JP2003029199A - 着用型ディスプレーシステム - Google Patents
着用型ディスプレーシステムInfo
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- JP2003029199A JP2003029199A JP2002127521A JP2002127521A JP2003029199A JP 2003029199 A JP2003029199 A JP 2003029199A JP 2002127521 A JP2002127521 A JP 2002127521A JP 2002127521 A JP2002127521 A JP 2002127521A JP 2003029199 A JP2003029199 A JP 2003029199A
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
- G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
Abstract
(57)【要約】
【課題】 着用型ディスプレーシステムを提供する。
【解決手段】 所定方式で信号処理された信号を表示す
るディスプレーパネルを取付けた着用型ディスプレーシ
ステムは、ディスプレーパネルから入射された信号を伝
播させる導波路と、導波路面に取付けられ、導波路を通
じて伝播されて到達した信号を拡大して見せる拡大鏡と
を含み、ディスプレーパネルは前記導波路に入射される
信号が導波路内で全反射されるように所定角度で傾いた
導波路面に取付けられることを特徴とする。これによ
り、構成要素の簡素化及び製作の容易性のためにコスト
及び時間を節減できる。
るディスプレーパネルを取付けた着用型ディスプレーシ
ステムは、ディスプレーパネルから入射された信号を伝
播させる導波路と、導波路面に取付けられ、導波路を通
じて伝播されて到達した信号を拡大して見せる拡大鏡と
を含み、ディスプレーパネルは前記導波路に入射される
信号が導波路内で全反射されるように所定角度で傾いた
導波路面に取付けられることを特徴とする。これによ
り、構成要素の簡素化及び製作の容易性のためにコスト
及び時間を節減できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はパーソナルディスプ
レーシステムに係り、より詳細にはめがねやゴーグル状
の拡大光学装置を通じてディスプレー信号が伝播されて
使用者の目と近い位置でディスプレーイメージを見られ
るようにした着用型ディスプレーシステム及びそのプロ
セス(process)に関する。
レーシステムに係り、より詳細にはめがねやゴーグル状
の拡大光学装置を通じてディスプレー信号が伝播されて
使用者の目と近い位置でディスプレーイメージを見られ
るようにした着用型ディスプレーシステム及びそのプロ
セス(process)に関する。
【０００２】
【従来の技術】軍事用、医療用または個人的なディスプ
レー用途で使われる光学的ディスプレーシステム（一般
にヘッド装着システム(HMD;Head(helmet) Mounted Syst
em)と知られている）は、使用者がめがねやゴーグル、
またはヘルメット状の着用器(wearable device)を通じ
て映像信号を拡大して見られるようになったものであ
る。このようなパーソナルディスプレーシステムを通じ
て、使用者は移動しつつ映像情報を伝達されるようにな
った。
レー用途で使われる光学的ディスプレーシステム（一般
にヘッド装着システム(HMD;Head(helmet) Mounted Syst
em)と知られている）は、使用者がめがねやゴーグル、
またはヘルメット状の着用器(wearable device)を通じ
て映像信号を拡大して見られるようになったものであ
る。このようなパーソナルディスプレーシステムを通じ
て、使用者は移動しつつ映像情報を伝達されるようにな
った。
【０００３】図１はＨＭＤ外観の一例を示す。ここでＨ
ＭＤは一般のめがねレンズ１００と、めがねの中心に映
像駆動部１１０が取付けられた形になっている。外観だ
けを考慮した時、このような形のＨＭＤは大きくて重
く、かつ美しくない。ＨＭＤの体積と重さはそれを構成
する多数の光学的素子による。
ＭＤは一般のめがねレンズ１００と、めがねの中心に映
像駆動部１１０が取付けられた形になっている。外観だ
けを考慮した時、このような形のＨＭＤは大きくて重
く、かつ美しくない。ＨＭＤの体積と重さはそれを構成
する多数の光学的素子による。
【０００４】図２は一般のＨＭＤの構成図であって、Ｈ
ＭＤは映像駆動部２００、ディスプレーパネル２１０及
び光学系２２０を含む。映像駆動部２００はパソコンや
ビデオ（図示せず）など外部ソースから入った映像信号
を保存し、入力された映像信号がＬＣＤパネルなどのデ
ィスプレーパネル２１０でディスプレーされるように信
号処理する。光学系２２０は、ディスプレーパネル２１
０にディスプレーされた映像信号を使用者の目に入射し
て適切な大きさに拡大して示す。ＨＭＤの構成要素とし
ては、その外観によって着用のための機構、あるいは外
部から映像信号などを伝達されるためのケーブルなどが
さらに追加されうる。
ＭＤは映像駆動部２００、ディスプレーパネル２１０及
び光学系２２０を含む。映像駆動部２００はパソコンや
ビデオ（図示せず）など外部ソースから入った映像信号
を保存し、入力された映像信号がＬＣＤパネルなどのデ
ィスプレーパネル２１０でディスプレーされるように信
号処理する。光学系２２０は、ディスプレーパネル２１
０にディスプレーされた映像信号を使用者の目に入射し
て適切な大きさに拡大して示す。ＨＭＤの構成要素とし
ては、その外観によって着用のための機構、あるいは外
部から映像信号などを伝達されるためのケーブルなどが
さらに追加されうる。
【０００５】図３は、図２の一般的なＨＭＤ構成のうち
光学系２２０の一般的な構成を示すものである。従来の
光学系は、コリメーティングレンズ３００、Ｘプリズム
３１０、集束レンズ３２０、反射鏡３３０及び接眼レン
ズ（または拡大鏡）３４０よりなる。コリメーティング
レンズ３００はディスプレーパネルなどの一点から出る
光（映像信号）を平行光として伝播させる。Ｘプリズム
３１０は、コリメーティングレンズ３００から入射され
た光の角度を左右に分けて伝播させる。集束レンズ３２
０は、左右方向に一つずつ置かれて各々Ｘプリズム３１
０を通過した平行光を集束させる。反射鏡３３０は、集
束レンズ３２０から集束された光の方向が人の目に向け
て進行するように方向を変える。接眼レンズ（または拡
大鏡）３４０は、結局ディスプレーパネルから出て前述
した光学的素子を通過した小さな映像信号を拡大して人
の目に見られるようにする機能を持つ。この時、接眼レ
ンズ３４０を通過する映像信号がカラー信号であれば接
眼レンズ３４０としては色収差を除去できるレンズが使
われる。
光学系２２０の一般的な構成を示すものである。従来の
光学系は、コリメーティングレンズ３００、Ｘプリズム
３１０、集束レンズ３２０、反射鏡３３０及び接眼レン
ズ（または拡大鏡）３４０よりなる。コリメーティング
レンズ３００はディスプレーパネルなどの一点から出る
光（映像信号）を平行光として伝播させる。Ｘプリズム
３１０は、コリメーティングレンズ３００から入射され
た光の角度を左右に分けて伝播させる。集束レンズ３２
０は、左右方向に一つずつ置かれて各々Ｘプリズム３１
０を通過した平行光を集束させる。反射鏡３３０は、集
束レンズ３２０から集束された光の方向が人の目に向け
て進行するように方向を変える。接眼レンズ（または拡
大鏡）３４０は、結局ディスプレーパネルから出て前述
した光学的素子を通過した小さな映像信号を拡大して人
の目に見られるようにする機能を持つ。この時、接眼レ
ンズ３４０を通過する映像信号がカラー信号であれば接
眼レンズ３４０としては色収差を除去できるレンズが使
われる。
【０００６】ＨＭＤと呼ばれる一般の着用型ディスプレ
ーシステムにおいて、光学系として構成される部分は前
述したようにコリメーティングレンズ、Ｘプリズム、集
束レンズ、反射鏡及び接眼レンズなどの光学的素子を多
数使用するので精密性を要する素子の性格からみてその
具現に難しさがあり、したがって製作に手間がたくさん
かかる。またレンズと素子各々の機能が精密に設計され
たとしても、共に整列させるのに追加的な難しさがあ
る。また他の従来の光学系の短所は、多数の光学素子に
よって光学系が大きくかつ重くＨＭＤとして着用し難
く、製作コストが高いということである。
ーシステムにおいて、光学系として構成される部分は前
述したようにコリメーティングレンズ、Ｘプリズム、集
束レンズ、反射鏡及び接眼レンズなどの光学的素子を多
数使用するので精密性を要する素子の性格からみてその
具現に難しさがあり、したがって製作に手間がたくさん
かかる。またレンズと素子各々の機能が精密に設計され
たとしても、共に整列させるのに追加的な難しさがあ
る。また他の従来の光学系の短所は、多数の光学素子に
よって光学系が大きくかつ重くＨＭＤとして着用し難
く、製作コストが高いということである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する技術的課題は、最小限の光学素子を使用してその具
現が簡単で、製作が容易な着用型ディスプレーシステム
を提供するのにある。
する技術的課題は、最小限の光学素子を使用してその具
現が簡単で、製作が容易な着用型ディスプレーシステム
を提供するのにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の、所定方式で信号処理された信号を表示するディスプ
レーパネルを取付けた着用型ディスプレーシステムは、
前記ディスプレーパネルから入射された信号を伝播させ
る導波路と、前記導波路面に取付けられ、前記導波路を
通じて伝播されて到達した信号を拡大して見せる拡大鏡
とを含み、前記ディスプレーパネルは前記導波路に入射
される信号が導波路内で全反射されるように所定角度で
傾いた導波路面に取付けられることを特徴とする。
の、所定方式で信号処理された信号を表示するディスプ
レーパネルを取付けた着用型ディスプレーシステムは、
前記ディスプレーパネルから入射された信号を伝播させ
る導波路と、前記導波路面に取付けられ、前記導波路を
通じて伝播されて到達した信号を拡大して見せる拡大鏡
とを含み、前記ディスプレーパネルは前記導波路に入射
される信号が導波路内で全反射されるように所定角度で
傾いた導波路面に取付けられることを特徴とする。
【０００９】前記信号が導波路の一端を通って導波路に
伝播され、かつ、導波路の中で全反射されるように、照
明光を反射するための反射板をさらに含むことが望まし
い。
伝播され、かつ、導波路の中で全反射されるように、照
明光を反射するための反射板をさらに含むことが望まし
い。
【００１０】前記課題を解決するための双眼鏡型の着用
型ディスプレーシステムは、両側面にディスプレーパネ
ルを取付け、ディスプレーパネルから入射された信号を
伝播させる導波路と、前記導波路の左右側に各々取付け
られ、前記導波路を通じて伝播されて到達した信号を拡
大する拡大鏡とを含み、前記ディスプレーパネルから出
る信号が導波路内で全反射されるように前記導波路の両
側面を所定角度で傾けて形成することを特徴とする。
型ディスプレーシステムは、両側面にディスプレーパネ
ルを取付け、ディスプレーパネルから入射された信号を
伝播させる導波路と、前記導波路の左右側に各々取付け
られ、前記導波路を通じて伝播されて到達した信号を拡
大する拡大鏡とを含み、前記ディスプレーパネルから出
る信号が導波路内で全反射されるように前記導波路の両
側面を所定角度で傾けて形成することを特徴とする。
【００１１】前記導波路の両側でディスプレー信号伝播
に必要な照明を反射して照明光が前記ディスプレーパネ
ル信号が入射される角度で前記ディスプレーパネルを映
すようにする反射板をさらに含むことが望ましい。
に必要な照明を反射して照明光が前記ディスプレーパネ
ル信号が入射される角度で前記ディスプレーパネルを映
すようにする反射板をさらに含むことが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して本
発明を詳細に説明する。図４Ａは本発明の着用型ディス
プレーシステムの正面図であり、図４Ｂは上面図であ
る。ここで、着用型ディスプレーシステムはレンズ４０
０とディスプレーパネル４１０とが結合された単純な形
態になっている。本発明の着用型ディスプレーシステム
は従来に比べて回折格子と拡大鏡とを使用して軽薄短小
化できる。したがって、ヘルメット型などの既存のＨＭ
Ｄのように体積が大きくて重いディスプレーシステムで
はない、めがねのように単純に着用できるディスプレー
システムを具現できる。
発明を詳細に説明する。図４Ａは本発明の着用型ディス
プレーシステムの正面図であり、図４Ｂは上面図であ
る。ここで、着用型ディスプレーシステムはレンズ４０
０とディスプレーパネル４１０とが結合された単純な形
態になっている。本発明の着用型ディスプレーシステム
は従来に比べて回折格子と拡大鏡とを使用して軽薄短小
化できる。したがって、ヘルメット型などの既存のＨＭ
Ｄのように体積が大きくて重いディスプレーシステムで
はない、めがねのように単純に着用できるディスプレー
システムを具現できる。
【００１３】また、本発明はモジュール形態の着用型デ
ィスプレーシステムを製作し、そのモジュールを既存の
めがね等に脱着自在に取付けて使用することもある。図
４Ａ及び図４Ｂに示した着用型ディスプレーシステム
は、多様な外観のうち一例に過ぎず、以外にも多様な形
態の軽薄短小な着用型ディスプレーシステムを具現でき
る。
ィスプレーシステムを製作し、そのモジュールを既存の
めがね等に脱着自在に取付けて使用することもある。図
４Ａ及び図４Ｂに示した着用型ディスプレーシステム
は、多様な外観のうち一例に過ぎず、以外にも多様な形
態の軽薄短小な着用型ディスプレーシステムを具現でき
る。
【００１４】本発明の着用型ディスプレーシステムは双
眼鏡型と単眼鏡(monocular)型があるが、双眼鏡型は両
目を利用してディスプレー画像を見るようになったもの
であり、単眼鏡型は片目を利用してディスプレー画像を
見るようになったものである。
眼鏡型と単眼鏡(monocular)型があるが、双眼鏡型は両
目を利用してディスプレー画像を見るようになったもの
であり、単眼鏡型は片目を利用してディスプレー画像を
見るようになったものである。
【００１５】まず、単眼鏡型をあげて本発明を説明す
る。図５は本発明の単眼鏡型の着用型ディスプレーシス
テムの一実施形態であって、所定方式で信号処理された
信号を表示するディスプレーパネル５００を取付けた着
用型ディスプレーシステムは導波路５１０及び拡大鏡５
２０を含む。導波路５２０はディスプレーパネルから入
射された信号を伝播し、ディスプレー信号が入射されて
導波路内で全反射角度で反射されるように導波路の側面
を所定角度でななめに削った形になる。ここで所定角度
は導波路内信号の全反射角度と同一であることが望まし
い。この側面入射信号は導波路５１０内で全反射角度で
反射されつつ伝播される。拡大鏡５２０は導波路を通じ
て伝播されて到達した信号を拡大して使用者の目に信号
の像が結ぶようにする。
る。図５は本発明の単眼鏡型の着用型ディスプレーシス
テムの一実施形態であって、所定方式で信号処理された
信号を表示するディスプレーパネル５００を取付けた着
用型ディスプレーシステムは導波路５１０及び拡大鏡５
２０を含む。導波路５２０はディスプレーパネルから入
射された信号を伝播し、ディスプレー信号が入射されて
導波路内で全反射角度で反射されるように導波路の側面
を所定角度でななめに削った形になる。ここで所定角度
は導波路内信号の全反射角度と同一であることが望まし
い。この側面入射信号は導波路５１０内で全反射角度で
反射されつつ伝播される。拡大鏡５２０は導波路を通じ
て伝播されて到達した信号を拡大して使用者の目に信号
の像が結ぶようにする。
【００１６】図６は本発明の単眼鏡型着用型ディスプレ
ーシステムの他の実施形態であって、図５と同じ構成に
反射板６００をさらに具備している。反射板６００を利
用すれば、導波路の傾斜面への入射光の光源である照明
光を所望の方向に位置させうる。図６のような実施形態
の場合、側面に位置した照明光からの光が反射板６００
で反射されて導波路５２０の傾斜面を通じて全反射角度
で入射されるようになる。反射板を利用して照明光源を
使用者の側面に位置させれば、着用型ディスプレーシス
テムを具現する時に照明光を側面脚に取付けた、めがね
型システムの具現が可能になる。
ーシステムの他の実施形態であって、図５と同じ構成に
反射板６００をさらに具備している。反射板６００を利
用すれば、導波路の傾斜面への入射光の光源である照明
光を所望の方向に位置させうる。図６のような実施形態
の場合、側面に位置した照明光からの光が反射板６００
で反射されて導波路５２０の傾斜面を通じて全反射角度
で入射されるようになる。反射板を利用して照明光源を
使用者の側面に位置させれば、着用型ディスプレーシス
テムを具現する時に照明光を側面脚に取付けた、めがね
型システムの具現が可能になる。
【００１７】図５（及び図６）のような着用型ディスプ
レーシステムを構成するためには拡大鏡５２０の大き
さ、導波路５１０での信号の内部全反射回数、導波路の
長さ及び幅などを決定せねばならなく、このために拡大
光学系の基本原理が適用される。
レーシステムを構成するためには拡大鏡５２０の大き
さ、導波路５１０での信号の内部全反射回数、導波路の
長さ及び幅などを決定せねばならなく、このために拡大
光学系の基本原理が適用される。
【００１８】図７はディスプレーパネルの大きさ、画面
の大きさ及び位置、アイリリーフ、ＦＯＶ(Focus Of Vi
ew)、レンズの焦点と大きさなどを決定するために対応
する拡大光学系の基本原理を説明するための図面であ
る。図５の拡大鏡５２０と対応するレンズ７００の焦点
をＦとし、Ｄをレンズ口径とする。ｙｏは物体７１０の
大きさを示し、この物体７１０は図５でディスプレーパ
ネル５００に対応できる。
の大きさ及び位置、アイリリーフ、ＦＯＶ(Focus Of Vi
ew)、レンズの焦点と大きさなどを決定するために対応
する拡大光学系の基本原理を説明するための図面であ
る。図５の拡大鏡５２０と対応するレンズ７００の焦点
をＦとし、Ｄをレンズ口径とする。ｙｏは物体７１０の
大きさを示し、この物体７１０は図５でディスプレーパ
ネル５００に対応できる。
【００１９】ディスプレーパネル５００から拡大鏡５２
０までの信号の経路と対応することが、物体とレンズ７
００との距離であるｓｏである。ここでＳｏがレンズ７
００の焦点距離ｆより小さいこそ物体７１０の像を見ら
れる。このような光学原理は図５で、入射後に導波路５
１０を移動する信号の経路が拡大鏡５２０の焦点距離よ
り短く設計されるのに反映される。ｙｉは物体７１０が
目７２０によって見られる虚像の大きさであり、Ｅｘは
目７２０の出射瞳の大きさ、ｌｅは目とレンズまでの距
離、すなわちアイリリーフであり、Ｌ’は目から物体の
虚像までの距離であり、θ／２は時計ＦＯＶを１／２に
かけた角度である。
０までの信号の経路と対応することが、物体とレンズ７
００との距離であるｓｏである。ここでＳｏがレンズ７
００の焦点距離ｆより小さいこそ物体７１０の像を見ら
れる。このような光学原理は図５で、入射後に導波路５
１０を移動する信号の経路が拡大鏡５２０の焦点距離よ
り短く設計されるのに反映される。ｙｉは物体７１０が
目７２０によって見られる虚像の大きさであり、Ｅｘは
目７２０の出射瞳の大きさ、ｌｅは目とレンズまでの距
離、すなわちアイリリーフであり、Ｌ’は目から物体の
虚像までの距離であり、θ／２は時計ＦＯＶを１／２に
かけた角度である。
【００２０】前述した光学変数を利用して拡大レンズの
変数を求める過程を説明すれば、まず図７でどんなレン
ズを選択して決まった物体をどこに置いて拡大された像
を見るかを定めるために物体の大きさｙｏ、像の大きさ
ｙｉ、目から像までの距離Ｌ’、アイリリーフｌｅと出
射瞳Ｅｘが先に決まらねばならない。これより倍率Ｍが
次の数式１のように求められる。
変数を求める過程を説明すれば、まず図７でどんなレン
ズを選択して決まった物体をどこに置いて拡大された像
を見るかを定めるために物体の大きさｙｏ、像の大きさ
ｙｉ、目から像までの距離Ｌ’、アイリリーフｌｅと出
射瞳Ｅｘが先に決まらねばならない。これより倍率Ｍが
次の数式１のように求められる。
【００２１】
【数１】
数式（１）からレンズ７００と物体７１０との距離ｓｏ
が求められる。
が求められる。
【００２２】
【数２】
【００２３】ｓｏとｓｉとを利用してレンズ７００の焦
点距離ｆを次の数式（３）のように求める。
点距離ｆを次の数式（３）のように求める。
【数３】
【００２４】ＦＯＶは次の数式（４）のように求められ
る。
る。
【数４】
【００２５】レンズ口径Ｄは数式（５）のように求めら
れる。
れる。
【数５】
【００２６】数式（５）は出射瞳の中心に入る光線信号
に対してのみ考慮したので、実際のレンズ口径は出射瞳
の大きさを考慮し次のように求められねばならない。
に対してのみ考慮したので、実際のレンズ口径は出射瞳
の大きさを考慮し次のように求められねばならない。
【００２７】
【数６】
このように拡大レンズを設計するのに必要な変数の算出
公式によって拡大レンズの仕様を定められる。
公式によって拡大レンズの仕様を定められる。
【００２８】図８Ａ及び図８Ｂは本発明の着用型ディス
プレーシステムの設計条件を説明するための図面であ
る。
プレーシステムの設計条件を説明するための図面であ
る。
【００２９】図８Ｂを設計するための条件において、ま
ず入射角θが全反射臨界角θcより大きくなければなら
ず、その時の傾斜面の長さd/sinθはディスプレーパネ
ル５００より大きくなければならない。これを数式で表
現すれば次の通りである。
ず入射角θが全反射臨界角θcより大きくなければなら
ず、その時の傾斜面の長さd/sinθはディスプレーパネ
ル５００より大きくなければならない。これを数式で表
現すれば次の通りである。
【００３０】
【数７】
【００３１】ここで、ｎ(waveguide)は導波路の屈折率
である。もし、導波路の屈折率が１.４９であれば全反
射臨界角は４２.２°であるため入射角はそれ以上でな
ければならない。
である。もし、導波路の屈折率が１.４９であれば全反
射臨界角は４２.２°であるため入射角はそれ以上でな
ければならない。
【００３２】図９は、本発明の双眼鏡型着用型ディスプ
レーシステムの一実施形態を示すものであって、双眼鏡
型着用型ディスプレーシステムは導波路９００、第１デ
ィスプレーパネル９１０、第２ディスプレーパネル９２
０、第１拡大レンズ９３０及び第２拡大レンズ９４０を
含む。図９の双眼鏡型着用型ディスプレーシステムは前
述した単眼鏡型着用型ディスプレーシステムの原理及び
設計方式がそのまま適用され、図５の単眼鏡型ディスプ
レーシステムを二つ結合することによって使用者の両目
に着用できるということを特徴とする。導波路９００は
両側のディスプレーパネル９１０、９２０から入射され
た信号を伝播する。
レーシステムの一実施形態を示すものであって、双眼鏡
型着用型ディスプレーシステムは導波路９００、第１デ
ィスプレーパネル９１０、第２ディスプレーパネル９２
０、第１拡大レンズ９３０及び第２拡大レンズ９４０を
含む。図９の双眼鏡型着用型ディスプレーシステムは前
述した単眼鏡型着用型ディスプレーシステムの原理及び
設計方式がそのまま適用され、図５の単眼鏡型ディスプ
レーシステムを二つ結合することによって使用者の両目
に着用できるということを特徴とする。導波路９００は
両側のディスプレーパネル９１０、９２０から入射され
た信号を伝播する。
【００３３】導波路の側面から入射された信号が導波路
内で全反射角度で反射されるように導波路の側面を全反
射角度と同一にななめに削ってその傾斜面に垂直にディ
スプレー信号が入射されるように導波路が形成される。
この側面入射信号は導波路９００内で全反射角度で反射
されつつ各々導波路の中心に向かって伝播される。第１
ディスプレーパネル９１０は導波路の左側傾斜面に取付
けられて導波路内に所定全反射角度で信号を入射させ
る。第１拡大レンズ９３０は、導波路９００内部で１回
以上反射されつつ伝播されて到達した信号を拡大して使
用者の左側目に映す。
内で全反射角度で反射されるように導波路の側面を全反
射角度と同一にななめに削ってその傾斜面に垂直にディ
スプレー信号が入射されるように導波路が形成される。
この側面入射信号は導波路９００内で全反射角度で反射
されつつ各々導波路の中心に向かって伝播される。第１
ディスプレーパネル９１０は導波路の左側傾斜面に取付
けられて導波路内に所定全反射角度で信号を入射させ
る。第１拡大レンズ９３０は、導波路９００内部で１回
以上反射されつつ伝播されて到達した信号を拡大して使
用者の左側目に映す。
【００３４】第２ディスプレーパネル９２０は、導波路
の右側傾斜面に取付けられて前記所定全反射角度で導波
路内に信号を入射させる。第２拡大レンズ９４０は、導
波路９００内部で１回以上反射されつつ伝播されて到達
した信号を拡大して使用者の右側目に映す。第１、第２
拡大レンズ９３０、９４０は所定角度（ここでは所定全
反射角度と同じ角度）で入射された信号を記録時に記憶
された方向に透過させて再生するホログラムレンズであ
りうる。
の右側傾斜面に取付けられて前記所定全反射角度で導波
路内に信号を入射させる。第２拡大レンズ９４０は、導
波路９００内部で１回以上反射されつつ伝播されて到達
した信号を拡大して使用者の右側目に映す。第１、第２
拡大レンズ９３０、９４０は所定角度（ここでは所定全
反射角度と同じ角度）で入射された信号を記録時に記憶
された方向に透過させて再生するホログラムレンズであ
りうる。
【００３５】図１０は本発明の双眼鏡型着用型ディスプ
レーシステムの他の実施形態であって、その構成と機能
は図９のシステムと同一であるが、第１、第２反射板１
０１０、１０２０をさらに具備することを特徴とする。
導波路１０００の両側に備わった第１、第２反射板１０
１０、１０２０を通じて、各々使用者の左右側の所定位
置から入射される照明光を各々の導波路傾斜面に対して
平行光として入射させうる。
レーシステムの他の実施形態であって、その構成と機能
は図９のシステムと同一であるが、第１、第２反射板１
０１０、１０２０をさらに具備することを特徴とする。
導波路１０００の両側に備わった第１、第２反射板１０
１０、１０２０を通じて、各々使用者の左右側の所定位
置から入射される照明光を各々の導波路傾斜面に対して
平行光として入射させうる。
【００３６】図１０のような実施形態の場合、側面に位
置した照明光からの光が各々第１、第２反射板１０１
０、１０２０で反射されて導波路１０００の傾斜面を通
じて全反射角度で入射される。第１、第２反射板を利用
して照明光源を使用者の側面に位置させれば、着用型デ
ィスプレーシステムの具現時に照明光を側面脚に取付け
た、めがね型システムの具現が可能になる。
置した照明光からの光が各々第１、第２反射板１０１
０、１０２０で反射されて導波路１０００の傾斜面を通
じて全反射角度で入射される。第１、第２反射板を利用
して照明光源を使用者の側面に位置させれば、着用型デ
ィスプレーシステムの具現時に照明光を側面脚に取付け
た、めがね型システムの具現が可能になる。
【００３７】図１１は本発明の単眼鏡着用型ディスプレ
ーシステムのまた他の実施形態であって、所定方式で信
号処理された信号を表示するディスプレーパネル１１０
０を取付けた着用型ディスプレーシステムは導波路１１
１０及び光学素子１１２０を含む。
ーシステムのまた他の実施形態であって、所定方式で信
号処理された信号を表示するディスプレーパネル１１０
０を取付けた着用型ディスプレーシステムは導波路１１
１０及び光学素子１１２０を含む。
【００３８】導波路１１１０は、ディスプレーパネルか
ら入射された信号を伝播し、信号が入射される面と出射
される面を信号が導波路内で全反射角度で反射されるよ
うに所定角度でななめに削った形になっている。このよ
うな全反射角度で傾いた導波路の側面に取付けられたデ
ィスプレーパネル１１００から入射される信号は導波路
１１１０内で全反射角度で反射されつつ伝播される。
ら入射された信号を伝播し、信号が入射される面と出射
される面を信号が導波路内で全反射角度で反射されるよ
うに所定角度でななめに削った形になっている。このよ
うな全反射角度で傾いた導波路の側面に取付けられたデ
ィスプレーパネル１１００から入射される信号は導波路
１１１０内で全反射角度で反射されつつ伝播される。
【００３９】光学素子１１２０は、回折素子(DOE:Diffr
active Optical Element)、あるいはホログラム素子(HO
E;Holographic Optical Element)であって、導波路１１
１０を通じて伝播されて到達した信号を拡大して所定焦
点距離にある使用者の目に信号の像を結ぶ。図１１に示
した光学素子は反射型の場合を示したが、図示された焦
点距離と反対方向に焦点を結ぶ透過型の場合も本発明に
適用できる。
active Optical Element)、あるいはホログラム素子(HO
E;Holographic Optical Element)であって、導波路１１
１０を通じて伝播されて到達した信号を拡大して所定焦
点距離にある使用者の目に信号の像を結ぶ。図１１に示
した光学素子は反射型の場合を示したが、図示された焦
点距離と反対方向に焦点を結ぶ透過型の場合も本発明に
適用できる。
【００４０】ディスプレーパネル１１００から入射され
た信号が導波路１１１０を通じて伝播されて光学素子１
１２０を通じて出力される時、入射された信号の伝播距
離が相異なれば収差が生じうる。したがって、このよう
な収差発生を防止するために入射信号の伝播距離がいず
れも同一になるように信号の入射面が削られた傾斜角度
と出射面が削られた傾斜角度とが同一でなければならな
い。
た信号が導波路１１１０を通じて伝播されて光学素子１
１２０を通じて出力される時、入射された信号の伝播距
離が相異なれば収差が生じうる。したがって、このよう
な収差発生を防止するために入射信号の伝播距離がいず
れも同一になるように信号の入射面が削られた傾斜角度
と出射面が削られた傾斜角度とが同一でなければならな
い。
【００４１】導波路１１１０の両側面の内部全反射角度
への傾斜、導波路内での内部全反射回数、それによる導
波路の長さ及び幅、光学素子１１２０の口径や像が結ば
れる焦点距離を決定するためには図７の拡大光学系の基
本原理が適用される。
への傾斜、導波路内での内部全反射回数、それによる導
波路の長さ及び幅、光学素子１１２０の口径や像が結ば
れる焦点距離を決定するためには図７の拡大光学系の基
本原理が適用される。
【００４２】図１２は本発明の着用型ディスプレーシス
テムのさらに他の実施形態を示すものであって、所定方
式で信号処理された信号を表示するディスプレーパネル
１２００を取付けた着用型ディスプレーシステムは、プ
リズム１２１０、導波路１２２０及び光学素子１２３０
を含む。
テムのさらに他の実施形態を示すものであって、所定方
式で信号処理された信号を表示するディスプレーパネル
１２００を取付けた着用型ディスプレーシステムは、プ
リズム１２１０、導波路１２２０及び光学素子１２３０
を含む。
【００４３】プリズム１２１０は、導波路１２２０の一
面に取付けられる。プリズム１２１０の光入射面にはデ
ィスプレーパネル１２００が取付けられる。プリズム１
２１０はディスプレーパネル１２００から出力される信
号が導波路１２２０の内部に所定の全反射角度で入射さ
れるようにする。
面に取付けられる。プリズム１２１０の光入射面にはデ
ィスプレーパネル１２００が取付けられる。プリズム１
２１０はディスプレーパネル１２００から出力される信
号が導波路１２２０の内部に所定の全反射角度で入射さ
れるようにする。
【００４４】導波路１２２０はプリズム１２１０を通じ
て入射されたディスプレーパネルからの信号を伝播す
る。全反射角度で入射された信号は、導波路１２２０内
で全反射角度で反射されつつ伝播される。信号が出射さ
れる導波路の側面は、プリズム１２１０を通じて入射さ
れた信号の伝播距離がいずれの出射面でも同一になるよ
うに所定角度で削られる。これは伝播距離が相異なる信
号は収差を生じるからである。ここで出射面の傾斜角度
は、信号の入射角度、すなわち全反射角度と同一であ
る。
て入射されたディスプレーパネルからの信号を伝播す
る。全反射角度で入射された信号は、導波路１２２０内
で全反射角度で反射されつつ伝播される。信号が出射さ
れる導波路の側面は、プリズム１２１０を通じて入射さ
れた信号の伝播距離がいずれの出射面でも同一になるよ
うに所定角度で削られる。これは伝播距離が相異なる信
号は収差を生じるからである。ここで出射面の傾斜角度
は、信号の入射角度、すなわち全反射角度と同一であ
る。
【００４５】光学素子１２３０はＤＯＥ、あるいはＨＯ
Ｅであって、導波路１２２０を通じて伝播されて到達し
た信号を拡大して所定焦点距離にある使用者の目に信号
の像を結ぶようにする。図１２に示した光学素子は反射
型の場合を示すものであるが、図面に示した焦点距離と
反対方向に焦点を結ぶ透過型の場合も本発明に適用でき
る。
Ｅであって、導波路１２２０を通じて伝播されて到達し
た信号を拡大して所定焦点距離にある使用者の目に信号
の像を結ぶようにする。図１２に示した光学素子は反射
型の場合を示すものであるが、図面に示した焦点距離と
反対方向に焦点を結ぶ透過型の場合も本発明に適用でき
る。
【００４６】前述した実施形態で、導波路１２２０出射
面での傾斜角度、導波路内での内部全反射回数、それに
よる導波路の長さ及び幅、光学素子１２３０の口径や像
が結ばれる焦点距離を決定するためには図７の拡大光学
系の基本原理がやはり適用される。
面での傾斜角度、導波路内での内部全反射回数、それに
よる導波路の長さ及び幅、光学素子１２３０の口径や像
が結ばれる焦点距離を決定するためには図７の拡大光学
系の基本原理がやはり適用される。
【００４７】図１３は本発明の他の実施形態である。図
１３は図１２と同じ導波路構造を有し、同じ構成要素を
含むが、ディスプレーパネル１３００の位置と信号の伝
播方向が図１２とは反対になる着用型ディスプレーシス
テムを示したものである。図１３を図１２と比較する
時、ディスプレーパネル１３００は、図１２での光学素
子１２３０の位置に取付けられ、光学素子１３３０は、
図１２のディスプレーパネル１２００の位置に取付けら
れている。図１３では、ディスプレーパネル１３００か
ら入射された信号がプリズム１３１０を通じて出射さ
れ、信号はプリズムに取付けられた拡大鏡１３３０を通
じて使用者に拡大されて見られる。
１３は図１２と同じ導波路構造を有し、同じ構成要素を
含むが、ディスプレーパネル１３００の位置と信号の伝
播方向が図１２とは反対になる着用型ディスプレーシス
テムを示したものである。図１３を図１２と比較する
時、ディスプレーパネル１３００は、図１２での光学素
子１２３０の位置に取付けられ、光学素子１３３０は、
図１２のディスプレーパネル１２００の位置に取付けら
れている。図１３では、ディスプレーパネル１３００か
ら入射された信号がプリズム１３１０を通じて出射さ
れ、信号はプリズムに取付けられた拡大鏡１３３０を通
じて使用者に拡大されて見られる。
【００４８】
【発明の効果】本発明の着用型ディスプレーシステムに
より、信号が導波路内で全反射角度で反射されるように
導波路側面を削ることによって、全反射入射に必要な他
の構成要素を具備する必要がなく、反射板を利用して照
明光を所望の位置に置くことができる。
より、信号が導波路内で全反射角度で反射されるように
導波路側面を削ることによって、全反射入射に必要な他
の構成要素を具備する必要がなく、反射板を利用して照
明光を所望の位置に置くことができる。
【図１】 ＨＭＤ外観の一例を示す図面である。
【図２】 一般のＨＭＤの構成図である。
【図３】 図２の一般のＨＭＤ構成のうち光学系の構成
図である。
図である。
【図４Ａ】 本発明の着用型ディスプレーシステムの外
観を示す図面である。
観を示す図面である。
【図４Ｂ】 本発明の着用型ディスプレーシステムの外
観を示す図面である。
観を示す図面である。
【図５】 本発明の着用型ディスプレーシステムの一実
施形態である。
施形態である。
【図６】 本発明の着用型ディスプレーシステムの他の
実施形態である。
実施形態である。
【図７】 ディスプレーパネルの大きさ、画面サイズ及
び位置、アイリリーフ、ＦＯＶ、レンズの焦点及び大き
さなどを決定するために対応する拡大光学系の基本原理
を説明するための図面である。
び位置、アイリリーフ、ＦＯＶ、レンズの焦点及び大き
さなどを決定するために対応する拡大光学系の基本原理
を説明するための図面である。
【図８Ａ】 本発明の着用型ディスプレーシステムの設
計条件を説明するための図面である。
計条件を説明するための図面である。
【図８Ｂ】 本発明の着用型ディスプレーシステムの設
計条件を説明するための図面である。
計条件を説明するための図面である。
【図９】 図９は本発明の双眼鏡型着用型ディスプレー
システムの一実施形態を示す図面である。
システムの一実施形態を示す図面である。
【図１０】 本発明の双眼鏡型着用型ディスプレーシス
テムの他の実施形態を示す図面である。
テムの他の実施形態を示す図面である。
【図１１】 本発明の着用型ディスプレーシステムのま
た他の実施形態を示す図面である。
た他の実施形態を示す図面である。
【図１２】 本発明の着用型ディスプレーシステムのさ
らに他の実施形態を示す図面である。
らに他の実施形態を示す図面である。
【図１３】 本発明の着用型ディスプレーシステムのさ
らに他の実施形態を示す図面である。
らに他の実施形態を示す図面である。
５００ ディスプレーパネル
５１０ 導波路
５２０ 拡大鏡
Claims (17)
- 【請求項１】 所定方式で信号処理された信号を表示す
るディスプレーパネルを取付けた着用型ディスプレーシ
ステムにおいて、 前記ディスプレーパネルから入射された信号を伝播させ
る導波路と、 前記導波路面に取付けられ、前記導波路を通じて伝播さ
れて到達した信号を拡大して見せる拡大鏡とを含み、 前記ディスプレーパネルから出る信号が導波路内で全反
射されるように前記導波路の側面を所定角度で傾けて形
成することを特徴とする着用型ディスプレーシステム。 - 【請求項２】 前記信号が導波路の一端を通って導波路
に伝播され、かつ、導波路の中で全反射されるように、
照明光を反射するための反射板をさらに含むことを特徴
とする請求項１に記載の着用型ディスプレーシステム。 - 【請求項３】 双眼鏡型の着用型ディスプレーシステム
において、 両側面にディスプレーパネルを取付け、ディスプレーパ
ネルから入射された信号を伝播させる導波路と、 前記導波路の左右側に各々取付けられ、前記導波路を通
じて伝播されて到達した信号を拡大する拡大鏡とを含
み、 前記ディスプレーパネルから出る信号が導波路内で全反
射されるように前記導波路の両側面を所定角度で傾けて
形成することを特徴とする着用型ディスプレーシステ
ム。 - 【請求項４】 前記導波路の両側で前記信号が導波路の
一端を通って導波路に伝播され、かつ、導波路の中で全
反射されるように、照明光を反射するための反射板をさ
らに含むことを特徴とする請求項３に記載の着用型ディ
スプレーシステム。 - 【請求項５】 所定方式で信号処理された信号を表示す
るディスプレーパネルを取付けた着用型ディスプレーシ
ステムにおいて、 前記ディスプレーパネルから入射された信号を伝播させ
る導波路と、 前記導波路面に取付けられ、前記導波路を通じて伝播さ
れて到達した信号を拡大して示す光学素子とを含み、 前記導波路は両側面が所定角度で傾いていることを特徴
とする着用型ディスプレーシステム。 - 【請求項６】 前記ディスプレーパネルは第１所定角度
で傾いた導波路の一側面に取付けられ、前記光学素子は
第２所定角度で傾いた導波路の他側面に取付けられるこ
とを特徴とする請求項５に記載の着用型ディスプレーシ
ステム。 - 【請求項７】 前記第１所定角度は全反射角度であるこ
とを特徴とする請求項６に記載の着用型ディスプレーシ
ステム。 - 【請求項８】 前記第２所定角度は第１所定角度と同一
であることを特徴とする請求項７に記載の着用型ディス
プレーシステム。 - 【請求項９】 前記光学素子は反射型であることを特徴
とする請求項５に記載の着用型ディスプレーシステム。 - 【請求項１０】 前記光学素子は透過型であることを特
徴とする請求項５に記載の着用型ディスプレーシステ
ム。 - 【請求項１１】 所定方式で信号処理された信号を表示
するディスプレーパネルを取付けた着用型ディスプレー
システムにおいて、 信号を伝播させる導波路と、 前記導波路の一面に取付けられ、前記ディスプレーパネ
ルから出力される信号を前記導波路に全反射角度で入射
させるプリズムと、 前記プリズムから入射され、前記導波路を通じて伝播さ
れて到達した信号を拡大して使用者に見せる光学素子と
を含み、 前記導波路でプリズムが取付けられた側面の向かい側面
は所定角度で傾いていることを特徴とする着用型ディス
プレーシステム。 - 【請求項１２】 前記光学素子は反射型であることを特
徴とする請求項１１に記載の着用型ディスプレーシステ
ム。 - 【請求項１３】 前記光学素子は透過型であることを特
徴とする請求項１１に記載の着用型ディスプレーシステ
ム。 - 【請求項１４】 前記所定角度は前記全反射角度である
ことを特徴とする請求項１１に記載の着用型ディスプレ
ーシステム。 - 【請求項１５】 所定方式で信号処理された信号を表示
するディスプレーパネルを取付けた着用型ディスプレー
システムにおいて、 信号を伝播させる導波路と、 前記導波路の一面に取付けられ、前記導波路を通じて伝
播された信号を全反射角度で出射させるプリズムとを含
み、 前記導波路で前記ディスプレーシステムからの信号が入
射される側面は所定角度で傾いていることを特徴とする
着用型ディスプレーシステム。 - 【請求項１６】 前記所定角度は前記全反射角度である
ことを特徴とする請求項１５に記載の着用型ディスプレ
ーシステム。 - 【請求項１７】 前記プリズムに置かれ、出射される信
号を拡大して使用者に見せる光学素子がさらに含まれる
ことを特徴とする請求項１５に記載の着用型ディスプレ
ーシステム。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020010023342A KR20020083738A (ko) | 2001-04-30 | 2001-04-30 | 착용형 디스플레이 시스템 |
| KR2001-023342 | 2001-04-30 | ||
| KR2001-051585 | 2001-08-25 | ||
| KR10-2001-0051585A KR100449704B1 (ko) | 2001-08-25 | 2001-08-25 | 착용형 디스플레이 시스템 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003029199A true JP2003029199A (ja) | 2003-01-29 |
| JP3612060B2 JP3612060B2 (ja) | 2005-01-19 |
Family
ID=26639036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002127521A Expired - Fee Related JP3612060B2 (ja) | 2001-04-30 | 2002-04-26 | 着用型ディスプレーシステム |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3612060B2 (ja) |
| GB (1) | GB2375188B (ja) |
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| CN112782852A (zh) * | 2019-11-07 | 2021-05-11 | 中强光电股份有限公司 | 近眼光学系统 |
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