JP2016057530A - 映像表示装置及びヘッドマウントディスプレイ - Google Patents
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Description
しかしながら、従来のHMDの多くに設けられた外光遮断壁は、HMDの小型化、コンパクト化の障害となり、また、内壁面からの反射光により迷光を発生させて色ムラ、輝度ムラの原因となっている。
また、本発明の映像表示装置を備えたヘッドマウントディスプレイによれば、光路を覆うような壁面が設けられていないので、更なる小型化、コンパクト化が実現され、顔面衝突時等の安全性が向上し、観察者の視野が拡大することで使い勝手を向上させることができる。
本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではなく、以下の実施形態から当業者が自明な範囲で適宜修正したものも含む。
本発明に備えられる光学系を簡単に説明すると、表示光学系で表示した映像光を、接眼光学系を介して観察者の光学瞳へと導くものである。
接眼光学系は、表示光学系が表示している映像を虚像として投影するものであり、観察者はその虚像を視認することができる。
図1のBに示す反射型パネルタイプでは、表示光学系10は、光源11、集光レンズ12、反射型液晶などの反射型表示素子13b、偏光ビームスプリッター(PBS)14を備え、接眼光学系20は透過型と同様に、プリズムなどの導光部材21を備える。
本発明においては、図1に示した光学系以外にも、その他公知のものを適宜採用することができる。
集光レンズ12は,光源11からの光を集光して表示素子13に供給する。
全反射面21bは、例えば、矩形形状(長方形形状)であり、映像光の光路を直角に折り曲げる手段として機能し、具体的には、入射面21aを介して導光部材内部に入射して横方向に進行する映像光を奥行方向の手前に全反射させる。
接眼光学系20では、映像光が入射面21aを介して導光部材21の内部に入射し、導光部材21の内部を横方向に沿って進行し、全反射面21bで光路が折り曲げられて奥行き方向手前に向きを変えて進行する。
これにより、映像光は導光部材21内部の射出面21cを介して観察者の光学瞳に導かれ、観察者は、光学瞳の位置で表示素子13にて表示された映像の拡大虚像を観察することができる。
図2のAは、表示光学系10を支持する第1収納室32の出射窓32aに面する側からの斜視図であり、図2のBは、第2収納室33に収容された導光部材21の入射面21aに面する側からの斜視図である。
本発明の映像表示装置は、上記問題を解決するために光路を覆う側壁を排除し、外光による映像品質の劣化を防止するために外光を遮蔽するための部材を設けたものである。
図3のAは、出射窓32aから入射した外光(OL)が表示光学系内で迷光(GL:ゴースト光)を発生させ、それが映像光(PL)とともに観察者の光学瞳(E)に届く様子を模式的に描いたものである。図3のAに示すように、出射窓32aからの入射外光は、迷光を発生させ、輝度などの映像品質の低下を招く。
図4のAは、出射窓から表示光学系に入射する外光について、遮蔽を要する外光を説明するものであり、図4のBは、導光部材21の入射面から接眼光学系に入射する外光について、遮蔽を要する外光を説明するものである。
第1収容室31に収容される表示光学系は、出射窓近傍に表示光学系パネル15を有する。表示光学系パネル15は、透過型表示光学系であれば透過型液晶などの透過型表示素子が相当し、反射型表示光学系であれば偏光ビームスプリッター(PBS)の出射面が相当する。
一方、第2収容室32に収容される接眼光学系については、全反射面21bに入射する光を受ける仮想的な出射面である接眼光学系仮想出射面23を想定する。その位置は、プリズム反射面を対称面とした実際の出射面21cの鏡面反転像と一致し、幅、高さも実際の出射面と同一である。反射面をそのまま透過すると想定した場合に、仮想出射面に到達する光は、実際には全反射後に本来の出射面21cに到達し、観察者の光学瞳(E)に到達しうる。
従って、外光による迷光発生を防止するには、接眼光学系仮想出射面23に到達する反射光に対応する外光が入射するのを遮蔽すればよいことになる。
接眼光学系仮想出射面23に到達する反射光に対応する入射外光の範囲(OL1〜OL2)は、光路長さ、(仮想)パネルの位置、表示光学系出射窓および接眼光学系入射面の大きさで定まる。
接眼光学系仮想出射面23に直接入射する外光の範囲は、接眼光学系仮想出射面23の下辺部と第1収容室32の光路側外周上辺部とを結ぶ線を通る外光(OL3)から、接眼光学系仮想出射面の下辺部と導光部材21の入射面の上辺部とを結ぶ線を通る外光(OL4)までとなる。
接眼光学系仮想出射面23に直接入射する外光の範囲(OL3〜OL4)は、光路長さ、仮想パネルの位置、第1収容室32の光路側外周部の大きさ、接眼光学系入射面21aの大きさで定まる。
図5のBで示す遮蔽方法は、第1収納室の光路側外周部上部と第2収納室の光路側外周部上部の両方又はいずれか一方に鍔状突起を形成するものである。
図5のCで示す遮蔽方法は、第1収納室の光路側外周部と第2収納室の光路側外周部の両方又はいずれか一方に形成された拡張外周部を形成するものである。
図5のDで示す遮蔽方法は、第1収納室と第2収納室との間に形成された光路の上部に、支持板から延びて形成された外光遮蔽部によるものである。
本発明の第一の実施形態に係る外光遮蔽部は、第1収納室と前記第2収納室とが対向する部分から延びて形成されている。
庇状突起40aは、第1及び/又は第2収納室から映像光の光路側に庇状に突出した外光遮蔽部であり、第1収納室32においては、第1収納室の光路側外周部又は出射窓の光路側外周部に設けられ、第2収納室33においては、第2収納室33の光路側外周部又は入射窓の光路側外周部に設けられる。庇状突起40aは、第1収納室32と第2収納室33の両方に設けてもよく、どちらか一方でもよい。
庇状突起40aの大きさは、単独もしくは他の外光遮蔽部との組み合わせで、図4に示した遮蔽する必要のある外光の範囲OL1〜OL2及びOL3〜OL4を遮蔽できる大きさであればよく、形状は、映像光の光路を阻害しない範囲で傾斜を設けてもよく、円弧状としてもよい。
鍔状突起40bは、第1及び/又は第2収納室から映像光の光路に対し直角方向に鍔状に突出した外光遮蔽部であり、第1収納室32においては、第1収納室の光路側外周部に設けられ、第2収納室33においては、第2収納室33の光路側外周部に設けられる。鍔状突起40bは、第1収納室32と第2収納室33の両方に設けてもよく、どちらか一方でもよい。
鍔状突起40bの大きさは、単独もしくは他の外光遮蔽部との組み合わせで、図4に示した遮蔽する必要のある外光の範囲OL1〜OL2及びOL3〜OL4を遮蔽できる大きさであればよく、形状は、映像光の光路を阻害しない範囲で傾斜を設けてもよく、円弧状としてもよい。
拡張外周部40cは、第1及び/又は第2収納室が映像光の光路に対し直角方向に拡張した外光遮蔽部であり、第1収納室32においては、第1収納室の光路側外周部が拡張して設けられ、第2収納室33においては、第2収納室33の光路側外周部が拡張して設けられる。拡張外周部43は、第1収納室32と第2収納室33の両方に設けてもよく、どちらか一方のみに設けてもよい。
拡張外周部40cの大きさは、単独もしくは他の外光遮蔽部との組み合わせで、図4に示した遮蔽する必要のある外光の範囲OL1〜OL2及びOL3〜OL4を遮蔽できる大きさであればよく、形状は、それぞれの収納室をそのまま拡張しても良く、変形させて拡張してもよい。
図9は、第二の実施形態に係る映像表示装置において支持板から延びて形成された支持板延長遮蔽部40dを有する支持具30の例示図である。
支持板31から延びて形成された支持板延長遮蔽部40dは、単独もしくは他の外光遮蔽部との組み合わせで、図4に示した遮蔽する必要のある外光の範囲OL1〜OL2及びOL3〜OL4を遮蔽できる形状、大きさであればよく、たとえば、支持板31から延びた部材に支持された光路上を覆う屋根状の形状であってよい。
このような底面での反射光に対しては、第2収納室の底部内面に正反射防止のための処理が施されていることが好ましい。正反射防止のための処理としては、底部内面の粗面化処理、艶消し処理、砂面処理等が挙げられる。
図10に示すように、本発明の一実施形態に係る映像表示装置100は、極めて小型化して、ヘッドマウントディスプレイ(HMD)200の接眼部分に搭載することができ、従来のHMDとは異なるスタイリッシュなデザインのHMDを実現することができる。
11 ・・・光源
12 ・・・集光レンズ
13a・・・透過型表示素子
13b・・・反射型表示素子
14 ・・・偏光ビームスプリッター(PBS)
15 ・・・表示光学系パネル
20 ・・・接眼光学系
21 ・・・導光部材
21a・・・入射面
21b・・・全反射面
21c・・・出射面
23 ・・・接眼光学系仮想出射面
30 ・・・支持具
31 ・・・支持板
32 ・・・第1収納室
32a・・・出射窓
33 ・・・第2収納室
40 ・・・外光遮蔽部
40a・・・庇状突起
40b・・・鍔状突起
40c・・・拡張外周部
40d・・・支持板延長遮蔽部
100 ・・・映像表示装置
200 ・・・ヘッドマウントディスプレイ
Claims (7)
- 映像を表示する表示光学系と、
前記表示光学系から射出された映像光を観察者の光学瞳に導く接眼光学系と、
前記表示光学系から射出された映像光の光路上において、前記接眼光学系を支持する支持具と、を備え、
前記支持具は、
前記表示光学系が収納され、前記映像光が透過する出射窓が形成された第1収納室と、
前記接眼光学系が収納され、前記出射窓から出射した映像光が透過する入射窓が形成された第2収納室と、
前記第1収納室と前記第2収納室との間に映像光の光路を形成するように支持する支持板と、を有し、
前記第1収納室と前記第2収納室とが対向する部分から延びて形成されている、前記出射窓及び前記入射窓からの外光入射を防止する外光遮蔽部を有していることを特徴とする映像表示装置。 - 前記外光遮蔽部は、前記出射窓の光路側枠部又は前記第1収納室の光路側外周部と、前記第2収納室の光路側外周部の両方又はいずれか一方に形成された庇状突起であることを特徴とする請求項1に記載の映像表示装置。
- 前記外光遮蔽部は、前記第1収納室の光路側外周部と前記第2収納室の光路側外周部の両方又はいずれか一方に形成された鍔状突起であることを特徴とする請求項1に記載の映像表示装置。
- 前記外光遮蔽部は、前記第1収納室の光路側外周部と前記第2収納室の光路側外周部の両方又はいずれか一方に形成された拡張外周部であることを特徴とする請求項1に記載の映像表示装置。
- 映像を表示する表示光学系と、
前記表示光学系から射出された映像光を観察者の光学瞳に導く接眼光学系と、
前記表示光学系から射出された映像光の光路上において、前記接眼光学系を支持する支持具と、を備え、
前記支持具は、
前記表示光学系が収納され、前記映像光が透過する出射窓が形成された第1収納室と、
前記接眼光学系が収納され、前記出射窓から出射した映像光が透過する入射窓が形成された第2収納室と、
前記第1収納室と前記第2収納室との間に映像光の光路を形成するように支持する支持板と、を有し、
前記第1収納室と前記第2収納室との間に形成された光路の上部に、前記支持板から延びて形成されている、前記出射窓及び前記入射窓からの外光入射を防止する外光遮蔽部を有していることを特徴とする映像表示装置。 - 前記第2収納室の底部内面は、正反射防止のための処理が施されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の映像表示装置。
- 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の映像表示装置を備えたことを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014185404A JP2016057530A (ja) | 2014-09-11 | 2014-09-11 | 映像表示装置及びヘッドマウントディスプレイ |
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Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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2014
- 2014-09-11 JP JP2014185404A patent/JP2016057530A/ja active Pending
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