[发明专利]显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过利用基于计算机全息的衍射图案使激光衍射来显示信息的例如头部配戴型的显示装置。

背景技术

头戴式显示器(Head-Mounted Display，以下记为“HMD”)是在用户配戴于头部的状态下向用户显示信息的装置。HMD一般而言从配戴性的观点出发希望是小型轻量的，另一方面从显示性能的观点出发希望是大画面且高画质的。以往，在HMD中，通过用凸透镜或自由曲面棱镜等光学放大显示于小型液晶面板等的图像，向用户显示被放大的虚拟图像(例如参照专利文献1)。此外，在本说明书中将上述用棱镜等放大图像的方式记为“光学放大方式”。

另一方面，在利用计算机全息(Computer Generated Hologram，以下记为“CGH”)的显示装置中，将要显示的图像作为输入数据用计算机求出衍射图案，将该衍射图案显示在相位调制型的液晶面板等上，对该液晶面板照射激光以使激光衍射，由此再现来自虚拟图像位置的显示光的波面，向用户显示虚拟图像(例如参照专利文献2)。在CGH方式中，具有能够在液晶面板的前侧或里侧的位置显示三维立体图像的特征。另外，还有虽然不是CGH方式，但是利用衍射图案向用户显示三维立体图像的现有例(例如参照专利文献3)。

但是，在CGH方式中，生成用于在液晶面板等上显示的衍射图案时的计算成本成为问题。一般而言，为了计算衍射图案，采用基于点填充法或傅立叶变换的生成方法，从要向用户显示的图像(以后记为“原图像”)生成衍射图案。图22中示出其例子。

图22(a)示出原图像401的例子。图22(b)示出从原图像401生成的衍射图案402的例子。通过将该衍射图案402显示在相位调制型的液晶面板等上，用户能够看到作为生成衍射图案402的基础的原图像401。在生成该衍射图案402时，随着原图像401的像素数或液晶面板的像素数增加，能够进行高分辨率、广视野角度的显示，但另一方面，生成衍射图案402时的计算量增大。

以下，关于衍射图案的生成方法，例示使用点填充法时的计算方法。在点填充法中，将原图像(物体)视为点光源的集合，根据来自各点光源的光在液晶面板上的各点重叠时的相位，计算衍射图案。

图23示出生成衍射图案时原图像501与显示衍射图案的液晶面板502的位置关系的例子。为了利用点填充法生成在液晶面板502上显示的衍射图案，如前所述将原图像501上的各点(各像素)视为点光源。在原图像501上的点i的振幅为αi、相位为的情况下，从该点i产生的光在液晶面板502上的点u的复振幅(complex amplitude)用式(1)表示。

另外，式(1)中的ri是点i与点u之间的距离，在以液晶面板502的中心为原点，点i的坐标用(xi，yi，zi)表示、点u的坐标用(ξ，η)表示的情况下，ri用式(2)计算。

另外，式(1)中的k为波数，在来自点i的光的波长为λ的情况下，用k＝2π/λ求出。通过式(1)的计算可求出来自点i的光在点u的复振幅，因此对原图像501上的各点进行相同的计算并合计，由此能够求出在液晶面板502上的点u的复振幅的值。表示在点u的复振幅的数式由式(3)表示。

在点填充法中，通过用液晶面板502上的各点进行式(3)所示的计算，生成衍射图案。此外，该例中为了简便，未例示基于参照光的相位变化等。