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JPH0816740B2 - 高効率グリッドビーム分割器を有する虚像ディスプレイ - Google Patents
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JPH0816740B2 - 高効率グリッドビーム分割器を有する虚像ディスプレイ - Google Patents

高効率グリッドビーム分割器を有する虚像ディスプレイ

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JPH0816740B2
JPH0816740B2 JP5080727A JP8072793A JPH0816740B2 JP H0816740 B2 JPH0816740 B2 JP H0816740B2 JP 5080727 A JP5080727 A JP 5080727A JP 8072793 A JP8072793 A JP 8072793A JP H0816740 B2 JPH0816740 B2 JP H0816740B2
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virtual image
beam splitter
image source
display system
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アンソン・オー
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に虚像ディスプレイ
システム、特に高効率グリッドビーム分割器を有する軸
上またはほぼ軸上の虚像ディスプレイシステムに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ワークステーションおよびパーソナルコ
ンピュータ用のカラー大型スクリーンモニタ市場は比較
的大きいが、しかしモニタの価格は比較的高価である。
また、モニタの寸法は非常に大きい。結果的に、モニタ
として虚像ディスプレイを使用することは、観察される
画像を生成するために後続的に拡大される小さい画像ソ
ースの使用を可能にする。しかしながら、虚像の相対的
な画像輝度は低い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】例えば、虚像ディスプ
レイシステムはシステムの寸法を減少するために通常の
ビーム分割器を使用している。システムはまたＣＲＴそ
の他の画像ソースおよび反射する凹面鏡を含む。しかし
ながら、偏光されない虚像ディスプレイシステムにおい
て使用される通常のビーム分割器は理論的に50％の反射
率および50％の伝送率（50−50）に過ぎない。ＣＲＴか
らの光はビーム分割器から反射され、その後凹面鏡から
反射し、ビーム分割器を通して再伝送される。結果的
に、ビーム分割器の理論的な効率は25％である（＝50％
×50％）。実際に、金属被覆を備えた多層のビーム分割
器は典型的に約40−40であり、それは効率を16％に低下
させる。多層の誘電性被覆を持つビーム分割器は理論的
に50−50特性レベルに近くなるが、波長および角度的な
帯域幅の制限を受ける。
【０００４】虚像ディスプレイシステムにおける画像ソ
ースが開始すべき偏光された光を供給した場合、ビーム
分割器被覆は偏光感応性であることができる。ビーム分
割器と凹面鏡との間に１／４波長プレートを付加するこ
とは 100％の理論的効率を提供する。しかしながら、こ
のような被覆は軸上でコリメートされた光線または単一
の波長に大きく制限される。これらの被覆はまたかなり
高価であり、小さいビーム分割器しかこのような方法で
形成されることができない。したがって、虚像ディスプ
レイの全体的なシステム輝度を維持する高効率のビーム
分割器を使用する虚像モニタシステムを有することがモ
ニタ技術において有効である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、高効率グ
リッドビーム分割器を使用する本発明の軸上虚像ディス
プレイシステムによって解決される。本発明の虚像ディ
スプレイシステムは、光路の一端に配置され、偏光され
た光を供給するように構成された画像ソースと、光路に
沿って配置され、画像ソースによって供給された偏光さ
れた光を伝送するように構成された中継レンズと、光路
の反対側の端部に配置された凹面鏡と、中継レンズと凹
面鏡との間において光路に沿って配置された１／４波長
プレートと、中継レンズと１／４波長プレートとの間に
おいて光路に沿って配置されたビーム分割器とを具備
し、このビーム分割器は、表面上に形成された画像ソー
スによって投射された可視光の波長より充分に小さい間
隔の複数の平行な金属グリッドラインを有する平坦で光
学的に透明の基体を具備し、各金属グリッドラインはそ
れぞれ上部に付着された金属により形成された側方に傾
斜した突起を具備しているグリッドビーム分割器であ
り、凹面鏡が利用者の位置に画像ソースの実質的に拡大
された画像を生成ことを特徴とする。例えば、偏光され
た陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイまたは偏光された液
晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のようなｓ偏光された画像ソ
ースは中継レンズを通して結合されたｓ偏光された出力
画像を有する。高効率のグリッドビーム分割器は、１／
４波長プレートを通して完全に反射する凹面鏡上にｓ偏
光された画像を反射するために使用される。凹面鏡路か
ら反射された画像はｐ偏光された画像に変換され、１／
４波長プレートおよびビーム分割器を通過して、画像を
観察する観察装置に投射される。
【０００６】特に、広いグリッドポラライザは、主接眼
装置として凹面鏡を使用する軸上の偏光された虚像ディ
スプレイにおいてビーム分割器素子として使用される。
グリッドポラライザの励起率は画像が既に偏光されてい
るため重要ではなく、好ましい偏光の比較的高い効率の
反射率および伝送率だけが重要である。この事実を仮定
すると、グリッドポラライザはそれ程厳密でない要求に
より形成され、これがさらに実際的にする。グリッドポ
ラライザは、例えば表面上にエッチングまたはエンポス
加工されたほぼ0.15μｍの金属グリッドラインを有する
平坦なガラスまたはプラスチックの一部分である光学的
に透明な基体を有する。アルミニウムは、突起が各グリ
ッドラインの上部に形成されるように角度で各ライン上
に付着される。グリッドラインは、画像ソースによって
投射された可視光の波長（0.45乃至0.65μｍ）よりはる
かに十分に小さい間隔の金属“ワイヤ”を含む。結果的
に、グリッドラインの方向に平行な偏光の光は反射さ
れ、一方逆の偏光の光は伝送される。
【０００７】グリッドビーム分割器によって与えられた
ｓ偏光の反射効率が80％であり、ｓ偏光の伝送効率が80
％である場合、全体的な効率は少なくとも64％である。
この効率は通常のビーム分割器（16％）の４倍以上であ
る。ほとんどのグリッドポラライザは非常に高い励起率
を達成し、それによって高いコントラスト比を得るため
に各偏光に対して 100％の効率を実現するように構成さ
れる。これは非常に困難なプロセス制御を必要とする。
本発明に必要な“効率”は、比較的低い励起率により容
易に満足させられる（80−80は 6.3乃至１の励起率にな
る）。ワイヤグリッドポラライザは、通常の多層または
金属被覆されたビーム分割器より高い効率のビーム分割
器を提供する。 100％の効率（ｓ偏光の反射率×ｐ偏光
の伝送率）を達成することは最良であるが、25％より上
の任意の伝送率であれば通常のビーム分割器より著しく
改良されたものである。
【０００８】高い効率は、画像ソースとしてカラーＣＲ
Ｔを使用する虚像ディスプレイにとって重要である。Ｃ
ＲＴの輝度は既に妥協されているため、光学系における
任意の付加的な損失が問題である。したがって、光学系
はできる限り効率的でなければならない。凹面鏡および
ビーム分割器を使用する軸上システムにより、効率はさ
らに低下する。ビーム分割器は弱いリンクになり、した
がって高い効率のビーム分割器はシステム動作を効率的
にするために必要である。
【０００９】モニタとしての虚像ディスプレイの使用は
後続的に拡大される小さい画像ソースを提供する。高い
効率のビーム分割器は、虚像ディスプレイの全体的なシ
ステム輝度を維持することを助ける。
【００１０】本発明の種々の特徴および利点は、以下の
詳細な説明および添付図面を参照することにより容易に
理解されるであろう。なお、同じ参照符号は同じ構造素
子を示す。
【００１１】
【実施例】図面を参照すると、図１は本発明の原理によ
る高い効率のビーム分割器20を使用した軸上虚像ディス
プレイシステム10を示す。軸上虚像ディスプレイシステ
ム10は、例えば小さいスクリーンの陰極線管（ＣＲＴ）
または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のような画像ソース
11を含む。画像ソース11は、例えばテクトロニクスＬＣ
ＤカラーシャッタＣＲＴのような小さい偏光されたカラ
ー画像ソース11から構成される。画像ソース11の表面の
虚像16はシステム10によって提供される。
【００１２】軸上虚像ディスプレイシステム10はまた画
像ソースと高い効率のグリッドビーム分割器20との間に
配置された中継光学系12を含む。１／４波長プレート13
および凹面鏡14は、画像ソースの表面の画像が伝送され
る光路に沿って配置される。画像ソース11からの光は光
路に沿ってビーム分割器20から１／４波長プレートに反
射され、凹面鏡14が配置される。凹面鏡は設計上の眼15
の位置に位置された焦点を有しているものである。
【００１３】画像ソース11上の画像は、凹面鏡14の焦点
に中継光学系によって再画像化される。ビーム分割器20
は凹面鏡14に光を反射する。１／４波長プレートは画像
の直線偏光を円偏光に変換する。凹面鏡14からの反射時
に、画像は１／４波長プレートを再度通過し、逆の直線
偏光に再度変化する。この偏光はビーム分割器20を通っ
て伝送し、設計上の眼15の位置に導かれる。設計上の眼
の位置は利用者が虚像16を観察するためにその目を位置
する位置である。
【００１４】図２は、そのグリッドを示している図１の
グリッドビーム分割器20の断面図である。グリッドビー
ム分割器20は、表面上に形成されたほぼ0.15μｍの金属
ライン22を有するガラスまたはプラスチックの平坦に部
材である比較的平坦な光学的に透明な基体21を有するグ
リッドポラライザを含む。例えば、アルミニウムは各グ
リッドライン22の上部に突起23を付着するような角度で
各ライン22上に付着される。グリッドライン22は、画像
ソース11から投射された可視光の波長（0.45乃至0.65μ
ｍ）よりもはるかに小さい間隔の金属“ワイヤ”を含
む。したがって、グリッドライン22の方向に平行に偏光
された光は反射され、逆の偏光を有する光はグリッドビ
ーム分割器20によって伝送される。
【００１５】モールドを形成し、エッチングプロセスに
より形成された溝中に金属を付着するためにフォトレジ
スト材料をエッチングする等のグリッドビーム分割器20
を形成する別の技術が存在することが理解されるであろ
う。電気付着プロセスはまたグリッドビーム分割器20を
製造するために使用されてもよい。グリッドビーム分割
器20の主な要求は、その金属ラインが画像ソース11によ
って投射された可視光の波長より小さい距離で間隔を隔
てられることである。
【００１６】グリッドビーム分割器20によって与えられ
たｓ偏光の反射効率が80％であり、ｐ偏光の伝送効率が
80％である場合、全体的な効率は64％である。この効率
は、通常のビーム分割器（16％以下）の４倍以上であ
る。ほとんどのグリッドポラライザは、非常に高い励起
率を達成し、それによって高いコントラスト率を得るた
めに各偏光に対して 100％の効率を達成するように設計
される。これは非常に困難なプロセス制御を要求する。
本発明に必要な“効率”は、比較的低い励起率により容
易に満足させられる（80−80は 6.3乃至１の励起率にな
る）。
【００１７】以上、高い効率のグリッドビーム分割器を
有する軸上虚像ディスプレイシステムが開示されてい
る。上記の実施例は、本発明の原理の適用を表す多数の
特定の実施例のいくつかを示しているに過ぎない。当業
者は、本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々のお
よび別の構造を容易に実現することが可能なことは明ら
かである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理による高い効率のグリッドビーム
分割器を使用した軸上虚像ディスプレイシステムの概略
図。
【図２】図１のグリッドビーム分割器の断面図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マオ − ジン・チャーン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90216、ランチョ・パロス・バーデス、シ ーマウント・ドライブ 28414 (72)発明者 アンソン・オー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90064、ロサンゼルス、ケルトン・アベニ ュー 2664 (56)参考文献 特開 平２−25803（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−97378（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−99829（ＪＰ，Ｕ)

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光路の一端に配置され、偏光された光を
    供給するように構成された画像ソースと、 光路に沿って配置され、画像ソースによって供給された
    偏光された光を伝送するように構成された中継レンズ
    と、 光路の反対側の端部に配置された凹面鏡と、 中継レンズと凹面鏡との間において光路に沿って配置さ
    れた１／４波長プレートと、 中継レンズと１／４波長プレートとの間において光路に
    沿って配置されたビーム分割器とを具備し、前記ビーム分割器は、表面上に形成された画像ソースに
    よって投射された可視光の波長より充分に小さい間隔の
    複数の平行な金属グリッドラインを有する平坦で光学的
    に透明の基体を具備し、各金属グリッドラインはそれぞ
    れ上部に付着された金属により形成された側方に傾斜し
    た突起を具備しているグリッドビーム分割器であり、 前記 凹面鏡が利用者の位置に画像ソースの実質的に拡大
    された画像を生成ことを特徴とする虚像ディスプレイシ
    ステム。
  2. 【請求項２】 基体はガラスから構成されている請求項
    １記載の虚像ディスプレイシステム。
  3. 【請求項３】 基体はプラスチック構成されている請求
    項１記載の虚像ディスプレイシステム。
  4. 【請求項４】 金属はアルミニウムを含んでいる請求項
    １記載の虚像ディスプレイシステム。
  5. 【請求項５】 画像ソースは比較的小さいスクリーンを
    有する陰極線管を含んでいる請求項１記載の虚像ディス
    プレイシステム。
  6. 【請求項６】 画像ソースは比較的小さいスクリーンを
    有する液晶ディスプレイを含んでいる請求項１記載の虚
    像ディスプレイシステム。
  7. 【請求項７】 画像ソースは比較的小さいスクリーンを
    有する偏光されたカラー画像ソースを含んでいる請求項
    １記載の虚像ディスプレイシステム。
  8. 【請求項８】 偏光された光を供給するように構成され
    た画像ソースと、偏光された光を伝送する中継レンズ
    と、偏光された光を反射するように構成された凹面鏡
    と、および中継レンズと凹面鏡との間に配置された１／
    ４波長プレートと、中継レンズと１／４波長プレートと
    の間に配置されたビーム分割器とを具備している虚像デ
    ィスプレイシステムにおいて、前記ビーム分割器は、表面上に形成された画像ソースに
    よって投射された可視光の波長より充分に小さい間隔の
    複数の平行な金属グリッドラインを有する平坦で光学的
    に透明の基体を備え、各金属グリッドラインはそれぞれ
    上部に付着された金属により形成された側方に傾斜した
    突起を具備しているグリッドビーム分割器であ ることを
    特徴とする虚像ディスプレイシステム。
  9. 【請求項９】 基体はガラスから構成されている請求項
    ８記載のシステム。
  10. 【請求項１０】 基体はプラスチックから構成されてい
    る請求項８記載のシステム。
  11. 【請求項１１】 金属はアルミニウムを含んでいる請求
    項８記載のシステム。
  12. 【請求項１２】 偏光された光を供給するように構成さ
    れた画像ソースと、偏光された光を伝送する中継レンズ
    と、偏光された光を反射するように構成された凹面鏡
    と、および中継レンズと凹面鏡との間に配置された１／
    ４波長プレートとを具備している虚像ディスプレイシス
    テムにおいて使用するための、中継レンズと１／４波長
    プレートとの間に配置されたビーム分割器において、 表面上に形成された画像ソースによって投射された可視
    光の波長より充分に小さい間隔を持つ金属グリッドライ
    ンを有する比較的平坦な光学的に透明な基体を備え、各
    金属グリッドラインはそれぞれ上部に付着された金属に
    より形成された側方に傾斜した突起を具備していること
    を特徴とする虚像ディスプレイ光学系用のビーム分割
    器。
  13. 【請求項１３】 基体はガラスから構成されている請求
    項１２記載の虚像ディスプレイ光学系用のビーム分割
    器。
  14. 【請求項１４】 基体はプラスチックから構成されてい
    る請求項１２記載の虚像ディスプレイ光学系用のビーム
    分割器。
  15. 【請求項１５】 金属はアルミニウムを含んでいる請求
    項１２記載の虚像ディスプレイ光学系用のビーム分割
    器。
JP5080727A 1992-04-07 1993-04-07 高効率グリッドビーム分割器を有する虚像ディスプレイ Expired - Lifetime JPH0816740B2 (ja)

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US07/864,864 US5383053A (en) 1992-04-07 1992-04-07 Virtual image display having a high efficiency grid beamsplitter
US864864 1992-04-07

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JPH0643397A JPH0643397A (ja) 1994-02-18
JPH0816740B2 true JPH0816740B2 (ja) 1996-02-21

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EP (1) EP0566004A3 (ja)
JP (1) JPH0816740B2 (ja)
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