CN106918963B - 调光器和使用该调光器的影像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供解决烧屏等实用方面的问题，能够容易地改变外界光的透射率的调光器和使用它的影像显示装置。调光器(10)在入射光的入射方向上层叠有2层以上的通过控制施加电压来改变入射光的透射率的调光层(11、12)。影像显示装置(100)包括生成影像光(111)的影像生成器(101)，将影像光作为虚像投影到用户的视野内的影像投影器(102)，配置在影像投影器的对用户投影的一侧的相反侧、调整经影像投影器入射到用户的眼睛(2)的外界光(112)的光量的上述调光器(10)，和根据外界光检测器(105)检测出的外界光的亮度对上述调光器进行控制的调光控制器(107)。

Description

调光器和使用该调光器的影像显示装置

技术领域

本发明涉及对到达人眼的外界光的亮度进行控制的调光器，和使用该调光器的影像显示装置。

背景技术

已知有使用虚像对用户显示规定影像的影像显示装置，并且它们已作为头戴式显示器和平视显示器实现了商品化。在这样的影像显示装置中，为了能够在观察所显示的影像的同时观察外界环境，人们提出了各种光学系统结构。例如，专利文献1记载一种虚像显示装置，为了能够观察外界环境并且防止外界光妨碍影像的观察，以与导光板的外界侧相对的方式配置调光板来对外界光的透射状态进行调整。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-88472号公报

发明内容

发明要解决的问题

为了使用显示虚像的影像显示装置同时观察影像和外界环境，在外界环境明亮的情况下和阴暗的情况下，需要改变外界光的透射状态(透射率)。即，外界环境明亮的情况下影像看起来相对较暗，所以要降低外界光的透射率。反之，在外界环境阴暗的情况下为了清晰地辨认外界环境，要提高外界光的透射率。

专利文献1公开了具有用于对外界光的透射率进行调整的调光板的虚像显示装置，作为其中使用的光学元件列举了液晶面板、电致变色元件、透射型电压元件等。

但是，在头戴式显示器等影像显示装置中使用这些光学元件时，存在实用性方面的问题。例如存在这样的问题，即，对于液晶面板为持续施加一定电压的情况下的烧屏现象的问题，对于电致变色元件为元件厚度引起响应速度降低的问题，对于透射型电压元件为需要进行高压驱动的问题等。上述专利文献1对于这些问题没有加以考虑。

本发明的目的在于鉴于上述问题，提供一种调光器和使用该调光器的影像显示装置，其解决烧屏等实用方面的问题，能够容易地改变外界光的透射率。

解决问题的技术手段

本发明是一种调整入射光的透射率的调光器，其包括：通过控制施加电压来改变可见光波段的波长的光的透射率的调光层；和用于对所述调光层施加电压的电极，在所述入射光的入射方向上层叠有2层以上的所述调光层。

本发明是一种在用户的视野内显示影像的影像显示装置，其包括：生成影像光的影像生成器；将所述影像生成器生成的影像光作为虚像投影到用户的视野内的影像投影器；调光器，其配置在所述影像投影器的对用户投影的一侧的相反侧，对经由所述影像投影器而入射到用户的眼睛的外界光的光量进行调整；检测所述外界光的亮度的外界光检测器；和根据所述外界光检测器检测出的外界光的亮度对所述调光器进行控制的调光控制器，所述调光器在所述外界光的入射方向上层叠有2层以上的调光层，其中所述调光层通过控制施加电压来改变可见光波段的波长的光的透射率。

发明效果

根据本发明，能够提供一种调光器和使用该调光器的影像显示装置，其解决调光层的烧屏等实用方面的问题，能够容易地改变外界光的透射率。

附图说明

图1是表示具有调光器的影像显示装置的基本结构的俯视图(实施例1)。

图2是表示影像显示装置的结构的框图。

图3是表示调光控制器进行的调光控制的流程图。

图4是表示搭载了影像显示装置的头戴式显示器的外观的示意图。

图5是表示头戴式显示器的模块结构的图。

图6是表示调光器中使用了液晶的影像显示装置的结构的俯视图(实施例2)。

图7是说明调光器的调光动作的图。

图8是表示透射率调整层的透射率特性的图。

图9是表示调光器中使用了悬浮颗粒器件的影像显示装置的结构的俯视图(实施例3)。

图10是表示悬浮颗粒器件层的透射率与施加电压的关系的图。

图11是表示对悬浮颗粒器件层施加电压的电极和电源的配置之一例的图。

图12是表示调光器中使用了电致变色层的影像显示装置的结构的俯视图(实施例4)。

图13是表示电致变色层的响应速度与厚度的关系的图。

图14是表示能够对视野的一部分进行调光的影像显示装置的结构的俯视图(实施例5)。

图15是表示头戴式显示器生成的用户的视野的图。

图16是表示将调光器应用于平视显示器的例子的概要图。

具体实施方式

以下使用附图说明本发明的实施方式。下文中，以将调光器和影像显示装置应用于头戴式显示器的情况为例进行说明，但本发明不限定于此。另外，各图中表示相同作用的结构部件使用相同的标记表示。

[实施例1]

在实施例1中，说明调光器和使用该调光器的影像显示装置的基本结构。

图1是表示具有调光器的影像显示装置100的基本结构的俯视图。影像显示装置100包括影像生成器101、影像投影器102、外界光检测器105和对外界光进行调整的调光器10。用户的眼睛2能够同时观察来自影像显示装置100的影像光111和外界光112的双方。

影像生成器101具有生成影像的影像显示元件(例如透射或反射型的液晶面板或数字反射镜器件)和对该影像显示元件照射光的照明光学系统(例如LED背光源或由LED和透镜构成的光学系统)。从影像生成器101出射的影像光111对影像投影器102入射。

影像投影器102由反射膜103和透镜面104构成。入射到影像投影器102的影像光111通过透镜面104在反射膜103上反射，向用户的眼睛2的瞳孔3投影。此时，透镜面104具有使影像生成器101生成的影像作为虚像被用户的眼睛2识别的透镜功能。此处，反射膜103具有使影像光111的一部分反射并使一部分透射的分束功能。这是为了使从调光器10透射的外界光112同时导向用户的眼睛2。反射膜103例如可以起到透射率和反射率均为50％的半反射镜的功能，也可以起到利用了光的偏振性的偏振分束器的功能。

调光器10构成第一调光层11与第二调光层12的双层结构，从用户的眼睛2看来配置在相对于影像投影器102相反的一侧。调光器10具有通过改变其对外界光112的透射率，来调整向用户的眼睛2入射的外界光112的光量的功能。调光器10的材料即第一调光层11和第二调光层12中，作为调节可见光波段波长的光的透射率的光学元件，使用液晶元件、悬浮颗粒器件(Suspended Particle Device)、电致变色元件等。它们是通过控制施加的电压而改变透射率的元件。

外界光检测器105具有检测外界光112的亮度的功能，使用照度传感器或相机等。外界光检测器105检测出的外界光112的亮度的信息，被用于调光器10和影像生成器101的控制。

此处，例如在使用2层液晶层作为调光器10的调光层11、12的情况下，能够交替切换地使用要驱动的液晶层。由此，不会仅对1层调光层持续施加一定的电压，能够获得的效果是，防止调光层为1层的情况下成为问题的液晶的烧屏。

另外，在调光层使用悬浮颗粒器件的情况下，通过采用双层结构，各悬浮颗粒器件层的施加电压得到降低，能够利用更低的施加电压调整为期望的透射率。

另外，在调光层使用电致变色元件的情况下，通过采用双层结构，各电致变色层中的响应速度得到提高，能够兼顾透射率和响应速度。

这样，通过使用2层调光层层叠为调光器10，能够避免烧屏、施加电压、响应速度等实用方面的问题，实现根据外界光的亮度而相应地使外界光的透射率适当变化的调光器。此处说明了使调光器10的调光层为2层的结构，但多层化为3层以上的结构也可以得到同样的效果。其中，关于调光层使用的各光学元件的特性，在后述的实施例2～4中分别详细说明。

图2是表示影像显示装置100的结构的框图。影像显示装置100由调光器10、影像生成器101、外界光检测器105、驱动电源106、调光控制器107构成。其中，调光器10、影像生成器101、外界光检测器105与图1中说明的相同。

调光控制器107根据外界光检测器105检测出的外界光112的亮度，相应地控制调光器10的透射率和影像生成器101生成的影像光的强度。具体而言，对于调光器10切换第一、第二调光层11、12的驱动条件(施加电压)。驱动电源106经由调光控制器107对调光器10和影像生成器101供给电力。

例如，对在用户周围较为明亮的环境中使用影像显示装置100的情况进行说明。在明亮的环境中，影像光111上会有较强的外界光112叠加，所以影像的对比度降低，用户难以辨认影像。该情况下进行控制，以降低调光器10的透射率从而减少外界光的光量，并且增大影像生成器101生成的影像光的强度。其结果，影像的对比度得到提高，用户变得易于辨认影像。像这样，影像显示装置100具有即使周围环境的亮度改变也能保持必要的影像对比度的功能。

图3是表示调光控制器107进行的调光控制的流程图。以下流程在影像显示装置100工作的期间按规定的时间间隔反复执行。

在S601中，使用外界光检测器105检测外界光112的亮度(光量)。在S602中，获取影像生成器101所生成的影像光111的强度。例如，获取影像信号的最大亮度等级或平均亮度等级。在S603中，对影像光111与外界光112的强度等级进行比较，计算影像的对比度。如果调光器10已经处于调光状态(例如降低了透射率的状态)，则将其考虑在内，计算入射到用户的眼睛的影像的对比度。

在S604中，判定计算出的影像对比度是否在规定范围内，即是否需要为了保持规定的对比度而调整调光状态。在需要调光(调整)的情况下前进至S605，在不需要调光(调整)的情况下前进至S607。

在S605中调整调光器10的透射率。例如，以在外界光的亮度大的情况下降低透射率，在外界光的亮度小的情况下提高透射率的方式进行调整。并且，在S606中调整影像生成器101的影像光的强度。例如，以在外界光的亮度大的情况下提高影像光的强度，在外界光的亮度小的情况下降低影像光的强度的方式进行调整。

在S607中，为了防备用户的周围环境的变化而待机规定时间。之后返回S601重复进行上述流程。通过以上调光控制动作，用户能够持续以规定的对比度观察影像。

其中，S605中的调光器10的控制和S606中的影像生成器101的控制成互补的关系，适当决定使用某一方或是使用双方即可。例如，可以以调光器10的控制为主，在仅利用调光器10的控制不能实现期望的对比度时进行影像生成器101的控制。

接着，对搭载了影像显示装置100的头戴式显示器进行说明。

图4是表示搭载了影像显示装置100的头戴式显示器200的外观的示意图。头戴式显示器200是在眼镜状的臂210上搭载了影像显示装置100的结构，将臂210佩戴在用户1的头部，使影像显示装置100与用户1的眼睛(本例中为左眼)相对地配置。

用户1能够在整个视野的区域500内的影像显示范围501中将影像显示装置100生成的虚像识别为影像。另外，外界光经由影像显示装置100的调光器10入射到用户1的眼睛。此时，通过改变调光器10的透射率而调整外界光的亮度，能够与影像同时观察到。

图5是表示头戴式显示器200的模块结构的图。头戴式显示器200具有影像显示装置100，以及控制器201、电源供给器202、存储器203、传感器204、通信器205、声音处理器206、操作器207。传感器输入输出端子204a、通信输入输出端子205a、声音输入输出端子206a是与外部设备连接的端子。这些结构部件收纳在图4的臂210的部分。

控制器201控制整个头戴式显示器200。电源供给器202利用电池或蓄电池等对影像显示装置100供给电源。其中，电源供给器202可以兼用作图2中的驱动电源106。存储器203是存储信息的器件，使用半导体存储器或小型的硬盘驱动器等。

传感器204经由传感器输入输出端子204a与外部传感器连接，检测多种信息。例如，能够利用倾斜传感器和加速度传感器等检测用户的姿态、朝向、运动，利用视线传感器和温度传感器等检测用户的身体状态，利用GPS传感器检测用户的当前位置，利用压感传感器和静电电容传感器检测用户的指示输入，或者利用近距离传感器检测用户是否佩戴等。传感器204可以具有多种上述功能。

通信器205经由通信输入输出端子205a以无线或有线的方式与外部网络通信。由此，例如头戴式显示器200能够直接与互联网的基站通信而获取信息。声音处理器206经由声音输入输出端子206a与麦克风和耳机连接，对声音信号进行处理。操作器207接受用户的操作。

其中，图中的箭头表示控制和信息的传输方向，但不一定示出了所有的控制线和信息线。另外，传感器204和声音处理器206也可以是包括外部器件(外部传感器、麦克风等)本身的结构。

如以上说明，根据实施例1，通过使用具有2层以上调光层的调光器10，能够与周围环境的亮度无关地保持必要的影像对比度，能够实现实用特性优秀的影像显示装置100和搭载了该影像显示装置的头戴式显示器200。

在以下各实施例中说明调光器的具体结构。

[实施例2]

在实施例2中，说明调光器的调光层使用液晶的情况。

图6是表示在调光器中使用了液晶的影像显示装置的结构的俯视图。对于与实施例1(图1)相同功能的部分标注相同的标记，省略说明。在影像显示装置100a中，调光层20是由2层液晶层21、22与偏振片26组合构成的。并且，在影像投影器102a中，反射膜103a具有使偏振光分离的偏振分束器的功能。对调光器20的结构进行详细说明。

调光器20由第一液晶层21、第二液晶层22、2个正透明电极23、2个负透明电极24、3个透明基板25、偏振片26、透射率调整层27构成。它们从外界光112的入射侧起按偏振片26、透明基板25、正透明电极23、第一液晶层21、负透明电极24、透明基板25、正透明电极23、第二液晶层22、负透明电极24、透明基板25和透射率调整层27的顺序层叠。

偏振片26从随机偏振的外界光112中仅选择规定方向的偏振光。第一液晶层21和第二液晶层22都是封入了对光附加的相位随施加电压而变化的液晶的层。使第二液晶层22附加的相位的方向与第一液晶层21正交。

正透明电极23和负透明电极24是对第一液晶层21、第二液晶层22施加电压的电极，通过控制施加电压而控制第一液晶层21、第二液晶层22对入射光附加的相位。透明基板25是光学上透明的基板，用于加强靠第一液晶层21、第二液晶层22不够的强度。

透射率调整层27具有透射率特性随波长而不同的滤光功能。由此，能够补偿第一、第二液晶层21、22具有的透射率的波长依赖性。

根据上述结构，对于外界光112利用偏振片26选择偏振方向，通过分别控制2个液晶层21、22的施加电压而改变通过这2个液晶层的光的相位。最后利用反射膜103a选择偏振方向，其结果能够调整从调光器20透射的外界光112的光量。进而，本实施例中通过交替地驱动2个液晶层21、22，能够防止液晶层的烧屏现象。以下，对此进行具体说明。

图7是说明调光器20的调光动作的图。此处为简单起见，列举代表性的3个调光条件。＜条件1＞是半透明(透射率50％)，＜条件2＞是1/4透明(透射率25％)，＜条件3＞是遮光(透射率0％)。其他中间条件(透射率50～0％)也能够通过调整施加电压而实现。其中，关于透射率调整层27在后文中叙述，因此此处除去其功能进行说明。

为了实现＜条件1＞半透明(透射率50％)，对第一液晶层21和第二液晶层22不施加电压(V1＝V2＝0)。外界光的偏振状态如上所述是随机的偏振，所以可以划分为纸面纵向、横向的成分。该外界光从入射侧起依次通过偏振片26、第一液晶层21、第二液晶层22、反射膜103a，到达用户的眼睛。

首先，当外界光通过偏振片26时，选中规定方向(此处为纸面纵方向)的偏振成分。此时，光量成为1/2。接着，光入射到第一液晶层21。液晶层21由于没有电压施加(V1＝0)，所以具有所谓1/2波片的功能。因此，光的偏振状态被变换为90度正交的方向(纸面横方向)。接着，光入射到第二液晶层22。液晶层22由于也没有电压施加(V2＝0)，所以具有所谓1/2波片的功能。因此，光的偏振状态被变换为90度正交的方向(纸面纵方向)。

最后，光入射到反射膜103a。反射膜103a是利用了光的偏振性的偏振分束器，具有与偏振片26相同的偏振选择特性。即，使规定方向(纸面纵方向)的偏振光透过，使与其正交的偏振光(纸面横方向)反射。因此，光直接从反射膜103a透射。根据以上结果，在＜条件1＞下，50％的光到达用户的眼睛。

为了实现＜条件2＞1/4透明(透射率25％)，对第一液晶层21和第二液晶层22交替地施加电压。施加的电压是使得对光附加相当于1/4λ波片的相位的电压(＝A)。＜状态1＞表示对第一液晶层21施加电压(V1＝A)的情况，＜状态2＞表示对第二液晶层22施加电压(V2＝A)的情况。

对＜状态1＞进行说明。光量因偏振片26而成为1/2的、入射到第一液晶层21的光，被液晶层21变换为圆偏振光。这是因为液晶层21上施加了电压(V1＝A)，具有1/4波片的功能。接着，光入射到第二液晶层22。液晶层22由于没有电压施加(V2＝0)，所以具有1/2波片的功能。因此，光的偏振状态被变换为旋转方向反转的圆偏振光。

最后，光入射到反射膜103a。圆偏振光由横方向和纵方向的偏振成分构成。因此，规定方向(纸面纵方向)的偏振光透射，而与其正交的偏振光(纸面横方向)反射。即，光量因反射膜103a而降至1/2。其结果，在＜状态1＞下共25％的光到达用户的眼睛。

对＜状态2＞进行说明。光量因偏振片26而成为1/2的、入射到第一液晶层21的光，因为液晶层21上没有电压施加(V1＝0)所以被变换为90度正交的方向(纸面横方向)的偏振光。接着，光入射到第二液晶层22。液晶层22上施加了电压(V2＝A)，所以被变换为圆偏振光。

最后，成为圆偏振光的光入射到反射膜103a，所以光量因反射膜103a而降至1/2。结果，在＜状态2＞下，与＜状态1＞同样地共25％的光到达用户的眼。

这样，＜状态1＞和＜状态2＞都实现了1/4透明(透射率25％)的条件。于是，在＜条件2＞下交替地切换＜状态1＞和＜状态2＞。即，对第一液晶层21和第二液晶层22交替地施加电压A进行驱动。

在实现＜条件3＞遮光(透射率0％)的情况下，也对第一液晶层21和第二液晶层22交替地施加电压。施加的电压是使得不会对光附加相位的电压(＝B)。＜状态3＞表示对第一液晶层21施加了电压(V1＝B)的情况，＜状态4＞表示对第二液晶层22施加了电压(V2＝B)的情况。

对＜状态3＞进行说明。光量因偏振片26而成为1/2的、入射到第一液晶层21的光，因为液晶层21上施加了电压(V1＝B)，附加的相位为零(0λ)，所以直接通过液晶层21。接着，光入射到第二液晶层22。因为液晶层22上没有电压施加(V2＝0)，所以被附加1/2λ的相位，光的偏振状态被变换为90度正交的方向(纸面横方向)。

最后，光入射到反射膜103a。此时，光的所有光量被反射膜103a反射。其结果，总透射率为0％，光不会到达用户的眼睛。

对＜状态4＞进行说明。光量因偏振片26而成为1/2的、入射到第一液晶层21的光，因为液晶层21上没有电压施加(V1＝0)所以被附加1/2λ的相位，由液晶层21变换为90度正交的方向(纸面横方向)的偏振光。接着，光入射到第二液晶层22，因为液晶层22上施加了电压(V2＝B)，附加的相位为零(0λ)，所以直接通过。

最后，光入射到反射膜103a，与＜状态3＞同样地，所有光量被反射膜反射。其结果，与＜状态3＞同样地，总透射率为0％，光不会到达用户的眼睛。

这样，＜状态3＞和＜状态4＞都实现了遮光(透射率0％)的条件。于是，在＜条件3＞下交替地切换＜状态3＞和＜状态4＞。即，对第一液晶层21和第二液晶层22交替地施加电压B进行驱动。

如以上说明，通过控制第一液晶层21和第二液晶层22的施加电压，能够将外界光的透射率在0％至50％的范围中自由地控制。不过，现有的液晶驱动方式中，使用时需要同时使施加的电压大幅变化。其理由在于，若保持固定的电压，液晶会发生烧屏而导致不再工作。而本实施例的调光器20中，因为需要长时间维持规定的透射率，所以通过如上述说明使2个液晶层交替地工作，能够容易地得到防止烧屏的效果。此处，说明了使调光器20的液晶层成为2层的结构，但多层化为3层以上的结构也可以得到同样的效果。

接着说明透射率调整层27的作用。透射率调整层27用于进行补偿以使得从调光器20透射的外界光的光量不依赖于波长地成为均匀的值。

图8是表示透射率调整层27的透射率特性的图。横轴表示波长，纵轴表示透射率。实线700是透射率调整层27的透射率特性。虚线701是不存在透射率调整层27的情况下的调光器20(即仅有液晶层21、22)的透射率特性，点划线702表示设置了透射率调整层27的调光器20的透射率特性。

一般而言，液晶具有依赖于波长的透射率特性。在液晶的层厚设计成使得可见光的大致中心波长即550nm附近的透射率为最小的情况下，对于与设计中心的波长不同波长的光而言，其被附加的相位与理想值之间存在误差。因此，如虚线701所示，通过调光器20(仅有液晶层)的光的透射率具有依赖于波长的特性，长波长侧(红色)和短波长侧(蓝色)的透射率较大。在观看白色物体时，用户看到的会是混杂有蓝色和红色的颜色。

于是，使透射率调整层27具有与虚线701相反的透射率特性(实线700)。因此，从应用了透射率调整层27的调光器20通过的外界光的波长依赖性如点划线702所示变得平坦，能够消除波长依赖性的影响。

这样，根据实施例2的结构，通过使作为调光层的2层以上的液晶层交替地工作，能够容易地防止液晶层中发生的烧屏。另外，通过追加透射率调整层，具有消除从液晶层透射的外界光的波长依赖性的效果。

[实施例3]

在实施例3中，说明调光器的调光层使用悬浮颗粒器件的情况。

图9是表示在调光器中使用了悬浮颗粒器件的影像显示装置的结构的俯视图。对于与实施例1(图1)相同功能的部分标注相同标记，省略说明。在影像显示装置100b中，调光器30使用2层悬浮颗粒器件层31、32和它们的电极33、34，以及透明基板35构成。它们从外界光112的入射侧起按透明基板35、正透明电极33、第一悬浮颗粒器件层31、负透明电极34、透明基板35、正透明电极33、第二悬浮颗粒器件层32、负透明电极34、透明基板35的顺序层叠。

悬浮颗粒器件层31、32在通过电极33、34施加了交流电压时取向颗粒与电场平行地取向，所以入射光直线前进而变得透明。在不施加电压的情况下取向颗粒成为无序状态，入射的光被取向颗粒吸收或者漫反射，因而变得不透明。这样，通过改变对悬浮颗粒器件层31、32施加的电压能够调整调光器30的透射率。下面，说明使用2个悬浮颗粒器件层31、32作为调光层的效果。

图10是表示悬浮颗粒器件层的透射率与施加电压的关系的图。实线300是厚度D的悬浮颗粒器件层的情况，虚线301是2倍厚度2D的悬浮颗粒器件层的情况，点划线302是使厚度D的悬浮颗粒器件层成为双层结构的情况。

如实线300所示，悬浮颗粒器件层(厚度D)在提高施加电压V时透射率增大。但是，即使电压V为零，透射率也不为零，具有残留值T0。在利用单层结构形成厚度2D的情况下，如虚线301所示整体透射率降低，电压V＝0时的残留值T0’也降低。即，遮光特性变好。但是，透射率关于施加电压V的斜率较为平缓，所以为了得到高透射率，必须施加更高的电压V。

与此相对，在采用厚度D的双层结构的情况下，如点划线302所示，透射率关于电压的斜率变陡。即，可以利用比虚线301所示的单层结构的情况下低的电压获得高透射率特性。例如，就用于获得透射率T1的电压而言，在单层结构下需要电压V1，但在双层结构下降低至V2。

一般而言，在要利用悬浮颗粒器件层获得较高遮光特性(较低透射率)的情况下，需要增加其厚度。另一方面，在要获得较高透射率的情况下需要提高施加电压。但是，在可穿戴的头戴式显示器等中能够施加的电压存在限制，难以覆盖期望的透射率范围。

相对地，本实施例将悬浮颗粒器件层的厚度限制为一定值并使其为2层，从而能够利用较低的施加电压覆盖期望的透射率范围。此处，针对使调光器30的悬浮颗粒器件层为2层的结构进行说明，但3层以上多层化的结构也可以得到同样的效果。

图11是表示对悬浮颗粒器件层施加电压的电极和电源的配置之一例的图。(A)是双电源驱动方式，(B)是单电源驱动方式的情况。

图11(A)表示双电源驱动的调光器30a。它是与图9的调光器30相同的结构，按透明基板35、正透明电极33、第一悬浮颗粒器件层31、负透明电极34、透明基板35、正透明电极33、第二悬浮颗粒器件层32、负透明电极34、透明基板35的顺序层叠。为了使2个悬浮颗粒器件层31、32工作，需要2个电源311、312和4根配线321。

图11(B)表示单电源驱动的调光器30b。其结构中，按透明基板35、负透明电极34、第一悬浮颗粒器件层31、正透明电极33、第二悬浮颗粒器件层32、负透明电极34、透明基板35的顺序层叠。该情况下，使设置在第一悬浮颗粒器件层31与第二悬浮颗粒器件层32邻接的一侧的各电极共用而成为1个正透明电极33，并删除了中间的透明基板35。为了使2个悬浮颗粒器件层31、32工作，配置1个电源313和3根配线322即可，能够削减电源的个数和配线的根数。另外，不需要中间的透明基板，也可以得到能够薄型化的效果。

这样，根据实施例3，通过使作为调光层的悬浮颗粒器件层为2层以上的多个层，能够在可实现的施加电压的范围内覆盖期望的透射率范围。另外，在多层化时，驱动用电源和配线能够共用。

[实施例4]

在实施例4中，说明调光器的调光层使用电致变色层的情况。

图12是表示在调光器中使用了电致变色层的影像显示装置的结构的俯视图。对于与实施例1(图1)相同功能的部分标注相同标记，省略说明。在影像显示装置100c中，调光层40使用2层电致变色层41、42和它们的电极43、44，以及透明基板45构成。它们从外界光112的入射侧起按透明基板45、正透明电极43、第一电致变色层41、负透明电极44、透明基板45、正透明电极43、第二电致变色层42、负透明电极44、透明基板45的顺序层叠。

电致变色层41、42是利用电极43、44施加正或负的电压，从而在电荷的转移下发生氧化还原反应而实现着色、褪色的元件。即，通过改变电致变色层41、42上施加的电压，能够调整调光器40的透射率。下面说明使用2个电致变色层41、42作为调光层的效果。

图13是表示电致变色层的响应速度与厚度的关系的图。实线401是单层结构(厚度t)的电致变色层的情况，点划线402是双层结构(厚度t/2的2个层)的电致变色层的情况，示出了响应速度关于总厚度t的变化。

如实线401所示，电致变色层具有越厚则响应速度越慢的特性。另一方面，为了获得规定的透射率范围，需要使用规定以上的厚度t的电致变色层。因此，使用单层结构的电致变色层难以实现可穿戴的头戴式显示器等所需的透射率和响应速度的兼顾。本实施例中，通过采用双层结构能够兼顾透射率和响应速度。例如，在为了获得期望的透射率需要总厚度t＝2D时，单层结构的响应速度是S1。通过采用每层厚度D的双层结构，响应速度提高至厚度D时的速度S2。

另外，本实施例也与上述实施例3的图11中所述的效果同样地，能够使多层结构中的电压施加电极被共用，削减电源的个数和配线的根数。此处针对使调光器40的电致变色层为2层的结构进行了说明，但3层以上的多个层的结构也可以得到同样的效果。

这样，根据实施例4，通过使作为调光层的电致变色层为2层以上的多个层，具有在保持透射率的同时提高响应速度的效果。

[实施例5]

在实施例5中，说明对用户的视野内要调光的区域进行切换的结构。上述实施例1～4对整个视野进行调光，而此处仅使视野的一部分可调光。

图14是表示仅使视野的一部分可调光的影像显示装置的结构的俯视图。影像显示装置100d与实施例1(图1)的影像显示装置100相比，影像投影器102b和调光器50的结构存在不同，由影像生成器101、影像投影器102b、具备第一调光区域51和第二调光区域52的调光器50、外界光检测器105构成。用户以像戴眼镜那样覆盖用户的整个视野的方式佩戴影像显示装置100d。

影像生成器101出射的影像光111入射到影像投影器102b。影像投影器102b中存在2片反射膜103b、103c，影像光111在该反射膜103b、103c上反射而向用户的瞳孔3入射。在反射膜103b与103c之间，影像光111在影像投影器102b的侧面全反射而行进。

从用户的眼睛2看来，调光器50配置在相对于影像投影器102b相反一的侧。调光器50是在外界光112的入射方向上层叠第一调光层11与第二调光层12而构成的，并且外界光112的入射面被分割为第一调光区域51和第二调光区域52。例如，使第一调光区域51对应于影像光111向用户的瞳孔3入射的区域(即影像显示区域)，第二调光区域52对应于影像光111所入射的区域的外侧(即影像显示区域的外侧)。并且，利用调光控制器(图2的标记107)对第一调光区域51和第二调光区域52分别独立地进行调光控制。

图15是表示搭载了影像显示装置100d的头戴式显示器200生成的用户的视野的图。(A)是仅对第一调光区域51进行调光的情况，(B)是对第一调光区域51和第二调光区域52双方进行调光的情况。(A)和(B)的切换由用户1通过头戴式显示器200的操作器(图5的标记207)进行操作。

在图15(A)的情况下，对于用户1而言，通过仅对整个视野区域500中的影像显示范围501调整透射率，能够在保持外界视野明亮的同时提高影像的对比度。另一方面，在图10(B)的情况下，通过调整整个视野区域500的透射率，能够在调整外界的亮度的同时提高影像的对比度。当然，在(B)的情况下，也能够将第一调光区域51和第二调光区域52调整为不同的透射率。

这样，根据实施例5，通过将调光的区域分割并分别独立地进行调光控制，能够根据使用状况，相应地切换是仅改善影像的对比度，或是像太阳镜那样调整整体的亮度。另外，调光区域的分割形状和分割数量能够根据用途相应地适当变更。

以上叙述的各实施例1～5中，以将调光器和影像显示装置应用于头戴式显示器200的情况为例进行了说明，但不限定于此。例如下文所述，也能够应用于平视显示器。

图16是表示将调光器应用于平视显示器的例子的概要图。平视显示器800由影像生成器801、组合器802、调光器10构成。调光器10由第一、第二调光层11、12构成，能够采用上述各实施例中描述过的各光学元件。

影像生成器801以不妨碍驾驶员8的视野的方式配置在车辆9的内部。从影像生成器801出射的影像光811在组合器802上反射，到达驾驶员8的眼睛。驾驶员8将平视显示器800内的屏幕上生成的影像光811识别为驾驶员8的前方位置上的虚像。在组合器802中，从驾驶员8看来在相反的一侧(对面侧)配置有调光器10，利用它调整从车辆前方入射的外界光812的亮度。

这样，在平视显示器800中，通过利用调光器10调整外界光812，也能够提高影像相对于外界光的对比度。此时，通过使调光器10成为双层结构，能够如各实施例所述提高实用性能。本例中采用了将调光器10贴在组合器802上的结构，但也可以是与挡风玻璃91贴合的结构。

本发明的调光器作为其他领域的应用，也能够代用作建筑物或飞机、车辆等的窗帘，和应用于数字标牌领域。

附图标记说明

1……用户，2……用户的眼睛，3……用户的瞳孔，8……驾驶员，9……车辆，10、20、30、40、50……调光器，11……第一调光层，12……第二调光层，21……第一液晶层，22……第二液晶层，23、33、43……正透明电极，24、34、44……负透明电极，25、35、45……透明基板，26……偏振片，27……透射率调整层，31……第一悬浮颗粒器件层，32……第二悬浮颗粒器件层，41……第一电致变色层，42……第二电致变色层，51……第一调光区域，52……第二调光区域，100、100a、100b、100c、100d……影像显示装置，101……影像生成器，102、102a、102b……影像投影器，103、103a、103b、103c……反射膜，104……透镜面，105……外界光检测器，106……驱动电源，107……调光控制器，111、811……影像光，112、812……外界光，200……头戴式显示器，201……控制器，202……电源供给器，203……存储器，204……传感器，205……通信器，206……声音处理器，207……操作器，210……臂，311、312、313……电源，321、322……配线，500……整个视野区域，501……影像显示范围，800……平视显示器，801……影像生成器，802……组合器。

Claims (4)

1.一种调整入射光的透射率的调光器，其特征在于，包括：

通过控制施加电压来改变可见光波段的波长的光的透射率的调光层；

用于对所述调光层施加电压的电极；和

透射率调整层，其透射率特性随波长而不同，用于消除从所述调光层透射的光的波长依赖性，

所述调光层是对入射光附加的相位随施加电压而变化的液晶层，

在所述入射光的入射方向上层叠有2层以上的所述液晶层，

根据要调整的透射率，设定为了对所述入射光附加规定相位而在所述液晶层上施加的规定电压，

在维持所述调光器对入射光的透射率的同时，对所述液晶层的每一个交替地施加所述规定电压来交替地驱动所述液晶层。

2.一种在用户的视野内显示影像的影像显示装置，其特征在于，包括：

生成影像光的影像生成器；

将所述影像生成器生成的影像光作为虚像投影到用户的视野内的影像投影器；

如权利要求1所述的调光器，其配置在所述影像投影器的对用户投影的一侧的相反侧，对经由所述影像投影器而入射到用户的眼睛的外界光的光量进行调整；

检测所述外界光的亮度的外界光检测器；和

根据所述外界光检测器检测出的外界光的亮度对所述调光器进行控制的调光控制器。

3.如权利要求2所述的影像显示装置，其特征在于：

所述调光器中，所述外界光的入射面被分割为多个调光区域，所述调光控制器独立地控制所分割的各调光区域。

4.一种搭载了权利要求2所述的影像显示装置的头戴式显示器，其特征在于，包括：

臂，其搭载所述影像显示装置，用于佩戴在用户的头部；

对所述影像显示装置供给电源的电源供给器；

用于记录信息的存储器；

用于检测用户的位置和姿态的传感器；

用于与外部设备通信的通信器；

利用麦克风和耳机进行声音的处理的声音处理器；

接受用户的操作的操作器；和

对整个所述头戴式显示器进行控制的控制器。

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