JP5195707B2 - Head mounted display - Google Patents
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Description
本発明は、両眼用のヘッドマウントディスプレイに関する。 The present invention relates to a binocular head mounted display.
従来より、観察者の両眼に画像を光学的に導いて、観察者に画像を視認させることができる両眼用のヘッドマウントディスプレイ（以下、「ＨＭＤ」という）が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a binocular head mounted display (hereinafter referred to as “HMD”) that can optically guide an image to both eyes of an observer and make the observer visually recognize the image is known.
両眼用のＨＭＤでは、右眼用の画像形成部と左眼用の画像形成部とをそれぞれ設けているものが一般的である（例えば、特許文献１の図７参照）。 A binocular HMD generally includes an image forming unit for the right eye and an image forming unit for the left eye (see, for example, FIG. 7 of Patent Document 1).
しかし、かかる構成のＨＭＤは、右眼用と左眼用の２つの画像形成部が必要となり、コストの低減が難しい。また、右眼用画像と左眼用画像とで空間的に一致し、かつ時間的な同期がとれていないと、左右眼に異なる画像を提示することになり、視野闘争が発生する。従って、右眼用画像と左眼用画像とで空間的に一致し、かつ時間的な同期をとる制御が必要となり、構造が複雑になる。 However, the HMD having such a configuration requires two image forming units for the right eye and the left eye, and it is difficult to reduce the cost. Also, if the right-eye image and the left-eye image are spatially coincident and not synchronized in time, different images are presented to the left and right eyes, causing a visual field conflict. Therefore, it is necessary to control the right-eye image and the left-eye image to be spatially coincident and to synchronize in time, and the structure becomes complicated.
そこで、特許文献２には、光源部や走査部を右眼用と左眼用とで共用化し、右眼用のプリズムと左眼用プリズムを介して画像を観察者の右眼と左眼に光学的にそれぞれ導くようにしたＨＭＤが開示されている。
Therefore, in
このＨＭＤでは、左右眼共通の光源から画像情報に基づいて強度変調した光を出射し、この光を共通の２次元走査ミラーで走査する。左右眼共通の光源は、２次元走査ミラーが第１角度範囲のときに、右眼用の画像情報に基づいて強度変調した光を出射し、２次元走査ミラーが第２角度範囲のときに、左眼用の画像情報に基づいて強度変調した光を出射する。そして、２次元走査ミラーの第１角度範囲で走査した光を右眼用のプリズムを介して観察者の右眼に入射し、２次元走査ミラーの第２角度範囲で走査した光を左眼用のプリズムを介して観察者の左眼に入射している。 In this HMD, light whose intensity is modulated based on image information is emitted from a light source common to the left and right eyes, and this light is scanned by a common two-dimensional scanning mirror. The light source common to the left and right eyes emits light whose intensity is modulated based on image information for the right eye when the two-dimensional scanning mirror is in the first angle range, and when the two-dimensional scanning mirror is in the second angle range, Light that is intensity-modulated based on image information for the left eye is emitted. Then, the light scanned in the first angle range of the two-dimensional scanning mirror is incident on the observer's right eye via the right-eye prism, and the light scanned in the second angle range of the two-dimensional scanning mirror is used for the left eye. Is incident on the left eye of the observer through the prism.
特許文献２に記載のＨＭＤでは、光源部や走査部を共用させることができるため、コストを低減することができる。また、右眼用画像と左眼用画像とで時間的な同期をとることも容易となる。
In the HMD described in
しかし、このＨＭＤでは、２次元走査ミラーにおいて第１角度範囲で右眼用の光を走査し、第２角度範囲で左眼用の光を走査しなければならない。そのため、２次元走査ミラーを揺動させる角度範囲が通常の２倍以上必要となる。解像度や画像品質の向上のためには走査速度の高速化が必要であるが、走査ミラーの揺動角度が大きくなるほど、走査速度の高速化が難しくなる。 However, in this HMD, it is necessary to scan the right eye light in the first angle range and the left eye light in the second angle range in the two-dimensional scanning mirror. Therefore, the angle range for swinging the two-dimensional scanning mirror is required to be twice or more than usual. In order to improve the resolution and image quality, it is necessary to increase the scanning speed. However, it becomes difficult to increase the scanning speed as the swing angle of the scanning mirror increases.
本発明は、上述したような課題に鑑みてなされたものであり、右眼用と左眼用とで構成部材の共用化を図りつつ、解像度や画像品質の低下を抑制することができるヘッドマウントディスプレイを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and a head mount that can suppress a decrease in resolution and image quality while sharing components for right and left eyes. The object is to provide a display.
そこで、上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、画像を観察者の眼に光学的に導く表示部を備えたヘッドマウントディスプレイにおいて、前記表示部は、画像信号に応じて強度変調した光を出射する光源部と、前記光源部から出射された光を走査する走査部と、前記走査部により走査された光が入射され、前記観察者の眼の網膜上に形成される像面と光学的に共役関係にある中間像面を形成する結像部と、前記中間像面位置に配置して、前記中間像面に入射する光を前記観察者の右眼用光と左眼用光に分岐する回折光学素子と、前記光学素子により分岐された右眼用光を前記観察者の右眼に入射させる右眼用光学系と、前記光学素子により分岐された左眼用光を前記観察者の左眼に入射させる左眼用光学系と、を備えたものである。 Accordingly, in order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 is a head-mounted display including a display unit that optically guides an image to an observer's eye, wherein the display unit is configured according to an image signal. A light source unit that emits intensity-modulated light, a scanning unit that scans light emitted from the light source unit, and light that is scanned by the scanning unit are incident and formed on the retina of the eye of the observer An image forming unit that forms an intermediate image plane optically conjugate with the image plane, and a light that is disposed at the position of the intermediate image plane and that is incident on the intermediate image plane and the left eye light of the observer. A diffractive optical element that branches into ophthalmic light, a right-eye optical system that causes right-eye light branched by the optical element to enter the right eye of the observer, and left-eye light branched by the optical element And an optical system for the left eye that enters the left eye of the observer. That.
また、請求項２に記載の発明は、前記回折光学素子は、＋ｎ次回折光（ｎは１以上の整数）と−ｎ次回折光をそれぞれ前記右眼用光と前記左眼用光とするものである。 According to a second aspect of the present invention, the diffractive optical element uses + n-order diffracted light (n is an integer of 1 or more) and -n-order diffracted light as the right-eye light and the left-eye light, respectively. is there.
また、請求項３に記載の発明は、前記回折光学素子の±ｎ次回折光以外の次数の回折光の強度を、前記±ｎ次回折光の強度よりも小さくしたものである。 According to a third aspect of the present invention, the intensity of diffracted light of orders other than ± nth order diffracted light of the diffractive optical element is made smaller than the intensity of the ± nth order diffracted light.
また、請求項４に記載の発明は、前記回折光学素子の±ｎ次回折光以外の次数の回折光が、前記右眼用光学系と前記左眼用光学系とに入射することを防止する遮光部を備えたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a light shielding device for preventing diffracted light of an order other than ± n-order diffracted light from the diffractive optical element from entering the right-eye optical system and the left-eye optical system. It has a part.
また、請求項５に記載の発明は、前記回折光学素子は、複数の山型凸条部が互いに平行に配列されたブレーズド構造の回折面を有しており、各前記山型凸条部をその頂部に対して左右対称の断面形状としたものである。 In the invention according to claim 5, the diffractive optical element has a diffractive surface having a blazed structure in which a plurality of convex ridges are arranged in parallel to each other, and each of the convex ridges is The cross-sectional shape is symmetrical with respect to the top.
また、請求項６に記載の発明は、前記右眼用光学系と前記左眼用光学系とは左右対称の光学系である。 According to a sixth aspect of the present invention, the optical system for the right eye and the optical system for the left eye are symmetrical optical systems.
また、請求項７に記載の発明は、前記右眼用光学系は、前記観察者の右眼に前記右眼用光を入射する位置を調整する右眼用調整機構を有し、前記左眼用光学系は、前記観察者の左眼に前記左眼用光を入射する位置を調整する左眼用調整機構を有するものである。 The right eye optical system may further include a right eye adjustment mechanism that adjusts a position where the right eye light is incident on the right eye of the observer, and the left eye The optical system includes a left-eye adjustment mechanism that adjusts a position where the left-eye light is incident on the left eye of the observer.
本発明によれば、走査部により走査された光が入射され、観察者の眼の網膜上に形成される像面と光学的に共役関係にある中間像面位置に回折光学素子を設け、この回折光学素子により中間像面に入射する光を観察者の右眼用光と左眼用光に分岐する。従って、光源部や走査部を右眼用と左眼用とで共用化しつつも、走査部の走査範囲を広げることなく、右眼用光と左眼用光とを形成することができる。 According to the present invention, the light scanned by the scanning unit is incident, and the diffractive optical element is provided at the intermediate image plane position optically conjugate with the image plane formed on the retina of the observer's eye. The light incident on the intermediate image plane is split into light for the right eye and left eye for the observer by the diffractive optical element. Therefore, it is possible to form the light for the right eye and the light for the left eye without expanding the scanning range of the scanning unit while sharing the light source unit and the scanning unit for the right eye and the left eye.
以下に、本発明のＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）について好適な実施形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the HMD (head mounted display) of the present invention will be described.
〔ＨＭＤ１の全体構成〕
以下、本発明の一実施形態におけるＨＭＤについて図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態におけるＨＭＤの構成を示す概念的説明図である。
[Overall configuration of HMD1]
Hereinafter, an HMD according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual explanatory diagram showing the configuration of the HMD in the present embodiment.
本実施形態におけるＨＭＤ１は、図１に示すように、画像を観察者の眼に光学的に導く表示部２と、表示部２を観察者の頭部に装着する装着具（不図示）を備えている。かかる表示部２は、表示制御部１０、光源部２０、光ファイバ３０、走査部４０、光束左右分岐部５０を備えている。
As shown in FIG. 1, the HMD 1 in this embodiment includes a
光源部２０は、画像信号Ｓに応じてレーザ光を強調変調する。そして、強調変調されたレーザ光は走査部４０で走査され、光束左右分岐部５０を介して観察者の両方の眼３Ｌ,３Ｒの瞳孔４Ｌ,４Ｒを投射対象として投射する。左右両眼３Ｌ,３Ｒの網膜５Ｌ,５Ｒ上では、画像信号Ｓに応じて強調変調されたレーザ光が走査されて、網膜５Ｌ,５Ｒ上に画像が投影される。これにより、観察者は画像信号Ｓに応じた画像を視認できる。
The
表示制御部１０は駆動信号供給回路１１を備えており、駆動信号供給回路１１には外部からの画像信号Ｓが入力される。この画像信号Ｓには、複数の画素を行列状に配列した２次元画像を生成するための各画素の情報（輝度、色彩などの情報）が含まれる。画像信号Ｓに基づいて、表示画像を形成するための要素となる各画像信号を画素単位で生成する。駆動信号供給回路１１は、後述の水平駆動回路４２ｃで使用される水平駆動信号１８と、垂直駆動回路４４ｃで使用される垂直駆動信号１９とをそれぞれ出力して走査部４０を制御している。また、駆動信号供給回路１１は、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各画像信号を出力して光源部２０を制御している。
The display control unit 10 includes a drive
光源部２０は、Ｒレーザ１２と、Ｇレーザ１３と、Ｂレーザ１４と、合波部１５を有している。そして、画像信号に応じて強度変調された各レーザ１２,１３,１４からのレーザ光を合波部１５で合波して光ファイバ３０に入射させる。
The
図１に示すように、光源部２０から光ファイバ３０に導かれたレーザ光は走査部４０に入射される。この走査部４０には、光ファイバ３０から出射されたレーザ光を水平方向に走査する水平走査部４２と、この水平方向に走査されたレーザ光を後述の垂直走査部４４に導くリレー光学系４３と、リレー光学系４３を介して入射されたレーザ光を水平方向と略垂直に交差する垂直方向に走査する垂直走査部４４とを有している。
As shown in FIG. 1, the laser light guided from the
図１に示すように、水平走査部４２には水平駆動回路４２ｃを設けている。この水平駆動回路４２ｃは、表示制御部１０から出力される水平駆動信号１８に基づいて生成される信号を、光走査素子４２ａに印加し、光走査素子４２ａの反射ミラー４２ｂを駆動する。光走査素子４２ａは共振型光走査素子とし、表示制御部１０から出力される水平駆動信号１８は正弦波状の信号としており、水平駆動回路４２ｃは反射ミラー４２ｂを共振状態で揺動するように駆動して、光源部２０から出射されたレーザ光を水平有効走査範囲で走査する。
As shown in FIG. 1, the
図１に示すように、垂直走査部４４には垂直駆動回路４４ｃを設けている。この垂直駆動回路４４ｃは、表示制御部１０から出力される垂直駆動信号１９に基づいて生成される信号を、光走査素子４４ａに印加し、光走査素子４４ａの反射ミラー４４ｂを駆動する。表示制御部１０から出力される垂直駆動信号１９は鋸歯状の信号としており、垂直駆動回路４４ｃは反射ミラー４４ｂを非共振状態で強制的に駆動して、水平走査部４２で水平方向に走査されたレーザ光を垂直有効走査範囲で走査する。
As shown in FIG. 1, the
そして、このように走査部４０で走査されたレーザ光は２次元画像を形成する光（以下、「画像光」とも呼ぶ。）として、光束左右分岐部５０を介して観察者の両方の眼３Ｌ,３Ｒの瞳孔４Ｌ,４Ｒに入射され、画像光により形成される２次元画像が観察者の左右両眼３Ｌ,３Ｒの網膜５Ｌ,５Ｒ上に投影される。
Then, the laser light scanned by the scanning unit 40 in this way is used as light forming a two-dimensional image (hereinafter also referred to as “image light”), and both
〔光束左右分岐部５０〕
本実施形態におけるＨＭＤ１は、前記した光束左右分岐部５０により走査された画像光の光束を観察者の左右両眼用に分岐可能としている。以下に、かかる光束左右分岐部５０の構成を図２〜図５を参照しながら具体的に説明する。これら図２〜図５において、回折光学素子７０が配置される面を形成する方向をＸ軸方向とＹ軸方向とし、回折光学素子７０の法線方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系を定義して、かかるＸＹＺ直交座標系を用いて以下に説明する。
[Light beam left and right branching section 50]
The HMD 1 in the present embodiment can branch the image light beam scanned by the light beam left /
光束左右分岐部５０は、図２に示すように、共通の光学系６０、回折光学素子７０、左眼用光学系８０、右眼用光学系９０を備えている。ここで、左眼用光学系８０と右眼用光学系９０とは左右対称の光学系である。
As shown in FIG. 2, the light beam left /
結像部６０では、走査部４０により走査された画像光がＺ軸方向にて共通レンズ６１に入射し、この共通レンズ６１を通して収束されて、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで形成される平面内に中間像面が結像される。かかる中間像面は、観察者の左右両眼３Ｌ,３Ｒの網膜５Ｌ,５Ｒ上に投影される像面と光学的に共役関係にある。ここでは、「像共役」とも呼ぶ。なお、像共役は、図２,図３,図６,図７に「×」で示す。Ｌｓは光軸である。
In the
中間像面が形成される中間像面形成位置６２には回折光学素子７０を配置して、共通レンズ６１を介して集光された画像光が回折光学素子７０に入射される。そして、かかる画像光は回折光学素子７０から出射される際に回折されて、観察者の左眼用光７５Ｌと右眼用光７５Ｒに分岐される。
A diffractive
ここで、回折光学素子７０は、図４に示すように、光学素子本体７１を透明なガラスやプラスチックスで形成し、Ｚ軸方向に出射する表面に凹凸条部の透過型回折格子を形成している。より具体的には、Ｙ軸方向に伸延する複数の山型凸条部７２を互いに平行に配列して、図５にも示すように、Ｙ軸方向の断面形状を鋸歯状に形成している。そして、山型凸条部７２の頂部７３を通るＺ軸方向の法線を中心にして線対称に一対の傾斜面を形成し、これら傾斜面をブレーズド構造の左側方の回折面７４Ｌと右側方の傾斜面７４Ｒとなしている。
Here, in the diffractive
回折光学素子７０では、図５に示すように、Ｚ軸方向の入射光（画像光）が光学素子本体７１内に入射して、前記回折面７４Ｌ,７４Ｒを透過した際に回折されて回折光として出射される。この際、＋Ｘ軸側の回折面７４Ｒで回折されて出射され回折光が、＋１次回折光であって右眼用光７５Ｒである。そして、−Ｘ軸側の回折面７４Ｌで回折されて出射される回折光が、−１次回折光であって左眼用光７５Ｌである。また、Ｚ軸方向に頂部７３を通過した光が、０次回折光７５Ｃである。
In the diffractive
このように、本実施形態では、画像光が回折光学素子７０により±１次回折光と０次回折光７５Ｃとに分岐された光となる。そして、０次回折光７５Ｃは、山型凸条部７２の頂部７３からＺ軸方向に出射される構造として、その強度は、±１次回折光の強度よりも小さくする回折格子構造となしている。
As described above, in the present embodiment, the image light is branched into ± first-order diffracted light and zero-order diffracted light 75C by the diffractive
左眼用光学系８０では、回折光学素子７０により分岐された左眼用光７５Ｌが左側反射ミラー８１に反射され、この反射光が左側レンズ８２を透過して、この透過光が左側ハーフミラー８３に反射されることで、観察者の左眼３Ｌに入射される。
In the left-eye
上記した左眼用光学系８０と相互に左右対称の光学系である右眼用光学系９０では、回折光学素子７０により分岐された右眼用光７５Ｒが右側反射ミラー９１に反射され、この反射光が右側レンズ９２を透過して、この透過光が右側ハーフミラー９３に反射されることで、観察者の右眼３Ｒに入射される。
In the right-eye
また、左・右側レンズ８２,９２で形成される射出瞳は、観察者の左右両眼３Ｌ,３Ｒの瞳孔４Ｌ,４Ｒの位置にあり、この位置と光学的に共役関係にある位置を「瞳共役」と呼ぶ。なお、瞳共役は、図２,図３,図６,図７に「○」で示す。
The exit pupil formed by the left and
左側反射ミラー８１と右側反射ミラー９１は、図２に示すように、Ｖ字状に配置して、前記した回折光学素子７０に近接する側の端縁部同士を連設して連設縁部１００を形成している。しかも、両反射ミラー８１,９１の連設縁部１００はＺ軸方向の前記光軸Ｌｓ上に配置している。従って、光軸Ｌｓに沿ってＺ軸方向に出射される０次回折光７５Ｃは、連設縁部１００には反射されるものの、左側反射ミラー８１と右側反射ミラー９１のいずれのミラーにも反射されることがない。つまり、０次回折光７５Ｃは、左眼用光学系８０と右眼用光学系９０のいずれにも入射されることがなく、観察者の左右側いずれの眼３Ｌ,３Ｒにも入射されない。なお、上記では、±１次回折光を左右の眼３Ｌ,３Ｒに入射させる構成としたが、これに限られるものではない。すなわち、±ｎ（ｎは１以上の整数）次回折光の内、所望の次数の回折光を単数もしくは複数選択して、選択した次数の回折光を左右の眼３Ｌ,３Ｒに入射させる構成とすることもできる。この際、選択した次数の回折光以外の回折光は、例えば、後述する遮光部１０１で遮光することができる。
As shown in FIG. 2, the
〔光束左右分岐部５０の第１変形例〕
図６は、第１変形例としての光束左右分岐部５０Ａの概念的説明図である。かかる光束左右分岐部５０Ａは、前記した光束左右分岐部５０と基本的構造を同じくするが、図６に示すように、光束左右分岐部５０に形成した連設縁部１００に代えて遮光部１０１を設けている点で異なる。
[First Modification of Light Beam Left / Right Branch 50]
FIG. 6 is a conceptual explanatory diagram of a light beam left /
すなわち、遮光部１０１は、０次回折光が左眼用光学系８０と右眼用光学系９０とに入射するのを防止するものである。遮光部１０１としては、例えば、０次回折光７５Ｃを遮蔽する黒色のマスク部材を設けて形成することができる。従って、光束左右分岐部５０Ａでは、左眼用光学系８０と右眼用光学系９０への０次回折光の光出力を低減させることができる。そのため、迷光の発生を抑制することができて、迷光による画像品質の低下防止を図ることができる。
That is, the
〔光束左右分岐部５０の第２変形例〕
図７は、第２変形例としての光束左右分岐部５０Ｂの概念的説明図である。かかる光束左右分岐部５０Ｂは、前記した光束左右分岐部５０と基本的構造を同じくするが、図７に示すように、観察者の眼幅Ｗに適応させて左眼用光学系８０と右眼用光学系９０の位置調整を可能とした点で異なる。ここで、眼幅Ｗは、観察者の左眼３Ｌの瞳孔４Ｌの中心位置と、右眼３Ｒの瞳孔４Ｒの中心位置との間の幅である。
[Second Modification of Light Beam Left / Right Branching Unit 50]
FIG. 7 is a conceptual explanatory diagram of a light beam left /
すなわち、光束左右分岐部５０Ｂは、図７に示すように、右側ハーフミラー９３をＸ軸方向（左右方向）に位置調整する右眼用調整機構９５と、左側ハーフミラー８３をＸ軸方向（左右方向）に位置調整する左眼用調整機構８５と、走査部４０と結像部６０と回折光学素子７０とを一体的にＺ軸方向（前後方向）に位置調整する前後調整機構（不図示）とを備えている。
That is, as shown in FIG. 7, the light beam left /
右側ハーフミラー９３は、右眼用調整機構９５によりＸ軸方向（左右方向）に移動可能としている。そして、右眼用調整機構９５に設けた調整ボリューム９６を正逆回動操作して、右側ハーフミラー９３を左右方向に移動させることで、右側ハーフミラー９３で反射した右眼用光（反射光）が観察者の右眼に入射する位置を調整可能としている。
The
左側ハーフミラー８３は、左眼用調整機構８５によりＸ軸方向（左右方向）に移動可能としている。そして、左眼用調整機構８５を前記右眼用調整機構９５の調整移動動作に連動させて、左側ハーフミラー８３を左右方向に移動させることで、左側ハーフミラー８３で反射した左眼用光（反射光）が観察者の左眼に入射する位置を調整可能としている。
The
走査部４０と結像部６０と回折光学素子７０は、前後調整機構により前記右眼用調整機構９５の調整移動動作に連動させて、一体的にＺ軸方向（前後方向）に移動可能としている。
The scanning unit 40, the
ここで、右眼用調整機構９５の動作信号は前記駆動信号供給回路１１に入力して、この駆動信号供給回路１１から連動動作信号を左眼用調整機構８５と前後調整機構にそれぞれ出力する。このようにして、駆動信号供給回路１１を備えた前記表示制御部１０は、これら左眼用調整機構８５と前後調整機構も制御する。
Here, the operation signal of the right-
このように、右眼用調整機構９５に設けた調整ボリューム９６を正逆回動操作すると、右眼用調整機構９５に連動して左眼用調整機構８５と前後調整機構が作動する。例えば、調整ボリューム９６を正回動操作すると、右眼用調整機構９５が作動して右側ハーフミラー９３をＸ軸方向で右側方へ移動させる。それと同時に、左眼用調整機構８５が連動して左側ハーフミラー８３をＸ軸方向で左側方へ移動させる。そして、前後調整機構が連動して共通の光学系６０と回折光学素子７０を一体的にＺ軸方向で前方へ移動させる。また、調整ボリューム８６を反対に逆回動操作すると、右眼用調整機構９５が作動して右側ハーフミラー９３をＸ軸方向で左側方へ移動させる。それと同時に、左眼用調整機構８５が連動して左側ハーフミラー８３をＸ軸方向で右側方へ移動させる。そして、前後調整機構１０２が連動して左・右側反射ミラー８１,９１をＺ軸方向で後方へ移動させる。
As described above, when the
上記した左眼用調整機構８５と右眼用調整機構９５と前後調整機構の連動作動は、下記の条件式（１）（２）を満たすようにしている。但し、前記瞳共役位置である反射ミラー４４ｂと共通レンズ６１との間の距離は、共通レンズ６１と回折光学素子７０との間の距離と同じ、共通レンズ６１の焦点距離ｆ１とする。
ａ＋ｂ＝ｆ２・・・・（１）、ｃ＋ｄ＝ｆ２・・・・（２）
The interlocking operation of the left-
a + b = f2 (1), c + d = f2 (2)
そして、共通の光学系６０から出射された画像光の光軸Ｌｓは、左・右側レンズ８２,９２の中心を透過して観察者の左・右眼３Ｌ,３Ｒにそれぞれ入射されるものであり、上記条件式（１）（２）は、光軸Ｌｓに沿った左・右側レンズ８２,９２の焦点距離ｆ２,ｆ２の関係から導いたものである。ここで、ａは中間像面形成位置６２から連設縁部１００までの間隔（＋Ｚ軸方向の光軸Ｌｓの距離）である。ｂは連設縁部１００から光軸Ｌｓに沿った各左・右側レンズ８２,９２の中心までの間隔（±Ｘ軸方向の光軸Ｌｓの距離）である。ｃは各左・右側レンズ８２,９２の中心から光軸Ｌｓに沿った各左・右側ハーフミラー８３,９３までの間隔（±Ｘ軸方向の光軸Ｌｓの距離）である。ｄは各左・右側ハーフミラー８３,９３から瞳共役までの間隔（−Ｚ軸方向の光軸Ｌｓの距離）である。
The optical axis Ls of the image light emitted from the common
そして、ａ＋ｂ＝ｃ＋ｄの関係が満たされるように左眼用調整機構８５と右眼用調整機構９５と前後調整機構が連動作動するように制御している。従って、調整ボリューム９６を操作するだけで簡単に観察者の眼幅Ｗに適応させることが可能である。
Then, the left-
上記した本実施形態のＨＭＤ１では、回折光学素子７０は、＋ｎ次回折光（ｎは１以上の整数）と−ｎ次回折光をそれぞれ右眼用光７５Ｒと左眼用光７５Ｌとするので、右眼用光学系９０と左眼用光学系８０とを光学的に対称とすることができ、右眼用光学系９０及び左眼用光学系８０の設計が容易となる。
In the above-described HMD 1 of the present embodiment, the diffractive
また、本実施形態のＨＭＤ１では、回折光学素子７０の±ｎ次回折光以外の次数の回折光の強度を、前記±ｎ次回折光の強度よりも小さくしているので、右眼用光７５Ｒ及び左眼用光７５Ｌとして用いない光の強度を低減することができ、省電力化を図ることができる。
In the HMD 1 of the present embodiment, the intensity of the diffracted light of orders other than the ± nth order diffracted light of the diffractive
また、本実施形態のＨＭＤ１では、回折光学素子７０の±ｎ次回折光以外の次数の回折光が、右眼用光学系９０と左眼用光学系８０とに入射することを防止する遮光部１０１を備えているので、迷光の発生を抑えることができ、迷光による画像品質の低下を防止することができる。
In the HMD 1 of the present embodiment, the
また、本実施形態のＨＭＤ１では、回折光学素子７０は、複数の山型凸条部７２が互いに平行に配列されたブレーズド構造の回折面７４Ｌ,７４Ｒを有しており、各山型凸条部７２をその頂部７３に対して左右対称の断面形状としている。従って、簡単な構造で、入射する光を左右対称に分岐することができ、その後の光路の設計が容易となる。例えば、右眼用光学系９０と前記左眼用光学系８０とを光学的に対称にすることが可能となる。
Further, in the HMD 1 of the present embodiment, the diffractive
また、本実施形態のＨＭＤ１では、右眼用光学系９０と左眼用光学系８０とは左右対称の光学系としているので、右眼用光学系９０及び左眼用光学系８０の設計が容易となる。また、右眼用光学系９０と左眼用光学系８０とを共用することも可能となる。
In the HMD 1 of the present embodiment, the right-eye
また、本実施形態のＨＭＤ１では、右眼用調整機構９５と左眼用調整機構８５とを有しているため、眼幅Ｗを変えることが可能となり、観察者の眼幅Ｗに応じて右眼用光学系９０と左眼用光学系８０とを適切な位置に配置することができる。
In addition, since the HMD 1 of the present embodiment includes the right
以上、本発明の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。 Although several embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, these are merely examples, and the present invention can be implemented in other forms that are variously modified and improved based on the knowledge of those skilled in the art. It is possible to implement.
１ ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）
２ 表示部
１０ 表示制御部
２０ 光源部
３０ 光ファイバ
４０ 走査部
５０ 光束左右分岐部
６０ 共通の光学系
７０ 回折光学素子
８０ 左眼用光学系
９０ 右眼用光学系
1 HMD (head mounted display)
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記表示部は、
画像信号に応じて強度変調した光を出射する光源部と、
前記光源部から出射された光を走査する走査部と、
前記走査部により走査された光が入射され、前記観察者の眼の網膜上に形成される像面と光学的に共役関係にある中間像面を形成する結像部と、
前記中間像面位置に配置して、前記中間像面に入射する光を前記観察者の右眼用光と左眼用光に分岐する回折光学素子と、
前記光学素子により分岐された右眼用光を前記観察者の右眼に入射させる右眼用光学系と、
前記光学素子により分岐された左眼用光を前記観察者の左眼に入射させる左眼用光学系と、を備えたことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 In a head-mounted display with a display that optically guides the image to the observer's eyes,
The display unit
A light source unit that emits light whose intensity is modulated according to an image signal;
A scanning unit that scans the light emitted from the light source unit;
An imaging unit that receives the light scanned by the scanning unit and forms an intermediate image plane optically conjugate with an image plane formed on the retina of the observer's eye;
A diffractive optical element that is disposed at the intermediate image plane position and branches light incident on the intermediate image plane into light for the right eye and light for the left eye of the observer;
A right-eye optical system for causing right-eye light branched by the optical element to enter the right eye of the observer;
And a left-eye optical system that causes the left-eye light branched by the optical element to enter the left eye of the observer.
前記左眼用光学系は、前記観察者の左眼に前記左眼用光を入射する位置を調整する左眼用調整機構を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のヘッドマウントディスプレイ。 The right-eye optical system has a right-eye adjustment mechanism that adjusts a position where the right-eye light is incident on the right eye of the observer,
The left-eye optical system includes a left-eye adjustment mechanism that adjusts a position at which the left-eye light is incident on the left eye of the observer. The described head mounted display.
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