JP6293773B2 - 導光プリズム - Google Patents

Description

本発明は、映像光を導光して虚像を観察させるための導光プリズムに関するものである。

近年、小型の表示素子からの映像光を導光し、レンズにより拡大して虚像として観察するための導光プリズム（接眼光学部）が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような小型軽量の導光プリズムは、頭部に装着可能な装置に搭載することで、ウェアラブルディスプレイとして利用可能である。

特許文献１に開示の導光プリズムは、使用者の眼前に配置される使用状態において、上下方向の厚さが、映像光の入射部側は一様で、射出部側は入射部側から射出部に向けて薄くなるテーパ形状に形成されている。この導光プリズムによると、射出部側を小型にできるので、使用者の外界視界を確保できる利点がある。また、映像光の入射部側を厚くできるので、映像光に対する有効径の確保、表示素子の入射部への取り付け、筐体への固定部の確保、導光プリズムを射出成型する場合のゲートスペースの確保などが容易になる利点がある。

また、テーパ形状の導光プリズムとして、例えば図５Ａ及び図５Ｂに正面図及び平面図をそれぞれ示すような導光プリズム１００が想定される。この導光プリズム１００は、入射部１２１と、反射部１２２と、射出部１２３とを有する。射出部１２３は、接眼レンズで構成されている。この導光プリズム１００は、使用者の眼前に配置される使用状態において、入射部１２１に入射される表示素子２００からの映像光を、反射部１２２で１回反射させて射出部１２３から使用者の眼球に向けて射出するように導光して、使用者に虚像として観察させるものである。

特開２０１２−２０３１１３号公報

図５Ａ及び図５Ｂに示したような導光プリズム１００は、使用者の眼前に配置される使用状態において、入射部１２１側が一様な上下方向の厚さを有し、射出部１２３側がテーパ形状からなる。そのため、入射部１２１側及び射出部１２３側を、図５Ａに仮想線で示すように、それぞれ一様な上下方向の厚さを有し、射出部１２３側の厚さが入射部１２１の厚さよりも薄い階段状の段差形状に形成する場合と比較すると、中間部が厚くなり、その分、重量が嵩むことになる。したがって、より薄型化及び軽量化を図るためには、導光プリズム１００を図５Ａに仮想線で示すような階段状の段差形状に形成するのがよい。

図６Ａ及び図６Ｂは、段差状に形成した場合の導光プリズム１０１の正面図及び平面図をそれぞれ示している。図６Ａ及び図６Ｂにおいて、導光プリズム１０１は、入射部１２１と反射部１２２との間に段差部１２４を有し、入射部１２１側と、反射部１２２及び射出部１２３側とがそれぞれ一様な上下方向の厚さを有し、段差部１２４を境に、反射部１２２及び射出部１２３側の厚さが入射部１２１側の厚さよりも薄くなっている。

しかし、図６Ｂに示すように、使用状態における上面視において、段差部１２４の延在方向が導光プリズムの射出光軸Ｏ_eとほぼ平行であると、つまり段差部１２４が導光プリズム１０１の長手方向と直交する方向に延在すると、段差部１２４での外光などの反射光が使用者の眼球Ｅに入ることになる。そのため、段差部１２４が使用者の視界に入って違和感を与えることが懸念される。このような課題は、導光プリズムが筐体に保持された頭部装着型表示装置においても同様に生じるものである。

したがって、かかる観点に鑑みてなされた本発明の目的は、使用者の視界への違和感を低減できる導光プリズムを提供することにある。

上記目的を達成する本発明は、使用者の眼前に配置されて使用され、表示素子からの映像光を前記使用者の眼球に導光して虚像として観察させるための導光プリズムであって、
第１の導光部と、第２の導光部と、前記第１の導光部及び前記第２の導光部の間に位置する段差部とを有し、
使用者の眼前に配置される使用状態において、
前記第２の導光部が前記使用者の眼球正面側に位置し、
前記第１の導光部及び前記第２の導光部は、前記段差部を境に、前記第２の導光部の上下方向の厚さが前記第１の導光部の上下方向の厚さよりも薄くなり、
前記段差部は、前記使用者の視界に入らないように前記導光プリズムの射出光軸に対して傾斜して延在する。

前記導光プリズムは、前記使用状態における上面視において、
前記段差部の延在方向の延長線が、前記第１の導光部と前記眼球との間において、前記導光プリズムの射出光軸と交差するとよい。

前記導光プリズムは、前記使用状態における上面視において、
前記段差部の前記眼球側の端部とは反対側の端部が、前記眼球側の端部と前記眼球とを結ぶ直線の延長線よりも前記映像光の入射側に位置するとよい。

さらに、上記目的を達成する本発明は、使用者の眼前に配置されて使用され、表示素子からの映像光を前記使用者の眼球に導光して虚像として観察させる接眼光学部と、該接眼光学部を保持する筐体とを有する頭部装着型表示装置であって、
前記筐体は、第１の筐体部と、第２の筐体部と、前記第１の筐体部及び前記第２の筐体部の間に位置する段差部とを有し、
使用者の眼前に配置される使用状態において、
前記筐体は、前記第２の筐体部が前記使用者の眼球正面側に位置し、
前記第１の筐体部及び前記第２の筐体部は、前記段差部を境に、前記第２の筐体部の上下方向の厚さが前記第１の筐体部の上下方向の厚さよりも薄くなり、
前記段差部は、前記使用者の視界に入らないように前記導光プリズムの射出光軸に対して傾斜して延在する。

前記頭部装着型表示装置は、前記使用状態における上面視において、
前記段差部の前記眼球側の端部とは反対側の端部が、前記眼球側の端部と前記眼球とを結ぶ直線の延長線よりも前記映像光の入射側に位置するとよい。

さらに、上記目的を達成する本発明は、使用者の眼前に配置されて使用され、表示素子からの映像光を前記使用者の眼球に導光して虚像として観察させる導光プリズムと、該導光プリズムを保持する筐体とを有する頭部装着型表示装置であって、
前記筐体は、前記導光プリズムの一部を露出させて保持し、
使用者の眼前に配置される使用状態において、
前記導光プリズムは、前記筐体から露出する部分が前記眼球正面側に位置し、
前記筐体の前記導光プリズムを露出させる開口を有する端面部は、前記使用者の視界に入らないように前記導光プリズムの射出光軸に対して傾斜している。

前記頭部装着型表示装置は、前記使用状態における上面視において、
前記端面部の前記眼球側の端部とは反対側の端部が、前記眼球側の端部と前記眼球とを結ぶ直線の延長線よりも前記映像光の入射側に位置するとよい。

本発明によれば、使用者の視界への違和感を低減できる。

本発明の第１実施の形態に係る導光プリズムの要部の構成を示す正面図である。 図１Ａの導光プリズムの平面図である。 本発明の第２実施の形態に係る頭部装着型表示装置の要部の概略構成を示す正面図である。 図２Ａの頭部装着型表示装置の平面図である。 本発明の第３実施の形態に係る頭部装着型表示装置の要部の概略構成を示す正面図である。 図３Ａの頭部装着型表示装置の平面図である。 本発明に係る頭部装着型表示装置の一使用例を示す斜視図である。 テーパ形状の導光プリズムの要部の構成を示す正面図である。 図５Ａの導光プリズムの平面図である。 従来想定される段差形状の導光プリズムの要部の構成を示す正面図である。 図６Ａの導光プリズムの平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

（第１実施の形態）
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の第１実施の形態に係る導光プリズムの要部の構成を示す正面図及び平面図である。本実施の形態に係る導光プリズム１０は、入射部２１と、反射部２２と、射出部２３と、段差部２４とを有する。射出部２３は、接眼レンズで構成されている。この導光プリズム１０は、使用者の眼前に配置される使用状態において、入射部２１に入射される表示素子３０からの映像光を、反射部２２で１回反射させて射出部２３から使用者の眼球Ｅに向けて射出するように導光して、使用者に虚像として観察させるものである。段差部２４は、使用状態において、上面及び下面の両面に形成されている。

本実施の形態に係る導光プリズム１０は、使用状態における上下方向の厚さが、段差部２４を境として、第１の導光部を構成する入射部２１側と、第２の導光部を構成する反射部２２及び射出部２３側とでそれぞれ一様で、反射部２２及び射出部２３側の厚さの方が、入射部２１側の厚さよりも薄くなっている。つまり、段差部２４が階段状に形成されている。反射部２２及び射出部２３を有する第２の導光部は、使用状態において、使用者の眼球Ｅの正面側に位置される。また、段差部２４は、使用状態において、使用者の視界に入らないように導光プリズムの射出光軸Ｏ_eに対して傾斜して延在している。言い換えると、段差部２４は、使用者の視軸に対して傾斜して延在している。

そのため、本実施の形態においては、使用状態における上面視において、段差部２４の延在方向の延長線Ｉ₁が、射出部２３と眼球Ｅとの間において、導光プリズムの射出光軸Ｏ_eと交差するように段差部２４が形成される。言い換えると、使用状態における上面視において、段差部２４は、眼球Ｅ側の端部２４ａとは反対側の端部２４ｂが、端部２４ａと眼球Ｅとを結ぶ直線の延長線Ｉ₂よりも入射部２１側に位置する。

ここで、導光プリズム１０の使用状態における射出部２３から眼球Ｅまでの距離は、例えば１５ｍｍ〜２５ｍｍ程度であり、導光プリズム１０の左右の長さは、例えば２４ｍｍ〜３０ｍｍ程度である。また、段差部２４は、中間部に形成するのが好ましい。したがって、射出光軸Ｏ_eと延長線Ｉ₁とのなす角度θは、例えば２５度以上とするのが好ましい。なお、段差部２４は、入射部２１側及び射出部２３側の面に対して直角であってもよいし、若干傾斜させてもよい。

本実施の形態に係る導光プリズム１０によると、段差部２４が、使用状態において使用者の視界に入らないように、導光プリズムの射出光軸Ｏ_eに対して傾斜して形成されているので、使用者の視界への違和感を低減できる。また、段差部２４が階段状に形成さているので、反射部２２及び射出部２３側の薄型化及び軽量化が図れる。

（第２実施の形態）
図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の第２実施の形態に係る頭部装着型表示装置の要部の概略構成を示す正面図及び平面図である。本実施の形態に係る頭部装着型表示装置４０は、筐体５０を有している。筐体５０には、導光プリズム１１及び表示素子３０等が保持されており、使用者の眼前に配置される使用状態において、表示素子３０からの映像光を、導光プリズム１１により使用者の眼球Ｅに向けて射出するように導光して、使用者に虚像として観察させるように構成される。なお、導光プリズム１１は、公知の構成のものが使用可能であるが、ここでは説明の便宜上、図１Ａ及び図１Ｂに示したような構成のものを使用するものとする。したがって、導光プリズム１１については、図１Ａ及び図１Ｂに示した構成要素と同一作用をなす部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。

本実施の形態において、筐体５０は、第１の筐体部５１と、第２の筐体部５２と、段差部５３とを有している。第２の筐体部５２は、使用状態において、使用者の眼球Ｅの正面側に位置される。また、第１の筐体部５１及び第２の筐体部５２は、使用状態における上下方向の厚さが、段差部５３を境としてそれぞれ一様で、第２の筐体部５２の厚さの方が、第１の筐体部５１の厚さよりも薄くなっている。つまり、段差部５３が階段状に形成されている。なお、段差部５３は、使用状態において、上面及び下面の両面に形成されている。また、段差部５３は、使用状態において、段差部５３での外光の反射光が使用者の眼球Ｅに入射しないように、つまり段差部５３が使用者の視界に入らないように、導光プリズムの射出光軸Ｏ_eに対して傾斜して延在している。

筐体５０には、段差部５３に導光プリズム１１の段差部２４が位置するように、第１の筐体部５１に導光プリズム１１の入射部２１側及び表示素子３０等が保持され、第２の筐体部５２に導光プリズム１１の反射部２２及び射出部２３側が保持される。第２の筐体部５２には、導光プリズム１１の射出部２３に対応して映像光を射出するための開口５２ａが形成されている。なお、本実施の形態において、筐体５０の段差部５３及び導光プリズム１１の段差部２４が隣接する面に対して傾斜して形成されているが、垂直であってもよい。

ここで、筐体５０の段差部５３は、第１実施の形態の導光プリズム１０と同様に、使用状態における上面視において、段差部５３の延在方向の延長線Ｉ₁が、開口５２ａと眼球Ｅとの間において、導光プリズムの射出光軸Ｏ_eと交差するように形成される。言い換えると、使用状態における上面視において、段差部５３は、眼球Ｅ側の端部５３ａとは反対側の端部５３ｂが、端部５３ａと眼球Ｅとを結ぶ直線の延長線Ｉ₂よりも導光プリズム１１の入射部２１側に位置する。なお、射出光軸Ｏ_eと延長線Ｉ₁とのなす角度θは、第１実施の形態の場合と同様に、例えば２５度以上とするのが好ましい。

したがって、本実施の形態によると、使用状態において、段差部５３での外光の反射光が使用者の眼球Ｅに入ることがないので、使用者の視界への違和感を低減できる。また、段差部５３が階段状に形成されているので、第２の筐体部５２をテーパ状に形成する場合と比較して、第２の筐体部５２の薄型化及び軽量化が図れる。

（第３実施の形態）
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の第３実施の形態に係る頭部装着型表示装置の要部の概略構成を示す正面図及び平面図である。本実施の形態に係る頭部装着型表示装置４１は、筐体６０を有している。筐体６０には、導光プリズム１２及び表示素子３０等が保持されており、使用者の眼前に配置される使用状態において、表示素子３０からの映像光を、導光プリズム１２により使用者の眼球Ｅに向けて射出するように導光して、使用者に虚像として観察させるように構成される。なお、導光プリズム１２は、公知の構成のものが使用可能であるが、ここでは説明の便宜上、図１Ａ及び図１Ｂに示したような構成のものを使用するものとする。したがって、導光プリズム１２については、図１Ａ及び図１Ｂに示した構成要素と同一作用をなす部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。なお、図３Ａ及び図３Ｂでは、導光プリズム１２の段差部２４が隣接する面に対して傾斜して形成されているが、垂直であってもよい。

本実施の形態において、導光プリズム１２は、使用状態において使用者の眼球Ｅ側に位置される厚さの薄い反射部２２及び射出部２３側が筐体６０から露出され、段差部２４を含む厚さの厚い入射部２１側が筐体６０に保持される。つまり、導光プリズム１２は、筐体６０から露出する部分が、使用状態において使用者の眼球Ｅの正面側に位置される。したがって、使用状態における筐体６０の上下方向の厚さは、導光プリズム１２の入射部２１側の上下方向の厚さよりも厚くなっている。また、筐体６０は、導光プリズム１２を露出させる開口６０ａを有する端面部６１が、使用状態において、端面部６１での外光の反射光が使用者の眼球Ｅに入射しないように、つまり端面部６１が使用者の視界に入らないように、導光プリズムの射出光軸Ｏ_eに対して傾斜して形成されている。

ここで、筐体６０の端面部６１は、第１実施の形態の導光プリズム１０と同様に、使用状態における上面視において、端面部６１の平面の延長線Ｉ₁が、導光プリズム１２の射出部２３と眼球Ｅとの間において、導光プリズムの射出光軸Ｏ_eと交差するように形成される。言い換えると、使用状態における上面視において、端面部６１は、眼球Ｅ側の端部６１ａとは反対側の端部６１ｂが、端部６１ａと眼球Ｅとを結ぶ直線の延長線Ｉ₂よりも導光プリズム１２の入射部２１側に位置する。なお、視軸Ｏ_eと延長線Ｉ₁とのなす角度θは、第１実施の形態の場合と同様に、例えば２５度以上とするのが好ましい。

したがって、本実施の形態によると、使用状態において、端面部６１での外光の反射光が使用者の眼球Ｅに入ることがないので、使用者の視界への違和感を低減できる。また、第１実施の形態と同様の構成の導光プリズム１２を保持することで、筐体６０からの導光プリズム１２の露出部分の薄型化及び軽量化が図れる。

図４は、本発明に係る頭部装着型表示装置の一使用例を示す斜視図である。図４では、図３Ａ及び図３Ｂに示した頭部装着型表示装置４１が眼鏡７０に支持されて使用される場合を例示している。頭部装着型表示装置４１は、使用者が眼鏡７０を掛けた状態で、筐体６０から露出する導光プリズム１２が眼鏡７０の一方のレンズ部７１の前方、すなわち使用者の一方の眼球の眼前に配置されるように、筐体６０が眼鏡７０のテンプル部７２やヨロイ部７３等に支持される。したがって、この場合は、導光プリズム１２から射出される映像光は、レンズ部７１を通して使用者の眼球に導光され、これにより使用者は映像光による虚像を観察することが可能となる。図２Ａ及び図２Ｂに示した頭部装着型表示装置４０についても、同様に眼鏡に支持して使用することが可能である。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、第１実施の形態に示した導光プリズム１０の段差部２４は、使用状態における上下方向の両面に限らず、上面又は下面の片側にのみ形成してもよい。同様に、第２実施の形態に示した頭部装着型表示装置４０の筐体５０の段差部５３も、使用状態における上下方向の両面に限らず、上面又は下面の片側にのみ形成してもよい。また、導光プリズムは、上述した実施の形態で示したような入射された映像光を内部で１回反射させて射出させる構成に限らず、特許文献１に記載のような多数回反射させて射出させる導光プリズムにも本発明を有効に適用することが可能である。さらに、本発明に係る頭部装着型表示装置は、図４に示したように眼鏡７０に支持して使用される場合に限らず、レンズ部のない眼鏡形状の支持部材やヘッドセット等に支持して使用されてもよい。

１０、１１、１２ 導光プリズム
２１ 入射部
２２ 反射部
２３ 射出部
２４ 段差部
２４ａ、２４ｂ 端部
３０ 表示素子
４０、４１ 頭部装着型表示装置
５０ 筐体
５１ 第１の筐体部
５２ 第２の筐体部
５２ａ 開口
５３ 段差部
５３ａ、５３ｂ 端部
６０ 筐体
６０ａ 開口
６１ 端面部
７０ 眼鏡

Claims (3)

1. 使用者の眼前に配置されて使用され、表示素子からの映像光を前記使用者の眼球に導光して虚像として観察させるための導光プリズムであって、
   第１の導光部と、第２の導光部と、前記第１の導光部及び前記第２の導光部の間に位置する段差部とを有し、
   使用者の眼前に配置される使用状態において、
   前記第２の導光部が前記使用者の眼球正面側に位置し、
   前記第１の導光部及び前記第２の導光部は、前記段差部を境に、前記第２の導光部の上下方向の厚さが前記第１の導光部の上下方向の厚さよりも薄くなり、
   前記段差部は、前記使用者の視界に入らないように前記導光プリズムの射出光軸に対して傾斜して延在する、導光プリズム。
2. 前記使用状態における上面視において、
   前記段差部の延在方向の延長線が、前記第１の導光部と前記眼球との間において、前記導光プリズムの射出光軸と交差する、請求項１に記載の導光プリズム。
3. 前記使用状態における上面視において、
   前記段差部は、前記眼球側の端部とは反対側の端部が、前記眼球側の端部と前記眼球とを結ぶ直線の延長線よりも前記映像光の入射側に位置する、請求項１又は２に記載の導光プリズム。

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