JP2012163659A - 虚像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フィルター50が投射光学系12から導光装置20までの間に配置され、透過光量の空間的な分布を変化させるので、投射光学系と導光装置20とによって形成される虚像としての画像が比較的大きな輝度斑を有するものであっても、その輝度斑を抑制した画像を観察者に対して表示することができる。これにより、虚像表示装置100によって表示される画像のサイズを大きくしつつ、表示される画像を高品位のものとすることができる。
【選択図】図2
Description
以下、図面を参照しつつ、本発明の第1実施形態に係る虚像表示装置について詳細に説明する。
図1に示す第1実施形態の虚像表示装置100は、眼鏡のような外観を有するヘッドマウントディスプレイであり、この虚像表示装置100を装着した観察者に対して虚像による画像光を認識させることができるとともに、観察者に外界像をシースルーで観察させることができる。虚像表示装置100は、観察者の眼前を覆う光学パネル110と、光学パネル110を支持するフレーム121と、フレーム121のヨロイからテンプルにかけての部分に付加された第1及び第2駆動部131,132とを備える。ここで、光学パネル110は、第1パネル部分111と第2パネル部分112とを有し、両パネル部分111,112は、中央で一体的に連結された板状の部品となっている。図面上で左側の第1パネル部分111と第1駆動部131とを組み合わせた第1表示装置100Aは、左眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。また、図面上で右側の第2パネル部分112と第2駆動部132とを組み合わせた第2表示装置100Bは、右眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。
図2(A)等に示すように、第1表示装置100Aは、画像形成装置10と、導光装置20と、フィルター50とを備える。ここで、画像形成装置10は、図1における第1駆動部131に相当し、導光装置20は、図1における第1パネル部分111に相当する。なお、図1に示す第2表示装置100Bは、第1表示装置100Aと同様の構造を有し左右を反転させただけであるので、第2表示装置100Bの詳細な説明は省略する。
なお、液晶表示デバイス32の有効サイズは、第1方向D1よりも第2方向D2に長い横長となっている。一方、投射光学系12の射出開口幅は、第2方向D2よりも第1方向D1に長い縦長となっている。
図4(A)は、液晶表示デバイス32の縦断面CS1に対応する第1方向D1の光路を説明する図である。第1方向D1に沿った縦断面すなわちYZ面(展開後のY'Z'面)において、液晶表示デバイス32から射出された画像光のうち、図中一点鎖線で示す表示領域32bの上端側(+Y側)から射出される成分を画像光GLaとし、図中二点差線で示す表示領域32bの下端側(−Y側)から射出される成分を画像光GLbとする。
図5は、第1表示装置100Aにおける具体的な光路を説明する断面図である。投射光学系12は、3つのレンズL1,L2,L3を有している。
以下、投射光学系12と導光装置20との間に配置されるフィルター50の機能について詳細に説明する。
図10は、図2(A)等に示す導光部材21に稜を除去するような端面21hを設けている理由を説明する拡大図である。導光部材21の稜121hに近い位置に入射した画像光GLは、第3反射面21cで反射された後に第1反射面21aで反射されるが、第1反射面21aでの反射後に第3反射面21cで再度反射されてしまう。このような再反射光としての不要光HLは、第3反射面21cでの反射によって元の画像光GLと平行でなくなってしまい想定外の光路に導かれるが、その一部が光射出部B3に導かれて光射出面OSから射出される可能性がある。つまり、稜121hで発生する不要光HLは、望まれないゴースト光GGとなるので、予め除去することが望ましい。このため、稜121hを除去して迷光阻止用の端面21hを設け、不要光HLの光路に制限を設けている。
以上説明した第1実施形態の虚像表示装置100では、光入射部B1の第3反射面21cで反射された画像光GLが導光部の第1及び第2反射面21a,21bで全反射されつつ伝搬され、光射出部B3の第4反射面21dで反射されて虚像として観察者の眼EYに入射する。この際、画像表示装置11の第1表示点P1を含む第1部分領域A10から射出される第1画像光GL11,GL12の導光部における反射回数と、画像表示装置11の第2表示点P2を含む第2部分領域A20から射出される第2画像光GL21,GL22の導光部B2における反射回数とが異なるので、光射出部B3から射出される画像光GLの射出角度の角度幅を広くとることができる。つまり、画像表示装置11における異なる部分領域A10,A20からの画像光GLを比較的広い視野角で取り込むことができるようになり、光射出部B3越しに観察される虚像の表示サイズを大きく確保することができる。このように、反射回数が異なる画像光GLを取り出す構造とすることにより、導光部B2をあまり厚くすることなく瞳を覆うように光射出部B3を大きくすることができるので、光射出部B3を瞳に近づけて瞳分割を行う必要がなくなり、アイリング径を大きく確保することができ、良好なシースルー観察も可能になる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の第2実施形態に係る虚像表示装置について詳細に説明する。なお、第2実施形態の虚像表示装置は、第1実施形態の虚像表示装置100を部分的に変更したものであり、特に説明しない部分は第1実施形態の虚像表示装置100と同様であるものとする。
以下、図面を参照しつつ、本発明の第3実施形態に係る虚像表示装置について詳細に説明する。なお、第3実施形態の虚像表示装置は、第1又は第2実施形態の虚像表示装置100を部分的に変更したものであり、特に説明しない部分は第1実施形態等の虚像表示装置100と同様であるものとする。
以下、図面を参照しつつ、本発明の第4実施形態に係る虚像表示装置について詳細に説明する。なお、第4実施形態の虚像表示装置は、第1又は第2実施形態の虚像表示装置100を部分的に変更したものであり、特に説明しない部分は第1実施形態の虚像表示装置100と同様であるものとする。
以下、図面を参照しつつ、本発明の第5実施形態に係る虚像表示装置について詳細に説明する。なお、第5実施形態の虚像表示装置は、第1又は第2実施形態の虚像表示装置100を部分的に変更したものであり、特に説明しない部分は第1実施形態等の虚像表示装置100と同様であるものとする。
本実施形態の場合、ミラー層25で反射される画像光GLは、光入射部B1においてフィルター550を往復することで輝度斑補正される。なお、ミラー層25自体の反射率分布を持たせることによっても、同様の輝度斑補正が可能になり、この場合、ミラー層25がフィルターとして機能している。
以下、図面を参照しつつ、本発明の第6実施形態に係る虚像表示装置について詳細に説明する。なお、第6実施形態の虚像表示装置は、第1又は第2実施形態の虚像表示装置100を部分的に変更したものであり、特に説明しない部分は第1実施形態等の虚像表示装置100と同様であるものとする。
本実施形態の場合、ハーフミラー層28で反射される画像光GLは、光射出部B3においてフィルター650を往復することで輝度斑補正される。なお、ハーフミラー層28自体の反射率分布を持たせることによっても、同様の輝度斑補正が可能になり、この場合、ハーフミラー層28がフィルターとして機能している。
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
Claims (11)
- 画像光を形成する画像表示装置と、
前記画像表示装置から射出された前記画像光を入射させる投射光学系と、
導光部と、前記導光部に前記画像光を入射させる光入射部と、前記導光部によって導かれた前記画像光を外部に射出させる光射出部とを有し、前記光射出部を介して前記画像光の観察を可能にする導光装置とを備え、
前記導光部は、互いに平行に配置され全反射による導光を可能にする第1反射面と第2反射面とを有し、
前記光入射部は、前記第1反射面に対して所定の角度をなす第3反射面を有し、
前記光射出部は、前記第1反射面に対して所定の角度をなす第4反射面を有し、
前記反射面を介して前記光射出部の前記第4反射面に接着される光透過面を有し、前記導光装置と組み合わせることによって透視部を構成する光透過部材をさらに備え、
前記投射光学系から前記導光装置までの間に配置され、通過光量の空間的な分布を変化させるフィルターと、
を備える虚像表示装置。 - 前記フィルターは、吸収によって減光を行うNDフィルターである、請求項1に記載の虚像表示装置。
- 前記フィルターは、光透過性の基板上に金属反射膜を形成したフィルターである、請求項1に記載の虚像表示装置。
- 前記フィルターは、透過部と遮光部とを所定パターンで形成した微小パターン型のフィルターである、請求項1から3までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記フィルターの前記所定パターンを形成する前記透過部は、それぞれ0.2mm以上のサイズを有する、請求項4に記載の虚像表示装置。
- 前記フィルターは、前記投射光学系と前記光入射部の光入射面との間に設けられている、請求項1から5までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記導光装置は、前記導光部と前記光入射部と前記光射出部とを一体化したブロック状の部材であり、
前記フィルターは、前記導光装置の前記光入射面に前記導光装置よりも所定以上低屈折率の光透過層を介して前記光入射面に接着されている、請求項6に記載の虚像表示装置。 - 前記フィルターは、前記投射光学系を構成するレンズの表面に形成されている、請求項6に記載の虚像表示装置。
- 前記フィルターは、前記光射出部の光射出面上に配置されている、請求項1から5までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記フィルターは、前記第2反射面と前記第3反射面とのうち少なくとも一方に付随して設けられている、請求項1から5までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記フィルターは、位置によって異なる透過率分布を有している、請求項1から10までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
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