JP2018173633A - ヘッドマウント式表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッドマウント式表示装置はディスプレイ及び光合成素子を含む。【解決手段】ディスプレイは映像光束を発する。光合成素子は重ねて設置された複数の分光層を含み、かつこれらの分光層が第一分光層及び第二分光層を含む。映像光束は第一分光層を経由して光合成素子に入り、及び光合成素子を離れる。第一分光層は第二分光層とディスプレイとの間に位置し、かつ第二分光層が第一分光層に最も近い。光合成素子は、Ｒ１が第一分光層の光反射率あり、Ｔ１が第一分光層の光透過率であり、かつＲ２が第二分光層の光反射率である場合、０．７≦Ｒ１／（Ｔ１×Ｒ２×Ｔ１）≦１．３を満たす。本発明のヘッドマウント式表示装置は使用便利性及び薄型軽量設計の利点を兼ね備えている。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は表示装置に関し、特にヘッドマウント式表示装置に関する。

ニアアイディスプレイ（Ｎｅａｒ Ｅｙｅ Ｄｉｓｐｌａｙ、ＮＥＤ）及びヘッドマウント式ディスプレイ（Ｈｅａｄ−ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ、ＨＭＤ）は今広く認められている革命的な次世代新製品である。ニアアイ表示技術に関連する応用は、今拡張リアリティ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ、ＡＲ）技術及びバーチャルリアリティ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ、ＶＲ）技術に分けられ、技術開発者たちは如何にして薄型軽量を前提に最高の映像品質を提供するかに力を注いている。

ヘッドマウント式ディスプレイによって拡張／バーチャルリアリティを実現する基本光学構造において、表示に用いられる映像光束は投影装置から発せられた後、半反射半透過機能を有する光合成素子に反射されて、ユーザの目に入る。同時に、外部からの環境光束も光合成素子を通ってユーザの目に入り、これにより拡張／バーチャルリアリティの表示効果を達成する。一般的に言うと、光合成素子を離れた映像光束の伝達経路上に一つの特定の可視領域が定義される。使用者の目が可視領域に位置している時、映像光束はユーザの目に入り、かつ映像光束が目の水晶体を経て集光され、網膜上に像を形成する。

可視領域の大きさは通常光合成素子の大きさに関係する。周知の一種のヘッドマウント式ディスプレイ構造において、ヘッドマウント式ディスプレイに比較的に大きな可視領域をもたらすためには、光合成素子をあまり小さくすることができず、従ってヘッドマウント式ディスプレイが比較的に厚くて重たくなり、かつ外観形状の設計にも不利だった。一方、薄型軽量の設計を前提に光合成素子を比較的に小さくすると、これにつれて可視領域も小さくなる。使用過程において異なる使用者の瞳孔でもすべて可視領域に位置を合わせられるようにするためには、通常ヘッドマウント式ディスプレイに調整装置を別途配置して、瞳孔を可視領域に位置合わせるが、これが使用上の不便をきたす。

可視領域を拡大するために、周知の一部ヘッドマウント式ディスプレイ構造において、光拡散シートを光学システム中に設置し、映像光束が拡張された後光合成素子まで伝達される。しかし、拡張された映像光束に合わせて対応するサイズの光学素子を配置する必要がある。従って、このようなヘッドマウント式ディスプレイの光学システムは、比較的に大きな外径を有する光学素子を設置し、またその他の関連する光学素子を組み合わせる必要があるため、光学システム全体の設計難易度が比較的に高くなる。

この「背景技術」部分は、本発明の内容を説明し理解を促すことのみが目的であるため、この「背景技術」部分で開示された内容には、当業者が既知の従来技術を構成しないものも含まれている可能性がある。「背景技術」部分で開示された内容は、当該内容または本発明の一つ若しくは複数の実施例で解決しようとする課題が本発明の出願前に既に当業者に把握または認識されたいたことを意味するものではない。

本発明は、使用便利性及び薄型軽量設計の利点を兼ね備えたヘッドマウント式表示装置を提供する。

本発明のその他の目的と利点について、本発明が開示する技術的特徴からに一層理解を深めることができる。

上記一つ若しくは一部若しくは全部の目的、またはその他の目的を達成するために、本発明の一実施例はディスプレイ及び光合成素子を含むヘッドマウント式表示装置を提供する。ディスプレイは映像光束を発する。光合成素子は重ねて設置された複数の分光層を含み、かつこれらの分光層は第一分光層及び第二分光層を含む。映像光束は第一分光層を経由して光合成素子に入り、及び光合成素子を離れる。第一分光層は第二分光層とディスプレイとの間に位置し、かつ第二分光層が第一分光層に最も近い。光合成素子は、Ｒ１が第一分光層の光反射率であり、Ｔ１が第一分光層の光透過率であり、Ｒ２が第二分光層の光反射率である場合、０．７≦Ｒ１／（Ｔ１×Ｒ２×Ｔ１）≦１．３を満たす。

以上に基づくと、本発明の実施例は少なくとも以下の一つの利点または効果を有する。本発明の上記実施例において、ヘッドマウント式表示装置の光合成素子は重ねて設置された複数の分光層を含み、かつこれらの分光層は第一分光層及び第一分光層に最も近い第二分光層を含む。ディスプレイが発する映像光束は第一分光層を経由して光合成素子に入り、及び光合成素子を離れる。本発明の実施例において、これらの分光層の適切な光反射率及び光透過率設計により、光合成素子を離れた映像光束は拡張されて、ヘッドマウント式表示装置に比較的に大きな可視領域が得られる。本発明の実施例において、使用者の瞳孔を容易に可視領域の範囲内に位置させることができて、使用者はその他の調整装置を用いずに瞳孔を可視領域に位置合わせることができる。従って、ヘッドマウント式表示装置は使用便利性及び薄型軽量設計の利点を兼ね備えている。また、本発明の実施例のヘッドマウント式表示装置は光拡散シートを用いずに映像光束を拡張できるため、ヘッドマウント式表示装置の設計難易度が比較的に低く、量産に有利である。

本発明の上記特徴及び利点をより明確、わかり易く示すため、以下は実施例に基づき、かつ図面を参照しながら詳しく説明する。

本発明の一実施例のヘッドマウント式表示装置の構成概略図及び一部の映像光束の光路概略図である。 図１Ａの実施例のヘッドマウント式表示装置における映像光束の光路概略図である。 映像光束が図１Ａの実施例の光合成素子の中に伝達される光路概略図である。 本発明の別の実施例の光合成素子の構成概略図である。 本発明のさらに別の実施例のヘッドマウント式表示装置の構成概略図である。

本発明の上記及びその他の技術内容、特徴及び効果は、以下の図面に基づく好ましい実施例の詳細な説明において明確に示されている。以下の実施例において言及される方向用語、例えば、上、下、左、右、前または後などは図面を参照する方向のみである。従って、これらの方向用語は説明が目的であり、本発明を制限するものではない。

図１Ａは本発明の一実施例のヘッドマウント式表示装置の構成概略図及び一部の映像光束の光路概略図であり、かつ図１Ｂは図１Ａの実施例のヘッドマウント式表示装置における映像光束の光路概略図である。なお、図１Ａは映像光束ＩＬの幾つかの部分ＩＬ１、ＩＬ２とＩＬ３を示すとともに、映像光束ＩＬ１の一部、映像光束ＩＬ２の一部及び映像光束ＩＬ３の一部を示すことにより、細線状の光束で光線の光経路を明確に示している。また、図１Ｂは映像光束ＩＬ１、映像光束ＩＬ２及び映像光束ＩＬ３の進行が及ぶ領域を示しており、例えば、映像光束拡張の効果が見られる。図１Ａ及び図１Ｂを参照する。本実施例において、ヘッドマウント式表示装置１００はディスプレイ１１０及び光合成素子１２０を含む。光合成素子１２０は重ねて設置された複数の分光層１２２を含み、例えば同一方向に沿って平行に積み重ねて設置され、かつこれらの分光層１２２は第一分光層１２２ａ及び第二分光層１２２ｂを含む。第一分光層１２２ａは第二分光層１２２ｂとディスプレイ１１０との間に位置し、かつ第二分光層１２２ｂはこれら分光層１２２の中で第一分光層１２２ａに最も近い分光層１２２である。本実施例において、これらの分光層１２２はさらに第三分光層１２２ｃを含み、かつこれらの分光層１２２は平行に設置される。図示されていないその他の実施例において、光合成素子１２０は第一分光層１２２ａと第二分光層１２２ｂのみを備えてもよいが、これに限定されない。

本実施例において、ディスプレイ１１０は映像光束ＩＬを発し、かつ映像光束ＩＬが第一分光層１２２ａを経由して光合成素子１２０に入り、及び第一分光層１２２ａを経由して光合成素子１２０を離れる。本実施例において、ディスプレイ１１０は例えば光源モジュール１１２、反射ミラー１１４及び光学調整モジュール１１６を含む。詳しくは、本実施例において、光源モジュール１１２は例えば発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）またはレーザーダイオード（ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）であり、バックライトモジュール（ｂａｃｋｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌｅ）などであってもよいが、これに限定されない。光源モジュール１１２は照明光束ＩＷを提供する。本実施例において、反射ミラー１１４は光源モジュール１１２と光学調整モジュール１１６との間に位置し、かつ反射ミラー１１４は光源モジュール１１２からの照明光束ＩＷの伝達経路上に位置する。本実施例において、反射ミラー１１４は照明光束ＩＷを映像光束ＩＬに変換し、かつ映像光束ＩＬを光学調整モジュール１１６に提供する。具体的には、本実施例において、反射ミラー１１４は光走査ミラー、例えばマイクロエレクトロメカニカルスキャニングミラー（ＭＥＭＳ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｍｉｒｒｏｒ）またはデジタルマイクロミラーデバイス（ｄｉｇｉｔａｌ ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ ｄｅｖｉｃｅ、ＤＭＤ）であってもよいが、これに限定されない。本実施例において、反射ミラー１１４は電圧の駆動によって一つの軸または二つの軸においてスイングし、照明光束ＩＷを反射して、照明光束ＩＷを映像情報を含む映像光束ＩＬに変換してもよい。

本実施例において、光学調整モジュール１１６は光源モジュール１１２と光合成素子１２０との間に位置し、かつ反射ミラー１１４と光合成素子１２０との間に位置し、光合成素子１２０は光学調整モジュール１１６からの映像光束ＩＬの伝達経路上に位置する。具体的には、本実施例において、光学調整モジュール１１６は第一レンズグループ１１７及び第二レンズグループ１１８を含み、かつ第一レンズグループ１１７が第二レンズグループ１１８と反射ミラー１１４との間に位置する。本実施例において、第一レンズグループ１１７は反射ミラー１１４からの映像光束ＩＬの伝達経路上に位置し、第一レンズグループ１１７は映像光束ＩＬを集約して中間像ＩＭを形成する。詳しく言うと、本実施例において、中間像ＩＭは第一レンズグループ１１７及び第二レンズグループ１１８との間に位置する。本実施例において、第二レンズグループ１１８は第一レンズグループ１１７からの映像光束ＩＬの伝達経路上に位置し、かつ光合成素子１２０は第二レンズグループ１１８からの映像光束ＩＬの伝達経路上に位置する。具体的に言うと、本実施例において、集約された映像光束ＩＬは中間像ＩＭの所在位置を通った後、映像光束ＩＬに発散現象が起こる。第二レンズグループ１１８を通った映像光束ＩＬは第二レンズグループ１１８によって再度集約され、かつ光合成素子１２０まで伝達される。本実施例において、第一レンズグループ１１７に三つのレンズが例示され、第二レンズグループ１１８に一つのレンズが例示されている。なお、別の実施例では、映像光束ＩＬに対し実際に行う光学調整の必要に応じて、光学調整モジュール１１６にその他の数のレンズまたはその他の種類の光学素子を設置することも可能であり、本発明はこれに限定されない。

本実施例において、光合成素子１２０は複数の透光構造１２４を含み、かつこれらの透光構造１２４が重ねて設置され、これらの分光層１２２の一部は隣接する二つの透光構造１２４の間に挟まれて設置され、かつ隣接する二つの透光構造１２４に接続される。詳しく言うと、本実施例において、これらの透光構造１２４は第一透光構造１２４ａ及び第二透光構造１２４ｂを含む。本実施例において、第一分光層１２２ａ及び第二分光層１２２ｂはそれぞれ第一透光構造１２４ａの対向する両側に位置し、かつ第二分光層１２２ｂ及び第三分光層１２２ｃはそれぞれ第二透光構造１２４ｂの対向する両側に位置する。つまり、本実施例において、これらの分光層１２２の一部（例えば、第二分光層１２２ｂ）が隣接する二つの透光構造１２４の間に（例えば、第一透光構造１２４ａと第二透光構造１２４ｂ）挟まれて設置され、かつ隣接する二つの透光構造１２４（例えば、第一透光構造１２４ａと第二透光構造１２４ｂ）に接続される。

本実施例において、これらの透光構造１２４の形状は例えば平板状であり、かつこれらの透光構造１２４の材質は例えばガラス、アクリル、プラスチックまたはその他の透光材質である。また、本実施例において、これらの分光層１２２は例えば光線に対し半透過半反射の特性を有する。本実施例において、映像光束ＩＬが各分光層１２２まで伝達された時、映像光束ＩＬの一部が分光層１２２に反射されるが、映像光束ＩＬのその他の一部が分光層１２２を透過できる。具体的に言うと、本実施例において、これらの分光層１２２は例えばこれらの透光構造１２４の上にコーティング（ｃｏａｔｉｎｇ）／貼り付けられた膜層であってもよいが、本発明はこれに限定されない。別の実施例において、分光層１２２と透光構造１２４はそれぞれ独立して設置された分光シートと透光シートであってもよいが、本発明はこれに限定されない。また、本実施例において、これらの分光層１２２及びこれらの透光構造１２４は交互に配列して設置され、即ち、隣接する二つの分光層１２２の間に一つの透光構造１２４が挟んで設置されている。例を挙げると、隣接する第一分光層１２２ａと第二分光層１２２ｂとの間に第一透光構造１２４ａが挟まれえ設置され、かつ隣接する第二分光層１２２ｂと第三分光層１２２ｃとの間に第二透光構造１２４ｂが挟まれて設置されている。しかし、一部の実施例において、隣接する二つの分光層１２２の間に透光構造１２４を挟まなくてもよく、本発明はこれに限定されない。また、一部の実施例において、隣接する二つの分光層１２２の間に複数の透光構造１２４を挟んで設置してもよく、本発明はこれに限定されない。

本実施例において、光合成素子１２０に入った映像光束ＩＬはこれらの分光層１２２に順に入射し、かつこれらの分光層１２２はそれぞれ一部の映像光束ＩＬを反射して、互いに平行な複数の反射光束を形成する（詳しくは後に説明する）。具体的に言うと、本実施例において、映像光束ＩＬは第一分光層１２２ａから第二分光層１２２ｂへの方向に沿って光合成素子１２０に入り、かつこれらの分光層１２２に順に入射し、そして映像光束ＩＬは第二分光層１２２ｂから第一分光層１２２ａへの方向に沿ってこれらの分光層１２２から順に出射され、光合成素子１２０を離れる。本実施例において、使用者がヘッドマウント式表示装置１００を着用する時、使用者の目が例えば可視領域ＯＡの位置にある。本実施例において、可視領域ＯＡは光合成素子１２０を離れた映像光束ＩＬの伝達経路上に位置する。本実施例において、可視領域ＯＡまで伝達された映像光束ＩＬはユーザの目に入ることができ、かつ映像光束ＩＬは水晶体を経由して集光され、網膜上に像を形成し、ユーザに映像光束ＩＬに対応する映像画面を見せることができるが、別の実施例において、ヘッドマウント式表示装置１００は映像光束ＩＬを可視領域ＯＡに形成し、設計者が可視領域ＯＡに映像キャプチャー装置、例えばカメラ（ｃａｍｅｒａ）などを設置して映像を取得してもよいが、これに限定されない。

図２は映像光束が図１Ａの実施例の光合成素子中に伝達される光路概略図であり、図１Ａ、図１Ｂ及び図２を参照する。具体的に言うと、光合成素子１２０は例えば映像光束ＩＬの入射方向に対し傾斜して、映像光束ＩＬが第一分光層１２２ａに入射する入射角度θを０度より大きくかつ９０度より小さくする。図２を参照すると、本実施例において、第一分光層１２２ａにおいて反射現象が発生した映像光束ＩＬは出射光束Ｅｘ１を形成する。本実施例において、第一分光層１２２ａを透過した一部の映像光束ＩＬは第二分光層１２２ｂに反射された後、再度第一分光層１２２ａを透過して出射光束Ｅｘ２を形成する。本実施例において、第一分光層１２２ａ及び第二分光層１２２ｂを順に透過した一部の映像光束ＩＬは第三分光層１２２ｃに反射された後、再度第二分光層１２２ｂ及び第一分光層１２２ａを透過して出射光束Ｅｘ３を形成する。従って、本実施例において、第一分光層１２２ａに入射した映像光束ＩＬが光合成素子１２０を離れた後、互いに平行な出射光束Ｅｘ１、出射光束Ｅｘ２及び出射光束Ｅｘ３を形成する。本実施例において、複数の分光層１２２に反射された出射光束Ｅｘ１、出射光束Ｅｘ２と出射光束Ｅｘ３は映像光束（反射光束）ＲＬを構成する。以上からわかるように、本実施例において、光合成素子１２０に入る前の映像光束ＩＬに比べて、光合成素子１２０を離れた後の映像光束ＲＬは比較的に拡張されている。従って、本実施例は可視領域ＯＡの長さを有効に拡張することができる。

引き続き図２を参照すると、本実施例において、第一透光構造１２４ａが厚さｔ１を有し、かつ第二透光構造１２４ｂが厚さｔ２を有する場合、映像光束ＲＬの拡張（ｅｘｐａｎｄｅｄ）長さＥを以下の式で計算することができる。

本実施例において、ｎｄ１は第一透光構造１２４ａの屈折率であり、かつｎｄ２は第二透光構造１２４ｂの屈折率である。

また、本実施例において、これらの分光層１２２の光反射率（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）及び光透過率（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）を適切に設計することにより、出射光束Ｅｘ１、出射光束Ｅｘ２及び出射光束Ｅｘ３の光強度を略一致に保つ。従って、ユーザが映像光束ＲＬに対応する映像画面（図示せず）を見る時、ユーザに見える映像画面の光強度分布が均一になり、特定部分の輝度が比較的に低くまたは高くなることはない。本実施例において、光強度とは、例えば光エネルギー量または輝度である。具体的に言うと、出射光束Ｅｘ１、出射光束Ｅｘ２及び出射光束Ｅｘ３の光強度を以下の式で示すことができる。

Ｉ_１＝Ｒ１ （２）
Ｉ_２＝Ｔ１×Ｒ２×Ｔ１ （３）
Ｉ_３＝Ｔ１×Ｔ２×Ｒ３×Ｔ２×Ｔ１ （４）
本実施例において、Ｉ_１は出射光束Ｅｘ１の光強度であり、Ｉ_２は出射光束Ｅｘ２の光強度であり、かつＩ_３は出射光束Ｅｘ３の光強度である。本実施例において、Ｒ１は第一分光層１２２ａの光反射率であり、かつＴ１は第一分光層１２２ａの光透過率である。本実施例において、Ｒ２は第二分光層１２２ｂの光反射率であり、かつＴ２は第二分光層１２２ｂの光透過率である。本実施例において、Ｒ３は第三分光層１２２ｃの光反射率である。本実施例において、Ｉ_１＝Ｒ１、Ｉ_２＝Ｔ１×Ｒ２×Ｔ１、Ｉ_３＝Ｔ１×Ｔ２×Ｒ３×Ｔ２×Ｔ１である。

本実施例において、光合成素子１２０は以下の式を満たす。

Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３ （５）
Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３ （６）
本実施例において、Ｔ３は第三分光層１２２ｃの光透過率である。

本実施例において、コーティング膜の材料またはパラメータの調整によって、これらの分光層１２２の光透過率及び光反射率を実現できる。本実施例において、少なくとも出射光束Ｅｘ１の光強度Ｉ_１及び出射光束Ｅｘ２の光強度Ｉ_２を略一致に保つために、出射光束Ｅｘ１の光強度Ｉ_１及び出射光束Ｅｘ２の光強度Ｉ_２の比を０．７から１．３の範囲内にする。つまり、本実施例の光合成素子１２０は以下の式を満たす。

０．７≦Ｒ１（Ｔ１×Ｒ２×Ｔ１）≦１．３ （７）
本実施例において、Ｒ１（即ち、第一分光層１２２ａの光反射率）は例えば３％から１７％の範囲内にあるが、本発明はこれに限定されない。また、本実施例において、光合成素子１２０が以下の式を満たす場合、映像画面の光強度分布がより均一になり、より良い表示効果を実現できる。

０．８≦Ｒ１／（Ｔ１×Ｒ２×Ｔ１）≦１．２ （８）
また、本実施例において、出射光束Ｅｘ１の光強度Ｉ_１及び出射光束Ｅｘ２の光強度Ｉ_２の比が１に等しいまたは１に近い場合、映像画面の光強度分布が十分理想な状態に近づけることができる。同じように、本実施例において、出射光束Ｅｘ１の光強度Ｉ_１及び出射光束Ｅｘ３の光強度Ｉ_３の比が１に等しいまたは１に近い時、映像画面の光強度分布が十分理想な状態に近づけることができる。同じように、本実施例において、当出射光束Ｅｘ２の光強度Ｉ_２及び出射光束Ｅｘ３の光強度Ｉ_３の比が１に等しいまたは１に近い時、映像画面の光強度分布が十分理想な状態に近づけることができる。

詳しく言うと、本実施例において、映像光束ＩＬは偏光（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｌｉｇｈｔ）または非偏光（Ｎｏｎ−ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｌｉｇｈｔ）であってもよく、これらの分光層１２２の透過特性（例えば、上記Ｔ１からＴ３まで）または反射特性（例えば上記Ｒ１からＲ３まで）が偏光に対するものまたは非偏光に対するものであってもよいが、本発明はこれに限定されない。

その他の実施例において、透光構造１２４がｎ個である場合、光合成素子１２０がＴ１＞Ｔ２＞Ｔ３＞…＞Ｔｎ、及びＲ１＜Ｒ２＜Ｒ３＜…＜Ｒｎを満たし、また、
（外1）

の場合、Ｉ_ｎ＝（Ｔ１）×（Ｔ２）×…×（Ｔｎ−１）×（Ｒｎ）×（Ｔｎ−１）×…×（Ｔ２）×（Ｔ１）となり、映像画面の光強度分布が十分理想な状態に近づけることができる。上記実施例において、Ｔ１は第一分光層１２２ａの光透過率であり、Ｔ２は第二分光層１２２ｂの光透過率であり、Ｒ２は第二分光層１２２ｂの光反射率であり、Ｔ３は第三分光層１２２ｃの光透過率であり、Ｒ３は第三分光層１２２ｃの光反射率であり、Ｔｎは第ｎ個分光層（図示せず）の光透過率であり、Ｒｎは第ｎ個分光層（図示せず）の光反射率であり、Ｉ_１は第一の出射光束Ｅｘ１の光強度、Ｉ_２は第二の出射光束Ｅｘ２の光強度であり、Ｉ_３は第二の出射光束Ｅｘ３の光強度であり、Ｉ_ｎは第ｎ個出射光束（図示せず）の光強度である。しかし、本発明は上記に限定されない。

再度図１Ａ及び図１Ｂを参考すると、本実施例において、外部からの環境光束ＡＬはこれらの分光層１２２を通過する。本実施例において、環境光束ＡＬは例えば第二分光層１２２ｂから第一分光層１２２ａへの方向に沿ってこれらの分光層１２２を順に通過し、かつこれらの分光層１２２を通過した環境光束ＡＬは使用者の目に入ることができる。つまり、本実施例において、光合成素子１２０は映像光束ＩＬ及び環境光束ＡＬを合併させることができ、かつ映像光束ＲＬ及び環境光束ＡＬを使用者の目に提供することができる。本実施例において、ヘッドマウント式表示装置１００はユーザの目の前方に配置され、かつ映像光束ＲＬ及び環境光束ＡＬが使用者の目に入った時、ユーザは映像光束ＲＬに対応する映像画面（図示せず）を見ることができ、つまり、使用者は環境光束ＡＬに対応する外部映像（図示せず）及び映像光束ＲＬに対応する映像画面（図示せず）を同時に見ることができるため、拡張リアリティ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ、ＡＲ）／バーチャルリアリティ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ、ＶＲ）／複合現実（Ｍｉｘｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ、ＭＲ）の表示効果を実現できる。

本実施例において、光合成素子１２０を離れた映像光束ＲＬが拡張されて、ヘッドマウント式表示装置１００に比較的に大きな可視領域ＯＡが得られる。例えば、可視領域ＯＡの面積は９．４平方ミリメートル（ｍｍ^２）まで増大すること可能である。従って、正常の使用状態において、使用者の瞳孔が容易に可視領域ＯＡの範囲内に位置し、使用者はその他の調整装置を用いることなく瞳孔を可視領域ＯＡに位置合わせることができる。従って、ヘッドマウント式表示装置１００は調整装置の設置を省くことができて、さらに体積縮小と減量につながり、かつ使用者も調整装置を操作する時間を節約できるため、ヘッドマウント式表示装置１００が使用便利性及び薄型軽量設計の利点を兼ね備えている。また、従来のヘッドマウント式表示装置は、中間像ＩＭの所在位置に光拡散シートを設置して映像光束を拡張させる必要があるが、本実施例において、ヘッドマウント式表示装置１００は光合成素子１２０によって映像光束ＩＬを拡張できるため、光拡散シートを設置して映像光束ＩＬを拡張させる必要がない。つまり、本実施例において、映像光束ＩＬに拡張効果が現れるタイミングは光合成素子１２０を通った後のである。従って、ヘッドマウント式表示装置１００は簡単な設計を有し、かつ配光合成拡散シートの設置に関連する光学素子を省略することできるため、ヘッドマウント式表示装置１００の設計難易度は比較的に低く、量産に有利である。

詳しく言うと、本実施例において、光合成素子１２０が有するこれらの分光層１２２の数量は３である。しかし、一部の実施例において、光合成素子１２０はこれと異なる数の分光層１２２を有することも可能であり、本発明はこれに限定されない。具体的に言うと、一部の実施例において、これらの分光層１２２の数が２より大きく、かつこれらの分光層１２２の数が５以下である場合、映像光束ＩＬが優れた均一性を維持できて、かつこれらの分光層１２２の製作難易度と複雑度が高すぎることにならない。従って、ヘッドマウント式表示装置１００は上記の技術効果を有するほか、ヘッドマウント式表示装置１００は優れたコスト効果を適える。

図３は本発明の別の実施例の光合成素子の構成概略図であり、図３を参照する。本実施例において、光合成素子３２０は図１Ａから図２の実施例の光合成素子１２０に類似する。光合成素子３２０の構成部及び関連説明について、図１Ａから図２の実施例の光合成素子１２０の構成部及び関連説明を参照することができるため、ここで省略する。光合成素子３２０と光合成素子１２０の相違点以下の通りである。本実施例において、光合成素子３２０は複数の分光層３２２及び複数の透光構造３２４を含む。本実施例において、これらの分光層３２２の一部が隣接する二つの透光構造３２４の間に挟まれて設置され、これらの分光層３２２の一部が隣接する二つの透光構造３２４のうちの一方に連接され、かつ隣接する二つの透光構造３２４の他方と分離している。詳しく言うと、本実施例において、これらの分光層３２２は第一分光層３２２ａ、第二分光層３２２ｂ及び第三分光層３２２ｃを含み、かつこれらの透光構造３２４は第一透光構造３２４ａ、第二透光構造３２４ｂ及び第三透光構造３２４ｃを含む。本実施例において、第二分光層３２２ｂは隣接する第一透光構造３２４ａと第二透光構造３２４ｂとの間に挟まれて設置され、第三分光層３２２ｃは隣接する第二透光構造３２４ｂと第三透光構造３２４ｃとの間に挟まれて設置されている。本実施例において、第二分光層３２２ｂは第二透光構造３２４ｂに接続され、かつ第一透光構造３２４ａと分離している。本実施例において、第三分光層３２２ｃは第三透光構造３２４ｃに接続され、かつ第二透光構造３２４ｂと分離している。具体的に言うと、本実施例の光合成素子３２０を用いたヘッドマウント式表示装置は、少なくとも図１Ａから図２の実施例のヘッドマウント式表示装置１００の上記効果が得られる。本実施例の光合成素子３２０を用いたヘッドマウント式表示装置は使用便利性及び薄型軽量設計の利点を兼ね備えており、かつヘッドマウント式表示装置の設計難易度が比較的に低く、量産に有利である。

詳しく言うと、図示していない一部の実施例において、隣接する二つの透光構造の間に複数の分光層を設置してもよく、または、隣接する二つの透光構造の間にいずれの分光層も設置しなくてもよい。分光層の設置位置及び透光構造の設置位置について制限することなく、かつ分光層の数量及び透光構造の数量についても制限することない。また、図示していない一部の実施例において、二つの分光層をそれぞれ第一透光構造３２４ａの対向する二つの表面に設置することが可能であり、即ち、そのうちの一方の表面に第一分光層３２２ａを設置し、他方の表面にもう一つの分光層を設置する。同じく、図示していない一部の実施例において、二つの分光層をそれぞれ第二透光構造３２４ｂの対向する二つの表面に設置することが可能であり、即ち、そのうちの一方の表面に第二分光層３２２ｂを設置し、他方の表面にもう一つの分光層を設置する。同じく、図示していない一部の実施例において、二つの分光層をそれぞれ第三透光構造３２４ｃの対向する二つの表面に設置することが可能であり、即ち、そのうちの一方の表面に第三分光層３２２ｃを設置し、他方の表面にもう一つの分光層を設置する。なお、本発明は上記実施例に限定されない。

図４は本発明のさらに別の実施例のヘッドマウント式表示装置の構成概略図であり、図４を参照する。具体的に言うと、本発明の実施例のヘッドマウント式表示装置４００の構成部及び関連する説明について、図１Ａから図３の実施例の説明から十分な教示、提案と実施説明が得られるため、ここでは省略する。本実施例において、ヘッドマウント式表示装置４００はディスプレイ４１０及び光合成素子４２０を含む。ディスプレイ４１０は映像光束ＩＬを発する。光合成素子４２０は重ねて設置された複数の分光層４２２を含み、かつこれらの分光層４２２は第一分光層４２２ａ及び第二分光層４２２ｂを含む。映像光束ＩＬは第一分光層４２２ａを経由して光合成素子４２０に入り、及び光合成素子４２０を離れる。第一分光層４２２ａは第二分光層４２２ｂとディスプレイ４１０との間に位置し、かつ第二分光層４２２ｂは第一分光層４２２ａに最も近い。また、Ｒ１が第一分光層４２２ａの光反射率であり、Ｔ１が第一分光層４２２ａの光透過率であり、かつＲ２が第二分光層４２２ｂの光反射率である場合、光合成素子４２０は０．７≦Ｒ１／（Ｔ１×Ｒ２×Ｔ１）≦１．３を満たす。本実施例において、第一分光層４２２ａ及び第二分光層４２２ｂは例えばそれぞれ一つの透光構造の対向する両側に位置するが、本発明はこれに限定されない。その他の図示していない実施例において、第一分光層４２２ａと第二分光層４２２ｂの間に透光構造を挟んで設置しなくてもよく、本発明はこれに限定されない。

以上をまとめると、本発明の実施例は少なくとも以下の一つの利点又は効果を有する。本発明の上記実施例において、ヘッドマウント式表示装置の光合成素子は重ねて設置された複数の分光層を含み、かつこれらの分光層は第一分光層及び第一分光層に最も近い第二分光層を含む。ディスプレイが発した映像光束は第一分光層を経由して光合成素子に入り、及び光合成素子を離れる。本発明の実施例において、これらの分光層に適切な光反射率及び光透過率を設定することにより、光合成素子を離れた映像光束が拡張されて、ヘッドマウント式表示装置に比較的に大きな可視領域をもたらすことができる。本発明の実施例において、使用者の瞳孔を容易に可視領域の範囲内に位置させることができ、使用者はその他の調整装置を用いずに瞳孔を可視領域に位置合わせることができる。従って、ヘッドマウント式表示装置は使用便利性及び薄型軽量設計の利点を有する。また、本発明の実施例のヘッドマウント式表示装置は光拡散シートを用いずに映像光束を拡張できるため、ヘッドマウント式表示装置の設計難易度が比較的に低く、量産に有利である。

以上に記載したのは本発明の好ましい実施例であり、本発明の実施範囲がこれに限定されるべきではない。即ち、本発明の請求の範囲および発明の詳細な説明を基に行った簡単な等価変更およびアレンジも本発明の請求範囲内に属する。また、本発明のいずれの実施例または請求項は必ずしも本発明が開示した目的または利点または特徴を全て満たすとは限らない。その他、要約書と発明の名称は特許文献の検索のために用いられるものであり、本発明の権利範囲を制限するものではない。また、明細書または請求の範囲に言及された「第一」、「第二」などの用語は、素子（ｅｌｅｍｅｎｔ）を命名するための名称または異なる実施例若しくは範囲を区別するためのものであり、素子の数量の上限または下限を制限するものではない。

Claims (10)

1. ヘッドマウント式表示装置であって、
   映像光束を発するディスプレイと、
   重ねて設置された複数の分光層を有する光合成素子とを含み、
   前記複数の分光層は第一分光層及び第二分光層を含み、前記映像光束が前記第一分光層を経由して前記光合成素子に入り、及び前記光合成素子を離れ、
   前記第一分光層は前記第二分光層と前記ディスプレイとの間に位置し、前記第二分光層が前記第一分光層に最も近く、
   かつ、前記光合成素子は、Ｒ１が前記第一分光層の光反射率であり、Ｔ１が前記第一分光層の光透過率であり、Ｒ２が前記第二分光層の光反射率である場合、０．７≦Ｒ１／（Ｔ１×Ｒ２×Ｔ１）≦１．３を満たす、ヘッドマウント式表示装置。
2. 前記複数の分光層は互いに平行に設置され、
   前記光合成素子に入った前記映像光束は前記複数の分光層に順に入射し、かつ前記複数の分光層はそれぞれ一部の前記映像光束を反射して、互いに平行な複数の反射光束を形成する、請求項１に記載のヘッドマウント式表示装置。
3. 前記光合成素子は透光構造を含み、かつ前記第一分光層及び前記第二分光層がそれぞれ前記透光構造の対向する両側に位置する、請求項１に記載のヘッドマウント式表示装置。
4. 前記光合成素子は複数の透光構造を含み、かつ前記複数の透光構造が互いに重ねて設置され、
   前記複数の分光層の一部が隣接する二つの前記透光構造の間に挟まれて設置され、かつ隣接する二つの前記透光構造に接続される、請求項１に記載のヘッドマウント式表示装置。
5. 前記光合成素子は複数の透光構造を含み、かつ前記複数の透光構造が互いに重ねて設置され、
   前記複数の分光層の一部が隣接する二つの前記透光構造の間に挟まれて設置され、前記複数の分光層の一部が隣接する二つの前記透光構造のうちの一方に接続され、かつ隣接する二つの前記透光構造の他方と分離している、請求項１に記載のヘッドマウント式表示装置。
6. 前記映像光束が前記第一分光層に入射する入射角度が０度より大きくかつ９０度より小さい、請求項１に記載のヘッドマウント式表示装置。
7. Ｒ１が３％から１７％の範囲内にある、請求項１に記載のヘッドマウント式表示装置。
8. 環境光束が前記複数の分光層を通過する、請求項１に記載のヘッドマウント式表示装置。
9. 前記ディスプレイは光源モジュール、反射ミラー及び光学調整モジュールを含み、
   前記光源モジュールは照明光束を提供し、
   前記反射ミラーは前記光源モジュールからの前記照明光束の伝達経路上に位置し、前記反射ミラーは前記照明光束を前記映像光束に変換し、及び前記映像光束を前記光学調整モジュールに提供し、
   前記光合成素子は前記光学調整モジュールからの前記映像光束の伝達経路上に位置する、請求項１に記載のヘッドマウント式表示装置。
10. 前記光学調整モジュールは第一レンズグループ及び第二レンズグループを含み、
    前記第一レンズグループは前記第二レンズグループと前記反射ミラーとの間に位置し、前記第一レンズグループは前記反射ミラーからの前記映像光束の伝達経路上に位置して、前記映像光束を中間像に集約し、前記中間像は前記第一レンズグループ及び前記第二レンズグループとの間に位置し、
    前記第二レンズグループは前記第一レンズグループからの前記映像光束の伝達経路上に位置し、かつ前記光合成素子は前記第二レンズグループからの前記映像光束の伝達経路上に位置する、請求項９に記載のヘッドマウント式表示装置。

Images