JP2006162792A - Optical device, image display device, and head-mounted display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の透明基材の接合面を介してシースルーで外界像を観察することが可能な光学デバイスと、その光学デバイスを用いた映像表示装置と、その映像表示装置を用いたヘッドマウントディスプレイとに関するものである。 The present invention relates to an optical device capable of observing an external image through a joint surface of a plurality of transparent substrates, a video display device using the optical device, and a head mount using the video display device It relates to the display.
ホログラム、ハーフミラーコート、ビームスプリッタ層などの光学素子は、透明基材内に埋め込んで(2個の透明基材で挟み込んで)使用すれば、湿度や酸素などの外部環境の影響を受けることがないことから、例えばヘッドアップディスプレイやヘッドマウントディスプレイなどのコンバイナとして非常に有用である。 Optical elements such as holograms, half mirror coats, and beam splitter layers can be affected by the external environment such as humidity and oxygen if they are embedded in a transparent substrate (sandwiched between two transparent substrates). For example, it is very useful as a combiner for a head-up display or a head-mounted display.
ここで、光学素子が挟み込まれる透明基材同士を接合する手段としては、一般的に粘着シートや接着剤が用いられている。例えば特許文献1では、ヘッドアップディスプレイの作製において、ホログラム光学素子を貼った基材ともう1つの基材とを粘着シートで接合するようにしている。また、例えば特許文献2では、複数のホログラム原版を貼った基材と他の基材とを接着剤で接着している。
ところが、透明基材同士の接合に粘着シートを用いる手法では、ホログラム光学素子に厚さがあるために、ホログラム光学素子と粘着シートとの界面に気泡が入りやすい。上記界面に気泡が入ると、その箇所で屈折率が変化するため、透明基材を介してシースルーで外界像を観察する際の視認性が低下する。したがって、透明基材同士の接合には、気泡の混入を抑えることができる接着剤を用いるのが有効である。 However, in the method using an adhesive sheet for bonding between transparent substrates, since the hologram optical element has a thickness, air bubbles easily enter the interface between the hologram optical element and the adhesive sheet. When bubbles enter the interface, the refractive index changes at that location, so that the visibility when observing an external image through the transparent substrate is reduced. Therefore, it is effective to use an adhesive capable of suppressing the mixing of bubbles in joining the transparent substrates.
一方、ホログラム等の光学素子を、例えばヘッドマウントディスプレイのコンバイナとして用いる場合、その光学素子は2個の透明基材で挟まれた状態で観察者の眼前に配置される。このため、各透明基材の剥離による観察者への危険を回避すべく、透明基材同士の接合強度を高くする必要がある。つまり、光学素子をコンバイナとして用いる用途では、圧倒的に高い接合強度が必要となり、実使用上、接合強度不足とならないようにする必要がある。また、光学素子をコンバイナとして用いる用途では、接着剤には、上記のように「強い接着力」が要求されることに加えて、さらに「光学素子に悪影響を与えない」ことも要求される。 On the other hand, when an optical element such as a hologram is used as a combiner for a head-mounted display, for example, the optical element is disposed in front of the observer's eye while being sandwiched between two transparent substrates. For this reason, in order to avoid the danger to the observer by peeling of each transparent base material, it is necessary to raise the joint strength of transparent base materials. That is, in an application using the optical element as a combiner, an overwhelmingly high bonding strength is required, and it is necessary to prevent the bonding strength from being insufficient in actual use. In addition, in applications where the optical element is used as a combiner, the adhesive is required to “not adversely affect the optical element” in addition to the “strong adhesive strength” as described above.
しかし、接着剤にこれらの両方の特性を充足させることは実際上難しく、強い接着力が必要な上記用途に用いることのできる接着剤はあまり存在しない。そのため、光学素子に悪影響を与えずに透明基材同士を高い接着力で接着することができない。 However, it is practically difficult for the adhesive to satisfy both of these characteristics, and there are not many adhesives that can be used for the above-mentioned applications that require strong adhesive strength. Therefore, the transparent substrates cannot be bonded with high adhesive force without adversely affecting the optical element.
特に、ヘッドマウントディスプレイでは、比較的高い接合強度が必要で車のフロントガラスに埋め込まれたヘッドアップディスプレイやホログラムスクリーンなどと比較して、光学素子および透明基材が非常に小型であり、その接合面積が小さい。このため、透明基材同士を高い接着力で接着することが益々困難となっている。 In particular, a head-mounted display requires a relatively high bonding strength, and the optical element and the transparent substrate are very small compared to a head-up display or a hologram screen embedded in a car windshield. The area is small. For this reason, it has become increasingly difficult to bond transparent substrates with high adhesive strength.
また、複数の透明基材の接合面に光学素子を配置させずに、その接合面を介してシースルーで外界像を観察することが可能な光学デバイス(例えば複合レンズ)も存在する。このような光学デバイスにおいては、接合面に光学素子が存在しないので、透明基材同士を接着する接着剤には、「光学素子に悪影響を与えない」特性は要求されず、「強い接着力」だけが要求される。しかし、接着力の強い特殊な接着剤を用いなくても、これらの光学デバイスに共通して用いることができる接着剤を用いて透明基材同士を高い接着力で接着することができれば、上記接着剤の適用範囲が広がり、非常に有用である。 In addition, there is an optical device (for example, a compound lens) that can observe an external field image through the joint surfaces without arranging optical elements on the joint surfaces of a plurality of transparent substrates. In such an optical device, since there is no optical element on the bonding surface, the adhesive that bonds the transparent substrates to each other does not require the property of “not adversely affecting the optical element”, and “strong adhesion” Only required. However, if the transparent substrates can be bonded with a high adhesive force using an adhesive that can be used in common with these optical devices without using a special adhesive having a strong adhesive force, The range of application of the agent is wide and very useful.
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、複数の透明基材の接合面の面積が非常に小さい場合でも、透明基材同士の接着強度を特殊な接着剤を用いることなく高くすることができる光学デバイスと、その光学デバイスを備えた映像表示装置と、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とを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to specialize the adhesive strength between transparent substrates even when the area of the joint surfaces of a plurality of transparent substrates is very small. It is an object of the present invention to provide an optical device that can be made high without using an adhesive, a video display device including the optical device, and a head-mounted display including the video display device.
本発明の光学デバイスは、光学素子を貼り付けた一方の透明基材(第1の透明基材とも称する)と他方の透明基材(第2の透明基材とも称する)とが、上記光学素子を挟むように(接着剤で)接合され、その接合面を介して外界像がシースルーで観察される光学デバイスであって、上記接合面には、表面が凹凸状の凹凸部が形成されていることを特徴としている。 In the optical device of the present invention, one of the transparent base materials (also referred to as a first transparent base material) to which the optical element is attached and the other transparent base material (also referred to as a second transparent base material) are the above optical elements. Is an optical device in which an external image is observed through the joint surface (with an adhesive), and an uneven portion having an uneven surface is formed on the joint surface. It is characterized by that.
上記の構成によれば、第1の透明基材と第2の透明基材とが光学素子(例えばホログラム)を挟むように接合される。このように第1の透明基材と第2の透明基材との接合面に光学素子が設けられていることにより、接合面を介して外界像をシースルーで観察者に提供しつつ、光学素子の機能も併せ持つ光学デバイスを実現することができる。 According to said structure, a 1st transparent base material and a 2nd transparent base material are joined so that an optical element (for example, hologram) may be pinched | interposed. As described above, the optical element is provided on the joint surface between the first transparent base material and the second transparent base material, so that the optical element can be provided through the joint surface to the observer through the joint surface. An optical device having both functions can be realized.
ここで、第1の透明基材と第2の透明基材との接合面には、凹凸部が形成されている。この凹凸部は、表面の凹凸が例えば梨地状に形成されたものであってもよいし、ストライプ状に形成されたものであってもよいし、同心円状に形成されたものであってもよい。また、凸部が点在することによって上記の凹凸部が形成されていてもよい。また、凹凸部は、第1の透明基材側の接合面に形成されてもよいし、第2の透明基材側の接合面に形成されてもよい。さらに、凹凸部は、接合面の全面に形成されてもよいし、接合面の一部に形成されてもよい。 Here, the uneven | corrugated | grooved part is formed in the joint surface of a 1st transparent base material and a 2nd transparent base material. The uneven portions may have surface irregularities formed, for example, in a matte shape, may be formed in a stripe shape, or may be formed in a concentric shape. . Moreover, said uneven | corrugated | grooved part may be formed by the convex part being scattered. Moreover, an uneven | corrugated | grooved part may be formed in the joint surface of the 1st transparent base material side, and may be formed in the joint surface of the 2nd transparent base material side. Furthermore, the concavo-convex portion may be formed on the entire bonding surface, or may be formed on a part of the bonding surface.
このように接合面に凹凸部が形成されていることにより、接合面が鏡面である場合に比べて、接合面の表面積が大幅に増える。したがって、これらの透明基材同士の接合に、例えば接着強度の高い特殊な接着剤を用いなくても、透明基材同士の接着強度を高くすることができる。その結果、接合面の面積が小さい場合でも、透明基材同士を高い接着強度で接合することができる。 By forming the uneven portion on the joint surface in this way, the surface area of the joint surface is significantly increased compared to the case where the joint surface is a mirror surface. Therefore, the bonding strength between the transparent substrates can be increased without using, for example, a special adhesive having a high bonding strength for joining these transparent substrates. As a result, even when the area of the bonding surface is small, the transparent substrates can be bonded with high adhesive strength.
また、上記光学デバイスにおいては、透明基材同士の接合面を介してシースルーで外界像を観察することが可能であるが、外界像の観察光路中に存在する接合面に凹凸部を設けると、凹凸部の界面で屈折率が変化し、その接合面を通して外界像を視認するのに支障が生じる。そのため、本来であれば、そのような接合面に接着強度を高めるための凹凸部を設ける構成は採用しがたい。しかし、上記の問題は、例えば、透明基材と接着剤との屈折率差を限りなく無くす(上記両部材の屈折率を限りなく合わせる)ことで解消することができるので、接合面に凹凸部を設ける構成を採用することができる。 Moreover, in the optical device, it is possible to observe the outside world image with see-through through the joining surface between the transparent base materials, but when the uneven portion is provided on the joining surface existing in the observation optical path of the outside world image, The refractive index changes at the interface of the concavo-convex portion, which hinders visual recognition of the external image through the joint surface. Therefore, it is difficult to adopt a configuration in which an uneven portion for increasing the adhesive strength is provided on such a joint surface. However, the above problem can be solved, for example, by eliminating the refractive index difference between the transparent substrate and the adhesive as much as possible (matching the refractive indexes of the two members as much as possible). The structure which provides can be employ | adopted.
ここで、上記光学素子は、ホログラムであってもよい。この場合、ホログラムが波長選択性を有していることにより、回折特性と透過特性とを併せ持つ光学デバイスを実現することができる。 Here, the optical element may be a hologram. In this case, since the hologram has wavelength selectivity, an optical device having both diffraction characteristics and transmission characteristics can be realized.
また、上記光学素子は、ハーフミラーコートであってもよい。この場合、ハーフミラーによる反射特性と透過特性とを併せ持つ光学デバイスを実現することができる。 The optical element may be a half mirror coat. In this case, an optical device having both reflection characteristics and transmission characteristics by a half mirror can be realized.
また、上記凹凸部は、上記接合面において上記光学素子が貼り付けられている領域以外の部位に形成されていることが望ましい。つまり、第1の透明基材の接合面において、光学素子が貼り付けられている領域を除く部位に凹凸部が形成されていることが望ましい。なお、第2の透明基材の接合面においては、どの部位に凹凸部が形成されてもよい(例えば光学素子と対向する領域に凹凸部が形成されてもよいし、上記対向領域以外の領域に凹凸部が形成されてもよい)。 Moreover, it is preferable that the uneven portion is formed in a portion other than the region where the optical element is attached on the bonding surface. That is, it is desirable that an uneven portion is formed on the bonding surface of the first transparent base material at a portion excluding the region where the optical element is attached. Note that, in the bonding surface of the second transparent base material, an uneven portion may be formed in any part (for example, an uneven portion may be formed in a region facing the optical element, or a region other than the facing region). An uneven portion may be formed on the surface).
この構成によれば、第1の透明基材および第2の透明基材を例えば接着剤で接合する場合に、光学素子以外の部分で接着剤による透明基材同士の接着強度を高くすることができるとともに、上記接着剤による光学素子への悪影響(光学素子の性能低下)を回避することができる。 According to this configuration, when the first transparent substrate and the second transparent substrate are bonded with, for example, an adhesive, the adhesive strength between the transparent substrates with the adhesive can be increased at a portion other than the optical element. In addition, it is possible to avoid an adverse effect on the optical element due to the adhesive (degradation of the performance of the optical element).
また、上記凹凸部は、上記接合面において上記光学素子と対向する領域以外の部位に形成されていることが望ましい。この場合、各透明基材の接合強度は、凹凸部の形成された領域、すなわち、光学素子以外の部分で確保されるので、光学素子に衝撃や荷重の負荷が加わるのを低減することができる。また、光学素子上に凹凸部が形成されると、凹凸部での光の拡散により、光学素子の光学性能が低下する場合があるが、上記構成では、光学素子上には凹凸部が形成されないので、光学素子の性能低下を回避することができる。 Further, it is desirable that the uneven portion is formed in a portion other than a region facing the optical element on the bonding surface. In this case, since the bonding strength of each transparent substrate is ensured in the region where the concavo-convex portion is formed, that is, in a portion other than the optical element, it is possible to reduce the impact or load of the optical element from being applied. . In addition, when the concavo-convex portion is formed on the optical element, the optical performance of the optical element may deteriorate due to light diffusion in the concavo-convex portion. However, in the above configuration, the concavo-convex portion is not formed on the optical element. Therefore, it is possible to avoid the performance degradation of the optical element.
また、上記接合面は、法線方向の異なる複数の面を含んでいる構成が望ましい。この構成の場合、透明基材同士を例えば接着剤で接合したときに、その接合面には複数の面間で異なる方向に接着剤の接着力が働く。これにより、透明基材同士の接着強度をさらに高くすることができる。 In addition, it is desirable that the joining surface includes a plurality of surfaces having different normal directions. In the case of this configuration, when the transparent base materials are joined together with, for example, an adhesive, the adhesive force of the adhesive acts on the joint surfaces in different directions between the plurality of surfaces. Thereby, the adhesive strength of transparent base materials can be made still higher.
また、上記凹凸部が形成されている領域の面積は、上記凹凸部が形成されている透明基材における接合面全体の面積の10%以上であることが望ましい。この場合、透明基材同士の高い接着強度を最低限確保することができる。 Moreover, it is desirable that the area of the region where the concavo-convex part is formed is 10% or more of the entire area of the joint surface in the transparent substrate on which the concavo-convex part is formed. In this case, high adhesive strength between the transparent substrates can be ensured at a minimum.
また、上記光学素子が貼り付けられている領域の面積は、上記光学素子が貼り付けられている透明基材における接合面全体の面積の90%以下であることが望ましい。この場合、接合面のうちで光学素子が貼り付けられている領域以外の部位が確実に残るので、その部位で透明基材同士の高い接着強度を確保することができる。 The area of the region where the optical element is attached is desirably 90% or less of the entire area of the bonding surface of the transparent substrate to which the optical element is attached. In this case, since the part other than the region where the optical element is attached is surely left in the bonding surface, high adhesive strength between the transparent substrates can be secured at the part.
また、上記凹凸部は、梨地状に形成されている構成が望ましい。この場合、凹凸部が例えばストライプ状に形成される場合に比べて、凹凸部の表面積を確実に増やして、透明基材同士の接着強度を確実に高めることができる。 Moreover, the said uneven | corrugated | grooved part has the desirable structure formed in the satin shape. In this case, compared with the case where the uneven portions are formed in, for example, a stripe shape, the surface area of the uneven portions can be reliably increased, and the adhesive strength between the transparent substrates can be reliably increased.
また、上記各透明基材は、上記接合面において接着剤を介して接合されている構成が望ましい。この構成により、透明基材同士の接合面に気泡を混入させることなく、透明基材同士を接合することができる。 Moreover, the said each transparent base material has the desirable structure joined via the adhesive agent in the said joint surface. With this configuration, the transparent substrates can be bonded to each other without mixing bubbles on the bonding surfaces of the transparent substrates.
このとき、上記接着剤は、紫外線硬化型接着剤であることが望ましい。紫外線硬化型接着剤は収縮率が小さいので、透明基材や光学素子の変形やダメージを極力抑えることができる。また、熱硬化型接着剤のように硬化時に熱を必要としないので、透明基材が例えばプラスチックからなる場合には特に有利である(熱による基材の変形を抑制できる)。さらに、紫外線硬化型接着剤は溶媒を含まないので、光学素子に与える悪影響が小さい。 At this time, the adhesive is preferably an ultraviolet curable adhesive. Since the ultraviolet curable adhesive has a small shrinkage rate, deformation and damage of the transparent substrate and the optical element can be suppressed as much as possible. Moreover, since heat is not required at the time of curing unlike a thermosetting adhesive, it is particularly advantageous when the transparent base material is made of, for example, plastic (deformation of the base material due to heat can be suppressed). Furthermore, since the ultraviolet curable adhesive does not contain a solvent, the adverse effect on the optical element is small.
ここで、上記接合面に上記凹凸部が形成されている透明基材の屈折率と上記接着剤の屈折率との差が、0.02以下であることが望ましい。この場合、上記透明基材と接着剤との界面での屈折率の変化をほとんど無くすことができる。この結果、接合面を介してシースルーで外界像を観察する場合に、外界像に歪みが生じるのを抑えることができ、良好なシースルー性を確保することができる。 Here, it is desirable that the difference between the refractive index of the transparent base material on which the uneven portions are formed on the joint surface and the refractive index of the adhesive is 0.02 or less. In this case, almost no change in the refractive index at the interface between the transparent substrate and the adhesive can be eliminated. As a result, when an external image is observed through the joint surface with see-through, it is possible to suppress distortion of the external image and to ensure good see-through performance.
また、上記各透明基材、上記光学素子および上記接着剤が全て、アクリル系材料で構成されていることが望ましい。この構成の場合、各透明基材、光学素子および接着剤の密着性を高めることができる。 In addition, it is desirable that each of the transparent substrates, the optical element, and the adhesive is made of an acrylic material. In the case of this structure, the adhesiveness of each transparent base material, an optical element, and an adhesive agent can be improved.
本発明の光学デバイスは、複数の透明基材の接合面を介して外界像がシースルーで観察される光学デバイスであって、上記接合面には、表面が凹凸状の凹凸部が形成されていることを特徴としている。 The optical device of the present invention is an optical device in which an external image is observed through through the joint surfaces of a plurality of transparent base materials, and the joint surface has an uneven portion with an uneven surface. It is characterized by that.
上記の構成によれば、複数の透明基材の接合面には、凹凸部が形成されている。この凹凸部は、表面の凹凸が例えば梨地状に形成されたものであってもよいし、ストライプ状に形成されたものであってもよいし、同心円状に形成されたものであってもよい。また、凸部が点在することによって上記の凹凸部が形成されていてもよい。また、凹凸部は、各透明基材の接合面に形成されてもよいし、一方の透明基材の接合面に形成されてもよい。さらに、凹凸部は、接合面の全面に形成されてもよいし、接合面の一部に形成されてもよい。 According to said structure, the uneven | corrugated | grooved part is formed in the joint surface of a some transparent base material. The uneven portions may have surface irregularities formed, for example, in a matte shape, may be formed in a stripe shape, or may be formed in a concentric shape. . Moreover, said uneven | corrugated | grooved part may be formed by the convex part being scattered. Moreover, an uneven | corrugated | grooved part may be formed in the joint surface of each transparent base material, and may be formed in the joint surface of one transparent base material. Furthermore, the concavo-convex portion may be formed on the entire bonding surface, or may be formed on a part of the bonding surface.
このように接合面に凹凸部が形成されていることにより、接合面が鏡面である場合に比べて、接合面の表面積が大幅に増える。したがって、これらの透明基材同士の接合に、例えば接着強度の高い特殊な接着剤を用いなくても、透明基材同士の接着強度を高くすることができる。その結果、接合面の面積が小さい場合でも、透明基材同士を高い接着強度で接合することができる。 By forming the uneven portion on the joint surface in this way, the surface area of the joint surface is significantly increased compared to the case where the joint surface is a mirror surface. Therefore, the bonding strength between the transparent substrates can be increased without using, for example, a special adhesive having a high bonding strength for joining these transparent substrates. As a result, even when the area of the bonding surface is small, the transparent substrates can be bonded with high adhesive strength.
また、上記光学デバイスにおいては、透明基材同士の接合面を介してシースルーで外界像を観察することが可能であるが、外界像の観察光路中に存在する接合面に凹凸部を設けると、凹凸部の界面で屈折率が変化し、その接合面を通して外界像を視認するのに支障が生じる。そのため、本来であれば、そのような接合面に接着強度を高めるための凹凸部を設ける構成は採用しがたい。しかし、上記の問題は、例えば、透明基材と接着剤との屈折率差を限りなく無くす(上記両部材の屈折率を限りなく合わせる)ことで解消することができるので、接合面に凹凸部を設ける構成を採用することができる。 Moreover, in the optical device, it is possible to observe the outside world image with see-through through the joining surface between the transparent base materials, but when the uneven portion is provided on the joining surface existing in the observation optical path of the outside world image, The refractive index changes at the interface of the concavo-convex portion, which hinders visual recognition of the external image through the joint surface. Therefore, it is difficult to adopt a configuration in which an uneven portion for increasing the adhesive strength is provided on such a joint surface. However, the above problem can be solved, for example, by eliminating the refractive index difference between the transparent substrate and the adhesive as much as possible (matching the refractive indexes of the two members as much as possible). The structure which provides can be employ | adopted.
また、接合面に凹凸部を形成することで、接着剤による透明基材同士の接着強度を高くすることができるので、透明基材同士の接着に、接着強度の高い特殊な接着剤を用いなくても済む。したがって、透明基材同士の接着に、例えば複数の透明基材の接合面に光学素子を配置した光学デバイスに用いられる接着剤を用いることもでき、上記接着剤の適用範囲を広げることができる。 In addition, since the adhesive strength between the transparent base materials by the adhesive can be increased by forming the concavo-convex portion on the joining surface, a special adhesive having a high adhesive strength is not used for the adhesion between the transparent base materials. You can do it. Therefore, the adhesive used for the optical device which has arrange | positioned the optical element to the bonding surface of a some transparent base material can also be used for adhesion | attachment of transparent base materials, for example, and the application range of the said adhesive agent can be expanded.
本発明の映像表示装置は、上述した本発明の光学デバイスと、映像を表示して上記光学デバイスに提供する映像表示素子とを備えていることを特徴としている。この構成により、観察者は、映像表示素子から提供される映像を光学デバイスを介して観察することができるのと同時に、光学デバイスを介してシースルーで外界像を観察することもできる。 An image display apparatus according to the present invention includes the above-described optical device according to the present invention and an image display element that displays an image and provides the image to the optical device. With this configuration, the observer can observe the image provided from the image display element through the optical device, and at the same time, can also observe the outside world image through the optical device.
このとき、上記光学デバイスの光学素子は、体積位相型の反射型ホログラムであることが望ましい。この場合、映像表示素子から提供される映像光を上記ホログラムにて観察者の方向に反射させることにより、観察者に虚像を観察させることができる。しかも、体積位相型の反射型ホログラムは、外界像の光の透過率が高いので、観察者は外界像を明瞭に観察することができる。 At this time, it is desirable that the optical element of the optical device is a volume phase type reflection hologram. In this case, by reflecting the image light provided from the image display element in the direction of the observer with the hologram, the observer can observe a virtual image. Moreover, since the volume phase reflection hologram has a high light transmittance of the external image, the observer can clearly observe the external image.
また、上記光学デバイスの光学素子は、上記映像表示素子から提供される映像と外界像とを同時に観察者の目に導くコンバイナであってもよい。この場合、観察者は、上記光学素子を介して、映像表示素子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, the optical element of the optical device may be a combiner that simultaneously guides an image provided from the image display element and an external image to the eyes of an observer. In this case, the observer can simultaneously observe the image provided from the image display element and the external image via the optical element.
また、上記光学デバイスは、上記映像表示素子に表示される映像を拡大して観察者の目に虚像として導く接眼光学系を構成していてもよい。この場合、観察者は、映像表示素子に表示される映像を虚像として十分に視認することができる。また、接眼光学系は、映像表示素子の表示映像を拡大虚像として観察者に提供するので、接眼光学系を構成する光学デバイスの小型化、軽量化が可能となり、映像表示装置の小型化、軽量化が可能となる。 The optical device may constitute an eyepiece optical system that enlarges an image displayed on the image display element and guides the image as a virtual image to an observer. In this case, the observer can sufficiently visually recognize the video displayed on the video display element as a virtual image. In addition, the eyepiece optical system provides the viewer with the display image of the image display element as an enlarged virtual image, so the optical device constituting the eyepiece optical system can be made smaller and lighter, and the image display device can be made smaller and lighter. Can be realized.
また、上記接眼光学系は、非軸対称な(正の)光学パワーを有していることが望ましい。この場合、接眼光学系を小型にしても、良好に収差補正された映像を観察者に提供することができる。 The eyepiece optical system preferably has non-axisymmetric (positive) optical power. In this case, even if the eyepiece optical system is downsized, it is possible to provide an observer with an image that has been favorably corrected for aberrations.
また、上記光学デバイスの透明基材は、上記映像表示素子から提供される映像の光を内部で全反射させて上記光学素子に導く構成が望ましい。この構成によれば、映像表示素子から提供される映像光を無駄なく利用して、観察者に明るい映像を提供することができる。また、映像表示素子を光学デバイスから離れた位置に配置することも可能となり、観察者の外界に対する視野を広く確保することができる。 The transparent base material of the optical device preferably has a configuration in which video light provided from the video display element is totally reflected inside and guided to the optical element. According to this configuration, it is possible to provide a bright image to the observer by using the image light provided from the image display element without waste. In addition, it is possible to dispose the image display element at a position away from the optical device, and a wide field of view of the observer with respect to the outside world can be secured.
また、上記光学デバイスの光学素子の透過率は、10%以上であることが望ましい。この場合、観察者は、光学素子を介しても外界像をシースルーで十分に観察することができる。 The transmittance of the optical element of the optical device is preferably 10% or more. In this case, the observer can sufficiently observe the external image through the see-through even through the optical element.
本発明のヘッドマウントディスプレイは、上述した映像表示装置と、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備えていることを特徴としている。この構成によれば、映像表示装置が支持手段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、外界像および映像表示素子での表示映像を虚像として観察しながら、空いた手で所望の作業を行うことができる。また、観察者の観察方向が一方向に定まるので、観察者は暗環境でも表示映像を探しやすいという利点もある。 A head-mounted display according to the present invention includes the above-described video display device and support means for supporting the video display device in front of an observer's eyes. According to this configuration, since the video display device is supported in front of the observer's eyes by the support means, the observer becomes hands-free and vacant while observing the external image and the display image on the video display element as a virtual image. A desired operation can be performed by hand. In addition, since the observation direction of the observer is determined in one direction, there is an advantage that the observer can easily search for a display image even in a dark environment.
本発明によれば、透明基材の接合面に凹凸部が形成されていることにより、接合面が鏡面である場合に比べて、接合面の表面積が大幅に増える。したがって、これらの透明基材同士の接合に、例えば接着強度の高い特殊な接着剤を用いなくても、透明基材同士の接着強度を高くすることができる。その結果、接合面の面積が小さい場合でも、透明基材同士を高い接着強度で接合することができる。 According to the present invention, since the uneven portion is formed on the joint surface of the transparent substrate, the surface area of the joint surface is significantly increased as compared to the case where the joint surface is a mirror surface. Therefore, the bonding strength between the transparent substrates can be increased without using, for example, a special adhesive having a high bonding strength for joining these transparent substrates. As a result, even when the area of the bonding surface is small, the transparent substrates can be bonded with high adhesive strength.
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。
図2(a)は、本実施形態に係るヘッドマウントディスプレイ(以下、HMDと略称する)の概略の構成を示す平面図であり、図2(b)は、HMDの側面図であり、図2(c)は、HMDの正面図である。HMDは、映像表示装置1と、それを支持する支持手段2とを有しており、全体として、一般の眼鏡から一方(例えば左目用)のレンズを取り除いたような外観となっている。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
2A is a plan view showing a schematic configuration of a head mounted display (hereinafter abbreviated as HMD) according to the present embodiment, and FIG. 2B is a side view of the HMD. (C) is a front view of HMD. The HMD has an
映像表示装置1は、観察者に外界像をシースルーで観察させるとともに、映像を表示して観察者にそれを虚像として提供するものである。図2(c)で示す映像表示装置1において、眼鏡の右目用レンズに相当する部分は、後述する2つの透明基材22・23(図4参照)の貼り合わせによって構成されている。なお、映像表示装置1の詳細な構成については後述する。
The
支持手段2は、映像表示装置1を観察者の眼前(例えば右目の前)で支持するものであり、ブリッジ3と、フレーム4と、テンプル5と、鼻当て6と、ケーブル7とを有している。なお、フレーム4、テンプル5および鼻当て6は、左右一対設けられているが、これらを左右で区別する場合は、右フレーム4R、左フレーム4L、右テンプル5R、左テンプル5L、右鼻当て6R、左鼻当て6Lのように表現するものとする。
The
映像表示装置1の一端は、ブリッジ3に支持されている。このブリッジ3は、映像表示装置1のほかにも左フレーム4Lおよび鼻当て6を支持している。左フレーム4Lは、左テンプル5Lを回動可能に支持している。一方、映像表示装置1の他端は、右フレーム4Rに支持されている。右フレーム4Rにおいて映像表示装置1の支持側とは反対側端部は、右テンプル5Rを回動可能に支持している。ケーブル7は、外部信号(例えば映像信号、制御信号)や電力を映像表示装置1に供給するための配線であり、右フレーム4Rおよび右テンプル5Rに沿って設けられている。
One end of the
観察者がHMDを使用するときは、右テンプル5Rおよび左テンプル5Lを観察者の右側頭部および左側頭部に接触させるとともに、鼻当て6を観察者の鼻に当て、一般の眼鏡をかけるようにHMDを観察者の頭部に装着する。この状態で、映像表示装置1にて映像を表示すると、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とともに、この映像表示装置1を介して外界像をシースルーで観察することができる。
When the observer uses the HMD, the
なお、HMDは、映像表示装置1を1個だけ備えたものには限られない。例えば、図3(a)は、HMDの他の構成を示す平面図であり、図3(b)は、上記HMDの側面図であり、図3(c)は、上記HMDの正面図である。これらの図に示すように、HMDは、観察者の両目の前に配置される2個の映像表示装置1を備えた構成であってもよい。この場合、左目の前に配置される映像表示装置1は、ブリッジ3と左フレーム4Lとによってその間で支持される。また、ケーブル7は、両方の映像表示装置1と接続され、ケーブル7を介して外部信号等が両方の映像表示装置1に供給される。
The HMD is not limited to the one provided with only one
次に、上述した映像表示装置1の詳細について説明する。
図4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、映像表示素子11と、接眼光学系21とで構成されている。
Next, details of the above-described
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the
映像表示素子11は、光源12と、一方向拡散板13と、集光レンズ14と、LCD15とを有している。なお、光源12と、一方向拡散板13と、集光レンズ14とで、LCD15を照明する照明光学系が構成されている。
The
光源12は、中心波長が例えば465nm、520nm、635nm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。なお、光源12は、白色光を発する白色光源であっても構わない。
The
一方向拡散板13は、光源12からの照明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13は、HMDを観察者が装着したときの左右方向に対応する方向(図4の紙面に垂直な方向)には、入射光を約40゜拡散させ、HMDを観察者が装着したときの上下方向(図4の紙面に平行な方向)には、入射光を約2゜拡散させる。
The
集光レンズ14は、一方向拡散板13にて拡散された光を集光するものである。集光レンズ14は、上記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。LCD15は、映像信号に基づいて入射光を変調することにより、映像を表示する表示手段である。
The condensing
一方、接眼光学系21は、2つの透明基材22・23と、光学素子24とを有している。この接眼光学系21は、透明基材22・23の接合面を介して外界像がシースルーで観察される光学デバイスを構成しているとともに、映像表示素子11に表示される映像を拡大して観察者の目に虚像として導く光学デバイスを構成している。また、接眼光学系21は、非軸対称な正の光学パワーを有しており、内部に入射した映像光が良好に収差補正される。
On the other hand, the eyepiece
透明基材22・23は、例えばアクリル系樹脂で構成されており、これらは接着剤25(例えば図1(a)参照)で接合されている。このときの透明基材22は、平行平板の下端部を下端に近くなるほど薄くして楔状にし、その上端部を上端に近くなるほど厚くした形状で構成されている。透明基材23は、平行平板の上端部を透明基材22の下端部に沿った形状とすることによって、透明基材22と一体となって略平行平板となるように構成されている。
The
例えば、透明基材22に透明基材23を接合させない場合、外界像の光が透明基材22の楔状の下端部を透過するときに屈折するので、透明基材22を介して観察される外界像に歪みが生じる。しかし、透明基材22に透明基材23を接合させて一体的な略平行平板を形成することで、外界像の光が透明基材22の楔状の下端部を透過するときの屈折を透明基材23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。
For example, when the
光学素子24は、特定の入射角で入射する例えば465±10nm、520±10nm、635±10nmの3つの波長帯域の光を回折させる体積位相型の反射型ホログラムで構成されている。光学素子24は、透明基材22の下端部の傾斜面に貼り付けられており、この結果、透明基材22・23で挟まれている。この光学素子24の透過率は、10%以上に設定されている。
The
ここで、体積位相型の反射型ホログラムは、例えば、フォトポリマーのような感光材料を透明基材22上に貼り付ける工程、これをレーザー光で露光する工程、紫外線照射による定着工程、ベイク処理工程、紫外線照射による接合工程などを経て形成される。なお、光学素子24としては、反射透過特性を有する光学フィルムを透明基材22に貼付したものであってもよいし、透明基材22の接合面に蒸着などにより無機材料をコートしたハーフミラーコートなどであってもよい。
Here, the volume phase type reflection hologram includes, for example, a process of attaching a photosensitive material such as a photopolymer on the
このような映像表示装置1の構成により、映像表示素子11の光源12から出射された光は、一方向拡散板13にて拡散され、集光レンズ14にて集光されてLCD15に入射する。LCD15に入射した光は、映像信号に基づいて変調され、映像光として出射される。このとき、LCD15には、その映像自体が表示される。
With such a configuration of the
LCD15からの映像光は、接眼光学系21の透明基材22の内部にその上端面から入射し、対向する2つの面で複数回全反射されて、光学素子24に入射する。光学素子24に入射した光は、反射されて光学瞳Eに達する。光学瞳Eの位置では、観察者は、LCD15に表示された映像の拡大虚像を観察することができる。光学瞳Eから虚像までの距離は数m程度であり、また、虚像の大きさはLCD15に表示された映像の10倍以上である。
The image light from the
一方、透明基材22・23および光学素子24は、外界からの光をほとんど全て透過させるので、観察者は外界像を観察することができる。したがって、LCD15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。以上のことから、光学素子24は、映像表示素子11から提供される映像と外界像とを同時に観察者の目に導くコンバイナとして機能していると言える。
On the other hand, since the
以上のように、映像表示装置1では、LCD15から出射される映像光を、透明基材22内での全反射によって光学素子24に導く構成としている。これにより、映像表示素子11を観察者の眼の直前から大きく離れた位置に配置することができ、観察者の外界に対する視野を広く確保することができる。また、通常の眼鏡レンズと同様に透明基板22・23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。
As described above, the
また、光学素子24は、上述したように特定入射角の特定波長の光のみを回折させるので、透明基材22・23および光学素子24を透過する外界像の光に影響を与えることがない。それゆえ、観察者は、透明基材22・23および光学素子24を介して外界像を通常通り観察することができる。また、光学素子24の透過率は、10%以上に設定されているので、観察者は透明基材22・23および光学素子24を介して外界像を十分に観察することができる。
Further, since the
次に、透明基材22・23の接合部について説明する。
図5(a)は、透明基材22(第1の透明基材)の平面図を示し、図5(b)は、透明基材22の正面図を示している。また、図5(c)は、透明基材23(第2の透明基材)の平面図を示し、図5(d)は、透明基材23の正面図を示している。さらに、図5(e)は、透明基材22・23を接合させた接眼光学系21の平面図を示している。
Next, the joint part of the
FIG. 5A shows a plan view of the transparent substrate 22 (first transparent substrate), and FIG. 5B shows a front view of the
透明基材22は、全体として略四角錐台の形状をしており、その上面および下面は、4つの側面で連結されている。この4つの側面は、図5(a)の平面図において、上面を中心として反時計回りに配置される面22a・22b・22c・22dで構成されている。これらの面22a・22b・22c・22dは、その法線方向が互いに異なっている。また、これらのうちの一側面(例えば面22d)には、上記上面よりも上方に突出する突出部22eが形成されている。また、光学素子24は、透明基材22の例えば面22bに貼り付けられている。
The
一方、透明基材23は、透明基材22が接合することで平行平板が形成されるような形状となっている。つまり、透明基材23は、平行平板から透明基材22の形状をくり抜いた形状をしている。ここで、透明基材23において、透明基材22と接合したときに、透明基材22の面22a・22b・22cと対向する面を、それぞれ23a・23b・23cと称することにする。これらの面23a・23b・23cは、その法線方向が互いに異なっている。
On the other hand, the
このように光学素子24を貼り付けた一方の透明基材22に他方の透明基材23を、光学素子24を挟むように接着剤25(図1(b)参照)を介して接合することにより、図5(e)に示すように、接眼光学系21が形成される。この接眼光学系21は、平面視で眼鏡のレンズのような形状をしている。この接眼光学系21を用いることにより、透明基材22・23の接合面(面22a・22b・22c、面23a・23b・23c)を介して、シースルーで外界像を観察することが可能となる。
By joining the other
ここで、図1(a)は、接眼光学系21の一部の断面図であり、図1(b)は、接眼光学系21の他の部分の断面図である。本実施形態では、透明基材22・23の接合面に、表面が凹凸状の凹凸部31・32がそれぞれ形成されている。より詳細には、図1(a)に示すように、凹凸部31は、透明基材22の接合面のうち、光学素子24が貼り付けられる面22bを除く面22a・22cに形成されている。また、凹凸部32は、透明基材23の接合面のうち、光学素子24が貼り付けられる面22bと対向する面23bを除く面23a・23cに形成されている。一方、図1(b)に示すように、透明基材22の面22bおよび透明基材23の面23bは、鏡面となっている。
Here, FIG. 1A is a cross-sectional view of a part of the eyepiece
凹凸部31・32は、本実施形態では平面視で梨地状に形成されている。この凹凸部31・32は、例えば透明基材22・23の金型による成形時にこれと同時に形成される。なお、表面が凹凸状であれば、凹凸部31・32はどのような形状で形成されてもよい。したがって、凹凸部31・32としては、梨地状以外にも、例えばストライプ状、格子状、同心円状、凸部が点在した形状など、様々な形態を想定することができる。
In this embodiment, the
このように、透明基材22・23の接合面に凹凸部31・32が形成されていることにより、接合面が鏡面である場合に比べて、接合面の表面積が大幅に増える。したがって、接着剤25として、例えば接着強度の高い特殊な接着剤を用いなくても、透明基材22・23同士の接着強度を高くすることができる。特に、本実施形態のようなHMDでは、光学素子24および透明基材22・23が非常に小型であり、その接合面積が小さいが、そのような場合であっても、透明基材22・23同士を高い接着強度で接合することができる。
As described above, since the
また、透明基材22・23の対向する接合面のうちの一方に凹凸部31または凹凸部32が形成され、他方は鏡面のままであってもよいが、本実施形態のように、透明基材22・23の対向する接合面の両方(面22aと面23a、面22cと面23c)に凹凸部31または凹凸部32が形成されることで、接着剤25による透明基材22・23同士の接合強度を確実に高くすることができる。
Further, the concave /
また、凹凸部31・32は、透明基材22・23の接合面のうちで光学素子24が貼り付けられている領域以外の部位に形成されているので、光学素子24以外の部分で接着剤25による透明基材22・23同士の接着強度を高くする一方で、接着剤25による光学素子24への悪影響(屈折率変化などの光学素子の性能低下)を回避することができる。
Moreover, since the uneven | corrugated |
また、本実施形態では、透明基材23に形成される凹凸部32は、透明基材22との接合面のうちで透明基材22上の光学素子24と対向する領域以外の部位に形成されている。すなわち、光学素子24が貼付された透明基材22の面22bと対向する面23bにおいて、光学素子24と対向する領域には、凹凸部32は形成されていない。
Moreover, in this embodiment, the uneven | corrugated |
このような構成により、透明基材22・23の接合強度は、光学素子24以外の部分で確保される。その結果、光学素子24に衝撃や荷重の負荷が加わるのを低減することができる。また、凹凸部32は、光を拡散させる性質があり、光学素子24上に凹凸部32が形成されると、光学素子24の光学性能をフルに発揮させることができない場合がある。しかし、本実施形態では、光学素子24上には凹凸部32が形成されていないので、光学素子24の性能低下を回避することができる。
With such a configuration, the bonding strength of the
ところで、本実施形態では、透明基材22において、凹凸部31は、面22a・22cにのみ形成されており、光学素子24が貼り付けられる面22bには形成されていないが、例えば図1(c)に示すように、面22bのうちで光学素子24が貼り付けられる領域以外の部位に形成されてもよい。この場合、面22a・22cにのみ凹凸部31を設ける場合に比べて、光学素子24以外の部位でさらに接着剤25による透明基材22・23同士の接着強度を高めることができる。また、この構成に加えて、図1(d)に示すように、透明基材23の面23bにおいても、光学素子24との対向領域以外の部位に凹凸部32を形成すれば、透明基材22・23間の接合強度を一層高めることができる。
By the way, in this embodiment, in the
また、図1(e)に示すように、図1(c)の構成に加えて、透明基材23の面23bの全体に凹凸部32を形成してもよい。この場合、透明基材22・23間の接合強度をより一層高めることができる。なお、この構成では、光学素子24上に凹凸部32が存在するので、上述したように光学素子24の光学性能の低下が懸念されるが、凹凸部32および光学素子24上の接着剤25の屈折率差を小さくすれば、凹凸部32の界面での屈折率変化をほとんど無くすことができる。したがって、このような措置を講ずれば、光学素子24の性能低下を抑えることができると考えられる。
Moreover, as shown in FIG.1 (e), you may form the uneven | corrugated |
以上のことから、結局、凹凸部31は、透明基材22において、接合面全体のうちで光学素子24が貼り付けられる領域以外の部位に形成されればよく、凹凸部32は、透明基材23の接合面のどこに形成されてもよいと言える。また、凹凸部(凹凸部31・32)は、透明基材22・23の全接合面の一部に形成されているとも言える。
From the above, as a result, the concavo-
また、本実施形態では、透明基材22の接合面は、法線方向の異なる複数の面(面22a・22b・22c)を含んでおり、透明基材23の接合面は、法線方向の異なる複数の面(面23a・23b・23c)を含んでいる。これにより、透明基材22の面22a・22b・22cには、互いに異なる方向に接着剤25の接着力が働く。また、透明基材23においても同様に、面23a・23b・23cには、互いに異なる方向に接着剤25の接着力が働く。その結果、透明基材22・23同士の接着強度をさらに高めて、破壊に対してより強くすることができる。
Moreover, in this embodiment, the joint surface of the
また、このように透明基材22・23の接合面が、法線方向の異なる複数の面を含んでいる場合、本実施形態のように、光学素子24が貼付された面22bとは法線方向の異なる面(例えば面22a・22cまたは面23a・23c)に凹凸部31・32を設けるようにすれば、透明基材22・23の接合強度を飛躍的に高めることが可能である。
Moreover, when the joint surface of the
また、透明基材22の接合面(面22a・22b・22c)において凹凸部31が形成されている領域の面積は、透明基材22の接合面全体の面積の10%以上であることが望ましい。同様に、透明基材23の接合面(面23a・23b・23c)において凹凸部32が形成されている領域の面積は、透明基材23の接合面全体の面積の10%以上であることが望ましい。
Moreover, it is desirable that the area of the region where the
凹凸部31・32の形成領域の面積が各々の透明基材22・23における接合面全体の面積の10%未満であると、面積が少なすぎることによって凹凸部31・32の形成による接合力向上の効果が小さい。しかし、凹凸部31・32の形成領域の面積が接合面全体の面積の10%以上であれば、透明基材22・23同士の高い接着強度を最低限確保することができる。
When the area of the formation area of the concavo-
また、透明基材22の接合面において光学素子24が貼り付けられている領域の面積は、透明基材22の接合面全体の面積の90%以下であることが望ましい。接着剤25として、光学素子24を劣化させないような接着剤を選択すると、一般的に接着力が弱くなるので、光学素子24の貼付領域以外で接着強度を確保することが望ましい。このためには、光学素子24が貼付されている領域の面積を、接合面全体の面積の90%以下とする、つまり、接合面のうちで光学素子24が貼り付けられている領域以外の部位を接合面全体の面積の10%以上確保することが望ましい。
In addition, the area of the region where the
また、本実施形態では、透明基材22・23の接合に用いる接着剤25として、紫外線硬化型接着剤を用いている。一般的に、紫外線硬化型接着剤は、溶剤を含まず、収縮率が小さい接着剤であるので、光学素子24に与えるダメージが非常に小さい。また、紫外線硬化型接着剤は、熱硬化型接着剤のように硬化時に熱を必要としないので、透明基材22・23が例えばプラスチックからなる場合には特に有利である。
In this embodiment, an ultraviolet curable adhesive is used as the adhesive 25 used for joining the
また、本実施形態のように、透明基材22・23を接着剤25で接合する場合、透明基材22・23の屈折率と接着剤25の屈折率との差が、0.02以下であることが望ましい。このような条件を満足する透明基材22・23と接着剤25との組み合わせとしては、例えば、三菱レイヨン製のアクリペット(屈折率1.49)と東亞合成社のLCR0628A(屈折率1.50)とがある。
Moreover, when the
一般に、接合面に凹凸部31・32を形成すると、その凹凸部31・32で光線が拡散し、接合面を通して外界像を視認する際に支障が生じる。しかし、透明基材22・23の屈折率と接着剤25の屈折率との差を0.02以下として、接合に使用する接着剤25の屈折率を、凹凸部31・32を設けた透明基材22・23の屈折率と限りなく近づけることにより、接着剤25と透明基材22・23との界面での光の屈折・散乱が少なくなり、観察者は上記接合部を通して外界像を問題なく視認することが可能となる。
In general, when the concave and
ところで、透明基材22・23としては、透明性・成型性に優れたアクリル系の材料を用い、ホログラムからなる光学素子24としては、優れた屈折率変化を示すアクリル系材料(アクリレート誘導体)からなるフォトポリマーを用いることが望ましい。そこで、このような材料で透明基材22・23および光学素子24を構成して光学デバイスを作製する場合、透明基材22・23を接合する接着剤25には、アクリル系の材料(アクリレート誘導体)を用いることが望ましい。
By the way, as the
より具体的には、透明基材22・23の材料としては、例えばメタクリル樹脂を含むもの(例えば三菱レイヨン製のアクリペット、旭化成社のデルペット)を用いることができる。また、光学素子24の材料(感光材料)としては、例えばポリメチルメタクリレート、フェノキシエチルアクリレート、クロロフェニルアクリレートを含むもの(例えばDuPont社のOmniDex)を用いることができる。この場合、接着剤25としては、例えばアクリル変性オリゴマーを含むもの(例えば東亞合成社のLCR0628A)、テトラヒドロフルヒルメタクリレートを含むもの(例えばNorland Optical社のNOA68)、テトラヒドロフルヒルメタクリレート、置換エチルアクリレート、置換ウレタンアクリレートを含むもの(例えばNorland Optical社のNOA76)を用いることができる。
More specifically, as the material of the
一般的に、材料の密着性(接着力)は、異種材料同士よりも同種の材料同士のほうが強い。したがって、光学素子24(感光材料)および透明基材22・23ともにアクリル系の材料を用いる場合には、接着剤25もアクリル系の材料を用いる方が、必然的にこれらをより強力に接合することが可能となる。
Generally, the same kind of material is stronger than the dissimilar material in terms of adhesion (adhesive force) of the material. Therefore, in the case where an acrylic material is used for both the optical element 24 (photosensitive material) and the
ところで、本実施形態では、各透明基材22・23の接合面が法線方向の異なる複数の面(面22a・22b・22c、面23a・23b・23c)を含んでいる構成について説明したが、上記接合面は1面のみであってもよい。
By the way, in this embodiment, although the joint surface of each
例えば、図6(a)は、透明基材22の他の構成例を示す平面図であり、図6(b)は、透明基材23の他の構成例を示す平面図であり、図6(c)は、透明基材22・23を接合させた接眼光学系21の他の構成例を示す平面図である。透明基材22の接合面は、面22fの1面だけであり、透明基材23の接合面は、面23fの1面だけである。そして、透明基材22・23は、面22fと面23fとが対向するように接着剤を介して接合され、これによって接眼光学系21が構成されている。
For example, FIG. 6A is a plan view showing another configuration example of the
このように接合面が透明基材22・23のそれぞれにおいて1つのみとする構成では、図6(a)(b)に示すように、光学素子24が貼り付けられる透明基材22の面22fを鏡面とし、透明基材23の面23fにおいて、光学素子24と対向する部位を含む領域23f1を鏡面とする一方、面23fの残余の領域23f2(領域23f1を除く領域)に凹凸部32を形成してもよい。
As described above, in the configuration in which there is only one bonding surface in each of the
また、図示はしないが、透明基材22の面22fにおいて、光学素子24が設けられていない領域に凹凸部31を形成し、透明基材23の面23fの全体に凹凸部32を形成してもよい。その他、図1(a)ないし図1(e)に基づいて説明した接眼光学系21の構成を図6(c)の接眼光学系21に適用してもよい。このように接合面を1つのみ有する構成でも、その接合面に凹凸部31・32を設けることにより、本発明の効果が得られるのは勿論のことである。
Further, although not shown in the figure, on the
また、本実施形態では、透明基材22・23の接合面に光学素子24を配置する構成について説明したが、上記接合面に凹凸部31・32を設ける構成は、上記接合面に光学素子24を配置せずに単に透明基材22・23同士を接着剤で接合する構成にも勿論適用することができる。例えば、材料の異なる2つの透明基材同士を接着剤で接合した複合レンズにも本発明を適用することができる。この場合、上記の複合レンズは、複数の透明基材の接合面を介して外界像がシースルーで観察される光学デバイスであって、上記接合面に、表面が凹凸状の凹凸部が形成された光学デバイスであると表現することができる。
Moreover, although this embodiment demonstrated the structure which arrange | positions the
このような複合レンズであっても、複数の透明基材の接合面に凹凸部を形成することにより、接合面が鏡面である場合に比べて、接合面の表面積が大幅に増えるので、接合面の面積が小さい場合でも、接着強度の高い特殊な接着剤を用いることなく、透明基材同士を高い接着強度で接合することができるなど、本実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、透明基材同士の接合に接着強度の高い特殊な接着剤を用いなくても済むので、例えば本実施形態の光学デバイスに用いられる接着剤25を用いて上記透明基材同士を接着することも可能となり、接着剤25の適用範囲を広げることもできる。 Even in such a compound lens, the surface area of the joint surface is greatly increased by forming the concavo-convex portion on the joint surface of a plurality of transparent base materials, compared to the case where the joint surface is a mirror surface. Even when the area is small, it is possible to obtain the same effect as that of the present embodiment, such that the transparent substrates can be bonded with high adhesive strength without using a special adhesive having high adhesive strength. Furthermore, since it is not necessary to use a special adhesive having a high adhesive strength for joining the transparent substrates, for example, the transparent substrates are bonded to each other using the adhesive 25 used in the optical device of the present embodiment. The application range of the adhesive 25 can also be expanded.
なお、本実施形態では、透明基材22・23の接合面は、平面である場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、例えば曲面であってもよい。
In addition, although this embodiment demonstrated the case where the joint surface of
なお、本実施形態では、映像表示装置1をHMDに適用した例について説明したが、例えばヘッドアップディスプレイに適用することも可能である。
In the present embodiment, the example in which the
なお、本実施形態では、透明基材22・23として、平板上のものを用いているが、曲率を有するものであってもよい。この場合、接眼光学系21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。
In the present embodiment, as the
1 映像表示装置
2 支持手段
11 映像表示素子
21 接眼光学系(光学デバイス)
22 透明基材
22a 面(接合面)
22b 面(接合面)
22c 面(接合面)
23 透明基材
23a 面(接合面)
23b 面(接合面)
23c 面(接合面)
24 光学素子
25 接着剤
31 凹凸部
32 凹凸部
DESCRIPTION OF
22
22b surface (joint surface)
22c surface (joint surface)
23
23b surface (joint surface)
23c surface (joint surface)
24
Claims (22)
上記接合面には、表面が凹凸状の凹凸部が形成されていることを特徴とする光学デバイス。 An optical device in which an optical element is bonded to one transparent substrate and the other transparent substrate so as to sandwich the optical element, and an external image is observed through the bonding surface,
An optical device, wherein an uneven portion having an uneven surface is formed on the bonding surface.
上記接合面には、表面が凹凸状の凹凸部が形成されていることを特徴とする光学デバイス。 An optical device in which an external image is seen through through the joint surfaces of a plurality of transparent substrates,
An optical device, wherein an uneven portion having an uneven surface is formed on the bonding surface.
映像を表示して上記光学デバイスに提供する映像表示素子とを備えていることを特徴とする映像表示装置。 An optical device according to any one of claims 1 to 13,
An image display device comprising: an image display element for displaying an image and providing the image to the optical device.
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備え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 15 to 21,
A head-mounted display comprising: support means for supporting the video display device in front of an observer's eyes.
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- 2004-12-03 JP JP2004351664A patent/JP2006162792A/en active Pending
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