JP2012163660A - 虚像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】投射光学系12が、導光に際して反射によって折り返される第2方向(合成方向)D2に関して第3反射面21cの開口幅F2よりも広い射出開口幅E2を有するので、投射光学系12から射出された画像光GLが第3反射面21cに入射する際に部分的な欠けが生じることを防止でき、画像に欠けや大きな輝度斑が発生することを防止できる。
【選択図】図2
Description
図1に示す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。なお、第1駆動部131と第2駆動部132とは、遮光用及び保護用のケース141に個別に収納されている。
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。画像形成装置10については、図1におけるケース141を除いた本体部分を図示している。図2(A)において、導光装置20の部分は、図2(B)のAA矢視断面図となっている。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。
図5(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6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、図7(B)に示す重複画像IS等における画像の劣化について説明する。重複画像ISは、図7(C)に示す第1投射像IM1の周辺部と、図7(D)に示す第2投射像IM2の周辺部とを重ね合わせたものと考えることができ、投射光学系12の画角サイズが小さい場合、周辺でケラレと呼ばれる部分的遮光が生じる。本実施形態の画像形成装置10の場合、上記の画像形成領域ADの中央は、重複画像ISであり光量の加算があるにも関わらず、第1及び第2投射像IM1,IM2の周辺減光によって、輝度低下が生じやすい。さらに、本実施形態の画像形成装置10の場合、重複画像ISを形成する画像光GLは、投射光学系12の射出開口EAのうち第2方向D2の両端側から射出される傾向が高い。
図9(A)は、図2(A)等に示す導光部材21に稜を除去するような第1の端面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。
図10(A)は、図2(A)等に示す導光部材21の変形例を説明する図である。以上の説明では、導光部材21を伝播する画像光が第1及び第2反射面21a,21bに対して2つの反射角γ1,γ2のみで全反射されるとしたが、図10(A)に示す変形例の導光部材21のように、3つの成分の画像光GL31,GL32,GL33が反射角γ1,γ2,γ3(γ1>γ2>γ3)でそれぞれ全反射されることを許容することもできる。この場合、液晶表示デバイス32から射出される画像光GLは、3つのモードで伝搬され、観察者の眼EYの位置において合成されて虚像として認識される。この場合、図10(B)に示すように、有効表示領域A0の左側に例えば計3回全反射の投射像IM21が形成され、有効表示領域A0の中央寄りに例えば計5回全反射の投射像IM22が形成され、有効表示領域A0の右側に例えば計7回全反射の投射像IM23が形成される。
Claims (10)
- 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部材とを備え、
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、
前記投射光学系は、前記第1反射面の平面と平行であり、前記第1反射面と前記第3反射面の交線に垂直な方向において、前記第3反射面の開口幅よりも広い射出開口幅を有する、虚像表示装置。 - 前記投射光学系の最も光射出側のレンズから前記導光部材の前記第1反射面までの距離が3mm以下である、請求項1に記載の虚像表示装置。
- 前記投射光学系の射出開口幅は、前記第1反射面と前記第3反射面との交線に平行な第1の方向よりも、前記第1反射面と平行で前記第1反射面と前記第3反射面との交線に垂直な第2の方向において、大きくなっている、請求項1及び2のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記画像表示装置の有効サイズは、前記第1の方向よりも前記第2の方向において大きくなっている、請求項3に記載の虚像表示装置。
- 前記画像表示装置における第1部分領域から射出される第1画像光の前記導光部における反射回数と、導光に際して反射によって光路の折り返しが生じる閉じ込め方向に関して前記第1部分領域とは異なる第2部分領域から射出される第2画像光の前記導光部における反射回数とは、互いに異なる、請求項1から4までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記閉じ込め方向は、前記投射光学系を通る第1光軸と前記第3反射面の法線とを含む断面に平行な方向である、請求項5に記載の虚像表示装置。
- 前記第4反射面に、ハーフミラーが施されており、前記第4反射面に対向する透過面を有する楔状の光透過部材をさらに備える、請求項1から6までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記光透過部材は、前記第1反射面と第2反射面とに対してそれぞれ平行に配置される第1面と第2面とを有する、請求項7に記載の虚像表示装置。
- 前記導光部材は、射出成型によって独立して一体的に成型される、請求項1から8までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記導光部材は、熱重合型の樹脂材料によって成型される、請求項9に記載の虚像表示装置。
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