CN114830012A - 图像显示装置 - Google Patents
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Abstract
分束器(BS2)将从第一图像投影部(S1)射出后的光的一部分向第一方向反射,并且使该光的另一部分向第二方向透过。第一回归反射部(RR1)将向第一方向反射后的光朝向分束器(BS2)回归反射。第二回归反射部(RR2)将向第二方向透过后的光朝向分束器(BS2)回归反射。分束器(BS2)使被第一回归反射部(RR1)回归反射后的光朝向成像光学部(DM)透过,并且将被第二回归反射部(RR2)回归反射后的光朝向成像光学部(DM)反射。
Description
技术领域
本发明涉及以投影出的图像看起来与背景重叠的方式进行显示的图像显示装置。
背景技术
作为上述那样的图像显示装置的一例,专利文献1公开了头戴式的平视显示器(以下称为HUD:Head-Up Display)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利申请公表2018-528446号公报
发明内容
发明欲解决的技术问题
需要提高以投影出的图像看起来与背景重叠的方式进行显示的上述那样的图像显示装置的便利性。
用于解决问题的技术手段
作为用于应对上述需求的一方案,提供一种图像显示装置,具备:第一图像投影部,所述第一图像投影部射出与向用户的眼睛投影的第一图像对应的光;分束器,所述分束器将从所述第一图像投影部射出的光的一部分向第一方向反射,并且使所述光的另一部分向第二方向透过;第一回归反射部,所述第一回归反射部将向所述第一方向反射后的光朝向所述分束器回归反射;第二回归反射部,所述第二回归反射部将向所述第二方向透过后的光朝向所述分束器回归反射;以及成像光学部,所述成像光学部使入射光在配置于所述用户的眼睛与背景之间的空间成像,所述分束器使被所述第一回归反射部回归反射后的光朝向所述成像光学部透过,并且将被所述第二回归反射部回归反射后的光朝向所述成像光学部反射。
根据上述结构,由于被分束器反射后的光和透过分束器后的光这两者供成像光学部进行成像,因此抑制了在用户的眼睛与背景之间的空间成像的图像的亮度下降,该图像的可视性提高。因此,能够提高以投影出的图像看起来与背景重叠的方式进行显示的图像显示装置的便利性。
作为用于应对上述需求的一个方案,提供一种图像显示装置,具备:第一图像投影部,所述第一图像投影部被从图像信号输入部输入的信号驱动,射出与向用户的眼睛投影的第一图像对应的光;第二图像投影部,所述第二图像投影部被从所述图像信号输入部输入的信号驱动,射出与向所述用户的眼睛投影的第二图像对应的光;成像光学部,所述成像光学部使与入射光对应的图像在配置于所述用户的眼睛与背景之间的空间成像;以及分束器,所述分束器将入射到第一面的来自所述第一图像投影部的光朝向所述成像光学部反射,并且使入射到第二面的来自所述第二图像投影部的光朝向所述成像光学部透过。
根据上述结构,用于使多个图像在位于用户的眼睛与背景之间的空间中成像的第一图像投影部和第二图像投影部根据从共同的图像信号输入部输入的信号而动作。由此,与对成像的多个图像的分别分配单独的图像投影装置并通过单独的布线进行驱动控制的结构相比,能够抑制部件个数的增加、装置的大型化、重量化、装置结构的复杂化等。因此,能够提高以投影出的图像看起来与背景重叠的方式进行显示的图像显示装置的便利性。
作为用于应对上述需求的一个方案,提供一种图像显示装置,具备:光源部,所述光源部射出与向用户的眼睛投影的图像对应的激光;第一成像光学部,所述第一成像光学部使与入射光对应的图像在配置于所述用户的眼睛与背景之间的空间中的第一位置成像;第二成像光学部,所述第二成像光学部使与入射光对应的图像在所述空间中的与所述第一位置不同的第二位置成像;以及第一分束器,所述第一分束器将所述激光的一部分朝向所述第一成像光学部和所述第二成像光学部中的一者反射,并且使所述激光的另一部分朝向所述第一成像光学部和所述第二成像光学部中的另一者透过。
根据上述结构,即使使用单一的光源部,也能够使向用户的眼睛投影的图像在进深方向上不同的多个位置成像。此外,由于从光源部射出之后透过了第一分束器的激光和从光源部射出之后被第一分束器反射的激光分别供不同的成像光学系统进行成像,因此能够提高与成像位置的调节有关的自由度。因此,能够提高以投影出的图像看起来与背景重叠的方式进行显示的图像显示装置的便利性。
作为用于应对上述需求的一个方案,提供一种图像显示装置,具备:第一图像投影部,所述第一图像投影部射出与向用户的眼睛投影的第一图像对应的光;第二图像投影部,所述第二图像投影部射出与向所述用户的眼睛投影的第二图像对应的光;成像光学部,所述成像光学部将所述第一图像在位于所述用户的眼睛与背景之间的空间中的第一位置成像,将所述第二图像在所述空间中的与所述第一位置不同的第二位置成像;以及控制部,所述控制部控制所述第一图像投影部和所述第二图像投影部,以使所述第一图像的亮度与所述第二图像的亮度的平衡随时间变化。
根据上述结构,用户能够在背景的近前视觉辨认立体的错觉图像。因此,能够提高以投影出的图像看起来与背景重叠的方式进行显示的图像显示装置的便利性。
需要说明的是,本说明书中使用的“朝向所述(第n)成像光学部”这样的表达并不限定于某光学部件直接使光朝向(第n)成像光学部透过或反射的结构的描述。该表达是如下含义:如果透过了该光学部件后的光或被反射后的光最终到达(第n)成像光学部,则也可以在该光学部件与(第n)成像光学部之间夹设其他光学部件。
附图说明
图1示例了第一实施方式所涉及的图像显示装置的结构。
图2示出了用于对图1示例的第二回归反射部的有利性进行说明的比较例。
图3是用于说明图1示例的第二回归反射部的有利性的图。
图4是用于说明图1示例的第二回归反射部的有利性的图。
图5示出了图1示例的图像显示装置的其他结构例。
图6示出了图1示例的图像显示装置的其他结构例。
图7是用于说明图6示例的图像显示装置的动作的图。
图8示出了图1示例的图像显示装置的其他结构例。
图9是用于说明图8示例的图像显示装置的动作的图。
图10示例了第二实施方式所涉及的图像显示装置的结构。
图11示出了图10示例的图像显示装置的其他结构例。
图12示出了图10示例的图像显示装置的其他结构例。
图13示例了第三实施方式所涉及的图像显示装置的结构。
图14示例了图13示例的图像显示装置的一部分的动作。
图15示例了图13示例的图像显示装置的另一部分的动作。
图16示例了通过图13示例的图像显示装置显示的空中实景。
图17示出了图13示例图像显示装置的其他结构例。
图18示例了通过图17示例的图像显示装置显示的空中实景。
图19示例了第四实施方式所涉及的图像显示装置的结构。
图20示例了图19示例的图像显示装置的功能结构。
图21示出了图19示例的图像显示装置的动作的一例。
图22示出了图19示例的图像显示装置的动作的其他例。
图23示出了图19示例的图像显示装置的动作的其他例。
具体实施方式
以下,参照附图对实施方式例进行详细说明。对各附图所示的相同或等同的构成元件、部件、处理标注相同的附图标记,适当省略重复的说明。
图1示例了第一实施方式所涉及的图像显示装置100的结构。图像显示装置100具备第一分束器BS1、第一图像投影部S1、第二图像投影部S2以及头戴式显示器HMD。
通过使用图像显示装置100,用户将从第一图像投影部S1投影出的第一图像A1、从第二图像投影部S2投影出的第二图像A2以及从头戴式显示器HMD投影出的第三图像H视觉辨认为在进深方向上不同的位置。在以下的说明中,将第一图像A1、第二图像A2、第三图像H进行排列的方向作为进深方向。将与进深方向正交的方向中的与图1的上下方向对应的方向定义为上下方向。将与进深方向和上下方向正交的方向定义为左右方向。关于这些方向的表达是为了便于说明而使用的,并没有限定图像显示装置100实际使用时的姿势的意图。
第一分束器BS1是将已入射的光的一部分透过并将一部分反射的部件。作为第一分束器BS1,可以使用在表面形成有调整反射率的膜的部分反射板。第一分束器BS1以与上下方向和进深方向呈45度的角度的方式配置。第一分束器BS1以与从第一图像投影部S1和第二图像投影部S2分别射出的光的光轴都呈45度的角度的方式配置。
图像显示装置100具备第一回归反射部RR1、第二回归反射部RR2以及第二分束器BS2。第一回归反射部RR1和第二回归反射部RR2分别是使入射后的光相对于入射方向以保持聚光性的状态反射的光学部件。作为第一回归反射部RR1和第二回归反射部RR2的每一个,可以使用在反射膜的表面侧铺设微小的玻璃珠的结构、使用了棱镜的结构。第一回归反射部RR1配置在第二分束器BS2的下方。第一回归反射部RR1以主面面向上下方向的方式配置。第二回归反射部RR2以与第一分束器BS1和二分束器BS2在进深方向上排列的方式配置。第二回归反射部RR2以主面面向进深方向的方式配置。本说明书中使用的“主面”这一表述是指板状构件中的具有最大面积的面。
第二分束器BS2是使已入射的光的一部分透过并将入射的光的一部分反射的部件。作为第二分束器BS2,可以使用在表面形成有调整反射率的膜的部分反射板。第二分束器BS2以与上下方向和进深方向呈45度的角度的方式配置。第二分束器BS2以与从第一图像投影部S1和第二图像投影部S2分别射出的光的光轴也呈45度的角度的方式配置。第二分束器BS2与第一分束器BS1的倾斜方向相反。第一分束器BS1与第二分束器BS2以在进深方向上对置的方式配置。
对于第一分束器BS1与第二分束器BS2的各自,光的透射率和反射率可以选择任意的平衡。例如,透射率和反射率可以分别为50%。第一分束器BS1和第二分束器BS2相对于从第一图像投影部S1射出后的光的光轴和从第二图像投影部S2射出后的光的光轴各自的倾斜角度不限于45度。各倾斜角度可以根据第一图像投影部S1的位置、第二图像投影部S2的位置及图像的成像位置之间的关系而适当确定。
图像显示装置100具备分色镜DM。分色镜DM是反射特定波长的光并使其他波长的光透过的光学部件。分色镜DM配置在第一回归反射部RR1和第二分束器BS2的上方。分色镜DM以与进深方向呈45度的角度的方式配置。分色镜DM构成为对从第一图像投影部S1和第二图像投影部S2分别射出的可见光的波长进行反射,使其他的可见光的波长透过。分色镜DM是成像光学部的一例。
也可以在第二分束器BS2与分色镜DM之间配置至少一个成像透镜。成像透镜是用于使透过第二分束器BS2后的光在空间上的规定位置成像的光学部件。
头戴式显示器HMD是使第三图像H在位于用户的眼睛与背景之间的空间成像的装置。头戴式显示器HMD是第三图像投影部的一例。作为头戴式显示器HMD,能够使用如下公知的结构:使用导光板和衍射光栅的头戴式显示器、使用导光板和光学元件的头戴式显示器等。
第一图像投影部S1、第二图像投影部S2以及头戴式显示器HMD分别是射出构成图像的光的装置。第一图像投影部S1、第二图像投影部S2以及头戴式显示器HMD分别在距用户眼睛的距离不同的位置成像图像。第一图像投影部S1配置在第一分束器BS1的下方。第一图像投影部S1向第一分束器BS1中的与第二分束器BS2对置的面射出光。第二图像投影部S2以与第一分束器BS1、第二分束器BS2及第二回归反射部RR2在进深方向上排列的方式配置。第二图像投影部S2向第一分束器BS1中的不与第二分束器BS2对置的面射出光。头戴式显示器HMD被配置为位于用户眼睛与分色镜DM之间。
作为第一图像投影部S1和第二图像投影部S2,分别能够使用具备背光源的液晶显示装置、自发光的有机EL显示装置、使用了光源和调制元件的投影仪装置等。第一图像投影部S1、第二图像投影部S2以及头戴式显示器HMD各自所投影的图像可以是静止图像也可以是动态图像。投影的图像彼此可以相同也可以不同。第一图像投影部S1、第二图像投影部S2以及头戴式显示器HMD分别能够适当地具备透镜等光学部件。
双点划线表示为了投影第一图像A1而从第一图像投影部S1射出的光的路径。虚线表示为了投影第二图像A2而从第二图像投影部S2射出的光的路径。点划线表示为了投影第三图像H而从头戴式显示器HMD射出的光的路径。
从第一图像投影部S1射出的光的一部分被第一分束器BS1反射,入射到第二分束器BS2。该光的一部分被第二分束器BS2反射,入射到第一回归反射部RR1。该光被第一回归反射部RR1回归反射,再次入射到第二分束器BS2。再次入射到第二分束器BS2的光的一部分透过第二分束器BS2,被分色镜DM反射。被分色镜DM反射的光在距分色镜DM第一距离的位置成像为第一图像A1。成像为第一图像A1后的光透过头戴式显示器HMD而到达用户的眼睛。因此,用户通过头戴式显示器HMD来视觉辨认第一图像A1。
从第二图像投影部S2射出的光的一部分透过第一分束器BS1,入射到第二分束器BS2。该光的一部分被第二分束器BS2反射,入射到第一回归反射部RR1。该光被第一回归反射部RR1逆反射,再次入射到第二分束器BS2。再次入射到第二分束器BS2的光的一部分透过第二分束器BS2,被分色镜DM反射。被分色镜DM反射的光在距分色镜DM第二距离的位置成像为第二图像A2。第二距离比第一距离长。成像为第二图像A2后的光透过头戴式显示器HMD而到达用户的眼睛。因此,用户通过头戴式显示器HMD在第一图像A1的近前视觉辨认第二图像A2。
从头戴式显示器HMD照射出的光在距头戴式显示器第三距离的位置成像为第三图像H。第三距离由头戴式显示器HMD所具备的光学系统确定。第三距离被确定为,距分色镜DM的距离与第一距离和第二距离都不同。第三距离被确定为第三图像H的成像位置位于相对于分色镜DM与第一图像A1的成像位置和第二图像A2的成像位置相反的一侧。因此,用户透过头戴式显示器HMD在第一图像A1和第二图像A2的背后视觉辨认第三图像H。
同时,来自背景的光透过分色镜DM和头戴式显示器HMD到达用户的眼睛。因此,用户将在进深方向上位置不同的第一图像A1、第二图像A2以及第三图像H视觉辨认为与背景重叠的空中实景。
图像显示装置100具备第二回归反射部RR2。参照图2和图3,对第二回归反射部RR2的有利性进行说明。
图2示出未使用第二回归反射部RR2的比较例。在该情况下,对于从第一图像投影部S1射出并成像为第一图像A1’的光,仅是在被第一回归反射部RR1回归反射后透过第二分束器BS2而到达分色镜DM的光。因此,被第一分束器BS1反射后的光中的、最初透过第二分束器BS2的光不用于第一图像A1’的成像。
另一方面,如图3示例的那样,在使用第一回归反射部RR1和第二回归反射部RR2的情况下,被第一分束器BS1反射而最初通过第二分束器BS2的光入射到第二回归反射部RR2。由此,被第二回归反射部RR2回归反射后的光也被第二分束器BS2反射而到达分色镜DM。因此,被第一分束器BS1反射而最初透过第二分束器BS2的光也被用于第一图像A1的成像,因此能够抑制第一图像A1的光量下降。
此时,被第一回归反射部RR1回归反射后的光和被第二回归反射部RR2回归反射后的光对应于同一投影图像,因此需要同时到达分色镜DM中的同一位置。因此,在第一回归反射部RR1和第二回归反射部RR2的光学特性相同的情况下,优选使从第一回归反射部RR1到第二分束器BS2的距离和从第二回归反射部RR2到第二分束器BS2的距离相等。
图4示例了通过图2示例的结构投影出的第一图像A1’的观测结果、以及通过图3示例的结构投影出的第一图像A1的观测结果。图4还示例了Y方向上的特定位置处的第一图像A1’的光量的沿着X方向的位置依赖性和第一图像A1的光量的沿着X方向的位置依赖性的观测结果。第一图像A1’所涉及的观测结果用实线表示。第一图像A1所涉及的观测结果用虚线表示。
可知,与仅使用第一回归反射部RR1成像的第一图像A1’的光量相比,使用第一回归反射部RR1和第二回归反射部RR2两者成像的A1的光量变高。即,被第一分束器BS1反射而最初透过第二分束器BS2的光也被用于第一图像A1的成像,由此能够确认光量的降低得到抑制。
根据相同的理由,对于从第二图像投影部S2投影的第二图像A2,也能够抑制光量降低。换言之,由于抑制了以在进深方向上排列的方式成像的多个图像的光量降低,因此能够提高由图像显示装置100显示的图像的可视性。因此,能够提高以投影出的图像看起来与背景重叠的方式进行显示的图像显示装置的便利性。
另外,如图5示例的那样,在图像显示装置100中,可以省略头戴式显示器HMD。
如图6示例的那样,图像显示装置100可以具备第一驱动部D1。第一驱动部D1是机械性地变更第一图像投影部S1的位置、角度的元件,构成为通过使第一图像投影部S1移动来使与第二分束器BS2的相对位置变化。
作为第一驱动部D1,能够使用公知的电动机、致动器。当第一驱动部D1使第一图像投影部S1沿着进深方向向箭头方向移动时,第一图像A1的成像位置沿着上下方向向箭头方向变化。虽然省略了图示,但当第一驱动部D1使第一图像投影部S1在左右方向上移动时,第一图像A1的成像位置也在左右方向上变化。当第一驱动部D1使第一图像投影部S1在上下方向上移动时,第一图像A1的成像位置在进深方向上变化。
图7中的符号I示例了通过图6示例的结构投影出的第一图像A1和第二图像A2的观测结果。符号II示例了在第一图像投影部S1被第一驱动部D1移动的状态下投影出的第一图像A1和第二图像A2的观测结果。图7还示例了Y方向上的特定位置处的第一图像A1的光量的沿着X方向的位置依赖性和第二图像A2的光量的沿着X方向的位置依赖性的观测结果。与符号I的状态相关的观测结果用虚线表示。与符号II的状态相关的观测结果用实线表示。
能够确认,通过利用第一驱动部D1使第一图像投影部S1移动,从而第一图像A1的成像位置发生了变化。在本例中,由于第二图像投影部S2的位置没有变更,所以第二图像A2的成像位置也没有变化。
即,根据图6示例的结构,在第一图像A1和第二图像A2被投影为在进深方向上排列的状态下,通过使第一图像投影部S1和第二分束器BS2的相对位置变化,能够变更第一图像A1相对于第二图像A2的位置。
如图8示例的那样,图像显示装置100能够具备第二驱动部D2。第二驱动部D2是机械性地变更第二图像投影部S2的位置、角度的元件,构成为通过使第二图像投影部S2移动来使第二图像投影部S2与第二分束器BS2的相对位置变化。
作为第二驱动部D2,能够使用公知的电动机、致动器。当第二驱动部D2使第二图像投影部S2沿着上下方向向箭头方向移动时,第二图像A2的成像位置沿着上下方向向箭头方向变化。虽然省略了图示,但当第二驱动部D2使第二图像投影部S2在左右方向上移动时,第二图像A2的成像位置也在左右方向上变化。当第二驱动部D2使第二图像投影部S2在进深方向上移动时,第二图像A2的成像位置也在进深方向上变化。
图9中的符号I示例了通过图8示例的结构投影出的第一图像A1和第二图像A2的观测结果。符号II示例了在第一图像投影部S1被第一驱动部D1移动的状态下投影出的第一图像A1和第二图像A2的观测结果。图9还示例了Y方向上的特定位置处的第一图像A1的光量的沿着X方向的位置依赖性和第二图像A2的光量的沿着X方向的位置依赖性的观测结果。与符号I的状态相关的观测结果用虚线表示。与符号II的状态相关的观测结果用实线表示。
可以确认,通过利用第二驱动部D2使第二图像投影部S2移动,从而第二图像A2的成像位置发生了变化。在本例中,由于第一图像投影部S1的位置未变更,因此第一图像A1的成像位置没有发生变化。
即,根据图8示例的结构,在第一图像A1和第二图像A2被投影为在进深方向上排列的状态下,通过使第二图像投影部S2与第二分束器BS2的相对位置变化,能够变更第二图像A2相对于第一图像A1的位置。
通过组合图6示例的第一驱动部D1和图8示例的第二驱动部D2,能够变更以在进深方向上排列的方式投影的第一图像A1和第二图像A2的相对位置。
以上说明的第一实施方式所涉及的结构仅仅是用于使得容易理解本发明的示例。第一实施方式所涉及的结构只要不脱离本发明的主旨,则能够适当地进行变更、改良。
在图1示例的结构中,用户视觉辨认的第一图像A1的位置、第二图像A2的位置以及第三图像H的位置在进深方向上不同。然而,第一图像A1的位置、第二图像A2的位置以及第三图像H的位置中的至少一个也可以在进深方向上与其他两个位置中的至少一者相同。
在图5、图6以及图8各自示例的结构中,用户所视觉辨认的第一图像A1的位置和第二图像A2的位置在进深方向上不同。然而,第一图像A1的位置和第二图像A2的位置也可以在进深方向上相同。
图10示例了第二实施方式所涉及的图像显示装置200的结构。对于与图1示例的图像显示装置100的构成元件实质上相同的构成元件,标注相同的附图标记而省略重复的说明。
图像显示装置200具备图像投影装置S。图像投影装置S具有第一图像投影部S1、第二图像投影部S2以及第三图像投影部S3。第一图像投影部S1、第二图像投影部S2以及第三图像投影部S3配置在图像投影装置S中不同的位置。第一图像投影部S1、第二图像投影部S2以及第三图像投影部S3分别构成为能够显示图像。
通过使用图像显示装置200,用户将第一图像投影部S1所显示的第一图像A1、第二图像投影部S2所显示的第二图像A2、第三图像投影部S3所显示的第三图像A3、以及从头戴式显示器HMD投影出的第四图像H视觉辨认为在进深方向上不同的位置。
图像显示装置200具备第三分束器BS3。第三分束器BS3是使入射后的光的一部分透过并将入射后的光的一部分反射的部件。作为第三分束器BS3,能够使用在表面形成有调整反射率的膜的部分反射板。第三分束器BS3以与上下方向和进深方向呈45度的角度的方式配置。第三分束器BS3以与从第二图像投影部S2和第三图像投影部S3分别射出的光的光轴也呈45度的角度的方式配置。第三分束器BS3以与第一分束器BS1和第二分束器BS2在进深方向上排列的方式配置。第一分束器BS1在进深方向上配置在第二分束器BS2与第三分束器BS3之间。
在第三分束器BS3中,光的透射率和反射率能够选择任意的平衡。例如,透射率和反射率可以分别为50%。第三分束器BS3相对于从第二图像投影部S2射出的光的光轴和从第三图像投影部S3射出的光的光轴各自的倾斜角度不限于45度。该倾斜角度可以根据第二图像投影部S2的位置、第三图像投影部S3的位置以及图像的成像位置之间的关系而适当确定。
图像投影装置S是射出构成图像的光的装置。图像投影装置S和头戴式显示器HMD分别在距用户眼睛的距离不同的位置成像图像。第一图像投影部S1配置在第一分束器BS1的下方。第一图像投影部S1向第一分束器BS1中的与第二分束器BS2对置的面射出光。第二图像投影部S2以与第一分束器BS1、第二分束器BS2、第三分束器BS3以及第二回归反射部RR2在进深方向上排列的方式配置。第二图像投影部S2向第三分束器BS3中的不与第一分束器BS1对置的面射出光。第三图像投影部S3配置在第三分束器BS3的下方。第三图像投影部S3向第三分束器BS3中的与第一分束器BS1对置的面射出光。
图像投影装置S是通过从图像信号输入部(省略图示)输入的信号来驱动而显示图像的装置。第一图像投影部S1、第二图像投影部S2和第三图像投影部S3分别被从共同的图像信号输入部输入的信号驱动。图像投影装置S具有形成弯曲部的两个平面。作为图像投影装置S,例如能够使用具有挠性的有机EL元件或无机EL元件。
图像显示装置200具备第一电磁开闭器ES1、第二电磁开闭器ES2和第三电磁开闭器ES3。第一电磁开闭器ES1以与第一图像投影部S1的光射出面对置的方式配置。第二电磁开闭器ES2以与第二图像投影部S2的光射出面对置的方式配置。第三电磁开闭器ES3以与第三图像投影部S3的光射出面对置的方式配置。第一电磁开闭器ES1、第二电磁开闭器ES2以及第三电磁开闭器ES3分别是控制光的透过和遮挡的光学部件。作为各第一电磁开闭器ES1、第二电磁开闭器ES2、第三电磁开闭器ES3,例如能够使用液晶开闭器。
第一图像投影部S1、第二图像投影部S2以及第三图像投影部S3各自所投影的图像可以是静止图像也可以是动态图像。投影的图像彼此可以相同也可以不同。第一图像投影部S1、第二图像投影部S2以及第三图像投影部S3各自能够在与光射出面对置的位置适当地具备透镜等光学部件。
与第一实施方式所涉及的图像显示装置100同样地,从第一图像投影部S1射出的光的一部分被第一分束器BS1反射,入射到第二分束器BS2。该光的一部分被第二分束器BS2反射,入射到第一回归反射部RR1。该光被第一回归反射部RR1回归反射,再入射到第二分束器BS2。再次入射到第二分束器BS2的光的一部分透过第二分束器BS2,被分色镜DM反射。被分色镜DM反射后的光在距分色镜DM第一距离的位置成像为第一图像A1。成像为第一图像A1后的光透过头戴式显示器HMD而到达用户眼睛。因此,用户通过头戴式显示器HMD来视觉辨认第一图像A1。
从第二图像投影部S2射出的光的一部分透过第三分束器BS3和第一分束器BS1,入射到第二分束器BS2。该光的一部分被第二分束器BS2反射,入射到第一回归反射部RR1。该光的剩余的一部分透过第二分束器BS2而入射到第二回归反射部RR2。被第一回归反射部RR1回归反射后的光的一部分再次透过第二分束器BS2,入射到分色镜DM。被第二回归反射部RR2回归反射后的光的一部分再次被第二分束器BS2反射,入射到分色镜DM。被分色镜DM反射后的光在距分色镜DM第二距离的位置成像为第二图像A2。第二距离比第一距离长。成像为第二图像A2后的光透过头戴式显示器HMD而到达用户的眼睛。因此,用户通过头戴式显示器HMD在第一图像A1的近前视觉辨认第二图像A2。
从第三图像投影部S3射出的光的一部分被第三分束器BS3反射,透过第一分束器BS1后,入射到第二分束器BS2。该光的一部分被第二分束器BS2反射,入射到第一回归反射部RR1。该光的剩余的一部分透过第二分束器BS2而入射到第二回归反射部RR2。被第一回归反射部RR1回归反射的光的一部分再次透过第二分束器BS2,入射到分色镜DM。被第二回归反射部RR2逆反射的光的一部分再次被第二分束器BS2反射,入射到分色镜DM。被分色镜DM反射后的光在距分色镜DM第三距离的位置成像为第三图像A3。第三距离比第一距离长,比第二距离短。成像为第三图像A3后的光透过头戴式显示器HMD而到达用户的眼睛。因此,用户通过头戴式显示器HMD在第一图像A1的近前且第二图像A2的背后视觉辨认第三图像A3。
从头戴式显示器HMD射出的光在距头戴式显示器第四距离的位置成像为第四图像H。第四距离由头戴式显示器HMD所具备的光学系统确定。第四距离被确定为,距分色镜DM的距离与第一距离、第二距离、第三距离分别不同。第四距离被确定为第四图像H的成像位置相对于分色镜DM位于与第一图像A1的成像位置、第二图像A2的成像位置以及第三图像A3的成像位置相反的一侧。因此,用户通过头戴式显示器HMD在第一图像A1、第二图像A2以及第三图像A3的背后视觉辨认第四图像H。
同时,来自背景的光透过分色镜DM以及头戴式显示器HMD而到达用户的眼睛。因此,用户将在进深方向上位置不同的第一图像A1、第二图像A2、第三图像A3以及第四图像H视觉辨认为与背景重叠的空中实景。
如上所述,在本实施方式的图像显示装置200中,通过从共同的图像信号输入部输入的信号而工作的一个图像投影装置S具有用于使多个图像在进深方向上不同的位置成像的第一图像投影部S1、第二图像投影部S2以及第三图像投影部S3。由此,与分别由单独的图像显示装置构成第一图像投影部S1、第二图像投影部S2、第三图像投影部S3,并单独实施布线来进行驱动控制的结构相比,能够实现节省空间化和轻量化。与对在进深方向上不同的位置成像的多个图像分别分配单独的图像投影装置并通过单独的布线进行驱动控制的结构相比,能够抑制部件个数的增加、装置的大型化、重量化、装置结构的复杂化等。因此,能够提高以投影出的图像看起来与背景重叠的方式进行显示的图像显示装置的便利性。
图像投影装置S可以构成为具有图11示例的形状。具体而言,位于设置有第一图像投影部S1和第三图像投影部S3的平坦区域与设置有第二图像投影部S2的平坦区域之间的区域能够构成为呈曲面。
对图像投影没有贡献的区域是平坦的必要性低于对图像投影有贡献的区域是平坦的必要性。因此,在本例中,构成为在图像投影装置S中对图像投影没有贡献的区域呈曲面。根据这样的结构,能够减小图像投影装置S的占用空间,因此能够进一步抑制装置的大型化。
在本例中,对图像投影装置S的图像投影没有贡献的区域呈连续的曲面。然而,根据该区域的位置、大小,也可以采用倾斜角度不同的多个平面相连的结构、将曲面和平坦面组合而成的结构。
如图12所示,图像投影装置S可以包括第一柔性电缆FC1和第二柔性电缆FC2。第一柔性电缆FC1将第一图像投影部S1和第三图像投影部S3以能够通信的方式连接。第二柔性电缆FC2将第二图像投影部S2和第三图像投影部S3以能够通信的方式连接。因此,通过向第一图像投影部S1、第二图像投影部S2以及第三图像投影部S3中任一个输入来自共同的图像信号输入部的信号,就能够向其余的图像投影部供给信号来进行图像投影动作。
在该情况下,第一图像投影部S1、第二图像投影部S2以及第三图像投影部S3分别能够由具备背光源的液晶显示装置、自发光的有机EL显示装置或者无机EL元件、使用了光源和调制元件的投影仪装置等构成。
另外,由于第一柔性电缆FC1和第二柔性电缆FC2具有挠性,因此能够提高用于得到期望的光学系统的第一图像投影部S1、第二图像投影部S2以及第三图像投影部S3的布局自由度。另外,通过将图像投影装置S中的对图像投影没有贡献的区域置换为柔性电缆,能够实现装置的轻量化。
第一柔性电缆FC1和第二柔性电缆FC2各自的数量、长度、形状等可以适当确定。
以上说明的第二实施方式所涉及的结构仅仅是使得用于容易理解本发明的示例。第二实施方式所涉及的结构只要不脱离本发明的主旨,则能够适当地进行变更、改良。
图像投影装置S所具备的图像投影部的数量不限于三个。可以是两个,也可以是四个以上。根据图像投影装置S所具备的图像投影部的数量,分束器的数量也适当地确定。
在图10至图12分别示例的结构中,用户所视觉辨认的第一图像A1的位置、第二图像A2的位置、第三图像A3的位置以及第四图像H的位置在进深方向上不同。然而,第一图像A1的位置、第二图像A2的位置、第三图像A3的位置以及第四图像H的位置中的至少一个也可以在进深方向上与其他三个位置中的至少一个相同。
图13示例了第三实施方式所涉及的图像显示装置300的结构。对于与图1示例的图像显示装置100的构成元件实质上相同的构成元件,标注相同的附图标记而省略重复的说明。
通过使用图像显示装置300,用户将第一图像A1、第二图像A2以及第三图像H视觉辨认为在进深方向上不同的位置。
图像显示装置300具备光源部CW。光源部CW是射出用于对第一图像A1、第二图像A2以及第三图像H进行投影的激光的装置。作为光源部CW,例如可以使用具备半导体激光元件和控制电路的半导体激光装置。从光源部CW射出的激光的波长只要是可见光范围的波长即可,没有限定,优选为红色、蓝色、绿色中的任一种。从光源部CW射出的光可以是单色,也可以是多色的混色。光源部CW也可以构成为分时地射出红色、蓝色、绿色的光。光源部CW所射出的光可以是连续光,也可以是脉冲光。光源部CW也可以构成为包括准直透镜、其他光学元件。光源部CW通过具备液晶显示元件、DMD(Digital Mirror Device,数字微镜器件),从而能够作为包括规定图像的光而射出。
图像显示装置300具备第一反射镜M1、第二反射镜M2、第三反射镜M3以及棱镜Pr。第一反射镜M1、第二反射镜M2以及第三反射镜M3分别是将入射到反射面后的光反射的大致平板状的光学元件,以与上下方向和进深方向呈45度的角度的方式配置。棱镜Pr是用于向头戴式显示器HMD的导光体内导入光的光学元件。
图像显示装置300具备第一透镜L1、第二透镜L2以及第一半透半反镜HM1。第一透镜L1和第二透镜L2分别配置在从光源部CW射出的激光的传播路线上。第一透镜L1和第二透镜L2分别是进行激光的聚光或放大的光学元件。第一透镜L1配置在光源部CW与第一半透半反镜HM1之间。第二透镜L2配置于第三反射镜M3与棱镜Pr之间。另外,在激光的传播路线上配置的透镜的数量和位置可以根据成像的各图像的位置而适当确定。
第一半透半反镜HM1是将入射到一个面的光的一部分反射而使其余的一部分透过的大致平板状的光学元件。第一半透半反镜HM1以与上下方向和进深方向呈45度的角度的方式配置。第一半透半反镜HM1的反射率和透过率可以选择任意的平衡。例如,反射率和透射率可以分别为50%。
图像显示装置300具备光圈AP。光圈AP是用于仅使到达了限定的区域内的光通过的光学元件。光圈AP配置在第二透镜L2与棱镜Pr之间。因此,光圈AP对通过第二透镜L2而聚光后的光的直径进行限定并使其入射到棱镜Pr的光入射面。
从光源部CW射出的激光通过第一透镜L1而入射到第一半透半反镜HM1。该激光的一部分透过第一半透半反镜HM1而朝向第一反射镜M1。该激光的其余的一部分被第一半透半反镜HM1反射而朝向第二反射镜M2。入射到第一反射镜M1后的光被反射面反射而入射到第一分束器BS1的一个面。入射到第二反射镜M2后的光被反射面反射而入射到第一分束器BS1的另一个面。
在本实施方式中,头戴式显示器HMD具备平板状的导光板和第二半透半反镜HM2。第二半反射镜HM2形成在导光板内。第二半透半反镜HM2构成为使入射到棱镜Pr并在导光板内传播的光的一部分朝向用户的眼睛反射。第二半反射镜HM2是将入射到一个面的光的一部分反射而使其余的一部分透过的大致平板状的光学元件。第二半透半反镜HM2的反射率和透过率可以选择任意的平衡。例如,反射率和透射率可以分别为50%。
分色镜DM是将从光源部CW射出的激光的波长反射并使其他波长的光透过的光学部件。分色镜DM配置在第一回归反射部RR1和第二分束器BS2的上方。分色镜DM以与进深方向呈45度的角度的方式倾斜地配置。
参照图14,对图像显示装置300的一部分的动作进行说明。从光源部CW射出并经由第一反射镜M1入射到第一分束器BS1的一个面的激光的一部分透过第一分束器BS1而到达第三反射镜M3。另一方面,从光源部CW射出并经由第二反射镜M2入射到第一分束器BS1的另一个面的激光的一部分被第一分束器BS1反射而到达第三反射镜M3。被第三反射镜M3反射后的光通过第二透镜L2以及光圈AP而入射到棱镜Pr。入射到棱镜Pr后的光在棱镜Pr和头戴式显示器HMD的导光板内传播而到达第二半透半反镜HM2。被第二半透半反镜HM2反射后的光入射到用户的眼睛。
如图14中虚线示例的那样,从第二半透半反镜HM2朝向用户的眼睛传播的光通过适当地设计第二半透半反镜HM2的形状而朝向用户的眼睛扩展。因此,用户对在头戴式显示器HMD的背后成像的第三图像H进行视觉辨认。头戴式显示器HMD和第二半透半反镜HM2由透光性材料构成,因此也能够视觉辨认处于视线的延长线方向上的背景。本例中的第三反射镜M3、第二透镜L2、光圈AP、棱镜Pr以及头戴式显示器HMD是第一成像光学部的一例。
参照图15,对图像显示装置300的另一部分的动作进行说明。从光源部CW射出并经由第一反射镜M1入射到第一分束器BS1的一个面的激光的一部分被第一分束器BS1反射而到达第二分束器BS2。另一方面,从光源部CW射出并经由第二反射镜M2入射到第一分束器BS1的另一个面的激光的一部分透过第一分束器BS1而到达第二分束器BS2。
到达第二分束器BS2的激光的一部分被第二分束器BS2反射而朝向第一回归反射部RR1。被第一回归反射部RR1回归反射后的激光的一部分透过第二分束器BS2,入射到分色镜DM。到达第二分束器BS2的激光的另一部分透过第二分束器BS2而朝向第二回归反射部RR2。被第二回归反射部RR2回归反射后的激光的一部分被第二分束器BS2反射而入射到分色镜DM。
被分色镜DM反射后的光在位于头戴式显示器HMD与分色镜DM之间的空间中成像为第一图像A1和第二图像A2。成像为第一图像A1以及第二图像A2的光透过头戴式显示器HMD而到达用户的眼睛。因此,用户在头戴式显示器HMD的背后视觉辨认第一图像A1和第二图像A2。本例中的第二分束器BS2、第一回归反射部RR1、第二回归反射部RR2以及分色镜DM是第二成像光学部的一例。
由于被第二分束器BS2反射后的激光和透过第二分束器BS2后的激光这两者供分色镜DM进行成像,因此能够抑制在用户的眼睛与背景之间的空间成像的第一图像A1和第二图像A2的亮度下降。
在图13中,用单点划线表示被第一反射镜M1反射的激光的传播路线,用虚线表示被第二反射镜M2反射的激光的传播路线。经由第一反射镜M1的光路长度与经由第二反射镜M2的光路长度的差异反映于第一图像A1的成像位置与第二图像A2的成像位置的差异。通过在各光路中另外插入透镜等来变更一者的激光的放大率,也能够使第一图像A1与第二图像A2的成像位置不同。
结果,用户将在进深方向上位置不同的第一图像A1、第二图像A2以及第三图像H视觉辨认为与背景重叠的空中实景。
图16示例了由图像显示装置300显示的空中实景。具体而言,示例了通过从图13中的用户的眼睛的位置对配置有头戴式显示器HMD和分色镜DM的方向进行拍摄而得到的照片。该图中的x轴方向、y轴方向以及z轴方向分别与图13中的左右方向、上下方向以及进深方向对应。
在本例中,与圆形的图像对应的激光从光源部CW射出,在z方向上不同的位置成像为三个圆形图像。在与标注有附图标记A的三角形对应的位置成像的直径2mm的圆的图像与图13中的第二图像A2对应。在与标注有附图标记B的三角形对应的位置成像的直径0.75mm的圆的图像与图13中的第一图像A1对应。在与标注有符号*的三角形对应的位置成像的直径0.5mm的圆的图像与图13中的第三图像H对应。另外,用于实验的测定装置能够视觉辨认为背景。可知即使将作为空中实景的第一图像A1、第二图像A2以及第三图像H与背景重叠显示,也能够良好地视觉辨认背景和空中实景这两者。
根据以上说明的本实施方式所涉及的结构,即使使用单一的光源部CW,也能够使向用户的眼睛投影的图像在进深方向上的不同的多个位置成像。此外,由于从光源部CW射出后透过了第一分束器BS1后的激光和从光源部CW射出并被第一分束器BS1反射后的激光被提供给不同的成像光学系统成像,因此能够提高与成像位置的调节相关的自由度。因此,能够提高以投影出的图像看起来与背景重叠的方式进行显示的图像显示装置的便利性。
另外,由第二成像光学部成像的图像不一定需要多个。即,可以省略第一图像A1和第二图像A2中的一者。
另一方面,如图17示例的那样,也能够将由第二成像光学部成像的图像增加为三个以上。本例所涉及的图像显示装置300除了图13示例的结构以外,还具备第三半透半反镜HM3和第三分束器BS3。
从光源部CW射出的激光通过第一透镜L1而入射到第一半透半反镜HM1。入射到第一半透半反镜HM1的激光的一部分透过第一半透半反镜HM1而朝向第三半透半反镜HM3。入射到第一半透半反镜HM1的激光的另一部分被第一半透半反镜HM1反射而朝向第二反射镜M2方向。入射到第三半透半反镜HM3的激光的一部分透过第三半透半反镜HM3而朝向第一反射镜M1。入射到第三半透半反镜HM3的激光的另一部分被第三半透半反镜HM3反射而入射到第三分束器BS3的一个面。
被第一反射镜M1反射后的激光入射到第一分束器BS1的一个面。被第二反射镜M2反射后的激光入射到第三分束器BS3的另一个面。该激光透过第三分束器BS3而入射到第一分束器BS1的另一个面。入射到第三分束器BS3的一个面的光也被第三分束器BS3反射而入射到第一分束器BS1的另一个面。
经由第三半透半反射镜HM3和第三分束器BS3后的激光通过分色镜DM而成像为第四图像A4。用于获得第四图像A4的光路长度与用于获得第一图像A1和第二图像A2各自的光路长度不同,因此第四图像A4的成像位置与第一图像A1和第二图像A2各自的成像位置不同。在本例中,第四图像A4在第一图像A1与第二图像A2之间的空间成像。因此,用户通过头戴式显示器HMD在第一图像A1的近前且第二图像A2的背后视觉辨认第四图像A4。另外,如参照图13说明的那样,通过在用于获得第四图像A4的光路上适当地配置透镜等光学元件,也能够调节第四图像A4的成像位置。
图18示例了由图17示例的图像显示装置300显示的空中实景。用于得到该图的照片的条件与参照图16说明的条件相同。
在与图18中标注有附图标记C的三角形对应的位置成像的直径1mm的圆的图像与图17中的第四图像A4对应。
通过增加具有半透半反镜和分束器中至少一者的其他光路,能够进一步增加由第二成像光学部成像的图像的数量。
以上说明的第三实施方式所涉及的结构仅仅是用于容易理解本发明的示例。第三实施方式所涉及的结构只要不脱离本发明的主旨,则能够适当地进行变更、改良。
在第三实施方式中,被第一分束器BS1反射后的激光供第一成像光学部进行成像,透过了第一分束器BS1后的激光供第二成像光学部进行成像。然而,也可以采用被第一分束器BS1反射后的激光供第二成像光学部进行成像,透过第一分束器BS1后的激光供第一成像光学部进行成像的结构。
图19示例了第四实施方式所涉及的图像显示装置400的结构。对于与图1示例的图像显示装置100的构成元件实质上相同的构成元件,标注相同的附图标记而省略重复的说明。
通过使用图像显示装置400,用户将从第一图像投影部S1投影的第一图像A1以及从第二图像投影部S2投影的第二图像A2视觉辨认为在进深方向上不同的位置。
图像显示装置400具备第一亮度调整部RND1和第二亮度调整部RND2。第一亮度调整部RND1是通过调整从第一图像投影部S1射出的光的量来对成像的第一图像A1的亮度进行控制的光学元件。第一亮度调整部RND1是调整从第二图像投影部S2射出的光的量并对成像的第二图像A2的亮度进行控制的光学元件。作为第一亮度调节部RND1和第二亮度调节部RND2的每一个,例如可以使用圆形可变型ND滤光器、偏光板等。另外,也可以采用通过第一图像投影部S1自身控制射出光量而作为第一亮度调整部RMD1发挥功能的结构。同样地,也可以采用通过第二图像投影部S2自身控制射出光量而作为第二亮度调整部RND2发挥功能的结构。
即,通过第一亮度调整部RND1和第二亮度调整部RND2分别对从第一图像投影部S1和第二图像投影部S2到达第一分束器BS1的光进行控制,从而控制在位于用户的眼睛与背景之间的空间成像的第一图像A1和第二图像A2的亮度。
图20示出了图像显示装置400的功能配置。图像显示装置400具备成像光学部10、投影部20、驱动部30以及控制部40。
成像光学部10包括第一成像光学部11和第二成像光学部12。第一成像光学部11是将第一图像A1在规定的位置成像的元件。在图19示例的结构中,第一成像光学部11具有:第一图像投影部S1中包含的光学部件、第一分束器BS1、第二分束器BS2、第一回归反射部RR1、第二回归反射部RR2以及分色镜DM。第二成像光学部12是将第二图像A2在规定的位置成像的元件。在图19示例的结构中,第二成像光学部12具有:第二图像投影部S2中包含的光学部件、第一分束器BS1、第二分束器BS2、第一回归反射部RR1、第二回归反射部RR2以及分色镜DM。
投影部20包括第一图像投影部S1和第二图像投影部S2,是射出用于投影多个图像的光的元件。从第一图像投影部S1射出后的光通过第一成像光学系统在距分色镜DM第一距离的位置成像为第一图像A1。从第二图像投影部S2射出后的光通过第二成像光学部12在距分色镜DM第二距离的位置成像为第二图像A2。
驱动部30包括第一驱动部31和第二驱动部32。第一驱动部31是机械地变更第一图像投影部S1和第一成像光学部11各自的位置、角度的元件。第二驱动部32是机械地变更第二图像投影部S2和第二成像光学部12各自的位置、角度的元件。作为第一驱动部31和第二驱动部32的每一个,能够使用公知的电动机、致动器。此外,在显示装置的画面的一部分被用作第一图像投影部S1的情况下,通过变更该一部分的位置来变更光的射出位置的结构也是第一驱动部31的一例。同样地,在该画面的另一部分被用作第二图像投影部S2的情况下,通过变更该另一部分的位置来变更光的射出位置的结构也是第二驱动部32的一例。
控制部40包括信息处理部41、图像处理部42、亮度平衡控制部43以及驱动控制部44,是对图像显示装置400所包括的各部的动作进行控制的元件。
图像处理部42构成为进行与由投影部20投影的各图像对应的信息的处理,并且对第一图像投影部S1、第二图像投影部S2发送图像信号。图像信号构成为使得各图像投影部射出用于投影图像的光。
亮度平衡控制部43通过驱动控制第一亮度调整部RND1和第二亮度调整部RND2来控制从第一图像投影部S1和第二图像投影部S2分别射出的光的量,调整成像的第一图像A1和第二图像A2的亮度。
驱动控制部44构成为通过将控制信号向第一驱动部31、第二驱动部32输送来控制驱动部30的动作。在向第一驱动部31发送的控制信号中包括用于对第一图像投影部S1和第一成像光学部11中的至少一者的位置、角度进行控制的信息。在向第二驱动部32发送的控制信号中包括用于对第二图像投影部S2和第二成像光学部12中的至少一者的位置、角度进行控制的信息。
信息处理部41具备按照规定的顺序对各种信息进行处理的处理器。信息处理部41控制图像处理部42、亮度平衡控制部43以及驱动控制部44的动作,使图像信号和控制信号的处理同步。该处理器的功能可以通过与通用存储器协作动作的通用微处理器来实现。作为通用微处理器的例子可举出CPU和MPU。作为通用存储器的例子,可举出ROM、RAM。该处理器的功能也可以通过专用集成电路的一部分来实现。作为专用集成电路的例子,可举出微控制器、FPGA、ASIC等。
参照图21,对第一图像A1和第二图像A2的亮度随时间的变化和基于DFD立体错觉的立体显示的关系进行说明。在该图中,将第一图像A1和第二图像A2的亮度表现为灰度的浓淡。深色表示高亮度,浅色表示低亮度。
在时间点t=t1,成像高亮度的第一图像A1和低亮度的第二图像A2。在该情况下,由于立体错觉,用户在与亮度高的第一图像A1的成像位置接近的位置识别图像。作为一例,在将第一图像A1的相对亮度设为100、将第二图像A2的相对亮度设为0的情况下,用户由于立体错觉而识别的二维图像的位置为第一图像A1的成像位置。
在时间点t=t2,以相同程度的亮度成像第一图像A1和第二图像A2。在该情况下,用户由于立体错觉而识别的二维图像位于第一图像A1的成像位置与第二图像A2的成像位置的中间。
在时间点t=t3,成像低亮度的第一图像A1和高亮度的第二图像A2。在该情况下,由于立体错觉,用户在与亮度高的第二图像A2的成像位置接近的位置识别图像。作为一例,在将第一图像A1的相对亮度设为0、将第二图像A2的相对亮度设为100的情况下,用户由于立体错觉而识别的二维图像的位置为第二图像A2的成像位置。
在上述的说明中,作为第一图像A1和第二图像A2的亮度平衡,示出了100:0、50:50、0:100的例子。即使是其他的亮度平衡,用户也由于立体错觉而在第一图像A1的成像位置和第二图像A2的成像位置的中间位置识别二维图像。具体而言,若将第一图像A1与第二图像A2的亮度平衡设为a:b,则用户在以a:b的比率对进深方向上的第一图像A1的成像位置与第二图像A2的成像位置之间的距离进行分割的位置上,识别基于立体错觉的二维图像。
本实施方式的图像显示装置400构成为亮度平衡控制部43使第一图像A1与第二图像A2的亮度平衡a:b随时间而变化。由此,用户在从第一图像A1的成像位置到第二图像A2的成像位置之间的多个位置处视觉辨认基于立体错觉的二维图像。结果,用户识别立体的错觉图像DFD。
根据上述结构,用户能够在背景的近前视觉辨认立体的错觉图像DFD。因此,能够提高以投影出的图像看起来与背景重叠的方式进行显示的图像显示装置的便利性。
对于亮度平衡控制部43的亮度平衡的控制,从100:0到0:100作为一帧而重复。一帧中的亮度平衡a:b的步数越多,在错觉图像DFD中的中间位置被立体错觉的二维图像的数量越增加,能够进行更立体的表现。另外,若一帧所需的时间过长,则会识别为二维图像仅在进深方向上移动,因此一帧所需的时间优选设为200毫秒以下。此外,从立体错觉的可能性的观点出发,优选两帧之间的视角差为7分以下。
此外,除了使用亮度平衡控制部43的立体错觉图像DFD的显示以外,通过使第一图像A1和第二图像A2中的至少一者的成像位置变化,能够使被识别的错觉图像DFD的形状变化。
具体而言,如图22示例的那样,驱动控制部44对第一驱动部31以及第二驱动部32进行控制,由此在从时刻t=0至时刻t=Δt的期间,第一图像A1与第二图像A2的成像位置被变更。在本例中,第一图像A1的成像位置在左右方向上平行移动,第二图像A2的成像位置在进深方向上平行移动。然而,两个图像都能够在左右方向、上下方向以及进深方向中的至少一者上移动成像位置。
图23示例了仅第一图像A1的成像位置在左右方向上平行移动的情况下的错觉图像DFD的形状的变化。在时刻t=0,第一图像A1在进深方向上在距分色镜DM第一距离的位置成像,第二图像A2在进深方向上在距分色镜DM第二距离的位置成像。如上所述,通过亮度平衡控制部43使第一图像A1与第二图像A2的亮度平衡随时间变化,从而在一帧中显示长方体形状的错觉图像DFD。
之后,在时刻t=Δt,驱动控制部44使第一图像A1的成像位置变化,并且通过亮度平衡控制部43使第一图像A1与第二图像A2的亮度平衡随时间变化,由此在一帧中显示变形的长方体形状的错觉图像DFD。此时,用户在从时刻t=0到时刻t=Δt的期间识别为错觉图像DFD的形状发生了变化。因此,通过在每经过时间Δt时使第一图像A1和第二图像A2的成像位置变化,可以向用户提供立体错觉图像DFD的动态图像。
在此,时间Δt需要比描绘立体错觉图像DFD所需的一帧的时间长。另一方面,为了使用户将错觉图像DFD识别为动态图像,优选将时间Δt设定为200毫秒以下。更优选的是,通过将时间Δt设定为30~60毫秒的范围,从而能够使用户将错觉图像DFD识别为流畅的动态图像。
以上说明的第四实施方式所涉及的结构仅仅是用于容易理解本发明的示例。第四实施方式所涉及的结构只要不脱离本发明的主旨,则能够适当地进行变更、改良。
作为构成本发明的一部分的内容,引用2019年12月5日提交的日本专利申请2019-220784号、2019年12月5日提交的日本专利申请2019-220785号、2019年12月13日提交的日本专利申请2019-225353号、以及2019年12月25日提交的日本专利申请2019-235337号的内容。
Claims (23)
1.一种图像显示装置,其特征在于,具备:
第一图像投影部,所述第一图像投影部射出与向用户的眼睛投影的第一图像对应的光;
分束器,所述分束器将从所述第一图像投影部射出后的光的一部分向第一方向反射,并且使所述光的另一部分向第二方向透过;
第一回归反射部,所述第一回归反射部将向所述第一方向反射后的光朝向所述分束器回归反射;
第二回归反射部,所述第二回归反射部将向所述第二方向透过后的光朝向所述分束器回归反射;以及
成像光学部,所述成像光学部使与入射光对应的图像在配置于所述用户的眼睛与背景之间的空间成像,
所述分束器使被所述第一回归反射部回归反射后的光朝向所述成像光学部透过,并且将被所述第二回归反射部回归反射后的光朝向所述成像光学部反射。
2.根据权利要求1所述的图像显示装置,其特征在于,
所述图像显示装置具备第二图像投影部,所述第二图像投影部射出与向所述用户的眼睛投影的第二图像对应的光,
所述分束器将从所述第二图像投影部射出的光的一部分向所述第一方向反射,并且使所述光的另一部分向所述第二方向透过。
3.根据权利要求2所述的图像显示装置,其特征在于,
所述成像光学部是选择性地对从所述第一图像投影部射出的光的波长和从所述第二图像投影部射出的光的波长进行反射的分色镜。
4.根据权利要求2或3所述的图像显示装置,其特征在于,
所述第一图像的成像位置与所述第二图像的成像位置不同。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的图像显示装置,其特征在于,
所述图像显示装置具备第三图像投影部,所述第三图像投影部使向用户的眼睛投影的第三图像在所述空间成像,
所述第三图像的成像位置与所述第一图像的成像位置和所述第二图像的成像位置中的至少一者不同。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的图像显示装置,其特征在于,所述图像显示装置具备第一驱动部,所述第一驱动部使所述第一图像投影部与所述分束器的相对位置变化。
7.根据权利要求2至5中任一项所述的图像显示装置,其特征在于,
所述图像显示装置具备第二驱动部,所述第二驱动部使所述第二图像投影部与所述分束器的相对位置变化。
8.一种图像显示装置,其特征在于,具备:
第一图像投影部,所述第一图像投影部被从图像信号输入部输入的信号驱动,并射出与向用户的眼睛投影的第一图像对应的光;
第二图像投影部,所述第二图像投影部被从所述图像信号输入部输入的信号驱动,并射出与向所述用户的眼睛投影的第二图像对应的光;
成像光学部,所述成像光学部使与入射光对应的图像在配置于所述用户的眼睛与背景之间的空间成像;以及
分束器,所述分束器将已入射到第一面的来自所述第一图像投影部的光朝向所述成像光学部反射,并且使已入射到第二面的来自所述第二图像投影部的光朝向所述成像光学部透过。
9.根据权利要求8所述的图像显示装置,其特征在于,
所述第一图像投影部是在图像投影装置中的第一位置配置的光射出区域,
所述第二图像投影部是在所述图像投影装置中的与所述第一位置不同的第二位置配置的光射出区域。
10.根据权利要求9所述的图像显示装置,其特征在于,
所述图像投影装置具备具有挠性的EL元件。
11.根据权利要求8所述的图像显示装置,其特征在于,
所述第一图像投影部和所述第二图像投影部由具有挠性的电缆连接。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的图像显示装置,其特征在于,
所述第一图像的成像位置与所述第二图像的成像位置不同。
13.一种图像显示装置,其特征在于,具备:
光源部,所述光源部射出与向用户的眼睛投影的图像对应的激光;
第一成像光学部,所述第一成像光学部使与入射光对应的图像在配置于所述用户的眼睛与背景之间的空间中的第一位置成像;
第二成像光学部,所述第二成像光学部使与入射光对应的图像在所述空间中的与所述第一位置不同的第二位置成像;以及
第一分束器,所述第一分束器将所述激光的一部分朝向所述第一成像光学部和所述第二成像光学部中的一者反射,并且使所述激光的另一部分朝向所述第一成像光学部和所述第二成像光学部中的另一者透过。
14.根据权利要求13所述的图像显示装置,其特征在于,
所述图像显示装置具备所述用户佩戴的头戴式显示器,
所述头戴式显示器包括所述第一成像光学部的至少一部分。
15.根据权利要求14所述的图像显示装置,其特征在于,
所述第二成像光学部具备:
第二分束器,所述第二分束器将从所述第一分束器到来的激光的一部分向第一方向反射,并且使所述激光的另一部分向第二方向透过;
第一回归反射部,所述第一回归反射部将向所述第一方向反射后的激光和向所述第二方向透过后的激光中的一者朝向所述第二分束器回归反射;以及
分色镜,所述分色镜使利用所述第二分束器而进行了透过或反射的激光在所述第二位置成像为所述图像。
16.根据权利要求15所述的图像显示装置,其特征在于,
所述第二成像光学部具备第二回归反射部,所述第二回归反射部将向所述第一方向反射后的激光和向所述第二方向透过后的激光中的另一者朝向所述第二分束器回归反射。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的图像显示装置,其特征在于,具备:
第一半透半反镜,所述第一半透半反镜使从所述光源部射出的激光的一部分透过,并反射所述激光的另一部分;
第一反射镜,所述第一反射镜将透过所述第一半透半反镜后的光和被所述第一半透半反镜反射后的光中的一者朝向所述第一分束器的第一面反射;以及
第二反射镜,所述第二反射镜将透过所述第一半透半反镜后的光和被所述第一半透半反镜反射后的光中的另一者朝向所述第一分束器的第二面反射。
18.一种图像显示装置,其特征在于,具备:
第一图像投影部,所述第一图像投影部射出与向用户的眼睛投影的第一图像对应的光;
第二图像投影部,所述第二图像投影部射出与向所述用户的眼睛投影的第二图像对应的光;
成像光学部,所述成像光学部将所述第一图像在位于所述用户的眼睛与背景之间的空间中的第一位置成像,并将所述第二图像在所述空间中的与所述第一位置不同的第二位置成像;以及
控制部,所述控制部控制所述第一图像投影部和所述第二图像投影部,以使所述第一图像的亮度与所述第二图像的亮度的平衡随时间变化。
19.根据权利要求18所述的图像显示装置,其特征在于,
所述图像显示装置具备驱动部,所述驱动部使所述第一图像的成像位置和所述第二图像的成像位置中的至少一者变化。
20.根据权利要求19所述的图像显示装置,其特征在于,
所述驱动部使所述第一位置和所述第二位置中的至少一者在所述第一图像和所述第二图像排列的方向上变化。
21.根据权利要求19或20所述的图像显示装置,其特征在于,
所述驱动部使所述第一位置和所述第二位置中的至少一者在与所述第一图像和所述第二图像排列的方向交叉的方向上变化。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的图像显示装置,其特征在于,具备:
分束器,所述分束器将从所述第一图像投影部射出的光的一部分向第一方向反射,并且使所述光的另一部分向第二方向透过;
第一回归反射部,所述第一回归反射部将向所述第一方向反射后的光朝向所述分束器回归反射;
第二回归反射部,所述第二回归反射部将向所述第二方向透过后的光朝向所述分束器回归反射;以及
成像光学部,所述成像光学部使与入射光对应的图像在所述空间成像,
所述分束器使被所述第一回归反射部回归反射后的光朝向所述成像光学部透过,并且将被所述第二回归反射部回归反射后的光朝向所述成像光学部反射。
23.根据权利要求22所述的图像显示装置,其特征在于,
所述分束器将从所述第二图像投影部射出的光的一部分向所述第一方向反射,并且使所述光的另一部分向所述第二方向透过。
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