JP2022020912A - Light guide member and display unit - Google Patents

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JP2022020912A JP2020124168A JP2020124168A JP2022020912A JP 2022020912 A JP2022020912 A JP 2022020912A JP 2020124168 A JP2020124168 A JP 2020124168A JP 2020124168 A JP2020124168 A JP 2020124168A JP 2022020912 A JP2022020912 A JP 2022020912A
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直樹 中村
Naoki Nakamura
昌弘 伊藤
Masahiro Ito
進 門馬
Susumu Monma
成伸 平野
Shigenobu Hirano
芳文 須藤
Yoshifumi Sudo
駿 岡崎
Shun OKAZAKI
泰男 片野
Yasuo Katano
健司 亀山
Kenji Kameyama
規和 五十嵐
Norikazu Igarashi
正道 山田
Masamichi Yamada
愛乃 長谷川
Yoshino Hasegawa
隆史 牧
Takashi Maki
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Abstract

To provide a light guide member and a display unit that have reduced stray light while achieving a wide viewing angle.SOLUTION: A light guide member 300 has: a light beam emitting unit 304 that reflects guided image light and emits the image light to the outside; a second surface 306 that is parallel and opposite to the light beam emitting unit 304; a first surface 305 that is inclined in a direction in which the image light is guided so that the distance between the light beam emitting unit 304 and the first surface is reduced; and a third surface 307 that is provided between the second surface 306 and the first surface 305 and inclined in the direction in which the image light is guided so that the distance between the light beam emitting unit 304 and the third surface is increased. When the angle formed by the third surface 307 with respect to the light beam emitting unit 304 is α, and the minimum value of the reflection angle θ of the image light with respect to the light beam emitting unit 304 is θ1, α≥90°-θ1 is satisfied.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、導光部材および表示装置に関する。 The present invention relates to a light guide member and a display device.

特許文献1では、画像光を内部に取り込む光入射部と、対向して延びる第1及び第2の全反射面を有し、光入射部から取り込まれた画像光を第1及び第2の全反射面での全反射により導く導光部と、導光部を経て入射する画像光を光路の折り曲げによって外部へ取出し可能にする画像取出部を有する光射出部とを備え、画像取出部は、導光部によって導光された画像光を反射するため第2の全反射面を基準として導光部の導光方向に関する奥側で導光部の内側に向かって傾斜するように延びる複数の第1要素面と、第1要素面に対して鈍角をなして延びる複数の第2要素面とを交互に配置してなる、導光板を開示している。 In Patent Document 1, the light incident portion that captures the image light inside and the first and second total reflecting surfaces extending opposite to each other are provided, and the image light captured from the light incident portion is the first and second total. The image extraction unit includes a light guide unit that is guided by total reflection on the reflection surface and a light emission unit having an image extraction unit that enables image light incident through the light guide unit to be extracted to the outside by bending an optical path. In order to reflect the image light guided by the light guide unit, a plurality of second units extending so as to incline toward the inside of the light guide unit at the back side of the light guide unit with respect to the light guide direction with respect to the second total reflecting surface. Disclosed is a light guide plate in which one element surface and a plurality of second element surfaces extending at an blunt angle with respect to the first element surface are alternately arranged.

本発明は、広視野角を実現しつつ迷光を低減した導光部材および表示装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a light guide member and a display device that reduce stray light while realizing a wide viewing angle.

本発明の請求項1は、導光された画像光を反射するとともに、外部に射出する界面と、
界面に平行に対向する対向面と、画像光が導光される方向において、界面との距離が小さくなるように傾斜する第1の傾斜面と、対向面と第1の傾斜面の間に設けられ、画像光が導光される方向において、界面との距離が大きくなるように傾斜する第2の傾斜面を有し、界面に対する第2の傾斜面のなす角度をα、画像光の界面に対する反射角θの最小値をθ1とすると、α≧90°-θ1を満たす導光部材である。
A first aspect of the present invention is an interface that reflects guided image light and emits it to the outside.
Provided between the facing surface parallel to the interface, the first inclined surface inclined so that the distance from the interface is reduced in the direction in which the image light is guided, and the facing surface and the first inclined surface. It has a second inclined surface that is inclined so that the distance from the interface is large in the direction in which the image light is guided, and the angle formed by the second inclined surface with respect to the interface is α, with respect to the interface of the image light. Assuming that the minimum value of the reflection angle θ is θ1, the light guide member satisfies α ≧ 90 ° −θ1.

本発明によれば、広視野角を実現しつつ迷光を低減した導光部材および表示装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a light guide member and a display device that reduce stray light while realizing a wide viewing angle.

本発明の実施形態に係る導光部材300とそれを用いた虚像表示装置1000の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the light guide member 300 which concerns on embodiment of this invention, and the virtual image display device 1000 which used the light guide member 300. 本実施形態に係る導光部材300内を伝搬した光が出射する様子を示した図である。It is a figure which showed the state that the light propagating in the light guide member 300 which concerns on this embodiment is emitted. 本実施形態に係る導光部材300内を伝搬する光を示す図である。It is a figure which shows the light propagating in the light guide member 300 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る導光部材300における画像取り出し部303の拡大図である。It is an enlarged view of the image extraction part 303 in the light guide member 300 which concerns on this embodiment. 図4(b)における、長さl、傾斜角γ、長さX1、傾斜角αを示す図である。It is a figure which shows the length l, the inclination angle γ, the length X1, and the inclination angle α in FIG. 4B. 図4(b)における、反射角θの最小値θ1で伝搬する光201を示す図である。FIG. 4B is a diagram showing light 201 propagating at the minimum value θ1 of the reflection angle θ in FIG. 4B. 本実施形態に係る導光部材300の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the light guide member 300 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る導光部材300の第2の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd modification of the light guide member 300 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る導光部材300の比較例を示す図である。It is a figure which shows the comparative example of the light guide member 300 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る導光部材300の第3の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd modification of the light guide member 300 which concerns on this embodiment. 図10で示した第3の変形例に係る導光部材300の詳細を示した図である。It is a figure which showed the detail of the light guide member 300 which concerns on the 3rd modification shown in FIG. 本実施形態に係る虚像表示装置1000の光学系レイアウトを示す図である。It is a figure which shows the optical system layout of the virtual image display device 1000 which concerns on this embodiment. 図12に示した虚像表示装置1000の画像取り出し部303の拡大図である。FIG. 12 is an enlarged view of an image extraction unit 303 of the virtual image display device 1000 shown in FIG. 本実施形態に係る虚像表示装置1000における虚像の輝度分布の様子をシミュレーションした図である。It is a figure which simulated the state of the luminance distribution of the virtual image in the virtual image display device 1000 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る虚像表示装置1000の比較例における虚像の輝度分布の様子をシミュレーションした図である。It is a figure which simulated the state of the luminance distribution of a virtual image in the comparative example of the virtual image display device 1000 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る虚像表示装置1000の各種例の使用状態を示す図である。It is a figure which shows the use state of various examples of the virtual image display device 1000 which concerns on this embodiment.

図1は、本発明の実施形態に係る導光部材300とそれを用いた虚像表示装置1000の一例を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing an example of a light guide member 300 according to an embodiment of the present invention and a virtual image display device 1000 using the light guide member 300.

虚像表示装置1000は、表示装置の一例であり、表示画像の画像光を出力する画像表示素子100と、画像表示素子100からの画像光をコリメートして射出する光学系200と、導光部材300とを虚像表示光学系として備える。 The virtual image display device 1000 is an example of a display device, and is an image display element 100 that outputs image light of a display image, an optical system 200 that collimates and emits image light from the image display element 100, and a light guide member 300. Is provided as a virtual image display optical system.

画像表示素子100は、導光部材300を通じて表示する虚像の基となる表示画像の画像光を出力するデバイスである。画像表示素子100は、有機LED(OLED:Organic Light Emitting Diode)や透過型液晶表示素子が好適であるが、他にも種々の表示方式のものが適用できる。例えば、画像表示素子100として、DMD(Digital Micromirror Device)が適用可能である。また、画像表示素子100として、TFT(Thin Film Transistor)やLCOS(Liquid Crystal On Silicon)が適用可能である。さらに、画像表示素子100として、MEMS(Micro Electro MechanicalSystems)が適用可能である。 The image display element 100 is a device that outputs the image light of the display image that is the basis of the virtual image displayed through the light guide member 300. As the image display element 100, an organic LED (OLED: Organic Light Emitting Diode) or a transmissive liquid crystal display element is suitable, but other display methods can be applied. For example, as the image display element 100, a DMD (Digital Micromirror Device) can be applied. Further, as the image display element 100, a TFT (Thin Film Transistor) or LCOS (Liquid Crystal On Silicon) can be applied. Further, as the image display element 100, MEMS (Micro Electro Electro Mechanical Systems) can be applied.

画像表示素子100は、光源を必要とするLCOSやDMDなどを用いた場合、照明光を射出して画像表示素子100の画像表示面を照明するための光源を備える。光源は、種々のものが適用でき、例えばLED(Light Emitting Diode)、半導体レーザ(Laser Diode:LD)、放電ランプなどを用いることができる。 When an LCOS, DMD, or the like that requires a light source is used, the image display element 100 includes a light source for emitting illumination light to illuminate the image display surface of the image display element 100. Various light sources can be applied, and for example, an LED (Light Emitting Diode), a semiconductor laser (Laser Diode: LD), a discharge lamp, or the like can be used.

光学系200は、複数の光学レンズや絞りなどから構成され、画像表示素子100から出力される画像光を平行光として射出する。 The optical system 200 is composed of a plurality of optical lenses, diaphragms, and the like, and emits image light output from the image display element 100 as parallel light.

導光部材300は、光線入射部301、導光部302、画像取り出し部303、および光線射出部304を備える。光線射出部304は、導光された画像光を反射するとともに、外部に射出する界面(境界面)の一例である。 The light guide member 300 includes a light incident unit 301, a light guide unit 302, an image extraction unit 303, and a light ray emission unit 304. The light ray emitting unit 304 is an example of an interface (boundary surface) that reflects the guided image light and emits it to the outside.

図1は、水平方向の虚像表示に対応する画像表示素子100の中心の光路図を示している。画像表示素子100の中心から出た画像光は、コリメート光学系の機能を有する光学系200によって画像表示素子100の位置情報を角度情報に変換し、光線入射部301から導光部材300の中に入射する。 FIG. 1 shows an optical path diagram of the center of an image display element 100 corresponding to a horizontal virtual image display. The image light emitted from the center of the image display element 100 is converted into angle information by the optical system 200 having a collimating optical system function, and the position information of the image display element 100 is converted into angle information from the light incident portion 301 into the light guide member 300. Incident.

そして導光部材300内に入った光は、導光部302で全反射を繰り返しながら伝搬する。 Then, the light that has entered the light guide member 300 propagates while repeating total reflection at the light guide unit 302.

そして、画像取り出し部303に光があたると光線射出部304から光が射出され、ユーザの目に光が入る。ユーザは、導光部材300の光線射出部304を通して前方を覗くことで、画像光の虚像を視認することができる。 Then, when the light hits the image extraction unit 303, the light is emitted from the light ray emitting unit 304, and the light enters the user's eyes. The user can visually recognize the virtual image of the image light by looking forward through the light ray emitting portion 304 of the light guide member 300.

図2は、本実施形態に係る導光部材300内を伝搬した光が出射する様子を示した図である。 FIG. 2 is a diagram showing how the light propagating in the light guide member 300 according to the present embodiment is emitted.

図2に示すように、画像取り出し部303は、少なくとも第1面305と第2面306をそれぞれ複数備える。 As shown in FIG. 2, the image extraction unit 303 includes at least a plurality of first surface 305 and second surface 306, respectively.

第1面305は、画像光が導光される方向において、光線射出部304との距離が小さくなるように傾斜する第1の傾斜面の一例であり、第2面306は、光線射出部304に平行であって、光線射出部304に対向する対向面の一例である。 The first surface 305 is an example of a first inclined surface that is inclined so that the distance from the light ray emitting portion 304 is reduced in the direction in which the image light is guided, and the second surface 306 is the light ray emitting portion 304. This is an example of a facing surface that is parallel to and faces the light emitting portion 304.

導光部302で全反射を繰り返しながら伝搬した光は、第1面305にあたると、光線射出部304から射出され目に届くようになる。また、第2面306を設けることで、第1面305にあたるまで導光部材300の奥の方に進むことができ、導光部材300の奥の方でも光を光線射出部304の方に導くことができる。そうすることで、導光部材300が薄くても広角表示な可能な虚像表示装置1000を実現することができる。 When the light propagated while repeating total reflection by the light guide unit 302 hits the first surface 305, it is emitted from the light ray emitting unit 304 and reaches the eyes. Further, by providing the second surface 306, it is possible to proceed toward the back of the light guide member 300 until it hits the first surface 305, and the light is guided toward the light ray emitting portion 304 even at the back of the light guide member 300. be able to. By doing so, it is possible to realize a virtual image display device 1000 capable of wide-angle display even if the light guide member 300 is thin.

図3は、本実施形態に係る導光部材300内を伝搬する光を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing light propagating in the light guide member 300 according to the present embodiment.

図3は、導光部材300の導光部302の上面308、下面309で全反射で伝搬する光のうち、光線射出部304に対して、最も反射角が小さい角度θ1で伝搬する光201と最も大きい角度θ2で伝搬する光202を示しており、図3の紙面内における画像表示素子100の両端の画素からの光をそれぞれ示している。すなわち、θ1を小さくするほど、およびθ2を大きくするほど、視野角を広くすることができる。 FIG. 3 shows the light 201 propagating at the angle θ1 having the smallest reflection angle with respect to the light ray emitting portion 304 among the light propagated by total internal reflection on the upper surface 308 and the lower surface 309 of the light guide portion 302 of the light guide member 300. The light 202 propagating at the largest angle θ2 is shown, and the light from the pixels at both ends of the image display element 100 in the paper surface of FIG. 3 is shown. That is, the viewing angle can be widened as θ1 becomes smaller and θ2 becomes larger.

図4は、本実施形態に係る導光部材300における画像取り出し部303の拡大図である。 FIG. 4 is an enlarged view of the image extraction unit 303 in the light guide member 300 according to the present embodiment.

図4(a)は、比較例に係る画像取り出し部303の拡大図であり、図4(b)では図4(a)に対して新たに第1面305と異なる方向に傾斜する第3面307が設けられている。第3面307は、第1面305と第2面306の間に設けられ、画像光が導光される方向において、光線射出部304との距離が大きくなるように傾斜する第2の傾斜面の一例である。 FIG. 4A is an enlarged view of the image extraction unit 303 according to the comparative example, and in FIG. 4B, a third surface newly inclined in a direction different from that of the first surface 305 with respect to FIG. 4A. 307 is provided. The third surface 307 is provided between the first surface 305 and the second surface 306, and is inclined so that the distance from the light emitting portion 304 increases in the direction in which the image light is guided. This is an example.

図4(a)、(b)の実線と点線で示した光は、画像表示素子100の同じ画素から出た光であり、コリメート光学系の機能を有する光学系200によって同じ角度で導光部材300内を伝搬する。 The light shown by the solid line and the dotted line in FIGS. 4A and 4B is light emitted from the same pixel of the image display element 100, and is a light guide member at the same angle by the optical system 200 having a collimating optical system function. Propagate within 300.

このとき、図4(a)の点線で示した光は第2面306で反射した後に第1面305に直接あたり光線射出部304の方向に進むのに対し、図4(b)では、第3面307を設けることで、第2面306で反射した後に第1面305に直接光があたるのを防ぐことができる。 At this time, the light shown by the dotted line in FIG. 4A directly hits the first surface 305 and travels in the direction of the light emitting portion 304 after being reflected by the second surface 306, whereas in FIG. 4B, the light is the first. By providing the three surfaces 307, it is possible to prevent the first surface 305 from being directly exposed to light after being reflected by the second surface 306.

その結果として、導光部材300内を全反射で伝搬する光のうち、導光部材300の下面で全反射した光のみを第1面305にあてることができる。 As a result, of the light propagating in the light guide member 300 by total internal reflection, only the light totally reflected by the lower surface of the light guide member 300 can be applied to the first surface 305.

そのようにすることで、比較例に係る図4(a)において、導光部材300の上面、下面で全反射した光の両方向の光が第1面305にあたることで発生していた迷光を防ぐことができる。 By doing so, in FIG. 4A according to the comparative example, the stray light generated by the light in both directions of the light totally reflected by the upper surface and the lower surface of the light guide member 300 hitting the first surface 305 is prevented. be able to.

図5は、図4(b)における、長さl、傾斜角γ、長さX1、傾斜角αを示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing a length l, an inclination angle γ, a length X1, and an inclination angle α in FIG. 4B.

図5は、同一断面における画像取り出し部303の第1面305、面307の長さおよび光線射出部304に対する角度を示しており、201は導光部材300内を全反射で伝搬する光のうち、最も反射角が小さい角度θ1で伝搬する光を示している。ここで、導光部材の下面309で反射した光が面307にあたると角度が変化し迷光になるため、最も反射角が小さい角度θ1で伝搬する光201が面307にあたらないようにする必要があり、同一断面において、光線射出部304に対する面307の角度αをα≧ 90°-θ1にすることで迷光を発生させないようすることができる。また、θ1を小さくして広視野角を実現することができる。 FIG. 5 shows the length of the first surface 305 and the surface 307 of the image extraction unit 303 and the angle with respect to the light ray emitting unit 304 in the same cross section, and 201 is the light propagating in the light guide member 300 by total internal reflection. , Shows the light propagating at the angle θ1 with the smallest reflection angle. Here, when the light reflected by the lower surface 309 of the light guide member hits the surface 307, the angle changes and becomes stray light. Therefore, it is necessary to prevent the light 201 propagating at the angle θ1 having the smallest reflection angle from hitting the surface 307. Yes, it is possible to prevent stray light from being generated by setting the angle α of the surface 307 with respect to the light beam emitting portion 304 to α ≧ 90 ° −θ1 in the same cross section. Further, it is possible to realize a wide viewing angle by reducing θ1.

また、導光部材300内を全反射で伝搬する光のうち、最も反射角が大きい角度θ2で伝搬する光202は、本来は、導光部材300の下面309で全反射した光が、第1面305にあたって反射し、光線射出部304から射出される光を画像として観察する。 Further, among the light propagating in the light guide member 300 by total reflection, the light 202 propagating at the angle θ2 having the largest reflection angle is originally the light totally reflected by the lower surface 309 of the light guide member 300. The light reflected by the surface 305 and emitted from the light emitting unit 304 is observed as an image.

ところが、導光部材300の上面308で全反射した光が直接第1面305にあたると、光線射出部304から射出された光の角度が変わり、迷光となる。 However, when the light totally reflected by the upper surface 308 of the light guide member 300 directly hits the first surface 305, the angle of the light emitted from the light ray emitting unit 304 changes, resulting in stray light.

そこで、導光部材300の上面308で全反射した光が第1面305に直接あたらないように、第1面305の長さがlのときに第1面305をX1の長さ分上側に配置してあたらないようにする必要がある。 Therefore, when the length of the first surface 305 is l, the first surface 305 is moved upward by the length of X1 so that the light totally reflected by the upper surface 308 of the light guide member 300 does not directly hit the first surface 305. It is necessary to arrange it so that it does not hit.

このとき、β=90°-θ2とすると、同一断面において、 X1 > l(|tan(γ)|-|tan(β)|)/(|tan(α)|+|tan(β)|)・|cos(γ)/cos(α)|とすることで、導光部材300の上面308で全反射した光が直接第1面305にあたらないようにすることができ迷光を防ぐことができる。また、θ2を大きくして広視野角を実現することができる。 At this time, assuming β = 90 ° −θ2, X1> l (| tan (γ) |-| tan (β) |) / (| tan (α) | + | tan (β) |) in the same cross section. By setting | cos (γ) / cos (α) |, it is possible to prevent the light totally reflected by the upper surface 308 of the light guide member 300 from directly hitting the first surface 305, and it is possible to prevent stray light. .. Further, it is possible to realize a wide viewing angle by increasing θ2.

図6は、図4(b)における、反射角θの最小値θ1で伝搬する光201を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing light 201 propagating at the minimum value θ1 of the reflection angle θ in FIG. 4 (b).

図6は画像取り出し部303の拡大図であり、例えば導光部材300を成形で製作する場合、図6のX3の領域が成型不良により形状エラーとなる可能性がある。X3の値は数μm程度になる可能性がある。 FIG. 6 is an enlarged view of the image extraction unit 303. For example, when the light guide member 300 is manufactured by molding, the region X3 in FIG. 6 may have a shape error due to a molding defect. The value of X3 may be on the order of several μm.

もしこのX3の部分に光があたると、光の進行方向が乱され、迷光やフレアになり画質を損なうことになる。そのため、最も反射角が小さい角度θ1で伝搬する光201が第1面305内のX3の部分にあたらないように、図5で示したαをさらに大きくする必要がある。このようにすることで、X3の部分に光があたらなくなり、迷光やフレアのない良好な画像を観察することができる。αを大きくすることで、広い視野角と迷光のない良好な画像を観察することができるが、αは90°未満(α<90°)とすることが好ましい。それにより導光板を樹脂成型で効率良く製造することができる。 If the X3 portion is exposed to light, the traveling direction of the light is disturbed, resulting in stray light or flare, which impairs the image quality. Therefore, it is necessary to further increase α shown in FIG. 5 so that the light 201 propagating at the angle θ1 having the smallest reflection angle does not hit the portion of X3 in the first surface 305. By doing so, the light does not hit the X3 portion, and a good image without stray light or flare can be observed. By increasing α, a good image with a wide viewing angle and no stray light can be observed, but α is preferably less than 90 ° (α <90 °). As a result, the light guide plate can be efficiently manufactured by resin molding.

図7は、本実施形態に係る導光部材300の変形例を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing a modified example of the light guide member 300 according to the present embodiment.

図7は、画像取り出し部303の第1面305に反射コートを施した図である。導光部材300内を全反射で伝搬した光は、この反射コートを施した第1面305にあたると反射し、光線射出部304の方へ向かう。そして、光線射出部304から射出された光が目に入り虚像として観察される。このとき、第2面306には反射コート施さないことで、導光部材300越しに外界を見ることができ、現実世界に映像を重畳することができる。 FIG. 7 is a diagram in which a reflection coat is applied to the first surface 305 of the image extraction unit 303. The light propagating in the light guide member 300 by total internal reflection is reflected when it hits the first surface 305 to which the reflection coating is applied, and heads toward the light ray emitting portion 304. Then, the light emitted from the light ray emitting unit 304 enters the eyes and is observed as a virtual image. At this time, by not applying the reflection coating to the second surface 306, the outside world can be seen through the light guide member 300, and the image can be superimposed on the real world.

図8は、本実施形態に係る導光部材300の第2の変形例を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing a second modification of the light guide member 300 according to the present embodiment.

図8は、画像取り出し部303の第1面305、第2面306、第3面307すべてに反射透過機能を有するコート402を施した図である。図8で示したように、第2面306にも反射透過機能を有するコート402がつくことで、外界を見るときの透過率が落ちるが、第1面305、第2面306、第3面307すべてに一括でコートを施すことで、成膜時の製造性が容易になる。 FIG. 8 is a diagram in which the first surface 305, the second surface 306, and the third surface 307 of the image extraction unit 303 are all coated with a coat 402 having a reflection transmission function. As shown in FIG. 8, since the coat 402 having the reflection transmission function is also attached to the second surface 306, the transmittance when looking at the outside world decreases, but the first surface 305, the second surface 306, and the third surface By coating all 307 at once, the manufacturability at the time of film formation becomes easy.

図9は、本実施形態に係る導光部材300の比較例を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing a comparative example of the light guide member 300 according to the present embodiment.

図9は、画像表示素子100上のある1画素から出た光が図1の導光部材300の中を進む様子である。図9に示したように光線入射部301から導光部材300の中に入射した光は、導光部材300の中で全反射を繰り返しながら伝搬するが、導光部材300内の伝搬角度によっては、画像取り出し部303内の傾斜した第1面305に光があたらなかったり、あたったとしても図9のように目に届かないことがある。このようなときは、画像中に映像の欠けが発生し、画質が低下する。 FIG. 9 shows a state in which light emitted from one pixel on the image display element 100 travels through the light guide member 300 of FIG. As shown in FIG. 9, the light incident on the light guide member 300 from the light ray incident portion 301 propagates while repeating total reflection in the light guide member 300, but depending on the propagation angle in the light guide member 300. The inclined first surface 305 in the image extraction unit 303 may not be exposed to light, or even if it is exposed, it may not reach the eyes as shown in FIG. In such a case, the image is chipped in the image and the image quality is deteriorated.

図10は、本実施形態に係る導光部材300の第3の変形例を示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing a third modification of the light guide member 300 according to the present embodiment.

図10は図9に対して新たに平行平面の部材310を導光部材300に接合した図である。そして、平行平面の部材310の導光部材300の接合する面側には、反射、透過特性を有するコート403が施されている。 FIG. 10 is a diagram in which a member 310 having a parallel plane newly joined to the light guide member 300 with respect to FIG. A coat 403 having reflection and transmission characteristics is applied to the surface side of the parallel plane member 310 to which the light guide member 300 is joined.

図10では導光部材300の上面308に平行平面の部材310を接合しているが、下面309に接合しても良い。図9と同様に画像表示素子100上のある1画素から出た光が導光部材300の中を進む様子を示しているが、図9とは異なり、図10では導光部材300と平行平面の部材310の間で光が反射、透過特性を有するコート403によって多重反射をし、導光部材300内での見かけ上の光線が図9よりも増えているのが分かる。 In FIG. 10, the parallel plane member 310 is joined to the upper surface 308 of the light guide member 300, but it may be joined to the lower surface 309. Similar to FIG. 9, the light emitted from one pixel on the image display element 100 travels through the light guide member 300, but unlike FIG. 9, in FIG. 10, the light is parallel to the light guide member 300. It can be seen that the light is reflected and multiple-reflected by the coat 403 having the transmission characteristic between the members 310, and the apparent light rays in the light guide member 300 are increased as compared with FIG.

こうすることで、図9よりも画像取り出し部303内の傾斜した第1面305にあたる頻度が高くなり、目に光がいきやすくなることで、映像の欠けがなくなり良好な画像を観察することができる。 By doing so, the frequency of hitting the inclined first surface 305 in the image extraction unit 303 becomes higher than that in FIG. 9, and the light easily reaches the eyes, so that the image is not chipped and a good image can be observed. can.

図11は、図10で示した第3の変形例に係る導光部材300の詳細を示した図である。図11は導光部材300と平行平面の部材310の接合の様子を示した図である。図11では平行平面の部材310に反射、透過特性を有するコート403が施されており、接着層404を介して導光部材300の上面308に接合されているが、導光部材300に反射、透過特性を有するコート403を施してから接着層404を介して平行平面の部材310を接合しても良い。 FIG. 11 is a diagram showing details of the light guide member 300 according to the third modification shown in FIG. FIG. 11 is a diagram showing a state of joining the light guide member 300 and the member 310 on a parallel plane. In FIG. 11, the parallel plane member 310 is coated with a coat 403 having reflection and transmission characteristics, and is joined to the upper surface 308 of the light guide member 300 via the adhesive layer 404, but is reflected by the light guide member 300. A parallel plane member 310 may be joined via the adhesive layer 404 after applying a coat 403 having a transmission property.

反射、透過特性を有するコート403は例えば、ハーフミラー特性をもったコーティングが施され、誘電体膜や銀、アルミなどの金属コートが適用される。反射、透過特性を有するコート403のハーフミラー特性は反射率50%/透過率50%に近い特性に限ったものではなく、例えば、反射率30%/透過率70%などであっても良い。また、接着層404は導光部材300及び平行平面の部材310と同程度の屈折率の材料が望ましい。 The coating 403 having reflection and transmission characteristics is, for example, coated with half mirror characteristics, and a dielectric film or a metal coating such as silver or aluminum is applied. The half mirror characteristic of the coat 403 having the reflection and transmittance characteristics is not limited to the characteristics having a reflectance of 50% / transmittance of 50%, and may be, for example, a reflectance of 30% / a transmittance of 70%. Further, it is desirable that the adhesive layer 404 is made of a material having a refractive index similar to that of the light guide member 300 and the parallel plane member 310.

そのようにすることで、接着層404での光線の角度ずれをなくすことができる。また平行平面の部材310の端部311、312は光を吸収する塗料あるいは透過させる形状にすることで、端部311、312で反射した光が再び導光部材300内を伝搬させないようにすることが望ましい。そのようにすることで不要な光が画像内に入るのを防ぐことができる。 By doing so, it is possible to eliminate the angular deviation of the light rays in the adhesive layer 404. Further, the ends 311 and 312 of the parallel plane member 310 are formed of a paint that absorbs light or a shape that transmits light so that the light reflected by the ends 311 and 312 does not propagate in the light guide member 300 again. Is desirable. By doing so, it is possible to prevent unnecessary light from entering the image.

図12は、本実施形態に係る虚像表示装置1000の光学系レイアウトを示す図である。
実施例:図12
■虚像表示装置1000
視野角(対角):40度
■画像表示素子100
表示領域:5.0mm x 3.1mm
■導光部材300
・材質:Zeonex E48R
・肉厚 :最薄部1.2mm 、最厚部2.5mm
・長さ :59mm
・幅 :50mm
・画像取り出し部(103)
・第1面305:l=0.23mm、X2=3.2μm、γ=28°
・第2面306の長さ:0.492~0.717mm
・第3面307:X1=0.038mm、α=52°
・伝搬角度の想定値:θ1=42.8°、θ2=69.2°
・アイボックス: 水平方向5mm以上
・アイレリーフ: 15mm以上
■平行平板部材310
・ 14.8mm x 21mm x 0.6mm
・ 材質:PMMA
FIG. 12 is a diagram showing an optical system layout of the virtual image display device 1000 according to the present embodiment.
Example: FIG. 12
■ Virtual image display device 1000
Viewing angle (diagonal): 40 degrees ■ Image display element 100
Display area: 5.0 mm x 3.1 mm
Light guide member 300
-Material: Zeonex E48R
・ Thickness: Thinnest part 1.2 mm, thickest part 2.5 mm
・ Length: 59mm
・ Width: 50 mm
-Image extraction unit (103)
First surface 305: l = 0.23 mm, X2 = 3.2 μm, γ = 28 °
-Length of the second surface 306: 0.492 to 0.717 mm
Third surface 307: X1 = 0.038 mm, α = 52 °
-Assumed value of propagation angle: θ1 = 42.8 °, θ2 = 69.2 °
・ Eye box: 5 mm or more in the horizontal direction ・ Eye relief: 15 mm or more ■ Parallel flat plate member 310
・ 14.8 mm x 21 mm x 0.6 mm
・ Material: PMMA

図12の光学系200は、画像表示素子100から出た光の中間像を一度作った後に略コリメータ光を生成し、導光部材300に光を入射させている。このように一旦中間像を作ることで、重量のある画像表示素子100を後方に配置できるため、虚像表示装置1000をメガネ型とした場合に、前方重量を低減でき、着け心地の良いメガネ型虚像表示装置を実現できる。 The optical system 200 of FIG. 12 once creates an intermediate image of the light emitted from the image display element 100, then generates substantially collimator light, and causes the light to be incident on the light guide member 300. By once creating the intermediate image in this way, the heavy image display element 100 can be arranged behind, so that when the virtual image display device 1000 is a glasses type, the front weight can be reduced and the glasses type virtual image is comfortable to wear. A display device can be realized.

もちろん、中間像をつくらず、図1で示したように画像表示素子100から略コリメータ光を生成する光学系200で直接導光部材300に光を入射させても良い。図12の導光部材300は図10で示した形状をしており平行平面の部材310が接合されている。図12では画像表示素子100の両端から出た光が光学系200を介して導光部材300に入射した後に目に入る様子を示している。 Of course, light may be directly incident on the light guide member 300 by an optical system 200 that generates substantially collimator light from the image display element 100 as shown in FIG. 1 without forming an intermediate image. The light guide member 300 of FIG. 12 has the shape shown in FIG. 10, and a member 310 having a parallel plane is joined to the light guide member 300. FIG. 12 shows how the light emitted from both ends of the image display element 100 enters the eyes after being incident on the light guide member 300 via the optical system 200.

図13は、図12に示した虚像表示装置1000の画像取り出し部303の拡大図である。 FIG. 13 is an enlarged view of the image extraction unit 303 of the virtual image display device 1000 shown in FIG.

図13(a)は、導光部材300の画像取り出し部303の拡大図であり、図13(b)は1つの要素の第1面305、第2面306、第3面307の拡大図である。本実施例では図13(b)の要素は17個で構成されているが、水平方向の視野角、目を動かしても見える範囲(アイボックス)の設定によってこの数は変えても良い。 13 (a) is an enlarged view of the image extraction unit 303 of the light guide member 300, and FIG. 13 (b) is an enlarged view of the first surface 305, the second surface 306, and the third surface 307 of one element. be. In this embodiment, the elements of FIG. 13B are composed of 17, but this number may be changed by setting the horizontal viewing angle and the visible range (eye box) even if the eyes are moved.

また、第1面305と次の面307の間にある第2面306は本発明では16カ所あるが、それぞれ長さは、導光部材300内の光の進行方向に従って長くなっている。このようにすることで、第1面305にあたる光の量をコントロールでき、画像内の解像のムラを低減することができる。 Further, there are 16 second surfaces 306 between the first surface 305 and the next surface 307 in the present invention, but the length of each is longer according to the traveling direction of the light in the light guide member 300. By doing so, the amount of light that hits the first surface 305 can be controlled, and unevenness in resolution in the image can be reduced.

図14は、本実施形態に係る虚像表示装置1000における虚像の輝度分布の様子をシミュレーションした図である。 FIG. 14 is a diagram simulating the state of the luminance distribution of the virtual image in the virtual image display device 1000 according to the present embodiment.

具体的に、図14は図12で示した本実施例において虚像の輝度分布の様子をシミュレーションした結果である。 Specifically, FIG. 14 is a result of simulating the state of the luminance distribution of the virtual image in this embodiment shown in FIG.

図15は、本実施形態に係る虚像表示装置1000の比較例における虚像の輝度分布の様子をシミュレーションした図である。 FIG. 15 is a diagram simulating the state of the luminance distribution of the virtual image in the comparative example of the virtual image display device 1000 according to the present embodiment.

また具体的に、図15は、図12で示した実施例において、平行平面の部材310を接合しない場合の虚像の輝度分布の様子をシミュレーションした結果である。図15では虚像の輝度分布内に輝度の低い黒い部分が目立つが、図14では黒く見える部分が低減しており輝度ムラが改善されていることが分かる。 Specifically, FIG. 15 is a result of simulating the state of the luminance distribution of the virtual image when the members 310 on the parallel plane are not joined in the embodiment shown in FIG. In FIG. 15, a black portion having low luminance is conspicuous in the luminance distribution of the virtual image, but in FIG. 14, it can be seen that the portion that looks black is reduced and the luminance unevenness is improved.

もちろんこれら図1から図15は左右が逆転しても成立する。また1つの導光部材を両眼で確認することもできるし、2つに分けてそれぞれの目で見たり、小型にして単眼の方式も可能である。 Of course, FIGS. 1 to 15 are established even if the left and right sides are reversed. It is also possible to check one light guide member with both eyes, divide it into two and see it with each eye, or make it smaller and monocular.

上述の図1から図15に示す実施形態では、虚像観察者の左側に導光部材300の光線入射部301を配置して、画像光を虚像観察者の左側から入射する例について説明した。かかる配置を左右逆にする場合、すなわち虚像観察者の右側に導光部材300の光線入射部301を配置して、画像光を虚像観察者の右側から入射する場合も、上述と同一の効果が得られる。 In the embodiment shown in FIGS. 1 to 15 described above, an example is described in which the light ray incident portion 301 of the light guide member 300 is arranged on the left side of the virtual image observer and the image light is incident from the left side of the virtual image observer. The same effect as described above can be obtained when the arrangement is reversed left and right, that is, when the light ray incident portion 301 of the light guide member 300 is arranged on the right side of the virtual image observer and the image light is incident on the right side of the virtual image observer. can get.

図16は、本実施形態に係る虚像表示装置1000の各種例の使用状態を示す図である。
図16(a)、(b)及び(c)は、導光部材300を眼鏡型の虚像表示装置すなわちHMDに適用した場合を例示する。
FIG. 16 is a diagram showing a usage state of various examples of the virtual image display device 1000 according to the present embodiment.
16 (a), (b) and (c) exemplify a case where the light guide member 300 is applied to a spectacle-type virtual image display device, that is, an HMD.

図16(a)に示す例は、一つの導光部材300を両眼用のHMDに適用した場合であり、導光部材300の光線入射部301と、光線入射部301から入射した画像光を導光部材300内部に導光するミラー350を虚像観察者すなわちユーザの右側に配置している。導光部材300は、ユーザの耳に掛けられるツルとしての役割を担うフレーム部500に固定される。図26ではフレーム部を簡略化して表しているが、フレーム部500は、導光部材300の両端側のみならず、上側縁や下側縁を覆う形状とすることができる。 The example shown in FIG. 16A is a case where one light guide member 300 is applied to an HMD for both eyes, and the light incident portion 301 of the light guide member 300 and the image light incident from the light ray incident portion 301 are combined. A mirror 350 that guides light inside the light guide member 300 is arranged on the right side of the virtual image observer, that is, the user. The light guide member 300 is fixed to a frame portion 500 that serves as a vine to be hung on the user's ear. Although the frame portion is simplified in FIG. 26, the frame portion 500 may have a shape that covers not only both ends of the light guide member 300 but also the upper edge and the lower edge.

他方、図16(b)及び(c)に示す例は、一つの導光部材300を小型化してHMDに適用した場合である。図16(b)に示す例は、両眼用のHMDとして二つの導光部材300をユーザの左右各々の目の位置に対応させて配置した場合であり、各導光部材300の光入射部8は、左右外側に配置される。また、図16(c)は単眼用のHMDとして一つの導光部材300をユーザの左右どちらかの目の位置に対応させて配置した場合である。 On the other hand, the examples shown in FIGS. 16 (b) and 16 (c) are cases where one light guide member 300 is miniaturized and applied to the HMD. The example shown in FIG. 16B is a case where two light guide members 300 are arranged as HMDs for both eyes so as to correspond to the positions of the left and right eyes of the user, and the light incident portion of each light guide member 300. 8 is arranged on the left and right outer sides. Further, FIG. 16C shows a case where one light guide member 300 is arranged as an HMD for a monocular so as to correspond to the position of either the left or right eye of the user.

なお、図16では虚像光学系や光源の図示を省略したが、これらはフレーム部500に取り付けることができる。すなわち、図16(a)及び(c)に示す例では光源52、画像表示素子100及び光学系200を右目側のフレーム部に、図16(b)に示す例ではこれらを左右両方のフレーム部に取り付ければよい。 Although the virtual image optical system and the light source are not shown in FIG. 16, they can be attached to the frame portion 500. That is, in the examples shown in FIGS. 16A and 16C, the light source 52, the image display element 100, and the optical system 200 are placed in the frame portion on the right eye side, and in the example shown in FIG. 16B, these are placed in both the left and right frame portions. It can be attached to.

図16に示す例では、導光部材300を眼鏡型のHMDに適用した場合について説明した。また、上述した各実施形態の導光部材300は、他の種類のHMDにも適用可能であり、さらには、ヘッドアップディスプレイ(HUD)にも適用できる。各実施形態の導光部材は、特に、微小デバイスにより光変調された光束によって形成される原画像を虚像表示するのに適している。 In the example shown in FIG. 16, a case where the light guide member 300 is applied to the spectacle-shaped HMD has been described. Further, the light guide member 300 of each of the above-described embodiments can be applied to other types of HMDs, and further can be applied to a head-up display (HUD). The light guide member of each embodiment is particularly suitable for displaying an original image formed by a light flux light-modulated by a micro device.

前述したように、導光部材300を眼鏡のようにして人の顔に装着できるようにすることができる。そして、画像表示素子などの画像光を、コリメートして光線入射部301から入射すると、既に述べたとおり、画像表示素子などの画像を虚像として観察することができる。導光部材300は透明体であるため、上記画像とともに周囲の情景を観察することができる。 As described above, the light guide member 300 can be attached to a person's face like glasses. Then, when the image light of the image display element or the like is collimated and incident from the light ray incident portion 301, the image of the image display element or the like can be observed as a virtual image as described above. Since the light guide member 300 is a transparent body, it is possible to observe the surrounding scene together with the above image.

●まとめ●
以上説明したように、本発明の一実施形態に係る導光部材300は、導光された画像光を反射するとともに、外部に射出する界面(境界面)の一例である光線射出部304と、光線射出部304に平行に対向する対向面の一例である第2面306と、画像光が導光される方向において、界面との距離が小さくなるように傾斜する第1の傾斜面の一例である第1面305と、第2面306と第1面305の間に設けられ、画像光が導光される方向において、界面との距離が大きくなるように傾斜する第2の傾斜面の一例である第3面307を有し、光線射出部304に対する第3面307のなす角度をα、画像光の光線射出部304に対する反射角θの最小値をθ1とすると、α ≧ 90°-θ1を満たす。
● Summary ●
As described above, the light guide member 300 according to the embodiment of the present invention has a light beam emitting unit 304 which is an example of an interface (boundary surface) that reflects the guided image light and emits light to the outside. An example of a second surface 306 which is an example of a facing surface parallel to the light emitting portion 304 and a first inclined surface which is inclined so that the distance from the interface becomes smaller in the direction in which the image light is guided. An example of a second inclined surface provided between a first surface 305 and the second surface 306 and the first surface 305 and inclined so as to increase the distance from the interface in the direction in which the image light is guided. If the third surface 307 is provided, the angle formed by the third surface 307 with respect to the light emitting portion 304 is α, and the minimum value of the reflection angle θ with respect to the light emitting portion 304 of the image light is θ1, α ≧ 90 ° −θ1. Meet.

導光部材300は、第2面306と第1面305の間に、画像光が導光される方向において、界面との距離が大きくなるように傾斜する第3面307を設けることにより、第2面306で反射した画像光が第1面305で再反射して迷光となることを低減できる。 The light guide member 300 is provided with a third surface 307 between the second surface 306 and the first surface 305, which is inclined so as to increase the distance from the interface in the direction in which the image light is guided. It is possible to reduce that the image light reflected by the two surfaces 306 is re-reflected by the first surface 305 and becomes stray light.

また、導光部材300は、光線射出部304に対する第3面307のなす角度をα、画像光の光線射出部304に対する反射角θの最小値をθ1とするときに、α ≧ 90°-θ1を満たすことにより、光線射出部304で反射した画像光が第3面307で反射して迷光となることを低減できる。 Further, the light guide member 300 has α ≧ 90 ° −θ1 when the angle formed by the third surface 307 with respect to the light ray emitting portion 304 is α and the minimum value of the reflection angle θ with respect to the light ray emitting portion 304 of the image light is θ1. By satisfying the above conditions, it is possible to reduce that the image light reflected by the light ray emitting unit 304 is reflected by the third surface 307 and becomes stray light.

すなわち、導光部材300は、画像光の光線射出部304に対する反射角θの最小値θ1を小さくして広視野角を実現しつつ、第1面305による再反射、および第3面307による反射に起因する迷光を低減することができる。 That is, the light guide member 300 realizes a wide viewing angle by reducing the minimum value θ1 of the reflection angle θ with respect to the light ray emitting portion 304 of the image light, and re-reflects by the first surface 305 and reflects by the third surface 307. It is possible to reduce stray light caused by.

本実施形態に掛かる導光部材300は、導光された画像光を反射するとともに、外部に射出する(境)光線射出部304と、光線射出部304に対向する第2面306と、画像光が導光される方向において、界面との距離が小さくなるように傾斜する第1面305と、第2面306と第1面305の間に設けられ、画像光が導光される方向において、界面との距離が大きくなるように傾斜する第3面307を有し、光線射出部304に対する第1面305のなす角度をγ、画像光の光線射出部304に対する反射角θの最大値をθ2、第1面305の長さをl、第3面307の長さをX1、β=90°-θ2とするとき、X1 > l(|tan(γ)|-|tan(β)|)/(|tan(α)|+|tan(β)|)・|cos(γ)/cos(α)|を満たす。 The light guide member 300 according to the present embodiment reflects the guided image light and emits the (boundary) light ray emitting portion 304 to the outside, the second surface 306 facing the light ray emitting portion 304, and the image light. Is provided between the first surface 305 and the second surface 306 and the first surface 305, which are inclined so as to reduce the distance from the interface in the direction in which the light is guided, and in the direction in which the image light is guided. It has a third surface 307 that is inclined so that the distance from the interface is large, the angle formed by the first surface 305 with respect to the light ray emitting portion 304 is γ, and the maximum value of the reflection angle θ with respect to the light ray emitting portion 304 of the image light is θ2. When the length of the first surface 305 is l and the length of the third surface 307 is X1 and β = 90 ° −θ2, X1> l (| tan (γ) |-| tan (β) |) / (| Tan (α) | + | tan (β) |) · | cos (γ) / cos (α) | is satisfied.

これにより、導光部材300は、導光部材300は、画像光の光線射出部304に対する反射角θの最大値θ2を大きくして広視野角を実現しつつ、第2面306で反射した画像光が第1面305で再反射して迷光となることを確実に低減できる。 As a result, in the light guide member 300, the light guide member 300 increases the maximum value θ2 of the reflection angle θ with respect to the light ray emitting portion 304 of the image light to realize a wide viewing angle, and the image reflected by the second surface 306. It is possible to surely reduce the fact that the light is re-reflected on the first surface 305 and becomes stray light.

導光部材300は、第1面305と第3面307の交点をP1、第3面307と第2面306との交点をP2としたときに、画像光の光線射出部304に対する反射角θの最小値θ1で導光される画像光が、P2近傍を通過したときの第1面305との交点をP3とし、X2をP1とP3間の距離としたときに、ξ=α+θ1-90°、η=α+γ-ξ、X2= X1(sin(ξ)/sin(η))で定義されるX2が導光部材300内を導光される画像光のあたらない領域である。 When the intersection of the first surface 305 and the third surface 307 is P1 and the intersection of the third surface 307 and the second surface 306 is P2, the light guide member 300 has a reflection angle θ with respect to the light ray emitting portion 304 of the image light. Ξ = α + θ1-90 ° when the intersection of the image light guided by the minimum value θ1 of is P3 and the intersection with the first surface 305 when passing near P2 is P3 and X2 is the distance between P1 and P3. , Η = α + γ-ξ, X2 = X1 (sin (ξ) / sin (η)) X2 is a region that is guided through the light guide member 300 and is not exposed to the image light.

これにより、導光部材300は、第1面305に導光部材300内を導光される画像光があたらない領域を設けることで、成形不良などによる形状エラー部分に光があたらないようにすることができ、迷光、フレアを防ぐことができるため、良好な画像を提供できる。 As a result, the light guide member 300 is provided with a region on the first surface 305 where the image light guided inside the light guide member 300 does not hit, so that the light does not hit the shape error portion due to molding defects or the like. It is possible to prevent stray light and flare, so that a good image can be provided.

第2面306、第3面307、および第1面305は、画像光が導光される方向において、光線射出部304に近づくように繰り返し複数配置される。これにより、広視野角時でも導光部材300内を導光される画像光が第1面305にあたりやすくなり、輝度ムラの少ない良好な画像を提供できる。 A plurality of the second surface 306, the third surface 307, and the first surface 305 are repeatedly arranged so as to approach the light ray emitting portion 304 in the direction in which the image light is guided. As a result, even when the viewing angle is wide, the image light guided in the light guide member 300 easily hits the first surface 305, and a good image with little luminance unevenness can be provided.

複数の第2面306の長さは、互いに異なっている。これにより、導光部材300は、第2面306の長さを異ならせることによって、第1面305にあたる光の量をコントロールできるため、画像内の解像のムラを低減でき、良好な画像を提供できる。 The lengths of the plurality of second surfaces 306 are different from each other. As a result, the light guide member 300 can control the amount of light that hits the first surface 305 by making the length of the second surface 306 different, so that unevenness of resolution in the image can be reduced and a good image can be obtained. Can be provided.

導光部材300は、第1面305には反射コート401を有する。これにより、導光部材300は、導光部材300内を伝搬する画像光が第1面305にあたった際に画像光を光線射出部304の方へ効率よく導くことができ、良好な画像を提供できる。 The light guide member 300 has a reflection coat 401 on the first surface 305. As a result, the light guide member 300 can efficiently guide the image light toward the light ray emitting unit 304 when the image light propagating in the light guide member 300 hits the first surface 305, and a good image can be obtained. Can be provided.

導光部材300は、第1面305、第2面306、および第3面307には反射、透過特性を有するコート402を有する。これにより、導光部材300は、外界を見るためのシースルー性を確保した上で、コートの蒸着工程を簡素化することができる。 The light guide member 300 has a coat 402 having reflection and transmission characteristics on the first surface 305, the second surface 306, and the third surface 307. As a result, the light guide member 300 can simplify the coating vapor deposition process while ensuring see-through property for seeing the outside world.

導光部材300は、画像光を全反射の繰り返しによって導光する2つの平行な面308、309を有し、2つの面308、309の少なくとも1つの面に平行平面の部材310が接合されており、平行平面の部材310の接合部には反射、透過特性を有するコート403を有する。これにより、導光部材300は、平行平板の部材310内で光を多重反射させることで、画像抜けがない良好な画像を提供できる。 The light guide member 300 has two parallel planes 308 and 309 that guide the image light by repeating total reflection, and the parallel plane member 310 is joined to at least one of the two planes 308 and 309. The joint portion of the member 310 on the parallel plane has a coat 403 having reflection and transmission characteristics. As a result, the light guide member 300 can provide a good image without image omission by multiple-reflecting light in the member 310 of the parallel flat plate.

本発明の一実施形態に係る虚像表示装置1000は、画像表示素子100と、画像表示素子100から出射される画像光を導光して射出する上述した導光部材300と、画像表示素子100から出射される画像光を導光部材300に入射させる光学系200と、を備える。 The virtual image display device 1000 according to an embodiment of the present invention comprises an image display element 100, the above-mentioned light guide member 300 that guides and emits image light emitted from the image display element 100, and an image display element 100. It includes an optical system 200 that causes the emitted image light to enter the light guide member 300.

すなわち、虚像表示装置1000は、画像光の光線射出部304に対する反射角θの最小値θ1を小さくして広視野角を実現しつつ、第1面305による再反射、および第3面307による反射に起因する迷光を低減することができるため、良好な画像を提供できる。 That is, the virtual image display device 1000 realizes a wide viewing angle by reducing the minimum value θ1 of the reflection angle θ with respect to the light ray emitting portion 304 of the image light, and re-reflects by the first surface 305 and reflects by the third surface 307. Since the stray light caused by the above can be reduced, a good image can be provided.

100 画像表示素子
200 光学系
201 光線射出部304に対する反射角θの最小値θ1で伝搬する光
202 光線射出部304に対する反射角θの最大値θ2で伝搬する光
300 導光部材
301 光線入射部
302 導光部
303 画像取り出し部
304 光線射出部(界面、境界面)
305 第1面(第1の傾斜面)
306 第2面(対向面)
307 第3面(第2の傾斜面)
308 導光部302の上面
309 導光部302の下面
310 平行平面の部材
311 平行平面の部材310の一端部
312 平行平面の部材310の他端部
350 ミラー
401 反射コート
402 反射、透過特性を有するコート
403 反射、透過特性を有するコート
404 接着層
500 フレーム部
1000 虚像表示装置(表示装置)
100 Image display element 200 Optical system 201 Light propagating at the minimum value θ1 of the reflection angle θ with respect to the light emitting part 304 202 Light propagating at the maximum value θ2 of the reflection angle θ with respect to the light emitting part 304 300 Light guide member 301 Light emitting part 302 Light guide part 303 Image extraction part 304 Light ray emission part (intersection, boundary surface)
305 First surface (first inclined surface)
306 Second surface (opposing surface)
307 Third surface (second inclined surface)
308 Upper surface of the light guide unit 302 309 Lower surface of the light guide unit 302 310 Parallel plane member 311 One end of the parallel plane member 310 312 The other end of the parallel plane member 310 350 Mirror 401 Reflection coat 402 Reflection and transmission characteristics Coat 403 Coat 404 with reflection and transmission characteristics Adhesive layer 500 Frame part 1000 Virtual image display device (display device)

特許第5703875号公報Japanese Patent No. 5703875

Claims (9)

導光された画像光を反射するとともに、外部に射出する界面と、
前記界面に平行に対向する対向面と、
前記画像光が導光される方向において、前記界面との距離が小さくなるように傾斜する第1の傾斜面と、
前記対向面と第1の傾斜面の間に設けられ、前記画像光が導光される方向において、前記界面との距離が大きくなるように傾斜する第2の傾斜面を有し、
前記界面に対する前記第2の傾斜面のなす角度をα、前記画像光の前記界面に対する反射角θの最小値をθ1とすると、
α ≧ 90°-θ1
を満たす導光部材。
The interface that reflects the guided image light and emits it to the outside,
With the facing surface parallel to the interface,
A first inclined surface that is inclined so that the distance from the interface becomes small in the direction in which the image light is guided.
It has a second inclined surface provided between the facing surface and the first inclined surface and inclined so that the distance from the interface becomes large in the direction in which the image light is guided.
Let α be the angle formed by the second inclined surface with respect to the interface, and θ1 be the minimum value of the reflection angle θ of the image light with respect to the interface.
α ≧ 90 ° −θ1
A light guide member that meets the requirements.
前記界面に対する前記第1の傾斜面のなす角度をγ、前記画像光の前記界面に対する反射角θの最大値をθ2、前記第1の傾斜面の長さをl、前記第2の傾斜面の長さをX1、β=90°-θ2とすると、
X1 > l(|tan(γ)|-|tan(β)|)/(|tan(α)|+|tan(β)|)・|cos(γ)/cos(α)|
を満たす請求項1に記載の導光部材。
The angle formed by the first inclined surface with respect to the interface is γ, the maximum value of the reflection angle θ of the image light with respect to the interface is θ2, the length of the first inclined surface is l, and the second inclined surface has a length of l. Assuming that the length is X1 and β = 90 ° -θ2,
X1> l (| tan (γ) |-| tan (β) |) / (| tan (α) | + | tan (β) |) · | cos (γ) / cos (α) |
The light guide member according to claim 1.
前記第1の傾斜面と前記第2の傾斜面の交点をP1、前記第2の傾斜面と前記対向面との交点をP2としたときに、前記画像光の前記界面に対する反射角θの最小値θ1で導光される前記画像光が、P2近傍を通過したときの前記第1の傾斜面との交点をP3とし、X2をP1とP3間の距離としたときに、
ξ=α+θ1-90°
η=α+γ-ξ
X2= X1(sin(ξ)/sin(η))
で定義されるX2が前記導光部材内を導光される前記画像光のあたらない領域であることを特徴とする請求項1または2記載の導光部材。
When the intersection of the first inclined surface and the second inclined surface is P1 and the intersection of the second inclined surface and the facing surface is P2, the minimum reflection angle θ of the image light with respect to the interface is the minimum. When the intersection of the image light guided by the value θ1 with the first inclined surface when passing near P2 is P3 and X2 is the distance between P1 and P3,
ξ = α + θ1-90 °
η = α + γ-ξ
X2 = X1 (sin (ξ) / sin (η))
The light guide member according to claim 1 or 2, wherein X2 defined in the above is a region that is guided in the light guide member and is not exposed to the image light.
前記対向面、前記第2の傾斜面、および前記第1の傾斜面は、前記画像光が導光される方向において、前記界面に近づくように繰り返し複数配置される請求項1~3の何れか記載の導光部材。 One of claims 1 to 3, wherein a plurality of the facing surface, the second inclined surface, and the first inclined surface are repeatedly arranged so as to approach the interface in the direction in which the image light is guided. The light guide member described. 前記複数の前記対向面の長さは、互いに異なっていることを特徴とする請求項1~4の何れか記載の導光部材。 The light guide member according to any one of claims 1 to 4, wherein the plurality of facing surfaces have different lengths from each other. 前記第1の傾斜面には反射コートを有することを特徴とする請求項1~5の何れか記載の導光部材。 The light guide member according to any one of claims 1 to 5, wherein the first inclined surface has a reflective coat. 前記第1の傾斜面、前記対向面、および前記第2の傾斜面には反射、透過特性を有するコートを有することを特徴とする請求項1~5の何れか記載の導光部材。 The light guide member according to any one of claims 1 to 5, wherein the first inclined surface, the facing surface, and the second inclined surface have a coat having reflection and transmission characteristics. 前記画像光を全反射の繰り返しによって導光する2つの平行な面を有し、前記2つの面の少なくとも1つの面に平行平面の部材が接合されており、前記平行平面の部材の接合部には反射、透過特性を有するコートを有することを特徴とする請求項1~7の何れか記載の導光部材。 It has two parallel planes that guide the image light by repeating total reflection, and a parallel plane member is joined to at least one of the two planes, and the joint portion of the parallel plane member is joined. The light guide member according to any one of claims 1 to 7, wherein the light guide member has a coating having reflection and transmission characteristics. 画像表示素子と、
前記画像表示素子から出射される前記画像光を導光して射出する請求項1~8の何れか記載の導光部材と、
前記画像表示素子から出射される前記画像光を前記導光部材に入射させる光学系と、
を備える表示装置。
Image display element and
The light guide member according to any one of claims 1 to 8, wherein the image light emitted from the image display element is guided and emitted.
An optical system that causes the image light emitted from the image display element to enter the light guide member, and an optical system.
Display device.
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