特許 7261724 映像表示装置及び映像表示システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-12

(45)【発行日】2023-04-20

(54)【発明の名称】映像表示装置及び映像表示システム

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20230413BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2019202922

(22)【出願日】2019-11-08

(65)【公開番号】P2021076701

(43)【公開日】2021-05-20

【審査請求日】2022-04-25

(73)【特許権者】

【識別番号】501009849

【氏名又は名称】株式会社日立エルジーデータストレージ

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】鵜飼 竜志

(72)【発明者】

【氏名】毛利 考宏

(72)【発明者】

【氏名】宇津木 健

(72)【発明者】

【氏名】中村 俊輝

(72)【発明者】

【氏名】久野 拓馬

(72)【発明者】

【氏名】内山 允史

【審査官】横井 亜矢子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１９８２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０８５４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１５５０９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－０６９８６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０７２９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５１６８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０１１１４７２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／００８５７７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－０９１８７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／００－３０／６０

Ｇ０２Ｂ １７／０８

Ｇ０２Ｂ ５／００－５／１３

Ｇ０９Ｇ ３／００－３／０８，３／１２，３／１６

Ｇ０９Ｇ ３／１９－３／２６，３／３４，３／３８

Ｈ０４Ｎ ５／６４－５／６５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

映像を表示する映像表示装置において、
映像光を投影する映像投影部と、
映像偏向部と、
内部に複数のビームスプリッタ面が設けられ、互いに略平行な第１の内面反射面及び第２の内面反射面を含む導光部と、を備え、
前記映像偏向部は、前記映像投影部が出射した映像光を偏向して前記導光部に伝搬し、
前記導光部は、入射した映像光をその内部を伝搬させて出力し、
前記映像偏向部を構成する光学材質の屈折率は、前記導光部を構成する光学材質の屈折率と略等しく、
前記映像投影部から出射された映像光は、前記導光部の前記第１の内面反射面から入射して前記導光部の前記第２の内面反射面から出射することにより前記導光部を透過した後、前記映像偏向部の入射面から前記映像偏向部に入射し前記映像偏向部の反射面で反射して偏向された後、再度前記導光部に入射し、
前記映像偏向部の前記反射面と前記映像偏向部の前記入射面とがなす角度が、前記第２の内面反射面と前記ビームスプリッタ面とがなす角度に略等しい、
ことを特徴とする映像表示装置。

【請求項2】

請求項１記載の映像表示装置において、
前記映像偏向部は前記導光部と一体若しくは前記導光部に光学的に接着されている、
ことを特徴とする映像表示装置。

【請求項3】

請求項１記載の映像表示装置において、
前記映像投影部が出射して前記導光部に略垂直に入射した映像光は、略垂直に導光部から出力する、
ことを特徴とする映像表示装置。

【請求項4】

請求項１又は請求項２記載の映像表示装置において、
映像複製部を備え、
前記映像複製部は、少なくとも一部の光を反射する互いに略平行な２つ以上の部分反射面を有し、入射した映像光を複製して２つ以上の映像光を出力する、
ことを特徴とする映像表示装置。

【請求項5】

請求項４記載の映像表示装置において、
前記映像投影部が出射して前記映像複製部に略垂直に入射した映像光は、略垂直に前記導光部から出力する、
ことを特徴とする映像表示装置。

【請求項6】

映像を表示する映像表示装置において、
映像光を投影する映像投影部と、
映像偏向部と、
内部に複数のビームスプリッタ面が設けられ、互いに略平行な第１の内面反射面及び第２の内面反射面を含む導光部と、
補正プリズムと、を備え、
前記補正プリズムを構成する光学材質の屈折率は、前記導光部を構成する光学材質の屈折率と略等しく、
前記映像偏向部を構成する光学材質の屈折率は、前記導光部を構成する光学材質の屈折率と略等しく、
前記映像投影部から出射された映像光は、前記補正プリズムの入射面から前記補正プリズムに入射して前記補正プリズムの出射面から出射することにより前記補正プリズムを透過した後、前記導光部の前記第１の内面反射面から入射して前記導光部の前記第２の内面反射面から出射することにより前記導光部を透過した後、前記映像偏向部の入射面から入射し前記映像偏向部の反射面で反射して偏向された後、再度前記導光部に入射し、
前記導光部の前記第２の内面反射面と前記ビームスプリッタ面とがなす角度を角度４００とし、前記映像偏向部の前記入射面と前記映像偏向部の前記反射面とがなす頂角を角度５０４とし、前記補正プリズムの前記入射面と前記補正プリズムの前記出射面とがなす頂角を角度５０５とした場合、
（角度５０５）＝２×（角度４００）－２×（角度５０４）の関係が略成り立つように構成する、
ことを特徴とする映像表示装置。

【請求項7】

映像表示システムにおいて、
請求項１乃至６のいずれか１項記載の映像表示装置と、
前記映像投影部が映像光を投影するための投影画像信号を生成する画像信号処理部と、を備える、
ことを特徴とする映像表示システム。

【請求項8】

請求項７記載の映像表示システムにおいて、
前記画像信号処理部は、前記映像偏向部と前記導光部による色分散を補償する画像処理を行う、
ことを特徴とする映像表示システム。

【請求項9】

請求項８記載の映像表示システムにおいて、
前記画像信号処理部は、画像を拡大縮小、若しくは画像をシフト、若しくはその両方の画像処理を行う、
ことを特徴とする映像表示システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は映像表示装置及び映像表示システムに関する。

【背景技術】

【0002】

映像生成装置が生成した映像を利用者に提示するヘッドマウントディスプレイなどの映像表示装置及び映像表示システムが知られている。特許文献１には、生成した映像光を利用者の目まで伝搬する導光板として、内部に複数のビームスプリッタ面を備えた導光板が開示されている。また同文献には、映像生成装置が生成した映像光を導光板に結合するために、カップリングインプリズムを利用する映像表示システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許出願公開第２０１０／００６７１１０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された映像表示システムでは、映像生成装置が生成した映像光はカップリングインプリズムで反射し、導光板に取り込まれる。しかしながら、映像光がカップリングインプリズムや導光板に入射する際の屈折による色分散については特に考慮されておらず、利用者が視認する映像には色ずれや映像ゆがみが発生する恐れがある。

【0005】

上記課題を鑑み、本発明の目的は、利用者に色ずれや映像ゆがみの少ない映像を表示可能な導光板方式の映像表示装置及び映像表示システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明による映像表示装置は、映像光を投影する映像投影部と、映像偏向部と、導光部と、を備え、映像偏向部は、映像投影部が出射した映像光を偏向して導光部に伝搬し、導光部は、入射した映像光をその内部を伝搬させて出力し、映像偏向部若しくは導光部は、導光部から出力される映像光の色分散を低減する構成を備える。

【0007】

また本発明による映像表示システムは、前記した映像表示装置と、前記した映像投影部が映像光を投影するための投影画像信号を生成する画像信号処理部と、を備える、

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、色ずれや映像ゆがみが少ない映像を表示可能な導光板方式の映像表示装置及び映像表示システムを提供できる。前記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施例１に係る映像表示システム１００の機能ブロックの構成を示す図。

【図2】映像表示システム１００の外観を示す図。

【図3】映像表示装置１０１の機能ブロックの構成を示す図。

【図4】導光板２２０の動作を示す模式図。

【図5】映像偏向部２１０と導光部２３０の構成例を示す図。

【図6】映像投影部２００から出射した映像光の伝搬の一例を示す図。

【図7】映像投影部２００の配置を変更した構成を示す図。

【図8】導光板と偏向プリズムの他の構成を示す図。

【図9】導光板と偏向プリズムの他の構成を示す図。

【図10】導光板と偏向プリズムの他の構成を示す図。

【図11】導光板と偏向プリズムの他の構成を示す図。

【図12】導光板と偏向プリズムの他の構成を示す図。

【図13】実施例２に係る映像偏向部２１０及び導光部２３０の構成を示す図。

【図14】映像偏向部２１０と導光部２３０の他の構成を示す図。

【図15】映像偏向部２１０と導光部２３０の他の構成を示す図。

【図16】実施例３に係る映像偏向部２１０及び導光部２３０の構成を示す図。

【図17】実施例４に係る映像表示装置１０１の構成を示す図。

【図18】実施例５に係る映像表示装置１０１の構成を示す図。

【図19】画像信号処理部１０４による画像補正を行う構成を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明は、本発明の一実施形態を説明するためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。従って、当業者であればこれらの各要素又は全要素をこれと同等なものに置換した実施形態を採用することが可能であり、これらの実施形態も本発明の範囲に含まれる。

【実施例1】

【0011】

図１は、実施例１に係る映像表示システム１００の機能ブロックの構成を示す図である。映像表示システム１００は、例えばヘッドマウントディスプレイやヘッドアップディスプレイ等、映像を表示する機能を有するシステムである。映像表示システム１００は、映像表示装置１０１と、コントローラー１０２と、画像信号処理部１０４と、電力供給部１０５と、記憶媒体１０６と、センシング部１０７と、センサ入出力部１０８と、通信部１０９と、通信入出力部１１０と、音声処理部１１１と、音声入出力部１１２とを有する。

【0012】

映像表示装置１０１は、映像を生成して映像表示システム１００の利用者に映像を表示する装置であり、詳細は後述する。

【0013】

コントローラー１０２は、映像表示システム１００全体を統括的に制御する。コントローラー１０２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の中央演算装置がその機能を実現する。画像信号処理部１０４は、映像表示システム１００が表示する映像の画像信号を生成する。電力供給部１０５は、映像表示システム１００に対して電力を供給する電源装置又はバッテリである。

【0014】

記憶媒体１０６は、映像表示システム１００や映像表示装置１０１の有する処理部の処理に必要な情報や、生成された情報を記憶する。記憶媒体１０６は、ＲＡＭ（Random Access Memory）又はフラッシュメモリ等の記憶装置であり、プログラムやデータが一時的に読み出される記憶エリアとして機能する。記憶媒体１０６は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）や、ＣＤ-Ｒ（Compact Disc- Recordable）、ＤＶＤ-ＲＡＭ（Digital Versatile Disk-Random Access Memory）、及びＳＳＤ（solid state drive）等の書き込み及び読み出し可能な記憶メディア及び記憶メディア駆動装置等を含んでもよい。コントローラー１０２は、記憶媒体１０６上に読み出されたプログラムに従って動作するＣＰＵにより処理を行う。なお、一部又は全部の処理を他の演算装置、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのハードウェアで実行してもよい。

【0015】

センシング部１０７は、センサを用いて周囲の状況を検知する。センシング部１０７は、例えば周囲の明るさを検出する照度センサ、ユーザの体勢、向き、動き等を検出する傾斜センサや加速度センサ、ユーザの身体状況を検出する視線センサや温度センサ、ユーザの位置情報を検出するＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）センサ、感圧センサ、静電容量センサ、バーコードリーダー等のセンサから、センサ入出力部１０８に入力された信号を用いて状況を検知する。

【0016】

通信部１０９は、通信入出力部１１０を介して図示しないネットワークと接続する。通信部１０９は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、ＵＨＦ（Ultra High Frequency）、又はＶＨＦ（Very High Frequency）等の近距離や遠距離の無線通信又は有線通信により、図示しない情報処理端末と通信する。音声処理部１１１は、マイクやイヤホン等の音声入出力部１１２を用いて、音声の入力を受け付け、又は音声を出力する。

【0017】

なお、本実施例の映像表示システム１００は映像を表示する機能を有していればよく、センシング部１０７、センサ入出力部１０８、通信部１０９、通信入出力部１１０、音声処理部１１１及び音声入出力部１１２は省略することができる。

【0018】

図２は、映像表示システム１００の外観を示す図である。図２に示す映像表示システム１００は、利用者７００が自身の頭部に装着して利用可能なヘッドマウントディスプレイ（スマートグラスとも称する）の場合である。

【0019】

図３は、映像表示装置１０１の機能ブロックの構成を示す図であり、２つの構成（ａ）（ｂ）について説明する。

【0020】

図３（ａ）の映像表示装置１０１は、映像投影部２００と、映像偏向部２１０と、導光部２３０とを有する。映像投影部２００は、図示しない映像生成装置を有しており、映像表示装置１０１が表示する映像となる映像光を生成し、出力する。映像投影部２００から出射した映像光は、映像偏向部２１０に入射する。映像偏向部２１０は、映像投影部２００が出力した映像光を偏向して導光部２３０に伝搬する。換言すれば、映像偏向部２１０に入射した映像光は、映像偏向部２１０で偏向され、映像偏向部２１０から出射し、導光部２３０に入射する。導光部２３０は入射した映像光を内表面の全反射などにより内部を伝搬させ、外部へ出力する。導光部２３０として、以下では導光板を用いて構成している。

【0021】

また、図３（ｂ）の映像表示装置１０１のように、映像投影部２００を出射した映像光は、一度導光部２３０に入射し、導光部２３０内を伝搬して導光部２３０から出射し、映像偏向部２１０に入射するように構成してもよい。

【0022】

図４は、導光板２２０の動作を示す模式図である。ここで、方向を説明するためにＸＹＺ軸を定める。Ｘ軸は導光板２２０の長手方向（映像光の伝搬方向）、Ｙ軸は導光板２２０の短手方向、Ｚ軸は映像光の入射／出射方向とする。

【0023】

導光板２２０は、光入力部２２１と光出力部２２２とを有する。映像偏向部２１０が出射した映像光は、導光板２２０の光入力部２２１から導光板２２０の内部に入射し、導光板２２０の内面反射面２２３及び２２４における全反射により、導光板２２０の内部を伝搬する（Ｘ方向）。導光板２２０の内部を伝搬した映像光は、光出力部２２２から出力される（Ｚ方向）。導光板２２０の光出力部２２２から出力された映像光の一部は、利用者の目１２０に入射する。利用者は目１２０に入射した光を知覚することで、映像表示装置１０１が表示する映像を視認できる。

【0024】

図５は、映像偏向部２１０と導光部２３０の構成例を示す図である。導光部２３０は導光板８０１を備えており、映像偏向部２１０は偏向プリズム３０１を備えている。図５（ａ）は正面図（Ｚ方向から見た図）、図５（ｂ）は平面図（Ｙ方向から見た図）、図５（ｃ）は側面図（Ｘ方向から見た図）である。

【0025】

導光板８０１は六面体で構成されており、端面１１と、終端面１２と、第１の内面反射面１３と、第２の内面反射面１４と、上面１５と、下面１６とを有する。第１の内面反射面１３と第２の内面反射面１４とは、互いに略平行である。導光板８０１は、内部にＮ枚（Ｎは１以上の整数）のビームスプリッタ面１７を有する。Ｎ枚のビームスプリッタ面１７は、互いに略平行である。

【0026】

偏向プリズム３０１は三角柱で構成されており、反射面３０２と他の面３０３，３０４とを有する。

【0027】

導光板８０１及び偏向プリズム３０１は透明度が高い媒質で構成する。導光板８０１及び偏向プリズム３０１の材質は、例えばガラスでも樹脂でもよい。また、映像が多重に表示されることを防ぐため、導光板８０１及び偏向プリズム３０１の材質は複屈折性を有さないもの、または複屈折性が少ないものとする。

【0028】

映像偏向部２１０は、導光部２３０と一体若しくは導光部２３０と光学的に接着されている。すなわち図５では、導光板８０１の第２の内面反射面１４と偏向プリズム３０１の面３０３は、互いに光学的に接着されている。導光板８０１と偏向プリズム３０１との接着は、透明な接着材によって行われても良いし、無機接合（オプティカルコンタクト）によって行われても良い。導光板８０１と偏向プリズム３０１とを接着剤によって接着する場合には、第２の内面反射面１４のうち、面３０３が接しない第２の内面反射面１４の部分に接着剤がはみ出ないようにする。これにより、はみ出した接着剤により映像が滲んだりボケたりすることによる画質低下を防ぐことが可能となる。

【0029】

図６は、映像投影部２００から出射した映像光の伝搬の一例を示す図である。（ａ）は導光板８０１と偏向プリズム３０１の全体図、（ｂ）（ｃ）は部分拡大図である。

【0030】

図６（ａ）に示すように、映像投影部２００から出射した映像光は、第１の内面反射面１３から導光板８０１に入射し、導光板８０１と偏向プリズム３０１との接着部分を透過して、偏向プリズム３０１に入射する。偏向プリズム３０１では、映像光は反射面３０２により反射、偏向される。偏向された映像光は導光板８０１と偏向プリズム３０１との接着部分を透過して、導光板８０１に再入射する。その際、導光板８０１と偏向プリズム３０１とが接着されているので、導光板８０１と偏向プリズム３０１との境界で全反射が生じることなく、映像光は確実に導光板８０１に伝搬される。

【0031】

導光板８０１に再入射した映像光は、第１の内面反射面１３及び第２の内面反射面１４との間で全反射して、導光板８０１の内部を伝搬する。導光板８０１の内部を伝搬する光は、Ｎ枚のビームスプリッタ面１７に入射する。ビームスプリッタ面１７では、入射した光の一部が反射され、第２の内面反射面１４を透過することによって導光板８０１の外部に出射する。入射した残りの光はビームスプリッタ面１７を透過する。利用者は、ビームスプリッタ面１７で反射し、第２の内面反射面１４を透過して導光板８０１を出射した光を知覚することで、映像を視認することができる。

【0032】

Ｎ枚のビームスプリッタ面１７と終端面１２とは、互いに略平行となるように導光板８０１を構成するのがよい。これにより、導光板８０１の製造工程が簡略化し、コストを低減できる。

【0033】

一般に、ガラスや樹脂などの光学媒質の屈折率は波長によって異なる。そのため、同一の入射角で光学媒質に入射したとしても、波長が異なると屈折角が異なるようになる（色分散）。これにより、映像光が映像投影部２００から出射して導光板８０１に入射してから、導光板８０１を出射して利用者の目に到達するまでの間において、光の伝搬における色分散により、色ずれや映像ゆがみが発生するという課題がある。そこで、本実施例における色ずれや映像ゆがみの低減方法について説明する。

【0034】

映像偏向部２１０を構成する光学材質の屈折率は、導光部２３０を構成する光学材質の屈折率と略等しくする。例えば、偏向プリズム３０１の光学材質の屈折率は、導光板８０１の光学材質の屈折率と略等しくする。これにより、導光板８０１から偏向プリズム３０１に伝搬する際、及び偏向プリズム３０１から導光板８０１に伝搬する際の色分散に起因する色ずれや映像ゆがみを低減することが可能となる。

【0035】

また、図６（ａ）に示す光線の例のように、映像投影部２００から出射して導光板８０１に略垂直に入射した映像光は、略垂直に導光板８０１から出射するように、導光板８０１及び偏向プリズム３０１を構成する。具体的には、反射面３０２と面３０３がなす角度４０１を、第２の内面反射面１４とビームスプリッタ面１７がなす角度４００に略等しくする。これにより、光の波長、及び導光板８０１への入射角によらず、導光板８０１からの出射角は導光板８０１への入射角に略等しくなるため、色分散が略キャンセルされて、色分散に起因する色ずれや映像ゆがみを低減することが可能となる。

【0036】

図６（ｂ）は、映像投影部２００から出射して、導光板８０１及び偏向プリズム３０１の内部を伝搬する光束を図示したものである。この例では、映像投影部２００から出射した光束は、第１の内面反射面１３でけられることなく、第１の内面反射面１３を透過するように構成している。また、第１の内面反射面１３を透過した光束は、端面１１に入射することなく、偏向プリズム３０１に入射するように構成している。さらに、偏向プリズム３０１の反射面３０２で偏向した光束は、面３０４に入射することなく、導光板８０１に再入射するように構成している。

【0037】

図６（ｃ）は、比較のために好ましくない例を示している。この例では、光線３１０は第１の内面反射面１３でけられ、第１の内面反射面１３を透過していない。また、光線３１１は端面１１に入射している。さらに、光線３１２は面３０４に入射している。

【0038】

図６（ｂ）の構成によれば、図６（ｃ）に示す好ましくない光線状態を回避し、映像光の利用効率を高めたり、利用者が視認する映像に暗線が生じるなどの画質低下を抑えたりすることが可能となる。

【0039】

さらに、図５において、導光板８０１の端面１１、終端面１２、上面１５、下面１６、偏向プリズム３０１の面３０４、上面３０５、下面３０６のうち少なくとも一つ若しくは全部は、砂摺り若しくは黒塗りの少なくとも一方若しくは両方の処理を施すことが好ましい。これにより、迷光による画質低下を抑えることが可能となる。

【0040】

次に、本実施例は様々な変形例が可能であり、それらについて説明する。
図５及び図６に基づく上記の説明では、映像投影部２００から出射した映像光は導光板８０１の第１の内面反射面１３から導光板８０１に入射するとしたが、これに限らない。

【0041】

図７は、映像投影部２００の配置を変更した構成を示す図である。この例では、映像投影部２００から出射した映像光は、導光板８０１の第２の内面反射面１４から導光板８０１に入射するように構成している。これにより、映像表示装置１０１のデザインの自由度を高めることが可能である。

【0042】

図５及び図６に基づく上記の説明では、導光板８０１と偏向プリズム３０１は接着するとして説明したが、これに限らない。

【0043】

図８は、導光板と偏向プリズムの他の構成を示す図である。（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ正面図、平面図、側面図である。この例では、導光板と偏向プリズムが一体化されている偏向プリズム一体型の導光板８０２を利用している。これにより、導光板８０１と偏向プリズム３０１とを接着する工数を削減することが可能となる。

【0044】

図５及び図６に基づく上記の説明では、映像投影部２００から出射した映像光は、一度導光板８０１を透過してから偏向プリズム３０１に入射するとして説明したが、これに限らない。

【0045】

図９は、導光板と偏向プリズムの他の構成を示す図であり、導光板８０３と偏向プリズム３３１で示す。偏向プリズム３３１は、入射面３３４、反射面３３２及び面３３３を備えている。偏向プリズム３３１の面３３３と、導光板８０３の端面１１は、透明な接着剤若しくは無機接合により接着されている。映像投影部２００から出射した映像光は、偏向プリズム３３１に入射する。偏向プリズム３３１に入射した映像光は反射面３３２で反射、偏向し、偏向プリズム３３１の面３３３と導光板８０３の端面１１との接着部を経て導光板８０３に入射する。これにより、映像表示装置１０１のデザインや製造の自由度を高めることが可能である。

【0046】

偏向プリズム３３１の光学材質の屈折率は、導光板８０３の光学材質の屈折率と略等しい。これにより、偏向プリズム３３１から導光板８０３に伝搬する際の色分散に起因する色ずれや映像ゆがみを低減することが可能となる。

【0047】

また、映像投影部２００から出射して偏向プリズム３３１に略垂直に入射した映像光は、導光板８０３を伝搬した後、略垂直に導光板８０３から出射するように、導光板８０３及び偏向プリズム３３１を構成する。具体的には、反射面３３２と入射面３３４がなす角度４０２を、第２の内面反射面１４とビームスプリッタ面１７がなす角度４００に略等しくする。これにより、光の波長、及び導光板８０３への入射角によらず、導光板８０３からの出射角は偏向プリズム３３１への入射角に略等しくなるため、色分散が略キャンセルされて、色分散に起因する色ずれや映像ゆがみを低減することが可能となる。

【0048】

図１０は、導光板と偏向プリズムの他の構成を示す図であり、導光板８０４と偏向プリズム３４１で示す。導光板８０４の端面１１は、ビームスプリッタ面１７と略平行である。これにより、導光板８０４の製造難易度を下げることができ、導光板８０４のコストを低減することが可能となる。

【0049】

図１１は、導光板と偏向プリズムの他の構成を示す図であり、導光板と偏向プリズムが一体化されている。偏向プリズム一体型の導光板８０５は、導光板と偏向プリズムを兼ねており、導光板８０５の端面１１は、映像偏向部２１０の反射面を兼ねている。

【0050】

映像投影部２００から出射した映像光は、第１の内面反射面１３から導光板８０５に入射する。導光板８０５に入射した映像光は端面１１で反射、偏向し、導光板８０５の内部を全反射して伝搬する。

【0051】

導光板８０５の端面１１は、ビームスプリッタ面１７と略平行となるように構成する。これにより、光の波長、及び導光板８０５への入射角によらず、導光板８０５からの出射角は導光板８０５への入射角に略等しくなる。よって、色分散が略キャンセルされて、色分散に起因する色ずれや映像ゆがみを低減することが可能となる。偏向プリズム一体型の導光板８０５とすることで、製造難易度を下げることができ、また、部品点数を減らすことができ、コストを低減することが可能である。

【0052】

上記の構成では、導光部２３０は、内部に１つ以上のビームスプリッタ面１７を備える導光板として説明したが、これに限らない。

【0053】

図１２は、導光板と偏向プリズムの他の構成を示す図であり、導光板として体積ホログラム型導光板８１０を用いた例である。体積ホログラム型導光板８１０は、カバー層８１１，８１２と媒体層８１３とを有する。カバー層８１１，８１２は、例えばガラスや樹脂などの平板である。カバー層８１１は、第１の内面反射面８１４を備え、カバー層８１２は第２の内面反射面８１５を備えている。体積ホログラム型導光板８１０の第２の内面反射面８１５と偏向プリズム３０１の面３０３は、透明な接着剤若しくは無機接合により接着されている。媒体層８１３の少なくとも一部は、ホログラム材質を備えている。ホログラム材質には予め多重露光が施されており、所定のホログラムが記録されている。

【0054】

映像投影部２００から出射した映像光は、第１の内面反射面８１４から体積ホログラム型導光板８１０に入射、内部を伝搬し、偏向プリズム３０１に入射する。偏向プリズム３０１に入射した光は反射面３０２で反射、偏向し、体積ホログラム型導光板８１０に再入射する。体積ホログラム型導光板８１０に再入射した映像光は、第１の内面反射面８１４及び第２の内面反射面８１５で全反射しながら、体積ホログラム型導光板８１０の内部を伝搬する。体積ホログラム型導光板８１０の内部を伝搬する映像光は、媒体層８１３のホログラム材質に記録されたホログラムで回折して、体積ホログラム型導光板８１０から出射する。利用者は、体積ホログラム型導光板８１０から出射した映像光の一部を知覚することで、映像を視認することが可能である。

【0055】

以上に説明したように、実施例１によれば、映像光が導光板及び偏向プリズムに入射したり、導光板及び偏向プリズムから出射したりする際に、色分散に起因する色ずれや映像ゆがみを低減することが可能であり、高品質な映像が表示可能な導光板方式の映像表示装置１０１及び映像表示システム１００を提供できる。

【実施例2】

【0056】

実施例２では、映像投影部２００から出射した映像光の光軸が導光板の第２の内面反射面と垂直でない構成とした。なお、実施例２においては、前述した実施例との相違点を主に説明し、前述した実施例と同じ構成には同じ符号を付し、それらの説明は省略する。

【0057】

図１３は、実施例２に係る映像偏向部２１０及び導光部２３０の構成を示す図である。（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ正面図、平面図、側面図である。映像偏向部２１０として偏向プリズム５０２を備え、導光部２３０として導光板８０１を備える。また、導光板８０１には補正プリズム５０３を接合している。補正プリズム５０３は、導光板８０１に対し、透明な接着剤若しくは無機接合により接着されているのが好ましい。

【0058】

映像投影部２００から出射した映像光は、補正プリズム５０３に入射し、内部を伝搬した後、補正プリズム５０３と導光板８０１の接合部分から導光板８０１に入射する。

【0059】

補正プリズム５０３の光学材質の屈折率は、導光板８０１の光学材質の屈折率と略等しくする。また、偏向プリズム５０２の光学材質の屈折率は、導光板８０１の光学材質の屈折率と略等しくする。これにより、補正プリズム５０３から導光板８０１に伝搬する際、導光板８０１から偏向プリズム５０２に伝搬する際、及び偏向プリズム５０２から導光板８０１に伝搬する際に、色分散に起因する色ずれや映像ゆがみを低減することが可能である。

【0060】

また、図１３（ｂ）に示す光線の例のように、映像投影部２００から出射して補正プリズム５０３に略垂直に入射した映像光は、略垂直に導光板８０１から出射するように、導光板８０１、偏向プリズム５０２及び補正プリズム５０３を構成する。具体的には、第２の内面反射面１４とビームスプリッタ面１７がなす角度を角度４００、偏向プリズム５０２の頂角を角度５０４、補正プリズム５０３の頂角を角度５０５とした場合、
（角度５０５）＝２×（角度４００）－２×（角度５０４）
の関係が略成り立つように構成する。これにより、光の波長、及び補正プリズム５０３への入射角によらず、導光板８０１からの出射角は補正プリズム５０３への入射角に略等しくなるため、色分散が略キャンセルされて、色分散に起因する色ずれや映像ゆがみを低減することが可能となる。

【0061】

次に、本実施例は様々な変形例が可能であり、それらについて説明する。
図１４は、映像偏向部２１０と導光部２３０の他の構成を示す図である。導光部２３０として導光板８２０を備え、導光板８２０は入力面８２１を備えている。映像投影部２００から出射した映像光は、導光板８２０の入力面８２１から導光板８２０に入射する。

【0062】

図１４（ｂ）に示す光線の例のように、映像投影部２００から出射して導光板８２０の入力面８２１に略垂直に入射した映像光が、導光板８２０から略垂直に外部に出射するように、導光板８２０及び映像偏向部２１０を構成する。具体的には、第２の内面反射面１４とビームスプリッタ面１７がなす角度を角度４００、偏向プリズム５０２の頂角を角度５０４、入力面８２１と第２の内面反射面１４とがなす角度を角度５０６とした場合、
（角度５０６）＝２×（角度４００）－２×（角度５０４）
の関係が略成り立つように構成する。これにより、光の波長、及び導光板８２０への入射角によらず、導光板８２０からの出射角は導光板８２０への入射角に略等しくなるため、色分散が略キャンセルされて、色分散に起因する色ずれや映像ゆがみを低減することが可能となる。

【0063】

図１５は、映像偏向部２１０と導光部２３０の他の構成を示す図である。導光部２３０は導光板８０３を備え、映像偏向部２１０は偏向プリズム５１１を備えている。映像投影部２００から出射した映像光は、偏向プリズム５１１の入射面５１２から入射し、偏向プリズム５１１の反射面５１３で反射、偏向し、偏向プリズム５１１と導光板８０３の接着部分を経て導光板８０３に入射する。

【0064】

図１５（ｂ）に示す光線の例のように、映像投影部２００から出射して偏向プリズム５１１の入射面５１２に略垂直に入射した映像光は、略垂直に導光板８０３から出射するように、導光板８０３及び映像偏向部２１０を構成する。具体的には、第２の内面反射面１４とビームスプリッタ面１７がなす角度を角度４００、反射面５１３と第２の内面反射面１４とがなす角度を角度５１４、入射面５１２と第２の内面反射面１４とがなす角度を角度５１５とした場合、
（角度５１５）＝２×（角度４００）－２×（角度５１４）
の関係が略成り立つように構成する。これにより、光の波長、及び偏向プリズム５１１の入射面５１２への入射角によらず、導光板８０３からの出射角は偏向プリズム５１１の入射面５１２への入射角に略等しくなるため、色分散が略キャンセルされて、色分散に起因する色ずれや映像ゆがみを低減することが可能となる。

【0065】

実施例２によれば、映像投影部２００から出射した映像光の光軸が導光板の第２の内面反射面と垂直とは異なる角度にすることができ、映像表示装置１０１のデザインの自由度を高めることができる。

【実施例3】

【0066】

実施例３では、映像偏向部２１０は光線複製機能を備える構成とした。なお、実施例３においては、前述した実施例との相違点を主に説明し、前述した実施例と同じ構成には同じ符号を付し、それらの説明は省略する。

【0067】

図１６は、実施例３に係る映像偏向部２１０及び導光部２３０の構成を示す図である。（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ正面図、平面図、側面図であり、（ｄ）は（ｂ）の部分拡大図である。映像偏向部２１０は光線複製偏向プリズム６０１を備え、導光部２３０は導光板８０１を備える。光線複製偏向プリズム６０１は、２つの基材６０２，６０３から構成されており、両者は、透明な接着剤若しくは無機接合により接着されている。光線複製偏向プリズム６０１は、反射面６０４とビームスプリッタ面６０５を備えており、反射面６０４とビームスプリッタ面６０５は略平行である。

【0068】

映像投影部２００から出射した映像光は、導光板８０１を透過して光線複製偏向プリズム６０１に入射する。光線複製偏向プリズム６０１に入射した映像光の一部は、ビームスプリッタ面６０５で反射し、一部はビームスプリッタ面６０５を透過する。ビームスプリッタ面６０５で反射した映像光は導光板８０１に再入射する。ビームスプリッタ面６０５を透過した映像光は、反射面６０４で反射する。反射面６０４で反射した映像光の一部は、ビームスプリッタ面６０５を透過し、導光板８０１に再入射する。このようにして、光線複製偏向プリズム６０１により光線が複製されることで、映像光の瞳が複製され、導光板８０１から出力される映像光の分布をより均一にすることができる。これにより、利用者が視認する映像の均一性を向上することが可能である。

【0069】

ビームスプリッタ６０５の反射率は、１０％以上９０％以下とすることが好ましい。より好適には、１０％以上５０％以下とする。これにより、複製された映像光の強度比の偏りを抑えることができ、利用者が視認する映像の均一性を向上することが可能となる。

【0070】

上記では、光線複製偏向プリズム６０１はビームスプリッタ面６０５を１つ備えるとして説明したが、これに限らない。光線複製偏向プリズム６０１は互いに略平行なビームスプリッタ面６０５を２つ以上備えていてもよい。これにより利用者が視認する映像の均一性をより向上することが可能となる。

【0071】

光線複製偏向プリズム６０１の面６０６は、砂摺り若しくは黒塗りのどちらか一方、若しくは両方の処理が施されていることが好ましい。これにより、迷光の発生を低減することが可能である。

【0072】

実施例３によれば、映像偏向部２１０に光線複製機能を備えることで、より均一な映像を利用者に視認させることが可能な導光板方式の映像表示装置１０１及び映像表示システム１００を提供できる。

【実施例4】

【0073】

実施例４では、映像表示装置１０１は瞳拡大部を備える構成とした。なお、実施例４においては、前述した実施例との相違点を主に説明し、前述した実施例と同じ構成には同じ符号を付し、それらの説明は省略する。

【0074】

図１７は、実施例４に係る映像表示装置１０１の構成を示す図である。（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ正面図、平面図、側面図である。映像表示装置１０１は、映像投影部２００と、映像偏向部２１０及び導光部２３０と、の間に、瞳拡大部７００を備えている。ここでは映像偏向部２１０として偏向プリズム３０１を備え、導光部２３０として導光板８０１を備えている。また瞳拡大部７００として、瞳拡大プリズム７０１を備えている。

【0075】

図１７（ｃ）に示すように、瞳拡大プリズム７０１は、映像光の入力面７０２と、１つ以上のビームスプリッタ面７０３と、出力面７０４と、を備えている。各ビームスプリッタ面７０３は、互いに略平行である。瞳拡大プリズム７０１の出力面７０４と、導光板８０１の第１の内面反射面１３は、透明な接着剤若しくは無機接合により接着されていてもよいし、接着されずに所定の間隔だけ離れて配置されていてもよい。

【0076】

映像投影部２００から出射した映像光は、入力面７０２から瞳拡大プリズム７０１に入射する。瞳拡大プリズム７０１に入射した光は、ビームスプリッタ面７０３に入射し、少なくとも一部の光は、ビームスプリッタ面７０３で反射する。反射しなかった光の少なくとも一部は、ビームスプリッタ面７０３を透過して、次のビームスプリッタ面７０３に入射する。このようにして各ビームスプリッタ面７０３で反射した光は、出力面７０４から出射し、第１の内面反射面１３から導光板８０１に入射する。

【0077】

実施例４によれば、映像投影部２００が出力した映像光を複製することで、利用者の目と映像表示装置１０１との相対的な位置がずれたとしても、利用者が映像を視認可能な範囲であるアイボックスを拡大することが可能となる。すなわち、アイボックスの大きい導光板方式の映像表示装置１０１及び映像表示システム１００を提供できる。

【実施例5】

【0078】

実施例５では、映像表示システム１００は画像信号処理部１０４で色分散を補償する構成とした。なお、実施例５において、前述した実施例との相違点を主に説明し、前述した実施例と同じ構成には同じ符号を付し、それらの説明は省略する。

【0079】

図１８は、実施例５に係る映像表示装置１０１の構成を示す図である。映像偏向部２１０として偏向プリズム５０２を備え、導光部２３０として導光板８０１を備えている。

【0080】

映像投影部２００から出射した映像光のうち、垂直以外の角度で導光板８０１に入射した光が、導光板８０１から略垂直に出射する。この場合、色分散により、色ずれや映像ゆがみが発生することがある。具体的には、赤色、緑色、青色など、色によって映像がずれて（シフトして）出力されたり、導光板８０１から出力される映像の縦横比（アスペクト比）が異なったりする場合がある。

【0081】

図１９は、本実施例において、画像信号処理部１０４による色ずれや映像ゆがみを補正する構成を示す図である。画像信号処理部１０４は、拡大縮小部９０１とシフト部９０２とを備えている。

【0082】

画像信号処理部１０４に入力された画像信号は、拡大縮小部９０１に入力され、映像が拡大縮小された画像信号に変換される。拡大縮小部９０１による映像の拡大縮小は、線形に拡大縮小をしてもよいし、非線形に拡大縮小を行ってもよい。拡大縮小部９０１から出力された画像信号は、シフト部９０２に入力され、映像がシフトされた画像信号に変換される。映像がシフトされた画像信号が、画像信号処理部１０４から出力される。拡大縮小部９０１による映像の拡大縮小量、及びシフト部９０２による映像のシフト量は、導光板８０１に入射して導光板８０１から出力されるまでの屈折や色分散による映像の色ずれや映像ゆがみを補償する量に略等しくする。特に、色分散による色ずれや映像ゆがみを補正するため、拡大縮小量及びシフト量は、画像信号のＲ、Ｇ、Ｂによって異なる拡大縮小量及びシフト量であってもよい。

【0083】

また、画像信号処理部１０４は、拡大縮小部９０１とシフト部９０２の両方を備えていてもよいし、いずれか一方を備えていてもよい。これにより、画像信号処理部１０４の処理負荷を低減することが可能である。

【0084】

実施例５によれば、画像信号処理部１０４により色分散による色ずれや映像ゆがみを補正することで、高品質な映像を表示可能な導光板方式の映像表示装置１０１及び映像表示システム１００を提供できる。また、映像投影部２００から導光板８０１への映像光の入射角を垂直以外にすることが可能であるため、映像表示装置のデザインの自由度を高めることが可能である。

【0085】

なお、本発明は前述した各実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を有するものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。

【0086】

また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。

【0087】

各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。

【0088】

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。

【符号の説明】

【0089】

１７：ビームスプリッタ面、１００：映像表示システム、１０１：映像表示装置、１０２：コントローラー、１０４：画像信号処理部、１０５：電力供給部、１０６：記憶媒体、１０７：センシング部、１０８：センサ入出力部、１０９：通信部、１１１：音声処理部、１２０：利用者の目、２００：映像投影部、２１０：映像偏向部、２２０：導光板、２２１：光入力部、２２２：光出力部、２２３：内面反射面、２２４：内面反射面、２３０：導光部、３０１，３３１，３４１，５０２：偏向プリズム、５０３：補正プリズム、５１１：偏向プリズム、６０１：光線複製偏向プリズム、６０５：ビームスプリッタ面、７００：瞳拡大部、７０１：瞳拡大プリズム、７０３：ビームスプリッタ面、８０１：導光板、８０２：偏向プリズム一体型導光板、８０３～８０４：導光板、８０５：偏向プリズム一体型導光板、８１０：体積ホログラム型導光板、８１３：媒体層、８２０：導光板、９０１：拡大縮小部、９０２：シフト部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】