JP6184370B2 - Light guide prism and image display device - Google Patents
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Description
本発明は、表示素子からの映像光を導光し、観察者の視野内に表示画像の虚像を表示する導光プリズムと、該導光プリズムを用いた画像表示装置に関する。 The present invention relates to a light guide prism that guides video light from a display element and displays a virtual image of a display image in an observer's field of view, and an image display device using the light guide prism.
近年、頭部や眼鏡に装着する、小型且つウェアラブルな画像表示装置が提案されている。そのような画像表示装置としては、例えば側頭部に固定された小型の画像表示素子に表示される画像の映像光を、透明な導光部材により眼前まで導光し、拡大された虚像として観察者の視野内に表示するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。小型軽量な導光部材は、視界を大きく遮らず、画像表示装置全体を小型・軽量に構成することができ、常に身に着けて使用可能なウェアラブル機器としての使用が可能になる。 In recent years, there has been proposed a small and wearable image display device that is worn on a head or glasses. As such an image display device, for example, image light of an image displayed on a small image display element fixed to the temporal region is guided to the eyes by a transparent light guide member and observed as an enlarged virtual image. What is displayed within the visual field of a person is known (for example, see Patent Document 1). The small and light-weight light guide member does not greatly obstruct the field of view, and the entire image display apparatus can be configured to be small and light, and can be used as a wearable device that can always be worn and used.
しかし、導光部材を小型化すると、導光部材内部の側面などで反射する迷光やゴースト光が目立ち易くなる。特に、導光部材の側面で反射するゴースト光は、導光部材の断面サイズを小型化するほど視界中の表示画像の近くに見えるので問題となる。このため、特許文献1では、映像光が反射される透明基板の対向する2面の互いに異なる位置に溝を形成し、導光用の透明基板内の不要な反射光を反射させて除去している。 However, when the light guide member is downsized, stray light and ghost light reflected from the side surface inside the light guide member and the like are easily noticeable. In particular, ghost light reflected from the side surface of the light guide member becomes a problem because it appears closer to the display image in the field of view as the cross-sectional size of the light guide member is reduced. For this reason, in Patent Document 1, grooves are formed at different positions on the two opposing surfaces of the transparent substrate where the image light is reflected, and unnecessary reflected light in the transparent substrate for light guide is reflected and removed. Yes.
しかしながら、特許文献1による透明基板では、溝が形成できる面が観察者側の面およびその反対側の面の2つの側面に限られており、かつ、溝の形成できる導光方向(映像光の進行方向)の位置も限定されているため、十分な迷光やゴースト光の低減効果が得られないことが懸念される。 However, in the transparent substrate according to Patent Document 1, the surface on which the groove can be formed is limited to the two side surfaces, that is, the surface on the observer side and the surface on the opposite side, and the light guide direction (for image light) in which the groove can be formed. Since the position (traveling direction) is also limited, there is a concern that sufficient stray light and ghost light reduction effects cannot be obtained.
したがって、これらの点に着目してなされた本発明の目的は、導光部材として使用できる、内側面での反射により生じる迷光やゴースト光を低減した導光プリズム、および、これを用いた画像表示装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention made by paying attention to these points is to provide a light guide prism that can be used as a light guide member and reduces stray light and ghost light caused by reflection on the inner surface, and an image display using the same. Is to provide a device.
上記目的を達成する導光プリズムの発明は、
表示素子からの映像光を観察者の眼球に導光し、観察者の視野内に前記表示素子の虚像を表示する導光プリズムであって、
一端部から入射した映像光の光路を取り囲むように配置された少なくとも4つの側面と、
前記少なくとも4つの側面により導光された前記映像光を反射させる反射面と、
前記反射面で反射された前記映像光を、観察者の眼球に向けて射出する射出面と
を備え、
少なくとも1つの側面には、前記反射面の近傍において前記反射面の傾斜に沿う方向にV字形の溝が形成されていることを特徴とするものである。
The invention of the light guide prism that achieves the above object is as follows.
A light guide prism that guides image light from the display element to the eyeball of the observer, and displays a virtual image of the display element in the visual field of the observer,
At least four side surfaces arranged so as to surround the optical path of the image light incident from one end;
A reflecting surface for reflecting the image light guided by the at least four side surfaces;
An emission surface for emitting the image light reflected by the reflection surface toward an eyeball of an observer,
A V-shaped groove is formed in at least one side surface in a direction along the inclination of the reflection surface in the vicinity of the reflection surface.
前記V字形の溝は、前記少なくとも4つの側面のうちの対向する一組の側面であって、前記反射面に略直交する一組の側面にそれぞれ形成することができる。 The V-shaped grooves may be formed on a pair of side surfaces that are opposed to each other among the at least four side surfaces and that are substantially orthogonal to the reflecting surface.
上記目的を達成する他の導光プリズムの発明は、
表示素子からの映像光を観察者の眼球に導光し、観察者の視野内に前記表示素子の虚像を表示する導光プリズムであって、
一端部から入射した映像光の光路を取り囲むように配置された少なくとも4つの側面と、
前記少なくとも4つの側面により導光された前記映像光を反射させる反射面と、
前記反射面で反射された前記映像光を、観察者の眼球に向けて射出する射出面と
を備え、
少なくとも1つの側面には、該側面の面内において前記映像光の進行方向に対して直交を除く傾斜した角度で設けられる、V字形の溝が形成されていることを特徴とするものである。
The invention of another light guide prism that achieves the above object is as follows.
A light guide prism that guides image light from the display element to the eyeball of the observer, and displays a virtual image of the display element in the visual field of the observer,
At least four side surfaces arranged so as to surround the optical path of the image light incident from one end;
A reflecting surface for reflecting the image light guided by the at least four side surfaces;
An emission surface for emitting the image light reflected by the reflection surface toward an eyeball of an observer,
At least one side surface is formed with a V-shaped groove provided at an inclined angle excluding orthogonal to the traveling direction of the image light in the surface of the side surface .
上記目的を達成する画像表示装置の発明は、
映像光を射出する表示素子と、
前記表示素子からの映像光を観察者の眼球に導光し、観察者の視野内に表示素子の虚像を表示する導光プリズムであって、一端部から入射した映像光の光路を取り囲むように配置された少なくとも4つの側面、前記少なくとも4つの側面により導光された前記映像光を反射させる反射面、および、前記反射面で反射された前記映像光を、観察者の眼球に向けて射出する射出面を有し、少なくとも1つの側面には、前記反射面の近傍において前記反射面の傾斜に沿う方向にV字形の溝が形成されている導光プリズムと、
前記表示素子と前記導光プリズムとを観察者の頭部に固定支持するための支持部と
を備えることを特徴とするものである。
The invention of an image display device that achieves the above object is as follows.
A display element for emitting image light;
A light guide prism that guides image light from the display element to an observer's eyeball and displays a virtual image of the display element in the observer's field of view so as to surround the optical path of the image light incident from one end. The arranged at least four side surfaces, the reflection surface that reflects the image light guided by the at least four side surfaces, and the image light reflected by the reflection surface are emitted toward the eyeball of the observer. A light guide prism having an exit surface, wherein at least one side surface is formed with a V-shaped groove in a direction along the inclination of the reflection surface in the vicinity of the reflection surface;
The display device and the light guide prism are provided with a support unit for fixing and supporting the display element and the light guide prism on the head of an observer.
本発明によれば、映像光の外周部が反射面の前後でV字形の溝の近傍を2回通過することとなり、高い迷光やゴースト光の除去効果が得られる導光プリズム、および、これを用いた画像表示装置を提供することができる。 According to the present invention, the outer periphery of the image light passes through the vicinity of the V-shaped groove twice before and after the reflecting surface, and a light guide prism capable of obtaining a high stray light and ghost light removal effect, and The used image display device can be provided.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1参考例)
図1は、本発明の第1参考例に係る画像表示装置の外観を示す斜視図である。この画像表示装置1は、眼鏡の形状を有し画像表示装置全体を観察者の頭部に固定支持するための支持部2と、支持部2のテンプル(側頭部のフレーム)に固定され表示素子31(図2参照)が内蔵された本体部3と、本体部3により一端部で支持され、他方の端部が観察者に装着した状態において観察者の眼前まで延びる導光プリズム5を備える。
(First Reference Example)
FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of an image display apparatus according to a first reference example of the present invention. This image display device 1 has a shape of glasses and is fixed to a
本体部3には、表示素子31に加え、表示素子31に画像を表示するための電子回路や、本体部3の外部から有線または無線により映像データを受信するための通信機能等を備える。
In addition to the
図2は、図1の画像表示装置の光学系を示す図であり、図2(a)は眼球側から見た正面図、図2(b)は平面図、図2(c)は表示素子側から見た側面図である。表示素子31は、観察すべき画像を表示する液晶表示素子や有機EL素子等であり、本体部3内に内蔵されている。この表示素子31に表示された画像の映像光は、導光プリズム5の入射面51に入射するように構成されている。表示素子31と導光プリズム5の入射面51との間には、表示素子31を保護するための保護窓(図示せず)を設けることが望ましい。
2 is a diagram showing an optical system of the image display apparatus of FIG. 1, FIG. 2 (a) is a front view seen from the eyeball side, FIG. 2 (b) is a plan view, and FIG. 2 (c) is a display element. It is the side view seen from the side. The
導光プリズム5は、透明な樹脂からなる一方向に長いプリズムである。導光プリズム5は、映像光の進行方向である長手方向の両端に入射面51と反射面52とを備え、入射面51と反射面52との間には、映像光の光路を取り囲むように、第1の側面53a、第2の側面53b、第3の側面53c、および、第4の側面53dを有するとともに、第2の側面上に射出面54が形成されている。観察者が画像表示装置1を装着した状態で、第1の側面53aは観察者の正面に向いた面の反対側に位置し、第2の側面53bは観察者の正面に向いた面である。また、第3の側面53cは導光プリズムの上側の面であり、第4の側面53dは導光プリズムの下側の面である。すなわち、第1の側面53aと第2の側面53bとは互いに対向する面であり、第3の側面53cと第4の側面53dとは互いに対向する面である。
The
図2では、第1〜第4の側面53a〜53dは平面として構成され、それぞれ入射面51と略直交している。しかし、第1〜第4の側面53a〜53dは多少の湾曲を有していても良く、また、反射面52側より入射面51側の方が幅広に構成されていてもよい。例えば、第3の側面53cと第4の側面53dとの間の距離は、入射面51側よりも反射面52側の方が狭くなるようにすることもできる。また、第1および第2の側面の観察者の眼球から見た幅は、好適には人間の平均的な瞳孔径である4mmより狭く、導光プリズム5よりも前方の外界の観察を妨げないように設定される。あるいは、画像を視野内により大きく表示するために、4〜9mm程度の幅としても良い。
In FIG. 2, the first to fourth side surfaces 53 a to 53 d are configured as flat surfaces and are substantially orthogonal to the
反射面52は、導光プリズム5の長手方向に対して、内側面を観察者側に向けて約45°傾斜した斜面として形成される。この反射面52は、導光プリズム5内を長手方向に進行する映像光が全反射されるように、アルミスパッタリングなどによってミラー面として形成される。なお、導光プリズム5の材料の屈折率および反射面の角度などの条件によっては、表面を反射膜でコーティングしなくとも、全反射面を形成することができる。
The reflecting
また、第2の側面53bの反射面52に隣接する部分には、射出面54が設けられている。射出面54は、反射面52で反射された映像光の眼球への光路上に位置する凸面として形成される。この射出面54は、導光プリズム5と一体として形成される。樹脂を用いて一体成型することによって、導光プリズム5を大量且つ安価に製造することが可能になる。しかし、射出面54は、平面として形成された第2の側面53b上に、平凸レンズを接合して形成することも可能である。なお、図2以降の図面において、射出面54の光軸を一点鎖線で示している。光軸は、反射面52で屈曲し表示素子31の中心を通る。反射面52と入射面51との間で、光軸の方向は、導光プリズム53の長手方向と一致している。
In addition, an
導光プリズム5の第1〜第4の側面53a〜53dには、それぞれ、断面がV字形のプリズム溝61a〜61dが長手方向と垂直な方向に延びている。それぞれのプリズム溝61a〜61dは、隣接する側面のプリズム溝と繋がっており、全体として、導光プリズム5の4つの側面53a〜53dを通り映像光の光路の周りを一周するように形成されている。
On the first to fourth side surfaces 53a to 53d of the
プリズム溝61a〜61dは、導光プリズム5の各側面に切り込むエッジを挟む2つの溝面により形成されている。図3は、図2の第1の側面53aに設けられたプリズム溝61aを拡大して示す断面図である。プリズム溝61aは、2つの溝面S1,S2により構成されている。これらの溝面S1,S2の傾斜角度θ1,θ2は、導光プリズム内で発生する迷光やゴースト光を、導光プリズム5の外部へ透過させ、あるいは、導光プリズム内に向けて反射させて他の側面から透過させることにより除去するように設計される。このため、各プリズム溝61a〜61dの断面のV字形は、入射面側と反射面側とで必ずしも左右対称な形状とはなっていない。なお、導光プリズム内の不所望な位置での反射により生じる望ましくない光を迷光と呼び、特に、観察しようとする正規の像以外の望ましくない像を生じさせる光をゴースト光と呼ぶ。
The
図4は、図2の表示素子、プリズム溝のエッジが形成する枠、および、導光プリズムの入射窓の視野角の関係を説明する図であり、図2(b)の光学系を反射面52による屈曲を直線状に延ばして模式的に示している。図4において、Dθ、VθおよびPθは、それぞれ、表示素子の表示領域の視野角、プリズム溝のV字形のエッジを結んで形成される領域の視野角、および、導光プリズムの入射窓枠の視野角を示している。これらの視野角は、射出面54の中央とそれぞれの領域の外周端部を結ぶ線を引くことによって確認することができる。ここで、Dθ、VθおよびPθは、
Dθ<Vθ<Pθ
の関係を満たすように形成される。なお、図4の例で角視野角は、水平方向(第1の側面53aおよび第2の側面53bに対して垂直方向)の視野角であるが、導光プリズムは、垂直方向の視野角についても同様の関係を満たすようにすることが好ましい。
FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the display element of FIG. 2, the frame formed by the edge of the prism groove, and the viewing angle of the entrance window of the light guide prism. The optical system of FIG. The bending by 52 is schematically shown in a straight line. In FIG. 4, Dθ, Vθ and Pθ are respectively the viewing angle of the display area of the display element, the viewing angle of the area formed by connecting the V-shaped edges of the prism grooves, and the entrance window frame of the light guide prism. The viewing angle is shown. These viewing angles can be confirmed by drawing a line connecting the center of the
Dθ <Vθ <Pθ
It is formed to satisfy the relationship. In the example of FIG. 4, the angle viewing angle is a viewing angle in the horizontal direction (perpendicular to the
以上のように構成されているので、本体部3の表示素子31から射出された映像光は、導光プリズム5の入射面51を透過して、導光プリズム5内に入射する。導光プリズム5に入射した映像光は、導光プリズム5内を長手方向に導光され反射面52で反射され、射出面54から観察者の眼球方向へ射出される。射出面54は正の屈折力を有しているので、観察者側から見ると、表示素子31に表示された画像が拡大された虚像として視野内に表示される。
Since it is configured as described above, the image light emitted from the
また、表示素子31から射出された映像光の一部は、プリズム溝61a〜61dが無い場合、第1〜第4の側面53a〜53dの不所望な位置で反射され、迷光やゴースト光を発生させる虞がある。しかし、本発明の導光プリズム5は、プリズム溝61a〜61dを第1〜第4の側面53a〜53dのそれぞれに形成したので、迷光やゴースト光を導光プリズム5の外部へ除去し、コントラストの低下や、表示画面の上下左右にゴースト画像が現れることを防ぐことができる。また、プリズム溝61a〜61dは、第1〜第4の側面53a〜53d上に、映像光の光路を周回するように配置されているので、この長手方向の位置において迷光およびゴースト光をより確実に除去することができる。
Further, a part of the image light emitted from the
さらに、図4で示したように、Dθ、VθおよびPθを、それぞれ、表示素子の表示領域の視野角、プリズム溝のV字形のエッジを結んで形成される領域の視野角、および、導光プリズムの入射窓枠の視野角とするとき、Dθ、VθおよびPθは、
Dθ<Vθ<Pθ
の関係を満たすので、表示素子31の表示領域からの映像光が、プリズム溝61a〜61dによってケラレることがなく、且つ、プリズム溝61a〜61dと入射面51との間の側面で発生するゴースト光をカットすることができる。
Further, as shown in FIG. 4, Dθ, Vθ, and Pθ are respectively set to the viewing angle of the display area of the display element, the viewing angle of the area formed by connecting the V-shaped edges of the prism grooves, and the light guide. When the viewing angle of the incident window frame of the prism is set, Dθ, Vθ and Pθ are
Dθ <Vθ <Pθ
Therefore, the image light from the display area of the
以上説明したように、本参考例によれば、映像光の光路を取り囲む導光プリズム5の4つの側面53a〜53dに、それぞれV字形のプリズム溝61a〜61dを形成したので、導光プリズム5の各内側面での反射による迷光やゴースト光を低減することができる。さらに、4つの側面53a〜53dを周回するようにプリズム溝61a〜61dが形成されていることから、より確実に迷光やゴースト光をカットできる。また、Dθ<Vθ<Pθの関係を満たすことで、有効な映像光がプリズム溝でケラレることを防ぐことができる。
As described above, according to the present reference example, the V-shaped
(第2参考例)
図5は、第2参考例の画像表示装置の光学系を示す図であり、図5(a)は眼球側から見た正面図、図5(b)は平面図、図5(c)は表示素子側から見た側面図である。第2参考例の導光プリズム5は、図1の第1参考例の導光プリズム5において、プリズム溝61a〜61dに代えて、第1の側面53aおよび第2の側面53bに設けられる一対のプリズム溝62aおよび62b(第1の対の溝)が互いに対向する位置に形成され、第3の側面53cおよび第4の側面53dに設けられる他の一対のプリズム溝62cおよび62d(第2の対の溝)が互いに対向する位置に形成される。ここで、プリズム溝62aおよび62bは、プリズム溝62cおよび62dに対して、導光プリズム5の長手方向の反射面52側に離間して配置されている。その他の構成は、第1参考例と同様であるので、同一または対応する構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。
(Second reference example)
5A and 5B are diagrams showing an optical system of an image display apparatus according to a second reference example. FIG. 5A is a front view seen from the eyeball side, FIG. 5B is a plan view, and FIG. It is the side view seen from the display element side. The
本参考例によれば、映像光の光路を取り囲む導光プリズム5の4つの側面53a〜53dに、それぞれV字形のプリズム溝62a〜62dを形成したので、第1参考例と同様に、導光プリズム5の各側面での反射による迷光やゴースト光を低減することができる。さらに、プリズム溝62aおよび62bとプリズム溝62cおよび62dとの長手方向の位置をずらしているため、導光プリズム5を樹脂成型するとき樹脂の流動性が良く、第1〜第4の側面53a〜53dの各光学面の精度を向上することができる。
According to the present reference example, since the V-shaped
(第3参考例)
図6は、第3参考例の画像表示装置の光学系を示す図であり、図6(a)は眼球側から見た正面図、図6(b)は平面図、図6(c)は表示素子側から見た側面図である。第3参考例の導光プリズム5は、第1〜第4の側面53a〜53dに、それぞれ、図5の第2参考例の導光プリズム5の各側面を横切るように延びるプリズム溝62a〜62dに代えて、第1〜第4の側面53a〜53dの長手方向と直交する方向の幅よりも短いプリズム溝63a〜63dを形成したものである。各プリズム溝63a〜63dは、それぞれ、第1〜第4の側面53a〜53dの面内に形成され、第1〜第4の側面53a〜53dの互いに隣接する側面との間の角部までは延びていない。
(Third reference example)
6A and 6B are diagrams illustrating an optical system of an image display apparatus according to a third reference example. FIG. 6A is a front view as viewed from the eyeball side, FIG. 6B is a plan view, and FIG. It is the side view seen from the display element side. The
また、導光プリズム5の何れかの側面(例えば、第2の側面53b)の幅をPw、当該側面に形成されたプリズム溝(プリズム溝63b)の長さをVw、表示素子の有効領域の当該側面に対応する方向の幅を長さをDwとするとき、
Dw<Vw<Pw
を満たすように構成する。
その他の構成は、第2参考例と同様であるので、同一または対応する構成要素、には同一参照符号を付して説明を省略する。
Further, the width of any side surface (for example, the
Dw <Vw <Pw
Configure to meet.
Since other configurations are the same as those of the second reference example, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
以上のような構成により、プリズム溝63a〜63dの長さを、表示素子31の対応する方向の有効径よりも長くしたので、漏れなくゴースト光をカットすることができる。また、プリズム溝63a〜63dの長さを、導光プリズム5の対応する各側面53a〜53dの幅より短くし、導光プリズム5の隣接する側面の間の角部分に溝を設けないようにしたので、導光プリズム5を本体部3に取り付けて使用する際の保持力を確保することができる。また、視度の調整を行うために、導光プリズム5を本体部3に対して長手方向にスライドさせるような場合も、導光プリズム5をスムーズに動作させることが可能になる。
With the above configuration, the length of the
(第4参考例)
図7は、第4参考例の画像表示装置の光学系を示す図であり、図7(a)は眼球側から見た正面図、図7(b)は平面図である。第4参考例の導光プリズム5は、図6の第3参考例の導光プリズム5において、第3の側面53cおよび第4の側面53d上の、プリズム溝63a,63bよりも反射面52側の互いに対向する位置に、更にプリズム溝64cおよび64d(第3の対の溝)を形成したものである。ここで、入射面51側のプリズム溝63c、63dと、反射面52側のプリズム溝64c,64dとは、V字形を形成する溝面の角度を変えて形成する。具体的には、プリズム溝63c,63dは、表示素子31からの映像光による迷光やゴースト光をカットするように設計するのに対して、プリズム溝64c,64dは、射出面54や反射面53の縁部からの逆入射光が、表示素子31に到達して表示素子の動作に影響を与えたり、コントラストを低下させたりすることを防止するように設計される。この場合、反射面54側のプリズム溝64c,64dの溝面を入射面側のプリズム溝63c,63dの溝面と逆向きに傾かせる。言い換えれば、プリズム溝63c,63d,64c,64dについて、図3に示したのと同様に、入射面側の溝面S1、反射面側の溝面S2のそれぞれの対応する側面に対する角度θ1,θ2を定義するとき、プリズム溝63c,63dとプリズム溝64c,64dとの間で、θ1とθ2との大小関係が異なるようにする。このようにすることによって、逆入射光をカットすることができる。その他の構成は、第3参考例と同様であるので、同一または対応する構成要素、には同一参照符号を付して説明を省略する。
(4th reference example)
7A and 7B are diagrams showing an optical system of an image display apparatus according to a fourth reference example. FIG. 7A is a front view seen from the eyeball side, and FIG. 7B is a plan view. The
以上説明したように、本参考例によれば、第3および第4の側面53c,53dに2対のプリズム溝63c,63dおよび64c,64dを形成し、プリズム溝64c,64dは、逆入射光をカットするように構成したので、第3参考例の効果に加え、逆入射光による表示素子の動作への悪影響やコントラストの低下を防止することができる。
As described above, according to the present reference example, two pairs of
なお、プリズム溝64c,64dを逆入射光の除去ではなく、迷光およびゴースト光の更なる除去のために用いることができる。その場合、各プリズム溝63c,63d,64c,64dの深さを第3参考例よりも浅くして、一対のプリズム溝63c,63dのみが形成されている場合と同様の効果を生じさせることもできる。この他にも、複数の対のプリズム溝を設けるとともに、入射面51からの距離に応じて溝面の角度を変えることにより、種々の効果を得ることができる。
Note that the
(実施の形態)
図8は、実施の形態の画像表示装置の光学系を示す図であり、図8(a)は眼球側から見た正面図、図8(b)は平面図である。図8の導光プリズム5では、第3の側面53cに入射面51側から順に3つのプリズム溝65a,65c,65eが形成されている。これらのプリズム溝65a,65c,65eは、導光プリズムの長手方向に対して垂直方向ではなく、角度をつけて形成されている。特にプリズム溝65eは、反射面52の近傍に反射面の傾斜に沿って設けられている。また、第4の側面53dのプリズム溝65a,65c,65eに対向する位置にも、それぞれ同様のプリズム溝65b,65d,65fが形成される。
(Embodiment)
8A and 8B are diagrams illustrating an optical system of the image display apparatus according to the embodiment. FIG. 8A is a front view as viewed from the eyeball side, and FIG. 8B is a plan view. In the
上記のような構成により、表示素子31から射出された映像光のうち、光路から外れた光は、図8(a)および図8(b)のように、プリズム溝65a〜65fにより、観察者から見て鉛直方向や前後方向などの種々の方向成分を有して偏向される。これによって、より確実にゴースト光をカットすることが可能になる。また、反射面52に近い位置に反射面52の傾斜に沿うようにプリズム溝65e,65fを形成したので、映像光の外周部が反射面51の前後でプリズム溝65e,65fの近傍を2回通過することとなり、2倍の迷光およびゴースト光除去効果が得られる。
With the configuration as described above, out of the image light emitted from the
第3の側面53cおよび第4の側面53dに設けたプリズム溝65a〜65fに加え、第1の側面53aおよび第2の側面53bにも、長手方向に垂直なプリズム溝や長手方向に対して角度をつけたプリズム溝を形成しても良い。
In addition to the
(第5参考例)
図9は、第5参考例の画像表示装置の光学系を示す正面図である。導光プリズム5には、第2の側面53bに長手方向に対して角度をつけたプリズム溝66a〜66dを形成している。この場合、第1の側面53aの対向する位置にもプリズム溝を形成しているが、簡単のために図を省略する。第2の側面53bに形成されたプリズム溝のうち、プリズム溝66aおよび66bは、導光プリズム5の長手方向に対して反対方向に角度をつけた2つのプリズム溝が互いに交差している。このように、互いに反対方向に角度を付けたプリズム溝を交差させることによって、プリズム溝66aと66bとが、導光プリズムの長手方向に対して対称な形状となる。これにより、迷光やゴースト光を均等にカットすることが可能になる。
(5th reference example)
FIG. 9 is a front view showing an optical system of an image display apparatus of a fifth reference example. In the
(第6参考例)
図10は、第6参考例の画像表示装置の光学系を説明する図である。反射面52による反射を省略して、導光プリズム53を直線状に延ばして模式的に示している。第1の側面53aおよび第2の側面53bには、それぞれ、導光プリズム5の長手方向に直角で、各側面53a,53bを横断する4対のプリズム溝が形成されている。具体的には、図10に示すように、入射面51側から順に、プリズム溝67a,67b、プリズム溝67c,67d、プリズム溝67e,67f、および、プリズム溝67g,67hがそれぞれ対を形成している。
(Sixth reference example)
FIG. 10 is a diagram for explaining an optical system of an image display apparatus according to a sixth reference example. The reflection by the reflecting
また、図10では、表示素子31の表示領域から射出され、射出面54を通過する映像光の有効光束が通過する範囲を、2本の直線l1およびl2で挟まれた領域として示している。各プリズム溝67a〜67hは、上記有効光束が通過する範囲の外側に形成する。したがって、プリズム溝67a〜67hの深さは、入射面51に近いほど深く、反射面52に近いほど浅く形成する。また、入射面51側ではプリズム溝が深いのでプリズム溝間の間隔を広くし、反射面52側ではプリズム溝が浅いので、プリズム溝の間隔を狭く配置している。すなわち、図10においては、プリズム溝67a,67bの深さをd1とし、プリズム溝67g,67hの深さをd2とすると、d1>d2となる。また、プリズム溝67a,67bとプリズム溝67c,67dとの間の間隔をP1、プリズム溝67e,67fとプリズム溝67g,67hとの間隔をP2とするとき、P1>P2となる。
In FIG. 10, the range through which the effective light beam of the image light emitted from the display area of the
以上のような構成により、本参考例によれば、表示素子31から射出される映像光の有効光束の、プリズム溝67a〜67hによるケラレが発生することがない。また、プリズム溝の深さが浅いほど、プリズム溝間のピッチを狭くするので、迷光およびゴースト光を効率的に除去することができる。
With the configuration as described above, according to the present reference example, vignetting of the effective luminous flux of the image light emitted from the
さらに、図10において、入射面51に近い側に配置された一対の溝(プリズム溝67a,67b)をVa、この溝の射出面54側に隣接する他の一対の溝(プリズム溝67c,67d)をVbとするとき、他の一対の溝Vbの溝間の幅Vbwによる画角をVbθ、一対の溝Vaの形成される側面53a、53bに対して1対の溝Vaのエッジと対称な位置をVa’としたときの、Va’間の幅をVa’wとし、その幅Va’wによる視野角をVa’θとしたとき、
Vbθ<Va’θ
を満たすように溝Va、Vbの間の距離(P1)が設定される。このようにすることによって、一対の溝Vaと他の一対の溝Vbとの間で発生するゴースト光を除去することができる。
Further, in FIG. 10, a pair of grooves (
Vbθ <Va'θ
The distance (P1) between the grooves Va and Vb is set so as to satisfy the above. By doing so, ghost light generated between the pair of grooves Va and the other pair of grooves Vb can be removed.
なお、本参考例において、さらに第3の側面および第4の側面にも、第1の側面および第2の側面と同様の複数のプリズム溝を形成しても良い。その場合も、上述のような溝の深さ、溝の間隔の条件を満たすことにより、同様の効果が得られる。また、各側面のプリズム溝の数は4つに限られず、これより多数のプリズム溝を形成しても良い。 In this reference example, a plurality of prism grooves similar to those of the first side surface and the second side surface may be formed on the third side surface and the fourth side surface. In this case, the same effect can be obtained by satisfying the conditions of the groove depth and the groove interval as described above. Further, the number of prism grooves on each side surface is not limited to four, and a larger number of prism grooves may be formed.
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、導光プリズムの入射側端部には、導光プリズムの長手方向と直交する入射面が設けられていたが、導光プリズムの入射側の形状はこれに限られない。図11は、図2に示した第1参考例の導光プリズムの入射側端部を変更した導光プリズム5の変形例である。この導光プリズム5では、入射側端部にも、長手方向に対して傾斜した反射面71を形成するとともに、観察者の手前側の第2の側面53bの端部に入射面76を形成し、表示素子31を入射面76に対向して配置する。これにより、表示素子32から射出された映像光は、入射面76から導光プリズム5に入射し、反射面71で反射され、導光プリズム5内を長手方向に導光される。このように入射側端部を構成しても、上記各実施の形態と同様の作用、効果が得られる。この他にも、入射側端部は種々の構成が可能である。
In addition, this invention is not limited only to the said embodiment, Many deformation | transformation or a change is possible. For example, in the above-described embodiment, the incident side end of the light guide prism is provided with the incident surface orthogonal to the longitudinal direction of the light guide prism. However, the shape of the incident side of the light guide prism is not limited to this. Absent. FIG. 11 is a modification of the
また、上記各実施の形態では、導光プリズムの第1の側面と第2の側面とに形成したプリズム溝は、互いに対向して配置されており、同様に、第3の側面と第4の側面とに形成されたと溝は、互いに対向して配置されている。しかし、本発明はこれに限られず、例えば、4つの側面の長手方向にそれぞれ異なる位置に溝を配置しても良い。さらに、導光プリズムの光軸は、長手方向に沿う方向である必要は無く、例えば、導光プリズム内の第1および第2の側面で複数回反射した映像光が、反射面で反射され射出面から射出されるように構成しても良い。その場合、第1および第2の側面におけるプリズム溝の位置は、有効な映像光の光路を遮らない位置に設定される。 In each of the above embodiments, the prism grooves formed on the first side surface and the second side surface of the light guide prism are arranged to face each other, and similarly, the third side surface and the fourth side surface are arranged. The grooves formed on the side surfaces are arranged to face each other. However, the present invention is not limited to this, and for example, grooves may be arranged at different positions in the longitudinal direction of the four side surfaces. Furthermore, the optical axis of the light guide prism does not need to be in the direction along the longitudinal direction. For example, the image light reflected a plurality of times on the first and second side surfaces in the light guide prism is reflected by the reflecting surface and emitted. You may comprise so that it may inject from a surface. In that case, the positions of the prism grooves on the first and second side surfaces are set to positions that do not block the optical path of the effective image light.
また、導光プリズムの側面は、4面により構成されるものとしたが、これに限られない。例えば、隣接する各側面の間の稜線部分の角を取ったり、丸みをつけたりした形状も含まれる。また、導光プリズムは、透明な樹脂より形成されるとしたが、これに限られず、ガラスなどの他の透明な光学部材により形成しても良い。さらに、上記実施の形態において、導光プリズムの射出面は凸面として形成されるものとしたが、これに限られない。例えば、反射面を正の屈折力を有する反射面として形成し、射出面は平面とすることも可能である。この場合も、観察者は表示素子に表示された画像の拡大された虚像を観察することが可能である。 Moreover, although the side surface of the light guide prism is configured by four surfaces, it is not limited thereto. For example, the shape which took the corner of the ridgeline part between each adjacent side surface, or was rounded is also contained. The light guide prism is formed of a transparent resin, but is not limited thereto, and may be formed of other transparent optical members such as glass. Furthermore, in the said embodiment, although the exit surface of the light guide prism shall be formed as a convex surface, it is not restricted to this. For example, the reflecting surface may be formed as a reflecting surface having a positive refractive power, and the exit surface may be a flat surface. Also in this case, the observer can observe an enlarged virtual image of the image displayed on the display element.
また、図1において図示した画像表示装置は、観察者の右眼に向けて画像を表示するものであるが、左眼用や両眼用などの画像表示装置として構成することも可能である。さらに、画像表示装置は眼鏡型のものに限られず、本体部および導光プリズムをゴーグルやヘルメットのようなものに固定するなど、頭部に固定するための種々の形態が可能である。 The image display apparatus illustrated in FIG. 1 displays an image toward the observer's right eye, but can also be configured as an image display apparatus for the left eye or for both eyes. Furthermore, the image display device is not limited to the glasses type, and various forms for fixing to the head, such as fixing the main body portion and the light guide prism to a goggle or a helmet, are possible.
1 画像表示装置
2 支持部
3 本体部
5 導光プリズム
31,32 表示素子
51 入射面
52 反射面
53a,73a 第1の側面
53b,73b 第2の側面
53c,73c 第3の側面
53d,73d 第4の側面
54,74 射出面
61a〜61d プリズム溝
62a〜62d プリズム溝
63a〜63d プリズム溝
64c,64d プリズム溝
65a〜65f プリズム溝
66a〜66d プリズム溝
67a〜67h プリズム溝
70 導光プリズム
71 反射面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
一端部から入射した映像光の光路を取り囲むように配置された少なくとも4つの側面と、
前記少なくとも4つの側面により導光された前記映像光を反射させる反射面と、
前記反射面で反射された前記映像光を、観察者の眼球に向けて射出する射出面と
を備え、
少なくとも1つの側面には、前記反射面の近傍において前記反射面の傾斜に沿う方向にV字形の溝が形成されている導光プリズム。 A light guide prism that guides image light from the display element to the eyeball of the observer, and displays a virtual image of the display element in the visual field of the observer,
At least four side surfaces arranged so as to surround the optical path of the image light incident from one end;
A reflecting surface for reflecting the image light guided by the at least four side surfaces;
An emission surface for emitting the image light reflected by the reflection surface toward an eyeball of an observer,
A light guide prism in which a V-shaped groove is formed on at least one side surface in a direction along the inclination of the reflection surface in the vicinity of the reflection surface.
一端部から入射した映像光の光路を取り囲むように配置された少なくとも4つの側面と、
前記少なくとも4つの側面により導光された前記映像光を反射させる反射面と、
前記反射面で反射された前記映像光を、観察者の眼球に向けて射出する射出面と
を備え、
少なくとも1つの側面には、該側面の面内において前記映像光の進行方向に対して直交を除く傾斜した角度で設けられる、V字形の溝が形成されている導光プリズム。 A light guide prism that guides image light from the display element to the eyeball of the observer, and displays a virtual image of the display element in the visual field of the observer,
At least four side surfaces arranged so as to surround the optical path of the image light incident from one end;
A reflecting surface for reflecting the image light guided by the at least four side surfaces;
An emission surface for emitting the image light reflected by the reflection surface toward an eyeball of an observer,
A light guide prism having a V-shaped groove formed on at least one side surface at an inclined angle excluding orthogonal to the traveling direction of the video light within the side surface .
前記表示素子からの映像光を観察者の眼球に導光し、観察者の視野内に表示素子の虚像を表示する導光プリズムであって、一端部から入射した映像光の光路を取り囲むように配置された少なくとも4つの側面、前記少なくとも4つの側面により導光された前記映像光を反射させる反射面、および、前記反射面で反射された前記映像光を、観察者の眼球に向けて射出する射出面を有し、少なくとも1つの側面には、前記反射面の近傍において前記反射面の傾斜に沿う方向にV字形の溝が形成されている導光プリズムと、
前記表示素子と前記導光プリズムとを観察者の頭部に固定支持するための支持部と
を備える画像表示装置。 A display element for emitting image light;
A light guide prism that guides image light from the display element to an observer's eyeball and displays a virtual image of the display element in the observer's field of view so as to surround the optical path of the image light incident from one end. The arranged at least four side surfaces, the reflection surface that reflects the image light guided by the at least four side surfaces, and the image light reflected by the reflection surface are emitted toward the eyeball of the observer. A light guide prism having an exit surface, wherein at least one side surface is formed with a V-shaped groove in a direction along the inclination of the reflection surface in the vicinity of the reflection surface;
An image display device comprising: a support portion for fixedly supporting the display element and the light guide prism on an observer's head.
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