光学模块和头部佩戴型显示装置
阅读：0发布：2024-02-12
专利汇可以提供光学模块和头部佩戴型显示装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且光学模 块 和头部佩戴型显示装置。能够使规定方向的尺寸最小化。本 发明 的光学模块的特征在于具有：第1图像 显示面板 ，其具有矩形状的第1显示部和第1连接部；第2图像显示面板，其具有矩形状的第2显示部和第2连接部；第3图像显示面板，其具有矩形状的第3显示部和第3连接部；以及十字分色棱镜，其对第1图像光、第2图像光以及第3图像光进行合成，十字分色棱镜具有两个光合成面交叉的交叉轴，第1图像显示面板、第2图像显示面板以及第3图像显示面板以如下状态分别粘贴于十字分色棱镜的不同的面，该状态是：第1显示部、第2显示部以及第3显示部各自的长边沿着交叉轴，且第1连接部、第2连接部以及第3连接部分别位于十字分色棱镜的外侧。，下面是光学模块和头部佩戴型显示装置专利的具体信息内容。
1.一种光学模块，其特征在于，其具有：
第1图像显示面板，其具有矩形状的第1显示部和第1连接部；
第2图像显示面板，其具有矩形状的第2显示部和第2连接部；
第3图像显示面板，其具有矩形状的第3显示部和第3连接部；以及
十字分色棱镜，其对从所述第1图像显示面板射出的第1图像光、从所述第2图像显示面板射出的第2图像光以及从所述第3图像显示面板射出的第3图像光进行合成，所述十字分色棱镜具有两个光合成面交叉的交叉轴，
所述第1图像显示面板、所述第2图像显示面板以及所述第3图像显示面板以如下状态分别粘贴于所述十字分色棱镜的不同的面，所述状态是：所述第1显示部、所述第2显示部以及所述第3显示部各自的长边沿着所述交叉轴，且所述第1连接部、所述第2连接部以及所述第3连接部分别位于所述十字分色棱镜的外侧。
2.根据权利要求1所述的光学模块，其特征在于，
所述第1图像显示面板和所述第3图像显示面板以隔着所述十字分色棱镜而互相对置的方式配置，
在从沿着所述交叉轴的方向俯视观察时，所述第1图像显示面板设置成沿着所述十字分色棱镜的光射出方向朝该十字分色棱镜的外侧伸出，所述第3图像显示面板设置成沿着与所述光射出方向相反的方向朝所述十字分色棱镜的外侧伸出，所述第2图像显示面板设置成沿着与所述光射出方向交叉的方向朝所述十字分色棱镜的外侧伸出。
3.根据权利要求1所述的光学模块，其特征在于，
所述第1图像显示面板和所述第3图像显示面板以隔着所述十字分色棱镜而互相对置的方式配置，
在从沿着所述交叉轴的方向俯视观察时，所述第1图像显示面板和所述第3图像显示面板分别设置成沿着所述十字分色棱镜的光射出方向朝该十字分色棱镜的外侧伸出，所述第
2图像显示面板设置成沿着与所述光射出方向交叉的方向朝所述十字分色棱镜的外侧伸出。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的光学模块，其特征在于，
所述第1图像显示面板还具有驱动所述第1显示部的第1驱动电路部，
所述第2图像显示面板还具有驱动所述第2显示部的第2驱动电路部，
所述第3图像显示面板还具有驱动所述第3显示部的第3驱动电路部，
所述第1图像显示面板、所述第2图像显示面板以及所述第3图像显示面板以所述第1驱动电路部、所述第2驱动电路部以及所述第3驱动电路部分别位于所述十字分色棱镜的外侧的状态，分别粘贴于所述十字分色棱镜的不同的面。
5.根据权利要求1所述的光学模块，其特征在于，
所述第1图像显示面板、所述第2图像显示面板以及所述第3图像显示面板是自发光型面板。
6.根据权利要求5所述的光学模块，其特征在于，
所述自发光型面板是有机EL面板。
7.一种头部佩戴型显示装置，其特征在于，其具有：
权利要求1至6中的任意一项所述的光学模块；以及
投射光学系统，其将来自所述光学模块的光投射到观察者的眼睛。
光学模块和头部佩戴型显示装置
技术领域
[0001] 本发明涉及光学模块和头部佩戴型显示装置。
背景技术
[0002] 以往，作为对从3个显示面板射出的RGB各色的图像光进行合成的光学模块，公知有将十字分色棱镜与3个显示面板组合起来的技术(例如，参照下述专利文献1)。这样的光学模块搭载于显示装置，但是，近年来，在显示装置中也强烈要求小型化，搭载光学模块的空间的大小也受到限制。
[0003] 专利文献1：日本特开2004-354437号公报
[0004] 由于搭载光学模块的空间的制约，因此，也存在希望使光学模块的规定方向的尺寸进一步变小的要求，但在上述现有技术的光学模块中，无法实现充分的小型化。
发明内容
[0005] 为了解决上述课题，本发明的一个方式的光学模块的特征在于，具有：第1图像显示面板，其具有矩形状的第1显示部和第1连接部；第2图像显示面板，其具有矩形状的第2显示部和第2连接部；第3图像显示面板，其具有矩形状的第3显示部和第3连接部；以及十字分色棱镜，其对从所述第1图像显示面板射出的第1图像光、从所述第2图像显示面板射出的第2图像光以及从所述第3图像显示面板射出的第3图像光进行合成，所述十字分色棱镜具有两个光合成面交叉的交叉轴，所述第1图像显示面板、所述第2图像显示面板以及所述第3图像显示面板以如下状态分别粘贴于所述十字分色棱镜的不同的面，所述状态是：所述第1显示部、所述第2显示部以及所述第3显示部各自的长边沿着所述交叉轴，且所述第1连接部、所述第2连接部以及所述第3连接部分别位于所述十字分色棱镜的外侧。
[0006] 在本发明的一个方式的光学模块中，优选所述第1图像显示面板和所述第3图像显示面板以对置的方式配置，在从沿着所述交叉轴的方向俯视观察时，所述第1图像显示面板设置成朝所述十字分色棱镜的光射出方向的一侧伸出，所述第3图像显示面板设置成朝所述光射出方向的另一侧伸出。
[0007] 在本发明的一个方式的光学模块中，优选所述第1图像显示面板和所述第3图像显示面板以对置的方式配置，在从沿着所述交叉轴的方向俯视观察时，所述第1图像显示面板和所述第3图像显示面板设置成向所述十字分色棱镜的光射出方向分别伸出。
[0008] 在本发明的一个方式的光学模块中，优选所述第1图像显示面板还具有驱动所述第1显示部的第1驱动电路部，所述第2图像显示面板还具有驱动所述第2显示部的第2驱动电路部，所述第3图像显示面板还具有驱动所述第3显示部的第3驱动电路部，所述第1图像显示面板、所述第2图像显示面板以及所述第3图像显示面板以所述第1驱动电路部、所述第2驱动电路部以及所述第3驱动电路部分别位于所述十字分色棱镜的外侧的状态，分别粘贴于所述十字分色棱镜的不同的面。
[0009] 在本发明的一个方式的光学模块中，优选所述第1图像显示面板、所述第2图像显示面板以及所述第3图像显示面板是自发光型面板。另外，优选所述自发光型面板是有机EL面板。
[0011] 图1是示出观察者佩戴第1实施方式的HMD的状态的图。
[0012] 图2是第1实施方式的HMD的立体图。
[0013] 图3是示出图像显示部的各部的结构的图。
[0014] 图4是示出第1图像显示面板的结构的立体图。
[0015] 图5是示出图像生成部的结构的立体图。
[0016] 图6是图像生成部的侧视图。
[0017] 图7是示出图像显示部的主要部分结构和图像光的光路的图。
[0018] 图8是概念性地示出观察者看到的虚像影像的图。
[0019] 图9是示出第1分色膜的入射角度依赖性的曲线图。
[0020] 图10是示出比较例的图像生成部的结构的立体图。
[0021] 图11是第2实施方式的图像生成部的侧视图。
[0022] 标号说明
[0023] 11：图像生成部(光学模块)；12：投射光学系统；20R：第1图像显示面板；20G：第2图像显示面板；20R：第3图像显示面板；22a、22b：平面；30R：第1显示部；30G：第2显示部；30B：第3显示部；30a：长边(像素部的长边)；32R：第1连接部；32G：第2连接部；32B：第3连接部；
50：十字分色棱镜；50d：光射出面；51：第1光合成面；52：第2光合成面；300：HMD(头部佩戴型显示装置)；LL：图像光；GR：红色图像光；GG：绿色图像光；GB：蓝色图像光；CX：交叉轴；M：观察者；EY：眼睛。
50：十字分色棱镜；50d：光射出面；51：第1光合成面；52：第2光合成面；300：HMD(头部佩戴型显示装置)；LL：图像光；GR：红色图像光；GG：绿色图像光；GB：蓝色图像光；CX：交叉轴；M：观察者；EY：眼睛。
具体实施方式
[0024] 以下，参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。另外，在以下的说明所使用的附图中，为了使特征容易理解，方便起见，有时放大示出作为特征的部分，各结构要素的尺寸比例等未必与实际相同。
[0025] (第1实施方式)
[0026] 本实施方式的头部佩戴型显示装置是观察者佩戴在头上使用的头戴式显示器的一例。在以下的说明中，将头戴式显示器(Head Mounted Display)简称为HMD。
[0027] 图1是示出观察者佩戴本实施方式的HMD的状态的图。图2是本实施方式的HMD的立体图。
[0028] 如图1所示，本实施方式的HMD(头部佩戴型显示装置)300是观察者以佩戴眼镜的感觉佩戴于头部而使用的头戴式显示器。本实施方式的HMD 300是透过型的HMD。根据本实施方式的HMD 300，观察者能够看到由图像显示部生成的图像。
[0029] 如图2所示，HMD 300具有：显示部100，其具有类似于眼镜的形状；以及控制装置(控制器)160，其具有观察者可手持的程度的大小。显示部100和控制装置160以能够通过有线或无线进行通信的方式连接。在本实施方式中，构成显示部100的左眼用图像显示部110A以及右眼用图像显示部110B分别与控制装置160经由缆线150以能够进行有线通信的方式进行连接，对图像信号、控制信号进行通信。
[0031] 显示面板部170例如显示赋予给观察者的各种信息或指示等。主框架120具有用于供观察者挂在耳朵上的一对镜腿部122A、122B。主框架120是对左眼用图像显示部110A和右眼用图像显示部110B进行支承的部件。
[0032] 右眼用图像显示部110B和左眼用图像显示部110A具有同样的结构，双方的图像显示部内的各构成要素左右对称地配置。因此，以下，将左眼用图像显示部110A简称为图像显示部110而进行详细说明，省略右眼用图像显示部110B的说明。
[0033] 图3是示出图像显示部的各部的结构的图。此外，在图3中，图示了佩戴图像显示部110的观察者的眼睛EY。另外，在图3中，将穿过观察者M的眼睛EY的瞳孔中心、且成为所观察的图像的中心视场角的光线所通过的路径设为光轴AX。
[0034] 如图3所示，图像显示部110具有图像生成部(光学模块)11、投射光学系统12以及导光光学系统13。图像显示部110通过将该图像生成部11、投射光学系统12以及导光光学系统13组装到未图示的壳体中而模块化。在图3中，仅示出在投射光学系统12的光轴AX上通过的图像光LL。另外，在图3中投射光学系统12是概念性/抽象性示出的，实际上由单透镜或多个透镜组构成。
[0035] 图像生成部11具有第1图像显示面板20R、第2图像显示面板20G、第3图像显示面板20B以及十字分色棱镜50。
[0036] 在本实施方式中，第1图像显示面板20R、第2图像显示面板20G以及第3图像显示面板20B是自发光面板。
[0037] 在本实施方式中，作为自发光面板，使用了有机EL面板。通过使用有机EL面板作为自发光面板，能够构成为包含光源在内的一体化的部件，因此，能够使第1图像显示面板20R、第2图像显示面板20G以及第3图像显示面板20B小型和轻量化。另外，如后述那样，第1图像显示面板20R、第2图像显示面板20G以及第3图像显示面板20B射出的光的波段不同，除此以外，具有同样的结构。
[0038] 这里，对第1图像显示面板20R的结构进行说明。
[0039] 图4是示出第1图像显示面板的结构的立体图。
[0040] 如图4所示，第1图像显示面板20R具有第1显示部30R、第1驱动电路部31R以及第1连接部32R。
[0041] 第1显示部30R是通过将由发出红色光的有机EL元件构成的像素排列成矩阵状而构成的。第1显示部30R射出红色波段(例如620nm～750nm)的红色图像光。第1显示部30R的整体的平面形状为具有长边30a和短边30b的矩形状。第1显示部30R通过驱动多个像素而生成期望的红色图像光。
[0042] 第1驱动电路部31R例如包含扫描线驱动电路、数据线驱动电路，通过与构成第1显示部30R的各像素电连接而使第1显示部30R驱动。第1连接部32R包含多个安装端子32a，多个安装端子32a例如与柔性布线基板等外部连接基板33连接。
[0044] 根据这样的结构，第1图像显示面板20R将从外部输入的信号从第1连接部32R向驱动电路部31R发送。然后，驱动电路部31R通过使第1显示部30R驱动而生成期望的红色图像光。
[0045] 第2图像显示面板20G以及第3图像显示面板20B具有与第1图像显示面板20R同样的结构。第2图像显示面板20G具有第2显示部30G、第2驱动电路部31G以及第2连接部32G，生成并射出绿色波段(例如495nm～570nm)的绿色图像光。第3图像显示面板20B具有第3显示部30B、第3驱动电路部31B以及第3连接部32B，生成并射出蓝色波段(例如450nm～495nm)的蓝色图像光。
[0046] 以下，在不特别区分第1显示部30R、第2显示部30G以及第3显示部30B的情况下，有时也简称为“显示部30”。另外，在不特别区分第1驱动电路部31R、第2驱动电路部31G以及第3驱动电路部31B的情况下，有时也简称为“驱动电路部31”。另外，在不特别区分第1连接部
32R、第2连接部32G以及第3连接部32B的情况下，有时也简称为“连接部32”。
32R、第2连接部32G以及第3连接部32B的情况下，有时也简称为“连接部32”。
[0047] 另外，在各图像显示面板20R、20G、20B中，驱动电路部31和连接部32沿着显示部30的短边30b配置。因此，在第1图像显示面板20R中，在沿着显示部30的长边30a的方向上不配置驱动电路部31和连接部32。由此，各图像显示面板20R、20G、20B的横向宽度被抑制为与显示部30的长边30a相同的长度。
[0048] 另外，上述红色图像光、绿色图像光以及蓝色图像光是不具有偏振特性的非偏振光。这是因为红色图像光、绿色图像光以及蓝色图像光是来自在有机薄膜中随机配置的有机分子的发光，没有液晶显示器那样的偏振特性，基本上具有非偏振的发光特性。
[0049] 图5是示出图像生成部的结构的立体图。
[0050] 如图5所示，作为图像生成部11的结构部件的十字分色棱镜50例如是将由玻璃等透光性材料构成的4个三棱柱状的棱镜部件贴合起来而形成的四棱柱状的部件。具体来说，4个三棱柱状的棱镜部件是全等的形状，底面为直角等腰三角形。以该底面的直角部分的顶点对齐的方式将4个三棱柱状的棱镜部件的侧面贴合起来，从而成为四棱柱状的部件。在该情况下，沿着该底面的顶点的棱线重合而形成1个交叉轴。在各三棱柱状的棱镜部件的侧面即贴合部分形成互相交叉的第1光合成面51和第2光合成面52。
[0051] 本实施方式的十字分色棱镜50具有：第1面50a，其粘贴第1图像显示面板20R；第2面50b，其粘贴第2图像显示面板20G；第3面50c，其粘贴第3图像显示面板20B；以及光射出面50d，其射出所合成的光。
[0052] 即，第1图像显示面板20R、第2图像显示面板20G以及第3图像显示面板20B分别粘贴在十字分色棱镜50的不同的面上。该第1面50a、第2面50b、第3面50c以及光射出面50d由十字分色棱镜50的6个面中的不与交叉轴CX交叉的4个面构成。另外，该第1面50a、第2面50b、第3面50c以及光射出面50d分别具有相同的形状。
[0053] 第1面50a作为将从第1图像显示面板20R射出的红色图像光GR取入到棱镜内部的光入射面发挥功能。第2面50b作为将从第2图像显示面板20G射出的绿色图像光GG取入到棱镜内部的光入射面发挥功能。第3面50c作为将从第3图像显示面板20B射出的蓝色图像光GB取入到内部的光入射面发挥功能。
[0054] 第1光合成面51例如设置有由电介质多层膜构成的第1分色膜DM1。第1分色膜DM1使从第2图像显示面板20G射出的绿色图像光GG和从第3图像显示面板20B射出的蓝色图像光GB透过，并且使从第1图像显示面板20R射出的红色图像光GR朝与绿色图像光GG的行进方向相同的方向反射。
[0055] 第2光合成面52例如设置有由电介质多层膜构成的第2分色膜DM2。第2分色膜DM2使从第1图像显示面板20R射出的红色图像光GR和从第2图像显示面板20G射出的绿色图像光GG透过，并且使从第3图像显示面板20B射出的蓝色图像光GB朝与绿色图像光GG的行进方向相同的方向反射。
[0056] 以下，在不特别区分第1分色膜DM1和第2分色膜DM2的情况下，将它们统称为分色膜DM1、DM2。
[0057] 分色膜DM1、DM2以相对于上述第1面50a、第2面50b以及第3面50c倾斜45°的状态、且互相90°交叉的方式配置。这里，将沿着三棱柱状的棱镜部件的底面的顶点的棱线重合而形成的1个交叉轴(即，第1分色膜DM1和第2分色膜DM2交叉而形成的轴)称为交叉轴CX。
[0058] 根据这样的结构，本实施方式的十字分色棱镜50使入射到内部的红色图像光GR、绿色图像光GG以及蓝色图像光GB在分色膜DM1、DM2上进行合成，由此，从光射出面50d射出全色的图像光LL。
[0059] 以下，在图像生成部11的说明中，为了容易理解各部件的配置关系，使用XYZ坐标系。
[0060] 具体来说，在图像生成部11中，设交叉轴CX延伸的方向为Y方向，设图像光LL的射出方向为Z方向。另外，相对于上述那样规定的Y方向和Z方向，设右手系的情况下的与Y方向以及Z方向垂直的方向为X方向。
[0061] 通过将第1显示部30R粘贴于第1面50a，将第1图像显示面板20R保持于十字分色棱镜50。具体来说，第1图像显示面板20R以第1显示部30R的长边30a沿着交叉轴CX的方式粘贴于十字分色棱镜50的第1面50a。第1图像显示面板20R以第1显示部30R的短边30b沿着Z方向的方式保持于十字分色棱镜50。第1显示部30R和十字分色棱镜50的第1面50a经由粘接层(未图示)接合在一起。
[0062] 通过将第2显示部30G粘贴于第2面50b，将第2图像显示面板20G保持于十字分色棱镜50。具体来说，第2图像显示面板20G以第2显示部30G的长边30a沿着交叉轴CX的方式粘贴于十字分色棱镜50的第2面50b。第2图像显示面板20G以第2显示部30G的短边30b沿着X方向的方式保持于十字分色棱镜50。第2显示部30G和十字分色棱镜50的第2面50b经由粘接层(未图示)接合在一起。
[0063] 如图5所示，通过将第3显示部30B粘贴于第3面50c，将第3图像显示面板20B保持于十字分色棱镜50。在本实施方式中，第3图像显示面板20B以隔着十字分色棱镜50与第1图像显示面板20R对置的方式配置。
[0064] 具体来说，第3图像显示面板20B以第3显示部30B的长边30a沿着交叉轴CX的方式粘贴于十字分色棱镜50的第3面50c。第3图像显示面板20B以第3显示部30B的短边30b沿着Z方向的方式保持于十字分色棱镜50。第3显示部30B和十字分色棱镜50的第3面50c经由粘接层(未图示)接合在一起。
[0065] 图6是图像生成部的侧视图。图6是从沿着交叉轴CX的方向(+Y方向)观察图像生成部11的图。
[0066] 如图6所示，第1图像显示面板20R设置成在从+Y方向俯视观察时，沿着十字分色棱镜50的光射出方向(+Z方向)向该十字分色棱镜50的外侧伸出。
[0067] 具体来说，第1图像显示面板20R中的第1驱动电路部31R和第1连接部32R配置在比第1面50a靠外侧的位置。即，第1图像显示面板20R以第1驱动电路部31R以及第1连接部32R不与十字分色棱镜50对置的状态，在十字分色棱镜50上仅粘贴第1显示部30R。
[0068] 另外，第2图像显示面板20G设置成在从+Y方向俯视观察时，沿着与光射出方向(+Z方向)交叉的方向即-X方向向十字分色棱镜50的外侧伸出。
[0069] 具体来说，第2图像显示面板20G中的第2驱动电路部31G以及第2连接部32G配置在比第2面50b靠外侧的位置。即，第2图像显示面板20G以第2驱动电路部31G以及第2连接部32G不与十字分色棱镜50对置的状态，在十字分色棱镜50上仅粘贴第2显示部30G。
[0070] 第3图像显示面板20B设置成在从+Y方向俯视观察时，沿着与十字分色棱镜50的光射出方向相反的方向(-Z方向)向该十字分色棱镜50的外侧伸出。
[0071] 具体来说，第3图像显示面板20B中的第3驱动电路部31B以及第3连接部32B配置在比第3面50c靠外侧的位置。即，第3图像显示面板20B以第3驱动电路部31B以及第3连接部32B位于十字分色棱镜50的外侧的状态粘贴于十字分色棱镜50。
[0072] 在本实施方式的图像生成部11中，各图像显示面板20R、20G、20B以各自的显示部30的长边30a彼此相邻的方式粘贴于十字分色棱镜50。如图5所示，十字分色棱镜50的大小(体积)大致由三个边(长边30a、短边30b、短边30b)的积来规定。
[0073] 另外，在本实施方式的图像生成部11中，各图像显示面板20R、20G、20B在十字分色棱镜50的外侧的不同方向上伸出。即，与各图像显示面板20R、20G、20B的连接部32分别连接的外部连接基板33从十字分色棱镜50向不同的方向分别引出。因此，本实施方式的图像生成部11能够采用将外部连接基板33向不同的3个方向引出的布局。
[0074] 另外，在本实施方式的图像生成部11中，在沿着交叉轴CX的Y方向上，第1图像显示面板20R、第2图像显示面板20G以及第3图像显示面板20B各自的宽度与十字分色棱镜50的光射出面50d的宽度大致相等。即，在本实施方式的图像生成部11中，各图像显示面板20R、20G、20B不在Y方向上从十字分色棱镜50的端面突出。因此，如图5所示，图像生成部11的Y方向的尺寸H1仅由十字分色棱镜50的宽度规定。
[0075] 图7是示出本实施方式的图像显示部110的主要部分结构和图像光LL的光路的图。另外，在图7中，例示了由3个透镜12a～12c构成投射光学系统12的情况。
[0076] 导光光学系统13是通过使来自投射光学系统12的图像光LL进行内部反射并且射出而引导至观察者的眼前的导光部件或导光装置。导光光学系统13具有：入射部21，其取入图像光；导光用的平行导光体22；以及射出部23，其用于取出图像光。
[0077] 入射部21配置在观察者的耳侧，射出部23配置在观察者的鼻侧。平行导光体22和入射部21的主体是由具有较高的光透过性的树脂材料成形的一体部件或一个部件。另外，平行导光体22相对于以观察者的眼睛EY为基准的光轴OX倾斜配置。由此，能够沿着脸部的曲线配置平行导光体22。另外，也可以用不同的部件构成入射部21和平行导光体22，用粘接剂将两者接合起来。
[0078] 入射部21具有：光入射面IS，其取入来自投射光学系统12的图像光LL；以及反射面RS，其对取入的图像光LL进行反射而引导至平行导光体22内。光入射面IS由相对于投射光学系统12侧凹陷的曲面形成，并且还具有在内面侧对被反射面RS反射的图像光LL进行全反射的功能。反射面RS由相对于投射光学系统12侧凹陷的曲面形成。反射面RS通过在曲面上实施铝蒸镀等成膜而形成，对从光入射面IS入射的图像光LL进行反射而使光路向规定方向弯折。光入射面IS在内侧对被反射面RS反射的图像光LL进行全反射而使光路向规定方向弯折。另外，形成各面的曲面是非轴对称自由曲面，但不限于此，也可以采用轴对称自由曲面、球面、非球面等。另外，各曲面可以辅助投射光学系统12的准直功能。
[0079] 平行导光体22是平板部分，具有作为平行延伸的一对面的两个对置的平面22a、22b。由于平面22a、22b是平行平面，所以，不会对外界像产生放大或聚焦偏移。平行导光体
22中的一个平面22a作为使来自入射部21的图像光进行全反射的全反射面发挥功能，并且具有以较少的损耗将图像光引导至射出部23的作用。背侧的平面22b是平行导光体22与射出部23的边界面。另外，也可以通过在平面22a、22b的整体或一部分形成镜面涂层或半透半反镜膜而使图像光反射。
22中的一个平面22a作为使来自入射部21的图像光进行全反射的全反射面发挥功能，并且具有以较少的损耗将图像光引导至射出部23的作用。背侧的平面22b是平行导光体22与射出部23的边界面。另外，也可以通过在平面22a、22b的整体或一部分形成镜面涂层或半透半反镜膜而使图像光反射。
[0080] 射出部23是在平行导光体22的里侧即观察者的鼻侧沿着背侧的平面22b在其延长线上形成为层状的部件，具有反射单元，该反射单元是排列具有透过性的多个反射镜等而成的。由此，射出部23在使被平行导光体22的全反射面即外界侧的平面22a全反射的图像光LL通过时，以规定角度对入射的图像光LL进行反射而向光射出面OS侧弯折。
[0081] 另外，光路上的导光光学系统13的各光学面从光路下游侧依次如下所示。首先，设平行导光体22的平面22b或光射出面OS为第1面S1，设平面22a为第2面S2。接着，在理解为全反射的反射面的情况下，设入射部21的光入射面IS为第3面S3。并且，设入射部21的反射面RS为第4面S4。最后，在理解为取入光的面的情况下设光入射面IS为第5面S5。
[0082] 以下，沿着图像光LL的光路对HMD 300的动作和图像生成部11的详细结构进行说明。另外，在附图中，光射出面20a假想地示出了在图像生成部11中合成的图像光LL的射出位置，相当于第2图像显示面板20G(参照图3等)的光射出面。
[0083] 首先，从图像生成部11的光射出面20a射出的图像光LL经过由3个透镜12a～12c构成的投射光学系统12而朝向导光光学系统13射出。在图像光LL从导光光学系统13的第5面S5入射后，被第4面S4反射，进而在第3面S3和第2面S2上分别全反射而到达第1面S1，一边弯折一边朝向观察者的眼睛EY射出。即，通过被导光光学系统13引导而到达观察者的眼睛EY。在到达眼睛EY的位置时，图像光LL的各成分是平行后的光束，并且在眼睛EY的位置重叠而入射。观察者根据光的入射方向或入射角度识别图像位置，从而看到虚像。在该情况下，在眼睛EY的位置重叠的各光束的截面形状为视圈(eye ring)形状，其直径为视圈直径。这里，视圈直径是通过图像显示部110在观察者M的眼睛EY的瞳孔附近形成的出射光瞳的大小。
[0084] 另外，在上述结构的情况下，通过在第1面S1～第5面S5的一部分设置自由曲面，能够降低投射光学系统12的负担，其结果是，能够使光学系统变薄。另外，在光学设计时，按照与上述相反的顺序、即以眼睛EY的位置为最初的基准而从第1面S1侧起的顺序追踪光路，从而进行各部的设定。
[0085] 根据以上那样的结构，在构成图像生成部11的十字分色棱镜50中合成的图像光LL可靠地引导至观察者的眼睛EY。图像光LL作为虚像影像而被观察者看到。
[0086] 图8是概念性地示出观察者看到的虚像影像的图。在图8中，示出了观察者的左右眼排列的方向B1。
[0087] 如图8所示，在本实施方式的HMD 300中，图像光LL作为虚像影像IM被观察者看到。通常，人眼在横向上的视野比纵向上的视野宽。因此，在本实施方式的HMD300中，通过使横向上的视场角θ1比纵向上的视场角θ2大，使虚像影像IM横向较长。另外，十字分色棱镜50的交叉轴CX相当于在虚像影像IM上沿水平方向(横向)延伸的假想轴IMa。另外，交叉轴CX与观察者的左右眼排列的方向B1对应。
[0088] 另外，人眼的特性是经常左右移动，另外，关于左右眼的排列情况，存在个人差异。由于以上原因，为了不使图像缺失，即为了使光到达眼睛，特别重要的是增大眼睛排列的方向即横向上的图像光的视圈直径。即，可以说与眼睛排列的方向垂直的方向即纵向的视圈直径不需要横向那样大。
[0089] 在本实施方式的HMD中，将眼睛EY的位置处的视圈形状RF设为以观察者的左右眼排列的方向B1为长轴方向的形状。具体来说，关于视圈形状RF的视圈直径，眼睛EY排列的方向B1上的直径R1比与其垂直的方向上的直径R2大。视圈形状RF是以眼睛排列的方向B1为长轴方向的椭圆形状即横向较长的椭圆形状。
[0090] 在图8中，如果使视圈形状RF的短边与长边、即直径R2和直径R1之比成为例如1：2左右，则在横向较长的影像中也没有欠缺，另外，还能够应对眼宽的偏差。另外，通过使视圈形状RF成为椭圆，还能够减小使影像向眼睛EY的方向偏转的反射镜等各部的大小。
[0091] 在本实施方式的HMD 300中，对从各图像显示面板20R、20G、20B射出的各图像光GR、GG、GB的发散角进行调整，以实现上述椭圆形状的视圈形状RF并且使虚像影像IM横向较长。
[0092] 另外，在本实施方式的HMD 300中，需要考虑十字分色棱镜50的分色膜DM1、DM2的反射特性而对各图像光GR、GG、GB的发散角进行调整。
[0093] 通常，分色膜具有入射角度依赖性，其反射特性被设计成有效地对以45°入射的光进行反射。对于以大幅偏离45°的入射角度入射的成分，本实施方式的分色膜DM1、DM2也可能无法得到高到可看见良好影像的程度的反射率。
[0094] 以下，以第1分色膜DM1对从第1图像显示面板20R射出的红色图像光GR的入射角度依赖性为例进行说明，但第2分色膜DM2对从第3图像显示面板20B射出的蓝色图像光GB的入射角度依赖性也同样如此。
[0095] 图9是示出第1分色膜DM1对从第1图像显示面板20R射出的红色图像光GR的入射角度依赖性的曲线图。在图9所示的曲线图中，横轴是入射的光的波长(单位：nm)，纵轴是所入射的光的反射率(单位：％)。在图9中示出表示入射角度为35°、38°、45°、52°以及55°时的反射特性的5条曲线。
[0096] 如图9所示，可知第1分色膜DM1的反射特性根据入射到该第1分色膜DM1的光的入射角度而大幅变化。
[0097] 在本实施方式的HMD 300中，从第1图像显示面板20R射出的红色图像光GR入射至倾斜45°配置的第1分色膜DM1。这里，将决定红色图像光GR中的虚像影像IM的水平方向(图9的左右方向)、即红色图像光GR中的沿着交叉轴CX的方向的视场角的发散角设为α，将决定红色图像光GR中的虚像影像IM的垂直方向(图9的上下方向)、即红色图像光GR的与交叉轴CX垂直的方向的视场角的发散角设为β。
[0098] 在本实施方式中，为了如上述那样形成沿交叉轴CX较长的横向较长的虚像影像IM，使发散角β比发散角α小。具体来说，在本实施方式中，将发散角α抑制为10°左右，将发散角β抑制为7°左右。
[0099] 在第1分色膜DM1中，关于红色图像光GR中的发散角β的扩展，发散角β的差作为入射角度的差而直接影响。即，由于红色图像光GR以45°±β的范围入射到第1分色膜DM1，所以，受到上述那样的入射角度依赖性的影响较大。
[0100] 与此相对，在第1分色膜DM1中，关于红色图像光GR中的发散角α的扩展，不易对第1分色膜DM1的反射产生较大影响。
[0101] 在本实施方式的HMD 300中，将在第1分色膜DM1中不易受到入射角度依赖性的影响的发散角α设为10°而相对地增大，并且将在第1分色膜DM1中容易受到入射角度依赖性的影响的发散角β设为7°而相对地减小。
[0102] 由此，实现图9所示的椭圆形状的视圈形状RF，并且抑制了第1分色膜DM1的入射角度依赖性的影响，由此，能够通过维持较高的反射透过特性而有效地生成明亮的红色图像光GR。因此，观察者能够将红色图像光GR看作无图像缺失的明亮的虚像影像。
[0103] 另外，关于发散角，可认为除了上述那样的决定沿着交叉轴CX的方向的视场角的发散角α和决定沿着与交叉轴CX垂直的方向的视场角的发散角β之外，还需要考虑包含这两种成分的沿倾斜方向行进的光的成分。但是，关于这些成分相对于分色膜DM1、DM2的倾斜，相对于与交叉轴CX垂直的方向上的倾斜变化不大。这是因为，在与交叉轴CX垂直的方向上发散的角度直接与基准的45°进行加减法运算，另一方面，在与交叉轴CX平行的方向上发散的角度几乎不会给入射角度带来影响。
[0104] 因此，如果考虑与交叉轴CX垂直的方向上的发散角的范围，例如使其具有一些余量，则能够形成具有期望的透过反射特性的分色膜DM1、DM2。
[0105] 另外，第2分色膜DM2对蓝色图像光GB的入射角度依赖性也同样如此。即，在本实施方式的HMD 300中，从第3图像显示面板20B射出的蓝色图像光GB入射至倾斜45°配置的第2分色膜DM2。决定蓝色图像光GB中的沿着交叉轴CX的方向的视场角的发散角比决定蓝色图像光GB中的与交叉轴CX垂直的方向的视场角的发散角大。
[0106] 由此，实现图9所示的椭圆形状的视圈形状RF并且抑制第2分色膜DM2的入射角度依赖性的影响，能够维持较高的反射透过特性，从而有效地生成明亮的蓝色图像光GB。因此，观察者能够将蓝色图像光GB看作无图像缺失的明亮的虚像影像。
[0107] 另外，透过分色膜DM1、DM2的绿色图像光GG不易受到该分色膜DM1、DM2的入射角度依赖性的影响。因此，观察者能够将绿色图像光GG看作无图像缺失的明亮的虚像影像。
[0108] 另外，通常希望佩戴于观察者的头部的HMD尽可能地小型且轻量。与此相对，本实施方式的HMD 300实现了小型化和轻量化。
[0109] 这里，参照图10所示的比较例对本实施方式的图像生成部11的大小或重量进行说明。图10是示出比较例的图像生成部的结构的立体图。另外，在图10中简化地示出各图像显示面板20R、20G、20B的结构。
[0110] 另外，图10所示的比较例的图像生成部11A与本实施方式的图像生成部11的不同之处在于各图像显示面板20R、20G、20B相对于十字分色棱镜60的交叉轴CX的粘贴方向，除此以外是相同的。因此，以下，主要说明各图像显示面板20R、20G、20B相对于交叉轴CX的粘贴方向的不同。
[0111] 如图10所示，在比较例的图像生成部11A中，第1图像显示面板20R以第1显示部30R的短边30b沿着交叉轴CX的方式粘贴于十字分色棱镜60的第1面60a。另外，第2图像显示面板20G以第2显示部30G的短边30b沿着交叉轴CX的方式粘贴于十字分色棱镜60的第2面60b。同样，第3图像显示面板20B以第3显示部30B的短边30b沿着交叉轴CX的方式粘贴于十字分色棱镜60的第3面60c。
[0112] 在比较例的图像生成部11A中，交叉轴CX沿着X方向延伸，图像光LL沿Z方向射出，各显示部30的长边30a沿着Y方向延伸。另外，图10所示的比较例的图像生成部11A中的XYZ坐标系与图5所示的图像生成部11中的XYZ坐标系对应。
[0113] 在比较例的图像生成部11A中，各图像显示面板20R、20G、20B以各自的显示部30的短边30b彼此相邻的方式粘贴于十字分色棱镜50。十字分色棱镜60的大小(体积)大致由三个边(长边30a、长边30a、短边30b)的积来规定。即，比较例的图像生成部11A的十字分色棱镜60比由三个边(长边30a、短边30b、短边30b)的积规定的图像生成部11的十字分色棱镜50大。
[0114] 另外，在比较例的图像生成部11A中，在与Y方向垂直的第1面60a以及第3面60c上分别粘贴有第1图像显示面板20R和第3图像显示面板20B。因此，比较例的图像生成部11A的Y方向的尺寸H2由十字分色棱镜60、第1图像显示面板20R以及第3图像显示面板20B合在一起的宽度来规定。
[0115] 本实施方式的图像生成部11的Y方向的尺寸H1如图5所示那样仅由十字分色棱镜60的宽度来规定。与此相对，比较例的图像生成部11A的Y方向的尺寸H2如图7所示那样多出了第1图像显示面板20R和第3图像显示面板20B的厚度。
[0116] 因此，根据本实施方式的图像生成部11，与比较例的图像生成部11A相比，能够使Y方向上的尺寸H1小型化。因此，本实施方式的图像显示部110的用于搭载图像生成部11的空间的尺寸在规定方向(Y方向)上变小，因此，能够使规定方向(Y方向)上的外形小型化。
[0117] 本实施方式的图像显示部110的远离观察者M的脸部表面的Y方向上的尺寸变小，所以，能够采用沿着观察者M的脸部的形状。由此，能够提供小型且设计性优异的HMD 300。
[0118] 另外，根据本实施方式的图像显示部110，与比较例的图像生成部11A相比，能够使十字分色棱镜50变小。十字分色棱镜50由玻璃等透光性部件构成，因此，能够通过小型化来大幅减轻重量。因此，根据本实施方式的图像显示部110，与采用比较例的图像生成部11A的情况相比，十字分色棱镜50更小型化，因此，能够实现轻量化。因此，根据本实施方式的HMD 300，具有图像显示部110，所以，能够实现装置结构的小型化和轻量化。
[0119] (第2实施方式)
[0120] 接着，对第2实施方式的图像生成部进行说明。本实施方式的图像生成部与第1实施方式的图像生成部11的不同之处在于各图像显示面板20R、20G、20B的粘贴方法，除此以外的结构相同。因此，以下，对相同的部件和结构赋予相同标号，省略其详细的说明。
[0121] 图11是第2实施方式的图像生成部的侧视图。另外，图11是与第1实施方式的图6对应的图。
[0122] 如图11所示，第2实施方式的第1图像显示面板20R设置成在从+Y方向俯视观察的情况下，沿着十字分色棱镜50的光射出方向(+Z方向)朝该十字分色棱镜50的外侧伸出。
[0123] 第1图像显示面板20R中的第1驱动电路部31R和第1连接部32R配置在比第1面50a靠外侧的位置。即，第1图像显示面板20R以第1驱动电路部31R以及第1连接部32R不与十字分色棱镜50对置的状态粘贴于十字分色棱镜50。
[0124] 第2图像显示面板20G设置成在从+Y方向俯视观察时，沿着与光射出方向(+Z方向)交叉的方向即-X方向朝十字分色棱镜50的外侧伸出。
[0125] 第2图像显示面板20G中的第2驱动电路部31G以及第2连接部32G配置在比第2面50b靠外侧的位置。即，第2图像显示面板20G以第2驱动电路部31G以及第2连接部32G不与十字分色棱镜50对置的状态粘贴于十字分色棱镜50。
[0126] 第2实施方式的第3图像显示面板20B设置成在从+Y方向俯视观察时，沿着十字分色棱镜50的光射出方向(+Z方向)朝该十字分色棱镜50的外侧伸出。即，在第2实施方式中，第1图像显示面板20R以及第3图像显示面板20B以朝同一方向(+Z方向)伸出的状态粘贴于十字分色棱镜50。
[0127] 在第2实施方式的图像生成部111中，各图像显示面板20R、20G、20B也以各自的显示部30的长边30a彼此相邻的方式粘贴于十字分色棱镜50。因此，十字分色棱镜50的大小(体积)大致由三个边(长边30a、短边30b、短边30b)的积来规定。
[0128] 在第2实施方式的图像生成部111中，与图像显示面板20R、20B的各连接部32R、32B连接的外部连接基板33从十字分色棱镜50朝同一方向分别引出。
[0129] 另外，在第2实施方式的图像生成部111中，各图像显示面板20R、20G、20B不在Y方向上从十字分色棱镜50的端面突出，因此，图像生成部111的Y方向的尺寸是十字分色棱镜50的宽度。
[0130] 根据本实施方式的图像生成部111，能够起到与第1实施方式的图像生成部11同样的效果。即，与上述比较例的图像生成部11A相比，能够使Y方向的尺寸H1变小。因此，在本实施方式的图像显示部210中，也能使规定方向(Y方向)的外形小型化。另外，根据包含本实施方式的图像生成部111的图像显示部，与比较例的图像生成部11A相比，能够通过使十字分色棱镜50小型化而实现轻量化。因此，在本实施方式的HMD中也能够实现装置结构的小型化和轻量化。
[0131] 另外，本发明的技术范围并不限于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内施加各种变更。
[0132] 例如，关于视圈的形状，设为横向较长的椭圆形状，但本发明不限于此，能够设为以观察者的眼睛排列的方向为长轴方向的各种形状。
[0133] 另外，在上述实施方式中，在图像生成部11、111中，一边维持光射出侧的发散角的关系一边引导图像光LL，从而形成椭圆形状的视圈，但本发明不限于此，在图像生成部11、111中，例如，通过对设置于聚光点的光圈的形状进行调整等，也可以使最终得到的视圈成为期望的形状。
[0134] 在上述说明中，作为HMD，采用了与右眼以及左眼的双方对应地各设置一组的结构，但也可以应用于仅相对于右眼或左眼的任意一方设置而用单眼观察虚像影像的结构。
[0135] 在上述说明中，形成为使平行导光体22的横向较长，使光入射面IS位于眼睛的横向外侧，但只要能够将图像光LL适当地引导至导光光学系统13内，则光入射面IS的位置不限于此，例如也可以设置在导光光学系统13上下的上端面或下端面的一部分等。
[0136] 在上述说明中，举例了在各图像显示面板20R、20G、20B中连接部32与显示部30相邻设置的情况，但连接部32也可以在显示部30的周围分散配置，还可以配置在各面板的与显示部30的安装面相反的面即背面上。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 用于电机、尤其是机动车辆的电机的转子以及用于制造这种转子的方法 | 2020-05-08 | 821 |
| 线、织物及其制造方法 | 2020-05-11 | 755 |
| 使用N-甲基葡糖酰胺及其衍生物灭活病毒的方法 | 2020-05-11 | 462 |
| 电池用包装材料、其制造方法、电池和铝合金箔 | 2020-05-08 | 643 |
| 通用虚拟专业工具包 | 2020-05-08 | 67 |
| 光学物品以及包括该光学物品的光学滤波器 | 2020-05-08 | 383 |
| 用于切换激光二极管的脉冲电流的激光驱动器集成电路 | 2020-05-08 | 610 |
| 合成皮革 | 2020-05-11 | 738 |
| 安装结构体的制造方法及其中使用的层叠片材 | 2020-05-08 | 952 |
| 利用磁性光合细胞膜囊泡生产反式白藜芦醇的方法 | 2020-05-11 | 388 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈