JP2012163658A - 虚像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ハーフミラー層28が画像光GLの入射角範囲よりも入射角が大きくなると反射率が増加する角度依存性を有するので、導光部材21から光透過部材23に射出され光透過部材23内で反射される意図しない光が比較的大きな入射角度で反射膜としてのハーフミラー層28を通過して導光部材21の光射出部B3に戻されることを防止できる。これにより、光透過部材23の加工精度や、導光部材21と光透過部材23との接着精度を高める要求を緩和しつつ、光透過部材23を経た画像光GLがゴースト光GGになることを防止でき、虚像表示装置100によって表示される虚像を高品位のものとすることができる。
【選択図】図2
Description
図1に示す実施形態の虚像表示装置100は、眼鏡のような外観を有するヘッドマウントディスプレイであり、この虚像表示装置100を装着した観察者に対して虚像による画像光を認識させることができるとともに、観察者に外界像をシースルーで観察させることができる。虚像表示装置100は、観察者の眼前を覆う光学パネル110と、光学パネル110を支持するフレーム121と、フレーム121のヨロイからテンプルにかけての部分に付加された第1及び第2駆動部131,132とを備える。ここで、光学パネル110は、第1パネル部分111と第2パネル部分112とを有し、両パネル部分111,112は、中央で一体的に連結された板状の部品となっている。図面上で左側の第1パネル部分111と第1駆動部131とを組み合わせた第1表示装置100Aは、左眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。また、図面上で右側の第2パネル部分112と第2駆動部132とを組み合わせた第2表示装置100Bは、右眼用の虚像を形成する部分であり、単独でも虚像表示装置として機能する。
図2(A)等に示すように、第1表示装置100Aは、画像形成装置10と、導光装置20とを備える。ここで、画像形成装置10は、図1における第1駆動部131に相当し、導光装置20は、図1における第1パネル部分111に相当する。なお、図1に示す第2表示装置100Bは、第1表示装置100Aと同様の構造を有し左右を反転させただけであるので、第2表示装置100Bの詳細な説明は省略する。
なお、液晶表示デバイス32の有効サイズは、第1方向D1よりも第2方向D2に長い横長となっている。一方、投射光学系12の射出開口幅は、第2方向D2よりも第1方向D1に長い縦長となっている。
図6(A)は、液晶表示デバイス32の縦断面CS1に対応する第1方向D1の光路を説明する図である。第1方向D1に沿った縦断面すなわちYZ面(展開後のY'Z'面)において、液晶表示デバイス32から射出された画像光のうち、図中一点鎖線で示す表示領域32bの上端側(+Y側)から射出される成分を画像光GLaとし、図中二点差線で示す表示領域32bの下端側(−Y側)から射出される成分を画像光GLbとする。
図7は、第1表示装置100Aにおける具体的な光路を説明する断面図である。投射光学系12は、3つのレンズL1,L2,L3を有している。
図9は、導光装置20におけるゴースト光の処理を説明する拡大図である。導光部材21の光射出部B3において、第1及び第2反射面21a,21bを経て入射してきた画像光GLは、第4反射面21dで反射されて光射出面OSを通過する。この際、第4反射面21dがハーフミラーとなっていることから、画像光GLは、第4反射面21dを例えば80%程度の強度で通過してゴースト光GGとなる可能性がある。すなわち、第4反射面21dを通過した画像光GLは、第2面23bで反射されるが、この画像光GLは、第4反射面21dを通過した場合、第1反射面21aや第4反射面21dを経て比較的目立つゴースト光GGとなる可能性がある。本実施形態では、このようなゴースト光GGを、角度特性を有するハーフミラー層(光透過性の反射膜又は半透過反射膜)28によって遮断している。
図10(A)は、図2(A)等に示す導光部材21の変形例を説明する図である。以上の説明では、導光部材21を伝播する画像光が第1及び第2反射面21a,21bに対して2つの反射角γ1,γ2のみで全反射されるとしたが、図10(A)に示す変形例の導光部材21のように、3つの成分の画像光GL31,GL32,GL33が反射角γ1,γ2,γ3(γ1>γ2>γ3)でそれぞれ全反射されることを許容することもできる。この場合、液晶表示デバイス32から射出される画像光GLは、3つのモードで伝搬され、観察者の眼EYの位置において合成されて虚像となる。この場合、図10(B)に示すように、有効表示領域A0の左側に例えば計3回全反射の投射像IM21が形成され、有効表示領域A0の中央寄りに例えば計5回全反射の投射像IM22が形成され、有効表示領域A0の右側に例えば計7回全反射の投射像IM23が形成される。
Claims (14)
- 導光部と、前記導光部に画像光を入射させる光入射部と、前記導光部によって導かれた画像光を外部に射出させる光射出部とを有し、前記光射出部を介して前記画像光の観察を可能にする導光部材と、
前記導光部材と組み合わせることによって外界光の観察を可能にする透視部を構成する光透過部材とを備え、
前記光射出部と前記光透過部材との間に、光透過性を有するとともに前記画像光の入射角範囲よりも入射角が大きくなると反射率が増加する角度依存性を有する反射膜が配置されている、虚像表示装置。 - 前記反射膜は、所定の下限角度を境として、階段状に反射率が変化する特性を有し、前記下限角度よりも大きな入射角の光をほとんど反射し、前記下限角度よりも小さな入射角の光を一様な透過率で透過させる、請求項1に記載の虚像表示装置。
- 前記反射膜は、複数種類の膜を積層することによって形成されている、請求項1及び2のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記反射膜は、金属反射膜と誘電体多層膜とを積層した構造を有する、請求項3に記載の虚像表示装置。
- 前記反射膜は、前記金属反射膜として透過率が調整されたAg膜を含む半透過反射膜から成る、請求項4に記載の虚像表示装置。
- 前記反射膜の反射率は、画像光に対して10以上50%以下である、請求項1から5までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記導光部は、互いに平行に配置され全反射による導光を可能にする第1反射面と第2反射面とを有し、
前記光入射部は、前記第1反射面に対して所定の角度をなす第3反射面を有し、
前記光射出部は、前記第1反射面に対して所定の角度をなす第4反射面を有し、
前記光透過部材は、前記反射膜を介して前記光射出部の前記第4反射面に接着される光透過面を有する楔状の部材を有し、
前記反射膜は、前記第4反射面と前記光透過面との間に配置されている、請求項1から6までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。 - 前記光透過部材は、前記第1反射面と第2反射面とに対してそれぞれ平行に配置される第1面と第2面とを有する、請求項7に記載の虚像表示装置。
- 前記導光部は、前記第1反射面と前記第4反射面との間と、前記第1反射面と前記第3反射面との間との少なくとも一方にゴースト光を阻止する端面を有する、請求項8に記載の虚像表示装置。
- 画像光を形成する画像表示装置と、前記画像表示装置から射出された前記画像光を入射させる投射光学系とを備え、
前記画像表示装置における第1部分領域から射出される第1画像光の前記導光部における反射回数と、導光に際して反射によって光路の折り返しが生じる閉じ込め方向に関して前記第1部分領域とは異なる第2部分領域から射出される第2画像光の前記導光部における反射回数とは、互いに異なる、請求項7から9までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。 - 前記閉じ込め方向は、前記投射光学系を通る第1光軸と前記第3反射面の法線とを含む断面に平行な方向である請求項10に記載の虚像表示装置。
- 前記導光部材と前記光透過部材とは、射出成型によってそれぞれ独立して一体的に成型される、請求項1から11までのいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記導光部材と前記光透過部材とは、熱重合型の樹脂材料によってそれぞれ成型される、請求項12に記載の虚像表示装置。
- 導光部と、前記導光部に画像光を入射させる光入射部と、前記導光部によって導かれた画像光を外部に射出させる光射出部とを有し、前記光射出部を介して前記画像光の観察を可能にする導光部材と、
前記導光部材と組み合わせることによって外界光の観察を可能にする透視部を構成する光透過部材とを備え、
前記導光部材の前記光射出部から前記光透過部材に入射した光が前記導光部材側へ再入射することを防止する半透過反射面を有する、虚像表示装置。
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