JP2017107046A - Wearable image display device - Google Patents
Wearable image display device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017107046A JP2017107046A JP2015240239A JP2015240239A JP2017107046A JP 2017107046 A JP2017107046 A JP 2017107046A JP 2015240239 A JP2015240239 A JP 2015240239A JP 2015240239 A JP2015240239 A JP 2015240239A JP 2017107046 A JP2017107046 A JP 2017107046A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical surface
- light
- video display
- display device
- display element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Abstract
Description
本発明は、導光プリズムを有する装着型映像表示装置に関する。 The present invention relates to a wearable video display apparatus having a light guide prism.
近年、映像表示素子を用いた装着型の映像表示装置が注目されている。装着型映像表示装置の例として、眼鏡に備えられたものが挙げられる。導光手段としてプリズムを用いており、プリズムは、映像表示媒体からの映像光を使用者の瞳に導き、結像する役割を担っている。 In recent years, a wearable video display device using a video display element has attracted attention. As an example of the wearable video display device, there is a device provided in eyeglasses. A prism is used as the light guiding means, and the prism plays a role of guiding the image light from the image display medium to the user's pupil to form an image.
導光手段として用いられるプリズムは使用者の視界上に備えられるという性質上、小型化及び薄型化が進められている。しかしながら、そうしたプリズムの小型化及び薄型化に伴って、プリズム内部では不要な反射光が生じ、本来必要とされる映像光以外の光による像（以下、ゴーストと記載）を使用者の瞳に結像してしまう場合がある。したがって、小型のプリズムを備えた装着型映像表示装置において、上述のような不要光を除去することが大きな課題として挙げられていた。 The prism used as the light guiding means is being reduced in size and thickness due to the nature of being provided in the user's field of view. However, with the miniaturization and thinning of the prism, unnecessary reflected light is generated inside the prism, and an image (hereinafter referred to as ghost) other than the image light that is originally required is connected to the user's pupil. There is a case to be imaged. Therefore, in the wearable image display apparatus provided with a small prism, removal of unnecessary light as described above has been cited as a major problem.
従来においても不要光を除去するための技術が開示されており、例えば、特許文献１に開示された技術では、導光プリズムに遮光部を設けることで、不要光の除去を行っている。特許文献２に開示された技術では、導光プリズム内の全反射面において、映像光と不要光の入射角の違いを利用して不要光を除去している。 Conventionally, a technique for removing unnecessary light is disclosed. For example, in the technique disclosed in Patent Document 1, unnecessary light is removed by providing a light shielding prism with a light shielding portion. In the technique disclosed in Patent Document 2, unnecessary light is removed on the total reflection surface in the light guide prism by using a difference in incident angles of image light and unnecessary light.
しかしながら、特許文献１の技術では、導光手段に設けられた遮光部によって導光手段を通しての視界を阻害され、良好な視界を確保できないといった問題が生じる。また、全反射面における入射角の違いを利用した不要光除去技術では、映像光に近似した角度で発生する不要光は十分に除去されず、視野内にゴーストが残ってしまう可能性がある。 However, in the technique of Patent Document 1, the field of view through the light guide unit is obstructed by the light shielding portion provided in the light guide unit, and there is a problem that a good field of view cannot be secured. In addition, in the unnecessary light removal technique using the difference in incident angle on the total reflection surface, unnecessary light generated at an angle approximate to the image light is not sufficiently removed, and there is a possibility that a ghost remains in the field of view.
したがって、本発明は、良好な視界を確保し、且つ、ゴーストの原因となる不要光を十分に除去することができる装着型映像表示装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a wearable video display device that can secure a good field of view and can sufficiently remove unnecessary light that causes ghost.
本発明の一態様は、虚像を形成する映像光を、接眼窓を通じて使用者の眼球に射出する装着型映像表示装置において、第１の光学面と、端部を前記第１の光学面に鋭角で隣接させた第２の光学面と、を有した、略Ｌ字型の光軸が通る、棒状の導光プリズムと、前記第１の光学面に備えられた正の屈折力をもつ接眼窓と、前記映像光の光線を射出する映像表示素子と、を有し、前記略Ｌ字型の光軸は、前記第２の光学面でフレネルの反射により屈曲することを特徴とする装着型映像表示装置を提供する。 One embodiment of the present invention is a wearable image display device that emits image light that forms a virtual image to a user's eyeball through an eyepiece window, and has a first optical surface and an acute angle between the first optical surface and the first optical surface. A bar-shaped light-guiding prism having a substantially L-shaped optical axis, and an eyepiece window having a positive refractive power provided on the first optical surface. And an image display element that emits the light beam of the image light, and the substantially L-shaped optical axis is bent by Fresnel reflection on the second optical surface. A display device is provided.
本発明によれば、良好な視界を確保し、且つ、ゴーストの原因となる不要光を十分に除去することができる。 According to the present invention, it is possible to secure a good field of view and to sufficiently remove unnecessary light that causes a ghost.
以下、図を参照しつつ、本発明における第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態における装着型映像表示装置１の外観図である。装着型映像表示装置１は、図１に示すように、眼鏡のつる近傍のフレームに筐体２を固定することで、導光プリズム３が眼鏡のレンズ前部に位置するような構造となっている。導光プリズム３は透明であり、装着型映像表示装置１を装着しても導光プリズム３によって外界の光が妨げられることはなく、使用者の外界の視界は十分に確保される。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an external view of a wearable video display apparatus 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the wearable image display device 1 has a structure in which the light guide prism 3 is positioned at the lens front portion of the spectacles by fixing the housing 2 to a frame near the vine of the spectacles. Yes. The light guide prism 3 is transparent, and even when the wearable video display device 1 is mounted, the light from the outside is not hindered by the light guide prism 3, and the user's view of the outside is sufficiently secured.
装着型映像表示装置１は、例えば図２のように配置されていても良く、この場合筐体２及び、導光プリズム３は眼鏡の使用者の目の側のフレームに固定される。 The wearable video display device 1 may be arranged as shown in FIG. 2, for example. In this case, the housing 2 and the light guide prism 3 are fixed to a frame on the eye side of the eyeglass user.
図３は、装着型映像表示装置１を使用者が装着した様子を俯瞰した図である。筐体２は映像光である光線を射出するための映像表示素子８を内部に保持しており、映像表示素子８の表示領域から射出された光線は、導光プリズム３を通じて接眼窓６から使用者の目に向けて射出される。このときの接眼窓６の光軸は、導光プリズム３内部でフレネル反射により屈曲することで略Ｌ字型の軌跡を描く。図４ａ、図４ｂは、筐体２のメガネフレームへの取り付け位置の角度が異なる場合の、それぞれの視野に映る像と導光プリズムを表している。尚、導光プリズムの輪郭は、破線で示される。映像aが、視野の中央に対して筐体とは反対寄りに表示されると、図４aに示すように導光プリズムが視野を覆い邪魔する領域が増える。そこで図４ｂに示すように映像aを、視野の中央か視野の筐体寄りに表示させるのが好ましい。そしてこの表示位置は、図３に示すように筐体２のメガネフレームへの取り付け位置の回転量θを調整することで、任意に設定できる。 FIG. 3 is an overhead view of how the wearable video display device 1 is worn by the user. The housing 2 holds an image display element 8 for emitting light rays that are image light, and the light rays emitted from the display area of the image display element 8 are used from the eyepiece window 6 through the light guide prism 3. It is ejected toward the eyes of the person. The optical axis of the eyepiece window 6 at this time draws a substantially L-shaped locus by being bent by Fresnel reflection inside the light guide prism 3. 4a and 4b show images and light guide prisms in respective fields of view when angles of attachment positions of the housing 2 to the spectacle frame are different. The outline of the light guide prism is indicated by a broken line. When the image a is displayed on the opposite side of the housing with respect to the center of the field of view, the area where the light guide prism covers and obstructs the field of view increases as shown in FIG. 4a. Therefore, as shown in FIG. 4b, it is preferable to display the image a near the center of the visual field or near the housing of the visual field. The display position can be arbitrarily set by adjusting the rotation amount θ of the position where the housing 2 is attached to the eyeglass frame as shown in FIG.
このとき、ゴーストを作る不要光の対策をしていない場合、視野内にゴーストｂ１、ゴーストｂ２が形成される。例えば本実施形態の構成においては、導光プリズム３内部の接眼窓６を備える面及びその対向面において反射される不要光によってゴーストが結像される。特に、接眼窓６を備える面で反射される不要光が作るゴーストｂ１は、視野の中央付近に形成されるため目立ち、外界の光を阻害する要因となる。本発明における装着型映像表示素子１は、上記のゴーストの原因となる不要光を除去する工夫が施されている。以下、図５を参照しつつ装着型映像表示素子１の構成と不要光の除去効果について説明する。 At this time, when measures against unnecessary light for generating a ghost are not taken, ghost b 1 and ghost b 2 are formed in the field of view. For example, in the configuration of the present embodiment, a ghost is imaged by unnecessary light reflected on the surface including the eyepiece window 6 inside the light guide prism 3 and the surface facing the surface. In particular, the ghost b 1 generated by unnecessary light reflected by the surface including the eyepiece window 6 is formed near the center of the field of view, and becomes a factor that obstructs light from the outside. The wearable image display element 1 according to the present invention is devised to remove unnecessary light that causes the ghost. Hereinafter, the configuration of the wearable video display element 1 and the effect of removing unnecessary light will be described with reference to FIG.
装着型映像表示装置１は、棒状の導光プリズム３と、正の屈折力をもつ接眼窓６と、映像光の光線を射出する映像表示素子８と、導光プリズム３の一部と映像表示素子８を内部に収容する筐体２を有している。導光プリズム３は、第１の光学面４と、端部を第１の光学面４に鋭角で隣接させた第２の光学面５と、筐体２の内部に収容された領域に、一部の光線を遮蔽するための溝である遮光部７を有している。また、導光プリズム３の第１の光学面４には、接眼窓６が備えられている。接眼窓６は、第２の光学面５でフレネル反射した光線が、接眼窓６を通じて使用者の目に射出されるように配置される。 The wearable video display device 1 includes a rod-shaped light guide prism 3, an eyepiece window 6 having a positive refractive power, a video display element 8 that emits a light beam of video light, a part of the light guide prism 3, and a video display. It has the housing | casing 2 which accommodates the element 8 inside. The light guide prism 3 includes a first optical surface 4, a second optical surface 5 whose end is adjacent to the first optical surface 4 at an acute angle, and a region accommodated in the housing 2. The light-shielding part 7 which is a groove | channel for shielding the light of a part is provided. An eyepiece window 6 is provided on the first optical surface 4 of the light guide prism 3. The eyepiece window 6 is arranged so that the light beam reflected by Fresnel at the second optical surface 5 is emitted through the eyepiece window 6 to the user's eyes.
光線５１、５２、５３、５４は、それぞれ映像表示素子８の表示領域の異なる位置から射出される光線である。光線５１は、光軸に沿って通過する光線であって、映像表示素子８の表示領域の中心から映像表示素子８の表示領域の法線方向に射出され、第１の光学面４で反射することなく第２の光学面５に入射する光線であり、第２の光学面５で反射した場合に接眼窓６の中心を通過し、正規の映像を結像する。光線５２は、映像表示素子８の表示領域の縁から射出され、第１の光学面４で反射することなく第２の光学面５に入射する光線であり、第２の光学面５で反射した場合に接眼窓６の中心を通過し、正規の映像を結像する。尚、ここでいう正規の映像は、映像表示素子８の表示領域から射出され、導光プリズム３の第２の光学面５以外の面で反射することなく、第２の光学面５に入射した映像光が接眼窓６を通過してできる虚像を示す。光線５４および光線５３は、映像表示素子８の表示領域であって、第１の光学面４側寄りの縁付近と、その縁から比較的離れた位置のそれぞれから射出される光線であって、第１の光学面４で反射して第２の光学面５に入射する光線であり、これらが第２の光学面５で反射した場合、接眼窓６を通じてゴーストを結像する。特に光線５３は、接眼窓６の中心を通る光線で、ゴーストを結像する代表的光線である。 Light rays 51, 52, 53, and 54 are light rays emitted from different positions in the display area of the video display element 8. The light beam 51 is a light beam that passes along the optical axis, is emitted from the center of the display area of the video display element 8 in the normal direction of the display area of the video display element 8, and is reflected by the first optical surface 4. It is a light ray incident on the second optical surface 5 without being transmitted, and passes through the center of the eyepiece window 6 when reflected by the second optical surface 5 to form a normal image. The light beam 52 is emitted from the edge of the display area of the image display element 8, is incident on the second optical surface 5 without being reflected by the first optical surface 4, and is reflected by the second optical surface 5. In this case, a normal image is formed through the center of the eyepiece window 6. Note that the regular image here is emitted from the display area of the image display element 8 and is incident on the second optical surface 5 without being reflected by a surface other than the second optical surface 5 of the light guide prism 3. A virtual image formed when image light passes through the eyepiece window 6 is shown. The light beam 54 and the light beam 53 are display regions of the image display element 8, and are light beams emitted from the vicinity of the edge near the first optical surface 4 and a position relatively away from the edge, Light rays that are reflected by the first optical surface 4 and incident on the second optical surface 5, and when these are reflected by the second optical surface 5, a ghost image is formed through the eyepiece window 6. In particular, the light beam 53 passes through the center of the eyepiece window 6 and is a representative light beam that forms a ghost image.
ここで、光線５１の第２の光学面５における入射角θｔは、導光プリズム３の臨界角θｃと略等しくなっている。また、導光プリズム３は、吸湿の少ない材料を用いることが、耐環境性を高める上で重要であり、このためガラスを用いるか、樹脂の場合は、シクロオレフィン系のポリマー等を用いるのが好ましい。そしてこれらの屈折率ｎはいずれも1.48以上となり、臨界角は４５度よりも小さい。よって、映像表示素子８の表示領域の法線方向に映像表示素子８から射出される光線の第２の光学面における好ましい入射角は、４５度未満となる。 Here, the incident angle θ t of the light beam 51 on the second optical surface 5 is substantially equal to the critical angle θ c of the light guide prism 3. In addition, it is important for the light guide prism 3 to use a material with low moisture absorption in order to improve environmental resistance. For this reason, glass or a cycloolefin polymer or the like is used in the case of a resin. preferable. These refractive indexes n are all 1.48 or more, and the critical angle is smaller than 45 degrees. Therefore, the preferable incident angle on the second optical surface of the light emitted from the video display element 8 in the normal direction of the display area of the video display element 8 is less than 45 degrees.
以上の構成を有する導光プリズム３において、光線５１は、第２の光学面５で全反射し、使用者の目に結像される。 In the light guide prism 3 having the above configuration, the light beam 51 is totally reflected by the second optical surface 5 and is focused on the eyes of the user.
一方、不要光である光線５３、及び光線５４については、装着型映像表示装置１において効果的に除去される。映像表示素子８の表示領域の縁から離れた位置で射出される光線５３は、第２の光学面５において、入射角が臨界角θｃを大きく下回るため、第２の光学面５を透過する。映像表示素子８の表示領域の縁付近から射出される光線５４については、遮光部７によって反射もしくは吸収されることにより遮蔽され、第２の光学面５に到達しない。 On the other hand, the light beam 53 and the light beam 54 that are unnecessary light are effectively removed in the wearable image display apparatus 1. The light beam 53 emitted at a position away from the edge of the display area of the image display element 8 is transmitted through the second optical surface 5 because the incident angle is much less than the critical angle θ c on the second optical surface 5. . The light beam 54 emitted from the vicinity of the edge of the display area of the video display element 8 is shielded by being reflected or absorbed by the light shielding unit 7 and does not reach the second optical surface 5.
仮に、導光プリズム３が遮光部７を有しない場合には、光線５４によってゴーストが形成されてしまう。映像表示素子８の、表示領域のより縁の方から射出される光線ほど第２の光学面５における入射角が大きくなるとともに、臨界角θｃへ近接する。したがって、導光プリズム３が遮光部７を有しない場合において、光線５４は、略全反射をしてしまう。 If the light guide prism 3 does not have the light shielding portion 7, a ghost is formed by the light beam 54. The image display device 8, together with the angle of incidence increases the light as the second optical surface 5 more emitted from the side edges of the display area, close to the critical angle theta c. Therefore, when the light guide prism 3 does not have the light shielding part 7, the light beam 54 is substantially totally reflected.
また、光線５２が第２の光学面５に入射したとき、その入射角θｒは、
θｒ＝θｔ−Ｗｖ/ｎ
で表される。ｎは、導光プリズム３の屈折率であり、Ｗｖは、光線５２が接眼窓６を通過した後の光軸との角度であり、前記略L字型の光軸が通る平面内における、正規の映像の半画角と一致する。入射角θｒは、臨界角θｃと略等しいθｔよりも視野角の半分のさらに１/ｎだけ小さくなるため、全反射はされない。そのため、本実施形態における装着型映像表示装置１により結像される正規の映像は、端の部分は少し暗くなるが、Ｗｖが比較的小さければ、良好な観察に支障を来たす程度のものではない。
When the light beam 52 is incident on the second optical surface 5, the incident angle θ r is
θ r = θ t −Wv / n
It is represented by n is the refractive index of the light guide prism 3, Wv is the angle with the optical axis after the light beam 52 has passed through the eyepiece window 6, and is normal in the plane through which the substantially L-shaped optical axis passes. It matches the half angle of view of the video. The incident angle θ r is further reduced by 1 / n, which is half the viewing angle, than θ t which is substantially equal to the critical angle θ c, and thus total reflection is not performed. Therefore, the regular image formed by the wearable image display apparatus 1 according to the present embodiment is slightly dark at the end, but if Wv is relatively small, it does not hinder good observation. .
図６ａは、第２の光学面５における光線５１の入射角θｔが臨界角θｃと等しい本実施形態の場合における、接眼窓６を通した視野に映る像を示した図である。領域Ｃは、接眼窓６を通した視野の範囲の一部であり、領域Ａは、正規の映像光による像が形成される領域である。領域Ｂは、ゴーストの除去対策がなされていない場合にゴーストが形成される領域である。領域Ｂにおいて形成されるゴーストは、光線５３、５４等の第１の光学面４で反射される不要光が形成するゴーストであって、図４において視野中央に形成されるゴーストに対応する。ラインＸは、光学面５で除去される映像の境界を示し、ラインＸより左側に映る像を形成する光線が第２の光学面５を透過することによって、ラインＸより左側に映る像は、除去される。図６ａでは、視野中央の領域Ｂにおけるゴーストが除去され、良好な視界が確保されている様子を示している。 FIG. 6A is a diagram showing an image reflected in the field of view through the eyepiece window 6 in the case of the present embodiment in which the incident angle θ t of the light beam 51 on the second optical surface 5 is equal to the critical angle θ c . A region C is a part of the range of the field of view through the eyepiece window 6, and the region A is a region where an image by regular video light is formed. The region B is a region where a ghost is formed when no ghost removal measure is taken. The ghost formed in the region B is a ghost formed by unnecessary light reflected by the first optical surface 4 such as the light beams 53 and 54, and corresponds to the ghost formed in the center of the visual field in FIG. The line X indicates the boundary of the image to be removed by the optical surface 5, and an image reflected on the left side of the line X is obtained by transmitting a light beam forming an image reflected on the left side of the line X through the second optical surface 5. Removed. FIG. 6 a shows a state where a ghost in the region B in the center of the visual field is removed and a good field of view is secured.
また、領域Ａと、領域Ｂの距離は、映像表示素子８の表示領域の中心を通り、法線方向に映像表示素子８の表示領域から射出される光線と第１の光学面との距離から、映像表示素子８の表示領域の中心から縁までの長さを差し引いた差に対応している。この差が大きいほどゴーストと正規の映像光との距離が遠のくため、ゴーストが目立ちにくくなる。逆に、この差がゼロかマイナスになった場合、ゴーストと正規の映像光が重なり、映像光の良好な観察も困難になる。そのため、映像表示素子８の表示領域の中心から縁までの長さは、映像表示素子８の中心を通り、法線方向に映像表示素子８から射出される光線と第１の光学面との距離に対して小さく、また、より小さいほど望ましい。更に言うならば、映像表示素子８の光射出領域（表示領域）の大きさは、導光プリズム３の光入射領域の大きさよりも小さいことが望ましい。 Further, the distance between the area A and the area B is based on the distance between the first optical surface and the light beam that passes through the center of the display area of the video display element 8 and is emitted from the display area of the video display element 8 in the normal direction. This corresponds to the difference obtained by subtracting the length from the center to the edge of the display area of the video display element 8. The larger the difference is, the longer the distance between the ghost and the regular image light is, so that the ghost is less noticeable. On the contrary, when this difference becomes zero or minus, the ghost and the regular image light overlap, and it becomes difficult to observe the image light well. Therefore, the length from the center to the edge of the display area of the video display element 8 is the distance between the light beam emitted from the video display element 8 in the normal direction through the center of the video display element 8 and the first optical surface. Smaller and smaller is desirable. In other words, it is desirable that the size of the light emission region (display region) of the image display element 8 is smaller than the size of the light incident region of the light guide prism 3.
一方、入射角θｔが、臨界角θｃを大きく越える場合、図６ｂのようになる。領域Ｂ３は、遮光部７によってゴーストが除去されているが、第２の光学面５において全反射される不要光が出てくるため、ゴーストが除去されない領域Ｂ２が生じる。逆に、入射角θｔが、臨界角θｃを大きく下回る場合、図６ｃのようになる。正規の映像光による像にケラレ（領域Ａ１）が生じ、映像表示素子８の表示領域から射出される映像光を良好に使用者の目に結像することができなくなる。 On the other hand, when the incident angle θ t greatly exceeds the critical angle θ c , the result is as shown in FIG. In the region B 3 , the ghost is removed by the light shielding portion 7, but unnecessary light that is totally reflected by the second optical surface 5 appears, so that a region B 2 in which the ghost is not removed occurs. Conversely, when the incident angle θ t is much less than the critical angle θ c , the result is as shown in FIG. Vignetting (area A 1 ) occurs in the image of the normal video light, and the video light emitted from the display area of the video display element 8 cannot be favorably imaged by the user.
以上に説明したように、第１の実施形態によれば、導光プリズム３が入射角θｔが臨界角θｃと略等しい第２の光学面５を有し、且つ、導光プリズム３が遮光部７を有していることによって、映像表示素子８から射出される映像光を良好に使用者の目に結像しつつ、ゴーストを効果的に除去することができる。 As described above, according to the first embodiment, the light guide prism 3 has the second optical surface 5 whose incident angle θ t is substantially equal to the critical angle θ c , and the light guide prism 3 has By having the light shielding part 7, it is possible to effectively remove the ghost while image forming the image light emitted from the image display element 8 well to the eyes of the user.
第２の光学面５における、正規の映像光とゴーストを作る不要光との入射角の差異を利用し、映像光を略全反射させ、不要光を導光プリズム３の外に透過させることで、主に映像から離れたゴーストを除去することができる。 By utilizing the difference in incident angle between the regular image light and the unnecessary light for generating ghosts on the second optical surface 5, the image light is substantially totally reflected and the unnecessary light is transmitted outside the light guide prism 3. , Mainly ghosts away from the video can be removed.
一方、映像と近い領域に発生するゴーストは、遮光部７によって、第２の光学面５において臨界角θｃに近似した入射角を有する不要光を除去することで、除去することができる。 On the other hand, a ghost generated in a region close to an image can be removed by removing unnecessary light having an incident angle approximate to the critical angle θ c on the second optical surface 5 by the light shielding unit 7.
また、仮に遮光部７が筐体２から露出していた場合は、例えば太陽光がそこで乱反射をし、大変目障りな光が外界視界に重畳する。しかし導光プリズム３は、筐体２内部に収容された領域に遮光部７を有していることから、遮光部７が使用者の目に直接触れることはない。そのため、使用者の外界視界を阻害することなく、ゴーストの除去を行うことができる。 Further, if the light shielding unit 7 is exposed from the housing 2, for example, sunlight is irregularly reflected there, and very disturbing light is superimposed on the external field of view. However, since the light guide prism 3 has the light shielding part 7 in the area accommodated in the housing 2, the light shielding part 7 does not directly touch the user's eyes. Therefore, the ghost can be removed without hindering the user's external view.
また、本実施形態における装着型映像表示装置１は、図１１のように第２の光学面５が反射防止膜９を有していてもよい。反射防止膜９は、臨界角θｃよりも小さい入射角で第２の光学面５に入射する光線の反射率を減少させる。一方、臨界角θｃと等しい入射角で入射する正規の映像を結像する光線は全反射するため、第２の光学面５が反射防止膜９を有することで、映像光を良好に使用者の目に結像しつつ、より効果的なゴーストの除去効果を望むことができる。尚、この反射防止膜９としては、導光プリズム３の材料に適した公知の様々な反射防止膜を適用することができる。 Further, in the wearable image display apparatus 1 in the present embodiment, the second optical surface 5 may have an antireflection film 9 as shown in FIG. Antireflection film 9 reduces the reflectance of light incident on the second optical surface 5 with a smaller angle of incidence than the critical angle theta c. Meanwhile, since the light rays to image the normal image at an incident angle equal to the critical angle theta c is totally reflected, by the second optical surface 5 has an anti-reflection film 9, better user image light It is possible to hope for a more effective ghost removal effect while forming an image on the eyes. As the antireflection film 9, various known antireflection films suitable for the material of the light guide prism 3 can be applied.
図７は、本発明の第１の実施形態の変形例である装着型映像表示装置２１の断面図である。装着型映像表示装置２１は、導光プリズム３と筐体２の代わりに、導光プリズム２３と、導光プリズム２３の一部と映像表示素子８を内部に収容する筐体２２を備えている点において、装着型映像表示装置１と異なっている。導光プリズム２３は、第１の光学面２４と、端部を第１の光学面２４に鋭角で隣接させた第２の光学面２５を有している。 FIG. 7 is a cross-sectional view of a wearable video display device 21 which is a modification of the first embodiment of the present invention. The wearable video display device 21 includes a light guide prism 23, a part of the light guide prism 23, and a housing 22 that houses the video display element 8 instead of the light guide prism 3 and the housing 2. This is different from the wearable video display device 1 in that respect. The light guide prism 23 has a first optical surface 24 and a second optical surface 25 whose end is adjacent to the first optical surface 24 at an acute angle.
また、導光プリズム２３の第１の光学面２４には、接眼窓６が備えられている。接眼窓６は、第２の光学面２５で全反射した光線が、接眼窓６を通じて使用者の目に射出されるように配置される。 An eyepiece window 6 is provided on the first optical surface 24 of the light guide prism 23. The eyepiece window 6 is arranged so that the light beam totally reflected by the second optical surface 25 is emitted through the eyepiece window 6 to the user's eyes.
導光プリズム２３は、導光プリズム３のように遮光部７を有しておらず、代わりに筐体２２が遮光部２７を有している。遮光部２７は、映像表示素子８と導光プリズム２３との間に設置される絞りであり、第１の実施形態における装着型映像表示装置１の遮光部７と同様の役割を有し、映像表示素子８の表示領域の縁付近から射出される光線５４を除去する。 The light guide prism 23 does not have the light shielding part 7 unlike the light guide prism 3, and the housing 22 has the light shielding part 27 instead. The light shielding unit 27 is a diaphragm installed between the video display element 8 and the light guide prism 23, and has the same role as the light shielding unit 7 of the wearable video display device 1 in the first embodiment. The light beam 54 emitted from the vicinity of the edge of the display area of the display element 8 is removed.
以上に説明したように、本変形例においても、映像表示素子８の表示領域から射出される映像光を良好に使用者の目に結像しつつ、ゴーストを効果的に除去することができる。 As described above, also in this modified example, it is possible to effectively remove the ghost while forming the image light emitted from the display area of the image display element 8 well into the eyes of the user.
以下、図８を参照しつつ、本発明における第２の実施形態について説明する。 Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図示はしないが、第２の実施形態における装着型映像表示装置３１も、第１の実施形態と同様に、眼鏡等に装着されて使用される。装着型映像表示装置３１は、映像表示素子８と導光プリズム３との間に、新たに偏光板３２を含んでいる点において装着型映像表示装置１と異なっており、それ以外の構成は、装着型映像表示装置１の構成と同じである。 Although not shown, the wearable video display device 31 in the second embodiment is also used by being worn on spectacles or the like as in the first embodiment. The wearable video display device 31 is different from the wearable video display device 1 in that a polarizing plate 32 is newly included between the video display element 8 and the light guide prism 3, and other configurations are as follows. The configuration is the same as that of the wearable video display device 1.
図８は、第２の実施形態における装着型映像表示装置３１の断面図である。偏光板３２は、第２の光学面５におけるＳ偏光がＰ偏光よりも小さくなるようにＳ偏光を減光するものであればよい。 FIG. 8 is a cross-sectional view of the wearable video display device 31 in the second embodiment. The polarizing plate 32 only needs to attenuate the S-polarized light so that the S-polarized light on the second optical surface 5 becomes smaller than the P-polarized light.
図９は、第２の光学面５における光の入射角θｔに対する反射率の変化を示すグラフである。ここでは、屈折率ｎは、１．６である例を示している。Ｐ、Ｓは、それぞれＰ偏光、Ｓ偏光の、第２の光学面５における入射角θｔに対する反射率の変化を示す曲線であり、ＳＰはＰ偏光とＳ偏光を合わせた光の、第２の光学面５における入射角θｔに対する反射率の変化を示す曲線である。Ｐ、Ｓのいずれにおいても、反射率は、入射角θｔの増加に伴い上昇し、反射率が１に達した後は、入射角θｔの増加に対して一定となる。反射率が丁度１となる入射角θｔが臨界角θｃである。Ｐ、Ｓのいずれにおいても、入射角θｔが臨界角θｃを下回ると、反射率が急激に減少する。特に、Ｐは、反射率の減少がＳに比べて大きい。 FIG. 9 is a graph showing the change in reflectance with respect to the incident angle θ t of light on the second optical surface 5. Here, an example in which the refractive index n is 1.6 is shown. P and S are curves indicating the change in reflectance of the P-polarized light and the S-polarized light, respectively, with respect to the incident angle θ t on the second optical surface 5, and SP is the second of the combined light of P-polarized light and S-polarized light. It is a curve which shows the change of the reflectance with respect to the incident angle (theta) t in the optical surface 5 of this. In both P and S, the reflectivity increases as the incident angle θ t increases, and after the reflectivity reaches 1, the reflectivity becomes constant as the incident angle θ t increases. The incident angle θ t at which the reflectance is just 1 is the critical angle θ c . In both P and S, when the incident angle θ t is less than the critical angle θ c , the reflectance decreases rapidly. In particular, P has a greater decrease in reflectivity than S.
本実施形態において、装着型映像表示装置３１が偏光板３２を有していることで、Ｓ偏光が減光され、ＳＰにおける臨界角θｃよりも小さい入射角θｔに対する反射率の減少は、より急峻となる。そのため、第２の光学面５における、不要光５３、５４の反射率をより大きく抑えることができる。 In the present embodiment, since the wearable image display device 31 includes the polarizing plate 32, the S-polarized light is attenuated, and the reflectance decrease with respect to the incident angle θ t smaller than the critical angle θ c at the SP is It becomes steeper. Therefore, the reflectance of unnecessary light 53 and 54 on the second optical surface 5 can be further suppressed.
以上に説明したように、第２の実施形態においても、映像表示素子８から射出される映像光を良好に使用者の目に結像しつつ、ゴーストを効果的に除去することができる。 As described above, also in the second embodiment, the ghost can be effectively removed while the image light emitted from the image display element 8 is favorably imaged by the user.
第２の光学面５において光線５３よりも臨界角θｃに近い入射角をもつ光線５４は、遮光部７によって除去されるため、本実施形態における偏光板３２がなくとも十分なゴーストの除去効果を望むことはできる。但し、偏光板３２を加えた装着型映像表示装置３１では、第２の光学面５における不要光の反射率を軽減することで、更なるゴーストの除去効果を望むことができる。 Since the light ray 54 having an incident angle closer to the critical angle θ c than the light ray 53 on the second optical surface 5 is removed by the light shielding portion 7, a sufficient ghost removal effect can be obtained without the polarizing plate 32 in the present embodiment. Can wish. However, in the wearable image display device 31 to which the polarizing plate 32 is added, a further ghost removal effect can be desired by reducing the reflectance of the unnecessary light on the second optical surface 5.
また、本実施形態における装着型映像表示装置３１は、偏光板３２の代わりに、偏光板３２と同様の機能を有した偏光板を映像表示素子８の内部に備えていてもよい。 In addition, the wearable video display device 31 in the present embodiment may include a polarizing plate having the same function as the polarizing plate 32 in the video display element 8 instead of the polarizing plate 32.
以下、図１０を参照しつつ、本発明における第３の実施形態について説明する。 Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図示はしないが、第３の実施形態における装着型映像表示装置４１も、第１の実施形態と同様に、眼鏡等に装着されて使用される。装着型映像表示装置４１は、導光プリズム３と筐体２の代わりに、導光プリズム４３と、導光プリズム４３の一部と映像表示素子８を内部に収容する筐体４２を備えている点において装着型映像表示装置１と異なっている。 Although not shown, the wearable video display device 41 in the third embodiment is also used by being worn on spectacles or the like as in the first embodiment. The wearable video display device 41 includes a light guide prism 43, a part of the light guide prism 43, and a housing 42 that houses the video display element 8 instead of the light guide prism 3 and the housing 2. This is different from the wearable video display device 1 in that respect.
図１０は、第３の実施形態における装着型映像表示装置４１の断面図である。導光プリズム４３は、第１の光学面４４と、端部を第１の光学面４４に鋭角で隣接した第２の光学面４５と、端部を第１の光学面４４に鈍角で隣接し、且つ、他端部を第４の光学面４６に鋭角で隣接した第３の光学面４８と、端部を第２の光学面４５と第３の光学面４８に隣接し、第１の光学面４４に対向した第４の光学面４６と、筐体４２内部に収容された領域であって、第１の光学面４４と第４の光学面４６の各領域に溝である遮光部４７を有している。 FIG. 10 is a cross-sectional view of the wearable video display device 41 according to the third embodiment. The light guide prism 43 is adjacent to the first optical surface 44, the second optical surface 45 whose end is adjacent to the first optical surface 44 at an acute angle, and the end is adjacent to the first optical surface 44 at an obtuse angle. And the other end is adjacent to the fourth optical surface 46 at an acute angle, the end is adjacent to the second optical surface 45 and the third optical surface 48, and the first optical surface A fourth optical surface 46 facing the surface 44 and a region accommodated inside the housing 42, and a light-shielding portion 47, which is a groove, in each region of the first optical surface 44 and the fourth optical surface 46. Have.
また、導光プリズム４３の第１の光学面４４には、接眼窓６が備えられている。接眼窓６は、第２の光学面４５で全反射した光線が、接眼窓６を通じて使用者の目に射出されるように配置される。 An eyepiece window 6 is provided on the first optical surface 44 of the light guide prism 43. The eyepiece window 6 is arranged so that the light beam totally reflected by the second optical surface 45 is emitted through the eyepiece window 6 to the user's eyes.
光線５１、６１、６２は、それぞれ映像表示素子８において、異なる角度で射出される光線である。光線５１は、光軸に沿って通過する光線であって、映像表示素子８の法線方向に射出される光線であり、第３の光学面４８で全反射し、更に、第３の光学面４８で全反射した後に第２の光学面４５で全反射した場合、接眼窓６の中心を通過する光線である。光線６１は、映像表示素子８の表示領域から射出される光線であって、第３の光学面４８で全反射した場合、第１の光学面４４で反射し、第２の光学面４５へ入射する光線であって、更に第２の光学面４５で全反射した場合、接眼窓６を通じてゴーストを結像する。光線６２は、映像表示素子８の表示領域から射出される光線であって、第３の光学面４８で全反射した場合、第４の光学面４６で反射し、第２の光学面４５へ入射する光線であって、更に第２の光学面４５で全反射した場合、接眼窓６を通じてゴーストを結像する。 The light beams 51, 61, and 62 are light beams emitted at different angles in the video display element 8, respectively. The light beam 51 is a light beam that passes along the optical axis and is emitted in the normal direction of the image display element 8. The light beam 51 is totally reflected by the third optical surface 48, and further the third optical surface. When the light is totally reflected by 48 and then totally reflected by the second optical surface 45, the light beam passes through the center of the eyepiece window 6. The light beam 61 is emitted from the display area of the image display element 8, and when totally reflected by the third optical surface 48, is reflected by the first optical surface 44 and enters the second optical surface 45. If the second optical surface 45 is further totally reflected, a ghost image is formed through the eyepiece window 6. A light beam 62 is emitted from the display area of the image display element 8, and when totally reflected by the third optical surface 48, is reflected by the fourth optical surface 46 and enters the second optical surface 45. If the second optical surface 45 is further totally reflected, a ghost image is formed through the eyepiece window 6.
ここで、光線５１の第３の光学面４８における入射角θｔ１は、臨界角θｃと略等しくなっており、更に光線５１の第２の光学面４５における入射角θｔ２も、臨界角θｃと略等しくなっている。 Here, the incident angle θ t1 of the light beam 51 on the third optical surface 48 is substantially equal to the critical angle θ c, and the incident angle θ t2 of the light beam 51 on the second optical surface 45 is also the critical angle θ It is substantially equal to c .
以上の構成を有する導光プリズム４３において、光線５１は、第３の光学面４８と第２の光学面４５でそれぞれ全反射し、使用者の目に結像される。 In the light guide prism 43 having the above configuration, the light beam 51 is totally reflected by the third optical surface 48 and the second optical surface 45, respectively, and forms an image on the eyes of the user.
一方、不要光である光線６１、及び光線６２については、装着型映像表示装置４１において効果的に除去される。光線６１については、第１の実施形態の装着型映像表示装置１における不要光５３、５４の除去手段と同様に、本実施形態においても第２の光学面４５及び遮光部４７によって除去される。光線６２についても、第１の実施形態の装着型映像表示装置１における不要光５３、５４の除去手段と同様に、第３の光学面４８及び遮光部４７によって除去される。 On the other hand, the light beam 61 and the light beam 62 that are unnecessary light are effectively removed by the wearable image display device 41. The light beam 61 is removed by the second optical surface 45 and the light shielding unit 47 in this embodiment as well as the unnecessary light 53 and 54 removing means in the wearable image display apparatus 1 of the first embodiment. The light beam 62 is also removed by the third optical surface 48 and the light shielding unit 47 in the same manner as the means for removing unnecessary light 53 and 54 in the wearable image display apparatus 1 of the first embodiment.
したがって、第３の実施形態においても、映像表示素子８から射出される映像光を良好に使用者の目に結像しつつ、ゴーストを効果的に除去することができる。更に、装着型映像表示装置４１では、第１の光学面４４に対向する第４の光学面４６で反射する光線６２によるゴーストも除去することができるため、図４におけるゴーストｂ１だけでなく、正規の映像光による像ａを基準にしてゴーストｂ１と反対の領域に生じるゴーストｂ２も除去することが可能となる。 Therefore, also in the third embodiment, the ghost can be effectively removed while the image light emitted from the image display element 8 is favorably imaged by the user. Furthermore, in the wearable image display device 41, since the ghost caused by the light beam 62 reflected by the fourth optical surface 46 facing the first optical surface 44 can be removed, not only the ghost b 1 in FIG. It is also possible to remove ghost b 2 generated in a region opposite to ghost b 1 with reference to image a by normal video light.
また、本実施形態における導光プリズム４３が有する第１の光学面４４と第４の光学面４６は、互いに平行な研磨された平面であってもよい。第１の光学面４４と第４の光学面４６が、互いに平行な研磨された平面であることで、より良好な外界の視界を確保することができる。 In addition, the first optical surface 44 and the fourth optical surface 46 included in the light guide prism 43 according to the present embodiment may be polished planes parallel to each other. Since the first optical surface 44 and the fourth optical surface 46 are polished planes parallel to each other, a better external field of view can be secured.
また、本実施形態における装着型映像表示装置４１を、前述の第１の実施形態、及び第２の実施形態と組み合わせてもよい。例えば、映像表示素子８と導光プリズム４３との間に、第２の光学面４５と第３の光学面４８のそれぞれにおけるＳ偏光をＰ偏光に対して減光する偏光板を有していてもよい。 Further, the wearable video display device 41 in the present embodiment may be combined with the above-described first embodiment and second embodiment. For example, a polarizing plate is provided between the image display element 8 and the light guide prism 43 to reduce the S-polarized light on each of the second optical surface 45 and the third optical surface 48 relative to the P-polarized light. Also good.
また、本実施形態における装着型映像表示装置４１は、導光プリズム４３が有する遮光部４７の代わりに、映像表示素子８の表示領域の縁付近から射出される不要光を除去するための絞りを有していてもよい。 In addition, the wearable video display device 41 in this embodiment has a diaphragm for removing unnecessary light emitted from the vicinity of the edge of the display area of the video display element 8 instead of the light blocking portion 47 of the light guide prism 43. You may have.
以下、図１２から図１６を参照しつつ、本発明における第４の実施形態について説明する。 Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図示はしないが、第４の実施形態における装着型映像表示装置１０１も、第１の実施形態と同様に、眼鏡等に装着されて使用される。装着型映像表示装置１０１は、導光プリズム１０３と、正の屈折力をもつ接眼窓６と、映像表示素子８を備えている。導光プリズム１０３は、第１の実施形態の装着型映像表示装置１における導光プリズム３のように溝である遮光部７を有していない点において、導光プリズム１と異なっているが、それ以外の構成は、導光プリズム３と同じである。また、本実施形態における装着型映像表示装置１０１においても、導光プリズム１０３と映像表示素子８が固定されることが望ましく、その一手段として、装着型映像表示装置１０１は、導光プリズム１０３の一部と、映像表示素子８を内部に収容する筐体を有していてもよい。 Although not shown, the wearable video display apparatus 101 according to the fourth embodiment is also used while being worn on glasses or the like as in the first embodiment. The wearable video display device 101 includes a light guide prism 103, an eyepiece window 6 having a positive refractive power, and a video display element 8. The light guide prism 103 is different from the light guide prism 1 in that the light guide prism 103 does not have the light shielding portion 7 that is a groove unlike the light guide prism 3 in the wearable image display device 1 of the first embodiment. Other configurations are the same as those of the light guide prism 3. In the wearable video display device 101 according to the present embodiment, it is desirable that the light guide prism 103 and the video display element 8 are fixed. As one means, the wearable video display device 101 includes the light guide prism 103. You may have a part and the housing | casing which accommodates the video display element 8 inside.
図１３及び図１４は、第２の光学面１０５で折り返し展開した図である。光線７２は、映像表示素子８の表示領域の縁から射出される光線であって、第２の光学面１０５で反射した場合、接眼窓６の中心を通過して、正規の映像を結像する光線である。光線７３は、映像表示素子８の表示領域の中心から射出される光線であって、第１の光学面１０４において反射し、第２の光学面１０５で反射した場合、接眼窓６の中心を通過して、ゴーストを結像する光線である。 13 and 14 are diagrams in which the second optical surface 105 is folded back and developed. A light ray 72 is emitted from the edge of the display area of the image display element 8, and when reflected by the second optical surface 105, passes through the center of the eyepiece window 6 to form a normal image. Light rays. A light beam 73 is a light beam emitted from the center of the display area of the image display element 8, and is reflected by the first optical surface 104 and passes through the center of the eyepiece window 6 when reflected by the second optical surface 105. Thus, it is a light beam that forms a ghost image.
本実施形態における装着型映像表示装置１０１は、上述の第１から第３の実施形態とは異なり、映像表示素子８の表示領域の法線方向に射出される光線７１の第２の光学面１０５における入射角θｔが、導光プリズム１０３の臨界角θｃと略等しくはなっていない。そのため、映像表示素子８の表示領域から射出される正規の映像光は、第２の光学面１０５における全反射によらないフレネル反射によって接眼窓６に向かう。 The wearable image display apparatus 101 in the present embodiment is different from the first to third embodiments described above, and the second optical surface 105 of the light beam 71 emitted in the normal direction of the display area of the image display element 8. the incident angle theta t in is not substantially equal to a critical angle theta c of the light guide prism 103. Therefore, regular video light emitted from the display area of the video display element 8 travels toward the eyepiece window 6 by Fresnel reflection not based on total reflection on the second optical surface 105.
ある反射面で１回反射した光線が目に到達して映像を結像する場合、その反射率が低くなるほど目に到達する光量が減り、映像が見えにくくなる。一般的に、反射面における反射率が２０％より高い値であれば、明るさの低下が気にならない程度のものであり映像が見えなくなることはない。逆に２０％より低くなると、映像が暗く見えにくくなる。つまり、反射面の反射率２０％付近が、人間の目が映像を良好に見ることができるかできないかの境界であるといえる。 When a light beam reflected once by a certain reflecting surface reaches the eye and forms an image, the amount of light reaching the eye decreases as the reflectance decreases, and the image becomes difficult to see. In general, if the reflectance on the reflecting surface is higher than 20%, the brightness will not be noticed and the video will not be invisible. On the other hand, if it is lower than 20%, the image becomes dark and difficult to see. That is, it can be said that the vicinity of the reflectance of 20% on the reflecting surface is a boundary of whether or not the human eye can see the image satisfactorily.
一般的なプリズムの素材の屈折率は、１．４から１．７であり、この範囲でプリズムが有する反射面における反射率が２０％付近となるのは、反射面における光線の入射角が、
θｃ−０．０４（ｒａｄ）となるときである。図１５と図１６は、それぞれ屈折率が１．４と１．７の物質における光線の入射角に対する反射率の変化を示す図である。図１５、図１６のいずれにおいても、臨界角θｃから０．０４（ｒａｄ）を差し引いた入射角において、反射率が２０％付近となっている。本実施形態における装着型映像表示装置１０１では、正規の映像を結像する光線の第２の光学面１０５における反射率を２０％よりも大きくし、第１の光学面１０４において反射してゴーストを結像する光線の第２の光学面１０５における反射率を２０％よりも小さくすることで、映像表示素子８から射出される映像光を良好に使用者の目に結像しつつ、ゴーストを効果的に除去することができる。以下、図１３と図１４を参照しつつ、上述の効果を得るための具体的な条件を記載する。
The refractive index of a general prism material is 1.4 to 1.7, and the reflectance on the reflecting surface of the prism in this range is about 20%. The incident angle of the light beam on the reflecting surface is
This is when θ c −0.04 (rad). FIG. 15 and FIG. 16 are diagrams showing changes in reflectance with respect to the incident angle of light rays in materials having refractive indexes of 1.4 and 1.7, respectively. 15, in any of 16, at the incident angle minus 0.04 (rad) from the critical angle theta c, a reflectance of around 20%. In the wearable image display apparatus 101 according to the present embodiment, the reflectance of the light beam forming the regular image on the second optical surface 105 is made larger than 20%, and the ghost is reflected by the first optical surface 104. By making the reflectance of the light beam to be imaged on the second optical surface 105 smaller than 20%, the image light emitted from the image display element 8 is favorably imaged to the eyes of the user, and a ghost effect is obtained. Can be removed. Hereinafter, specific conditions for obtaining the above-described effect will be described with reference to FIGS. 13 and 14.
正規の映像が明るく見えるための条件は、正規の映像を結像する光線で接眼窓６の中心を抜けるどの光線も、第２の光学面１０５における入射角が、θｃ−０．０４（ｒａｄ）を上回っていることである。これら正規の映像を結像する光線のうち、第２の光学面１０５における入射角が最も小さいのは、光線７２であり、光線７２が結像する映像が明るく見えるための条件は、
θｃ−０．０４＜θｒ （ｒａｄ）
である。ここでθｒは、光線７２の第２の光学面１０５における入射角である。入射角θｒを、光線７１の第２の光学面１０５における入射角θｔで表すと、
θｒ＝θｔ−Ｗｖ/ｎ （ｒａｄ）
となる。ｎは、導光プリズム１０３の屈折率であり、Ｗｖは、光線７２が接眼窓６を通過した後の視野角の半分の角度である。以上から、正規の映像が明るく見えるための条件を入射角θｔを使って表すと、
θｃ＋Ｗｖ/ｎ−０．０４＜θｔ （ｒａｄ）
となる。
The condition for the normal image to appear bright is that any ray that passes through the center of the eyepiece window 6 with a light beam that forms the normal image has an incident angle on the second optical surface 105 of θ c −0.04 (rad ). Of these light rays that form a regular image, the light beam 72 has the smallest incident angle on the second optical surface 105, and the condition for the image on which the light beam 72 is formed to appear bright is as follows:
θ c −0.04 <θ r (rad)
It is. Here, θ r is an incident angle of the light beam 72 on the second optical surface 105. When the incident angle θ r is represented by the incident angle θ t of the light beam 71 on the second optical surface 105,
θ r = θ t −Wv / n (rad)
It becomes. n is the refractive index of the light guide prism 103, and Wv is an angle that is half the viewing angle after the light beam 72 passes through the eyepiece window 6. From the above, if the condition for the normal image to appear bright is expressed using the incident angle θ t ,
θ c + Wv / n−0.04 <θ t (rad)
It becomes.
ゴーストを形成する光線のうち、その代表的光線は映像表示素子８の表示領域の中心から射出される光線で、且つ第１の光学面１０４において反射し、接眼窓６の中心を通過する光線７３である。したがって、光線７３の光学面１０５における入射角が、θｃ−０．０４（ｒａｄ）を下回っていれば、第1の光学面１０４における反射で生じるゴーストは暗くなり、見えにくくなる。すなわち、ゴーストを効果的に抑制する条件は、
θｃ−０．０４＞θｑ （ｒａｄ）
である。ここでθｑは、光線７３の第２の光学面１０５における入射角である。入射角θｑを、光線７１の第２の光学面１０５における入射角θｔで表すと、
θｑ＝θｔ−２ｈ/Ｌ （ｒａｄ）
となる。ｈは、映像表示素子８の中心を通り、且つ法線方向に映像表示素子８から射出される光線と、第１の光学面１０４との間の距離である。Ｌは、接眼窓６と接眼窓６から導光プリズム１０３を通して見える映像表示素子８の虚像１０８との距離である。本実施形態における装着型映像表示装置１０１において、Ｌを表すと、
Ｌ＝（ｎ/ｎｃ）ａ´＋ｎｂ´＋ｃ´
となる。ｎｃは、映像表示素子８に付属するカバーグラスの屈折率であり、ａ´は、映像表示素子８の表示領域からカバーグラスまでの距離であり、ｂ´は、カバーグラスから導光プリズム１０３の光入射領域までの距離である。ｃ´は、図１４において接眼窓６の光射出領域の中心と導光プリズム１０３の光入射領域の中心とを結ぶ直線の距離に等しく、言い換えると、導光プリズム１０３内における接眼窓６の光軸の長さに相当する。したがって、ゴーストを除去するための条件を入射角θｔを使って表すと、
θｃ＋２ｈ/Ｌ−０．０４＞θｔ（ｒａｄ）
となる。
Among the light rays forming the ghost, the representative light ray is a light ray emitted from the center of the display area of the image display element 8 and is reflected by the first optical surface 104 and passes through the center of the eyepiece window 6. It is. Therefore, if the incident angle of the light beam 73 on the optical surface 105 is less than θ c −0.04 (rad), the ghost generated by the reflection on the first optical surface 104 becomes dark and difficult to see. In other words, the conditions for effectively suppressing ghosts are:
θ c −0.04> θ q (rad)
It is. Here, θ q is an incident angle of the light ray 73 on the second optical surface 105. When the incident angle θ q is represented by the incident angle θ t of the light beam 71 on the second optical surface 105,
θ q = θ t −2h / L (rad)
It becomes. h is a distance between the first optical surface 104 and a light beam that passes through the center of the image display element 8 and is emitted from the image display element 8 in the normal direction. L is the distance between the eyepiece window 6 and the virtual image 108 of the video display element 8 seen from the eyepiece window 6 through the light guide prism 103. In the wearable video display apparatus 101 in the present embodiment, when L is represented,
L = (n / n c ) a ′ + nb ′ + c ′
It becomes. n c is the refractive index of the cover glass that comes with the image display device 8, a'is the distance from the display area of the image display device 8 to the cover glass, b', the electrically from the cover glass prism 103 The distance to the light incident area. In FIG. 14, c ′ is equal to the distance of a straight line connecting the center of the light exit area of the eyepiece window 6 and the center of the light incident area of the light guide prism 103, in other words, the light of the eyepiece window 6 in the light guide prism 103. Corresponds to the length of the shaft. Therefore, when the condition for removing the ghost is expressed using the incident angle θ t ,
θ c + 2h / L−0.04> θ t (rad)
It becomes.
以上から、映像表示素子８から射出される映像光を良好に使用者の目に結像しつつ、ゴーストを効果的に除去するための条件をθｔを用いて表すと、
θｃ＋Ｗｖ/ｎ−０．０４＜θｔ＜θｃ＋２ｈ/Ｌ−０．０４ （ｒａｄ）
となる。装着型映像表示装置１０１の導光プリズム１０３は、上記の条件を満たすように設計される。
From the above, when the image light emitted from the image display element 8 is favorably imaged to the eyes of the user and the condition for effectively removing the ghost is expressed using θ t ,
θ c + Wv / n−0.04 <θ t <θ c + 2h / L−0.04 (rad)
It becomes. The light guide prism 103 of the wearable video display device 101 is designed to satisfy the above conditions.
したがって、第４の実施形態においても、映像表示素子８から射出される映像光を良好に使用者の目に結像しつつ、ゴーストを効果的に除去することができる。 Therefore, also in the fourth embodiment, it is possible to effectively remove the ghost while forming the image light emitted from the image display element 8 well into the eyes of the user.
さらに、第４の実施形態では、第１から第３の実施形態のように遮光部を設けることで、より効果的にゴーストの除去を行うことができる。 Furthermore, in the fourth embodiment, the ghost can be more effectively removed by providing the light shielding portion as in the first to third embodiments.
また、第４の実施形態の装着型映像表示装置１０１において、さらに好ましい条件を以下に示す。入射角θｒが臨界角θｃに対して小さい場合であっても、その差が０．０４ (ｒａｄ)以下であれば、２０％以上のフレネルの反射率が得られ、これより大きな反射率であれば視覚的には明るさの低下の影響は軽微で済む。
以上から、好ましい条件は
θｒ＞θｃ−０．０４ (ｒａｄ)
θｔ−Ｗｖ／ｎ＞θｃ-０．０４(ｒａｄ)
となり、これを書き換えると
Ｗｖ＜ｎ×（０．０４+θｔ-θｃ）(ｒａｄ)
となる。
In the wearable video display apparatus 101 of the fourth embodiment, more preferable conditions are shown below. Even when the incident angle θ r is smaller than the critical angle θ c , if the difference is 0.04 (rad) or less, a Fresnel reflectivity of 20% or more is obtained, and a reflectivity larger than this is obtained. If so, the effect of the decrease in brightness is minimal.
From the above, the preferred condition is θ r > θ c −0.04 (rad)
θ t −Wv / n> θ c −0.04 (rad)
And rewriting this, Wv <n × (0.04 + θ t −θ c ) (rad)
It becomes.
また、本実施形態における装着型映像表示装置１０１は、第１の実施形態の図１１に示したような反射防止膜を第２の光学面１０５に備えていてもよい。第２の光学面１０５が反射防止膜９を備えることで、映像光を良好に使用者の目に結像しつつ、より効果的なゴーストの除去効果を望むことができる。 In addition, the wearable image display apparatus 101 according to the present embodiment may include an antireflection film as illustrated in FIG. 11 of the first embodiment on the second optical surface 105. Since the second optical surface 105 includes the antireflection film 9, it is possible to obtain a more effective ghost removal effect while favorably forming image light in the eyes of the user.
上述した第１から第４の実施形態は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。装着型映像表示装置は、特許請求の範囲に記載した本発の明を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。 The first to fourth embodiments described above are specific examples for facilitating understanding of the invention, and the present invention is not limited to these embodiments. The wearable video display device can be variously modified and changed without departing from the spirit of the present invention described in the claims.
１、２１、３１、４１、１０１ 装着型映像表示装置
２、２２、４２ 筐体
３、２３、４３、１０３ 導光プリズム
４、２４、４４、１０４ 第１の光学面
５、２５、４５、１０５ 第２の光学面
６ 接眼窓
７、２７、４７ 遮光部
８ 映像表示素子
９ 反射防止膜
４６ 第４の光学面
４８ 第３の光学面
５１、５２、５３、５４、６１、６２、７１、７２、７３、 光線
１０８ 虚像
ａ 像
ｂ１、ｂ２ ゴースト
θ 角度
θｔ、θｒ、θｑ 入射角
θｃ 臨界角
Ｗｖ 視野角
Ｘ 線
ｃ、Ａ、Ｂ、Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｃ 領域
ａ´、ｂ´、ｃ´、Ｌ 距離
Ｓ Ｓ偏光の反射率変化
Ｐ Ｐ偏光の反射率変化
ＳＰ Ｓ偏光とＰ偏光を合わせた光の反射率変化
1, 21, 31, 41, 101 Wearable image display device 2, 22, 42 Housing 3, 23, 43, 103 Light guide prism 4, 24, 44, 104 First optical surface 5, 25, 45, 105 Second optical surface 6 Eyepiece window 7, 27, 47 Light-shielding portion 8 Video display element 9 Antireflection film 46 Fourth optical surface 48 Third optical surface 51, 52, 53, 54, 61, 62, 71, 72 73, ray 108 virtual image a image b 1 , b 2 ghost θ angle θ t , θ r , θ q incident angle θ c critical angle W v viewing angle X-ray c, A, B, A 1 , A 2 , B 1 , B 2 , B 3 , C regions a ′, b ′, c ′, L distance S reflectivity change of S-polarized light P reflectivity change of P-polarized light SP change in reflectivity of light combining S-polarized light and P-polarized light
Claims (13)
第１の光学面と、端部を前記第１の光学面に鋭角で隣接させた第２の光学面と、を有した、略Ｌ字型の光軸が通る、棒状の導光プリズムと、
前記第１の光学面に備えられた正の屈折力をもつ接眼窓と、
前記映像光の光線を射出する映像表示素子と、を有し、
前記略Ｌ字型の光軸は、前記第２の光学面でフレネルの反射により屈曲する
ことを特徴とする装着型映像表示装置。 In a wearable image display device that emits image light that forms a virtual image to the user's eyeball through an eyepiece window,
A rod-shaped light guide prism having a first optical surface and a second optical surface having an end adjacent to the first optical surface at an acute angle and passing through a substantially L-shaped optical axis;
An eyepiece window having positive refractive power provided on the first optical surface;
An image display element for emitting the light beam of the image light,
The substantially L-shaped optical axis is bent by Fresnel reflection on the second optical surface.
前記映像表示素子の表示領域の法線方向に前記映像表示素子の表示領域から射出される光線の前記第２の光学面における入射角をθｔ、前記導光プリズムの臨界角をθｃ、前記略L字型の光軸が通る平面内における前記虚像の半画角をＷｖ、前記導光プリズムの屈折率をｎ、前記映像表示素子の中心を通り、且つ前記法線方向に前記映像表示素子から射出される光線と、前記第１の光学面との間の距離をｈ、前記接眼窓と前記接眼窓から前記導光プリズムを通して見える前記映像表示素子の虚像との距離をＬとすると、前記θｔは、以下の条件式
θｃ+Ｗｖ/ｎ−０．０４＜θｔ＜θｃ+２ｈ/Ｌ−０．０４ (ｒａｄ)
を満たす
ことを特徴とする装着型映像表示装置。 The wearable video display device according to claim 1,
The incident angle of the light beam emitted from the display area of the image display element in the normal direction of the display area of the image display element on the second optical surface is θ t , the critical angle of the light guide prism is θ c , Wv is the half field angle of the virtual image in the plane through which the substantially L-shaped optical axis passes, n is the refractive index of the light guide prism, and the video display element passes through the center of the video display element and in the normal direction. H is the distance between the light beam emitted from the first optical surface and the distance between the eyepiece window and the virtual image of the image display element seen through the light guide prism from the eyepiece window, θ t is the following conditional expression θ c + Wv / n−0.04 <θ t <θ c + 2h / L−0.04 (rad)
A wearable video display device characterized by satisfying the above requirements.
さらに、前記映像表示素子から射出される一部の光線を遮蔽するための遮光部と、
前記導光プリズムの一部と、前記映像表示素子と、前記遮光部とを内部に収容した筐体と、を有し、
前記映像表示素子の表示領域の法線方向に前記映像表示素子の表示領域から射出される光線の前記第２の光学面における入射角は、前記導光プリズムの臨界角と略等しい
ことを特徴とする装着型映像表示装置。 The wearable video display device according to claim 1,
Further, a light-shielding part for shielding a part of the light emitted from the image display element,
A housing that houses a part of the light guide prism, the video display element, and the light shielding portion;
An incident angle of the light beam emitted from the display area of the video display element in the normal direction of the display area of the video display element on the second optical surface is substantially equal to a critical angle of the light guide prism. Wearable video display device.
前記映像表示素子の表示領域の法線方向に前記映像表示素子の表示領域から射出される光線の前記第２の光学面における入射角をθｔ、前記導光プリズムの臨界角をθｃ、前記略L字型の光軸が通る平面内における前記虚像の半画角をＷｖ、前記導光プリズムの屈折率をｎとすると、前記θｔは、以下の条件式
Ｗｖ＜ｎ×（０．０４+θｔ-θｃ）(ｒａｄ)
を満たす
ことを特徴とする装着型映像表示装置。 The wearable video display device according to claim 2 or 3,
The incident angle of the light beam emitted from the display area of the image display element in the normal direction of the display area of the image display element on the second optical surface is θ t , the critical angle of the light guide prism is θ c , Assuming that the half angle of view of the virtual image in the plane through which the substantially L-shaped optical axis passes is Wv and the refractive index of the light guide prism is n, θt is expressed by the following conditional expression Wv <n × (0.04 + θ t -θ c ) (rad)
A wearable video display device characterized by satisfying the above requirements.
前記第２の光学面は、反射防止膜がほどこされている
ことを特徴とする装着型映像表示装置。 The wearable video display device according to any one of claims 2 to 4,
The wearable image display device, wherein the second optical surface is provided with an antireflection film.
前記映像表示素子は、前記第２の光学面におけるＳ偏光を減光する偏光板を有する
ことを特徴とする装着型映像表示装置。 The wearable video display device according to any one of claims 2 to 5,
The video display device includes a polarizing plate that attenuates S-polarized light on the second optical surface.
前記映像表示素子と前記導光プリズムとの間に偏光板を有し、
更に、前記偏光板は、前記第２の光学面におけるＳ偏光を減光する
ことを特徴とする装着型映像表示装置。 The wearable video display device according to any one of claims 2 to 5,
Having a polarizing plate between the image display element and the light guide prism;
Furthermore, the polarizing plate attenuates S-polarized light on the second optical surface.
前記遮光部は、前記導光プリズムの領域であって、前記筐体に収容された領域内に形成される溝である
ことを特徴とする装着型映像表示装置。 The wearable video display device according to claim 3,
The light-shielding portion is a groove formed in a region of the light guide prism and housed in the housing.
前記遮光部は、前記映像表示素子と前記導光プリズムとの間に設置される
ことを特徴とする装着型映像表示装置。 The wearable video display device according to claim 3,
The light-shielding unit is installed between the video display element and the light guide prism.
前記遮光部は、前記映像表示素子から射出される光線のうち、少なくとも前記第１の光学面へ向かう光線の一部を遮蔽する
ことを特徴とする装着型映像表示装置。 The wearable video display device according to claim 9,
The light-shielding unit shields at least a part of light beams emitted from the image display element toward the first optical surface.
前記導光プリズムは、更に、端部を前記第１の光学面に鈍角で隣接させた第３の光学面を有し、
前記第３の光学面は、前記映像表示素子から射出される光線のうち、当該第３の光学面に入射した光線の一部が、前記第２の光学面に向けて全反射する、ように設けられる
ことを特徴とする装着型映像表示装置。 The wearable video display device according to claim 3,
The light guide prism further includes a third optical surface whose end is adjacent to the first optical surface at an obtuse angle,
The third optical surface is configured such that, of the light rays emitted from the image display element, a part of the light rays incident on the third optical surface is totally reflected toward the second optical surface. A wearable video display device characterized by being provided.
前記映像表示素子の中心から前記映像表示素子の縁までの長さは、前記映像表示素子の中心を通り、且つ前記法線方向に前記映像表示素子から射出される光線と、前記第１の光学面との間の距離より短い
ことを特徴とする装着型映像表示装置。 It is a mounting | wearing type | mold video display apparatus of any one of Claim 2 thru | or 10, Comprising:
The length from the center of the video display element to the edge of the video display element passes through the center of the video display element and is emitted from the video display element in the normal direction, and the first optical A wearable video display device characterized by being shorter than the distance to the surface.
更に、前記第１の光学面に対向した第４の光学面を有し、
前記第１の光学面と前記第４の光学面は、互いに平行な研磨された平面である
ことを特徴とする装着型映像表示措置。
The wearable video display device according to any one of claims 2 to 12,
And a fourth optical surface facing the first optical surface,
The first optical surface and the fourth optical surface are polished flat surfaces parallel to each other.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015240239A JP6777358B2 (en) | 2015-12-09 | 2015-12-09 | Wearable video display device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015240239A JP6777358B2 (en) | 2015-12-09 | 2015-12-09 | Wearable video display device |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017107046A true JP2017107046A (en) | 2017-06-15 |
| JP2017107046A5 JP2017107046A5 (en) | 2019-01-17 |
| JP6777358B2 JP6777358B2 (en) | 2020-10-28 |
Family
ID=59060798
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015240239A Active JP6777358B2 (en) | 2015-12-09 | 2015-12-09 | Wearable video display device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6777358B2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0832897A (en) * | 1994-07-19 | 1996-02-02 | Olympus Optical Co Ltd | Head mount type video display device |
| JP2000010042A (en) * | 1998-06-19 | 2000-01-14 | Canon Inc | Picture observation device |
| US20100202056A1 (en) * | 2006-09-21 | 2010-08-12 | Renaud Moliton | Electronic display assembly |
| JP2010224479A (en) * | 2009-03-25 | 2010-10-07 | Olympus Corp | Head-mounted-type image display device |
| JP2012063638A (en) * | 2010-09-16 | 2012-03-29 | Olympus Corp | Head-mounted image display device |
| JP2015172624A (en) * | 2014-03-11 | 2015-10-01 | オリンパス株式会社 | Virtual image observation optical system and light guide prism |
-
2015
- 2015-12-09 JP JP2015240239A patent/JP6777358B2/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0832897A (en) * | 1994-07-19 | 1996-02-02 | Olympus Optical Co Ltd | Head mount type video display device |
| JP2000010042A (en) * | 1998-06-19 | 2000-01-14 | Canon Inc | Picture observation device |
| US20100202056A1 (en) * | 2006-09-21 | 2010-08-12 | Renaud Moliton | Electronic display assembly |
| JP2010224479A (en) * | 2009-03-25 | 2010-10-07 | Olympus Corp | Head-mounted-type image display device |
| JP2012063638A (en) * | 2010-09-16 | 2012-03-29 | Olympus Corp | Head-mounted image display device |
| JP2015172624A (en) * | 2014-03-11 | 2015-10-01 | オリンパス株式会社 | Virtual image observation optical system and light guide prism |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6777358B2 (en) | 2020-10-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7408138B2 (en) | Reflection suppression in near-eye display devices | |
| US8305297B2 (en) | Spectacles-type image display device | |
| US11181735B2 (en) | Optic and assembly for reduced reflections | |
| WO2015198477A1 (en) | Sight line detection device | |
| JP5567924B2 (en) | Prism optical system, image display device using prism optical system, and imaging device using prism optical system | |
| WO2016181459A1 (en) | Prism optical system, image display device using prism optical system, and imaging device using prism optical system | |
| JP2012203113A (en) | Head-mounted display device | |
| JP2007286317A (en) | Mount type display device | |
| KR101852680B1 (en) | The head mounted display apparatus and method for possible implementation of augmented reality or mixed reality | |
| JPH11142783A (en) | Image display device | |
| JP2011053353A (en) | Spectacles-type image display device | |
| KR101732880B1 (en) | Optical system for waveguide type head mounted display | |
| JP2010232708A (en) | Eyeglass type image display device and eyeglass frame used for the same | |
| WO2015107750A1 (en) | Image projection device, head mounted display | |
| WO2022199580A1 (en) | Electronic device and control method therefor | |
| KR20220129542A (en) | display device | |
| JP2010134134A (en) | Head mount display | |
| JP2018040818A (en) | Head-mounted display | |
| JP5077545B2 (en) | Combiner optical system, wearable display device, and glasses | |
| JP2017107046A (en) | Wearable image display device | |
| US9500783B2 (en) | Light-guiding prism and image display apparatus | |
| US10347216B2 (en) | Head mounted display device | |
| JP2000010042A (en) | Picture observation device | |
| CN114563871B (en) | Eye movement tracking device and electronic equipment | |
| CN216595753U (en) | Near-to-eye display device capable of guaranteeing visual field and eliminating mirror reflection |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181203 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20181203 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190918 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190924 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191216 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200331 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200629 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200908 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20201002 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6777358 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |