 광이 도광판(121, 221)의 내부에서 전반사되도록, 도광판(121, 221)에 입사된 광을 편향시키는 제1 편향 수단(130, 230), 및,
(B-3) 도광판(121, 221)의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 도광판(121, 221)으로부터 출사시키기 위해, 도광판(121, 221)의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 복수회에 걸쳐서 편향시키는 제2 편향 수단(140, 240),
을 구비하고 있다.
또는 또한, 편향 수단은,
도광판(121, 221)에 입사된 광이 도광판(121, 221)의 내부에서 전반사되도록, 도광판(121, 221)에 입사된 광을 편향시키는 제1 편향 수단(130, 230), 및,
도광판(121, 221)의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 도광판으로부터 출사시키기 위해, 도광판(121, 221)의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 복수회에 걸쳐서 편향시키는 제2 편향 수단(140, 240),
으로 구성되어 있다.
실시례 1에서, 제1 편향 수단(130) 및 제2 편향 수단(140)은 도광판(121)의 내부에 배설되어 있다. 그리고, 제1 편향 수단(130)은, 도광판(121)에 입사된 광을 반사하고, 제2 편향 수단(140)은, 도광판(121)의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을, 복수회에 걸쳐서, 투과, 반사한다. 즉, 제1 편향 수단(130)은 반사경으로서 기능하고, 제2 편향 수단(140)은 반투과경으로서 기능한다. 보다 구체적으로는, 도광판(121)의 내부에 마련된 제1 편향 수단(130)은, 알루미늄(Al)으로 이루어지고, 도광판(121)에 입사된 광을 반사시키는 광반사막(일종의 미러)으로 구성되어 있다. 한편, 도광판(121)의 내부에 마련된 제2 편향 수단(140)은, 유전체 적층막이 다수 적층된 다층 적층 구조체로 구성되어 있다. 유전체 적층막은, 예를 들면, 고유전율 재료로서의 TiO2막, 및, 저유전율 재료로서의 SiO2막으로 구성되어 있다. 유전체 적층막이 다수 적층된 다층 적층 구조체에 관해서는, 특표2005-521099에 개시되어 있다. 도면에서는 6층의 유전체 적층막을 도시하고 있지만, 이것으로 한정하는 것이 아니다. 유전체 적층막과 유전체 적층막과의 사이에는, 도광판(121)을 구성하는 재료와 같은 재료로 이루어지는 박편이 끼여져 있다. 또한, 제1 편향 수단(130)에서는, 도광판(121)에 입사된 평행광이 도광판(121)의 내부에서 전반사되도록, 도광판(121)에 입사된 평행광이 반사(또는 회절)된다. 한편, 제2 편향 수단(140)에서는, 도광판(121)의 내부를 전반사에 의해 전파한 평행광이 복수회에 걸쳐서 반사(또는 회절)되어, 도광판(121)으로부터 평행광의 상태로, 관찰자(20)의 눈동자(21)를 향하여 출사된다.
제1 편향 수단(130)은, 도광판(121)의 제1 편향 수단(130)을 마련한 부분(124)를 절출(切出)함으로써, 도광판(121)에 제1 편향 수단(130)을 형성하여야 할 사면을 마련하고, 이러한 사면에 광반사막을 진공 증착한 후, 도광판(121)의 절출한 부분(124)를 제1 편향 수단(130)에 접착하면 좋다. 또한, 제2 편향 수단(140)은, 도광판(121)을 구성하는 재료와 같은 재료(예를 들면, 유리)와 유전체 적층막(예를 들면, 진공 증착법에 성막할 수 있다)이 다수 적층된 다층 적층 구조체를 제작하고, 도광판(121)의 제2 편향 수단(140)을 마련하는 부분(125)을 절출하여 사면을 형성하고, 이러한 사면에 다층 적층 구조체를 접착하고, 연마 등을 행하여, 외형을 정돈하면 좋다. 이렇게 하여, 도광판(121)의 내부에 제1 편향 수단(130) 및 제2 편향 수단(140)이 마련된 도광 수단(120)을 얻을 수 있다.
여기서, 실시례 1, 또는, 후술하는 실시례 2 내지 실시례 5, 실시례 7 내지 실시례 8에서, 광학 유리나 플라스틱 재료로 이루어지는 도광판(121, 221)은, 도광판(121, 221)의 내부 전반사에 의한 광 전파 방향(Y방향)과 평행하게 늘어나는 2개의 평행면(제1면(122, 222) 및 제2면(123, 223))을 갖고 있다. 제1면(122, 222)과 제2면(123, 223)은 대향하고 있다. 그리고, 광입사면에 상당하는 제1면(122, 222)으로부터 평행광이 입사되고, 내부를 전반사에 의해 전파한 후, 광 출사면에 상당하는 제1면(122, 222)으로부터 출사된다. 단, 이것으로 한정하는 것이 아니고, 제2면(123, 223)에 의해 광입사면이 구성되고, 제1면(122, 222)에 의해 광 출사면이 구성되어 있어도 좋다.
각 화상 생성 장치(111) 전체는, 몸체(113)(도 1에서는, 1점쇄선으로 나타낸다)내에 보관되어 있고, 이러한 몸체(113)에는 개구부(도시 생략)가 마련되어 있고, 개구부를 통하여 평행광 출사 광학계(콜리메이트 광학계(112))로부터 광이 출사된다.
프레임(10)은, 관찰자(20)의 정면에 배치되는 프런트부(11)와, 프런트부(11)의 양단에 힌지(12)를 통하여 회동 자유롭게 부착된 2개의 템플부(13)와, 각 템플부(13)의 선단부에 부착된 모던부(앞 셀, 귀 받이, 패드라고도 불린다)(14)로 이루어진다. 또한, 노즈 패드(10')가 부착되어 있다. 즉, 프레임(10) 및 노즈 패드(10')의 조립체는, 기본적으로는, 통상의 안경과 개략 같은 구조를 갖는다. 나아가서는, 각 몸체(113)가, 부착부재(19)에 의해 템플부(13)에 부착되어 있다. 프레임(10)은, 금속 또는 플라스틱으로 제작되어 있다. 각 몸체(113)는, 부착부재(19)에 의해 템플부(13)에 착탈 자유롭게 부착되어 있어도 좋다. 또한, 안경을 소유하고, 장착하고 있는 관찰자에 대해서는, 관찰자가 소유하는 안경의 프레임의 템플부에, 각 몸체(113)를 부착부재(19)에 의해 착탈 자유롭게 부착하여도 좋다.
나아가서는, 화상 생성 장치(111A, 111B)로부터 늘어나는 배선(신호선이나 전원선 등)(15)이, 템플부(13), 및, 모던부(14)의 내부를 통하여, 모던부(14)의 선단부로부터 외부로 늘어나, 제어 장치(제어 회로, 제어 수단)(18)에 접속되어 있다. 제어 장치(18)에는, 예를 들면, 외부로부터 화상 신호가 무선에 의해 보내지고, 또는 또한, 제어 장치(18)에는, 화상 신호(화상 데이터)가 기억되어 있다. 그리고, 제어 장치(18)에서, 화상 신호에는 화상 표시를 위한 처리가 이루어진다. 제어 장치(18)는 주지의 회로로 구성할 수 있다. 또한, 각 화상 생성 장치(111A, 111B)는 헤드폰부(16)를 구비하고 있고, 각 화상 생성 장치(111A, 111B)로부터 늘어나는 헤드폰부용 배선(16')이, 템플부(13), 및, 모던부(14)의 내부를 통하여, 모던부(14)의 선단부로부터 헤드폰부(16)로 늘어나 있다. 헤드폰부용 배선(16')은, 보다 구체적으로는, 모던부(14)의 선단부로부터, 귓바퀴(귓바퀴)의 뒤 측을 돌아 들어가도록 하여 헤드폰부(16)로 늘어나 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 헤드폰부(16)나 헤드폰부용 배선(16')이 난잡하게 배치되어 있다는 인상을 주는 일이 없고, 세련된 화상 표시 장치로 할 수 있다.
또한, 프런트부(11)의 중앙 부분(11')에는, 필요에 응하여, CCD 또는 CMOS 센서로 이루어지는 고체 촬상 소자와 렌즈(이들은 도시 생략)로 구성된 촬상 장치(17)가, 적절한 부착부재(도시 생략)에 의해 부착되어 있다. 촬상 장치(17)로부터의 신호는, 촬상 장치(17)로부터 늘어나는 배선(도시 생략)을 통하여, 화상 생성 장치(111A)에 송출된다.
실시례 1의 화상 표시 장치, 화상 생성 장치 또는 투과형 공간 광변조 장치에서는, 광원으로부터 출사되고, 화소에 입사하는 광의 입사 입체각을 ωin, 이 화소를 통과하고, 이 화소에 대응한 마이크로 렌즈로부터 출사하는 광의 출사 입체각을 ωout로 하였을 때, ωout>ωin를 만족한다. 따라서, 작은 입사 입체각으로 광원으로부터의 광을 투과형 공간 광변조 장치를 입사시켜도, 투과형 공간 광변조 장치로부터 최종적으로 출사된 광의 출사 입체각을 크게 할 수 있기 때문에(도 2A 참조), 화상에 베네팅이 생기는 것을 억제하면서, 화상의 콘트라스트 저하의 발생을 방지할 수 있다.
종래의 화상 생성 장치의 중심에 위치하는 화소에 입사하고, 이 화소로부터 출사된 광으로서, XZ평면에서 바라본 때의 광의 전파 상태를 모식적으로 도 23B에 도시하는데, 입사광의 입사 입체각을, 예를 들면, 도 2A에 도시한 출사 입체각(ωout)으로 하면, 어떤 화소(152)에 입사하여야 할 광이, 이 어는 화소(152)에 인접하는 화소에도 입사하여 버리는 결과, 불소망하는 편광 상태의 광이 인접하는 화소를 통과하게 되어, 화상의 콘트라스트 저하가 생겨 버린다. 또는 또한, 큰 입사 입체각으로 광원으로부터의 광을 투과형 액정 표시 장치의 화소에 입사시키면, 액정층에 입사하는 광선의 각도가 수직에서 크게 어긋나 버려, 복굴절이 발생하여 직선 편광이 타원화하거나, 입사측 편광판과 출사측 편광판을 조합시킨 편광판 전체의 소광비가 내려가는 결과, 화상의 콘트라스트 저하가 생겨 버린다.
실시례 2
실시례 2는, 실시례 1의 변형이다. 실시례 2의 화상 표시 장치의 개념도를 도 7에 도시하고, 실시례 2의 화상 생성 장치의 중심에 위치하는 화소에 입사하고, 이 화소로부터 출사된 광으로서, XZ평면에서 바라본 때의 광의 전파 상태를 도 2C에 모식적으로 도시한다. 실시례 2의 투과형 공간 광변조 장치(150)에서는, 광 입사측에, 각 화소(152)에 대응한 제2 마이크로 렌즈(173)를 갖는 제2 마이크로 렌즈 어레이(172)를 구비하고 있다. 그리고, 광원(160)으로부터 제2 마이크로 렌즈(173)에 입사하는 광의 입사 입체각을 ωin -2, 제2 마이크로 렌즈(173)로부터 출사하는 광의 출사 입체각(광의 퍼짐각)을 ωout -2로 하였을 때, ωout>ωin=ωout -2>ωin -2를 만족한다. 환언하면, 제2 마이크로 렌즈를 조명하는 조명광의 F넘버는, 투과형 공간 광변조 장치를 조명한 조명광의 F넘버보다도 크다. 투과형 공간 광변조 장치의 화소에 대해 제2 마이크로 렌즈로 조명광을 집광한 것에 의해, 조명광이 투과형 공간 광변조 장치에 형성된 블랙 매트릭스(광이 투과하지 않는 부분)에 충돌하여 조명광에 손실이 발생하는 것을, 방지할 수 있다.
또는 또한, 실시례 2의 화상 표시 장치의 변형례의 개념도를 도 8에 도시하는 바와 같이, 투과형 공간 광변조 장치(150)는, 광 입사측에, 광확산판(174)을 구비하고 있는 형태로 할 수도 있다. 광확산판(174), 그 자체의 구성, 구조는, 주지의 광확산판으로 할 수 있다.
실시례 3
실시례 3은, 실시례 1 내지 실시례 2의 변형이다. 실시례 3의 화상 생성 장치의 중앙부에 위치하는 화소로부터 출사된 광으로서, XZ평면에서 바라본 때의 광의 전파 상태, 및, XY평면에서 바라본 때의 광의 전파 상태를 모식적으로 도 9A 및 도 9B에 도시한다. 또한, 실시례 3의 화상 생성 장치로부터 출사되고, 도광 수단을 도광되고, 눈동자에 도달하는 광의, XZ평면 및 XY평면 내에 상당하는 평면 내에서의 전파 상태를 모식적으로 도 10A에 도시하고, 화상 생성 장치의 각 화소로부터 출사된 광을 모식적으로 도 10B에 도시하고, 도광 수단과 중심 입사광선과의 관계를 설명하기 위해 도광 수단을 측면에서 바라본 도면을 도 10C에 도시한다.
실시례 3의 화상 생성 장치(111)에서, 화상 생성 장치(111)의 중심부터 출사된 광이 도광 수단(120, 220, 320)에 입사하는 점을 점(O)(도광 수단 중심점(O)), 점(O)을 통과하는 도광 수단(120, 220, 320)의 부분에서의 법선을 X축, 점(O)을 통과하는 도광 수단(120, 220, 320)의 부분에서의 도광 수단(120, 220, 320)의 축선을 Y축, 화상 생성 장치(111)의 중심부터 출사된 광으로서 도광 수단(120, 220, 320)의 점(O)에 입사하는 광(중심 입사광선(CL))의 광축을 ζ축으로 하고, ζ축과 Y축이 포함되는 가상 평면을 ζY평면으로 하였을 때, 화상 생성 장치(111)로부터 출사되고, 도광 수단(120, 220, 320)의 점(0, Y1, Z1)에 입사하는 광은, ζY평면과 경사각도(θZ)를 이루고, 또한, XZ평면과 각도(θY)를 이루고 ; Z1≠0인 경우, θZ≠θY를 만족하는 구성으로 할 수 있다. 이와 같이, Z1≠0인 경우, θZ≠θY를 만족함에 의해, 도광 수단(120, 220, 320)으로부터 출사된 광속의 일부가 눈동자(21)에 도달하지 않고, 일종의 베네팅이 생긴다는 현상의 발생을 보다 한층 확실하게 억제할 수 있고, 화상 생성 장치(111)로부터 출사된 광의 이용 효율의 보다 한층의 향상을 도모할 수 있는 결과, 화상 생성 장치(111)에서의 소비 전력의 보다 한층의 저감을 도모할 수 있다. 그리고, 이와 같은 구성에서는, Y1의 값에 관계없이 θY의 값은 일정하고, Z1의 절대치가 증가함에 따라, 경사각도(θZ)의 절대치는 증가하는 구성으로 할 수 있다. 여기서, Z1의 절대치가 증가함에 따라, 경사각도(θZ)의 절대치는 단조로 증가하고, 또는, 계단형상으로 증가하는 형태로 할 수 있다. Y1의 값에 관계없이 θY의 값을 일정하게 할 때, 구체적으로는, 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, θY=0으로 하면 좋다. 나아가서는, 화소(152)의 광축과, 이 화소(152)에 대응하는 마이크로 렌즈(171)의 광축과의 어긋남량은, (0, Y1, Z1)의 값에 의거하여 규정되는 구성으로 할 수 있다. 또는 또한, 화소의 광축과, 이 화소에 대응하는 마이크로 렌즈(171)의 광축을, (0, Y1, Z1)의 값에 의거하지 않는 대신에, 마이크로 렌즈(171)의 광축을, (0, Y1, Z1)의 값에 의거하여 기울이는 구성으로 할 수도 있고, 이 경우에는, 마이크로 렌즈(171)의 광 출사면의 곡률을 적절하게 설계하면 좋다.
그런데, 실시례 3에서는, ζ축은 X축과 일치하고, η축은 Y축과 일치하고, ξ축은 Z축과 일치하고 있기 때문에, XY평면, XZ평면, YZ평면은, ζη평면, ζξ평면, ηξ평면과 일치하고, 또한, ζY평면은 XY평면과 일치한다. 그러면, 화상 생성 장치(111)로부터 출사되고, 도광 수단(120, 220, 320)의 점(0, Y1, Z1)에 입사하는 광은, ζY평면(실시례에서는 XY평면)과 경사각도(θZ)를 이루고, 또한, XZ평면과 각도(θY)를 이루고, Z1≠0인 경우, θZ≠θY를 만족한다. 화상 생성 장치(111)로부터 출사되고, 도광 수단(120, 220, 320)의 점(0, 0, 0)에 입사하는 광(중심 입사광선(CL))은, 도광 수단(120, 220, 320)의 XY평면에의 입사각(XY평면·입사각)을 θZ0로 하였을 때, θZ0=0도이다(도 10C 참조). 또한, θY=0도로 하였다.
그리고, 실시례 3에서는, Y1의 값에 관계없이 θY의 값은 일정하고, Z1의 절대치가 증가함에 따라, 경사각도(θZ)의 절대치는 증가한다. Z1의 절대치가 증가함에 따라, 경사각도(θZ)의 절대치는 단조로 증가하는 구성으로 하여도 좋고, 계단형상으로 증가하는 구성으로 하여도 좋다. 경사각도(θZ)의 값이나, 후술하는 어긋남량은, 화상 표시 장치, 화상 생성 장치, 도광 수단의 사양, 설계에 의거하여, 각종의 시험이나 시뮬레이션을 행하여, 최적화를 도모하면 좋다.
실시례 3의 화상 생성 장치(111)의 상단부(구체적으로는, 투과형 공간 광변조 장치(150))에 위치한 화소(152E)로부터 출사되고, 대응하는 마이크로 렌즈(171E)를 통과한 광으로서고, XZ평면에서 바라본 때의 광의 전파 상태를, 도 9A에 모식적으로 도시하고, XY평면에서 바라본 때의 광의 전파 상태를, 도 9B에 모식적으로 도시한다. 실시례 3의 화상 생성 장치(111)의 중앙부에 위치하는 화소(152)로부터 출사되고, 대응하는 마이크로 렌즈를 통과한 광으로서, XZ평면 및 XY평면에서 바라본 때의 광의 전파 상태는, 도 2A 및 도 2B에 모식적으로 도시한 것과 마찬가지이다.
여기서, 화소(152)의 광축(화소(152)의 중심을 통과하는 법선)(AX1)과, 이 화소(152)에 대응하는 마이크로 렌즈(171)의 광축(마이크로 렌즈(171)의 중심을 통과한 법선)(AX2)과의 어긋남량은, (0, Y1, Z1)의 값에 의거하여 규정된다. 도 2A 및 도 2B에 도시하는 예에서는, 실시례 3의 화상 생성 장치(111)의 중앙부에 위치하는 화소로부터 출사된 광이기 때문에, (0, Y1, 0)이고, 화소(152)의 광축(AX1)과, 이 화소(152)에 대응하는 마이크로 렌즈(171)의 광축(AX2)과의 어긋남량은 「0」이다. 한편, 도 9A에 도시하는 예에서는, 실시례 3의 화상 생성 장치(111)의 상단부에 위치한 화소(152E)로부터 출사된 광이기 때문에, 화소(152)의 광축(AX1)과, 이 화소(152)에 대응하는 마이크로 렌즈(171)의 광축(AX2)과의 어긋남량은 최대이다. 그런데, 경사각도(θZ)의 값이 커지면, 콜리메이트 광학계(112)로부터 눈동자(21)까지의 거리가 길어지고, 통상, 화상의 콘트라스트 저하가 생긴다. 그러므로, 콜리메이트 광학계(112)로부터 눈동자(21)까지의 거리가 길어져도 화상의 콘트라스트 저하가 가능한 한 생기지 않도록, 화소(152)의 광축(AX1)과, 이 화소(152)에 대응하는 마이크로 렌즈(171)의 광축(AX2)과의 어긋남량의 최적화를 도모하면 좋다. 화상 생성 장치(111)의 각 화소(152)로부터 출사되는 광을 도 10B에 모식적으로 도시하는데, 도 10B에서, 둥근표시(丸印)는 화소(152)를 나타내고, 화소(152)에 그려진 화살표 또는 흑점은, 화소(152)로부터 출사되고, 마이크로 렌즈 어레이(170)를 통과한 광이 향하는 방향을 모식적으로 도시한다.
또한, 마이크로 렌즈(171)로부터 출사되는 광의 출사 입체각(방사각, 발산각)(ωout)은, 화소(152)에의 입사 입체각(ωin)보다도 크다(도 9A 참조). 마이크로 렌즈(171)로부터 출사된 광의 출사 입체각(광의 퍼짐각)은, XZ평면에 광속을 사영한 때의 각도이다.
실시례 3의 화상 생성 장치(111)로부터 출사되고, 도광 수단(120)을 도광되고, 눈동자(21)에 도달하는 광의, XZ평면 및 XY평면 내에 상당하는 평면 내에서의 전파 상태를 모식적으로 도 10A에 도시한다. 그런데, 이와 같이, 실시례 3에서는, Z1의 절대치가 증가함에 따라, 경사각도(θZ)의 절대치가 증가하기 때문에, 화상 생성 장치(111)로부터 출사되고, 마이크로 렌즈 어레이(170), 평행광 출사 광학계(콜리메이트 광학계(112))를 경유하여, 도광 수단(120)을 도광된 광속의 전부(도 10A에서는, 가는 점선(R3)으로 나타낸다)를, 눈동자(21)에 도달시킬 수 있다. 그러므로, 화상 생성 장치(111)로부터 출사된 광의 이용 효율의 보다 한층의 향상을 도모할 수 있고, 화상 생성 장치(111)에서의 소비 전력의 보다 한층의 저감을 달성할 수 있다.
실시례 4
실시례 4는, 실시례 1 내지 실시례 3의 화상 표시 장치의 변형이다. 실시례 4의 화상 표시 장치는 제2의 형태의 도광 수단을 구비하고 있다. 실시례 4의 화상 표시 장치(200)의 개념도를 도 11A에 도시한다. 또한, 반사형 체적 홀로그램 회절 격자의 일부를 확대하여 도시하는 모식적인 단면도를 도 11B에 도시한다. 도광 수단(220)은, 제1 편향 수단 및 제2 편향 수단의 구성, 구조가 다른 점을 제외하고, 기본적인 구성, 구조는, 실시례 1의 도광 수단(120)과 같다.
실시례 4에서, 제1 편향 수단 및 제2 편향 수단은 도광판(221)의 표면(구체적으로는, 도광판(221)의 제2면(223))에 배설되어 있다. 그리고, 제1 편향 수단은, 도광판(221)에 입사된 광을 회절하고, 제2 편향 수단은, 도광판(221)의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을, 복수회에 걸쳐서, 회절한다. 여기서, 제1 편향 수단 및 제2 편향 수단은, 회절 격자 소자, 구체적으로는 반사형 회절 격자 소자, 보다 구체적으로는 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어진다. 이하의 설명에서, 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제1 편향 수단을, 편의상, 「제1 회절 격자 부재(230)」라고 부르고, 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 제2 편향 수단을, 편의상, 「제2 회절 격자 부재(240)」라고 부른다.
그리고, 실시례 4에서, 제1 회절 격자 부재(230) 및 제2 회절 격자 부재(240)는, 1층의 회절 격자층으로 구성되어 있다. 포토 폴리머 재료로 이루어지는 각 회절 격자층에는, 1종류의 파장대역(또는, 파장)에 대응하는 간섭줄무늬가 형성되어 있고, 종래의 방법으로 제작되어 있다. 회절 격자층(회절 광학 소자)에 형성된 간섭줄무늬의 피치는 일정하고, 간섭줄무늬는 직선형상이고, Z축에 평행하게 늘어난다. 제1 회절 격자 부재(230) 및 제2 회절 격자 부재(240)의 축선은 Y축과 평행이고, 법선은 X축과 평행이다.
다른 P종류(구체적으로는, P=3이고, 적색, 녹색, 청색의 3종류)의 파장대역(또는, 파장)을 갖는 P종류의 광의 회절 반사에 대응시키기 위해, 제1 회절 격자 부재(230) 및 제2 회절 격자 부재(240)를, 반사형 체적 홀로그램 회절 격자로 이루어지는 P층의 회절 격자층이 적층되어 이루어지는 구성으로 할 수도 있다. 포토 폴리머 재료로 이루어지는 각 회절 격자층에는, 1종류의 파장대역(또는, 파장)에 대응하는 간섭줄무늬가 형성되어 있고, 종래의 방법으로 제작되어 있다. 보다 구체적으로는, 적색의 광을 회절 반사하는 회절 격자층과, 녹색의 광을 회절 반사하는 회절 격자층과, 청색의 광을 회절 반사하는 회절 격자층이 적층된 구조를, 제1 회절 격자 부재(230) 및 제2 회절 격자 부재(240)는 갖는다. 회절 격자층(회절 격자 소자)에 형성된 간섭줄무늬의 피치는 일정하고, 간섭줄무늬는 직선형상이고, Z방향에 평행이다. 도 11A에서는, 제1 회절 격자 부재(230) 및 제2 회절 격자 부재(240)를 1층으로 나타냈다. 이와 같은 구성을 채용함으로써, 각 파장대역(또는, 파장)을 갖는 광이 제1 회절 격자 부재(230) 및 제2 회절 격자 부재(240)에서 회절 반사된 때의 회절 효율의 증가, 회절 수용각의 증가, 회절각의 최적화를 도모할 수 있다.
도 11B에 반사형 체적 홀로그램 회절 격자가 확대한 모식적인 일부 단면도를 도시한다. 반사형 체적 홀로그램 회절 격자에는, 경사각(슬랜트각)(φ)을 갖는 간섭줄무늬가 형성되어 있다. 여기서, 경사각(슬랜트각)(φ)이랑, 반사형 체적 홀로그램 회절 격자의 표면과 간섭줄무늬가 이루는 각도를 가리킨다. 간섭줄무늬는, 반사형 체적 홀로그램 회절 격자의 내부로부터 표면에 걸쳐서, 형성되어 있다. 간섭줄무늬는, 브래그 조건을 충족시키고 있다. 여기서, 브래그 조건이란, 이하의 식(A) 을 만족하는 조건을 가리킨다. 식(A) 중, m은 정의 정수, λ는 파장, d는 격자면의 피치(간섭줄무늬를 포함한 가상 평면의 법선 방향의 간격), Θ는 간섭줄무늬에 입사하는 각도의 여각(餘角)을 의미한다. 또한, 입사각(ψ)으로서 회절 격자 부재에 광이 침입한 경우의, Θ, 경사각(슬랜트각)(φ), 입사각(ψ)의 관계는, 식(B)과 같다.
m·λ=2·d·sin(Θ) (A)
Θ=90°-(φ+ψ) (B)
제1 회절 격자 부재(230)는, 상술한 바와 같이, 도광판(221)의 제2면(223)에 배설(접착)되어 있고, 제1면(222)으로부터 도광판(221)에 입사된 이 평행광이 도광판(221)의 내부에서 전반사되도록, 도광판(221)에 입사된 이 평행광을 회절 반사한다. 나아가서는, 제2 회절 격자 부재(240)는, 상술한 바와 같이, 도광판(221)의 제2면(223)에 배설(접착)되어 있고, 도광판(221)의 내부를 전반사에 의해 전파한 이 평행광을, 복수회, 회절 반사하고, 도광판(221)으로부터 평행광인 채로 제1면(222)으로부터 출사한다. 단, 이것으로 한정하는 것이 아니고, 제2면(223)에 의해 도광판 입사면이 구성되고, 제1면(222)에 의해 도광판 출사면이 구성되어 있어도 좋다.
그리고, 도광판(221)에서도, 평행광이 내부를 전반사에 의해 전파한 후, 출사된다. 또는 또한, 적색, 녹색 및 청색의 3색의 평행광이 내부를 전반사에 의해 전파한 후, 출사된다. 이 때, 도광판(221)이 얇고 도광판(221)의 내부를 진행하는 광로가 길기 때문에, 각 화각(수평 화각)에 의해 제2 회절 격자 부재(240)에 이르기까지의 전반사 회수는 다르다. 보다 상세히 기술하면, 도광판(221)에 입사하는 평행광 중, 제2 회절 격자 부재(240)에 근접하는 방향의 각도(수평 화각)로써 입사하는 평행광의 반사 회수는, 제2 회절 격자 부재(240)로부터 떨어지는 방향의 각도로써 도광판(221)에 입사하는 평행광의 반사 회수보다도 적다. 이것은, 제1 회절 격자 부재(230)에서 회절 반사되는 평행광으로서, 제2 회절 격자 부재(240)에 근접하는 방향의 각도로써 도광판(221)에 입사하는 평행광의 쪽이, 이것과 역방향의 각도로써 도광판(221)에 입사하는 평행광보다도, 도광판(221)의 내부를 전파하여 가는 광이 도광판(221)의 내면과 충돌할 때의 도광판(221)의 법선과 이루는 각도가 커지기 때문이다. 또한, 제2 회절 격자 부재(240)의 내부에 형성된 간섭줄무늬의 형상과, 제1 회절 격자 부재(230)의 내부에 형성된 간섭줄무늬의 형상이란, 도광판(221)의 XZ평면에 대해 대칭의 관계에 있다.
실시례 4의 화상 표시 장치, 두부 장착형 디스플레이는, 이상의 상위점을 제외하고, 실시례 1 내지 실시례 3의 화상 표시 장치, 두부 장착형 디스플레이와 같은 구성, 구조를 갖기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
실시례 5
실시례 5는, 실시례 1 내지 실시례 4에서의 화상 표시 장치의 변형이다. 실시례 5의 화상 표시 장치를 옆에서 바라본 모식도를 도 12A에 도시한다.
실시례 1 내지 실시례 4에서는, 화상 표시 장치(10), 200)에서, 화상 생성 장치(111)의 중심부터 출사되고, 평행광 출사 광학계(112)의 화상 생성 장치측 절점을 통과한 중심 입사광선(CL)은, 도광판(121, 221)의 XY평면에의 입사각(XY평면·입사각)(θZ0)이 0도로 입사하는 설계로 되어 있다. 즉, θZ0=0도이다(도 10C 참조).
즉, 화상 표시 장치(100)로 대표되는 이와 같은 화상 표시 장치에서는, 도 24B에 도시한 바와 같이, 콜리메이트 광학계(112)의 광축상에 있는 화상 생성 장치(111)의 중심부터 출사하는 중심 입사광선(CL)은, 콜리메이트 광학계(112)에 개략 평행광으로 변환된 후, 도광판(121)의 제1면(입사면)(122)에 입사한다. 그리고, 제1 편향 수단(130)에 의해 제1면(122)과 제2면(123)과의 사이에서 전반사되면서, 전파 방향(A)에 따라 진행한다. 계속해서, 이 중심 입사광선(CL)은, 제2 편향 수단(140)에 의해 반사, 회절되어, 도광판(121)의 제1면(122)으로부터 XY평면 내에서의 출사되고, 관찰자(20)의 눈동자(21)에 달한다.
시-스루형의 화상 표시 장치에서, 관찰자(20)가, 수평의 방향에 위치한 관찰 대상물을 바라본 때에, 도광 수단(120, 220)이 방해가 되지 않도록 하기 위해서는, 관찰자의 수평의 방향의 시선(관찰자의 수평 방향 시선)보다도, 도광 수단(120, 220)을 하측으로 비켜서 배치하는 것이 바람직하다. 이와 같은 경우, 화상 표시 장치(10), 200), 전체를, 관찰자의 수평 방향 시선의 하측에 배치한다. 그런데, 이와 같은 구성에서는, 종래의 화상 표시 장치의 한 형태를 도 12B에 도시하는 바와 같이, 화상 표시 장치(100), 전체를, 각도(θZ0")만큼 기울일 필요가 있어서, 관찰자의 두부에의 장착을 위한 안경형의 프레임의 부착부(템플부)와의 관계로부터, 화상 표시 장치(100)를 기울일 수 있는 각도(θZ0")가 제한되거나, 디자인 자유도가 낮아지는 경우가 있다. 그러므로, 관찰자의 수평 방향 시선의 방해가 되지 않도록, 높은 자유도로의 배치를 가능하게 하고, 게다가, 높은 디자인 자유도를 갖는 화상 표시 장치로 하는 것이, 한층, 바람직하다.
실시례 5에서는, 중심 입사광선(CL)은, XY평면과 0도 이외의 각도(θZ0≠0)로 교차하는 구성으로 하였다(도광 수단과 중심 입사광선과의 관계를 설명하기 위해 도광 수단을 측면에서 바라본 도 인 도 10D, 및, 도 12A 참조). 중심 입사광선(CL)은 XZ평면에 포함되어 있다. 또한, 실시례 5에서, 중심 입사광선(CL)이 XY평면과 교차한 각도(θZ0)는 앙각(仰角)이다. 즉, XY평면의 하측부터 중심 입사광선(CL)이 XY평면을 향하여, XY평면과 충돌한다. 그리고, XY평면은 수직면과 0도 이외의 각도, 구체적으로는, 각도(θZ0)로 교차한다.
실시례 5에서는, θZ0=5도로 하였다. 즉, 도광 수단(120, 220)은, 수직면에 대해 각도(θZ0)만큼 기울어져 있다. 환언하면, 도광 수단(120, 220)은, 수평면에 대해 각도 (90-θZ0)도만큼 기울어져 있다. 또한, 도광 수단(120, 220)으로부터 출사되는 중심 입사광선(CL)은, 수평면에 대해 각도 2θZ0만큼 기울어져 있다. 즉, 관찰자(20)가, 수평의 방향, 무한 원방의 대상물을 바라본 때, 도광 수단(120, 220)으로부터 출사되고, 관찰자(20)의 눈동자(21)에 입사하는 중심 입사광선(CL)은 부각(俯角)(θZ0')(=2θZ0)을 이룬다. 중심 입사광선(CL)이 도광 수단(120, 220)의 법선이라고 이루는 각도는 θZ0이다.
실시례 5의 화상 표시 장치에서는, 중심 입사광선(CL)은, XY평면과 0도 이외의 각도(θZ0)로 교차한다. 여기서, 도광 수단(120, 220)으로부터 출사되고, 관찰자(20)의 눈동자(21)에 입사하는 중심 입사광선(CL)은 부각(θZ0')을 이루는데,
θZ0'=2θZ0
의 관계에 있다. 한편, 도 12B에 도시한 예에서는, 같은 부각을 얻으려고 하는 경우, 화상 표시 장치의 전체를 각도(θZ0")만큼 기울일 필요가 있는데, 여기서, θZ0"와 θZ0의 관계는,
θZ0"=2θZ0
이고, 결국, 도 12B에 도시한 예에서는, 도광 수단을 수직면에 대해 2θZ0만큼, 기울여야 한다. 한편, 실시례 5에서는, 도광 수단을 수직면에 대해 θZ0만큼, 기울이면 좋고, 화상 생성 장치를 수평으로 유지하면 좋다. 따라서, 화상 표시 장치를 안경형의 프레임의 부착부에 부착할 때의 화상 표시 장치의 부착 각도에 대한 제한이 적고, 높은 디자인 자유도를 얻을 수 있다. 또한, 도광 수단의 수직면에 대한 경사가, 도 12B에 도시한 예보다도 작기 때문에, 외광이 도광 수단에서 반사하고, 관찰자(20)의 눈동자(21)에 입사한다는 현상이 생기기 어렵다. 그러므로, 보다 고품질의 화상의 표시를 행할 수가 있다.
실시례 5의 화상 표시 장치는, 이상의 상위점을 제외하고, 실시례 1 내지 실시례 4의 화상 표시 장치와 같은 구성, 구조를 갖기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
실시례 6
실시례 6도, 실시례 1 내지 실시례 4에서의 화상 표시 장치의 변형이다. 실시례 6의 화상 표시 장치를 정면에서 바라본 모식도를 도 13에 도시하고, 상방에서 바라본 모식도를 도 14에 도시한다.
실시례 6에서는, 도광 수단(320)은, 화상 생성 장치(111A, 111B)로부터 출사된 광이 입사되고, 관찰자(20)의 눈동자(21)를 향하여 출사되는 반투과 미러로 구성되어 있다. 또한, 실시례 6에서는, 화상 생성 장치(111A, 111B)로부터 출사된 광은, 유리판이나 플라스틱판 등의 투명한 부재(321)의 내부를 전파하여 도광 수단(320)(반투과 미러)에 입사하는 구조로 하고 있지만, 공기중을 전파하여 도광 수단(320)에 입사하는 구조로 하여도 좋다.
각 화상 생성 장치(111A, 111B)는, 프런트부(11)에, 예를 들면, 비스를 이용하여 부착되어 있다. 또한, 부재(321)가 각 화상 생성 장치(111A, 111B)에 부착되고, 도광 수단(320)(반투과 미러)이 부재(321)에 부착되어 있다. 실시례 6의 화상 표시 장치는, 이상의 상위점을 제외하고, 실질적으로, 실시례 1 내지 실시례 4의 화상 표시 장치와 같은 구성, 구조를 갖기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
실시례 7
실시례 7은, 본 개시된 화상 표시 장치, 구체적으로는, 실시례 1 내지 실시례 6에서 설명한 화상 표시 장치(100, 200, 300)를 조립한 두부 장착형 디스플레이에 관한 것이다. 실시례 7의 두부 장착형 디스플레이를 정면에서 바라본 모식도를 도 15에 도시하고, 실시례 7의 두부 장착형 디스플레이(단, 프레임을 제거하였다고 상정한 때의 상태)를 정면에서 바라본 모식도를 도 16에 도시한다. 또한, 실시례 7의 두부 장착형 디스플레이를 상방에서 바라본 모식도를 도 17에 도시한다. 이하의 설명에서는, 화상 표시 장치를 화상 표시 장치(100)에 의거하여 설명하지만, 화상 표시 장치(200, 300)를 적용할 수 있음은 말할 것도 없다.
실시례 7의 두부 장착형 디스플레이는,
(A) 관찰자(20)의 두부에 장착된 안경형의 프레임(10), 및,
(B) 2개의 화상 표시 장치(100),
를 구비하고 있다. 실시례 7 또는 후술하는 실시례 8에서의 두부 장착형 디스플레이에서도, 화상 표시 장치(100)를 2개 구비한 양안형으로 하였다.
그리고, 실시례 7의 두부 장착형 디스플레이는, 2개의 화상 표시 장치(100)를 결합하는 결합부재(30)를 또한 갖고 있다. 결합부재(30)는, 관찰자(20)의 2개의 눈동자(21)의 사이에 위치하는 프레임(10)의 프런트부(11)의 중앙 부분(11')(통상의 안경에서의 브리지의 부분에 상당한다)의 관찰자에 면하는 측에(즉, 관찰자(20)와 프레임(10)과의 사이에), 예를 들면, 비스(도시 생략)를 이용하여 부착되어 있다. 또한, 결합부재(30)의 관찰자(20)에 면하는 측에 노즈 패드(10')가 부착되어 있다. 도 17 및 도 20에서는, 노즈 패드(10')의 도시를 생략하고 있다. 프레임(10) 및 결합부재(30)는 금속 또는 플라스틱으로 제작되어 있고,
결합부재(30)의 형상은 만곡한 봉형상이다.
결합부재(30)의 사영상은, 프레임(10)의 사영상 내에 포함된다. 즉, 관찰자(20)의 정면에서 두부 장착형 디스플레이를 바라본 때, 결합부재(30)는 프레임(10)에 의해 숨겨져 있고, 결합부재(30)는 시인되지 않는다. 또한, 결합부재(30)에 의해 2개의 화상 표시 장치(100)가 결합되어 있는데, 구체적으로는, 화상 생성 장치(111A, 111B)가 몸체(113)에 격납되고, 결합부재(30)의 각 단부에, 몸체(113)가 부착 상태 조정 가능하게 부착되어 있다. 그리고, 각 화상 생성 장치(111A, 111B)는, 관찰자(20)의 눈동자(21)보다도 외측(外側)에 위치하고 있다. 구체적으로는, 일방의 화상 생성 장치(111A)의 부착부 중심(111AC)과 프레임(10)의 일단부(일방의 엔드피스)(10A)와의 사이의 거리를 α, 결합부재(30)의 중심(30C)부터 프레임의 일단부(일방의 엔드피스)(10A)까지의 거리를 β, 타방의 화상 생성 장치(111B)의 부착부 중심(111BC)과 프레임의 일단부(일방의 엔드피스)(10A)와의 사이의 거리를 γ, 프레임의 길이를 L로 하였을 때,
α=0.1×L
β=0.5×L
γ=0.9×L
이다.
결합부재(30)의 각 단부에의 화상 생성 장치(구체적으로는, 화상 생성 장치(111A, 111B))의 부착은, 구체적으로는, 예를 들면, 결합부재의 각 단부의 3부분에 관통구멍(도시 생략)을 마련하고, 관통구멍에 대응한 태핑한 구멍부(나사결합부. 도시 생략)을 화상 생성 장치(111A, 111B)에 마련하고, 각 관통구멍에 비스(도시 생략)를 통과시키고, 화상 생성 장치(111A, 111B)에 마련된 구멍부분에 나사결합시킨다. 비스와 구멍부분과의 사이에는 스프링을 삽입하여 둔다. 이렇게 하여, 비스의 체결 상태에 의해, 화상 생성 장치가 부착 상태(결합부재에 대한 화상 생성 장치의 경사)를 조정할 수 있다. 부착 후, 덮개(도시 생략)에 의해 비스를 숨긴다. 또한, 도 16 및 도 19에서, 결합부재(30, 40)를 명시하기 위해, 결합부재(30, 40)에 사선을 그었다.
이와 같이, 실시례 7의 두부 장착형 디스플레이(HMD)에서는, 결합부재(30)가 2개의 화상 표시 장치(100)를 결합하고 있고, 이 결합부재(30)는, 관찰자(20)의 2개의 눈동자(21)의 사이에 위치하는 프레임(10)의 중앙 부분(11')에 부착되어 있다. 즉, 각 화상 표시 장치(100)는, 프레임(10)에, 직접, 부착된 구조로는 되어 있지 않다. 따라서, 관찰자(20)가 프레임(10)을 두부에 장착한 때, 템플부(13)가 외측을 향하여 넓어진 상태가 되고, 그 결과, 프레임(10)이 변형하였다고 하여도, 이와 같은 프레임(10)의 변형에 의해, 화상 생성 장치(111A, 111B)의 변위(위치 변화)가 생기지 않거나, 생겼다고 하여도, 극히 근소하다. 그러므로, 좌우의 화상의 폭주각이 변화하여 버리는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 게다가, 프레임(10)의 프런트부(11)의 강성을 높일 필요가 없기 때문에, 프레임(10)의 중량 증가, 디자인성의 저하, 비용의 증가를 초래하는 일이 없다. 또한, 화상 표시 장치(100)는, 안경형의 프레임(10)에, 직접, 부착되어 있지 않기 때문에, 관찰자의 기호에 의해 프레임(10)의 디자인이나 색 등을 자유롭게 선택하는 것이 가능하고, 프레임(10)의 디자인이 받는 제약도 적고, 디자인상의 자유도가 높다. 더하여, 관찰자의 정면에서 두부 장착형 디스플레이를 바라본 때, 결합부재(30)는 프레임(10)에 숨기여 있다. 따라서, 높은 디자인성, 의장성을 두부 장착형 디스플레이에 줄 수 있다.
실시례 8
실시례 8은, 실시례 7의 변형이다. 실시례 8의 두부 장착형 디스플레이를 정면에서 바라본 모식도를 도 18에 도시하고, 실시례 8의 두부 장착형 디스플레이(단, 프레임을 제거하였다고 상정한 때의 상태)를 정면에서 바라본 모식도를 도 19에 도시한다. 또한, 실시례 8의 두부 장착형 디스플레이를 상방에서 바라본 모식도를 도 20에 도시한다.
실시례 8의 두부 장착형 디스플레이에서는, 봉형상의 결합부재(40)가, 실시례 7과 다르고, 2개의 화상 생성 장치(111A, 111B)를 결합하는 대신에, 2개의 도광 수단(120)을 결합하고 있다. 또한, 2개의 도광 수단(120)을 일체적으로 제작하고, 이러한 일체적으로 제작된 도광 수단(120)에 결합부재(40)가 부착되어 있는 형태로 할 수도 있다.
여기서, 실시례 8의 두부 장착형 디스플레이에서도, 결합부재(40)는, 관찰자(20)의 2개의 눈동자(21)의 사이에 위치하는 프레임(10)의 중앙 부분(11')에, 예를 들면, 비스를 이용하여 부착되어 있고, 각 화상 생성 장치(111)는, 관찰자(20)의 눈동자(21)보다도 외측에 위치하고 있다. 각 화상 생성 장치(111)는, 도광 수단(120)의 단부에 부착되어 있다. 결합부재(40)의 중심(40C)부터 프레임(10)의 일단부까지의 거리를 β, 프레임(10)의 길이를 L로 하였을 때, β=0.5×L을 만족하고 있다. 실시례 8에서도, α'의 값, γ'의 값은, 실시례 7의 α의 값, γ의 값과 같은 값이다.
실시례 8에서는, 프레임(10), 각 화상 표시 장치는, 실시례 7에서 설명한 프레임(10), 화상 표시 장치와 같은 구성, 구조를 갖는다. 그러므로, 이들의 상세한 설명은 생략한다. 또한, 실시례 8의 두부 장착형 디스플레이도, 이상의 상위점을 제외하고, 실질적으로, 실시례 7의 두부 장착형 디스플레이와 같은 구성, 구조를 갖기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
이상, 본 개시를 바람직한 실시례에 의거하여 설명하였지만, 본 개시는 이들의 실시례로 한정하는 것이 아니다. 실시례에서 설명한 화상 표시 장치, 화상 생성 장치의 구성, 구조는 예시이고, 적절히 변경할 수 있다. 실시례에서는, 하나의 도광판에 2개의 편향 수단을 배설하였지만, 하나의 도광판에, 도광판으로부터 광을 출사시키기 위한 하나의 편향 수단을 배설하여도 좋고, 이 경우, 도광판의 단면부터 광을 입사시키면 좋다. 또한, 실시례에서는, 마이크로 렌즈 어레이를 투과형 공간 광변조 장치의 광 출사측에, 투과형 공간 광변조 장치에 인접하여 배설하였지만, 그 대신에, 투과형 공간 광변조 장치와 접하여 배설하여도 좋고, 투과형 공간 광변조 장치의 내부에, 투과형 공간 광변조 장치와 일체화되어 배설되어 있어도 좋다. 후자의 경우, 예를 들면, 투과형 공간 광변조 장치를 구성하는 투명 기판(출사측의 투명 기판)의 내면에 오목부를 형성하고, 이 오목부에, 투명 기판을 구성하는 재료의 굴절율과는 다른 굴절율을 갖는 투명 재료를 충전함으로써, 마이크로 렌즈를 형성할 수 있다. 또는 또한, 투과형 액정 표시 장치를 구성한 투명 기판(출사측의 투명 기판)과)과상 결정층과의 사이에 위치하는 평탄화층에 오목부를 형성하고, 이 오목부에, 평탄화층을 구성하는 재료의 굴절율과는 다른 굴절율을 갖는 투명 재료를 충전함으로써, 마이크로 렌즈를 형성할 수도 있다. 제2 마이크로 렌즈에 관해서도, 출사측의 투명 기판을 입사측의 투명 기판과 치환하면, 마찬가지로 할 수 있다.
실시례 3에서는, Y방향을, 관찰자에 대해 대강 수평 방향으로 하였지만, 화상 표시 장치나 화상 생성 장치, 도광 수단의 배치 상태에 의해서는, Y방향을, 관찰자에 대해 대강 수직 방향으로 하여도 좋다. 또한, 각도(θY)를 0도 이외의 각도로 하여도 좋고, 이 경우, 도광 수단의 점(0, Y1, Z1)에 입사하는 광은, 도광 수단에서의 광의 도광 방향과 반대의 방향을 향하여 도광 수단에 침입하는, 즉, 도광 수단의 점(0, Y1, Z1)에 입사하는 광은 도광 수단에서의 광의 도광 방향과 전체로서 예각을 이루는, 다시 환언하면, 도광 수단의 점(0, Y1, Z1)에 입사하는 광의 XY평면에의 사영상과 Y축과의 한 각도는 예각인 것이 바람직하다.
또한, 예를 들면, 도광판에 표면 릴리프형 홀로그램(미국 특허 제20040062505A1 참조)를 배치하여도 좋다. 또한, 실시례 4의 도광 수단에서는, 도광판(221)의 제1면(232)에 투과형 홀로그램으로 이루어지는 제1 편향 수단을 배설하고, 제2면(223)에 반사형 홀로그램으로 이루어지는 제2 편향 수단을 배설한다는 구성으로 할 수도 있다. 이와 같은 구성에서는, 제1 편향 수단에 입사한 광은, 회절되어, 도광판 내에서 전반사 조건을 충족시키고, 제2 편향 수단까지 전파된다. 그리고, 제2 편향 수단에서 회절 반사되고, 도광판으로부터 출사된다. 또한, 실시례 4의 도광 수단에서는, 회절 격자 소자를 투과형 회절 격자 소자로 구성할 수도 있고, 또는 또한, 제1 편향 수단 및 제2 편향 수단 중의 어느 한쪽을 반사형 회절 격자 소자로 구성하고, 다른쪽을 투과형 회절 격자 소자로 구성하는 형태로 할 수도 있다. 또는 또한, 회절 격자 소자를, 반사형 블레이즈드 회절 격자 소자나 표면 릴리프형 홀로그램으로 할 수도 있다. 실시례에서는, 오로지, 화상 표시 장치를 2개 구비한 양안형으로 하였지만, 화상 표시 장치를 하나 구비한 편안형으로 하여도 좋다.
또한, 본 개시는, 이하와 같은 구성을 취할 수도 있다.
[1] ≪화상 표시 장치≫
(A) 광원, 및, 2차원 매트릭스형상으로 화소가 배열되어 이루어지는 투과형 공간 광변조 장치를 구비한 화상 생성 장치, 및,
(B) 화상 생성 장치로부터의 광을, 도광하고, 관찰자의 눈동자를 향하여 출사하는 도광 수단을 구비하고 있고,
투과형 공간 광변조 장치는, 광 출사측에, 각 화소에 대응한 마이크로 렌즈를 갖는 마이크로 렌즈 어레이를 구비하고 있고,
광원으로부터 화소에 입사하는 광의 입사 입체각을 ωin, 그 화소를 통과하고, 그 화소에 대응한 마이크로 렌즈로부터 출사하는 광의 출사 입체각을 ωout로 하였을 때, ωout>ωin를 만족하는 화상 표시 장치.
[2] 투과형 공간 광변조 장치는, 광 입사측에, 각 화소에 대응한 제2 마이크로 렌즈를 갖는 제2 마이크로 렌즈 어레이를 구비하고 있고,
광원으로부터 제2 마이크로 렌즈에 입사하는 광의 입사 입체각을 ωin -2, 제2 마이크로 렌즈로부터 출사하는 광의 출사 입체각을 ωout -2로 하였을 때, ωout>ωin=ωout-2>ωin -2를 만족하는 [1]에 기재된 화상 표시 장치.
[3] 투과형 공간 광변조 장치는, 광 입사측에, 광확산판을 구비하고 있는 [1]에 기재된 화상 표시 장치.
[4] 화상 생성 장치는, 라이트 파이프를 또한 구비하고 있고,
광원으로부터 출사된 광은, 라이트 파이프를 경유하여 투과형 공간 광변조 장치에 입사하는 [1] 내지 [3]의 어느 한 항에 기재된 화상 표시 장치.
[5] 화상 생성 장치의 중심부터 출사된 광이 도광 수단에 입사하는 점을 점(O), 점(O)을 통과하는 도광 수단의 부분에서의 법선을 X축, 점(O)을 통과하는 도광 수단의 부분에서의 도광 수단의 축선을 Y축, 화상 생성 장치의 중심부터 출사된 광으로서 도광 수단의 점(O)에 입사하는 광의 광축을 ζ축으로 하고, ζ축과 Y축이 포함되는 가상 평면을 ζY평면으로 하였을 때, 화상 생성 장치로부터 출사되고, 도광 수단의 점(0, Y1, Z1)에 입사하는 광은, ζY평면과 각도(경사각도)(θZ)를 이루고, 또한, XZ평면과 각도(θY)를 이루고,
Z1≠0인 경우, θZ≠θY를 만족하는 [1] 내지 [4]의 어느 한 항에 기재된 화상 표시 장치.
[6] Y1의 값에 관계없이 θY의 값은 일정하고,
Z1의 절대치가 증가함에 따라, θZ의 절대치는 증가하는 [5]에 기재된 화상 표시 장치.
[7] Z1의 절대치가 증가함에 따라, θZ의 절대치는 단조로 증가하고, 또는, 계단형상으로 증가하는 [6]에 기재된 화상 표시 장치.
[8] 화소의 광축과, 그 화소에 대응하는 마이크로 렌즈의 광축과의 어긋남량은, (0, Y 1, Z1)의 값에 의거하여 규정되는 [6] 또는 [7]에 기재된 화상 표시 장치.
[9] 마이크로 렌즈 어레이는, 원주 렌즈 어레이 또는 아나모르픽 렌즈 어레이로 이루어지는 [1] 내지 [8]의 어느 한 항에 기재된 화상 표시 장치.
[10] 도광 수단은,
(B-1) 입사된 광을 내부를 전반사에 의해 전파시킨 후, 출사하는 도광판,
(B-2) 도광판에 입사된 광이 도광판의 내부에서 전반사되도록, 도광판에 입사된 광을 편향시키는 제1 편향 수단, 및,
(B-3) 도광판의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 도광판으로부터 출사시키기 위해, 도광판의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 복수회에 걸쳐서 편향시키는 제2 편향 수단을 구비하고 있는 [1] 내지 [9]의 어느 한 항에 기재된 화상 표시 장치.
[11] 투과형 공간 광변조 장치는 투과형 액정 표시 장치로 이루어지는 [1] 내지 [10]의 어느 한 항에 기재된 화상 표시 장치.
[12] ≪화상 생성 장치≫
입사된 광을 내부를 전반사에 의해 전파시킨 후, 편향 수단에 의해 출사하는 도광판을 구비한 도광 수단에 대해 광을 출사하는 화상 생성 장치로서,
광원, 및, 2차원 매트릭스형상으로 화소가 배열되어 이루어지는 투과형 공간 광변조 장치를 구비하고 있고,
투과형 공간 광변조 장치는, 광 출사측에, 각 화소에 대응한 마이크로 렌즈를 갖는 마이크로 렌즈 어레이를 구비하고 있고,
광원으로부터 화소에 입사하는 광의 입사 입체각을 ωin, 그 화소를 통과하고, 그 화소에 대응한 마이크로 렌즈로부터 출사하는 광의 출사 입체각을 ωout로 하였을 때, ωout>ωin를 만족하는 화상 생성 장치.
[13] 편향 수단은,
도광판에 입사된 광이 도광판의 내부에서 전반사되도록, 도광판에 입사된 광을 편향시키는 제1 편향 수단, 및,
도광판의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 도광판으로부터 출사시키기 위해, 도광판의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 복수회에 걸쳐서 편향시키는 제2 편향 수단으로 구성되어 있는 [12]에 기재된 화상 생성 장치.
[14] ≪투과형 공간 광변조 장치≫
2차원 매트릭스형상으로 화소가 배열되어 이루어지는 투과형 공간 광변조 장치로서,
광 출사측에, 각 화소에 대응한 마이크로 렌즈를 갖는 마이크로 렌즈 어레이를 구비하고 있고,
광원으로부터 출사되고, 화소에 입사하는 광의 입사 입체각을 ωin, 그 화소를 통과하고, 그 화소에 대응한 마이크로 렌즈로부터 출사하는 광의 출사 입체각을 ωout로 하였을 때, ωout>ωin를 만족하는 투과형 공간 광변조 장치.
10 : 프레임
10' : 노즈 패드
11 : 프런트부
12 : 힌지
13 : 템플부
14 : 모던부
15 : 배선(신호선이나 전원선 등)
16 : 헤드폰부
16' : 헤드폰부용 배선
17 : 촬상 장치
18 : 제어 장치(제어 회로)
19 : 부착부재
20 : 관찰자
21 : 눈동자
30, 40 : 결합부재
100, 200, 300 : 화상 표시 장치
111, 111A, 111B : 화상 생성 장치
112 : 평행광 출사 광학계(콜리메이트 광학계)
113 : 몸체
120, 220, 320 : 도광 수단
121, 221 : 도광판
122, 222 : 도광판의 제1면
123, 223 : 도광판의 제2면
321 : 부재
124, 125 : 도광판의 일부분
130 : 제1 편향 수단
140 : 제2 편향 수단
230 : 제1 편향 수단(제1 회절 격자 부재)
240 : 제2 편향 수단(제2 회절 격자 부재)
150 : 투과형 공간 광변조 장치
151 : 라이트 파이프
152 : 화소
160 : 광원
170 : 마이크로 렌즈 어레이
171 : 마이크로 렌즈
172 : 제2 마이크로 렌즈 어레이
173 : 제2 마이크로 렌즈
174 : 광확산판

Claims (14)

  1. (A) 광원, 및, 2차원 매트릭스형상으로 화소가 배열되어 이루어지는 투과형 공간 광변조 장치를 구비한 화상 생성 장치, 및,
    (B) 화상 생성 장치로부터의 광을, 도광하고, 관찰자의 눈동자를 향하여 출사하는 도광 수단을
    구비하고 있고,
    투과형 공간 광변조 장치는, 광 출사측에, 각 화소에 대응한 마이크로 렌즈를 갖는 마이크로 렌즈 어레이를 구비하고 있고,
    광원으로부터 화소에 입사하는 광의 입사 입체각을 ωin, 그 화소를 통과하고, 그 화소에 대응한 마이크로 렌즈로부터 출사하는 광의 출사 입체각을 ωout로 하였을 때, ωout>ωin를 만족하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    투과형 공간 광변조 장치는, 광 입사측에, 각 화소에 대응한 제2 마이크로 렌즈를 갖는 제2 마이크로 렌즈 어레이를 구비하고 있고,
    광원으로부터 제2 마이크로 렌즈에 입사하는 광의 입사 입체각을 ωin -2, 제2 마이크로 렌즈로부터 출사하는 광의 출사 입체각을 ωout -2로 하였을 때, ωout>ωin=ωout-2>ωin -2를 만족하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    투과형 공간 광변조 장치는, 광 입사측에, 광확산판을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    화상 생성 장치는, 라이트 파이프를 또한 구비하고 있고,
    광원으로부터 출사된 광은, 라이트 파이프를 경유하여 투과형 공간 광변조 장치에 입사하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    화상 생성 장치의 중심부터 출사된 광이 도광 수단에 입사하는 점을 점(O), 점(O)을 통과하는 도광 수단의 부분에서의 법선을 X축, 점(O)을 통과하는 도광 수단의 부분에서의 도광 수단의 축선을 Y축, 화상 생성 장치의 중심부터 출사된 광으로서 도광 수단의 점(O)에 입사하는 광의 광축을 ζ축으로 하고, ζ축과 Y축이 포함되는 가상 평면을 ζY평면으로 하였을 때, 화상 생성 장치로부터 출사되고, 도광 수단의 점(0, Y1, Z1)에 입사하는 광은, ζY평면과 각도(θZ)를 이루고, 또한, XZ평면과 각도(θY)를 이루고,
    Z1≠0인 경우, θZ≠θY를 만족하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    Y1의 값에 관계없이 θY의 값은 일정하고,
    Z1의 절대치가 증가함에 따라, θZ의 절대치는 증가하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    Z1의 절대치가 증가함에 따라, θZ의 절대치는 단조로 증가하고, 또는, 계단형상으로 증가하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    화소의 광축과, 그 화소에 대응하는 마이크로 렌즈의 광축과의 어긋남량은, (0, Y1, Z1)의 값에 의거하여 규정되는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    마이크로 렌즈 어레이는, 원주 렌즈 어레이 또는 아나모르픽 렌즈 어레이로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    도광 수단은,
    (B-1) 입사된 광을 내부를 전반사에 의해 전파시킨 후, 출사하는 도광판,
    (B-2) 도광판에 입사된 광이 도광판의 내부에서 전반사되도록, 도광판에 입사된 광을 편향시키는 제1 편향 수단, 및,
    (B-3) 도광판의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 도광판으로부터 출사시키기 위해, 도광판의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 복수회에 걸쳐서 편향시키는 제2 편향 수단을
    구비하고 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    투과형 공간 광변조 장치는 투과형 액정 표시 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  12. 입사된 광을 내부를 전반사에 의해 전파시킨 후, 편향 수단에 의해 출사하는 도광판을 구비한 도광 수단에 대해 광을 출사하는 화상 생성 장치로서,
    광원, 및, 2차원 매트릭스형상으로 화소가 배열되어 이루어지는 투과형 공간 광변조 장치를 구비하고 있고,
    투과형 공간 광변조 장치는, 광 출사측에, 각 화소에 대응한 마이크로 렌즈를 갖는 마이크로 렌즈 어레이를 구비하고 있고,
    광원으로부터 화소에 입사하는 광의 입사 입체각을 ωin, 그 화소를 통과하고, 그 화소에 대응한 마이크로 렌즈로부터 출사하는 광의 출사 입체각을 ωout로 하였을 때, ωout>ωin를 만족하는 것을 특징으로 하는 화상 생성 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    편향 수단은,
    도광판에 입사된 광이 도광판의 내부에서 전반사되도록, 도광판에 입사된 광을 편향시키는 제1 편향 수단, 및,
    도광판의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 도광판으로부터 출사시키기 위해, 도광판의 내부를 전반사에 의해 전파한 광을 복수회에 걸쳐서 편향시키는 제2 편향 수단으로
    구성되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 생성 장치.
  14. 2차원 매트릭스형상으로 화소가 배열되어 이루어지는 투과형 공간 광변조 장치로서,
    광 출사측에, 각 화소에 대응한 마이크로 렌즈를 갖는 마이크로 렌즈 어레이를 구비하고 있고,
    광원으로부터 출사되고, 화소에 입사하는 광의 입사 입체각을 ωin, 그 화소를 통과하고, 그 화소에 대응한 마이크로 렌즈로부터 출사하는 광의 출사 입체각을 ωout로 하였을 때, ωout>ωin를 만족하는 것을 특징으로 하는 투과형 공간 광변조 장치.
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