JP2009145513A - Video display apparatus and head mount display - Google Patents

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毅 遠藤
Hiroshi Yamaguchi
宏 山口
Yasushi Tanijiri
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent, by a simple configuration, a wavefront of video light from being disturbed by external foreign matter P; and to avoid degradation in the quality of a video to be observed, caused by foreign matter P. <P>SOLUTION: The video display apparatus is provided with a protective substrate 32 for protecting the face 21b of an eyepiece prism 21, and a support member 33 for supporting the protective substrate 32. The protective substrate 32 is disposed via the face 21b of the eyepiece prism 21 and an air layer. This ensures the occurrence of a refractive index difference between two media sandwiching the face 21b. Thus, the protective substrate 32 prevents external foreign matter P from directly sticking to the surface 21b. Accordingly, video light guided inside the eyepiece prism 21 is surely and totally reflected by the face 21b, thereby preventing the wavefront of the video light from being disturbed by the foreign matter. Moreover, the support member 33 supports the protective substrate 32 in contact with the non-total reflection area 21b<SB>2</SB>of the face 21b. This prevents the support member 33 from interfering with the total reflection of video light in the total reflection area 21b<SB>1</SB>of the face 21b. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、表示素子にて表示された映像を虚像として観察者に提供する映像表示装置と、その映像表示装置を備えたヘッドマウントディスプレイ(以下、HMDとも称する)とに関するものである。   The present invention relates to an image display device that provides an observer with an image displayed on a display element as a virtual image, and a head mounted display (hereinafter also referred to as an HMD) including the image display device.

表示素子からの映像光と、外界像の光(外光)とを接眼光学系を介して同時に観察者の瞳に導く、いわゆるシースルー型のHMDは、従来から種々提案されている。特に、特許文献1のHMDでは、接眼光学系を構成する基板の表面に、例えば多層膜からなる減光膜を設け、この減光膜により、基板内部での全反射によって導光される映像光の光量ロスを増大させることなく外光を減光し、外界が明るいときの表示映像の視認性を高めるようにしている。   Various so-called see-through HMDs have been conventionally proposed in which image light from a display element and external image light (external light) are simultaneously guided to an observer's pupil through an eyepiece optical system. In particular, in the HMD of Patent Document 1, a light reducing film made of, for example, a multilayer film is provided on the surface of a substrate constituting an eyepiece optical system, and image light guided by total reflection inside the substrate by the light reducing film. The external light is diminished without increasing the light loss, and the visibility of the display image when the outside is bright is improved.

特開2006−162767号公報JP 2006-162767 A

ところで、例えば、雨などの悪天候下の屋外でHMDを使用しているとき、接眼光学系の基板表面に水滴(雨滴)が付着すると、基板内部を導光される映像光は、基板表面を透過して水滴に入射し、その後水滴と空気層との界面で反射されて再び基板内部に進入したり、あるいはこの水滴を透過して外部に射出される。いずれにしても、基板内部を導光される映像光は、上記の水滴に起因して、基板と空気層との界面での全反射時の正規の光路から外れる。このため、観察者によって観察される映像の品位が低下する。また、例えば、接眼光学系の基板表面に指を触れた場合でも、指の油分が基板表面に付着することによって映像光の光路が乱れるため、上記と同様に映像品位の低下が起こる。したがって、接眼光学系の基板表面に付着する外部の異物に起因して、基板内部を導光される映像光の波面が乱れることがないように、何らかの対策を講じることが必要である。   By the way, for example, when an HMD is used outdoors under bad weather such as rain, if water droplets (raindrops) adhere to the substrate surface of the eyepiece optical system, the image light guided through the substrate transmits through the substrate surface. Then, the light is incident on the water droplet, and then is reflected at the interface between the water droplet and the air layer and enters the inside of the substrate again, or passes through the water droplet and is emitted to the outside. In any case, the image light guided through the substrate deviates from the normal optical path at the time of total reflection at the interface between the substrate and the air layer due to the water droplets. For this reason, the quality of the image observed by the observer is lowered. Further, for example, even when a finger touches the substrate surface of the eyepiece optical system, the optical path of the image light is disturbed due to the oil content of the finger adhering to the substrate surface. Therefore, it is necessary to take some measures so that the wavefront of the image light guided through the inside of the substrate is not disturbed due to an external foreign material adhering to the substrate surface of the eyepiece optical system.

この点、特許文献1では、基板表面の減光膜により、映像光の光量ロスが低減されるので、外部の異物の付着によって映像光の波面が乱れるのをある程度防止することができるものと思われる。しかし、このような減光膜(多層膜)を構成するためには、多層膜を構成する材料、各層の層厚、各層の屈折率、層数などを適切にコントロールしなければならず、所望の特性を有する減光膜を構成することが難しい。したがって、外部異物に起因する映像光の波面の乱れを、より簡単な構成で防止できるようにすることが望まれる。   In this regard, in Patent Document 1, since the light loss of the image light is reduced by the dimming film on the substrate surface, it is considered that the wave front of the image light can be prevented to some extent from the adhesion of external foreign matters. It is. However, in order to construct such a dimming film (multilayer film), the material constituting the multilayer film, the layer thickness of each layer, the refractive index of each layer, the number of layers, etc. must be appropriately controlled. It is difficult to construct a light reducing film having the above characteristics. Therefore, it is desired to prevent the disturbance of the wavefront of the image light caused by the external foreign matter with a simpler configuration.

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、映像光の波面が外部の異物に起因して乱れるのを簡単な構成で防止することができ、これによって、観察される映像の品位が上記異物に起因して低下するのを回避することができる映像表示装置と、その映像表示装置を備えたHMDとを提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and the object thereof is to prevent the wavefront of the image light from being disturbed due to an external foreign object with a simple configuration. Accordingly, the present invention is to provide a video display device capable of avoiding degradation of the quality of the observed video due to the foreign matter, and an HMD including the video display device.

本発明の映像表示装置は、映像を表示する表示素子と、表示素子からの映像光を内部で導光して光学瞳に導く導光部材を有する接眼光学系とを備えた映像表示装置であって、導光部材は、表示素子からの映像光を全反射させる領域を含む全反射面と、全反射面にて全反射された映像光を反射させて光学瞳に導く反射面とを有しており、該映像表示装置は、全反射面を保護する保護手段をさらに備えており、保護手段は、全反射面と空気層を介して配置される保護基板と、全反射面における、映像光が全反射されない領域と接触して保護基板を支持する支持部材とを有していることを特徴としている。   An image display apparatus according to the present invention is an image display apparatus including a display element that displays an image, and an eyepiece optical system that includes a light guide member that guides image light from the display element to an optical pupil. The light guide member has a total reflection surface including a region that totally reflects the image light from the display element, and a reflection surface that reflects the image light totally reflected by the total reflection surface and guides it to the optical pupil. The image display device further includes protection means for protecting the total reflection surface. The protection means includes a protection substrate disposed via the total reflection surface and the air layer, and image light on the total reflection surface. And a support member that supports the protective substrate in contact with a region where the light is not totally reflected.

上記の構成によれば、表示素子からの映像光は、接眼光学系の導光部材の内部を導光され、全反射面(特に全反射領域)で全反射された後、反射面で反射されて光学瞳に導かれる。したがって、光学瞳の位置では、観察者は、表示素子の表示映像の虚像を観察することができる。   According to the above configuration, the image light from the display element is guided through the light guide member of the eyepiece optical system, totally reflected by the total reflection surface (particularly, the total reflection region), and then reflected by the reflection surface. To the optical pupil. Therefore, at the position of the optical pupil, the observer can observe the virtual image of the display image on the display element.

また、全反射面を保護する保護手段の保護基板は、全反射面と空気層を介して配置されているので、全反射面を挟む2つの媒質に屈折率差を確実に生じさせながら、外部の異物(例えば雨滴などの水滴や、手の油分などの油滴)の全反射面への直接の付着を保護基板で防止することができる。したがって、導光部材の内部を導光される映像光は、全反射面にて確実に全反射され、映像光の波面が上記異物に起因して乱れることがない。その結果、保護基板を全反射面と空気層を介して配置するという簡単な構成で、観察される表示映像の品位が上記異物に起因して低下するのを回避することができる。   In addition, since the protective substrate of the protective means for protecting the total reflection surface is disposed via the total reflection surface and the air layer, the refractive index difference between the two media sandwiching the total reflection surface is reliably generated, It is possible to prevent the foreign matter (for example, water droplets such as raindrops and oil droplets such as hand oil) from directly adhering to the total reflection surface with the protective substrate. Therefore, the image light guided inside the light guide member is reliably totally reflected by the total reflection surface, and the wave front of the image light is not disturbed due to the foreign matter. As a result, it is possible to avoid deterioration of the quality of the observed display image due to the foreign matter with a simple configuration in which the protective substrate is arranged via the total reflection surface and the air layer.

また、保護基板は、全反射面と接触する支持部材によって支持されるので、全反射面と保護基板との間に空気層を確実に介在させながら、その空気層の厚さ、すなわち、全反射面と保護基板との距離を最小限に小さくすることが容易となる。その結果、装置の小型化を容易に図りつつ、上述の本発明の効果を得ることができる。しかも、支持部材は、全反射面における、映像光が全反射されない領域と接触するので、全反射面での映像光の全反射を支持部材が妨げることがなく、映像光を確実に全反射させることができる。   In addition, since the protective substrate is supported by a support member that is in contact with the total reflection surface, the thickness of the air layer, that is, the total reflection is obtained while the air layer is reliably interposed between the total reflection surface and the protection substrate. It is easy to minimize the distance between the surface and the protective substrate. As a result, the above-described effects of the present invention can be obtained while easily downsizing the apparatus. In addition, since the support member is in contact with a region on the total reflection surface where the image light is not totally reflected, the support member does not prevent the total reflection of the image light on the total reflection surface, and reliably reflects the image light. be able to.

本発明の映像表示装置において、導光部材は、外光を透過させる構成であってもよい。この場合、観察者は、表示素子の表示映像の虚像を観察しながら、外界像をシースルーで観察することが可能となる。   In the video display device of the present invention, the light guide member may be configured to transmit external light. In this case, the observer can observe the outside world image see-through while observing the virtual image of the display image of the display element.

本発明の映像表示装置において、保護基板は、透明であってもよい。導光部材が外光を透過させる構成において保護基板が透明であれば、保護基板によって外界像の観察が妨げられることがない。   In the video display device of the present invention, the protective substrate may be transparent. If the protective substrate is transparent in the configuration in which the light guide member transmits external light, observation of the external image is not hindered by the protective substrate.

本発明の映像表示装置において、接眼光学系は、導光部材の反射面を介して接合され、導光部材での外光の屈折を相殺するための補正部材をさらに有していることが望ましい。この場合、導光部材での外光の屈折が補正部材によって相殺されるので、観察者が観察する外界像に歪みが生じるのを防止することができる。   In the video display device of the present invention, it is desirable that the eyepiece optical system further includes a correction member that is joined via the reflection surface of the light guide member and cancels refraction of external light at the light guide member. . In this case, since the refraction of the external light at the light guide member is canceled by the correction member, it is possible to prevent distortion of the external image observed by the observer.

本発明の映像表示装置において、支持部材は、保護基板が導光部材および補正部材の両者と空気層を介して対向するように、補正部材における保護基板側の面の周縁部とさらに接触して保護基板を支持していることが望ましい。この場合、支持部材の稜線の位置が光学瞳の中心を通る軸から離れるため(視野の中心から遠ざかるため)、観察者は、外界像を観察する際でも、その稜線を視認しにくくなり、外界像を良好に観察することが可能となる。   In the video display device of the present invention, the support member is further in contact with the peripheral portion of the surface on the protective substrate side of the correction member such that the protective substrate faces both the light guide member and the correction member via the air layer. It is desirable to support the protective substrate. In this case, since the position of the ridgeline of the support member is away from the axis passing through the center of the optical pupil (because it is away from the center of the visual field), it is difficult for the observer to visually recognize the ridgeline even when observing the external field image. The image can be observed well.

本発明の映像表示装置において、全反射面は、導光部材における光学瞳とは反対側の第1の面と、光学瞳側の第2の面とで構成されており、保護手段は、第1の面および第2の面に対応して設けられていてもよい。   In the image display device of the present invention, the total reflection surface is configured by a first surface on the opposite side of the optical pupil in the light guide member and a second surface on the optical pupil side, and the protection means includes It may be provided corresponding to the first surface and the second surface.

導光部材の全反射面を構成する第1の面および第2の面と対応して保護手段が設けられているので、導光部材の両面への外部異物の直接の付着を防止することができ、映像光の波面の乱れを確実に防止することができる。   Since the protective means is provided corresponding to the first surface and the second surface constituting the total reflection surface of the light guide member, it is possible to prevent the external foreign matter from directly attaching to both surfaces of the light guide member. It is possible to reliably prevent the disturbance of the wave front of the image light.

本発明の映像表示装置において、保護基板は、光学的パワーを持っていてもよい。この場合、保護手段に、外部異物に起因する映像品位の低下防止機能と、観察者の視度補正機能との両方の機能を持たせることができる。   In the video display device of the present invention, the protective substrate may have optical power. In this case, the protection means can be provided with both the function of preventing the deterioration of the image quality caused by the external foreign matter and the function of correcting the diopter of the observer.

本発明の映像表示装置において、保護基板は、支持部材に着脱可能に支持されていてもよい。この場合、使用する観察者に対応した光学的パワーを有する保護基板を用いることが可能となり、使用する観察者に対応した視度補正が可能となる。   In the video display device of the present invention, the protective substrate may be detachably supported by the support member. In this case, it is possible to use a protective substrate having an optical power corresponding to the observer to be used, and diopter correction corresponding to the observer to be used is possible.

本発明の映像表示装置は、映像を表示する表示素子と、表示素子からの映像光を内部で導光して光学瞳に導く導光部材を有する接眼光学系とを備えた映像表示装置であって、導光部材は、表示素子からの映像光を全反射させる全反射面と、全反射面にて全反射された映像光を反射させて光学瞳に導く反射面とを有しており、該映像表示装置は、全反射面を保護する保護手段をさらに備えており、保護手段は、全反射面上に被覆される、撥水性を有する透明な撥水膜を有していることを特徴としている。   An image display apparatus according to the present invention is an image display apparatus including a display element that displays an image, and an eyepiece optical system that includes a light guide member that guides image light from the display element to an optical pupil. The light guide member has a total reflection surface that totally reflects the image light from the display element, and a reflection surface that reflects the image light totally reflected by the total reflection surface and guides it to the optical pupil. The video display device further includes a protection unit that protects the total reflection surface, and the protection unit includes a transparent water-repellent film having water repellency that is coated on the total reflection surface. It is said.

上記の構成によれば、表示素子からの映像光は、接眼光学系の導光部材の内部を導光され、全反射面で全反射された後、反射面で反射されて光学瞳に導かれる。したがって、光学瞳の位置では、観察者は、表示素子の表示映像の虚像を観察することができる。   According to the above configuration, the image light from the display element is guided inside the light guide member of the eyepiece optical system, totally reflected by the total reflection surface, then reflected by the reflection surface and guided to the optical pupil. . Therefore, at the position of the optical pupil, the observer can observe the virtual image of the display image on the display element.

また、全反射面を保護する保護手段は、全反射面上に被覆される撥水膜を有しているので、外部の異物に起因する映像光の波面の乱れを防止することができる。つまり、外部の異物が例えば水滴であれば、その異物の全反射面への直接の付着を撥水膜で防止するとともに、その水滴を撥水膜で小さくして飛散させることができる。したがって、導光部材の内部を導光される映像光は、全反射面にて確実に全反射され、映像光の波面が上記の水滴に起因して乱れることがない。その結果、全反射面上に撥水膜を被覆するという簡単な構成で、観察される表示映像の品位が上記異物に起因して低下するのを回避することができる。また、撥水膜は透明であるので、例えば導光部材が外光を透過させる場合には、観察者は外界像も観察することが可能となる。   Further, since the protective means for protecting the total reflection surface has a water-repellent film coated on the total reflection surface, it is possible to prevent the disturbance of the wave front of the image light caused by external foreign matter. That is, if the external foreign matter is, for example, water droplets, the foreign matter can be prevented from directly adhering to the total reflection surface with the water-repellent film, and the water droplets can be made smaller and scattered by the water-repellent film. Therefore, the image light guided inside the light guide member is reliably totally reflected by the total reflection surface, and the wave front of the image light is not disturbed due to the water droplets. As a result, it is possible to avoid the deterioration of the quality of the display image to be observed due to the foreign matter with a simple configuration in which the water repellent film is coated on the total reflection surface. Further, since the water repellent film is transparent, for example, when the light guide member transmits external light, the observer can also observe the external image.

本発明の映像表示装置において、導光部材は、外光を透過させる構成であってもよい。この場合、観察者は、表示素子の表示映像の虚像を観察しながら、外界像をシースルーで観察することが可能となる。   In the video display device of the present invention, the light guide member may be configured to transmit external light. In this case, the observer can observe the outside world image see-through while observing the virtual image of the display image of the display element.

本発明の映像表示装置において、保護手段は、導光部材と空気層を介して配置される、取り外し可能なアタッチメント部材をさらに有しており、アタッチメント部材における導光部材側の面には、親水性を有する親水膜が被覆されていてもよい。   In the video display device of the present invention, the protection means further includes a removable attachment member arranged via the light guide member and the air layer, and the surface of the attachment member on the light guide member side is hydrophilic. A hydrophilic film having properties may be coated.

取り外し可能なアタッチメント部材としては、例えば光学的パワーを有するアタッチメントレンズや、外光の透過率を調整するための半透過板を考えることができる。導光部材とアタッチメント部材との間には空気層が介在しているが、この空気層に例えば雨滴などの水滴が浸入したとしても、その異物は導光部材側には付着せず(撥水膜があるため)、親水膜のあるアタッチメント部材側に付着する。したがって、映像光の波面が上記の水滴に起因して乱れるのを確実に防止することができる。   As the removable attachment member, for example, an attachment lens having optical power or a transflective plate for adjusting the transmittance of external light can be considered. Although an air layer is interposed between the light guide member and the attachment member, even if water drops such as raindrops enter the air layer, the foreign matter does not adhere to the light guide member side (water repellent). Because there is a film), it adheres to the attachment member side with the hydrophilic film. Therefore, it is possible to reliably prevent the wavefront of the image light from being disturbed due to the water droplets.

本発明の映像表示装置において、保護手段は、導光部材と空気層を介して配置される、取り外し可能なアタッチメント部材をさらに有しており、アタッチメント部材における導光部材側の面には、撥水性を有する撥水膜が被覆されていてもよい。   In the video display device of the present invention, the protection means further includes a removable attachment member disposed via the light guide member and the air layer, and the surface of the attachment member on the light guide member side is repelled. A water-repellent water-repellent film may be coated.

取り外し可能なアタッチメント部材としては、上記と同様に、例えば光学的パワーを有するアタッチメントレンズや、外光の透過率を調整するための半透過板を考えることができる。導光部材とアタッチメント部材との間には空気層が介在しているが、この空気層に例えば雨滴などの水滴が浸入したとしても、その水滴は導光部材およびアタッチメント部材の両者に付着せず(それぞれに撥水膜があるため)、落下することとなる。したがって、映像光の波面が上記の水滴に起因して乱れるのを確実に防止することができる。   As the detachable attachment member, for example, an attachment lens having optical power or a transflective plate for adjusting the transmittance of external light can be considered as described above. Although an air layer is interposed between the light guide member and the attachment member, even if a water droplet such as raindrops enters the air layer, the water droplet does not adhere to both the light guide member and the attachment member. (Because each has a water-repellent film), it will fall. Therefore, it is possible to reliably prevent the wavefront of the image light from being disturbed due to the water droplets.

本発明の映像表示装置において、接眼光学系は、導光部材の反射面を介して接合され、導光部材での外光の屈折を相殺するための補正部材をさらに有していてもよい。この場合、導光部材での外光の屈折が補正部材によって相殺されるので、観察者が観察する外界像に歪みが生じるのを防止することができる。   In the video display device of the present invention, the eyepiece optical system may further include a correction member that is joined via the reflecting surface of the light guide member and cancels refraction of external light at the light guide member. In this case, since the refraction of the external light at the light guide member is canceled by the correction member, it is possible to prevent distortion of the external image observed by the observer.

本発明の映像表示装置において、補正部材は、導光部材の全反射面と同一面に位置する面を有しており、補正部材の上記の面には、親水性を有する膜が被覆されていてもよい。この場合、導光部材の全反射面上の撥水膜で弾かれた水滴は、補正部材の面上に被覆された親水膜で捕まえられるので、水滴が補正部材の面上でコロコロと移動することがなく、その水滴が目障りになることがない。   In the video display device of the present invention, the correction member has a surface located on the same plane as the total reflection surface of the light guide member, and the surface of the correction member is covered with a hydrophilic film. May be. In this case, since the water droplets repelled by the water repellent film on the total reflection surface of the light guide member are caught by the hydrophilic film coated on the surface of the correction member, the water droplet moves with the surface of the correction member. There is no such thing as a drop of water.

本発明の映像表示装置において、導光部材は、平行平板を含んで構成されていることが望ましい。この場合、導光部材を薄く構成して、接眼光学系ひいては映像表示装置を小型化することが可能となる。   In the video display device of the present invention, it is desirable that the light guide member includes a parallel plate. In this case, it is possible to reduce the size of the eyepiece optical system and thus the video display device by forming the light guide member thin.

本発明の映像表示装置において、導光部材の反射面は、体積位相型の反射型ホログラム光学素子が形成された面であり、上記ホログラム光学素子は、表示素子からの映像光を回折反射させて光学瞳に導くと同時に、外光を透過させて光学瞳に導く構成であってもよい。体積位相型の反射型ホログラム光学素子は、反射波長域が狭く、外光の透過率が高いので、観察者は、表示映像(虚像)を観察しながら、明るい外界像をシースルーで観察することが可能となる。   In the video display device of the present invention, the reflection surface of the light guide member is a surface on which a volume phase type reflection hologram optical element is formed. The hologram optical element diffracts and reflects the image light from the display element. A configuration may be adopted in which external light is transmitted to the optical pupil while being guided to the optical pupil. Since the volume phase type reflection type hologram optical element has a narrow reflection wavelength range and high external light transmittance, an observer can observe a bright external image through a see-through while observing a display image (virtual image). It becomes possible.

本発明の映像表示装置において、上記ホログラム光学素子は、軸非対称な正の光学的パワーを有していることが望ましい。軸非対称でかつ正の光学的パワーをホログラム光学素子に持たせれば、装置を構成する各光学部材の配置の自由度を高めることができ、装置を小型化することが容易となる。   In the video display device of the present invention, it is desirable that the hologram optical element has a positive optical power that is axially asymmetric. If the hologram optical element has axially asymmetric and positive optical power, the degree of freedom of arrangement of each optical member constituting the apparatus can be increased, and the apparatus can be easily downsized.

本発明のヘッドマウントディスプレイは、上述した本発明の映像表示装置と、上記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持手段とを有していることを特徴としている。この構成では、映像表示装置が支持手段にて支持されるので、観察者は映像表示装置から提供される映像をハンズフリーで長時間安定して観察することができる。   The head-mounted display of the present invention includes the above-described video display device of the present invention and support means for supporting the video display device in front of an observer's eyes. In this configuration, since the video display device is supported by the support means, the observer can observe the video provided from the video display device stably in a hands-free manner for a long time.

本発明によれば、保護基板と支持部材とを用いて全反射面を保護したり、撥水膜で全反射面を保護することにより、外部の異物の全反射面への直接の付着を防止することができる。したがって、導光部材の内部を導光される映像光は、全反射面にて確実に全反射され、映像光の波面が上記異物に起因して乱れることがない。その結果、保護手段の簡単な構成で、観察される表示映像の品位が上記異物に起因して低下するのを回避することができる。   According to the present invention, the protective substrate and the support member are used to protect the total reflection surface, or the total reflection surface is protected by a water repellent film, thereby preventing external foreign matter from directly attaching to the total reflection surface. can do. Therefore, the image light guided inside the light guide member is reliably totally reflected by the total reflection surface, and the wave front of the image light is not disturbed due to the foreign matter. As a result, it is possible to avoid degradation of the quality of the observed display image due to the foreign matter with a simple configuration of the protection means.

〔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。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(1.HMDの構成)
図2は、本実施形態に係るHMDの概略の構成を示す斜視図である。HMDは、映像表示装置1と、支持手段2とで構成されている。なお、図2では、便宜上、後述する保護手段の図示を省略している。
(1. Configuration of HMD)
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of the HMD according to the present embodiment. The HMD includes a video display device 1 and support means 2. In FIG. 2, for the sake of convenience, illustration of protection means described later is omitted.

映像表示装置1は、少なくとも光源11および表示素子14(ともに図3参照)を内包する筐体3を有している。この筐体3は、接眼光学系4の一部を保持している。接眼光学系4は、後述する接眼プリズム21および偏向プリズム22の貼り合わせによって構成されており、全体として眼鏡の一方のレンズ(図2では右眼用レンズ)のような形状をしている。また、映像表示装置1は、筐体3を貫通して設けられるケーブル(図示せず)を介して、光源11および表示素子14に少なくとも駆動電力および映像信号を供給するための回路基板(図示せず)を有している。   The video display device 1 has a housing 3 that includes at least a light source 11 and a display element 14 (both see FIG. 3). The housing 3 holds a part of the eyepiece optical system 4. The eyepiece optical system 4 is configured by bonding an eyepiece prism 21 and a deflection prism 22, which will be described later, and has a shape like one lens of a pair of glasses (lens for right eye in FIG. 2) as a whole. In addition, the video display device 1 is a circuit board (not shown) for supplying at least driving power and a video signal to the light source 11 and the display element 14 via a cable (not shown) provided through the housing 3. Z).

支持手段2は、眼鏡のフレームに相当するものであり、観察者の側頭部に当接した状態で映像表示装置1を観察者の眼前で支持する。より詳しくは、支持手段2は、映像表示装置1の接眼光学系4を観察者の一方の眼(例えば右眼)の前で支持するとともに、ダミーレンズ5を観察者の他方の眼(例えば左眼)の前で支持する。また、支持手段2は、左右の鼻当て6も含んでいる。   The support means 2 corresponds to a frame of glasses, and supports the video display device 1 in front of the observer's eyes in a state of being in contact with the observer's temporal region. More specifically, the support unit 2 supports the eyepiece optical system 4 of the video display device 1 in front of one eye (for example, the right eye) of the observer, and supports the dummy lens 5 on the other eye (for example, the left side of the observer). Support in front of the eye). The support means 2 also includes left and right nose pads 6.

観察者がHMDを頭部に装着し(支持手段2を観察者の側頭部に当接させて、映像表示装置1を観察者の眼前に位置させ)、表示素子14に映像を表示すると、その映像光が接眼光学系4を介して光学瞳に導かれる。これにより、光学瞳の位置では、観察者は、映像表示装置1の映像を虚像として観察することができる。また、これと同時に、観察者は、接眼光学系4を介して、外界像をシースルーで観察することができる。なお、映像表示装置1を2つ用いて両眼で映像を観察できるようにしてもよい。   When the observer wears the HMD on the head (the support means 2 is brought into contact with the observer's temporal head and the image display device 1 is positioned in front of the observer's eyes) and an image is displayed on the display element 14, The image light is guided to the optical pupil via the eyepiece optical system 4. Thereby, at the position of the optical pupil, the observer can observe the image of the image display device 1 as a virtual image. At the same time, the observer can observe the external image through the eyepiece optical system 4 in a see-through manner. In addition, you may enable it to observe an image | video with both eyes using two image display apparatuses 1. FIG.

また、映像表示装置1が支持手段2によって観察者の眼前で支持されるので、観察者はハンズフリーとなり、映像や外界像を観察しながら空いた手で所望の作業を行うことができる。以下、映像表示装置1の詳細について説明する。   Further, since the video display device 1 is supported in front of the observer's eyes by the support means 2, the observer becomes hands-free and can perform a desired operation with his free hand while observing the video and the external image. Details of the video display device 1 will be described below.

(2.映像表示装置の構成)
図3は、映像表示装置1の概略の構成を示す断面図である。映像表示装置1は、光源11と、一方向拡散板12と、集光レンズ13と、表示素子14と、上述した接眼光学系4とを有している。なお、図3においても、便宜上、後述する保護手段の図示を省略している。
(2. Configuration of video display device)
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the video display device 1. The video display device 1 includes a light source 11, a unidirectional diffuser plate 12, a condenser lens 13, a display element 14, and the eyepiece optical system 4 described above. Also in FIG. 3, illustration of the protection means described later is omitted for convenience.

光源11、一方向拡散板12、集光レンズ13および表示素子14は、図2に示した筐体3内に収容されており、後述する接眼プリズム21の一部も筐体3内に位置している。また、光源11、一方向拡散板12および集光レンズ13で照明光学系が構成されるが、この照明光学系の中に、必要に応じてDOE(回折光学素子)を配置してもよい。   The light source 11, the one-way diffuser plate 12, the condenser lens 13, and the display element 14 are accommodated in the housing 3 shown in FIG. 2, and a part of an eyepiece prism 21 described later is also located in the housing 3. ing. Moreover, although the illumination optical system is comprised by the light source 11, the one way diffuser plate 12, and the condensing lens 13, you may arrange | position DOE (diffractive optical element) in this illumination optical system as needed.

なお、以下での説明の便宜上、方向を以下のように定義しておく。まず、表示素子14の表示領域の中心と、接眼光学系4によって形成される光学瞳Eの中心とを光学的に結ぶ軸を光軸とする。そして、光源11から光学瞳Eまでの光路を展開したときの光軸方向をZ方向とする。また、接眼光学系4の後述するホログラム光学素子23の光軸入射面に垂直な方向をX方向とし、ZX平面に垂直な方向をY方向とする。なお、ホログラム光学素子23の光軸入射面とは、ホログラム光学素子23における入射光の光軸と反射光の光軸とを含む平面、すなわち、YZ平面を指す。なお、XYZの各方向において、正負は問わないものとする。   For convenience of explanation below, directions are defined as follows. First, an axis that optically connects the center of the display area of the display element 14 and the center of the optical pupil E formed by the eyepiece optical system 4 is defined as an optical axis. The optical axis direction when the optical path from the light source 11 to the optical pupil E is developed is taken as the Z direction. In addition, a direction perpendicular to an optical axis incident surface of a hologram optical element 23 (to be described later) of the eyepiece optical system 4 is defined as an X direction, and a direction perpendicular to the ZX plane is defined as a Y direction. The optical axis incident surface of the hologram optical element 23 refers to a plane including the optical axis of incident light and the optical axis of reflected light in the hologram optical element 23, that is, the YZ plane. In each of the XYZ directions, positive or negative is not questioned.

光源11は、表示素子14を照明するものであり、例えば、光強度のピーク波長および光強度半値の波長幅で462±12nm(B光)、525±17nm(G光)、635±11nm(R光)となる3つの波長帯域の光を発するRGB一体型のLEDで構成されている。このように、光源11が所定の波長幅の光を出射することにより、表示素子14を照明して得られる映像光に所定の波長幅を持たせることができ、後述するホログラム光学素子23にて映像光を回折させたときに、光学瞳Eの位置にて観察画角全域にわたって観察者に映像を観察させることができる。また、光源11の各色についてのピーク波長は、ホログラム光学素子23の後述する回折効率のピーク波長の近傍に設定されており、光利用効率の向上が図られている。   The light source 11 illuminates the display element 14. For example, the light source 11 is 462 ± 12 nm (B light), 525 ± 17 nm (G light), 635 ± 11 nm (R It is composed of RGB-integrated LEDs that emit light in three wavelength bands. As described above, the light source 11 emits light having a predetermined wavelength width, so that the image light obtained by illuminating the display element 14 can have a predetermined wavelength width. When the image light is diffracted, the image can be observed by the observer over the entire observation angle of view at the position of the optical pupil E. In addition, the peak wavelength for each color of the light source 11 is set in the vicinity of the peak wavelength of diffraction efficiency, which will be described later, of the hologram optical element 23, thereby improving the light utilization efficiency.

また、光源11は、RGBの光を出射するLEDで構成されているので、光源11を安価に実現することができるとともに、表示素子14を照明したときに、表示素子14にてカラー映像を表示することが可能となり、そのカラー映像を観察者に提供することが可能となる。また、各LEDは、発光波長幅が狭いので、そのようなLEDを複数用いることにより、色再現性が高く、明るい映像表示が可能となる。   In addition, since the light source 11 is composed of LEDs that emit RGB light, the light source 11 can be realized at low cost and a color image is displayed on the display element 14 when the display element 14 is illuminated. It becomes possible to provide the observer with the color image. Further, since each LED has a narrow emission wavelength width, the use of a plurality of such LEDs enables high color reproducibility and bright image display.

一方向拡散板12は、光源11からの出射光を拡散させるものであるが、その拡散度は方向によって異なっている。より詳細には、一方向拡散板12は、X方向には入射光を約40゜拡散させ、Y方向には入射光を約0.5゜拡散させる。   The unidirectional diffuser plate 12 diffuses the light emitted from the light source 11, but the degree of diffusion differs depending on the direction. More specifically, the unidirectional diffuser 12 diffuses incident light in the X direction by about 40 ° and diffuses incident light in the Y direction by about 0.5 °.

集光レンズ13は、一方向拡散板12にて拡散された光をY方向に集光するシリンダレンズで構成されており、その拡散光が効率よく光学瞳Eを形成するように配置されている。   The condensing lens 13 is composed of a cylinder lens that condenses the light diffused by the unidirectional diffusing plate 12 in the Y direction, and is arranged so that the diffused light efficiently forms the optical pupil E. .

表示素子14は、光源11からの出射光を画像データに応じて変調して映像を表示するものであり、光が透過する領域となる各画素をマトリクス状に有する透過型の液晶表示素子で構成されている。表示素子14は、矩形の表示領域の長辺方向がX方向となり、短辺方向がY方向となるように配置されている。なお、表示素子14は、反射型であってもよい。反射型の表示素子14としては、例えば反射型の液晶表示素子や、DMD(Digital Micromirror Device;米国テキサスインスツルメント社製)を用いることができる。   The display element 14 displays an image by modulating the light emitted from the light source 11 in accordance with image data, and is configured by a transmissive liquid crystal display element having pixels in a matrix in which light is transmitted. Has been. The display element 14 is arranged such that the long side direction of the rectangular display region is the X direction and the short side direction is the Y direction. The display element 14 may be a reflective type. As the reflective display element 14, for example, a reflective liquid crystal display element or DMD (Digital Micromirror Device; manufactured by Texas Instruments Inc., USA) can be used.

接眼光学系4は、表示素子14の表示映像の拡大虚像を観察者に提供する拡大光学系であり、接眼プリズム21と、偏向プリズム22と、ホログラム光学素子23とを有して構成されている。   The eyepiece optical system 4 is an enlargement optical system that provides an observer with an enlarged virtual image of a display image of the display element 14, and includes an eyepiece prism 21, a deflection prism 22, and a hologram optical element 23. .

接眼プリズム21は、表示素子14からの映像光を内部で導光して光学瞳Eに導く一方、外光を透過させる導光部材であり、偏向プリズム22とともに、例えばアクリル系樹脂で構成されている。この接眼プリズム21は、平行平板の下端部を楔状にし、その上端部を厚くした形状で構成されている。つまり、接眼プリズム21は、平行平板を含んで構成されている。また、接眼プリズム21は、その下端部に配置されるホログラム光学素子23を挟むように、偏向プリズム22と接着剤で接合されている。   The eyepiece prism 21 is a light guide member that guides the image light from the display element 14 inside and guides it to the optical pupil E, and transmits external light. The eyepiece prism 21 is made of, for example, an acrylic resin together with the deflection prism 22. Yes. The eyepiece prism 21 is formed in a shape in which the lower end portion of the parallel plate is wedge-shaped and the upper end portion is thickened. That is, the eyepiece prism 21 includes a parallel plate. Further, the eyepiece prism 21 is joined to the deflection prism 22 with an adhesive so as to sandwich the hologram optical element 23 disposed at the lower end thereof.

接眼プリズム21は、光学面としての面21a〜面21dを有している。面21aは、表示素子14からの映像光が入射する入射面である。面21b・21cは、互いに平行に配置されており、面21aを介してプリズム内部に入射した映像光を全反射させる全反射面である。面21dは、ホログラム光学素子23が形成された面であり、面21b・21cにて全反射された映像光を反射させて光学瞳Eに導く反射面である。   The eyepiece prism 21 has surfaces 21a to 21d as optical surfaces. The surface 21a is an incident surface on which the image light from the display element 14 is incident. The surfaces 21b and 21c are arranged in parallel to each other, and are total reflection surfaces that totally reflect the image light incident on the prism via the surface 21a. The surface 21d is a surface on which the hologram optical element 23 is formed, and is a reflection surface that reflects the image light totally reflected by the surfaces 21b and 21c and guides it to the optical pupil E.

偏向プリズム22は、平面視で略U字型の平行平板で構成されており(図2参照)、接眼プリズム21の下端部および両側面部(左右の各端面)と貼り合わされたときに、接眼プリズム21と一体となって略平行平板となるものである。偏向プリズム22は、接眼プリズム21の面21dを介して接合されて、接眼プリズム21での外光の屈折を相殺するための補正部材である。このような偏向プリズム22を用いることにより、観察者が接眼光学系4を介して観察する外界像に歪みが生じるのを防止することができる。   The deflecting prism 22 is configured by a substantially U-shaped parallel plate in plan view (see FIG. 2), and when the deflecting prism 22 is bonded to the lower end portion and both side surface portions (left and right end surfaces) of the eyepiece prism 21, the eyepiece prism. 21 is a substantially parallel flat plate. The deflection prism 22 is a correction member that is joined via the surface 21 d of the eyepiece prism 21 to cancel out refraction of external light at the eyepiece prism 21. By using such a deflecting prism 22, it is possible to prevent distortion in the external image observed by the observer via the eyepiece optical system 4.

つまり、例えば、接眼プリズム21に偏向プリズム22を接合させない場合、外光は接眼プリズム21の楔状の下端部を透過するときに屈折するので、接眼プリズム21を介して観察される外界像に歪みが生じる。しかし、接眼プリズム21に偏向プリズム22を接合させて一体的な略平行平板を形成することで、外光が接眼プリズム21の楔状の下端部を透過するときの屈折を偏向プリズム22でキャンセルすることができる。その結果、シースルーで観察される外界像に歪みが生じるのを防止することができる。   That is, for example, when the deflecting prism 22 is not joined to the eyepiece prism 21, the external light is refracted when passing through the wedge-shaped lower end of the eyepiece prism 21, so that the external field image observed through the eyepiece prism 21 is distorted. Arise. However, the deflection prism 22 is joined to the eyepiece prism 21 to form an integral substantially parallel plate, so that the deflection when the external light passes through the wedge-shaped lower end of the eyepiece prism 21 is canceled by the deflection prism 22. Can do. As a result, it is possible to prevent distortion in the external image observed through the see-through.

なお、接眼プリズム21および偏向プリズム22の互いに対向する2面は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。上記2面を曲面とすれば、接眼光学系4に矯正眼鏡レンズとしての機能を持たせることもできる。   Note that the two surfaces of the eyepiece prism 21 and the deflection prism 22 facing each other may be flat surfaces or curved surfaces. If the two surfaces are curved surfaces, the eyepiece optical system 4 can have a function as a correcting spectacle lens.

ホログラム光学素子23は、表示素子14からの映像光(3原色に対応した波長の光)を回折反射させて光学瞳Eに導くと同時に、外光を透過させて光学瞳Eに導く、体積位相型の反射型ホログラムである。このホログラム光学素子23は、例えば、回折効率のピーク波長および回折効率半値の波長幅で465±5nm(B光)、521±5nm(G光)、634±5nm(R光)の3つの波長域の光を回折(反射)させるように作製されている。ここで、回折効率のピーク波長とは、回折効率がピークとなるときの波長のことであり、回折効率半値の波長幅とは、回折効率が回折効率ピークの半値となるときの波長幅のことである。   The hologram optical element 23 diffracts and reflects the image light (wavelength corresponding to the three primary colors) from the display element 14 and guides it to the optical pupil E. At the same time, the hologram optical element 23 transmits external light and guides it to the optical pupil E. Type reflection hologram. The hologram optical element 23 has, for example, three wavelength ranges of 465 ± 5 nm (B light), 521 ± 5 nm (G light), and 634 ± 5 nm (R light) with a peak wavelength of diffraction efficiency and a wavelength width of half value of diffraction efficiency. The light is diffracted (reflected). Here, the peak wavelength of diffraction efficiency is the wavelength at which the diffraction efficiency reaches a peak, and the wavelength width at half maximum of the diffraction efficiency is the wavelength width at which the diffraction efficiency is at half the peak of the diffraction efficiency. It is.

反射型のホログラム光学素子23は、高い波長選択性を有しており、上記波長域(露光波長近辺)の波長の光しか回折反射しないので、回折反射される波長以外の波長を含む外光はホログラム光学素子23を透過することになり、高い外光透過率を実現することができる。   The reflection-type hologram optical element 23 has high wavelength selectivity, and only diffracts and reflects light having a wavelength in the wavelength range (near the exposure wavelength). Through the hologram optical element 23, a high external light transmittance can be realized.

また、ホログラム光学素子23は、軸非対称な正の光学パワーを有している。つまり、ホログラム光学素子23は、正のパワーを持つ非球面凹面ミラーと同様の機能を持っている。これにより、装置を構成する各光学部材の配置の自由度を高めて装置を容易に小型化することができるとともに、良好に収差補正された映像を拡大虚像として観察者に提供することができる。   Further, the hologram optical element 23 has an axially asymmetric positive optical power. That is, the hologram optical element 23 has the same function as an aspherical concave mirror having positive power. Thereby, the degree of freedom of arrangement of each optical member constituting the apparatus can be increased, and the apparatus can be easily reduced in size, and a well-corrected aberration corrected image can be provided to the observer as an enlarged virtual image.

(3.映像表示装置の動作)
次に、上記構成の映像表示装置1の動作について説明する。光源11から出射された光は、一方向拡散板12にて拡散され、集光レンズ13にて集光されて表示素子14に入射する。表示素子14に入射した光は、画像データに基づいて各画素ごとに変調され、映像光として出射される。つまり、表示素子14には、カラー映像が表示される。
(3. Operation of video display device)
Next, the operation of the video display device 1 having the above configuration will be described. The light emitted from the light source 11 is diffused by the unidirectional diffusion plate 12, condensed by the condenser lens 13, and enters the display element 14. The light incident on the display element 14 is modulated for each pixel based on the image data and is emitted as video light. That is, a color image is displayed on the display element 14.

表示素子14からの映像光は、接眼光学系4の接眼プリズム21の内部にその上端面(面21a)から入射し、対向する2つの面21b・21cで複数回全反射されて、ホログラム光学素子23に入射する。ホログラム光学素子23に入射した光は、そこで反射され、面21cを透過して光学瞳Eに達する。したがって、光学瞳Eの位置では、観察者は、表示素子14に表示された映像の拡大虚像を観察することができる。   The image light from the display element 14 enters the eyepiece prism 21 of the eyepiece optical system 4 from its upper end surface (surface 21a), and is totally reflected a plurality of times by the two opposing surfaces 21b and 21c. 23 is incident. The light incident on the hologram optical element 23 is reflected there, passes through the surface 21c, and reaches the optical pupil E. Therefore, at the position of the optical pupil E, the observer can observe an enlarged virtual image of the video displayed on the display element 14.

一方、接眼プリズム21、偏向プリズム22およびホログラム光学素子23は、外光をほとんど全て透過させるので、観察者はこれらを介して外界像を観察することができる。したがって、表示素子14に表示された映像の虚像は、外界像の一部に重なって観察されることになる。   On the other hand, the eyepiece prism 21, the deflecting prism 22, and the hologram optical element 23 transmit almost all of the outside light, so that the observer can observe the outside world image through them. Therefore, the virtual image of the image displayed on the display element 14 is observed while being overlapped with a part of the external image.

このように、映像表示装置1では、表示素子14から出射される映像光を接眼プリズム21内での全反射によって導光し、ホログラム光学素子23を介して観察者の瞳に導くので、通常の眼鏡レンズと同様に、接眼プリズム21および偏向プリズム22の厚さを3mm程度にすることができ、映像表示装置1を小型化、軽量化することができる。また、表示素子14からの映像光を内部で全反射させる接眼プリズム21を用いることにより、高い外光の透過率を確保して、明るい外界像を観察者に提供することができる。さらに、接眼プリズム21は、平行平板を含んで構成されているので、接眼プリズム21自体を薄く構成することができ、映像表示装置1ひいてはHMDを小型化することができる。   As described above, in the video display device 1, the video light emitted from the display element 14 is guided by total reflection in the eyepiece prism 21 and guided to the observer's pupil via the hologram optical element 23. Similar to the spectacle lens, the thickness of the eyepiece prism 21 and the deflecting prism 22 can be about 3 mm, and the video display device 1 can be reduced in size and weight. Further, by using the eyepiece prism 21 that totally reflects the image light from the display element 14, a high external light transmittance can be secured and a bright external image can be provided to the observer. Furthermore, since the eyepiece prism 21 is configured to include a parallel plate, the eyepiece prism 21 itself can be made thin, and the video display device 1 and thus the HMD can be downsized.

また、体積位相型の反射型のホログラム光学素子23は、回折効率半値の波長幅が狭く、回折効率が高いので、このようなホログラム光学素子23を用いることにより、色純度が高く、明るい映像を提供することができるとともに、外光の透過率が高くなるので、観察者は明るい外界像を観察することができる。また、光源11と光学瞳Eとの共役関係が変更されないので、映像光の波長が変化せず、色再現性の高い映像を提供することができる。   Further, the volume phase type reflection type hologram optical element 23 has a narrow diffraction efficiency half-value wavelength width and a high diffraction efficiency. By using such a hologram optical element 23, a color image with high color purity and high brightness can be obtained. In addition to providing high external light transmittance, the observer can observe a bright external image. Moreover, since the conjugate relationship between the light source 11 and the optical pupil E is not changed, the wavelength of the image light does not change, and an image with high color reproducibility can be provided.

また、上記の説明からもわかるように、ホログラム光学素子23は、表示素子14からの映像光と外光とを同時に観察者の瞳に導くコンバイナとして機能している。これにより、観察者は、ホログラム光学素子23を介して、表示素子14から提供される映像と外界像とを同時に観察することができる。   Further, as can be seen from the above description, the hologram optical element 23 functions as a combiner that guides the image light and the external light from the display element 14 to the observer's pupil at the same time. As a result, the observer can simultaneously observe the image provided from the display element 14 and the external image via the hologram optical element 23.

(4.保護手段について)
次に、保護手段について説明する。図1は、本実施形態の映像表示装置1の主要部を保護手段31も含めて模式的に示す断面図である。同図に示すように、映像表示装置1は、保護手段31を有している。保護手段31は、接眼光学系4の接眼プリズム21の全反射面(面21b・21cの少なくとも一方)を保護するものであり、本実施形態では、保護基板32と、支持部材33とを有して構成されている。なお、保護基板32と支持部材33とは、別々に構成されて互いに着脱可能(離接可能)であってもよいし、一体的に構成されてもよい。
(4. Protection measures)
Next, protection means will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the main part of the video display device 1 of the present embodiment including the protection means 31. As shown in the figure, the video display device 1 has a protection means 31. The protection means 31 protects the total reflection surface (at least one of the surfaces 21b and 21c) of the eyepiece prism 21 of the eyepiece optical system 4. In the present embodiment, the protection means 31 includes a protection substrate 32 and a support member 33. Configured. The protective substrate 32 and the support member 33 may be configured separately and detachable (detachable) from each other, or may be configured integrally.

保護基板32は、透明で薄い平行平板で構成されており、例えば接眼プリズム21および偏向プリズム22における保護基板32と対向する側の面21b・22bと空気層を介して配置されている。なお、面22bは、面21bと同一面上に位置している。   The protective substrate 32 is configured by a transparent thin thin flat plate, and is disposed, for example, via the surfaces 21b and 22b of the eyepiece prism 21 and the deflection prism 22 facing the protective substrate 32 and an air layer. The surface 22b is located on the same surface as the surface 21b.

支持部材33は、接眼プリズム21の全反射面における、映像光が全反射されない領域と接触して保護基板32を支持している。つまり、接眼プリズム21の全反射面である面21bが、表示素子14からの映像光が入射して全反射される全反射領域21b1と、全反射されない(映像光が入射しない)非全反射領域21b2とを有しているとすると、支持部材33は、面21bの非全反射領域21b2と接触して保護基板32を支持している。なお、支持部材33は、少なくとも非全反射領域21b2と接触していればよく、図1に示すように、さらに偏向プリズム22の面22bと接触していてもよい。 The support member 33 supports the protective substrate 32 in contact with a region where the image light is not totally reflected on the total reflection surface of the eyepiece prism 21. That is, the surface 21b which is the total reflection surface of the eyepiece prism 21 is not totally reflected (no image light is incident) and is not totally reflected (total image area is not incident), and the total reflection region 21b 1 where the image light from the display element 14 is incident and totally reflected. When and a region 21b 2, the support member 33 supports the protective substrate 32 in contact with non-total reflection area 21b 2 of the surface 21b. The support member 33 only needs to be in contact with at least the non-total reflection region 21b 2, and may further be in contact with the surface 22b of the deflection prism 22 as shown in FIG.

このように、保護基板32は、接眼プリズム21の面21bと空気層を介して配置されているので、面21bを挟む2つの媒質である接眼プリズム21と空気層との間で、屈折率差が確実に生じる。しかも、雨滴や手の油分などの外部の異物Pの面21bへの直接の付着が保護基板32で防止される。したがって、この2つの理由により、表示素子14からの映像光は、接眼プリズム21では面21bにて確実に全反射されて内部を導光される。よって、この映像光の波面が異物Pに起因して乱れることがなく、映像光は正規の光路で光学瞳Eに導かれる。それゆえ、光学瞳Eの位置で観察される映像の品位が異物Pに起因して低下するのを、面21bと空気層を介して保護基板32を設けるという簡単な構成で回避することができる。   Thus, since the protective substrate 32 is disposed via the surface 21b of the eyepiece prism 21 and the air layer, the refractive index difference between the eyepiece prism 21 and the air layer, which are the two media sandwiching the surface 21b. Surely occurs. In addition, the protective substrate 32 prevents direct adhesion of external foreign matter P such as raindrops and hand oil to the surface 21b. Therefore, for these two reasons, the image light from the display element 14 is reliably totally reflected by the surface 21b in the eyepiece prism 21 and guided inside. Therefore, the wave front of the image light is not disturbed due to the foreign matter P, and the image light is guided to the optical pupil E through a normal optical path. Therefore, it is possible to avoid the deterioration of the quality of the image observed at the position of the optical pupil E due to the foreign matter P with a simple configuration in which the protective substrate 32 is provided via the surface 21b and the air layer. .

また、保護基板32は、面21bと接触する支持部材33によって支持されるので、面21bと保護基板32との間に空気層を確実に介在させながら、その空気層の厚さ、すなわち、面21bと保護基板32との距離を最小限に小さくすることが容易となる。その結果、装置の小型化を容易に図りつつ、上述の効果を得ることができる。しかも、支持部材33は、面21bの非全反射領域21b2と接触しているので、支持部材33によって映像光の面21b(特に全反射領域21b1)での全反射が妨げられることがなく、映像光を確実に全反射させて接眼プリズム21内を導光することができる。 Further, since the protective substrate 32 is supported by the support member 33 that comes into contact with the surface 21b, the thickness of the air layer, that is, the surface, while the air layer is reliably interposed between the surface 21b and the protective substrate 32, is the surface. It becomes easy to minimize the distance between 21b and the protective substrate 32. As a result, the above-described effects can be obtained while easily downsizing the apparatus. Moreover, since the support member 33 is in contact with the non-total reflection region 21b 2 of the surface 21b, the support member 33 does not prevent total reflection of the image light on the surface 21b (particularly, the total reflection region 21b 1 ). The image light can be reliably totally reflected and guided through the eyepiece prism 21.

なお、面21bと保護基板32と支持部材33とで囲まれる空間(上記の空気層)は、異物Pとしての水滴の浸入を防ぐ点では密閉されていることが望ましいが、密閉が必ずしも必要とされるわけではない。水滴は下方から上方へは浸入しにくいので、例えば支持部材33の下部(偏向プリズム22の面22bの下端部との接触部)には開口が形成されていてもよい。   The space surrounded by the surface 21b, the protective substrate 32, and the support member 33 (the above air layer) is preferably sealed in terms of preventing the entry of water droplets as the foreign matter P, but the sealing is always necessary. It is not done. Since water droplets are unlikely to enter from below to above, for example, an opening may be formed in the lower portion of the support member 33 (the contact portion with the lower end portion of the surface 22b of the deflection prism 22).

ところで、図4(a)は、図1の映像表示装置1の接眼光学系4の水平断面図を示し、図4(b)は、その接眼光学系4の光学瞳Eとは反対側からの平面図を示している。また、図5(a)は、他の映像表示装置1の接眼光学系4の水平断面図を示し、図5(b)は、その接眼光学系4の光学瞳Eとは反対側からの平面図を示している。なお、ここでは、保護基板32は、面21b・22bの全体を覆っているものとする。また、図4(b)および図5(b)では、便宜上、保護基板32の図示を省略するとともに、支持部材33をハッチングで示している。   4A is a horizontal sectional view of the eyepiece optical system 4 of the video display device 1 of FIG. 1, and FIG. 4B is a view from the opposite side of the optical pupil E of the eyepiece optical system 4. A plan view is shown. 5A shows a horizontal sectional view of the eyepiece optical system 4 of another image display device 1, and FIG. 5B shows a plane from the opposite side of the eyepiece optical system 4 to the optical pupil E. The figure is shown. Here, it is assumed that the protective substrate 32 covers the entire surfaces 21b and 22b. 4B and 5B, for the sake of convenience, illustration of the protective substrate 32 is omitted and the support member 33 is indicated by hatching.

図4(a)(b)では、支持部材33は、保護基板32が接眼プリズム21および偏向プリズム22の両者と空気層を介して対向するように、面21bの非全反射領域21b2(図1参照)に加えて、さらに面22bの周縁部と接触して保護基板32を支持している。一方、図5(a)(b)では、支持部材33は、保護基板32と面21bとの間にのみ空気層が介在するように、少なくとも偏向プリズム22の面22bの全体と接触して保護基板32を支持している。 4 (a) and 4 (b), the support member 33 has a non-total reflection region 21b 2 (see FIG. 4) on the surface 21b so that the protective substrate 32 faces both the eyepiece prism 21 and the deflection prism 22 through an air layer. 1) and further contacts the peripheral edge of the surface 22b to support the protective substrate 32. On the other hand, in FIGS. 5A and 5B, the support member 33 protects at least the entire surface 22b of the deflecting prism 22 so that an air layer is interposed only between the protective substrate 32 and the surface 21b. The substrate 32 is supported.

図5(a)(b)の構成では、接眼プリズム21と偏向プリズム22との接合線部と対応して、支持部材33の稜線Lが現れる。この稜線Lが現れる位置は、光学瞳Eの中心を通る軸に近く、視野の中心に近いことから、観察者はこの稜線Lを視認しやすくなる。これに対して、図4(a)(b)の構成では、支持部材33の稜線Lの位置が光学瞳Eの中心を通る軸から離れて、視野の中心から遠ざかるため、観察者は、外界像を観察する際でも、その稜線Lを視認しにくくなり、外界像を良好に観察することが可能となる。   5A and 5B, the ridge line L of the support member 33 appears corresponding to the joint line portion between the eyepiece prism 21 and the deflecting prism 22. Since the position where the ridge line L appears is close to the axis passing through the center of the optical pupil E and close to the center of the visual field, the observer can easily view the ridge line L. On the other hand, in the configuration of FIGS. 4A and 4B, the position of the ridge line L of the support member 33 is away from the axis passing through the center of the optical pupil E and away from the center of the field of view. Even when the image is observed, it is difficult to visually recognize the ridge line L, and it is possible to observe the external image satisfactorily.

つまり、接眼プリズム21の面21bの保護という点では、図4(a)(b)および図5(a)(b)のどちらの構成でもよいが、さらに外界像を観察しやすくする点では、図4(a)(b)の構成のほうが望ましい。   That is, in terms of protecting the surface 21b of the eyepiece prism 21, either of the configurations shown in FIGS. 4A and 4B and FIGS. 5A and 5B may be used, but in terms of making it easier to observe an external image, The configuration shown in FIGS. 4A and 4B is more desirable.

ところで、図6は、映像表示装置1のさらに他の構成を模式的に示す断面図である。同図に示すように、2つの保護手段31を接眼光学系4における光学瞳E側および光学瞳Eとは反対側のそれぞれに設ける構成としてもよい。つまり、接眼プリズム21の面21b(第1の面)および面21c(第2の面)と対応して2つの保護手段31・31を設ける構成としてもよい。   FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing still another configuration of the video display device 1. As shown in the figure, the two protective means 31 may be provided on the optical pupil E side and the opposite side of the optical pupil E in the eyepiece optical system 4. That is, the two protection means 31 and 31 may be provided corresponding to the surface 21b (first surface) and the surface 21c (second surface) of the eyepiece prism 21.

この構成では、接眼プリズム21の面21b・21cへの異物Pの直接の付着を防止することができる。つまり、例えば映像表示装置1の持ち運び時やHMDの観察者への装着時には、観察者は、接眼光学系4に両側から指で触れてしまう可能性がある。しかし、その場合でも、図6の構成では、観察者の指が各保護基板32・32と接触し、面21b・21cには直接接触しないので、面21b・21に指の油分などの異物Pが直接付着することはない。よって、外部の異物Pに起因して、面21b・21cの両面で全反射する映像光の波面が乱れ、観察される映像の品位が低下するのを回避することができる。   With this configuration, it is possible to prevent the foreign matter P from directly adhering to the surfaces 21 b and 21 c of the eyepiece prism 21. That is, for example, when the video display device 1 is carried or attached to an observer of the HMD, the observer may touch the eyepiece optical system 4 with fingers from both sides. However, even in that case, in the configuration of FIG. 6, the observer's finger comes into contact with each of the protective substrates 32 and 32 and does not come into direct contact with the surfaces 21b and 21c. Does not adhere directly. Therefore, it can be avoided that the wavefront of the image light totally reflected on both surfaces 21b and 21c due to the external foreign matter P is disturbed and the quality of the observed image is deteriorated.

また、図7(a)(b)は、映像表示装置1のさらに他の構成を模式的に示す断面図である。これらの図に示すように、保護手段31の保護基板32は、観察者の視度補正のために光学的パワーを持つ部材(例えばレンズ)で構成されている。なお、図7(a)では、接眼プリズム21に対して光学瞳Eとは反対側(面21b側)の保護手段31の保護基板32に光学的パワーを持たせている。一方、図7(b)では、接眼プリズム21に対して光学瞳E側(面21c側)の保護手段31の保護基板32に光学的パワーを持たせている。   FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views schematically showing still another configuration of the video display device 1. As shown in these drawings, the protection substrate 32 of the protection means 31 is composed of a member (for example, a lens) having optical power for diopter correction of the observer. In FIG. 7A, the protection substrate 32 of the protection means 31 on the side opposite to the optical pupil E (surface 21b side) with respect to the eyepiece prism 21 has optical power. On the other hand, in FIG. 7B, the protective substrate 32 of the protection means 31 on the optical pupil E side (surface 21c side) with respect to the eyepiece prism 21 has optical power.

このように、保護基板32に光学的パワーを持たせることにより、保護手段31に、外部の異物Pに起因する映像品位の低下防止機能と、観察者の視度補正機能との両方の機能を持たせることができる。このとき、保護基板32と支持部材33とは、着脱可能であってもよいし、一体的に構成されてもよい。保護基板32を支持部材33に着脱可能に支持すれば、使用する観察者に対応した光学的パワーを有する保護基板32を用いることが可能となり、使用する観察者に対応した視度補正が可能となる。   In this way, by providing the protective substrate 32 with optical power, the protection means 31 has both functions of preventing the deterioration of the image quality caused by the external foreign matter P and the function of correcting the diopter of the observer. You can have it. At this time, the protective substrate 32 and the support member 33 may be detachable or may be configured integrally. If the protective substrate 32 is detachably supported by the support member 33, the protective substrate 32 having optical power corresponding to the observer to be used can be used, and diopter correction corresponding to the observer to be used is possible. Become.

また、保護基板32は、外光の透過率を調整する機能をさらに兼ね備えることもできる。このときの透過率の調整は、一般のサングラスのような減光コーティングによって行ってもよいし、電気的に制御できる液晶シャッタによって行ってもよい。   Moreover, the protective substrate 32 can further have a function of adjusting the transmittance of external light. Adjustment of the transmittance at this time may be performed by a light-reducing coating such as general sunglasses, or may be performed by a liquid crystal shutter that can be electrically controlled.

〔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8(a)は、本実施形態の映像表示装置1の概略の構成を模式的に示す断面図である。また、図8(b)は、この映像表示装置1の接眼光学系4の水平断面図であり、図8(c)は、接眼光学系4の光学瞳Eとは反対側からの平面図である。本実施形態では、映像表示装置1の保護手段31は、撥水膜34と親水膜35とを有して構成されている。なお、図8(b)では、接眼光学系4に対して光学瞳E側の保護手段31の図示を省略している。   FIG. 8A is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of the video display device 1 of the present embodiment. FIG. 8B is a horizontal sectional view of the eyepiece optical system 4 of the video display device 1, and FIG. 8C is a plan view from the side opposite to the optical pupil E of the eyepiece optical system 4. is there. In the present embodiment, the protection means 31 of the video display device 1 is configured to include a water repellent film 34 and a hydrophilic film 35. In FIG. 8B, the protection means 31 on the optical pupil E side with respect to the eyepiece optical system 4 is not shown.

撥水膜34は、撥水性を有する膜であり、接眼プリズム21の面21b・21c上に被覆されている。また、親水膜35は、親水性を有する膜であり、偏向プリズム22の面22b・22c上に被覆されている。なお、面22b・22cは、面21b・21cとそれぞれ同一面上に位置する面である。   The water repellent film 34 is a film having water repellency, and is covered on the surfaces 21 b and 21 c of the eyepiece prism 21. The hydrophilic film 35 is a hydrophilic film and is covered on the surfaces 22 b and 22 c of the deflecting prism 22. The surfaces 22b and 22c are surfaces located on the same surface as the surfaces 21b and 21c, respectively.

このように、接眼プリズム21の面21b・21c上に撥水膜34を被覆することにより、外部の異物Pが水滴であれば、その水滴の面21b・21cへの直接の付着を撥水膜34で防止するとともに、その水滴を撥水膜34で小さくして飛散させることができる。したがって、接眼プリズム21の内部を導光される映像光は、面21b・21cにて確実に全反射され、映像光の波面が上記の水滴に起因して乱れることがない。その結果、面21b・21cに対して撥水膜34を被覆するという簡単な構成で、観察される表示映像の品位が水滴に起因して低下するのを回避することができる。   In this way, by covering the surfaces 21b and 21c of the eyepiece prism 21 with the water repellent film 34, if the external foreign matter P is a water droplet, the water droplets are prevented from directly adhering to the surfaces 21b and 21c. The water droplets can be reduced by the water repellent film 34 and scattered. Therefore, the image light guided through the eyepiece prism 21 is reliably totally reflected by the surfaces 21b and 21c, and the wavefront of the image light is not disturbed due to the water droplets. As a result, it is possible to prevent the quality of the observed display image from being deteriorated due to water droplets with a simple configuration in which the surfaces 21b and 21c are covered with the water repellent film 34.

また、撥水膜34で弾かれた水滴は、偏向プリズム22の面22b・22c上に被覆された親水膜35で捕まえられるので、水滴が面22b・22c上でコロコロと移動することがなく、その水滴が目障りになることがない。なお、親水膜35を設けた場合、観察者は外界像を多少観察しにくくなるが、観察される映像品位の低下は回避できる。したがって、例えば視覚補助として映像表示装置1を使用したい場合(外界よりも映像をしっかりと観察させる必要がある場合)には、本実施形態の映像表示装置1は非常に有効となる。   Further, since the water droplets repelled by the water repellent film 34 are caught by the hydrophilic film 35 coated on the surfaces 22b and 22c of the deflecting prism 22, the water droplets do not move with each other on the surfaces 22b and 22c. The water drops do not get in the way. When the hydrophilic film 35 is provided, it becomes difficult for the observer to observe the external image somewhat, but the degradation of the observed video quality can be avoided. Therefore, for example, when it is desired to use the video display device 1 as visual assistance (when it is necessary to observe the video more firmly than the outside), the video display device 1 of the present embodiment is very effective.

なお、本実施形態では、保護手段31が撥水膜34と親水膜35の両方を有している場合について説明したが、最低限、撥水膜34を有していれば、つまり、面21b・21c上に撥水膜34を被覆すれば、観察映像の品位低下を回避することができる。また、面21b・21cおよび面22b・22c上に撥水膜を被覆する構成としても勿論構わない。   In the present embodiment, the case where the protection means 31 has both the water repellent film 34 and the hydrophilic film 35 has been described. However, at least if the protective means 31 has the water repellent film 34, that is, the surface 21b. -If the water-repellent film 34 is covered on 21c, the deterioration of the quality of the observation image can be avoided. Of course, the water repellent film may be covered on the surfaces 21b and 21c and the surfaces 22b and 22c.

なお、本実施形態では、接眼光学系4の両面に保護手段31を設けているが、例えば、接眼光学系4に対して光学瞳Eとは反対側にのみ保護手段31を設けるようにしても構わない。ただし、面21b・21cの両面での全反射で導光される映像光の波面の乱れを確実に防止する観点では、接眼光学系4の両面に保護手段31を設けることが望ましい。   In the present embodiment, the protection means 31 is provided on both surfaces of the eyepiece optical system 4. However, for example, the protection means 31 may be provided only on the side opposite to the optical pupil E with respect to the eyepiece optical system 4. I do not care. However, from the viewpoint of reliably preventing disturbance of the wavefront of the image light guided by total reflection on both surfaces 21b and 21c, it is desirable to provide the protection means 31 on both surfaces of the eyepiece optical system 4.

〔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・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 components as those in the first and second embodiments are denoted by the same member numbers, and the description thereof is omitted.

図9(a)は、本実施形態の映像表示装置1の概略の構成を模式的に示す断面図であり、図9(b)は、この映像表示装置1の主要部を拡大して示す断面図である。本実施形態の映像表示装置1は、実施の形態2の構成において、保護手段31がさらにアタッチメント部材36を有している。   FIG. 9A is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of the video display device 1 of the present embodiment, and FIG. 9B is an enlarged cross-sectional view showing the main part of the video display device 1. FIG. In the video display device 1 of the present embodiment, the protection means 31 further includes an attachment member 36 in the configuration of the second embodiment.

アタッチメント部材36は、映像表示装置1に対して取り外し可能に装着される付属品であり、ここでは、光学的パワーを有するアタッチメントレンズで構成されている。なお、アタッチメント部材36は、外光の透過率を調整するための半透過板などの外光透過率制御手段であってもよい。このアタッチメント部材36は、例えば支持手段2(図2参照)に支持されることにより、接眼プリズム21と空気層を介して配置される。そして、アタッチメント部材36における接眼プリズム21との対向面(面36a)には、親水性を有する親水膜37が被覆されている。   The attachment member 36 is an accessory that is detachably attached to the video display device 1, and here, is constituted by an attachment lens having optical power. The attachment member 36 may be external light transmittance control means such as a semi-transmissive plate for adjusting the transmittance of external light. The attachment member 36 is disposed, for example, via the eyepiece prism 21 and the air layer by being supported by the support means 2 (see FIG. 2). A surface of the attachment member 36 facing the eyepiece prism 21 (surface 36a) is covered with a hydrophilic film 37 having hydrophilicity.

このように親水膜37が被覆されたアタッチメント部材36を、接眼プリズム21と空気層を介して配置することにより、この空気層に例えば水滴などの異物Pが浸入したとしても、接眼プリズム21の面21bには撥水膜34が被覆されているため、その水滴は接眼プリズム21側には付着せず、親水膜37が被覆されたアタッチメント部材36側に付着する。したがって、接眼プリズム21内を導光される映像光の波面が上記の水滴に起因して乱れることがなく、観察映像の品位低下を回避することができる。   By disposing the attachment member 36 thus coated with the hydrophilic film 37 via the eyepiece prism 21 and the air layer, even if a foreign matter P such as a water droplet enters the air layer, the surface of the eyepiece prism 21 is provided. Since the water repellent film 34 is coated on 21b, the water droplet does not adhere to the eyepiece prism 21 side but adheres to the attachment member 36 side coated with the hydrophilic film 37. Therefore, the wavefront of the image light guided through the eyepiece prism 21 is not disturbed due to the water droplets, and the deterioration of the quality of the observation image can be avoided.

また、図10(a)は、映像表示装置1の他の構成を模式的に示す断面図であり、図10(b)は、この映像表示装置1の主要部を拡大して示す断面図である。この映像表示装置1は、親水膜37に代えて、撥水性を有する撥水膜38をアタッチメント部材36の面36aに被覆した以外は、図9(a)(b)の映像表示装置1と同様の構成である。   FIG. 10A is a cross-sectional view schematically showing another configuration of the video display device 1, and FIG. 10B is a cross-sectional view showing an enlarged main part of the video display device 1. is there. This video display device 1 is the same as the video display device 1 shown in FIGS. 9A and 9B except that the surface 36a of the attachment member 36 is covered with a water-repellent water-repellent film 38 instead of the hydrophilic film 37. It is the composition.

この構成では、接眼プリズム21とアタッチメント部材36との間の空気層に異物Pとしての水滴が浸入したとしても、面21bおよび面36aには撥水膜34・38がそれぞれ被覆されているため、その水滴は接眼プリズム21およびアタッチメント部材36の両者に付着せずに落下する。したがって、この構成であっても、接眼プリズム21内を導光される映像光の波面が上記の水滴に起因して乱れることがなく、観察映像の品位低下を回避することができる。   In this configuration, even if water droplets as foreign matter P enter the air layer between the eyepiece prism 21 and the attachment member 36, the surface 21b and the surface 36a are covered with the water-repellent films 34 and 38, respectively. The water droplet falls without adhering to both the eyepiece prism 21 and the attachment member 36. Therefore, even with this configuration, the wavefront of the image light guided through the eyepiece prism 21 is not disturbed due to the water droplets, and deterioration of the quality of the observed image can be avoided.

なお、上述した各実施の形態の構成を適宜組み合わせて映像表示装置1やHMDを構成することも勿論可能である。   Of course, the video display device 1 and the HMD can be configured by appropriately combining the configurations of the above-described embodiments.

本発明は、HMDに利用可能である。   The present invention is applicable to HMD.

本発明の実施の一形態に係る映像表示装置の主要部を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the principal part of the video display apparatus concerning one Embodiment of this invention. 上記映像表示装置を有するHMDの概略の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the outline of HMD which has the said video display apparatus. 上記映像表示装置の概略の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the schematic structure of the said video display apparatus. (a)は、上記映像表示装置の接眼光学系の水平断面図であり、(b)は、その接眼光学系の光学瞳とは反対側からの平面図である。(A) is a horizontal sectional view of the eyepiece optical system of the video display device, and (b) is a plan view from the side opposite to the optical pupil of the eyepiece optical system. (a)は、他の映像表示装置の接眼光学系の水平断面図であり、(b)は、その接眼光学系の光学瞳とは反対側からの平面図である。(A) is a horizontal sectional view of an eyepiece optical system of another video display device, and (b) is a plan view from the side opposite to the optical pupil of the eyepiece optical system. 映像表示装置のさらに他の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically another structure of a video display apparatus. (a)は、接眼プリズムに対して光学瞳とは反対側の保護手段の保護基板に光学的パワーを持たせた映像表示装置の構成を模式的に示す断面図であり、(b)は、接眼プリズムに対して光学瞳側の保護手段の保護基板に光学的パワーを持たせた映像表示装置の構成を模式的に示す断面図である。(A) is sectional drawing which shows typically the structure of the video display apparatus which gave the optical power to the protective substrate of the protection means on the opposite side to an optical pupil with respect to an eyepiece prism, (b), It is sectional drawing which shows typically the structure of the video display apparatus which gave the optical power to the protective substrate of the protection means of the optical pupil side with respect to the eyepiece prism. (a)は、本発明の他の実施の形態に係る映像表示装置の概略の構成を模式的に示す断面図であり、(b)は、上記映像表示装置の接眼光学系の水平断面図であり、(c)は、接眼光学系の光学瞳とは反対側からの平面図である。(A) is sectional drawing which shows typically the outline structure of the video display apparatus which concerns on other embodiment of this invention, (b) is a horizontal sectional view of the eyepiece optical system of the said video display apparatus. (C) is a plan view from the opposite side of the optical pupil of the eyepiece optical system. (a)は、本発明のさらに他の実施の形態に係る映像表示装置の概略の構成を模式的に示す断面図であり、(b)は、上記映像表示装置の主要部を拡大して示す断面図である。(A) is sectional drawing which shows typically the structure of the outline of the video display apparatus concerning further another embodiment of this invention, (b) expands and shows the principal part of the said video display apparatus. It is sectional drawing. (a)は、映像表示装置の他の構成を模式的に示す断面図であり、(b)は、上記映像表示装置の主要部を拡大して示す断面図である。(A) is sectional drawing which shows typically the other structure of a video display apparatus, (b) is sectional drawing which expands and shows the principal part of the said video display apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 映像表示装置
2 支持手段
4 接眼光学系
14 表示素子
21 接眼プリズム(導光部材)
21b 面(全反射面、第1の面)
21b1 全反射領域
21b2 非全反射領域
21c 面(全反射面、第2の面)
21d 面(反射面)
22 偏向プリズム(補正部材)
22b 面
22c 面
31 保護手段
32 保護基板
33 支持部材
34 撥水膜
35 親水膜
36 アタッチメント部材
37 親水膜
38 撥水膜
E 光学瞳
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image display apparatus 2 Support means 4 Eyepiece optical system 14 Display element 21 Eyepiece prism (light guide member)
21b surface (total reflection surface, first surface)
21b 1 total reflection area 21b 2 non-total reflection area 21c surface (total reflection surface, second surface)
21d surface (reflection surface)
22 Deflection prism (correction member)
22b surface 22c surface 31 Protective means 32 Protective substrate 33 Support member 34 Water repellent film 35 Hydrophilic film 36 Attachment member 37 Hydrophilic film 38 Water repellent film E Optical pupil

Claims (18)

映像を表示する表示素子と、
表示素子からの映像光を内部で導光して光学瞳に導く導光部材を有する接眼光学系とを備えた映像表示装置であって、
導光部材は、表示素子からの映像光を全反射させる領域を含む全反射面と、全反射面にて全反射された映像光を反射させて光学瞳に導く反射面とを有しており、
該映像表示装置は、全反射面を保護する保護手段をさらに備えており、
保護手段は、
全反射面と空気層を介して配置される保護基板と、
全反射面における、映像光が全反射されない領域と接触して保護基板を支持する支持部材とを有していることを特徴とする映像表示装置。
A display element for displaying an image;
An image display device comprising an eyepiece optical system having a light guide member that guides image light from a display element inside and guides it to an optical pupil,
The light guide member has a total reflection surface including a region that totally reflects the image light from the display element, and a reflection surface that reflects the image light totally reflected by the total reflection surface and guides it to the optical pupil. ,
The video display device further includes a protection means for protecting the total reflection surface,
Protective measures are
A protective substrate disposed through the total reflection surface and the air layer;
An image display device comprising: a support member that supports a protective substrate in contact with a region where image light is not totally reflected on the total reflection surface.
導光部材は、外光を透過させることを特徴とする請求項1に記載の映像表示装置。   The video display device according to claim 1, wherein the light guide member transmits external light. 保護基板は、透明であることを特徴とする請求項2に記載の映像表示装置。   The video display device according to claim 2, wherein the protective substrate is transparent. 接眼光学系は、導光部材の反射面を介して接合され、導光部材での外光の屈折を相殺するための補正部材をさらに有していることを特徴とする請求項2または3に記載の映像表示装置。   The eyepiece optical system further includes a correction member that is joined via a reflection surface of the light guide member and that cancels refraction of external light at the light guide member. The video display device described. 支持部材は、保護基板が導光部材および補正部材の両者と空気層を介して対向するように、補正部材における保護基板側の面の周縁部とさらに接触して保護基板を支持し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 support member supports the protective substrate in further contact with the peripheral portion of the surface of the correction member on the protective substrate side so that the protective substrate faces both the light guide member and the correction member via the air layer. The video display device according to claim 4. 全反射面は、導光部材における光学瞳とは反対側の第1の面と、光学瞳側の第2の面とで構成されており、
保護手段は、第1の面および第2の面に対応して設けられていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の映像表示装置。
The total reflection surface is composed of a first surface opposite to the optical pupil in the light guide member, and a second surface on the optical pupil side,
6. The video display device according to claim 1, wherein the protection means is provided corresponding to the first surface and the second surface.
保護基板は、光学的パワーを持っていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の映像表示装置。   The video display device according to claim 1, wherein the protective substrate has optical power. 保護基板は、支持部材に着脱可能に支持されることを特徴とする請求項7に記載の映像表示装置。   The video display device according to claim 7, wherein the protective substrate is detachably supported by the support member. 映像を表示する表示素子と、
表示素子からの映像光を内部で導光して光学瞳に導く導光部材を有する接眼光学系とを備えた映像表示装置であって、
導光部材は、表示素子からの映像光を全反射させる全反射面と、全反射面にて全反射された映像光を反射させて光学瞳に導く反射面とを有しており、
該映像表示装置は、全反射面を保護する保護手段をさらに備えており、
保護手段は、全反射面上に被覆される、撥水性を有する透明な撥水膜を有していることを特徴とする映像表示装置。
A display element for displaying an image;
An image display device comprising an eyepiece optical system having a light guide member that guides image light from a display element inside and guides it to an optical pupil,
The light guide member has a total reflection surface that totally reflects image light from the display element, and a reflection surface that reflects the image light totally reflected by the total reflection surface and guides it to the optical pupil,
The video display device further includes a protection means for protecting the total reflection surface,
An image display device characterized in that the protection means has a transparent water-repellent film having water repellency, which is coated on the total reflection surface.
導光部材は、外光を透過させることを特徴とする請求項9に記載の映像表示装置。   The video display device according to claim 9, wherein the light guide member transmits external light. 保護手段は、導光部材と空気層を介して配置される、取り外し可能なアタッチメント部材をさらに有しており、
アタッチメント部材における導光部材側の面には、親水性を有する親水膜が被覆されていることを特徴とする請求項10に記載の映像表示装置。
The protection means further includes a removable attachment member disposed via the light guide member and the air layer,
The image display device according to claim 10, wherein a surface of the attachment member on the light guide member side is covered with a hydrophilic film having hydrophilicity.
保護手段は、導光部材と空気層を介して配置される、取り外し可能なアタッチメント部材をさらに有しており、
アタッチメント部材における導光部材側の面には、撥水性を有する撥水膜が被覆されていることを特徴とする請求項10に記載の映像表示装置。
The protection means further includes a removable attachment member disposed via the light guide member and the air layer,
The video display device according to claim 10, wherein a surface of the attachment member on the light guide member side is coated with a water-repellent water-repellent film.
接眼光学系は、導光部材の反射面を介して接合され、導光部材での外光の屈折を相殺するための補正部材をさらに有していることを特徴とする請求項10から12のいずれかに記載の映像表示装置。   The eyepiece optical system further includes a correction member that is joined through a reflection surface of the light guide member and cancels refraction of external light at the light guide member. The video display apparatus in any one. 補正部材は、導光部材の全反射面と同一面に位置する面を有しており、
補正部材の上記の面には、親水性を有する膜が被覆されていることを特徴とする請求項13に記載の映像表示装置。
The correction member has a surface located on the same surface as the total reflection surface of the light guide member,
14. The image display device according to claim 13, wherein the surface of the correction member is coated with a hydrophilic film.
導光部材は、平行平板を含んで構成されていることを特徴とする請求項1から14のいずれかに記載の映像表示装置。   The video display device according to claim 1, wherein the light guide member includes a parallel plate. 導光部材の反射面は、体積位相型の反射型ホログラム光学素子が形成された面であり、
上記ホログラム光学素子は、表示素子からの映像光を回折反射させて光学瞳に導くと同時に、外光を透過させて光学瞳に導くことを特徴とする請求項1から15のいずれかに記載の映像表示装置。
The reflection surface of the light guide member is a surface on which a volume phase reflection hologram optical element is formed,
16. The hologram optical element according to claim 1, wherein image light from the display element is diffracted and reflected and guided to the optical pupil, and at the same time, external light is transmitted and guided to the optical pupil. Video display device.
上記ホログラム光学素子は、軸非対称な正の光学的パワーを有していることを特徴とする請求項16に記載の映像表示装置。   The video display device according to claim 16, wherein the hologram optical element has an axially asymmetric positive optical power. 請求項1から17のいずれかに記載の映像表示装置と、
上記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持手段とを有していることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
A video display device according to any one of claims 1 to 17,
A head-mounted display comprising support means for supporting the video display device in front of an observer's eyes.
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