JP2015084106A - 虚像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】角度変換部23において、横画角や瞳の大きさ等を考慮して、反射ユニットの配列方向についての角度変換部23の幅Lに関して眼EYに画像を取り込むために必要な条件を確保しつつ上限サイズを設けることで、角度変換部23における画像光の過度の光量ロスを抑制して、明るさムラ等の発生による画像の劣化を防ぎ、良好な状態で画像光を取り出す。
【選択図】図3
Description
の式で与えられる。この場合、角度変換部の上記所定の配列方向に関する幅に上限サイズを設けることで、明るさムラ等の発生による画像の劣化を防ぐことができ、かつ、下限サイズを設けることで、画像を取り込むのに十分な幅を有するものにして画像欠けの発生を防止することができる。
の関係を満たしていればよい。
以下、本発明の第1実施形態に係る虚像表示装置について説明する。
図1(A)に示す本実施形態に係る虚像表示装置100は、ヘッドマウントディスプレイに適用されるものであり、画像形成装置10と、導光板20とを一組として備える。なお、図1(A)は、図1(B)に示す導光板20のA−A断面に対応する。
以下、画像光の光路について詳しく説明する。図1(A)に示すように、液晶デバイス11の射出面11a上からそれぞれ射出される画像光のうち図中点線で示す射出面11aの中央部分から射出される成分を画像光GL1とし、図中一点鎖線で示す射出面11aの周辺のうち紙面右側(−Z側)から射出される成分を画像光GL2とし、図中二点鎖線で示す射出面11aの周辺のうち紙面左側(+Z側)から射出される成分を画像光GL3とする。なお、図中、導光板20のZ方向について、画像光の入射する光入射面ISを有するプリズムPSが配置されている側(図1(A)の右側)を光入射側と呼び、プリズムPSが配置されていない側(図1(A)の左側)を反光入射側と呼ぶものとする。
以下、図2(A)等により、角度変換部23の構造及び角度変換部23による画像光の光路の折曲げについて詳細に説明する。
以下、図3(A)により、角度変換部23の光学的仕様、具体的には、反射ユニット23cの配列方向についての角度変換部23の具体的な反射ユニット23c全体の幅である変換部幅Lとこれに関連する数値との関係について、詳しく説明する。
で表される。ここで、観察者の眼EYの瞳PUの大きさ即ち虹彩の大きさは、Z方向についてある程度の幅を有する。ここでは、人種等による違いを考慮して、瞳PUのZ方向の大きさについては、最大の幅Amaxをとるものとする。また、眼EYは、矢印ARに示すように動く結果、最大限で図3(B)や図3(C)に示す状態となり得る。従って、角度変換部23が実際に有する変換部幅Lは、上記基準横幅L0に対して、幅Amaxと、瞳PUの動く量即ち眼EYの動き量の最大値Bm,Bhの合計である幅Bmaxとを加算したものとする。つまり、これらの幅Amax,Bmaxによる影響分だけ加味するように必須の幅である基準横幅L0を増加させた値を角度変換部23の具体的な変換部幅Lとする。従って、変換部幅Lは、
で表される。この場合、角度変換部23は、幅Lについて、基準横幅L0を確保することで、画像を確実に取り込むのに最低限必要な幅を有する状態即ちZ方向について光軸AXに垂直な方向から観た画像に実質的な画像欠けのない状態にできる。さらに、瞳PUの大きさや動きについて最大値である幅Amax,Bmaxを加算することで、眼EYのサイズ等に個人差があっても実質的な画像欠けや減光を生じさせないものにできる。一方、幅Lに余剰な長さを持たせず必要最小限とすることで、角度変換部23において意図しない画像光の角度変換を回避し明るさムラ等の発生による画像の劣化を防ぐことができるものとなっている。なお、この場合、画像光の有効成分が角度変換部23において1回だけ反射するという条件も確保している。
で表される。この場合、係数kを1以上2以下の範囲で適宜定めることにより、例えば図中点線で示す眼EYの動き量即ち瞳PUが動く量を加味して幅Lを規定することができ、観察者の眼EYの瞳PUが動く場合にも実質的な画像欠けを生じさせることなく画像を問題なく視認できるようにできる。また、観察者の眼EYが特殊である場合にも対処することができる。さらに、虚像表示装置100の装着状態が多少ずれた場合にも対処することができる。なお、ここで、上式中辺又は右辺のカッコ内に示す値、つまり基準横幅L0に幅Aを加算した値を、基準横幅L0を修正した瞳影響分修正横幅とすると、幅Lは、観察者の瞳PUの大きさ及び眼EYの動きのうち少なくとも瞳PUの大きさの影響分だけ増加させた瞳影響分修正横幅の2倍以下の範囲にあることになる。なお、より確実にマージンを確保する観点からは、眼EYの標準的な動き量をBとして、
とすることが望ましい。
の関係が満たされていればよいものとできる。この関係が満たされていれば、少なくとも導光板20の光入射側から導かれた画像光が角度変換部23のうち光入射側の部分即ち入口側の周辺部23m付近で不要な通過をすることを回避でき、画像光の過度の光量ロスを抑制できるので、明るさムラ等の発生を防止できる。
としてもよい。
以下、図4(A)等により、第2実施形態の虚像表示装置について説明する。なお、本実施形態に係る虚像表示装置は、第1実施形態の虚像表示装置100の変形例であり、角度変換部123及びその周辺についてのみ示し、他の構造については、説明及び図示を省略する。また、第1実施形態の虚像表示装置100と同符号のものについては、特に説明しない限り同様の機能を有するものとする。
を満たしている。または、角度変換部123のうち光軸AXから光入射側についての幅Lmが、例えば上記(4)式や(5)式の
を満たしている。これにより、画像を取り込むのに十分な幅を有して実質的な画像欠けや減光を抑制することが可能となる。また、明るさムラ等の発生による画像の劣化を防ぐことも可能となる。
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 (6)
- 画像光を形成する画像形成装置と、
前記画像形成装置で形成された前記画像光を内部に取り込む光入射部と、対向して延びる第1及び第2の全反射面を有し前記光入射部から取り込まれた前記画像光を前記第1及び第2の全反射面での全反射により導く導光部と、所定の配列方向に配列される複数の反射面を有し前記導光部を経て入射する前記画像光を前記複数の反射面での反射により角度を変換して外部へ取出し可能にする角度変換部と、前記角度変換部を経た前記画像光を外部に射出する光射出部と、を有する導光板と、を備える虚像表示装置であって、
前記角度変換部は、前記複数の反射面の前記所定の配列方向に関して、設定された横画角に対応する基本横幅を観察者の瞳の大きさ及び動きのうち少なくとも瞳の大きさの影響分だけ増加させて得られる瞳影響分修正横幅の2倍以下の幅を有する、虚像表示装置。 - 前記角度変換部の前記所定の配列方向についての幅は、前記角度変換部から前記観察者の眼までの距離に前記横画角の半分の値である横半画角θのtanθを掛けて2倍した値に、前記観察者の瞳の大きさの最大値と前記観察者の眼の動き量の最大値とを加算した値以下の値である、請求項2に記載の虚像表示装置。
- 前記角度変換部は、前記複数の反射面として、第1の反射面部分と前記第1の反射面部分に対して所定角度をなす第2の反射面部分とを1組としてそれぞれ有する複数の反射ユニットを備え、各反射ユニットにおいて、前記第1の反射面部分により前記導光部を経て入射する前記画像光を反射するとともに前記第2の反射面部分により前記第1の反射面部分で反射された前記画像光をさらに反射して外部へ取り出す、請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記角度変換部の前記所定の配列方向についての幅は、前記横画角が35°以上である場合に、20mm以上である、請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 画像光を形成する画像形成装置と、
前記画像形成装置で形成された前記画像光を内部に取り込む光入射部と、対向して延びる第1及び第2の全反射面を有し前記光入射部から取り込まれた前記画像光を前記第1及び第2の全反射面での全反射により導く導光部と、所定の配列方向に配列される複数の反射面を有し前記導光部を経て入射する前記画像光を前記複数の反射面での反射により角度を変換して外部へ取出し可能にする角度変換部と、前記角度変換部を経た前記画像光を外部に射出する光射出部と、を有する導光板と、を備える虚像表示装置であって、
前記角度変換部は、前記光射出部から射出され観察者の瞳に入射する前記画像光の光束光軸に対して前記導光板での光入射側において、前記角度変換部から前記観察者の眼までの距離と設定された横画角の半分の値である横半画角θのtanθとの積に、前記画像光を観察する観察者の瞳の大きさの最大値と前記観察者の眼の動き量の最大値とを加算した値以下の幅を有する、虚像表示装置。
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