JP2020106833A - ヘッドマウント表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ヘッドマウント表示装置を提供する。【解決手段】ヘッドマウント表示装置は光源モジュール、光学調整素子、表示モジュール及びレンズ素子を含む。光源モジュールは照明光束を提供し、光学調整素子は照明光束の伝送経路に配置され、表示モジュールは照明光束の伝送経路に配置され、照明光束を映像光束に変換し、光学調整素子は光源モジュールと表示モジュールとの間に位置し、レンズ素子は映像光束の伝送経路に配置され、照明光束の光源モジュールから光学調整素子へ伝送される最大光度の伝送方向は照明光束の光学調整素子から表示モジュールへ伝送される最大光度の伝送方向と異なる。本発明のヘッドマウント表示装置は、光線を遮蔽又は吸収するための遮光部材を追加的に設けることなく、光線の利用効率をさらに向上させ、画面表示時の迷光を低減させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器に関し、特にヘッドマウント表示装置に関する。
一般に、ＶＲヘッドマウントディスプレイはディスプレイと接眼レンズで構成され、通常、ディスプレイは有機発光ダイオードディスプレイ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＯＬＥＤ Ｄｉｓｐｌａｙ）又は液晶ディスプレイ（ｌｉｑｕｉｄ・ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）を使用する。ディスプレイは、映像の光を発し、接眼レンズを介して人間の目において結像する。よって、人間の目が接眼レンズを通してディスプレイ上の映像を観察すると、拡大された虚像が見える。
しかし、現在使用されているディスプレイでは、ディスプレイの光錐角と発光方向は制御されていない。その結果、一部の光線が無駄になり、迷光が生成され、映像の品質が低下してしまう。一方、フレネルレンズ（Ｆｒｅｓｎｅｌ ｌｅｎｓ）を接眼レンズとして使用したＶＲヘッドマウントディスプレイでは、ＶＲヘッドマウントディスプレイの薄型化を実現することができるが、映像の品質が低下してしまう。
段落「背景技術」の内容は本発明の内容の理解を補助するためのものであり、「背景技術」段落に記載される内容は、当技術分野の常用知識を持っている者が把握していること以外の従来技術も含むことができる。「背景技術」段落に記載される内容について、「背景技術」の内容又は本発明の一個又は複数個の実施例が解決しようとする問題を代表するものは、本発明の出願前に当技術分野の常用知識を持っている者が既に把握又は承知しているものではない。
本発明は、光線の利用効率を向上させ、迷光を低減させることができるヘッドマウント表示装置を提供する。
本発明の他の目的及び利点は、本発明に開示されている技術的特徴からさらに明らかになる。
上記の目的の一つ、一部若しくは全部、又は他の目的を達成するため、本発明の１つの実施例は、光源モジュールと、光学調整素子と、表示モジュールと、レンズ素子と、を含むヘッドマウント表示装置であって、前記光源モジュールは、照明光束を提供し、前記光学調整素子は、前記照明光束の伝送経路に配置され、前記表示モジュールは、前記照明光束の伝送経路に配置され、前記照明光束を映像光束に変換し、前記光学調整素子は、前記光源モジュールと前記表示モジュールとの間に位置し、前記レンズ素子は、前記映像光束の伝送経路に配置され、前記照明光束の前記光源モジュールから前記光学調整素子へ伝送される最大光度の伝送方向は、前記照明光束の前記光学調整素子から前記表示モジュールへ伝送される最大光度の伝送方向と異なることを特徴とするヘッドマウント表示装置を提供する。
上述したように、本発明の実施例は少なくとも下記の１つの利点又は効果を有する。本発明に係るヘッドマウント表示装置では、光学調整素子を光源モジュールと表示モジュールとの間に配置し、光源モジュールにより提供された照明光束を光学調整素子を介して伝送し、光学調整素子の光学的効果により、照明光束の光学調整素子を通過した後の最大光度の伝送方向は、光学調整素子を通過する前の照明光束の最大光度の伝送方向と異なる。よって、光線を遮蔽又は吸収するための遮光部材を追加的に設けることなく、光線の利用効率をさらに向上させ、画面表示時の迷光を低減させることができる。
本発明の上述した特徴及び利点をより明確に分かるように、以下は図面を参照しながら下記実施例に基づいて詳細に説明する。
本発明の１つの実施例に係るヘッドマウント表示装置を示す模式図である。 本発明の１つの実施例に係る光学調整素子の光学経路を示す模式図である。 本発明の１つの実施例に係るヘッドマウント表示装置の光学性能を示す曲線図である。 本発明のもう１つの実施例に係るヘッドマウント表示装置を示す模式図である。 本発明のもう１つの実施例に係るヘッドマウント表示装置を示す模式図である。
本発明の上記又は他の技術的内容、特徴及び効果は、以下の図面を参照しながら、好適な実施形態の詳細な説明に示されるように、明らかである。以下実施形態に言及される「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」等の方向の用語は、単なる図面を参照する際に、単なる方向を参考する説明用の用語であり、本発明は方向の用語に示されるものに限定されない。
図１は本発明の１つの実施例に係るヘッドマウント表示装置を示す模式図である。本実施例に係るヘッドマウント表示装置１００は、光線の利用効率を向上させ、迷光を低減させることができる。本実施例では、ヘッドマウント表示装置１００は、液晶ディスプレイを用いた表示装置である。
具体的には、本実施例では、図１に示すように、ヘッドマウント表示装置１００は、光源モジュール１１０、光学調整素子１２０、表示モジュール１３０、及びレンズ素子１４０を含む。光源モジュール１１０は照明光束Ｌ１を提供し、照明光束Ｌ１は光源モジュール１１２により発せられ、光学調整素子１２０を通過する。表示モジュール１３０は、光学調整素子１２０からの照明光束Ｌ１を受光し、照明光束Ｌ１を映像光束Ｌ２に変換する。最後に、ユーザが映像光束Ｌ２を介して映像画面を見るように、映像光束Ｌ２はレンズ素子１４０を介してユーザの目Ｐに伝送される。
本実施例では、光源モジュール１１０は、コリメート光を提供することができる直下型バックライトモジュールであってもよい。なお、他の実施例では、光源モジュール１１０は側面入光型のバックライトモジュールを用いてもよいが、本発明はこれに限定されない。光源モジュール１１０は光学調整素子１２０に照明光束Ｌ１を提供し、ここで、照明光束Ｌ１の光源モジュール１１０から出射する時の光錐角（即ち光源モジュール１１０の発光角度）は２５度よりも小さく、好ましい実施例では、光源モジュール１１０の発光角度は２０度よりも小さい。
表示モジュール１３０は、照明光束Ｌ１の伝送経路に配置され、照明光束Ｌ１を映像光束Ｌ２に変換する。本実施例では、表示モジュール１３０は例えば液晶表示パネル（ｌｉｑｕｉｄ−ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｐａｎｅｌ）である。
レンズ素子１４０は、映像光束Ｌ２の伝送経路に配置され、映像光束Ｌ２をユーザの目Ｐ内で結像する。
図２は本発明の１つの実施例に係る光学調整素子の光学経路を示す模式図である。本実施例に係る光学調整素子１２０は少なくとも図１のヘッドマウント表示装置１００に適用されてもよいが、本発明はこれに限定されない。以下は、図１のヘッドマウント表示装置１００に適用されることを一例にして説明する。
図１及び図２に示すように、光学調整素子１２０は、照明光束Ｌ１の伝送経路に配置され、また、光学調整素子１２０は、照明光束Ｌ１を通過させてその最大光度の伝送方向を調整するために、光源モジュール１１０と表示モジュール１３０との間に位置する。よって、照明光束Ｌ１の光源モジュール１１０から光学調整素子１２０へ伝送される最大光度の伝送方向は、照明光束Ｌ１の光学調整素子１２０から表示モジュール１３０へ伝送される最大光度の伝送方向と異なる。
具体的には、本実施例では、光学調整素子１２０はフレネルレンズを用いる。なお、他の実施例では、他の光学素子を用いてもよいが、本発明はこれに限定されない。よって、図２に示すように、照明光束Ｌ１が光学調整素子１２０を通過する時に、照明光束Ｌ１の光学調整素子１２０から表示モジュール１３０へ伝送される最大光度の伝送方向は、光学調整素子１２０の中心点Ｃに偏向する。より具体的には、照明光束Ｌ１の光学調整素子１２０の基準点Ａから表示モジュール１３０へ伝送される最大光度の伝送方向の偏向角度は、基準点Ａと中心点Ｃとの距離と正の相関関係にある。言い換えれば、照明光束Ｌ１の出射位置が中心点Ｃから遠いほど、照明光束Ｌ１の偏向角度が大きくなる。本実施例では、照明光束Ｌ１の光学調整素子１２０の基準点Ａから表示モジュール１３０へ伝送される最大光度の伝送方向の最大偏向角度は３０度よりも小さい。
これによって、光学調整素子１２０を用いることで、光源モジュール１１０により提供された照明光束Ｌ１の最大光度は全て表示モジュール１３０の中心へ伝送される。即ち、照明光束Ｌ１を有効領域に伝送するように調整する。よって、光線を遮蔽又は吸収するための遮光部材を追加的に設けることなく、光線の利用効率をさらに向上させ、画面表示時の迷光を低減させることができる。
図３は本発明の１つの実施例に係るヘッドマウント表示装置の光学性能を示す曲線図である。図１及び図３に示すように、本実施例のヘッドマウント表示装置の光学性能の曲線は少なくとも図１のヘッドマウント表示装置１００に適用されてもよいが、本発明はこれに限定されない。以下は、ヘッドマウント表示装置１００に適用されることを一例にして説明する。本実施例では、光学調整素子１２０により照明光束Ｌ１を調整することで、光線の利用効率をさらに向上させ、画面表示時の迷光を低減させることができることだけではなく、ＡＮＳＩコントラスト（ＡＮＳＩ Ｃｏｎｔｒａｓｔ）をさらに向上させることができる。図３の曲線２００に示すように、光源モジュール１１０により提供される照明光束Ｌ１の半発光角度が１０度よりも小さい（即ち全発光角度が２０度よりも小さい）場合、良好なＡＮＳＩコントラスト及び良好な光学性能を有する。
図４は本発明のもう１つの実施例に係るヘッドマウント表示装置を示す模式図である。図４に示すように、本実施例に係るヘッドマウント表示装置１００Ａは図１のヘッドマウント表示装置１００に類似し、両者の相違点として、本実施例では、光学調整素子１２０Ａは調整可能な液晶レンズ（ｔｕｎａｂｌｅ ＬＣ ｌｅｎｓ）であってもよく、レンズ素子１４０Ａはフレネルレンズであってもよい。本実施例は、調整可能な液晶レンズである光学調整素子１２０Ａを用いることで、照明光束Ｌ１を有効領域に伝送するように調整する。よって、フレネルレンズをレンズ素子１４０Ａとして用いるヘッドマウント表示装置１００Ａにおいても、良好な光学的効果を有する。これによって、光線を遮蔽又は吸収するための遮光部材を追加的に設けることなく、光線の利用効率をさらに向上させ、画面表示時の迷光を低減させることができる。
図５本発明のもう１つの実施例に係るヘッドマウント表示装置を示す模式図である。図５に示すように、本実施例に係るヘッドマウント表示装置１００Ｂは図４のヘッドマウント表示装置１００Ａに類似し、両者の相違点として、本実施例では、光学調整素子１２０はフレネルレンズである。本実施例は、フレネルレンズである光学調整素子１２０を用いることで、照明光束Ｌ１を有効領域に伝送するように調整する。よって、フレネルレンズを光学調整素子１２０として用いるヘッドマウント表示装置１００Ｂにおいても、良好な光学的効果を有する。これによって、光線を遮蔽又は吸収するための遮光部材を追加的に設けることなく、光線の利用効率をさらに向上させ、画面表示時の迷光を低減させることができる。
上述したように、本発明の実施例は少なくとも下記の１つの利点又は効果を有する。本発明に係るヘッドマウント表示装置では、光学調整素子を光源モジュールと表示モジュールとの間に配置し、光源モジュールにより提供された照明光束を光学調整素子を介して伝送し、光学調整素子の光学的効果により、照明光束の光学調整素子を通過した後の最大光度の伝送方向は、光学調整素子を通過する前の照明光束の最大光度の伝送方向と異なる。よって、光線を遮蔽又は吸収するための遮光部材を追加的に設けることなく、光線の利用効率をさらに向上させ、画面表示時の迷光を低減させることができる。
上記の説明は、本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明の実施の範囲がこれらに限定されず、本発明の特許請求の範囲及び明細書の内容に基づいて、当業者によって何れの均等的な変更及び変形が可能であり、本発明の保護範囲は特許請求の範囲を基準とする。また、本発明の実施例又は特許請求の範囲は何れも本発明により開示された目的又は利点又は特徴の全てを必ずしも実現する必要はない。また、要約部分と発明の名称は単に特許文献のサーチ作業を補助するためのものであり、本発明の権利範囲を限定するものではない。
１００、１００Ａ、１００Ｂ ヘッドマウント表示装置
１１０ 光源モジュール
１２０、１２０Ａ 光学調整素子
１３０ 表示モジュール
１４０、１４０Ａ レンズ素子
２００ 曲線
Ｌ１ 照明光束
Ｌ２ 映像光束
Ａ 基準点
Ｃ 中心点
Ｐ 目

Claims (11)

  1. 光源モジュールと、光学調整素子と、表示モジュールと、レンズ素子と、を含むヘッドマウント表示装置であって、
    前記光源モジュールは、照明光束を提供し、
    前記光学調整素子は、前記照明光束の伝送経路に配置され、
    前記表示モジュールは、前記照明光束の伝送経路に配置され、前記照明光束を映像光束に変換し、前記光学調整素子は、前記光源モジュールと前記表示モジュールとの間に位置し、
    前記レンズ素子は、前記映像光束の伝送経路に配置され、
    前記照明光束の前記光源モジュールから前記光学調整素子へ伝送される最大光度の伝送方向は、前記照明光束の前記光学調整素子から前記表示モジュールへ伝送される最大光度の伝送方向と異なることを特徴とするヘッドマウント表示装置。
  2. 前記照明光束の前記光学調整素子から前記表示モジュールへ伝送される最大光度の伝送方向は、前記光学調整素子の中心点に偏向することを特徴とする請求項１に記載のヘッドマウント表示装置。
  3. 前記照明光束の前記光学調整素子の基準点から前記表示モジュールへ伝送される最大光度の伝送方向の偏向角度は、前記基準点と中心点との距離と正の相関関係にあることを特徴とする請求項２に記載のヘッドマウント表示装置。
  4. 前記照明光束の前記光学調整素子の前記基準点から前記表示モジュールへ伝送される最大光度の伝送方向の最大偏向角度は、３０度よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載のヘッドマウント表示装置。
  5. 前記光源モジュールの発光角度は、２５度よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のヘッドマウント表示装置。
  6. 前記光源モジュールにより提供される前記照明光束はコリメート光であることを特徴とする請求項１に記載のヘッドマウント表示装置。
  7. 前記光源モジュールは直下型バックライトモジュールであることを特徴とする請求項１に記載のヘッドマウント表示装置。
  8. 前記光学調整素子はフレネルレンズであることを特徴とする請求項１に記載のヘッドマウント表示装置。
  9. 前記光学調整素子は、調整可能な液晶レンズであることを特徴とする請求項１に記載のヘッドマウント表示装置。
  10. 前記表示モジュールは液晶表示パネルであることを特徴とする請求項１に記載のヘッドマウント表示装置。
  11. 前記レンズ素子はフレネルレンズであることを特徴とする請求項１に記載のヘッドマウント表示装置。
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