JP2025075128A - Virtual image display device and optical unit - Google Patents
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Description
本発明は、虚像の観察を可能にする虚像表示装置及び光学ユニットに関する。 The present invention relates to a virtual image display device and an optical unit that enable the observation of a virtual image.
光学デバイスとして、第1導光体と、第2導光体と、第1回折光学素子と、第2回折光学素子とを有し、第1導光体は、第1光入射部と第1光出射部とを備え、第2導光体は、第2光入射部と第2光出射部とを備え、第1回折光学素子は、第2導光体の第2光出射部に設けられ、第2導光体の内部を導光した光の少なくとも一部を回折させて第2導光体の外部に取り出し、第2回折光学素子は、第1導光体の第1光出射部に設けられ、第1導光体の内部を導光した光の少なくとも一部及び第1回折光学素子で取り出された光の少なくとも一部を取り出し、第1導光体及び第2導光体に入射する入射光は、一部が第1光入射部から第1導光体の内部に入射して導光され、他の一部が第2光入射部から第2導光体の内部に入射して導光され、第2導光体の内部を導光する光は、第1導光体の内部を導光する光よりも長波長の光を多く含み、第2回折光学素子は、第1光入射部に近い側と、第1光入射部から遠い側とで、回折効率が異なる部分を含み、第1回折光学素子は、回折効率がほぼ一定であるものが公知となっている(特許文献1)。 The optical device includes a first light guide, a second light guide, a first diffractive optical element, and a second diffractive optical element, the first light guide having a first light entrance portion and a first light exit portion, the second light guide having a second light entrance portion and a second light exit portion, the first diffractive optical element is provided in the second light exit portion of the second light guide, and diffracts at least a portion of the light guided inside the second light guide to extract it to the outside of the second light guide, the second diffractive optical element is provided in the first light exit portion of the first light guide, and diffracts at least a portion of the light guided inside the first light guide and extracted by the first diffractive optical element. At least a portion of the light incident on the first light guide and the second light guide is extracted, a portion of the light incident on the first light guide enters the first light guide from the first light entrance section and is guided, and another portion enters the second light guide from the second light entrance section and is guided, the light guided inside the second light guide contains more light with longer wavelengths than the light guided inside the first light guide, the second diffractive optical element includes a portion with different diffraction efficiency between the side closer to the first light entrance section and the side farther from the first light entrance section, and the first diffractive optical element has a generally constant diffraction efficiency (Patent Document 1).
上記特許文献1に示される光学デバイスでは、各入力格子へは映像光の全画角が入射するため、画角ごとに回折効率が変化してしまう。つまり、映像を見た時に画角に対する明暗が出てしまう輝度ムラを対策することができない。
In the optical device shown in
本発明の一側面における虚像表示装置及び光学ユニットは、映像光を射出する表示パネルと、表示パネルからの映像光をコリメートする投影光学系と、映像光を導光する導光板と、投影光学系からの映像光を導光板に入射させる入射回折光学系と、導光板からの映像光を出射させる出射回折光学系と、を備え、表示パネルは、第1表示領域と、第1部分表示領域から見て、装着者の両眼が並ぶ第1方向に配置され、第1部分表示領域と同じ面積及び同じ形状を有する第2部分表示領域と、を含み、表示パネルから射出される映像光は、第1表示領域から射出される第1部分映像光と、第2部分表示領域から射出される第2部分映像光と、を含み、入射回折光学系の入射面のうち、第1部分映像光が入射する第1入射面積は、第2部分映像光が入射する第2入射面積より小さい。 The virtual image display device and optical unit according to one aspect of the present invention include a display panel that emits image light, a projection optical system that collimates the image light from the display panel, a light guide plate that guides the image light, an incident diffraction optical system that causes the image light from the projection optical system to enter the light guide plate, and an exit diffraction optical system that emits the image light from the light guide plate. The display panel includes a first display area and a second partial display area that is disposed in a first direction in which the wearer's eyes are aligned as viewed from the first partial display area and has the same area and shape as the first partial display area. The image light emitted from the display panel includes a first partial image light emitted from the first display area and a second partial image light emitted from the second partial display area. Of the entrance surface of the entrance diffraction optical system, a first entrance area into which the first partial image light is incident is smaller than a second entrance area into which the second partial image light is incident.
〔第1実施形態〕
以下、図1~3等を参照して、本発明に係る虚像表示装置100A,100Bの第1実施形態について説明する。
First Embodiment
Hereinafter, a first embodiment of virtual
図1は、頭部装着型表示装置(以下、ヘッドマウントディスプレイ又は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。
Figure 1 is a diagram for explaining the wearing state of a head-mounted display device (hereinafter also referred to as a head-mounted display or HMD) 200, in which the observer or wearer US wearing the HMD 200 recognizes an image as a virtual image. In Figure 1 etc., X, Y, and Z are Cartesian coordinate systems, with the +X direction corresponding to the lateral direction in which the eyes EY of the observer or wearer US wearing the
HMD200は、左眼用の第1虚像表示装置100Aと、右眼用の第2虚像表示装置100Bと、虚像表示装置100A,100Bを支持するテンプル状の一対の支持装置100Cと、情報端末であるユーザー端末90とを備える。第1虚像表示装置100Aは、単独でHMDとして機能し、上部に配置される第1表示駆動部102aと、メガネレンズ状で眼前を覆う第1導光光学系103aとで構成される。第2虚像表示装置100Bも同様に、単独でHMDとして機能し、上部に配置される第2表示駆動部102bと、メガネレンズ状で眼前を覆う第2導光光学系103bとで構成される。支持装置100Cは、装着者USの頭部に装着される装着部材であり、外観上一体化されている表示駆動部102a,102bを介して一対の導光光学系103a,103bの上端側を支持している。第1虚像表示装置100Aと第2虚像表示装置100Bとは、光学的に左右反転させたものであり、第2虚像表示装置100Bについては、詳細な説明を省略する。
The HMD 200 includes a first virtual
図2は、第1虚像表示装置100Aの第1表示駆動部102aと第1導光光学系103aとを具体的に説明する側面図である。図3は、第1表示駆動部102aと第1導光光学系103aとを具体的に説明する平面図である。図4は、主に第1導光光学系103aを説明する背面図である。
Figure 2 is a side view specifically explaining the first
図2及び図3を参照して、第1表示駆動部102aは、映像光生成装置10と投影光学系20と駆動回路部材88とを備える。映像光生成装置10は、表示パネル11aを含む光学エンジンである。投影光学系20は、複数のレンズ素子21を含むコリメーターである。映像光生成装置10によって生成された映像光MLは、投影光学系20によってコリメートされ、導光部材50である第1導光光学系103aに結合される。駆動回路部材88は、表示パネル11aに表示動作を行わせる。なお、第1虚像表示装置100Aにおいて、駆動回路部材88を除いた光学的装置を、光学ユニット100と呼ぶ。第1虚像表示装置100Aは、映像光MLを装着者USの眼EYまで導くことで、装着者USに虚像を視認させる。
2 and 3, the first
図4を参照して、第1導光光学系103aは、カラー表示を可能にする導光部材50であり、XY面に略平行に延びる。第1導光光学系103aは、導光板51aと、入射回折層51bと、瞳拡大格子層51eと、射出回折層51cとを有する。入射回折層51b、射出回折層51c、及び瞳拡大格子層51eは、映像光MLの波長に応じて回折を行うものである。入射回折層51bは、第1表示駆動部102aからのコリメートされた映像光MLを導光板51a内に導いて横方向に伝搬させ、瞳拡大格子層51eは、導光板51a中で横方向に伝搬する映像光MLの瞳サイズを拡大しつつ下方向に伝搬させ、射出回折層51cは、導光板51a中で下方向に伝搬する映像光MLの瞳サイズを拡大しつつ、眼EY(図2参照)が存在する内側に設定された瞳位置PP(図2参照)に向けて映像光MLを射出させる。
Referring to Fig. 4, the first light guide
図5は、第1表示駆動部102aの光学系を説明する図である。第1表示駆動部102aにおいて、映像光生成装置10は、1つの表示パネル11aのみを含む。つまり、表示パネル11aは、RGBの3色の画素を含み、表示パネル11aにおいて、各色の画素が2次元的に配列されている。投影光学系20は、複数のレンズ素子21を含む。表示パネル11aと、投影光学系20とは、鏡筒30によって互いに位置決めされた状態で固定されている。鏡筒30は、図2に示すように、駆動回路部材88とともに、カバーを兼ねるホルダー71によって互いに位置決めされた状態で支持され、第1導光光学系103aに対して固定されている。
Figure 5 is a diagram explaining the optical system of the first
表示パネル11aは、虚像に対応する像を形成すべく、映像光MLを射出する表示素子又は表示デバイスである。具体的には、表示パネル11aは、例えばOLED(有機発光ダイオード、Organic Light Emitting Diode)、有機EL(有機エレクトロルミネッセンス、Organic Electro-Luminescence)、無機EL、LEDのような各種発光素子アレイのディスプレイであり、XY面に平行な2次元の表示面上に静止画又は動画を形成する。表示パネル11aは、発光素子14aを有する。発光素子14aは、基板上に多数の画素子をXY面に沿って2次元的に配列したものであり、表示パネル11aがOLEDのディスプレイである場合、発光素子14aを構成する各画素子は、基板側からの順で、陰極と電子輸送層と発光層とホール輸送層と透明電極層とを備える。
The
表示パネル11aは、自発光型の映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グラウンド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。表示パネル11a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。
The
投影光学系20は、入射する光をコリメートすなわち平行化するレンズ素子21として、第1レンズ21aと、第2レンズ21bとを含む。投影光学系20は、表示パネル11aの表示面11dから射出された映像光MLを所定の光線幅を有する状態にコリメートし、かつ画素位置に応じた傾斜角度状態として導光部材50に設けられた入射回折層51bに向けて射出する。投影光学系20は、樹脂又はガラス製の1つ以上のレンズ素子の他に、反射ミラー等の光学素子を含むものであってもよい。投影光学系20を構成する光学素子の光学面は、球面、非球面、及び自由曲面のいずれであってもよい。以降、映像光MLのうち、互いに異なる複数の発光素子14aから射出される光を、それぞれ、部分映像光ML0,ML1,ML2と呼ぶ場合がある。
The projection
図4に戻って、第1導光光学系103a又は導光部材50において、入射回折層51bは、入力回折光学素子DIであり、縦のY方向に直線的に延び横のX方向に周期的に繰り返す回折パターンで形成されている。射出回折層51cは、出力回折光学素子DOであり、横のX方向に直線的に延び縦のY方向に周期的に繰り返す回折パターンで形成されている。瞳拡大格子層51eは、瞳拡大回折光学素子DEであり、入射回折層51bの-X側に設けられて導光板51a内に導かれて全体として-X方向に進む映像光MLを全体として-Y方向に進むように光路を折り曲げる。
Returning to FIG. 4, in the first light guide
導光板51aは、平行平板から形成された部材であり、XY面に平行に延びる一対の平面である内側全反射面51iと外側全反射面51oとを有する(図2参照)。
The
入射回折層51b、射出回折層51c、及び瞳拡大格子層51eは、導光板51aの内側全反射面51i上に形成されている。
The
入射回折層51b、射出回折層51c、及び瞳拡大格子層51eは、映像光MLの波長に応じて回折を行うものであり、例えば表面レリーフ型の回折素子から形成される。表面レリーフ型の回折素子は、ナノインプリントによって形成されるが、これに限るものではなく、導光板51aの表面をエッチングすることによっても形成することができ、回折素子を貼り付けるようなものであってもよい。
The
瞳拡大格子層51eは、回折方向を入れ替えつつも、映像光MLの左右のX方向に関する角度情報や映像光MLの上下のY方向に関する角度情報が実質的に損なわれないようにする。瞳拡大格子層51eすなわち瞳拡大回折光学素子DEは、入射回折層51bである入力回折光学素子DIから導光板51a中に導かれた映像光MLを射出回折層51cである出力回折光学素子DOに導きつつ射出回折層51cの瞳を拡大する。より具体的には、瞳拡大格子層51eは、入射回折層51bと射出回折層51cとの間に介在して、入射回折層51bの回折方向(-X方向)に対して交差する方向(-Y方向)に映像光MLを導きつつ光線を分割するものであり、横方向の光線幅を拡大する役割を有する。瞳拡大格子層51eは、XY面に平行で斜めのDS2方向に直線的に延び、かつ、XY面に平行でDS2方向に垂直なDS1方向に周期的に繰り返す回折パターンで形成されている。DS1方向は、+Y方向に対して時計回りに45°回転させた方向となっており、-X方向と+Y方向との中間方向となっている。瞳拡大格子層51eに形成されたパターンのX方向及びY方向に関する格子周期又はピッチは、入射回折層51bに形成されたパターンのX方向に関する格子周期と一致し、かつ、射出回折層51cに形成されたパターンのY方向に関する格子周期と一致する。射出回折層51cは、-Y方向に映像光MLを導きつつ光線を分割するものであり、縦方向の光線幅を拡大する役割を有する。結果的に、図2に示す瞳位置PPに入射する映像光MLのX方向及びY方向の光線幅は射出回折層51cに対応する広がりを有するものとなり、瞳拡大格子層51e、射出回折層51c等を経て、縦方向及び横方向の瞳サイズが増加する。射出回折層51cからは、導光板51aに垂直な射出光軸OX(図2参照)を中心としてコリメートされた映像光MLが射出される。
The pupil
図6を参照して、導光板51aの内部で入射回折層51bから射出回折層51cまで導光された映像光MLに輝度ムラが発生することについて説明する。図6は、映像光生成装置10、投影光学系20としてのレンズ素子21、入射回折層51b、導光板51a、射出回折層51c、装着者の眼EYおよび映像光MLの、XZ方向における位置関係を、模式的に示す平面図である。ただし、図6では、説明を簡略化するために、映像光MLが入射回折層51bから射出回折層51cへ至る途中で映像光MLの伝搬方向を変更する瞳拡大格子層51eを省略しており、各構成要素の寸法を誇張して示している。
Referring to FIG. 6, the occurrence of luminance unevenness in the image light ML guided from the
図6に示すように、投影光学系20からの映像光MLは、入射回折層51bで回折して導光板51aに入射し、導光板51aの外側全反射面51o及び内側全反射面51iで全反射しながら導光板51aに沿って導光され、射出回折層51cで回折して眼EYへ向けて出射する。
As shown in FIG. 6, the image light ML from the projection
ここで、映像光MLには、第1部分映像光ML1と、第2部分映像光ML2とが含まれる。第1部分映像光ML1及び第2部分映像光ML2は、表示パネル11aのうち、図5に示した第1部分表示領域111及び第2部分表示領域112から、それぞれ射出される。第1部分表示領域111は、表示パネル11aの中心点11cから見て、入射回折層51bから射出回折層51cへ向かう方向のうちの、装着者の両眼EYが並ぶ第1方向(±X方向)に平行な成分の方向(図6の場合は-X方向)に配置されている。第2部分表示領域112は、中心点11cから見て、第1部分表示領域111とは逆方向(図6の場合は+X方向)に配置されている。なお、図5と、図6の領域ER1とに示すように、表示パネル11aの表示面11dに直交し、かつ、中心点11cを通る仮想的な直線AX1は、入射回折層51bの中心点510を通る。なお、第1方向(±X方向)は、入射回折層51bを構成する回折パターンに含まれる複数の凸部が周期的に並ぶ方向であり、入射回折層51bから導光板51aに入射した映像光MLが瞳拡大格子層51eへ向かって導光される方向でもある。
Here, the image light ML includes a first partial image light ML1 and a second partial image light ML2. The first partial image light ML1 and the second partial image light ML2 are emitted from the first
以降、第1部分映像光ML1及び第2部分映像光ML2の比較をより容易にするために、第1部分表示領域111及び第2部分表示領域112の面積が同じであり、中心点11cから第1部分表示領域111及び第2部分表示領域112までのそれぞれの距離が同じである場合について説明する。ここで、中心点11cは、表示パネル11aの表示面11dのうち、投影光学系20の光軸AX1が交わる点であってもよいし、表示パネル11aの頂点を結ぶ対角線の交点や、表示パネル11aの形状に基づいて求められる重心などとして規定される幾何学的中心であってもよいし、当該幾何学的中心から、表示パネル11aの表示面11dに含まれ第1方向(±X方向)に直交する方向(±Y方向)へ任意の距離だけ離れた点であってもよい。
Hereinafter, in order to make it easier to compare the first partial image light ML1 and the second partial image light ML2, a case will be described in which the areas of the first
入射回折層51bに含まれる複数の凸部のそれぞれに注目すると、同一の表示パネル11aに含まれる2つの異なる表示領域111,112からそれぞれ射出される2つの部分映像光ML1,ML2が、入射回折層51bを構成する回折パターンのうち、同じ凸部で回折して導光板51aに入射するとき、該部分映像光ML1,ML2の入射回折層51bに対する入射角度は異なる。そして、2つの部分映像光ML1,ML2の入射回折層51bに対する入射角度が互いに異なるとき、該部分映像光ML1,ML2のそれぞれが導光板51aの内部で全反射するときの入射角AI1,AI2は互いに異なり、したがって反射角AR1,AR2も互いに異なる。つまり、入射回折層51bに入射する映像光MLに含まれる光の画角に応じて、導光板51aの内部で該光が全反射するときの入射角及び反射角は異なる。
Focusing on each of the multiple convex portions included in the
具体的には、図6の例に示すように、射出回折層51cにより近い方向から入射回折層51bへ入射する第1部分映像光ML1が、外側全反射面51o及び内側全反射面51iで全反射するときの第1入射角AI1及び第1反射角AR1は、射出回折層51cからより離れた方向から入射回折層51bへ入射する第2部分映像光ML2が、外側全反射面51o及び内側全反射面51iで全反射するときの第2入射角AI2及び第2反射角AR2より、それぞれ小さい。
Specifically, as shown in the example of FIG. 6, the first angle of incidence AI1 and the first reflection angle AR1 when the first partial image light ML1 incident on the
部分映像光ML1,ML2が導光板51aの内部で全反射を繰り返すときの入射角及び反射角が互いに異なるとき、導光板51aが延在する方向の単位長さごとに部分映像光ML1,ML2が全反射する回数も互いに異なる。そして、導光板51aの単位長さごとに部分映像光ML1,ML2が全反射する回数が互いに異なるとき、同じ射出回折層51cを構成する回折パターンのうち、部分映像光ML1,ML2が導光板51aの外部へ出射するときに回折させる凸部の総数も互いに異なる。つまり、入射回折層51bに入射する映像光MLに含まれる光の画角に応じて、導光板51aの内部で該光が全反射するときの入射角及び反射角は異なり、映像光MLが導光板51aから外部へ出射するときに映像光MLを回折させる射出回折層51cの凸部の総数も異なる。
When the partial image light ML1, ML2 repeats total reflection inside the
具体的には、図6の例に示すように、射出回折層51cのうち、第1入射角AI1及び第1反射角AR1がより小さい第1部分映像光ML1が導光板51aの外部へ出射するときに回折させる凸部の総数は、第2入射角AI2及び第2反射角AR2がより大きい第2部分映像光ML2が導光板51aの外部へ出射するときに回折させる凸部の総数より多い。
Specifically, as shown in the example of FIG. 6, the total number of convex portions in the
映像光MLが導光板51aから出射するとき、射出回折層51cのうち、該映像光MLに含まれる所定の画角の光を回折させる凸部の総数が多ければ多いほど、出射した該光の光量は増え、出射した映像光MLのうちの該光の輝度は高まる。その結果、映像光MLの輝度は、入射回折層51bに入射する映像光MLに含まれる光の画角に応じて異なる分布を有する。つまり、装着者USの眼EYから見ると、映像光MLの画角に応じて輝度ムラが発生する場合がある。
When the image light ML is emitted from the
本実施形態では、上述したような輝度ムラを低減させる1つの手法として、投影光学系20からの映像光MLが導光板51aに入射するとき、入射回折層51bを構成する回折パターンのうち、該映像光MLに含まれる光を回折させる凸部の総数が、該光の画角ごとに異なるように、投影光学系20及び入射回折層51bの位置関係を適宜に設定する。ここで、映像光MLに含まれる光を回折させる凸部の総数は、入射回折層51bの入射面のうちの、該光が入射する入射面積に比例する。
In this embodiment, as one method for reducing the brightness unevenness as described above, the positional relationship between the projection
具体的には、図7の領域ER2に示すように、入射回折層51bから射出回折層51cへ向かう方向のうちの、第1方向(±X方向)に平行な方向成分である方向(-X方向)に、投影光学系20の光軸AX1を、入射回折層51bの中心から所定の距離Dにシフトするように、入射回折層51bに対する投影光学系20の位置を設定する。
Specifically, as shown in region ER2 of FIG. 7, the position of the projection
その結果、投影光学系20からの映像光MLに含まれる光が入射回折層51bによって回折して導光板51aに入射するとき、入射回折層51bを構成する回折パターンのうち、該光を回折させる凸部の総数が、該映像光MLにおける該光の画角に応じて変わる。そして、該光を回折させた外凸部が多ければ多いほど、導光板51aの内部で導光される該光の光束幅は広い。つまり、投影光学系20からの映像光MLに含まれる部分映像光ML1,ML2の、第1方向(±X方向)における光束幅W1,W2は、該光の画角に応じて変わる。
As a result, when the light contained in the image light ML from the projection
具体的には、図7に示すように、映像光MLに含まれる第1部分映像光ML1及び第2部分映像光ML2を比較すると、入射回折層51bを構成する回折パターンのうち、第1部分映像光ML1を回折させる凸部の総数より、第2部分映像光ML2を回折させる凸部の総数の方が多い。その結果、導光板51aの内部において、第1部分映像光ML1の光束幅W1より、第2部分映像光ML2の光束幅W2の方が広い。
Specifically, as shown in FIG. 7, when comparing the first partial image light ML1 and the second partial image light ML2 contained in the image light ML, the total number of convex portions that diffract the second partial image light ML2 is greater than the total number of convex portions that diffract the first partial image light ML1 in the diffraction pattern that constitutes the
その後、図6を参照して説明したように、第1部分映像光ML1及び第2部分映像光ML2が導光板51aから出射するとき、射出回折層51cを構成する回折パターンのうち、第1部分映像光ML1を回折させる凸部の総数より、第2部分映像光ML2を回折させる凸部の総数の方が多い。つまり、より狭い光束幅W1を有してより多い凸部で回折して出射する第1部分映像光ML1の輝度と、より広い光束幅W2を有してより少ない凸部で回折して出射する第2部分映像光ML2の輝度との差は、図5の構成と比較して、小さくなる。その結果、装着者USの眼EYにおける映像光MLの輝度ムラが低減される。
Then, as described with reference to FIG. 6, when the first partial image light ML1 and the second partial image light ML2 are emitted from the
〔第2実施形態〕
上述した第1実施形態では、映像光MLに含まれる光の、該光の画角に応じて発生する輝度ムラを低減するために、投影光学系20及び入射回折層51bの位置関係を適宜に設定することによって、映像光MLに含まれる光の光束幅を、該光の画角に応じて変化させる構成について説明した。本実施形態では、上述したような輝度ムラを低減する別の手法として、投影光学系20が映像光MLに含まれる光を射出する方向を、該光の画角に応じて変化させる。
Second Embodiment
In the above-described first embodiment, in order to reduce the brightness unevenness of the light contained in the image light ML that occurs depending on the angle of view of the light, the positional relationship between the projection
具体的には、まず、図8に示すように、表示パネル11aが映像光MLに含まれる光を射出する方向D0,D1,D2を、表示パネル11aに含まれる部分表示領域110,111,112のうち、第1方向(±X方向)における位置に応じて変化させる。より詳細には、表示パネル11aの表面を複数の部分表示領域110,111,112に分割管理し、部分表示領域110,111,112のいずれかを第1方向(±X方向)における基準となる基準表示領域110とする。基準表示領域110から映像光MLの光を射出する方向を、基準射出方向D0とする。一例として、基準射出方向D0は、表示パネル11aの表示面11dに直交する方向(+Z方向)であってもよい。第1方向(±X方向)において、基準表示領域110から見て入射回折層51bから射出回折層51cへ向かう第1シフト方向(-X方向)に配置された第1部分表示領域111が、映像光MLの光を射出する方向D1を、第1方向(±X方向)及び基準射出方向(+Z方向)を含む仮想平面(XZ平面)内で、基準射出方向(+Z方向)から基準表示領域110に近づく回転方向に所定の第1ティルト角度AT1だけ傾ける。また、第1方向(±X方向)において、基準表示領域110から見て射出回折層51cから入射回折層51bへ向かう第2シフト方向(+X方向)に配置された第2部分表示領域112が映像光MLの光を射出する方向を、第1方向(±X方向)及び基準射出方向(+Z方向)を含む仮想平面(XZ平面)内で、基準射出方向から基準表示領域110より遠ざかる回転方向に、所定の第2ティルト角度AT2だけ傾ける。このとき、第1レンズ21aからの第1部分映像光ML1が第2レンズ21bに入射する第1入射角度は、第1レンズ21aからの第2部分映像光ML2が第2レンズ21bに入射する第2入射角度より小さくなる。図8では、映像光MLのうち、基準表示領域110、第1部分表示領域111及び第2部分表示領域112から射出される光の強度分布PD0,PD1,PD2をそれぞれ示している。
Specifically, first, as shown in FIG. 8, the directions D0, D1, and D2 in which the
このとき、基準表示領域110及び部分表示領域111,112のそれぞれに対応して配置される、第1レンズ21aとしてのマイクロレンズアレイに含まれるマイクロレンズの位置を、基準となる位置から第1方向に所定の距離だけシフトすることで、部分表示領域110,111,112のそれぞれが映像光MLの光を射出する方向を傾けることができる。ここで、マイクロレンズアレイとは、表示パネル11aに含まれる画素又は画素の集合としての基準表示領域110及び部分表示領域111,112のそれぞれに対向して配置されるマイクロレンズをアレイ状に配置して構成された光学素子である。つまり、マイクロレンズアレイは、表示パネル11aに含まれる複数の画素のそれぞれから射出される光の射出方向を、該複数の画素のそれぞれの表示パネル11aにおける位置に基づいて変更する射出方向変更光学系として機能する。それぞれのマイクロレンズは、マイクロレンズアレイとしての第1レンズ21aの後段に配置された第2レンズ21bとともに、対応する画素又は基準表示領域110及び部分表示領域111,112から出射する光をコリメートするように構成されている。
At this time, the position of the microlens included in the microlens array as the
具体的には、図9に示すように、基準表示領域110に対応するマイクロレンズ210を基準表示領域110の正面に配置し、第1部分表示領域111に対応するマイクロレンズ211を第1部分表示領域111の正面から第1シフト方向(-X方向)へ所定の第1シフト距離DS1だけシフトして配置し、第2部分表示領域112に対応するマイクロレンズ212を第2部分表示領域112の正面から第2シフト方向(+X方向)へ所定のシフト距離DS2だけシフトして配置する。その結果、映像光MLのうち、基準表示領域110から射出される光はマイクロレンズ210によって基準射出方向D0(+Z方向)へ第0部分映像光ML0として射出され、第1部分表示領域111から射出される光はマイクロレンズ211によって基準射出方向(+Z方向)から第1ティルト角度AT1だけ傾いた方向D1へ第1部分映像光ML1として射出され、第2部分表示領域112から射出される光はマイクロレンズ212によって基準射出方向(+Z方向)から第2ティルト角度AT2だけ傾いた方向D2へ第2部分映像光ML2として射出される。
Specifically, as shown in FIG. 9, a
次に、図10に示すように、映像光MLの、部分表示領域111,112から異なる射出方向へ射出される部分映像光ML1,ML2は、投影光学系20の第2レンズ21bを通過してコリメートされ、入射回折層51bで回折して導光板51aに入射する。このとき、部分映像光ML1,ML2が入射回折層51bに到達するときの入射角が、マイクロレンズアレイとしての第1レンズ21aによって互いに異なるティルト角度AT1,AT2だけ傾けられているため、入射回折層51bを構成する回折パターンのうち、部分映像光ML1,ML2を回折する凸部の総数は互いに異なる。その結果、第1ティルト角度AT1,AT2又は第1シフト距離DS1及び第2シフト距離DS2を適宜に設定することにより、部分映像光ML1,ML2が基準射出方向に射出する場合と比較して、実施形態の場合と同様に、輝度ムラを低減することができる。
Next, as shown in FIG. 10, the partial image light ML1, ML2 emitted from the
(変形例:より多くの部分表示領域)
上記の第2実施形態において、表示パネル11aを、基準表示領域110と、第1部分表示領域111及び第2部分表示領域112とに分割管理して、映像光MLのうち、これら3つの領域のそれぞれから射出される光をそれぞれ異なる方向に射出する場合の構成について説明した。この構成の変形例として、表示パネル11aを、より多くの部分表示領域に分割管理して、映像光MLのうち、該部分表示領域のそれぞれから射出される光をそれぞれ異なる方向に射出するように、マイクロレンズアレイとしての第1レンズ21aを構成してもよい。
(Variation: More partial display areas)
In the above-described second embodiment, a configuration has been described in which the
(変形例:カラーフィルタシフト)
また、上記の構成のさらなる変形例として、マイクロレンズアレイの代わりにカラーフィルタアレイを用いてもよい。カラーフィルタアレイは、表示パネル11aが備える複数の画素のそれぞれに設けられた3つの副画素にR(赤色)成分、G(緑色)成分及びB(青色)成分の色情報を与えるカラーフィルタをアレイ状に配置して構成される。つまり、本変形例では、表示パネル11aは、複数の画素の各々について、映像光MLのうちのR成分、G成分及びB成分の光を個別に射出する複数の副画素を備える単板RGBパネルを備えている。複数の副画素は、単一のパネルに配列されてもよいが、これは一例にすぎず、本開示を限定しない。本変形例では、それぞれのカラーフィルタを、対応する副画素の正面に配置する代わりに、表示パネル11aにおける副画素の位置に応じて、第1シフト方向または第2シフト方向に所定のシフト距離だけシフトして配置することによって、映像光MLのうち、副画素のそれぞれが射出する光の射出方向を適宜に変更し、上記の第2実施形態の場合と同様に輝度ムラを低減することができる。
(Variation: Color Filter Shift)
As a further modification of the above configuration, a color filter array may be used instead of the microlens array. The color filter array is configured by arranging color filters in an array shape to provide color information of R (red), G (green) and B (blue) components to three sub-pixels provided in each of the plurality of pixels included in the
(変形例:3枚の表示パネル)
上記の第2実施形態において、第1レンズ21aとしてマイクロレンズアレイを用い、マイクロレンズアレイに含まれる複数のマイクロレンズが、表示パネル11aに含まれる複数の画素又は複数の部分表示領域111,112にそれぞれ対応して配置される場合の構成について説明した。この構成の変形例として、映像光MLを射出する表示パネル11aを、三原色の成分をそれぞれ射出する3枚の表示パネルに置き換えてもよい。この場合、3枚の表示パネルのそれぞれに、同じ構成を有するマイクロレンズアレイを設けてもよい。また、3枚のマイクロレンズアレイと、射出回折層51cとの間に、映像光MLを構成する3色の成分を合成する合成光学系をさらに設けてもよい。
(Modification: Three Display Panels)
In the above second embodiment, a configuration has been described in which a microlens array is used as the
〔第3実施形態〕
上述した第1実施形態では、装着者USの眼EYにおける映像光MLの輝度ムラを低減するために、入射回折層51bの中心に対する投影光学系20の光軸AX1の位置を、入射回折層51bから射出回折層51cへ向かう第1シフト方向(-X方向)へシフトする場合の構成について説明した。この構成の変形例として、入射回折層51bの中心に対する投影光学系20の光軸AX1の位置を、第1実施形態とは逆の方向に、射出回折層51cから入射回折層51bへ向かう第2シフト方向(+X方向)へシフトする場合でも、装着者USの眼EYにおける映像光MLの輝度ムラを低減できることについて説明する。
Third Embodiment
In the above-described first embodiment, a configuration has been described in which the position of the optical axis AX1 of the projection
図11は、第1実施形態による第1表示駆動部102aの光学系を説明するための図5のうち、入射回折層51bに対する投影光学系20の位置を変更したものである。図11の領域ER3に示すように、本実施形態では、投影光学系20を、入射回折層51bの中心から見て第2シフト方向(+X方向)へ、適宜な距離Dだけシフトする。このとき、第1部分映像光ML1は、入射回折層51bで回折して導光板51aに入射し、導光板51aの外側全反射面51oで一度全反射し、さらに導光板51aの内側全反射面51iで全反射するときに、入射回折層51bの第2シフト方向側の端部に届く。このような条件が満たされるとき、入射回折層51bを構成する回折パターンのうち、第2部分映像光ML2を回折する凸部の総数は、第1部分映像光ML1を回折する凸部の総数より多くなる。その結果、第1実施形態の場合と同様に、導光板51aの内部で導光される映像光MLのうち、第2部分映像光ML2の光束幅が、第1部分映像光ML1の光束幅より広くなり、導光板51aから出射する映像光MLの輝度ムラが低減される。
11 is a diagram in which the position of the projection
なお、本実施形態でも、第1実施形態の場合と同様に、第1部分映像光ML1は、図5などに示したように、表示パネル11aのうち、表示パネル11aの中心点11cから見て第1シフト方向(-X方向)に位置する第1部分表示領域111から出射される。また、第2部分映像光ML2は、図5などに示したように、表示パネル11aのうち、表示パネル11aの中心点11cから見て第2シフト方向(+X方向)に位置する第2部分表示領域112から出射される。
In this embodiment, as in the first embodiment, the first partial image light ML1 is emitted from the first
〔第4実施形態〕
上述した第2実施形態では、装着者USの眼EYにおける映像光MLの輝度ムラを低減するために、投影光学系20が射出する映像光MLのうち、第1部分映像光ML1を射出する方向を、基準射出方向(+Z方向)から基準表示領域110に近づく回転方向に傾け、第2部分映像光ML2を射出する方向を、基準射出方向(+Z方向)から基準表示領域110より遠ざかる回転方向に傾ける場合の構成について説明した。この構成の変形例として、第1部分映像光ML1及び第2部分映像光ML2を射出する方向をそれぞれ第2実施形態とは逆の回転方向に傾ける場合でも、装着者USの眼EYにおける映像光MLの輝度ムラを低減できることについて説明する。
Fourth Embodiment
In the above-described second embodiment, in order to reduce the luminance unevenness of the image light ML in the eye EY of the wearer US, a configuration has been described in which the direction in which the first partial image light ML1 of the image light ML emitted by the projection
図12は、第2実施形態による部分映像光ML1,ML2を説明するための図10のうち、部分映像光ML1,ML2の射出方向を変更したものである。図12に示すように、本実施形態では、第1部分映像光ML1を射出する方向を、基準射出方向(+Z方向)から基準表示領域110より遠ざかる回転方向に傾け、第2部分映像光ML2を射出する方向を、基準射出方向(+Z方向)から基準表示領域110に近づく回転方向に傾ける。このとき、第1レンズ21aからの第1部分映像光ML1が第2レンズ21bに入射する第1入射角度は、第1レンズ21aからの第2部分映像光ML2が第2レンズ21bに入射する第2入射角度より大きくなる。ここで、さらに、図10に示した構成から、第2レンズ21bの形状および位置を適宜に変更すると、入射回折層51bを構成する回折パターンのうち、第2部分映像光ML2を回折する凸部の総数は、第1部分映像光ML1を回折する凸部の総数より多くなる。その結果、第2実施形態の場合と同様に、導光板51aの内部で導光される映像光MLのうち、第2部分映像光ML2の光束幅が、第1部分映像光ML1の光束幅より広くなり、導光板51aから出射する映像光MLの輝度ムラが低減される。
Figure 12 is an example of Figure 10 for explaining the partial image light ML1, ML2 according to the second embodiment, in which the emission directions of the partial image light ML1, ML2 are changed. As shown in Figure 12, in this embodiment, the emission direction of the first partial image light ML1 is tilted from the reference emission direction (+Z direction) to a rotation direction away from the
なお、本実施形態でも、第2実施形態の場合と同様に、第1部分映像光ML1は、図5などに示したように、表示パネル11aのうち、表示パネル11aの中心点11cから見て第1シフト方向(-X方向)に位置する第1部分表示領域111から出射される。また、第2部分映像光ML2は、図5などに示したように、表示パネル11aのうち、表示パネル11aの中心点11cから見て第2シフト方向(+X方向)に位置する第2部分表示領域112から出射される。ただし、本実施形態では、図9に示したマイクロレンズ211,212を、部分表示領域111,112の中心から第1シフト方向(-X方向)にシフトすることによって、部分映像光ML1,ML2を射出する方向を、第2実施形態の回転方向とは逆方向にしている。
In this embodiment, as in the second embodiment, the first partial image light ML1 is emitted from the first
以上では、虚像表示装置100A,100Bを、HMDとして利用可能としているが、これに限らず、種々の光学機器に適用可能であり、例えばヘッドアップディスプレイ(HUD:Head-Up Display)において、本発明を適用することも可能である。
In the above, the virtual
また、以上に説明した各変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせることが可能である。一例として、第1実施形態及び第2実施形態の構成を組み合わせてもよいし、第3実施形態及び第4実施形態の構成を組み合わせてもよい。 The modified examples described above can be combined with each other to the extent that there is no technical contradiction. As an example, the configurations of the first and second embodiments may be combined, or the configurations of the third and fourth embodiments may be combined.
以上、第1部分表示領域111及び第2部分表示領域112が、表示パネル11aの中心点11cを挟んで、中心点11cから同じ距離に配置されている場合の構成について説明したが、これはあくまでも比較を容易にするための例であって、本開示を限定しない。表示パネル11a及び投影光学系20の位置を入射回折層51bに対して第1方向(±X方向)にシフトしたり、部分表示領域111,112から部分映像光ML1,ML2が射出される射出方向を部分表示領域111,112の第1方向(±X方向)における位置に応じたティルト角度AT1,AT2でそれぞれ傾けたりするとき、2つの部分表示領域111,112が第1方向(±X方向)において異なる位置にあれば、たとえ第1部分表示領域111及び第2部分表示領域112が同じ形状および同じ面積を有していても、光束幅W1,W2は異なる。
The above describes a configuration in which the first
具体的な態様における虚像表示装置は、映像光を射出する表示パネルと、表示パネルからの映像光をコリメートする投影光学系と、映像光を導光する導光板と、投影光学系からの映像光を導光板に入射させる入射回折光学系と、導光板からの映像光を出射させる出射回折光学系と、を備え、表示パネルは、第1部分表示領域と、第1部分表示領域から見て、装着者の両眼が並ぶ第1方向に配置され、第1部分表示領域と同じ面積及び同じ形状を有する第2部分表示領域と、を含み、表示パネルから射出される映像光は、第1部分表示領域から射出される第1部分映像光と、第2部分表示領域から射出される第2部分映像光と、を含み、入射回折光学系の入射面のうち、第1部分映像光が入射する第1入射面積は、第2部分映像光が入射する第2入射面積より小さい。 A specific embodiment of the virtual image display device includes a display panel that emits image light, a projection optical system that collimates the image light from the display panel, a light guide plate that guides the image light, an incident diffraction optical system that causes the image light from the projection optical system to enter the light guide plate, and an exit diffraction optical system that emits the image light from the light guide plate. The display panel includes a first partial display area and a second partial display area that is disposed in a first direction in which the wearer's eyes are aligned as viewed from the first partial display area and has the same area and shape as the first partial display area. The image light emitted from the display panel includes a first partial image light emitted from the first partial display area and a second partial image light emitted from the second partial display area. Of the entrance surface of the entrance diffraction optical system, a first entrance area into which the first partial image light is incident is smaller than a second entrance area into which the second partial image light is incident.
上記虚像表示装置では、映像光のうち、表示パネルに含まれる2つの異なる表示領域からそれぞれ射出される2つの部分映像光が導光板に入射するときの入射面積に差を設けることで、導光板の内部を導光されるときの反射角度の差によって発生する、導光板から出射して装着者の目で観察される映像光の輝度ムラを、低減することができる。 In the above virtual image display device, by providing a difference in the incident area when two partial image lights, which are emitted from two different display areas included in the display panel, enter the light guide plate, it is possible to reduce uneven brightness of the image light that is emitted from the light guide plate and observed by the wearer's eyes, which occurs due to the difference in the reflection angle when the light is guided inside the light guide plate.
具体的な態様における虚像表示装置において、導光板の内部で導光される第1部分映像光の、投影光学系の光軸方向及び第1方向を含む仮想平面における第1幅を、導光板の内部で導光される第2部分映像光の仮想平面における第2幅より小さくするように、投影光学系の中心光軸が入射回折光学系の入射面に交わる光軸中心点は、表示パネルの中心点からずれており、光軸中心点から中心点に向かう第2方向は、第1方向に平行な方向成分を含む。 In a specific embodiment of the virtual image display device, the optical axis center point where the central optical axis of the projection optical system intersects with the entrance surface of the entrance diffraction optical system is shifted from the center point of the display panel, and the second direction from the optical axis center point toward the center point includes a directional component parallel to the first direction, so that the first width in a virtual plane including the optical axis direction of the projection optical system and the first direction of the first partial image light guided inside the light guide plate is smaller than the second width in the virtual plane of the second partial image light guided inside the light guide plate.
上記虚像表示装置では、光軸中心点から表示パネルの中心点をずらすことで、入射面積に差を設けることができる。 In the above virtual image display device, the entrance area can be made different by shifting the center point of the display panel from the center point of the optical axis.
具体的な態様における虚像表示装置において、第2方向は、入射回折光学系から前記出射回折光学系へ向かう方向のうちの、前記第1方向に平行な方向成分である第3方向の方向成分を含む。 In a specific embodiment of the virtual image display device, the second direction includes a directional component of a third direction, which is a directional component parallel to the first direction, from the input diffractive optical system to the output diffractive optical system.
具体的な態様における虚像表示装置において、第2方向は、第3方向とは逆方向である第4方向の方向成分を含む。 In a specific embodiment of the virtual image display device, the second direction includes a directional component of a fourth direction that is opposite to the third direction.
具体的な態様における虚像表示装置において、表示パネルに含まれる複数の画素のそれぞれから射出される光の射出方向を、複数の画素のそれぞれの表示パネルにおける位置に基づいて変更する射出方向変更光学系をさらに備える。 In a specific embodiment, the virtual image display device further includes an emission direction changing optical system that changes the emission direction of light emitted from each of a plurality of pixels included in the display panel based on the position of each of the plurality of pixels on the display panel.
上記虚像表示装置では、画素ごとに光の射出方向を変更することで、入射面積に差を設けることができる。 In the above virtual image display device, the light emission direction can be changed for each pixel, allowing differences in the incident area to be created.
具体的な態様における虚像表示装置において、射出方向変更光学系からの第1部分映像光が投影光学系に入射する第1入射角度は、射出方向変更光学系からの第2部分映像光が投影光学系に入射する第2入射角度より小さい。 In a specific embodiment of the virtual image display device, the first angle of incidence at which the first partial image light from the emission direction changing optical system is incident on the projection optical system is smaller than the second angle of incidence at which the second partial image light from the emission direction changing optical system is incident on the projection optical system.
具体的な態様における虚像表示装置において、射出方向変更光学系からの第1部分映像光が投影光学系に入射する第1入射角度は、射出方向変更光学系からの第2部分映像光が投影光学系に入射する第2入射角度より大きい。 In a specific embodiment of the virtual image display device, the first angle of incidence at which the first partial image light from the emission direction changing optical system is incident on the projection optical system is greater than the second angle of incidence at which the second partial image light from the emission direction changing optical system is incident on the projection optical system.
具体的な態様における虚像表示装置において、射出方向変更光学系は、複数の画素から射出された光の放射方向をそれぞれ変更する複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイを備え、複数のマイクロレンズのそれぞれの光軸中心点と、複数の画素のそれぞれの中心点との間には、所定の距離のずれが設けられており、所定の距離は、表示パネルにおける複数の画素のそれぞれの位置に基づいて決定されている。 In a specific embodiment of the virtual image display device, the emission direction changing optical system includes a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged, each of which changes the radiation direction of light emitted from a plurality of pixels, and a predetermined distance is provided between the optical axis center point of each of the plurality of microlenses and the center point of each of the plurality of pixels, and the predetermined distance is determined based on the position of each of the plurality of pixels on the display panel.
上記虚像表示装置では、画素の中心点とマイクロレンズの光軸中心点との間に、画素ごとに異なるずれを設けることで、入射面積の差を設けることができる。 In the virtual image display device, a difference in the incident area can be created by providing a different offset for each pixel between the center point of the pixel and the center point of the optical axis of the microlens.
具体的な態様における虚像表示装置において、表示パネルは、複数の画素の各々について、映像光のうちのR(赤色)成分、G(緑色)成分及びB(青色)成分の光を個別に射出する複数の副画素を備える単板RGBパネルを備え、射出方向変更光学系は、複数の副画素のそれぞれから射出された光に色情報を与える複数のカラーフィルタが配列されたカラーフィルタアレイを備え、複数のカラーフィルタのそれぞれの中心点と、複数の副画素のそれぞれの中心点との間には、所定の距離のずれが設けられており、所定の距離は、前記表示パネルにおける前記複数の副画素のそれぞれの位置に基づいて決定されている。 In a specific embodiment of the virtual image display device, the display panel comprises a single-plate RGB panel having a plurality of sub-pixels that individually emit R (red), G (green) and B (blue) components of the image light for each of a plurality of pixels, the emission direction changing optical system comprises a color filter array in which a plurality of color filters are arranged to give color information to the light emitted from each of the plurality of sub-pixels, and a predetermined distance is provided between the center point of each of the plurality of color filters and the center point of each of the plurality of sub-pixels, and the predetermined distance is determined based on the position of each of the plurality of sub-pixels on the display panel.
上記虚像表示装置では、副画素の中心点とカラーフィルタの中心点との間に、副画素ごとに異なるずれを設けることで、入射面積の差を設けることができる。 In the above virtual image display device, a difference in the incident area can be created by providing a different offset for each subpixel between the center point of the subpixel and the center point of the color filter.
具体的な態様における光学ユニットは、映像光を射出する表示パネルと、表示パネルからの映像光をコリメートする投影光学系と、映像光を導光する導光板と、投影光学系からの映像光を導光板に入射させる入射回折光学系と、導光板からの映像光を出射させる出射回折光学系と、を備え、表示パネルは、第1部分表示領域と、第1部分表示領域から見て、装着者の両眼が並ぶ第1方向に配置され、第1部分表示領域と同じ面積及び同じ形状を有する第2部分表示領域と、を含み、表示パネルから射出される映像光は、第1部分表示領域から射出される第1部分映像光と、第2部分表示領域から射出される第2部分映像光と、を含み、入射回折光学系の入射面のうち、第1部分映像光が入射する第1入射面積は、第2部分映像光が入射する第2入射面積より小さい。 In a specific embodiment, the optical unit includes a display panel that emits image light, a projection optical system that collimates the image light from the display panel, a light guide plate that guides the image light, an incident diffraction optical system that causes the image light from the projection optical system to enter the light guide plate, and an exit diffraction optical system that emits the image light from the light guide plate. The display panel includes a first partial display area and a second partial display area that is disposed in a first direction in which the wearer's eyes are aligned as viewed from the first partial display area and has the same area and shape as the first partial display area. The image light that is emitted from the display panel includes a first partial image light that is emitted from the first partial display area and a second partial image light that is emitted from the second partial display area. Of the entrance surface of the entrance diffraction optical system, a first entrance area into which the first partial image light is incident is smaller than a second entrance area into which the second partial image light is incident.
10…映像光生成装置、11a…表示パネル、11c…中心点、11d…表示面、14a…発光素子、20…投影光学系、21a,21b…レンズ、50…導光部材、51a…導光板、51b…入射回折層、51c…射出回折層、51e…瞳拡大格子層、71…ホルダー、88…駆動回路部材、90…ユーザー端末、100…光学ユニット、100A,100B…虚像表示装置、100C…支持装置、102a,102b…表示駆動部、103a,103b…導光光学系、110…部分表示領域(基準表示領域)、111,112…部分表示領域、200…HMD、210,211,212…マイクロレンズ、510…中心点、AX1,AX2…光軸、DE…瞳拡大回折光学素子、DI…入力回折光学素子、DO…出力回折光学素子、EY…眼、ML…映像光、ML0,ML1,ML2…部分映像光、OX…射出光軸、PP…瞳位置、US…装着者、W1,W2…光束幅 10...image light generating device, 11a...display panel, 11c...center point, 11d...display surface, 14a...light emitting element, 20...projection optical system, 21a, 21b...lens, 50...light guiding member, 51a...light guiding plate, 51b...entrance diffraction layer, 51c...exit diffraction layer, 51e...pupil enlargement grating layer, 71...holder, 88...drive circuit member, 90...user terminal, 100...optical unit, 100A, 100B...virtual image display device, 100C...support device, 102a, 102b...display drive unit, 103a, 103b...light guide optical system, 110...partial display area (reference display area), 111, 112...partial display area, 200...HMD, 210, 211, 212...microlenses, 510...center point, AX1, AX2...optical axis, DE...pupil expansion diffractive optical element, DI...input diffractive optical element, DO...output diffractive optical element, EY...eye, ML...image light, ML0, ML1, ML2...partial image light, OX...exiting optical axis, PP...pupil position, US...wearer, W1, W2...light beam width
Claims (10)
前記表示パネルからの前記映像光をコリメートする投影光学系と、
前記映像光を導光する導光板と、
前記投影光学系からの前記映像光を前記導光板に入射させる入射回折光学系と、
前記導光板からの前記映像光を出射させる出射回折光学系と、
を備え、
前記表示パネルは、
第1部分表示領域と、
前記第1部分表示領域から見て、装着者の両眼が並ぶ第1方向に配置され、前記第1部分表示領域と同じ面積及び同じ形状を有する第2部分表示領域と、
を含み、
前記表示パネルから射出される前記映像光は、
前記第1部分表示領域から射出される第1部分映像光と、
前記第2部分表示領域から射出される第2部分映像光と、
を含み、
前記入射回折光学系の入射面のうち、前記第1部分映像光が入射する第1入射面積は、前記第2部分映像光が入射する第2入射面積より小さい
虚像表示装置。 A display panel that emits image light;
a projection optical system that collimates the image light from the display panel;
a light guide plate that guides the image light;
an incident diffraction optical system that causes the image light from the projection optical system to be incident on the light guide plate;
an output diffraction optical system that outputs the image light from the light guide plate;
Equipped with
The display panel includes:
A first partial display area;
A second partial display area is disposed in a first direction in which both eyes of the wearer are aligned as viewed from the first partial display area, and has the same area and shape as the first partial display area;
Including,
The image light emitted from the display panel is
a first partial image light emitted from the first partial display area;
a second partial image light emitted from the second partial display area; and
Including,
a first incident area, on an incident surface of the incident diffractive optical system, onto which the first partial image light is incident, is smaller than a second incident area, on which the second partial image light is incident.
前記光軸中心点から前記中心点に向かう第2方向は、前記第1方向に平行な方向成分を含む
請求項1に記載の虚像表示装置。 an optical axis center point where a central optical axis of the projection optical system intersects with an incident surface of the incident diffractive optical system is shifted from a center point where the central optical axis intersects with the display panel so that a first width in a virtual plane including an optical axis direction of the projection optical system and the first direction, of the first partial image light guided inside the light guide plate, is made smaller than a second width in the virtual plane of the second partial image light guided inside the light guide plate,
The virtual image display device according to claim 1 , wherein a second direction from the optical axis center point toward the center point includes a directional component parallel to the first direction.
請求項2に記載の虚像表示装置。 The virtual image display device according to claim 2 , wherein the second direction includes a directional component of a third direction that is a directional component parallel to the first direction among directions from the input diffractive optical system to the output diffractive optical system.
請求項2に記載の虚像表示装置。 The virtual image display device according to claim 2 , wherein the second direction includes a directional component of a fourth direction that is an opposite direction to a third direction that is a directional component parallel to the first direction, among directions from the input diffractive optical system to the output diffractive optical system.
をさらに備える
請求項1に記載の虚像表示装置。 The virtual image display device according to claim 1 , further comprising an emission direction changing optical system that changes an emission direction of light emitted from each of a plurality of pixels included in the display panel based on a position of each of the plurality of pixels on the display panel.
請求項5に記載の虚像表示装置。 6. The virtual image display device according to claim 5, wherein a first angle of incidence at which the first partial image light from the emission direction changing optical system is incident on the projection optical system is smaller than a second angle of incidence at which the second partial image light from the emission direction changing optical system is incident on the projection optical system.
請求項5に記載の虚像表示装置。 6. The virtual image display device according to claim 5, wherein a first angle of incidence at which the first partial image light from the emission direction changing optical system is incident on the projection optical system is greater than a second angle of incidence at which the second partial image light from the emission direction changing optical system is incident on the projection optical system.
前記複数の画素から射出された光の放射方向をそれぞれ変更する複数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイ
を備え、
前記複数のマイクロレンズのそれぞれの光軸中心点と、前記複数の画素のそれぞれの中心点との間には、所定の距離のずれが設けられており、
前記所定の距離は、前記表示パネルにおける前記複数の画素のそれぞれの位置に基づいて決定されている
請求項5、6又は7に記載の虚像表示装置。 The emission direction changing optical system includes:
a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged, each of which changes the radiation direction of light emitted from the plurality of pixels;
a predetermined distance is provided between the optical axis center point of each of the plurality of microlenses and the center point of each of the plurality of pixels;
The virtual image display device according to claim 5 , 6 or 7 , wherein the predetermined distance is determined based on the positions of the respective pixels on the display panel.
前記複数の画素の各々について、前記映像光のうちのR(赤色)成分、G(緑色)成分及びB(青色)成分の光を個別に射出する複数の副画素を備える単板RGBパネル
を備え、
前記射出方向変更光学系は、
前記複数の副画素のそれぞれから射出された光に色情報を与える複数のカラーフィルタが配列されたカラーフィルタアレイ
を備え、
前記複数のカラーフィルタのそれぞれの中心点と、前記複数の副画素のそれぞれの中心点との間には、所定の距離のずれが設けられており、
前記所定の距離は、前記表示パネルにおける前記複数の副画素のそれぞれの位置に基づいて決定されている
請求項5、6又は7に記載の虚像表示装置。 The display panel includes:
a single-plate RGB panel including a plurality of sub-pixels that individually emit light of an R (red) component, a G (green) component, and a B (blue) component of the image light for each of the plurality of pixels;
The emission direction changing optical system includes:
a color filter array in which a plurality of color filters are arranged to give color information to light emitted from each of the plurality of sub-pixels;
a predetermined distance is provided between a center point of each of the plurality of color filters and a center point of each of the plurality of sub-pixels;
The virtual image display device according to claim 5 , 6 or 7 , wherein the predetermined distance is determined based on respective positions of the plurality of sub-pixels on the display panel.
前記表示パネルからの前記映像光をコリメートする投影光学系と、
前記映像光を導光する導光板と、
前記投影光学系からの前記映像光を前記導光板に入射させる入射回折光学系と、
前記導光板からの前記映像光を出射させる出射回折光学系と、
を備え、
前記表示パネルは、
第1部分表示領域と、
前記第1部分表示領域から見て、装着者の両眼が並ぶ第1方向に配置され、前記第1部分表示領域と同じ面積及び同じ形状を有する第2部分表示領域と、
を含み、
前記表示パネルから射出される前記映像光は、
前記第1部分表示領域から射出される第1部分映像光と、
前記第2部分表示領域から射出される第2部分映像光と、
を含み、
前記入射回折光学系の入射面のうち、前記第1部分映像光が入射する第1入射面積は、前記第2部分映像光が入射する第2入射面積より小さい
光学ユニット。 A display panel that emits image light;
a projection optical system that collimates the image light from the display panel;
a light guide plate that guides the image light;
an incident diffraction optical system that causes the image light from the projection optical system to be incident on the light guide plate;
an output diffraction optical system that outputs the image light from the light guide plate;
Equipped with
The display panel includes:
A first partial display area;
A second partial display area is disposed in a first direction in which both eyes of the wearer are aligned as viewed from the first partial display area, and has the same area and shape as the first partial display area;
Including,
The image light emitted from the display panel is
a first partial image light emitted from the first partial display area;
a second partial image light emitted from the second partial display area; and
Including,
an incidence surface of the incident diffractive optical system having a first incidence area onto which the first partial image light is incident that is smaller than a second incidence area onto which the second partial image light is incident.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2023186074A JP2025075128A (en) | 2023-10-31 | 2023-10-31 | Virtual image display device and optical unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2023186074A JP2025075128A (en) | 2023-10-31 | 2023-10-31 | Virtual image display device and optical unit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2025075128A true JP2025075128A (en) | 2025-05-15 |
Family
ID=95698496
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2023186074A Pending JP2025075128A (en) | 2023-10-31 | 2023-10-31 | Virtual image display device and optical unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2025075128A (en) |
-
2023
- 2023-10-31 JP JP2023186074A patent/JP2025075128A/en active Pending
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