JP2019120815A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】観察者に明暗の筋が視認されることを抑制できる表示装置を提供する。【解決手段】本発明の表示装置200は、画像光を生成する画像生成部10と、互いに対向する第1面と第2面とを有し、画像光を導光する導光体22と、画像光を画像形成部10から導光体に入射させる入射部21と、画像光を前記導光体22から射出瞳に向けて射出させる射出部23と、を備え、射出部は、間隔をおいて互いに平行となるように設けられ、画像光の一部を反射させ、画像光の他の一部を透過させる複数のハーフミラー53を備え、複数のハーフミラー53のうち少なくとも一つのハーフミラー53において、最大輝度をBmaxとし、最小輝度をBminとし、輝度比R(%)をR=(Bmax−Bmin)/Bmax×100としたとき、R≦30である。【選択図】図1

Description

本発明は、表示装置に関する。
近年、ウェアラブル情報機器の一つとして、ヘッドマウントディスプレイなどの観察者の頭部に装着して使用する方式の画像表示装置が提供されている。
例えば、下記の特許文献1に、画像光を射出瞳に向けて反射させる複数のハーフミラーを有する偏向光学系を備えた画像表示装置が開示されている。特許文献1には、第1反射透過面のうちの一部が隣接する第2反射透過面の影になることにより周期的な輝度ムラが生じ、この輝度ムラを回避するためには、反射透過面を高密度に配置すれば、観察者に与える違和感がほとんど無くなる、と記載されている。
国際公開第2005/088384号
特許文献1では、観察者から見て2つの反射透過面が重なるように配置されたことに起因する輝度ムラについて記載されている。ところが、上記以外の要因によっても輝度ムラが発生し、観察者の目に明暗の筋が視認されて映像品質が低下する、という問題があった。
本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであり、観察者の目に明暗の筋が視認されることを抑制できる表示装置を提供することを目的の一つとする。
上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の表示装置は、画像光を生成する画像生成部と、互いに対向する第1面と第2面とを有し、前記画像光を導光する導光体と、前記画像光を前記画像生成部から前記導光体に入射させる入射部と、前記画像光を前記導光体から射出瞳に向けて射出させる射出部と、を備え、前記射出部は、間隔をおいて互いに平行であり、各々が前記第1面および前記第2面に対して傾斜して設けられ、前記画像光の一部を反射させ、前記画像光の他の一部を透過させる複数のハーフミラーを備え、前記複数のハーフミラーのうち少なくとも一つのハーフミラーにおいて、最大輝度をBmaxとし、最小輝度をBminとし、輝度比R(%)をR=[(Bmax−Bmin)/Bmax]×100としたとき、R≦30であることを特徴とする。
本発明者は、隣り合うハーフミラー同士の重なりに起因する明暗の筋ではなく、一つのハーフミラーの面内で生じる輝度ムラに起因して、観察者の目に明暗の筋が視認される問題に着目し、この問題を解決する手段について検討した。
本発明の一つの態様の表示装置においては、複数のハーフミラーのうち少なくとも一つのハーフミラーにおける輝度比が30%以下であるため、隣り合うハーフミラー同士の重なりの有無に係わらず、観察者の目に明暗の筋が視認されることを抑制することができる。一つのハーフミラーにおける輝度比が30%以下である場合に明暗の筋が視認され難くなる理由については、後で詳しく説明する。
本発明の一つの態様の表示装置において、前記少なくとも一つのハーフミラーは、前記画像光を選択的に反射する入射角における反射率が30%以下であり、前記画像光を選択的に透過する入射角における透過率が70%を超えていてもよい。
この構成によれば、ハーフミラーの反射率および透過率を上記のように設定することにより、一つのハーフミラーにおける輝度比を30%以下に調整することができる。
本発明の一つの態様の表示装置において、前記輝度比R(%)は、R≦10であってもよい。
この構成によれば、複数のハーフミラーのうち少なくとも一つのハーフミラーにおける輝度比が10%以下であるため、隣り合うハーフミラー同士の重なりの有無に係わらず、観察者の目に明暗の筋が視認されることを十分に抑制することができる。
本発明の一つの態様の表示装置において、前記少なくとも一つのハーフミラーは、前記画像光を選択的に反射する入射角における反射率が10%以下であり、前記画像光を選択的に透過する入射角における透過率が90%を超えていてもよい。
この構成によれば、ハーフミラーの反射率および透過率を上記のように設定することにより、一つのハーフミラーにおける輝度比を10%以下に調整することができる。
本発明の一つの態様の表示装置において、前記複数のハーフミラーは、誘電体多層膜から構成されていてもよい。
この構成によれば、誘電体多層膜の仕様、具体的には誘電体の種類、膜厚、層数などを適宜調整することによって、ハーフミラーの反射率、透過率等の特性を制御することができる。
本発明の一つの態様の表示装置において、前記誘電体多層膜の内部に金属膜が設けられていてもよい。
この構成によれば、誘電体多層膜における反射率の波長分散を緩和できるため、画像の色ムラを低減することができる。
本発明の一つの態様の表示装置において、前記複数のハーフミラーのうちの第1ハーフミラーの隣り合うハーフミラーとの間のピッチは、前記第1ハーフミラーよりも前記画像生成部に近い側に位置する第2ハーフミラーの隣り合うハーフミラーとの間のピッチに比べて小さくてもよい。
この構成によれば、隣り合うハーフミラー間の隙間や重なりに起因する輝度差を低減することができ、画質の劣化を抑制することができる。
本発明の一つの態様の表示装置において、前記複数のハーフミラーのうち少なくとも一つのハーフミラーの幅は、他のハーフミラーの幅とは異なっていてもよい。
この構成によれば、隣り合うハーフミラー間の隙間や重なりに起因する輝度差を低減することができ、画質の劣化を抑制することができる。
本発明の一つの態様の表示装置において、前記複数のハーフミラーのうち少なくとも一つのハーフミラーは、第1領域と、前記第1領域とは膜厚が異なる第2領域と、を有していてもよい。
この構成によれば、第1領域と第2領域とで反射率を異ならせることができる。これにより、一つのハーフミラー上の反射率が一定の場合に比べて、一つのハーフミラーにおける輝度差をさらに低減することができる。
第1実施形態の表示装置の平面図である。 実施例1の表示装置において、1枚のハーフミラーにおける光の反射の様子を示す模式図である。 ハーフミラーの反射率と輝度比との関係を示すグラフである。 1枚のハーフミラーにおける光の反射の様子を示す模式図である。 ハーフミラーの反射率と輝度比との関係を示すグラフである。 1枚のハーフミラーにおける光の反射の様子を示す模式図である。 ハーフミラーの反射率と輝度比との関係を示すグラフである。 実施例2の表示装置において、位置A〜Eのハーフミラーにおける光の反射の様子を示す模式図である。 位置A〜Cのハーフミラーの反射率と輝度比との関係を示すグラフである。 位置D,Eのハーフミラーの反射率と輝度比との関係を示すグラフである。 ハーフミラーの位置と輝度比との関係を示すグラフである。 実施例3の表示装置において、1枚のハーフミラーにおける光の反射の様子を示す模式図である。 ハーフミラーの反射率と輝度比との関係を示すグラフである。 第2実施形態の表示装置における複数のハーフミラーを示す平面図である。 従来の表示装置における複数のハーフミラーを示す平面図である。 第3実施形態の表示装置の平面図である。 ハーフミラーの位置と輝度との関係を示すグラフである。 第3実施形態の表示装置における複数のハーフミラーを示す平面図である。 ハーフミラーの位置と輝度との関係を示すグラフである。 ハーフミラーの位置と輝度との関係を示すグラフである。 複数のハーフミラーの一つの配置例を示す平面図である。 複数のハーフミラーの他の配置例を示す平面図である。 ハーフミラーの位置と輝度との関係を示すグラフである。 画角と虚像輝度とを変化させたときの官能評価結果を示す図(輝度比:10%)である。 画角と虚像輝度とを変化させたときの官能評価結果を示す図(輝度比:30%)である。 画角と虚像輝度とを変化させたときの官能評価結果を示す図(輝度比:40%)である。 画角と虚像輝度とを変化させたときの官能評価結果を示す図(輝度比:50%)である。 画角と虚像輝度とを変化させたときの官能評価結果を示す図(輝度比:60%)である。 画角と虚像輝度とを変化させたときの官能評価結果を示す図(輝度比:70%)である。 画角と外光輝度とを変化させたときの官能評価結果を示す図(輝度比:10%)である。 画角と外光輝度とを変化させたときの官能評価結果を示す図(輝度比:30%)である。 画角と外光輝度とを変化させたときの官能評価結果を示す図(輝度比:40%)である。 画角と外光輝度とを変化させたときの官能評価結果を示す図(輝度比:50%)である。 画角と外光輝度とを変化させたときの官能評価結果を示す図(輝度比:60%)である。 画角と外光輝度とを変化させたときの官能評価結果を示す図(輝度比:70%)である。 虚像輝度と外光輝度とを変化させたときの官能評価結果を示す図(輝度比:10%)である。 虚像輝度と外光輝度とを変化させたときの官能評価結果を示す図(輝度比:30%)である。 虚像輝度と外光輝度とを変化させたときの官能評価結果を示す図(輝度比:40%)である。 虚像輝度と外光輝度とを変化させたときの官能評価結果を示す図(輝度比:50%)である。 虚像輝度と外光輝度とを変化させたときの官能評価結果を示す図(輝度比:60%)である。 虚像輝度と外光輝度とを変化させたときの官能評価結果を示す図(輝度比:70%)である。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図11を用いて説明する。
本実施形態の表示装置は、例えば観察者が頭部に装着して用いるヘッドマウントディスプレイとして用いられる。
図1は、本実施形態の表示装置の平面図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
図1に示すように、表示装置200は、画像生成部10と、導光部材20Bと、を備えている。
表示装置200は、画像生成部10が生成した画像を観察者に虚像として視認させるとともに、外界像を観察者にシースルーで観察させる。表示装置200において、画像生成部10と導光部材20Bとは、観察者の右目と左目とに対応して一組ずつ設けられている。右目用の装置と左目用の装置とは、構成が同一であり、各構成要素の配置が左右対称である点のみが異なる。そのため、ここでは左目用の部分のみを図示し、右目用の部分の図示を省略する。表示装置200は、全体として例えば眼鏡のような外観を有する。
画像生成部10は、液晶パネル11と、投射レンズ12と、光源14と、を備える。液晶パネル11は、光源14からの照明光を空間的に変調し、動画像、その他の表示対象となる画像光GLを生成する。なお、画像生成部10には、液晶パネル11に限らず、有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子等が用いられてもよい。
投射レンズ12は、液晶パネル11上の各点から射出された画像光GL0,GL1,GL2を略平行光線にするコリメートレンズである。投射レンズ12は、ガラスまたはプラスチックで形成されている。投射レンズ12は、1枚に限らず、複数枚で構成されていてもよい。投射レンズ12としては、球面レンズに限らず、非球面レンズ、自由曲面レンズ等が用いられてもよい。
導光部材20Bは、光透過性を有する平板状の部材で構成されている。導光部材20Bは、画像生成部10で生成された画像光GLを導光した後に観察者の眼EYに向けて射出する一方、外界像を形成する外界光ELを透過させる。導光部材20Bは、画像光を取り込む入射部21と、主に画像光を導光させる導光体22と、画像光GLおよび外界光ELを取り出すための射出部23Bと、を備えている。導光部材20Bは、入射部21が樹脂成型により作製され、射出部23Bを含む導光体22が積層ガラス板の切削切出しにより作製され、これらが接合されることによって得られる。本実施形態において、導光部材20Bを伝播する画像光GLの光路は、同一回数反射される1種類の光路からなり、複数種類の光路が合成されるものではない。
導光体22は、観察者の眼EYが正面を見ているときの視線を基準とする光軸AXに対して傾いて配置されている。導光体22の平面22aの法線方向Zは、光軸AXに対して角度κだけ傾いている。これにより、導光体22を顔の前面に沿って配置でき、導光体22の平面22aの法線は、光軸AXに対して傾きを有する。このように、導光体22の平面22aの法線を光軸AXに平行なz方向に対して角度κだけ傾けたことにより、光学素子30から射出させる光軸AX上およびその近傍の画像光GL0は、光射出面OSの法線に対して角度κをなす。ただし、導光体22は、光軸AXに対して垂直に配置されていてもよい。
以下の説明では、光軸AXに平行な方向をz方向とし、z方向に垂直な面のうち、水平方向をx方向とし、鉛直方向をy方向とする。
入射部21は、光入射面ISと、反射面RSと、を有する。画像生成部10から射出された画像光GLは、光入射面ISを介して入射部21の内部に入射する。入射部21の内部に取り込まれた画像光GLは、反射面RSで反射して導光体22の内部に導かれる。光入射面ISは、投射レンズ12から見て凹となる曲面21bから形成されている。曲面21bは、反射面RSで反射された画像光GLを内面側で全反射する機能も有する。
反射面RSは、投射レンズ12から見て凹となる曲面21aから形成されている。反射面RSは、曲面21a上に蒸着法等により成膜されたアルミニウム膜等の金属膜から構成されている。反射面RSは、光入射面ISから入射した画像光GLを反射して光路を折り曲げる。曲面21bは、反射面RSで反射された画像光GLを内側で全反射して光路を折り曲げる。このように、入射部21は、光入射面ISから入射した画像光GLを2回反射させ、光路を折り曲げることにより、画像光GLを導光体22の内部に確実に導く。
導光体22は、y軸に対して平行、かつz軸に対して傾斜した平板状部材で構成されている。導光体22は、光透過性を有する樹脂材料等によって平板状に形成され、互いに略平行な一対の平面22a,22bを有する。平面22aと平面22bとが平行平面を構成するため、外界像の拡大やフォーカスズレを生じることがほとんどない。平面22aは、入射部21からの画像光を全反射させる全反射面として機能し、画像光GLを極力少ない損失で射出部23に導く。平面22aは、導光体22の外界側に位置して第1の全反射面として機能し、本明細書中においては外界側面とも称する。一方、平面22bは、本明細書中においては観察者側面とも称する。
導光体22において、入射部21の反射面RSもしくは光入射面ISで反射された画像光GLは、全反射面である平面22aに入射し、平面22aで全反射され、導光装置20の奥側、すなわち射出部23が設けられた+x側に導かれる。
射出部23Bは、画像光GLを導光体22から射出瞳に向けて射出させる。射出部23Bは、間隔をおいて互いに平行となるように設けられ、画像光GLの一部を反射させ、画像光GLの他の一部を透過させる複数のハーフミラー53を備える。複数のハーフミラー53は、導光体22の内部において平面22aおよび平面22bに対して傾斜して設けられている。複数のハーフミラー53の構成については、後述する。
射出部23Bは、導光体22の外界側の平面(全反射面)22aの領域RSで全反射された画像光GLを通過させる際に、ハーフミラー53に入射した画像光GLを所定の角度で反射させて、画像光GLの光路を射出瞳に向けて折り曲げる。平面22bから射出された画像光GLは、虚像光として観察者の眼EYに入射する。当該虚像光が観察者の網膜において結像することにより、観察者は画像光GLによる虚像を視認することができる。
複数のハーフミラー53の各々は、例えば銀等の金属膜を含む誘電体多層膜により構成されている。すなわち、各ハーフミラー53を構成する誘電体多層膜の内部には金属膜が設けられている。複数のハーフミラー53の各々は、射出瞳に向けて射出させる射出光の一つのハーフミラー53の面内における輝度比が30%以下となるように設定されている。ハーフミラー53は、画像光GLを選択的に反射する入射角における反射率が30%以下であり、画像光GLを選択的に透過する入射角における透過率が70%を超える。
より好ましくは、複数のハーフミラー53の各々は、射出瞳に向けて射出させる射出光の一つのハーフミラー53の面内における輝度比が10%以下となるように設定されている。その場合、ハーフミラー53は、画像光GLを選択的に反射する入射角における反射率が10%以下であり、画像光GLを選択的に透過する入射角における透過率が90%を超える。
本実施形態の場合、ハーフミラー53が誘電体多層膜で構成されているため、誘電体多層膜の仕様、具体的には誘電体の種類、膜厚、層数などを適宜調整することによって、ハーフミラー53の反射率、透過率等の特性を制御することができる。さらに、誘電体多層膜の内部に金属膜が設けられているため、誘電体多層膜における反射率の波長分散を緩和でき、画像の色ムラを低減することができる。
一つのハーフミラー53からの射出光の最大輝度をBmaxとし、最小輝度をBminとしたとき、一つのハーフミラー53の面内の輝度比R(%)は、以下の(1)式で表される。
R(%)=[(Bmax−Bmin)/Bmax]×100 …(1)
ハーフミラー53として、ハーフミラーに対する入射角が相対的に小さい光を選択的に透過させ、入射角が相対的に大きい光を選択的に反射させる特性を有するハーフミラーと、ハーフミラーに対する入射角が相対的に小さい光を選択的に反射させ、入射角が相対的に大きい光を選択的に透過させる特性を有するハーフミラーと、が用いられる。
最初に、前者の特性を有するハーフミラーについて検討する。
(実施例1:一つのハーフミラー内での輝度比)
実施例1として、導光体の平面に対するハーフミラーの傾斜角を60°とした導光部材を想定し、ハーフミラーに対して入射角60°で光が入射する場合を考える。ハーフミラーの特性として、入射角が相対的に小さい光の透過率が98%であり、入射角が相対的に大きい光の反射率が23%であるとする。
図2は、一つのハーフミラー53における光の反射の様子を示す模式図である。図2には、導光体22上の位置A〜Eが異なる5つのハーフミラー53を図示しており、位置Dのハーフミラー53から射出される光の反射の様子を示している。
図2に示すように、光LD1は、位置A、位置B、位置Cのハーフミラー53を透過し、位置Dのハーフミラー53で反射した後、導光体22から射出される。すなわち、射出光LD1は、導光体22から射出されるまでの間に、3回の透過と1回の反射とを経ている。この場合、入射光の輝度、すなわち位置Aのハーフミラー53に入射する前の光LDの輝度を100としたときの射出光LD1の輝度は、100×0.98×0.98×0.98×0.23=21.6となる。
同様に、射出光LD2は、位置A、位置Bのハーフミラー53を透過し、位置C、位置Dのハーフミラー53で反射した後、導光体22から射出される。すなわち、射出光LD2は、導光体22から射出されるまでの間に、2回の透過と2回の反射とを経ている。この場合、入射光の輝度を100としたときの射出光LD2の輝度は、100×0.98×0.98×(1−0.23)×0.23=17となる。
同様に、射出光LD3は、位置Aのハーフミラー53を透過し、位置B、位置C、位置Dのハーフミラー53で反射した後、導光体22から射出される。すなわち、射出光LD3は、導光体22から射出されるまでの間に、1回の透過と3回の反射とを経ている。この場合、入射光の輝度を100としたときの射出光LD3の輝度は、100×0.98×(1−0.23)×(1−0.23)×0.23=13.4となる。
以上の計算結果をまとめると、下記の表1となる。
Figure 2019120815
表1において、ハーフミラー53からの射出光の最大輝度Bmax=21.6、最小輝度Bmin=13.4であるから、(1)式より、輝度比R(%)=38%となる。
次に、図2におけるハーフミラー53の反射率を23%から10%に変更し、上記と同様の計算を行った結果をまとめると、下記の表2となる。
Figure 2019120815
表2において、ハーフミラー53からの射出光の最大輝度Bmax=9.4、最小輝度Bmin=7.9であるから、(1)式より、輝度比R(%)=16%となる。
このように、位置Dのハーフミラー53からの同一角度をなす射出光(反射光)に注目し、複数回の透過もしくは反射を経て射出瞳に到達する光の輝度(強度)を算出すると、射出光LD1から射出光LD3にわたって輝度が低下する。反射率:23%と10%とを比較する場合、輝度の低下の程度を輝度比に置き換えて考えると、反射率が低い程、輝度比が小さくなることが判る。つまり、ハーフミラーの面内の輝度差が小さくなることを意味する。
後述するが、輝度差は、映像視認時に「明暗の筋」として認識され、画像の瑕疵となる。輝度差は、位置Aのハーフミラーを除く、位置B〜Eのハーフミラーの各々において発生し、このように配列されたハーフミラーが2枚以上存在する構成において、輝度の高低が、隣接した周期的な明暗の筋として観察者の瞳で知覚され、画像品質を著しく損ねてしまう。
ここで、ハーフミラーの反射率を10〜90%の間で10%刻みにさらに変化させて、上記と同様に、輝度比を計算した。
図3は、ハーフミラーの反射率と輝度比との関係をプロットしたグラフである。図3の横軸は反射率(%)であり、縦軸は輝度比(%)である。
図3から、輝度比を小さく抑えるためには、ハーフミラーの反射率を下げることが好ましいことが判った。
また、導光体の材料を一般的な硝材とし、nd=1.517を例として、画角50インチの虚像を想定した画角光線角度として60°±8°程度の光を考える。すなわち、先の計算でハーフミラーへの入射角を60°に設定したことに代えて、図4に示すように、ハーフミラー53への入射角を52°とした場合の輝度の計算値を表3、表4に示し、ハーフミラー53の反射率と輝度比との関係をプロットしたグラフを図5に示す。
Figure 2019120815
表3において、ハーフミラー53からの射出光の最大輝度Bmax=21.6、最小輝度Bmin=13.4であるから、(1)式より、輝度比R(%)=38%となる。
Figure 2019120815
表4において、ハーフミラー53からの射出光の最大輝度Bmax=9.4、最小輝度Bmin=7.9であるから、(1)式より、輝度比R(%)=16%となる。
また、図6に示すように、ハーフミラー53への入射角を68°とした場合の輝度の計算値を表5、表6に示し、ハーフミラー53の反射率と輝度比との関係をプロットしたグラフを図7に示す。
Figure 2019120815
表5において、ハーフミラー53からの射出光の最大輝度Bmax=21.6、最小輝度Bmin=17であるから、(1)式より、輝度比R(%)=21.4%となる。
Figure 2019120815
表6において、ハーフミラー53からの射出光の最大輝度Bmax=9.4、最小輝度Bmin=8.6であるから、(1)式より、輝度比R(%)=8.2%となる。
図3、図5、図7に示したように、いずれの入射角の光においても、反射率と輝度比とは略比例関係を示しており、反射率が低ければ低い程、輝度比が小さくなることが判った。ここで、各画角に相当する光線を反射する複数のハーフミラーは、観察者の目から見て隣り合うハーフミラー間に隙間が無いことを前提としている。ハーフミラー間の隙間およびハーフミラーの重なりについても、複数のハーフミラー全体での輝度比が均一となるように調整することが好ましい。
(実施例2:複数のハーフミラー間での輝度比)
次に、観察者の目の位置が水平移動したとすると、受光するハーフミラーの位置が変化する。そのため、観察者の目の位置が水平移動することも想定して、一つのハーフミラーの面内での輝度比に加えて、複数のハーフミラー間での輝度比についても検討する。
実施例2として、ハーフミラーの傾斜角を60°とした導光部材を想定し、ハーフミラーに対する光の入射角を60°とする。ハーフミラーの特性として、入射角が相対的に小さい光の透過率を98%とし、入射角が相対的に大きい光の反射率を23%とする。
図8は、位置A〜Eの5つのハーフミラー53における光の反射の様子を示す模式図である。
図8に示した光LA1〜LA3、LB1〜LB3、LC1〜LC3、LD1〜LD3、LE1〜LE3のそれぞれについて、実施例1と同様、透過/反射回数、輝度の計算値をまとめると、下記の表7となる。
Figure 2019120815
次に、ハーフミラーの反射率を23%から10%に変更し、上記と同様の計算を行った結果をまとめると、下記の表8となる。
Figure 2019120815
ここで、ハーフミラーの反射率を10〜90%の間で10%刻みにさらに変化させて、輝度比を計算した。
図9および図10は、ハーフミラーの反射率と輝度比との関係をプロットしたグラフである。図9および図10の横軸は反射率(%)であり、縦軸は輝度比(%)である。なお、グラフを見やすくするために図面を2つに分け、位置A〜Cのハーフミラーのプロットを図9に示し、位置D,Eのハーフミラーのプロットを図10に示した。
図8に示すように、位置Aのハーフミラー53については、位置Aのハーフミラー53の前段にハーフミラーが存在せず、光LDは他のハーフミラーを介することなく位置Aのハーフミラー53に入射する。そのため、図9に示すように、ハーフミラーの反射率に係わらず、ハーフミラーの面内の輝度差が無く、輝度比は一律に0となる。これに対して、位置B〜Eのハーフミラー53については、前段のハーフミラーの影響によってハーフミラーの面内で輝度比が発生し、輝度比はハーフミラーの反射率に依存することが判った。ここでも、ハーフミラーの反射率を低く抑えると、輝度比を低減することができることが判った。
また、位置A〜Eのハーフミラーの各々の反射率23%、10%のそれぞれの輝度比を示すグラフを図11に示す。
図11に示すように、観察者の目の水平移動時に明暗の筋の見えやすさに影響を与える各ハーフミラー間の輝度比の差に関しても、反射率を10%と低く抑えることによって、反射率が23%の場合に比べて輝度比の差を小さくできることが判った。これにより、反射率を低く抑えることは、画像輝度の均一性、明暗の筋の発生可否(筋が出たり消えたりする知覚)の観点から、好ましいことが判った。
次に、実施例1,2とは逆に、ハーフミラーに対する入射角が相対的に小さい光を反射させ、入射角が相対的に大きい光を透過させる特性を有するハーフミラーについて検討する。
(実施例3:一つのハーフミラー内での輝度比)
実施例3として、図12に示すように、導光体22の平面22bに対するハーフミラー53の傾斜角を23°とした導光部材を想定し、ハーフミラー53に対して入射角23°で光LDが入射する場合を考える。ハーフミラー53の特性として、入射角が相対的に大きい光の透過率が98%であり、入射角が相対的に小さい光の反射率が23%であるとする。
図12に示した射出光LC1〜LC3のそれぞれについて、実施例1,2と同様、透過/反射回数、輝度の計算値をまとめると、下記の表9となる。
Figure 2019120815
表9から、ハーフミラー53からの射出光の最大輝度Bmax=10.3、最小輝度Bmin=7.8であるから、(1)式より、輝度比R(%)=24.5%となる。
次に、ハーフミラー53の反射率を23%から10%に変更し、上記と同様の計算を行った結果をまとめると、下記の表10となる。
Figure 2019120815
表10から、ハーフミラー53からの射出光の最大輝度Bmax=7.1、最小輝度Bmin=6.3であるから、(1)式より、輝度比R(%)=11.8%となる。
ここで、ハーフミラー53の反射率を10〜90%の間で10%刻みにさらに変化させて、上記と同様に、輝度比を計算した。
図13は、ハーフミラー53の反射率と輝度比との関係をプロットしたグラフである。図13の横軸は反射率(%)であり、縦軸は輝度比(%)である。
図13から、実施例1,2と逆の特性を有するハーフミラーを用いた場合でも、輝度比を小さく抑えるためには、ハーフミラーの反射率を低く抑えることが好ましいことが判った。
[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態について、図14および図15を用いて説明する。
第2実施形態の表示装置の構成は第1実施形態と略同様であるが、複数のハーフミラーの構成が第1実施形態と異なる。そのため、表示装置全体の説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図14は、本実施形態の表示装置における導光部材の平面図である。
図14において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図15に示すように、従来の表示装置において、複数のハーフミラー153は、隣り合うハーフミラー153間のピッチpが場所によらずに一定であった。この場合、図15の左側に示す符号Aの領域では、観察者から見たときに画像光が目に届かない空白部分(欠損)が生じる。一方、図15の右側に示す符号Bの領域では、観察者から見たときに隣り合うハーフミラー153の一部が重なっており、この重なり部分では双方のハーフミラー153からの反射光が重畳されることで、ハーフミラー153が重なっていない部分に比べて輝度が大きくなる。このような画像光の欠損(領域A)や重畳(領域B)が明暗の輝度差を大きくすることに繋がり、明暗の筋となって画質の劣化を引き起こす。
そこで、本実施形態の表示装置において、複数のハーフミラー53は、隣り合うハーフミラー53間のピッチが場所によって異なっている。すなわち、複数のハーフミラー53のうち、第1ハーフミラー531の隣り合うハーフミラーとの間のピッチp1は、第1ハーフミラー531よりも画像生成部に近い側に位置する第2ハーフミラー532の隣り合うハーフミラーとの間のピッチp2に比べて小さい。また、複数のハーフミラー53の各々からの射出光の輝度比が30%以下となるように設定されている点は、第1実施形態と同様である。
本実施形態の表示装置によれば、各ハーフミラー53からの射出光の輝度比が30%以下であることに加えて、隣り合うハーフミラー53間のピッチが場所によって異なっていることにより、観察者の目に明暗の筋が知覚されにくくなり、画像品質を向上させることができる。
[第3実施形態]
以下、本発明の第3実施形態について、図16〜図23を用いて説明する。
第3実施形態の表示装置の構成は第1実施形態と略同様であるが、射出部が導光体とは別体の光学素子で構成されている点が第1実施形態と異なる。そのため、表示装置全体の説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図16は、本実施形態の表示装置の平面図である。
図16において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図16に示すように、本実施形態の表示装置100において、射出部23は、導光体22の視認側の平面22bに設けられた光学素子30により構成されている。光学素子30は、複数のハーフミラー54と、複数の透光性部材55と、を備えている。複数のハーフミラー54は、間隔をおいて互いに平行に設けられ、画像光GLおよび外界光ELの一部を反射させ、画像光GLおよび外界光ELの他の一部を透過させる。透光性部材55は、複数のハーフミラー54の隣り合う2つのハーフミラー54の間に介在する。すなわち、光学素子30は、複数の透光性部材55が、隣り合う2つの透光性部材55の間にそれぞれハーフミラー54を挟持した構成を有する。換言すると、光学素子30は、ハーフミラー54と透光性部材55とが交互に配置された構成を有する。
図17は、ハーフミラー54の位置と輝度との関係を示すシミュレーション結果である。図17において、横軸は、光学素子30の光射出面上の複数のハーフミラー54の配列方向における位置を示す。縦軸は、光学素子30の光射出面上における輝度(相対値)を示す。実線のグラフは、ハーフミラー54の反射率を10%に設定した場合を示し、破線のグラフは、ハーフミラー54の反射率を20%に設定した場合を示す。シミュレーションにおいて、ハーフミラー54の傾斜角を60°に設定し、中心画角の光線が形成する輝度の分布を求めた。
図17に示すように、輝度分布曲線は複数の山谷を有しており、一つの山が一つのハーフミラーの輝度分布に対応する。反射率が10%の場合(実線のグラフ)の輝度差は、反射率が20%の場合(破線のグラフ)の輝度差に比べて小さいことが判った。このように、ハーフミラー54の反射率を低減することにより、輝度差が低減できる効果が確認された。
さらに、一つのハーフミラーの中で、場所によって反射率を変化させてもよい。例えば図18に示す光学素子31のように、ハーフミラー54を構成する反射膜の膜厚を変化させることによって、一つのハーフミラー54のうち、観察者から遠い側の第1領域54Aと、観察者に近い側の第2領域54Bと、で反射率を異ならせることができる。
図19は、一つのハーフミラー54の中で反射率を変化させた場合のハーフミラー54の位置と輝度との関係を示すシミュレーション結果である。図19において、横軸は、光学素子31の光射出面上の複数のハーフミラー54の配列方向における位置を示す。縦軸は、光学素子31の光射出面上における輝度(相対値)を示す。
実線のグラフは、ハーフミラー54のうち、観察者に近い側の第2領域54Bの反射率を12%とし、観察者から遠い側の第1領域54Aの反射率を10%とした場合を示し、破線のグラフは、ハーフミラー54の反射率を一律10%に設定した場合を示す。シミュレーションにおいては、ハーフミラー54の傾斜角を60°に設定し、中心画角の光線が形成する輝度の分布を求めた。
図19に示すように、一つのハーフミラー54の中で反射率を12%と10%とで異ならせた場合(実線のグラフ)の輝度差は、反射率が10%で均一の場合(破線のグラフ)の輝度差に比べて小さくなることが判った。このように、一つのハーフミラー54の中で反射率を異ならせることによって、輝度差がさらに低減できる効果が確認された。
また、導光体22とは別体の光学素子30,31を用いた本実施形態においても、第2実施形態と同様、隣り合うハーフミラー間のピッチを場所によって異ならせた構成の光学素子を想定してシミュレーションを行った。
図20は、ハーフミラーの位置と輝度との関係を示すシミュレーション結果である。図20において、横軸は、光学素子の光射出面上の複数のハーフミラーの配列方向における位置を示す。縦軸は、光学素子の光射出面上における輝度(相対値)を示す。
実線のグラフは、隣り合うハーフミラー間のピッチを場所によって異ならせ、隣り合うハーフミラー同士の重なりを無くした場合を示し、破線のグラフは、隣り合うハーフミラー同士の重なりが有る場合を示す。シミュレーションにおいては、ハーフミラーの傾斜角を60°に設定し、中心画角の光線が形成する輝度の分布を求めた。
図20に示すように、隣り合うハーフミラー同士が重なっている場合(破線のグラフ)、隣り合うハーフミラーからの反射光が一部重畳されることにより、ハーフミラー毎に高輝度のピークが生じていることが判る。これに対して、ハーフミラー間のピッチを調整し、隣り合うハーフミラー同士の重なりを解消した場合(実線のグラフ)、高輝度のピークが消滅し、輝度差が小さくできることが判った。したがって、複数のハーフミラーに対する観察者の瞳の位置と、瞳で受光する画像光の各画角が持つ角度成分を鑑みて、輝度比がより低くなるようにハーフミラーのピッチを最適化することが好適である。
また、隣り合うハーフミラーの重なりを解消する他の手段として、重なりが生じている個所のハーフミラーの幅を他のハーフミラーの幅よりも小さくすることが挙げられる。すなわち、複数のハーフミラーのうち少なくとも一つのハーフミラーの幅を、他のハーフミラーの幅とは異ならせればよい。具体的には、入射部から遠い側において隣り合うハーフミラー同士の重なりが生じるため、複数のハーフミラーのうち、入射部から遠い側に位置するハーフミラーの幅を入射部に近い側に位置するハーフミラーの幅よりも小さくすればよい。
この場合、図21に示す光学素子33のように、ハーフミラー56の一端が透光性部材57の観察者側の平面57bに到達し、ハーフミラー56の他端が透光性部材57の外界側の平面57aに到達しないように、ハーフミラー56の幅を小さくしてもよい。
もしくは、図22に示す光学素子34のように、ハーフミラー56の一端が透光性部材57の観察者側の平面57bに到達せず、ハーフミラー56の他端が透光性部材57の外界側の平面57aに到達するように、ハーフミラー56の幅を小さくしてもよい。
ここで、ハーフミラー56の幅を小さくした構成の光学素子33,34を想定してシミュレーションを行った。
図23は、ハーフミラー56の位置と輝度との関係を示すシミュレーション結果である。図23において、横軸は、光学素子33,34の光射出面上の複数のハーフミラー56の配列方向における位置を示す。縦軸は、光学素子33,34の光射出面上における輝度(相対値)を示す。
実線のグラフは、反射率10%のハーフミラーの幅を縮小し、隣り合うハーフミラー同士の重なりを無くした場合を示し、破線のグラフは、反射率10%のハーフミラーの幅を縮小せず、隣り合うハーフミラー同士の重なりが生じている場合を示す。シミュレーションにおいては、ハーフミラーの傾斜角を60°に設定し、中心画角の光線が形成する輝度の分布を求めた。
図23に示すように、隣り合うハーフミラー同士が重なっている場合(破線のグラフ)、隣り合うハーフミラーからの反射光が一部重畳されることにより、ハーフミラー毎に高輝度のピークが生じていることが判った。これに対して、ハーフミラーの幅を縮小し、隣り合うハーフミラー同士の重なりを解消した場合(実線のグラフ)、高輝度のピークが消滅し、輝度差が小さくできることが判った。
[官能評価−1]
本発明者らは、種々の輝度比に起因する明暗の筋をシミュレーションにより再現した画像と、ハーフミラーの輝度比が所定値となるように実際に試作したサンプル(表示装置)の画像と、を人間の目で見て比較する官能評価を行った。
ここでは、画角:50インチ、虚像輝度:1000nit、外光(シースルー)輝度:100nit時に観察される全域白表示の虚像映像を、人間の瞳で視認したときの映像面内における輝度差(輝度比)によって生じる「明暗の筋」をシミュレーションにより再現した。輝度比の値は、10%以下、30%、60%、90%で変化させた。輝度比の値が大きい程、画角内に明暗の筋が明確に視認されるとともに、輝度比の低下に伴って明暗の筋が見え難くなり、画質が改善されることが判った。
一方、輝度比が60%となるように試作したサンプルの画像写真を撮影した。撮影は、人間の瞳の構造を模した特殊なカメラを用いて行った。シミュレーションによる「明暗の筋」の画像は、実際のサンプルの写真と略一致していることが確認され、シミュレーションの有効性が実証された。
輝度比を変えたシミュレーションの画像を、人間の目で官能評価したところ、輝度比が90%の場合に「明暗の筋が非常に気になる」、輝度比が60%の場合に「明暗の筋が気になる」、輝度比が30%の場合に「明暗の筋は認識できるが、気にならない」、輝度比が10%以下の場合に「明暗の筋が認識できない」、という結果を得た。この評価結果から、「明暗の筋」という瑕疵の無い高品質な画像を提供できるハーフミラーの面内の輝度比は30%以下であり、より好ましくは10%以下である事が判った。
なお、シミュレーションの画像およびサンプルの画像写真は、明暗の筋の見え方の違いが微妙であり、特許図面としての作成が困難であるため、添付を省略する。
[官能評価−2]
本発明者らは、輝度比がそれぞれ異なる複数種のサンプル(輝度比:10%、30%、40%、50%、60%、70%の6水準の表示装置)を実際に試作し、各サンプルにおける明暗の筋の見栄えを人間の目で確認する官能評価を行った。
明暗の筋の見栄えは、画角(虚像サイズ)、虚像(画像)輝度、外光輝度の3つのパラメーターに影響を受ける。つまり、人間の目にとって、明暗の筋は、画角が大きい程見えやすく、虚像輝度が高い程見えやすく、外光輝度が低い程見えやすい、という傾向がある。
そこで、本官能評価においては、画角を10〜50インチの範囲内、虚像輝度を100〜1000nitの範囲内、外光輝度を100〜20000nitの範囲内でそれぞれ変化させて評価を行った。外光輝度については、100nit:暗い屋内、500nit:明るい屋内、1000nit:屋内(高輝度プロジェクター)、2000nit:曇天の屋外、3000nit:曇天時の白壁、3000〜20000nit:晴天の屋外、の6水準で変化させた。また、画角については、アスペクト比:16:9、解像度:1280×720の対角サイズで表現し、2.5m先で10〜50インチの画角相当とした。
評価点は、「5点:明暗の筋が判らない」、「4点:明暗の筋が判るが気にならない」、「3点:明暗の筋がやや気になる」、「2点:明暗の筋が気になる」、「1点:明暗の筋が非常に気になる」の5段階評価とした。ただし、評価者によって評価点のバラツキが生じるため、性別、年齢等の異なる複数の評価者による複数回の評価を行い、その平均点を評価点として採用した。
図24〜図29は、上記3つのパラメーターのうち、画角と虚像輝度とを変化させたときの官能評価結果を示す図であり、図24は輝度比:10%の場合、図25は輝度比:30%の場合、図26は輝度比:40%の場合、図27は輝度比:50%の場合、図28は輝度比:60%の場合、図29は輝度比:70%の場合、をそれぞれ示している。ここでは、残りのパラメーターである外光輝度を100nitで一定とした。
図24〜図29に示すように、画角:50インチ、虚像輝度:1000nitの最も明暗の筋が見えやすい条件では、いずれの輝度比においても「5点」が得られなかった。「5点」を得るためには、図24に示すように、輝度比が10%の場合であっても、画角が20インチ以下、もしくは虚像輝度が200nit以下である必要がある。
図26〜図29に示すように、輝度比が40%以上であると、画角もしくは虚像輝度のいずれかの条件において評価点が「3点」以下と低くなる場合がある。これに対して、図24および図25に示すように、輝度比が30%以下であれば、画角および虚像輝度の全ての条件において評価点が「4点」以上と高くなる。
次に、図30〜図35は、上記3つのパラメーターのうち、画角と外光輝度とを変化させたときの官能評価結果を示す図であり、図30は輝度比:10%の場合、図31は輝度比:30%の場合、図32は輝度比:40%の場合、図33は輝度比:50%の場合、図34は輝度比:60%の場合、図35は輝度比:70%の場合、をそれぞれ示している。ここでは、残りのパラメーターである虚像輝度を1000nitで一定とした。
図32〜図35に示すように、輝度比が40%以上であると、画角もしくは虚像輝度のいずれかの条件において評価点が「3点」以下と低くなる場合がある。これに対して、図30および図31に示すように、輝度比が30%以下であれば、画角および虚像輝度の全ての条件において評価点が「4点」以上と高くなる。特に、輝度比が30%以下、かつ外光輝度が2000nit以上であれば、画角によらずに評価点「5点」が得られ、明暗の筋が判らなくなる。また、外光輝度が1000nit以下(屋内環境レベル)であれば、大きい画角で評価点「4点」が得られ、明暗の筋が判るが気にならないレベルとなる。
次に、図36〜図41は、上記3つのパラメーターのうち、虚像輝度と外光輝度とを変化させたときの官能評価結果を示す図であり、図36は輝度比:10%の場合、図37は輝度比:30%の場合、図38は輝度比:40%の場合、図39は輝度比:50%の場合、図40は輝度比:60%の場合、図41は輝度比:70%の場合、をそれぞれ示している。ここでは、残りのパラメーターである画角を50インチで一定とした。
図36および図37に示すように、輝度比が30%以下の場合、虚像輝度が100nitであれば、外光輝度によらずに評価点「5点」が得られる。虚像輝度が100nitを超えても、ほとんどの条件で評価点「4点」以上が得られる。これに対して、図38および図39に示すように、輝度比が40%以上になると、「4点」以上の評価点が得られる条件が少なくなり、図40および図41に示すように、輝度比が60%以上になると、「3点」以下の評価点しか得られない条件が急激に多くなる。
以上の官能評価結果を総合すると、画角、虚像輝度、外光輝度の3つのパラメーターがどのような値を取ったとしても、ハーフミラーの輝度比を30%以下に低く抑えれば、ハーフミラーの面内の輝度差に起因する明暗の筋を観察者がほぼ気にならない程度に低減できることが判った。
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、全てのハーフミラーの輝度比を30%以下とする例を挙げたが、複数のハーフミラーのうちの一部のハーフミラーのみ、輝度比を30%以下としてもよい。その場合でも、明暗の筋を多少なりとも見え難くすることができる。
その他、表示装置の各構成要素の数、配置、形状、材料等の具体的な構成については、上記実施形態に限ることなく、適宜変更が可能である。
10…画像生成部、21…入射部、22…導光体、22a…平面(第1面)、22b…平面(第2面)、23,23B…射出部、53,54,56…ハーフミラー、54A…第1領域、54B…第2領域、531…第1ハーフミラー、532…第2ハーフミラー。

Claims (9)

  1. 画像光を生成する画像生成部と、
    互いに対向する第1面と第2面とを有し、前記画像光を導光する導光体と、
    前記画像光を前記画像生成部から前記導光体に入射させる入射部と、
    前記画像光を前記導光体から射出瞳に向けて射出させる射出部と、を備え、
    前記射出部は、間隔をおいて互いに平行であり、各々が前記第1面および前記第2面に対して傾斜して設けられ、前記画像光の一部を反射させ、前記画像光の他の一部を透過させる複数のハーフミラーを備え、
    前記複数のハーフミラーのうち少なくとも一つのハーフミラーにおいて、最大輝度をBmaxとし、最小輝度をBminとし、
    輝度比R(%)をR=[(Bmax−Bmin)/Bmax]×100としたとき、R≦30であることを特徴とする表示装置。
  2. 前記少なくとも一つのハーフミラーは、前記画像光を選択的に反射する入射角における反射率が30%以下であり、前記画像光を選択的に透過する入射角における透過率が70%を超えることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記輝度比R(%)は、R≦10であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の表示装置。
  4. 前記少なくとも一つのハーフミラーは、前記画像光を選択的に反射する入射角における反射率が10%以下であり、前記画像光を選択的に透過する入射角における透過率が90%を超えることを特徴とする請求項3に記載の表示装置。
  5. 前記複数のハーフミラーは、誘電体多層膜から構成されていることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の表示装置。
  6. 前記誘電体多層膜の内部に金属膜が設けられていることを特徴とする請求項5に記載の表示装置。
  7. 前記複数のハーフミラーのうちの第1ハーフミラーの隣り合うハーフミラーとの間のピッチは、前記第1ハーフミラーよりも前記画像生成部に近い側に位置する第2ハーフミラーの隣り合うハーフミラーとの間のピッチに比べて小さいことを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の表示装置。
  8. 前記複数のハーフミラーのうち少なくとも一つのハーフミラーの幅は、他のハーフミラーの幅とは異なることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の表示装置。
  9. 前記複数のハーフミラーのうち少なくとも一つのハーフミラーは、第1領域と、前記第1領域とは膜厚が異なる第2領域と、を有することを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載の表示装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021033076A (ja) * 2019-08-26 2021-03-01 株式会社日立エルジーデータストレージ 映像表示装置、及びそれを用いたヘッドマウントディスプレイ

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11092810B2 (en) * 2017-11-21 2021-08-17 Lumus Ltd. Optical aperture expansion arrangement for near-eye displays
JP2022155929A (ja) * 2021-03-31 2022-10-14 セイコーエプソン株式会社 虚像表示装置
WO2023224619A1 (en) * 2022-05-18 2023-11-23 Leia Inc. Multiview backlight, multiview display, and method having a tailored, off-axis luminance profile
CN114779478A (zh) * 2022-06-21 2022-07-22 北京亮亮视野科技有限公司 分层叠加阵列光波导和头戴式设备

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001095027A2 (en) 2000-06-05 2001-12-13 Lumus Ltd. Substrate-guided optical beam expander
JP4605152B2 (ja) 2004-03-12 2011-01-05 株式会社ニコン 画像表示光学系及び画像表示装置
US7751122B2 (en) 2005-02-10 2010-07-06 Lumus Ltd. Substrate-guided optical device particularly for vision enhanced optical systems
JP6409401B2 (ja) 2014-08-18 2018-10-24 セイコーエプソン株式会社 導光装置及び虚像表示装置
KR20170030594A (ko) 2014-08-18 2017-03-17 세이코 엡슨 가부시키가이샤 도광 장치 및 허상 표시 장치
JP2017161563A (ja) 2016-03-07 2017-09-14 セイコーエプソン株式会社 導光装置及び虚像表示装置
JP2017161564A (ja) 2016-03-07 2017-09-14 セイコーエプソン株式会社 導光装置及び虚像表示装置
CN107167919B (zh) 2016-03-07 2021-08-03 精工爱普生株式会社 导光装置以及虚像显示装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021033076A (ja) * 2019-08-26 2021-03-01 株式会社日立エルジーデータストレージ 映像表示装置、及びそれを用いたヘッドマウントディスプレイ
JP7196038B2 (ja) 2019-08-26 2022-12-26 株式会社日立エルジーデータストレージ 映像表示装置、及びそれを用いたヘッドマウントディスプレイ

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