JP2021113929A - 導光部材および虚像表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
画像光を内部に取り込む光入射部と、前記画像光を内部で反射させ導光する導光部と、前記導光部からの前記画像光を射出する光射出部と、を有する導光部材であって、
前記導光部は、互いに対向し平行である第1の反射面および第2の反射面と、前記第1の反射面と前記第2の反射面との間に前記光入射部から離間して設けられた少なくとも一つの光路分離部材と、を有し、
前記第2の反射面は、前記光路分離部材よりも前記光射出部から遠い側に配置され、
前記光路分離部材は、前記画像光のうち、前記第2の反射面で第1の反射角で反射して前記光路分離部材へ向かう光を透過し、前記第2の反射面で前記第1の反射角よりも大きい第2の反射角で反射して前記光路分離部材へ向かう光を前記第2の反射面に向けて反射することを最も主要な特徴とする。
図5は、本発明に係る導光部材の変形実施例であって、複数の領域に分割された各々の第2の反射面3と第1の反射面2との間隔が変化しない、すなわち導光方向であるZ方向に行っても狭くならない例を示している。また、第2の光波7のように大きな全反射角度で光波が導光している様子を示している。
図6、図7、図8は、本発明に係る導光部材の前記一実施例において、第2の光波7が大きな第2の反射角θ2で伝搬し、画像取り出し部から外部に取り出された場合に、眼球の水晶体12を介して網膜14上に画像光が結像される様子を示している。図6はアイボックス15の中心、図7はアイボックス15の左端、図8はアイボックス15の右端に眼球がある場合を示す。各部材の説明等は図1の構成と同じため省略する。眼球がアイボックス15内のいずれの位置にあっても、画像取り出し部5から均一な光を網膜14上に結像できている。
W2/sin(θ2)=d
かつ、
W2‘≧W2×2
の関係が成り立っているとき、抜け16が無くなる。
図14、図15、図16は、前記「抜け」が発生する条件を説明している。光入射部8から最も近い非光路分離領域9と、光路分離領域10の境界21よりも、導光方向側の第2の反射面3で最初に全反射する領域に照射する前記第2の光波7の第1の光束幅W2とし、前記第2の反射面3に最初に照射される第2の光波7の第2の光束幅W2’とする。第2の反射面3と前記光路分離部材4の距離dとW2とW2’との間に、
W2/sin(θ2)=d
かつ
W2‘≧W2×2
の関係が成り立っていないため、抜け16が発生する。部材の説明等は図1の構成と同じため省略する。
W2’≧W2×2
の関係は図12と同様に満足されるが、
W2/sin(θ2)<d
となる。そのため、第2の反射面3に光波7が照射されない領域である抜けが発生する。
W2/sin(θ2)=d
の関係は満足するが、
W2’<W2×2
となるため、第2の反射面3に抜け16が発生する。
W2’≧W2×2
の関係は満足するが、
W2/sin(θ2)<d
となるため、第2の反射面3に抜け16が発生する。
図17、図18は、本発明に係る導光部材の実施例において、第1の反射面2と第2の反射面3との間で第1の反射角θ1で全反射しながら導光する第1の光波6が、第2の反射面3で「抜け」が発生しない条件を説明している。部材の説明等は図1の構成と同じため省略する。
W1/(2×sin(θ1))=D
を満たすときに、第1の光波6が抜け16が無くなる。第1の光波6の前記条件下での輝度抜け、輝度むらを無くすためには上の条件を満たす必要がある。図19は、この条件を満たさないために抜け16が発生している様子を示している。
前述の抜けが発生しない条件を満足するように導光部材100を構成することにより、小さい反射角θ1と大きい反射角θ2のいずれの場合でも、視認される画像の輝度抜けや輝度むらを低減することができる。第1の反射面102、第2の反射面103の反射角が小さい画像光と、反射角が大きい画像光を導光することができるため、画像の画角を大きくとることができ、観察される虚像の視野角を広くすることができる。
d(m)<d(m−p)<D
の関係を満たす。
前記m番目の光路分離部材4の屈折率をn(m)、前記導光部30の屈折率をNとすると、n(m)とNは、
n(m−p)<n(m)<N
の関係を満たす。ただし、iは2以上の自然数、mは2以上i以下の自然数、pは1以上m未満の自然数である。
図22は、近距離に虚像を表示させるために各画角の画像光が広がりながら伝搬する場合を示す。図22に示すように、第2の反射面3で、第2の反射角θ2と、全反射角度θ2+Δθとなる光波が共存すると、第2の反射面3に照射される光波が重なる領域が発生し、その部分の照射強度が強くなる。画像が完全にコリメートされた平行光で強度が均一の場合は、第2の反射面3に照射される光量は均一になる。なお、図22において、画像光束が重なる領域を符号25で、第2の反射面3での反射角度がθ2である光線を符号26で、第2の反射面3での反射角度がθ2+△θである光線を符号27で示している。導光部材の構成は図1に示す実施例の構成と同じであり、詳細な説明は省略する。
以上説明した導光部材100は、これを用いて虚像表示装置を構成することができる。
2 第1の反射面
3 第2の反射面
4 光路分離部材
5 画像取り出し部
6 第1の光波
7 第2の光波
8 光入射部
9 非光路分離領域
10 光路分離領域
11 プリズム
12 水晶体
14 網膜
15 アイボックス
16 抜け
21 境界
25 画像光束が重なる領域
26 第2の反射面3での反射角度がθ2である光線
27 第2の反射面3での反射角度がθ2+△θである光線
28 第2の反射面3で最初に全反射する領域
30 導光部
33 サブ反射面
40 光射出部
50 画像表示装置
51 コリメータ光学系
52 光源
100 導光部材
200 導光部材
400 フレーム部
θ1 第1の反射角
θ2 第2の反射角
W2 第1の光束幅
W2‘ 第2の光束幅
W1 第3の光束幅
d 距離
D 距離
Claims (11)
- 画像光を内部に取り込む光入射部と、前記画像光を内部で反射させ導光する導光部と、前記導光部からの前記画像光を射出する光射出部と、を有する導光部材であって、
前記導光部は、互いに対向し平行である第1の反射面および第2の反射面と、前記第1の反射面と前記第2の反射面との間に前記光入射部から離間して設けられた少なくとも一つの光路分離部材と、を有し、
前記第2の反射面は、前記光路分離部材よりも前記光射出部から遠い側に配置され、
前記光路分離部材は、前記画像光のうち、前記第2の反射面で第1の反射角で反射して前記光路分離部材へ向かう光を透過し、前記第2の反射面で前記第1の反射角よりも大きい第2の反射角で反射して前記光路分離部材へ向かう光を前記第2の反射面に向けて反射することを特徴とする導光部材。 - 前記第2の反射面で前記第2の反射角で最初に反射される光の光束幅W2’と、前記光路分離部材が配置されている領域で前記第2の反射面で前記第2の反射角で最初に反射される光の光束幅W2が、
W2′≧2×W2
の関係を満たし、
前記第2の反射角をθ2とし、前記光束幅W2、及び前記第2の反射面と前記光路分離部材との距離をdとすると、
W2/(sin(θ2))=d
であることを特徴とする請求項1に記載の導光部材。 - 前記第2の反射面で前記第1の反射角で反射される光の光束幅W1、前記第1の反射角をθ1、及び前記第2の反射面と前記第1の反射面の距離をDとすると、
W1/(2×sin(θ1))=D
であることを特徴とする請求項1または2に記載の導光部材。 - 画像光を内部に取り込む光入射部と、前記画像光を内部で反射させ導光する導光部と、前記導光部からの前記画像光を射出する光射出部と、を有する導光部材であって、
前記導光部は、互いに対向し平行である第1の反射面および第2の反射面と、前記第1の反射面と前記第2の反射面との間に前記光入射部から離間して設けられた少なくとも一つの光路分離部材と、を有し、
前記第2の反射面は、前記光路分離部材よりも前記光射出部から遠い側に配置され、
前記光路分離部材の前記第2の反射面と対向する面に入射する光の臨界角は、前記第2の反射面に入射する光の臨界角より大きいことを特徴とする導光部材。 - 前記光路分離部材は、互いに離間しかつ互いに平行に重なるi層の薄膜層からなり、
前記第1の反射面からm番目の前記光路分離部材と前記第2の反射面との距離d(m)と、前記第1の反射面と前記第2の反射面との距離Dとが、1以上i未満の任意の自然数pに対して、
d(m)<d(m−p)<D
を満たし、
前記m番目の前記光路分離部材の屈折率n(m)と、前記導光部の屈折率Nとが、
n(m−p)<n(m)<N
(ただし、iは2以上の自然数、mは2以上i以下の自然数、pは1以上m未満の自然数である。)
の関係を満たすことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の導光部材。 - 前記導光部は、前記第2の反射面と平行で互いに重なることのない複数のサブ反射面を有し、
互いに隣接する前記サブ反射面の間、および前記第2の反射面とこれに隣接する前記サブ反射面との間に、前記画像光を前記第1の反射面側に取り出す画像取り出し部を有することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の導光部材。 - 前記複数のサブ反射面と第1の反射面との距離が、前記光入射部から離れるにつれて狭くなることを特徴とする請求項6に記載の導光部材。
- 前記画像取り出し部は、前記第2の反射面と鈍角をなす反射面であることを特徴する請求項6または7に記載の導光部材。
- 前記第1の反射面と、複数の前記画像取り出し部の少なくとも半数の前記画像取り出し部との間に、少なくとも一つ以上の光路分離部材を有することを特徴とする請求項6から8のいずれかに記載の導光部材。
- 前記画像光に含まれる同一の画角の光束は平行であることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の導光部材。
- 請求項1から10のいずれかに記載の導光部材を用いた虚像表示装置。
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