JP2008165019A - Optical prism, manufacturing method of optical prism, cemented prism, video display apparatus, head mounted display, and video imaging apparatus - Google Patents
Optical prism, manufacturing method of optical prism, cemented prism, video display apparatus, head mounted display, and video imaging apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008165019A JP2008165019A JP2006355560A JP2006355560A JP2008165019A JP 2008165019 A JP2008165019 A JP 2008165019A JP 2006355560 A JP2006355560 A JP 2006355560A JP 2006355560 A JP2006355560 A JP 2006355560A JP 2008165019 A JP2008165019 A JP 2008165019A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- prism
- optical
- image
- resin
- gate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
Description
本発明は、互いに対向し、面内に凹部を有する2つの対向面と、2つの対向面の縁同士を連結する連結面とを有する光学プリズムと、その光学プリズムの製造方法と、その光学プリズムと他の光学プリズムとを接合してなる接合プリズムと、その接合プリズムを備えた映像表示装置と、その映像表示装置を備えたヘッドマウントディスプレイ(以下、HMDとも称する)と、上記接合プリズムを備えた映像撮像装置とに関するものである。 The present invention relates to an optical prism having two opposing surfaces facing each other and having a recess in the surface, and a connecting surface for connecting edges of the two opposing surfaces, a method for manufacturing the optical prism, and the optical prism A cemented prism formed by cementing an optical prism with another optical prism, a video display device including the cemented prism, a head-mounted display (hereinafter also referred to as an HMD) including the video display device, and the cemented prism. The present invention relates to a video imaging apparatus.
従来から、接合プリズムを接眼光学系として用いた映像表示装置が提案されている。例えば特許文献1では、映像表示素子(例えばLCD)からの映像光と外光とを同時に接合プリズムを介して観察者の瞳に導く映像表示装置が開示されている。この映像表示装置の接合プリズムは、第1の光学プリズムと第2の光学プリズムとが接合されてなり、全体として眼鏡のレンズのような形状をしている。
Conventionally, video display apparatuses using a cemented prism as an eyepiece optical system have been proposed. For example,
第1の光学プリズムについてさらに詳細に説明すると、第1の光学プリズムは、2つの対向面と、これら2つの対向面を連結する連結面とを有している。2つの対向面は、面内にそれぞれ凹部を有している。連結面は、複数の接合面と外周面とで構成されている。接合面は、2つの対向面に対して傾斜して設けられ、各対向面の凹部を構成する縁同士を連結するとともに、第2の光学プリズムと接合される面である。外周面は、各対向面の凹部以外の縁同士を連結する面である。このような構成から、第1の光学プリズムは、全体として略U字形の形状となっている。 The first optical prism will be described in more detail. The first optical prism has two opposing surfaces and a connecting surface that connects these two opposing surfaces. The two opposing surfaces each have a recess in the surface. The connection surface is composed of a plurality of joint surfaces and an outer peripheral surface. The joint surface is provided to be inclined with respect to the two opposing surfaces, and is a surface that joins the edges constituting the concave portions of the opposing surfaces and is joined to the second optical prism. An outer peripheral surface is a surface which connects edges other than the recessed part of each opposing surface. From such a configuration, the first optical prism has a substantially U-shape as a whole.
ところで、上記構成の第1の光学プリズムは、例えば射出成形により製造されるが、射出成形の際には、成形されるプリズムのどこかにゲートを設け、このゲートを介して樹脂を金型に流し込む必要がある。しかし、特許文献1には、ゲートを設ける位置や第1の光学プリズムの成形方法までは開示されていない。
By the way, the first optical prism having the above-described configuration is manufactured by, for example, injection molding. At the time of injection molding, a gate is provided somewhere in the prism to be molded, and the resin is formed into a mold through the gate. It is necessary to pour. However,
また、ゲートを介して金型に樹脂を流し込んだときには、ゲートから遠い部分ほど(樹脂流動長が長くなる部分ほど)、樹脂の温度が低くなり、硬くなりやすい。このため、ゲートを例えば第1の光学プリズムの複数の接合面から離れた位置に設けると、ゲートから流し込んだ樹脂が、先鋭部、すなわち、複数の接合面とその接合面を間にして対向する2つの対向面の一方とが鋭角で交差する部分にまで良好には入り込まず、シャープエッジの転写性(先鋭部の先鋭度)が低下するとともに、各面(接合面、対向面)の面精度が低下し、成形精度の高い光学プリズムを実現することが困難となる。 Further, when the resin is poured into the mold through the gate, the portion farther from the gate (the portion where the resin flow length becomes longer) becomes lower in temperature and tends to become harder. For this reason, when the gate is provided, for example, at a position away from the plurality of bonding surfaces of the first optical prism, the resin poured from the gate faces the sharpened portion, that is, the plurality of bonding surfaces and the bonding surfaces therebetween. It does not penetrate well into the part where one of the two opposing surfaces intersects at an acute angle, sharp edge transferability (sharpness of the sharpened portion) decreases, and surface accuracy of each surface (joint surface, opposing surface) Decreases and it becomes difficult to realize an optical prism with high molding accuracy.
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、シャープエッジの転写性および面精度を両方とも同時に確保することができ、高い成形精度を実現することができる光学プリズムと、その光学プリズムの製造方法と、その光学プリズムと他の光学プリズムとを接合してなる接合プリズムと、その接合プリズムを備えた映像表示装置と、その映像表示装置を備えたHMDと、上記接合プリズムを備えた映像撮像装置とを提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to ensure both sharp edge transferability and surface accuracy at the same time, and to achieve high molding accuracy. Optical prism, method for manufacturing the optical prism, cemented prism formed by joining the optical prism and another optical prism, an image display device including the cemented prism, and an HMD including the image display device And providing a video imaging device including the cemented prism.
本発明の光学プリズムは、互いに対向し、面内に凹部を有する2つの対向面と、上記2つの対向面の縁同士を連結する連結面とを有する光学プリズムであって、上記連結面は、各対向面の凹部を構成する縁同士を連結するとともに、他の光学プリズムと接合される複数の接合面と、各対向面の凹部以外の縁同士を連結する外周面とで構成されており、上記複数の接合面の少なくとも1つは、上記2つの対向面に対して傾斜して設けられており、該光学プリズムは、上記外周面に設けられたゲートを介して金型に樹脂を流し込み、該樹脂を硬化させることによって形成されており、上記ゲートは、上記外周面上で、各対向面の凹部の底部同士を連結する接合面と対向する領域に設けられていることを特徴としている。 The optical prism of the present invention is an optical prism having two opposing surfaces facing each other and having a recess in the surface, and a connecting surface that connects edges of the two opposing surfaces, the connecting surface comprising: It is composed of a plurality of joint surfaces that are joined to other optical prisms, and an outer peripheral surface that joins edges other than the recesses of each opposing surface, while connecting the edges constituting the concave portions of each opposing surface, At least one of the plurality of bonding surfaces is provided to be inclined with respect to the two opposing surfaces, and the optical prism flows resin into a mold through a gate provided on the outer peripheral surface, The gate is formed by curing the resin, and the gate is provided in a region facing the bonding surface connecting the bottoms of the concave portions of the opposing surfaces on the outer peripheral surface.
また、本発明の光学プリズムの製造方法は、互いに対向し、面内に凹部を有する2つの対向面と、上記2つの対向面の縁同士を連結する連結面とを有し、上記連結面が、各対向面の凹部を構成する縁同士を連結するとともに、他の光学プリズムと接合される複数の接合面と、各対向面の凹部以外の縁同士を連結する外周面とで構成されており、上記複数の接合面の少なくとも1つが上記2つの対向面に対して傾斜して設けられている光学プリズムの製造方法であって、上記外周面上で、各対向面の凹部の底部同士を連結する接合面と対向する領域に設けられたゲートを介して金型に樹脂を流し込み、該樹脂を硬化させることを特徴としている。 Moreover, the manufacturing method of the optical prism of this invention has two opposing surfaces which mutually oppose and have a recessed part in a surface, and a connection surface which connects the edges of said two opposing surfaces, The said connection surface is In addition to connecting the edges that constitute the recesses of each facing surface, it is composed of a plurality of bonding surfaces that are joined to other optical prisms, and an outer peripheral surface that connects the edges other than the recesses of each facing surface. An optical prism manufacturing method in which at least one of the plurality of joint surfaces is provided to be inclined with respect to the two opposing surfaces, and the bottoms of the concave portions of the opposing surfaces are connected to each other on the outer peripheral surface. A resin is poured into a mold through a gate provided in a region facing a bonding surface to be cured, and the resin is cured.
上記の構成によれば、外周面上で、各対向面の凹部の底部同士を連結する接合面と対向する領域にゲートが設けられており、このゲートを介して金型に樹脂を流し込むので、その樹脂が外周面から最も短い樹脂流動長で各凹部の底部同士を連結する接合面に達するとともに、その両サイドを通って比較的短い樹脂流動長で各凹部の開口部付近の端部まで達する。したがって、他の光学プリズムと接合される複数の接合面のうちのどの接合面が2つの対向面に対して傾斜する場合でも、プリズムの先鋭部(例えば接合面と、その接合面を間にして対向する2つの対向面とが鋭角で交差する部分)にまで樹脂が入り込みやすくなる。その結果、シャープエッジの転写性および各面(接合面、対向面)の面精度を両方とも同時に確保することができ、成形精度の高い光学プリズムを実現することができる。 According to the above configuration, on the outer peripheral surface, the gate is provided in the region facing the bonding surface that connects the bottoms of the concave portions of the opposing surfaces, and the resin is poured into the mold through the gate. The resin reaches the joint surface connecting the bottoms of the recesses with the shortest resin flow length from the outer peripheral surface, and reaches the end near the opening of each recess with a relatively short resin flow length through both sides. . Therefore, even when any of the plurality of bonding surfaces to be bonded to the other optical prism is inclined with respect to the two opposing surfaces, the sharp portion of the prism (for example, the bonding surface and the bonding surface between them) The resin can easily enter a portion where two opposing surfaces face each other at an acute angle. As a result, both the sharp edge transferability and the surface accuracy of each surface (joint surface, opposing surface) can be ensured simultaneously, and an optical prism with high molding accuracy can be realized.
また、本発明の光学プリズムにおいて、上記ゲートは、上記外周面上で、各対向面の凹部の底部に沿った方向における該光学プリズムの中央位置と、上記方向における上記凹部の底部の中央位置とをまたぐように設けられていることが望ましい。この場合、外周面上の他の領域にゲートを設ける場合に比べて、ゲートから各接合面への樹脂流動長をともに短くすることができる。その結果、成形精度の高い光学プリズムを実現できるという上述した本発明の効果を確実に得ることができる。 Further, in the optical prism of the present invention, the gate includes a central position of the optical prism in a direction along the bottom of the concave portion of each opposing surface on the outer peripheral surface, and a central position of the bottom of the concave portion in the direction. It is desirable to be provided so as to straddle. In this case, the resin flow length from the gate to each joint surface can be shortened as compared with the case where the gate is provided in another region on the outer peripheral surface. As a result, the above-described effect of the present invention that an optical prism with high molding accuracy can be realized can be reliably obtained.
本発明の光学プリズムの製造方法においては、上記樹脂の硬化後、複数の接合面の少なくともいずれかの面全体を、対応する金型で突き出すことにより、金型から光学プリズムを分離することが望ましい。これは、以下の理由による。 In the method for manufacturing an optical prism according to the present invention, it is desirable to separate the optical prism from the mold by protruding the entire surface of at least one of the plurality of bonding surfaces with a corresponding mold after the resin is cured. . This is due to the following reason.
金型から光学プリズムを分離する際に、例えば対向面の一部をイジェクタピンで突き出すと、その面に突き出された跡が残り、その外観品質が損なわれるとともに、その面の光学特性(例えば透過特性)が低下する。特に、光学プリズムを例えば映像表示装置に適用した場合には、上記面の光学特性の低下により、シースルーで観察される外界像の品質が劣化する。また、接合面の一部をイジェクタピンで突き出すと、その面に部分的に歪みが生じ、接合強度が十分に得られなくなる場合もある。 When separating the optical prism from the mold, for example, if a part of the facing surface is ejected with an ejector pin, the projected surface remains on the surface, the appearance quality is impaired, and the optical characteristics of the surface (for example, transmission) Characteristic). In particular, when an optical prism is applied to, for example, an image display device, the quality of the external image observed through the see-through deteriorates due to a decrease in the optical characteristics of the surface. Further, if a part of the joint surface is protruded by the ejector pin, the surface may be partially distorted and the joint strength may not be sufficiently obtained.
しかし、本発明では、少なくともいずれかの接合面の面全体を金型で突き出すので、その面に突き出し痕は残らず、その面に部分的な歪みが生じることもない。したがって、外観品質、外界像の品質および接合強度の低下をともに回避することができる。 However, in the present invention, since at least one of the entire joining surfaces is projected by the mold, no protruding trace remains on the surface, and no partial distortion occurs on the surface. Therefore, it is possible to avoid both the appearance quality, the quality of the external image, and the decrease in bonding strength.
特に、本発明の光学プリズムの製造方法においては、上記樹脂の硬化後、複数の接合面の全てを、対応する金型で突き出すことが望ましい。一部の接合面だけを突き出す場合は、突き出し時の力がその面だけに集中してかかるため、その接合面が他の面に対して所望の位置から傾き、接合強度の低下が起こる場合がある。しかし、複数の接合面の全てを突き出すことにより、各接合面を均等な力で突き出すことができる(一部の接合面への力の集中を回避することができる)。その結果、接合面の不要な傾きを防止することができ、接合強度の低下を確実に回避することができる。 In particular, in the method for producing an optical prism of the present invention, it is desirable that all of the plurality of joint surfaces are protruded with a corresponding mold after the resin is cured. When only a part of the joint surface is ejected, the force at the time of ejection is concentrated only on that surface, so the joint surface may tilt from the desired position with respect to the other surface, resulting in a decrease in joint strength. is there. However, by projecting all of the plurality of joint surfaces, each joint surface can be ejected with an equal force (the concentration of force on a part of the joint surfaces can be avoided). As a result, an unnecessary inclination of the joint surface can be prevented, and a decrease in joint strength can be reliably avoided.
また、本発明の光学プリズムの製造方法においては、上記樹脂の硬化後、上記ゲートをイジェクトピンで突き出すようにしてもよい。このように、接合面を金型で突き出すことに加えて、ゲートをイジェクトピンで突き出すことにより、金型から光学プリズムを分離することが容易となる。 In the method for manufacturing an optical prism according to the present invention, the gate may be protruded by an eject pin after the resin is cured. Thus, in addition to protruding the joint surface with the mold, the optical prism can be easily separated from the mold by protruding the gate with the eject pin.
本発明の接合プリズムは、第1の光学プリズムと第2の光学プリズムとを接合してなる接合プリズムであって、上記第1の光学プリズムは、上述した本発明の光学プリズムで構成されていることを特徴としている。このように、成形精度の高い光学プリズムで第1の光学プリズムを構成し、これに第2の光学プリズムを接合することにより、光学特性の良好な接合プリズムを実現することができる。 The cemented prism of the present invention is a cemented prism formed by cementing a first optical prism and a second optical prism, and the first optical prism is composed of the above-described optical prism of the present invention. It is characterized by that. In this way, by forming the first optical prism with an optical prism having high molding accuracy and bonding the second optical prism to the first optical prism, it is possible to realize a cemented prism with good optical characteristics.
このとき、上記第1の光学プリズムは、光学素子を介して上記第2の光学プリズムと接合されていてもよい。この場合、光学素子の機能(例えば体積位相型の反射型ホログラム光学素子であれば、回折反射機能)を持つ接合プリズムを実現することができ、映像表示装置や映像撮像装置に好適となる。つまり、本発明の接合プリズムは、第2の光学プリズムに入射する映像光を光学素子を介して観察者の瞳に導き、外界像の光を第2および第1の光学プリズムを介して観察者の瞳に導く映像表示装置に適用可能となり、また、第2の光学プリズムに入射する被写体像(例えば外界像)の光を光学素子を介して撮像素子に導き、外界像の光を第2および第1の光学プリズムを介して観察者の瞳に導く映像撮像装置に適用可能となる。 At this time, the first optical prism may be joined to the second optical prism via an optical element. In this case, a cemented prism having an optical element function (for example, a diffraction reflection function in the case of a volume phase type reflection hologram optical element) can be realized, which is suitable for an image display apparatus and an image imaging apparatus. That is, the cemented prism of the present invention guides the image light incident on the second optical prism to the observer's pupil via the optical element, and transmits the external image light to the observer via the second and first optical prisms. It is applicable to an image display device that guides to the pupil of the second object, and the light of the subject image (for example, external image) incident on the second optical prism is guided to the image sensor through the optical element, and the light of the external image is transmitted to the second and second optical prisms. The present invention can be applied to a video imaging apparatus that leads to the observer's pupil via the first optical prism.
本発明の映像表示装置は、映像を表示する映像表示素子と、上記映像表示素子からの映像光を観察者の瞳に導く接眼光学系とを有する映像表示装置であって、上記接眼光学系は、上述した本発明の接合プリズムで構成されており、上記接合プリズムの光学素子は、上記映像光と外光とを同時に観察者の瞳に導くコンバイナであることを特徴としている。 The video display device of the present invention is a video display device having a video display element that displays video and an eyepiece optical system that guides video light from the video display element to an observer's pupil, wherein the eyepiece optical system includes: The optical element of the cemented prism is a combiner that simultaneously guides the image light and the external light to the observer's pupil.
上記の構成によれば、観察者は、映像表示素子から提供される映像を接合プリズムを介して観察することができるのと同時に、接合プリズムを介してシースルーで外界像を観察することができる。 According to the above configuration, the observer can observe the image provided from the image display element through the cemented prism, and at the same time, can observe the external image through the cemented prism.
このとき、上記接合プリズムの光学素子は、体積位相型の反射型ホログラム光学素子であることが望ましい。この場合、映像表示素子から第2の光学プリズムに入射した映像光は、上記ホログラム光学素子にて観察者の方向に回折反射されるので、観察者に虚像を観察させることができる。しかも、体積位相型の反射型ホログラム光学素子は、外界像の光の透過率が高いので、観察者は外界像を明瞭に観察することができる。 In this case, it is desirable that the optical element of the cemented prism is a volume phase type reflection hologram optical element. In this case, since the image light incident on the second optical prism from the image display element is diffracted and reflected by the hologram optical element in the direction of the observer, the observer can observe a virtual image. Moreover, since the volume phase type reflection hologram optical element has a high light transmittance of the external field image, the observer can clearly observe the external field image.
また、上記ホログラム光学素子は、軸非対称な光学パワーを有していることが望ましい。この場合、良好に収差補正された映像を観察者に提供することができるとともに、装置を構成する各光学部材の配置の自由度を高めることができ、装置を小型化することが容易となる。 The hologram optical element preferably has an axially asymmetric optical power. In this case, it is possible to provide an observer with a well-corrected aberration image, and to increase the degree of freedom of arrangement of each optical member constituting the apparatus, and it is easy to downsize the apparatus.
また、本発明の映像表示装置において、上記第2の光学プリズムは、上記映像表示素子からの映像光を対向する2面で全反射して光学素子に導く構成であってもよい。この構成によれば、第2の光学プリズム内での全反射を利用しているので、第2の光学プリズムひいては接合プリズムを小型軽量にすることができる。また、映像表示素子からの映像を観察可能としながらも、外光の透過率が高くなるので、明るい外界像を観察することができる。 In the video display device of the present invention, the second optical prism may be configured to totally reflect video light from the video display element on two opposing surfaces and guide the light to the optical element. According to this configuration, since the total reflection in the second optical prism is used, the second optical prism and thus the cemented prism can be reduced in size and weight. In addition, since the image from the image display element can be observed, the external light transmittance is increased, so that a bright external image can be observed.
本発明のヘッドマウントディスプレイは、上述した本発明の映像表示装置と、上記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持手段とを有していることを特徴としている。この構成によれば、映像表示装置が支持手段にて支持されるので、観察者は映像表示装置から提供される映像をハンズフリーで観察することができる。 The head-mounted display of the present invention includes the above-described video display device of the present invention and support means for supporting the video display device in front of an observer's eyes. According to this configuration, since the video display device is supported by the support means, the observer can observe the video provided from the video display device in a hands-free manner.
本発明の映像撮像装置は、被写体像を撮像する撮像素子と、上述した本発明の接合プリズムとを有し、上記接合プリズムの光学素子は、体積位相型の反射型ホログラム光学素子であり、上記接合プリズムの第2の光学プリズムに入射する被写体像の光を上記ホログラム光学素子にて反射させた後、内部で複数回全反射させて外部に射出し、上記撮像素子に導くと同時に、上記ホログラム光学素子を透過した外界像の光を観察者の眼に導くことを特徴としている。 An image pickup apparatus of the present invention includes an image pickup element that picks up a subject image and the above-described bonded prism of the present invention, and the optical element of the bonded prism is a volume phase type reflection hologram optical element, The light of the subject image incident on the second optical prism of the cemented prism is reflected by the hologram optical element, then totally reflected inside a plurality of times and emitted to the outside. It is characterized in that the light of the external image transmitted through the optical element is guided to the eyes of the observer.
上記の構成によれば、成形精度の高い第1の光学プリズムを用いて接合プリズムが構成されているので、光学特性の良好な映像撮像装置を実現することができる。また、HOEを用いているので、装置を小型軽量にできる。また、全反射を用いたので、接合プリズムを小型軽量にできるとともに、外界像の光の透過率が高くなり、外界像を良好に観察することができる。また、撮像素子を視野の周辺に配置することが可能となり、広い外界視野角を確保することができる。 According to the above configuration, since the cemented prism is configured by using the first optical prism with high molding accuracy, it is possible to realize a video imaging apparatus with good optical characteristics. In addition, since the HOE is used, the apparatus can be reduced in size and weight. In addition, since total reflection is used, the cemented prism can be made small and light, the light transmittance of the external image can be increased, and the external image can be observed well. Moreover, it becomes possible to arrange | position an image pick-up element to the periphery of a visual field, and can ensure a wide external field viewing angle.
本発明によれば、ゲートを介して金型に流し込んだ樹脂が、外周面から最も短い樹脂流動長で各凹部の底部同士を連結する接合面に達するとともに、その両サイドを通って比較的短い樹脂流動長で各凹部の開口部付近の端部まで達し、プリズムの先鋭部にまで樹脂が入り込みやすくなる。その結果、シャープエッジの転写性および各面(接合面、対向面)の面精度を両方とも同時に確保することができ、成形精度の高い光学プリズムを実現することができる。 According to the present invention, the resin poured into the mold through the gate reaches the joint surface connecting the bottoms of the recesses with the shortest resin flow length from the outer peripheral surface, and is relatively short through both sides thereof. The resin flow length reaches the end near the opening of each recess, and the resin easily enters the sharp part of the prism. As a result, both the sharp edge transferability and the surface accuracy of each surface (joint surface, opposing surface) can be ensured simultaneously, and an optical prism with high molding accuracy can be realized.
〔実施の形態1〕
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1.HMDについて)
図2(a)は、本実施形態に係るHMDの概略の構成を示す平面図であり、図2(b)は、HMDの側面図であり、図2(c)は、HMDの正面図である。HMDは、映像表示装置1と、それを支持する支持手段2とを有しており、全体として、一般の眼鏡から一方(例えば左目用)のレンズを取り除いたような外観となっている。
(1. About HMD)
2A is a plan view showing a schematic configuration of the HMD according to the present embodiment, FIG. 2B is a side view of the HMD, and FIG. 2C is a front view of the HMD. is there. The HMD has an
映像表示装置1は、観察者に外界像をシースルーで観察させるとともに、映像を表示して観察者にそれを虚像として提供するものである。図2(c)で示す映像表示装置1において、眼鏡の右目用レンズに相当する部分は、後述する接眼プリズム22および偏向プリズム23(ともに図3参照)の貼り合わせによって構成されている。なお、映像表示装置1の詳細な構成については後述する。
The
支持手段2は、映像表示装置1を観察者の眼前(例えば右目の前)で支持するものであり、ブリッジ3と、フレーム4と、テンプル5と、鼻当て6と、ケーブル7とを有している。なお、フレーム4、テンプル5および鼻当て6は、左右一対設けられているが、これらを左右で区別する場合は、右フレーム4R、左フレーム4L、右テンプル5R、左テンプル5L、右鼻当て6R、左鼻当て6Lのように表現するものとする。
The
映像表示装置1の一端は、ブリッジ3に支持されている。このブリッジ3は、映像表示装置1のほかにも左フレーム4Lおよび鼻当て6を支持している。左フレーム4Lは、左テンプル5Lを回動可能に支持している。一方、映像表示装置1の他端は、右フレーム4Rに支持されている。右フレーム4Rにおいて映像表示装置1の支持側とは反対側端部は、右テンプル5Rを回動可能に支持している。ケーブル7は、外部信号(例えば映像信号、制御信号)や電力を映像表示装置1に供給するための配線であり、右フレーム4Rおよび右テンプル5Rに沿って設けられている。
One end of the
観察者がHMDを使用するときは、右テンプル5Rおよび左テンプル5Lを観察者の右側頭部および左側頭部に接触させるとともに、鼻当て6を観察者の鼻に当て、一般の眼鏡をかけるようにHMDを観察者の頭部に装着する。この状態で、映像表示装置1にて映像を表示すると、観察者は、映像表示装置1の映像を虚像として観察することができるとともに、この映像表示装置1を介して外界像をシースルーで観察することができる。
When the observer uses the HMD, the
なお、図2(a)(b)(c)で示したHMDは、映像表示装置1を1個だけ備えた構成であるが、左右の両眼に対応して映像表示装置1を2個備えた構成であっても勿論構わない。
Note that the HMD shown in FIGS. 2A, 2B, and 2C has a configuration including only one
(2.映像表示装置について)
次に、上述した映像表示装置1の詳細について説明する。
図3は、映像表示装置1の概略の構成を示す断面図である。映像表示装置1は、映像表示部11と、接眼光学系21とで構成されている。映像表示部11は、光源12と、一方向拡散板13と、集光レンズ14と、LCD15とを有している。
(2. About video display device)
Next, details of the above-described
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the
光源12は、中心波長が例えば465nm、520nm、635nmとなる3つの波長帯域の光を発するRGB一体型のLEDで構成されている。一方向拡散板13は、光源12からの照明光を拡散させるものであるが、その拡散度は方向によって異なっている。より詳細には、一方向拡散板13は、HMDを観察者が装着したときの左右方向に対応する方向(図3の紙面に垂直な方向)には、入射光を約40゜拡散させ、HMDを観察者が装着したときの上下方向(図3の紙面に平行な方向)には、入射光を約0.2゜拡散させる。集光レンズ14は、一方向拡散板13にて拡散された光を集光するものである。集光レンズ14は、上記拡散光が効率よく光学瞳Eを形成するように配置されている。
The
LCD15は、映像信号に基づいて光源12からの光を変調することにより、映像を表示する映像表示素子である。なお、本実施形態では、LCD15は、透過型であるが、反射型で構成されていてもよい(この場合、光源12などの他の光学素子の配置位置を工夫する必要がある)。また、LCD以外の光変調素子(例えばDMD(Digital Micromirror Device;米国テキサスインスツルメント社製))を映像表示素子として用いてもよい。
The
一方、接眼光学系21は、接合プリズムで構成されている。この接合プリズムは、接眼プリズム22(第1の光学プリズム)と偏向プリズム23(第2の光学プリズム)とを、光学素子24を挟んで接合してなっている。
On the other hand, the eyepiece
接眼プリズム22および偏向プリズム23は、例えばアクリル系樹脂で構成されており、これらは接着剤で接合されている。接眼プリズム22は、平行平板の下端部を楔状にし、その上端部を厚くした形状で構成されており、面22a・22b・22cを有している。面22aは、映像表示部11からの映像光が入射する入射面であり、面22b・22cは互いに対向する面(対向面)である。このうち、面22bは、さらに全反射面兼射出面となっている。
The
偏向プリズム23は、平行平板の上端部を接眼プリズム22の下端部に沿った形状とすることによって、接眼プリズム22と一体となって略平行平板となるように構成されている。接眼プリズム22に偏向プリズム23を接合させない場合、外界像の光が接眼プリズム22の楔状の下端部を透過するときに屈折するので、接眼プリズム22を介して観察される外界像に歪みが生じる。しかし、接眼プリズム22に偏向プリズム23を接合させて一体的な略平行平板を形成することで、外界像の光が接眼プリズム22の楔状の下端部を透過するときの屈折を偏向プリズム23でキャンセルすることができる。その結果、シースルーで観察される外界像に歪みが生じるのを防止することができる。
The
光学素子24は、特定の入射角で入射する例えば465±10nm、520±10nm、635±10nmの3つの波長帯域の光を回折させる体積位相型の反射型ホログラム光学素子(HOE)で構成されている。光学素子24は、接眼プリズム22の下端部の傾斜面(後述する面22e(図4(a)参照))に貼り付けられており、この結果、接眼プリズム22と偏向プリズム23とで挟まれている。体積位相型の反射型ホログラムは、例えば、フォトポリマーからなる感光層を含む光学フィルムを接眼プリズム22上に貼り付け、これをレーザ光で露光することによって作製される。
The
このような映像表示装置1の構成により、映像表示部11の光源12から出射された光は、一方向拡散板13にて拡散され、集光レンズ14にて集光されてLCD15に入射する。LCD15に入射した光は、映像信号に基づいて変調され、映像光として出射される。このとき、LCD15には、その映像自体が表示される。
With such a configuration of the
LCD15からの映像光は、接眼光学系21の接眼プリズム22の内部にその上端面(面22a)から入射し、対向する2つの面22b・22cで複数回(少なくとも2回)全反射されて、面22e上に配置された光学素子24に入射する。光学素子24に入射した光はそこで反射され、面22bを介して射出され、光学瞳Eに達する。光学瞳Eの位置では、観察者は、LCD15に表示された映像の拡大虚像を観察することができる。光学瞳Eから虚像までの距離は数m程度であり、また、虚像の大きさはLCD15に表示された映像の10倍以上である。
Image light from the
一方、接眼プリズム22、偏向プリズム23および光学素子24は、外界からの光をほとんど全て透過させるので、観察者は外界像を観察することができる。したがって、LCD15に表示された映像の虚像は、外界像の一部に重なって観察されることになる。以上のことから、光学素子24は、映像表示部11から提供される映像(映像光)と外界像(外光)とを同時に観察者の目に導くコンバイナとして機能していると言える。
On the other hand, the
以上のように、映像表示装置1では、LCD15から出射される映像光を、接眼プリズム22の面22b(全反射面兼射出面)と面22c(対向面)での全反射によって面22eおよび光学素子24に導く構成としている。これにより、通常の眼鏡レンズと同様に接眼プリズム22および偏向プリズム23の厚さを3mm程度にすることができ、接眼光学系21ひいては映像表示装置1を小型化、軽量化することができる。また、外界像の光の透過率が高くなり、外界像を良好に観察することができる。さらに、映像表示部11を観察者の眼の直前から大きく離れた位置に配置することができ、観察者の外界に対する視野を広く確保することができる。また、光学素子24としてHOEを用いているので、LEDの発光波長とHOEの回折波長とを合わせれば、明るい映像を観察者に提供することができる。
As described above, in the
また、光学素子24は、上述したように特定入射角の特定波長の光のみを回折させる体積位相型の反射型ホログラム光学素子で構成されているので、LCD15からの映像光が接眼プリズム22、偏向プリズム23および光学素子24を透過する外界像の光に影響を与えることがない。それゆえ、観察者は、光学素子24を介してLCD15の表示映像の虚像を観察しながら、接眼プリズム22、偏向プリズム23および光学素子24を介して外界像を通常通り観察することができる。
Further, as described above, since the
また、光学素子24は、映像光と外光とを同時に観察者の瞳に導くコンバイナであるので、観察者は、LCD15から提供される映像を接眼光学系21を介して観察することができるのと同時に、接眼光学系21を介してシースルーで外界像を観察することができる。
Further, since the
また、光学素子24を構成するホログラム光学素子は、LCD15にて表示された映像を拡大する正の軸非対称な光学パワーを有しており、上記表示映像を観察者の眼に虚像として導く接眼光学系21の少なくとも一部を構成しているので、接眼光学系21を小型にできるとともに、良好に収差補正された映像を観察者に提供することができる。
Further, the hologram optical element constituting the
(3.接眼光学系の詳細について)
次に、接眼光学系21を構成する接眼プリズム22および偏向プリズム23の詳細について説明する。なお、以下では、説明の便宜上、接眼プリズム22および偏向プリズム23の各面は、後述する曲面部22kおよび面23hを除いて平面であるとする。
(3. Details of eyepiece optical system)
Next, the details of the
図4(a)(b)(c)(d)(e)は、それぞれ接眼プリズム22の平面図、底面図、正面図、背面図および側面図を示している。なお、これらの図では、説明の便宜上、後述するゲート31(図8(a)参照)の図示を省略している。接眼プリズム22は、全体として略四角錐台の形状をしており、その上面は先に示した面22cであり、下面(底面)は先に示した面22bである。面22b・22cの周囲には、少なくとも4つの側面が位置している。これらの4つの側面は、図4(a)の平面図において、上面を中心として反時計回りに配置される面22d・22e・22f・22gである。面22d・22e・22f・22gは、その法線方向が互いに異なっている。
FIGS. 4A, 4B, 4C, 4D, and 4E are a plan view, a bottom view, a front view, a rear view, and a side view of the
また、面22d・22e・22fは、面22b・22cに対してそれぞれ傾斜しており、偏向プリズム23との接合面となる。面22d・22e・22fは、面22bに対しては鋭角(例えば10度以上80度以下)で傾斜しており、面22cに対しては鈍角(例えば110度以上170度以下)で傾斜している。つまり、面22d・22e・22fは、各々の一端が面22bと連結されている一方、各々の他端が面22cと連結され、一端側が他端側よりも面22bに近づくように配置された傾斜面である。また、面22gには、上記上面よりも上方に突出する突出部22hが形成されており、この突出部22hにおいて、面22gとは反対側には、映像光の入射面となる面22aが位置している。
Further, the
上述した光学素子24は、接眼プリズム22の面22eに貼り付けられている。光学素子24は上述したように回折反射機能を有することから、光学素子24が貼り付けられた面22eは、傾斜面(接合面)の1つでもありながら、面22aから入射した光(映像光)を反射させて面22bに導く反射面も兼ねていることになる。したがって、接眼プリズム22は、面22aから入射した光を面22eにて反射させ、面22bを介して外部に射出する光学プリズムであるとも言うことができる。
The
また、面22a、面22b、面22eは、これらを垂直に横切る面(以下、この面のことを基準面とも称する)Sに対して略対称に形成されており、この結果、接眼プリズム22の全体形状が基準面Sに対して略対称となっている。
Further, the
また、面22cにおける面22eとの連結側とは反対側の端部は、面22iを介して面22aと連結されている。つまり、面22iは、突出部22hの上面を構成するとともに、面22cと面22aとを連結する連結面を構成している。面22iは、少なくとも1面で構成されればよく、本実施形態では折れ曲がるように連結された3面で構成されている。この結果、接眼プリズム22は、面22aを含み、面22iと面22bとが対向する第1プリズム部22Aと、面22bを含み、面22b・22cが対向する第2プリズム部22Bと、面22eと面22bとが対向する第3プリズム部22Cとで構成されていることにもなる。
Further, the end of the
ここで、第1プリズム部22Aは、さらに幅狭部22A1と等幅部22A2とで構成されている。幅狭部22A1は、面22a側に位置しており、基準面Sに垂直な方向の幅が第2プリズム部22Bよりも狭くなるように形成されている。一方、等幅部22A2は、第2プリズム部22B側に位置しており、基準面Sに垂直な方向の幅が第2プリズム部22Bと同じになるように形成されている。
Here, the
幅狭部22A1の側面を構成する面22jと、等幅部22A2における幅狭部22A1側の面(すなわち、面22g)とは、曲面部22kを介して連結されている。この曲面部22kは、第1プリズム部22A側から第2プリズム部22B側に向かうにつれて幅が広くなる曲率を有する形状となっている。
The width and
このように、面22jが面22gと曲面部22kを介して連結されていることにより、成形時に後述するゲート31(図8(a)参照)から流し込まれて曲面部22k付近を流れる樹脂を、その曲面部22kの形状に沿って流れるようにすることができる。これにより、基準面Sに垂直な幅方向の隅々まで樹脂を行き渡らせることができ、幅方向に成形精度の高い接眼プリズム22を実現することができる。特に、曲面部22kが第1プリズム部22A側から第2プリズム部22B側に向かうにつれて幅が広くなる曲率を有しているので、そのような効果を確実に得ることができる。
Thus, since the
一方、図5(a)は、偏向プリズム23の平面図を示し、図5(b)は、偏向プリズム23の正面図を示している。さらに、図6(a)は、接眼プリズム22および偏向プリズム23を接合させた接眼光学系21の平面図を示し、図6(b)は、図6(a)の接眼光学系21のB−B’線矢視断面図を示している。なお、図5(a)(b)では、説明の便宜上、後述するゲート61(図1(a)参照)の図示を省略している。また、図3で示した接眼光学系21の断面図は、図6(a)の接眼光学系21のA−A’線矢視断面図に相当する。
On the other hand, FIG. 5A shows a plan view of the
偏向プリズム23は、接眼プリズム22が接合することで平行平板が形成されるような形状となっている。つまり、偏向プリズム23は、平行平板から接眼プリズム22をその形状に沿ってくり抜いた形状(略U字形)をしている。この偏向プリズム23は、互いに対向する面23b・23cを有している。これらの面23b・23cは、接眼プリズム22との接合時に面22b・22cを含む面と同一平面上に位置する。つまり、この場合、接眼光学系21の互いに対向する2つの対向面の一方は、接眼プリズム22の面22bおよび偏向プリズム23の面23bの2つの面で形成され、他方の対向面は接眼プリズム22の面22cおよび偏向プリズム23の面23cの2つの面で形成される。面23b・23cは、各面内に凹部23p・23qを有している。
The
また、偏向プリズム23は、接眼プリズム22との接合時に面22d・22e・22fと接合される面23d・23e・23fを有している。これらの面23d・23e・23fは、その法線方向が互いに異なっており、面23bに対しては鈍角(例えば110度以上170度以下)で傾斜し、面23cに対しては鋭角(例えば10度以上80度以下)で傾斜している。つまり、面23d・23e・23fは、各々の一端側が他端側よりも面23cに近づくように配置された傾斜面である。
The
また、面23b・23cの縁同士は、面23g(連結面)を介して連結されている。この面23gは、凹部23p・23qを構成する縁同士を連結するとともに、接眼プリズム22と接合される上記の面23d・23e・23fと、凹部23p・23q以外の縁同士を連結する外周面としての面23hとで構成されている。
The edges of the
光学素子24を貼り付けた接眼プリズム22に上記構成の偏向プリズム23を、上記光学素子24を挟むように接着剤を介して接合することにより、図6(a)に示すように、接眼光学系21が形成される。この接眼光学系21は、平面視で眼鏡のレンズのような形状をしている。この接眼光学系21を用いることにより、接眼プリズム22および偏向プリズム23の接合面(面22d・22e・22f、面23d・23e・23f)を介して、シースルーで外界像を観察することが可能となる。また、後述する製法により、接眼プリズム22および偏向プリズム23を精度良く成形することができるので、そのような接眼プリズム22と偏向プリズム23とを接合させて接眼光学系21を構成することにより、光学特性の良好な接眼光学系21を実現することができる。
As shown in FIG. 6A, the deflecting
また、接眼プリズム22は、面22eに光学素子24を配置して偏向プリズム23と接合されるので、接合面を介して外界像をシースルーで観察者に提供しつつ、光学素子24の回折反射機能も併せ持つ接眼光学系21を実現することができる。
Further, since the
また、本実施形態のように、接眼プリズム22の面22d・22e・22fを面22b・22cに対して傾斜させたり、偏向プリズム23の面23d・23e・23fを面23b・23cに対して傾斜させることにより、図6(b)に示すように、接合面における界面(例えば面22fと面23fとの界面)で反射される外界像の光が観察者の目に入るのを回避することができる。また、接合面の接合面積(接着剤の接着面積)を増大させることができるとともに、接着剤の収縮を斜め方向に逃がして接着強度を増大させることができる。
Further, as in this embodiment, the
また、図7は、接眼光学系21の他の構成例を示す斜視図である。同図のように、接眼光学系21を構成する接眼プリズム22の面22d・22fは、面22bに略垂直であってもよく、偏向プリズム23の面23d・23fは、面23bに略垂直であってもよい。この場合でも、接合面の1つである面22eが面22b・22cに対して傾斜しており、同じく接合面の1つである面23eが面23b・23cに対して傾斜しているので、接合面の傾斜配置による上記の効果を得ることができる。また、偏向プリズム23における複数の接合面の少なくとも1つ(例えば面23e)が2つの対向面(面23b・23c)に対して傾斜して設けられる構成であれば、偏向プリズム23において先鋭部(例えば面23eと面23cとの交差部)が形成されるので、後述する偏向プリズム23の製造方法によって得られる本発明の効果を得ることができる。
FIG. 7 is a perspective view showing another configuration example of the eyepiece
(4.接眼プリズムの製造方法について)
次に、接眼プリズム22の製造方法について説明する。本実施形態では、接眼プリズム22は、射出成形によって形成される。図8(a)は、射出成形時の接眼プリズム22の断面図であり、図8(b)は、射出成形時の接眼プリズム22の平面図であり、図8(c)は、金型から接眼プリズム22を分離する手法を示す説明図である。なお、図8(c)における太線は、複数の金型の割り線(金型と樹脂との接触部分も含む)であるパーティングラインPLを示す。
(4. About manufacturing method of eyepiece prism)
Next, a method for manufacturing the
本実施形態では、接眼プリズム22は、面22aにおいて基準面Sと交差する稜線部22a1に設けられたゲート31を介してランナー32から金型に樹脂(例えば熱可塑性樹脂)を流し込み、該樹脂を硬化させることによって形成されている。つまり、ゲート31は、金型に樹脂を流し込む際の入口となるものであるが、このゲート31が面22aの中央ではなく、面22aの端部に位置する複数の稜線部のうちで基準面Sと交差する稜線部22a1に設けられている。しかも、ゲート31は、基準面Sに対して略対称に形成されている(図8(b)参照)。
In this embodiment, the
なお、上記複数の稜線部としては、ここでは、隣接する2面が交差することによって生じる線(稜線)に若干の幅(面積)を持たせた部位を想定することができ、上記の稜線部22a1は、面22aと面22iとの交差部の稜線を含む部位を指している。
In addition, as said some ridgeline part here, the site | part which gave some width | variety (area) to the line | wire (ridgeline) produced when two adjacent surfaces cross | intersect can be assumed, Said
また、上記の金型は、固定側の金型と可動側の金型とを含む複数の金型からなり、例えば可動側の金型にはイジェクトピン41が設けられている。したがって、金型内で樹脂が硬化した後は、固定側金型に対して可動側金型を分離し、可動側金型に引っ付いている成形品(接眼プリズム22)のゲート31をイジェクトピン41で突き出すことにより、可動側金型から成形品を分離することができる。その後は、ゲート31を所定箇所で切断すればよい。
The above-mentioned mold is composed of a plurality of molds including a fixed mold and a movable mold. For example, an
なお、本実施形態では、図8(c)に示すように、パーティングラインPLの一部(この部分をパーティングラインPL1と称する)に対応する固定側金型の面であって、成形品(接眼プリズム22)の光学面(例えば面22b)と接触する面が、金型分離方向に垂直な面に対して傾斜するように、金型が構成されている。このように金型を構成することにより、例えば、接眼プリズム22の面22aが面22bに対して鋭角で傾斜している場合でも、金型の上記方向への分離時に、成形品がつっかえて固定側金型から取り出せなくなるのを防止することができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 8 (c), a portion of the parting line PL and a surface of the stationary mold corresponding to (this portion is referred to as the parting line PL 1 a), molding The mold is configured such that the surface that contacts the optical surface (for example, the
以上のように、ゲート31が接眼プリズム22の面22aの稜線部22a1に設けられていることにより、ゲート31を介して金型に樹脂を流し込む際には、基準面Sに対して両側に均等に樹脂を流し込むことができる。つまり、樹脂の流れ方、広がり方を基準面Sに対して両側で等しく(略対称に)することができる。これにより、対応する金型を用いて、全体の形状が基準面Sに対して略対称な接眼プリズム22を確実に得ることができ、成形精度の高い接眼プリズム22を実現することができる。
As described above, since the
しかも、ゲート31は、面22aの中央ではなく、その稜線部22a1に設けられているので、面22aにおける光学特性(透過特性)に影響を与えることはない。したがって、面22aにおける光学特性の低下を回避しつつ、成形精度の高い接眼プリズム22を得ることができる。
Moreover, the
また、ゲート31は、基準面Sに対して略対称に形成されているので、ゲート31を介して、基準面Sに対して両側に確実に樹脂を均等に流し込むことができ、成形精度の高い接眼プリズム22を確実に実現することができる。
Further, since the
(5.偏向プリズムの製造方法について)
次に、偏向プリズム23の製造方法について説明する。図1(a)は、ゲート61を図示した偏向プリズム23の平面図であり、図1(b)は、上記偏向プリズム23の正面図であり、図1(c)は、射出成形時の上記偏向プリズム23の断面図である。
(5. About manufacturing method of deflection prism)
Next, a method for manufacturing the
偏向プリズム23は、面23hに設けられたゲート61を介して金型に樹脂(例えば熱可塑性樹脂)を流し込み、該樹脂を硬化させることによって形成されている。上記のゲート61は、面23h上で、各凹部23p・23qの底部23p1・23q1同士を連結する接合面、すなわち面23eと対向する領域に設けられている。より詳しくは、ゲート61は、面23h上で、各凹部23p・23qの底部23p1・23q1に沿った方向における偏向プリズム23の中央位置C1と、上記方向における底部23p1・23q1の中央位置C2とをまたぐように設けられている。
The deflecting
また、偏向プリズム23の射出成形時に用いる金型は、固定側の金型と可動側の金型71・72とを含む複数の金型からなっている。したがって、金型内で樹脂が硬化した後は、固定側金型に対して可動側金型71・72を分離するとともに、可動側の金型71・72に引っ付いている成形品(偏向プリズム23)の接合面(例えば面23e)の面全体を、対応する金型71で突き出すことにより、金型71・72から偏向プリズム23を分離することができる。
The mold used for the injection molding of the
また、可動側の金型72には、ゲート61と対応する位置にイジェクトピン73が設けられている。したがって、金型71・72から偏向プリズム23を分離する際に、金型71による突き出しに加えて、ゲート61をイジェクトピン73で突き出すことにより、金型71・72から成形品を分離することが容易となる。その後は、ゲート61を所定箇所で切断すればよい。
The
なお、ゲート61は、光学面(面23c)や接合面(面23d・23e・23f)には設けられておらず、面23h上において、外観品質や外界像の品質、接合強度に影響を与えない部位に設けられているので、ゲート61をイジェクトピン73で突き出しても、外観品質、映像品質および接合強度が低下することはない。
The
以上のように、本実施形態では、偏向プリズム23の面23h上の領域であって、最も内部に入り込んだ接合面(面23e)と対向する領域にゲート61が設けられており、このゲート61を介して金型に樹脂を流し込むので、その樹脂が面23hから最も短い樹脂流動長で面23eに達するとともに、その両サイドを通って比較的短い樹脂流動長で各凹部23p・23qの開口部付近の端部まで達する。したがって、偏向プリズム23のどの接合面が2つの対向面に対して傾斜する場合でも、偏向プリズム23における先鋭部(例えば面23eと面23cとの交差部)にまで樹脂が入り込みやすくなり、シャープエッジの転写性(先鋭部の先鋭度)と、接合面(面23d・23e・23f)および対向面(面23c)の面精度とを両方とも同時に確保することができる。その結果、成形精度の高い偏向プリズム23を実現することができる。
As described above, in the present embodiment, the
また、ゲート61は、接合面や対向面には設けられていないので、ゲート61に起因して上記各面における光学特性(例えば透過特性)の低下や接合面における接眼プリズム22との接合強度の低下が生じることはない。
Further, since the
また、ゲート61は、面23h上で上記位置C1と上記位置C2とをまたぐように設けられているので、ゲート61が面23h上の他の領域に設けられている場合に比べて、ゲート61から各面23d・23e・23fへの樹脂流動長をともに短くすることができる。その結果、成形精度の高い偏向プリズム23を確実に実現することができる。
Further, since the
また、本実施形態では、樹脂の硬化後、面23eの面全体を対応する金型71で突き出すことにより、金型71・72から偏向プリズム23を分離しているので、面の一部をイジェクタピンで突き出したときに生ずる突き出し痕が面23eに残らず、その面に部分的な歪みが生じることもない。したがって、外観品質、外界像の品質および接合強度の低下をともに回避することができる。
Further, in this embodiment, after the resin is cured, the
ところで、金型71・72から偏向プリズム23を分離する際には、上記の面23eのみならず、他の接合面(例えば面23dや面23f)も、対応する金型でその面全体を突き出すようにすることが望ましい。このように、複数の接合面を対応する金型で突き出すことにより、一部の接合面への力の集中を回避して、各接合面のそれぞれを均等な力で突き出すことができる。その結果、接合面の不要な傾きを防止することができ、接合強度の低下を確実に回避することができる。特に、金型71・72から偏向プリズム23を分離する際に、複数の接合面の全てについて、その面全体を対応する金型で突き出せば、上記の効果を最も有効に得ることができる。
By the way, when the
なお、上述した光学プリズムのゲート(接眼プリズム22のゲート31、偏向プリズム23のゲート61)は、研磨等によってある程度削り取ることができるものであるが、その場合であっても、例えば偏光板を介して光学プリズムに光(直線偏光)を当てれば、光学プリズムの透過光に基づいて光学プリズムでの複屈折の発生の仕方を知ることができる。その結果、削り取られたゲートの位置および樹脂の流動性(樹脂がどのように流れたか)を知ることができる。
The above-described optical prism gates (the
なお、以上では、接眼プリズム22および偏向プリズム23の各面(曲面部22k・面23hを除く)が平面である場合について説明したが、上記各面を曲面で構成してもよい。例えば面22b・22c、面23b・23cに曲率を持たせることにより、接眼光学系21に矯正眼鏡レンズとしての機能を持たせることも可能となる。
In the above description, the case where each surface of the
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態1と同一の構成には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to the drawings. For convenience of explanation, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same member numbers, and the description thereof is omitted.
図9は、本実施形態の映像撮像装置81の概略の構成を示すとともに、外界像と観察者の瞳との位置関係を示す説明図である。この映像撮像装置81は、接合光学プリズム82と、撮像光学系83と、撮像素子84とで構成されている。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the
接合光学プリズム82は、第1の光学プリズム91と、第2の光学プリズム92とを光学素子93を間に挟んで接合したものであり、被写体像の光を撮像光学系83を介して撮像素子84に導く。光学素子93は、第1の光学プリズム91の接合面に配置されている。本実施形態の第1の光学プリズム91、第2の光学プリズム92および光学素子93は、実施の形態1で示した接眼プリズム22、偏向プリズム23および光学素子24と全く同様の構成である。ただし、第1の光学プリズム91の面91b・91aは、接眼プリズム22の面22b・22aに対応するが、本実施形態ではそれぞれ入射面および射出面として機能している。なお、第1の光学プリズム91の面91cは、接眼プリズム22の面22cに対応している。
The cemented
撮像光学系83は、接合光学プリズム82から射出された光を撮像素子84に導く光学系であり、例えば撮影レンズで構成されている。撮像素子84は、撮像光学系83を介して得られる光を受光することにより、被写体像を撮像するものであり、例えばCCDやCMOSなどのイメージセンサで構成されている。
The imaging
つまり、本実施形態の映像撮像装置81は、実施の形態1の映像表示装置1において、光源12およびLCD15が撮影素子84に置き換わり、集光レンズ14が撮像光学系83に置き換わり、接眼光学系21が接合光学プリズム82に置き換わっただけである。その他、プリズムの形状や特性などは全て、上述の映像表示装置1の場合と同様である。
That is, in the video
上記の構成によれば、被写体像(例えば観察者の瞳の像)の光は、第1の光学プリズム91の面91bから入射し、光学素子93にて回折反射された後、内部で複数回全反射して面91aから射出され、撮像光学系83を介して撮像素子84に導かれる。また、これと同時に、光学素子93を透過した外界像の光は、観察者の眼に導かれる。つまり、この映像撮像装置81の配置では、光学素子93を通して外界像を見ている観察者の瞳像を撮像することができる。
According to the configuration described above, the light of the subject image (for example, the image of the observer's pupil) is incident from the
また、図10に示すように、映像撮像装置81に対する外界像と観察者の瞳との位置関係を図9の場合と逆にすれば、映像撮像装置81では、光学素子93を通して観察者が見ている外界像を撮像することができる。
Also, as shown in FIG. 10, if the positional relationship between the external image and the observer's pupil with respect to the
このように、本実施形態では、実施の形態1の接合プリズム(接眼光学系21)の構成を、映像撮像装置81の接合光学プリズム82に適用している。したがって、光学特性の良好な映像撮像装置81を実現することができる。
As described above, in the present embodiment, the configuration of the cemented prism (the eyepiece optical system 21) according to the first embodiment is applied to the cemented
また、光学素子93としてHOEを用いることにより、映像撮像装置81を小型軽量にできる。また、第1の光学プリズム91での全反射を用いた構成なので、接合光学プリズム82を小型軽量にできるとともに、外界像の光の透過率が高くなり、外界像を良好に観察することができる。また、撮像素子84を視野の周辺に配置することが可能となり、広い外界視野角を確保することができる。
Further, by using HOE as the
なお、各実施の形態で説明した手法や構成を適宜組み合わせて各種装置を構成することも勿論可能である。 Of course, various devices can be configured by appropriately combining the methods and configurations described in the embodiments.
本発明の光学プリズム(偏向プリズム)は、接眼プリズムとの接合プリズム、映像表示装置、映像撮像装置、HMDなどに利用可能である。 The optical prism (deflection prism) of the present invention can be used for a cemented prism with an eyepiece prism, a video display device, a video imaging device, an HMD, and the like.
1 映像表示装置
2 支持手段
15 LCD(映像表示素子)
21 接眼光学系(接合プリズム)
22 接眼プリズム(光学プリズム、第1の光学プリズム)
23 偏向プリズム(光学プリズム、第2の光学プリズム)
23b 面(対向面)
23c 面(対向面)
23d 面(接合面)
23e 面(接合面)
23f 面(接合面)
23g 面(連結面)
23h 面(外周面)
23p 凹部
23p1 底部
23q 凹部
23q1 底部
24 光学素子
61 ゲート
71 金型
72 金型
73 イジェクトピン
81 映像撮像装置
82 接合光学プリズム(接合プリズム)
84 撮像素子
91 第1の光学プリズム
92 第2の光学プリズム
93 光学素子
DESCRIPTION OF
21 Eyepiece optical system (joint prism)
22 Eyepiece prism (optical prism, first optical prism)
23 Deflection prism (optical prism, second optical prism)
23b surface (opposite surface)
23c surface (opposite surface)
23d surface (joint surface)
23e surface (joint surface)
23f surface (joint surface)
23g surface (connection surface)
23h surface (outer peripheral surface)
84
Claims (14)
上記2つの対向面の縁同士を連結する連結面とを有する光学プリズムであって、
上記連結面は、
各対向面の凹部を構成する縁同士を連結するとともに、他の光学プリズムと接合される複数の接合面と、
各対向面の凹部以外の縁同士を連結する外周面とで構成されており、
上記複数の接合面の少なくとも1つは、上記2つの対向面に対して傾斜して設けられており、
該光学プリズムは、上記外周面に設けられたゲートを介して金型に樹脂を流し込み、該樹脂を硬化させることによって形成されており、
上記ゲートは、上記外周面上で、各対向面の凹部の底部同士を連結する接合面と対向する領域に設けられていることを特徴とする光学プリズム。 Two opposing surfaces facing each other and having a recess in the surface;
An optical prism having a connecting surface that connects edges of the two opposing surfaces,
The connecting surface is
A plurality of joint surfaces to be joined to other optical prisms, while connecting the edges constituting the concave portions of each facing surface,
It is composed of outer peripheral surfaces that connect edges other than the concave portions of each facing surface,
At least one of the plurality of joint surfaces is provided to be inclined with respect to the two opposing surfaces,
The optical prism is formed by pouring a resin into a mold through a gate provided on the outer peripheral surface and curing the resin.
The optical prism according to claim 1, wherein the gate is provided in a region facing a joint surface that connects bottoms of the concave portions of the opposing surfaces on the outer peripheral surface.
上記2つの対向面の縁同士を連結する連結面とを有し、
上記連結面が、
各対向面の凹部を構成する縁同士を連結するとともに、他の光学プリズムと接合される複数の接合面と、
各対向面の凹部以外の縁同士を連結する外周面とで構成されており、
上記複数の接合面の少なくとも1つが上記2つの対向面に対して傾斜して設けられている光学プリズムの製造方法であって、
上記外周面上で、各対向面の凹部の底部同士を連結する接合面と対向する領域に設けられたゲートを介して金型に樹脂を流し込み、該樹脂を硬化させることを特徴とする光学プリズムの製造方法。 Two opposing surfaces facing each other and having a recess in the surface;
A connecting surface that connects the edges of the two opposing surfaces;
The connecting surface is
A plurality of joint surfaces to be joined to other optical prisms, while connecting the edges constituting the concave portions of each facing surface,
It is composed of outer peripheral surfaces that connect edges other than the concave portions of each facing surface,
An optical prism manufacturing method in which at least one of the plurality of joint surfaces is provided to be inclined with respect to the two opposing surfaces,
An optical prism characterized in that on the outer peripheral surface, a resin is poured into a mold through a gate provided in a region facing a joint surface that connects the bottoms of the concave portions of each facing surface, and the resin is cured. Manufacturing method.
上記第1の光学プリズムは、請求項1または2に記載の光学プリズムで構成されていることを特徴とする接合プリズム。 A cemented prism formed by cementing a first optical prism and a second optical prism,
3. The cemented prism according to claim 1, wherein the first optical prism includes the optical prism according to claim 1.
上記映像表示素子からの映像光を観察者の瞳に導く接眼光学系とを有する映像表示装置であって、
上記接眼光学系は、請求項8に記載の接合プリズムで構成されており、
上記接合プリズムの光学素子は、上記映像光と外光とを同時に観察者の瞳に導くコンバイナであることを特徴とする映像表示装置。 An image display element for displaying an image;
An image display device having an eyepiece optical system for guiding image light from the image display element to an observer's pupil,
The eyepiece optical system includes the cemented prism according to claim 8,
The image display device, wherein the optical element of the cemented prism is a combiner that simultaneously guides the image light and the external light to an observer's pupil.
上記映像表示装置を観察者の眼前で支持する支持手段とを有していることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 A video display device according to any one of claims 9 to 12,
A head-mounted display comprising support means for supporting the video display device in front of an observer's eyes.
請求項8に記載の接合プリズムとを有し、
上記接合プリズムの光学素子は、体積位相型の反射型ホログラム光学素子であり、
上記接合プリズムの第2の光学プリズムに入射する被写体像の光を上記ホログラム光学素子にて反射させた後、内部で複数回全反射させて外部に射出し、上記撮像素子に導くと同時に、上記ホログラム光学素子を透過した外界像の光を観察者の眼に導くことを特徴とする映像撮像装置。 An image sensor for capturing a subject image;
A cemented prism according to claim 8;
The optical element of the cemented prism is a volume phase type reflection hologram optical element,
The light of the subject image incident on the second optical prism of the cemented prism is reflected by the hologram optical element, then totally reflected internally several times, emitted to the outside, and guided to the imaging element. An image pickup apparatus for guiding light of an external image transmitted through a hologram optical element to an observer's eye.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006355560A JP2008165019A (en) | 2006-12-28 | 2006-12-28 | Optical prism, manufacturing method of optical prism, cemented prism, video display apparatus, head mounted display, and video imaging apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006355560A JP2008165019A (en) | 2006-12-28 | 2006-12-28 | Optical prism, manufacturing method of optical prism, cemented prism, video display apparatus, head mounted display, and video imaging apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008165019A true JP2008165019A (en) | 2008-07-17 |
Family
ID=39694604
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006355560A Pending JP2008165019A (en) | 2006-12-28 | 2006-12-28 | Optical prism, manufacturing method of optical prism, cemented prism, video display apparatus, head mounted display, and video imaging apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008165019A (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10305458A (en) * | 1997-05-06 | 1998-11-17 | Olympus Optical Co Ltd | Injection molding mold and molded product |
JPH11337811A (en) * | 1998-05-22 | 1999-12-10 | Olympus Optical Co Ltd | Optical prism, mirror frame, and optical assembly |
JP2006184869A (en) * | 2004-12-03 | 2006-07-13 | Konica Minolta Photo Imaging Inc | Method for producing optical device, optical device, image display apparatus, and head-mounted display |
-
2006
- 2006-12-28 JP JP2006355560A patent/JP2008165019A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10305458A (en) * | 1997-05-06 | 1998-11-17 | Olympus Optical Co Ltd | Injection molding mold and molded product |
JPH11337811A (en) * | 1998-05-22 | 1999-12-10 | Olympus Optical Co Ltd | Optical prism, mirror frame, and optical assembly |
JP2006184869A (en) * | 2004-12-03 | 2006-07-13 | Konica Minolta Photo Imaging Inc | Method for producing optical device, optical device, image display apparatus, and head-mounted display |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2008165016A (en) | Optical prism, manufacturing method of optical prism, cemented prism, video display apparatus, head mounted display, and video imaging apparatus | |
JP5157133B2 (en) | Joint prism, video display device, head mounted display, and video imaging device | |
EP2918402B1 (en) | Optical device, head mounted display, assembling method for the same, holographic diffraction grating, display device, and alignment device | |
CN110082926B (en) | Display device | |
US9164221B2 (en) | Light beam expanding device, image display device, and optical device | |
US9678344B2 (en) | Virtual image display apparatus with registration mechanism | |
JP7192396B2 (en) | Display device | |
KR20160063345A (en) | Eyeglass lens for a display device, which display device can be placed on the head of a user and generates an image, and display device having such an eyeglass lens | |
CN111123516B (en) | Display device | |
JP2010122478A (en) | Image display device and head mount display | |
US10310165B2 (en) | Image display apparatus | |
JP5790104B2 (en) | Head-mounted display device | |
JP2010145561A (en) | Head mount display | |
JP2007129550A (en) | Image display device | |
JP2020024246A (en) | Virtual image display device and magnifying optical system | |
JP2008287049A (en) | Image display apparatus and head-mounted display | |
JP2008165019A (en) | Optical prism, manufacturing method of optical prism, cemented prism, video display apparatus, head mounted display, and video imaging apparatus | |
JP6597784B2 (en) | Image display device and head mounted display | |
JP2009134089A (en) | Image display device and head mount display | |
US11526017B2 (en) | Optical device, wearable display device, and light-guiding unit | |
JP5157132B2 (en) | Joint prism, video display device, head mounted display, and video imaging device | |
JP2006162792A (en) | Optical device, image display device, and head-mounted display device | |
JP6610675B2 (en) | Light guiding element, bonding optical element, image display device, and head mounted display | |
JP4491609B2 (en) | Optical device, video display device, and head mounted display | |
EP3287835B1 (en) | Image display device and head mounted display |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20091112 |
|
A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20110615 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110719 |
|
A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20111122 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |