JP6778405B2 - Light guide member, light guide and virtual image display device - Google Patents

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Description

本発明は、導光部材、ライトガイド、及び虚像表示装置に関する。
The present invention relates to a light guide member, a light guide, and a virtual image display device.

２次元の画像を虚像光学系により拡大し、拡大された虚像を観察者に観察させるように表示する装置として、ライトガイドを用いた虚像表示装置が知られている。かかる虚像表示装置で用いられるライトガイドの一形態として、近年、ヘッドマウントディスプレイ（Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ、以下「ＨＭＤ」と称する。）が普及し始めている。ＨＭＤは、シースルーである透過型と非透過型に分類される。透過型のＨＭＤは、例えばＧｏｏｇｌｅ ＬＴＤ．（米国）のＧｏｏｇｌｅｇｌａｓｓ（商標登録）がある。 A virtual image display device using a light guide is known as a device that magnifies a two-dimensional image by a virtual image optical system and displays the enlarged virtual image so that an observer can observe it. In recent years, a head-mounted display (Head Mounted Display, hereinafter referred to as "HMD") has begun to spread as a form of a light guide used in such a virtual image display device. HMDs are classified into see-through transparent type and non-transparent type. The transmissive HMD is described in, for example, Google LTD. There is Google glass (trademark registration) of (USA).

透過型のＨＭＤは、情報端末と組み合わせて使用したりＡＲ（Augmented Reality：拡張現実）等の提供用として使用するため、小型で携帯性が良いものが望まれている。非透過型のＨＭＤは、映画鑑賞やゲームやＶＲ（Virtual Reality：仮想現実）等の提供用として使用するため、没入感が得られる広視野角であることが望まれている。 Since the transmissive HMD is used in combination with an information terminal or for providing AR (Augmented Reality) or the like, a small and highly portable HMD is desired. Since the non-transparent HMD is used for watching movies, playing games, providing VR (Virtual Reality), etc., it is desired to have a wide viewing angle that gives an immersive feeling.

近年、透過型のものにおいても、ユーザーニーズから、薄肉化、小型化、かつ、広視野角であることが要請されるようになり、かかる要請を考慮したものとして、例えば特許文献１乃至３が知られている。 In recent years, even in the transmissive type, there has been a demand for thinning, downsizing, and a wide viewing angle from user needs, and as a consideration for such a request, for example, Patent Documents 1 to 3 are available. Are known.

特許文献１の装置は、ある特定の反射率のコートを施した幾つものライトガイドを重ね合わせ、光線の入射角度によって、光線の反射と透過を振り分けて、画像を取り出す方式としている。 The apparatus of Patent Document 1 is a method in which a number of light guides coated with a specific reflectance are superposed, and the reflection and transmission of the light rays are sorted according to the incident angle of the light rays to extract an image.

特許文献２の装置は、全反射を利用して、ライトガイドを通じて画像光を導くと共に、ライトガイドの画像取り出し側において、ライトガイドの主面に平行な外光透過面を設けることで、画像光に外光と重ね合わせて観察可能にする透過機能を持たせている。 The device of Patent Document 2 guides image light through a light guide by utilizing total reflection, and provides an external light transmitting surface parallel to the main surface of the light guide on the image extraction side of the light guide. Has a transmission function that allows it to be observed by superimposing it on external light.

特許文献３の装置は、対向して延びる全反射部と、傾斜するように延びる複数の第一要素面と、その第一要素面に対して、鈍角をなして延びる複数の第二要素面とを交互して配置してなる導光板を組み合わせた方式としている。 The device of Patent Document 3 includes a total reflection portion extending so as to face each other, a plurality of first element surfaces extending so as to be inclined, and a plurality of second element surfaces extending at an obtuse angle with respect to the first element surface. It is a method that combines light guide plates that are arranged alternately.

これらの方式では、透過性と広い視野角を達成しようとすると数多くのライトガイドが必要であり、シースルー性を保つために平面の導光板部分が必要であり、視野角を広くするためにライトガイドの長さを長くする必要性がある。 In these methods, a large number of light guides are required to achieve transparency and a wide viewing angle, a flat light guide plate portion is required to maintain see-through, and a light guide is required to widen the viewing angle. It is necessary to increase the length of.

本発明は、虚像表示装置用のライトガイドをコンパクトに実現することを主たる目的とする。 An object of the present invention is to compactly realize a light guide for a virtual image display device.

本発明は、画像表示素子からの画像光を導光して虚像を表示するために射出する虚像表示装置用のライトガイドに用いられる導光部材であって、前記画像光が入射される光線入射部と、前記画像光を外部に射出する光線射出部と、前記光線入射部に対して傾斜し前記光線入射部で入射した画像光をライトガイド内部に導光させる反射部と、前記光線射出部に対して傾斜する第１面と、該第１面に続き前記光線射出部に平行な第２面と、該第２面に続き前記光線射出部に対して前記第１面の前記光線射出部に対する傾斜の向きとは異なる向きに傾斜する第３面と、該第３面に続く第４面と、からなる鋸歯形状が繰り返し配置され前記画像光を前記第１面から前記光線射出部に導光して取り出す画像取り出し部と、を備える。 The present invention is a light guide member used for a light guide for a phantom image display device that guides image light from an image display element and emits it to display a imaginary image, and is incident with light incident on which the image light is incident. parts and a light beam emitting portion for emitting the image light to the outside, a reflective portion for guiding the front Symbol image light incident at an oblique the light beam incident portion with respect to the light incident portion therein the light guide, the light beam A first surface that is inclined with respect to the emitting portion, a second surface that follows the first surface and is parallel to the light emitting portion, and the light beam that follows the second surface and is the first surface with respect to the light emitting portion. A sawtooth shape consisting of a third surface inclined in a direction different from the direction of inclination with respect to the injection portion and a fourth surface following the third surface is repeatedly arranged, and the image light is emitted from the first surface to the light emission portion. an image pickup section taking out guided to, Ru comprising a.

本発明によれば、虚像表示装置用のライトガイドをコンパクトにすることができる。 According to the present invention, the light guide for the virtual image display device can be made compact.

本発明に係るライトガイドの実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows the embodiment of the light guide which concerns on this invention. 図１のライトガイドの斜視図である。It is a perspective view of the light guide of FIG. ライトガイドを用いた虚像表示装置の平面図である。It is a top view of the virtual image display device using a light guide. ライトガイドの導光部材における光線入射部と反射部を説明するための部分拡大平面図である。It is a partially enlarged plan view for demonstrating the light ray incident part and the light emitting part in the light guide member of a light guide. ライトガイドの導光部材における画像取り出し部を説明するための部分拡大平面図である。It is a partially enlarged plan view for demonstrating the image extraction part in the light guide member of a light guide. ライトガイドから画像光を射出する際の光線のむらを表した図である。It is a figure which showed the unevenness of a light ray when the image light is emitted from a light guide. 導光部材と光学部材を接着剤で接合した状態を示すライトガイドの部分拡大平面図である。It is a partially enlarged plan view of the light guide which shows the state which joined the light guide member and the optical member with an adhesive. 光学部材の有無による効果の違いを説明する図であり、（ａ）は光学部材を設けないライトガイドにおける光の進行を、（ｂ）は光学部材を設けたライトガイドにおける光の進行を、それぞれ示す。It is a figure explaining the difference of the effect depending on the presence or absence of an optical member, (a) is the progress of light in a light guide without an optical member, and (b) is the progress of light in a light guide with an optical member, respectively. Shown. 導光部材の他の実施形態を説明する部分拡大平面図であり、（ａ）は画像取り出し部を拡大して示す図、（ｂ）は画像取り出し部をさらに拡大して示す図である。It is a partially enlarged plan view explaining another embodiment of a light guide member, (a) is the figure which shows the image extraction part enlarged, and (b) is the figure which shows the image extraction part further enlarged. 光学部材の他の構成例を説明するためのライトガイドの部分拡大平面図であり、導光部材と光学部材の接合箇所を拡大して示す図である。It is a partially enlarged plan view of the light guide for demonstrating another structural example of an optical member, and is the figure which shows the joint part of a light guide member and an optical member enlarged. 実施形態のライトガイドを眼鏡型のＨＭＤに適用した例を表す模式図であり、（ａ）はライトガイドを両眼一体型とした場合、（ｂ）及び（ｃ）は、ライトガイドを単眼型とし、左右の目に各々適用した場合及び片方の目に適用した場合を示す。It is a schematic diagram which shows the example which applied the light guide of an embodiment to a spectacles type HMD, (a) is a binocular integrated type, (b) and (c) are a monocular type of a light guide. The case where it is applied to the left and right eyes and the case where it is applied to one eye are shown. 実施形態のライトガイドを用いた虚像表示装置の実施例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the Example of the virtual image display device using the light guide of embodiment.

以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態を説明する。以下の実施形態は、透過型のライトガイド及びこれを用いた虚像表示装置に関する。 Hereinafter, embodiments to which the present invention has been applied will be described with reference to the drawings. The following embodiments relate to a transmissive light guide and a virtual image display device using the same.

図１及び図２に、本実施形態のライトガイド５０を示し、かかるライトガイド５０を虚像表示光学系の光路上に配置した虚像表示装置の構成を図３に示す。図３では、虚像表示装置における虚像表示光学系の光路を矢印で示すとともに、装置のユーザすなわち虚像観察者の目を模式的に描いている。以下、ライトガイド５０の面に関し、観察者から見て手前側（図３において下側）の面を「後面」とし、奥側（図３において上側）の面を「前面」として説明する。 1 and 2 show the light guide 50 of the present embodiment, and FIG. 3 shows the configuration of a virtual image display device in which the light guide 50 is arranged on the optical path of the virtual image display optical system. In FIG. 3, the optical path of the virtual image display optical system in the virtual image display device is indicated by an arrow, and the eyes of the user of the device, that is, the virtual image observer are schematically drawn. Hereinafter, regarding the surface of the light guide 50, the surface on the front side (lower side in FIG. 3) as viewed from the observer will be referred to as the “rear surface”, and the surface on the back side (upper side in FIG. 3) will be referred to as the “front surface”.

ライトガイド５０は、画像表示素子からの画像光を内部に入射及び導光して虚像表示のために射出する素子であり、本実施形態では、導光部材１００と光学部材２００とが一体的に設けられることで、全体が略角柱状、平面視で非対称な台形の外形を呈する。 The light guide 50 is an element that injects and guides the image light from the image display element into the inside and emits the light for displaying a virtual image. In the present embodiment, the light guide member 100 and the optical member 200 are integrally formed. By being provided, the entire surface has a substantially prismatic shape and an asymmetric trapezoidal outer shape in a plan view.

ライトガイド５０の導光部材１００は、画像表示素子からの画像光を内部に取り込んで導光し、虚像表示のために外部に射出する役割を有する。このため、導光部材１００は、画像光を内部に入射する光線入射部１０１、入射した画像光を反射して内部に導光させるための反射部１０２、導光した画像光を取り出して外部に射出させるための画像取り出し部１０３及び光線射出部１０４を備える。 The light guide member 100 of the light guide 50 has a role of taking in the image light from the image display element, guiding the light, and emitting the image light to the outside for displaying a virtual image. Therefore, the light guide member 100 takes out the light ray incident portion 101 that incidents the image light inside, the reflecting unit 102 that reflects the incident image light and guides the light inside, and the guided image light to the outside. An image extraction unit 103 and a light ray emission unit 104 for emitting light are provided.

シースルー性を良好にするために、導光部材１００は、光線射出部１０４が設けられた後面と、奥側（図１において上側）の前面１０５は、それぞれ平面であり、互いに平行に形成されている。 In order to improve the see-through property, the light guide member 100 has a rear surface provided with the light emitting portion 104 and a front surface 105 on the back side (upper side in FIG. 1), which are flat surfaces and are formed parallel to each other. There is.

光線入射部１０１及び光線射出部１０４は、いずれも導光部材１００の後面に設けられている。したがって、光線入射部１０１と光線射出部１０４とは、同一面上に配置されている。このように光線入射部１０１及び光線射出部１０４を同一面上に配置することで、導光部材１００さらにはライトガイド５０の生産性を向上させ、また、導光部材１００及びライトガイド５０全体をシンプルな構成にすることができる。 Both the light ray incident portion 101 and the light ray emitting portion 104 are provided on the rear surface of the light guide member 100. Therefore, the light ray incident portion 101 and the light ray emitting portion 104 are arranged on the same surface. By arranging the light ray incident portion 101 and the light ray emitting portion 104 on the same surface in this way, the productivity of the light guide member 100 and the light guide 50 can be improved, and the light guide member 100 and the light guide 50 as a whole can be moved. It can be a simple configuration.

導光部材１００の画像取り出し部１０３は、内部に導光される画像光を光線射出部１０４に向けて反射させる役割を有し、光線射出部１０４は、画像取り出し部１０３から導かれた画像光を虚像観察者の目に向けて外部に射出させる役割を有する。 The image extraction unit 103 of the light guide member 100 has a role of reflecting the image light guided inside toward the light emission unit 104, and the light emission unit 104 is the image light guided from the image extraction unit 103. Has the role of ejecting light to the outside toward the eyes of the virtual image observer.

他方、光学部材２００は、平面視でテーパー状の外形を有し、導光部材１００の画像取り出し部１０３に対向して設けられることで、主に光線射出部１０４及び画像取り出し部１０３の光線透過性すなわちシースルー性を確保する役割を有する。 On the other hand, the optical member 200 has a tapered outer shape in a plan view, and is provided so as to face the image extraction unit 103 of the light guide member 100, so that the light emission unit 104 and the image extraction unit 103 mainly transmit light rays. It has a role of ensuring sex, that is, see-through property.

光学部材２００は、導光部材１００の光線射出部１０４に平行な平行面としての前面２１０と、かかる前面２１０に対して傾斜し、導光部材１００の画像取り出し部１０３に対向配置される傾斜部２０３を有する。光学部材２００の傾斜部２０３は、導光部材１００の画像取り出し部１０３に対して近接設置される部位であり、かかる部位の詳細については後述する。 The optical member 200 is inclined with respect to the front surface 210 as a parallel surface parallel to the light ray emitting portion 104 of the light guide member 100 and the front surface 210, and is arranged to face the image extraction unit 103 of the light guide member 100. It has 203. The inclined portion 203 of the optical member 200 is a portion installed close to the image extraction portion 103 of the light guide member 100, and details of such a portion will be described later.

以下、ライトガイド５０を用いた虚像表示装置について説明する。図３に示す本実施形態の虚像表示装置は、表示画像の画像光を出力する画像表示素子１０と、画像表示素子１０からの画像光をコリメートして射出するコリメート光学系３００と、上述したライトガイド５０とを虚像表示光学系として備える。 Hereinafter, a virtual image display device using the light guide 50 will be described. The virtual image display device of the present embodiment shown in FIG. 3 includes an image display element 10 that outputs image light of a display image, a collimating optical system 300 that collimates and emits image light from the image display element 10, and the above-mentioned light. A guide 50 is provided as a virtual image display optical system.

画像表示素子１０は、ライトガイド５０を通じて表示する虚像の基となる表示画像の画像光を出力するデバイスである。画像表示素子１０は、有機ＥＬＤ（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や液晶表示素子が好適であるが、他にも種々の表示方式のものが適用できる。例えば、画像表示素子１０として、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）が適用可能である。また、画像表示素子１０として、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）が適用可能である。さらに、画像表示素子１０として、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）が適用可能である。 The image display element 10 is a device that outputs the image light of the display image that is the basis of the virtual image displayed through the light guide 50. As the image display element 10, an organic ELD (OLED: Organic Light Emitting Diode) or a liquid crystal display element is suitable, but other display methods can be applied. For example, as the image display element 10, a DMD (Digital Micromirror Device) can be applied. Further, as the image display element 10, a TFT (Thin Film Transistor) or LCOS (Liquid Crystal On Silicon) can be applied. Further, as the image display element 10, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) can be applied.

図３では、画像表示素子１０として、光源を必要とするＬＣＯＳやＤＭＤなどを用いた例を示しており、画像表示素子１０を照明するための光源ＬＳを加えている。光源ＬＳは、種々のものが適用でき、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、半導体レーザ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）、放電ランプなどを用いることができる。 FIG. 3 shows an example in which LCOS, DMD, or the like that require a light source is used as the image display element 10, and a light source LS for illuminating the image display element 10 is added. Various light sources LS can be applied, and for example, an LED (Light Emitting Diode), a semiconductor laser (Laser Diode: LD), a discharge lamp, or the like can be used.

コリメート光学系３００は、複数の光学レンズや絞りなどから構成され、画像表示素子１０から出力される画像光を拡大し平行光として射出する。 The collimating optical system 300 is composed of a plurality of optical lenses, a diaphragm, and the like, and magnifies the image light output from the image display element 10 and emits it as parallel light.

かかる虚像表示装置によれば、光源ＬＳで照明された画像表示素子１０の画像光は、コリメート光学系３００で拡大されてライトガイド５０に入射する。すなわち、コリメート光学系３００で拡大された画像光は、ライトガイド５０における導光部材１００の光線入射部１０１から入射し、反射部１０２で反射されて導光部材１００の内部に導光される。導光された画像光は、画像取り出し部１０３で反射され、光線射出部１０４からユーザの両目に向けて画像情報として射出される。ユーザは、導光部材１００の光線射出部１０４及び光学部材２００を通して前方を覗くことで、画像光の虚像を視認することができる。 According to such a virtual image display device, the image light of the image display element 10 illuminated by the light source LS is magnified by the collimating optical system 300 and incident on the light guide 50. That is, the image light magnified by the collimating optical system 300 is incident from the light incident portion 101 of the light guide member 100 in the light guide 50, reflected by the reflection unit 102, and guided to the inside of the light guide member 100. The guided image light is reflected by the image extraction unit 103, and is emitted as image information from the light ray emitting unit 104 toward both eyes of the user. The user can visually recognize the virtual image of the image light by looking forward through the light emitting portion 104 of the light guide member 100 and the optical member 200.

次に、図４以下を参照して、ライトガイド５０の構成を更に詳細に説明する。 Next, the configuration of the light guide 50 will be described in more detail with reference to FIG. 4 and below.

導光部材１００の材質は、シースルー性を考慮すると透過性の高い材質が好ましく、さらに、後述する画像取り出し部１０３の加工を考慮すると、樹脂で成形することが好ましい。 The material of the light guide member 100 is preferably a material having high transparency in consideration of see-through property, and further preferably molded with a resin in consideration of processing of the image extraction unit 103 described later.

導光部材１００の光線入射部１０１及び反射部１０２は、コリメート光学系３００で拡大された画像光を光線束として入射及び反射する。したがって、光線入射部１０１及び反射部１０２は、かかる光線束の大きさ以上のサイズで形成される。 The light ray incident portion 101 and the reflecting portion 102 of the light guide member 100 enter and reflect the image light magnified by the collimating optical system 300 as a light beam bundle. Therefore, the light ray incident portion 101 and the light ray incident portion 102 are formed in a size larger than the size of such a light beam bundle.

反射部１０２は、光線入射部１０１で入射した画像光を反射してライトガイド５０の内部に導光させるために、図４に示すように、光線入射部１０１に対して角度θ0で傾斜している。かかる傾斜角θ0は、光線入射部１０１から入射された画像光を全反射する角度であり、ライトガイド内部に画像光を良好に導光するために、１５度から７５度までの角度とすることが望ましい。さらに、後述する画像取り出し部１０３の第１面１０３ａと光線射出部１０４とのなす角度θaの好適範囲を考慮すると、傾斜角θ0は、２０度から３５度までの範囲に設定することがより好ましい。 As shown in FIG. 4, the reflecting unit 102 is inclined at an angle θ0 with respect to the light ray incident portion 101 in order to reflect the image light incident on the light ray incident portion 101 and guide the light to the inside of the light guide 50. There is. The inclination angle θ0 is an angle that totally reflects the image light incident from the light ray incident portion 101, and is set to an angle from 15 degrees to 75 degrees in order to guide the image light well inside the light guide. Is desirable. Further, considering the preferable range of the angle θa formed by the first surface 103a of the image extraction unit 103 and the light ray emitting unit 104, which will be described later, the inclination angle θ0 is more preferably set in the range of 20 degrees to 35 degrees. ..

また、反射部１０２には任意のコート材によるコーティングを施すことができる。ライトガイド５０の内部に画像情報を導光させるためには、反射部１０２は、アルミニウムや銀、誘電コートなどの反射率が高いミラーコートを施すことが望ましい。 Further, the reflective portion 102 can be coated with an arbitrary coating material. In order to guide the image information to the inside of the light guide 50, it is desirable that the reflecting portion 102 is provided with a mirror coat having a high reflectance such as aluminum, silver, or a dielectric coat.

画像取り出し部１０３は、図５に示すように、光線射出部１０４に対してθaの角度を有する第１面１０３ａと、光線射出部１０４に対してθbの角度を有する第２面１０３ｂとが、交互に配置されており、略階段状の形状をなしている。図５中、光線射出部１０４と平行な仮想面を点線で表し、第２面１０３ｂの幅をｗで表している。 As shown in FIG. 5, the image extraction unit 103 has a first surface 103a having an angle of θa with respect to the light ray emitting unit 104 and a second surface 103b having an angle of θb with respect to the light ray emitting unit 104. They are arranged alternately and have a substantially stepped shape. In FIG. 5, the virtual surface parallel to the light ray emitting portion 104 is represented by a dotted line, and the width of the second surface 103b is represented by w.

画像取り出し部１０３の第１面１０３ａは、導光部材１００の内部に入射及び導光された画像光を光線射出部１０４に導いて光線射出部１０４から射出させる役割を担う面であり、光線射出部１０４に対して傾斜する平面となっている。ここで、光線射出部１０４に対する第１面１０３ａの傾斜の向きは、光線入射部１０１に対する反射部１０２の傾斜の向きと逆である。 The first surface 103a of the image extraction unit 103 is a surface that plays a role of guiding the image light incident and guided inside the light guide member 100 to the light ray emitting unit 104 and emitting the image light from the light ray emitting unit 104. It is a flat surface that is inclined with respect to the portion 104. Here, the direction of inclination of the first surface 103a with respect to the light ray emitting portion 104 is opposite to the direction of inclination of the reflecting portion 102 with respect to the light ray incident portion 101.

第１面１０３ａが光線射出部１０４に対して傾斜する角度θaの値は、導光部材１００の材質の屈折率にもよるが、２０度から３５度までの範囲に設定することが好ましい。また、角度θaの値は、上述した光線入射部１０１に対する反射部１０２の傾斜角θ0の値と同一に設定することがより好ましく、かかる設定とすることで、コリメート光学系３００の配置の調整等が容易になる。 The value of the angle θa at which the first surface 103a is tilted with respect to the light emitting portion 104 is preferably set in the range of 20 degrees to 35 degrees, although it depends on the refractive index of the material of the light guide member 100. Further, it is more preferable that the value of the angle θa is set to be the same as the value of the inclination angle θ0 of the reflecting portion 102 with respect to the light ray incident portion 101 described above, and by making such a setting, the arrangement of the collimating optical system 300 and the like can be adjusted. Becomes easier.

他方、第２面１０３ｂは、入射された画像光を導光部材１００の内部に導光させる反射面としての役割を担う面であり、光線射出部１０４と平行な平面となっている。したがって、角度θb＝０°である。さらに、第２面１０３ｂは、シースルー性を確保するため、ライトガイド５０の前面及び後面からの外部の光を入射させる透過面としての役割も担っている。 On the other hand, the second surface 103b is a surface that plays a role as a reflecting surface that guides the incident image light into the inside of the light guide member 100, and is a plane parallel to the light emitting portion 104. Therefore, the angle θb = 0 °. Further, the second surface 103b also serves as a transmitting surface for incident external light from the front and rear surfaces of the light guide 50 in order to ensure see-through property.

画像取り出し部１０３すなわち第１面１０３ａ及び第２面１０３ｂには、任意のコーティングを施すことができる。ここで、ライトガイド５０にシースルー性を持たせることを考慮すると、画像取り出し部１０３には、ある程度透過率を確保したハーフミラーなどのコーティングを施すことが望ましい。 Any coating can be applied to the image extraction unit 103, that is, the first surface 103a and the second surface 103b. Here, considering that the light guide 50 is provided with see-through property, it is desirable that the image extraction unit 103 is coated with a coating such as a half mirror that secures a certain degree of transmittance.

図６に示すように、光線射出部１０４から射出される画像光は、反射部１０２からの距離が長くなるほど、すなわち図６における右方向に進むほど、光線の間隔がまばらになる。この現象は、観察位置すなわち光線射出部１０４に対する観察者の目の位置によって画像光の輝度が変わることを意味し、輝度むらの原因となる。 As shown in FIG. 6, the image light emitted from the light ray emitting unit 104 becomes sparser as the distance from the reflecting unit 102 increases, that is, as it travels to the right in FIG. This phenomenon means that the brightness of the image light changes depending on the observation position, that is, the position of the observer's eyes with respect to the light emitting portion 104, which causes uneven brightness.

かかる輝度むらの発生という課題に対処するため、画像取り出し部１０３を以下のような構成とすることが好ましい。 In order to deal with the problem of the occurrence of such uneven brightness, it is preferable that the image extraction unit 103 has the following configuration.

第１の構成として、画像取り出し部１０３は、反射部１０２からの距離が長くなるに従って、画像取り出し部１０３内の第１面１０３ａの幅を大きくする設定とする。ここで、第１面１０３ａの幅は、導光部材１００の長手方向に沿った方向すなわち入射された画像光の進行方向に沿った方向における第１面１０３ａの長さである。かかる設定とすることにより、反射部１０２から遠くなるに従って、第１面１０３ａの面積が大きくなり、反射される画像光の光量がより多くなるので、上述した観察位置による輝度むらを低減させることができる。 As the first configuration, the image extraction unit 103 is set to increase the width of the first surface 103a in the image extraction unit 103 as the distance from the reflection unit 102 increases. Here, the width of the first surface 103a is the length of the first surface 103a in the direction along the longitudinal direction of the light guide member 100, that is, in the direction along the traveling direction of the incident image light. With such a setting, the area of the first surface 103a increases as the distance from the reflecting portion 102 increases, and the amount of reflected image light increases, so that the brightness unevenness due to the above-mentioned observation position can be reduced. it can.

第２の構成として、画像取り出し部１０３は、反射部１０２からの距離が長くなるに従って、第１面１０３ａ及び第２面１０３ｂの反射率を順次高くする設定とする。かかる設定とすることにより、反射部１０２から遠くなるに従って、反射される画像光の光量がより多くなるので、上述した輝度むらを低減させることができる。第１面１０３ａ及び第２面１０３ｂの反射率を順次高くするために、例えば、反射率の異なる種々のコート材を用い、反射部１０２からの距離が長くなるに従って反射率が高くなるようにコート材を選択して画像取り出し部１０３をコーティングすればよい。 As the second configuration, the image extraction unit 103 is set to sequentially increase the reflectance of the first surface 103a and the second surface 103b as the distance from the reflection unit 102 increases. With such a setting, the amount of reflected image light increases as the distance from the reflecting unit 102 increases, so that the above-mentioned luminance unevenness can be reduced. In order to sequentially increase the reflectance of the first surface 103a and the second surface 103b, for example, various coating materials having different reflectances are used and coated so that the reflectance increases as the distance from the reflecting portion 102 increases. The material may be selected and the image extraction unit 103 may be coated.

図７は、導光部材１００と光学部材２００との結合状態を示す。光学部材２００は、導光部材１００の画像取り出し部１０３に対して接着剤１５０で接着されており、かかる接着状態において、前面２１０が導光部材１００の光線射出部１０４と平行に保持されている。 FIG. 7 shows the coupling state of the light guide member 100 and the optical member 200. The optical member 200 is adhered to the image extraction portion 103 of the light guide member 100 with an adhesive 150, and in such an adhered state, the front surface 210 is held parallel to the light ray emitting portion 104 of the light guide member 100. ..

ライトガイド５０のシースルー性を確保するために、導光部材１００と光学部材２００とは、同一或いは出来るだけ近い屈折率の材質を使用することが好ましい。同様の観点から、接着剤１５０は、導光部材１００及び光学部材２００の材質と同一或いは出来るだけ近い屈折率のものを使用することが望ましい。導光部材１００及び光学部材２００を樹脂で成形することを前提とすると、屈折率１．４〜１．９の接着剤１５０を使用することが望ましい。 In order to ensure the see-through property of the light guide 50, it is preferable to use a material having the same or as close a refractive index as possible for the light guide member 100 and the optical member 200. From the same viewpoint, it is desirable to use an adhesive 150 having a refractive index that is the same as or as close as possible to the materials of the light guide member 100 and the optical member 200. Assuming that the light guide member 100 and the optical member 200 are molded from resin, it is desirable to use an adhesive 150 having a refractive index of 1.4 to 1.9.

本実施形態では、導光部材１００と光学部材２００は、接着剤１５０によって、接合部位に空気層が出来ないように接合される。この場合、画像取り出し部１０３内の第２面１０３ｂでは全反射しなくなるため、反射特性を有するコートを画像取り出し部１０３に施すようにする。かかる構成とすることで、画像光を画像取り出し部１０３で反射させて導光部材１００内を導光させることができる。 In the present embodiment, the light guide member 100 and the optical member 200 are joined by the adhesive 150 so that an air layer is not formed at the joint portion. In this case, since total reflection does not occur on the second surface 103b in the image extraction unit 103, a coat having a reflection characteristic is applied to the image extraction unit 103. With such a configuration, the image light can be reflected by the image extraction unit 103 to guide the inside of the light guide member 100.

図８は、ライトガイド５０で光学部材２００を設けない参考例を（а）に、光学部材２００を導光部材１００に接合した本実施形態を（ｂ）にそれぞれ示し、観察者が外界方向を観察した場合の光線の屈折の様子を比較して示している。 FIG. 8 shows a reference example (а) in which the optical member 200 is not provided in the light guide 50, and (b) the present embodiment in which the optical member 200 is joined to the light guide member 100, and the observer can view the outside world direction. The state of refraction of light rays when observed is compared and shown.

図８（ａ）に示すように、光学部材２００を設けないで導光部材１００のみとした場合には、光線射出部１０４を通しての観察者の観察方向の光線が、画像取り出し部１０３の部位で屈折する。この場合、観察者が見ている方向と外界の実像の方向が一致しないため、シースルー性が悪くなる。これに対して、本実施形態のライトガイド５０は、導光部材１００に光学部材２００を接合する構成としたので、図８（ｂ）に示すように、光線射出部１０４を通しての観察者の観察方向の光線が屈折しない。したがって、本実施形態のライトガイド５０では、観察者が見ている方向と外界の実像の方向が一致し、シースルー性が良好となる。 As shown in FIG. 8A, when only the light guide member 100 is used without providing the optical member 200, the light rays in the observation direction of the observer through the light emitting unit 104 are emitted at the portion of the image extraction unit 103. Refract. In this case, since the direction viewed by the observer and the direction of the real image of the outside world do not match, the see-through property deteriorates. On the other hand, since the light guide 50 of the present embodiment has a configuration in which the optical member 200 is joined to the light guide member 100, as shown in FIG. 8 (b), the observer observes through the light emitting unit 104. Rays in the direction do not refract. Therefore, in the light guide 50 of the present embodiment, the direction seen by the observer and the direction of the real image of the outside world match, and the see-through property is improved.

また、図７に示した導光部材１００の光線射出部１０４と光学部材２００の前面２１０が平行な面でない場合、光線射出部１０４を通しての観察者の観察方向の光線が前面２１０で屈折し、シースルー性が悪くなる。これに対して、本実施形態のライトガイド５０は、光線射出部１０４と光学部材２００の前面２１０とが互いに平行な平面となるように導光部材１００と光学部材２００とを接合する構成としたので、シースルー性を高めることが可能になる。 Further, when the light ray emitting portion 104 of the light guide member 100 and the front surface 210 of the optical member 200 shown in FIG. 7 are not parallel surfaces, the light rays in the observation direction of the observer through the light ray emitting portion 104 are refracted at the front surface 210. See-through property deteriorates. On the other hand, the light guide 50 of the present embodiment has a configuration in which the light guide member 100 and the optical member 200 are joined so that the light emitting portion 104 and the front surface 210 of the optical member 200 are parallel to each other. Therefore, it is possible to improve the see-through property.

上述のように、光線射出部１０４の位置による射出光の輝度むらを低減するために、反射部１０２からの距離が長くなるに従って、画像取り出し部１０３内の第１面１０３ａの幅を大きくする或いは画像取り出し部１０３の反射率を高くすることができる。このような構成とする場合、導光部材１００の反射部１０２からの距離が長くなるに従って、光学部材２００の前面２１０の透過率が順次高くなるように設定することが、より好ましい。かかる設定とすることにより、観察者が導光部材１００の光線射出部１０４を通して外界の景色を眺めた場合に、かかる外界の景色の輝度むらも低減させることができる。光学部材２００の前面２１０の透過率を順次高くするため、例えば、透過率の異なる種々のコート材を用い、反射部１０２からの距離が長くなるに従って透過率が高くなるようにコート材を選択して画像取り出し部１０３をコーティングすればよい。 As described above, in order to reduce the uneven brightness of the emitted light depending on the position of the light emitting portion 104, the width of the first surface 103a in the image extracting portion 103 is increased as the distance from the reflecting portion 102 increases. The reflectance of the image extraction unit 103 can be increased. In such a configuration, it is more preferable to set the transmittance of the front surface 210 of the optical member 200 to gradually increase as the distance of the light guide member 100 from the reflecting portion 102 increases. With such a setting, when the observer looks at the scenery of the outside world through the light emitting portion 104 of the light guide member 100, the uneven brightness of the scenery of the outside world can be reduced. In order to gradually increase the transmittance of the front surface 210 of the optical member 200, for example, various coating materials having different transmittances are used, and the coating material is selected so that the transmittance increases as the distance from the reflecting portion 102 increases. The image extraction unit 103 may be coated.

（導光部材の変形例）
導光部材１００の他の構成例について、図９及び図１０を参照して説明する。 (Modification example of light guide member)
Other configuration examples of the light guide member 100 will be described with reference to FIGS. 9 and 10.

上述した図５に示す実施形態では、画像取り出し部１０３は、第１面１０３ａ及び第２面１０３ｂの２つの平面で構成されている。すなわち、画像取り出し部１０３は、光線射出部１０４に対してθaの角度を有する第１面１０３ａと、光線射出部１０４に対してθbの角度を有する第２面１０３ｂとが交互に配置された、略階段状の形状をなすものである。 In the embodiment shown in FIG. 5 described above, the image extraction unit 103 is composed of two planes, a first surface 103a and a second surface 103b. That is, in the image extraction unit 103, the first surface 103a having an angle of θa with respect to the light ray emitting unit 104 and the second surface 103b having an angle of θb with respect to the light ray emitting unit 104 are alternately arranged. It has a substantially stepped shape.

これに対し、図９に示す変形例では、画像取り出し部１０３は、４つの平面で構成しており、鋸歯状の形状をなしている。具体的には、画像取り出し部１０３は、光線射出部１０４に対してθａの角度を有する第１面１０３ａと、θｂの角度を有する第２面１０３ｂと、θｃの角度を有する傾斜面１０３ｃと、θｄの角度を有する平面１０３ｄが、この順で配された形状となっている。画像取り出し部１０３において、第１面１０３ａと傾斜面１０３ｃとは、いずれも光線射出部１０４に平行な基準面から立ち上がって傾斜しているが、傾斜の方向すなわち立ち上がりの向きが互いに異なっている。 On the other hand, in the modified example shown in FIG. 9, the image extraction unit 103 is composed of four planes and has a sawtooth shape. Specifically, the image extraction unit 103 includes a first surface 103a having an angle of θa with respect to the light ray emitting unit 104, a second surface 103b having an angle of θb, and an inclined surface 103c having an angle of θc. The plane 103d having an angle of θd has a shape arranged in this order. In the image extraction unit 103, the first surface 103a and the inclined surface 103c both rise from the reference plane parallel to the light ray emitting unit 104 and are inclined, but the direction of inclination, that is, the direction of rising is different from each other.

上記の４つの面の内、第１面１０３ａと第２面１０３ｂの機能等は、上述した実施形態と同様であり、詳述を省略する。 Of the above four surfaces, the functions of the first surface 103a and the second surface 103b are the same as those in the above-described embodiment, and details thereof will be omitted.

傾斜面１０３ｃは、第１面１０３ａの面積を広く確保する役割、及び導光部材１００の曲げ強度を向上させる役割を有する。 The inclined surface 103c has a role of securing a large area of the first surface 103a and a role of improving the bending strength of the light guide member 100.

光線射出部１０４に対する傾斜面１０３ｃの角度θｃは、０°よりも大きく９０°以下の範囲とされる。角度θｃが０°になると、傾斜面１０３ｃは、第２面１０３ｂと同一面すなわち第２面１０３ｂの一部になるため、上述した実施形態と同じ構成になる。また、角度θｃは、生産性を考慮すると４５°から９０°の範囲とすることが望ましい。さらには、傾斜面１０３ｃは、画像表示素子１０からの画像光が当たると乱反射等の現象が生じるため、出来るだけ画像表示素子１０からの画像光が当たらないような角度範囲とすることが好ましい。 The angle θc of the inclined surface 103c with respect to the light ray emitting portion 104 is in a range larger than 0 ° and 90 ° or less. When the angle θc becomes 0 °, the inclined surface 103c becomes the same surface as the second surface 103b, that is, a part of the second surface 103b, and therefore has the same configuration as the above-described embodiment. Further, the angle θc is preferably in the range of 45 ° to 90 ° in consideration of productivity. Further, since the inclined surface 103c causes a phenomenon such as diffused reflection when the image light from the image display element 10 hits, it is preferable to set the angle range so that the image light from the image display element 10 does not hit as much as possible.

平面１０３ｄは、主にシースルー性を保持するための部位であり、光線射出部１０４に対する角度θｄ＝０°とする、すなわち光線射出部１０４と平行とすることが望ましい。角度θｄ＝０°とする場合には、第２面１０３ｂと同様に、画像表示素子１０からの画像光を平面１０３ｄで反射させる構成とすることもできる。 The plane 103d is a portion mainly for maintaining see-through property, and it is desirable that the angle θd with respect to the light emitting portion 104 is 0 °, that is, parallel to the light emitting portion 104. When the angle θd = 0 °, the image light from the image display element 10 may be reflected by the plane 103d as in the case of the second surface 103b.

さらに、図９に示す形態のさらなる変形例として、第１面１０３ａ及び傾斜面１０３ｃを図の上方向に伸ばすことで、画像取り出し部１０３を、第１面１０３ａと傾斜面１０３ｃとが接している３平面構成としてもよい。この場合、画像取り出し部１０３は、第１面１０３ａと、第２面１０３ｂと、傾斜面１０３ｃと、がこの順で連続して配置される。 Further, as a further modification of the form shown in FIG. 9, the first surface 103a and the inclined surface 103c are in contact with each other by extending the first surface 103a and the inclined surface 103c upward in the drawing. It may have a three-plane configuration. In this case, in the image extraction unit 103, the first surface 103a, the second surface 103b, and the inclined surface 103c are continuously arranged in this order.

このように、画像取り出し部１０３を３平面構成や４平面構成とすることで、図５に示す実施形態と比較して複雑な形状となるが、第１面１０３ａの面積を相対的に広く取ることができる。したがって、光線射出部１０４から射出される画像光の光量を相対的に多く確保することが可能となる。また、かかる形状とすることで、曲げ強度の向上を図ることができ、特に導光部材１００が樹脂製の場合に有利になる。すなわち、導光部材１００を樹脂で形成する場合、導光部材１００の厚みが薄くなる先端側で曲げ強度が弱くなるが、傾斜面１０３ｃを追加することによって、曲げ強度を向上させることができる。 In this way, by forming the image extraction unit 103 into a three-planar configuration or a four-planar configuration, the shape becomes complicated as compared with the embodiment shown in FIG. 5, but the area of the first surface 103a is relatively large. be able to. Therefore, it is possible to secure a relatively large amount of image light emitted from the light ray emitting unit 104. Further, by adopting such a shape, the bending strength can be improved, which is particularly advantageous when the light guide member 100 is made of resin. That is, when the light guide member 100 is made of resin, the bending strength is weakened on the tip side where the thickness of the light guide member 100 becomes thin, but the bending strength can be improved by adding the inclined surface 103c.

図１０に、画像取り出し部１０３を４平面構成とした場合の導光部材１００と光学部材２００の境界面を拡大して示す。この例でも、光学部材２００の傾斜部２０３は、導光部材１００の画像取り出し部１０３に接着剤１５０を介して接合することができる。 FIG. 10 shows an enlarged boundary surface between the light guide member 100 and the optical member 200 when the image extraction unit 103 has a four-planar configuration. Also in this example, the inclined portion 203 of the optical member 200 can be joined to the image extraction portion 103 of the light guide member 100 via the adhesive 150.

傾斜面１０３ｃや平面１０３ｄを追加して画像取り出し部１０３を３平面構成や４平面構成とする変形例は、画像取り出し部１０３の全体に施す構成に限られず、画像取り出し部１０３の一部に施してもよい。すなわち、第１面１０３ａと第２面１０３ｂとが交互に配置される図５に示す画像取り出し部１０３の構成を基本としつつ、光量を確保したい部位や曲げ強度を確保したい部位に傾斜面１０３ｃさらには平面１０３ｄを個別に追加することができる。 The modified example in which the image extraction unit 103 has a three-plane configuration or a four-plane configuration by adding an inclined surface 103c or a plane 103d is not limited to the configuration applied to the entire image extraction unit 103, but is applied to a part of the image extraction unit 103. You may. That is, based on the configuration of the image extraction unit 103 shown in FIG. 5 in which the first surface 103a and the second surface 103b are alternately arranged, the inclined surface 103c is further applied to a portion where the amount of light is desired to be secured and a portion where the bending strength is desired to be secured. Can add planes 103d individually.

このように、上述した種々の実施形態によれば、光量むらがなく、コンパクトで４０度以上の広視野角のライトガイドを得ることができる。 As described above, according to the various embodiments described above, it is possible to obtain a compact light guide having a wide viewing angle of 40 degrees or more without uneven light intensity.

上述の図１から図１０に示す実施形態では、虚像観察者の左側に導光部材１００の光線入射部１０１を配置して、画像光を虚像観察者の左側から入射する例について説明した。かかる配置を左右逆にする場合、すなわち虚像観察者の右側に導光部材１００の光線入射部１０１を配置して、画像光を虚像観察者の右側から入射する場合も、上述と同一の効果が得られる。 In the above-described embodiment shown in FIGS. 1 to 10, an example is described in which the light ray incident portion 101 of the light guide member 100 is arranged on the left side of the virtual image observer and the image light is incident from the left side of the virtual image observer. The same effect as described above can be obtained when the arrangement is reversed left and right, that is, when the light ray incident portion 101 of the light guide member 100 is arranged on the right side of the virtual image observer and the image light is incident on the right side of the virtual image observer. can get.

上述したライトガイド５０を眼鏡型の虚像表示装置すなわちＨＭＤに適用した場合を図１１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に例示する。 The case where the above-mentioned light guide 50 is applied to a spectacle-type virtual image display device, that is, an HMD is illustrated in FIGS. 11 (a), 11 (b) and 11 (c).

図１１（ａ）に示す例は、一つのライトガイド５０を両眼用のＨＭＤに適用した場合であり、導光部材１００の光線入射部１０１を虚像観察者すなわちユーザの右側に配置している。ライトガイド５０は、ユーザの耳に掛けられるツルとしての役割を担うフレーム部４００に固定される。図１１ではフレーム部を簡略化して表しているが、フレーム部４００は、ライトガイド５０の両端側のみならず、上側縁や下側縁を覆う形状とすることができる。 The example shown in FIG. 11A is a case where one light guide 50 is applied to the HMD for both eyes, and the light incident portion 101 of the light guide member 100 is arranged on the right side of the virtual image observer, that is, the user. .. The light guide 50 is fixed to a frame portion 400 that serves as a vine that can be hung on the user's ear. Although the frame portion is simplified in FIG. 11, the frame portion 400 may have a shape that covers not only both end sides of the light guide 50 but also the upper edge and the lower edge.

他方、図１１（ｂ）及び（ｃ）に示す例は、一つのライトガイド５０を小型化して単眼用のＨＭＤに適用した場合である。図１１（ｂ）に示す例は、二つのライトガイド５０，５０をユーザの左右各々の目の位置に対応させて配置した場合であり、各ライトガイドの光線入射部１０１は、左右外側に配置される。 On the other hand, the examples shown in FIGS. 11 (b) and 11 (c) are cases where one light guide 50 is miniaturized and applied to an HMD for a monocular. The example shown in FIG. 11B is a case where the two light guides 50 and 50 are arranged so as to correspond to the positions of the left and right eyes of the user, and the light ray incident portions 101 of each light guide are arranged on the left and right outside. Will be done.

なお、図１１では虚像光学系や光源の図示を省略したが、これらはフレーム部４００に取り付けることができる。すなわち、図１１（ａ）及び（ｃ）に示す例では光源ＳＬ、画像表示素子１０及びコリメート光学系３００を右目側のフレーム部に、図１１（ｂ）に示す例ではこれらを左右両方のフレーム部に取り付ければよい。 Although the virtual image optical system and the light source are not shown in FIG. 11, they can be attached to the frame portion 400. That is, in the examples shown in FIGS. 11A and 11C, the light source SL, the image display element 10, and the collimating optical system 300 are placed in the frame portion on the right eye side, and in the example shown in FIG. 11B, these are placed in both the left and right frames. It should be attached to the part.

上述した実施形態では、ライトガイド５０を眼鏡型のＨＭＤに適用している。上述したライトガイド５０は、他の種類のＨＭＤにも適用可能であり、さらには、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）にも適用できる。ライトガイド５０は、特に、微小デバイスにより光変調された光束によって形成される原画像を虚像表示するのに適している。 In the above-described embodiment, the light guide 50 is applied to a spectacle-type HMD. The light guide 50 described above can be applied to other types of HMDs, and can also be applied to a head-up display (HUD). The light guide 50 is particularly suitable for displaying an original image formed by a light flux light-modulated by a micro device.

（虚像表示装置の実施例）
図１乃至図８で上述したライトガイド５０を用いて製作した虚像表示装置の具体的な実施例を、図１２を参照して説明する。図１２では、実施例の虚像表示装置でのライトガイド５０の画像光の光路の状態及び観察者の目を模式的に表しており、光源ＬＳの図示は省略している。また、以下に示す各角度は絶対値表示である。 (Example of virtual image display device)
A specific embodiment of the virtual image display device manufactured by using the light guide 50 described above with reference to FIGS. 1 to 8 will be described with reference to FIG. FIG. 12 schematically shows the state of the optical path of the image light of the light guide 50 and the eyes of the observer in the virtual image display device of the embodiment, and the illustration of the light source LS is omitted. In addition, each angle shown below is an absolute value display.

虚像として確認できる視野の幅を「アイボックス」と称し、虚像が確認できる光線射出部１０４から眼球までの距離を「アイレリーフ」と称する。図１２に示す実施例では、ライトガイドの厚み（肉厚）ｔｌ＝４mm、長手方向の長さＬｌ＝５０mm、幅＝３０mm、角度θ0＝３０度、ライトガイドの屈折率（Ｎｄ）＝１．５３（材質：プラスチック）とした。また、ライトガイドの水平視野角＝４５度、アイボックス５mm以上、アイレリーフ１５mm以上に設定し、片目用の虚像表示装置を製作した。 The width of the visual field that can be confirmed as a virtual image is referred to as an "eye box", and the distance from the light emitting portion 104 that can confirm the virtual image to the eyeball is referred to as an "eye relief". In the embodiment shown in FIG. 12, the thickness (thickness) of the light guide is t l = 4 mm, the length in the longitudinal direction is L l = 50 mm, the width is 30 mm, the angle is θ0 = 30 degrees, and the refractive index (Nd) of the light guide is = It was set to 1.53 (material: plastic). In addition, the horizontal viewing angle of the light guide was set to 45 degrees, the eye box was set to 5 mm or more, and the eye relief was set to 15 mm or more, and a virtual image display device for one eye was manufactured.

かかる実施例では、光線射出部１０４から射出される画像光の輝度が全体的に均一になり、虚像が良好に確認できた。 In such an embodiment, the brightness of the image light emitted from the light ray emitting unit 104 became uniform as a whole, and the virtual image could be confirmed well.

以上のように、上述した実施形態及び実施例によれば、小型で４０度以上の広い視野角を有する透過型のライトガイド及びかかるライトガイドを用いた輝度むらの少ない虚像表示装置を提供することができる。 As described above, according to the above-described embodiments and examples, it is possible to provide a transmissive light guide having a wide viewing angle of 40 degrees or more, and a virtual image display device using such a light guide with less uneven brightness. Can be done.

１０ 画像表示素子
３００ コリメート光学系
ＬＳ 光源
５０ ライトガイド
１００ 導光部材
１０１ 光線入射部
１０３ 画像取り出し部
１０３ａ 第１面
１０３ｂ 第２面
１０３ｃ 傾斜面
１０３ｄ 平面
１０４ 光線射出部
１５０ 接着剤
２００ 光学部材
２１０ 前面（平行面）
２０３ 傾斜部
10 Image display element 300 Collimated optical system LS light source 50 Light guide 100 Light guide member 101 Light ray incident part 103 Image extraction part 103a First surface 103b Second surface 103c Inclined surface 103d Plane 104 Light ray emitting part 150 Adhesive 200 Optical member 210 Front surface (Parallel plane)
203 Inclined part

特許４５０８６５５号Patent No. 4508655 特許５４２１２８５号Patent No. 5421285 特許５７０３８７５号Patent No. 5703875

Claims (7)

画像表示素子からの画像光を導光して虚像を表示するために射出する虚像表示装置用のライトガイドに用いられる導光部材であって、
前記画像光が入射される光線入射部と、
前記画像光を外部に射出する光線射出部と、
前記光線入射部に対して傾斜し前記光線入射部で入射した画像光をライトガイド内部に導光させる反射部と、
前記光線射出部に対して傾斜する第１面と、該第１面に続き前記光線射出部に平行な第２面と、該第２面に続き前記光線射出部に対して前記第１面の前記光線射出部に対する傾斜の向きとは異なる向きに傾斜する第３面と、該第３面に続く第４面と、からなる鋸歯形状が繰り返し配置され前記画像光を前記第１面から前記光線射出部に導光して取り出す画像取り出し部と、
を備える、
ことを特徴とする導光部材。 A light guide member used for a light guide for a virtual image display device that guides image light from an image display element and emits it to display a virtual image.
And the light incident portion to which the image light is incident,
A light beam emitting portion for emitting the image light to the outside,
A reflection portion for guiding the front Symbol image light incident at an oblique the light beam incident portion with respect to the light incident portion therein the light guide,
A first surface that is inclined with respect to the light emitting portion, a second surface that follows the first surface and is parallel to the light emitting portion, and a second surface that follows the second surface and is the first surface with respect to the light emitting portion. A sawtooth shape consisting of a third surface inclined in a direction different from the direction of inclination with respect to the light ray emitting portion and a fourth surface following the third surface is repeatedly arranged, and the image light is emitted from the first surface to the light beam. An image extraction unit that guides light to the injection unit and extracts it,
Ru with a,
A light guide member characterized by this. 前記画像取り出し部は、前記反射部からの距離が長くなるほど前記第１面の幅が大きい請求項１記載の導光部材。 Before Symbol image pickup unit, the light guide member of the distance is about claim 1, wherein a width of the first surface is larger long from the reflecting section. 前記画像取り出し部における前記第１面には、前記画像光を反射するコートを有する請求項１又は２記載の導光部材。 The prior Symbol image pickup section on the first surface, according to claim 1 or 2, wherein the light guide member having a coating which reflects the image light. 前記画像取り出し部における前記第１面には、前記反射部からの距離が長くなるほど反射率が高くなるコートを有する請求項１乃至３のいずれかに記載の導光部材。 The light guide member according to any one of claims 1 to 3, wherein the first surface of the image extraction unit has a coat having a coat whose reflectance increases as the distance from the reflection unit increases. 前記光線射出部に対する前記第１面の傾斜角度と、前記光線入射部に対する前記反射部の傾斜角度とが等しい請求項１乃至４のいずれかに記載の導光部材。 Wherein the inclination angle of the first surface, the light guide member according to any one of the inclination angle of the reflecting portion is equal claims 1 to 4 with respect to the light beam incident portion for the previous SL beam emitter. 請求項１乃至５のいずれかに記載の導光部材と、The light guide member according to any one of claims 1 to 5,
前記光線射出部に平行な平行面と、前記平行面に対して傾斜し前記画像取り出し部に接合される傾斜部とを有する光学部材と、An optical member having a parallel surface parallel to the light beam emitting portion and an inclined portion inclined with respect to the parallel surface and joined to the image extraction portion.
を有するライトガイド。Light guide with. 照明光を射出する光源と、
前記光源からの照明光を受けて虚像表示のための表示画像の画像光を出力する画像表示素子と、
前記画像表示素子からの画像光をコリメートして射出するコリメート光学系と、
前記コリメート光学系からの画像光を導光して射出する請求項１乃至５のいずれかに記載の導光部材を有するライトガイドと、
を虚像表示光学系として備える虚像表示装置。
A light source that emits illumination light and
An image display element that receives the illumination light from the light source and outputs the image light of the display image for displaying a virtual image.
A collimating optical system that collimates and emits image light from the image display element, and
A light guide having a light guide member according to any one of claims 1 to 5 , which guides and emits image light from the collimating optical system .
As a virtual image display optical system.
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