JP2017142406A - Virtual image optical system and virtual image display device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a virtual image optical system comprising a light guide that avoids dust from adhering to/accumulating on an acute angle part, prevents the acute angle part itself from being chipped, and prevents a user from being injured.SOLUTION: A virtual image optical system comprises an image display element, a coupling optical system, and a light guide 50 that guides image information as light and emits the image information for displaying a virtual image. The light guide 50 includes a light guide member 100 and an optical member 200; the light guide member 100 includes a light beam incident part 101 on which the image information is made incident, an image extraction part 103 that extracts the image information to the outside, and a light beam emission part 104 that emits image light to the outside. The light guide 50 has transparent members 600a and 600b joined to its front face side and back face side with adhesion layers 601a and 601b made of an adhesive, and is coated with a continuous coating layer.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本発明は、ライトガイドを用いた虚像光学系および虚像表示装置に関する。   The present invention relates to a virtual image optical system and a virtual image display device using a light guide.

2次元の画像を虚像光学系により拡大し、拡大された虚像を観察者(ユーザ)に観察させるように表示する装置として、ライトガイドを用いた虚像表示装置が知られている。このような虚像表示装置で用いられるライトガイドの一形態として、近年、ヘッドマウントディスプレイ(Head Mounted Display、以下「HMD」と称する。)が普及し始めている。HMDは、シースルーである透過型と非透過型に分類される。透過型のHMDは、例えばGoogle LTD.(米国)のGoogleglass(登録商標)がある。非透過型のHMDに関しても、その没入感から各社から種々の提案がなされている。
透過型のHMDは、情報端末と組み合わせて使用したり、AR(Augmented Reality:拡張現実)等の提供用として使用したりするため、小型で携帯性が良いものが望まれている。非透過型のHMDは、映画鑑賞やゲームやVR(Virtual Reality:仮想現実)等の提供用として使用するため、没入感が得られる広視野角であることが望まれている。
HMDの外形や大きさに関しては、本体サイズの小型化、薄肉化を重視すると視野角が狭くなる傾向にあり、逆に、表示エリアを広視野角にすると本体サイズが大型化、厚肉化する傾向にある。
A virtual image display device using a light guide is known as a device that enlarges a two-dimensional image using a virtual image optical system and displays an enlarged virtual image so that an observer (user) can observe it. As one form of light guide used in such a virtual image display device, a head mounted display (hereinafter referred to as “HMD”) has recently become widespread. The HMD is classified into a see-through transmission type and a non-transmission type. The transmission type HMD is, for example, Google LTD. (United States) Googleglass (registered trademark). Various proposals have also been made by non-transparent HMDs for their immersion.
Since the transmissive HMD is used in combination with an information terminal or used for providing AR (Augmented Reality) or the like, it is desired to be small and have good portability. The non-transparent HMD is desired to have a wide viewing angle that provides an immersive feeling because it is used for watching movies, providing games, and providing VR (Virtual Reality).
With regard to the outer shape and size of the HMD, the viewing angle tends to be narrower if emphasis is placed on reducing the size and thickness of the main body. Conversely, when the display area is wide, the main body size increases and becomes thicker. There is a tendency.

近年、透過型のものにおいても、ユーザーニーズから、薄肉化、小型化、かつ、広視野角であることが要請されるようになってきている。
このような透過型の虚像表示装置の要請に沿うものとしては、例えば特許文献1(特許第4508655号公報)に記載された虚像表示装置が知られている。
特許文献1の虚像表示装置は、導光板の光線入射部と光線射出部とを同一面上に位置させ、カップリング光学系(またはコリメータ光学系)の投射レンズの主光線を導光板に対して垂直に入射するように配置し、光透過性基板において、2つ以上の主要面およびエッジを有し、全反射によって前記基板に光を結像させる光手段および前記基板に設けられる1つ以上の部分的反射面から構成されている。
この特許文献1には、導光板に入射した光(画像情報)が、平面基板内部で複数回反射された後、選択的反射面のアレイにより基板外へ射出され、ビューア(観察者)の目に映すように構成されている。
In recent years, the transmission type has been required to be thin, downsized, and have a wide viewing angle due to user needs.
For example, a virtual image display device described in Patent Document 1 (Japanese Patent No. 4508655) is known as a device that meets the demand for such a transmissive virtual image display device.
In the virtual image display device of Patent Document 1, the light incident portion and the light emitting portion of the light guide plate are positioned on the same plane, and the principal light of the projection lens of the coupling optical system (or collimator optical system) is directed to the light guide plate. One or more optical means arranged on the substrate, arranged to be perpendicularly incident and having two or more principal surfaces and edges in the light-transmitting substrate and imaging light on the substrate by total reflection; It consists of a partially reflective surface.
In this Patent Document 1, light (image information) incident on a light guide plate is reflected a plurality of times inside a flat substrate, and then is emitted outside the substrate by an array of selective reflecting surfaces. It is configured to be reflected in.

上記の特許文献1のように構成された虚像表示装置は効果的に画像を取り出すことができる。しかしながら、その虚像表示装置の光透過基板は、複数のプリズムから構成されているが、そのプリズムには、最表面に鋭角な角部(以下、「鋭角部」または「エッジ部」という。)が存在する。この鋭角部は、光透過性基板の最表面に位置しているため、このような光透過性基板を有するHMDにおいて、この鋭角部またはその近傍に塵埃等が付着/堆積しそれがユーザの視界に入るため、シースルー性を損ねることになる。また、この鋭角部が隣接する部品の表面よりさらに突出すると、鋭角部自体が欠損したり、これに触れたユーザが負傷したりする恐れがある、という問題があった。   The virtual image display device configured as described in Patent Document 1 can effectively extract an image. However, the light transmission substrate of the virtual image display device is composed of a plurality of prisms, and the prisms have acute corners (hereinafter referred to as “acute corners” or “edges”) on the outermost surface. Exists. Since the acute angle portion is located on the outermost surface of the light transmissive substrate, in the HMD having such a light transmissive substrate, dust or the like is attached / deposited at or near the acute angle portion, which is viewed by the user. Therefore, see-through property is impaired. Further, when the acute angle portion further protrudes from the surface of the adjacent component, there is a problem that the acute angle portion itself may be lost or a user who touches the acute angle portion may be injured.

本発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、その最表面に鋭角部が形成されないようにし、もって、鋭角部に塵埃が付着/堆積することを回避し、鋭角部自体が欠損することを防止し、またユーザが負傷することがない光透過性基板(ライトガイド)を備えた虚像光学系を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and prevents an acute angle portion from being formed on the outermost surface thereof, thereby avoiding the adhesion / deposition of dust on the acute angle portion, and the sharp angle portion itself being lost. It is an object of the present invention to provide a virtual image optical system including a light-transmitting substrate (light guide) that prevents the user from being injured.

本発明に係る虚像光学系は、
虚像である画像情報を表示させるための画像表示素子と、前記画像表示素子の画像情報をカップリングさせるカップリング光学系と、前記カップリング光学系によりカップリングされた前記画像情報を導光して射出するためのライトガイドとを備える虚像光学系であって、
前記ライトガイドは、導光部材と光学部材とを有し、
前記導光部材は、
前記画像情報をその内部に入射させるための光線入射部と、
前記画像情報をその外部に取り出す画像取り出し部と、
前記画像情報をその外部に射出させるための光線射出部と、を有し、
前記光学部材は、
前記導光部材の前記画像取り出し部に近接して配置され、かつ、前記光線射出部と対向して平行に配置された面を有し、
前記ライトガイドの少なくとも一方の最表面は、単一の連続した被覆層で被覆されることを特徴としている。
The virtual image optical system according to the present invention is:
An image display element for displaying image information which is a virtual image, a coupling optical system for coupling image information of the image display element, and the image information coupled by the coupling optical system are guided. A virtual image optical system comprising a light guide for emission,
The light guide has a light guide member and an optical member,
The light guide member is
A light incident part for making the image information incident on the inside thereof;
An image extraction unit for extracting the image information to the outside;
A light emitting part for emitting the image information to the outside,
The optical member is
The light guide member has a surface disposed in proximity to the image extraction unit and disposed in parallel to face the light emitting unit,
At least one outermost surface of the light guide is covered with a single continuous covering layer.

本発明によれば、その最表面に鋭角部が形成されず、もって、鋭角部に塵埃が付着/堆積することを回避し、鋭角部自体が欠損することを防止し、またユーザが負傷することがないライトガイドを備えた虚像光学系を提供することができる。   According to the present invention, an acute angle portion is not formed on the outermost surface, thereby preventing dust from adhering / depositing on the acute angle portion, preventing the acute angle portion itself from being lost, and injuring the user. It is possible to provide a virtual image optical system provided with a light guide that does not have any.

本発明が適用される虚像光学系の実施形態を概略的に示すXZ平面模式図であり、画像表示素子、カップリング光学系およびライトガイドの位置関係を示す。It is a XZ plane schematic diagram showing roughly an embodiment of a virtual image optical system to which the present invention is applied, and shows a positional relationship of an image display element, a coupling optical system, and a light guide. 図1の虚像光学系の外観構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance structure of the virtual image optical system of FIG. 図1の虚像光学系の光路図である。FIG. 2 is an optical path diagram of the virtual image optical system in FIG. 1. 図1のライトガイドを示すXZ平面図である。FIG. 3 is an XZ plan view showing the light guide of FIG. 1. 図4のライトガイドの組立前の分解図である。FIG. 5 is an exploded view of the light guide of FIG. 4 before assembly. ライトガイドを比較して示すXZ平面図であり、(a)は図3のライトガイドを、(b)は参考例のライトガイドを、それぞれ示す。FIGS. 4A and 4B are XZ plan views showing a comparison of light guides, where FIG. 3A shows the light guide of FIG. 3 and FIG. 図4の導光部材の画像取り出し部を拡大して示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which expands and shows the image extraction part of the light guide member of FIG. 図7の導光部材と光学部材を示す部分拡大XZ平面図であり、画像取り出し部を拡大して示す図である。FIG. 8 is a partially enlarged XZ plan view showing a light guide member and an optical member in FIG. 7, and an enlarged view of an image extraction unit. 本発明の虚像光学系の実施形態1を示す断面図である。It is sectional drawing which shows Embodiment 1 of the virtual image optical system of this invention. 図9の虚像光学系の分解斜視図である。FIG. 10 is an exploded perspective view of the virtual image optical system in FIG. 9. 図9の虚像光学系の組立図である。FIG. 10 is an assembly diagram of the virtual image optical system of FIG. 9. 図9の虚像光学系に補強部材を備えた変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the modification provided with the reinforcement member in the virtual image optical system of FIG. 図12のライトガイドを示すXZ平面図である。It is XZ top view which shows the light guide of FIG. 本発明の虚像光学系の実施形態2を示すXZ平面図である。It is a XZ top view which shows Embodiment 2 of the virtual image optical system of this invention. 図12の虚像光学系の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the virtual image optical system of FIG. 図12の虚像光学系の組立状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the assembly state of the virtual image optical system of FIG. 図12の虚像光学系のXY平面図である。FIG. 13 is an XY plan view of the virtual image optical system in FIG. 12. 図12の虚像光学系から間隔保持部材を取り除いた場合の実施形態2の変形例1のXZ平面図である。FIG. 13 is an XZ plan view of Modification 1 of Embodiment 2 when a spacing member is removed from the virtual image optical system of FIG. 12. 図15のライトガイドを示すXZ平面図である。FIG. 16 is an XZ plan view showing the light guide of FIG. 15. 本発明の虚像光学系の実施形態3を示す図である。It is a figure which shows Embodiment 3 of the virtual image optical system of this invention. 図17の虚像光学系のXZ平面図である。FIG. 18 is an XZ plan view of the virtual image optical system in FIG. 17. 図17の虚像光学系のXY平面図である。FIG. 18 is an XY plan view of the virtual image optical system in FIG. 17. 図17の虚像光学系の組立図である。FIG. 18 is an assembly diagram of the virtual image optical system of FIG. 17. 図17の虚像光学系において図11のライトガイドを用いた場合の変形例1のXZ平面図である。FIG. 18 is an XZ plan view of Modification 1 when the light guide of FIG. 11 is used in the virtual image optical system of FIG. 17. 図19の虚像光学系の変形例1のXZ断面図である。It is XZ sectional drawing of the modification 1 of the virtual image optical system of FIG. 図19の虚像光学系の変形例1のXY平面図である。FIG. 20 is an XY plan view of Modification 1 of the virtual image optical system in FIG. 19. 図19の虚像光学系の変形例1の組立図である。FIG. 20 is an assembly diagram of Modification 1 of the virtual image optical system in FIG. 19. 本発明の虚像光学系の実施形態4の構成を示すXZ平面図である。It is a XZ top view which shows the structure of Embodiment 4 of the virtual image optical system of this invention. 図21Aの虚像光学系の各部材の構成を分解して示すXZ平面図である。It is a XZ top view which decomposes | disassembles and shows the structure of each member of the virtual image optical system of FIG. 21A. 図21Aの虚像光学系の分解斜視図である。FIG. 21B is an exploded perspective view of the virtual image optical system in FIG. 21A. 図21Aの虚像光学系に補強部材を備えた変形例の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the modification provided with the reinforcement member in the virtual image optical system of FIG. 21A. 図21Aの虚像光学系においてエアギャップを設けた変形例1の構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the modification 1 which provided the air gap in the virtual image optical system of FIG. 21A. 図21Aの虚像光学系において画像取り出し部側にエアギャップを設けた変形例2の構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the modification 2 which provided the air gap in the image extraction part side in the virtual image optical system of FIG. 21A. 図21Aの虚像光学系において延伸部側および画像取り出し部側ともにエアギャップを設けた実施の形態4の変形例3の構成を示す分解斜視図である。FIG. 21B is an exploded perspective view showing a configuration of Modification 3 of Embodiment 4 in which an air gap is provided on both the extending portion side and the image extracting portion side in the virtual image optical system of FIG. 21A. 図21Aの虚像光学系においてライトガイド後面側の透明部材と導光部材の間の延伸部側にエアギャップを設けた変形例4の構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the modification 4 which provided the air gap in the extending | stretching part side between the transparent member and light guide member of the rear surface side of a light guide in the virtual image optical system of FIG. 21A. 図21Aの虚像光学系において変形例3と変形例4のコンビネーションとした変形例5の構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the modification 5 which used the combination of the modification 3 and the modification 4 in the virtual image optical system of FIG. 21A. 図21Aの虚像光学系において変形例1のエアギャップを延伸の始まる箇所までいっぱいに設けた変形例6の構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the modification 6 which provided the air gap of the modification 1 in the virtual image optical system of FIG. 図21Aの虚像光学系において変形例3のエアギャップに加え、ライトガイド後面側の透明部材と導光部材の間にエアギャップを設けた変形例7の構成を示す分解斜視図である。FIG. 21B is an exploded perspective view showing a configuration of Modification Example 7 in which an air gap is provided between the transparent member on the rear surface side of the light guide and the light guide member in addition to the air gap of Modification Example 3 in the virtual image optical system of FIG. 21A. 本発明の虚像光学系の実施形態5の構成を示すXZ平面図である。It is a XZ top view which shows the structure of Embodiment 5 of the virtual image optical system of this invention. 図30Aの虚像光学系の各部材の対応関係を示すXZ平面図である。FIG. 30B is an XZ plan view showing a correspondence relationship among members of the virtual image optical system in FIG. 30A. 図30Aの虚像光学系の分解斜視図である。FIG. 30B is an exploded perspective view of the virtual image optical system in FIG. 30A. 図30Aの虚像光学系の導光部材に延伸部を備えた変形例を示すXZ平面図である。FIG. 30B is an XZ plan view showing a modification in which the light guide member of the virtual image optical system in FIG. 30A is provided with an extending portion. 本発明の虚像光学系の透過率可変手段を備えた実施形態6の構成を示すXZ平面図である。It is a XZ top view which shows the structure of Embodiment 6 provided with the transmittance | permeability variable means of the virtual image optical system of this invention. 本発明の虚像光学系の間隔保持部材を備えた実施形態7の構成を示すXZ平面図である。It is XZ top view which shows the structure of Embodiment 7 provided with the space | interval holding member of the virtual image optical system of this invention. 本発明の虚像光学系の実施形態8の構成を示すXZ平面図である。It is a XZ top view which shows the structure of Embodiment 8 of the virtual image optical system of this invention. 本発明の虚像光学系を備えた虚像表示装置の使用状態を示す平面図である。It is a top view which shows the use condition of the virtual image display apparatus provided with the virtual image optical system of this invention. 本発明の虚像光学系を眼鏡型のHMDに適用した例を表す模式図であり、(a)はライトガイドを両眼一体型とした場合、(b)および(c)は、ライトガイドを単眼型とし、左右の目に各々適用した場合および片方の目に適用した場合を示す。It is a schematic diagram showing the example which applied the virtual image optical system of this invention to spectacles type HMD, (a) is a case where a light guide is made into a binocular integrated type, (b) And (c) is a monocular for a light guide. The figure shows the case of applying to the left and right eyes and the case of applying to one eye.

以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態1〜8およびそれらの変形例に係る虚像光学系および虚像表示装置を図1〜図36を用いて説明する。
その基本的な特徴は、図1〜図6、図9に示されるように、カップリング光学系(またはコリメート光学系)300からライトガイド50に入射した画像情報が、導光部材100の内部で複数回全反射された後、選択的反射面である画像取り出し部103の働きによりライトガイド50の外部に射出されてユーザの目にその画像情報を提供するに際し、ライトガイド50の表面を透明部材をもって、単一の連続した面で構成することである(図9参照)。このようにすることにより、その最表面に鋭角部が形成されないようにすることができ、鋭角部に塵埃が付着/堆積することを回避することができる、というものである。
以下に述べる実施形態は、透過型のライトガイドを用いた虚像光学系および虚像表示装置に関するものであり、最初に、虚像表示装置用の虚像光学系の構成を説明する。
Hereinafter, virtual image optical systems and virtual image display devices according to Embodiments 1 to 8 and modifications thereof to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 to 6 and 9, the basic feature is that image information incident on the light guide 50 from the coupling optical system (or collimating optical system) 300 is generated inside the light guide member 100. After being totally reflected a plurality of times, the surface of the light guide 50 is exposed to the transparent member when it is emitted to the outside of the light guide 50 by the action of the image extracting unit 103 which is a selective reflection surface and the image information is provided to the user's eyes. And a single continuous surface (see FIG. 9). By doing so, it is possible to prevent an acute angle portion from being formed on the outermost surface, and to prevent dust from adhering / depositing on the acute angle portion.
The embodiment described below relates to a virtual image optical system and a virtual image display device using a transmissive light guide. First, the configuration of a virtual image optical system for a virtual image display device will be described.

(実施形態1)
図1および図2に示す本実施形態の基本構成である虚像光学系は、表示画像の画像情報を出力する画像表示素子10と、画像表示素子10からの画像情報をカップリングして射出するカップリング光学系300と、ライトガイド50と、を備える。ライトガイド50は、カップリング光学系300から拡大して射出される画像情報を内部に導光し、虚像表示のために外部、即ち観察者(ユーザ)の目に向けて射出する役割を担うものである。図3は、このような虚像光学系の光路を矢印で示す。以下、ライトガイド50に関し、観察者(ユーザ)から見て手前側(図3において下側)の面を「後面」とし、奥側(図3において上側)の面を「前面」として説明する。
画像表示素子10は、ライトガイド50を通じて表示する虚像の基となる表示画像の画像情報を出力するデバイスである。画像表示素子10は、有機LED(OLED:Organic Light Emitting Diode)や液晶表示素子が好適であるが、他にも種々の表示方式のものが適用できる。例えば、画像表示素子10として、DMD(Digital Micromirror Device)が適用可能である。
(Embodiment 1)
A virtual image optical system that is a basic configuration of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2 includes an image display element 10 that outputs image information of a display image, and a cup that couples and emits image information from the image display element 10. A ring optical system 300 and a light guide 50 are provided. The light guide 50 guides the image information that is enlarged and emitted from the coupling optical system 300 to the inside and emits it toward the outside, that is, the eyes of the observer (user) for virtual image display. It is. FIG. 3 shows the optical path of such a virtual image optical system with an arrow. Hereinafter, the light guide 50 will be described with the front side (lower side in FIG. 3) as viewed from the observer (user) as the “rear surface” and the rear side (upper side in FIG. 3) as the “front surface”.
The image display element 10 is a device that outputs image information of a display image that is a basis of a virtual image displayed through the light guide 50. The image display element 10 is preferably an organic LED (OLED: Organic Light Emitting Diode) or a liquid crystal display element, but various other display methods can be applied. For example, a DMD (Digital Micromirror Device) can be applied as the image display element 10.

また、画像表示素子10として、TFT(Thin Film Transistor)やLCOS(Liquid Crystal On Silicon)が適用可能である。さらに、画像表示素子10として、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)が適用可能である。
カップリング光学系300は、画像表示素子10から出力される上述の画像情報を拡大し平行光として射出する。図3に示すように、カップリング光学系300は、その射出光の中心軸(光軸)が、ライトガイド50の後述する光線射出部104に対して傾きを有するように配置される。カップリング光学系300の構成例は後述する。
Further, as the image display element 10, TFT (Thin Film Transistor) or LCOS (Liquid Crystal On Silicon) can be applied. Further, as the image display element 10, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) can be applied.
The coupling optical system 300 enlarges the above-described image information output from the image display element 10 and emits it as parallel light. As shown in FIG. 3, the coupling optical system 300 is arranged so that the central axis (optical axis) of the emitted light is inclined with respect to a light emitting unit 104 described later of the light guide 50. A configuration example of the coupling optical system 300 will be described later.

(ライトガイド)
ライトガイド50を構成する導光部材100は、カップリング光学系300からの画像情報を内部に入射して導光し、外部、即ち観察者(ユーザ)の目に向けて射出することで、画像情報を観察者(ユーザ)に虚像として提供するものである。ライトガイド50は、図4に示すように、画像情報の入射、導光および射出を行うための導光部材100と、ライトガイド50のシースルー性を確保するため導光部材100と一体をなすように設けられる光学部材200と、を備える。
図3は、本発明の虚像表示装置の画像情報を矢印で示している。ライトガイド50は、カップリング光学系300からの画像情報を入射させるための光線入射部101と、ライトガイド50内に拡大入射された画像情報を前記ライトガイド50の外部に射出させるための光線射出部104とを配し、光線入射部101と光線射出部104は、各々異なる面から構成される。
図4に示すように、光線入射部101から入射した光は、面105(+Z側の面)、画像取り出し部103および光線射出部104側の面(−Z側の面)106の間を順次(複数回)反射した後、光線射出部104から射出し、観察者(ユーザ)の眼に到達する。
(Light guide)
The light guide member 100 constituting the light guide 50 guides the image information from the coupling optical system 300 to the inside and guides the image information to the outside, that is, toward the eyes of the observer (user). Information is provided as a virtual image to an observer (user). As shown in FIG. 4, the light guide 50 is integrated with the light guide member 100 for entering, guiding and emitting image information, and the light guide member 100 to ensure the see-through property of the light guide 50. The optical member 200 is provided.
FIG. 3 shows image information of the virtual image display device of the present invention by arrows. The light guide 50 includes a light beam incident unit 101 for allowing image information from the coupling optical system 300 to enter, and a light beam emission for causing the image information enlarged and incident into the light guide 50 to be emitted to the outside of the light guide 50. The light incident part 101 and the light emitting part 104 are configured from different surfaces.
As shown in FIG. 4, the light incident from the light incident unit 101 sequentially passes between the surface 105 (+ Z side surface), the image extraction unit 103, and the light emission unit 104 side surface (−Z side surface) 106. After being reflected (multiple times), the light exits from the light emitting unit 104 and reaches the eyes of the observer (user).

(導光部材)
ライトガイド50の導光部材100は、本実施形態1では、カップリング光学系300からの画像情報が入射される光線入射部101と、画像情報を外部に射出する光線射出部104と、を有する。光線入射部101と光線射出部104とは、各々異なる面で形成されている。「異なる面」とは、同一面でも平行面でもなく、一方に対して他方が傾斜する面であることを意味する。この実施形態1では、光線入射部101は、光線射出部104に対して鈍角で傾斜している。
本発明の実施形態1では、導光部材100の光線入射部101と光線射出部104は、それぞれ平面となっている。光線入射部101および光線射出部104を平面にすることで、導光部材100さらにはライトガイド50の生産性を向上させ、また、導光部材100およびライトガイド50全体をシンプルな構成にすることができる。
また、光線入射部101と光線射出部104とを異なる面にすることで、入射光線の角度をより適切な角度に設定することが可能になり、これによりライトガイド50をコンパクトに、即ち小型で薄肉にすることが可能になる。また、光線入射部101と光線射出部104とを異なる面とすることで、光線束を広く取ることができることから、視野角を広角とするのに有利になる。
(Light guide member)
In the first embodiment, the light guide member 100 of the light guide 50 includes a light incident unit 101 on which image information from the coupling optical system 300 is incident, and a light emitting unit 104 that emits image information to the outside. . The light incident part 101 and the light emitting part 104 are formed on different surfaces. “Different planes” means that the planes are not the same plane or parallel planes, and the other side is inclined with respect to one side. In the first embodiment, the light incident part 101 is inclined at an obtuse angle with respect to the light emitting part 104.
In Embodiment 1 of the present invention, the light incident part 101 and the light emitting part 104 of the light guide member 100 are each flat. By making the light incident part 101 and the light emitting part 104 flat, the productivity of the light guide member 100 and the light guide 50 is improved, and the light guide member 100 and the entire light guide 50 are made simple. Can do.
Further, by making the light incident portion 101 and the light emitting portion 104 different surfaces, the angle of the incident light can be set to a more appropriate angle, thereby making the light guide 50 compact, that is, small. It becomes possible to make it thin. Also, by making the light incident part 101 and the light emitting part 104 different surfaces, a wide light bundle can be obtained, which is advantageous for making the viewing angle wide.

なお、光線入射部101と光線射出部104を同一面とした場合には、加工面や管理面での容易性がある反面、光線入射部101と光線射出部104の自由度が減る。このため、視野角を広く取ろうとすると、ライトガイドが大型化、厚肉化する。このため、本発明の実施形態では、光線入射部101と光線射出部104とを異なる面にしている。
他方、シースルー性を良好にするために、導光部材100は、光線射出部104が設けられた後面と、奥側(図4において上側)の前面105とが、互いに平行に形成されている。
導光部材100は、光線入射部101から入射された画像情報を光線射出部104に導光して取り出すための画像取り出し部103を備える。画像取り出し部103の具体的な構成は後述する。導光部材100の材質としては、シースルー性を考慮すると透過性の高い材質が好ましく、さらに、後述する画像取り出し部103の加工を考慮すると、樹脂で成形することが好ましい。
In addition, when the light incident part 101 and the light emission part 104 are made into the same surface, although the ease of a processing surface and a management surface exists, the freedom degree of the light incident part 101 and the light emission part 104 reduces. For this reason, if the viewing angle is widened, the light guide becomes larger and thicker. For this reason, in the embodiment of the present invention, the light incident part 101 and the light emitting part 104 are provided on different surfaces.
On the other hand, in order to improve the see-through property, the light guide member 100 has a rear surface on which the light emitting section 104 is provided and a front surface 105 on the back side (upper side in FIG. 4) formed in parallel to each other.
The light guide member 100 includes an image extraction unit 103 for guiding the image information incident from the light incident unit 101 to the light emission unit 104 and extracting the image information. A specific configuration of the image extraction unit 103 will be described later. The material of the light guide member 100 is preferably a highly permeable material in view of see-through properties, and is preferably molded from a resin in consideration of the processing of the image extraction unit 103 described later.

図6に示す本実施形態のライトガイドおよび参考例として光線入射部101と光線射出部104とを同一面としたライトガイドを、各々、図6の(a)および(b)に比較して示す。図6(a)、(b)に示すように、カップリング光学系300から入射した光線は、ライトガイド内を前後斜め方向に交互に全反射しながら光線射出部104側に進行する。ここで、光線入射部101と光線射出部104とを異なる面とした図6(a)のライトガイドは、光線入射部101と光線射出部104とを同一面とした図6(b)のものと比較して、長手方向の長さを短くしつつ反射回数を減らすことができる。このように、光線入射部101と光線射出部104とを異なる面とすることで、ライトガイドを小型にすることができる。   The light guide of the present embodiment shown in FIG. 6 and a light guide having the light incident part 101 and the light emitting part 104 as the same surface as a reference example are shown in comparison with FIGS. 6 (a) and 6 (b), respectively. . As shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), the light incident from the coupling optical system 300 travels toward the light emitting section 104 while being totally reflected back and forth obliquely in the light guide. Here, the light guide in FIG. 6A in which the light incident portion 101 and the light emitting portion 104 are different surfaces is the same as that in FIG. 6B in which the light incident portion 101 and the light emitting portion 104 are the same surface. As compared with, the number of reflections can be reduced while shortening the length in the longitudinal direction. Thus, the light guide can be made small by making the light incident part 101 and the light emitting part 104 different surfaces.

(光学部材)
図4および図5を用いて、ライトガイド50の導光部材100と光学部材200の概要を説明する。光学部材200は、XZ平面で鋭角な三角柱状をなし、導光部材100の光線射出部104に平行して対向する面(前面)210と、前面210に対して傾斜し、導光部材100の画像取り出し部103の面213に対向配置される斜面214を有する。光学部材200の斜面214は、導光部材100の画像取り出し部103の斜面213に対して近接設置または接合される部位であり、その詳細については後述する。
ライトガイド50は、導光部材100の前面105と、これに平行する光学部材200の前面210とが同一平面になるように面位置を合わせて配置されており、これにより、ライトガイド全体として、前面と後面が平行を保つ形状をなしている。なお、後述のように、ライトガイドの変形例として、光学部材200の前面210が導光部材100の前面105の位置から前方(図4において上方)に出ている或いは後方に引っ込んでいる形状とすることもあり得る。即ち、シースルー性を考慮すると、導光部材100の前面105と光学部材200の対抗する前面210の面位置は、一致していることが望ましいが、携帯性や用途などを考慮して、このような両面の面位置をずらす形態としてもよい。
(Optical member)
An outline of the light guide member 100 and the optical member 200 of the light guide 50 will be described with reference to FIGS. 4 and 5. The optical member 200 has an acute triangular prism shape in the XZ plane, and is inclined with respect to the front surface 210 and the front surface 210 that face the light emitting portion 104 of the light guide member 100 in parallel. It has a slope 214 arranged to face the surface 213 of the image extraction unit 103. The inclined surface 214 of the optical member 200 is a part that is installed close to or joined to the inclined surface 213 of the image extraction unit 103 of the light guide member 100, and details thereof will be described later.
The light guide 50 is disposed so that the front surface 105 of the light guide member 100 and the front surface 210 of the optical member 200 parallel to the light guide member 100 are flush with each other. The front and rear surfaces are kept parallel. As will be described later, as a modification of the light guide, the front surface 210 of the optical member 200 protrudes forward (upward in FIG. 4) from the position of the front surface 105 of the light guide member 100 or retracts backward. It is possible to do. That is, considering the see-through property, the surface positions of the front surface 105 of the light guide member 100 and the front surface 210 of the optical member 200 facing each other are preferably coincident with each other. It is good also as a form which shifts the surface position of both surfaces.

ライトガイド50は、導光部材100の光線射出部104の平面(後面106)と、光学部材200の対応する後面212とが平行とされる。このような構成によって、光線射出部104を通じてのシースルー性が良好になる。導光部材100の光線射出部104の面(後面106)と、光学部材200の対応する後面212とが平行でない場合、プリズム効果によりシースルー性が低下するので好ましくない。
光学部材200については、後述する。
In the light guide 50, the plane (rear surface 106) of the light emitting portion 104 of the light guide member 100 and the corresponding rear surface 212 of the optical member 200 are parallel. With such a configuration, the see-through property through the light emitting portion 104 is improved. If the surface (rear surface 106) of the light emitting part 104 of the light guide member 100 and the corresponding rear surface 212 of the optical member 200 are not parallel, the see-through property is reduced by the prism effect, which is not preferable.
The optical member 200 will be described later.

(導光部材の画像取り出し部)
次に、図7および図8の部分拡大断面図を参照して、導光部材100の画像取り出し部103の構成を説明する。図8は、導光部材100の画像取り出し部103と光線射出部104のそれぞれ一部を拡大して表し、図7は、画像取り出し部103の一部をさらに拡大して表している。
図7に示すように、画像取り出し部103は、3つの平面で構成しており、大略鋸歯状の形状をなしている。
具体的には、画像取り出し部103は、光線射出部104に垂直な方向(Z軸)に対してθaの角度を有する第1面103aと、X軸と平行な第2面103bと、光線射出部104に垂直な方向(Z軸)に対してθcの角度を有する傾斜面である第3面103cとが連続して周期的に配置される形状となっている。
まず、第1面103aは、光線入射部101から導光部材100に入射された画像情報を反射し、光線射出部104に導いて光線射出部104から射出させる役割を担う面であり、光線射出部104に対して傾斜する平面となっている。第1面103aが光線射出部104に対して傾斜するθaの角度は、導光部材100の材質の屈折率にもよるが、20度から30度までの範囲に設定することが好ましい。
(Image extraction part of light guide member)
Next, the configuration of the image extraction unit 103 of the light guide member 100 will be described with reference to partially enlarged cross-sectional views of FIGS. 7 and 8. FIG. 8 illustrates an enlarged part of each of the image extraction unit 103 and the light emitting unit 104 of the light guide member 100, and FIG. 7 illustrates an enlarged part of the image extraction unit 103.
As shown in FIG. 7, the image extraction unit 103 is configured by three planes and has a generally sawtooth shape.
Specifically, the image extraction unit 103 includes a first surface 103a having an angle θa with respect to a direction (Z axis) perpendicular to the light emitting unit 104, a second surface 103b parallel to the X axis, and light emission. The third surface 103c, which is an inclined surface having an angle θc with respect to the direction perpendicular to the portion 104 (Z axis), is continuously and periodically arranged.
First, the first surface 103a is a surface that reflects the image information incident on the light guide member 100 from the light incident unit 101, guides it to the light emitting unit 104, and emits it from the light emitting unit 104. The plane is inclined with respect to the portion 104. The angle θa at which the first surface 103a is inclined with respect to the light emitting portion 104 is preferably set in the range of 20 degrees to 30 degrees, although it depends on the refractive index of the material of the light guide member 100.

また、第1面103aは、光線入射部101から導光部材100に入射した光線を反射し、かつ、外光のシースルー性を確保可能なコーティング処理が施されていることが好ましい。
次に、第2面103bは、入射された画像情報を導光部材100の内部に導光させる反射面としての役割を担う面であり、光線射出部104(後面)と平行な平面となっている。したがって、角度θb=0°である。さらに、第2面103bは、シースルー性を確保するため、ライトガイド50の前面および後面からの外光を入射させる透過面としての役割も担っている。
ここで、第2面103bがX軸に平行ではない場合、即ち、第2面103bを光線射出部104の面に対して傾斜させて、角度θb≠0°に設定した場合、導光部材100内で導光される画像情報は、第2面103bで反射される反射角と光線射出部104で反射される反射角が一致しないので変化することになる。
Moreover, it is preferable that the first surface 103a is subjected to a coating process that reflects the light incident on the light guide member 100 from the light incident part 101 and can ensure the see-through property of external light.
Next, the second surface 103b is a surface that plays a role as a reflecting surface for guiding incident image information into the light guide member 100, and is a plane parallel to the light emitting unit 104 (rear surface). Yes. Therefore, the angle θb = 0 °. Further, the second surface 103b also serves as a transmission surface for allowing external light from the front and rear surfaces of the light guide 50 to enter in order to ensure see-through performance.
Here, when the second surface 103b is not parallel to the X axis, that is, when the second surface 103b is inclined with respect to the surface of the light emitting unit 104 and the angle θb ≠ 0 ° is set, the light guide member 100. The image information guided in the inside changes because the reflection angle reflected by the second surface 103b and the reflection angle reflected by the light emitting unit 104 do not match.

そうすると、光線入射部101から入射される光線と光線入射部101の法線とのなす角で定義される入射角θinと、光線射出部104から射出される光線と光線射出部104の法線とのなす角で定義される射出角θoutとが同じ角度とならない。さらに、画像情報が第1面103aおよび光線射出部104を通じてライトガイド50の外部に射出される際に、異なった方向に射出されてしまい、虚像としては思わしくないものとなる。
このため、本実施形態では、角度θb=0°とし、第2面103bを光線射出部104の後面に対して(即ち、X軸に対して)平行に形成している。
また、傾斜面である第3面103cは、第1面103aの面積を広く確保するとともに、導光部材100の曲げ強度を向上させる役割を有する。
光線射出部104に対する第3面103cの角度θcは、0°よりも大きく90°の範囲とされる。角度θcが90°になると、第3面103cは、第2面103bと同一面、即ち第2面102bの一部になるため、上述した形態と同じ構成になる。また、角度θcは、生産性を考慮すると2°から45°の範囲とすることが望ましい。さらには、第3面103cは、画像表示素子10からの画像情報が当たると乱反射等の現象が生じるため、出来るだけ画像表示素子10からの画像情報が当たらないような角度範囲とすることが好ましい。
Then, the incident angle θin defined by the angle formed by the light beam incident from the light beam incident unit 101 and the normal line of the light beam incident unit 101, the light beam emitted from the light beam emitting unit 104, and the normal line of the light beam emitting unit 104 The exit angle θout defined by the angle formed by is not the same angle. Further, when the image information is emitted to the outside of the light guide 50 through the first surface 103a and the light beam emitting unit 104, the image information is emitted in different directions, which is not considered as a virtual image.
For this reason, in the present embodiment, the angle θb = 0 °, and the second surface 103b is formed in parallel to the rear surface of the light emitting portion 104 (that is, to the X axis).
The third surface 103c that is an inclined surface has a role of ensuring a large area of the first surface 103a and improving the bending strength of the light guide member 100.
An angle θc of the third surface 103c with respect to the light emitting portion 104 is set to a range of greater than 0 ° and 90 °. When the angle θc is 90 °, the third surface 103c is the same surface as the second surface 103b, that is, a part of the second surface 102b, and thus has the same configuration as that described above. In addition, the angle θc is preferably in the range of 2 ° to 45 ° in consideration of productivity. Furthermore, since the third surface 103c causes a phenomenon such as irregular reflection when the image information from the image display element 10 hits, it is preferable that the third surface 103c has an angle range where the image information from the image display element 10 does not hit as much as possible. .

図8は、本発明の導光部材100と光学部材200(面213と面214;図5参照)の境界面の拡大図である。図5にも示すように、光学部材200は、導光部材100の画像取り出し部103に近接配置される。光学部材200は、画像取り出し部103面の「傾斜角度」と同じ角度の斜面(面214)を有し、導光部材100の画像取り出し部103の位置する面に対向した位置に配置される。このとき導光部材100と光学部材200は、同じ材料で構成されていることが好ましい。
後述するように、導光部材100と光学部材200(面213と面214)は接着工法により一体化することができる。この場合、接着剤の屈折率は、導光部材100の屈折率よりも低い、または同等であることが望ましい。これにより、光線入射部101から導光部材100に入射した光線の第2面103bでの全反射が保持され、かつ、景色等の外光の透過性(外光のシースルー性)を保持することが可能となる。
FIG. 8 is an enlarged view of a boundary surface between the light guide member 100 and the optical member 200 (surface 213 and surface 214; see FIG. 5) of the present invention. As shown also in FIG. 5, the optical member 200 is disposed close to the image extraction unit 103 of the light guide member 100. The optical member 200 has a slope (surface 214) having the same angle as the “inclination angle” of the surface of the image extraction unit 103 and is disposed at a position facing the surface of the light guide member 100 where the image extraction unit 103 is located. At this time, the light guide member 100 and the optical member 200 are preferably made of the same material.
As will be described later, the light guide member 100 and the optical member 200 (the surface 213 and the surface 214) can be integrated by an adhesive method. In this case, the refractive index of the adhesive is desirably lower than or equal to the refractive index of the light guide member 100. Thereby, total reflection of the light incident on the light guide member 100 from the light incident part 101 on the second surface 103b is maintained, and the transparency of external light such as scenery (see-through property of external light) is maintained. Is possible.

導光部材100の材質の屈折率と接着剤の屈折率を同等とする場合は、接着界面に、ハーフミラー等のコートを施すことで、界面での反射が可能であり、かつ、シースルー性を高めることが可能となる。接着剤の屈折率が導光部材100よりも高い場合は、光線が全反射せずに接着剤部分で屈折するため、虚像表示装置としては成立しなくなる。
また、導光部材100と光学部材200を接着剤を介して一体化するのではなく、両者間にエアギャップを介して配置する構成としても構わない。この場合には、エアギャップの周囲を所定の厚さの間隔部材で保持したり、エアギャップ内部に所定の径のスペーサ部材(不図示)を分散させる等により、エアギャップの厚さを高精度に維持することが可能となる。
ライトガイドの詳細については、後述する。
When the refractive index of the material of the light guide member 100 is equal to the refractive index of the adhesive, reflection at the interface is possible by applying a coat such as a half mirror to the adhesive interface, and see-through property is improved. It becomes possible to raise. When the refractive index of the adhesive is higher than that of the light guide member 100, the light beam is not totally reflected but is refracted at the adhesive portion, so that the virtual image display device is not established.
In addition, the light guide member 100 and the optical member 200 may not be integrated via an adhesive, but may be disposed via an air gap therebetween. In this case, the thickness of the air gap can be adjusted with high accuracy by holding the periphery of the air gap with a spacing member having a predetermined thickness, or by dispersing a spacer member (not shown) having a predetermined diameter inside the air gap. Can be maintained.
Details of the light guide will be described later.

(実施形態1)
次に、図9、図10A、図10Bを参照して実施形態1の構成について説明する。
図9、図10A、図10Bに示すように、ライトガイド50は、導光部材100(屈折率:N1)の画像取り出し部103に面して、光学部材200(屈折率:N2)が配置されて構成される。画像取り出し部103は、図7および図8に示した形状を呈している。
本実施形態1では、導光部材100と光学部材200は同じ材質(即ち、N1=N2)としたが、一般には、異なる材質としても構わない。導光部材100と光学部材200の間(導光部材100における面213と光学部材200における面214の間;図5参照)は、エアギャップを設けても良いし、接着層(屈折率:N5)により接着して一体化しても構わない。
このとき、接着層を介した場合には、
N1>N5、N2>N5
とすることが望ましい。また、
N1≒N5、N2≒N5
の場合には、接着界面にハーフミラー等のコーティング処理を施すことにより、界面での反射が可能であり、かつ、シースルー性を高めることが可能となる。
(Embodiment 1)
Next, the configuration of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 9, 10A, and 10B.
As shown in FIGS. 9, 10A, and 10B, the light guide 50 faces the image extraction portion 103 of the light guide member 100 (refractive index: N1), and the optical member 200 (refractive index: N2) is disposed. Configured. The image extraction unit 103 has the shape shown in FIGS.
In the first embodiment, the light guide member 100 and the optical member 200 are made of the same material (that is, N1 = N2). However, in general, different materials may be used. An air gap may be provided between the light guide member 100 and the optical member 200 (between the surface 213 of the light guide member 100 and the surface 214 of the optical member 200; see FIG. 5), or an adhesive layer (refractive index: N5). ) May be integrated by bonding.
At this time, when the adhesive layer is interposed,
N1> N5, N2> N5
Is desirable. Also,
N1 ≒ N5, N2 ≒ N5
In this case, by applying a coating process such as a half mirror to the bonding interface, reflection at the interface can be performed and see-through performance can be improved.

また、ユーザが使用中に衝撃や温度変化等の影響により、導光部材100と光学部材200の相対的な位置関係がずれてしまうことを回避するために、図10Cに示すように、ライトガイド50における上面(Y軸の+Y側の面、以下、単に「+Y側」という。X軸、Z軸についても同じ。)および下面(Y軸の−Y側の面、以下、単に「−Y側」という。X軸、Z軸についても同じ。)の少なくとも一方に補強部材605a、605bを、例えば接着工法により装着することが望ましい。
このとき、接着面全面に接着剤を塗布することで接着強度を確保することが可能である。導光部材100と光学部材200を、エアギャップを介して配置する構成とした場合には、特に有効な手段である。
なお、ここで説明した材質に関しては、他の実施形態や変形例でも同様である。
本実施形態1では、図9に示すように、ライトガイド50(即ち、導光部材100および光学部材200)の+Z側の表面(前面)と−Z側の表面(後面)に、各々透明部材600aと600bを配置した。
In order to prevent the relative positional relationship between the light guide member 100 and the optical member 200 from being shifted due to an impact such as impact or temperature change during use by the user, as shown in FIG. 50 (the surface on the + Y side of the Y axis, hereinafter simply referred to as “+ Y side”, the same applies to the X axis and the Z axis) and the lower surface (the surface on the −Y side of the Y axis, hereinafter simply referred to as “−Y side” It is desirable that the reinforcing members 605a and 605b are attached to at least one of the X-axis and the Z-axis) by, for example, an adhesive method.
At this time, it is possible to ensure the adhesive strength by applying an adhesive to the entire adhesive surface. This is a particularly effective means when the light guide member 100 and the optical member 200 are arranged via an air gap.
The materials described here are the same in other embodiments and modifications.
In the first embodiment, as shown in FIG. 9, a transparent member is provided on each of the + Z side surface (front surface) and the −Z side surface (rear surface) of the light guide 50 (that is, the light guide member 100 and the optical member 200). 600a and 600b were arranged.

面105と面210は、略同一面になるように構成されており、透明部材600aが接着層601aにより一体化されている。接着層601aは、面105および面210の全面に設けられる。同様に、面106と面212の各表面は、略同一面になるように構成されており、透明部材600bが接着層601bにより一体化されている。接着層601bは、面106および面212の全面に設けられる。
このように接着層601a、601bを透明部材600a、600bの全面に設けることにより、ユーザが使用中に衝撃や温度変化等の影響により、接着層が剥がれることを抑制することが可能となる。
The surface 105 and the surface 210 are configured to be substantially the same surface, and the transparent member 600a is integrated by the adhesive layer 601a. The adhesive layer 601 a is provided on the entire surface 105 and surface 210. Similarly, the surfaces 106 and 212 are configured to be substantially the same surface, and the transparent member 600b is integrated by the adhesive layer 601b. The adhesive layer 601b is provided on the entire surface 106 and the surface 212.
By providing the adhesive layers 601a and 601b on the entire surface of the transparent members 600a and 600b as described above, it is possible to prevent the adhesive layer from being peeled off due to an impact or a temperature change during use by the user.

上記したところを要約すると、虚像である画像情報を表示させるための画像表示素子と前記画像表示素子の画像情報をカップリングさせるカップリング光学系と前記カップリング光学系によりカップリングされた前記画像情報を導光して射出するためのライトガイドとを備える虚像光学系であって、
ライトガイド50は、導光部材100と光学部材200とを有し、
導光部材100は、
画像情報をその内部に入射させるための光線入射部101と、
画像情報をその外部に取り出す画像取り出し部103と、
画像情報をその外部に射出させるための光線射出部104と、を有し、
光学部材200は、導光部材100の画像取り出し部103に近接して配置され、かつ、光線射出部104と対向して平行に配置された面212を有し、
ライトガイド50の少なくとも一方の最表面は、単一の連続した被覆層で被覆されることを特徴としている(請求項1に対応する)。
To summarize the above, an image display element for displaying image information which is a virtual image, a coupling optical system for coupling image information of the image display element, and the image information coupled by the coupling optical system A virtual image optical system comprising a light guide for guiding and emitting the light,
The light guide 50 includes a light guide member 100 and an optical member 200.
The light guide member 100 is
A light beam incident part 101 for making image information incident on the inside,
An image retrieval unit 103 for retrieving image information to the outside;
A light emitting unit 104 for emitting image information to the outside,
The optical member 200 has a surface 212 that is disposed in the vicinity of the image extraction unit 103 of the light guide member 100 and that is disposed in parallel to face the light emitting unit 104.
At least one outermost surface of the light guide 50 is covered with a single continuous covering layer (corresponding to claim 1).

次に、導光部材100の屈折率をN1、光学部材200の屈折率をN2とし、接着層601aおよび601bの屈折率をN4aおよびN4bとし、透明部材600aおよび600bの屈折率をN3aおよびN3bとする。
上述したように、光線入射部101から導光部材100に入射した光線は、面105および面106の内面では全反射する必要がある。そのため、
N1>N4a、N1>N4b
である必要がある。
但し、接着剤601aおよび601bの屈折率が共に等しく、これをN3をとすれば、
N1>N3、かつ、N2>N3
である必要がある(請求項7に対応する)。
上記条件を満たさない場合には、面105および面106の内面にて、光線入射部101から導光部材100に入射した光線が全反射するようなコーティング処理を施せばよい。
Next, the refractive index of the light guide member 100 is N1, the refractive index of the optical member 200 is N2, the refractive indexes of the adhesive layers 601a and 601b are N4a and N4b, and the refractive indexes of the transparent members 600a and 600b are N3a and N3b. To do.
As described above, the light beam incident on the light guide member 100 from the light beam incident portion 101 needs to be totally reflected on the inner surfaces of the surface 105 and the surface 106. for that reason,
N1> N4a, N1> N4b
Need to be.
However, the refractive indexes of the adhesives 601a and 601b are both equal, and if this is N3,
N1> N3 and N2> N3
(Corresponding to claim 7).
When the above conditions are not satisfied, a coating process may be performed so that the light rays incident on the light guide member 100 from the light incident portion 101 are totally reflected on the inner surfaces of the surfaces 105 and 106.

これにより、光線入射部101から導光部材100に入射した光線(光線射出部104から外部へ向かって射出される光線は除く)の面105および面106での全反射が保持され、かつ、図7、図8に示すように第2面103bで全反射した光線は光線射出部104においては全反射せず、外部(観察者(ユーザ)側;−Z側)へ向かって射出される。同時に、景色等の外光の透過性(外光のシースルー性)を保持することが可能となる。即ち、光線入射部101から導光部材100に入射した光線が、所定の角度以上の入射角では面105、面106(および、103a面、103b面)で全反射し、かつ、所定の入射角度以下では面106(光線射出部104)を透過する、ように各構成部材の屈折率を設定すればよい。
また、外光のシースルー性を確保するためには、
N3a<N4a、N3b>N4b
とすることが望ましい。
As a result, the total reflection on the surface 105 and the surface 106 of the light beam (excluding the light beam emitted from the light beam emission unit 104 to the outside) from the light beam incident unit 101 to the light guide member 100 is maintained, and FIG. 7. As shown in FIG. 8, the light beam totally reflected by the second surface 103b is not totally reflected by the light emitting unit 104 but is emitted toward the outside (observer (user) side; -Z side). At the same time, it is possible to maintain the transparency of outside light such as scenery (see-through property of outside light). That is, the light beam incident on the light guide member 100 from the light beam incident portion 101 is totally reflected by the surface 105 and the surface 106 (and the 103a surface and the 103b surface) at an incident angle equal to or greater than a predetermined angle, and the predetermined incident angle. In the following description, the refractive index of each component may be set so as to transmit the surface 106 (light emitting portion 104).
In addition, in order to ensure the see-through property of outside light,
N3a <N4a, N3b> N4b
Is desirable.

さらに、景色等の外光の透過性(外光のシースルー性)を確保すべき画角の要求に応じて、接着層と光学素子(導光部材100、光学部材200、透明部材600a、600b)の各境界面(光学素子側の面)に、透過率を向上させる(即ち、反射率を低下させる)ためのコーティング処理を施しても構わない。
ライトガイド50に透明部材600a、600bが接着されていない構成(図4)では、導光部材100と光学部材200の加工(寸法)精度が不十分な場合や、導光部材100と光学部材200の位置合わせ精度が不十分な場合に、前面側のエッジ部(鋭角部)211aが面105より外側(+Z側)に突き出す、または、後面側のエッジ部(鋭角部)211bが面212より外側(−Z側)に突き出す、の少なくともいずれか一方の状態になる恐れがある。このような場合には、
・鋭角部付近に塵埃等が堆積しやすい
・鋭角部を起点として、破断しやすい
・鋭角部にユーザが触れる恐れがある(負傷)
等の問題が発生しやすい。
Furthermore, according to the request | requirement of the angle of view which should ensure the transparency (external light see-through property) of external light, such as a scenery, an adhesive layer and an optical element (the light guide member 100, the optical member 200, transparent member 600a, 600b) Each of the boundary surfaces (surface on the optical element side) may be subjected to a coating treatment for improving the transmittance (that is, reducing the reflectance).
In the configuration in which the transparent members 600 a and 600 b are not bonded to the light guide 50 (FIG. 4), the processing (dimension) accuracy of the light guide member 100 and the optical member 200 is insufficient, or the light guide member 100 and the optical member 200. When the positioning accuracy is insufficient, the front edge portion (acute angle portion) 211a protrudes outside the surface 105 (+ Z side), or the rear surface edge portion (acute angle portion) 211b is outside the surface 212. There is a risk of projecting to (-Z side). In such a case,
・ Dust etc. tend to accumulate near the acute angle part. ・ Easy to break starting from the acute angle part. ・ The user may touch the acute angle part (injuries).
Such problems are likely to occur.

これに対し、本実施形態1に係るライトガイド50に透明部材600aおよび600bを接着した構成(図9)では、透明部材600a、600bの最表面(空気側の面)が、各々、単一の連続した面で構成されている。
これにより、上記の問題の発生を効果的に回避することが可能となる。さらに、導光部材100、光学部材200および透明部材600a、600bを接着工法にて一体化する構成としたので、導光部材100と光学部材200の間隔(面213と面214の間隔)を適正に保つことが可能となる。
透明部材600a、600bは、導光部材100および光学部材200よりも、表面の硬度が高い材質を採用することが望ましい(請求項4に対応する)。
例えば、導光部材100および光学部材200の材質が樹脂である場合には、透明部材600a、600bはガラス製とすればよい。あるいは、透明部材600a、600b、導光部材100および光学部材200を同じ材質とした場合には、透明部材600a、600bの表面(少なくとも、空気側の面)を硬化処理しても構わない。これにより、透明部材が「保護フィルム」として機能し、ライトガイド50の表面が損傷することを抑制することが可能となる。
On the other hand, in the configuration (FIG. 9) in which the transparent members 600a and 600b are bonded to the light guide 50 according to the first embodiment, the outermost surfaces (surfaces on the air side) of the transparent members 600a and 600b are each single. Consists of continuous surfaces.
As a result, the occurrence of the above problem can be effectively avoided. Further, since the light guide member 100, the optical member 200, and the transparent members 600a and 600b are integrated by the bonding method, the distance between the light guide member 100 and the optical member 200 (the distance between the surface 213 and the surface 214) is appropriate. It becomes possible to keep it.
The transparent members 600a and 600b are preferably made of a material having a surface hardness higher than that of the light guide member 100 and the optical member 200 (corresponding to claim 4).
For example, when the material of the light guide member 100 and the optical member 200 is resin, the transparent members 600a and 600b may be made of glass. Alternatively, when the transparent members 600a and 600b, the light guide member 100, and the optical member 200 are made of the same material, the surface (at least the air-side surface) of the transparent members 600a and 600b may be cured. Thereby, the transparent member functions as a “protective film”, and it is possible to suppress damage to the surface of the light guide 50.

また、透明部材として、導光部材100や光学部材200よりも、表面に偏光処理等の各種コーティングを施しやすい材質を選択することも可能である。
図10Cに示すように、ライトガイド50の前面(+Y側)および後面(−Y側)に垂直な側面に、導光部材100および光学部材200の相対位置関係を維持するための補強部材605a、605bを接着することが望ましい(請求項14に対応する)。
このとき、接着面全面に接着剤を塗布することで接着強度を確保することが可能である。導光部材100と光学部材200を、エアギャップを介して配置する構成とした場合には、特に有効である。
Further, as the transparent member, it is also possible to select a material that is easier to be subjected to various coatings such as polarization treatment on the surface than the light guide member 100 and the optical member 200.
As shown in FIG. 10C, reinforcing members 605a for maintaining the relative positional relationship between the light guide member 100 and the optical member 200 on the side surfaces perpendicular to the front surface (+ Y side) and the rear surface (−Y side) of the light guide 50, It is desirable to bond 605b (corresponding to claim 14).
At this time, it is possible to ensure the adhesive strength by applying an adhesive to the entire adhesive surface. This is particularly effective when the light guide member 100 and the optical member 200 are arranged via an air gap.

(カップリング光学系の構成)
次に、カップリング光学系300の構成およびこれを用いた虚像光学系の原理を説明する。
画像表示素子10からの光(画像情報)がライトガイド50を経由して観察者(ユーザ)の眼に到達する様子を、図3に示す。
画像表示素子10の画像情報である位置情報は、カップリング光学系(コリメータ光学系とも称される)300において角度に変換され、ライトガイド50の光線入射部101に入射し、ライトガイド50の光線射出部104から外部に射出される。これは、カップリング光学系300の入射角度が保存された状態で射出されることを示している。
この関係性が保たれない場合、画像表示素子10から射出される光線である画像情報は、ライトガイド50から射出される際に、異なった角度で射出されるため、虚像としては望ましくない像となる。
(Configuration of coupling optical system)
Next, the configuration of the coupling optical system 300 and the principle of the virtual image optical system using the same will be described.
FIG. 3 shows how the light (image information) from the image display element 10 reaches the eyes of the observer (user) via the light guide 50.
Position information, which is image information of the image display element 10, is converted into an angle in a coupling optical system (also referred to as a collimator optical system) 300, enters the light beam incident portion 101 of the light guide 50, and the light beam of the light guide 50. Injected from the injection unit 104 to the outside. This indicates that the light is emitted while the incident angle of the coupling optical system 300 is preserved.
When this relationship is not maintained, image information that is a light beam emitted from the image display element 10 is emitted at different angles when emitted from the light guide 50, and therefore, an image that is not desirable as a virtual image. Become.

より詳細には、図3に示すように、画像表示素子10の中央部および両端部からそれぞれ画像情報A、B、Cが出力されるものとする。これら画像情報の位置情報は、カップリング光学系300を通して角度情報θA、θB、θCに変換される。このような画像情報は、カップリング光学系300から射出されてライトガイド50の光線入射部101に入射する。この際に、画像情報Aは、θAの角度で、画像情報Bは、θBの角度で、画像情報Cは、θCの角度で、それぞれ光線入射部101に入射する。理解を容易にするため、図3では、カップリング光学系300から射出される画像情報A、B、Cにつき、各々、θAは実線「―」で、θBは一点鎖線「-・-」、θCは点線「・・・」で示している。
このようにして入射部101に入射された画像情報は、ライトガイド50内部に導かれ、画像情報A、B、Cは、ライトガイド50内部を移動する。そして、ライトガイド50の光線射出部104から各々の画像情報A、B、Cが射出される際は、図3に示すように、各々の画像情報におけるθA、θB、θCの入射角度が保存された状態で射出される。
More specifically, as shown in FIG. 3, image information A, B, and C are output from the center and both ends of the image display element 10, respectively. The position information of the image information is converted into angle information θA, θB, and θC through the coupling optical system 300. Such image information is emitted from the coupling optical system 300 and enters the light incident portion 101 of the light guide 50. At this time, the image information A is incident on the light incident portion 101 at an angle of θA, the image information B is incident at an angle of θB, and the image information C is incident at an angle of θC. In order to facilitate understanding, in FIG. 3, for image information A, B, and C emitted from the coupling optical system 300, θA is a solid line “-”, and θB is an alternate long and short dash line “-•-”, θC. Is indicated by a dotted line "...".
Thus, the image information incident on the incident portion 101 is guided into the light guide 50, and the image information A, B, and C moves inside the light guide 50. When each piece of image information A, B, and C is emitted from the light emitting unit 104 of the light guide 50, the incident angles of θA, θB, and θC in each piece of image information are stored as shown in FIG. It is injected in the state.

このように、本実施形態では、カップリング光学系300から射出された画像情報を構成する各光線の入射角度、即ち角度情報が保存された状態でライトガイド50の光線射出部104から射出されるので、高品質な虚像を表示することができる。   As described above, in this embodiment, the incident angle of each light beam constituting the image information emitted from the coupling optical system 300, that is, the light beam emitted from the light beam emitting unit 104 of the light guide 50 in a state where the angle information is stored. Therefore, a high-quality virtual image can be displayed.

光学系については、図3において、カップリング光学系300を3群4枚のレンズ構成とした場合について図示したが、これに制限されない。カップリング光学系300は、他の構成、例えばレンズ2枚での構成や、レンズ枚数を5枚以上としてもよい。
以上のような実施形態1の虚像光学系は、その最表面に鋭角部が形成されず、もって、鋭角部に塵埃が付着/堆積することを回避し、鋭角部自体が欠損することを防止し、またユーザが負傷することがない光透過性基板(ライトガイド)を備えた虚像光学系を提供することができる。
The optical system is illustrated in FIG. 3 in the case where the coupling optical system 300 has a configuration of four lenses in three groups, but is not limited thereto. The coupling optical system 300 may have other configurations, for example, a configuration with two lenses, or five or more lenses.
The virtual image optical system of the first embodiment as described above does not have an acute angle portion formed on the outermost surface, thereby avoiding the adhesion / deposition of dust on the acute angle portion and preventing the acute angle portion itself from being lost. In addition, it is possible to provide a virtual image optical system including a light transmissive substrate (light guide) that is not injured by the user.

(実施形態2)
図11〜図14に、本発明に係る虚像光学系の実施形態2の構成を示す。
本実施形態2では、ライトガイド50前面側の最表面(即ち、導光部材100および光学部材200)の+Z側の最表面にのみ、透明部材600aを配置する構成とした。空気中の塵埃が付着しやすいライトガイド50における+Z側の面に、少なくとも、透明部材600aを配置することが望ましい(請求項2に対応する)。
本実施形態2では、ライトガイド50と透明部材600aを接着層601により一体化する構成とした。接着層601aは、導光部材100における面(前面)105および光学部材200における対向する面(前面)210の全面に設けられる。接着層を接着面の全面に塗布する構成を採用することにより、接着強度が向上する。課題解決のための好ましい構成である(請求項5に対応する)。
このとき、接着層601aの厚さが厚い場合には、図14に示すように、接着層601aの全周囲を所定の厚さ(Z軸方向の寸法)を備えた間隔保持部材604を配備することにより、接着層601aの厚さを均一にすることができる。また、接着層601a内に接着層の厚さと同程度の径をもつスペーサ部材(不図示)を分散して配置させることにより、さらに厚さの均一性を確保することが可能となる。
(Embodiment 2)
FIGS. 11 to 14 show the configuration of Embodiment 2 of the virtual image optical system according to the present invention.
In the second embodiment, the transparent member 600a is disposed only on the outermost surface on the + Z side of the outermost surface on the front surface side of the light guide 50 (that is, the light guide member 100 and the optical member 200). It is desirable to dispose at least the transparent member 600a on the surface on the + Z side of the light guide 50 to which dust in the air is likely to adhere (corresponding to claim 2).
In the second embodiment, the light guide 50 and the transparent member 600a are integrated by the adhesive layer 601. The adhesive layer 601 a is provided on the entire surface of the surface (front surface) 105 of the light guide member 100 and the opposing surface (front surface) 210 of the optical member 200. Adopting a configuration in which the adhesive layer is applied to the entire surface of the adhesive surface improves the adhesive strength. This is a preferred configuration for solving the problem (corresponding to claim 5).
At this time, when the thickness of the adhesive layer 601a is large, as shown in FIG. 14, a spacing member 604 having a predetermined thickness (dimension in the Z-axis direction) is provided around the entire periphery of the adhesive layer 601a. Thereby, the thickness of the adhesive layer 601a can be made uniform. Further, by dispersing and arranging spacer members (not shown) having the same diameter as the thickness of the adhesive layer in the adhesive layer 601a, it is possible to further ensure the thickness uniformity.

(実施形態2の変形例1)
図15に実施形態2の変形例1を示す。実施形態2との違いは、間隔保持部材を用いない点である。接着層601aの厚さが薄い場合には、実施形態2で示した間隔保持部材604を配備する必要は必ずしもない。なお、実施形態2の場合と同様に、接着層601aは、導光部材100における面105および光学部材200における面210の全面に設けられる(請求項2、3に対応する)。
(Modification 1 of Embodiment 2)
FIG. 15 shows a first modification of the second embodiment. The difference from the second embodiment is that no spacing member is used. When the thickness of the adhesive layer 601a is thin, the spacing member 604 shown in the second embodiment is not necessarily provided. As in the case of the second embodiment, the adhesive layer 601a is provided over the entire surface 105 of the light guide member 100 and the surface 210 of the optical member 200 (corresponding to claims 2 and 3).

(実施形態3)
図16、図17、図18A、図18B、図18Cに、本発明に係る虚像光学系の実施形態3の構成を示す。
図16に示すように、本実施形態3のライトガイド50においては、光学部材200における前面210が導光部材100における前面105より、高くなる(即ち、前面210の方が+Z側に位置する)ように構成されている。これは、そのままであると、その最表面に鋭角部が形成されている状態である。
図17および図18A〜図18Cに示すように、光学部材200と透明部材600aは接着層601aにより一体化する。接着層601aは、光学部材200の前面210の全面に設けられる。一方、導光部材100と透明部材600aの間は、エアギャップ602を介して配置される。
(Embodiment 3)
FIG. 16, FIG. 17, FIG. 18A, FIG. 18B, and FIG. 18C show the configuration of Embodiment 3 of the virtual image optical system according to the present invention.
As shown in FIG. 16, in the light guide 50 of the third embodiment, the front surface 210 of the optical member 200 is higher than the front surface 105 of the light guide member 100 (that is, the front surface 210 is positioned on the + Z side). It is configured as follows. This is a state where an acute angle portion is formed on the outermost surface as it is.
As shown in FIGS. 17 and 18A to 18C, the optical member 200 and the transparent member 600a are integrated by an adhesive layer 601a. The adhesive layer 601 a is provided on the entire front surface 210 of the optical member 200. On the other hand, the light guide member 100 and the transparent member 600 a are disposed via the air gap 602.

エアギャップ602を確保するため、導光部材100の+Z側の前面105における3辺(+X側、+Y側、−Y側の辺)の周縁部またはその近傍に間隔保持部材604が配備されている透明部材600aは、導光部材100に対向する領域について透明部材600aの周辺部に間隔保持部材604を配するとともにその周辺部以外の部分をエアギャップ602とするように配置され、かつ、光学部材200に対向する領域について接着剤により接着層601aを形成する(請求項6に対応する)。さらに、エアギャップ602内にその厚さと同程度の径をもつスペーサ部材(不図示)を分散して配置させることにより、さらにその厚さの均一性を確保することが可能となる。
このようにして、面105と透明部材600aの間にエアギャップ602を設けることにより、光線入射部101から導光部材100に入射した光が内部側の面である面105で全反射することができる入射角の範囲が拡大するため、好ましい構成となる。
In order to secure the air gap 602, a spacing member 604 is provided at or near the periphery of three sides (+ X side, + Y side, −Y side sides) of the + Z side front surface 105 of the light guide member 100. The transparent member 600a is disposed so that the gap holding member 604 is disposed in the peripheral part of the transparent member 600a in the region facing the light guide member 100, and the air gap 602 is formed in a part other than the peripheral part. An adhesive layer 601a is formed with an adhesive in a region facing 200 (corresponding to claim 6). Further, by dispersing and arranging spacer members (not shown) having the same diameter as the thickness in the air gap 602, it is possible to further ensure the uniformity of the thickness.
Thus, by providing the air gap 602 between the surface 105 and the transparent member 600a, the light incident on the light guide member 100 from the light incident portion 101 can be totally reflected by the surface 105 which is the inner surface. Since the range of incident angles that can be expanded is widened, this is a preferable configuration.

(実施形態3の変形例1)
図19、図20A〜図20Cに、実施形態3の変形例1の構成を示す。ライトガイド50(導光部材100および光学部材200)は、図11に示す構成と同一である。
図19に示すように、本変形例1では、対向する面210と透明部材600aを接着層601aにより一体化する。接着層601aは、対向する前面210の全面に設けられる。
一方、導光部材100における面105と透明部材600aも接着層601aにより一体化するが、図20Bに示すように、導光部材100の+Z側の面105における3辺(+X側、+Y側、−Y側の辺)の最周辺またはその近傍にのみ、一定の幅にわたり接着層601aが設けられる。これにより、面105と透明部材600aの間に、接着層601aと同じ厚さのエアギャップ602を確保することができる。さらに、エアギャップ602内にその厚さと同程度の径をもつスペーサ部材(不図示)を分散して配置させることにより、さらにその厚さの均一性を確保することが可能となる。
このようにして、面105と透明部材600の間にエアギャップ602を設けることにより、光線入射部101から導光部材100に入射した光がその内面である面105(内面)で全反射することができる。
(Modification 1 of Embodiment 3)
19 and 20A to 20C show the configuration of the first modification of the third embodiment. The light guide 50 (the light guide member 100 and the optical member 200) has the same configuration as shown in FIG.
As shown in FIG. 19, in the first modification, the opposing surface 210 and the transparent member 600a are integrated by an adhesive layer 601a. The adhesive layer 601a is provided on the entire front surface 210 that faces the adhesive layer 601a.
On the other hand, the surface 105 of the light guide member 100 and the transparent member 600a are also integrated by the adhesive layer 601a. However, as shown in FIG. 20B, three sides (+ X side, + Y side, The adhesive layer 601a is provided over a certain width only on the outermost periphery of the −Y side) or in the vicinity thereof. Thereby, an air gap 602 having the same thickness as the adhesive layer 601a can be secured between the surface 105 and the transparent member 600a. Further, by dispersing and arranging spacer members (not shown) having the same diameter as the thickness in the air gap 602, it is possible to further ensure the uniformity of the thickness.
Thus, by providing the air gap 602 between the surface 105 and the transparent member 600, the light incident on the light guide member 100 from the light incident portion 101 is totally reflected by the surface 105 (inner surface) that is the inner surface. Can do.

なお、導光部材100の屈折率をN1とし、光学部材200の屈折率をN2とし、透明部材600aの屈折率をN3aとし、接着層601aの屈折率をN4aとした場合、光線入射部101から導光部材100に入射した光線が面105で全反射するためには、
N1>N4a
である必要がある。
また、外光のシースルー性を確保するためには、
N3a<N4a<N2
とすることが望ましい。これにより、光線入射部101から導光部材100に入射した光が面105、面106および画像取り出し部103の面213で全反射し、かつ、景色等の外光の透過性(外光のシースルー性)を保持することが可能となる。
図20Cに、実施の形態3の変形例1の組立図を示す。
If the refractive index of the light guide member 100 is N1, the refractive index of the optical member 200 is N2, the refractive index of the transparent member 600a is N3a, and the refractive index of the adhesive layer 601a is N4a, In order for the light incident on the light guide member 100 to be totally reflected by the surface 105,
N1> N4a
Need to be.
In addition, in order to ensure the see-through property of outside light,
N3a <N4a <N2
Is desirable. As a result, the light incident on the light guide member 100 from the light incident part 101 is totally reflected by the surface 105, the surface 106, and the surface 213 of the image extraction unit 103, and also transmits external light such as scenery (see-through of external light). Property).
FIG. 20C shows an assembly diagram of Modification 1 of Embodiment 3.

(実施形態4)
本実施形態4の構成を、図21A〜図21B、図22A〜図22Bに示す。
図21Aに示すように、光学部材200の+Z側の面に延伸部603を設けたものである。延伸部603は、導光部材100の面105を覆うように、光線入射部101側(+X側)に延伸させた形状を有している。この延伸部603の表面(+Z側の面)は、単一の連続した面で構成されている。したがって、実施形態2等で示したエッジ部(鋭角部)211(図16等参照)に相当する形状を備えないため、好ましい構成である。
一方、ライトガイド50、即ち、導光部材100および光学部材200、の−Z側の面には、図9に示す実施形態1と同様に、透明部材600bを配置した。これにより、エッジ部(鋭角部)211bがライトガイド50の最表面ではなくなるため、好ましい構成である。
(Embodiment 4)
The configuration of the fourth embodiment is shown in FIGS. 21A to 21B and FIGS. 22A to 22B.
As shown in FIG. 21A, an extending portion 603 is provided on the + Z side surface of the optical member 200. The extending portion 603 has a shape extended toward the light incident portion 101 side (+ X side) so as to cover the surface 105 of the light guide member 100. The surface of the extending portion 603 (the surface on the + Z side) is a single continuous surface. Therefore, since it does not have a shape corresponding to the edge portion (acute angle portion) 211 (see FIG. 16 and the like) shown in the second embodiment or the like, this is a preferable configuration.
On the other hand, the transparent member 600b is arranged on the light guide 50, that is, on the −Z side surface of the light guide member 100 and the optical member 200, as in the first embodiment shown in FIG. As a result, the edge portion (acute angle portion) 211b is not the outermost surface of the light guide 50, which is a preferable configuration.

本実施形態4の構成の各部材の組立前の状態を図21Bに示す。また、本実施形態4の構成の分解斜視図を図22Aに示す。同図中のハッチング部は接着層601a、601b、601cを示す。
接着層601aは、面105と面215を接着し、接着層601bは、面216と面106および面212を接着し、接着層601cは、面214と面213を接着している。接着層601a、601b、601cは、各接着面において全面に設けられる。
導光部材100の屈折率をN1、光学部材200の屈折率をN2、透明部材600bの屈折率をN3、接着層601a、601b、601cの屈折率をN4とすると、光線入射部101から導光部材100に入射した光線が面105で全反射するためには、
N1>N4
である必要がある。
また、外光のシースルー性を確保するためには、
N2>N4、N3>N4
とすることが望ましい。これにより、光線入射部101から導光部材100に入射した光が面105、面106および画像取り出し部103の面213で全反射し、かつ、景色等の外光の透過性(外光のシースルー性)を保持することが可能となる。
FIG. 21B shows a state before assembling each member having the configuration of the fourth embodiment. An exploded perspective view of the configuration of the fourth embodiment is shown in FIG. 22A. The hatched portions in the figure indicate adhesive layers 601a, 601b, and 601c.
The adhesive layer 601a bonds the surface 105 and the surface 215, the adhesive layer 601b bonds the surface 216, the surface 106, and the surface 212, and the adhesive layer 601c bonds the surface 214 and the surface 213. The adhesive layers 601a, 601b, and 601c are provided on the entire adhesion surface.
When the refractive index of the light guide member 100 is N1, the refractive index of the optical member 200 is N2, the refractive index of the transparent member 600b is N3, and the refractive indexes of the adhesive layers 601a, 601b, and 601c are N4, the light is guided from the light incident portion 101. In order for the light incident on the member 100 to be totally reflected by the surface 105,
N1> N4
Need to be.
In addition, in order to ensure the see-through property of outside light,
N2> N4, N3> N4
Is desirable. As a result, the light incident on the light guide member 100 from the light incident part 101 is totally reflected by the surface 105, the surface 106, and the surface 213 of the image extraction unit 103, and also transmits external light such as scenery (see-through of external light). Property).

なお、接着層が厚い場合には、接着層の最周辺またはその近傍に間隔保持部材を備えたり、接着層内部にスペーサ部材を分散させたりすることにより、接着層の厚さの均一性を確保することが可能である。
また、実施形態1に係る図10Cと同様に、本実施形態4の場合も、図22Bに示すようにライトガイド50の上面および下面の少なくとも一方に補強部材605a、605bを接着しても構わない。
When the adhesive layer is thick, the thickness of the adhesive layer is ensured by providing a spacing member around the periphery of the adhesive layer or in the vicinity thereof, or by dispersing spacer members inside the adhesive layer. Is possible.
Similarly to FIG. 10C according to the first embodiment, also in the fourth embodiment, the reinforcing members 605a and 605b may be bonded to at least one of the upper surface and the lower surface of the light guide 50 as illustrated in FIG. 22B. .

(実施形態4の変形例1)
図23〜図29に、実施形態4の変形例1〜実施例7の構成を示す。
図23は、実施形態4の変形例1の構成を示している。
図23中のハッチング部は、図21、図22に示す実施形態4と同様に、接着層601a、601b、601cを示す。接着層601aは、面105と面215を接着し、接着層601bは、面216と面106および面212を接着し、接着層601cは、面214と面213を接着している。接着層601b、601cは、実施形態4と同様に、各接着面において全面に設けられる。
一方、接着層601aにおいては、面215の最周辺の4辺にのみ一定幅に亘って接着層601aが設けられており、接着層601aで囲まれた内部領域はエアギャップ602となる。この場合も、エアギャップ602内にスペーサ部材(不図示)を分散して配置させることにより、その厚さの均一性を確保することが可能である。
(Modification 1 of Embodiment 4)
23 to 29 show configurations of Modifications 1 to 7 of the fourth embodiment.
FIG. 23 shows a configuration of a first modification of the fourth embodiment.
The hatched portions in FIG. 23 indicate adhesive layers 601a, 601b, and 601c, as in the fourth embodiment shown in FIGS. The adhesive layer 601a bonds the surface 105 and the surface 215, the adhesive layer 601b bonds the surface 216, the surface 106, and the surface 212, and the adhesive layer 601c bonds the surface 214 and the surface 213. The adhesive layers 601b and 601c are provided on the entire adhesive surface as in the fourth embodiment.
On the other hand, in the adhesive layer 601 a, the adhesive layer 601 a is provided over a certain width only on the outermost four sides of the surface 215, and an inner region surrounded by the adhesive layer 601 a becomes an air gap 602. Also in this case, it is possible to ensure the uniformity of the thickness by dispersing and arranging spacer members (not shown) in the air gap 602.

(実施形態4の変形例2)
図24に、実施形態4の変形例2の構成を示す。
これらの図に示す実施形態4の変形例2〜7のハッチング部は、変形例1と同様に、接着層601a、601b、601cを表し、ハッチングが施されていない領域は、エアギャップ602となることを表す。これらの例も、エアギャップ602内にスペーサ部材(不図示)を分散して配置させることにより、エアギャップ602の厚さの均一性を確保することが可能である。
また、光線入射部101から導光部材100に入射した光が面105、面106および画像取り出し部103(面213)で全反射する角度や、景色等の外光の透過性(外光のシースルー性)について、確保すべき画角の要求に応じて、接着層の屈折率や、接着層およびエアギャップの領域を適宜設定すればよい。
図25に実施形態4の変形例3の構成を示す。
この変形例3においては、光学部材200の面214およびその延伸部603の面215と、導光部材100の面213と面105との間の接着層601cおよび接着層601cが周辺部に形成され、その周辺部に囲まれる内部にエアギャップ602が形成されている。
(Modification 2 of Embodiment 4)
FIG. 24 shows a configuration of a second modification of the fourth embodiment.
The hatched portions of the second to seventh modifications of the fourth embodiment shown in these drawings represent the adhesive layers 601a, 601b, and 601c as in the first modification, and the areas that are not hatched are the air gaps 602. Represents that. In these examples as well, it is possible to ensure uniformity of the thickness of the air gap 602 by dispersing and arranging spacer members (not shown) in the air gap 602.
In addition, the angle at which the light incident on the light guide member 100 from the light incident portion 101 is totally reflected by the surface 105, the surface 106, and the image extraction portion 103 (surface 213), and the transparency of external light such as scenery (see-through of external light). For the property), the refractive index of the adhesive layer and the region of the adhesive layer and the air gap may be appropriately set according to the request for the angle of view to be secured.
FIG. 25 shows a configuration of a third modification of the fourth embodiment.
In the third modification, the surface 214 of the optical member 200 and the surface 215 of the extending portion 603, and the adhesive layer 601c and the adhesive layer 601c between the surfaces 213 and 105 of the light guide member 100 are formed in the peripheral portion. An air gap 602 is formed inside the periphery.

また、実施の形態4の変形例4においては、図26に示すように、導光部材100と面216と透明部材600bの面との間の接着層601bの部分にエアギャップ600を設けた例を示す。
また、実施の形態4の変形例5においては、光学部材200の面214および延伸部603の面215と導光部材100の面213および面105との間の接着層601cおよび601aの内部にエアギャップ602を設けると共に、導光部材100と透明部材600bとの間の接着層601bの内部にも、エアギャップ602を設けたものである。
また、実施の形態4の変形例6においては、上記エアギャップ602は、光学部材100の面105と延伸部603との間の接着層601aのみに設けたものである。
また、実施の形態4の変形例7においては、図29に示すように、エアギャップ602は、導光部材100と光学部材200との間および導光部材100と透明部材600bとの間を接合する接着層601aおよび601bの部分に設けたものである。
Moreover, in the modification 4 of Embodiment 4, as shown in FIG. 26, the example which provided the air gap 600 in the part of the contact bonding layer 601b between the light guide member 100, the surface 216, and the surface of the transparent member 600b. Indicates.
In the fifth modification of the fourth embodiment, the air is formed inside the adhesive layers 601 c and 601 a between the surface 214 of the optical member 200 and the surface 215 of the extending portion 603 and the surfaces 213 and 105 of the light guide member 100. A gap 602 is provided, and an air gap 602 is also provided inside the adhesive layer 601b between the light guide member 100 and the transparent member 600b.
In the sixth modification of the fourth embodiment, the air gap 602 is provided only in the adhesive layer 601 a between the surface 105 of the optical member 100 and the extending portion 603.
In the seventh modification of the fourth embodiment, as shown in FIG. 29, the air gap 602 joins between the light guide member 100 and the optical member 200 and between the light guide member 100 and the transparent member 600b. The adhesive layers 601a and 601b to be provided are provided.

(実施形態5)
図30A〜図30Cに、さらに実施形態5の構成を示す。
図30Aに示すように、本実施形態5は、実施形態4が備えている透明部材600bを省略した構成である。このように、空気中の塵埃が付着しやすいライトガイド50における+Z側の面に、光学部材200を延伸させた延伸部603を設け、ライトガイド50の最前面に単一の連続した面を配置することが望ましい(請求項8に対応する)。
図30Bは、本実施形態5の各部財の導光部材100と光学部材200の対応を示す図である。
図30Cに示すように、本実施形態5では、接着層601aは、実施形態4の変形例6(図28参照)と類似の構成である。接着層601aは、面215の周縁の4辺にのみ一定幅に設けられており、接着層601aで囲まれた中間領域はエアギャップ602となる。接着層601cは、面214の全面に設けられる。
なお、実施形態4およびその変形例と同様に、光線入射部101から導光部材100に入射した光が面105、面106および画像取り出し部103(面213)で全反射する角度や、景色等の外光の透過性(外光のシースルー性)について、確保すべき画角の要求に応じて、接着層の屈折率や、接着層およびエアギャップの領域を適宜設定すればよい。
(Embodiment 5)
30A to 30C further show the configuration of the fifth embodiment.
As illustrated in FIG. 30A, the fifth embodiment has a configuration in which the transparent member 600b included in the fourth embodiment is omitted. As described above, the extending portion 603 obtained by extending the optical member 200 is provided on the + Z side surface of the light guide 50 to which dust in the air easily adheres, and a single continuous surface is disposed on the forefront of the light guide 50. It is desirable (corresponding to claim 8).
FIG. 30B is a diagram illustrating a correspondence between the light guide member 100 and the optical member 200 of each component according to the fifth embodiment.
As shown in FIG. 30C, in the fifth embodiment, the adhesive layer 601a has a configuration similar to that of the sixth modification of the fourth embodiment (see FIG. 28). The adhesive layer 601 a is provided with a constant width only on the four sides of the periphery of the surface 215, and an intermediate region surrounded by the adhesive layer 601 a becomes an air gap 602. The adhesive layer 601 c is provided on the entire surface 214.
As in the fourth embodiment and its modification, the angle at which the light incident on the light guide member 100 from the light incident unit 101 is totally reflected by the surface 105, the surface 106, and the image extraction unit 103 (surface 213), scenery, etc. With regard to the transmittance of outside light (see-through property of outside light), the refractive index of the adhesive layer and the area of the adhesive layer and the air gap may be appropriately set according to the request for the angle of view to be secured.

(実施形態5の変形例1)
図31に、実施形態5の変形例1の構成を示す。
実施形態4との違いは、導光部材100の面106(−Z側の面)にも延伸部603bを設けたことである。延伸部603bは、光学部材200の面212を覆うように、光線入射部101とは反対側(−X側)に延伸させた形状を有している。延伸部603bの表面(−Z側の面)は、単一の連続した面で構成されている(請求項8に対応する)。したがって、実施態様2等で示したエッジ部(鋭角部)211(図11等参照)に相当する形状を備えないため、好ましい構成である。
(Modification 1 of Embodiment 5)
FIG. 31 shows a configuration of a first modification of the fifth embodiment.
The difference from the fourth embodiment is that the extending portion 603b is also provided on the surface 106 (the surface on the −Z side) of the light guide member 100. The extending portion 603b has a shape extended to the opposite side (−X side) from the light incident portion 101 so as to cover the surface 212 of the optical member 200. The surface of the extending portion 603b (the surface on the −Z side) is a single continuous surface (corresponding to claim 8). Therefore, since it does not have a shape corresponding to the edge part (acute angle part) 211 (see FIG. 11 etc.) shown in the second embodiment, etc., it is a preferable configuration.

(実施形態6)
図32に実施形態6の構成を示す。
本実施形態6は、実施形態2の変形例(図15)と概ね同一の構成であるが、上記変形例2における透明部材600を透過率可変手段700に置き換えた構成とした。この場合、面106側には、保護フィルム等と同様に機能する透明部材600bを装着しても構わない。
透過率可変手段700は、電気信号にて透過率を駆動/制御可能なエレクトロクロミックや液晶等を採用することが可能である(請求項9に対応する)。
景色など外光の明るさや色彩の影響により、虚像表示装置による画像情報(虚像)が目視しづらい場合は、この画像情報に応じてこの透過率可変手段700により景色の透過率(外光のシースルー性)を適正に調整することが可能となる(請求項10に対応する)。さらに、ユーザが透過率を調整することができるように、虚像光学系または虚像表示装置に、操作部を設けておくことが望ましい。
(Embodiment 6)
FIG. 32 shows the configuration of the sixth embodiment.
The sixth embodiment has substantially the same configuration as that of the modified example (FIG. 15) of the second embodiment, but has a configuration in which the transparent member 600 in the modified example 2 is replaced with a transmittance varying unit 700. In this case, a transparent member 600b that functions similarly to a protective film or the like may be attached to the surface 106 side.
The transmittance varying means 700 can employ electrochromic, liquid crystal, or the like that can drive / control the transmittance with an electric signal (corresponding to claim 9).
When the image information (virtual image) by the virtual image display device is difficult to view due to the influence of the brightness and color of outside light such as scenery, the transmittance varying means 700 responds to the landscape transmittance (see-through of external light) according to this image information. It is possible to appropriately adjust the property (corresponding to claim 10). Furthermore, it is desirable to provide an operation unit in the virtual image optical system or the virtual image display device so that the user can adjust the transmittance.

また、表示する画像(虚像)が暗い場合には景色の透過率(外光のシースルー性)を低下させ、表示する画像が明るい場合には透過率を向上させるように制御する制御手段を備えることが望ましい。これにより、ユーザが操作しなくても、画像の視認性の低下を回避し、適正な画像を目視することが可能となる。
さらに、周囲の明るさを検知する照度センサを虚像光学系または虚像表示装置に備えることが望ましい。照度センサによる明るさの検出結果と表示する画像の明るさとを比較し、その結果に応じて透過率を制御する制御手段を備えることにより、ユーザが操作しなくても適正な画像を目視することが可能となる(請求項11に対応する)。
In addition, control means is provided for controlling to reduce the transmittance of scenery (see-through property of external light) when the image to be displayed (virtual image) is dark and to improve the transmittance when the image to be displayed is bright. Is desirable. Thereby, even if a user does not operate, the fall of the visibility of an image can be avoided and an appropriate image can be visually observed.
Furthermore, it is desirable to provide an illuminance sensor for detecting ambient brightness in the virtual image optical system or the virtual image display device. By comparing the brightness detection result by the illuminance sensor with the brightness of the image to be displayed, and by providing a control means for controlling the transmittance according to the result, it is possible to view an appropriate image without the user's operation (Corresponding to claim 11).

(実施形態7)
図33に、実施形態7の構成を示す。
実施形態1〜5においては、導光部材100の画像取り出し部103に面して、光学部材200を配置したが、本実施形態7では、間隔保持部材220を設けることにより、光学部材200を省略した構成とした。
このように光学部材200を配置しないため、低コスト化、軽量化を達成することができる。
また、間隔保持部材220を配置することにより、透明部材600aが破損しやすくなることを回避することができる。
エッジ部(鋭角部)211bを透明部材600bで覆う構成であるため、エッジ部(鋭角部)211bが欠損したり、ユーザが不用意に触れた際に負傷したりすることを回避することが可能となる。
(Embodiment 7)
FIG. 33 shows the configuration of the seventh embodiment.
In the first to fifth embodiments, the optical member 200 is arranged facing the image extraction unit 103 of the light guide member 100. However, in the seventh embodiment, the optical member 200 is omitted by providing the interval holding member 220. The configuration was as follows.
Since the optical member 200 is not disposed in this way, cost reduction and weight reduction can be achieved.
Further, by disposing the spacing member 220, it is possible to avoid the transparent member 600a from being easily damaged.
Since the edge part (acute angle part) 211b is configured to be covered with the transparent member 600b, it is possible to avoid the edge part (acute angle part) 211b from being lost or being injured when the user touches carelessly. It becomes.

即ち、上述した点をさらに詳しく説明すると、ライトガイド60は、導光部材100と、この導光部材100の前面側(+Z側)を覆うと共に、導光部材100の全長より長い延伸部を有する前面側透明部材600aと、
導光部材100の後面側(−Z側)を覆うと共に、導光部材100の全長より長い延伸部を有する後面側透明部材600bと、
前面側透明部材600aと後面側透明部材600bの対向する延伸部の間に介挿される間隔保持部材220と、
導光部材100と前面側透明部材600aとの間、導光部材100と後面側透明部材600b、との間および間隔保持部材220と前面側透明部材600aの延伸部との間並びに間隔保持部材220と後面側透明部材600bとの間を、接合する接着剤による接着層601a、601b並びに601Cより構成してなる。
このように構成してなるライトガイド60は、前面側透明部材600aの延伸部と導光部材100の画像取り出し部103と、間隔保持部材200とで囲まれる部分にエアギャップが形成されることになる(請求項13に対応する)。
That is, the above-described point will be described in more detail. The light guide 60 covers the light guide member 100 and the front side (+ Z side) of the light guide member 100 and has an extending portion that is longer than the entire length of the light guide member 100. A front transparent member 600a;
A rear surface side transparent member 600b that covers the rear surface side (−Z side) of the light guide member 100 and has an extending portion longer than the entire length of the light guide member 100;
A spacing member 220 interposed between the opposing extending portions of the front transparent member 600a and the rear transparent member 600b;
Between the light guide member 100 and the front transparent member 600a, between the light guide member 100 and the rear transparent member 600b, between the spacing member 220 and the extending portion of the front transparent member 600a, and the spacing member 220. And the rear surface side transparent member 600b are composed of adhesive layers 601a, 601b and 601C made of an adhesive to be joined.
The light guide 60 configured as described above has an air gap formed in a portion surrounded by the extending portion of the front transparent member 600a, the image extracting portion 103 of the light guide member 100, and the spacing member 200. (Corresponding to claim 13).

(実施形態8)
図34に実施形態8の構成を示す。
本実施形態8は、画像取り出し部103により反射される画像情報である光線のうち、例えば、点P1や点P2を反射した光線と比較して、−X側端部付近の点P3で反射した光線は、観察者(ユーザ)の眼に入射する際に、明るさが暗くなりやすい。そのため、観察者(ユーザ)の視野の右端部(−X則端部)付近の虚像(画像情報)が外光の明るさに対して暗くなり、観察者(ユーザ)は不自然な映像(虚像+外光)を認識することになる。
そこで、透過率可変手段700における観察者(ユーザ)の視野の右端部付近に相当する領域A内のみ透過率を可変とすることが望ましい。即ち、透過率可変手段は、画像取り出し部103における光線入射部付近または光線入射部101とは反対側の端部付近で反射した光線に対応する視野の透過率のみを可変とすることが望ましい(請求項12に対応する)。これにより、領域A内の透過率を低下させることで、映像全体の明るさとして不自然さを感じなくなり、好ましい構成とある。
このように、上述した種々の実施形態1〜8により、コンパクトでその最表面(前側面、後側面)に鋭角部が形成されないライトガイドを備えた虚像表示装置に好適な虚像光学系が実現される。
(Embodiment 8)
FIG. 34 shows the configuration of the eighth embodiment.
In the eighth embodiment, among the light rays that are the image information reflected by the image extraction unit 103, for example, compared with the light rays reflected at the point P1 and the point P2, the light is reflected at the point P3 near the −X side end. When light rays enter the eyes of an observer (user), the brightness tends to be dark. Therefore, the virtual image (image information) near the right end (−X law end) of the visual field of the observer (user) becomes darker than the brightness of the external light, and the observer (user) has an unnatural image (virtual image). + External light).
Therefore, it is desirable to change the transmittance only in the area A corresponding to the vicinity of the right end of the visual field of the observer (user) in the transmittance varying means 700. That is, it is desirable that the transmittance varying means can vary only the transmittance of the field of view corresponding to the light beam reflected in the vicinity of the light incident portion or the end near the light incident portion 101 in the image extraction unit 103 ( Corresponding to claim 12). Thus, by reducing the transmittance in the area A, it is possible to avoid feeling unnaturalness as the brightness of the entire image, and a preferable configuration.
As described above, the various embodiments 1 to 8 described above realize a virtual image optical system suitable for a virtual image display device including a light guide that is compact and does not have an acute angle portion formed on the outermost surface (front side surface and rear side surface). The

(虚像表示装置)
上述したライトガイド50、60および虚像光学系を用いた虚像表示装置の構成を図35に示す。同図では、画像情報の光線経路を矢印で示すとともに、観察者(ユーザ)、即ちユーザの目を模式的に描いている。同図に示す虚像表示装置は、図2に示す虚像光学系に画像表示素子10を照明するための光源LSを加えたものであり、虚像を表示させるための画像表示素子10と、前記画像表示素子10の画像情報をライトガイド50にカップリングするカップリング光学系300と、このカップリング光学系300により拡大されて入射した画像情報を導光させるためのライトガイド50の位置関係を示している。
図2と同一部分についての説明は省略する。画像表示素子10は、光源を必要とするLCOSやDMDなどが用いられる。光源LSは、種々のものが適用でき、例えばLED(Light Emitting Diode)、半導体レーザ(Laser Diode:LD)、放電ランプなどを用いることができる。
(Virtual image display device)
FIG. 35 shows a configuration of a virtual image display device using the above-described light guides 50 and 60 and a virtual image optical system. In the figure, the ray path of the image information is indicated by arrows, and the eyes of the observer (user), that is, the user are schematically drawn. The virtual image display device shown in FIG. 2 is obtained by adding a light source LS for illuminating the image display element 10 to the virtual image optical system shown in FIG. 2, the image display element 10 for displaying a virtual image, and the image display. The positional relationship between the coupling optical system 300 that couples image information of the element 10 to the light guide 50 and the light guide 50 that guides image information that is enlarged and incident by the coupling optical system 300 is shown. .
Description of the same parts as those in FIG. 2 is omitted. As the image display element 10, LCOS, DMD, or the like that requires a light source is used. Various light sources LS can be applied. For example, an LED (Light Emitting Diode), a semiconductor laser (Laser Diode: LD), a discharge lamp, or the like can be used.

このような虚像表示装置によれば、光源LSで照明された画像表示素子10の画像情報は、カップリング光学系300で拡大されてライトガイド50に入射する。即ち、カップリング光学系300で拡大された画像情報は、ライトガイド50における導光部材100の光線入射部101から入射して導光部材100の内部に導光される。導光された画像情報は、画像取り出し部103で反射され、光線射出部104からユーザの両目に向けて画像情報として射出される。ユーザは、導光部材100の光線射出部104を通して前方を覗くことで、画像情報の虚像を視認することができる。
上述の実施形態1〜8では、虚像観察者(ユーザ)の左側に導光部材100の光線入射部101を配置して、画像情報を虚像観察者(ユーザ)の左側から入射する例について説明した。このような配置を左右逆にする場合、即ち虚像観察者(ユーザ)の右側に導光部材100の光線入射部101を配置して、画像情報を虚像観察者(ユーザ)の右側から入射する場合も、上述と同一の効果が得られる。
上述した実施形態1〜8のライトガイド50を眼鏡型の虚像表示装置、即ちHMDに適用した場合を図36(a)、(b)および(c)に例示する。
According to such a virtual image display device, the image information of the image display element 10 illuminated by the light source LS is enlarged by the coupling optical system 300 and enters the light guide 50. That is, the image information enlarged by the coupling optical system 300 is incident from the light beam incident portion 101 of the light guide member 100 in the light guide 50 and guided to the inside of the light guide member 100. The guided image information is reflected by the image extraction unit 103 and is emitted as image information from the light emitting unit 104 toward both eyes of the user. The user can visually recognize the virtual image of the image information by looking forward through the light emitting unit 104 of the light guide member 100.
In the first to eighth embodiments described above, an example in which the light beam incident portion 101 of the light guide member 100 is arranged on the left side of the virtual image observer (user) and the image information is incident from the left side of the virtual image observer (user) has been described. . When such an arrangement is reversed left and right, that is, when the light beam incident portion 101 of the light guide member 100 is arranged on the right side of the virtual image observer (user) and the image information is incident from the right side of the virtual image observer (user). The same effect as described above can be obtained.
The case where the light guide 50 of Embodiments 1 to 8 described above is applied to a glasses-type virtual image display device, that is, an HMD is illustrated in FIGS.

図36(a)に示す例は、一つのライトガイド50を両眼用のHMDに適用した場合であり、導光部材100の光線入射部101をユーザの右側に配置している。ライトガイド50は、ユーザの耳に掛けられるツルとしての役割を担うフレーム部400に固定される。図36(a)ではフレーム部400を簡略化して表しているが、フレーム部400は、ライトガイド50の両端側のみならず、上側縁や下側縁を覆う形状とすることができる。
また、図38(b)および(c)に示す例は、一つのライトガイド50を小型化して単眼用のHMDに適用した場合である。図38(b)に示す例は、二つのライトガイド50,50をユーザの左右各々の目の位置に対応させて配置した場合であり、各ライトガイドの光線入射部101は、左右外側に配置される。
なお、図36では虚像光学系や光源の図示を省略したが、これらはフレーム部400に取り付けることができる。即ち、図36(a)および(c)に示す例では光源LS、画像表示素子10およびカップリング光学系300を右目側のフレーム部に、図36(b)に示す例ではこれらを左右両方のフレーム部に取り付ければよい。
The example shown in FIG. 36A is a case where one light guide 50 is applied to an HMD for both eyes, and the light incident portion 101 of the light guide member 100 is arranged on the right side of the user. The light guide 50 is fixed to the frame part 400 that plays a role as a vine hung on the user's ear. In FIG. 36A, the frame portion 400 is simplified, but the frame portion 400 can be shaped to cover not only both ends of the light guide 50 but also the upper edge and the lower edge.
Further, the example shown in FIGS. 38B and 38C is a case where one light guide 50 is miniaturized and applied to a monocular HMD. The example shown in FIG. 38B is a case where the two light guides 50 and 50 are arranged corresponding to the positions of the left and right eyes of the user, and the light beam incident portions 101 of the respective light guides are arranged on the left and right outer sides. Is done.
36, the virtual image optical system and the light source are not shown, but these can be attached to the frame unit 400. That is, in the example shown in FIGS. 36A and 36C, the light source LS, the image display element 10, and the coupling optical system 300 are placed on the right eye frame, and in the example shown in FIG. What is necessary is just to attach to a frame part.

上述した実施形態は、ライトガイド50を、眼鏡型のHMDに適用した場合について説明した。他方、上述したライトガイド50は、他の種類のHMDにも適用可能であり、さらには、上述した虚像光学系を備えたヘッドアップディスプレイ(HUD)等の虚像表示装置にも適用できる。(請求項15に対応する)ライトガイド50は、特に、微小デバイスにより光変調された光束によって形成される原画像を虚像表示するのに適している。
以上のように、本発明に係る実施形態1〜8およびその変形例によれば、その最表面に鋭角部が形成されず、もって、鋭角部に塵埃が付着/堆積することを回避し、鋭角部自体が欠損することを防止し、またユーザが負傷することがない光透過性基板(ライトガイド)を備えた虚像光学系を提供することができる。
In the above-described embodiment, the case where the light guide 50 is applied to an eyeglass-type HMD has been described. On the other hand, the above-described light guide 50 can be applied to other types of HMDs, and can also be applied to a virtual image display device such as a head-up display (HUD) including the above-described virtual image optical system. The light guide 50 (corresponding to claim 15) is particularly suitable for displaying a virtual image of an original image formed by a light beam light-modulated by a microdevice.
As described above, according to the first to eighth embodiments and the modifications thereof according to the present invention, the acute angle portion is not formed on the outermost surface, thereby avoiding the adhesion / deposition of dust on the acute angle portion. It is possible to provide a virtual image optical system provided with a light-transmitting substrate (light guide) that prevents the portion itself from being lost and does not injure the user.

10 画像表示素子
300 カップリング光学系
LS 光源
50、60 ライトガイド
100 導光部材
101 光線入射部
103 画像取り出し部
103a 第1面
103b 第2面
103c 第3面
104 光線射出部
105 面(前側面)
106 面(導光部材100の光線射出部104側の面、後側面)
140、602 エアギャップ
200 光学部材
210 対向する面(前面、図5、図11等)
211a エッジ部(鋭角部)(図11)
211b エッジ部(鋭角部)(同)
212〜216 面
400 フレーム部
600 透明部材
600a、600b 透明部材
601a、601b、601c 接着層
602 エアギャップ
603a、603b、603c 延伸部
604 間隔保持部材
605a、605b 補強部材
700 透過率可変手段(図25)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Image display element 300 Coupling optical system LS Light source 50, 60 Light guide 100 Light guide member 101 Light incident part 103 Image extraction part 103a 1st surface 103b 2nd surface 103c 3rd surface 104 Light emission part 105 surface (front side)
106 surfaces (surfaces on the light emitting portion 104 side of the light guide member 100, rear side surfaces)
140, 602 Air gap 200 Optical member 210 Opposite surfaces (front surface, FIG. 5, FIG. 11, etc.)
211a Edge part (acute angle part) (FIG. 11)
211b Edge part (acute angle part) (same as above)
212 to 216 surface 400 frame portion 600 transparent member 600a, 600b transparent member 601a, 601b, 601c adhesive layer 602 air gap 603a, 603b, 603c extending portion 604 interval holding member 605a, 605b reinforcing member 700 transmittance variable means (FIG. 25)

特許4508655号公報Japanese Patent No. 4508655

Claims (15)

虚像である画像情報を表示させるための画像表示素子と前記画像表示素子の画像情報をカップリングさせるカップリング光学系と前記カップリング光学系によりカップリングされた前記画像情報を導光して光線射出部から射出するためのライトガイドとを備える虚像光学系であって、
前記ライトガイドは、導光部材と光学部材とを有し、
前記導光部材は、
前記画像情報をその内部に入射させるための光線入射部と、
前記画像情報をその外部に取り出す画像取り出し部と、
前記画像情報をその外部に射出させるための光線射出部と、を有し、
前記光学部材は、前記導光部材の前記画像取り出し部に近接して配置され、かつ、前記光線射出部と対向して平行に配置された面を有し、
前記ライトガイドの少なくとも一方の最表面は、単一の連続した被覆層で被覆されることを特徴とする虚像光学系。
An image display element for displaying image information which is a virtual image, a coupling optical system for coupling image information of the image display element, and light emission by guiding the image information coupled by the coupling optical system A virtual image optical system comprising a light guide for emitting from a portion,
The light guide has a light guide member and an optical member,
The light guide member is
A light incident part for making the image information incident on the inside thereof;
An image extraction unit for extracting the image information to the outside;
A light emitting part for emitting the image information to the outside,
The optical member has a surface disposed in proximity to the image extraction unit of the light guide member and disposed in parallel to face the light emitting unit,
At least one outermost surface of the light guide is coated with a single continuous coating layer.
前記最表面は、前記ライトガイドの前面側の最表面であることを特徴とする請求項1に記載の虚像光学系。   The virtual image optical system according to claim 1, wherein the outermost surface is an outermost surface on a front surface side of the light guide. 前記単一の連続した被覆層は、透明部材からなることを特徴とする請求項1または2に記載の虚像光学系。   The virtual image optical system according to claim 1, wherein the single continuous coating layer is made of a transparent member. 前記透明部材は、その硬度が前記導光部材および光学部材の硬度よりも高いことを特徴とする請求項3に記載の虚像光学系。   The virtual image optical system according to claim 3, wherein the transparent member has a hardness higher than that of the light guide member and the optical member. 前記透明部材は、接着層を介して前記ライトガイドの前面に配置されていることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の虚像光学系。   The virtual image optical system according to claim 2, wherein the transparent member is disposed on a front surface of the light guide via an adhesive layer. 前記透明部材は、前記導光部材に対向する領域について前記透明部材の周辺部に間隔保持部材を配するとともにその周辺部以外の部分をエアギャップとするように配置され、かつ、前記光学部材に対向する領域について接着剤を介して配置されることを特徴とする請求項3または4に記載の虚像光学系。   The transparent member is disposed such that a spacing member is disposed in a peripheral portion of the transparent member in a region facing the light guide member, and a portion other than the peripheral portion is used as an air gap, and the optical member is disposed in the optical member. The virtual image optical system according to claim 3, wherein the opposing regions are arranged via an adhesive. 前記導光部材の屈折率をN1、前記光学部材の屈折率をN2、前記接着層の屈折率をN3としたとき、
N1>N3、かつ、N2>N3 であることを特徴とする請求項5または6に記載の虚像光学系。
When the refractive index of the light guide member is N1, the refractive index of the optical member is N2, and the refractive index of the adhesive layer is N3,
7. The virtual image optical system according to claim 5, wherein N1> N3 and N2> N3.
前記単一の連続した被覆層は、前記光学部材を前記導光部材側に延伸させた延伸部を設けてなる前記光学部材で前記ライトガイドの前面を被覆して構成させたこと、または、前記導光部材を前記光学部材側に延伸させた延伸部を設けてなる前記導光部材で前記ライトガイドの後面を被覆して構成させたことのいずれかまたは両方であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の虚像光学系。   The single continuous covering layer is formed by covering the front surface of the light guide with the optical member provided with an extending portion obtained by extending the optical member toward the light guide member, or The light guide member formed by extending a light guide member toward the optical member is covered with a rear surface of the light guide. The virtual image optical system of any one of 1-3. 前記虚像光学系は、前記透明部材に代えて、ライトガイドに入射する外光の透過率を可変する透過率可変手段を備えたことを特徴とする請求項3〜8のいずれかに記載の虚像光学系。   The virtual image optical system according to any one of claims 3 to 8, wherein the virtual image optical system includes a transmittance varying unit that varies the transmittance of external light incident on the light guide, instead of the transparent member. Optical system. 前記透過率可変手段は、前記画像情報に応じて前記透過率を可変することを特徴とする請求項9に記載の虚像光学系。   The virtual image optical system according to claim 9, wherein the transmittance varying unit varies the transmittance according to the image information. 前記虚像光学系は、さらに、周囲の明るさを検知する照度センサを備え、前記透過率可変手段は、前記照度センサによる検出結果に応じて前記透過率を可変することを特徴とする請求項9または10に記載の虚像光学系。   The virtual image optical system further includes an illuminance sensor that detects ambient brightness, and the transmittance varying unit varies the transmittance according to a detection result of the illuminance sensor. Or the virtual image optical system according to 10; 前記前記透過率可変手段は、前記画像取り出し部における前記光線入射部側端部付近または前記光線入射部とは反対側の端部付近で反射した前記光線に対応する視野の領域の透過率のみを可変することを特徴とする請求項9から11のいずれか1項に記載の虚像光学系。   The transmissivity variable means only transmits the transmissivity of the region of the field of view corresponding to the light beam reflected in the vicinity of the light incident portion side end portion or in the vicinity of the end portion on the opposite side of the light ray incident portion in the image extracting portion. The virtual image optical system according to claim 9, wherein the virtual image optical system is variable. 虚像である画像情報を表示させるための画像表示素子と前記画像表示素子の画像情報をカップリングさせるカップリング光学系と前記カップリング光学系によりカップリングされた前記画像情報を導光して光線射出部から射出するためのライトガイドとを備える虚像光学系であって、
前記ライトガイドは、導光部材と、この導光部材の前面側を覆うと共に前記導光部材の全長より長い延伸部を有する前面側透明部材と、
前記導光部材の後面側を覆うと共に、前記導光部材の全長より長い延伸部を有する後面側透明部材と、
前記前面側透明部材と前記後面側透明部材の対向する前記延伸部の間に介挿される間隔保持部材と、
前記導光部材の前面と前記前面側透明部材との間、前記導光部材の後面と前記後面側透明部材との間および前記間隔保持部材と前記前面側透明部材の延伸部との間並びに前記間隔保持部材と前記後面側透明部材の延伸部との間を接合する接着層とからなり、
前記前面側透明部材の前記延伸部と前記導光部材の画像取り出し部と、前記間隔保持部材とで囲まれる部分にエアギャップを形成したことを特徴とする虚像光学系。
An image display element for displaying image information which is a virtual image, a coupling optical system for coupling image information of the image display element, and light emission by guiding the image information coupled by the coupling optical system A virtual image optical system comprising a light guide for emitting from a portion,
The light guide includes a light guide member, a front side transparent member that covers the front side of the light guide member and has an extending portion that is longer than the entire length of the light guide member,
The rear side transparent member that covers the rear side of the light guide member and has an extended portion longer than the entire length of the light guide member;
An interval holding member interposed between the extending portions facing the front transparent member and the rear transparent member;
Between the front surface of the light guide member and the front transparent member, between the rear surface of the light guide member and the rear transparent member, between the spacing member and the extending portion of the front transparent member, and An adhesive layer that joins between the spacing member and the extending portion of the rear transparent member,
A virtual image optical system, wherein an air gap is formed in a portion surrounded by the extending portion of the front transparent member, the image extraction portion of the light guide member, and the spacing member.
前記虚像光学系は、さらに、前記ライトガイドの前面および後面に垂直な側面に、前記導光部材および前記光学部材の相対位置関係を維持するための補強部材を備えたこと、を特徴とする請求項1から13のいずれか1項に記載の虚像光学系。 The virtual image optical system further includes a reinforcing member for maintaining a relative positional relationship between the light guide member and the optical member on a side surface perpendicular to a front surface and a rear surface of the light guide. Item 14. The virtual image optical system according to any one of Items 1 to 13. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の虚像光学系を備えたことを特徴とする虚像表示装置。   A virtual image display device comprising the virtual image optical system according to claim 1.
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