JP5408048B2 - 虚像表示装置用の導光板及び虚像表示装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明の第1実施形態に係る虚像表示装置用の導光板及び導光板を組み込んだ虚像表示装置について説明する。
図1(A)に示す本実施形態に係る虚像表示装置100は、ヘッドマウントディスプレイに適用されるものであり、画像形成装置10と、導光板20とを一組として備える。なお、図1(A)は、図1(B)に示す導光板20のA−A断面と対応する。
以下、画像光の光路について詳しく説明する。図1(A)に示すように、液晶デバイス11の射出面11a上からそれぞれ射出される画像光のうち図中点線で示す射出面11aの中央部分から射出される成分を画像光GL1とし、図中一点鎖線で示す射出面11aの周辺のうち紙面右側(−Z側)から射出される成分を画像光GL2とし、図中二点鎖線で示す射出面11aの周辺のうち紙面左側(+Z側)から射出される成分を画像光GL3とする。
以下、図2(A)等により、画像取出部23の構造及び画像取出部23による画像光の光路の折曲げについて詳細に説明する。
SW=2H・tanγ2=2H・tanγ3
という関係が成立している。
以下、図1(A)を用いて、上記導光板20を用いた虚像表示装置100について具体的に構成するための条件等について説明する。
2・t・tanθD1>D1…(1)
の関係が満たされている必要がある。上記不等式の左辺は、画像光がX方向について1往復する間にZ方向について進む距離を示している。この値が、右辺の距離D1より大きければ、位置P1に入射する画像光について、その直前での第1の全反射面22aにおける全反射の位置即ち位置P1に入射する2回前の全反射の位置が、画像取出部23よりも入口側(−Z側)であることになる。つまり、この場合、当該画像光について、位置P1が最初の入射位置であり、画像取出部23を2回以上通過させない構成となる。従って、画像取出部23上に入射するすべての画像光が、上式(1)の条件を満たすものであれば、画像取出部23を2回以上通過させない構成とできる。例えば、画像光が図1(A)に示すような光路を辿る場合、画像光のうち画像取出部23上において位置のうち光入射面ISから最も遠い側即ち+Z側の周辺部23hに入射する光である画像光GL2が、上記不等式(1)の関係を満たせば、残りの画像光についても条件を満たすものとなる。つまり、導光板20を最大反射角θ+で伝播する画像光GL2については、画像取出部23のZ方向についての幅SWと、導光板20の厚さtとについて、
2・t・tanθ+>SW…(1)'
の関係が満たされていればよい。
W≧2・L・tan(θmax)+S/2…(2)
の条件を満たしていればよい。つまり、上記不等式(2)を満たすことで、導光板20の上端面TP又は下端面BPにおいて反射(又は全反射)された光が画像取出部23側において画像光として取り込まれないようにできる。なお、上記不等式(2)は、上端面TP又は下端面BPでの折り返しに加え、光源縦幅Sの幅分のマージンを考慮したものである。ここでは、一般的な値として、例えば導光板実効長さLを40mm、光源縦幅Sを20mmとする。また、最大光束角θmaxは、図1の液晶デバイス11等光源側の特性に応じて定まるものであり、一般的な値を適宜考慮する。これらから、例えば導光板20の縦幅Wを20mm以上とすれば、光入射面ISから最大光束角θmaxで射出される画像光GLa,GLbが上端面TPや下端面BPにおいて反射(又は全反射)されても、このような画像光GLa,GLbが光射出面OSからゴースト光として射出されないようにできる。
sinδ1+sinδ2=mλ/PT
(ただし、δ1は入射角、δ2は出射角、mは回折次数、λは波長である)
を用いて回折現象の発生状況を推定することができる。ここで、入射光を0°、回折次数を1とすると、上記方程式は、
sinδ2=λ/PT
と変形される。さらに、導光板20に導かれる光線の波長が550nm±150nmであり、ピッチPTの単位をmmとすると、出射角δ2即ち回折角は、
sinδ2=550±150×10−6/PT
となる。つまり、画像取出部23による波長分散角Δδは、
Δδ=sin−1(700×−6/PT)
−sin−1(550×−6/PT)…(3)
で与えられる。
一方、画像光の水平画角をωとし、水平画素数をnとすると、画素間の画角φは、近似的に
φ=ω/n
と表される。よって、画素間の画角φが波長分散Δδよりも小さくなるようにピッチPTを設定する必要があり、結果的に、
φ>Δδ
ω/n>sin−1(0.7×−3/PT)
−sin−1(0.55×−3/PT)…(4)
の関係が満たされる必要がある。
以下、図7(A)及び図7(B)により、第1実施形態を変形した第2実施形態について説明する。なお、図7(A)、7(B)に示す第2実施形態において、図1(B)等の導光板20と同符号のものについては、特に説明をしない限り、第1実施形態で説明したものと同等のものを示す。
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。
Claims (15)
- 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、前記光入射部から取り込まれた前記画像光を前記第1及び第2の全反射面での全反射により導く導光部と、
第1の反射面と前記第1の反射面に対して所定角度をなす第2の反射面とをそれぞれ有するとともに所定方向に配列される複数の反射ユニットを備え、前記複数の反射ユニットを構成する各反射ユニットにおいて、前記第1の反射面により前記導光部を経て入射する前記画像光を反射するとともに前記第2の反射面により前記第1の反射面で反射された前記画像光をさらに反射する光路の折り曲げによって、前記画像光を外部へ取出し可能にする画像取出部と、
前記画像取出部を経た前記画像光を外部に射出する光射出部と、
を備える導光板。 - 前記各反射ユニットにおいて、前記第1の反射面と前記第2の反射面とは、隣接して配置される、請求項1に記載の導光板。
- 前記複数の反射ユニットを構成する複数の前記第1の反射面は、所定間隔で平行に配列される、請求項1及び請求項2のいずれか一項に記載の導光板。
- 前記各反射ユニットに入射した前記画像光は、前記画像取出部を1回だけ通過して光路を折り曲げられることによって、虚像光として前記光射出部から射出される、請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の導光板。
- 前記画像取出部は、前記導光部の前記第1の全反射面を含む平面に沿って形成され、前記光射出部は、前記導光部の前記第2の全反射面を含む平面上にある、請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の導光板。
- 前記第1の全反射面から前記第2の全反射面までの距離は、1.5mm以上である、請求項5に記載の導光板。
- 前記第1の反射面の光反射率は、前記第2の反射面の光反射率よりも高い、請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の導光板。
- 前記第2の反射面の光反射率は、50%以上である、請求項6に記載の導光板。
- 前記複数の反射ユニットは、0.2mm以上のピッチで配列されている、請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載の導光板。
- 前記第1及び第2の反射面は、前記第1の全反射面に平行に延びるとともに前記複数の反射ユニットの配列される前記所定方向に対して垂直に延びる長手方向を軸として、前記第1の全反射面に対してそれぞれ異なる角度で傾斜している、請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載の導光板。
- 前記第1の反射面は、前記導光部の前記第1の全反射面に対して80°から100°までの傾斜角度をなし、
前記第2の反射面は、前記導光部の前記第1の全反射面に対して30°から40°までの傾斜角度をなす、請求項10に記載の導光板。 - 少なくとも前記導光部において外形を画定する外周部は、黒色塗料塗布面及びサンドブラスト加工面のいずれかを含む、請求項1から請求項11までのいずれか一項に記載の導光板。
- 前記第1及び第2の反射面は、前記第1の全反射面に平行に延びるとともに前記複数の反射ユニットの配列される前記所定方向に対して垂直に延びる方向を長手方向とし、
前記長手方向に関しての前記導光部の幅は、20mm以上である、請求項1から請求項12までのいずれか一項に記載の導光板。 - 前記導光部は、屈折率1.5以上の屈折率材料により構成される、請求項1から請求項13までのいずれか一項に記載の導光板。
- 請求項1から請求項14までのいずれか一項に記載の導光板と、
前記導光板に導かれる前記画像光を形成する画像形成装置と、
を備える虚像表示装置。
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