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JP7665364B2 - Angle-selective transmission element and display device - Google Patents
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JP7665364B2 - Angle-selective transmission element and display device - Google Patents

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Description

本発明は、ヘッドマウントディスプレイや双眼鏡、カメラのファインダー等におけるゴースト低減技術に関し、特にファインダーに取り付けられる角度選択型透過素子に関する。 The present invention relates to ghost reduction technology for head-mounted displays, binoculars, camera viewfinders, etc., and in particular to an angle-selectable transmission element that is attached to the viewfinder.

使用者がヘッドマウントディスプレイやカメラのファインダーを屋外等で使用する際、使用者の後方から到来する光によってゴーストが発生する可能性があった。外光を起因とする不要光を低減させるために、特許文献1では表示部の目側にルーバーフィルムを配置することで、ゴーストの原因となる光をカットする技術が開示されている。 When a user uses a head-mounted display or a camera viewfinder outdoors, there is a possibility that light coming from behind the user may cause ghosting. In order to reduce unnecessary light caused by external light, Patent Document 1 discloses a technology that cuts out the light that causes ghosting by placing a louver film on the eye side of the display unit.

特開平5-215908号公報Japanese Patent Application Publication No. 5-215908

特許文献1に開示された従来技術では表示部に配置したルーバーフィルムの遮光方向の光がカットされる。そのため、ファインダーのように使用者が目を近づけて使用する用途では周辺部のケラレが発生するので、この方法を適用できない。
本発明の目的は、外光に起因するゴーストを低減しつつ、周辺部のケラレを伴わずに接眼観察が可能な角度選択型透過素子を提供することである。
In the conventional technology disclosed in Patent Document 1, light is cut in the light-shielding direction of a louver film placed on the display unit. Therefore, this method cannot be applied to applications where the user brings their eye close to the display, such as viewfinders, because vignetting occurs on the periphery.
An object of the present invention is to provide an angle-selective transmission element that enables ocular observation without vignetting at the periphery while reducing ghosts caused by external light.

本発明の実施形態の光学素子は、光路中に配置され、複数の開口部を有する角度選択型透過素子であって、前記複数の開口部により構成され、光束の通過方向を制限する制限手段を有し、前記制限手段における前記光束の通過部は、3次元的に予め定められた点を中心として放射状に形成されており、前記開口部の内部に空気との屈折率差が0.1以下の物質が充填されていることを特徴とする。
An optical element according to an embodiment of the present invention is an angle-selective transmission element disposed in an optical path and having a plurality of openings, characterized in that it has a limiting means constituted by the plurality of openings and limits the passing direction of a light beam, the light beam passing portion in the limiting means is formed radially from a point that is three-dimensionally predetermined as a center, and the inside of the openings is filled with a substance having a refractive index difference with respect to air of 0.1 or less.

本発明によれば、外光に起因するゴーストを低減しつつ、周辺部のケラレを伴わずに接眼観察が可能な角度選択型透過素子を提供することができる。 The present invention provides an angle-selectable transmission element that reduces ghosting caused by external light and allows ocular observation without vignetting at the periphery.

本発明を適用した表示装置(ヘッドマウントディスプレイ)の外観図である。1 is an external view of a display device (head mounted display) to which the present invention is applied. 表示装置を使用者が頭部に装着した使用状態を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a state in which a user wears the display device on his/her head. 図2の状態から表示部を上方にはね上げた状態を示す図である。3 is a diagram showing a state in which the display unit is flipped up from the state shown in FIG. 2; FIG. 使用時の表示装置の構成を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of the display device during use. 図2のA-A線に沿う断面図である。3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2. 図5のB部を示す詳細図である。FIG. 6 is a detailed view showing part B in FIG. 5 . 角度選択型透過素子の第1の面側を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a first surface side of an angle-selective transmission element. 角度選択型透過素子の第2の面側を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a second surface side of the angle-selective transmission element. 図7のC部を示す詳細図である。FIG. 8 is a detailed view showing part C in FIG. 7 . 図7のD-D線に沿う断面図である。8 is a cross-sectional view taken along line DD in FIG. 7. 図8のE部を示す詳細図である。FIG. 9 is a detailed view showing part E in FIG. 8 . 角度選択型透過素子に設けられた開口部の形状例を示す図である。1A and 1B are diagrams illustrating examples of the shape of an opening portion provided in an angle-selective transmission element. 変形例に係る角度選択型透過素子の第2の面側を示す図である。13 is a diagram showing a second surface side of an angle-selective transmission element according to a modified example. FIG. 変形例にて図5とは別の光路を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing an optical path different from that in FIG. 5 in a modified example. 図14のG部を示す詳細図である。FIG. 15 is a detailed view showing part G in FIG. 14 . 変形例に係る角度選択型透過素子を説明する詳細図である。13A and 13B are detailed diagrams illustrating an angle-selective transmission element according to a modified example. 変形例にて図5とは別の光路を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing an optical path different from that in FIG. 5 in a modified example. 図17のH部を示す詳細図である。FIG. 18 is a detailed view showing part H in FIG. 17 . 本発明の第2実施例を説明する外観図である。FIG. 11 is an external view illustrating a second embodiment of the present invention. 図19の角度選択型透過素子の構成を示す分解斜視図である。FIG. 20 is an exploded perspective view showing the configuration of the angle-selective transmission element of FIG. 19 . 金属板が積層された状態の角度選択型透過素子の壁部を示す詳細図である。FIG. 2 is a detailed view showing the wall of the angle-selective transmission element with metal plates laminated thereon. 角度選択型透過素子の開口部とアイポイントとの関係を説明する図である。1 is a diagram illustrating the relationship between an opening of an angle-selective transmission element and an eye point. 図22に対して、アイポイント位置を移動した状態と開口拡大量との関係を説明する図である。23 is a diagram for explaining the relationship between the state in which the eye point position is moved and the amount of opening enlargement in comparison with FIG. 22. FIG. 本発明の第3実施例を説明する構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram for explaining a third embodiment of the present invention. 図24のフィルムの配置例を示す平面図である。FIG. 25 is a plan view showing an example of the arrangement of the film in FIG. 24. 本発明の第4実施例を説明する外観図である。FIG. 13 is an external view illustrating a fourth embodiment of the present invention. 図26の角度選択型透過素子の部分断面図である。FIG. 27 is a partial cross-sectional view of the angle-selective transmission element of FIG. 26.

以下に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。ファインダー等の光路中に配置される角度選択型透過素子を適用した表示装置の一例としてヘッドマウントディスプレイ(以下、HMDと記す)を示す。なお、本発明はこれに限らず各種光学機器への適用が可能である。 Below, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. A head mounted display (hereinafter, referred to as HMD) is shown as an example of a display device that uses an angle-selective transmission element arranged in the optical path of a viewfinder, etc. Note that the present invention is not limited to this, and can be applied to various optical devices.

[第1実施例]
図1から図11を参照して、本発明の第1実施例に係る角度選択型透過素子について説明する。図1はHMD1の構成例を示す外観図である。HMD1は、本体部2、電子ビューファインダー(以下、EVFと記す)3および4、頭部装着部5を備える。対をなすEVFは、左目用EVF3と右目用EVF4から構成される。
[First embodiment]
An angle-selective transmission element according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 1 to Fig. 11. Fig. 1 is an external view showing a configuration example of an HMD 1. The HMD 1 comprises a main body 2, electronic viewfinders (hereinafter referred to as EVFs) 3 and 4, and a head-mounted unit 5. The pair of EVFs comprises an EVF 3 for the left eye and an EVF 4 for the right eye.

HMD1の本体部2と頭部装着部5は、本体部2側のヒンジ2aと頭部装着部5側のヒンジ5aで回転可能に結合している。左目用EVF3と右目用EVF4は本体部2に対して眼幅調整が可能な状態で保持されている。 The main body 2 and head-mounted part 5 of the HMD 1 are rotatably connected by a hinge 2a on the main body 2 side and a hinge 5a on the head-mounted part 5 side. The left-eye EVF 3 and right-eye EVF 4 are held relative to the main body 2 in a state in which the interpupillary distance can be adjusted.

図2および図3は使用者がHMD1を頭部に装着した状態を示す。図2は使用者が表示画面を見ている状態を示し、図3はHMD1の本体部2を上側にはね上げて使用者が周囲を視認し得る状態を示している。 Figures 2 and 3 show the state in which a user wears the HMD 1 on the head. Figure 2 shows the state in which the user is looking at the display screen, and Figure 3 shows the state in which the main body 2 of the HMD 1 is flipped up so that the user can see the surroundings.

使用者がEVF3とEVF4を覗く部分には、角度選択型透過素子6、7がそれぞれ取り付けられている。本実施例の角度選択型透過素子6と角度選択型透過素子7は同一の構成を有するが、両素子の構成を異ならせることで右目と左目との輻輳角やゴーストカット特性を最適化することが可能である。 Angle-selective transmission elements 6 and 7 are attached to the areas where the user looks into EVF 3 and EVF 4, respectively. In this embodiment, angle-selective transmission element 6 and angle-selective transmission element 7 have the same configuration, but by making the configuration of both elements different, it is possible to optimize the convergence angle between the right eye and the left eye and the ghost cutting characteristics.

図4はHMD1の使用時の状態にて本体部2およびEVF3の構成を示す断面図であり、使用者の左目に対応する部分を示す。表示部9と接眼レンズ系10はEVF3の外装部材11の内部に設けられている。表示部9は有機EL(Electro-Luminescence)表示パネルを有する。接眼レンズ系10は角度選択型透過素子6側の面が平面である。角度選択型透過素子6は、外装部材11にて使用者の左目に対向する位置に配置されている。角度選択型透過素子6において第1の面6aを使用者の目側の面とし、第2の面6bを接眼レンズ系10側の面とする。 Figure 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the main body 2 and EVF 3 when the HMD 1 is in use, showing the portion corresponding to the left eye of the user. The display unit 9 and eyepiece lens system 10 are provided inside the exterior member 11 of the EVF 3. The display unit 9 has an organic EL (Electro-Luminescence) display panel. The surface of the eyepiece lens system 10 facing the angle-selective transmission element 6 is flat. The angle-selective transmission element 6 is disposed in a position facing the user's left eye on the exterior member 11. The first surface 6a of the angle-selective transmission element 6 is the surface facing the user's eye, and the second surface 6b is the surface facing the eyepiece lens system 10.

角度選択型透過素子6には、複数の開口部6cが設けられており、光通過方向を制限する機能を有する。複数の開口部6cは光路中に配置される角度選択型透過素子において、光束の通過方向を制限する制限手段を構成する。光束の通過部は3次元的(空間的)に、予め定められた点を中心として放射状に形成される。予め定められた点は角度選択型透過素子6から離れた光軸上の点である。例えば複数の開口部6cは、接眼レンズ系10から使用者の目の位置であるアイポイント13の位置に向かう光束の方向に開口している。図4には接眼レンズ系10から出射した光束のうち、アイポイント13に届くファインダー光束12を模式的に示している。アイポイント13の位置は、接眼レンズ系10により決定される。 The angle-selective transmission element 6 is provided with a plurality of openings 6c, which have the function of restricting the light passing direction. The plurality of openings 6c constitute a restricting means for restricting the passing direction of the light beam in the angle-selective transmission element arranged in the optical path. The light beam passing portion is formed three-dimensionally (spatially) radially from a predetermined point. The predetermined point is a point on the optical axis away from the angle-selective transmission element 6. For example, the plurality of openings 6c are opened in the direction of the light beam from the eyepiece lens system 10 toward the position of the eye point 13, which is the position of the user's eye. Figure 4 shows a schematic diagram of the finder light beam 12 that reaches the eye point 13 out of the light beams emitted from the eyepiece lens system 10. The position of the eye point 13 is determined by the eyepiece lens system 10.

本体部2の外装部材14は、その内部にHMD1全体を制御するコントロール回路15を有する。コントロール回路15は表示部9を制御し、表示部9からの光は接眼レンズ系10により集光され、角度選択型透過素子6に設けられた複数の開口部6cを通過してアイポイント13の位置にある目で表示部9の表示情報が観察される。 The exterior member 14 of the main body 2 has a control circuit 15 inside that controls the entire HMD 1. The control circuit 15 controls the display unit 9, and light from the display unit 9 is collected by the eyepiece lens system 10 and passes through multiple openings 6c provided in the angle-selective transmission element 6, allowing the information displayed on the display unit 9 to be observed by the eye at the eye point 13.

図5は図2のA-A線に沿う断面図であり、HMD1の使用時の頭部および眼球とHMD1との関係を表している。図6は図5のB部を拡大して示す詳細図である。図5のB部は使用者の左目に対向する一部分を示す。図6に示されるように、角度選択型透過素子6にて内部の複数の開口部6cは、隣り合う複数の壁部6dの間に形成される。つまり、隣接する2つの開口部6cの間は壁部6dで仕切られている。 Figure 5 is a cross-sectional view taken along line A-A in Figure 2, and shows the relationship between the head and eyeballs and the HMD 1 when the HMD 1 is in use. Figure 6 is a detailed view showing an enlarged view of part B in Figure 5. Part B in Figure 5 shows a portion facing the left eye of the user. As shown in Figure 6, the multiple openings 6c inside the angle-selective transmission element 6 are formed between multiple adjacent walls 6d. In other words, two adjacent openings 6c are separated by a wall 6d.

本実施例では、複数の開口部6cの内部に空気との屈折率差が小さい透明の固体が充填されている。角度選択型透過素子6の内部に空気との屈折率差が小さい透明の固体を充填することで、複数の開口部6c内へのゴミの侵入を防止できる。また、壁部6dが外力により変形することを防止できる。本実施例では、空気との屈折率差が小さい透明の固体として、空気を90%以上含む多孔質の透明物質を利用しており、空気との屈折率差は0.1以下となっている。このため、空気との境界面での反射が殆ど無い。複数の開口部6cの内部において、目側の第1の面6aと接眼レンズ系10側の第2の面6bのいずれでも空気との屈折率差が小さい透明の固体表面での反射は殆ど無く、外部から複数の開口部6cに入射する光は殆ど反射せずに内部に入射する。 In this embodiment, the inside of the multiple openings 6c is filled with a transparent solid that has a small refractive index difference with air. By filling the inside of the angle-selective transmission element 6 with a transparent solid that has a small refractive index difference with air, it is possible to prevent dust from entering the multiple openings 6c. In addition, it is possible to prevent the wall portion 6d from being deformed by an external force. In this embodiment, a porous transparent material containing 90% or more of air is used as the transparent solid that has a small refractive index difference with air, and the refractive index difference with air is 0.1 or less. Therefore, there is almost no reflection at the boundary surface with air. Inside the multiple openings 6c, there is almost no reflection at the transparent solid surface that has a small refractive index difference with air on both the first surface 6a on the eye side and the second surface 6b on the eyepiece lens system 10 side, and light that enters the multiple openings 6c from the outside enters the inside with almost no reflection.

角度選択型透過素子6の第1の面6a、第2の面6b、複数の開口部6cの内側の面(壁部6dの内面)には反射防止処理が施されている。角度選択型透過素子6は3Dプリンタを用いて作成が可能であり、反射防止処理については反射防止塗装を行うことで実現できる。 Anti-reflection treatment is applied to the first surface 6a, the second surface 6b, and the inner surfaces of the multiple openings 6c (the inner surfaces of the wall portion 6d) of the angle-selective transmission element 6. The angle-selective transmission element 6 can be created using a 3D printer, and the anti-reflection treatment can be achieved by applying an anti-reflection coating.

図5に示されるHMD1の使用時にて、完全な順光、つまり使用者が光源(太陽等)を背に向けた方向からの光を想定する。この場合、角度選択型透過素子6と接眼レンズ系10に逆入光する光の大半は使用者の頭部で遮られている。しかし、この状態から使用者が顔を数十度の角度で横に回転させると、顔の側面を通過する光(図5のクロスハッチング部を通過する光)が角度選択型透過素子6と接眼レンズ系10の位置に到達する。 When using the HMD1 shown in Figure 5, assume that the light is completely in front of the user, that is, the light is coming from a direction in which the user faces away from the light source (such as the sun). In this case, most of the light that enters the angle-selective transmission element 6 and eyepiece lens system 10 is blocked by the user's head. However, if the user rotates their face from this state to the side by an angle of several tens of degrees, the light that passes through the side of the face (light that passes through the cross-hatched area in Figure 5) reaches the position of the angle-selective transmission element 6 and eyepiece lens system 10.

接眼レンズ系10にて逆入光がゴーストを発生させる可能性のある領域は、左目の場合、図5の点16と頭部の側面部を結んだ線17で示すように、図5のクロスハッチング部である。本実施例では、アイポイント13から接眼レンズ系10に向けて複数の開口部6cが設けられている。複数の開口部6cより使用者から離れる側に位置する接眼レンズ系10に光が到達するためには、開口部6cの穴の方向に光源が存在する必要がある。図5の線17は、複数の開口部6cの方向と光線の方向とが最も近くなり、逆入光が接眼レンズ系10に到達しやすくなる位置を示している。 In the case of the left eye, the area where reverse light may cause ghosts in the eyepiece lens system 10 is the cross-hatched area in FIG. 5, as shown by the line 17 connecting point 16 in FIG. 5 and the side of the head. In this embodiment, multiple openings 6c are provided from the eye point 13 toward the eyepiece lens system 10. In order for light to reach the eyepiece lens system 10, which is located away from the multiple openings 6c, a light source must be present in the direction of the hole in the openings 6c. Line 17 in FIG. 5 indicates the position where the direction of the multiple openings 6c and the direction of the light are closest, making it easier for reverse light to reach the eyepiece lens system 10.

図6において、光線18は使用者の頭部の側面部を通過した光を表す。光線18は角度選択型透過素子6の第1の面6aに設けられた複数の開口部6cの穴から内部に入射する。複数の開口部6cの内部に入った光は壁部6dに到達するが、壁部6dには反射防止処理が施されているので反射光は減衰する。そのため、反射光が仮に接眼レンズ系10に到達してもゴーストは殆ど発生しない。 In Figure 6, light ray 18 represents light that has passed through the side of the user's head. Light ray 18 enters the inside through holes in the multiple openings 6c provided on the first surface 6a of the angle-selective transmission element 6. The light that enters the multiple openings 6c reaches the wall 6d, but because the wall 6d is treated with an anti-reflection coating, the reflected light is attenuated. Therefore, even if the reflected light reaches the eyepiece lens system 10, almost no ghosting occurs.

角度選択型透過素子6の厚みをtと表記し、開口部6cの開口幅をwと表記し、不要光の入射角度をθ0と表記する。不要光が接眼レンズ系10に直接到達しない為の条件を下記式(1)に示す。
t≧w/tanθ0 (1)
tanは正接関数を表し、本実施例では式(1)の条件を満たしている。
The thickness of the angle-selective transmission element 6 is denoted as t, the opening width of the opening 6c is denoted as w, and the incident angle of the unwanted light is denoted as θ 0. The condition for preventing the unwanted light from directly reaching the eyepiece lens system 10 is shown in the following formula (1).
t≧w/tanθ 0 (1)
Tan represents a tangent function, and in this embodiment, the condition of formula (1) is satisfied.

図7は角度選択型透過素子6の第1の面6aを模式的に示す図である。図8は角度選択型透過素子6の第2の面6bを模式的に示す図である。図9は図7のC部を拡大して示す詳細図である。図10は図7のD-D線に沿う断面図である。図11は図8のE部を拡大して示す詳細図である。 Figure 7 is a schematic diagram showing the first surface 6a of the angle-selective transmission element 6. Figure 8 is a schematic diagram showing the second surface 6b of the angle-selective transmission element 6. Figure 9 is a detailed enlarged view of part C in Figure 7. Figure 10 is a cross-sectional view taken along line D-D in Figure 7. Figure 11 is a detailed enlarged view of part E in Figure 8.

図7から図9に示されるように、角度選択型透過素子6に設けられた複数の開口部6cは、ファインダー光線の入り口側である第2の面6bとファインダー光線の出口側である第1の面6aにて六角形の形状に形成されている。本実施例では、第2の面6bに設けられたすべての六角形状の開口は、第2の面6b内で同一形状である。また、第1の面6aに設けられたすべての六角形状の開口は、第1の面6a内で同一形状である。また隣接する六角形状部分の間は壁部6dで仕切られるとともに、開口部6cの内部には空気との屈折率差が小さい透明の固体が充填されている。 As shown in Figures 7 to 9, the multiple openings 6c provided in the angle-selective transmission element 6 are formed in a hexagonal shape on the second surface 6b, which is the entrance side of the viewfinder light rays, and on the first surface 6a, which is the exit side of the viewfinder light rays. In this embodiment, all of the hexagonal openings provided on the second surface 6b have the same shape within the second surface 6b. Also, all of the hexagonal openings provided on the first surface 6a have the same shape within the first surface 6a. Adjacent hexagonal portions are separated by walls 6d, and the inside of the openings 6c is filled with a transparent solid that has a small refractive index difference with air.

図10(図7のD-D断面図)は複数の開口部6cの方向を示している。複数の開口部6cの方向はそれぞれ、アイポイント13に向かう光の向きに沿うように設定されている。つまり、複数の開口部6cは3次元的に、予め定められた点であるアイポイント13を中心として放射状に形成されている。アイポイント13と第1の面6aとの距離をE1と表記し、アイポイント13と第2の面6bとの距離をE2と表記する。第1の面6a上での複数の開口部6cの形成ピッチをP1と表記する。 Figure 10 (a cross-sectional view taken along line D-D of Figure 7) shows the orientation of the multiple openings 6c. The orientation of the multiple openings 6c is set so that it is aligned with the direction of light heading toward the eye point 13. In other words, the multiple openings 6c are formed three-dimensionally, radially from the eye point 13, which is a predetermined point, as the center. The distance between the eye point 13 and the first surface 6a is denoted as E1, and the distance between the eye point 13 and the second surface 6b is denoted as E2. The formation pitch of the multiple openings 6c on the first surface 6a is denoted as P1.

複数の開口部6cは等ピッチで設けられており、光軸中心からの距離をそれぞれHiと表記する。光軸中心を基準とした図10の右半面において、「Hi」中のiは1~9までの任意の自然数を表す。
H1=P1
H2=P1×2


H8=P1×8
H9=P1×9
つまり、「Hi=P1×i」の関係である。
The multiple openings 6c are provided at equal pitches, and the distance from the center of the optical axis is represented as Hi. In the right half of FIG. 10 with the center of the optical axis as the reference, i in "Hi" represents any natural number from 1 to 9.
H1=P1
H2 = P1 x 2


H8 = P1 x 8
H9 = P1 x 9
In other words, the relationship is "Hi = P1 x i."

光軸中心を基準として、アイポイント13と複数の開口部6cを結ぶ各直線の角度をそれぞれθiと表記する。「θi」中のiは1~9までの任意の自然数を表す。
θ1=tan-1(H1/E1)
θ2=tan-1(H2/E1)


θ8=tan-1(H8/E1)
θ9=tan-1(H9/E1)
tan-1は逆正接関数を表し、「θi=tan-1(Hi/E1)」の関係である。
With respect to the center of the optical axis as a reference, the angle of each line connecting the eye point 13 and each of the apertures 6c is represented as θi, where i represents any natural number from 1 to 9.
θ1=tan -1 (H1/E1)
θ2=tan -1 (H2/E1)


θ8=tan -1 (H8/E1)
θ9=tan -1 (H9/E1)
Tan −1 represents the arctangent function, and the relationship is “θi=tan −1 (Hi/E1)”.

第2の面6b上での複数の開口部6cのピッチP2は、下記式(2)に示すとおりである。
P2=E2×tanθ1 (2)
図10では光軸中心を基準として右半面を説明したが、光軸に関して対称な構成であるので左半面についても前記と同様の関係が成り立つ。
The pitch P2 of the multiple openings 6c on the second surface 6b is as shown in the following formula (2).
P2=E2×tanθ1 (2)
In FIG. 10, the right half surface has been described with reference to the center of the optical axis, but the same relationship as above also applies to the left half surface since the configuration is symmetrical with respect to the optical axis.

アイポイント13の位置を基準として、使用者の目から接眼レンズ系10を見た場合、複数の開口部6cを通して接眼レンズ系10が見える。壁部6dについては使用者の目に到達する光の方向と略平行になっているので、殆ど視認できなくなっている。また、アイポイント13に使用者の目が存在する場合には、第1の面6aは目に近接しており、目視のピントは合わない。壁部6dは厚みが薄く作成されているので、壁部6dの入り口部分の平面部も殆ど視認できない。また、図9と図11に示されている様に、本実施例では開口部間の壁部6dの厚みは、目側とレンズ側で等しく形成されている。 When the eyepiece lens system 10 is viewed from the user's eye with the position of the eyepoint 13 as a reference, the eyepiece lens system 10 is seen through the multiple openings 6c. The wall 6d is almost parallel to the direction of light reaching the user's eye, so it is almost invisible. Also, when the user's eye is at the eyepoint 13, the first surface 6a is close to the eye and the focus is not correct. The wall 6d is made thin, so the flat surface at the entrance of the wall 6d is almost invisible. Also, as shown in Figures 9 and 11, in this embodiment, the thickness of the wall 6d between the openings is formed to be equal on the eye side and the lens side.

使用者はアイポイント13の付近からのみ表示情報の視認が可能であり、目の位置をアイポイント13の付近に固定する必要がある。本実施例では、頭部装着部5により使用者の頭部とHMD1との相対位置関係を固定することでアイポイント13の位置に目を置くことを実現している。 The user can only view the displayed information from the vicinity of eyepoint 13, and the position of the eyes must be fixed near eyepoint 13. In this embodiment, the head mounting unit 5 fixes the relative positional relationship between the user's head and the HMD 1, thereby enabling the eyes to be placed at the position of eyepoint 13.

本実施例では、ファインダーの光路中に配置される角度選択型透過素子6が光束の通過方向を所定範囲に制限する複数の開口部6cを有する。少なくとも2つの領域でファインダー光の通過方向が制限される角度範囲が異なる(図10参照)。つまりファインダー光束に対する第1の領域としての中心位置での通過方向を制限する第1の角度(レンズ光軸方向角度)と、前記光束に対する第2の領域としての周辺位置での通過方向を制限する第2の角度(θ1)とが異なる。光通過方向の制限手段はアイポイント13から接眼レンズ系10に向かう放射状の複数の開口部6cにより構成される。また、本実施例では更に、θ2~θ9の8つの領域を含め、10種類の光通過方向を設けている。したがって、アイポイント以外の方向からの光を制限または遮断することが可能である。 In this embodiment, the angle-selective transmission element 6 arranged in the optical path of the viewfinder has multiple openings 6c that limit the passing direction of the light beam to a predetermined range. The angle range in which the passing direction of the viewfinder light is limited is different in at least two regions (see FIG. 10). In other words, the first angle (lens optical axis direction angle) that limits the passing direction at the center position as the first region for the viewfinder light beam is different from the second angle (θ1) that limits the passing direction at the peripheral position as the second region for the light beam. The light passing direction limiting means is composed of multiple openings 6c that radiate from the eye point 13 toward the eyepiece lens system 10. In addition, in this embodiment, ten types of light passing directions are provided, including eight regions θ2 to θ9. Therefore, it is possible to limit or block light from directions other than the eye point.

本実施例によれば、使用者の後方からの外光に起因するゴーストを低減しつつ、周辺部のケラレを伴わずに接眼観察が可能な角度選択型透過素子を提供することができる。 This embodiment provides an angle-selectable transmission element that reduces ghosting caused by external light from behind the user while allowing ocular observation without vignetting at the edges.

[第1実施例の変形例]
図12から図18を参照して、第1実施例の変形例を説明する。図12は、角度選択型透過素子6の第1の面6a、第2の面6bに設けられる開口部6cの形状を模式的に示す図である。図12(A)は、第1実施例で説明したように、角度選択型透過素子6の第1の面6a、第2の面6bに設けられる複数の開口部6cが正六角形で構成された場合である。この場合、開口率が最も大きくなるとともに、柔軟性(衝撃吸収力)が一番高い構造となる。
[Modification of the first embodiment]
Modifications of the first embodiment will be described with reference to Fig. 12 to Fig. 18. Fig. 12 is a diagram showing the shape of the openings 6c provided on the first surface 6a and the second surface 6b of the angle-selective transmission element 6. Fig. 12(A) shows a case where the multiple openings 6c provided on the first surface 6a and the second surface 6b of the angle-selective transmission element 6 are formed in a regular hexagonal shape, as described in the first embodiment. In this case, the aperture ratio is the largest, and the structure has the highest flexibility (shock absorption capacity).

変形例では開口部6cの形状例を説明する。1種類で平面を充填できる正多角形は、正六角形の他に、図12(B)に示す正三角形と、図12(C)に示す正四角形(正方形)がある。これら3種類の形状は正平面充填形と呼ばれている。その中でも正三角形は、一番強度に優れており、用途に応じて開口部6cの形状を選択することが可能である。 In the modified example, examples of the shape of the opening 6c will be described. In addition to the regular hexagon, regular polygons that can fill a plane with one type also include the equilateral triangle shown in FIG. 12(B) and the regular quadrilateral (square) shown in FIG. 12(C). These three types of shapes are called regular plane fillings. Of these, the equilateral triangle has the greatest strength, and the shape of the opening 6c can be selected depending on the application.

また、角度選択型透過素子6の第1の面6a、第2の面6bに設けられる複数の開口部6cを、複数の正多角形のみで構成することができる。それらは、平面を充填できる頂点形状が一様なアルキメデスの平面充填と呼ばれており、8種類の形状がある。その中で正三角形と正六角形を組み合わせたものは2種類ある。図12(D)と図12(E)は正三角形と正六角形との組み合わせの例を示している。複数の正多角形を用いた構成により、それぞれの形状の長所を組み合わせて角度選択型透過素子6を作成することができる。その他に平面充填が可能な形状には、多角形による平面充填、非周期充填、または、中心のある充填(螺旋充填、放射充填等)がある。これらについても用途に応じて開口部6cの形状に適用することができる。 The multiple openings 6c provided on the first surface 6a and the second surface 6b of the angle-selective transmission element 6 can be composed of multiple regular polygons only. These are called Archimedean tessellations, which have uniform vertex shapes that can fill a plane, and there are eight different shapes. Among them, there are two types that combine equilateral triangles and regular hexagons. Figures 12(D) and 12(E) show examples of combinations of equilateral triangles and regular hexagons. By using a configuration using multiple regular polygons, the angle-selective transmission element 6 can be created by combining the advantages of each shape. Other shapes that can be used for plane tessellation include polygonal plane tessellation, non-periodic tessellation, and tessellation with a center (spiral tessellation, radial tessellation, etc.). These can also be applied to the shape of the openings 6c depending on the application.

図13では開口が異なる複数の領域を有する変形例を示す。図13(A)は角度選択型透過素子6の第2の面6bを示し、図13(B)は図13(A)におけるF部の詳細図である。角度選択型透過素子6の開口部を部分的に変更した構成を示す。開口の広い部分6cと開口の狭い部分6fとを混合することで、開口率の向上と不要光の低減との両立を図り易くなる。 Figure 13 shows a modified example having multiple regions with different apertures. Figure 13(A) shows the second surface 6b of the angle-selective transmission element 6, and Figure 13(B) is a detailed view of part F in Figure 13(A). This shows a configuration in which the aperture of the angle-selective transmission element 6 is partially modified. By mixing the wide aperture portion 6c and the narrow aperture portion 6f, it becomes easier to achieve both an improvement in the aperture ratio and a reduction in unnecessary light.

図14、図15を参照して、使用者の頭部の側面部を通過する光について説明する。図14は図5とは別の光路を示す断面図であり、図15は図14におけるG部の詳細図である。図14の光線55や図15の光線55a,55b,55cは、使用者の頭部の側面部を通過した光を表す。複数の開口部6cの内部に入った光は壁部6dで反射するが、頭部の中央に近づくにつれ反射回数が少なくなる。そのため、反射光が十分に減衰しない場合、ゴーストの原因となる光を一律に低減できない。 With reference to Figures 14 and 15, the light passing through the side of the user's head will be described. Figure 14 is a cross-sectional view showing a different optical path from that of Figure 5, and Figure 15 is a detailed view of part G in Figure 14. Light ray 55 in Figure 14 and light rays 55a, 55b, and 55c in Figure 15 represent light that has passed through the side of the user's head. Light that enters the multiple openings 6c is reflected by wall 6d, but the number of reflections decreases as it approaches the center of the head. Therefore, if the reflected light is not sufficiently attenuated, the light that causes ghosts cannot be uniformly reduced.

変形例の詳細図を図16に示す。図16は開口部6fを頭部の中央側に配置したときの光路を示している。使用者の両目の中央に向かう領域における開口部6fの開口は、両目の中央から離れた領域における開口部の開口より狭くなっている。変形例では開口を狭くすることで光線の反射回数が増え、減衰しやすくなる。また、角度選択型透過素子6の中央には開口の広い開口部6cが配置されているので、接眼レンズ系10の見え方が損われることはない。 A detailed diagram of the modified example is shown in Figure 16. Figure 16 shows the light path when the opening 6f is placed toward the center of the head. The opening of the opening 6f in the area toward the center of the user's eyes is narrower than the opening in the area away from the center of the eyes. In the modified example, narrowing the opening increases the number of times the light rays are reflected, making them more likely to be attenuated. Also, because the opening 6c with a wide opening is placed in the center of the angle-selective transmission element 6, the view through the eyepiece lens system 10 is not impaired.

また、開口を狭くする代りに、角度選択型透過素子6の部材厚を部分的に変える方法がある。図17、図18を参照して使用者の頭部の側面部を通過する光について説明する。図17は図5とは別の光路を示す断面図であり、図18は図17におけるH部の詳細図である。光線55,55a,55b,55cについては図14、図15で説明したとおりである。使用者の両目の中央に向かう領域における開口部の管長は、両目の中央から離れた領域における開口部の管長より長くなっている。 Instead of narrowing the opening, there is a method of partially changing the material thickness of the angle-selective transmission element 6. With reference to Figures 17 and 18, the light passing through the side of the user's head will be described. Figure 17 is a cross-sectional view showing a different optical path from Figure 5, and Figure 18 is a detailed view of part H in Figure 17. The light rays 55, 55a, 55b, and 55c are as described in Figures 14 and 15. The tubular length of the opening in the area toward the center of the user's eyes is longer than the tubular length of the opening in the area away from the center of the eyes.

図17、図18に示す変形例において、角度選択型透過素子6のファインダー光線の入り口側である面6gは接眼レンズ系10の曲面に沿う曲面形状に形成されている。使用者の頭部の中央側において開口部6cの管長が増すことで光線の反射回数は増え、減衰しやすくなる。 In the modified example shown in Figures 17 and 18, the surface 6g on the entrance side of the viewfinder light beam of the angle-selective transmission element 6 is formed in a curved shape that follows the curved surface of the eyepiece lens system 10. By increasing the tube length of the opening 6c toward the center of the user's head, the number of reflections of the light beam increases, making it easier to attenuate.

[第2実施例]
次に、本発明の第2実施例について説明する。本実施例では角度選択型透過素子を金属板の積層構造で作成する場合の例を示す。本実施例にて第1実施例と同様の事項については詳細な説明を省略し、主に相違点を説明する。このような説明の省略方法は後述の実施例でも同じである。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, an example is shown in which an angle-selective transmission element is made of a laminated structure of metal plates. In this embodiment, detailed explanations of matters similar to those in the first embodiment will be omitted, and differences will be mainly explained. The method of omitting such explanations will be the same in the embodiments described later.

図19は、複数の金属板を積層して作成した角度選択型透過素子20の外観図である。同図に示す面は接眼レンズ系側の面20bであり、反対側の面が目側の面20aである。角度選択型透過素子20には、第1実施例と同様に複数の開口部20cが設けられている。 Figure 19 is an external view of an angle-selective transmission element 20 made by stacking multiple metal plates. The surface shown in the figure is the surface 20b on the eyepiece lens system side, and the opposite surface is the surface 20a on the eye side. The angle-selective transmission element 20 has multiple openings 20c, similar to the first embodiment.

図20は角度選択型透過素子20の分解斜視図である。角度選択型透過素子20は19枚のアルミニウム板19により構成されている。アルミニウム板19には、エッチングで丸穴を形成することで複数の開口部20cが設けられている。丸穴の直径は19枚のアルミニウム板で等しいが、ピッチは異なっている。 Figure 20 is an exploded perspective view of the angle-selective transmission element 20. The angle-selective transmission element 20 is composed of 19 aluminum plates 19. The aluminum plates 19 are provided with multiple openings 20c by forming circular holes by etching. The diameter of the circular holes is the same for all 19 aluminum plates, but the pitch is different.

図21(A)は複数のアルミニウム板19が積層された状態を示す部分断面図である。図21(A)の上側が接眼レンズ系側であり、図14の下側が目側である。積層された状態での開口部20cは第1実施例と同じくアイポイント位置を向いている。アルミニウム板19に設けられた複数の開口部20cの開口径の大きさは、積層するアルミニウム板ごとに異なっており、目側の開口部20aが一番小さく、接眼レンズ系側の開口部20bが一番大きく構成されている。また、光束の通過方向を制限する領域は、アルミニウム板19に設けられた開口部20cの開口径の中心位置が、積層されるアルミニウム板の前後で異なるように構成することで形成されている。 Figure 21 (A) is a partial cross-sectional view showing a state in which multiple aluminum plates 19 are stacked. The upper side of Figure 21 (A) is the eyepiece lens system side, and the lower side of Figure 14 is the eye side. In the stacked state, the opening 20c faces the eyepoint position as in the first embodiment. The size of the opening diameter of the multiple openings 20c provided in the aluminum plates 19 varies for each aluminum plate to be stacked, with the opening 20a on the eye side being the smallest and the opening 20b on the eyepiece lens system side being the largest. In addition, the area that limits the direction in which the light beam passes is formed by configuring the center position of the opening diameter of the openings 20c provided in the aluminum plates 19 to be different at the front and rear of the stacked aluminum plates.

本実施例では1枚のアルミニウム板19に設けられた複数の開口部20cの開口径が均一であり、積層されたアルミニウム板ごとにピッチが異なっているので、穴と穴との間の壁の幅が変化している。金属板の積層後に拡散接合により一体化し、その後につや消しアルマイト処理を行うことで全体の反射防止処理が行われる。 In this embodiment, the opening diameter of the multiple openings 20c provided in one aluminum plate 19 is uniform, and the pitch is different for each stacked aluminum plate, so the width of the walls between the holes varies. After the metal plates are stacked, they are integrated by diffusion bonding, and then matte anodized to provide an anti-reflection treatment for the entire plate.

光束の通過方向を制限する複数の開口部20cは壁部20dによって仕切られており、光束の通過方向と平行でない少なくとも2方向以上の壁面で構成されている。図21を用いて、具体的に説明する。 The multiple openings 20c that limit the direction in which the light beam passes are separated by walls 20d and are made up of walls in at least two directions that are not parallel to the direction in which the light beam passes. A detailed explanation will be given using Figure 21.

図21(A)に示す角度選択型透過素子の壁部の詳細図において、壁部20dは壁面20d1と壁面20d2により構成されている。図21(B)は、積層された複数のアルミニウム板のうちの1枚のアルミニウム板19の断面図である。アルミニウム板19に設けられた開口部20cには、シャープエッジ形状部20eが設けられていてもよい。アルミニウム板19に設けられたシャープエッジ形状部20eおよび壁部20dに施された反射防止処理により、反射光の減衰量を大きくすることができる。 In the detailed view of the wall of the angle-selective transmission element shown in FIG. 21(A), the wall 20d is composed of wall surface 20d1 and wall surface 20d2. FIG. 21(B) is a cross-sectional view of one aluminum plate 19 of the multiple laminated aluminum plates. The opening 20c provided in the aluminum plate 19 may be provided with a sharp edge shape portion 20e. The sharp edge shape portion 20e provided in the aluminum plate 19 and the anti-reflection treatment applied to the wall 20d can increase the amount of attenuation of reflected light.

本実施例では、角度選択型透過素子20における一方の側(目側)にガラス(不図示)を配置することでゴミの侵入を防止している。また、ガラスの両方の表面には反射防止コーティングが施されている。本実施例によれば、複数の金属板を積層した構成により、前記実施例と同様の効果を奏する角度選択型透過素子を実現できる。 In this embodiment, glass (not shown) is placed on one side (eye side) of the angle-selective transmission element 20 to prevent dust from entering. In addition, an anti-reflection coating is applied to both surfaces of the glass. According to this embodiment, an angle-selective transmission element that achieves the same effect as the previous embodiment can be realized by using a configuration in which multiple metal plates are stacked.

光軸方向に積層した金属板について、光路に合わせるために穴のピッチが異なる形態を実現する手段として、1枚の金属板に設けられた複数の開口部の開口径を均一とし、穴と穴との間隔を異ならせることが行われる。その効果としては、金属板の加工が容易であることと、ゴーストの原因となる光を遮光しやすいことが挙げられる。 As a means of realizing a form in which the hole pitch is different to match the optical path for metal plates stacked in the optical axis direction, the opening diameter of multiple openings in one metal plate is made uniform and the distance between the holes is made different. The benefits of this include making the metal plate easier to process and making it easier to block light that causes ghosts.

一方で、光路に合わせた開口を形成する別の手段として、前述のように複数の開口部20cの開口径を異ならせることが行われる。このとき、接眼レンズ系の射出瞳では拡散している光がアイポイントへと結像していく光路に沿って、接眼レンズ系に近い金属板ほど開口サイズを大きく、アイポイントに近い金属板ほど開口サイズを小さくすることが合理的である。その形状としては特に、アイポイントを頂点とする錐体とすることが望ましい。 On the other hand, as another method for forming an aperture that matches the optical path, the aperture diameters of the multiple openings 20c are made different as described above. In this case, it is reasonable to make the aperture size larger for metal plates closer to the eyepiece system and smaller for metal plates closer to the eyepoint along the optical path where light diffusing at the exit pupil of the eyepiece system is focused on the eyepoint. In particular, it is desirable for the shape to be a cone with the eyepoint as its apex.

図22は、角度選択型透過素子の開口部とアイポイントとの関係を示す模式図である。前述のように、アイポイントを頂点とする錐体として開口を設ける際の、複数の金属板の開口部を例示している。図22には光軸60と、最も目側にある接眼レンズ61、遮光のための金属板62a~c、およびアイポイントの点63を示す。金属板62a~cの開口部は、破線で示すようにアイポイントの点63を頂点とする錐体形状になるように設けられている。 Figure 22 is a schematic diagram showing the relationship between the opening of an angle-selective transmission element and the eyepoint. As mentioned above, this shows an example of openings in multiple metal plates when the opening is provided as a cone with the eyepoint as its apex. Figure 22 shows an optical axis 60, an eyepiece lens 61 closest to the eye, metal plates 62a-c for blocking light, and eyepoint 63. The openings in metal plates 62a-c are provided to form a cone shape with eyepoint 63 as its apex, as shown by the dashed line.

ところで図22に示す形態では、適切に像の見える視野領域であるアイボックスが小さくなり、目の位置がアイポイントから少しずれただけでも像のケラレ等が発生する可能性がある。このような状況に対して、アイポイントに近い金属板については、開口を錐体に沿った形状から拡大することが有効である。この錐体からの開口拡大量については、アイポイントに近い金属板ほど大きくすることで、アイボックスの拡大の効果が見込まれる。このことは、後述する第4実施例のように間隙を持って金属板(マスク部材)を配置する場合にも同様である。 However, in the configuration shown in FIG. 22, the eyebox, which is the visual field area in which an image can be seen properly, becomes small, and even a slight deviation of the eye position from the eyepoint can result in vignetting of the image. In such a situation, it is effective to enlarge the opening of the metal plate close to the eyepoint from a shape that follows the cone. By making the amount of opening enlargement from the cone larger for metal plates closer to the eyepoint, the effect of enlarging the eyebox can be expected. This is also true when metal plates (mask members) are placed with a gap in between, as in the fourth embodiment described below.

図23は、図22に対して、アイポイントの位置を移動した状態を示す図である。図23(A)は、アイボックス拡大のためにアイポイントに近い金属板の開口拡大領域を例示した図である。図23(B)は、着目する開口拡大領域を示すための拡大図である。点64は、アイボックス拡大時のアイボックス端のアイポイントに相当する点である。破線で示すように、表示領域の上線は点64のアイポイントの位置からは開口に阻まれ、像にケラレが発生してしまう。そこで、領域65b,65cに相当する部分で開口を拡大することにより、点64のアイポイント位置からでもケラレの発生を抑制し、適切に像を観察することが可能となる。これにより、点63のみならず点64の位置でも適切に像を観察できるので、アイボックスの拡大が可能となる。 Figure 23 is a diagram showing the state in which the eyepoint position has been moved with respect to Figure 22. Figure 23 (A) is a diagram showing an example of an enlarged aperture area of a metal plate close to the eyepoint for enlarging the eyebox. Figure 23 (B) is an enlarged diagram showing the enlarged aperture area of interest. Point 64 is a point corresponding to the eyepoint at the end of the eyebox when the eyebox is enlarged. As shown by the dashed line, the upper line of the display area is blocked by the aperture from the eyepoint position of point 64, and vignetting occurs in the image. Therefore, by enlarging the aperture in the parts corresponding to regions 65b and 65c, it is possible to suppress the occurrence of vignetting even from the eyepoint position of point 64, and to properly observe the image. As a result, the image can be properly observed not only at point 63 but also at point 64, making it possible to enlarge the eyebox.

図23(B)を参照して開口拡大量について説明する。開口拡大量については、接眼レンズとマスク部材(金属板)との距離に比例して拡大することが合理的である。すなわち、接眼レンズ面から金属板62b,62cまでの距離をそれぞれdb,dcと表記する。適当な比例係数kを用いて、「領域65bに相当する開口拡大量=k×db」、「領域65cに相当する開口拡大量=k×dc」として開口が拡大される。これにより、接眼レンズ位置の像とアイボックス端位置でのアイポイント(点64)とを結ぶ光路を確保し、点64で示すアイポイントの位置においてもケラレのない良好な像を得ることが可能となる。なお、図23では開口拡大量が接眼レンズ面からの距離に比例する構成を説明したが、この例に限定されない。複数の板またはマスク部材がアイポイント側に有する開口部の開口は、接眼レンズ系に最も近い板またはマスク部材が有する開口部の開口とアイポイントとを結ぶ線に対して拡大されていればよい。3枚以上の板またはマスク部材が有する、少なくとも一部の開口部にて領域65b,65cに相当する部分を削除して開口を広げることにより、十分なアイボックスの確保が可能である。 The amount of aperture expansion will be described with reference to FIG. 23(B). It is reasonable to expand the amount of aperture expansion in proportion to the distance between the eyepiece and the mask member (metal plate). That is, the distances from the eyepiece surface to the metal plates 62b and 62c are denoted as db and dc, respectively. Using an appropriate proportionality coefficient k, the aperture is expanded as "aperture expansion amount corresponding to region 65b = k x db" and "aperture expansion amount corresponding to region 65c = k x dc". This ensures an optical path connecting the image at the eyepiece position and the eye point (point 64) at the eye box edge position, and makes it possible to obtain a good image without vignetting even at the eye point position indicated by point 64. Note that, although FIG. 23 describes a configuration in which the amount of aperture expansion is proportional to the distance from the eyepiece surface, this is not a limitation. The openings of the openings that the multiple plates or mask members have on the eye point side may be expanded relative to the line connecting the opening of the opening of the plate or mask member closest to the eyepiece system and the eye point. By removing the areas corresponding to areas 65b and 65c in at least some of the openings in three or more plates or mask members to widen the openings, it is possible to ensure a sufficient eye box.

[第3実施例]
図24および図25を参照して、本発明の第3実施例を説明する。本実施例の角度選択型透過素子は複数種のルーバーフィルムを用いて構成される。
[Third Example]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 24 and 25. The angle-selective transmission element of this embodiment is constructed using a plurality of types of louver films.

図24は複数種のルーバーフィルムの組み合わせで角度選択型透過素子を実現する例を模式的に示す構成図である。ルーバーフィルムは透明フィルム内部に板状の不透明部が規則的に配置された構成を有し、光の通過方向を制御することが可能である。 Figure 24 is a schematic diagram showing an example of an angle-selective transmission element that is realized by combining multiple types of louver films. The louver film has a structure in which plate-shaped opaque parts are regularly arranged inside a transparent film, making it possible to control the direction in which light passes.

図24に示されるように、本実施例の角度選択型透過素子を構成するルーバーフィルムは、ファインダー光軸を中心として複数の領域33~35に分割されている。ファインダー光軸に対して平行な光線30の角度、つまり第1の角度をゼロと定義する。光線31はファインダー光軸に対して傾斜した角度をもつ第2の角度の光を表し、光線32は第3の角度の光を表す。第3の角度は第2の角度よりも大きいものとする。 As shown in Figure 24, the louver film constituting the angle-selective transmission element of this embodiment is divided into multiple regions 33-35 centered around the viewfinder optical axis. The angle of light ray 30 parallel to the viewfinder optical axis, i.e., the first angle, is defined as zero. Light ray 31 represents light at a second angle that is inclined to the viewfinder optical axis, and light ray 32 represents light at a third angle. The third angle is larger than the second angle.

図24に示す例にて、第1領域33は、ファインダー光軸に平行(第1の角度)であって、図24の奥行き方向(紙面に垂直な方向)に延在する不透明部を有する。第2領域34は第2の角度に平行で図24の奥行き方向に延在する不透明部を有する。第3領域35は第3の角度に平行で図24の奥行き方向に延在する不透明部を有する。 In the example shown in FIG. 24, the first region 33 has an opaque portion that is parallel to the viewfinder optical axis (first angle) and extends in the depth direction of FIG. 24 (direction perpendicular to the paper surface). The second region 34 has an opaque portion that is parallel to the second angle and extends in the depth direction of FIG. 24. The third region 35 has an opaque portion that is parallel to the third angle and extends in the depth direction of FIG. 24.

図25は図24の構成の平面方向の配置を示す図であり、ファインダー光軸に沿う方向から見た場合の模式図である。本実施例では、ファインダー光軸を中心として回転方向にて8分割された領域にフィルムが配置される。ファインダー光軸に最も近い第1領域33の形状は略正八角形であり、その外側に隣接する第2領域34は8分割された領域から構成される。同様に、第2領域34の外側に隣接する第3領域35は8分割された領域から構成される。図25に示されている各領域はファインダー光軸を中心として回転対称に配置される。なお、本実施例に示す分割の仕方は例示であって、分割数等は任意に設定可能である。 Figure 25 is a diagram showing the planar arrangement of the configuration of Figure 24, and is a schematic diagram when viewed from a direction along the viewfinder optical axis. In this embodiment, the film is arranged in eight regions divided in the rotational direction around the viewfinder optical axis. The shape of the first region 33 closest to the viewfinder optical axis is a roughly regular octagon, and the second region 34 adjacent to the outside of it is composed of eight divided regions. Similarly, the third region 35 adjacent to the outside of the second region 34 is composed of eight divided regions. Each region shown in Figure 25 is arranged rotationally symmetrically around the viewfinder optical axis. Note that the division method shown in this embodiment is an example, and the number of divisions, etc. can be set arbitrarily.

本実施例によれば、不透明フィルムと透明フィルムを積層して、光をカットする方向を変える方法で作成された複数種のルーバーフィルムを組み合わせることにより、前記実施例と同様の角度選択型透過素子を構成することができる。 According to this embodiment, an angle-selective transmission element similar to that of the previous embodiment can be constructed by combining multiple types of louver films that are created by laminating opaque and transparent films and changing the direction in which light is cut.

[第4実施例]
図26および図27を参照して、本発明の第4実施例を説明する。本実施例では、複数のマスク部材(金属板)を所定の間隔で配置した構造をもつ、角度選択型透過素子の例を示す。
[Fourth embodiment]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 26 and 27. In this embodiment, an example of an angle-selective transmission element having a structure in which a plurality of mask members (metal plates) are arranged at predetermined intervals will be shown.

図26は分離積層角度選択型の透過素子40を示す図である。図26上に見える面は接眼レンズ系側の面40bであり、反対側の面は目側の面40aである。透過素子40は、第2実施例にて説明した複数の金属板を間欠的に配置することで実現される。 Figure 26 shows a separate stacked angle selection type transmission element 40. The surface visible in Figure 26 is surface 40b on the eyepiece lens system side, and the opposite surface is surface 40a on the eye side. The transmission element 40 is realized by intermittently arranging multiple metal plates as described in the second embodiment.

図27は透過素子40の部分断面図である。透過素子40は複数のマスク部材およびスペーサ(離隔部材)を重ね合わせた構成である。例えば、第1マスク41の一方の面側には第1スペーサ50が配置されている。その次(図27の上側)に、第2マスク42が位置し、さらに第2スペーサ51が配置されている。以下、同様にして第3マスク43および第3スペーサ52、第4マスク44および第4スペーサ53、第5マスク45および第5スペーサ54が配置され、さらに第6マスク46が配置されている。このように、第1~第6マスクの間に第1~第5スペーサがそれぞれ配置されてマスク部材間に間隙が形成された構成である。 Figure 27 is a partial cross-sectional view of the transmission element 40. The transmission element 40 is configured by overlapping multiple mask members and spacers (separation members). For example, a first spacer 50 is arranged on one side of the first mask 41. Next (on the upper side of Figure 27), a second mask 42 is positioned, and a second spacer 51 is further arranged. Similarly, a third mask 43 and a third spacer 52, a fourth mask 44 and a fourth spacer 53, a fifth mask 45 and a fifth spacer 54 are arranged, and a sixth mask 46 is further arranged. In this way, the first to fifth spacers are arranged between the first to sixth masks, respectively, forming gaps between the mask members.

図27にてファインダー光軸47と、アイポイントの位置(不図示)に向かう方向を1点鎖線で示している。透過素子40が有する複数の開口部については、第1マスク41~第6マスク46で示す各層とファインダー光軸47からの距離に応じて位置が変化している。光線48で示す中間の光束を例にすると、図27の開口部41a~46aが光束の方向に沿って配置されている。つまり、第1マスク41には開口部41a、第2マスク42には開口部42a、第3マスク43には開口部43a、第4マスク44には開口部44a、第5マスク45には開口45a、第6マスク46には開口部46aがそれぞれ設けられている。ファインダー光軸47を基準として、開口部41aまでの距離が最も小さく、開口部46aまでの距離が最も大きい。 In FIG. 27, the viewfinder optical axis 47 and the direction toward the eyepoint position (not shown) are indicated by dashed lines. The positions of the multiple openings of the transmission element 40 change depending on the distance from each layer indicated by the first mask 41 to the sixth mask 46 and the viewfinder optical axis 47. Taking the intermediate light beam indicated by the light ray 48 as an example, the openings 41a to 46a in FIG. 27 are arranged along the direction of the light beam. That is, the first mask 41 has an opening 41a, the second mask 42 has an opening 42a, the third mask 43 has an opening 43a, the fourth mask 44 has an opening 44a, the fifth mask 45 has an opening 45a, and the sixth mask 46 has an opening 46a. With the viewfinder optical axis 47 as a reference, the distance to the opening 41a is the shortest, and the distance to the opening 46a is the longest.

隣り合うマスク部材同士に間隙がある場合、ゴーストに関して、その間隙を通過するクロストーク光が接眼レンズ系に到達する可能性がある。本実施例では、クロストーク光の低減対策が講じられている。ゴーストの原因となる光の一例を図27の光線群49として示す。例えば、第1マスク41の開口部41aを通過した光は、開口部間のつなぎ領域42b、43b、44b、45bにより遮られる。つなぎ領域42b、43b、44b、45bは第2マスク42から第5マスク45にそれぞれ設けられており、各領域が有する遮光(または減光)機能によって不要光が接眼レンズ系に到達しない構成となっている。 When there is a gap between adjacent mask members, there is a possibility that crosstalk light passing through the gap may reach the eyepiece lens system, which may result in ghosting. In this embodiment, measures are taken to reduce crosstalk light. An example of light that may cause ghosting is shown as light beam group 49 in FIG. 27. For example, light that passes through opening 41a of first mask 41 is blocked by connecting regions 42b, 43b, 44b, and 45b between the openings. Connecting regions 42b, 43b, 44b, and 45b are provided in second mask 42 to fifth mask 45, respectively, and the light-blocking (or light-reducing) function of each region prevents unnecessary light from reaching the eyepiece lens system.

また、この遮光(または減光)機能に関しては、つなぎ領域42b、43b、44b、45bによって光線群49で示すような入射光を遮光しなくとも、接眼レンズ面による反射光を遮光してもよい。すなわち、開口部41aを通過する光路が接眼レンズ面に達したとしても、その反射光が他の開口部から出る前に、つなぎ領域42b、43b、44b、45bによって遮光する構成がある。入射光路のみで遮光または減光を行う構成に対し、つなぎ領域の設計自由度を向上させることが可能である。 In addition, with regard to this light blocking (or light reduction) function, the connecting regions 42b, 43b, 44b, and 45b may block the reflected light from the eyepiece lens surface without blocking the incident light as shown by the group of rays 49. In other words, even if the optical path passing through the opening 41a reaches the eyepiece lens surface, the connecting regions 42b, 43b, 44b, and 45b may block the reflected light before it exits from another opening. Compared to a configuration in which light blocking or light reduction is performed only on the incident optical path, it is possible to improve the design freedom of the connecting regions.

本実施例に示す透過素子40は、その一方の面側(使用者の目側)にガラス(不図示)が配置されており、ゴミの侵入が防止される。ガラスには両面に反射防止コーティングが施されている。 The transmission element 40 shown in this embodiment has glass (not shown) on one side (the side facing the user's eye) to prevent dust from entering. The glass has an anti-reflective coating on both sides.

本実施例によれば、複数のマスク部材の間に離隔部材をそれぞれ配置した、複数の間隙を有する構成において、前記実施例と同様の効果を奏する角度選択型透過素子を実現できる。 According to this embodiment, in a configuration having multiple gaps in which separation members are disposed between multiple mask members, it is possible to realize an angle-selective transmission element that achieves the same effect as the previous embodiment.

前記実施例で説明した構成により、使用者の後方から到来する光を起因とするゴーストを低減しつつ、表示情報の接眼観察が可能な光学素子および光学機器を提供できる。つまり使用者が目を光学系に数センチメートル以下程度まで近づけている用途(ファインダーやHMD)でも周辺部のケラレを生じさせることなく表示情報の観察が可能である。また前記実施例の角度選択型透過素子を用いたファインダーの使用時には視野を十分に確保することが可能であり、使用者は周囲の状況を把握できる。例えば、ファインダーにゴム製アイカップを取り付ける方法では、顔と接眼部分との間を隙間なく密着させる必要性からアイカップが大型化する可能性がある。双眼鏡やHMDのように使用者が両目で観察する機器では、アイカップの大型化は視野を狭くし、使用者が周囲の状況を把握しにくくなるので移動中の使用が制限される。本発明に係る角度選択型透過素子をファインダーに適用することは、このような問題の解決(アイカップの不要化または小サイズ化)に有効である。 The configuration described in the above embodiment provides an optical element and optical device that allows the user to observe the displayed information through the eyepiece while reducing ghosting caused by light coming from behind the user. In other words, even in applications (finders and HMDs) where the user's eyes are close to the optical system to within a few centimeters, the displayed information can be observed without causing peripheral vignetting. In addition, when using a finder using the angle-selective transmission element of the above embodiment, it is possible to ensure a sufficient field of view, allowing the user to grasp the surrounding situation. For example, in a method of attaching a rubber eyecup to a finder, the eyecup may become large due to the need to ensure close contact between the face and the eyepiece without any gaps. In devices that the user observes with both eyes, such as binoculars and HMDs, a large eyecup narrows the field of view and makes it difficult for the user to grasp the surrounding situation, limiting use while moving. Applying the angle-selective transmission element of the present invention to a finder is effective in solving such problems (eliminating the need for eyecups or reducing their size).

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。 The above describes preferred embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and variations are possible within the scope of the gist of the invention.

1 HMD(表示装置)
6,7 角度選択型透過素子
6c 開口部


1 HMD (display device)
6, 7 Angle-selective transmission element 6c Aperture


Claims (23)

光路中に配置され、複数の開口部を有する角度選択型透過素子であって、
前記複数の開口部により構成され、光束の通過方向を制限する制限手段を有し、
前記制限手段における前記光束の通過部は、3次元的に予め定められた点を中心として放射状に形成されており、前記開口部の内部に空気との屈折率差が0.1以下の物質が充填されている
ことを特徴とする角度選択型透過素子。
An angle-selective transmission element disposed in an optical path and having a plurality of apertures,
a limiting means configured by the plurality of openings and limiting a passing direction of a light beam;
an angle-selective transmission element, characterized in that the passage portion of the light beam in the limiting means is formed radially from a point that is three-dimensionally predetermined as a center, and the inside of the opening is filled with a material whose refractive index difference with air is 0.1 or less.
前記光束の通過部は、前記角度選択型透過素子から離れた光軸上の点を中心として放射状に形成されている
ことを特徴とする請求項に記載の角度選択型透過素子。
The angle-selective transmission element according to claim 1 , wherein the light flux passing portions are formed radially from a point on the optical axis away from the angle-selective transmission element as a center.
表面に反射防止処理が施されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の角度選択型透過素子。
3. The angle-selective transmission element according to claim 1, wherein a surface thereof is subjected to an anti-reflection treatment.
前記角度選択型透過素子にて前記複数の開口部を有する第1の面と第2の面は、正平面充填形で構成される
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の角度選択型透過素子。
The angle-selective transmission element according to claim 1 , wherein the first surface and the second surface having the plurality of openings in the angle-selective transmission element are configured in a regular plane tessellation shape.
前記角度選択型透過素子にて前記複数の開口部を有する第1の面と第2の面は、複数の種類の正多角形によるアルキメデスの平面充填形で構成される
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の角度選択型透過素子。
The angle-selective transmission element according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the first surface and the second surface having the plurality of openings in the angle-selective transmission element are configured as Archimedean tessellations using a plurality of types of regular polygons.
前記物質は空気を90%以上含む多孔質の透明物質である
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の角度選択型透過素子。
6. The angle-selective transmission element according to claim 1, wherein the substance is a porous transparent substance containing 90% or more of air.
前記複数の開口部は壁部によって仕切られており、前記壁部に反射防止処理が施されている
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の角度選択型透過素子。
The angle-selective transmission element according to claim 1 , wherein the plurality of openings are separated by walls, and the walls are subjected to an anti-reflection treatment.
光路中に配置され、複数の板を重ねて形成される角度選択型透過素子であって、
前記複数の板が有する複数の開口部により構成され、光束の通過方向を制限する制限手段を有し、
前記開口部に設けられた壁部は、光の通過方向と平行でない、少なくとも2方向以上の壁面で構成されており、前記制限手段における前記光束の通過部は、3次元的に予め定められた点を中心として放射状に形成されている
ことを特徴とする角度選択型透過素子。
An angle-selective transmission element disposed in an optical path and formed by stacking a plurality of plates,
a limiting means configured by a plurality of openings in the plurality of plates and limiting a passing direction of a light beam;
an angle-selective transmission element, characterized in that the wall portion provided in the opening is composed of wall surfaces in at least two directions that are not parallel to the light passing direction, and the light beam passing portion in the limiting means is formed radially from a point that is predetermined three-dimensionally as a center.
前記開口部の開口径の中心位置が積層される前記板の前後で異なる
ことを特徴とする請求項に記載の角度選択型透過素子。
The angle-selective transmission element according to claim 8 , wherein the central positions of the aperture diameters of the openings are different between the front and rear of the laminated plates.
前記開口部の開口の大きさが積層される前記板の前後で異なる
ことを特徴とする請求項に記載の角度選択型透過素子。
The angle-selective transmission element according to claim 8 , wherein the openings have different opening sizes before and after the laminated plates.
前記開口部の開口の大きさまたは管長が異なる複数の領域を有する
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の角度選択型透過素子。
The angle-selective transmission element according to claim 1 , further comprising a plurality of regions each having a different opening size or a different tube length of the opening.
請求項1から11のいずれか1項に記載の角度選択型透過素子を備える
ことを特徴とする表示装置。
A display device comprising the angle-selective transmission element according to claim 1 .
表示手段および接眼レンズ系を有するファインダーを備え、
前記ファインダーにて、使用者の目の位置に相当するアイポイントに対して前記角度選択型透過素子が配置されている
ことを特徴とする請求項12に記載の表示装置。
a viewfinder having a display means and an eyepiece system;
13. The display device according to claim 12 , wherein the angle-selective transmission element is disposed at an eye point in the viewfinder, the eye point corresponding to the position of a user's eyes.
前記制限手段は、前記アイポイントから前記接眼レンズ系に向かう放射状の前記複数の開口部により構成される
ことを特徴とする請求項13に記載の表示装置。
14. The display device according to claim 13 , wherein the limiting means is constituted by the plurality of openings arranged radially from the eye point toward the eyepiece lens system.
前記制限手段は、前記アイポイントから前記接眼レンズ系に向かう方向に沿って複数の板にそれぞれ形成された前記複数の開口部により構成される
ことを特徴とする請求項13に記載の表示装置。
14. The display device according to claim 13 , wherein the limiting means is constituted by the plurality of openings formed in a plurality of plates along a direction from the eye point toward the eyepiece lens system.
前記接眼レンズ系は前記表示手段と前記角度選択型透過素子との間に位置し、
前記角度選択型透過素子は、前記アイポイントと前記接眼レンズ系との間に位置する
ことを特徴とする請求項13から15のいずれか1項に記載の表示装置。
the eyepiece lens system is located between the display means and the angle-selective transmission element;
16. The display device according to claim 13 , wherein the angle-selective transmission element is located between the eyepoint and the eyepiece lens system.
表示手段および接眼レンズ系を有し、両目にそれぞれ対応する複数のファインダーと、前記ファインダーにて、使用者の目の位置に相当するアイポイントに対してそれぞれ配置される複数の角度選択型透過素子とを備える表示装置であって、
前記角度選択型透過素子は光束の通過方向を制限する制限手段を有し、
前記制限手段は複数の開口部を有し、前記光束の通過部は前記アイポイントを中心として放射状に形成されており、両目の中央に向かう第1の領域にて第1の開口部を有し、両目の中央から離れた第2の領域にて第2の開口部を有しており、前記第1の開口部の開口は、前記第2の開口部の開口より狭い
ことを特徴とする表示装置。
A display device having a display means and an eyepiece lens system, the display device comprising a plurality of viewfinders corresponding to both eyes, and a plurality of angle-selective transmission elements disposed in the viewfinders at eye points corresponding to the positions of the eyes of a user,
The angle-selective transmission element has a limiting means for limiting the passing direction of a light beam,
a display device characterized in that the limiting means has a plurality of openings, the light beam passing portion is formed radially from the eye point, has a first opening in a first region toward the center of both eyes, and has a second opening in a second region away from the center of both eyes, and the opening of the first opening is narrower than the opening of the second opening.
表示手段および接眼レンズ系を有し、両目にそれぞれ対応する複数のファインダーと、前記ファインダーにて、使用者の目の位置に相当するアイポイントに対してそれぞれ配置される複数の角度選択型透過素子とを備える表示装置であって、
前記角度選択型透過素子は光束の通過方向を制限する制限手段を有し、
前記制限手段は複数の開口部を有し、前記光束の通過部は前記アイポイントを中心として放射状に形成されており、両目の中央に向かう第1の領域にて第1の開口部を有し、両目の中央から離れた第2の領域にて第2の開口部を有しており、前記第1の開口部の管長は、前記第2の開口部の管長より長い
ことを特徴とする表示装置。
A display device having a display means and an eyepiece lens system, the display device comprising a plurality of viewfinders corresponding to both eyes, and a plurality of angle-selective transmission elements disposed in the viewfinders at eye points corresponding to the positions of the eyes of a user,
The angle-selective transmission element has a limiting means for limiting the passing direction of a light beam,
The display device characterized in that the limiting means has a plurality of openings, the light beam passing portion is formed radially from the eye point, has a first opening in a first region toward the center of both eyes, and has a second opening in a second region away from the center of both eyes, and a tube length of the first opening is longer than a tube length of the second opening.
前記制限手段の少なくとも一部は、前記接眼レンズ系の曲面に沿って形成されている
ことを特徴とする請求項18に記載の表示装置。
19. The display device according to claim 18 , wherein at least a part of the limiting means is formed along a curved surface of the eyepiece lens system.
表示手段および接眼レンズ系を有するファインダーと、光路中に配置される角度選択型透過素子を備える表示装置であって、
前記角度選択型透過素子は、
複数の開口部により構成され、光束の通過方向を制限する制限手段を有し、
前記制限手段における前記光束の通過部は、3次元的に予め定められた点を中心として放射状に形成されており、
前記ファインダーにて、使用者の目の位置に相当するアイポイントに対して配置される前記角度選択型透過素子は前記開口部を有する複数の板またはマスク部材により構成され、
前記複数の板またはマスク部材にて前記アイポイントの側の前記開口部の開口は、前記接眼レンズ系に最も近い前記板またはマスク部材の前記開口部の開口と前記アイポイントとを結ぶ線に対して拡大されている
ことを特徴とする表示装置。
A display device comprising a finder having a display means and an eyepiece lens system, and an angle-selective transmission element disposed in an optical path,
The angle-selective transmission element is
The light source includes a limiting means configured with a plurality of openings and limiting a passing direction of a light beam;
the light beam passing portion of the limiting means is formed radially from a point that is three-dimensionally determined in advance as a center,
the angle-selective transmission element disposed at an eye point corresponding to the position of a user's eyes in the viewfinder is composed of a plurality of plates or mask members having the openings ,
A display device characterized in that the opening of the opening on the eyepoint side of the plurality of plates or mask members is enlarged with respect to a line connecting the opening of the opening of the plate or mask member closest to the eyepiece lens system and the eyepoint.
前記接眼レンズ系に近い第1の板またはマスク部材が有する前記開口部の開口の拡大量に比べて、前記接眼レンズ系から前記第1の板またはマスク部材よりも離れた第2の板またはマスク部材が有する前記開口部の開口の拡大量の方が大きい
ことを特徴とする請求項20に記載の表示装置。
The display device according to claim 20, characterized in that the amount of expansion of the opening of the opening of a second plate or mask member that is farther away from the eyepiece lens system than the first plate or mask member is greater than the amount of expansion of the opening of a first plate or mask member that is closer to the eyepiece lens system .
前記開口の拡大量は、前記接眼レンズ系と前記板または前記マスク部材との距離に比例する
ことを特徴とする請求項21に記載の表示装置。
22. The display device according to claim 21 , wherein an amount of enlargement of the aperture is proportional to a distance between the eyepiece lens system and the plate or the mask member.
前記マスク部材は、前記開口部を通過する光または前記接眼レンズ系のレンズ面による反射光を遮る複数の領域を複数の前記開口部の間に有する
ことを特徴とする請求項20に記載の表示装置。
21. The display device according to claim 20 , wherein the mask member has a plurality of regions between the openings that block light passing through the openings or light reflected by a lens surface of the eyepiece lens system.
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