JP5104823B2 - Display device - Google Patents
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Description
本発明は、腰のベルトや装身具等を介して身体に纏うウエアラブルコンピュータや、ナップサックやポケットに入れて携帯できる携帯電話器等の通信機器のような、卓上以外の環境で利用可能な情報機器のためのモニタに適した表示装置に関する。 The present invention relates to an information device that can be used in an environment other than a desktop, such as a wearable computer that is worn on the body via a waist belt or a jewelry, or a communication device such as a mobile phone that can be carried in a knapsack or a pocket. The present invention relates to a display device suitable for a monitor.
身体に纏う形態の情報機器用の表示装置としては、眼鏡型の形態が主流となりつつある。図5は、観察者の頭部に装着される従来の眼鏡型ディスプレイ(表示装置)を示す外観図であり、図6は、観察者の頭部に装着される従来の眼鏡型ディスプレイの概略構成を示す光路図である。
眼鏡型ディスプレイ401は、眼鏡と似た外観をしており、画像表示光Lを出射するユニット部Uと、ユニット部Uからの画像表示光Lを内部で反射させながら観察者の眼Eに導く基板であるライトガイド404と、ユニット部Uとライトガイド404とが取り付けられるフレーム部Fとを備える(例えば、特許文献1参照)。
なお、眼鏡型ディスプレイ401は右眼用であり、遠方を見ている状態の右眼Eの中心に原点を有したXYZ座標系を定義する。Z方向は観察者の前方であり、Y方向は観察者の上方であり、X方向(設定方向)は観察者の左方である。
As display devices for information devices that are worn on the body, eyeglass-type forms are becoming mainstream. FIG. 5 is an external view showing a conventional glasses-type display (display device) mounted on the viewer's head, and FIG. 6 is a schematic configuration of a conventional glasses-type display mounted on the viewer's head. FIG.
The eyeglass-
Note that the glasses-
ユニット部Uは、出射方向に垂直である面に表示領域(X1×Y1)となる画像を形成して画像表示光Lを出射する透過型液晶表示器(表示素子)2を有する出射機構Sと、観察対象の虚像を形成する光学系3とを備える。
出射機構Sは、光源(図示せず)と、透過型液晶表示器2とを備える。透過型液晶表示器2は、制御部(図示せず)からの画像信号に基づいて、出射方向に垂直である面に表示領域(X1×Y1)となる画像を形成し、その画像表示光Lを出射する。
光学系3は、表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを透過させて、観察対象の虚像を形成する。
The unit unit U has an emission mechanism having a transmissive liquid crystal display (display element) 2 that forms an image to be a display region (X 1 × Y 1 ) on a surface perpendicular to the emission direction and emits image display light L. S and an
The emission mechanism S includes a light source (not shown) and a transmissive
The
ライトガイド404は、ポリカーボネイト製(屈折率ng)の平板形状となり、一端部に形成され出射機構Sの前方(Z方向)に配置される平面形状の全反射面441と、他端部に形成され観察者の眼Eの前方(Z方向)に配置される出射面442と、空気との界面によって全反射面441と出射面442との間に形成される側面群446とを有する。
側面群446は、X方向(設定方向)から見ると四角形状となり、第一面446aと、第一面446aとZ方向で対向する第二面446bと、第三面(図示せず)と、第三面とY方向で対向する第四面(図示せず)とを有する。
The
The side group 446 has a quadrangular shape when viewed from the X direction (setting direction), a
出射面442は、平面形状の第一出射面442aと、平面形状の第二出射面442bと、平面形状の第三出射面442cとを有する。そして、X方向(設定方向)において順番に、第一出射面442aと、第二出射面442bと、第三出射面442cとなるように配置されている。さらに、X方向に対する第一出射面442aの角度と、X方向に対する第二出射面442bの角度と、X方向に対する第三出射面442cの角度とは、Y方向から見ると同じθ1となるように配置されている。
そして、第一出射面442aと第二出射面442bと第三出射面442cとは、入射した画像表示光Lの光束の19%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の81%を透過することが可能となっている。
The emission surface 442 includes a planar
The
このようなライトガイド404において、まず、全反射面441は、光学系3からの表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを略X方向(設定方向)へと反射させる。そして、第一面446aと第二面446bとは、表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを交互に複数回反射させながら、第一出射面442aに導く。そこで、第一出射面442aは、入射した画像表示光Lの光束の19%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の81%を透過する。つまり、画像表示光Lの光束の19.0%である画像表示光Laの光束を観察者に向かって導く。また、第一出射面442aを透過した画像表示光Lは、第二出射面442bに到達する。そこで、第二出射面442bは、入射した画像表示光Lの光束の19%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の81%を透過する。つまり、画像表示光Lの光束の15.4%である画像表示光Lbの光束を観察者に向かって導く。さらに、第二出射面442bを透過した画像表示光Lは、第三出射面442cに到達する。そこで、第三出射面442cは、入射した画像表示光Lの光束の19%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の81%を透過する。つまり、画像表示光Lの光束の12.5%である画像表示光Lcの光束を観察者に向かって導く。このように各出射面442a、442b、442cが画像表示光Lを反射させることにより、ライトガイド404の外部に、表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを出射させる。その結果、出射機構Sから出射される画像表示光Lは、ライトガイド404を介して、観察者の眼Eに導かれる。
In such a
しかしながら、第一出射面442aと第二出射面442bと第三出射面442cと順番に画像表示光Lが導かれるため、第一出射面442aからの画像表示光Laの光束(19.0%)と、第二出射面442bからの画像表示光Lbの光束(15.4%)と、第三出射面442cからの画像表示光Lcの光束(12.5%)とが順番に小さくなるという問題点があった。つまり、観察者が観察する虚像に輝度ムラがあった。
そこで、第一出射面442aは、入射した画像表示光Lの光束の19%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の81%を透過することを可能とし、第二出射面442bは、入射した画像表示光Lの光束の23%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の77%を透過することを可能とし、第三出射面442cは、入射した画像表示光Lの光束の31%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の69%を透過することを可能とした眼鏡型ディスプレイを開発することが考えられる。
However, since the image display light L is sequentially guided to the
Therefore, the
このようなライトガイド404において、まず、全反射面441は、光学系3からの表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを略X方向(設定方向)へと反射させる。そして、第一面446aと第二面446bとは、表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを交互に複数回反射させながら、第一出射面442aに導く。そこで、第一出射面442aは、入射した画像表示光Lの光束の19%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の81%を透過する。つまり、画像表示光Lの光束の19%である画像表示光Laの光束を観察者に向かって導く。また、第一出射面442aを透過した画像表示光Lは、第二出射面442bに到達する。そこで、第二出射面442bは、入射した画像表示光Lの光束の23%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の77%を透過する。つまり、画像表示光Lの光束の19%である画像表示光Lbの光束を観察者に向かって導く。さらに、第二出射面442bを透過した画像表示光Lは、第三出射面442cに到達する。そこで、第三出射面442cは、入射した画像表示光Lの光束の31%を反射する。つまり、画像表示光Lの光束の19%である画像表示光Lcの光束を観察者に向かって導く。このように各出射面442a、442b、442cが画像表示光Lを反射させることにより、ライトガイド404の外部に、表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを出射させる。その結果、出射機構Sから出射される画像表示光Lは、ライトガイド404を介して、観察者の眼Eに導かれる。
In such a
しかしながら、第一出射面442aと第二出射面442bと第三出射面442cとは、入射した画像表示光Lの透過率が異なるため、第一出射面442aを介して観察者が観察する外界の明るさと、第二出射面442bを介して観察者が観察する外界の明るさと、第三出射面442cを介して観察者が観察する外界の明るさとが異なるという問題点がある。つまり、観察者が観察する外界に輝度ムラがあった。
また、画像表示光Lの光束の43%である光束の画像表示光Lは、第一出射面442aと第二出射面442bと第三出射面442cとの全ての出射面442を透過するので、観察者が観察する虚像の輝度が低くなるという問題点もある。
However, since the
Further, the image display light L of a light beam that is 43% of the light beam of the image display light L passes through all the emission surfaces 442 of the
そこで、第一出射面442aと第二出射面442bと第三出射面442cとの全ての出射面442を透過した画像表示光Lを、再び出射面442に向かって反射する眼鏡型ディスプレイが開発されている(例えば、特許文献2参照)。このような眼鏡型ディスプレイにおける出射面は、X方向に対する角度がθ3となる平面形状の第一反射面と、X方向に対する角度がθ4となる平面形状の第二反射面とが交互に並ぶように形成されるとともに、X方向の最後に最終反射面が形成されている。これにより、略X方向へ進行する画像表示光を第一反射面で観察者に向かって導き、さらにX方向へ進行する画像表示光を最終反射面で略−X方向へと反射した後、略−X方向へ進行する画像表示光を第二反射面で観察者に向かって導いている。
Therefore, a spectacle-type display is developed that reflects the image display light L that has passed through all of the exit surfaces 442 of the
しかしながら、上述したような眼鏡型ディスプレイにおける出射面では、観察者が観察する虚像の輝度を高くすることができるが、1個のライトガイドで、略X方向へ進行する画像表示光も、略−X方向へ進行する画像表示光も反射するため、観察者が観察する虚像に、迷光が混じったり、観察者が観察する光束がない領域が発生したりする問題点があった。
そこで、本発明は、観察者が観察する虚像と外界とに輝度ムラが発生することを抑制することができる表示装置を提供することを目的とする。また、本発明は、観察者が観察する虚像の輝度を高くすることができる表示装置を提供することを目的とする。
However, on the exit surface of the eyeglass-type display as described above, the brightness of the virtual image observed by the observer can be increased. However, the image display light traveling in the substantially X direction with one light guide is also approximately − Since the image display light traveling in the X direction is also reflected, there are problems that stray light is mixed in the virtual image observed by the observer, or a region where there is no light beam observed by the observer is generated.
Therefore, an object of the present invention is to provide a display device capable of suppressing occurrence of luminance unevenness between a virtual image observed by an observer and the outside world. It is another object of the present invention to provide a display device that can increase the luminance of a virtual image observed by an observer.
上記課題を解決するためになされた本発明の表示装置は、表示領域となる画像を形成して、画像表示光を出射する表示素子を有する出射機構と、観察対象の虚像を形成するために、画像表示光を反射又は透過させる光学系と、第一面と、当該第一面と対向する第二面と、観察者の眼の前方に配置される出射面とを有し、前記第一面及び/又は第二面で光学系からの画像表示光を設定方向へと反射させながら出射面に導き、前記出射面から画像表示光を観察者の眼に導く第一ライトガイドとを備える表示装置であって、第二ライトガイドを備え、前記第一ライトガイドは、前記設定方向における第一ライトガイドの出射面の奥側に第二ライトガイドに画像表示光を導く誘導面を有し、前記第二ライトガイドは、第一面と、当該第一面と対向する第二面と、観察者の眼の前方に配置される出射面とを有し、前記第一面及び/又は第二面で第一ライトガイドからの画像表示光を設定方向と反対となる反対設定方向へと反射させながら出射面に導き、前記出射面から画像表示光を観察者の眼に導き、前記第一ライトガイドにおける出射面からの画像表示光と、前記第二ライトガイドにおける出射面からの画像表示光とが重なるようにして、前記観察者の眼に導くようにしている。 In order to solve the above problems, the display device of the present invention forms an image serving as a display region, and includes an emission mechanism having a display element that emits image display light, and a virtual image of an observation target. An optical system that reflects or transmits image display light; a first surface; a second surface that faces the first surface; and an exit surface that is disposed in front of an observer's eye; And / or a first light guide that guides the image display light from the optical system to the exit surface while reflecting the image display light from the optical system to the setting direction on the second surface, and guides the image display light from the exit surface to the eyes of the observer. The first light guide includes a guide surface that guides image display light to the second light guide on the back side of the emission surface of the first light guide in the setting direction, The second light guide faces the first surface and the first surface. Opposite setting that has two surfaces and an exit surface disposed in front of the eyes of the observer, and the image display light from the first light guide is opposite to the setting direction on the first surface and / or the second surface The image display light is guided to the observer's eye from the exit surface while being reflected in the direction, and the image display light from the exit surface of the first light guide and the exit surface of the second light guide The image display light overlaps with the viewer's eyes.
本発明の表示装置によれば、第一ライトガイドと第二ライトガイドとを備える。そして、第一ライトガイドは、設定方向へと画像表示光を反射させながら出射面に導く。さらに、第一ライトガイドにおける出射面を通過した画像表示光は、第二ライトガイドに導かれる。第二ライトガイドは、反対設定方向へと画像表示光を反射させながら出射面に導く。これにより、第一ライトガイドにおける出射面からの画像表示光と、第二ライトガイドにおける出射面からの画像表示光とが重なるようにして、観察者の眼に導かれる。このとき、第一ライトガイドでは、設定方向の順に画像表示光の輝度が小さくなっていくように出射されるが、第二ライトガイドでは、設定方向の順に画像表示光の輝度が大きくなっていくように出射されることになる。 According to the display device of the present invention, the first light guide and the second light guide are provided. The first light guide guides the image display light to the exit surface while reflecting the image display light in the setting direction. Furthermore, the image display light that has passed through the exit surface of the first light guide is guided to the second light guide. The second light guide guides the image display light to the exit surface while reflecting the image display light in the opposite setting direction. Accordingly, the image display light from the exit surface of the first light guide and the image display light from the exit surface of the second light guide are guided to the observer's eyes so as to overlap. At this time, in the first light guide, the light is emitted so that the luminance of the image display light decreases in the order of the setting direction, but in the second light guide, the luminance of the image display light increases in the order of the setting direction. Will be emitted.
以上のように、本発明の表示装置によれば、観察者が観察する虚像と外界とに輝度ムラが発生することを抑制することができる。 As described above, according to the display device of the present invention, it is possible to suppress the occurrence of luminance unevenness between the virtual image observed by the observer and the outside world.
(他の課題を解決するための手段および効果)
上記課題を解決するためになされた本発明の表示装置は、表示領域となる画像を形成して、画像表示光を出射する表示素子を有する出射機構と、観察対象の虚像を形成するために、画像表示光を反射又は透過させる光学系と、第一面と、当該第一面と対向する第二面と、観察者の眼の前方に配置される出射面とを有し、前記第一面及び/又は第二面で光学系からの画像表示光を設定方向へと反射させながら出射面に導き、前記出射面から画像表示光を観察者の眼に導く第一ライトガイドとを備える表示装置であって、第二ライトガイドを備え、前記第一ライトガイドは、前記設定方向における第一ライトガイドの出射面の奥側に第二ライトガイドに画像表示光を導く誘導面を有し、前記第二ライトガイドは、第一面と、当該第一面と対向する第二面と、誘導面とを有し、前記第一面及び/又は第二面で第一ライトガイドからの画像表示光を設定方向と反対となる反対設定方向へと反射させながら誘導面に導き、前記誘導面から画像表示光を設定方向における第一ライトガイドの出射面の手前側に導くようにしている。
(Means and effects for solving other problems)
In order to solve the above problems, the display device of the present invention forms an image serving as a display region, and includes an emission mechanism having a display element that emits image display light, and a virtual image of an observation target. An optical system that reflects or transmits image display light; a first surface; a second surface that faces the first surface; and an exit surface that is disposed in front of an observer's eye; And / or a first light guide that guides the image display light from the optical system to the exit surface while reflecting the image display light from the optical system to the setting direction on the second surface, and guides the image display light from the exit surface to the eyes of the observer. The first light guide includes a guide surface that guides image display light to the second light guide on the back side of the emission surface of the first light guide in the setting direction, The second light guide faces the first surface and the first surface. The first surface and / or the second surface guides the image display light from the first light guide to the guiding surface while reflecting it in the opposite setting direction opposite to the setting direction. The image display light is guided from the guide surface to the front side of the exit surface of the first light guide in the setting direction.
本発明の表示装置によれば、第一ライトガイドと第二ライトガイドとを備える。そして、第一ライトガイドは、設定方向へと画像表示光を反射させながら出射面に導く。さらに、第一ライトガイドにおける出射面を通過した画像表示光は、第二ライトガイドに導かれる。第二ライトガイドは、反対設定方向へと反射させながら誘導面に導く。これにより、第一ライトガイドにおける出射面を通過した画像表示光が、第二ライトガイドの誘導面を介して第一ライトガイドに戻ることになる。
以上のように、本発明の表示装置によれば、観察者が観察する虚像の輝度を高くすることができる。
According to the display device of the present invention, the first light guide and the second light guide are provided. The first light guide guides the image display light to the exit surface while reflecting the image display light in the setting direction. Furthermore, the image display light that has passed through the exit surface of the first light guide is guided to the second light guide. The second light guide is guided to the guide surface while being reflected in the opposite setting direction. As a result, the image display light that has passed through the exit surface of the first light guide returns to the first light guide via the guide surface of the second light guide.
As described above, according to the display device of the present invention, the luminance of the virtual image observed by the observer can be increased.
また、上記の発明において、前記第二ライトガイドは、前記反対設定方向における第二ライトガイドの出射面の奥側に、設定方向における第一ライトガイドの出射面の手前側に画像表示光を導く誘導面を有するようにしてもよい。
また、上記の発明において、前記第一ライトガイドにおける出射面は、前記設定方向において順番となるようにN個の出射面を有し、前記第二ライトガイドにおける出射面は、前記反対設定方向において順番となるようにN個の出射面を有し、前記第一ライトガイドにおける第n番目の出射面からの画像表示光と、前記第二ライトガイドにおける第(N+1−n)番目の出射面からの画像表示光とが重なるようにして、前記観察者の眼に導くようにしてもよい。
また、上記の発明において、前記第一ライトガイドにおけるN個の出射面と、前記第二ライトガイドにおけるN個の出射面とは、同一の反射率を有するようにしてもよい。
In the above invention, the second light guide guides the image display light to the back side of the emission surface of the second light guide in the opposite setting direction and to the front side of the emission surface of the first light guide in the setting direction. You may make it have a guidance surface.
In the above invention, the emission surface of the first light guide has N emission surfaces so that the emission surfaces are in order in the setting direction, and the emission surface of the second light guide is in the opposite setting direction. From the nth emission surface in the first light guide, the image display light from the nth emission surface and the (N + 1−n) th emission surface in the second lightguide. The image display light may be superimposed on the eyes of the observer.
In the above invention, the N exit surfaces of the first light guide and the N exit surfaces of the second light guide may have the same reflectance.
さらに、上記の発明において、前記第一ライトガイド及び第二ライトガイドにおける出射面は、回折面であるようにしてもよい。
そして、上記の発明において、前記表示素子は、P偏光又はS偏光の画像表示光を出射し、前記第一ライトガイドは、前記設定方向における第一ライトガイドの出射面の手前側に、前記第二ライトガイドからの画像表示光が導かれる偏光変換面と、前記表示素子からの画像表示光が導かれる偏光ビームスピリッタ面とをこの順に有するようにしてもよい。
Furthermore, in the above invention, the exit surfaces of the first light guide and the second light guide may be diffractive surfaces.
In the above invention, the display element emits P-polarized light or S-polarized image display light, and the first light guide is located on the front side of the light emitting surface of the first light guide in the setting direction. You may make it have the polarization conversion surface in which the image display light from two light guides are guide | induced, and the polarization beam splitter surface in which the image display light from the said display element is guide | induced in this order.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below, and it goes without saying that various aspects are included without departing from the spirit of the present invention.
<実施形態1>
図1は、本発明の一実施形態である眼鏡型ディスプレイ(表示装置)の概略構成を示す光路図である。なお、上述した眼鏡型ディスプレイ401と同様のものについては、同じ符号を付している。
眼鏡型ディスプレイ1は、画像表示光Lを出射するユニット部Uと、ユニット部Uからの画像表示光Lを内部で反射させながら観察者の眼Eに導く基板である第一ライトガイド4及び第二ライトガイド5と、ユニット部Uと第一ライトガイド4と第二ライトガイド5とが取り付けられるフレーム部Fとを備える。
第二ライトガイド5は、第一ライトガイド4の前方(Z方向)に配置される。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is an optical path diagram showing a schematic configuration of a glasses-type display (display device) according to an embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing similar to the
The eyeglass-type display 1 includes a unit unit U that emits image display light L, a first light guide 4 that is a substrate that guides the image display light L from the unit unit U to the eye E of the observer while reflecting the inside, and Two
The second
第一ライトガイド4は、ポリカーボネイト製(屈折率ng)の平板形状となり、一端部に形成され出射機構Sの前方(Z方向)に配置される平面形状の全反射面41と、他端部に形成される平面形状の全反射面(誘導面)43と、全反射面41と全反射面43との間に形成され観察者の眼Eの前方(Z方向)に配置される出射面42と、空気との界面によって全反射面41と全反射面43との間に形成される側面群46とを有する。
側面群46は、X方向(設定方向)から見ると四角形状となり、第一面46aと、第一面46aとZ方向で対向する第二面46bと、第三面(図示せず)と、第三面とY方向で対向する第四面(図示せず)とを有する。
The first light guide 4 has a flat plate shape made of polycarbonate (refractive index ng), is formed at one end and is disposed in front (Z direction) of the emission mechanism S, and has a planar reflection surface 41 at the other end. A planar total reflection surface (guidance surface) 43 to be formed, and an emission surface 42 formed between the total reflection surface 41 and the
The side group 46 has a quadrangular shape when viewed from the X direction (setting direction), a
出射面42は、平面形状の第一出射面42aと、平面形状の第二出射面42bと、平面形状の第三出射面42cとを有する。そして、X方向(設定方向)において順番に、第一出射面42aと、第二出射面42bと、第三出射面42cとなるように配置されている。さらに、X方向に対する第一出射面42aの角度と、X方向に対する第二出射面42bの角度と、X方向に対する第三出射面42cの角度とは、Y方向から見ると同じθ1となるように配置されている。
そして、第一出射面42aと第二出射面42bと第三出射面42cとは、入射した画像表示光Lの光束の10%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の90%を透過することが可能となっている。
The emission surface 42 includes a planar
The
全反射面43は、X方向(設定方向)において最後に配置されている。そして、全反射面43は、入射した画像表示光Lを第二ライトガイド5に向かって反射することが可能となっている。これにより、第一出射面42aと第二出射面42bと第三出射面42cとの全ての出射面を透過した画像表示光Lが、第二ライトガイド5に向かって導かれることになる。
The
第二ライトガイド5は、ポリカーボネイト製(屈折率ng)の平板形状となり、一端部に形成され全反射面43の前方(Z方向)に配置される平面形状の全反射面53と、観察者の眼Eの前方(Z方向)に配置される出射面52と、空気との界面によって形成される側面群56とを有する。
側面群56は、X方向(設定方向)から見ると四角形状となり、第一面56aと、第一面56aとZ方向で対向する第二面56bと、第三面(図示せず)と、第三面とY方向で対向する第四面(図示せず)とを有する。そして、第二ライトガイド5の第二面56bと、第一ライトガイド4の第二面46bとが対向するように配置されている。
The second
The side group 56 has a quadrangular shape when viewed from the X direction (setting direction), a
出射面52は、平面形状の第一出射面52cと、平面形状の第二出射面52bと、平面形状の第三出射面52aとを有する。そして、―X方向(反対設定方向)において順番に、第一出射面52cと、第二出射面52bと、第三出射面52aとなるように配置されている。さらに、―X方向(反対設定方向)に対する第一出射面52cの角度と、―X方向に対する第二出射面52bの角度と、―X方向に対する第三出射面52aの角度とは、Y方向から見ると同じθ2となるように配置されている。
そして、第一出射面52cと第二出射面52bと第三出射面52aとは、入射した画像表示光Lの光束の10%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の90%を透過することが可能となっている。
The exit surface 52 includes a planar
The
このような眼鏡型ディスプレイ1において、第一ライトガイド4の全反射面41は、光学系3からの表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを略X方向へと反射させる。そして、第一面46aと第二面46bとは、表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを交互に複数回反射させながら、第一出射面42aに導く。そこで、第一出射面42aは、入射した画像表示光Lの光束の10%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の90%を透過する。つまり、画像表示光Lの光束の10%である画像表示光Laの光束を観察者に向かって導く。また、第一出射面42aを透過した画像表示光Lは、第二出射面42bに到達する。そこで、第二出射面42bは、入射した画像表示光Lの光束の10%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の90%を透過する。つまり、画像表示光Lの光束の9%である画像表示光Lbの光束を観察者に向かって導く。さらに、第二出射面42bを透過した画像表示光Lは、第三出射面42cに到達する。そこで、第三出射面42cは、入射した画像表示光Lの光束の10%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の90%を透過する。つまり、画像表示光Lの光束の8.1%である画像表示光Lcの光束を観察者に向かって導く。
その後、第三出射面42bを透過した画像表示光Lは、全反射面43に到達する。そこで、全反射面43は、入射した画像表示光Lを第二ライトガイド5の全反射面53に向かって反射する。
In such a glasses-type display 1, the total reflection surface 41 of the first light guide 4 reflects the image display light L in the display region (X 1 × Y 1 ) from the
Thereafter, the image display light L transmitted through the
第二ライトガイド5の全反射面53は、第一ライトガイド4からの表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを略−X方向へと反射させる。そして、第一面56aと第二面56bとは、表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを交互に複数回反射させながら、第一出射面52cに導く。そこで、第一出射面52cは、入射した画像表示光Lの光束の10%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の90%を透過する。つまり、画像表示光Lの光束の6.6%である画像表示光Ldの光束を第一ライトガイド4の第三出射面42cを通して観察者に向かって導く。このとき、画像表示光Ldと画像表示光Lcとが重なることにより、画像表示光Lの光束の14.7%である画像表示光の光束が観察者に向かって導かれることになる。また、第一出射面52cを透過した画像表示光Lは、第二出射面52bに到達する。そこで、第二出射面52bは、入射した画像表示光Lの光束の10%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の90%を透過する。つまり、画像表示光Lの光束の5.9%である画像表示光Leの光束を第一ライトガイド4の第二出射面42bを通して観察者に向かって導く。このとき、画像表示光Lbと画像表示光Leとが重なることにより、画像表示光Lの光束の14.9%である画像表示光の光束が観察者に向かって導かれることになる。さらに、第二出射面52bを透過した画像表示光Lは、第三出射面52aに到達する。そこで、第三出射面52aは、入射した画像表示光Lの光束の10%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の90%を透過する。つまり、画像表示光Lの光束の5.3%である画像表示光Lfの光束を第一ライトガイド4の第一出射面42aを通して観察者に向かって導く。このとき、画像表示光Laと画像表示光Lfとが重なることにより、画像表示光Lの光束の15.3%である画像表示光の光束が観察者に向かって導かれることになる。
このように各出射面42a、42b、42c、52a、52b、52cが画像表示光Lを反射させることにより、第一ライトガイド4と第二ライトガイド5との外部に、表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを出射させる。その結果、出射機構Sから出射される画像表示光Lは、第一ライトガイド4と第二ライトガイド5とを介して、観察者の眼Eに導かれる。
なお、観察者は、第一ライトガイド4の出射面42a〜42c及び第二ライトガイド5の出射面52a〜52cを通して外界を視認するため、外界光の透過率は81%均一となる。
The
In this way, each of the emission surfaces 42 a, 42 b, 42 c, 52 a, 52 b, 52 c reflects the image display light L, so that the display region (X 1 × X) is outside the first light guide 4 and the second
In addition, since the observer visually recognizes the outside through the emission surfaces 42a to 42c of the first light guide 4 and the emission surfaces 52a to 52c of the second
以上のように、眼鏡型ディスプレイ1によれば、観察者が観察する虚像と外界とに輝度ムラが発生することを抑制することができる。 As described above, according to the glasses-type display 1, it is possible to suppress the occurrence of luminance unevenness between the virtual image observed by the observer and the outside world.
<実施形態2>
図2は、本発明の一実施形態である眼鏡型ディスプレイ(表示装置)の概略構成を示す光路図である。なお、上述した眼鏡型ディスプレイ401と同様のものについては、同じ符号を付している。
眼鏡型ディスプレイ101は、画像表示光Lを出射するユニット部Uと、ユニット部Uからの画像表示光Lを内部で反射させながら観察者の眼Eに導く基板である第一ライトガイド104及び第二ライトガイド105と、ユニット部Uと第一ライトガイド104と第二ライトガイド105とが取り付けられるフレーム部Fとを備える。
第二ライトガイド105は、第一ライトガイド104の前方(Z方向)に配置される。
ユニット部Uは、出射方向に垂直である面に表示領域(X1×Y1)となる画像を形成して、画像表示光Lを出射する透過型液晶表示器(表示素子)102を有する出射機構Sと、観察対象の虚像を形成する光学系3とを備える。
出射機構Sは、光源(図示せず)と、透過型液晶表示器102とを備える。透過型液晶表示器102は、制御部(図示せず)からの画像信号に基づいて、出射方向に垂直である面に表示領域(X1×Y1)となる画像を形成し、そのS偏光の画像表示光Lを出射する。
<
FIG. 2 is an optical path diagram showing a schematic configuration of a glasses-type display (display device) according to an embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing similar to the
The glasses-
The second
The unit unit U forms an image to be a display region (X 1 × Y 1 ) on a surface perpendicular to the emission direction, and has a transmission type liquid crystal display (display element) 102 that emits image display light L. A mechanism S and an
The emission mechanism S includes a light source (not shown) and a transmissive
第一ライトガイド104は、ポリカーボネイト製(屈折率ng)の平板形状となり、一端部に形成され出射機構Sの前方(Z方向)に配置される平面形状の偏光ビームスプリッタ面141と、一端部に形成される平面形状の全反射面144と、全反射面144と偏光ビームスプリッタ面141との間に形成される平面形状の偏光変換面145と、他端部に形成される平面形状の全反射面(誘導面)143と、偏光ビームスプリッタ面141と全反射面143との間に形成され観察者の眼Eの前方(Z方向)に配置される出射面142と、空気との界面によって全反射面144と全反射面143との間に形成される側面群146とを有する。
側面群146は、X方向(設定方向)から見ると四角形状となり、第一面146aと、第一面146aとZ方向で対向する第二面146bと、第三面(図示せず)と、第三面とY方向で対向する第四面(図示せず)とを有する。
The
The side group 146 has a quadrangular shape when viewed from the X direction (setting direction), a
出射面142は、平面形状の第一出射面142aと、平面形状の第二出射面142bと、平面形状の第三出射面142cとを有する。そして、X方向(設定方向)において順番に、第一出射面142aと、第二出射面142bと、第三出射面142cとなるように配置されている。さらに、X方向(設定方向)に対する第一出射面142aの角度と、X方向に対する第二出射面142bの角度と、X方向に対する第三出射面142cの角度とは、Y方向から見ると同じθ1となるように配置されている。
そして、第一出射面142aと第二出射面142bと第三出射面142cとは、入射した画像表示光Lの光束の19%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の81%を透過することが可能となっている。
The emission surface 142 includes a planar
The
偏光ビームスプリッタ面141は、S偏光の画像表示光Lを反射するとともに、P偏光の画像表示光Lを透過する機能を有する。
偏光変換面145は、S偏光の画像表示光Lを、P偏光の画像表示光Lに変換する機能を有する。
全反射面143は、X方向(設定方向)において最後に配置されている。そして、全反射面143は、入射した画像表示光Lを第二ライトガイド105に向かって反射することが可能となっている。これにより、第一出射面142aと第二出射面142bと第三出射面142cとの全ての出射面を透過した画像表示光Lが、第二ライトガイド105に向かって導かれることになる。
The polarization
The
第二ライトガイド105は、ポリカーボネイト製(屈折率ng)の平板形状となり、一端部に形成され全反射面143の前方(Z方向)に配置される平面形状の全反射面153と、他端部に形成され全反射面144の前方(Z方向)に配置される平面形状の全反射面154と、空気との界面によって全反射面153と全反射面154との間に形成される側面群156とを有する。
側面群156は、X方向(設定方向)から見ると四角形状となり、第一面156aと、第一面156aとZ方向で対向する第二面156bと、第三面(図示せず)と、第三面とY方向で対向する第四面(図示せず)とを有する。そして、第二ライトガイド105の第二面156bと、第一ライトガイド104の第二面146bとが対向するように配置されている。
The second
The side group 156 has a quadrangular shape when viewed from the X direction (setting direction), a
このような眼鏡型ディスプレイ101において、第一ライトガイド104の偏光ビームスプリッタ面141は、光学系3からのS偏光の表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを略X方向へと反射させる。そして、第一面146aと第二面146bとは、表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを交互に複数回反射させながら、第一出射面142aに導く。そこで、第一出射面142aは、入射した画像表示光Lの光束の19%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の81%を透過する。つまり、画像表示光Lの光束の19.0%である画像表示光Laの光束を観察者に向かって導く。また、第一出射面142aを透過した画像表示光Lは、第二出射面142bに到達する。そこで、第二出射面142bは、入射した画像表示光Lの光束の19%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の81%を透過する。つまり、画像表示光Lの光束の15.4%である画像表示光Lbの光束を観察者に向かって導く。さらに、第二出射面142bを透過した画像表示光Lは、第三出射面142cに到達する。そこで、第三出射面142cは、入射した画像表示光Lの光束の19%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の81%を透過する。つまり、画像表示光Lの光束の12.5%である画像表示光Lcの光束を観察者に向かって導く。
その後、第三出射面142bを透過した画像表示光Lは、全反射面143に到達する。そこで、全反射面143は、入射した画像表示光Lを第二ライトガイド105の全反射面153に向かって反射する。
In such a glasses-
Thereafter, the image display light L transmitted through the
第二ライトガイド105の全反射面153は、第一ライトガイド104からの表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを略−X方向へと反射させる。そして、第一面156aと第二面156bとは、表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを交互に複数回反射させながら、全反射面154に導く。そこで、全反射面154は、入射した画像表示光Lを第一ライトガイド104の全反射面144に向かって反射する。その後、第一ライトガイド104の全反射面144は、画像表示光Lを略X方向へと反射させ、偏光変換面145に導く。そこで、偏光変換面145は、S偏光の表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを、P偏光の表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lに変換する。これにより、偏光変換面145を通過した画像表示光Lは、偏光ビームスプリッタ面141を透過して、再び上述したように第一ライトガイド104の出射面142に到達することになる。つまり、1回目の画像表示光Laと、2回目の画像表示光Laとが重なることにより、画像表示光Lの光束の29.1%である画像表示光の光束が観察者に向かって導かれることになる。また、1回目の画像表示光Lbと、2回目の画像表示光Lbとが重なることにより、画像表示光Lの光束の23.6%である画像表示光の光束が観察者に向かって導かれることになる。さらに、1回目の画像表示光Lcと、2回目の画像表示光Lcとが重なることにより、画像表示光Lの光束の19.1%である画像表示光の光束が観察者に向かって導かれることになる。
このように各出射面142a、142b、142cが画像表示光Lを反射させることにより、第一ライトガイド104の外部に、表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを出射させる。その結果、出射機構Sから出射される画像表示光Lは、第一ライトガイド104を介して、観察者の眼Eに導かれる。
なお、観察者は、第一ライトガイド104の出射面142a〜142cを通して外界を視認するため、外界光の透過率は81%均一となる。
The
As described above, each of the
In addition, since the observer visually recognizes the outside through the
以上のように、眼鏡型ディスプレイ101によれば、観察者が観察する虚像の輝度を高くすることができる。
As described above, according to the glasses-
<実施形態3>
図3は、本発明の一実施形態である眼鏡型ディスプレイ(表示装置)の概略構成を示す光路図である。なお、上述した眼鏡型ディスプレイ101と同様のものについては、同じ符号を付している。
眼鏡型ディスプレイ201は、画像表示光Lを出射するユニット部Uと、ユニット部Uからの画像表示光Lを内部で反射させながら観察者の眼Eに導く基板である第一ライトガイド104及び第二ライトガイド205と、ユニット部Uと第一ライトガイド104と第二ライトガイド205とが取り付けられるフレーム部Fとを備える。
第二ライトガイド205は、第一ライトガイド104の前方(Z方向)に配置される。
<
FIG. 3 is an optical path diagram showing a schematic configuration of a glasses-type display (display device) according to an embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing similar to the
The glasses-
The second
第二ライトガイド205は、ポリカーボネイト製(屈折率ng)の平板形状となり、一端部に形成され全反射面143の前方(Z方向)に配置される平面形状の全反射面253と、他端部に形成され全反射面144の前方(Z方向)に配置される平面形状の全反射面254と、全反射面253と全反射面254との間に形成され観察者の眼Eの前方(Z方向)に配置される出射面252と、空気との界面によって全反射面253と全反射面254との間に形成される側面群256とを有する。
側面群256は、X方向(設定方向)から見ると四角形状となり、第一面256aと、第一面256aとZ方向で対向する第二面256bと、第三面(図示せず)と、第三面とY方向で対向する第四面(図示せず)とを有する。そして、第二ライトガイド205の第二面256bと、第一ライトガイド104の第二面146bとが対向するように配置されている。
The second
The side group 256 has a quadrangular shape when viewed from the X direction (setting direction), a
出射面252は、平面形状の第一出射面252cと、平面形状の第二出射面252bと、平面形状の第三出射面252aとを有する。そして、−X方向(反対設定方向)において順番に、第一出射面252cと第二出射面252bと第三出射面252aとなるように配置されている。さらに、X方向(設定方向)に対する第一出射面252cの角度と、X方向に対する第二出射面252bの角度と、X方向に対する第三出射面252aの角度とは、Y方向から見ると同じθ2となるように配置されている。
そして、第一出射面252cと第二出射面252bと第三出射面252aとは、入射した画像表示光Lの光束の10%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の90%を透過することが可能となっている。
The emission surface 252 includes a planar
The
全反射面254は、―X方向(反対設定方向)において最後に配置されている。そして、全反射面254は、入射した画像表示光Lを第一ライトガイド104に向かって反射することが可能となっている。これにより、第一出射面252cと第二出射面252bと第三出射面252aとの全ての出射面252を透過した画像表示光Lが、第一ライトガイド104に向かって反射されることになる。
The
このような眼鏡型ディスプレイ201において、第一ライトガイド104の偏光ビームスプリッタ面141は、光学系3からのS偏光の表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを略X方向へと反射させる。そして、第一面146aと第二面146bとは、表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを交互に複数回反射させながら、第一出射面142aに導く。そこで、第一出射面142aは、入射した画像表示光Lの光束の10%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の90%を透過する。つまり、画像表示光Lの光束の10%である画像表示光Laの光束を観察者に向かって導く。また、第一出射面142aを透過した画像表示光Lは、第二出射面142bに到達する。そこで、第二出射面142bは、入射した画像表示光Lの光束の10%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の90%を透過する。つまり、画像表示光Lの光束の9%である画像表示光Lbの光束を観察者に向かって導く。さらに、第二出射面142bを透過した画像表示光Lは、第三出射面142cに到達する。そこで、第三出射面142cは、入射した画像表示光Lの光束の10%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の90%を透過する。つまり、画像表示光Lの光束の8.1%である画像表示光Lcの光束を観察者に向かって導く。
その後、第三出射面142bを透過した画像表示光Lは、全反射面143に到達する。そこで、全反射面143は、入射した画像表示光Lを第二ライトガイド205の全反射面253に向かって反射する。
In such a glasses-
Thereafter, the image display light L transmitted through the
第二ライトガイド205の全反射面253は、第一ライトガイド104からの表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを略−X方向へと反射させる。そして、第一面256aと第二面256bとは、表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを交互に複数回反射させながら、第一出射面252cに導く。そこで、第一出射面252cは、入射した画像表示光Lの光束の10%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の90%を透過する。つまり、画像表示光Lの光束の6.6%である画像表示光Ldの光束を第一ライトガイド104の第三出射面142cを通して観察者に向かって導く。このとき、画像表示光Ldと画像表示光Lcとが重なることにより、画像表示光Lの光束の14.7%である画像表示光の光束が観察者に向かって導かれることになる。また、第一出射面252cを透過した画像表示光Lは、第二出射面252bに到達する。そこで、第二出射面252bは、入射した画像表示光Lの光束の10%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の90%を透過する。つまり、画像表示光Lの光束の5.9%である画像表示光Leの光束を第一ライトガイド104の第二出射面142bを通して観察者に向かって導く。このとき、画像表示光Lbと画像表示光Leとが重なることにより、画像表示光Lの光束の14.9%である画像表示光の光束が観察者に向かって導かれることになる。さらに、第二出射面252bを透過した画像表示光Lは、第三出射面252aに到達する。そこで、第三出射面252aは、入射した画像表示光Lの光束の10%を反射するとともに、画像表示光Lの光束の90%を透過する。つまり、画像表示光Lの光束の5.3%である画像表示光Lfの光束を第一ライトガイド104の第一出射面142aを通して観察者に向かって導く。このとき、画像表示光Laと画像表示光Lfとが重なることにより、画像表示光Lの光束の15.3%である画像表示光の光束が観察者に向かって導かれることになる。
The
その後、第三出射面252aを透過した画像表示光Lは、全反射面254に到達する。そこで、全反射面254は、入射した画像表示光Lを第一ライトガイド104の全反射面144に向かって反射する。これにより、第一ライトガイド104の全反射面144は、画像表示光Lを略X方向へと反射させ、再び上述したように第一ライトガイド104の出射面142に到達することになる。つまり、1回目の画像表示光La、Lfと、2回目の画像表示光La、Lfとが重なることにより、画像表示光Lの光束の23.5%である画像表示光の光束が観察者に向かって導かれることになる。また、1回目の画像表示光Lb、Leと、2回目の画像表示光Lb、Leとが重なることにより、画像表示光Lの光束の 22.8%である画像表示光の光束が観察者に向かって導かれることになる。さらに、1回目の画像表示光Lc、Ldと、2回目の画像表示光Lc、Ldとが重なることにより、画像表示光Lの光束の22.5%である画像表示光の光束が観察者に向かって導かれることになる。
このように各出射面142a、142b、142c、252a、252b、252cが画像表示光Lを反射させることにより、第一ライトガイド104と第二ライトガイド205との外部に、表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを出射させる。その結果、出射機構Sから出射される画像表示光Lは、第一ライトガイド104と第二ライトガイド205とを介して、観察者の眼Eに導かれる。
なお、観察者は、第一ライトガイド104の出射面142a〜142c及び第二ライトガイド205の出射面252a〜252cを通して外界を視認するため、外界光の透過率は81%均一となる。
Thereafter, the image display light L that has passed through the
In this way, each of the
In addition, since the observer visually recognizes the outside through the
以上のように、眼鏡型ディスプレイ201によれば、観察者が観察する虚像と外界とに輝度ムラが発生することを抑制することができる。
As described above, according to the glasses-
<実施形態4>
図4は、本発明の一実施形態である眼鏡型ディスプレイ(表示装置)の概略構成を示す光路図である。なお、上述した眼鏡型ディスプレイ401と同様のものについては、同じ符号を付している。
眼鏡型ディスプレイ301は、画像表示光Lを出射するユニット部Uと、ユニット部Uからの画像表示光Lを内部で反射させながら観察者の眼Eに導く基板である第一ライトガイド304及び第二ライトガイド305と、ユニット部Uと第一ライトガイド304と第二ライトガイド305とが取り付けられるフレーム部Fとを備える。
第二ライトガイド305は、第一ライトガイド304の前方(Z方向)に配置される。
<Embodiment 4>
FIG. 4 is an optical path diagram showing a schematic configuration of a glasses-type display (display device) according to an embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing similar to the
The eyeglass-
The second
第一ライトガイド304は、ポリカーボネイト製(屈折率ng)の平板形状となり、一端部に形成され出射機構Sの前方(Z方向)に配置される平面形状の回折面341と、他端部に形成される平面形状の回折面343と、回折面341と回折面343との間に形成され観察者の眼Eの前方(Z方向)に配置される平面形状の回折面(出射面)342と、空気との界面によって回折面341と回折面343との間に形成される側面群346とを有する。
側面群346は、X方向(設定方向)から見ると四角形状となり、第一面346aと、第一面346aとZ方向で対向する第二面346bと、第三面a(図示せず)と、第三面とY方向で対向する第四面(図示せず)とを有する。
The
The side group 346 has a quadrangular shape when viewed from the X direction (setting direction), a
回折面341は、第二面346bに形成され、入射した画像表示光Lを略X方向(設定方向)に導くことが可能となっている。
回折面342は、第二面346bに形成され、入射した画像表示光Lの光束の10%を観察者に向かって導くとともに、画像表示光Lの光束の90%を正反射することが可能となっている。
回折面343は、第二面346bに形成され、X方向(設定方向)において最後(奥側)に配置されている。そして、回折面343は、入射した画像表示光Lを第二ライトガイド305に向かって導くことが可能となっている。これにより、回折面342によって観察者に向かって導かれなかった画像表示光Lが、第二ライトガイド305に向かって導かれることになる。
The
The
The
第二ライトガイド305は、ポリカーボネイト製(屈折率ng)の平板形状となり、一端部に形成され回折面343の前方(Z方向)に配置される平面形状の回折面353と、観察者の眼Eの前方(Z方向)に配置される平面形状の回折面(出射面)352と、空気との界面によって形成される側面群356とを有する。
側面群356は、X方向(設定方向)から見ると四角形状となり、第一面356aと、第一面356aとZ方向で対向する第二面356bと、第三面(図示せず)と、第三面とY方向で対向する第四面(図示せず)とを有する。そして、第二ライトガイド305の第二面356bと、第一ライトガイド304の第二面346bとが対向するように配置されている。
The second
The side group 356 has a quadrangular shape when viewed from the X direction (setting direction), a
回折面353は、第二面356bに形成され、入射した画像表示光Lを略−X方向(反対設定方向)に導くことが可能となっている。
回折面352は、第二面356bに形成され、入射した画像表示光Lの光束の10%を観察者に向かって導くとともに、画像表示光Lの光束の90%を正反射することが可能となっている。
The
The
このような眼鏡型ディスプレイ301において、第一ライトガイド304の回折面341は、光学系3からの表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを略X方向へと反射させる。そして、第一面346aと第二面346bとは、表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを交互に複数回反射させながら、回折面342の第一部分に導く。そこで、回折面342の第一部分は、入射した画像表示光Lの光束の10%を観察者に向かって導くとともに、画像表示光Lの光束の90%を正反射する。また、回折面342を反射した画像表示光Lは、回折面342の第二部分に到達する。そこで、回折面342の第二部分は、入射した画像表示光Lの光束の10%を観察者に向かって導くとともに、画像表示光Lの光束の90%を正反射する。さらに、回折面342の第二部分を正反射した画像表示光Lは、回折面342の次の部分に到達していく。
その後、回折面342を通過した画像表示光Lは、回折面343に到達する。そこで、回折面343は、入射した画像表示光Lを第二ライトガイド305の回折面353に向かって導く。
In such a glasses-
Thereafter, the image display light L that has passed through the
第二ライトガイド305の回折面353は、第一ライトガイド304からの表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを略−X方向へと反射させる。そして、第一面356aと第二面356bとは、表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを交互に複数回反射させながら、回折面352の第一部分に導く。そこで、回折面352の第一部分は、入射した画像表示光Lの光束の10%を観察者に向かって導くとともに、画像表示光Lの光束の90%を正反射する。このとき、画像表示光Ldと画像表示光Lcとが重なった画像表示光の光束が観察者に向かって導かれることになる。また、回折面352の第一部分を反射した画像表示光Lは、回折面352の第二部分に到達する。そこで、回折面352の第二部分は、入射した画像表示光Lの光束の10%を観察者に向かって導くとともに、画像表示光Lの光束の90%を正反射する。このとき、画像表示光Lbと画像表示光Leとが重なった画像表示光Lの光束が観察者に向かって導かれることになる。さらに、回折面352の第二部分を正反射した画像表示光Lは、回折面352の次の部分に到達していく。
このように各回折面342、352が画像表示光Lを反射させることにより、第一ライトガイド304と第二ライトガイド305との外部に、表示領域(X1×Y1)の画像表示光Lを出射させる。その結果、出射機構Sから出射される画像表示光Lは、第一ライトガイド304と第二ライトガイド305とを介して、観察者の眼Eに導かれる。
なお、観察者は、第一ライトガイド304の回折面342及び第二ライトガイド305の回折面352を通して外界を視認するため、外界光の透過率は81%均一となる。
The
In this way, the diffraction surfaces 342 and 352 reflect the image display light L, so that the image display light L in the display region (X 1 × Y 1 ) is outside the
Since the observer visually recognizes the outside through the
以上のように、眼鏡型ディスプレイ301によれば、観察者が観察する虚像と外界とに輝度ムラが発生することを抑制することができる。
As described above, according to the glasses-
(他の実施形態)
上述した眼鏡型ディスプレイは、観察者の頭部や腕等の身体や、身体に装着されるヘルメットや眼鏡等に、ヘッドセット、ベルト、バンド、クリップ等を介して装着されたり、携帯電話や腕時計等の各種携帯機器に装着されたり、手に持った状態で使用されたりしてもよい。また、観察者に装着されるヘッドマウントディスプレイのような形態に限らず、観察者の前方に設置するヘッドアップディスプレイのような形態であってもよい。
上記透過型液晶表示器は、カラーフィルタを内蔵することでカラー画像を形成するものであってもよく、カラーフィルタのないモノクロ画像を形成するものであってもよい。
また、R(赤)、G(緑)、B(青)の3色光を時分割発光する光源と、フィールドシーケンシャル駆動されてR(赤)、G(緑)、B(青)用のモノクロ画像を時分割に形成する透過型液晶表示器とを組み合わせることにより、観察対象の虚像をカラー表示してもよい。
(Other embodiments)
The above-described glasses-type display is mounted on the body of an observer's head and arms, a helmet or glasses worn on the body via a headset, a belt, a band, a clip, or the like, or a mobile phone or a wristwatch. It may be attached to various portable devices such as or may be used while being held in the hand. Moreover, it is not limited to a form such as a head-mounted display attached to the observer, but may be a form such as a head-up display installed in front of the observer.
The transmissive liquid crystal display may be one that forms a color image by incorporating a color filter, or one that forms a monochrome image without a color filter.
In addition, a monochrome image for R (red), G (green), and B (blue) driven by a field sequential drive with a light source that emits light of three colors R (red), G (green), and B (blue) in a time-sharing manner. In combination with a transmissive liquid crystal display that forms time-division, a virtual image to be observed may be displayed in color.
また、表示素子としては、画像表示光を直接に出射する自発光型表示器が用いられてもよいし、反射型表示器と、その反射型表示器を照明するための素子とで構成されてもよい。
また、画像表示光を観察者の両方の眼に導くようにしてもよい。
また、上述した眼鏡型ディスプレイにおいて、X方向と設定方向とは一致するような構成を示したが、X方向と設定方向とは一致しないような構成としてもよく、Y方向と設定方向とが一致するような構成としてもよく、設定方向は任意の一方向とすることができる。
上記ライトガイドを形成する材料としては、例えば、ポリカーボネイト、ポリメタクリル酸(PMMA)、シクロオレフィン、硝材等が挙げられる。
また、第一ライトガイドと第二ライトガイドとの間に、第一ライトガイドと第二ライトガイドとの屈折率より低い屈折率を有す媒質が配置されてもよい。
また、第一ライトガイド304と第二ライトガイド305との各回折面342、352は、第一面(346a、356a)に形成されてもよい。
Further, as the display element, a self-luminous display that directly emits image display light may be used, or the display element is configured by a reflective display and an element for illuminating the reflective display. Also good.
Further, the image display light may be guided to both eyes of the observer.
Further, in the above-described glasses-type display, the configuration in which the X direction and the setting direction match is shown, but the configuration in which the X direction and the setting direction do not match may be used, and the Y direction and the setting direction match. The setting direction may be an arbitrary direction.
Examples of the material for forming the light guide include polycarbonate, polymethacrylic acid (PMMA), cycloolefin, and glass material.
A medium having a refractive index lower than that of the first light guide and the second light guide may be disposed between the first light guide and the second light guide.
Further, the
本発明は、卓上以外の環境で使用する情報機器等に利用することができる。 The present invention can be used for information equipment and the like used in an environment other than the desktop.
1、101、201、301、401 眼鏡型ディスプレイ(表示装置)
2、102 透過型液晶表示器(表示素子)
3 光学系
4、104、304 第一ライトガイド
5、105、205、305 第二ライトガイド
42、142 出射面
342 回折面(出射面)
42a、142a 第一出射面
42b、142b 第二出射面
42c、142c 第三出射面
43、143、343 全反射面(誘導面)
46a、146a、346a 第一面
46b、146b、346b 第二面
52、252 出射面
352 回折面(出射面)
52a、252a 第三出射面
52b、252b 第二出射面
52c、252c 第一出射面
56a、156a、256a、356a 第一面
56b、156b、256b、356b 第二面
L 画像表示光
E 観察者の眼
S 出射機構
U ユニット部
1, 101, 201, 301, 401 Eyeglass-type display (display device)
2,102 Transmission type liquid crystal display (display element)
3
42a, 142a
46a, 146a, 346a
52a, 252a
Claims (7)
観察対象の虚像を形成するために、画像表示光を反射又は透過させる光学系と、
第一面と、当該第一面と対向する第二面と、観察者の眼の前方に配置される出射面とを有し、前記第一面及び/又は第二面で光学系からの画像表示光を設定方向へと反射させながら出射面に導き、前記出射面から画像表示光を観察者の眼に導く第一ライトガイドとを備える表示装置であって、
第二ライトガイドを備え、
前記第一ライトガイドは、前記設定方向における第一ライトガイドの出射面の奥側に第二ライトガイドに画像表示光を導く誘導面を有し、
前記第二ライトガイドは、第一面と、当該第一面と対向する第二面と、観察者の眼の前方に配置される出射面とを有し、前記第一面及び/又は第二面で第一ライトガイドからの画像表示光を設定方向と反対となる反対設定方向へと反射させながら出射面に導き、前記出射面から画像表示光を観察者の眼に導き、
前記第一ライトガイドにおける出射面からの画像表示光と、前記第二ライトガイドにおける出射面からの画像表示光とが重なるようにして、前記観察者の眼に導くことを特徴とする表示装置。 An emission mechanism having a display element for forming an image to be a display area and emitting image display light;
An optical system that reflects or transmits image display light to form a virtual image of an observation object;
An image from the optical system on the first surface and / or the second surface has a first surface, a second surface facing the first surface, and an exit surface disposed in front of the eyes of the observer A display device comprising a first light guide that guides display light to an exit surface while reflecting display light in a setting direction, and guides image display light from the exit surface to an observer's eye,
With a second light guide,
The first light guide has a guide surface that guides image display light to the second light guide on the back side of the emission surface of the first light guide in the setting direction,
The second light guide has a first surface, a second surface facing the first surface, and an exit surface arranged in front of the eyes of the observer, and the first surface and / or the second surface. Guiding the image display light from the first light guide to the exit surface while reflecting the image display light from the first light guide to the opposite setting direction opposite to the setting direction, guiding the image display light from the exit surface to the observer's eyes,
A display device, wherein the image display light from the exit surface of the first light guide and the image display light from the exit surface of the second light guide are guided to the eyes of the observer so as to overlap each other.
観察対象の虚像を形成するために、画像表示光を反射又は透過させる光学系と、
第一面と、当該第一面と対向する第二面と、観察者の眼の前方に配置される出射面とを有し、前記第一面及び/又は第二面で光学系からの画像表示光を設定方向へと反射させながら出射面に導き、前記出射面から画像表示光を観察者の眼に導く第一ライトガイドとを備える表示装置であって、
第二ライトガイドを備え、
前記第一ライトガイドは、前記設定方向における第一ライトガイドの出射面の奥側に第二ライトガイドに画像表示光を導く誘導面を有し、
前記第二ライトガイドは、第一面と、当該第一面と対向する第二面と、誘導面とを有し、前記第一面及び/又は第二面で第一ライトガイドからの画像表示光を設定方向と反対となる反対設定方向へと反射させながら誘導面に導き、前記誘導面から画像表示光を設定方向における第一ライトガイドの出射面の手前側に導くことを特徴とする表示装置。 An emission mechanism having a display element for forming an image to be a display area and emitting image display light;
An optical system that reflects or transmits image display light to form a virtual image of an observation object;
An image from the optical system on the first surface and / or the second surface has a first surface, a second surface facing the first surface, and an exit surface disposed in front of the eyes of the observer A display device comprising a first light guide that guides display light to an exit surface while reflecting display light in a setting direction, and guides image display light from the exit surface to an observer's eye,
With a second light guide,
The first light guide has a guide surface that guides image display light to the second light guide on the back side of the emission surface of the first light guide in the setting direction,
The second light guide has a first surface, a second surface facing the first surface, and a guide surface, and the first surface and / or the second surface displays an image from the first light guide. A display characterized in that light is guided to a guide surface while reflecting light in an opposite setting direction opposite to the setting direction, and image display light is guided from the guide surface to the front side of the exit surface of the first light guide in the setting direction. apparatus.
前記第二ライトガイドにおける出射面は、前記反対設定方向において順番となるようにN個の出射面を有し、
前記第一ライトガイドにおける第n番目の出射面からの画像表示光と、前記第二ライトガイドにおける第(N+1−n)番目の出射面からの画像表示光とが重なるようにして、前記観察者の眼に導くことを特徴とする請求項1又は請求項3に記載の表示装置。 The exit surface of the first light guide has N exit surfaces so as to be in order in the setting direction,
The exit surface of the second light guide has N exit surfaces to be in order in the opposite setting direction,
The image display light from the nth exit surface of the first light guide and the image display light from the (N + 1−n) th exit surface of the second light guide overlap so that the observer The display device according to claim 1, wherein the display device is guided to the eyes.
前記第一ライトガイドは、前記設定方向における第一ライトガイドの出射面の手前側に、前記第二ライトガイドからの画像表示光が導かれる偏光変換面と、前記表示素子からの画像表示光が導かれる偏光ビームスピリッタ面とをこの順に有することを特徴とする請求項2〜請求項6のいずれかに記載の表示装置。 The display element emits P-polarized light or S-polarized image display light,
The first light guide has a polarization conversion surface to which image display light from the second light guide is guided and an image display light from the display element on the front side of the emission surface of the first light guide in the setting direction. The display device according to any one of claims 2 to 6, further comprising a guided polarization beam spirit surface in this order.
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