CN114545628A - 显示模块、虚像显示装置和导光光学装置的制造方法 - Google Patents
显示模块、虚像显示装置和导光光学装置的制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114545628A CN114545628A CN202111394406.9A CN202111394406A CN114545628A CN 114545628 A CN114545628 A CN 114545628A CN 202111394406 A CN202111394406 A CN 202111394406A CN 114545628 A CN114545628 A CN 114545628A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical
- light
- shielding portion
- optical surface
- light shielding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 340
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 23
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 claims abstract description 61
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 37
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 28
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 13
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 13
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 10
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 10
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 10
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 27
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 9
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 7
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 6
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 3
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 3
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 210000005069 ears Anatomy 0.000 description 1
- 210000004709 eyebrow Anatomy 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 210000001525 retina Anatomy 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
- B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
- B29D11/00865—Applying coatings; tinting; colouring
- B29D11/00875—Applying coatings; tinting; colouring on light guides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
- B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
- B29D11/00663—Production of light guides
- B29D11/00692—Production of light guides combined with lenses
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
- G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
- G02B2027/011—Head-up displays characterised by optical features comprising device for correcting geometrical aberrations, distortion
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
- G02B2027/013—Head-up displays characterised by optical features comprising a combiner of particular shape, e.g. curvature
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
- G02B2027/0178—Eyeglass type
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ophthalmology & Optometry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Abstract
显示模块、虚像显示装置和导光光学装置的制造方法。能够良好地去除无用光。本发明的显示模块具有:显示元件;以及导光光学装置,其对从显示元件射出的图像光进行导光,形成射出光瞳,导光光学装置是包含第1光学面、第2光学面、形成于第1光学面的第1遮光部和形成于第2光学面的第2遮光部的离轴光学系统,第1遮光部经由第1开口使第1光学面的一部分露出,第2遮光部经由第2开口使第2光学面的一部分露出,第1开口和第2开口具有相互不同的形状。
Description
技术领域
本发明涉及显示模块、虚像显示装置和导光光学装置的制造方法。
背景技术
在下述专利文献1中,公开了通过在构成光学系统的棱镜部件的入射面设置开口限制单元来去除无用光的头戴式显示器、
专利文献1:日本特开2016-90910号公报
在上述文献中,在具有轴对称性的光学系统中使用开口限制单元,因此,开口限制单元的开口形状具有轴对称性。
在不具有轴对称性的光学系统中,在各图像光的主光线重叠的位置,各图像光的光束宽度产生差异。因此,例如,在不具有轴对称性的光学系统中使用上述文献的开口限制单元的情况下,作为无用光而应该遮挡的光的一部分会通过具有轴对称性的开口部,难以充分地去除无用光。
发明内容
根据本发明的一个方式,提供一种显示模块,其特征在于,该显示模块具有:显示元件;以及导光光学装置,其对从所述显示元件射出的图像光进行导光,形成射出光瞳,所述导光光学装置是包含第1光学面、第2光学面、形成于所述第1光学面的第1遮光部和形成于所述第2光学面的第2遮光部的离轴光学系统,所述第1遮光部经由第1开口使所述第1光学面的一部分露出,所述第2遮光部经由第2开口使所述第2光学面的一部分露出,所述第1开口和所述第2开口具有相互不同的形状。
根据本发明的一个方式,提供一种虚像显示装置,其具有上述方式的显示模块。
根据本发明的一个方式,提供一种导光光学装置的制造方法,所述导光光学装置对从显示元件射出的图像光进行导光,形成射出光瞳,其特征在于,具有以下工序:第1形成工序,在光学部件的光学面上的一部分形成保护层;第2形成工序,在所述光学部件的所述光学面中的、未形成所述保护层的区域形成遮光部;以及剥离工序,从形成有所述遮光部的所述光学部件剥离所述保护层,在所述第1形成工序中,在使用支承所述光学部件的支承部件而将掩模定位于所述光学面之后,在所述掩模上涂敷保护层形成材料,在涂敷所述保护层形成材料之后,从所述光学面上去除所述掩模,由此,在与所述掩模的开口部对应的位置形成所述保护层。
根据本发明的一个方式,提供一种导光光学装置的制造方法,所述导光光学装置对从显示元件射出的图像光进行导光,形成射出光瞳,其特征在于,具有以下工序:覆盖工序,在光学部件的光学面上配置罩部件,覆盖所述光学面的一部分;遮光工序,在所述光学部件的所述光学面中的没有被所述罩部件覆盖的规定区域形成遮光部;以及拆卸工序,从形成有所述遮光部的所述光学部件拆卸所述罩部件,在所述覆盖工序中,使用具有框状的基座部、罩部和连结部的部件作为所述罩部件,其中,所述罩部覆盖所述光学面并位于所述基座部的内侧,所述连结部在与所述光学面产生间隙的状态下连结所述基座部和所述罩部,在所述遮光工序中,在使用支承所述光学部件的支承部件将所述罩部件定位于所述光学面后,在没有被所述罩部件的所述基座部和所述罩部覆盖的所述规定区域涂敷遮光性材料,由此,形成所述遮光部。
附图说明
图1是示出第1实施方式的虚像显示装置的佩戴状态的外观立体图。
图2是虚像显示装置的纵剖视图。
图3是示出虚像显示装置的内部结构的纵剖视图。
图4是投射透镜的入射面的俯视图。
图5是投射透镜的射出面的俯视图。
图6是示出导光光学系统的制造方法的一例的工序图。
图7是第2实施方式的显示模块的内部结构的剖视图。
图8是第2实施方式中的棱镜的入射面的俯视图。
图9是第2实施方式中的棱镜的射出面的俯视图。
图10是第2实施方式中的棱镜的内反射面的俯视图。
图11是示出第2实施方式中的导光光学系统的制造方法的一例的工序图。
图12是示出第1变形例的导光光学系统的结构的图。
图13是示出第2变形例的导光光学系统的结构的图。
标号说明
10:显示元件;12、112、12A、12B:导光光学系统(导光光学装置);21:投射透镜(第1光学部件);21a、22a:入射面(第1光学面);21b、22c:射出面(第2光学面、第3光学面、第4光学面);22:棱镜(第2光学部件);22b:内反射面(第3光学面、反射面);24、124、124A、124B:第1遮光部;25、125、125A、125B:第2遮光部;51:壳体(支承部件);52:保护罩(防尘部件);60:保护层;61:保护层形成材料;62:凹凸形状部;63:遮光性涂膜;70:罩部件;70M:开口部;71:基座部;72:罩部;73:连结部;80:遮光性材料;100:虚像显示装置;101、201、301、401:显示模块;124:第1遮光部(遮光部);126、126A、126B:第3遮光部;241、1241:第1开口;251、1251:第2开口;AX:光轴;M:掩模;ML:图像光;SO:离轴面;SP:射出光瞳。
具体实施方式
(第1实施方式)
以下,参照附图,说明本发明的一个实施方式。另外,在以下的各图中,为了使各部件成为可识别的程度的大小,使各部件的尺寸、角度与实际不同。
图1是示出本实施方式的虚像显示装置的佩戴状态的外观立体图。图2是虚像显示装置的纵剖视图。图3是示出虚像显示装置的内部结构的纵剖视图。
如图1和图2所示,本实施方式的虚像显示装置100是具有如眼镜的外观的头戴式显示器(HMD),使佩戴该虚像显示装置的使用者US识别作为虚像的影像。在图1和图2中,X、Y和Z是正交坐标系。+X方向与佩戴有虚像显示装置100的使用者US的双眼排列的方向对应,在本说明书中定义为横向。+Y方向相当于与对于使用者US而言的双眼排列的横向垂直的上方,+Z方向相当于对于使用者US而言的前方或正面方向。
虚像显示装置100具有:第1显示模块101A,其对于右眼形成虚像;第2显示模块101B,其对于左眼形成虚像;以及镜腿状的镜腿部件101C,其支承第1显示模块101A和第2显示模块101B。即,在虚像显示装置100中,第1显示模块101A和第2显示模块101B配置为在横向上排列。
第1显示模块101A包含配置于上部的光学单元102和以眼镜镜片状覆盖整体的外观部件103。与第1显示模块101A同样,第2显示模块101B包含配置于上部的光学单元102和以眼镜镜片状覆盖整体的外观部件103。镜腿部件101C通过配置在外观部件103的背后的未图示的部件,在外观部件103的上端侧支承第1显示模块101A和第2显示模块101B。第2显示模块101B具有与第1显示模块101A相同的结构,因此,下面,以第1显示模块101A为例进行说明,省略第2显示模块101B的说明。在以下的说明中,将第1显示模块101A简称作显示模块101。
如图2和图3所示,显示模块101具有显示元件10和导光光学系统(导光光学装置)12。
显示元件10例如由有机电致发光(EL)元件、无机EL元件、发光二极管(LED)阵列、有机LED、激光阵列、量子点发光型元件等所代表的自发光型显示器件构成。显示元件10在二维的图像射出面10a形成彩色的静态图像或动态图像。显示元件10被未图示的驱动控制电路驱动而进行显示动作。
在使用有机EL显示器或显示器作为显示元件10的情况下,构成为具有有机EL控制部。在使用量子点发光型显示器作为显示元件10的情况下,构成为通过将蓝色发光二极管(LED)的光照射到量子点薄膜,发出绿、红的色光。显示元件10不限于自发光型显示元件,也可以由液晶显示器(LCD)或其他光调制元件构成,通过由背照灯等光源对该光调制元件进行照明来形成图像。显示元件10也可以使用LCOS(Liquid crystal on silicon,LCoS是注册商标)、数字微镜器件等而替代LCD。
从将从显示元件10射出的图像光ML引导至光瞳位置PP的观点出发,导光光学系统12有时也称作导光光学装置。导光光学系统12具有投射透镜(第1光学部件)21、棱镜22、透视镜23、第1遮光部24和第2遮光部25。之后叙述第1遮光部24和第2遮光部25的详细内容。
如图3所示,投射透镜21将从显示元件10射出的图像光ML会聚为接近平行光束的状态。在图示的例子中,投射透镜21是单透镜,具有入射面(第1光学面)21a和射出面(第2光学面)21b。另外,投射透镜21也可以由多片透镜构成。在本实施方式中,显示元件10配置于投射透镜21的前方(+Z方向)。
棱镜22具有入射面22a、内反射面22b和射出面22c。棱镜22使从投射透镜21射出的图像光ML在入射面22a折射并入射,在内反射面22b进行全反射,从射出面22c折射并射出。棱镜22位于透视镜23的上方(+Y方向)。透视镜23使从棱镜22射出的图像光ML向光瞳位置PP反射,形成射出光瞳SP。将形成射出光瞳SP的位置称作光瞳位置PP。来自图像射出面10a上的各点的图像光以规定的发散状态或平行状态从与图像射出面10a上的各点的位置对应的角度方向以重叠的方式入射到光瞳位置PP。图像光在眼睛EY的视网膜EM上成像。在本实施方式的导光光学系统12中,例如,FOV(field of view)为44°。由导光光学系统12形成的虚像的显示区域为矩形,上述44°为对角方向上的角度。
投射透镜21以及棱镜22与显示元件10一起收纳于壳体51。壳体51由遮光性的材料形成,内置有使显示元件10工作的未图示的驱动电路。壳体51具有开口51a,开口51a具有从棱镜22朝向透视镜23的图像光ML不与壳体51发生干扰的尺寸。壳体51的开口51a被具有透光性的保护罩52覆盖。保护罩52不具有光焦度,由使图像光ML在不衰减的情况下通过的树脂等材料形成。通过保护罩52,能够使壳体51内的收纳空间成为密闭状态,能够提高防尘、防结露、防止与光学面接触等功能。即,保护罩52具有作为壳体51中的防尘部件的功能。
透视镜23借助支承板54被支承于壳体51。壳体51或支承板54被支承于图1所示的镜腿部件101C,由支承板54和透视镜23构成外观部件103。
本实施方式的导光光学系统12由离轴光学系统构成,投射透镜21、棱镜22和透视镜23配置为形成离轴系统。此处,离轴光学系统是指,在构成导光光学系统12的投射透镜21、棱镜22和透视镜23中,在光线入射到至少一个反射面或折射面之前或之后,光路整体上弯折。即,在作为离轴系统的导光光学系统12中,以光轴AX沿着与纸面对应的离轴面SO延伸的方式进行光轴AX的弯折。
即,在本实施方式的导光光学系统12中,通过在离轴面SO内进行光轴AX的弯折,沿着离轴面SO排列有投射透镜21、棱镜22和透视镜23。离轴面SO成为在离轴系统中多阶段地产生非对称性的面。在本说明书中,光轴AX定义为如下的轴:该轴沿着从显示元件10的图像射出面10a的中心射出的图像光的主光线的光路延伸,并通过相当于视点的视圈ER或瞳孔的中心。即,配置光轴AX的离轴面SO与YZ面平行,通过显示元件10的中心和相当于视点的视圈ER的中心。在以横截面观察的情况下,光轴AX成为Z字状的配置。即,在离轴面SO,从投射透镜21到内反射面22b的光路P1、从内反射面22b到透视镜23的光路P2和从透视镜23到光瞳位置PP的光路P3成为以Z字状折返2次的配置。
导光光学系统12中的、从投射透镜21到内反射面22b的光路P1成为在正面方向(Z方向)上以随着从显示元件10侧朝向棱镜22侧而朝向上方的方式倾斜的配置。此处,正面方向是使用者的眼睛朝向正前面时的视线方向。即,在光路P1中,光轴AX以与Z方向或正面方向大致平行的方式延伸。投射透镜21配置于在Z方向或正面方向上被棱镜22和显示元件10夹着的位置。在该情况下,如上所述,从棱镜22到显示元件10的光路P1以棱镜22侧朝上的方式倾斜。光路P1中的光轴AX的朝向优选以沿着Z方向朝下为负、朝上为正,平均地收敛于-30°~+30°左右的范围内。光路P1的光轴AX为朝向Z方向朝下-30°以上的状态,由此,能够避免投射透镜21或显示元件10与透视镜23发生干扰。此外,光路P1的光轴AX为朝向Z方向朝上+30°以下的状态,由此,能够抑制投射透镜21、显示元件10向上部突起而在外观上变得显眼。
在从内反射面22b到透视镜23的光路P2中,光轴AX优选以沿着Z方向朝下为负、朝上为正,平均地收敛于-70°~-45°左右的范围内。光路P2的光轴AX为朝向Z方向朝下-70°以上的状态,由此,能够避免透视镜23的整体倾斜变得过大。此外,光路P2的光轴AX为沿着Z方向朝下-45°以下的状态,由此,能够避免棱镜22成为相对于透视镜23向-Z方向或背面方向大幅突出的配置,能够避免导光光学系统12的厚度增加。
从透视镜23到光瞳位置PP的光路P3成为在正面方向(Z方向)上以随着从透视镜23侧朝向眼睛EY侧朝向上方的方式倾斜的配置。在图示的例子中,以沿着Z方向朝下为负,光轴AX为-10°左右。这是因为,人的视线在相对于水平方向朝下侧倾斜大约10°的稍微低头状态下稳定。
另外,在本实施方式的虚像显示装置100中,关于相对于光瞳位置PP为水平方向的中心轴,设想了佩戴有虚像显示装置100的使用者US以直立姿势放松并朝向正面而注视水平方向或水平线的情况。包含佩戴虚像显示装置100的各个使用者US的眼睛的配置、耳朵的配置等的头部的形状、姿势是各种各样的,但是,通过设想使用者US的平均头部形状或头部姿势,关于要关注的虚像显示装置100,能够设定平均中心轴。在本实施方式的虚像显示装置100的情况下,在棱镜22的内反射面22b,沿着光轴AX的光线的反射角设为10°~60°左右。此外,在透视镜23中,沿着光轴AX的光线的反射角设为20°~45°左右。
关于主光线的光路P2和光路P3,透视镜23与棱镜22之间的第1距离被设定为透视镜23与光瞳位置PP之间的第2距离以下。在该情况下,能够抑制棱镜22向透视镜23的周围、即上方突出的突出量。此处,第1距离和第2距离设为沿着光轴AX的距离。在透视镜23的内侧,在光路P2、P3上追加其他光学要素的情况下,将所追加的光学要素换算为光路长度或光学距离来决定第1距离和第2距离的值即可。
在本实施方式的导光光学系统12中,在Y方向上以光瞳位置PP的中心为基准,通过纵向的最靠上侧的光线的位置优选为30mm以下。通过将光线收纳在这样的范围内,能够避免投射透镜21或显示元件10向上方或+Y方向伸出地配置。由此,能够抑制投射透镜21或显示元件10向眉毛的上方伸出的量而确保设计性。即,能够使包含显示元件10、投射透镜21和棱镜22的光学单元102小型化。
此外,在本实施方式的导光光学系统12中,在正面方向或Z方向上,以光瞳位置PP为基准,从透视镜23到显示元件10的全部光线的位置被设定为13mm以上。
通过将光线收纳在这样的范围内,特别是能够以在正面方向或+Z方向上充分远离光瞳位置PP的方式配置透视镜23。
此外,在本实施方式的导光光学系统12中,在正面方向或Z方向上,以光瞳位置PP为基准,从透视镜23到显示元件10的全部光线的位置被设定为40mm以下。
通过将光线收纳在这样的范围内,特别是能够以在正面方向或+Z方向上不过度远离光瞳位置PP的方式配置透视镜23。由此,能够抑制透视镜23、显示元件10等向前方的突出,容易确保设计性。关于棱镜22的下端,在纵方向或Y方向上,以光瞳位置PP的中心为基准,配置在10mm以上的位置。由此,容易确保例如向上20°这样的透视时的视野。
在本实施方式的导光光学系统12中,构成投射透镜21的光学面即入射面21a和射出面21b的形状在与YZ面平行的离轴面SO内,在与光轴AX垂直的方向上隔着光轴AX具有非对称性(非轴对称性),在横向(X方向)上隔着光轴AX具有对称性(轴对称性)。
投射透镜21例如由树脂形成,但是也可以为玻璃制。投射透镜21的入射面21a和射出面21b分别例如由自由曲面构成。另外,入射面21a和射出面21b不限于自由曲面,也可以为非球面。在投射透镜21中,使入射面21a和射出面21b为自由曲面或非球面,由此,实现了像差的减少。特别是,在使用了自由曲面的情况下,容易减少作为离轴光学系统或非共轴光学系统的导光光学系统12的像差。另外,自由曲面是不具有旋转对称轴的面,作为自由曲面的面函数,可以使用各种多项式。此外,非球面是具有旋转对称轴的面,是除了抛物面、由多项式表示的球面以外的面。虽然省略详细说明,但在入射面21a和射出面21b上形成有防反射膜。
因此,能够在投射透镜21中部分地补偿作为离轴系统的导光光学系统12的偏心,有助于各种像差的改善。此外,通过入射面21a与射出面21b的相对倾斜,部分地补偿投射透镜21的色像差。
棱镜22是具有使反射镜和透镜复合的功能的折射反射光学部件。因此,棱镜22使从投射透镜21射出的图像光ML折射并反射。更详细而言,在棱镜22中,图像光ML经过作为折射面的入射面22a入射到内部,被作为反射面的内反射面22b向非正反射方向全反射,经过作为折射面的射出面22c射出到外部。
入射面22a和射出面22c是由曲面构成的光学面,与仅为反射面的情况或者入射面22a和射出面22c为平面的情况相比,有助于分辨率的提高。构成棱镜22的光学面即入射面22a、内反射面22b以及射出面22c在与YZ面平行的离轴面SO内,在与光轴AX交叉的纵向上隔着光轴AX具有非对称性,在横向(X方向)上隔着光轴AX具有对称性。棱镜22不仅是物理外形,还关于光学有效区域,横向或X方向上的横向宽度比纵向或Y方向上的纵向宽度大。由此,能够增大横向或Y方向的视场角。此外,即使视线与眼睛EY的移动在横向上较大的情况相应地在横向上较大地变化,也能够看到图像。
棱镜22例如由树脂形成,但是也可以为玻璃制。参考图像光ML的反射角而将棱镜22的主体的折射率设定成可实现内表面上的全反射的值。棱镜22的主体的折射率、阿贝数优选还考虑与投射透镜21的关系来设定。特别是,通过增大棱镜22或投射透镜21的阿贝数,能够减小色散。
棱镜22的光学面即入射面22a、内反射面22b和射出面22c例如分别由自由曲面构成。另外,入射面22a、内反射面22b和射出面22c分别不限于自由曲面,也可以为非球面。在棱镜22中,使入射面22a、内反射面22b和射出面22c分别为自由曲面或非球面,由此能够减少像差。特别是,在使用自由曲面的情况下,容易减少作为离轴光学系统或非共轴光学系统的导光光学系统12的像差,能够提高分辨率。关于内反射面22b,不限于通过全反射来反射图像光ML,也可以是由金属膜或电介质多层膜构成的反射面。在该情况下,在内反射面22b上通过蒸镀等形成通过例如由Al、Ag等金属形成的单层膜或多层膜构成的反射膜,或者粘贴由金属形成的片状的反射膜。虽然省略详细说明,但在入射面22a和射出面22c形成有防反射膜。
棱镜22通过注塑成型一并形成入射面22a、内反射面22b和射出面22c,因此,部件个数减少,关于3个面的相互位置,也能够比较低成本地以例如20μm以下这样的水平进行高精度化。
透视镜23是作为凹面镜发挥功能的板状的光学部件,反射从棱镜22射出的图像光ML。透视镜23覆盖配置眼睛EY或瞳孔的光瞳位置PP,并且从光瞳位置PP观察时具有凹形状。透视镜23具有在板状体23b的一个表面上形成由反射镜膜构成的反射面23a的结构。
透视镜23的反射面23a的形状在与YZ面平行的离轴面SO内,在与光轴AX交叉的纵向上隔着光轴AX具有非对称性,在横向或X方向上隔着光轴AX具有对称性。透视镜23的反射面23a例如由自由曲面构成。另外,反射面23a不限于自由曲面,也可以是非球面。透视镜23为自由曲面或非球面,由此,实现像差的减少。特别是,在使用了自由曲面的情况下,容易减少作为离轴光学系统或非共轴光学系统的导光光学系统12的像差。
无论反射面23a是自由曲面和非球面中的哪一个,透视镜23都具有曲面式的原点相对于透视镜23的有效区域向投射透镜21侧或显示元件10侧偏移的形状。在该情况下,能够在不对光学系统的设计造成过大负担的情况下,设计实现Z字状光路的透视镜的倾斜面。
透视镜23是使入射到透视镜23的光的一部分反射并且使其他一部分光透过的透射型反射元件。因此,透视镜23的反射面23a具有半透射性。由此,外界光OL通过透视镜23,因此,能够进行外界的透视观察,使用者能够看到虚像与外界像重叠的状态。
通过将透视镜23的板状体23b减薄至几mm左右以下,能够将外界像的倍率变化抑制得较小。从确保图像光ML的亮度或者使基于透视的外界像的观察变得容易的观点出发,反射面23a的对于图像光ML、外界光OL的反射率优选在所设想的图像光ML的入射角范围内为10%以上且50%以下。
作为透视镜23的基材的板状体23b例如由树脂形成,但也可以是玻璃制。板状体23b由与从周围支承板状体23b的支承板54相同的材料形成,具有与支承板54相同的厚度。反射面23a例如由电介质多层膜形成,该电介质多层膜由调整膜厚后的多个电介质层构成。反射面23a也可以由调整膜厚后的Al、Ag等金属的单层膜或多层膜构成。反射面23a能够通过层叠上述膜来形成,但也能够通过粘贴片状的反射膜来形成。
本实施方式的导光光学系统12在离轴面SO上,在投射透镜21与棱镜22的内反射面22b之间、且比投射透镜21和内反射面22b靠棱镜22的入射面22a侧的位置形成中间光瞳IP。更具体而言,中间光瞳IP形成于棱镜22的入射面22a的位置或其附近。例如,中间光瞳IP相对于棱镜22的入射面22a配置于内反射面22b侧。在该情况下,中间光瞳IP的位置为比内反射面22b更接近入射面22a的状态。中间光瞳IP也可以相对于棱镜22的入射面22a配置于投射透镜21侧。在该情况下,中间光瞳IP的位置为比投射透镜21的射出面21b更接近入射面22a的状态。中间光瞳IP也可以与棱镜22的入射面22a交叉。中间光瞳IP相当于供来自显示元件10的图像射出面10a上的各点的图像光的主光线会聚的位置,与视圈ER或光瞳位置PP的共轭点对应。
中间像IM形成在棱镜22与透视镜23之间。中间像IM形成于棱镜22的附近,而不是形成于透视镜23的附近。中间像IM是形成于比视圈ER更靠光路上游且与显示元件10的图像射出面10a共轭的位置的实像。
此处,从显示元件10的图像射出面10a的各像素以朗伯特(Lambert)发光的方式发出图像光,因此,各图像光具有规定的角度分布。当图像光的一部分作为杂散光通过与导光光学系统12内的规定光路不同的路径入射到光瞳位置PP时,成为重影等降低使用者US看到的图像的品质的主要原因。因此,通过预先对成为重影等的主要原因的无用光进行遮光,使其不入射到光瞳位置PP,能够使使用者US看到优质的图像。例如,可考虑在中间光瞳IP的位置或其附近配置光圈部件(孔径光阑)。在本实施方式的导光光学系统12中,中间光瞳IP的一部分配置于棱镜22内,所以,难以将光圈部件配置于中间光瞳IP。
在本实施方式的导光光学系统12中,也可以替代在中间光瞳IP的附近设置光圈部件,而通过在位于从显示元件10射出的图像光ML的光路上的光学部件的光学面涂敷遮光性涂料来形成遮光部,对图像光ML中包含的无用光进行遮光。
在图3中,示出从图像射出面10a上的3个点射出的图像光ML。在图3中,将位于最靠上侧(+Y侧)的图像光ML称作上段图像光ML1。此外,在图3中,将位于最靠下侧(-Y侧)的图像光ML称作下段图像光ML3。此外,在图3中,将位于上段图像光ML1与下段图像光ML3之间的图像光ML称作中段图像光ML2。
在本实施方式的情况下,导光光学系统12是离轴光学系统,因此,从图像射出面10a的各像素射出并会集于离轴面SO内的中间光瞳IP处的上段图像光ML1、中段图像光ML2和下段图像光ML3的光束宽度产生差异。
在本实施方式中,例如,上段图像光ML1中的到光瞳位置PP为止的光路长度比下段图像光ML3中的到光瞳位置PP为止的光路长度短,因此,上段图像光ML1与下段图像光ML3相比,需要以扩大光束宽度的方式进行导光。因此,在中间光瞳IP中,上段图像光ML1的光束宽度比下段图像光ML3的光束宽度大。
因此,在使用如本实施方式的导光光学系统12这样的离轴光学系统的情况下,如果仅在一个光学面形成遮光部,则难以充分地对无用光进行遮光。
与此相对,在本实施方式的导光光学系统12中,通过在投射透镜21的2个光学面即入射面21a和射出面21b上形成第1遮光部24和第2遮光部25,对经由导光光学系统12入射到光瞳位置PP的无用光进行遮光。
以下,对第1遮光部24和第2遮光部25的结构进行说明。
图4是从沿着光轴AX的法线方向观察投射透镜21的入射面21a的俯视图。图5是从沿着光轴AX的法线方向观察投射透镜21的射出面21b的俯视图。
另外,在图4和图5中,分别区分地以不同的线型表示图3所示的上段图像光ML1、中段图像光ML2和下段图像光ML3,以相同的线型表示从射出这些上段图像光ML1、中段图像光ML2和下段图像光ML3的像素的周边像素射出的其他图像光ML。
以下,在图4和图5中说明各部件的配置关系时,为了方便起见,有时也将各图内的上方称作上侧,将各图内的下方称作下侧。
如图3和图4所示,第1遮光部24形成于入射面21a。第1遮光部24经由第1开口241使入射面21a的一部分露出。第1遮光部24由涂敷在入射面21a上的遮光性涂膜形成。在本实施方式的情况下,在入射面21a中的第1遮光部24的形成区域上形成有微小的凹凸形状部62(参照图6)。由此,构成第1遮光部24的遮光性涂膜63(参照图6)为经由凹凸形状部62较好地紧贴于入射面21a的状态。
第1遮光部24的第1开口241的形状是与入射面21a的有效区域对应地形成的。此处,有效区域是入射面21a的整个区域中的、能够将所入射的各图像光作为有效光而不作为杂散光引导至光瞳位置PP的规定区域。即,入射到有效区域的外侧的图像光成为可能作为杂散光入射到光瞳位置PP的无用的光(无用光)。
第1开口241在离轴面SO内,在与导光光学系统12的光轴AX垂直的第1方向(图4的上下方向)上隔着光轴AX具有非对称形状,在与第1方向垂直的第2方向(图4的左右方向)上隔着离轴面SO具有对称形状。即,第1开口241的开口形状在上下方向具有非对称性,在左右方向具有对称性。即,第1开口241的开口形状不具有轴对称性。
本实施方式的第1遮光部24能够去除入射到入射面21a的有效区域外的成分,使经由第1开口241入射到入射面21a的有效区域的成分透过。由此,能够去除图像光ML中包含的无用光。
如图3和图5所示,第2遮光部25形成于射出面21b。第2遮光部25经由第2开口251使射出面21b的一部分露出。第2遮光部25的第2开口251是与射出面21b的有效区域对应地形成的。第2遮光部25由涂敷在射出面21b上的遮光性涂膜形成。在本实施方式的情况下,在射出面21b中的第2遮光部25的形成区域上形成有微小的凹凸形状。由此,构成第2遮光部25的遮光性涂膜经由凹凸形状较好地紧贴于射出面21b。
与第1开口241同样,第2开口251的开口形状在图5的上下方向具有非对称性,在图5的左右方向具有对称性。即,第2开口251的开口形状不具有轴对称性。
如上所述,本实施方式的导光光学系统12是不具有轴对称性的离轴光学系统,因此,射出面21b的有效区域的形状与入射面21a的有效区域的形状不同。因此,第1开口241和第2开口251具有相互不同的形状。
此外,入射到投射透镜21的入射面21a的光在收敛的状态下从射出面21b射出,因此,与入射面21a上的各图像光的位置相比,射出面21b上的各图像光ML的位置相互接近。因此,第2开口251的开口面积比第1开口241的开口面积小。
本实施方式的第2遮光部25能够去除入射到射出面21b的有效区域外的成分,使经由第2开口251入射到射出面21b的有效区域的成分透过。由此,能够去除图像光ML中包含的无用光。
此处,对本实施方式的导光光学系统12的制造方法进行说明。图6是示出导光光学系统12的制造方法的一例的工序图。以下,作为一例,对在投射透镜21的入射面21a上形成第1遮光部24的工序进行说明。
如图6所示,本实施方式的导光光学系统12的制造方法具有保护层形成工序(第1形成工序)、遮光部形成工序(第2形成工序)和剥离工序。
保护层形成工序是在投射透镜21的入射面21a上形成保护层60的工序。在本工序中,在使用支承投射透镜21的壳体(支承部件)51将掩模M定位在光学面后,以覆盖掩模M的方式涂敷保护层形成材料61。另外,投射透镜21的入射面21a的整体为反映模具面的镜面。
在掩模M上形成有开口部M1。开口部M1的形状与第1开口241的开口形状对应。掩模M通过与壳体51抵接,相对于投射透镜21定位于规定位置。即,掩模M的开口部M1被定位于入射面21a的有效区域(第1遮光部24的形成区域)。
因此,以覆盖掩模M的方式被涂敷的保护层形成材料61中的、涂敷在开口部M1内的部分为涂敷于入射面21a的有效区域的状态。另外,保护层形成材料61只要是能够保护入射面21a不受后述的喷砂处理影响的材料,则没有特别限定。
接着,在涂敷保护层形成材料61之后,从入射面21a去除掩模M。这时,覆盖掩模M的保护层形成材料61与掩模M一起从入射面21a去除,仅涂敷在开口部M1内的部分选择性地残留在入射面21a。由此,在与掩模M的开口部M1对应的位置、即入射面21a的有效区域形成保护层60。
由此,保护层形成工序结束。
在保护层形成工序之后,进入遮光部形成工序。遮光部形成工序是在入射面21a中的未形成有保护层60的区域形成第1遮光部24的工序。在本工序中,在入射面21a中的没有被保护层60覆盖的区域形成有微小的凹凸形状部62。凹凸形状部62例如通过使用喷砂处理,形成于入射面21a。接着,通过对凹凸形状部62进行涂黑,在凹凸形状部62形成遮光性涂膜63。
由此,在入射面21a上形成第1遮光部24,遮光部形成工序结束。
在遮光部形成工序之后,进入剥离工序。剥离工序是从形成有第1遮光部24的投射透镜21剥离保护层60的工序。根据本工序,从入射面21a剥离保护层60,能够在投射透镜21的入射面21a形成第1遮光部24。
能够以上述的方式在投射透镜21的入射面21a形成第1遮光部24。另外,通过进行与上述第1遮光部24相同的工序,能够在投射透镜21的射出面21b形成第2遮光部25。
在投射透镜21形成第1遮光部24和第2遮光部25之后,将棱镜22收纳于壳体51内,经由支承板54将透视镜23安装于壳体51,由此,能够制造导光光学系统12。
接着,对本实施方式的显示模块101中的光路进行说明。
来自显示元件10的图像光ML入射到投射透镜21,以大致准直的状态射出。通过投射透镜21后的图像光ML入射到棱镜22,从入射面21a折射并射出,被内反射面22b以接近100%的高反射率反射,再次被射出面22c折射。来自棱镜22的图像光ML入射到透视镜23,被反射面23a以50%左右以下的反射率反射。被透视镜23反射后的图像光ML入射到配置使用者US的眼睛EY或瞳孔的光瞳位置PP。在棱镜22与透视镜23之间且靠近棱镜22的射出面22c的位置形成中间像IM。透过透视镜23或其周围的支承板54后的外界光OL也入射到光瞳位置PP。即,佩戴有虚像显示装置100的使用者US能够以与外界像重叠的方式观察由图像光ML形成的虚像。
因此,根据本实施方式的导光光学系统12,即使在由于不具有轴对称性而无法将光圈部件配置于中间光瞳IP的情况下,由于具有形成于投射透镜21的2个光学面即入射面21a以及射出面21b的第1遮光部24以及第2遮光部25,也能够在不使用光圈部件的情况下去除入射到光瞳位置PP的无用光。因此,根据本实施方式的显示模块101,由于具有上述导光光学系统12,因此,能够使使用者US看到优质的图像。
如以上所说明的那样,根据本实施方式的虚像显示装置100,能够实现光学系统的小型化以及装置整体的小型化。因此,本实施方式的虚像显示装置100能够确保分辨率并实现小型化。
(第2实施方式)
接着,说明第2实施方式的显示模块。本实施方式的显示模块与第1实施方式的不同之处在于设置遮光部的光学面的位置。对与第1实施方式相同的结构以及部件标注相同标号,省略详细的说明。
图7是示出本实施方式的显示模块201的内部结构的剖视图。图7是与第1实施方式的图3对应的图,省略了与说明无关的部件、标号的图示。
如图7所示,在本实施方式的显示模块201中的导光光学系统112中,通过在棱镜22的入射面(第1光学面)22a、射出面(第2光学面)22c和内反射面(第3光学面、反射面)22b上形成第1遮光部124、第2遮光部125和第3遮光部126,对经由导光光学系统112入射到光瞳位置PP的无用光进行遮光。
以下,对第1遮光部124、第2遮光部125和第3遮光部126的结构进行说明。
图8是从沿着光轴AX的法线方向观察棱镜22的入射面22a的俯视图。图9是从沿着光轴AX的法线方向观察棱镜22的射出面22c的俯视图。图10是从沿着光轴AX的法线方向观察棱镜22的内反射面22b的俯视图。
在图7至图10中,分别区分上段图像光ML1、中段图像光ML2和下段图像光ML3而以不同的线型表示,以相同的线型表示从射出这些上段图像光ML1、中段图像光ML2和下段图像光ML3的像素的周边像素射出的其他图像光ML。
如图7和图8所示,第1遮光部124形成在棱镜22的入射面22a。第1遮光部124经由第1开口1241使入射面22a的一部分露出。第1遮光部124是通过对入射面22a的一部分进行涂黑而形成的。第1遮光部124的第1开口1241的形状是与入射面22a的有效区域对应地形成的。
第1开口1241的开口形状在图8的上下方向具有非对称性,在图8的左右方向具有对称性。即,第1开口1241的开口形状不具有轴对称性。本实施方式的第1遮光部124能够去除入射到入射面22a的有效区域外的成分,并使经由第1开口1241入射到入射面22a的有效区域的成分透过。由此,能够去除图像光ML中包含的无用光。
如图7和图9所示,第2遮光部125形成于射出面22c。第2遮光部125经由第2开口1251使射出面22c的一部分露出。第2遮光部125的第2开口1251是与射出面22c的有效区域对应地形成的。第2遮光部125由涂敷在射出面22c的遮光性涂膜形成。在本实施方式的情况下,在射出面22c中的第2遮光部125的形成区域形成有微小的凹凸形状部。由此,构成第2遮光部125的遮光性涂膜经由凹凸形状部较好地紧贴于射出面22c。
与第1开口1241同样,第2开口1251的开口形状在图9的上下方向具有非对称性,在图9的左右方向具有对称性。即,第2开口251的开口形状不具有轴对称性。
本实施方式的导光光学系统112是不具有轴对称性离轴光学系统,因此,射出面22c的有效区域的形状与入射面22a的有效区域的形状不同。因此,第1开口1241和第2开口1251具有相互不同的形状。
本实施方式的第2遮光部125能够去除入射到射出面22c的有效区域外的成分,使经由第2开口1251入射到射出面22c的有效区域的成分透过。由此,能够去除图像光ML中包含的无用光。
如图7和图10所示,第3遮光部126形成于内反射面22b。第3遮光部126经由第3开口1261使内反射面22b的一部分露出。第3遮光部126的第3开口1261是与内反射面22b的有效区域对应地形成的。第3遮光部126由涂敷在内反射面22b的遮光性涂膜形成。在本实施方式的情况下,在内反射面22b中的第3遮光部126的形成区域形成有微小的凹凸形状。由此,构成第3遮光部126的遮光性涂膜经由凹凸形状较好地紧贴于内反射面22b。
此处,在图7中,例如,关注表示入射到射出面22c的下段图像光ML3的3条光线中的、位于比主光线靠左侧的位置的光线ML3a。上段图像光ML1经由第1遮光部124的第1开口1241、第3遮光部126的第3开口1261和第2遮光部125的第2开口1251入射到光瞳位置PP。
光线ML3a透过比第2遮光部125的第2开口1251的开口端靠内侧的位置,因此,第2开口1251无法去除(遮光)比光线ML3a靠右侧的位置中包含的无用光,但是,能够在第3遮光部126的第3开口1261的开口端去除光线ML3a。
这样,根据本实施方式的导光光学系统112,由于具有棱镜22的3个光学面(入射面22a、射出面22c和内反射面22b)上所形成的第1遮光部124、第2遮光部125和第3遮光部126,因此,能够在不使用光圈部件的情况下,去除入射到光瞳位置PP的无用光。因此,根据本实施方式的显示模块201,由于具有上述导光光学系统12,因此,能够使使用者US看到优质的图像。
接着,对本实施方式的导光光学系统112的制造方法进行说明。图11是示出导光光学系统112的制造方法的一例的工序图。
以下,作为一例,对在棱镜(光学部件)22的入射面(光学面)22a上形成第1遮光部(遮光部)124的工序进行说明。本实施方式的导光光学系统112的制造方法具有覆盖工序、遮光工序和拆卸工序。
覆盖工序是将罩部件配置在棱镜22的入射面22a上并覆盖入射面22a的一部分的工序。如图11所示,本工序中使用的罩部件70具有:框状的基座部71;罩部72,其覆盖入射面22a,位于基座部71的内侧;以及连结部73,其在与入射面22a产生间隙的状态下连结基座部71和罩部72。
遮光工序是在棱镜22的入射面22a的规定区域形成第1遮光部124的工序。在本工序中,在使用支承棱镜22的壳体51将罩部件70定位在入射面22a之后,在入射面22a中的没有被罩部件70覆盖的规定区域涂敷遮光性材料80,由此,形成第1遮光部124。
在罩部件70中,在基座部71与罩部72之间形成有与第1开口241对应的形状的开口部70M。罩部件70通过与壳体51抵接,相对于棱镜22定位于规定位置。即,罩部件70的开口部70M定位于入射面22a的有效区域(第1遮光部124的形成区域)。因此,入射面22a中的没有被罩部件70覆盖的规定区域相当于通过开口部70M而露出的区域。
在本工序中,在通过开口部70M而露出的入射面22a涂敷遮光性材料80,由此,形成第1遮光部124。例如,在通过涂敷装置从上侧向开口部70M内涂敷遮光性材料80的情况下,在连结部73的下方难以良好地涂敷遮光性材料80。
在本实施方式的情况下,连结部73具有将入射面22a向上方绕开的形状,在连结部73与入射面22a之间设有间隙。因此,例如,通过将涂敷喷嘴NZ单独插入连结部73的下方,能够在位于连结部73的下方的入射面22a上涂敷遮光性材料80。由此,在开口部70M的整个范围内涂敷遮光性材料80,能够在入射面22a上形成第1遮光部124。
在拆卸工序中,从形成有第1遮光部124的棱镜22拆卸罩部件70。通过本工序,能够制造出在入射面22a上形成有第1遮光部124的棱镜22。另外,在入射面22a中的被罩部件70的基座部71覆盖的部分未形成遮光性材料80(第1遮光部124)。另外,被基座部71覆盖的部分通常被安装在壳体51上的部件覆盖,因此,无需涂敷遮光性材料80,但也可以根据需要涂敷遮光性材料80。
如上所述,能够在棱镜22的入射面22a形成第1遮光部124。另外,通过进行与上述第1遮光部124相同的工序,能够在棱镜22的射出面22c和内反射面22b分别形成第2遮光部125和第3遮光部126。
在将第1遮光部124、第2遮光部125和第3遮光部126形成于棱镜22之后,将投射透镜21收纳于壳体51内,经由支承板54将透视镜23安装于壳体51,由此,能够制造导光光学系统112。
(变形例以及其他)
以上,根据上述实施方式对本发明进行了说明,但本发明并不限于上述实施方式,在不脱离其主旨的范围内能够以各种方式实施,例如也能够应用于如下的方式。
在上述实施方式中,列举了将遮光部形成于投射透镜21或棱镜22中的任意一个的情况的例子,但是,例如,也可以将第1遮光部(相当于第1遮光部)形成于投射透镜21的入射面21a、射出面21b中的任意一个面,将第2遮光部(相当于第2遮光部)形成于棱镜22的入射面22a、内反射面22b、射出面22c中的任意一个面。
图12是示出第1变形例的导光光学系统12A的结构的图。
如图12所示,在本变形例的显示模块301中的导光光学系统12A中,具有形成在投射透镜21的入射面21a上的第1遮光部124A、形成在棱镜22的入射面22a上的第2遮光部125A和形成在棱镜22的射出面22c上的第3遮光部126A。在该情况下,投射透镜21的射出面21b相当于权利要求中记载的“第3光学面”,棱镜22的内反射面22b相当于权利要求中记载的“第4光学面”。
另外,也可以是,第1遮光部124A形成在投射透镜21的射出面21b上,第2遮光部125A或第3遮光部126A形成在棱镜22的内反射面22b上。
此外,在上述实施方式中,作为形成遮光部的光学面,列举了投射透镜21的入射面21a、射出面21b或棱镜22的入射面22a、内反射面22b、射出面22c的例子,但是,作为形成遮光部的光学面,也可以使用作为防尘部件发挥功能的保护罩52的表面52a。
图13是示出第2变形例的导光光学系统12B的结构的图。
如图13所示,在本变形例的显示模块401中的导光光学系统12B中,具有形成在投射透镜21的入射面21a上的第1遮光部124B、形成在投射透镜21的射出面21b上的第2遮光部125B和形成在保护罩52的表面52a上的第3遮光部126B。在该情况下,保护罩52的表面52a相当于权利要求中记载的“第3光学面”。
此外,也可以采用在投射透镜21、棱镜22和保护罩52上分别各形成1个遮光部的工序。
此外,在上述实施方式中,作为显示元件10,使用了有机EL元件等自发光型显示器件、LCD以及其他光调制元件,但本发明不限于此。例如,替代显示元件10,也可以应用将多个显示元件与合成来自多个显示元件的图像光的合成棱镜组合而成的图像形成装置、或使用将激光光源与多面镜等即扫描器组合而成的激光扫描器的图像形成装置。
另外,也能够在透视镜23的外界侧安装通过限制透视镜23的透过光来进行调光的调光器件。调光器件例如以电动的方式调整透射率。作为调光器件,可以使用镜面液晶、电子遮光件等。调光器件也可以根据外部光照度来调整透射率。在通过调光器件遮挡外界光OL的情况下,能够仅观察未受到外界像的作用的虚像。此外,本发明的虚像显示装置能够应用于遮挡外部光并仅看到图像光的所谓闭合型的头部佩戴型显示装置(HMD)。在该情况下,也可以应对由虚像显示装置和摄像装置构成的所谓视频透视的产品。
此外,在上述说明中,以虚像显示装置100佩戴于头部来使用为前提,但上述虚像显示装置100也能够不佩戴于头部而作为如双筒镜那样窥视的手持显示器来使用。即,在本发明中,头戴式显示器也包含手持显示器。
本发明一个方式的显示模块可以具有以下的结构。
本发明的一个方式的显示模块具有:显示元件;以及导光光学装置,其对从显示元件射出的图像光进行导光,形成射出光瞳,导光光学装置是包含第1光学面、第2光学面、形成于第1光学面的第1遮光部和形成于第2光学面的第2遮光部的离轴光学系统,第1遮光部经由第1开口使第1光学面的一部分露出,第2遮光部经由第2开口使第2光学面的一部分露出,第1开口和第2开口具有相互不同的形状。
在本发明的一个方式的显示模块中,也可以构成为,导光光学装置具有第1光学部件,该第1光学部件包含第1光学面和第2光学面。
在本发明的一个方式的显示模块中,也可以构成为,第1光学部件是投射透镜、棱镜和防尘部件中的任意一个,第1光学面和第2光学面是入射面、反射面和射出面中的任意一个。
在本发明的一个方式的显示模块中,也可以构成为,第1光学部件还包含第3光学面,导光光学装置包含第3遮光部,该第3遮光部形成于第3光学面。
在本发明的一个方式的显示模块中,也可以构成为,导光光学装置具有:第1光学部件,其包含第1光学面和第3光学面;以及第2光学部件,其包含第2光学面和第4光学面。
在本发明的一个方式的显示模块中,也可以构成为,第1光学部件和第2光学部件是投射透镜、棱镜和防尘部件中的任意一个,第1光学面、第2光学面、第3光学面和第4光学面是入射面、反射面和射出面中的任意一个。
在本发明的一个方式的显示模块中,也可以构成为,导光光学装置包含第3遮光部,该第3遮光部形成于第3光学面和第4光学面中的至少一方。
在本发明的一个方式的显示模块中,也可以构成为,第1开口和第2开口的开口形状在离轴光学系统的离轴面内,在与导光光学装置的光轴垂直的方向上具有非对称性。
本发明的一个方式的虚像显示装置可以具有以下结构。
本发明的一个方式的虚像显示装置具有上述方式的显示模块。
本发明的一个方式的导光光学装置的制造方法可以具有以下结构。
在本发明的一个方式的导光光学装置的制造方法中,导光光学装置对从显示元件射出的图像光进行导光,形成射出光瞳,具有以下工序:第1形成工序,在光学部件的光学面上的一部分形成保护层;第2形成工序,在光学部件的光学面中的、未形成保护层的区域形成遮光部;以及剥离工序,从形成有遮光部的光学部件剥离保护层,在第1形成工序中,在使用支承光学部件的支承部件将掩模定位于光学面之后,在掩模上涂敷保护层形成材料,在涂敷保护层形成材料之后,从光学面上去除掩模,由此,在与掩模的开口部对应的位置形成保护层。
在本发明的一个方式的导光光学装置的制造方法中,在第2形成工序中,在光学面的没有被保护层覆盖的区域形成凹凸形状部,在凹凸形状部形成遮光性涂膜。
本发明的另一方式的导光光学装置的制造方法可以具有以下结构。
在本发明的另一方式的导光光学装置的制造方法中,导光光学装置对从显示元件射出的图像光进行导光,形成射出光瞳,具有以下工序:覆盖工序,在光学部件的光学面上配置罩部件,覆盖光学面的一部分;遮光工序,在光学部件的光学面中的没有被罩部件覆盖的规定区域形成遮光部;以及拆卸工序,从形成有遮光部的光学部件拆卸罩部件,在覆盖工序中,使用具有框状的基座部、罩部和连结部的部件作为罩部件,其中,罩部覆盖光学面并位于基座部的内侧,连结部在与光学面产生间隙的状态下连结基座部和罩部,在遮光工序中,在使用支承光学部件的支承部件将罩部件定位于光学面后,在没有被罩部件的基座部和罩部覆盖的规定区域涂敷遮光性材料,由此,形成遮光部。
Claims (12)
1.一种显示模块,其特征在于,其具有:
显示元件;以及
导光光学装置,其对从所述显示元件射出的图像光进行导光,形成射出光瞳,
所述导光光学装置是包含第1光学面、第2光学面、形成于所述第1光学面的第1遮光部和形成于所述第2光学面的第2遮光部的离轴光学系统,
所述第1遮光部经由第1开口使所述第1光学面的一部分露出,
所述第2遮光部经由第2开口使所述第2光学面的一部分露出,
所述第1开口和所述第2开口具有相互不同的形状。
2.根据权利要求1所述的显示模块,其特征在于,
所述导光光学装置具有第1光学部件,该第1光学部件包含所述第1光学面和所述第2光学面。
3.根据权利要求2所述的显示模块,其特征在于,
所述第1光学部件是投射透镜、棱镜和防尘部件中的任意一个,
所述第1光学面和所述第2光学面是入射面、反射面和射出面中的任意一个。
4.根据权利要求2或3所述的显示模块,其特征在于,
所述第1光学部件还包含第3光学面,
所述导光光学装置包含第3遮光部,该第3遮光部形成于所述第3光学面。
5.根据权利要求1所述的显示模块,其特征在于,
所述导光光学装置具有:第1光学部件,其包含所述第1光学面和第3光学面;以及第2光学部件,其包含所述第2光学面和第4光学面。
6.根据权利要求5所述的显示模块,其特征在于,
所述第1光学部件和所述第2光学部件是投射透镜、棱镜和防尘部件中的任意一个,
所述第1光学面、所述第2光学面、所述第3光学面和所述第4光学面是入射面、反射面和射出面中的任意一个。
7.根据权利要求5或6所述的显示模块,其特征在于,
所述导光光学装置包含第3遮光部,该第3遮光部形成于所述第3光学面和所述第4光学面中的至少一方。
8.根据权利要求1~3中的任意一项所述的显示模块,其特征在于,
所述第1开口和所述第2开口的开口形状在所述离轴光学系统的离轴面内,在与导光光学装置的光轴垂直的方向上具有非对称性。
9.一种虚像显示装置,其特征在于,
所述虚像显示装置具有权利要求1~8中的任意一项所述的显示模块。
10.一种导光光学装置的制造方法,所述导光光学装置对从显示元件射出的图像光进行导光,形成射出光瞳,其特征在于,具有以下工序:
第1形成工序,在光学部件的光学面上的一部分形成保护层;
第2形成工序,在所述光学部件的所述光学面中的、未形成所述保护层的区域形成遮光部;以及
剥离工序,从形成有所述遮光部的所述光学部件剥离所述保护层,
在所述第1形成工序中,在使用支承所述光学部件的支承部件将掩模定位于所述光学面之后,在所述掩模上涂敷保护层形成材料,
在涂敷所述保护层形成材料之后,从所述光学面上去除所述掩模,由此,在与所述掩模的开口部对应的位置形成所述保护层。
11.根据权利要求10所述的导光光学装置的制造方法,其特征在于,
在所述第2形成工序中,在所述光学面的没有被所述保护层覆盖的区域形成凹凸形状部,在所述凹凸形状部形成遮光性涂膜。
12.一种导光光学装置的制造方法,所述导光光学装置对从显示元件射出的图像光进行导光,形成射出光瞳,其特征在于,具有以下工序:
覆盖工序,在光学部件的光学面上配置罩部件,覆盖所述光学面的一部分;
遮光工序,在所述光学部件的所述光学面中的没有被所述罩部件覆盖的规定区域形成遮光部;以及
拆卸工序,从形成有所述遮光部的所述光学部件拆卸所述罩部件,
在所述覆盖工序中,使用具有框状的基座部、罩部和连结部的部件作为所述罩部件,其中,所述罩部覆盖所述光学面并位于所述基座部的内侧,所述连结部在与所述光学面产生间隙的状态下连结所述基座部和所述罩部,
在所述遮光工序中,在使用支承所述光学部件的支承部件将所述罩部件定位于所述光学面后,在没有被所述罩部件的所述基座部和所述罩部覆盖的所述规定区域涂敷遮光性材料,由此,形成所述遮光部。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020-195321 | 2020-11-25 | ||
JP2020195321A JP2022083788A (ja) | 2020-11-25 | 2020-11-25 | 表示モジュール、虚像表示装置、および導光光学装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114545628A true CN114545628A (zh) | 2022-05-27 |
CN114545628B CN114545628B (zh) | 2023-12-19 |
Family
ID=81658487
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111394406.9A Active CN114545628B (zh) | 2020-11-25 | 2021-11-23 | 显示模块、虚像显示装置和导光光学装置的制造方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20220163805A1 (zh) |
JP (1) | JP2022083788A (zh) |
CN (1) | CN114545628B (zh) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013025102A (ja) * | 2011-07-21 | 2013-02-04 | Olympus Corp | 画像表示装置 |
CN103592763A (zh) * | 2012-08-17 | 2014-02-19 | 精工爱普生株式会社 | 虚像显示装置 |
JP2014225823A (ja) * | 2013-05-17 | 2014-12-04 | セイコーエプソン株式会社 | 虚像表示装置 |
CN104749781A (zh) * | 2013-12-25 | 2015-07-01 | 精工爱普生株式会社 | 虚像显示装置 |
WO2019146543A1 (ja) * | 2018-01-24 | 2019-08-01 | 日東電工株式会社 | 液晶表示装置ならびに該液晶表示装置に用いられる光学部材および光学部材のセット |
-
2020
- 2020-11-25 JP JP2020195321A patent/JP2022083788A/ja active Pending
-
2021
- 2021-11-23 US US17/534,410 patent/US20220163805A1/en active Pending
- 2021-11-23 CN CN202111394406.9A patent/CN114545628B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013025102A (ja) * | 2011-07-21 | 2013-02-04 | Olympus Corp | 画像表示装置 |
CN103592763A (zh) * | 2012-08-17 | 2014-02-19 | 精工爱普生株式会社 | 虚像显示装置 |
JP2014225823A (ja) * | 2013-05-17 | 2014-12-04 | セイコーエプソン株式会社 | 虚像表示装置 |
CN104749781A (zh) * | 2013-12-25 | 2015-07-01 | 精工爱普生株式会社 | 虚像显示装置 |
WO2019146543A1 (ja) * | 2018-01-24 | 2019-08-01 | 日東電工株式会社 | 液晶表示装置ならびに該液晶表示装置に用いられる光学部材および光学部材のセット |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114545628B (zh) | 2023-12-19 |
US20220163805A1 (en) | 2022-05-26 |
JP2022083788A (ja) | 2022-06-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9116342B2 (en) | Virtual image display apparatus | |
US9046687B2 (en) | Virtual image display apparatus | |
CN112444991B (zh) | 虚像显示装置以及导光装置 | |
US11327309B2 (en) | Virtual image display apparatus | |
CN114545628B (zh) | 显示模块、虚像显示装置和导光光学装置的制造方法 | |
CN112444992B (zh) | 虚像显示装置以及导光装置 | |
CN114428401B (zh) | 显示模块、显示模块的组装方法以及虚像显示装置 | |
CN114428403B (zh) | 显示装置以及光学单元 | |
CN114428402B (zh) | 虚像显示装置和虚像显示装置的制造方法 | |
CN114578550B (zh) | 显示模块和显示装置 | |
CN114578558B (zh) | 光学模块和显示装置 | |
CN114428405B (zh) | 虚像显示装置以及光学单元 | |
US20230030353A1 (en) | Virtual image display device | |
CN114428404B (zh) | 显示装置以及光学单元 | |
US20220276493A1 (en) | Optical module and head-mounted display device | |
CN114578560B (zh) | 显示装置和光学单元 | |
US20220137412A1 (en) | Virtual image display device and optical unit | |
US20230031714A1 (en) | Virtual image display device | |
CN117836700A (zh) | 显示装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |