JP2006209144A - Image display device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image display device which has a compact and low-cost device constitution without using a half mirror, a lens or a concave mirror in an information display spectacles and is capable of uniting a virtual image of an output image and a background transmission image and observing the images while maintaining the function of the spectacle of its own. <P>SOLUTION: A lead wire 25b through which image data is introduced, a drive circuit 42, a laser diode array 43, and a galvanometer 44 are respectively disposed on left and right frames 31 of the spectacles 30. A Lippman-Bragg volume hologram sheet 27 is disposed on the lens 34. When an image signal is input to each of the left and the right, each light source of the laser diode array 43 is turned on or off in accordance with the signal and the galvanometer 44 is driven in synchronization with the signal. As the result, an image scanned on the sheet 27 is projected, the reflection light is made incident on pupils and, thereby, a user can unite and observe the background and the enlarged virtual image of the output image from the image output device. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明はヘッドマウントディスプレイやヘッドアップディスプレイ等の画像表示装置に係り、特にリップマンブラッグ体積ホログラムシートを眼鏡レンズ内に設けることにより、眼鏡本来の機能を維持したまま拡大表示像と眼鏡レンズ越しの透過背景像とを融合してみることができるディスプレイ眼鏡に関する。   The present invention relates to an image display device such as a head-mounted display or a head-up display, and in particular, by providing a Lippmann Bragg volume hologram sheet in a spectacle lens, an enlarged display image and transmission through the spectacle lens are maintained while maintaining the original function of the spectacles. The present invention relates to display glasses that can be fused with a background image.

従来、携帯用ディスプレイ装置としては、個人用携帯端末ディスプレイ(PDA)の直視型小型液晶表示器、ヘッドアップディスプレイ(HUD)や図25に示すようなヘッドマウントディスプレイ(HMD)等、様々な装置が提案されている。   Conventionally, as a portable display device, there are various devices such as a personal portable terminal display (PDA) direct view type small liquid crystal display, a head-up display (HUD), and a head mounted display (HMD) as shown in FIG. Proposed.

図25は、従来のヘッドマウントディスプレイ(HMD)を眼鏡をかけた人が使用した場合の光学部品の構成の一例を示している。図25において、1は電気的又は光学的な画像信号を実際の画像に変換して出力する画像出力装置である。2はハーフミラー、3は凹面ハーフミラー、4は眼鏡のレンズ、5は使用者の瞳(眼球)である。   FIG. 25 shows an example of the configuration of optical components when a person wearing spectacles uses a conventional head-mounted display (HMD). In FIG. 25, an image output device 1 converts an electrical or optical image signal into an actual image and outputs the actual image. 2 is a half mirror, 3 is a concave half mirror, 4 is a spectacle lens, and 5 is a user's pupil (eyeball).

前記各ハーフミラー2、3の反射率を50%とすると、画像出力装置1からの出射光はハーフミラー2にて45°反射され光量の50%が凹面ハーフミラー3に入射する。この凹面ハーフミラー3の反射により使用者に対して拡大された虚像が無限遠または有限の距離に結像される。ここで再び光量の50%が反射され、再度ハーフミラー2に入射し光量が50%に減衰された後使用者のかけている眼鏡のレンズ4に入射する。つまり、画像出力装置1からの出射光は、ハーフミラーを3回透過あるいは反射するため、その光量の12.5%が有効利用されることになる。背景からの光は、凹面ハーフミラー3とハーフミラー2を透過することにより25%に減衰されて表示虚像とともに使用者のかけている眼鏡のレンズ4を透過後、瞳5に入射する。   When the reflectance of each of the half mirrors 2 and 3 is 50%, the emitted light from the image output device 1 is reflected by 45 ° at the half mirror 2 and 50% of the light quantity enters the concave half mirror 3. A virtual image enlarged for the user by the reflection of the concave half mirror 3 is formed at an infinite distance or a finite distance. Here, 50% of the amount of light is reflected again, enters the half mirror 2 again, is attenuated to 50%, and then enters the lens 4 of the glasses worn by the user. That is, the outgoing light from the image output device 1 is transmitted or reflected three times through the half mirror, so that 12.5% of the light amount is effectively used. The light from the background is attenuated to 25% by passing through the concave half mirror 3 and the half mirror 2, and enters the pupil 5 after passing through the lens 4 of the glasses worn by the user together with the display virtual image.

現在、特定の光学的機能(例えば眼鏡としての機能)を有しながら画像表示装置の出力画像の虚像と背景透過像とを融合して見るためには、例えば図25のように、画像表示装置以外にこの特定の光学的機能を提供する光学系に少なくとも1つ以上のハーフミラーおよび虚像を提供するためのレンズまたは凹面鏡(虚像光学系)を付加しなくてはならない。   At present, in order to fuse the virtual image of the output image of the image display device and the background transmission image while having a specific optical function (for example, a function as glasses), for example, as shown in FIG. In addition, at least one half mirror and a lens or a concave mirror (virtual image optical system) for providing a virtual image must be added to the optical system that provides this specific optical function.

また、ハーフミラーおよびレンズまたは凹面鏡を用いずにホログラフイックオプティカルエレメント(HOE)を用いることにより画像表示装置の出力画像の虚像と背景透過像を融合してみることは可能であるが、この場合他の特定の光学的機能を有していない。   In addition, it is possible to combine the virtual image of the output image of the image display device and the background transmission image by using a holographic optical element (HOE) without using a half mirror and a lens or a concave mirror. It does not have a specific optical function.

例えば、従来のヘッドマウントディスプレイやヘッドアップディスプレイ等の携帯用ディスプレイ装置は、大きさ、重量とも使用者の負担となっており長時間の使用には耐え難い。また公共の場で装着するにも一般的な眼鏡とは形状、大きさがかけ離れているため周囲の使用者に対する容認度が低いことや、あるいは使用者の周囲に対する違和感が大きいなどの理由から、必ずしもいついつでもどこでもといった十分な使い勝手が実現されているわけではない。   For example, a conventional portable display device such as a head-mounted display or a head-up display is a burden on the user in both size and weight, and cannot be used for a long time. In addition, because it is far from the shape and size of glasses that are commonly used in public places, the degree of tolerance for the surrounding users is low, or because the user feels uncomfortable about the surroundings. Sufficient usability is not necessarily realized anytime, anywhere.

これは、一つには目の屈折異常(近視、遠視、老視、乱視など)をもった人は眼鏡をかけた状態でこれらヘッドマウントディスプレイ、ヘッドアップディスプレイを装着しなくてはならないため、このためのクリアランス確保により小型化が困難となっているためである。また、個人の両眼間隔のばらつきを配慮して必要以上の出射瞳径を確保していることも影響している。   For one thing, people with refractive errors in the eyes (myopia, hyperopia, presbyopia, astigmatism, etc.) must wear these head-mounted displays and head-up displays while wearing glasses. This is because it is difficult to reduce the size by securing the clearance. In addition, it is also affected by securing an exit pupil diameter that is larger than necessary in consideration of variations in individual binocular spacing.

それから、一般に画像出力装置の画素数を増していくと、それに伴ってこの装置の面積も大きくなり高精細化と小型化は相反する。また、光路中にハーフミラーを使うことによる弊害としては、枚数が増えるとそのぶん表示虚像、透過背景像とも暗くなって行くということ、および光線の入射角と出射角が等しいため二重像が発生する、光学系の配置の自由度が低下するといったことが挙げられる。   Then, in general, as the number of pixels of the image output device is increased, the area of the device increases accordingly, and high definition and miniaturization conflict. In addition, the adverse effect of using a half mirror in the optical path is that as the number of images increases, the displayed virtual image and the transmitted background image will become darker, and the incident angle and the emission angle of the light beam are equal, resulting in a double image. For example, the degree of freedom of arrangement of the optical system is reduced.

本発明は、特定の光学的機能を保持しながら画像表示装置の出力画像の虚像と背景透過像を融合してみる場合、そのために特別にハーフミラーとレンズまたは凹面鏡などを用いることなく、リップマンブラッグ体積ホログラムシートを元の光学系を構成するレンズなどの光学部品に敷設することにより、コンパクトにまた安価にこの機能を実現することを目的とする。   In the present invention, when the virtual image of the output image of the image display device and the background transmission image are fused while maintaining a specific optical function, the Lippmann Bragg is not specially used without using a half mirror and a lens or a concave mirror. An object is to realize this function in a compact and inexpensive manner by laying a volume hologram sheet on an optical component such as a lens constituting the original optical system.

(1)本発明は上記課題を解決するために、眼鏡の柄に、画像情報発信源より送信された画像信号を受信する受信部と、前記受信部で受信された画像信号を解読するドライブ部と、前記ドライブ部で解読された画像を表示する表示手段と、前記受信部、ドライブ部、表示手段に各々電源を供給する電源部とを設け、前記表示手段は、電気的又は光学的な画像信号を実際の画像に変換して出力する画像出力装置と、光学部材と、前記光学部材に設けられ、前記画像出力装置の出力画像の虚像を眼から所定距離隔てた部位に表示し、且つ前記光学部材が少なくとも可視光域の一部あるいは全部を透過する場合、当該虚像を、前記光学部材を透過した背景像と合成するリップマンブラッグ体積ホログラム(リップマンブラッグ体積ホログラムシート)を有した表示部とを備え、前記虚像又は前記虚像と透過背景像との合成像を少なくとも一眼に導くように構成した。 (1) In order to solve the above-described problems, the present invention provides a receiving unit that receives an image signal transmitted from an image information transmission source and a drive unit that decodes the image signal received by the receiving unit. And a display means for displaying an image decoded by the drive section, and a power supply section for supplying power to the receiving section, the drive section, and the display means, respectively, and the display means is an electrical or optical image. An image output device that converts a signal into an actual image and outputs the image, an optical member, and a virtual image of an output image of the image output device that is provided on the optical member, is displayed at a predetermined distance from the eye, and When the optical member transmits at least part or all of the visible light region, the virtual image is combined with the background image transmitted through the optical member (Lippmann Bragg volume hologram sheet). And a display unit having a, to constitute a composite image with a transparent background image and the virtual image or the virtual image to direct at least a single lens.

以上の構成により、ハーフミラー、レンズ、凹面鏡等を用いることなく、コンパクトにまた安価に特定の光学的機能を有しながら画像出力装置の出力画像の虚像と背景透過像を融合して見ることができる。またより使い勝手、携帯性が向上する。
(2)また前記リップマンブラッグ体積ホログラムシートは、前記光学部材内に挟み込んで保持するように構成した。これにより、薄型化と同時にホログラムの耐候性、特に耐湿性を向上させることができる。
(3)また前記リップマンブラッグ体積ホログラムシートは、前記光学部材に対して着脱自在に設けた。これにより装置の使用目的に応じた選択自由度が増す。
(4)また前記画像出力装置からの出射光を、反射減衰膜を被覆した前記光学部材側から入射させるように構成した。
(5)また前記画像出力装置は、画像再生光学系の収差を打ち消すように、予め歪んだ画像を出力するように構成した。
(6)また前記表示部を、使用者の視線を検出する視線検出センサを有し、使用者の視線が特定の範囲にあるときに前記画像出力装置の出力画像の虚像表示を行うように構成した。
With the above configuration, the virtual image of the output image of the image output device and the background transmission image can be fused and viewed without using a half mirror, a lens, a concave mirror, or the like, while having a specific optical function in a compact and inexpensive manner. it can. In addition, usability and portability are improved.
(2) The Lippmann Bragg volume hologram sheet is sandwiched and held in the optical member. Thereby, the weather resistance of the hologram, particularly the moisture resistance, can be improved simultaneously with the thinning.
(3) The Lippmann Bragg volume hologram sheet is detachably attached to the optical member. This increases the degree of freedom of selection according to the intended use of the device.
(4) The light emitted from the image output device is made incident from the side of the optical member coated with the reflection attenuation film.
(5) Further, the image output device is configured to output a pre-distorted image so as to cancel out the aberration of the image reproducing optical system.
(6) The display unit includes a line-of-sight detection sensor that detects a user's line of sight, and is configured to display a virtual image of an output image of the image output device when the user's line of sight is in a specific range. did.

また前記表示部を、使用者の視線を検出する視線検出センサおよび表示位置コントローラを有し、前記画像出力装置の出力画像の虚像を使用者の視線に追従させて表示するように構成した。   In addition, the display unit includes a line-of-sight detection sensor and a display position controller that detect a user's line of sight, and is configured to display a virtual image of the output image of the image output device following the line of sight of the user.

以上の構成により、より視認性が向上し使い勝手が良くなる。
(7)また前記光学部材を眼鏡のレンズで構成するとともに、前記表示部を眼鏡の柄に設け、さらに前記眼鏡には、リップマンブラッグ体積ホログラムシートで反射された光線の光軸中心距離を可変する両眼幅調整機構を設けた。これによって使用者の目の光軸とリップマンブラッグ体積ホログラムシートの光軸を一致させることができ、高倍率時にも良好な視認特性を得ることができる。
With the above configuration, visibility is further improved and usability is improved.
(7) Further, the optical member is constituted by a spectacle lens, the display unit is provided on a spectacles pattern, and the optical axis center distance of the light beam reflected by the Lippmann Bragg volume hologram sheet is varied in the spectacles. A binocular width adjustment mechanism was provided. As a result, the optical axis of the user's eyes and the optical axis of the Lippmann Bragg volume hologram sheet can be matched, and good visual characteristics can be obtained even at high magnification.

(1)本発明により、ハーフミラーとレンズまたは凹面鏡などを用いることなくリップマンブラッグ体積ホログラムシートを元の光学系を構成するレンズなどの光学部品に付設することにより、コンパクトにまた安価に特定の光学的機能を有しながら画像出力装置の出力画像の虚像と背景透過像を融合してみることができる画像表示装置を実現できる。
(2)また、視野センサを用いることにより使い勝手が非常に良くなる。
(3)リップマンブラッグ体積ホログラムシートをレンズなどに挟み込むことにより、薄型化と同時にホログラムの耐候性(特に耐湿性)を向上させることができる。
(4)眼鏡の柄に、受信部、ドライブ部、表示部、電源部を設け、眼鏡のレンズに、リップマンブラッグ体積ホログラムシートを設けて、ワイヤレス情報表示眼鏡を構成することにより、より使い勝手、携帯性を向上させることができる。
(5)本発明を駆使することにより、従来の眼鏡の機能を併せ持つディスプレイ端末をほとんど従来眼鏡と同一形状および重量で実現できる。
(6)また、従来眼鏡を装着して液晶表示器、ヘッドマウントディスプレイを見なければならなかった人も、屈折異常の矯正という眼鏡本来の機能を合わせ持っているためその必要はなくなり2役をこなす。
(7)両眼幅調整機構を設けることにより、高倍率時にも良好な視認特性が得られるとともに、光学系の出射瞳を小さくすることができ設計の自由度を増すことができる。
(8)また本発明の発展形としては、例えばリアルタイム音声認識装置と組み合わせた聴覚障害者のコミュニケーションツール(話し相手の顔を見ながら相手の言葉が空間に浮かんで表示される)、自動翻訳装置と組み合わせた実時間字幕作成装置(字幕のない外国語映画観賞用など)、カーナビと組み合わせた運転情報表示装置(目標物の表示など)、電子ブックプレーヤーと組み合わせた読書装置(満員電車内や寝転びながらの読書など手で本を持って読むのがつらいとき)等を作り出すことができる。
(9)本発明により、PDA表示装置(個人用携帯端末ディスプレイ)として現在一般的に使用されている直視型小型液晶表示器の弱点(小型化と視認性の相反、ユーザーへの低追従性、情報のプライバシー性の低さ)、ならびに現行HMDの問題点(大きさ、重量、形状、背景の視認性)を一掃した新しい情報端末ディスプレイをほんど従来眼鏡と同一形状及び重量で、しかも低コストで提供することができる。
(10)本発明を適用した情報表示眼鏡をかけていれば、常時ディスプレイをモニターできるので受信機能状態などのときに非常に便利である。また眼鏡フレームを複数揃えることで、個人個人の好みに応じたよりパーソナルな商品を得ることが可能になる。
(1) According to the present invention, a specific optical system can be provided in a compact and inexpensive manner by attaching a Lippmann Bragg volume hologram sheet to an optical component such as a lens constituting the original optical system without using a half mirror and a lens or a concave mirror. It is possible to realize an image display device that can combine the virtual image of the output image of the image output device and the background transmission image while having a functional function.
(2) Also, the usability is greatly improved by using the visual field sensor.
(3) By sandwiching the Lippmann Bragg volume hologram sheet into a lens or the like, it is possible to improve the weather resistance (particularly moisture resistance) of the hologram while reducing the thickness.
(4) A receiver, drive unit, display unit, and power supply unit are provided on the eyeglass handle, and a Lippmann Bragg volume hologram sheet is provided on the eyeglass lens to constitute a wireless information display eyeglass. Can be improved.
(5) By making full use of the present invention, a display terminal having the function of conventional glasses can be realized with almost the same shape and weight as conventional glasses.
(6) Also, those who had to wear a pair of spectacles and had to look at a liquid crystal display or a head-mounted display had the original spectacle function of correcting refractive errors, so that was no longer necessary and served two roles. Konasu.
(7) By providing the binocular width adjustment mechanism, it is possible to obtain good visual characteristics even at a high magnification, and to reduce the exit pupil of the optical system and increase the degree of design freedom.
(8) Further, as an advanced form of the present invention, for example, a communication tool for a hearing impaired person combined with a real-time speech recognition device (the other party's words are displayed in a space while looking at the face of the other party), an automatic translation device, Combined real-time subtitle creation device (for watching foreign language movies without subtitles, etc.), driving information display device combined with car navigation (display of target objects, etc.), reading device combined with electronic book player (in a crowded train or while lying down) If you have difficulty reading with a book in your hand, etc.)
(9) According to the present invention, the weaknesses of the direct-viewing type small liquid crystal display that is currently generally used as a PDA display device (personal portable terminal display) (reciprocity between miniaturization and visibility, low followability to the user, Low information privacy), and new information terminal displays that have eliminated the problems of HMD (size, weight, shape, background visibility), almost the same shape and weight as conventional glasses, and low cost Can be offered at.
(10) If the information display glasses to which the present invention is applied are worn, the display can be monitored at all times. Further, by arranging a plurality of spectacle frames, it becomes possible to obtain a more personal product according to the personal preference.

以下図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図1は図25の光学部品構成のうち、凹面ハーフミラー3の変わりにリップマンブラッグ体積ホログラムシート(ホログラフィックオプティカルエレメント、以下HOEシートと称する)6を用い、しかも使用者の眼鏡のレンズ4と一体化したものである。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 uses a Lippmann Bragg volume hologram sheet (holographic optical element, hereinafter referred to as HOE sheet) 6 instead of the concave half mirror 3 in the optical component configuration of FIG. 25, and is integrated with the lens 4 of the user's glasses. It has become.

このHOEシート6は、シート内の屈折率の分布の仕方により、特定の角度で入射した光のうち特定の波長の光のみ反射(回折)しその他は透過するといういわゆる反射波長選択性と像拡大作用といったレンズ機能をもつ。この場合、図25の凹面ハーフミラー3と機能的には似ているが以下の2点が異なる。   The HOE sheet 6 has so-called reflection wavelength selectivity and image enlargement in which only light having a specific wavelength is reflected (diffracted) while other light is incident at a specific angle depending on the refractive index distribution in the sheet. It has a lens function such as action. In this case, although functionally similar to the concave half mirror 3 of FIG. 25, the following two points are different.

1.波長選択された反射光(回折光)の反射率(回折効率)は、スペクトルのバンド幅が十分小さく(たとえば、LEDのような光源を使用した場合)、且つ厚さ20μm程度のHOEフィルムを使った場合は95%以上となる。尚HOEフィルムの厚さが7μm程度の場合は反射率(回折効率)80%以上となる。   1. The reflectance (diffraction efficiency) of reflected light (diffracted light) selected by wavelength is such that a spectrum bandwidth is sufficiently small (for example, when a light source such as an LED is used) and a HOE film having a thickness of about 20 μm is used. In the case of 95% or more. When the thickness of the HOE film is about 7 μm, the reflectance (diffraction efficiency) is 80% or more.

2.凹面ハーフミラーがその形状により光線の偏向(この場合は虚像結像)を実現しているのに対し、ホログラムシート(HOEシート)はシート内の屈折率の分布の仕方によりこれを実現しているためシート形状は比較的任意に選ぶことができる。   2. The concave half mirror realizes the deflection of the light beam (in this case, virtual image formation) by its shape, while the hologram sheet (HOE sheet) realizes this by the way of refractive index distribution in the sheet. Therefore, the sheet shape can be selected arbitrarily.

このように、ホログラムシートを使うことにより、1.光の利用効率を上げられる。出力画像=50%弱、背景からの透過光=50%弱。2.凹面ハーフミラーを使うよりもコストダウンできる。3.眼鏡レンズと一体化することによりヘッドマウントディスプレイ(以下、HMDと称する)の小型化が可能になる、などの利点がある。   Thus, by using a hologram sheet, Light usage efficiency can be increased. Output image = less than 50%, transmitted light from background = less than 50%. 2. Cost can be reduced compared to using a concave half mirror. 3. There is an advantage that the head mount display (hereinafter referred to as HMD) can be miniaturized by being integrated with the spectacle lens.

図2は図1の光学部品構成からハーフミラー2を除き、画像出力装置1からの出力画像を直接HOEシート6に入射させたものである。これは、ハーフミラーと異なりHOEシートによる反射の場合、入射角度と反射角度が必ずしも等しい必要がなく、シート内の屈折率の分布の仕方によりある程度自由に設計できることにより実現できるものである。これにより、画像出力装置1の配置など、光学部品のレイアウトの自由度を増すことができるうえ、ハーフミラーを使ったときにしばしば問題になる裏面での反射による二重像を防止することができる。また、部品点数が一つ削減できるので、小型軽量、コストダウンに非常に有効である。   FIG. 2 is a diagram in which the half mirror 2 is removed from the optical component configuration of FIG. 1 and the output image from the image output device 1 is directly incident on the HOE sheet 6. Unlike the half mirror, in the case of reflection by the HOE sheet, the incident angle and the reflection angle do not necessarily have to be equal, and can be realized by being able to freely design to some extent depending on the manner of refractive index distribution in the sheet. As a result, the degree of freedom of the layout of the optical components such as the arrangement of the image output apparatus 1 can be increased, and double images due to reflection on the back surface, which are often problematic when using a half mirror, can be prevented. . Moreover, since the number of parts can be reduced by one, it is very effective in reducing the size and weight and cost.

図3には、本発明を適用した別の光学機器の一例として、画像出力装置1からの出力画像を対物レンズ7を透して入射する背景と融合して見ることができる一眼レフカメラまたは光学部品構成を示す。図3において、HOEシート6は接眼レンズ14に設けられている。まず対物レンズ7に入射した背景光ははね上げミラー8(双眼鏡の場合は固定ミラー)で反射され、ペンタプリズム9にて上下反転されたのち接眼レンズ14に入り、ハーフミラー2を透してその光量の50%が瞳5に入る。表示虚像は、図1のところで述べたようにこの背景像と合成され光量の50%が瞳5に入射する。   In FIG. 3, as an example of another optical apparatus to which the present invention is applied, a single-lens reflex camera or an optical that can see an output image from the image output device 1 fused with a background incident through the objective lens 7. The component configuration is shown. In FIG. 3, the HOE sheet 6 is provided on the eyepiece 14. First, the background light incident on the objective lens 7 is reflected by a flip-up mirror 8 (fixed mirror in the case of binoculars), inverted upside down by a pentaprism 9, and then enters the eyepiece 14, passing through the half mirror 2 and its light quantity. 50% of them go into pupil 5. The display virtual image is synthesized with the background image as described in FIG. 1, and 50% of the amount of light enters the pupil 5.

このような構成により、カメラの場合、シャッタースピード、絞り、露出情報などをファインダー内に見ることができ、また双眼鏡の場合、たとえば観察している方位、仰度などの情報を観察物と一緒に見ることができる。もちろん、この場合図2の例のようにハーフミラー2をなくして構成してもよい。   With such a configuration, in the case of a camera, shutter speed, aperture, exposure information, etc. can be seen in the viewfinder, and in the case of binoculars, information such as the direction of observation, elevation, etc. is displayed together with the observation object. Can see. Of course, in this case, the half mirror 2 may be omitted as in the example of FIG.

図4に本発明の他の実施の形態として情報表示眼鏡の全体構成を示す。本システムは大きく3つの要部で構成されている。すなわち、A:電気的もしくは光学的な画像信号を実際の画像に変換する信号/画像変換部(画像出力装置)、B:その画像出力を表示部まで画像そのものの形で伝送する像伝導管、C:像伝導管より伝送された画像を適宜画像処理して表示する表示部、である。   FIG. 4 shows the overall configuration of information display glasses as another embodiment of the present invention. This system is mainly composed of three main parts. A: a signal / image conversion unit (image output device) that converts an electrical or optical image signal into an actual image; B: an image conduction tube that transmits the image output to the display unit in the form of an image itself; C: a display unit for appropriately processing and displaying an image transmitted from the image conduction tube.

信号/画像変換部Aは本例の場合、光源21(バックライト)と、液晶表示板(透過型のカラー液晶表示板LCD)22と、拡散板(diffuser)23と、大小の凸レンズ等から成るファイバーカップリング用の縮小光学系24とで構成されている。   In this example, the signal / image conversion unit A includes a light source 21 (backlight), a liquid crystal display panel (transmission type color liquid crystal display panel LCD) 22, a diffuser 23, a large and small convex lens, and the like. It is composed of a reduction optical system 24 for fiber coupling.

像伝導管Bは本例の場合、断面が4:3の長方形をしたコア形状をもつプラスチックファイバ(光ファイバ)25を使用している。外形寸法はΦ3.2mm、一本一本のファイバの径はΦ12μmm、解像度は60lp/mmとなっている。   In this example, the image conducting tube B uses a plastic fiber (optical fiber) 25 having a rectangular core shape with a cross section of 4: 3. The outer dimensions are Φ3.2 mm, the diameter of each fiber is Φ12 μmm, and the resolution is 60 lp / mm.

表示部Cは本例の場合、眼鏡30の柄31のヒンジ33側に取り付けられたプリズムレンズ26と、眼鏡のフレーム32内のレンズ34に設けられたHOEシート27とで構成されている。このHOEシート(ホログラフィックコンバイナ:本例では、厚さ20μmm前後のフォトポリマーを使用)27は眼鏡のレンズ34に沿って取り付けられており、その上からマイラーフィルム(ポリエチレンテレフタレートフィルム)をコートすることにより固定および耐湿性の向上がはかられている。HOEシート27の材質としては、たとえば、フォトポリマー、ダイクロメートゼラチンなどがある。   In this example, the display unit C includes a prism lens 26 attached to the hinge 33 side of the handle 31 of the glasses 30 and a HOE sheet 27 provided on the lens 34 in the frame 32 of the glasses. This HOE sheet (holographic combiner: in this example, a photopolymer having a thickness of about 20 μm) 27 is attached along the lens 34 of the spectacles, and a mylar film (polyethylene terephthalate film) is coated thereon. As a result, fixing and moisture resistance are improved. Examples of the material of the HOE sheet 27 include a photopolymer and dichroate gelatin.

前記像伝導管であるプラスチックファイバ25は眼鏡の柄31に沿って、その端部から前記プリズムレンズ26に至るまで柄31に設けられている。尚28は画像情報に加えて音声情報を得るために柄31に取り付けられたイヤホンであり、音声信号の伝送には導線(図示省略)を使用している。また35は眼鏡のパッドを示している。   The plastic fiber 25 which is the image conducting tube is provided on the handle 31 from the end portion thereof to the prism lens 26 along the handle 31 of the glasses. Reference numeral 28 denotes an earphone attached to the handle 31 for obtaining audio information in addition to image information, and a conductor (not shown) is used for transmission of the audio signal. Reference numeral 35 denotes a spectacle pad.

上記のように構成された装置において、ビデオ信号(画像信号)が液晶表示板22によって画像変換され、光源21により照らされる。拡散板23は液晶表示板22のマトリックス配線パターンを観察者が認識しずらくするものであり、これにより液晶のパターンノイズのない良好な画像が観察できる。拡散板23を出射した光は、縮小光学系24によりおおよそ像伝導管Bのプラスチックファイバ25の径まで縮小され、ファイバにカップリングされる。   In the apparatus configured as described above, the video signal (image signal) is converted into an image by the liquid crystal display panel 22 and illuminated by the light source 21. The diffuser plate 23 makes it difficult for an observer to recognize the matrix wiring pattern of the liquid crystal display plate 22, whereby a good image free from liquid crystal pattern noise can be observed. The light emitted from the diffusion plate 23 is reduced to the diameter of the plastic fiber 25 of the image conducting tube B by the reduction optical system 24 and coupled to the fiber.

プラスチックファイバ25により伝導された画像はプリズムレンズ26により偏向および像拡大された後、HOEシート27に入射する。このHOEシートは前述したように反射波長選択性、像拡大作用(凹レンズ機能)を持ち合わす。すなわちある角度方向に特定の波長のみを反射し、他のスペクトルについては透過するという特徴を持つ。   The image conducted by the plastic fiber 25 is deflected and magnified by the prism lens 26 and then enters the HOE sheet 27. As described above, this HOE sheet has a reflection wavelength selectivity and an image enlargement function (concave lens function). That is, it has a characteristic that only a specific wavelength is reflected in a certain angle direction and other spectrum is transmitted.

このため観察者は、液晶表示板(LCD)22の画像を単色(例えば、緑)で見ながら、同時に周囲の視覚情報も見ることができる。(ただし、透過光のスペクトルには緑が欠落している。)もちろん、R,G,B3色をホログラム作製時に用いることにより、観察者はフルカラーの画像を見ることも可能である。この場合には、R,G,Bそれぞれの波長が透過光からは欠落するが、それぞれのバンド幅を小さくすることにより自然な色調で明るい背景を見ることができる。また、スペクトルの帯域幅を小さくすることは鮮明な像を得るためにも有利な条件となる。   For this reason, the observer can see surrounding visual information at the same time while viewing the image of the liquid crystal display panel (LCD) 22 in a single color (for example, green). (However, green is missing in the spectrum of transmitted light.) Of course, the observer can also see a full-color image by using the R, G, and B colors at the time of hologram production. In this case, the wavelengths of R, G, and B are lost from the transmitted light, but a bright background can be seen with a natural color tone by reducing the respective bandwidths. In addition, reducing the spectral bandwidth is an advantageous condition for obtaining a clear image.

加えて、HOEシート27のもう1つの特徴である像拡大作用により、たかだかプラスチックファイバ25のコアサイズしかない画像を、観察者に虚像を見せることで十分な視野まで拡大する。この様子を図5に示す。図5はHOEシートの像拡大作用を示しており、プラスティックイメージファイバー上に像(像高3mm)をレンズ、ミラーなどにより2倍(像高6mm)に拡大しこれをHOEシートに60°の角度で入射させる。このHOEシートにより、像は横倍率40倍(像高240mm)に虚像として拡大され、その位置はHOEから1000mm隔てた位置となっている。焦点距離は25mmとなっているためルーペ倍率は10倍である。出射瞳(EPD)は直径8mm以上あり、HOEシートから15〜20mm隔てて位置している。   In addition, the image enlargement function, which is another feature of the HOE sheet 27, enlarges the image having only the core size of the plastic fiber 25 to a sufficient visual field by showing a virtual image to the observer. This is shown in FIG. FIG. 5 shows the image enlargement effect of the HOE sheet. The image (image height 3 mm) is magnified twice (image height 6 mm) on a plastic image fiber by a lens, a mirror, etc., and the angle is 60 ° to the HOE sheet. Enter with. With this HOE sheet, the image is magnified as a virtual image at a lateral magnification of 40 times (image height 240 mm), and the position is separated from the HOE by 1000 mm. Since the focal length is 25 mm, the magnifier magnification is 10 times. The exit pupil (EPD) has a diameter of 8 mm or more and is located 15 to 20 mm apart from the HOE sheet.

図6は、図4の情報表示眼鏡を実際に使用者がかけたところを上方より見た様子を示している。図6において図4と同一部分は同一符号をもって示している。図6において5は使用者の眼球、40は虹彩、29は高分子合成膜である。像を伝送するイメージファイバー(プラスチックファイバ25)は眼鏡の柄31の内部を通っており、HOEシート27に入射する直前の像拡大(2倍)及び光の偏向はレンズ付プリズムミラー(プリズムレンズ26)によって行われている。なお、このイメージファイバー(プラスチックファイバ25)の出射NA(屈折率をnとしたときの開口率、NA=nsinθ)は0.5となっている。   FIG. 6 shows a state where the user actually wears the information display glasses of FIG. 4 as seen from above. 6, the same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 6, 5 is a user's eyeball, 40 is an iris, and 29 is a polymer synthetic membrane. An image fiber (plastic fiber 25) for transmitting an image passes through the inside of the handle 31 of the glasses, and image enlargement (twice) immediately before entering the HOE sheet 27 and light deflection are performed by a prism mirror with a lens (prism lens 26). ). The output NA (aperture ratio when the refractive index is n, NA = nsin θ) of this image fiber (plastic fiber 25) is 0.5.

前記HOEシート27とレンズとの取り付けは、例えば図7に図示するように眼鏡のレンズ34a,34bを貼り合わせることにより行い、その間にホログラムシート27a(厚さ数ミクロン〜数十ミクロン)を挟み込むという方法が考えられる。この場合、レンズ34a,34bどうしの接合にはUV硬化接着剤41などによる接着や、バイフォーカルレンズなどで使用されている融着などが考えられる。   The HOE sheet 27 and the lens are attached by, for example, bonding eyeglass lenses 34a and 34b as shown in FIG. 7, and sandwiching a hologram sheet 27a (thickness of several microns to several tens of microns) between them. A method is conceivable. In this case, the lenses 34a and 34b can be joined by bonding with a UV curing adhesive 41 or the like, or fusion used in a bifocal lens.

またHOEシート27をレンズに沿う形に形成し、該HOEシートをレンズとマイラーフィルム(ポリエチレンテレフタレートフィルム)などの別部材との間に挟み込んで保持するようにしても良い。   Alternatively, the HOE sheet 27 may be formed along the lens, and the HOE sheet may be sandwiched and held between the lens and another member such as a mylar film (polyethylene terephthalate film).

図8には、画像出力装置としてレーザーダイオードアレイ43とスキャナ光学系としてガルバノメータ(ガルバノミラー)44を使用したディスプレイ眼鏡の一例を示す。この場合、左右独立して二組の画像出力装置、表示部およびHOEシート27を備えているため両眼視が可能であり、左右それぞれの画像出力装置に異なる画像を表示することにより立体視も可能となっている。   FIG. 8 shows an example of display glasses using a laser diode array 43 as an image output device and a galvanometer (galvanometer mirror) 44 as a scanner optical system. In this case, two sets of image output devices, a display unit, and a HOE sheet 27 are provided independently on the left and right, so that binocular vision is possible. Stereoscopic viewing is also possible by displaying different images on the left and right image output devices. It is possible.

図8において眼鏡30は図4と同様に構成されており、左右の柄31,31には導線25b,25b、ドライブ回路42,42、レーザーダイオードアレイ(LEDarray)43,43、ガルバノメータ(galvanometric scanner)44,44が各々設けられている。また両眼のレンズ34,34にはHOEシート27,27が設けられている。   In FIG. 8, the eyeglasses 30 are configured in the same manner as in FIG. 4, and the left and right handles 31, 31 have conductive wires 25b, 25b, drive circuits 42, 42, laser diode arrays (LEDarray) 43, 43, galvanometric scanners. 44, 44 are provided. Further, HOE sheets 27 and 27 are provided on the lenses 34 and 34 for both eyes.

まず、左右それぞれのレーザーダイオードアレイ43,43とガルバノメータ44,44のドライブ回路42,42に画像信号が入力される。この信号にもとづいてレーザーダイオードアレイ43,43の各光源のon,offが行われ、それに同期してガルバノメータ44,44が駆動される。その結果、眼鏡のレンズ34,34に沿って設けられたHOEシート27,27上に走査された画像が投影されその反射光が瞳に入射することによって、使用者は背景と画像出力装置からの出力画像の拡大虚像を融合して見ることができる。音声信号は直接イヤホン28に送られ音声に変換される。なお、この眼鏡ディスプレイには使用者が掛けはずししやすいように首掛け用のチェーン45が設けられている。   First, image signals are input to the left and right laser diode arrays 43 and 43 and the drive circuits 42 and 42 of the galvanometers 44 and 44, respectively. On the basis of this signal, the light sources of the laser diode arrays 43 and 43 are turned on and off, and the galvanometers 44 and 44 are driven in synchronization therewith. As a result, the scanned image is projected onto the HOE sheets 27 and 27 provided along the lenses 34 and 34 of the spectacles, and the reflected light is incident on the pupil, so that the user can detect the background and the image output device. The magnified virtual image of the output image can be fused and viewed. The sound signal is directly sent to the earphone 28 and converted into sound. The eyeglass display is provided with a neck chain 45 so that the user can easily remove it.

図9は、図8のガルバノメータ44の代わりに、スキャナ光学系として音響光学効果素子(AOM:acousto optic modulator)54を使用したディスプレイ眼鏡の一例を示す。全体の動作原理は前記図8のスキャナ光学系としてガルバノメータ44を使用した例と同じである。音響光学効果素子54は、超音波55を媒質中に流し込むと光弾性効果により屈折率の疎密波を生じ、これにより回折格子と同様の働きを示すもので、この超音波の周波数を変えることにより回折格子のピッチを可変できる。回折格子のピッチが変わると、回折光56の偏向角も変わるので、これにより光線をスキャンすることができる。この音響光学効果素子54はガルバノメータやポリゴンミラーに比べて可動部がないことが特長である。 また、図10にはHOEシート取り外し可能タイプの情報表示眼鏡の一例を示す。HOEシート27にはクリップ60が取り付けられており、眼鏡のレンズ34またはフレーム32にこのクリップ60を挟むことにより脱着可能となっている。また、この例では画像を前記プラスチィックファイバ25にて伝導することなく、直接表示装置61を眼鏡の柄31の部分に取り付けている。   FIG. 9 shows an example of display glasses using an acousto-optic effector (AOM) 54 as a scanner optical system instead of the galvanometer 44 of FIG. The overall operation principle is the same as that of the example in which the galvanometer 44 is used as the scanner optical system in FIG. The acousto-optic effect element 54 generates a sparse wave having a refractive index by the photoelastic effect when the ultrasonic wave 55 is poured into the medium, and thus exhibits the same function as the diffraction grating. By changing the frequency of the ultrasonic wave, The pitch of the diffraction grating can be varied. When the pitch of the diffraction grating changes, the deflection angle of the diffracted light 56 also changes, so that the light beam can be scanned. The acoustooptic effect element 54 is characterized in that it has no moving parts compared to a galvanometer or a polygon mirror. FIG. 10 shows an example of information display glasses of the HOE sheet removable type. A clip 60 is attached to the HOE sheet 27, and the clip 60 can be attached to and detached from the lens 34 or the frame 32 of the glasses. In this example, the image display device 61 is directly attached to the eyeglass handle 31 without conducting the image through the plastic fiber 25.

またHOEシートは図11のように保持しても良い。図11において円筒形(シリンドリカル)ポリカーボネート基板102に沿って接着、形成されたホログラムシート(HOEシート)27aは、該ポリカーボネート基板102とマイラーフィルム101(又は別部材)との間に挟まれて保持されている。   The HOE sheet may be held as shown in FIG. In FIG. 11, a hologram sheet (HOE sheet) 27a bonded and formed along the cylindrical (cylindrical) polycarbonate substrate 102 is sandwiched and held between the polycarbonate substrate 102 and the mylar film 101 (or another member). ing.

次にHOEと画像出力装置とを、眼鏡フレームに対して脱着可能に構成した例を図12に示す。図12において眼鏡の構成は図4、図10と同様である。102aはHOEと画像出力装置が取り付けられたポリカーボネート筐体であり、その一端は眼鏡のフレーム32の上端部に脱着自在に係止され、折曲部を経た他端部に形成されたシリンドリカル曲面102bは、フレーム32への装着時に該フレーム32に対向する部位に配置されるように構成されている。前記シリンドリカル曲面102bのフレーム32とは反対側の面にはHOE127がマイラーフィルム101に挟まれて保持されている。ポリカーボネート筐体102aの前記折曲部内側には、HOE127に画像を出力する液晶表示装置(LCD)103が設けられている。図12の構成によれば、HOE127と液晶表示装置103がポリカーボネート筐体102aに一体的に固定されているため、両者の位置決めを行う必要がなく使い勝手が良い。   Next, an example in which the HOE and the image output apparatus are configured to be removable from the spectacle frame is shown in FIG. In FIG. 12, the configuration of the glasses is the same as that in FIGS. Reference numeral 102a denotes a polycarbonate housing to which an HOE and an image output device are attached. One end of the polycarbonate housing is detachably locked to the upper end portion of the spectacle frame 32, and a cylindrical curved surface 102b formed at the other end portion through the bent portion. Is configured to be disposed at a portion facing the frame 32 when mounted on the frame 32. On the surface of the cylindrical curved surface 102 b opposite to the frame 32, HOE 127 is held between the mylar films 101. A liquid crystal display (LCD) 103 that outputs an image to the HOE 127 is provided inside the bent portion of the polycarbonate casing 102a. According to the configuration of FIG. 12, the HOE 127 and the liquid crystal display device 103 are integrally fixed to the polycarbonate casing 102a, so that it is not necessary to position both of them and it is easy to use.

図13は、HOEと画像出力装置とを眼鏡フレームに対して脱着可能に構成した他の例を示している。図13において眼鏡の構成は図4、図10と同様である。ポリカーボネート筐体102aの一端は眼鏡のフレーム32の上端部に脱着自在に係止され、折曲部を経た他端部は平面状に形成されるとともに、フレーム32への装着時に該フレーム32に対向する部位に配置されるように構成されている。前記ポリカーボネート筐体102aの他端部の、フレーム32とは反対側の面にはHOE127がマイラーフィルム101に挟まれて保持されている。104は、ポリカーボネート筐体102aの折曲部内側に設けられた液晶表示装置103からの出射光を、反射させてHOE127に導くミラーである。このように図13では、HOE127への入射光線の角度と、物側距離を変化させるためにミラー104を設け、一度ミラー104で反射した光をHOE127に入射している。図13の構成によれば、HOE127と液晶表示装置103とミラー104がポリカーボネート筐体102aに一体的に固定されているため、それらの位置決めを行う必要がなく使い勝手が良い。   FIG. 13 shows another example in which the HOE and the image output apparatus are configured to be removable from the spectacle frame. In FIG. 13, the configuration of the glasses is the same as in FIGS. One end of the polycarbonate casing 102a is detachably locked to the upper end of the spectacle frame 32, and the other end through the bent portion is formed in a flat shape and faces the frame 32 when mounted on the frame 32. It is comprised so that it may be arrange | positioned in the site | part which does. An HOE 127 is held between the mylar films 101 on the surface of the other end of the polycarbonate casing 102a opposite to the frame 32. Reference numeral 104 denotes a mirror that reflects emitted light from the liquid crystal display device 103 provided inside the bent portion of the polycarbonate casing 102a and guides it to the HOE 127. As described above, in FIG. 13, the mirror 104 is provided to change the angle of the incident light beam to the HOE 127 and the object side distance, and the light once reflected by the mirror 104 is incident on the HOE 127. According to the configuration shown in FIG. 13, the HOE 127, the liquid crystal display device 103, and the mirror 104 are integrally fixed to the polycarbonate casing 102a, so that they do not need to be positioned and are easy to use.

本発明を適用した他の光学機器の一例としてHOEシートを使ったビデオカメラファインダーを図14に示す。図14において不透明なプラスチックから成るファインダー筐体105の内側には、液晶表示装置103、視度調整レンズ106およびHOE127が設けられている。液晶表示装置103から出射された光線はHOE127に入射しおおよそ平行光となって出射する。この出射光は視度調整レンズ106によって発散角が制御された後、瞳5に入射する。この図14の構成において、HOE127は不透明なプラスチックから成るファインダー筐体105に取り付けられており、透過背景像を見ることはできない。   FIG. 14 shows a video camera finder using a HOE sheet as an example of another optical apparatus to which the present invention is applied. In FIG. 14, a liquid crystal display device 103, a diopter adjustment lens 106, and a HOE 127 are provided inside a finder housing 105 made of opaque plastic. The light beam emitted from the liquid crystal display device 103 enters the HOE 127 and is emitted as approximately parallel light. The emitted light is incident on the pupil 5 after the divergence angle is controlled by the diopter adjustment lens 106. In the configuration of FIG. 14, the HOE 127 is attached to the finder housing 105 made of an opaque plastic, and a transmission background image cannot be seen.

また本発明を適用した他の例として、腕時計型の携帯端末装置を図15に示す。本体110の表示面には液晶表示装置103が設けられ、その上面にはHOE127がヒンジ111を軸として開閉自在に設けられている。112は腕用のバンドである。前記液晶表示装置103は時刻表示のみならず他の様々な文字、画像情報を表示するものである。前記HOE127を図15(a)のように閉じると、透過背景像として液晶表示装置103に表示された時刻を見ることができる。またHOE127を、ヒンジ111を中心に回転して図15(b)のように開くと、HOE127により反射拡大された像を見ることができる。このため液晶表示装置103により細かな像を表示しても、容易に見ることができる。   As another example to which the present invention is applied, a wristwatch type portable terminal device is shown in FIG. A liquid crystal display device 103 is provided on the display surface of the main body 110, and an HOE 127 is provided on the upper surface of the main body 110 so as to be openable and closable around the hinge 111. Reference numeral 112 denotes an arm band. The liquid crystal display device 103 displays not only time but also various other characters and image information. When the HOE 127 is closed as shown in FIG. 15A, the time displayed on the liquid crystal display device 103 as a transmission background image can be seen. When the HOE 127 is rotated around the hinge 111 and opened as shown in FIG. 15B, an image reflected and magnified by the HOE 127 can be seen. Therefore, even if a fine image is displayed on the liquid crystal display device 103, it can be easily seen.

図16には、別例として画像受信装置を備えたワイヤレス情報表示眼鏡を示す。図16において眼鏡30は図4、図8、図10と同様に構成され、柄31には、画像信号受信回路71、ディスプレイドライブ回路72、フィールドエミッション表示装置73、バッテリ74およびアンテナ(図示省略)が設けられている。   FIG. 16 shows a wireless information display glasses provided with an image receiving device as another example. In FIG. 16, the eyeglasses 30 are configured in the same manner as in FIGS. 4, 8, and 10. The handle 31 includes an image signal receiving circuit 71, a display drive circuit 72, a field emission display device 73, a battery 74, and an antenna (not shown). Is provided.

上記のように構成された装置において、画像信号発信源(図示省略)から送信された画像信号は、柄31の部分に内臓されたアンテナおよび画像信号受信回路71により受信される。その受信された画像信号はディスプレイドライブ回路72によりデコードされ、フィールドエミッション表示装置73に送られ画像が表示される。この表示像がレンズ34の一部に設けられたHOEシート27により拡大反射され、使用者に視覚情報を提供する。なお、これら画像信号受信回路71、ディスプレイドライブ回路72、フィールドエミッション表示装置73は柄31に内臓されたバッテリ74により駆動される。このようにワイヤレス情報表示眼鏡を構成することにより、より使い勝手、携帯性が向上する。   In the apparatus configured as described above, an image signal transmitted from an image signal transmission source (not shown) is received by an antenna incorporated in the handle 31 and an image signal receiving circuit 71. The received image signal is decoded by the display drive circuit 72 and sent to the field emission display device 73 to display the image. This display image is magnified and reflected by the HOE sheet 27 provided on a part of the lens 34 to provide visual information to the user. The image signal receiving circuit 71, the display drive circuit 72, and the field emission display device 73 are driven by a battery 74 incorporated in the handle 31. By configuring the wireless information display glasses as described above, usability and portability are further improved.

図17には両眼幅調整機構付情報表示眼鏡の一例を示す。人間の両眼の光軸中心間の距離は個人差があり、少なくとも60mm〜70mm位のばらつきをもっている。このばらつきを吸収して良好な画像を見るためにはHOEシートからの反射光が15mm程度の出射瞳径をもつことが必要となるが、出射瞳の大きさと像倍率とは相反する関係にあり、高倍率(HOEの物側距離が短い)時には、通常出射瞳径は小さくなってしまう。そこで、高倍率時にも良好な視認特性を得るために、各人の目の光軸とHOEの光軸とを一致させられるように、両眼幅調整機構を設けることが重要になる。図17の情報表示眼鏡は以上の目的のために発明したものである。   FIG. 17 shows an example of information display glasses with a binocular width adjustment mechanism. The distance between the optical axis centers of both human eyes varies from person to person, and varies at least about 60 mm to 70 mm. In order to absorb this variation and view a good image, the reflected light from the HOE sheet needs to have an exit pupil diameter of about 15 mm. However, the size of the exit pupil and the image magnification are in a contradictory relationship. When the magnification is high (the HOE object-side distance is short), the exit pupil diameter is usually small. Therefore, in order to obtain good visual characteristics even at a high magnification, it is important to provide a binocular width adjustment mechanism so that the optical axis of each person's eyes and the optical axis of the HOE can be matched. The information display glasses of FIG. 17 are invented for the above purpose.

図17において、フレーム32の上部にはねじ溝81と回転防止穴82aが設けられており、これに回転防止軸83aおよび図示形状の調整ねじ84が挿入されている。またこれとは別にパッド35の上部に、回転防止穴82bおよび回転防止軸83bが設けられている。調整ねじ84の中央部に設けられた回転調整つまみ85を回すことにより、HOEシート27の光軸中心距離を可変するように構成している。   In FIG. 17, a screw groove 81 and a rotation prevention hole 82a are provided in the upper part of the frame 32, and a rotation prevention shaft 83a and an adjusting screw 84 having the shape shown in the figure are inserted into this. Apart from this, an anti-rotation hole 82b and an anti-rotation shaft 83b are provided in the upper part of the pad 35. The center distance of the optical axis of the HOE sheet 27 can be varied by turning a rotation adjustment knob 85 provided at the center of the adjustment screw 84.

また本発明のディスプレイ眼鏡には像表示の位置に次のような工夫がされている。まず図18、19に標準的な人間の視野特性を垂直、水平方向それぞれについて示す。図18は標準的な人間の垂直方向の視野特性を示し、この図によれば通常の視野は水平方向より10°〜15°下方に向いている(図示、立っているときの通常の視線から座っているときの通常の視線までの範囲)ことがわかる。図18において、Aは20才の焦点距離(最小)、Bは40才の焦点距離(最小)、Cはディスプレイ用の容認される最小の読み取り距離、Dは通常の見る距離(CRT)、Eはディスプレイ用の望ましい最小距離、Fは配置されるディスプレイの最大距離、Gは60才の焦点距離(最小)、Hはもしディスプレイが適合して設計される場合無限遠となること、を各々示している。   The display glasses of the present invention are devised as follows at the image display position. First, FIGS. 18 and 19 show standard human visual field characteristics in the vertical and horizontal directions, respectively. FIG. 18 shows a standard human visual field characteristic, according to which the normal field of view is 10 ° to 15 ° below the horizontal (shown from the normal line of sight when standing). It can be seen that the range to the normal line of sight when sitting. In FIG. 18, A is the focal length of 20 years (minimum), B is the focal length of 40 years (minimum), C is the minimum acceptable reading distance for the display, D is the normal viewing distance (CRT), E Is the desired minimum distance for the display, F is the maximum distance of the display to be placed, G is the focal length of 60 years (minimum), and H is infinity if the display is designed to fit ing.

また図19は標準的な人間の水平方向の視野特性を示し、この図によれば、文字を認識できる視野は約20°(図示、文字認識限界の範囲)であることがわかる。   FIG. 19 shows a standard human visual field characteristic. According to this figure, it can be seen that the visual field capable of recognizing characters is about 20 ° (illustrated, range of character recognition limit).

そこで本発明では図20に示すように、通常の視線(水平方向より10°下方とする)を中心として立体角20°以内には表示像を表示しないようにする。こうすることにより、図21に示すように通常の視線方向では表示像に妨げられることなく背景を見ることができ、表示像を見たい場合には図22に示すように視線を(この例では上方に)移動することにより、表示像(HOEシート27からの反射光)と背景とを融合して見ることができる。尚図21は背景像のみレンズを通して見る場合の説明図であり、図22は背景像と表示像を見る場合の説明図である。   Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 20, a display image is not displayed within a solid angle of 20 ° with a normal line of sight (10 ° lower than the horizontal direction) as the center. In this way, the background can be seen without being obstructed by the display image in the normal viewing direction as shown in FIG. 21, and when the user wants to see the display image, the viewing line (in this example, as shown in FIG. 22). By moving upward, the display image (reflected light from the HOE sheet 27) and the background can be fused and viewed. FIG. 21 is an explanatory diagram when only the background image is viewed through the lens, and FIG. 22 is an explanatory diagram when the background image and the display image are viewed.

あるいは、図23に示すように、HOEシートが取り付けられた眼鏡のフレームまたはレンズ90に視線検出センサ91を設け、使用者の視線が特定の範囲に入ったときのみ画像表示がなされるように構成することにより、より視認性を向上させ使い勝手が良いものとなる。また図23では、HOEシートが取り付けられた前記レンズ90に対向して設けた液晶シャッター92と明るさセンサ(光センサ:フォトダイオード)93を用い、背景の明るさを前記センサ93で感知し液晶シャッター92の透過率を自動的に調節することにより、使用者が容易に表示画像と背景を融合して見られるようにこれらの明るさの比率を適当な範囲に保つ機能も有している。前記液晶シャッター92は、着脱可能な少なくとも可視光波長域に対する遮光部材であり、このシャッター使用時には背景からの光の透過量を10%以下に減衰できる。   Alternatively, as shown in FIG. 23, a line-of-sight detection sensor 91 is provided on a frame or lens 90 of spectacles to which an HOE sheet is attached so that an image is displayed only when the line of sight of the user enters a specific range. By doing so, visibility is further improved and usability is improved. In FIG. 23, a liquid crystal shutter 92 and a brightness sensor (light sensor: photodiode) 93 provided opposite to the lens 90 to which the HOE sheet is attached are used, and the brightness of the background is sensed by the sensor 93 and the liquid crystal. By automatically adjusting the transmittance of the shutter 92, it also has a function of keeping the ratio of the brightness within an appropriate range so that the user can easily see the display image and the background together. The liquid crystal shutter 92 is a detachable light shielding member for at least the visible light wavelength range. When this shutter is used, the amount of light transmitted from the background can be attenuated to 10% or less.

図23において、94はマイクロコンピュータ95の指令により液晶シャッター92の透過率を調節する液晶シャッタードライバ、96は入力される画像信号とマイクロコンピュータ95の指令によりディスプレイ97を駆動するディスプレイドライバである。尚前記ディスプレイ97は前記図8のレーザーダイオードアレイ43、ガルバノメータ44、図9の音響光学効果素子54、図16のフィールドエミッション表示装置73等で構成されている。   In FIG. 23, 94 is a liquid crystal shutter driver that adjusts the transmittance of the liquid crystal shutter 92 according to a command from the microcomputer 95, and 96 is a display driver that drives the display 97 according to an input image signal and a command from the microcomputer 95. The display 97 includes the laser diode array 43, the galvanometer 44 shown in FIG. 8, the acoustooptic effect element 54 shown in FIG. 9, the field emission display device 73 shown in FIG.

図23の装置の一連の動作フローチャートを図24に示す。まず画像表示OFF、液晶透過率最大である状態において、マイクロコンピュータ95が視線検出センサ91の出力を読み込む。そして検出された視線が特定の範囲以内であれば、明るさセンサ93の出力を読み込み、その明るさに応じて液晶シャッター92の透過率を液晶シャッタードライバ94によって調整し、画像表示をONとする。また前記検出された視線が特定の範囲以内でないときは、画像表示をOFFとし、液晶シャッター92の透過率は最大のままとする。   FIG. 24 shows a series of operation flowcharts of the apparatus shown in FIG. First, in a state where the image display is OFF and the liquid crystal transmittance is maximum, the microcomputer 95 reads the output of the line-of-sight detection sensor 91. If the detected line of sight is within a specific range, the output of the brightness sensor 93 is read, the transmittance of the liquid crystal shutter 92 is adjusted by the liquid crystal shutter driver 94 according to the brightness, and the image display is turned on. . When the detected line of sight is not within a specific range, the image display is turned off and the transmittance of the liquid crystal shutter 92 is kept at the maximum.

この場合、背景の明るさは変えずに表示画像の明るさを直接可変するか、もしくは表示装置の前に液晶シャッターを設けこの透過率を可変することにより行ってもよい。また、一時的に表示画像だけを見たいときには、眼鏡レンズ部にサングラス風のフィルタをして背景からの光を減らしたり、同じく眼鏡レンズ部に設けられた2枚の偏光板のそれぞれの光軸の交差角度を可変することにより背景からの光を調整してもよい。   In this case, the brightness of the display image may be directly changed without changing the brightness of the background, or the transmittance may be changed by providing a liquid crystal shutter in front of the display device. Also, if you want to see only the display image temporarily, you can reduce the light from the background by using a sunglasses-like filter on the spectacle lens section, or each optical axis of two polarizing plates provided on the spectacle lens section. The light from the background may be adjusted by changing the crossing angle of.

なお、以上に挙げたディスプレイ眼鏡は正視の人用として眼鏡レンズの屈折力(度)を0としたものでも、レンズにカラーコーティング、UV反射コートなどの表面処理を施したものでももちろん良い。   Note that the display glasses mentioned above may be those for which the refractive power (degree) of the spectacle lens is 0 for a normal person, or of which surface treatment such as color coating or UV reflection coating is applied to the lens.

(実施例)
前記表示部は、液晶ディスプレイ(LCD)やフィールドエミッションディスプレイ(FED)に限らず、LEDディスプレイ(LEDD)、レーザーディスプレイ(LDD)、デジタルマイクロミラーディスプレイ(DMD)、エレクトロルミネッセンスディスプレイ(ELD)を用いても良い。
(Example)
The display unit is not limited to a liquid crystal display (LCD) or a field emission display (FED), but an LED display (LEDD), a laser display (LDD), a digital micromirror display (DMD), or an electroluminescence display (ELD). Also good.

また前記スキャナ光学系としては、ガルバノメータや音響光学効果素子に限らず、ポリゴンミラー又はリゾナントスキャナを用いても良い。   The scanner optical system is not limited to a galvanometer or an acousto-optic effect element, and a polygon mirror or a resonant scanner may be used.

また前記光学部材はレンズに限らず、板ガラス、透明プラスチック板、不透明プラスチック板、反射減衰プレート、プリズム又はハーフミラー又は回折格子を用いても良い。   The optical member is not limited to a lens, and a plate glass, a transparent plastic plate, an opaque plastic plate, a reflection attenuation plate, a prism, a half mirror, or a diffraction grating may be used.

また本発明は眼鏡、カメラ、双眼鏡に適用するに限らず、前記光学部材を望遠鏡のレンズで構成し、前記表示部を望遠鏡の筐体またはレンズに設けても良く、また前記光学部材を顕微鏡のレンズで構成し、前記表示部を顕微鏡のフレームまたはレンズに設けても良い。この場合も前記同様の作用、効果が得られる。   In addition, the present invention is not limited to spectacles, cameras, and binoculars. The optical member may be a telescope lens, and the display unit may be provided on a telescope housing or lens. The display unit may be provided on a microscope frame or lens. In this case, the same operation and effect as described above can be obtained.

本発明の一実施形態を示す構成図。The block diagram which shows one Embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態を示す構成図。The block diagram which shows other embodiment of this invention. 本発明を一眼レフカメラ又は双眼鏡に適用した実施形態を示す構成図。The block diagram which shows embodiment which applied this invention to the single-lens reflex camera or binoculars. 本発明を適用し、情報表示眼鏡として構成した実施形態の一例を示す構成図。The block diagram which shows an example of embodiment which applied this invention and was comprised as information display glasses. HOEシートの像拡大作用を表す説明図。Explanatory drawing showing the image expansion effect | action of a HOE sheet | seat. 本発明の情報表示眼鏡を使用者がかけたところを上方より見た様子を表す説明図。Explanatory drawing showing a mode that the place which the user put on the information display spectacles of this invention was seen from upper direction. 本発明におけるHOEシートの取り付け方法の一例を示す要部断面図。The principal part sectional drawing which shows an example of the attachment method of the HOE sheet | seat in this invention. 本発明を適用し、情報表示眼鏡として構成した実施形態の他の例を示す構成図。The block diagram which shows the other example of embodiment which applied this invention and was comprised as information display glasses. 本発明のスキャナ光学系の他の実施形態を示す要部構成図。The principal part block diagram which shows other embodiment of the scanner optical system of this invention. 本発明の情報表示眼鏡において、HOEシートを着脱可能とした実施形態を示す構成図。The block diagram which shows embodiment which made the HOE sheet | seat removable in the information display spectacles of this invention. 本発明におけるHOEシートの保持例を示し、(a)は正面図、(b)は側面図。The holding example of the HOE sheet | seat in this invention is shown, (a) is a front view, (b) is a side view. 本発明の情報表示眼鏡において、HOEシートを着脱可能とした実施形態の他の例を示す構成図。FIG. 6 is a configuration diagram showing another example of the embodiment in which the HOE sheet is detachable in the information display glasses of the present invention. 本発明の情報表示眼鏡において、HOEシートを着脱可能とした実施形態の他の例を示す構成図。FIG. 6 is a configuration diagram showing another example of the embodiment in which the HOE sheet is detachable in the information display glasses of the present invention. 本発明をビデオカメラファインダーに適用した実施形態の構成図。The block diagram of embodiment which applied this invention to the video camera finder. 本発明を適用した腕時計型携帯端末装置の実施形態を示し、(a)はHOEを閉じたときの構成図、(b)はHOEを開いたときの構成図。An embodiment of a wristwatch type portable terminal device to which the present invention is applied is shown, (a) is a configuration diagram when the HOE is closed, and (b) is a configuration diagram when the HOE is opened. 本発明の情報表示眼鏡をワイヤレス化した実施形態を示す構成図。The block diagram which shows embodiment which made the information display spectacles of this invention wireless. 本発明の両眼幅調整機構付情報表示眼鏡の実施形態を示す要部構成図。The principal part block diagram which shows embodiment of the information display glasses with a binocular width adjustment mechanism of this invention. 標準的な人間の垂直方向の視野特性を示す説明図。Explanatory drawing which shows the visual field characteristic of a normal human perpendicular direction. 標準的な人間の水平方向の視野特性を示す説明図。Explanatory drawing which shows the visual field characteristic of a standard human horizontal direction. 表示像を認識できる人間の視野範囲を示す説明図。Explanatory drawing which shows the human visual field range which can recognize a display image. 通常の視線方向における背景と表示像の関係を表し、背景像のみレンズを通して見える場合の説明図。Explanatory drawing in the case of showing the relationship between the background and display image in a normal gaze direction, and seeing only a background image through a lens. 視線を上方に移動したときの背景と表示像の関係を表し、背景像と表示像が見える場合の説明図。Explanatory drawing in case the background image and the display image are visible, showing the relationship between the background and the display image when the line of sight is moved upward. 本発明の視線検出センサおよび明るさセンサを設けた装置の一例を示す構成図。The block diagram which shows an example of the apparatus which provided the gaze detection sensor and brightness sensor of this invention. 図23の装置によって画像表示および液晶シャッターの透過率を制御する場合のフローチャート。24 is a flowchart in the case of controlling the image display and the transmittance of the liquid crystal shutter by the apparatus of FIG. 従来の画像表示装置の一例を示す構成図。The block diagram which shows an example of the conventional image display apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1…画像出力装置
4,34,34a,34b…レンズ
5…眼球(瞳)
6,27…HOEシート
21…光源
22…液晶表示板
23…拡散板
24…縮小光学系
25…プラスチックファイバ
26…プリズムレンズ
28…イヤホン
29…高分子合成膜
30…眼鏡
31…柄
40…虹彩
41…UV硬化接着剤
42…ドライブ回路
43…レーザーダイオードアレイ
44…ガルバノメータ
54…音響光学効果素子
60…クリップ
61…表示装置
71…画像信号受信回路
72…ディスプレイドライブ回路
73…フィールドエミッション表示装置
74…バッテリ
81…ねじ溝
82a,82b…回転防止穴
83a,83b…回転防止軸
84…調整ねじ
85…回転調整つまみ
91…視線検出センサ
92…液晶シャッター
93…明るさセンサ
94…液晶シャッタードライバ
95…マイクロコンピュータ
96…ディスプレイドライバ
97…ディスプレイ
101…マイラーフィルム
102…円筒形ポリカーボネート基板
103…液晶表示装置
104…ミラー
105…ファインダー筐体
106…視度調整レンズ
127…HOE
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Image output device 4, 34, 34a, 34b ... Lens 5 ... Eyeball (pupil)
6, 27 ... HOE sheet 21 ... Light source 22 ... Liquid crystal display plate 23 ... Diffuser plate 24 ... Reduction optical system 25 ... Plastic fiber 26 ... Prism lens 28 ... Earphone 29 ... Polymer composite film 30 ... Glasses 31 ... Pattern 40 ... Iris 41 ... UV curing adhesive 42 ... Drive circuit 43 ... Laser diode array 44 ... Galvanometer 54 ... Acousto-optic effect element 60 ... Clip 61 ... Display device 71 ... Image signal receiving circuit 72 ... Display drive circuit 73 ... Field emission display device 74 ... Battery DESCRIPTION OF SYMBOLS 81 ... Screw groove 82a, 82b ... Anti-rotation hole 83a, 83b ... Anti-rotation shaft 84 ... Adjustment screw 85 ... Rotation adjustment knob 91 ... Gaze detection sensor 92 ... Liquid crystal shutter 93 ... Brightness sensor 94 ... Liquid crystal shutter driver 95 ... Microcomputer 96 ... dis Ray driver 97 ... Display 101 ... mylar film 102 ... cylindrical polycarbonate substrate 103 ... liquid crystal display device 104 ... mirror 105 ... viewfinder housing 106 ... diopter adjustment lens 127 ... HOE

Claims (8)

眼鏡の柄に、画像情報発信源より送信された画像信号を受信する受信部と、前記受信部で受信された画像信号を解読するドライブ部と、前記ドライブ部で解読された画像を表示する表示手段と、前記受信部、ドライブ部、表示手段に各々電源を供給する電源部とを設け、
前記表示手段は、電気的又は光学的な画像信号を実際の画像に変換して出力する画像出力装置と、
光学部材と、
前記光学部材に設けられ、前記画像出力装置の出力画像の虚像を眼から所定距離隔てた部位に表示し、且つ前記光学部材が少なくとも可視光域の一部あるいは全部を透過する場合、当該虚像を、前記光学部材を透過した背景像と合成するリップマンブラッグ体積ホログラムを有した表示部とを備え、前記虚像又は前記虚像と透過背景像との合成像を少なくとも一眼に導くことを特徴とする画像表示装置。
A display unit that receives an image signal transmitted from an image information transmission source, a drive unit that decodes the image signal received by the reception unit, and an image that is decoded by the drive unit And a power supply unit for supplying power to each of the receiving unit, the drive unit, and the display unit,
The display means converts an electrical or optical image signal into an actual image and outputs the image, and
An optical member;
When the virtual image of the output image of the image output device provided on the optical member is displayed at a predetermined distance from the eye and the optical member transmits at least part or all of the visible light region, the virtual image is displayed. A display unit having a Lippmann Bragg volume hologram for combining with a background image transmitted through the optical member, and guiding the virtual image or a combined image of the virtual image and the transmitted background image to at least one eye. apparatus.
前記リップマンブラッグ体積ホログラムは、前記光学部材内に挟み込まれ保持されていることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The image display apparatus according to claim 1, wherein the Lippmann Bragg volume hologram is sandwiched and held in the optical member. 前記リップマンブラッグ体積ホログラムは、前記光学部材に対して着脱自在に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The image display apparatus according to claim 1, wherein the Lippmann Bragg volume hologram is provided detachably with respect to the optical member. 前記画像出力装置からの出射光を、反射減衰膜を被覆した前記光学部材側から入射させることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The image display apparatus according to claim 1, wherein light emitted from the image output apparatus is incident from the optical member side coated with a reflection attenuation film. 前記画像出力装置は、画像再生光学系の収差を打ち消すように、予め歪んだ画像を出力することを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The image display apparatus according to claim 1, wherein the image output apparatus outputs an image distorted in advance so as to cancel out aberrations of the image reproducing optical system. 前記表示部は、使用者の視線を検出する視線検出センサを有し、使用者の視線が特定の範囲にあるときに前記画像出力装置の出力画像の虚像表示を行うことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The said display part has a gaze detection sensor which detects a user's gaze, and performs a virtual image display of an output picture of the above-mentioned image output device, when a user's gaze is in a specific range. 2. The image display device according to 1. 前記表示部は、使用者の視線を検出する視線検出センサおよび表示位置コントローラを有し、前記画像出力装置の出力画像の虚像を使用者の視線に追従させて表示することを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The display unit includes a line-of-sight detection sensor that detects a user's line of sight and a display position controller, and displays a virtual image of an output image of the image output device following the line of sight of the user. 2. The image display device according to 1. 前記眼鏡には、リップマンブラッグ体積ホログラムで反射された光線の光軸中心距離を可変する両眼幅調整機構が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
The image display apparatus according to claim 1, wherein the eyeglasses are provided with a binocular width adjustment mechanism that varies an optical axis center distance of a light beam reflected by a Lippmann Bragg volume hologram.
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