JP6958530B2 - 光学モジュールおよび頭部装着型表示装置 - Google Patents
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Description
本実施形態の頭部装着型表示装置は、観察者が頭に装着して使用するヘッドマウントディスプレイの一例である。以下の説明では、ヘッドマウントディスプレイ(Head Mounted Display)を、HMDと略記する。
図1に示すように、本実施形態のHMD(頭部装着型表示装置)300は、観察者が眼鏡を掛ける感覚で頭部に装着して使用するものである。本実施形態のHMD300は、透過型のHMDである。本実施形態のHMD300によれば、観察者は画像表示部により生成された画像を視認することができる。
本実施形態において、第1画像表示パネル20R、第2画像表示パネル20Gおよび第3画像表示パネル20Bは自発光パネルである。
図4は、第1画像表示パネルの構成を斜視図である。
図4に示すように、第1画像表示パネル20Rは、第1表示部30Rと、第1駆動回路部31Rと、第1接続部32Rと、を有する。
第1表示部30Rは、赤色の光を発する有機EL素子からなる画素をマトリックス状に配列することで構成される。第1表示部30Rは、赤色波長帯(例えば、620nm〜750nm)の赤色画像光を射出する。第1表示部30Rは、全体の平面形状が長辺30aおよび短辺30bを有する矩形状となっている。第1表示部30Rは、複数の画素を駆動することで所望の赤色画像光を生成する。
このような構成に基づき、第1画像表示パネル20Rは、外部から入力された信号を第1接続部32Rから駆動回路部31Rへと送信する。そして、駆動回路部31Rは第1表示部30Rを駆動させることで所望の赤色画像光を生成する。
図5に示すように、画像生成部11の構成部品であるクロスダイクロイックプリズム50は、例えばガラス等の透光性材料からなる4つの三角柱状のプリズム部材を貼り合わせて形成される四角柱状の部材である。具体的に4つの三角柱状のプリズム部材は、合同な形状であって、底面が直角二等辺三角形となっている。当該底面の直角部分の頂点が揃うように4つの三角柱状のプリズム部材の側面を貼り合わせることで、四角柱状の部材とされる。この場合、当該底面の頂点に沿った稜線が重なり合って1つの交差軸が形成されることになる。各三角柱状のプリズム部材の側面である貼り合わせ部分には互いに交差する第1光合成面51および第2光合成面52が形成されている。
なお、以下、第1ダイクロイック膜DM1および第2ダイクロイック膜DM2を特に区別しない場合、これらを合わせてダイクロイック膜DM1,DM2と称すことにする。
具体的に、画像生成部11において、交差軸CXの延びる方向をY方向とし、画像光LLの射出方向をZ方向とする。なお、上記のように規定したY方向およびZ方向に対して、右手系とした場合のY方向およびZ方向に垂直な方向をX方向とする。
図6に示すように、第1画像表示パネル20Rは、+Y方向から平面視した際、クロスダイクロイックプリズム50の光射出方向(+Z方向)に沿って該クロスダイクロイックプリズム50の外側に張り出すように設けられている。
図8に示すように、本実施形態のHMD300において、画像光LLは虚像映像IMとして観察者に視認される。一般に、人間の眼は、横方向についての視野が縦方向よりも広い。そのため、本実施形態のHMD300では、横方向についての画角θ1を縦方向についての画角θ2よりも大きくすることで、虚像映像IMを横長にしている。なお、クロスダイクロイックプリズム50における交差軸CXは、虚像映像IM上において水平方向(横方向)に延びる仮想軸IMaに相当する。また、交差軸CXは観察者の左右の眼が並ぶ方向B1に対応する。
図9に示すように、第1ダイクロイック膜DM1の反射特性は、該第1ダイクロイック膜DM1に入射する光の入射角度によって大きく変化することが明らかに分かる。
これに対し、第1ダイクロイック膜DM1において、赤色画像光GRにおける発散角αの拡がりは、第1ダイクロイック膜DM1での反射に大きな影響が出難いようになっている。
したがって、交差軸CXに垂直な方向についての発散角の範囲を考慮し、例えばこれに若干のマージンをもたせておけば、所望の透過反射特性を有するダイクロイック膜DM1,DM2を形成することができる。
続いて、第2実施形態の映像生成部について説明する。本実施形態の映像生成部と第1実施形態の画像生成部11との違いは、各画像表示パネル20R,20G,20Bの貼り付け方であり、それ以外の構成は共通である。そのため、以下では、共通の部材及び構成については同じ符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図11に示すように、第2実施形態の第1画像表示パネル20Rは、+Y方向から平面視した場合に、クロスダイクロイックプリズム50の光射出方向(+Z方向)に沿って該クロスダイクロイックプリズム50の外側に張り出すように設けられている。
また、第2実施形態の画像生成部111でも、Y方向においてクロスダイクロイックプリズム50の端面から各画像表示パネル20R,20G,20Bが突出しないため、画像生成部111におけるY方向の寸法はクロスダイクロイックプリズム50の幅となる。
例えば、アイリングの形状については、横長の楕円形状としているが、本発明はこれに限らず、観察者の眼の並ぶ方向を長軸方向とする種々の形状とすることができる。
Claims (7)
- 矩形状の第1表示部と、前記第1表示部を駆動させる第1駆動回路部と、前記第1駆動回路部と第1外部接続基板とを接続する第1接続部と、を有する第1画像表示パネルと、
矩形状の第2表示部と、前記第2表示部を駆動させる第2駆動回路部と、前記第2駆動回路部と第2外部接続基板とを接続する第2接続部と、を有する第2画像表示パネルと、
矩形状の第3表示部と、前記第3表示部を駆動させる第3駆動回路部と、前記第3駆動回路部と第3外部接続基板とを接続する第3接続部と、を有する第3画像表示パネルと、
前記第1画像表示パネルから射出された第1画像光と、前記第2画像表示パネルから射出された第2画像光と、前記第3画像表示パネルから射出された第3画像光と、を合成するクロスダイクロイックプリズムと、を備え、
前記クロスダイクロイックプリズムは、2つの光合成面が交差する交差軸を有し、
前記第1画像表示パネルは、前記第1表示部の長辺が前記交差軸に沿っており、かつ、前記第1駆動回路部および前記第1接続部が前記クロスダイクロイックプリズムの第1面に対向しない状態で、前記第1表示部が前記第1面に貼り付けられており、
前記第2画像表示パネルは、前記第2表示部の長辺が前記交差軸に沿っており、かつ、前記第2駆動回路部および前記第2接続部が前記クロスダイクロイックプリズムの第2面に対向しない状態で、前記第2表示部が前記第2面に貼り付けられており、
前記第3画像表示パネルは、前記第3表示部の長辺が前記交差軸に沿っており、かつ、前記第3駆動回路部および前記第3接続部が前記クロスダイクロイックプリズムの第3面に対向しない状態で、前記第3表示部が前記第3面に貼り付けられている、
ことを特徴とする光学モジュール。 - 前記第1駆動回路部および前記第1接続部は、前記第1表示部の短辺かつ前記第1画像表示パネルの長辺に沿って配置され、
前記第2駆動回路部および前記第2接続部は、前記第2表示部の短辺かつ前記第2画像表示パネルの長辺に沿って配置され、
前記第3駆動回路部および前記第3接続部は、前記第3表示部の短辺かつ前記第3画像表示パネルの長辺に沿って配置される、
ことを特徴とする請求項1に記載の光学モジュール。 - 前記第1画像表示パネルおよび前記第3画像表示パネルは前記クロスダイクロイックプリズムを挟んで互いが対向するように配置されており、
前記交差軸に沿う方向から平面視した際、前記第1画像表示パネルは前記クロスダイクロイックプリズムの光射出方向に沿って該クロスダイクロイックプリズムの外側に張り出すように設けられ、前記第3画像表示パネルは前記光射出方向と反対方向に沿って前記クロスダイクロイックプリズムの外側に張り出すように設けられ、前記第2画像表示パネルは前記光射出方向に交差する方向に沿って前記クロスダイクロイックプリズムの外側に張り出すように設けられる、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の光学モジュール。 - 前記第1画像表示パネルおよび前記第3画像表示パネルは前記クロスダイクロイックプリズムを挟んで互いが対向するように配置されており、
前記交差軸に沿う方向から平面視した際、前記第1画像表示パネルおよび前記第3画像表示パネル各々は、前記クロスダイクロイックプリズムの光射出方向に沿って該クロスダイクロイックプリズムの外側に張り出すように設けられ、前記第2画像表示パネルは前記光射出方向に交差する方向に沿って前記クロスダイクロイックプリズムの外側に張り出すように設けられる、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の光学モジュール。 - 前記複数の画像表示パネルは、自発光型パネルである、
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の光学モジュール。 - 前記自発光型パネルは有機ELパネルである、
ことを特徴とする請求項5に記載の光学モジュール。 - 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の光学モジュールと、
前記光学モジュールからの光を観察者の眼に投射する投射光学系と、を備える、
ことを特徴とする頭部装着型表示装置。
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