JP2022025896A - 虚像表示装置及び光学ユニット - Google Patents
虚像表示装置及び光学ユニット Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022025896A JP2022025896A JP2020129070A JP2020129070A JP2022025896A JP 2022025896 A JP2022025896 A JP 2022025896A JP 2020129070 A JP2020129070 A JP 2020129070A JP 2020129070 A JP2020129070 A JP 2020129070A JP 2022025896 A JP2022025896 A JP 2022025896A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mirror
- transmission
- display device
- concave
- wavelength
- 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 title claims description 86
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 claims abstract description 27
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 165
- 239000010408 film Substances 0.000 description 161
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 12
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 10
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 235000000177 Indigofera tinctoria Nutrition 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 2
- 229940097275 indigo Drugs 0.000 description 2
- COHYTHOBJLSHDF-UHFFFAOYSA-N indigo powder Natural products N1C2=CC=CC=C2C(=O)C1=C1C(=O)C2=CC=CC=C2N1 COHYTHOBJLSHDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 229910000952 Be alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 239000001023 inorganic pigment Substances 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000012860 organic pigment Substances 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000004270 retinal projection Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
- G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/26—Reflecting filters
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
- G02B2027/0178—Eyeglass type
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
【課題】正面に画像光が射出され、外部から表示中の映像が見えてしまうことを防止する。【解決手段】画像光生成装置11と、画像光生成装置11からの画像光MLを反射する半透過傾斜ミラー23と、半透過傾斜ミラー23で反射された画像光MLを半透過傾斜ミラー23に向けて反射して射出瞳EPを形成する凹面半透過ミラー24とを備え、凹面半透過ミラー24は、半透過傾斜ミラー23に対向する内側に波長分布を有する部分反射膜24bを有する。【選択図】図4
Description
本発明は、シースルー型の虚像表示装置に関し、特に画像光を透過傾斜ミラーで反射させて凹面透過ミラーに入射させ凹面透過ミラーからの反射光を透過傾斜ミラー越しに観察するタイプの虚像表示装置及び光学ユニットに関する。
透過反射面と凹面ミラーとを備える虚像表示装置として、例えば透過反射面を組み込んだプリズム部材を備えるものが存在する(特許文献1参照)。この装置では、プリズム部材に入射した画像光をプリズム部材の全反射面で透過反射面に向けて全反射させて導くとともに、透過反射面で画像光をプリズム部材の前方に配置された凹面ミラーに向けて反射することが記載されている。
上記特許文献1の虚像表示装置では、正面に画像光が射出されるため、外部から表示中の映像が見えてしまうという問題がある。
本発明の一側面における虚像表示装置は、画像光生成装置と、画像光生成装置からの画像光を反射する透過傾斜ミラーと、透過傾斜ミラーで反射された画像光を透過傾斜ミラーに向けて反射して射出瞳を形成する凹面透過ミラーとを備え、凹面透過ミラーは、透過傾斜ミラーに対向する内側に波長分布を有する部分反射膜を有する。
〔第1実施形態〕
以下、図1~4等を参照して、本発明に係る第1実施形態の虚像表示装置及びこれに組み込まれる光学ユニットについて説明する。
以下、図1~4等を参照して、本発明に係る第1実施形態の虚像表示装置及びこれに組み込まれる光学ユニットについて説明する。
図1は、ヘッドマウントディスプレイ(以下、HMDとも称する。)200の装着状態を説明する図であり、HMD200は、これを装着する観察者又は装着者USに虚像としての映像を認識させる。図1等において、X、Y、及びZは、直交座標系であり、+X方向は、HMD200又は虚像表示装置100を装着した観察者又は装着者USの両眼EYの並ぶ横方向に対応し、+Y方向は、装着者USにとっての両眼EYの並ぶ横方向に直交する上方向に相当し、+Z方向は、装着者USにとっての前方向又は正面方向に相当する。±Y方向は、鉛直軸又は鉛直方向に平行になっている。
HMD200は、右眼用の第1表示装置100Aと、左眼用の第2表示装置100Bと、表示装置100A,100Bを支持するテンプル状の一対の支持装置100Cとを備える。第1表示装置100Aは、上部に配置される表示駆動部102と、メガネレンズ状で眼前を覆う外観部材103とで構成される。第2表示装置100Bも同様に、上部に配置される表示駆動部102と、メガネレンズ状で眼前を覆う外観部材103とで構成される。支持装置100Cは、表示駆動部102を介して外観部材103の上端側を支持している。第1表示装置100Aと第2表示装置100Bとは、光学的に左右を反転させたものであり、以後では、右眼用の第1表示装置100Aを代表の虚像表示装置100として説明する。
図2は、右眼用の表示装置100Aである虚像表示装置100を説明する斜視図であり、図3は、虚像表示装置100の光学的構造を説明する図である。図3において、第1領域AR1は、画像光生成装置11及び光学ユニット12の側方断面図であり、第2領域AR2は、画像光生成装置11及び光学ユニット12の光路に沿った部分的な断面を示す平面図である。
図2に示すように、虚像表示装置100は、画像光生成装置11と光学ユニット12と表示制御回路13とを備える。ただし、本明細書において、表示制御回路13を除いたものも、光学的機能を達成する観点で虚像表示装置100と呼ぶ。画像光生成装置11及び表示制御回路13は、図1に示す表示駆動部102の外枠内に支持され、光学ユニット12の一部も、表示駆動部102の外枠内に支持されている。
画像光生成装置11は、自発光型の表示デバイスである。画像光生成装置11は、例えばマイクロLEDディスプレイであり、2次元の表示面11aにカラーの静止画又は動画を形成する。画像光生成装置11は、表示制御回路13に駆動されて表示動作を行う。画像光生成装置11は、マイクロLEDディスプレイに限らず、有機EL(有機エレクトロルミネッセンス、Organic Electro-Luminescence)、無機EL、有機LED、レーザーアレイ、量子ドット発光型素子等を用いた表示デバイスに置き換えることができる。画像光生成装置11は、自発光型の画像光生成装置に限らず、LCDその他の光変調素子で構成され、当該光変調素子をバックライトのような光源によって照明することによって画像を形成するものであってもよい。画像光生成装置11として、LCDに代えて、LCOS(Liquid crystal on silicon, LCoSは登録商標)や、デジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いることもできる。
図2及び3に示すように、光学ユニット12は、投射光学系21と、透過傾斜ミラー23と、凹面透過ミラー24とを備える。凹面透過ミラー24における透過ミラーの語は、光を部分的に透過させるミラーであることを意味する。ここで、画像光生成装置11から投射光学系21にかけての光路は、透過傾斜ミラー23の上側に配置されている。より具体的には、画像光生成装置11や投射光学系21は、透過傾斜ミラー23を延長した傾斜平面と、凹面透過ミラー24の上端を上方に延長した鉛直面との間に挟まれた空間に配置されている。
投射光学系21は、画像光生成装置11から射出された画像光MLを投射する。投射光学系21は、画像光生成装置11から射出された画像光MLを結像するように収束させた後に透過傾斜ミラー23に入射させる。つまり、投射光学系21は、光路上で画像光生成装置11と透過傾斜ミラー23との間に配置されている。投射光学系21は、第1レンズ系21aと折り返しミラー21bと第2レンズ系21cとを有する。第1レンズ系21aは、図3に示す例では2つのレンズ21f,21gを含むが、1又は3以上のレンズで構成することができる。第2レンズ系21cは、図3に示す例では1つのレンズ21iを含むが、2以上のレンズで構成することができる。レンズ21f,21g,21iは、球面レンズ、非球面レンズ、自由曲面レンズ等のいずれであってもよい。折り返しミラー21bは、平板状の光学部材であり、平面反射面MS1を有する。折り返しミラー21bの平面反射面MS1は、金属膜又は誘電体多層膜からなる。平面反射面MS1は、平板面上に、例えばAl、Agのような金属その他の材料で形成された単層膜又は多層膜からなる反射膜を蒸着等によって形成することによって得られる。折り返しミラー21bは、光軸AXをYZ面内で90°より少ない鋭角方向に折り曲げる。第1レンズ系21aを経て前方である+Z方向に進む画像光MLは、折り返しミラー21bによって斜め後下方向である-Y方向及び-Z方向の間の方向に折り曲げられ、第2レンズ系21cを経て透過傾斜ミラー23に入射する。
透過傾斜ミラー23は、平板板状の光学部材であり、透過性を有する平面反射面MS2を有する。透過傾斜ミラー23は、一様な厚さを有し透過性を有する平行平板23aの一方面23f上に透過反射膜として金属膜又は誘電体多層膜を形成したものであり、かかる透過反射膜は、平面反射面MS2として機能する。平面反射面MS2の反射率及び透過率は、例えば50%程度に設定される。なお、平行平板23aの他方面23r上には、反射防止膜を形成することができる。透過傾斜ミラー23は、光軸AXをYZ面内で略直交する方向に折り曲げる。投射光学系21の第1レンズ系21aを経て下方向である-Y方向に対して若干後方に傾斜して進む画像光MLは、透過傾斜ミラー23によって前方である+Z方向に対して若干下方に傾斜した方向に折り曲げられ、凹面透過ミラー24に入射する。透過傾斜ミラー23は、凹面透過ミラー24と眼EY又は瞳孔が配置される射出瞳EPとの間に配置されて射出瞳EPを覆っている。透過傾斜ミラー23は、図1に示す表示駆動部102の外枠に対して直接又は間接的に固定することができ、凹面透過ミラー24等に対する配置関係が適切に設定された状態とすることができる。
透過傾斜ミラー23又は平面反射面MS2は、鉛直方向に延びるXY面を基準とした場合、-X側から見てX軸の周りに反時計方向に角度θ=20~40°程度傾いた状態となっている(図3の横断面図参照)。以上のように、透過傾斜ミラー23は、鉛直軸であるY軸と透過傾斜ミラー23とがなす角度が45°未満となるように配置されている。Y軸と透過傾斜ミラー23とがなす角度が仮に45°よりも大きくなると、透過傾斜ミラー23が標準より倒れた状態となって、透過ミラーのZ軸方向における厚みが増えてしまうが、Y軸と透過傾斜ミラー23とがなす角度が45°よりも小さくなると、透過傾斜ミラー23が標準よりも立ち上がった状態となって、透過ミラーのZ軸方向における厚みが減る。つまり、本実施形態のようにY軸と透過傾斜ミラー23とがなす角度を45°未満とすることで、凹面透過ミラー24を基準として透過傾斜ミラー23が背面の-Z方向に大きく突出する配置になることを回避することができ、虚像表示装置100又は光学ユニット12の前後のZ方向に関する厚みが増すことを回避することができる。
凹面透過ミラー24は、射出瞳EPに向かって凹形状を有する光学部材であり、透過性を有する部分反射面MCを有する。凹面透過ミラー24は、光収束機能を有し、透過傾斜ミラー23で反射され発散する画像光MLをコリメートし、透過傾斜ミラー23を介して射出瞳EPに入射させる。凹面透過ミラー24は、射出瞳EPに向かって凹面を有し、外界に向かって凹面を反転させた凸面を有する結果として、湾曲しながらも一様な厚さを有する。凹面透過ミラー24の板状体24aは、凹面透過ミラー24の外形を決定づける基材である。板状体24aは、光を実質的に損失なく透過させる透過性を有する。板状体24aの一方面24r上には、部分反射膜として金属膜又は誘電体多層膜が形成され、かかる部分反射膜は、凹の部分反射面MCとして機能する。部分反射面MCは、球面に限らず、非球面その他の軸対称な曲面とすることができる。凹面透過ミラー24は、透過傾斜ミラー23で反射されて前方に進む画像光MLを反射して透過傾斜ミラー23に戻しつつ透過傾斜ミラー23を部分的に透過させ射出瞳EPに集める。透過傾斜ミラー23から凹面透過ミラー24に向かう射出光軸AXEは、凹面透過ミラー24で折り返されて射出瞳EPに向かう光軸AXと一致している。画像光MLは、凹面透過ミラー24の部分反射面MCの全体に対して垂直に近い方向から入射し、光学的な対称性が高いものとなっている。凹面透過ミラー24は、透過傾斜ミラー23を外界側において覆っている。透過傾斜ミラー23は、凹面透過ミラー24と眼EY又は瞳孔が配置される射出瞳EPとの間に配置されて射出瞳EPを覆っている。図示の光学系において、透過傾斜ミラー23から凹面透過ミラー24に向かう軸線であり凹面ミラー24から射出瞳EPの中心に向かう軸線でもある射出光軸AXEは、前方の+Z方向に対して10°程度下向きに傾いて延びている。射出光軸AXEを水平軸であるZ軸に対して前方側で10°程度下向きにすることにより、虚像を観察する装着者USの眼EYの疲れを低減することができる。
部分反射面MCは、自由曲面であってもよいが、軸対称な曲面とすることで、部分反射面MCに目的とする反射特性を持たせることが容易になる。
凹面透過ミラー24は、図1に示す透過性の外観部材103の一部を構成するように組み込まれている。つまり、凹面透過ミラー24の周囲に透過性を有し或いは透過性を有しない板状部材を拡張するように設けることで、凹面透過ミラー24を含む外観部材103とすることができる。外観部材103は、メガネレンズ状のものに限らず、様々な輪郭又は外観とすることができる。
光路について説明すると、画像光生成装置11からの画像光MLは、投射光学系21によって結像されるように集光されつつ折り曲げられ、透過傾斜ミラー23に入射する。透過傾斜ミラー23で例えば50%程度反射された画像光MLは、凹面透過ミラー24に入射して部分反射面MCによって殆ど反射される。凹面透過ミラー24で反射された画像光MLは、透過傾斜ミラー23を通過し、装着者USの眼EY又は瞳孔が配置される射出瞳EPに入射する。ここで、射出瞳EPは、眼EYが配置されることを想定した光学ユニット12のアイポイントであり、画像光生成装置11の表示面11aの各点からの光が虚像の観察を可能にする角度で一か所に集まるように入射する。透過傾斜ミラー23と投射光学系21と間には、中間像IIが形成されている。中間像IIは、画像光生成装置11の表示面11aに形成された画像を適宜拡大したものとなっている。射出瞳EPには、凹面透過ミラー24を通過した外界光OLも入射する。つまり、HMD200を装着した装着者USは、外界像に重ねて、画像光MLによる虚像を観察することができる。
なお、凹面透過ミラー24は、外界光OLを通過させるが画像光MLも僅かながら通過させるので、凹面透過ミラー24の正面に漏れ光LEを生じさせる。仮に漏れ光LEの強度が高いとすると、装着者USの周囲に存在する第三者OSが画像光生成装置11の表示面11aに表示された画像の一部PIを観察できるようになる(図1参照)。これに対し、本実施形態では、後述するように凹面透過ミラー24において部分反射面MCが漏れ光LEを抑制するものとなっており、画像の一部PIが第三者OSによって観察可能になることを回避している。
以下、図4を参照して、凹面透過ミラー24の構造について説明する。凹面透過ミラー24は、全体の形状を維持する支持体である板状体24aと、板状体24aの内側(図3における射出瞳EP側)に形成された部分反射膜24bと、板状体24aの外界側に形成された反射防止膜24cとを含む。
凹面透過ミラー24又は板状体24aは、形状的な強度を確保する観点で1mm以上の厚みを有するが、軽量化の観点で2mm以下の厚みを有することが好ましい。板状体24aは、光透過性を有する樹脂材料から、例えば射出成形によって形成される。
部分反射膜24bは、部分反射面MCとして機能し、画像光MLを所期の反射率で反射する。部分反射膜24bは、バンド反射フィルター又はノッチフィルタと呼ばれるものであり、複数の波長帯域で反射率が高められている。部分反射膜24bは、誘電体多層膜で形成することができる。具体的には、板状体24aの第1面2a上に、複数種類の金属酸化膜を光学設計に基づいた膜厚で積層する。これにより、画像光MLの波長的な広がりに相当するRGBの表示波長領域において部分反射膜24bの反射率を100%に近くすることができ、部分反射膜24bによって画像光MLを無駄なく反射することができる。一方、画像光MLの波長的な欠落に相当する可視域の他波長領域において部分反射膜24bの反射率を0%に略等しくすることができ、部分反射膜24bによって外界光OLが遮られることを可能な限り回避することができる。なお、部分反射膜24bは、板状体24a上に直接形成されるものである必要はなく、例えば板状体24aをハードコート膜で被覆し、その上に部分反射膜24bを形成してもよい。
部分反射膜24bは、上記のような誘電体多層膜に限らず、金属膜と複合した多層膜によって形成することもできる。
図5は、画像光生成装置11から射出される画像光MLの波長特性と、部分反射膜24bの反射特性とを説明するチャートである。このチャートにおいて、横軸は、波長(nm)を示し、縦軸は、反射率(%)又は光強度(任意単位)を示す。なお、説明の便宜上、各色の光強度のピーク値を等しくしているが、各色の実際の光強度が等しいことを示すものではない。つまり、RGBの実際の光強度は、互いに異なるピーク値を有するものとなっている。
画像光生成装置11から射出される画像光MLは、画像光生成装置11を構成するマイクロLEDの発光特性に依存した波長分布特性を有する。画像光MLは、RGBの各色の表示波長領域RIにおいて、所定以上の強度を有する。一方、画像光生成装置11から射出される画像光MLは、表示波長領域RIを除いた可視域の他波長領域RJにおいて、所定以下の強度を有する。具体的には、画像光MLの青成分BLの表示波長領域RIは、波長427~472nmであり、画像光MLの緑成分GLの表示波長領域RIは、波長512~557nmであり、画像光MLの赤成分RLの表示波長領域RIは、波長594~638nmである。表示波長領域RIは、例えば画像光MLのピーク値の半値を基準として定義することができるが、これに限らず、ピーク値の例えば30%を基準とするといったことも可能である。
部分反射膜24bの反射特性は、RGBの各表示波長領域RIにおいて、反射率の最大値を含み反射膜としての機能を発揮する反射特性部分RAを有する。部分反射膜24bの反射率は、各表示波長領域RIにおいて、反射特性部分RAで80~90%程度の反射率に設定され、RGB間又はその外側の他波長領域RJにおいて、0%~数%に設定されている。このことは、部分反射膜24bが波長分布を有することを意味し、画像光MLに対応する表示波長領域RIにおける反射率が表示波長領域RIを除いた可視域の他波長領域RJにおける反射率よりも高くなっている。図示の例では、反射特性部分RAでの反射率が波長に伴って変動しているが、より変動の大きい特性又はより変動の少ない平坦な又は一様な特性であってもよい。また、反射特性部分RAを除いた反射特性部分RBでの反射率は、0%に近い一様なものである必要はなく、反射率が0%に近い範囲で波長に伴って変動するものであってもよい。部分反射膜24bの反射率や透過率を調整する手法として、例えば部分反射膜24bを構成する誘電体多層膜の層数を増減調整すること、誘電体多層膜の膜厚をその設計上の適正値が波長λに対して例えばλ/4であるとしてこのような適正値から若干シフトさせること、成膜方法や成膜条件の調整等を挙げることができる。
なお、部分反射膜24bの反射率は、RGBの表示波長領域RIの全体で80~90%程度以上に設定されることが望ましいが、表示波長領域RIの端部で低下してもよい。図示の実施例でも、表示波長領域RIの両端で部分反射膜24bの反射率がゼロに低下している。つまり、反射特性部分RAの波長幅Δλは、画像光MLの漏れを抑制する観点で表示波長領域RIの波長幅に近いことが望ましいが、外界光OLの減衰を低減する観点でRGBの各色の表示波長領域RIの波長幅よりも若干狭くしている。表示波長領域RIの波長幅は、画像光生成装置11を構成する発光素子の発光特性に依存するが、具体的には例えば30nm~50nmに調整され、反射特性部分RAの波長幅Δλは、部分反射膜24bの性能にもよるが、具体的には例えば10nm~30nmに設定されている。各色の画像光MLの反射率は、反射特性部分RAの反射率と反射特性部分RBの反射率とを考慮する必要がある。本実施形態のように、反射特性部分RAの波長幅Δλが表示波長領域RIよりも狭く、かつ、反射特性部分RBで反射率が実質的にゼロである場合、波長幅Δλが表示面11aすなわち光源の実効的な波長範囲になる。一方、反射特性部分RAの波長幅Δλが表示波長領域RIよりも広く、かつ、反射特性部分RBで反射率が実質的にゼロである場合、表示面11aすなわち光源からの光が略すべて活用される。外界光の平均的な透過率は、3つの反射特性部分RAでの反射率をαB、αG、αRとし、これらの波長幅をΔλB、ΔλG、ΔλRとし、これらを除いた4つの反射特性部分RBでの反射率をα1、α2、α3、α4とし、これらの波長幅をδλ1、δλ2、δλ3、δλ4として、
{(100-αB)×ΔλB+(100-αG)×ΔλG+(100-αR)ΔλR}÷
(ΔλB+ΔλG+ΔλR)+
{(100-α1)×δλ1+(100-α2)×δλ2+
(100-α3)×δλ3+(100-α4)×λ4}÷
(δλ1+δλ2+δλ3+δλ4)
で与えられる。
{(100-αB)×ΔλB+(100-αG)×ΔλG+(100-αR)ΔλR}÷
(ΔλB+ΔλG+ΔλR)+
{(100-α1)×δλ1+(100-α2)×δλ2+
(100-α3)×δλ3+(100-α4)×λ4}÷
(δλ1+δλ2+δλ3+δλ4)
で与えられる。
表示波長領域RIの波長幅は、画像光生成装置11がレーザーアレイで構成される場合、ダイオードアレイの場合に比較して狭くなる。また、表示波長領域RIの波長幅は、画像光生成装置11が有機ELアレイで構成される場合、ダイオードアレイの場合に比較して広くなる傾向がある。有機ELアレイを用いた画像光生成装置11であっても、画素に付随するカラーフィルターの波長特性を調整することによって波長幅の自在な調整が可能になる。
部分反射膜24bの反射率が表示波長領域RIにおいて最大で80~90%程度以上に設定されること、或いは反射特性部分RAが80~90%程度以上の反射率に設定されることにより、画像光MLが略無駄なく実質的に反射され、凹面透過ミラー24の画像光MLに対する反射効率が高められる。また、部分反射膜24bの反射率がRGB間の他波長領域RJにおいて略0%に設定されることにより、画像光ML以外の光、例えば外界光OLが少ない損失で透過し、凹面透過ミラー24のシースルー性が高められる。なお、部分反射膜24bの反射率が他波長領域RJで例えば10%~20%程度以下である低反射率の場合も、画像光ML以外の光を実質的に透過させているとみなす。
図4に戻って、反射防止膜24cは、部分反射膜24bを部分的に通過した画像光MLが逆進してゴーストを形成することを防止している。反射防止膜24cは、誘電体多層膜である。反射防止膜24cは、板状体24aの第2面2b上に、複数種類の金属酸化膜を光学設計に基づいた膜厚で積層することによって形成される。なお、反射防止膜24cは、板状体24a上に直接形成されるものである必要はなく、例えば板状体24aをハードコート膜で被覆し、その上に反射防止膜24cを形成してもよい。
以上で説明した、第1実施形態の虚像表示装置100では、凹面透過ミラー24が透過傾斜ミラー23に対向する内側に波長分布を有する部分反射膜24bを有するので、部分反射膜24bを透過して外界側に射出される画像光MLを抑制することができ、表示中の映像が外部から見えにくくなり、情報漏えいの抑制効果が高まる。特に、部分反射膜24bが波長分布を有することにより、対象とする波長以外では透過性を確保することができ、シースルー性を確保することができる。なお、透過傾斜ミラー23の使用によって、プリズム部材を用いる場合に比較して、虚像表示装置100の光学系の軽量化を図ることができる。
特に第1実施形態では、部分反射膜24bが画像光MLに対応する表示波長領域RIにおける反射率が他波長領域RJにおける反射率よりも高い特性を有するので、部分反射膜24bでの反射によって画像光MLの観察を容易にしつつ、部分反射膜24bでの透過によって外界光OLの観察を容易にすることができる。また、本実施形態では、部分反射膜24bが他波長領域RJの光を実質的に透過させるので、部分反射膜24bにおける外界光OLの透過率を、画像光MLに影響しない波長域で可能な限り高めることができる。
〔第2実施形態〕
以下、第2実施形態の虚像表示装置について説明する。第2実施形態の虚像表示装置等は、第1実施形態の虚像表示装置を部分的に変更したものであり、共通部分については説明を省略する。
以下、第2実施形態の虚像表示装置について説明する。第2実施形態の虚像表示装置等は、第1実施形態の虚像表示装置を部分的に変更したものであり、共通部分については説明を省略する。
図6は、第2実施形態の特徴を説明する図であり、第1実施形態の図5に示す部分反射膜24bの反射率に変更を加えたものである。部分反射膜24bの反射特性は、RGBの各表示波長領域RIにおいて、反射率の最大値を含み反射膜としての機能を発揮する反射特性部分RAを有し、RGB間又はその外側の他波長領域RJにおいて、透過膜としての機能を発揮する透過特性部分RBを有する。部分反射膜24bの反射率は、各色の表示波長領域RIにおいて、80~90%程度(反射特性部分RA参照)に設定され、RGB間又はその外側の他波長領域RJにおいて、20~70%程度(透過特性部分RB参照)に設定されている。
図示の例では、反射特性部分RAで反射率が波長に伴って変動しているが、より変動の大きい特性又はより変動の少ない平坦な又は一様な特性であってもよい。また、透過特性部分RBでも反射率が波長に伴って変動しているが、より変動の大きい特性又はより変動の少ない平坦な又は一様な特性であってもよい。
部分反射膜24bの反射率が他波長領域RJにおいて20~70%程度に設定されること、或いは透過特性部分RBが20~70%程度に設定されることは、部分反射膜24bが、他波長領域RJの光を部分的に透過させ部分的に遮断することを意味する。この場合、部分反射膜における外界光OLの透過率を、画像光MLに影響しない波長域で確保することになり、凹面透過ミラー24のシースルー性を確保した構成となっている。
以上で説明した、第2実施形態の虚像表示装置100では、部分反射膜24bが他波長領域RJの光を部分的に遮断するので、部分反射膜24bにおける外界光OLの透過率を画像光MLに影響しない波長域で確保することができる。
〔第3実施形態〕
以下、第3実施形態の虚像表示装置について説明する。第3実施形態の虚像表示装置等は、第1実施形態の虚像表示装置を部分的に変更したものであり、共通部分については説明を省略する。
以下、第3実施形態の虚像表示装置について説明する。第3実施形態の虚像表示装置等は、第1実施形態の虚像表示装置を部分的に変更したものであり、共通部分については説明を省略する。
図7は、第3実施形態の虚像表示装置に組み込まれる凹面透過ミラーの構造について説明する図である。図7において、第1領域BR1は、第3実施形態の虚像表示装置に組み込まれる第1例の凹面透過ミラー124の構造について説明する拡大断面図であり、第2領域BR2は、第2例の凹面透過ミラー224の構造について説明する拡大断面図である。
図7の第1領域BR1に示す第1例において、板状体124aは、射出光吸収部材42であり、部分反射膜24bを通過した射出光が外界側に射出することを抑制する。板状体124aすなわち射出光吸収部材42により、透過率を例えば1/2にするといった任意の減光が可能になる。射出光吸収部材42は、樹脂の基材中に吸収剤を分散させた材料からなり、具体的には、約10~100nmのサイズを有し金属等からなるナノ粒子を樹脂に含有させることによって形成される。ここで、射出光吸収部材42中に分散させたナノ粒子が、RGBの3色でバランスよく光を吸収するものであれば、透過光の色調を維持した減光が可能になる。射出光吸収部材42中のナノ粒子の密度等の調整によって、射出光吸収部材42の透過率を調整することができる。金属ナノ粒子は単体金属に限らず合金等であってもよい。射出光吸収部材42は、樹脂の基材中にナノ粒子を分散させたものに限らず、樹脂中に無機顔料や有機顔料を混入させたものを用いることができ、この場合、顔料の選択や配合によって調色が可能になる。その他、カーボンファイバーを練り込んだ樹脂を用いることもできる。
図8は、第3実施形態の虚像表示装置に組み込まれる凹面透過ミラー124の特性を説明する図であり、第1実施形態の図5に示す部分反射膜24bの反射率に変更を加えたものになっている。第3実施形態の場合、部分反射膜24bの反射特性は、RGBの各表示波長領域RIにおいて、反射膜としての機能を発揮する反射特性部分RAが20~70%程度の反射率に設定されている。この場合、凹面透過ミラー124が各表示波長領域RIの外界光OLを部分的に透過させ、全波長域に亘って外界光OLの観察が可能になる。その一方で、部分反射膜24bを透過して外側に射出される画像光MLの強度も相対的に大きくなる。このため、射出光吸収部材42において、部分反射膜24bの外側に配置される板状体124aを射出光吸収部材42として機能させる。この射出光吸収部材42により、部分反射面MCを透過して外界側に射出された画像光MLが減光され、表示中の映像が外部から見えにくくなる。
図8では、RGBの各表示波長領域RIにおける反射率を一致させているが、RGB間で相対的に反射率に差を持たせることもできる。
図7の第2領域BR2に示す第2例において、凹面透過ミラー224は、支持体である板状体24aと、板状体24aの内側に形成された部分反射膜24bと、板状体24aの外界側に形成された射出光吸収膜45と、射出光吸収膜45の外界側に形成された反射防止膜24cとを備える。
射出光吸収膜45は、部分反射膜24bを通過した射出光が外界側に射出することを抑制する吸収膜として機能する。射出光吸収膜45により、透過率を例えば1/2にするといった任意の減光が可能になる。射出光吸収膜45は、例えば板状体24aを構成する樹脂の外界側表面上に金属薄膜を形成することによって形成することができる。金属薄膜は、例えばAg、Cr、Al等の金属や誘電体材料を素材として、蒸着やスパッタリングによって多層膜として形成される。射出光吸収膜45は、例えば板状体24aを構成する樹脂の外界側表面に染料を含浸させることによって形成することもできる。複数種類の染料を含浸させることによって透過光の色調を維持した減光が可能になる。さらに、射出光吸収膜45は、グレーに着色された有機材料をコーティングすることによって形成することができ、グレーに着色されたポリエステルその他の樹脂フィルムを張り付けることによっても形成することができる。
なお、射出光吸収膜45の外界側面45a上には反射防止膜24cが形成されている。反射防止膜24cは、射出光吸収膜45をハードコート膜で被覆した上に形成することができる。
〔第4実施形態〕
以下、第4実施形態の虚像表示装置について説明する。第4実施形態の虚像表示装置等は、第1実施形態の虚像表示装置を部分的に変更したものであり、共通部分については説明を省略する。
以下、第4実施形態の虚像表示装置について説明する。第4実施形態の虚像表示装置等は、第1実施形態の虚像表示装置を部分的に変更したものであり、共通部分については説明を省略する。
図9は、第4実施形態の虚像表示装置に組み込まれる画像光生成装置11から射出される画像光MLの波長特性と、凹面透過ミラー24の反射特性を説明する図である。画像光生成装置11から射出される画像光MLの波長は、青色については、426nm~472nmの範囲に亘り、緑色については、522nm~568nmの範囲に亘り、赤色については、650nm~704nmの範囲に亘るものとなっている。つまり、各色の表示波長領域RIは、波長426nm~472nm、波長522nm~568nm、及び波長650nm~704nmに設定されている。第1実施形態と比較すると、青色の中心波長を元のままに維持し、緑色の中心波長を約10nmのシフト量で長波長側にシフトさせ、赤色の中心波長を約60nmのシフト量で長波長側にシフトさせている。これに対応して、凹面透過ミラー24の部分反射膜24bは、青の波長432nm~468nm、緑の波長526nm~564nm、及び赤の波長654nm~700nmにおいて反射特性部分RAを有する。
信号機において、青灯は波長503nmを主波長とし、黄灯は波長592nmを主波長とし、赤灯は波長630nmを主波長としている。一方、各色の波長は、規格によって多少の差異はあるが、紫が380~430nm、藍が波長430~460nm、青が波長460~500nm、緑が波長500~570nm、黄が波長590~610nm、橙が波長590~610nm、赤が波長610~780nmといわれている。信号機の表示を見逃さないためには、凹面透過ミラー24が、灯色すなわちシースルー確保波長である、波長630nm、波長592nm、及び波長503nmの光を十分な透過率で透過させるものである必要がある。このため、本実施形態では、部分反射膜24bをシースルー確保波長に対してシフトさせた波長領域で反射率を相対的に高めたものとする。図9に示す反射特性の凹面透過ミラー24であれば、赤灯、黄灯、及び青灯の光を効率的に透過させつつも、波長432nm~468nmの青又は藍色を反射し、波長526nm~564nmの緑色を反射し、波長654nm~700nmの赤色を反射することが分かる。図示の例において、画像光生成装置11の表示波長領域RI又は凹面透過ミラー24の反射特性部分RAの波長域は、信号機の表示波長に対して20nm程度の差を有するものとなっており、画像光の表示色と信号機の灯色とを反射に関して仕分け可能なものとなっている。画像光生成装置11の表示波長領域RI又は凹面透過ミラー24の反射特性部分RAの波長域は、信号機の灯色の主波長から10nm~30nm程度のシフト量でシフトさせたものに設定されることが望ましい。
以上では、凹面透過ミラー24の反射特性を信号機について配慮したものとしたが、その他の警報等に関連する特定色の光を透過させる機能を凹面透過ミラー24に持たせることができる。
〔第5実施形態〕
以下、第5実施形態の虚像表示装置について説明する。第5実施形態の虚像表示装置等は、第1実施形態の虚像表示装置を部分的に変更したものであり、共通部分については説明を省略する。
以下、第5実施形態の虚像表示装置について説明する。第5実施形態の虚像表示装置等は、第1実施形態の虚像表示装置を部分的に変更したものであり、共通部分については説明を省略する。
図10を参照して、第5実施形態の虚像表示装置に組み込まれた光学ユニット512について説明する。図10は、光学ユニット512のうち凹面透過ミラー24の周辺を説明する拡大断面図である。
凹面透過ミラー24の外界側には、シェード51が配置されている。シェード51は、図1に示す表示駆動部102に設けたメガネフレーム状の部分に対して着脱可能に固定されて凹面透過ミラー24から離間して対向した状態で配置されている。凹面透過ミラー24は、第1実施形態又は第3実施形態で説明したものと同様の構造を有する。
凹面透過ミラー24の構造は、図4に示すものと同様となっており、例えば図6に示すような反射特性を有する。
シェード51は、支持体である板状体51aと、板状体51aの内側に形成された反射防止膜51bと、板状体51aの外界側に形成された部分反射膜51cとを備える。部分反射膜51cは、外界光OLのうち画像光MLと同一の波長を有するものが凹面透過ミラー24に入射することを抑制する。部分反射膜51cの反射率の波長特性は、凹面透過ミラー24の部分反射膜24bの反射率の波長特性と同様のものとなっている。具体的には、部分反射膜24bは、RGBの各表示波長領域RIにおいて、70%を超えるような高い反射率を有し、RGB間又はその外側の他波長領域RJにおいて、20~70%程度の透過性の反射率を有するように設定されている。部分反射膜24bは、各表示波長領域RIで外界光OLを完全には遮光せず若干の漏れ光が生じる。部分反射膜51cは、表示波長領域RIの外界光OLが部分反射膜24bに入射しこれを透過することを抑制する。部分反射膜51cによって、外界光OLが画像光MLの観察を妨げる現象をより確実に防止することができる。部分反射膜51cは、部分反射膜24bを通過した画像光MLを減衰させ、画像光MLの外界への漏れを抑制している。
シェード51において、板状体51aは、図7に示す板状体124aのように、射出光吸収部材42として機能するものであってもよい。射出光吸収部材42として機能する板状体51aにより、外界光OLや画像光MLの通過をより制限することができる。
シェード51において、板状体51aの外界側に、図7に示す凹面透過ミラー224と同様に、射出光吸収膜45を設けることができる。射出光吸収膜45により、外界光OLの通過をより制限することができる。
図11に示すように、シェード51は、表示駆動部102に設けたフレーム状の部分に対して着脱可能に固定されている。シェード51は、凹面透過ミラー24を含む外観部材103を全体的に覆っている。結果的に、シェード51は、凹面透過ミラー24の内側に形成された部分反射膜24b又は板状体24aを覆う領域に設けられている。シェード51は、凹面透過ミラー24に部分反射膜24bが設けられている場合、かかる部分反射膜24bを覆う領域に設けられることになる。このように、シェード51によって部分反射膜24bを完全に覆うことで、画像光MLが外部からより見えにくくなる。なお、部分反射膜24bが凹面透過ミラー24の全領域に形成されていない場合、シェード51も、部分反射膜24bに対向する狭い領域を覆うようなものとすることができる。
〔第6実施形態〕
以下、第6実施形態の虚像表示装置について説明する。第6実施形態の虚像表示装置等は、第1実施形態の虚像表示装置を部分的に変更したものであり、共通部分については説明を省略する。
以下、第6実施形態の虚像表示装置について説明する。第6実施形態の虚像表示装置等は、第1実施形態の虚像表示装置を部分的に変更したものであり、共通部分については説明を省略する。
図12及び13を参照して、第6実施形態の虚像表示装置について説明する。図12は、虚像表示装置100の構造を説明する模式的な斜視図である。図13において、第1領域CR1は、画像光生成装置11及び光学ユニット612の側面図であり、第2領域CR2は、画像光生成装置11及び光学ユニット612の光路に沿った部分的な断面を示す平面図である。
光学ユニット612は、透過傾斜ミラー23と、凹面透過ミラー24とを備える。つまり、第6実施形態の虚像表示装置では、中間像を形成することなく凹面透過ミラー24に画像光MLを入射させる。
光路について説明すると、画像光生成装置11からの画像光MLは、透過傾斜ミラー23に入射する。透過傾斜ミラー23で例えば50%程度反射された画像光MLは、凹面透過ミラー24に入射して部分反射面MCによって殆ど反射される。凹面透過ミラー24で反射された画像光MLは、装着者USの眼EY又は瞳孔が配置される射出瞳EPに入射する。射出瞳EPには、凹面透過ミラー24を通過した外界光OLも入射する。つまり、HMD200を装着した装着者USは、外界像に重ねて、画像光MLによる虚像を観察することができる。
光学ユニット612において、凹面透過ミラー24の断面構造は、図4、7等に示すものと同じものとなっており、画像光MLの波長域で反射率が高くなっている。また、凹面透過ミラー24の外界側には、図10に示すシェード51を着脱可能に配置することができる。
〔第7実施形態〕
以下、第7実施形態の虚像表示装置について説明する。第7実施形態の虚像表示装置等は、第1実施形態の虚像表示装置を部分的に変更したものであり、共通部分については説明を省略する。
以下、第7実施形態の虚像表示装置について説明する。第7実施形態の虚像表示装置等は、第1実施形態の虚像表示装置を部分的に変更したものであり、共通部分については説明を省略する。
図14を参照して、第7実施形態の虚像表示装置について説明する。光学ユニット712は、投射光学系721と、折り返しミラー22と、透過傾斜ミラー23と、凹面透過ミラー24とを備える。つまり、投射光学系721と透過傾斜ミラー23の間に折り返しミラー22が配置されている。
折り返しミラー22は、画像光生成装置11からの光路順で、第1ミラー22aと第2ミラー22bとを含む。折り返しミラー22は、投射光学系721からの画像光MLを交差方向に反射する。第2ミラー22bの光射出側には、透過傾斜ミラー23が配置されている。投射光学系721の光軸である投射光軸AX0は、横のX軸方向に平行に延びている。第1ミラー22aによって投射光軸AX0から反射光軸AX1に沿って光路が折り曲げられ、第2ミラー22bによって反射光軸AX1から反射光軸AX2に沿って光路が折り曲げられる。結果的に、投射光学系721の射出側において略水平方向に延びていた光軸が透過傾斜ミラー23の入射側において鉛直に近い方向に延びる。
透過傾斜ミラー23は、鉛直方向に延びるXY面を基準とした場合、-X側から見てX軸の周りに反時計方向に角度θ=20~40°程度傾いた状態となっている。画像光生成装置11から折り返しミラー22にかけての光路は、透過傾斜ミラー23の上側に配置されている。より具体的には、画像光生成装置11、投射光学系21、及び折り返しミラー22は、透過傾斜ミラー23を延長した傾斜平面と、凹面透過ミラー24の上端を上方に延長した鉛直面との間に挟まれた空間に配置されている。
光学ユニット712において、凹面透過ミラー24の断面構造は、図4、7等に示すものと同じものとなっており、画像光MLの波長域で反射率が高くなっている。また、凹面透過ミラー24の外界側には、図10に示すシェード51を着脱可能に配置することができる。
〔第8実施形態〕
以下、第8実施形態の虚像表示装置について説明する。第8実施形態の虚像表示装置等は、第1実施形態の虚像表示装置を部分的に変更したものであり、共通部分については説明を省略する。
以下、第8実施形態の虚像表示装置について説明する。第8実施形態の虚像表示装置等は、第1実施形態の虚像表示装置を部分的に変更したものであり、共通部分については説明を省略する。
図15を参照して、第8実施形態の虚像表示装置について説明する。本実施形態では、凹面透過ミラー24のうち、透過傾斜ミラー23に対向する領域A1において、部分反射面MCを形成することができる。領域A1の周囲の領域A2,A3については、部分反射面MCに対して徐々に画像光MLの反射率を減少させた反射率遷移領域を形成することができる。
〔変形例その他〕
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記実施形態の虚像表示装置100では、画像光生成装置11としてマイクロLEDディスプレイで等の自発光型の表示デバイスやLCDその他の光変調素子を用いているが、これに代えて、レーザー光源とポリゴンミラー等であるスキャナーとを組みあわせたレーザスキャナーを用いた構成も可能である。つまり、レーザー網膜投影型のヘッドマウントディスプレイに対して本発明を適用することも可能である。
凹面透過ミラー24の部分反射膜24bについては、回折格子によって形成することもできる。この場合も、画像光MLに対応する表示波長領域RIにおける反射率が他波長領域RJにおける反射率よりも高くなる。
凹面透過ミラー24を構成する板状体24aについては、樹脂材に限らず、ガラスや合成石英で形成することもできる。
光学ユニット12は、透過傾斜ミラー23の前段に、導光体、プリズム、プリズムとミラーの複合体等を含む光学系であってもよい。
具体的な態様における虚像表示装置は、画像光生成装置と、画像光生成装置からの画像光を反射する透過傾斜ミラーと、透過傾斜ミラーで反射された画像光を透過傾斜ミラーに向けて反射して射出瞳を形成する凹面透過ミラーとを備え、凹面透過ミラーは、透過傾斜ミラーに対向する内側に波長分布を有する部分反射膜を有する。
上記虚像表示装置では、凹面透過ミラーが透過傾斜ミラーに対向する内側に波長分布を有する部分反射膜を有するので、部分反射膜を透過して外界側に射出される画像光を抑制することができ、表示中の映像が外部から見えにくくなり、情報漏えいの抑制効果が高まる。特に、部分反射膜が波長分布を有することにより、対象とする波長以外では透過性を確保することができ、シースルー性を確保することができる。なお、透過傾斜ミラーの使用によって、プリズム部材を用いる場合に比較して、虚像表示装置の光学系の軽量化を図ることができる。
具体的な側面において、部分反射膜は、画像光に対応する表示波長領域における反射率が表示波長領域を除いた可視域の他波長領域における反射率よりも高い特性を有する。この場合、部分反射膜での反射によって画像光の観察を容易にしつつ、部分反射膜での透過によって外界光の観察を容易にすることができる。
別の側面において、部分反射膜は、他波長領域の光を実質的に透過させる。この場合、部分反射膜における外界光の透過率を、画像光に影響しない波長域で可能な限り高めることができる。
さらに別の側面において、部分反射膜は、他波長領域の光を部分的に遮断する。この場合、部分反射膜における外界光の透過率を、画像光に影響しない波長域で確保することができる。
さらに別の側面において、部分反射膜は、シースルー確保波長に対してシフトさせた波長領域で反射率を相対的に高めている。この場合、画像光を一般的な波長域からシフトさせ、凹面透過ミラーにおいて一般的な画像光と重なる波長域の外界光を透過させることができ、重要と認められる情報の取り込みが妨げられることを防止することができる。
さらに別の側面において、部分反射膜は、シースルー確保波長に対して30nm以下のシフト量でシフトさせた波長領域で反射率を相対的に高めている。
さらに別の側面において、凹面透過ミラーは、部分反射膜を支持する支持体を介して部分反射膜の反対側に反射防止膜を有する。この場合、部分反射膜を通過した画像光が支持体の反対側で反射されることを防止することができ、ゴーストの発生を抑制することができる。
さらに別の側面において、凹面透過ミラーは、画像光を透過傾斜ミラーに向けて反射し射出瞳を形成する。
さらに別の側面において、凹面透過ミラーの外界側に凹面透過ミラーから離間したシェードを有する。シェードによって、外界側に射出される画像光を抑制することができる。
さらに別の側面において、シェードは、凹面透過ミラー内側に設けられた部分反射膜を覆う領域に設けられる。
さらに別の側面において、シェードは、波長分布を有する部分反射膜を有する。部分反射膜によって、外界側に射出される画像光を抑制することができる。
さらに別の側面において、凹面透過ミラーの厚みは2mm以下である。この場合、ミラー部材を軽量にするこができ、虚像表示装置の光学系の軽量化を図ることができる。
さらに別の側面において、透過傾斜ミラーから凹面透過ミラーに向かう射出光軸は、水平軸に対して前方で下向きに設定されている。
さらに別の側面において、画像光生成装置からの画像光を交差方向に反射する折り返しミラーをさらに備える。この場合、画像光生成装置やこれに付随する光学素子が透過傾斜ミラーの上方や後方に大きく出っ張ることを防止しやすくなりでき、虚像表示装置を小型化することによって、スマートな外観を達成することができる。
さらに別の側面において、画像光生成装置と透過傾斜ミラーとの間に配置され中間像を形成する投射光学系をさらに備える。この場合、投射光学系によって画像光生成装置を小型化しつつ画質を高めることができる。
さらに別の側面において、中間像を形成することなく凹面透過ミラーに画像光を入射させる。
具体的な態様における光学ユニットは、画像光を反射する透過傾斜ミラーと、透過傾斜ミラーで反射された画像光を透過傾斜ミラーに向けて反射して射出瞳を形成する凹面透過ミラーとを備え、凹面透過ミラーは、透過傾斜ミラーに対向する内側に波長分布を有する部分反射膜を有する。
上記光学ユニットでは、凹面透過ミラーが透過傾斜ミラーに対向する内側に波長分布を有する部分反射膜を有するので、部分反射膜を透過して外界側に射出される画像光を抑制することができ、表示中の映像が外部から見えにくくなり、情報漏えいの抑制効果が高まる。特に、部分反射膜が波長分布を有することにより、対象とする波長以外では透過性を確保することができ、シースルー性を確保することができる。なお、透過傾斜ミラーの使用によって、プリズム部材を用いる場合に比較して、虚像表示装置の光学系の軽量化を図ることができる。
11…画像光生成装置、12…光学ユニット、13…表示制御回路、21…投射光学系、22…折り返しミラー、23…透過傾斜ミラー、24,124,224…凹面透過ミラー、24a,124a…板状体、24b…部分反射膜、24c…反射防止膜、42…射出光吸収部材、45…射出光吸収膜、51…シェード、51c…部分反射膜、100…虚像表示装置、100A,100B…表示装置、100C…支持装置、102…表示駆動部、103…外観部材、AX…光軸、AXE…射出光軸、BL…青成分、GL…緑成分、RL…赤成分、EP…射出瞳、EY…眼、II…中間像、LE…漏れ光、MC…部分反射面、ML…画像光、OL…外界光、OS…第三者、RA…反射特性部分、RB…透過特性部分、RI…表示波長領域、RJ…他波長領域、US…装着者
Claims (17)
- 画像光生成装置と、
前記画像光生成装置からの画像光を反射する透過傾斜ミラーと、
前記透過傾斜ミラーで反射された画像光を前記透過傾斜ミラーに向けて反射する凹面透過ミラーとを備え、
前記凹面透過ミラーは、前記透過傾斜ミラーに対向する内側に波長分布を有する部分反射膜を有する、虚像表示装置。 - 前記部分反射膜は、前記画像光に対応する表示波長領域における反射率が前記表示波長領域を除いた可視域の他波長領域における反射率よりも高い特性を有する、請求項1に記載の虚像表示装置。
- 前記部分反射膜は、前記他波長領域の光を実質的に透過させる、請求項2に記載の虚像表示装置。
- 前記部分反射膜は、前記他波長領域の光を部分的に透過させる、請求項2に記載の虚像表示装置。
- 前記部分反射膜は、シースルー確保波長に対してシフトさせた波長領域で反射率を相対的に高めている、請求項1~3のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記部分反射膜は、前記シースルー確保波長に対して30nm以下のシフト量でシフトさせた波長領域で反射率を相対的に高めている、請求項5に記載の虚像表示装置。
- 前記凹面透過ミラーは、前記部分反射膜を支持する支持体を介して前記部分反射膜の反対側に反射防止膜を有する、請求項1~6のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記凹面透過ミラーは、前記画像光を前記透過傾斜ミラーに向けて反射し射出瞳を形成する、請求項1~7のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記凹面透過ミラーの外界側に前記凹面透過ミラーから離間したシェードを有する、請求項1~8のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記シェードは、前記凹面透過ミラーの内側に設けられた前記部分反射膜を覆う領域に設けられる、請求項9に記載の虚像表示装置。
- 前記シェードは、波長分布を有する部分反射膜を有する、請求項9及び10のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記凹面透過ミラーの厚みは2mm以下である、請求項1~11のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記透過傾斜ミラーから前記凹面透過ミラーに向かう射出光軸は、水平軸に対して前方で下向きに設定されている、請求項1~12のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
- 前記画像光生成装置からの画像光を交差方向に反射する折り返しミラーをさらに備える、請求項1~13のいずれか一項記載の虚像表示装置。
- 前記画像光生成装置と前記透過傾斜ミラーとの間に配置され中間像を形成する投射光学系をさらに備える、請求項1~14のいずれか一項記載の虚像表示装置。
- 中間像を形成することなく前記凹面透過ミラーに画像光を入射させる、請求項1~14のいずれか一項記載の虚像表示装置。
- 画像光を反射する透過傾斜ミラーと、
前記透過傾斜ミラーで反射された画像光を前記透過傾斜ミラーに向けて反射する凹面透過ミラーとを備え、
前記凹面透過ミラーは、前記透過傾斜ミラーに対向する内側に波長分布を有する部分反射膜を有する、光学ユニット。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020129070A JP2022025896A (ja) | 2020-07-30 | 2020-07-30 | 虚像表示装置及び光学ユニット |
CN202110855020.7A CN114063297B (zh) | 2020-07-30 | 2021-07-28 | 虚像显示装置和光学单元 |
US17/388,436 US11933984B2 (en) | 2020-07-30 | 2021-07-29 | Virtual image display device and optical unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020129070A JP2022025896A (ja) | 2020-07-30 | 2020-07-30 | 虚像表示装置及び光学ユニット |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022025896A true JP2022025896A (ja) | 2022-02-10 |
Family
ID=80002886
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020129070A Pending JP2022025896A (ja) | 2020-07-30 | 2020-07-30 | 虚像表示装置及び光学ユニット |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11933984B2 (ja) |
JP (1) | JP2022025896A (ja) |
CN (1) | CN114063297B (ja) |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010145674A (ja) * | 2008-12-18 | 2010-07-01 | Konica Minolta Holdings Inc | 映像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ |
US9057826B2 (en) * | 2013-01-31 | 2015-06-16 | Google Inc. | See-through near-to-eye display with eye prescription |
CN104216119A (zh) * | 2014-08-20 | 2014-12-17 | 财团法人车辆研究测试中心 | 抬头显示装置 |
JP6651703B2 (ja) * | 2015-03-25 | 2020-02-19 | セイコーエプソン株式会社 | 虚像表示装置 |
US9651786B1 (en) * | 2015-05-05 | 2017-05-16 | SA Photonics, Inc. | Systems and methods for augmented reality devices with light security |
CN108563025A (zh) * | 2018-06-04 | 2018-09-21 | 东莞广辰光电科技有限公司 | 一种虚像显示器的光合成器结构 |
JP7131145B2 (ja) | 2018-07-10 | 2022-09-06 | セイコーエプソン株式会社 | ヘッドマウントディスプレイ |
-
2020
- 2020-07-30 JP JP2020129070A patent/JP2022025896A/ja active Pending
-
2021
- 2021-07-28 CN CN202110855020.7A patent/CN114063297B/zh active Active
- 2021-07-29 US US17/388,436 patent/US11933984B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114063297B (zh) | 2023-12-01 |
CN114063297A (zh) | 2022-02-18 |
US11933984B2 (en) | 2024-03-19 |
US20220035162A1 (en) | 2022-02-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6651703B2 (ja) | 虚像表示装置 | |
JP5250853B2 (ja) | 映像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ | |
WO2011121949A1 (ja) | シースルーディスプレイ | |
JP2018054978A (ja) | 虚像表示装置及びその製造方法 | |
EP1484638A1 (en) | Projection screen | |
US11327309B2 (en) | Virtual image display apparatus | |
JP2018054977A (ja) | 虚像表示装置 | |
US20220066219A1 (en) | Virtual image display device and optical unit | |
US20220035164A1 (en) | Virtual image display device and optical unit | |
JP2022025896A (ja) | 虚像表示装置及び光学ユニット | |
US20210063752A1 (en) | Virtual image display apparatus and light-guiding device | |
WO2010122854A1 (ja) | 映像表示装置、ヘッドマウントディスプレイおよびヘッドアップディスプレイ | |
CN114063298B (zh) | 虚像显示装置和光学单元 | |
US20220066217A1 (en) | Virtual image display device and optical unit | |
US12025804B2 (en) | Virtual image display device and optical unit | |
US11592673B2 (en) | Transmissive image display device | |
CN114967139B (zh) | 光学单元及图像显示装置 | |
US11747623B2 (en) | Display device and optical unit | |
US11769441B2 (en) | Display module and display device | |
US20230033943A1 (en) | Optical element and virtual image display device | |
US20230011039A1 (en) | Display device | |
WO2019244419A1 (ja) | 画像表示装置とウェアラブルディスプレイ | |
JP2022039295A (ja) | 虚像表示装置及び光学ユニット | |
JP2023075004A (ja) | 画像表示装置 | |
JP2022119639A (ja) | 光学系および画像表示装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20210914 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20211101 |