JP6562088B2 - 光学素子並びにそれを用いた表示装置及び受光装置 - Google Patents
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Description
なお、眼鏡型ディスプレイ101は右眼用であり、遠視状態の右眼Eの中心に原点を有したXYZ座標系を定義する。Y方向は観察者の前方であり、Z方向は観察者の上方であり、X方向(設定方向)は観察者の左方である。
光学系42は、表示領域の画像表示光Lを透過させるものである。そして、光学系42は、透過型液晶表示器41の前方に距離をあけて配置されている。これにより、光学系42は、表示領域の画像表示光Lを透過させながら、観察対象の虚像を形成する。
さらに、第二ビームスプリッタ面11bを透過した画像表示光Lは、第三ビームスプリッタ面11cに到達する。そこで、第三ビームスプリッタ面11cは、入射した画像表示光Lの光束の所定割合を反射させるとともに、画像表示光Lの光束の所定割合を透過させる。つまり、画像表示光Lcの光束を観察者の眼Eに向かって導く。
ここで、図6は、図4の眼鏡型ディスプレイ101のXY平面における光束の伝搬範囲を示す図であって、図中の符号Aは、光束の抜けを示している。
また、特開2011−164545号公報には、第一出射ユニットからの画像表示光を導くための第一ライトガイドと、第二出射ユニットからの画像表示光を導くための第二ライトガイドとを備える表示装置が開示されているが、2個の出射ユニットとを備えるので、大型化して重くなるという問題点がある。さらに、国際公開番号WO2011/24291には、前面と後面と上面と下面との4面で画像表示光を反射させて第二ライトガイドに導くための第一ライトガイドと、第一ライトガイドからの画像表示光を導くための第二ライトガイドとを備える表示装置が開示されているが、大型化して重くなるという問題点がある。
また、本発明の光学素子において、光が、前記主基板の前面及び後面並びに前記副基板の前面及び後面以外の面から入射するか、或いは、出射するようにしてもよい。
本発明の光学素子によれば、光が、主基板や副基板の内部に入射する位置や、主基板や副基板の内部から出射する位置の自由度を上げることができる。
本発明の表示装置によれば、反射面の前に一定以上の厚さの基板が配置されているため、反射面で2回以上反射する光束がなくなり、迷光の発生を防ぐことができる。
本発明の表示装置によれば、光束が存在しない領域(抜け)が発生せず、出射機構を小型化かつ軽量化することができる。
また、光が設定方向へ進行する際に、主ビームスプリッタ面を透過せず副基板内部を通過する光が存在するため、入射位置に近い第一主ビームスプリッタ面から外部に出射される光量と、入射位置から遠い位置の第N主ビームスプリッタ面から外部に出射される光量との差が小さくなり、明るさ(光量)を均一化することができる。
本発明の受光装置によれば、図4に示すような光学部品を受光装置に用いると、光束中に抜ける領域(受光不可となる光束)が発生してしまうが、本発明の受光装置によれば、主ビームスプリッタ面に到達した全光束を受光することができる。よって、本発明の受光装置によれば、センシング対象が光束中のどの領域に存在してもセンシングできる。
図1は本発明の眼鏡型ディスプレイ(表示装置)の概略構成及びXY平面における光路を示す図であり、図2は図1における光束の伝搬範囲を示す図である。なお、上述した眼鏡型ディスプレイ101と同様のものについては、同じ符号を付している。
眼鏡型ディスプレイ1は、眼鏡と似た外観をしており、画像表示光Lを出射する出射ユニット40と、出射ユニット40からの画像表示光Lを内部で反射させながら観察者の眼Eに導くライトガイドユニット(光学素子)100と、出射ユニット40とライトガイドユニット100とが取り付けられるフレーム部Fとを備える。
前面20aと後面20bとはX方向(設定方向)と平行になっている。つまり、前面10aと後面10bと前面20aと後面20bとはX方向(設定方向)と平行になっている。
そして、前面20aと後面20bとの間隔は、主基板10内部で伝搬する光束の抜けが発生しないように、設計者が計算式やシミュレーションソフト等を用いて主基板10内部に進行する画像表示光Lの光路と副基板20内部に進行する画像表示光Lの光路との差(ずれ)を考慮して決定した所定距離(厚さ)となっている。
上記副ビームスプリッタ面において光が反射及び透過する設定割合としては、主基板10内部で伝搬する光束の抜けを解消した範囲の明るさが、他の範囲の明るさとより均一になるように、設計者が計算式やシミュレーションソフト等を用いて設定した割合となっており、20%以上80%以下であることが好ましく、例えば50%等となる。
なお、副ビームスプリッタ面30は、主基板10と副基板20とを異なる屈折率の材料の組み合わせにより発生する反射を用いて形成してもよいし、主基板10と副基板20との間を接着剤や空気や油等の媒体で充填し、その媒体の屈折率と主基板10、副基板20の屈折率との差により生じる反射を利用して形成してもよい。
図8は本発明の眼鏡型ディスプレイ(表示装置)の概略構成及びXY平面における光路を示す図であり、図9は図8における光束の伝搬範囲を示す図である。なお、上述した眼鏡型ディスプレイ1と同様のものについては、同じ符号を付している。
眼鏡型ディスプレイ201は、眼鏡と似た外観をしており、画像表示光Lを出射する出射ユニット240と、出射ユニット240からの画像表示光Lを内部で反射させながら観察者の眼Eに導くライトガイドユニット(光学素子)200と、出射ユニット240とライトガイドユニット200とが取り付けられるフレーム部Fとを備える。
そして、副ビームスプリッタ面230は、例えば、主基板210の前面210aの所定領域上に光学コートにより形成されており、主基板210の前面210aと副基板20の後面20bとが直接接合されることで、主基板210の前面210aの所定領域と副基板20の後面20bの所定領域との間に配置されている。
なお、反射面212で1回反射した画像表示光Lは、前面20aまたは副ビームスプリッタ面230で反射した後に、再度、反射面212に入射しないよう、副基板20の厚さや、副ビームスプリッタ面230の領域を設定している。
図10は本発明の受光装置の概略構成及びXY平面における光路を示す図である。なお、上述した眼鏡型ディスプレイ101と同様のものについては、同じ符号を付している。
受光装置401は、光を受光する受光ユニット(受光光学系)440と、外部からの光を内部で反射させながら受光ユニット440に導くライトガイドユニット(光学素子)100とを備える。
その後、主基板10内部を進行したり副基板20内部を進行したりした光が右面10cに到達する。そこで、右面10cから出射された光が受光ユニット440に導かれる。
(1)上述した眼鏡型ディスプレイ1において、副ビームスプリッタ面30は、主基板10の前面10aと副基板20の後面20bとの間に配置される構成としたが、主基板10と副基板20の位置を入れ替えて、主基板10の後面10bと副基板20の前面20aとの間に配置されるような構成としてもよい。図11は、本発明のライトガイドユニット(光学素子)の概略構成を示す図である。
光が副ビームスプリッタ面によって分岐・拡大されるため、同光路長で光束が合成されて干渉縞が発生する場合があるが、このようなライトガイドユニットによれば、光路ずれや、光束の可干渉距離を超える光路長差を形成することができ、その結果、干渉縞が発生することを防止することができる。
10 主基板
11 主ビームスプリッタ面
20 副基板
30 副ビームスプリッタ面
40 出射ユニット
100 ライトガイドユニット(光学素子)
L 画像表示光
E 観察者の眼
Claims (6)
- 前面及び後面が設定方向と平行となり、光透過性材料で作製された主基板を備え、
前記主基板の内部には、前記設定方向に対して斜めに形成された少なくとも1個の主ビームスプリッタ面を有する光学素子であって、
前面及び後面が設定方向と平行となり、光透過性材料で作製された副基板を備え、
少なくとも1個の副基板の前面又は後面と、前記主基板の後面又は前面との間に、透過率20〜80%の副ビームスプリッタ面が配置されていることを特徴とする光学素子。 - 光が、前記主基板の前面及び後面並びに前記副基板の前面及び後面以外の面から入射するか、或いは、出射することを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
- 前記主基板又は前記副基板の内部には、反射面が形成されており、
光が、前記主基板の前面及び後面並びに前記副基板の前面及び後面の内の少なくとも1面から入射して前記反射面に到達するか、或いは、前記反射面に到達した後、前記主基板の前面及び後面並びに前記副基板の前面及び後面の内の少なくとも1面から出射することを特徴とする請求項1に記載の光学素子。 - 光が、 前記反射面で2回以上反射しないように、前記副ビームスプリッタ面が配置されていることを特徴とする請求項3に記載の光学素子。
- 請求項2又は請求項3に記載の光学素子と、
光を出射する出射光学系とを備えることを特徴とする表示装置。 - 請求項2又は請求項3に記戦の光学素子と、
光を検出する受光光学系とを備えることを特徴とする受光装置。
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