JP2019053151A - 虚像表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
表示装置に関する。
等の虚像表示装置(あるいは頭部搭載型表示装置)においては、広画角化が進んでいる。
広画角化に対応するために、レンズは、一般的にその直径や肉厚が大きくなりがちである
が、HMDでは、小型・軽量であることも求められている。さらに、レンズの増大等に伴
って、人間の顔にフィットしたレンズの配置が困難になったり、映像品位に影響があった
りする、といったことも問題となりうる。
光軸について対応するもの(特許文献1)が知られているが、レンズ形状やその配置につ
いてまで対応がなされているかは不明である。
いて考慮しつつ、増大する傾向にある装置の小型・軽量化を図ることを可能とする虚像表
示装置を提供することを目的とする。
置され、映像素子からの映像光を観察者側へ射出させるレンズであって、レンズ有効径の
範囲のうち、装着時に観察者の鼻側となる領域に形成されるレンズ端面を有する非対称レ
ンズとを備える。
の鼻側となる領域に形成されるレンズ端面を有することで、増大する傾向にあるHMDに
おいてレンズの小型・軽量化を図っている。この際、レンズ端面を設ける位置をレンズ有
効径の範囲のうちの鼻側とすることで、映像品位への影響について、あるいは、人間の顔
にフィットさせることについて考慮しつつ、レンズの小型・軽量化、延いては、装置の小
型・軽量化を図ることを可能にしている。
場合、平面状の当接部を利用して、高精度かつ高効率な非対称レンズの位置決めが可能に
なる。さらに、平面状の部分(直線状の部分)を鼻側に配置することで一対の構成の場合
、左右のレンズ間配置をより狭くすることができる。
にしてレンズ端面を対称に傾斜して配置している。この場合、対称性の良い状態で観察者
の鼻用のスペースを確保できる。
、装着時に観察者の鼻側となる領域を一部カットして形成されるカットレンズである。こ
の場合、レンズ有効径の範囲のうち観察者の鼻側となる領域を一部カットしてレンズの小
型・軽量化、延いては、装置の小型・軽量化を図ることを可能にしている。
成形品のうち相対的に残留応力の多い側をカットして形成される。この場合、非対称レン
ズにおける複屈折の発生を低減した良好な状態にできる。
トして形成される。この場合、非対称レンズにおける複屈折の発生を低減しやすくなる。
場合、より人間の顔の特性に応じてフィットさせた形状にできる。
レンズである。なお、ゼロ複屈折性または低複屈折性の樹脂レンズとしては、配向複屈折
±0.01以下、または、光弾性定数10[10−12/Pa]以下の樹脂レンズが考え
られる。この場合、複屈折の発生を抑えることで、材料起因の収差などを抑えることが可
能になり、映像品位を向上させるべく光学性能を維持しつつ、各レンズ延いては装置全体
の軽量化を図ることができる。
、非対称レンズの組付けの際にレンズ端面を当接させて位置決めする位置決め部を有する
。この場合、組付部の位置決め部への当接により非対称レンズの組み付けを高精度かつ高
効率に行える。
を、10〜30mmの範囲とする。この場合、眼鏡型の装置として違和感なく観察者が装
着可能になる。
、光学部品は、非対称レンズのレンズ端面に対応する形状の端面を有する。この場合、非
対称レンズとともに、非対称レンズに設けられる光学部品についても、例えば、小型・軽
量化を図ったり、あるいは、高精度かつ高効率な位置決めをしたりすることが可能になる
。
像光を入射させる表示側レンズと、表示側レンズの前段に設けられるハーフミラーと、非
対称レンズと表示側レンズとの間に設けられ偏光透過軸の方向の成分を透過させる半透過
型偏光板とを、光学部品として備える。この場合、光路中にハーフミラーを設けることで
光路を折り曲げ、広画角でかつ小型化を実現できる。
の端面を有する。この場合、人間の顔にフィットさせることについて考慮しつつ、映像素
子の小型・軽量化、延いては、装置の小型・軽量化を図ることができる。
以下、図1等を参照しつつ、本発明の第1実施形態に係る虚像表示装置について詳細に
説明する。
子(画像表示部)である画像表示装置10と、拡大光学系20とを備え、虚像表示装置1
00を装着した観察者又は使用者に対して虚像による画像光(映像光)を視認させること
ができる虚像表示装置、すなわちヘッドマウントディスプレイ(HMD)である。図1に
示すように、画像表示装置10や拡大光学系20は、外装部CPに収納・保護されている
。ここで、図4等に示すように、本実施形態に係る虚像表示装置100において、光学系
の光軸AXは、Z方向となっているものとする。さらに、観察者の左右の眼の並ぶ方向と
して想定される水平方向をX方向とする。水平方向に直交する方向である観察者にとって
の上下方向を垂直方向とし、図1等では、Y方向とする。
察者URの眼前に配置され、画像表示装置10からの映像光を観察者側へ射出させる。拡
大光学系20は、レンズを主要部としつつ、偏光変換部材、半透過型偏光板といった光学
部品によって構成されている。なお、詳しい一例については、図4を参照して説明する。
ズ形状である円形状の状態から一部がカットされたような形状(D形状)を有している。
特に、本実施形態では、装着時に観察者の鼻側となる領域に対応する箇所の一部が斜めに
削除(カット)されている。ここでは、このような通常の円形状の状態から一部がカット
されたような形状となっている、すなわち円形状の対称性に比べて対称性が低くなった形
状のレンズを非対称レンズ、あるいはカットレンズと呼ぶこととする。また、カットされ
た切欠き状の部分に形成された端面をレンズ端面と呼ぶこととする。すなわち、図1等を
参照すると、拡大光学系20の主要部は、非対称レンズであるカットレンズLSであり、
カットレンズLSは、平面状(直線状)のレンズ端面CSを有している、と捉えられるこ
とができる。さらに、図1において一部拡大して示すように、虚像表示装置100を反対
側(裏側)から見ると、拡大光学系20あるいはカットレンズLSにおいて、レンズ端面
CSは、傾斜した平面状(直線状)であることを利用して、外装部CPに設けた組付部で
あるフレームFMの傾斜した平面状(直線状)である位置決め部DPに当接させることで
、例えば回転可能な状態になっている円形のレンズについての位置決め(位置合わせ)の
場合に比べて、高精度かつ高効率に組付けができる。以上を言い換えると、カットレンズ
LSは、フレームFMの位置決め部DPにおける組付けに際して、レンズ端面CSを、平
面状に加工された当接部として用いている。
20において、観察者URの顔の中心軸CXに対して左右対称にレンズ端面CS,CSを
傾斜して配置されるものとなっている。これについて、観察者URを介さず、虚像表示装
置100の構成のみで説明すると、虚像表示装置100が、中心軸CXに相当する左右の
中心軸KX(図1中の一部拡大図参照)を基準にして左右対称な構造を有しており、一対
のレンズ端面CS,CSが、中心軸KXに対して対称に傾斜して配置されている、すなわ
ち、同じ大きさの傾斜角θを有している、ということになる。ここで、各レンズ端面CS
の中心軸KX(中心軸CX)に対する傾斜角θの大きさについては、光学設計等により、
0°〜90°の範囲で種々の値を取り得るが、後述するように、映像品位への影響、ある
いは、人間の顔にフィットさせること等について考慮しつつ、適正な範囲内で定められる
。具体的数値としては、θ=30°程度、あるいは、20°〜40°の範囲内とすること
が考えられる。
ットレンズLSは、射出成形で製造され、レンズ端面CSは、射出成形での成形品である
カットレンズLSとなるべき部材PPのうち成形時のゲートGTの部分を含む箇所をカッ
トして形成される。樹脂レンズを成形する際のゲート周辺部は、成形時の流動の関係から
、残留応力が発生しやすい。そのため、ゲートGTの部分を含む箇所をカットすることで
、相対的に残留応力の多い側をカットでき、カットレンズにおける複屈折の発生を低減し
た良好な状態にできる。
造等についての一例を概念的に説明する。
の様子を示している。なお、画像表示装置10及び拡大光学系20は、図1に示したよう
に、右眼用と左眼用とについてそれぞれ用意される左右一対構成であるが、対称性により
、ここでは、省略して左右のうち一方(左眼用)のみを示している。すなわち、図4にお
いて、+X側が外側(耳側)であり、−X側が内側(鼻側)である。なお、左右一対の一
方のみ、すなわち単独でも虚像表示装置として機能する。また、詳しい説明は省略するが
、図1に例示したような左右一対構成とせず、単眼用に虚像表示装置を構成することも可
能である。
形成を行うとともに形成された画像光である映像光GLを必要に応じて偏光状態を変換し
つつ射出する装置である。画像表示装置10は、例えば有機EL等の自発光型の素子(O
LED)で構成される映像素子(映像表示素子)により構成することができる。また、例
えば透過型の空間光変調装置である映像表示素子(映像素子)のほか、映像表示素子へ照
明光を射出するバックライトである照明装置(不図示)や動作を制御する駆動制御部(不
図示)を有する構成としてもよい。
素子OPとを備える。なお、カットレンズLSは、ゼロ複屈折性の樹脂レンズまたは低複
屈折性の樹脂レンズのいずれかで構成され、複屈折を生じにくいものとなっている。
位置(本願ではこの位置も眼EYで示すものとする。)に対向して配置される観察者側レ
ンズである。すなわち、カットレンズLSは、画像表示装置10からの映像光GLを集光
して観察者の眼前側へ射出させるための凸レンズである。また、カットレンズLSは、観
察者側レンズすなわち観察者の眼EY側に位置するものとして、その距離、すなわち観察
者の眼EYを想定した位置からカットレンズLSまでの距離D1を、10〜30mmの範
囲としている。この場合、眼鏡型の装置として違和感なく観察者が装着可能になる。特に
、距離D1の値は、通常の眼鏡における眼からレンズまでの距離として一般的に想定され
る15〜20mmの範囲内にあることが望ましい。なお、これに対して、カットレンズL
Sから画像表示装置10までの距離D2については、光学設計によって20〜50mmの
範囲となる。特に、本実施形態のように画像表示装置10において小型のパネル(各レン
ズよりも小さいパネル)を採用した場合、大型のパネル(図11等参照)を採用した場合
に比べてその距離をより縮められると考えられる。ただし、距離D1については、上記眼
鏡型の装置としての要請から、画像表示装置10に依らず、一定の範囲内になる。したが
って、カットレンズLSは観察者の位置に比較的近接することになる。さらに、広画角化
等の観点からある程度の画角維持のため、レンズの増大に伴う一部カットは不可避的とな
る。
反射半透過膜であり、例えば、誘電体多層膜等で構成される。ハーフミラー21は、カッ
トレンズLSの前段すなわち映像光GLの光路の上流側に配置され、かつ、観察者側から
見て凹の曲面形状となっている。なお、図示の例では、ハーフミラー21は、カットレン
ズLSのレンズ面のうち、光路の上流側の面に貼付けされている。
/4板)やワイヤーグリッド偏光板で構成される半透過型偏光板を組み合わせて構成され
たりする部材であり、映像光GLについて選択的にあるいは一部について透過・反射を行
う。光学素子OPは、カットレンズLSの後段すなわち映像光GLの光路の下流側に配置
されている。なお、図示の例では、カットレンズLSのレンズ面のうち、光路の上流側の
面に貼付けされている。カットレンズLSのレンズ面のうち、光路の下流側の面に貼付け
されている。
た映像光GLは、拡大光学系20のうち、ハーフミラー21を通過し、カットレンズLS
を経て光学素子OPに到達する。ここで、映像光GLの一部は、反射され、再びハーフミ
ラー21に達する。ハーフミラー21において、映像光GLのうち一部の成分はそのまま
透過するが、残りの成分は反射され、反射された映像光GLの成分はカットレンズLSを
経て光学素子OPに到達し、その一部が光学素子OPを通過し、観察者の眼EYのある場
所として想定される位置に達する。
で光路を折り曲げ、ハーフミラー21と光学素子OPとの間を往来させて、広画角でかつ
小型化を実現できる。また、反射透過させる映像光GL成分の状態を適切に取り扱うこと
で、例えばゴースト光の発生を抑制し、観察者に高品質な映像を視認させることができる
。
Sの形状との関係について説明する。図5は、虚像表示装置100を観察者が装着した場
合の上方から見た光軸AXでの断面の様子を示している。既述のように、カットレンズL
Sは、中心軸の方向すなわち上下方向(Y方向)に対して斜めの方向にカットされること
で形成されたレンズ端面CSを有している。また、図5に示すカットレンズLSの本来の
有効径D3(すなわちカットしなければ得られた有効径)に対して、その一部の範囲がカ
ットされている状態となっている。つまり、図中破線LLで示す画角範囲が本来視認可能
な範囲であるが、その一部からは映像光GLが来ないことになる。この場合、画像の一部
が暗くなったり欠けたりする可能性がある。これに対して、本実施形態では、人間の視野
の特性に応じてカットする範囲を定めることで視認性が悪くなることを回避している。
側方向(内側方向)の視野は、耳側方向(外側方向)の視野に比べて小さい。このため、
映像光の画角も鼻側だけ小さくしても、全体的な視野としては大きな影響を与えないこと
が知られている。具体的には、図6は、矢印AR1で示す視線の正面方向を基準にして、
これよりも鼻側方向(内側方向)の視野角ξは、耳側方向(外側方向)の視野角ηよりも
小さく、例えば視野角ηが90°以上であるのに対して、視野角ξが60°程度である。
さらに、解像能力の高い状態で見ることのできる視野の範囲は、さらに限られてくる。ま
た、このため、人は、見たいと思う対象(画像部分)の方向が自分正面からある程度以上
の角度となる場合、眼だけではなく、首を動かすことで、正面において対象を見えるよう
にしようとする。一方、昨今のいわゆる仮想現実(VR)の画像形成では、ヘッドトラッ
キング機能が搭載され、HMDの観察者の頭の動きを追跡し、その動きに従った映像を見
せるようなものとなっている。以上のことを考慮して、見た目の視認性が悪くなることを
回避しつつ、カットレンズLSにおいて、レンズ有効径の範囲のうち装着時に観察者の鼻
側となる領域を一部削除してレンズ端面CSが形成される。
の製造に関して一例を説明する。
たは低複屈折性の樹脂レンズで構成されることが望ましい。複屈折は、偏光板等の透過時
の透過率に大きく影響し、大きな輝度ムラや色ムラ(色収差)を生じさせるからである。
特に、カットレンズLSについては、折り返しにより、映像光GLが合計3回通過するた
め、より複屈折の小さな材料を適用する必要がある。複屈折を抑えるという観点からは、
上記部分については、ガラスを使用すれば影響は抑えられるが、HMDでは装置の軽量化
の要請もあり、この観点からは、樹脂製のレンズであることが望ましい。そこで、ここで
は、カットレンズLS等を樹脂レンズで構成する場合について説明をする。なお、比較的
低い複屈折樹脂として、PMMAやZEONEXがあげられるが、さらに低複屈折の樹脂
として開発されているのが、例えば三菱ガス化学社のユピゼータEP−4000〜600
0である。ここでは、これらの材料で構成されるレンズを、低複屈折性の樹脂レンズ、あ
るいは、ゼロ複屈折性の樹脂レンズと呼ぶこととする。
ば光学素子OP)を含む箇所に関しての加工工程の一例を説明するための図である。
時の流動の関係から、残留応力が発生しやすい。そのため、領域DM1のような箇所を透
過した光は、輝度ムラや色ムラ(色収差)などの影響を受けやすく、カットレンズLSと
しての利用にはあまり適さない。そこで、図8において状態X1〜X3として各工程を示
すカットレンズLSとなるべき部材PPの加工について説明する。まず、状態X1及び状
態X2に示すように、部材PPのうち、ゲートGTの部分を含む一部をカットして取り除
き、部材PPをD形状(Dカット)にする。これにより、レンズ端面CSが形成されると
ともに、ゲートGTを含むゲートGT側の領域DM1のような残留応力が発生しやすい箇
所を取り除くことができる。カットされた部材PPは、レンズ端面CSは、状態X3に示
すように、所定の角度傾いた状態でフレームFMの位置決め部DP(図1参照)に組付け
るための位置決めに用いられる。
、光学素子OPとなるべき部材SSについても、向きをレンズとなるべき部材PPに対応
させて貼り合せてもよい。図4での例示のように、光学素子OPをカットレンズLSに貼
り付けて構成する場合であれば、カットレンズLSのレンズ端面CSに合わせて光学素子
OPもカットされているすなわちレンズ端面CSの形状に対応してカットされた端面CS
aを有していることが望ましい。さらに、光学素子OPとして、1/4波長板やワイヤー
グリッド偏光板で構成される半透過型偏光板を組み合わせて構成するような場合、偏光透
過軸の方向といった偏光軸P1(例えば偏光透過軸)の方向が組付け時に特定の方向とな
るように調整されることが望ましい。そこで、図8の例示では、状態X3に示されている
ように、光学素子OPの偏光軸P1が、端面CSaあるいはレンズ端面CSに対して所定
の角度αとなるようにしておくことで、フレームFMの位置決め部DP(図1参照)に組
付けとともに、偏光軸P1がX方向(水平方向)に平行になるようにしている。すなわち
、状態X1及び状態X2に示すように、光学素子OPとなるべき部材SSの一部をカット
して取り除き端面CSaを形成するに際して、端面CSaの向きと部材SSの偏光軸P1
の方向とが角度αとなるようにしている。具体的数値としては、α=60°程度、あるい
は、50°〜70°の範囲内とすることが考えられる。
のような箇所の除去がされやすくなり、より大きな断面積のゲートGTを配置することが
でき、成形性を向上させ、より高精度かつフローマークの発生を抑制することができる。
なお、カットレンズLSは円形状に成形されたのちに、機械的にカットされていても良い
。また、光学素子OPについても、個別にカットしてからカットレンズLSに貼り付ける
場合や、カットレンズLSとなるべき部材PPに光学素子OPとなるべき部材SSを貼り
付けた後にまとめてカットする等、種々の態様が考えられる。上記方法によれば、ゲート
GTを含む部分を一部カットすることによって、カットレンズLSにおいて残留応力の多
い領域DM1を極力使用しない構成としたり、光学素子OPについてその特性に応じた位
置合わせをしたりできる。
るいはこれらで構成される拡大光学系20に関しての変形例について説明する。ここでは
、代表して、カットレンズLSの変形例について説明する。ここでは、図示のように、複
数箇所にレンズ端面CSを有する場合について説明する。なお、例示では、2箇所のレン
ズ端面CSを有してVカット形状としている。
ち装着時に観察者の鼻側となる領域を一部削除して形成されたレンズ端面CS1に加え、
レンズ端面CS1よりも上方(+Y側)にもう一つのレンズ端面CSとして、レンズ端面
CS2を設けている。例えば額や目頭の近辺に出っ張りが大きい顔の観察者にとっては、
レンズ端面CS2を設けておくことで、顔にフィットさせやすくなる。なお、人の視野角
は、下方向に75°、上方向に50°程度であり、上方向については下方向よりも視野が
狭く、カットを行いやすいと考えられる。
加え、レンズ端面CS1よりも外側(+X側)にもう一つのレンズ端面CSとして、レン
ズ端面CS3を設けている。例えば頬の近辺に出っ張りが大きい顔の観察者にとっては、
レンズ端面CS3を設けておくことで、顔にフィットさせやすくなる。なお、この箇所は
、外側でかつ下側の部分であり、人の視野角の観点から、カットを行いやすいと考えられ
る。
例えば離間した2箇所にカットした端面を設ける、あるいは3か所以上に端面を設けると
いった構成にしてもよい。
ンズ有効径の範囲の一部を削除することで、装置が増大する傾向にあるHMDにおいて、
レンズの小型・軽量化を図っている。この際、レンズ有効径のうち削除する領域を、鼻側
の領域とすることで、映像品位への影響について、あるいは、人間の顔にフィットさせる
ことについて考慮しつつ、レンズの小型・軽量化、延いては、装置の小型・軽量化を図る
ことを可能にしている。
以下、図10を参照して、第2実施形態に係る虚像表示装置について説明する。本実施
形態に係る虚像表示装置は、拡大光学系の主要部であるレンズが、複数のレンズで構成さ
れている点において、1つのカットレンズで構成される第1実施形態の第2実施形態と異
なっている。なお、外観構成及び拡大光学系の組付けについては、第1実施形態の場合(
図1参照)と同様であるので図示及び説明を省略する。
光学系220とを備える。
光の成分を抽出する偏光板12と、偏光板12を経た成分を円偏光にして射出する第1の
1/4波長板(λ/4板)13とを備える。
子(映像表示素子)とすることができる。また、例えば透過型の空間光変調装置である映
像表示素子(映像素子)のほか、映像表示素子へ照明光を射出するバックライトである照
明装置(不図示)や動作を制御する駆動制御部(不図示)を有する構成としてもよい。
に、第1の1/4波長板13は、偏光板12を経た成分を円偏光にする。
Lを射出する。
、ハーフミラー21と、光学素子OPとを備える。光学素子OPは、偏光変換部材22と
、半透過型偏光板23とで構成される。これらのうち、第4レンズL4を除く、第1〜第
3レンズL1〜L3と、ハーフミラー21と、光学素子OPとについては、図示のように
、貼り付けられてユニット化されている。ここでは、これらのユニット化された部材につ
いて一部がカットされた形状となっている。なお、第1〜第4レンズL1〜L4のうち、
少なくとも、第2レンズL2については、ゼロ複屈折性の樹脂レンズまたは低複屈折性の
樹脂レンズのいずれかで構成され、複屈折を生じにくいものとなっていることが望ましい
。
配置される観察者側レンズであり、第1実施形態でのカットレンズLSに相当する。なお
、観察者側レンズとしての第1レンズL1は、映像光GLを集光して観察者の眼前側へ射
出させるための凸レンズである。
1等の後段に配置される光学部材に向けて画像表示装置210からの映像光GLを入射さ
せるレンズである。ここでは、第2レンズL2を、第1レンズL1(観察者側レンズ)に
対して、表示側レンズとも呼ぶこととする。第2レンズL2は、画像を十分に広画角なも
のとすべく、例えば屈折率1.55以上の屈折レンズとなっている凸レンズである。なお
、この例では、第2レンズL2についても、カットレンズである第1レンズL1に対応し
てカットされた端面CL2を有している。
が適宜調整された色消しレンズである。第3レンズL3は、色消し目的のレンズとして機
能すべく、第2レンズL2に接合して設けられている凹レンズである。特に、ここでは、
ハーフミラー21を間に挟み込むようにして、第2レンズL2と接合している。言い換え
ると、ハーフミラー21と半透過型偏光板23との間にアッベ数の小さい負のパワーを持
つ第3レンズL3を配置することによって、色収差を抑えることが可能となる。なお、こ
の例では、第3レンズL3についても、カットレンズである第1レンズL1に対応してカ
ットされた端面CL3を有している。
表示装置210からの映像光GLを、第3レンズL3以下に配置される後段の光学部材に
向けて射出する。言い換えると、第4レンズL4は、拡大光学系220のうち、画像表示
装置210に一番近い位置に配置されて映像光GLの光路を調整する前段側レンズである
。第4レンズL4を入れることによって、より解像度性能を向上させることができ、また
画像表示装置210におけるパネルサイズを小さくすることができる。このため、画像表
示装置210の作製コストを抑えることも可能となる。また、画像表示装置210から射
出される光線のテレセン角を抑えることもできるため、パネル視野角特性によって輝度や
色度の変化が生じるのを抑えられる。なお、この例では、第4レンズL4については、カ
ットをしていない円形状のレンズとしている。
射させる半反射半透過膜であり、例えば、誘電体多層膜等で構成され、第2レンズL2と
第3レンズL3との間に形成されており、観察者側から見て凹の曲面形状となっている。
材であり、ここでは、1/4波長板(第2の1/4波長板あるいは第2のλ/4板)で構
成されているものとする。偏光変換部材22は、表示側レンズである第2レンズL2と半
透過型偏光板23との間に設けられており、半透過型偏光板23に向かう成分等、偏光変
換部材22とハーフミラー21との間を往復する成分の偏光状態を変換する。ここでは、
円偏光の状態にある映像光GLを直線偏光に変換する、あるいは、逆に、直線偏光の状態
にある映像光GLを円偏光に変換する。
察者側レンズである第1レンズL1との間に設けられる部材であり、ここでは、反射型の
ワイヤーグリッド偏光板で構成されるものとする。特に、本実施形態では、ワイヤーグリ
ッド偏光板である半透過型偏光板23の偏光透過軸の方向A1を眼の並ぶ方向として想定
される水平方向(X方向)とする。なお、反射型のワイヤーグリッド偏光板で構成される
半透過型偏光板23については、入射する成分の偏光の状態に応じて透過・反射の特性を
変えることから、反射型偏光板と呼ぶこともあるものとする。
光の状態に応じて透過・反射の特性を満たすべく各偏光軸の方向について側面CSaに対
する角度の調整がなされている(図8参照)。
リッド偏光板で構成される半透過型偏光板(あるいは反射型偏光板)23については、水
平方向(X方向)を偏光透過軸の方向としている。すなわち、半透過型偏光板23は、X
方向についての偏光成分を透過させ、これに垂直な成分を反射する特性を持つ。また、図
に示されている映像光GLの光路は、XZ面に平行な面内を通るものである。したがって
、この図においては、P偏光及びS偏光を規定する上では、入射面がXZ面に平行な面で
あり、境界面がXZ面に垂直な面(Y方向に平行な面)として捉えることになる。半透過
型偏光板23は、P偏光を透過させS偏光を反射する。
GLは、透過型波長板である偏光板12にてP偏光に変換後、第1の1/4波長板13に
より円偏光に変換され、拡大光学系220に向けて射出される。その後、映像光GLは、
拡大光学系220のうち、第4レンズL4を経て、第3レンズL3に入射し、第2レンズ
L2との界面に成膜されたハーフミラー21に達する。映像光GLのうち一部の成分が、
ハーフミラー21を通過し、第2の1/4波長板である偏光変換部材22にてS偏光に変
換されて半透過型偏光板(あるいは反射型偏光板)23に到達する。ここで、S偏光であ
る映像光GLは、半透過型偏光板23にて反射され、再び偏光変換部材22にて円偏光と
なり、ハーフミラー21に達する。ハーフミラー21において、映像光GLのうち一部の
成分はそのまま透過するが、残りの成分は反射され、反射された映像光GLの成分は、偏
光変換部材22で今度はP偏光に変換される。P偏光となっている映像光GLの成分は、
半透過型偏光板23を通過し、第1レンズL1(観察者側レンズ)に達する。映像光GL
は、第1レンズL1を通過後に観察者の眼EYのある場所として想定される位置に達する
。
レンズ有効径の範囲の一部を削除する、さらには第1レンズL1に付随する各種光学部品
について、一部を削除することで、装置が増大する傾向にあるHMDにおいて、レンズの
小型・軽量化を図っている。この際、レンズ有効径のうち削除する領域を、鼻側の領域と
することで、映像品位への影響について、あるいは、人間の顔にフィットさせることにつ
いて考慮しつつ、レンズの小型・軽量化、延いては、装置の小型・軽量化を図ることを可
能にしている。特に、光学素子OPを構成する偏光変換部材22及び半透過型偏光板23
については、上記機能を果たすべく偏光軸(偏光透過軸)の方向A1が予め側面CSaに
対して合わせられていることで、高精度かつ高効率な位置合わせが可能になっている。さ
らに、本実施形態では、虚像表示装置200の光路中にハーフミラー21を設けることで
光路を折り曲げ、広画角でかつ小型化を実現しつつ、ハーフミラー21と半透過型偏光板
23との間に偏光変換部材22を設けて、ハーフミラー21と半透過型偏光板23との間
を往来する成分の偏光状態を適切に変換することができ、ゴースト光の発生を抑制し、観
察者に高品質な映像を視認させることができる。
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能で
ある。
0,210が小さいものとなっているが、例えば、図11及び図12に示すように、大型
のパネルで構成される画像表示装置310を用いた虚像表示装置300において、レンズ
端面CSを有するカットレンズLSを採用してもよい。
構造としているが、折り返しを有していない構造においても、上記カットレンズを採用し
できる(図11、図12参照)。また、この場合において、拡大光学系を構成するレンズ
は、複数あり、第2実施形態の場合と同様、複数のうちの一部のレンズについてのみカッ
トするものとしてもよいし、全てのレンズについてカットするものとしてもよい。例えば
上記距離D1の観点から、少なくとも観察者に最も近い位置にある光学系については、カ
ットが不可避的となるが、観察者から比較的離間した位置にあるレンズや、サイズの小さ
いレンズについては、必ずしもカットの必要がない。さらに、折り返しを有していない構
造の場合や、一部折り返しを有していても折り返しの無いレンズについては、複屈折を生
じにくいゼロ複屈折性の樹脂レンズまたは低複屈折性の樹脂レンズを必ずしも要しなく、
安価な材料で製造することも考えられる。この場合、特にゲート付近での残留応力の多い
箇所が存在する可能性がさらに高まるが、これらをカットすることで、安価な材料でも良
好な光学性能を得ることができる。また、ガラスレンズを一部又は全てのレンズに採用す
ることも考えられる。
表示装置310すなわちパネルの一部についてもカットするものとしてもよい。すなわち
、映像素子である画像表示装置310が、カットレンズLSのレンズ端面CSに対応する
形状の端面CLaを有していてもよい。
、例えばレンズ端面CSの全てを平面状に加工するのではなく、一部のみとし、他を曲面
状(曲線状)としてもよい。レンズ端面CSの一部に平面状(直線状)の当接部として残
しておくことで、その箇所を当接(位置決め)のために利用しつつ、他の曲面状の部分を
顔によりフィットさせる形状とすることが考えらえる。
Bに概念的に示すように、レンズ端面CSを、側方から見て、+Z方向について下方向(
−Y方向)に下がっていき、上方から見て、+Z方向について左右方向(図示の場合−X
方向)に広がっていくように傾斜する形状、あるいはテーパー形状としてもよい。これに
より、例えば観察者の鼻の形状に沿った形状とすることができる。
ち段差部分を有する形状としてもよい。このような形状とすることで段差状のレンズ端面
CSを位置決めに利用できる。
心)を光軸AXとし、画像表示装置10の中心位置もカットされる前の円形状の中心であ
る光軸AXに合わせて配置をしていたが、元の円形状をカットして変形することを前提に
中心点をレンズ端面CSから離れる側にずらして(シフトして)設定してもよい。具体的
には、図15に一例を示すように、破線で示すカット前の形状(円形状)の輪郭CC0の
中心から、光軸AXの位置が外れていてもよい。すなわち、破線で示す光軸AXを中心と
する円の輪郭CCが、輪郭CC0と同心円にならず、レンズ端面CSから離れる側に偏っ
ているようになっていてもよい。この際、画像表示装置10の中心位置も位置をずらした
光軸AXに合わせていてもよい。あるいは、軸外しの光学系とすること等によって同様の
構成としてもよい。
よる樹脂レンズの成形を一例として説明したが、レンズの成形については、他の方法によ
る樹脂レンズのモールドレンズであってもよく、また、ガラス製とする場合にはガラスモ
ールドによって成形することが考えられる。すなわち、ガラスモールドによって成形する
場合、事前に金型の形状を非円形状としておく、あるいは円形状に成形したものを事後に
カットすることによって所望の非対称レンズを成形することが考えられる。
えば65mm)に基づいて配置することが考えられる。また、これに応じて、カット形状
を設定してもよい。
か、上位以外にも種々のものを利用可能であり、例えば、反射型の液晶表示デバイスを用
いた構成も可能であり、液晶表示デバイス等からなる映像表示素子に代えてデジタル・マ
イクロミラー・デバイス等を用いることもできる。
ない)タイプの虚像表示装置のほか、観察者に外界像をシースルーで視認又は観察させる
ことができるものに採用したり、ディスプレイと撮像装置とで構成されるいわゆるビデオ
シースルーの製品に対応させたりするものとしてもよい。
P…外装部、CS,CS1,CS2,CS3…レンズ端面、CX…中心軸、D1,D2…
距離、D3…有効径、DM1…領域、DP…位置決め部、EY…眼、FM…フレーム、G
L…映像光、GT…ゲート、L1−L4…レンズ、LL…破線、LS…カットレンズ、O
P…光学素子、P1…偏光軸、PP…部材、SS…部材、UR…観察者、X1−X3…状
態、α…角度、η…視野角、θ…傾斜角、ξ…視野角、10,210,310…画像表示
装置、11…パネル部、12…偏光板、13…波長板、20,220…拡大光学系、21
…ハーフミラー、22…偏光変換部材、23…半透過型偏光板、100,200,300
…虚像表示装置
Claims (13)
- 画像を表示する映像素子と、
装着時に観察者の眼前に配置され、前記映像素子からの映像光を観察者側へ射出させる
レンズであって、レンズ有効径の範囲のうち、装着時に観察者の鼻側となる領域に形成さ
れるレンズ端面を有する非対称レンズと
を備える、虚像表示装置。 - 前記レンズ端面は、平面状に加工された当接部を有する、請求項1に記載の虚像表示装
置。 - 前記非対称レンズは、左右一対の構成であり、左右の中心軸を基準にして前記レンズ端
面を対称に傾斜して配置している、請求項1及び2のいずれか一項に記載の虚像表示装置
。 - 前記非対称レンズは、円形状のレンズの有効径の範囲のうち、装着時に観察者の鼻側と
なる領域を一部カットして形成されるカットレンズである、請求項1〜3のいずれか一項
に記載の虚像表示装置。 - 前記非対称レンズは、射出成形で製造され、前記レンズ端面は、成形品のうち相対的に
残留応力の多い側をカットして形成される、請求項4に記載の虚像表示装置。 - 前記レンズ端面は、成形時のゲートの部分を含む箇所をカットして形成される、請求項
5に記載の虚像表示装置。 - 前記非対称レンズは、複数箇所に前記レンズ端面を有する、請求項1〜6のいずれか一
項に記載の虚像表示装置。 - 前記非対称レンズは、ゼロ複屈折性または低複屈折性の樹脂レンズである、請求項1〜
7のいずれか一項に記載の虚像表示装置。 - 各部を組み付けるための組付部をさらに備え、
前記組付部は、前記非対称レンズの組付けの際に前記レンズ端面を当接させて位置決め
する位置決め部を有する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の虚像表示装置。 - 観察者の眼を想定した位置から前記非対称レンズまでの距離を、10〜30mmの範囲
とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の虚像表示装置。 - 前記非対称レンズの前段に設けられる光学部品をさらに備え、
前記光学部品は、前記非対称レンズの前記レンズ端面に対応する形状の端面を有する、
請求項1〜10のいずれか一項に記載の虚像表示装置。 - 前記非対称レンズよりも前段に設けられ、前記映像素子からの映像光を入射させる表示
側レンズと、
前記表示側レンズの前段に設けられるハーフミラーと、
前記非対称レンズと前記表示側レンズとの間に設けられ偏光透過軸の方向の成分を透過
させる半透過型偏光板と
を、前記光学部品として備える、請求項11に記載の虚像表示装置。 - 前記映像素子は、前記非対称レンズの前記レンズ端面に対応する形状の端面を有する、
請求項1〜12のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
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