JP2022020912A - Light guide member and display unit - Google Patents
Light guide member and display unit Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022020912A 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
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- guide member
- light guide
- image
- inclined surface
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 21
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 13
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 20
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 19
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 19
- 208000013057 hereditary mucoepithelial dysplasia Diseases 0.000 description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 7
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 5
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 4
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 2
- 102220616555 S-phase kinase-associated protein 2_E48R_mutation Human genes 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000005019 vapor deposition process Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Example: FIG. 12
■ Virtual
Viewing angle (diagonal): 40 degrees ■
Display area: 5.0 mm x 3.1 mm
■
-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
・ 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
16 (a), (b) and (c) exemplify a case where the
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
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
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
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
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
●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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
305 First surface (first inclined surface)
306 Second surface (opposing surface)
307 Third surface (second inclined surface)
308 Upper surface of the
Claims (9)
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.
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.
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.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020124168A JP2022020912A (en) | 2020-07-21 | 2020-07-21 | Light guide member and display unit |
EP21732571.1A EP4185805A1 (en) | 2020-07-21 | 2021-06-09 | Light guide member and display device |
CN202180060883.3A CN116235095A (en) | 2020-07-21 | 2021-06-09 | Light guide member and display device |
US18/008,183 US20230280592A1 (en) | 2020-07-21 | 2021-06-09 | Light guide member and display device |
PCT/IB2021/055053 WO2022018534A1 (en) | 2020-07-21 | 2021-06-09 | Light guide member and display device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020124168A JP2022020912A (en) | 2020-07-21 | 2020-07-21 | Light guide member and display unit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022020912A true JP2022020912A (en) | 2022-02-02 |
Family
ID=80220056
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020124168A Pending JP2022020912A (en) | 2020-07-21 | 2020-07-21 | Light guide member and display unit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2022020912A (en) |
-
2020
- 2020-07-21 JP JP2020124168A patent/JP2022020912A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3190447B1 (en) | Light guide and virtual image display device | |
JP5686011B2 (en) | Image relay optical system and virtual image display device including the same | |
CN112327495B (en) | Light guide, virtual image optical system, and virtual image display device | |
KR20100108333A (en) | Optical guide and ocular vision optical system | |
US11307419B2 (en) | Display apparatus | |
JP6687885B2 (en) | Virtual image optical system and virtual image display device | |
JP2017122784A (en) | Light guide unit and virtual image display optical system | |
JP2017049511A (en) | Light guide device and virtual image display device | |
JP2017120384A (en) | Virtual image display device | |
JP6701559B2 (en) | Light guide and virtual image display device | |
JP6681042B2 (en) | Light guide and virtual image display device | |
JP6048514B2 (en) | Image relay optical system | |
JP6822194B2 (en) | Virtual image optical system and virtual image display device | |
JP6963738B2 (en) | Light guide member, light guide and virtual image display device | |
JP6569859B2 (en) | Light guide and virtual image display device | |
JP6657943B2 (en) | Light guide and virtual image display | |
JP2019197079A (en) | Virtual image display device | |
JP2022020912A (en) | Light guide member and display unit | |
JP2019113721A (en) | Light guide device and display device | |
CN115004080A (en) | Light guide body and virtual image display device | |
JP2012098324A (en) | Light guide plate and virtual image display device having the same | |
JP6836707B2 (en) | Light guide and virtual image display device | |
US20230280592A1 (en) | Light guide member and display device | |
JP6778406B2 (en) | Light guide member, light guide and virtual image display device | |
JP6778405B2 (en) | Light guide member, light guide and virtual image display device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230511 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20231012 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20231124 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20231205 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240130 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20240305 |