JP2007304227A - Video display device and video photographing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ホログラフィック光学素子を備えた映像表示装置と、ホログラフィック光学素子を備えた映像撮影装置とに関するものである。 The present invention relates to an image display device provided with a holographic optical element and an image photographing device provided with a holographic optical element.
ホログラフィック光学素子は、干渉性を有する2光束でホログラム感光材料を干渉露光することによって作製される(例えば非特許文献1参照)。このようなホログラフィック光学素子は、入射光束を任意の方向に回折反射させることが可能であることから、従来から映像表示装置や映像撮影装置に用いる検討がなされている。 The holographic optical element is manufactured by performing interference exposure on a hologram photosensitive material with two coherent light beams (see, for example, Non-Patent Document 1). Since such a holographic optical element can diffract and reflect an incident light beam in an arbitrary direction, it has been conventionally studied to be used for an image display device and an image photographing device.
ホログラフィック光学素子は、作製時に使用した2つの露光光束のうちの一方の光束と同じ入射角の光が入射すると、他方の光が再生するという特性を有している。したがって、使用時(再生時)に必要とする光束を得るためには、作製時には使用時と同じ入射角度の2光束で露光することが一般的である。 The holographic optical element has a characteristic that when light having the same incident angle as one of the two exposure light beams used at the time of manufacture is incident, the other light is reproduced. Therefore, in order to obtain a light beam required at the time of use (reproduction), it is common to perform exposure with two light beams having the same incident angle as at the time of use at the time of production.
ところで、映像表示装置や映像撮影装置では、表示画角(観察画角)や撮影画角と呼ばれる、ある特定の画角に対応する光を取り扱う必要がある。このため、上記した従来の一般的な露光方法でホログラフィック光学素子を作製し、このホログラフィック光学素子を映像表示装置や映像撮影装置に適用した場合には、観察時や撮影時に、画角両端での観察映像または撮影映像の輝度が異なり、良好な映像観察や映像撮影ができなくなるという問題が生ずる。この問題点について、映像表示装置を例に挙げて説明すれば、以下の通りである。 By the way, in a video display device or a video shooting device, it is necessary to handle light corresponding to a specific angle of view called a display field angle (observation field angle) or a shooting field angle. For this reason, when a holographic optical element is manufactured by the above-described conventional general exposure method and this holographic optical element is applied to a video display device or a video photographing device, both ends of the field angle are observed during observation or photographing. There is a problem in that the brightness of the observation image or the photographed image in the video is different, and good image observation or image photographing becomes impossible. This problem will be described as follows by taking a video display device as an example.
図10は、従来の映像表示装置の構成を模式的に示す説明図である。この映像表示装置では、映像表示素子101にて表示された映像の光(以下、映像光と称する)は、導光部材102内に入射して内部を導光され、ホログラフィック光学素子103にて回折反射されて観察者の瞳に導かれる。したがって、観察者は、映像表示素子101に表示された映像の拡大虚像を観察することが可能となる。
FIG. 10 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a conventional video display device. In this video display device, video light (hereinafter referred to as video light) displayed on the
ここで、映像表示素子101の表示領域の中心Pと設計観察瞳の中心Qとを結ぶ光路を光軸と定義する。また、図11に示すように、映像の観察時に、ホログラフィック光学素子103と光軸との交点(ホログラフィック光学素子103上で光軸が折れ曲がる点)Mに入射する光軸上の光線を観察光線R1とし、交点Mから出射される光軸上の光線を観察光線R2とする。
Here, an optical path connecting the center P of the display area of the
さらに、図12に示すように、ホログラフィック光学素子103の構成材料となるホログラム感光材料103aの露光時に、ホログラム感光材料103aと光軸との交点Nに入射する2つの光線を、それぞれ露光光線S1・S2とする。なお、交点Nは、交点Mと実質的に同じ点と考えればよい。また、露光光線S1・S2を有する2光束でホログラム感光材料103aを干渉露光し、ホログラフィック光学素子103を作製した場合、そこに記録される干渉縞の向きは、露光光線S1・S2のなす角の2等分線Tに対して垂直方向となる。
Further, as shown in FIG. 12, during exposure of the hologram
従来は、2光束の干渉露光によりホログラフィック光学素子103を作製する際に、露光光線S1・S2を観察光線R1・R2とそれぞれ同じ方向としていた。この場合、図10において、観察者は、光軸上の方向であるA1方向において回折効率が最大となる波長λの映像光を見ることになり、A1方向に見える映像を最も明るく観察することができる。
Conventionally, when the holographic
しかし、A1方向から上下に同一画角θで映像を観察したときには、画角両端の方向(B1方向およびC1方向)では、中心から同一画角θであるにもかかわらず、B1方向の観察映像のほうがC1方向の観察映像よりも明るくなり、良好な映像観察ができなくなる。以下、この理由について説明する。 However, when an image is observed from the A 1 direction up and down at the same angle of view θ, the directions at both ends of the angle of view (B 1 direction and C 1 direction) are equal to B 1 even though the angle of view θ is the same from the center. towards the direction of observation images brighter than C 1 direction of observation images, it can not be satisfactory image observation. Hereinafter, this reason will be described.
図13(a)は、体積位相型で反射型のホログラフィック光学素子201の断面図である。このホログラフィック光学素子201は、素子表面に対して平行に記録された干渉縞(縞間隔;dnm)に対して、波長λの光が入射角0度で入射(A2方向から入射)したときに、回折効率が最大になるように作製されている。したがって、ホログラフィック光学素子201は、干渉縞に対して垂直な方向(A2方向)から光が入射すると、その光をA2方向とは180度逆方向に反射する正反射ミラーの作用を持つホログラムとして機能する。
FIG. 13A is a cross-sectional view of a volume phase type reflective holographic
ここで、ホログラフィック光学素子201に対して、入射光がB2方向およびC2方向と、A2方向を基準にしてそれぞれ左右に同じ角度θだけ傾いて入射する場合を考える。図13(b)は、ホログラフィック光学素子201における回折特性、すなわち、入射角と回折効率との関係を示すグラフである。なお、図13(b)のA2、B2、C2は、それぞれA2方向、B2方向、C2方向の入射角を示すものとする。図13(a)では、干渉縞への入射角の絶対値は、B2方向およびC2方向で同じであるので、図13(b)のように、B2方向およびC2方向の入射角で回折効率は同じとなる。すなわち、入射角と回折効率との関係は、最大回折効率を示すA2方向の入射角0度に対して、左右対称なグラフとなる。
Here, a case is considered in which incident light is incident on the holographic
一方、図14(a)は、体積位相型で反射型のホログラフィック光学素子301の断面図である。このホログラフィック光学素子301は、素子表面に平行に記録された干渉縞(縞間隔;dnm)に対して、波長λの光が0度でない入射角で入射(A3方向から入射)したときに、回折効率が最大になるように作製されている。このホログラフィック光学素子301は、干渉縞に対して垂直な方向(B3方向)から光が入射すると、その光をB3方向とは180度逆方向に反射する正反射ミラーの作用を持つホログラムとして機能する。
On the other hand, FIG. 14A is a cross-sectional view of a reflection type holographic
ここで、上記と同様に、ホログラフィック光学素子301に対して、入射光がB3方向およびC3方向と、A3方向を基準にしてそれぞれ左右に同じ角度θだけ傾いて入射する場合を考える。図14(b)は、ホログラフィック光学素子301における回折特性、すなわち、入射角と回折効率との関係を示すグラフである。なお、図14(b)のA3、B3、C3は、それぞれA3方向、B3方向、C3方向の入射角を示すものとする。図14(a)では、干渉縞への入射角は、B3方向で0度であり、C3方向で2θであるので、B3方向とC3方向とで異なる。
Here, in the same manner as described above, a case is considered where incident light is incident on the holographic
このとき、入射光の最大回折波長は、媒質の屈折率をn、干渉縞の間隔をdとすると、A3方向から入射した場合は2ndcosθ、B3方向から入射した場合は2nd、C3方向から入射した場合は2ndcos2θとなる。したがって、ホログラフィック光学素子301の干渉縞への入射角が大きくなればなるほど、上記のcos関数の影響で、最大回折波長のシフト量が大きくなる。つまり、このことは、ある一定波長λの光が干渉縞に入射したとき、干渉縞への入射角が大きくなる方向は、干渉縞への入射角が小さくなる方向に比べて、同じ入射角シフトに対する回折効率の低下量が大きいことを意味する。
At this time, the maximum diffraction wavelength of the incident light is 2nd cos θ when incident from the A 3 direction and 2 nd and C 3 directions when incident from the B 3 direction, where n is the refractive index of the medium and d is the distance between the interference fringes. 2nd cos 2θ in the case of incidence from. Therefore, the larger the incident angle of the holographic
したがって、図14(b)に示すように、入射角と回折効率との関係は、最大回折効率を示すA3方向の入射角に対して左右対称なグラフとはならず、A3方向を基準とした角度ずれ(絶対値)がB3方向とC3方向とで同じであっても、干渉縞への入射角がより大きいC3方向では、干渉縞への入射角がより小さいB3方向よりも回折効率は低くなる。反射型のホログラフィック光学素子は、波長選択性および角度選択性が高いので、上記の現象は特に反射型のホログラフィック光学素子にて顕著に発生する。 Therefore, as shown in FIG. 14B, the relationship between the incident angle and the diffraction efficiency is not a graph symmetrical with respect to the incident angle in the A 3 direction indicating the maximum diffraction efficiency, and is based on the A 3 direction. and the angular deviation be (absolute value) is the same for the B 3 direction and the C 3 direction, the angle of incidence is greater than C 3 direction to the interference fringes, the angle of incidence is less than B 3 direction to the interference fringe The diffraction efficiency is lower than that. Since the reflection-type holographic optical element has high wavelength selectivity and angle selectivity, the above phenomenon occurs particularly remarkably in the reflection-type holographic optical element.
以上のように、ホログラフィック光学素子の干渉縞に対しての入射角がより大きくなる方向では、干渉縞に対しての入射角がより小さくなる方向に比べて回折効率が低くなるので、図10においては、観察者がA1方向から上下に同一画角θで映像を観察すると、画角両端のB1方向およびC1方向のうち、上記入射角に対応する角度、すなわち、干渉縞の法線方向と観察方向とのなす角度がより大きくなるC1方向で観察される映像の輝度が、上記角度がより小さくなるB1方向で観察される映像の輝度よりも低くなる(暗くなる)。 As described above, the diffraction efficiency is lower in the direction in which the incident angle with respect to the interference fringes of the holographic optical element is larger than in the direction in which the incident angle with respect to the interference fringes is smaller. , When an observer observes an image at the same angle of view θ up and down from the A 1 direction, the angle corresponding to the incident angle among the B 1 direction and the C 1 direction at both ends of the angle of view, that is, the method of interference fringes luminance of the image is the angle between the line direction and the observation direction is observed with greater becomes C 1 direction is lower than the luminance of an image in which the angle is observed at the smaller B 1 direction (darker).
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、観察画角や撮影画角の画角両端での表示映像や撮影映像の輝度差を低減することができ、これによって良好な映像観察や映像撮影が可能となる映像表示装置と映像撮影装置とを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to reduce the luminance difference between the display image and the captured image at both ends of the observation field angle and the shooting field angle. It is possible to provide a video display device and a video shooting device that can perform favorable video observation and video shooting.
本発明の映像表示装置は、映像表示素子からの映像光をホログラフィック光学素子にて瞳方向に回折反射させて、観察者に映像を観察させる映像表示装置であって、ホログラフィック光学素子は、ホログラム感光材料を2光束で干渉露光することによって作製されており、映像表示素子の表示領域の中心と設計観察瞳の中心とを結ぶ光路を光軸とし、観察時に、ホログラフィック光学素子と光軸との交点に入射する光軸上の光線と、上記交点から出射される光軸上の光線とをそれぞれ観察光線とし、露光時に、ホログラム感光材料と光軸との交点に入射する2つの光線をそれぞれ露光光線とすると、上記ホログラフィック光学素子は、2つの露光光線の少なくとも一方が観察光線とはずれてホログラム感光材料に照射されることによって作製されていることを特徴としている。 The video display device of the present invention is a video display device that causes image light from the video display element to be diffracted and reflected in the pupil direction by a holographic optical element, and allows an observer to observe the video. The hologram photosensitive material is manufactured by interference exposure with two light beams. The optical path connecting the center of the display area of the image display element and the center of the design observation pupil is used as the optical axis. The light beam on the optical axis incident on the intersection point with the light beam and the light beam on the optical axis emitted from the intersection point are respectively used as observation light beams, and two light beams incident on the intersection point between the hologram photosensitive material and the optical axis at the time of exposure. Assuming that each is an exposure light beam, the holographic optical element is produced by irradiating the hologram photosensitive material with at least one of the two exposure light beams deviating from the observation light beam. It is characterized in that it is.
上記の構成によれば、映像表示素子からの映像光は、ホログラフィック光学素子にて瞳方向に回折反射されることにより、観察者は、設計観察瞳の位置にて、ある観察画角で映像を観察することが可能となる。 According to the above configuration, the image light from the image display element is diffracted and reflected in the pupil direction by the holographic optical element, so that the observer can image the image at a certain observation angle of view at the position of the design observation pupil. Can be observed.
このとき、ホログラフィック光学素子は、2つの露光光線の少なくとも一方が観察光線とはずれてホログラム感光材料に照射されることによって作製されている。このような露光の仕方でホログラフィック光学素子が作製されているので、2つの露光光線を両方とも観察光線と一致させてホログラフィック光学素子が作製されている場合に比べて、観察画角の画角両端に対応する方向についての回折効率の差が小さくなるように、ホログラフィック光学素子に干渉縞を記録することが可能となる。これにより、観察画角の画角両端での観察映像の輝度差を小さくすることができ、良好な映像観察が可能となる。 At this time, the holographic optical element is manufactured by irradiating the hologram photosensitive material with at least one of the two exposure light beams deviating from the observation light beam. Since the holographic optical element is manufactured by such an exposure method, the viewing angle of view is larger than that in the case where the holographic optical element is manufactured by aligning the two exposure light beams with the observation light beam. It is possible to record interference fringes on the holographic optical element so that the difference in diffraction efficiency in the direction corresponding to both corners is reduced. As a result, the luminance difference between the observation images at both ends of the observation angle of view can be reduced, and good image observation can be performed.
また、本発明においては、2つの観察光線のなす角度を第1の角度とし、2つの露光光線のなす角度であって、ホログラム感光材料と光軸との交点に入射する一方の露光光線と、上記交点から出射される他方の露光光線とのなす角度を第2の角度とすると、上記ホログラフィック光学素子は、第2の角度が第1の角度よりも大きくなるような2つの露光光線を有する2光束でホログラム感光材料を露光することによって作製されていてもよい。 In the present invention, the angle formed by the two observation light beams is the first angle, the angle formed by the two exposure light beams, and one exposure light beam incident on the intersection of the hologram photosensitive material and the optical axis; If the angle formed by the other exposure light beam emitted from the intersection is a second angle, the holographic optical element has two exposure light beams such that the second angle is larger than the first angle. It may be produced by exposing the hologram photosensitive material with two light beams.
第2の角度を第1の角度よりも大きくしてホログラム感光材料を露光することにより、2つの露光光線を両方とも観察光線と一致させてホログラム感光材料を露光する場合とは、記録される干渉縞の傾きを確実に異ならせることができる。これにより、観察画角の画角両端に対応する方向についての回折効率の差が小さくなるような傾きで、ホログラフィック光学素子に干渉縞を記録することができる。したがって、観察画角の画角両端での観察映像の輝度差を確実に小さくすることができ、良好な映像観察が確実に可能となる。 When the hologram photosensitive material is exposed by exposing the hologram photosensitive material with the second angle larger than the first angle, the exposure of the hologram photosensitive material with both of the two exposure light rays coincided with the observation light beam is recorded interference. The inclination of the stripe can be surely changed. As a result, interference fringes can be recorded on the holographic optical element with such an inclination that the difference in diffraction efficiency between the directions corresponding to both ends of the viewing angle of view becomes small. Therefore, the difference in luminance of the observation image at both ends of the observation angle of view can be surely reduced, and good image observation can be reliably performed.
また、本発明においては、ホログラム感光材料を露光する2光束は、それぞれ平行光であることが望ましい。 In the present invention, the two light beams for exposing the hologram photosensitive material are preferably parallel lights.
上記2光束は、例えば平行光と発散光であってもよいが、この場合は、作製されたホログラフィック光学素子にて回折された光の集光位置が、解像度がとれている設計領域(明るさ、歪曲、収差等を良好にする領域)からずれて、設計観察瞳にて観察される映像の解像度が落ちる場合がある。上記2光束をともに平行光とした場合は、そのような集光位置のずれが生じることはないので、観察映像の解像度の低下を回避しながら、観察画角の画角両端での観察映像の輝度差を小さくすることができる。 The two light beams may be, for example, parallel light and divergent light. In this case, the light condensing position of the light diffracted by the manufactured holographic optical element has a design area (brightness). In some cases, the resolution of the image observed at the design observation pupil may be reduced by deviating from the region in which distortion, aberration, etc. are improved. When both of the two light beams are parallel light, such a shift of the condensing position does not occur, so that the observation image at both ends of the observation angle of view is avoided while avoiding the reduction in the resolution of the observation image. The brightness difference can be reduced.
また、本発明の映像表示装置は、互いに平行な平面を有する導光部材を備え、ホログラフィック光学素子は、導光部材の平面上に保持されており、導光部材内を全反射しながら導光されてきた映像表示素子からの映像光を瞳方向に回折反射させる構成であってもよい。 In addition, the video display device of the present invention includes light guide members having planes parallel to each other, and the holographic optical element is held on the plane of the light guide member, and is guided while being totally reflected in the light guide member. The image light from the image display element that has been illuminated may be diffracted and reflected in the pupil direction.
この構成では、映像表示素子からの映像光は、導光部材内を全反射しながら導光され、ホログラフィック光学素子にて回折反射されて観察者の瞳に導かれる。したがって、薄い導光部材を用いることが可能となり、これによって映像表示装置を薄型でコンパクトに構成することができる。 In this configuration, the image light from the image display element is guided while being totally reflected in the light guide member, is diffracted and reflected by the holographic optical element, and is guided to the observer's pupil. Therefore, it is possible to use a thin light guide member, whereby the video display device can be configured to be thin and compact.
また、本発明においては、ホログラフィック光学素子は、入射プリズムを介して入射し、ホログラム感光材料を露光した後に不要光取出プリズムを介して外部に抜ける露光光線と、他の露光光線とを有する2光束でホログラム感光材料を露光することによって作製されており、露光時には、入射プリズムは、ホログラム感光材料面上、または導光部材におけるホログラム感光材料の保持側とは反対側の面上に、空気層を介さずに密着配置されており、不要光取出プリズムは、導光部材におけるホログラム感光材料の保持側とは反対側の面上、またはホログラム感光材料面上に、空気層を介さずに密着配置されていることが望ましい。 In the present invention, the holographic optical element has an exposure light beam that enters through the incident prism, passes through the unnecessary light extraction prism after being exposed to the hologram photosensitive material, and another exposure light beam. It is produced by exposing the hologram photosensitive material with a light beam. At the time of exposure, the incident prism is formed on the surface of the hologram photosensitive material or on the surface opposite to the holding side of the hologram photosensitive material in the light guide member. The unnecessary light extraction prism is closely arranged on the surface of the light guide member opposite to the hologram photosensitive material holding side or on the hologram photosensitive material surface without an air layer. It is desirable that
上記の構成によれば、ホログラム感光材料の露光時には、一方の露光光線は、入射プリズム、ホログラム感光材料、導光部材および不要光取出プリズムをこの順で透過するか、あるいは、入射プリズム、導光部材、ホログラム感光材料および不要光取出プリズムをこの順で透過する。 According to the above configuration, at the time of exposure of the hologram photosensitive material, one exposure light beam passes through the incident prism, the hologram photosensitive material, the light guide member, and the unnecessary light extraction prism in this order, or the incident prism, the light guide The member, the hologram photosensitive material, and the unnecessary light extraction prism are transmitted in this order.
このように、いずれも、入射プリズムを介して一方の露光光線を導光部材内に入射させることにより、導光部材内を全反射する角度で上記露光光線を導光部材内に入射させることができる。 As described above, in either case, by exposing one exposure light beam into the light guide member via the incident prism, the exposure light beam can be incident into the light guide member at an angle that totally reflects the light guide member. it can.
また、上記露光光線は、ホログラム感光材料を露光した後、不要光取出プリズムを介して外部に抜けるので、上記露光光線が導光部材と空気との界面、またはホログラム感光材料と空気との界面で全反射して再度ホログラム感光材料に照射されるということがない。したがって、高効率でホログラフィック光学素子を作製することができる。また、不要光による観察映像のゴーストが少なく、明るい観察映像を得ることができる。 Further, since the exposure light beam is exposed to the outside through the unnecessary light extraction prism after the hologram photosensitive material is exposed, the exposure light beam is generated at the interface between the light guide member and air, or at the interface between the hologram photosensitive material and air. There is no possibility that the hologram photosensitive material is irradiated again after being totally reflected. Therefore, a holographic optical element can be produced with high efficiency. Moreover, there is little ghost of the observation image by unnecessary light, and a bright observation image can be obtained.
また、本発明の映像表示装置は、導光部材の平面上に保持される他のホログラフィック光学素子をさらに備え、他のホログラフィック光学素子は、映像表示素子から導光部材内に入射した映像光を、導光部材内で全反射するように回折反射させる構成であってもよい。 The video display device of the present invention further includes another holographic optical element held on the plane of the light guide member, and the other holographic optical element is an image incident on the light guide member from the video display element. The light may be diffracted and reflected so as to be totally reflected in the light guide member.
この構成によれば、導光部材に対する映像表示素子からの映像光の入射方向(入射角度)に関係なく、上記映像光を他のホログラム感光材料にて回折反射させ、導光部材内で全反射するように導光させることができる。したがって、映像表示素子の配置の自由度を増大させることができる。 According to this configuration, regardless of the incident direction (incident angle) of the image light from the image display element with respect to the light guide member, the image light is diffracted and reflected by the other hologram photosensitive material and totally reflected in the light guide member. Can be guided. Accordingly, it is possible to increase the degree of freedom in arranging the video display elements.
また、本発明においては、ホログラフィック光学素子は、回折効率がピークとなる回折ピーク波長が複数存在する回折特性を有していてもよい。この場合、観察者はカラー映像を観察することが可能となる。 In the present invention, the holographic optical element may have a diffraction characteristic in which a plurality of diffraction peak wavelengths at which the diffraction efficiency reaches a peak exist. In this case, the observer can observe a color image.
本発明の映像撮影装置は、被写体像の光をホログラフィック光学素子にて回折反射させて撮像素子に導くことにより、撮像素子にて被写体像を撮影する映像撮影装置であって、ホログラフィック光学素子は、ホログラム感光材料を2光束で干渉露光することによって作製されており、撮像素子の撮像領域の中心と被写体像の中心とを結ぶ光路を光軸とし、撮影時に、ホログラフィック光学素子と光軸との交点に入射する光軸上の光線と、上記交点から出射される光軸上の光線とをそれぞれ撮影光線とし、露光時に、ホログラム感光材料と光軸との交点に入射する2つの光線をそれぞれ露光光線とすると、上記ホログラフィック光学素子は、2つの露光光線の少なくとも一方が撮影光線とはずれてホログラム感光材料に照射されることによって作製されていることを特徴としている。 A video imaging apparatus according to the present invention is a video imaging apparatus that shoots a subject image with an imaging device by diffracting and reflecting light of the subject image with a holographic optical element and guiding the light to the imaging device. Is produced by interference exposure of a hologram photosensitive material with two light beams, and the optical path connecting the center of the imaging area of the imaging device and the center of the subject image is used as the optical axis, and the holographic optical element and the optical axis are used during shooting. The light beam on the optical axis incident on the intersection point with the light beam and the light beam on the optical axis emitted from the intersection point are respectively taken as photographic light rays, and at the time of exposure, the two light beams incident on the intersection point between the hologram photosensitive material and the optical axis are Assuming that each is an exposure light beam, the holographic optical element is formed by irradiating the hologram photosensitive material with at least one of the two exposure light beams deviating from the photographing light beam. It is characterized by being manufactured.
上記の構成によれば、被写体像の光は、ホログラフィック光学素子にて回折反射され、撮像素子に導かれる。これにより、ある撮影画角の被写体像を撮像素子にて撮影することが可能となる。 According to the above configuration, the light of the subject image is diffracted and reflected by the holographic optical element and guided to the imaging element. As a result, a subject image with a certain angle of view can be captured by the image sensor.
このとき、ホログラフィック光学素子は、2つの露光光線の少なくとも一方が撮影光線とはずれてホログラム感光材料に照射されることによって作製されている。このような露光の仕方でホログラフィック光学素子が作製されているので、2つの露光光線を両方とも撮影光線と一致させてホログラフィック光学素子が作製されている場合に比べて、撮影画角の画角両端に対応する方向についての回折効率の差が小さくなるように、ホログラフィック光学素子に干渉縞を記録することが可能となる。これにより、撮影画角の画角両端での撮影映像の輝度差を小さくすることができ、良好な映像撮影が可能となる。 At this time, the holographic optical element is manufactured by irradiating the hologram photosensitive material with at least one of the two exposure light beams being deviated from the photographing light beam. Since the holographic optical element is manufactured by such an exposure method, the image of the field of view is larger than that in the case where the holographic optical element is manufactured by matching both exposure light rays with the photographic light ray. It is possible to record interference fringes on the holographic optical element so that the difference in diffraction efficiency in the direction corresponding to both corners is reduced. As a result, the brightness difference between the captured images at both ends of the captured angle of view can be reduced, and favorable image capturing can be performed.
また、本発明においては、2つの撮影光線のなす角度を第1の角度とし、2つの露光光線のなす角度であって、ホログラム感光材料と光軸との交点に入射する一方の露光光線と、上記交点から出射される他方の露光光線とのなす角度を第2の角度とすると、上記ホログラフィック光学素子は、第2の角度が第1の角度よりも大きくなるような2つの露光光線を有する2光束でホログラム感光材料を露光することによって作製されていてもよい。 Further, in the present invention, the angle formed by the two photographing light beams is the first angle, the angle formed by the two exposure light beams, and one exposure light beam incident on the intersection of the hologram photosensitive material and the optical axis; If the angle formed by the other exposure light beam emitted from the intersection is a second angle, the holographic optical element has two exposure light beams such that the second angle is larger than the first angle. It may be produced by exposing the hologram photosensitive material with two light beams.
第2の角度を第1の角度よりも大きくしてホログラム感光材料を露光することにより、2つの露光光線を両方とも撮影光線と一致させてホログラム感光材料を露光する場合とは、記録される干渉縞の傾きを確実に異ならせることができる。これにより、撮影画角の画角両端に対応する方向についての回折効率の差が小さくなるような傾きで、ホログラフィック光学素子に干渉縞を記録することができる。したがって、撮影画角の画角両端での撮影映像の輝度差を確実に小さくすることができ、良好な映像撮影が確実に可能となる。 When the hologram photosensitive material is exposed by exposing the hologram photosensitive material with the second angle larger than the first angle, the exposure of the hologram photosensitive material with both of the two exposure light rays coincided with the photographing light beam is recorded interference. The inclination of the stripe can be surely changed. Thereby, it is possible to record interference fringes on the holographic optical element with such an inclination that the difference in diffraction efficiency in the direction corresponding to both ends of the field angle of the photographic field angle becomes small. Therefore, it is possible to reliably reduce the luminance difference between the captured images at both ends of the captured angle of view, and it is possible to reliably capture a good image.
また、本発明においては、ホログラム感光材料を露光する2光束は、それぞれ平行光であることが望ましい。 In the present invention, the two light beams for exposing the hologram photosensitive material are preferably parallel lights.
上記2光束は、例えば平行光と発散光であってもよいが、この場合は、作製されたホログラフィック光学素子にて回折された光の集光位置が、解像度がとれている設計領域(明るさ、歪曲、収差等を良好にする領域)からずれて、撮影映像の解像度が落ちる場合がある。上記2光束をともに平行光とした場合は、そのような集光位置のずれが生じることはないので、撮影映像の解像度の低下を回避しながら、撮影画角の画角両端での撮影映像の輝度差を小さくすることができる。 The two light beams may be, for example, parallel light and divergent light. In this case, the light condensing position of the light diffracted by the manufactured holographic optical element has a design area (brightness). In other cases, the resolution of the captured image may be reduced by deviating from the region in which distortion, aberration, etc. are improved. When both of the two light beams are parallel lights, such a condensing position shift does not occur, so that a reduction in the resolution of the shot image is avoided and the shot image at both ends of the shot angle of view is reduced. The brightness difference can be reduced.
また、本発明の映像撮影装置は、互いに平行な平面を有する導光部材を備え、ホログラフィック光学素子は、導光部材の平面上に保持されており、導光部材内を全反射しながら導光されてきた被写体像の光を回折反射させて撮像素子に導く構成であってもよい。 In addition, the video imaging apparatus of the present invention includes a light guide member having planes parallel to each other, and the holographic optical element is held on the plane of the light guide member, and is guided while being totally reflected in the light guide member. A configuration may be adopted in which the light of the illuminated subject image is diffracted and reflected and guided to the image sensor.
この構成では、被写体像の光は、導光部材内を全反射しながら導光され、ホログラフィック光学素子にて回折反射されて撮像素子に導かれる。したがって、薄い導光部材を用いることが可能となり、これによって映像撮影装置を薄型でコンパクトに構成することができる。 In this configuration, the light of the subject image is guided while being totally reflected in the light guide member, is diffracted and reflected by the holographic optical element, and is guided to the imaging element. Therefore, it is possible to use a thin light guide member, whereby the video photographing apparatus can be configured to be thin and compact.
また、本発明においては、ホログラフィック光学素子は、入射プリズムを介して入射し、ホログラム感光材料を露光した後に不要光取出プリズムを介して外部に抜ける露光光線と、他の露光光線とを有する2光束でホログラム感光材料を露光することによって作製されており、露光時には、入射プリズムは、ホログラム感光材料面上、または導光部材におけるホログラム感光材料の保持側とは反対側の面上に、空気層を介さずに密着配置されており、不要光取出プリズムは、導光部材におけるホログラム感光材料の保持側とは反対側の面上、またはホログラム感光材料面上に、空気層を介さずに密着配置されていることが望ましい。 In the present invention, the holographic optical element has an exposure light beam that enters through the incident prism, passes through the unnecessary light extraction prism after being exposed to the hologram photosensitive material, and another exposure light beam. It is produced by exposing the hologram photosensitive material with a light beam. At the time of exposure, the incident prism is formed on the surface of the hologram photosensitive material or on the surface opposite to the holding side of the hologram photosensitive material in the light guide member. The unnecessary light extraction prism is closely arranged on the surface of the light guide member opposite to the hologram photosensitive material holding side or on the hologram photosensitive material surface without an air layer. It is desirable that
上記の構成によれば、ホログラム感光材料の露光時には、一方の露光光線は、入射プリズム、ホログラム感光材料、導光部材および不要光取出プリズムをこの順で透過するか、あるいは、入射プリズム、導光部材、ホログラム感光材料および不要光取出プリズムをこの順で透過する。 According to the above configuration, at the time of exposure of the hologram photosensitive material, one exposure light beam passes through the incident prism, the hologram photosensitive material, the light guide member, and the unnecessary light extraction prism in this order, or the incident prism, the light guide The member, the hologram photosensitive material, and the unnecessary light extraction prism are transmitted in this order.
このように、いずれも、入射プリズムを介して一方の露光光線を導光部材内に入射させることにより、導光部材内を全反射する角度で上記露光光線を導光部材内に入射させることができる。 As described above, in either case, by exposing one exposure light beam into the light guide member via the incident prism, the exposure light beam can be incident into the light guide member at an angle that totally reflects the light guide member. it can.
また、上記露光光線は、ホログラム感光材料を露光した後、不要光取出プリズムを介して外部に抜けるので、上記露光光線が導光部材と空気との界面、またはホログラム感光材料と空気との界面で全反射して再度ホログラム感光材料に照射されるということがない。したがって、高効率でホログラフィック光学素子を作製することができる。また、不要光による撮影映像のゴーストが少なく、明るい撮影映像を得ることができる。 Further, since the exposure light beam is exposed to the outside through the unnecessary light extraction prism after the hologram photosensitive material is exposed, the exposure light beam is generated at the interface between the light guide member and air, or at the interface between the hologram photosensitive material and air. There is no possibility that the hologram photosensitive material is irradiated again after being totally reflected. Therefore, a holographic optical element can be produced with high efficiency. In addition, there is little ghost in the captured image due to unnecessary light, and a bright captured image can be obtained.
また、本発明の映像撮影装置は、導光部材の平面上に保持される他のホログラフィック光学素子を備え、他のホログラフィック光学素子は、外部から導光部材内に入射した被写体像の光を、導光部材内で全反射するように回折反射させる構成であってもよい。 In addition, the video imaging apparatus of the present invention includes another holographic optical element that is held on the plane of the light guide member, and the other holographic optical element is light of the subject image incident on the light guide member from the outside. May be diffracted and reflected so as to be totally reflected in the light guide member.
この構成によれば、導光部材に対する被写体像の光の入射方向(入射角度)に関係なく、上記被写体像の光を他のホログラム感光材料にて回折反射させ、導光部材内で全反射するように導光させることができる。したがって、撮像素子の配置の自由度を増大させることができる。 According to this configuration, regardless of the incident direction (incident angle) of the light of the subject image with respect to the light guide member, the light of the subject image is diffracted and reflected by the other hologram photosensitive material and totally reflected within the light guide member. Can be guided. Therefore, it is possible to increase the degree of freedom of arrangement of the image sensor.
また、本発明においては、ホログラフィック光学素子は、回折効率がピークとなる回折ピーク波長が複数存在する回折特性を有していてもよい。この場合、撮像素子にてカラー映像を撮影することが可能となる。 In the present invention, the holographic optical element may have a diffraction characteristic in which a plurality of diffraction peak wavelengths at which the diffraction efficiency reaches a peak exist. In this case, a color image can be taken with the image sensor.
本発明によれば、ホログラフィック光学素子は、2つの露光光線の少なくとも一方が観察光線(または撮影光線)とはずれてホログラム感光材料に照射されることによって作製されている。これにより、観察画角(または撮影画角)の画角両端に対応する方向についての回折効率の差が小さくなるように、ホログラフィック光学素子に干渉縞を記録することが可能となる。したがって、観察画角(または撮影画角)の画角両端での観察映像(または撮影映像)の輝度差を小さくすることができ、良好な映像観察(または映像撮影)が可能となる。 According to the present invention, the holographic optical element is manufactured by irradiating the hologram photosensitive material with at least one of the two exposure light beams deviating from the observation light beam (or photographing light beam). Accordingly, it is possible to record interference fringes on the holographic optical element so that the difference in diffraction efficiency in the direction corresponding to both ends of the viewing angle of view (or the shooting angle of view) is reduced. Accordingly, it is possible to reduce the luminance difference between the observation images (or the captured images) at both ends of the observation angle of view (or the shooting angle of view), and it is possible to perform favorable image observation (or image capturing).
〔実施の形態1〕
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
図2は、本発明の映像表示装置の構成を模式的に示す説明図である。この映像表示装置は、映像表示素子1と、導光部材2と、ホログラフィック光学素子3とを有している。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the video display device of the present invention. This video display device includes a
映像表示素子1は、画像データに応じて光を変調することにより、映像を表示するものであり、例えば光源を有する液晶表示素子(LCD)で構成されている。導光部材2は、映像表示素子1からの映像光を内部で導光してホログラフィック光学素子3に導く。ホログラフィック光学素子3は、体積位相型で反射型の回折光学素子であり、入射光を回折反射させるものである。ホログラフィック光学素子3は、その構成材料であるホログラム感光材料3a(図1参照)を2光束で干渉露光することによって作製されており、導光部材2の下端面(傾斜面)に保持されている。
The
この構成では、映像表示素子1からの映像光は、導光部材2内にその上端面から入射し、導光部材2内を導光され、ホログラフィック光学素子3にて瞳方向に回折反射される。これにより、観察者は、設計観察瞳の位置にて、ある観察画角で映像(映像表示素子1の表示映像の虚像)を観察することが可能となる。
In this configuration, image light from the
ところで、本実施形態では、図2のホログラフィック光学素子3に記録されている干渉縞の向きが、図10のホログラフィック光学素子103に記録されている干渉縞の向きとは異なっている。このように干渉縞が記録されたホログラフィック光学素子3を用いた点で、本発明の映像表示装置は従来のものとは異なっている。以下、この点について詳細に説明する。
By the way, in this embodiment, the direction of the interference fringes recorded on the holographic
なお、以下での説明の便宜上、映像表示素子1の表示領域の中心Pと設計観察瞳の中心Qとを結ぶ光路を光軸と定義する。また、図3に示すように、映像の観察時に、ホログラフィック光学素子3と上記光軸との交点(ホログラフィック光学素子3上で光軸が折れ曲がる点)Mに入射する光軸上の光線を観察光線R1とし、交点Mから出射される光軸上の光線を観察光線R2とする。つまり、観察光線R2は、映像表示素子1からの観察光線R1がホログラフィック光学素子3にて回折反射されて交点Mから出射される光軸上の光線とも言える。
For convenience of explanation below, an optical path connecting the center P of the display area of the
さらに、図1に示すように、ホログラム感光材料3aの露光時に、ホログラム感光材料3aと光軸との交点Nに入射する2つの光線を、それぞれ露光光線S1・S2とする。なお、交点Nは、交点Mと実質的に同じ点と考えればよい。また、露光光線S1・S2を有する2光束でホログラム感光材料3aを干渉露光し、ホログラフィック光学素子3を作製した場合、そこに記録される干渉縞の向きは、露光光線S1・S2のなす角の2等分線Tに対して垂直方向となる。
Further, as shown in FIG. 1, two light beams incident on the intersection N between the hologram
なお、図1では、後述する説明の理解がしやすいように、観察光線R1・R2も併せて図示している。また、観察光線R1は露光光線S1と離れて図示されているが、実際には重なっているものとする。 In FIG. 1, the observation light beams R1 and R2 are also shown for easy understanding of the explanation to be described later. Further, although the observation light beam R1 is illustrated apart from the exposure light beam S1, it is assumed that it actually overlaps.
本実施形態では、図1に示すように、露光光線S1は観察光線R1と同じ光路でホログラム感光材料3aに照射される一方、露光光線S2は交点Nを通りながら観察光線R2とはずれて(観察光線R2とは異なる方向で)ホログラム感光材料3aに照射されることにより、ホログラフィック光学素子3が作製されている。特に、本実施形態では、2つの観察光線R1・R2のなす角度を第1の角度θ1(図3参照)とし、2つの露光光線S1・S2のなす角度であって、ホログラム感光材料3aと光軸との交点Nに入射する一方の露光光線S1と、交点Nから出射される他方の露光光線S2とのなす角度を第2の角度θ2(図1参照)としたとき、ホログラフィック光学素子3は、第2の角度θ2が第1の角度θ1よりも大きくなるような2つの露光光線S1・S2を有する2光束でホログラム感光材料3aを露光することによって作製されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the exposure light beam S1 is irradiated onto the hologram
このような露光の仕方でホログラフィック光学素子3が作製されているので、2つの露光光線S1・S2の方向を両方とも観察光線R1・R2の方向と一致させて露光を行う場合に比べて、図2に示す、観察画角の画角両端に対応するB方向およびC方向についての回折効率の差が小さくなるように、ホログラフィック光学素子3に干渉縞を記録することが可能となる。以下、この点について詳細に説明する。
Since the holographic
図4は、観察画角と映像輝度との関係を示すグラフである。特に、同図中の破線a1は、露光光線S1・S2を観察光線R1・R2と同じ方向とした従来の露光方法で作製したホログラフィック光学素子における観察画角と映像輝度との関係を示し、実線a2は、露光光線S2を観察光線R2とずらした本実施形態の露光方法で作製したホログラフィック光学素子3における観察画角と映像輝度との関係を示している。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the observation angle of view and the video luminance. In particular, the broken line a1 in the figure shows the relationship between the observation angle of view and the image luminance in a holographic optical element produced by a conventional exposure method in which the exposure light rays S1 and S2 are in the same direction as the observation light rays R1 and R2. A solid line a2 indicates the relationship between the viewing angle of view and the image brightness in the holographic
なお、横軸の観察画角A、B、Cは、図2の光軸方向であるA方向、観察時の画角両端のB方向およびC方向の、A方向を基準(0度)としたときの画角を示し、それぞれ0度、−θ度、+θ度である。なお、ホログラフィック光学素子の干渉縞への入射角(ここでは干渉縞の法線方向と観察方向とのなす角を指す)の絶対値は、B方向、A方向、C方向の順に大きくなるものとする。また、縦軸の映像輝度は、最大輝度を1としたときの相対値で示している。この映像輝度は、ある観察方向についてのホログラフィック光学素子の回折効率によって決まるので、縦軸の映像輝度は、ホログラフィック光学素子の回折効率とも読み替えることもできる。 Note that the viewing angles A, B, and C on the horizontal axis are based on the A direction, which is the direction of the optical axis in FIG. The angle of view is 0 degrees, −θ degrees, and + θ degrees, respectively. The absolute value of the incident angle of the holographic optical element with respect to the interference fringes (here, the angle between the normal direction of the interference fringes and the observation direction) increases in the order of B direction, A direction, and C direction. And Further, the video luminance on the vertical axis is shown as a relative value when the maximum luminance is 1. Since this image luminance is determined by the diffraction efficiency of the holographic optical element in a certain observation direction, the image luminance on the vertical axis can be read as the diffraction efficiency of the holographic optical element.
前述したように、ホログラフィック光学素子の回折効率は、干渉縞への入射角が大きい方向ほど、同じ角度ずれに対して回折効率の低下量が大きいため、従来の露光方法で作製したホログラフィック光学素子では、観察画角の画角両端に対応するB方向およびC方向のうち、干渉縞への入射角がより大きいC方向で、干渉縞への入射角がより小さいB方向に比べて、回折効率の低下量が大きくなる。したがって、ホログラフィック光学素子の回折効率は、B方向よりもC方向のほうが小さく、観察画角の画角両端での映像輝度は、B方向よりもC方向のほうが低くなる。すなわち、従来の映像表示装置では、B方向で観察される映像が明るくなり、C方向で観察される映像が暗くなる(破線a1参照)。 As described above, the diffraction efficiency of the holographic optical element is such that the larger the incident angle with respect to the interference fringes, the greater the reduction in diffraction efficiency with respect to the same angular deviation. In the element, of the B direction and the C direction corresponding to both ends of the field angle of the observation field angle, the diffraction angle is larger in the C direction where the incident angle to the interference fringe is larger and the incident angle to the interference fringe is smaller than the B direction. The amount of decrease in efficiency increases. Therefore, the diffraction efficiency of the holographic optical element is smaller in the C direction than in the B direction, and the image luminance at both ends of the viewing angle of the observation field angle is lower in the C direction than in the B direction. That is, in the conventional video display device, the video image observed in the B direction becomes bright and the video image observed in the C direction becomes dark (see the broken line a1).
ところが、本実施形態の露光方法でホログラフィック光学素子3を作製することにより、図1に示すように、ホログラフィック光学素子3の干渉縞の法線方向が設計観察瞳の方向により近づくように、干渉縞を傾けて記録したホログラフィック光学素子3を得ることができる。これにより、観察画角の画角両端での干渉縞への入射角が変化するので、破線a1が実線a2にシフトした特性を持つホログラフィック光学素子3を得ることができる。つまり、観察画角の画角両端のB方向とC方向とで映像輝度の差(回折効率の差)がほとんどなくなるような特性のホログラフィック光学素子3を得ることができる。このように観察画角の画角両端での観察映像の輝度差が小さくなるので、観察者は良好な映像観察が可能となる。
However, by producing the holographic
特に、本実施形態では、ホログラフィック光学素子3は、第2の角度θ2が第1の角度θ1よりも大きくなるような2つの露光光線S1・S2を有する2光束でホログラム感光材料3aを露光することによって作製されている。これにより、B方向およびC方向についての回折効率の差が小さくなるような傾きで、ホログラフィック光学素子3に干渉縞を確実に記録することができるので、良好な映像観察が可能になる本発明の効果を確実に得ることができる。
In particular, in this embodiment, the holographic
なお、本実施形態では、露光光線S1を観察光線R1と等しくし、露光光線S2を観察光線R2とずらしているが、第2の角度θ2が第1の角度θ1よりも大きくなるのであれば、露光光線S2を観察光線R2と等しくし、露光光線S1を観察光線R1とずらすようにしてもよく、また、露光光線S1・S2の両方を観察光線R1・R2とずらすようにしてもよい。 In the present embodiment, the exposure light beam S1 is made equal to the observation light beam R1, and the exposure light beam S2 is shifted from the observation light beam R2. However, if the second angle θ2 is larger than the first angle θ1, The exposure light beam S2 may be made equal to the observation light beam R2, the exposure light beam S1 may be shifted from the observation light beam R1, or both the exposure light beams S1 and S2 may be shifted from the observation light beam R1 and R2.
また、2つの露光光線S1・S2の少なくとも一方を観察光線R1・R2とずらす場合、露光時に用いる光の波長と観察時の映像光の波長とが似通っているとすれば、θ2−θ1は、以下の条件式を満足することが望ましい。
0°<θ2−θ1≦20°
これは、露光光線S1・S2の少なくとも一方を観察光線R1・R2と大きくずらせすぎると、露光波長と回折される映像光の波長とが大きくずれてしまい、観察される映像が暗くなるからである。
Further, when at least one of the two exposure light beams S1 and S2 is shifted from the observation light beam R1 and R2, if the wavelength of light used for exposure is similar to the wavelength of video light for observation, θ2−θ1 is It is desirable to satisfy the following conditional expression.
0 ° <θ2-θ1 ≦ 20 °
This is because if at least one of the exposure light beams S1 and S2 is shifted too much from the observation light beams R1 and R2, the exposure wavelength and the wavelength of the diffracted image light are greatly shifted, and the observed image becomes dark. .
なお、θ2−θ1の範囲は、使用画角(観察時にどの角度まで使いたいか)と、ホログラム感光材料3aとして用いる材料との2点で大きく決まるので、これらの要因を考慮して適宜設定されればよい。例えば、使用画角が広い場合には、θ2−θ1を大きくする必要がある。
Note that the range of θ2−θ1 is largely determined by two points of the use angle of view (which angle is desired to be used for observation) and the material used as the hologram
また、ホログラフィック光学素子3において、回折効率ピークの半値波長幅が広ければ広いほど、波長ずれに対して許容があることになるので、回折効率は落ちにくい(逆に、半値波長幅が狭いほど、回折効率が低下しやすい)。このとき、干渉縞において屈折率が高い部分と低い部分との差をΔndとすると、Δndが大きいほど、回折効率が出やすくなるので、半値波長幅は狭くなる。また、ホログラム感光材料3aの膜厚が厚くなっても、半値波長幅は狭くなる。
Further, in the holographic
以上のことから、ホログラム感光材料3aが回折効率ピークの半値波長幅が狭い特性(膜厚が厚い、Δndが大きい)を有しており、かつ、広画角で使用したい場合が、最も補正をしないといけない場合(θ2−θ1を最も大きくする必要がある場合)であり、その逆(Δndが小さい、膜厚が薄い、狭い画角の場合)が、あまり補正をしなくて済む場合と言える。
From the above, the hologram
なお、本実施形態で説明した露光方法によって作製したホログラフィック光学素子3を用いても、光軸より大きくずれた画角(B方向、C方向よりもさらに大きい画角)では、両方向の映像輝度差は、改善はされるが、ある程度は依然残存する。しかし、実際には、観察時に使用する画角(映像が実際に観察される画角)は、設計によりある範囲(例えば光軸より±10度)に限定されるので、その範囲内で観察画角による輝度差が小さくなるようにすればよい。つまり、画角両端での明るさの大きな差が目立つ場合でも、本実施形態で説明した手法により、全体として見れば、最も明るい画角と最も暗い画角とで映像輝度の差を小さくすることができるので、良好に映像を観察することができる。
Even if the holographic
このように、2つの露光光線S1・S2の少なくとも一方を観察光線R1・R2とずらしてホログラム感光材料3aを露光することで、観察画角の画角両端での輝度差を小さくする手法は、実際には、ホログラフィック光学素子3が、入射光を単なる任意の角度に反射するミラーのように、平行光を平行光で反射する特性(光学的パワーを持たない特性)を有する場合に、上述した本発明の効果を強く発揮する。これは、ホログラフィック光学素子3が多少の弱い光学的パワーを有している場合でもある程度効果は発揮されるが、光学的パワー(レンズ作用)が強い場合に入射角度を変えて露光してしまうと、光線の結像位置そのものの設計値からのズレが大きくなるため、映像解像度の低下などの悪影響が生じるためである。
In this way, by exposing at least one of the two exposure light beams S1 and S2 to the observation light beams R1 and R2 to expose the hologram
つまり、ホログラム感光材料3aを露光する2光束は、例えば平行光と発散光であってもよいが、この場合は、作製されたホログラフィック光学素子3にて回折された光の集光位置が、解像度がとれている設計領域(明るさ、歪曲、収差等を良好にする領域)からずれて、設計観察瞳にて観察される映像の解像度が落ちる場合がある。したがって、ホログラム感光材料3aを露光する2光束をそれぞれ平行光とし、光学的パワーをほとんど持たないホログラフィック光学素子3を作製することにより、そのような集光位置のずれが生じることはないので、観察映像の解像度の低下を回避しながら、観察画角の画角両端での観察映像の輝度差を小さくすることができる。
That is, the two light beams for exposing the hologram
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態1と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to the drawings. For convenience of explanation, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same member numbers, and the description thereof is omitted.
図5は、本実施形態の映像表示装置の概略の構成を示す説明図である。この映像表示装置は、映像表示素子1と、導光部材2と、ホログラフィック光学素子3・4とを備えている。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the video display apparatus according to the present embodiment. The video display device includes a
映像表示素子1は、光源11と、光変調素子12と、接眼光学系13とを有している。光源11は、例えばR(赤)、G(緑)、B(青)の各波長の光を出射するLEDで構成されている。光変調素子12は、光源11からの光を画像データに応じて変調することにより、映像を表示するものであり、例えばLCDで構成されている。接眼光学系13は、光変調素子12からの映像光を平行光に変換して導光部材2に導く。
The
導光部材2は、映像表示素子1からの映像光を内部で導光する透明基板であり、互いに対向する平行な面2a・2bを有している。
The
ホログラフィック光学素子3は、体積位相型で反射型の回折光学素子であり、その構成材料であるホログラム感光材料3aを2光束で干渉露光することによって作製されている。ホログラフィック光学素子3は、導光部材2の映像表示素子1側の面2bとは反対側の面2a上に保持されており、映像表示素子1から導光部材2内に入射した映像光を、導光部材2内で全反射するように回折反射させる。
The holographic
ホログラフィック光学素子4は、体積位相型で反射型の回折光学素子であり、その構成材料であるホログラム感光材料4aを2光束で干渉露光することによって作製されている。ホログラフィック光学素子4は、導光部材2の映像表示素子1側の面2b上に保持されており、ホログラフィック光学素子3にて回折反射されて導光部材2内を全反射しながら導光されてきた映像表示素子1からの映像光を瞳方向に回折反射させる。
The holographic
上記の構成によれば、映像表示素子1の光源11からの光は光変調素子12にて変調され、映像光として接眼光学系13に入射し、そこで拡大されて平行光の状態で導光部材2の内部に面2b側から入射する。この映像光は、ホログラフィック光学素子3にて回折反射され、導光部材2内を全反射しながらホログラフィック光学素子4まで導光される。ホログラフィック光学素子4では、入射した映像光が回折反射され、観察者の瞳に導かれる。なお、ホログラフィック光学素子3・4は、導光部材2の同一面上(例えば面2a上)にともにあってもよい。この場合、導光部材2内で光が全反射する回数は奇数回となる。
According to the above configuration, the light from the
本実施形態では、導光部材2の面2a・2b上に保持されているホログラフィック光学素子3・4が、両方とも、実施の形態1で示したような露光方法によって作製されている。すなわち、ホログラフィック光学素子3・4は、2つの露光光線の少なくとも一方が観察光線とはずれてホログラム感光材料3a・4aに照射されることによって作製されている。
In the present embodiment, the holographic
例えば、図6は、ホログラフィック光学素子4を作製するときの露光方法を模式的に示す説明図である。同図に示すように、ホログラフィック光学素子4は、2つの露光光線S1・S2のうち、例えば露光光線S1が観察光線R1と同一光路でホログラム感光材料4aに照射される一方、露光光線S2が観察光線R2とはずれてホログラム感光材料4aに照射されることによって作製されている。このとき、ホログラム感光材料4aは、第2の角度θ2>第1の角度θ1となるように露光されている。なお、露光光線S2を観察光線R2と等しくし、露光光線S1を観察光線R1とずらすようにしてもよく、また、露光光線S1・S2の両方を観察光線R1・R2とずらすようにしてもよい。また、ホログラフィック光学素子3の作製についても同様である。
For example, FIG. 6 is an explanatory view schematically showing an exposure method when producing the holographic
このように、ホログラフィック光学素子3・4は、2つの露光光線の少なくとも一方が観察光線とはずれてホログラム感光材料3a・4aに照射されることによって作製されているので、実施の形態1と同様に、観察画角の画角両端に対応する方向についての回折効率の差が小さくなるように、ホログラフィック光学素子3・4に干渉縞をそれぞれ記録することができる。その結果、本実施形態のように複数のホログラフィック光学素子3・4を用いて映像観察装置を構成した場合でも、画角両端での観察映像の輝度差を小さくすることができ、良好な映像観察が可能となる。
As described above, the holographic
また、ホログラフィック光学素子4は、導光部材2内を全反射しながら導光されてきた映像表示素子1からの映像光を瞳方向に回折反射させるので、導光部材2を薄く構成することができ、映像表示装置を薄型でコンパクトに構成することができる。
Further, since the holographic
さらに、ホログラフィック光学素子3は、映像表示素子1から導光部材2内に入射した映像光を、導光部材2内で全反射するように回折反射させるので、導光部材2に対する映像光の入射方向(入射角度)に関係なく、上記映像光をホログラム感光材料3にて回折反射させ、導光部材2内で全反射するように導光させることができる。したがって、映像表示素子1の各構成要素の配置の自由度を増大させることができる。
Further, the holographic
ところで、本実施形態のように、映像光を導光部材2内で全反射により導光する構成の場合、露光光線S1は、導光部材2内で全反射する角度で入射させる必要があるが、空気中からはそのままでは上記角度で入射させることができない。このため、図6に示すように、導光部材2と同等の屈折率を有する入射プリズム21を、空気層を介さずに(マッチングオイルなどを介して)導光部材2の面2aに密着配置し、界面での全反射を防いで、露光光線S1を導光部材2に入射させる。
By the way, in the case where the image light is guided by total reflection in the
また、そのままでは、露光光線S1は、ホログラム感光材料4aを通過後、ホログラム感光材料4aと空気との界面で全反射し、再びホログラム感光材料4aの内部へ反射されてしまう。この不要光を取り除くために、導光部材2と同等の屈折率を有する不要光取出プリズム22を、空気層を介さずに(マッチングオイルなどを介して)ホログラム感光材料4a上に密着配置し、外部へ取り除く。これにより、全反射で導光されてきた映像光を瞳方向に回折反射させる特性のホログラフィック光学素子4を確実に作製できるとともに、回折効率のよいホログラフィック光学素子4を作製することができる。
As it is, the exposure light beam S1 passes through the hologram
なお、ここでは、導光部材2の面2a側に入射プリズム21を配置し、ホログラム感光材料4aの表面側に不要光取出プリズム22を配置したが、2つの露光光線S1・S2の向きを180度逆にし、ホログラム感光材料4a側に入射プリズム21を配置し、導光部材2の面2a側に不要光取出プリズム22を配置してホログラフィック光学素子4を作製してもよい。
Here, the
したがって、2つの露光光線S1・S2のうち、一方の露光光線(例えばS1)が入射プリズム21を介して入射し、ホログラム感光材料4aを露光した後に不要光取出プリズム22を介して外部に抜ける光線であり、この露光光線と他の露光光線(例えばS2)とを有する2光束でホログラム感光材料4aを露光することにより、ホログラフィック光学素子4を作製する場合、入射プリズム21および不要光取出プリズム22は、以下のように配置されていればよいと言える。
Therefore, one of the two exposure light beams S1 and S2 (for example, S1) is incident through the
すなわち、露光時には、入射プリズム21は、導光部材2におけるホログラム感光材料4aの保持側とは反対側の面2a上に、空気層を介さずに密着配置されており、不要光取出プリズム22は、ホログラム感光材料4aの表面上に、空気層を介さずに密着配置されていればよい。また、露光時には、入射プリズム21は、ホログラム感光材料4aの表面上に、空気層を介さずに密着配置されており、不要光取出プリズム22は、導光部材2におけるホログラム感光材料4aの保持側とは反対側の面2a上に、空気層を介さずに密着配置されていてもよい。
That is, at the time of exposure, the
ところで、図7は、ホログラフィック光学素子3・4の回折特性、すなわち、入射光の波長と回折効率との関係を示すグラフである。同図に示すように、ホログラフィック光学素子3・4は、回折効率がピークとなる回折ピーク波長が複数存在する回折特性を有している。より具体的には、ホログラフィック光学素子3・4は、光源11から出射されるRGBの光と対応するRGBの各波長域に回折ピーク波長が存在する特性を有している。ホログラフィック光学素子3・4がこのような特性を有していることにより、映像表示素子1からRGBの各映像光を観察者の瞳に導くことができるので、観察者はカラー映像を観察することが可能となる。
FIG. 7 is a graph showing the diffraction characteristics of the holographic
なお、図7の特性を有するホログラフィック光学素子3・4を作製するためには、ホログラム感光材料3a・4aをRGBの3色の光で露光する必要があるが、この場合は、レーザー光源から出射されるRGBの各色の光を1本の光束に束ね、これらを分岐させて露光光線S1・S2を含む2光束とし、2光束のそれぞれについて3色の光を同一の光路で同時にまたは順にホログラム感光材料3a・4aに照射すればよい。
In order to produce the holographic
なお、高効率でホログラフィック光学素子3・4を作製するためには、露光光線S1・S2の光の偏光方向は、露光光線S1・S2を含む平面(導光部材2内で光が導光されるときの進行断面)に対して垂直な方向(例えばS偏光)であることが望ましい。
In order to manufacture the holographic
〔実施の形態3〕
本発明のさらに他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態1または2と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 3]
The following will describe still another embodiment of the present invention with reference to the drawings. For convenience of explanation, the same members as those in the first or second embodiment are denoted by the same member numbers, and the explanation thereof is omitted.
図8は、本実施形態の映像撮影装置の概略の構成を示す説明図である。この映像撮影装置は、撮像素子31(例えばCCDやCMOS)と、撮影光学系32と、導光部材2と、ホログラフィック光学素子3・4とを有している。すなわち、本実施形態の映像撮影装置は、実施の形態2の映像観察装置の光源11および光変調素子12を撮像素子31に置き換え、接眼光学系13を撮影光学系32に置き換え、設計観察瞳を被写体像に置き換え、ホログラフィック光学素子3・4の配置位置を逆にした以外は、実施の形態2と全く同様の構成である。つまり、ホログラフィック光学素子3・4の作製方法(ホログラム感光材料3a・4aの露光方法)や特性などは、全て、実施の形態2の映像表示装置と同様である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the video imaging apparatus of the present embodiment. This video photographing apparatus has an image pickup element 31 (for example, CCD or CMOS), a photographing
この構成では、被写体像の光は、ホログラフィック光学素子3にて回折反射され、導光部材2内を全反射で導光されてホログラフィック光学素子4に導かれる。ホログラフィック光学素子4では、入射光が回折反射され、外部からホログラフィック光学素子3に入射した光と平行に、導光部材2の面2bから出射され、撮影光学系32を介して撮像素子31に導かれる。これにより、ある撮影画角の被写体像を撮像素子31にて撮影することが可能となる。
In this configuration, the light of the subject image is diffracted and reflected by the holographic
なお、映像撮影装置における撮影画角は、図9に示すように、例えば破線の光L1、実線の光L2、一点鎖線の光L3にそれぞれ対応する。映像撮影装置では、個々の撮影画角の光L1・L2・L3は、撮影光学系32によって撮像素子31の撮像面上のX1・X2・X3の位置にそれぞれ集光される。つまり、個々の撮影画角の光L1・L2・L3ごとに、撮像素子31の撮像面上での集光位置が異なっている。したがって、撮影画角の画角両端での輝度差は、集光位置X1・X3に集光される光に基づいて得られる撮影映像の輝度差に相当することになる。
Note that, as shown in FIG. 9, the shooting angle of view in the video imaging apparatus corresponds to, for example, a broken line light L1, a solid line light L2, and a one-dot chain line light L3. In the video photographing apparatus, the light L1, L2, and L3 of each photographing angle of view are condensed by the photographing
また、実施の形態1および2における観察光線は、本実施形態では撮影光線に相当する。ここで、撮影光線とは、撮影時に、ホログラフィック光学素子と光軸との交点に入射する光軸上の光線と、上記交点から出射される光軸上の光線とを指す。また、本実施形態における光軸とは、撮像素子31の撮像領域の中心と被写体像の中心とを結ぶ光路を指す。
In addition, the observation light beam in the first and second embodiments corresponds to the photographing light beam in this embodiment. Here, the photographing light beam refers to a light beam on the optical axis that is incident on the intersection of the holographic optical element and the optical axis and a light beam on the optical axis that is emitted from the intersection at the time of photographing. In addition, the optical axis in the present embodiment refers to an optical path that connects the center of the imaging region of the
上述したように、本実施形態の映像撮影装置においても、ホログラフィック光学素子3・4の作製方法は、実施の形態1および2と同様である。つまり、ホログラフィック光学素子3・4は、2つの露光光線の少なくとも一方が撮影光線とはずれてホログラム感光材料3a・4aに照射されることによって作製されている。これにより、2つの露光光線を両方とも撮影光線と一致させてホログラフィック光学素子が作製されている場合に比べて、撮影画角の画角両端に対応する方向についての回折効率の差が小さくなるように、ホログラフィック光学素子3・4に干渉縞を記録することができる。したがって、映像撮影装置においても、撮影画角の画角両端での撮影映像の輝度差を小さくすることができ、良好な映像撮影が可能となる。
As described above, also in the video imaging apparatus of the present embodiment, the method for manufacturing the holographic
なお、映像表示装置に関する実施の形態1および2で述べた構成や手法は、全て本実施形態の映像撮影装置にも適用することができる。したがって、この場合は、実施の形態1および2で述べた効果と対応する効果を映像撮影装置にて得ることができる。
Note that all the configurations and techniques described in the first and second embodiments relating to the video display device can be applied to the video imaging device of the present embodiment. Therefore, in this case, an effect corresponding to the effect described in
なお、各実施の形態で説明した構成や手法を適宜組み合わせて映像表示装置や映像観察装置を構成することも勿論可能である。 Needless to say, the video display device and the video observation device can be configured by appropriately combining the configurations and methods described in the embodiments.
本発明の映像表示装置は、例えばヘッドアップディスプレイやヘッドマウントディスプレイに利用可能であり、本発明の映像撮影装置は、例えばデジタルカメラに利用可能である。 The video display device of the present invention can be used for, for example, a head-up display or a head-mounted display, and the video shooting device of the present invention can be used for, for example, a digital camera.
1 映像表示素子
2 導光部材
2a 面
2b 面
3 ホログラフィック光学素子
3a ホログラム感光材料
4 ホログラフィック光学素子
4a ホログラム感光材料
21 入射プリズム
22 不要光取出プリズム
31 撮像素子
R1 観察光線
R2 観察光線
S1 露光光線
S2 露光光線
θ1 第1の角度
θ2 第2の角度
DESCRIPTION OF
Claims (14)
ホログラフィック光学素子は、ホログラム感光材料を2光束で干渉露光することによって作製されており、
映像表示素子の表示領域の中心と設計観察瞳の中心とを結ぶ光路を光軸とし、
観察時に、ホログラフィック光学素子と光軸との交点に入射する光軸上の光線と、上記交点から出射される光軸上の光線とをそれぞれ観察光線とし、
露光時に、ホログラム感光材料と光軸との交点に入射する2つの光線をそれぞれ露光光線とすると、
上記ホログラフィック光学素子は、2つの露光光線の少なくとも一方が観察光線とはずれてホログラム感光材料に照射されることによって作製されていることを特徴とする映像表示装置。 An image display device for diffracting and reflecting image light from an image display element in a pupil direction with a holographic optical element, and allowing an observer to observe an image,
The holographic optical element is produced by performing interference exposure of a hologram photosensitive material with two light beams,
The optical path connecting the center of the display area of the image display element and the center of the design observation pupil is the optical axis,
At the time of observation, the light beam on the optical axis that is incident on the intersection of the holographic optical element and the optical axis, and the light beam on the optical axis that is emitted from the intersection point are respectively observed light beams,
At the time of exposure, when two light beams incident on the intersection between the hologram photosensitive material and the optical axis are respectively exposed light beams,
The holographic optical element is produced by irradiating a hologram photosensitive material with at least one of two exposure light beams being separated from an observation light beam.
2つの露光光線のなす角度であって、ホログラム感光材料と光軸との交点に入射する一方の露光光線と、上記交点から出射される他方の露光光線とのなす角度を第2の角度とすると、
上記ホログラフィック光学素子は、第2の角度が第1の角度よりも大きくなるような2つの露光光線を有する2光束でホログラム感光材料を露光することによって作製されていることを特徴とする請求項1に記載の映像表示装置。 The angle formed by the two observation beams is the first angle,
An angle formed by two exposure light beams, and an angle formed by one exposure light beam incident on the intersection between the hologram photosensitive material and the optical axis and the other exposure light beam emitted from the intersection point is defined as a second angle. ,
The holographic optical element is produced by exposing a hologram photosensitive material with two light beams having two exposure light beams such that the second angle is larger than the first angle. 2. The video display device according to 1.
ホログラフィック光学素子は、導光部材の平面上に保持されており、導光部材内を全反射しながら導光されてきた映像表示素子からの映像光を瞳方向に回折反射させることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の映像表示装置。 Comprising light guide members having planes parallel to each other;
The holographic optical element is held on the plane of the light guide member, and diffracts and reflects the image light from the image display element guided while being totally reflected in the light guide member in the pupil direction. The video display device according to claim 1.
露光時には、入射プリズムは、ホログラム感光材料面上、または導光部材におけるホログラム感光材料の保持側とは反対側の面上に、空気層を介さずに密着配置されており、不要光取出プリズムは、導光部材におけるホログラム感光材料の保持側とは反対側の面上、またはホログラム感光材料面上に、空気層を介さずに密着配置されていることを特徴とする請求項4に記載の映像表示装置。 The holographic optical element exposes the holographic photosensitive material with two light fluxes that enter through the incident prism, and expose the holographic photosensitive material to the outside through the unnecessary light extraction prism and other exposure light beams. Is made by
At the time of exposure, the incident prism is closely contacted on the surface of the hologram photosensitive material or on the surface of the light guide member opposite to the hologram photosensitive material holding side without an air layer, and the unnecessary light extraction prism is 5. The image according to claim 4, wherein the light guide member is closely arranged on the surface opposite to the holding side of the hologram photosensitive material, or on the surface of the hologram photosensitive material, without an air layer. Display device.
他のホログラフィック光学素子は、映像表示素子から導光部材内に入射した映像光を、導光部材内で全反射するように回折反射させることを特徴とする請求項4または5に記載の映像表示装置。 Further comprising another holographic optical element held on the plane of the light guide member;
6. The image according to claim 4, wherein the other holographic optical element diffracts and reflects the image light incident from the image display element into the light guide member so as to be totally reflected in the light guide member. Display device.
ホログラフィック光学素子は、ホログラム感光材料を2光束で干渉露光することによって作製されており、
撮像素子の撮像領域の中心と被写体像の中心とを結ぶ光路を光軸とし、
撮影時に、ホログラフィック光学素子と光軸との交点に入射する光軸上の光線と、上記交点から出射される光軸上の光線とをそれぞれ撮影光線とし、
露光時に、ホログラム感光材料と光軸との交点に入射する2つの光線をそれぞれ露光光線とすると、
上記ホログラフィック光学素子は、2つの露光光線の少なくとも一方が撮影光線とはずれてホログラム感光材料に照射されることによって作製されていることを特徴とする映像撮影装置。 A video imaging apparatus that shoots a subject image with an imaging element by diffracting and reflecting light of the subject image with a holographic optical element and guiding the light to the imaging element,
The holographic optical element is produced by performing interference exposure of a hologram photosensitive material with two light beams,
The optical path connecting the center of the imaging area of the image sensor and the center of the subject image is the optical axis,
At the time of shooting, a light beam on the optical axis incident on the intersection of the holographic optical element and the optical axis, and a light beam on the optical axis emitted from the intersection, respectively, are taken as shooting light beams,
At the time of exposure, when two light beams incident on the intersection between the hologram photosensitive material and the optical axis are respectively exposed light beams,
The holographic optical element is produced by irradiating a hologram photosensitive material with at least one of two exposure light rays being deviated from a photographing light beam.
2つの露光光線のなす角度であって、ホログラム感光材料と光軸との交点に入射する一方の露光光線と、上記交点から出射される他方の露光光線とのなす角度を第2の角度とすると、
上記ホログラフィック光学素子は、第2の角度が第1の角度よりも大きくなるような2つの露光光線を有する2光束でホログラム感光材料を露光することによって作製されていることを特徴とする請求項8に記載の映像撮影装置。 The angle formed by the two shooting rays is the first angle,
An angle formed by two exposure light beams, and an angle formed by one exposure light beam incident on the intersection between the hologram photosensitive material and the optical axis and the other exposure light beam emitted from the intersection point is defined as a second angle. ,
The holographic optical element is produced by exposing a hologram photosensitive material with two light beams having two exposure light beams such that the second angle is larger than the first angle. 8. The video photographing apparatus according to 8.
ホログラフィック光学素子は、導光部材の平面上に保持されており、導光部材内を全反射しながら導光されてきた被写体像の光を回折反射させて撮像素子に導くことを特徴とする請求項8から10のいずれかに記載の映像撮影装置。 Comprising light guide members having planes parallel to each other;
The holographic optical element is held on the plane of the light guide member, and diffracted and reflects the light of the subject image guided while totally reflecting inside the light guide member, and is guided to the imaging element. The video imaging device according to claim 8.
露光時には、入射プリズムは、ホログラム感光材料面上、または導光部材におけるホログラム感光材料の保持側とは反対側の面上に、空気層を介さずに密着配置されており、不要光取出プリズムは、導光部材におけるホログラム感光材料の保持側とは反対側の面上、またはホログラム感光材料面上に、空気層を介さずに密着配置されていることを特徴とする請求項11に記載の映像撮影装置。 The holographic optical element exposes the holographic photosensitive material with two light fluxes that enter through the incident prism, and expose the holographic photosensitive material to the outside through the unnecessary light extraction prism and other exposure light beams. Is made by
At the time of exposure, the incident prism is closely contacted on the surface of the hologram photosensitive material or on the surface of the light guide member opposite to the hologram photosensitive material holding side without an air layer, and the unnecessary light extraction prism is 12. The image according to claim 11, wherein the light guide member is closely disposed on the surface opposite to the holding side of the hologram photosensitive material or on the surface of the hologram photosensitive material without interposing an air layer. Shooting device.
他のホログラフィック光学素子は、外部から導光部材内に入射した被写体像の光を、導光部材内で全反射するように回折反射させることを特徴とする請求項11または12に記載の映像撮影装置。 Comprising other holographic optical elements held on the plane of the light guide member;
13. The image according to claim 11, wherein the other holographic optical element diffracts and reflects the light of the subject image incident on the light guide member from the outside so as to be totally reflected in the light guide member. Shooting device.
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