JP2007133095A - Display device and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、操作者に装着され、表示対象に画像情報を表示する表示装置とその製造方法に関する。 The present invention relates to a display device that is worn by an operator and displays image information on a display target, and a manufacturing method thereof.
本発明において、用語「回転」は、360度未満の角変位および360度以上の回転を含む。 In the present invention, the term “rotation” includes an angular displacement of less than 360 degrees and a rotation of 360 degrees or more.
操作者の頭部に装着して操作者に画像を表示するヘッドマウントディスプレイ(Head
Mounted Display:略称HMD)に関する技術が提案されている。図12は、第1の従来の技術のHMD1を簡略化して示す正面図である。図12に示すように、HMD1は、二次元画像を、接眼光学系を介して、空中像として表示する表示装置である。HMD1は、光ビーム2を出射する光源3と、出射された光ビーム2を集光する集光光学系4と、集光された光ビーム2を走査する走査光学系5と、走査される光ビーム2を集光して、光源の像を結像するレンズアレイ6と、レンズアレイ6が結像して形成される二次元画像を、空中像として操作者の目8の位置に導く接眼光学系7とを備える。したがって操作者は、空中像を接眼光学系7を介して観察することができる(特許文献1参照)。
A head-mounted display (Head) that is worn on the operator's head and displays images to the operator
A technology related to Mounted Display (abbreviation HMD) has been proposed. FIG. 12 is a front view showing the
図13は、第2の従来の技術のHMD10を簡略化して示す正面図である。図13に示すように、HMD10は、光ビーム11を出射する光源12と、光源12からの光ビーム11を集光して集光ビームとする集光光学系13と、集光光学系13の焦点付近に設けられる走査光学系14とを備える。走査光学系14からの光ビーム11は、接眼光学系15を介して操作者の目16に入射され、網膜上に光源12の像が結ばれる。走査光学系14によって光ビーム11が走査されると、光源12の像は網膜上を走査する構成になっており、操作者は二次元画像を観察することができる(特許文献2参照)。
FIG. 13 is a simplified front view showing the
第1の従来の技術のように、導光経路の中間にレンズアレイを用いて空中像を形成する装置では、1画素あたりの光の量がレンズアレイを構成するマイクロレンズのレンズサイズに依存する。したがって高精細にするためにレンズサイズを小さくすると、光の利用効率が落ちるという問題がある。 As in the first conventional technique, in an apparatus that forms an aerial image using a lens array in the middle of a light guide path, the amount of light per pixel depends on the lens size of the microlens constituting the lens array. . Therefore, if the lens size is reduced in order to achieve high definition, there is a problem that the light use efficiency is lowered.
第2の従来の技術のように、光ビームを操作者の網膜上に直接結像させる装置では、操作者の目を考慮してグリーンのレーザが用いられている。このようなグリーンのレーザは、応答性が悪いので高精細な画像を形成することが困難であり、またグリーンのレーザは入手困難であるので製造コストが高という問題がある。また前記HMDは、レーザ光源には適した光学系となっているので、発光ダイオードを光源とした場合、光の利用効率が悪いという問題がある。 As in the second prior art, an apparatus that directly forms a light beam on the retina of the operator uses a green laser in consideration of the eyes of the operator. Since such a green laser has poor responsiveness, it is difficult to form a high-definition image, and since it is difficult to obtain a green laser, there is a problem that the manufacturing cost is high. Further, since the HMD is an optical system suitable for a laser light source, there is a problem that the light use efficiency is poor when a light emitting diode is used as the light source.
また拡散光を光源とするHMDでは、レンズ等の光学系を用いて光源の大きさより小さく集光すると、光源からの光の利用効率が低下するので、表示する画像が暗くなるという問題がある。また、最初から、点光源とするように光源に絞りを設けても、絞りの影響で光の利用効率が低下し画像が暗くなるとういう問題がある。 In addition, in the HMD using diffused light as a light source, if the light is condensed to be smaller than the size of the light source using an optical system such as a lens, there is a problem in that an image to be displayed becomes dark because the use efficiency of light from the light source decreases. Further, even if a light source is provided with a stop so as to be a point light source from the beginning, there is a problem that the use efficiency of light decreases due to the influence of the stop and the image becomes dark.
したがって本発明の目的は、光源の光を効率よく用いることができ、製造コストを低減することができる表示装置とその製造方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a display device that can efficiently use light from a light source and can reduce the manufacturing cost, and a manufacturing method thereof.
本発明は、操作者の一部に装着され画像情報を表示する表示装置であって、
光源と、
光源から出射される光を複数の平行光に変換し、かつ各平行光の導光領域が光源からの出射領域よりも小さい第1導光手段と、
第1導光手段からの複数の光をそれぞれ集光する第2導光手段と、
第2導光手段からの光を走査する走査手段と、
走査手段によって走査される光を平行光に変換し、表示対象に導く第3導光手段とを含むことを特徴とする表示装置である。
The present invention is a display device that is attached to a part of an operator and displays image information,
A light source;
A first light guide means for converting light emitted from the light source into a plurality of parallel lights, and a light guide area of each parallel light being smaller than an emission area from the light source;
A second light guide means for condensing a plurality of lights from the first light guide means,
Scanning means for scanning light from the second light guiding means;
A display device comprising: a third light guide unit that converts light scanned by the scanning unit into parallel light and guides the light to a display target.
また本発明は、走査手段は、直交する2つの回転軸線まわりに角変位可能な反射手段を含むことを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the scanning unit includes a reflection unit that can be angularly displaced around two orthogonal rotation axes.
さらに本発明は、反射手段は、予め定める第1回転軸線まわりに角変位可能であり、第1回転軸に直交する第2回転軸線まわりに角変位可能なガルバノミラーを含むことを特徴とする。 Furthermore, the present invention is characterized in that the reflecting means includes a galvanometer mirror that is angularly displaceable about a predetermined first rotation axis and is angularly displaceable about a second rotation axis that is orthogonal to the first rotation axis.
さらに本発明は、第2導光手段から導かれる光の焦点に設けられ、第2導光手段からの光を透光する絞り手段を含むことを特徴とする。 Furthermore, the present invention is characterized in that it includes a diaphragm unit that is provided at the focal point of the light guided from the second light guide unit and transmits the light from the second light guide unit.
さらに本発明は、光源が出射する光の強度を制御する制御手段を含むことを特徴とする。 Furthermore, the present invention is characterized by including a control means for controlling the intensity of light emitted from the light source.
さらに本発明は、光源は、発光ダイオードであることを特徴とする。
さらに本発明は、光源は、複数の発光ダイオードを含むことを特徴とする。
Furthermore, the invention is characterized in that the light source is a light emitting diode.
Furthermore, the present invention is characterized in that the light source includes a plurality of light emitting diodes.
さらに本発明は、複数の発光ダイオードから出射される各光は、少なくとも赤色、青色および緑色のうちいずれか1つの色を有することを特徴とする。 Furthermore, the invention is characterized in that each light emitted from the plurality of light emitting diodes has at least one color of red, blue and green.
さらに本発明は、発光ダイオードは、フリップチップボンディング法によって基板に実装されることを特徴とする。 Furthermore, the present invention is characterized in that the light emitting diode is mounted on the substrate by a flip chip bonding method.
さらに本発明は、絞り手段は、ガラス基板に設けられる該絞り手段の前駆体にレーザ光を照射して成ることを特徴とする。
さらに本発明は、絞り手段は、無反射の材料を用いて形成することを特徴とする。
Furthermore, the invention is characterized in that the diaphragm means is formed by irradiating a precursor of the diaphragm means provided on the glass substrate with laser light.
Furthermore, the invention is characterized in that the aperture means is formed using a non-reflective material.
さらに本発明は、第3導光手段は、ハーフミラーを含むことを特徴とする。
さらに本発明は、第3導光手段は、非球面偏心ミラーを含むことを特徴とする。
さらに本発明は、第3導光手段は、非球面偏心プリズムを含むことを特徴とする。
Furthermore, the present invention is characterized in that the third light guide means includes a half mirror.
Furthermore, the present invention is characterized in that the third light guide means includes an aspheric eccentric mirror.
Furthermore, the present invention is characterized in that the third light guide means includes an aspheric eccentric prism.
さらに本発明は、操作者の一部に装着され画像情報を表示する表示装置の光路途中に配設される絞り手段を、製造する方法であって、
光源から出射されて複数の平行光に変換された光をそれぞれ集光する集光手段と、この絞り手段の前駆体とを一体化する第1工程と、
前記集光手段を介して、前駆体に平行光化した紫外光を照射する第2工程とを有することを特徴とする表示装置の製造方法である。
Furthermore, the present invention is a method of manufacturing a diaphragm means that is mounted on a part of an operator and arranged in the middle of an optical path of a display device that displays image information,
A first step of integrating the condensing means for condensing the light emitted from the light source and converted into a plurality of parallel lights, and the precursor of the diaphragm means;
And a second step of irradiating the precursor with collimated ultraviolet light through the light condensing means.
本発明によれば、第1導光手段によって、光源から出射される光が複数の平行光に変換され、かつ各平行光の導光領域が光源からの出射領域よりも小さくされる。これによって各平行光を複数の点光源とみなして、第2導光手段によって前記複数の光が集光される。したがって第2集光手段によって光源からの光が光源の出射領域よりも小さく集光されても、光の損失を可及的に抑えることができる。第2導光手段によって集光された光が、走査手段によって走査されて、第3導光手段によって平行光に変換されて、表示対象に導かれる。これによって光源の光を効率よく用いて、表示対象に光源からの光を走査した画像情報を表示することができる。これによって従来の技術に第1導光手段を加えるだけの単純な構成変更で本発明を実現することができ、製造コストの増加を可及的に抑えることができる。 According to the present invention, the light emitted from the light source is converted into a plurality of parallel lights by the first light guide means, and the light guide region of each parallel light is made smaller than the light emission region from the light source. Accordingly, each of the parallel lights is regarded as a plurality of point light sources, and the plurality of lights are condensed by the second light guide unit. Therefore, even if the light from the light source is collected to be smaller than the emission region of the light source by the second light collecting means, the light loss can be suppressed as much as possible. The light condensed by the second light guide means is scanned by the scanning means, converted into parallel light by the third light guide means, and guided to the display object. Accordingly, it is possible to display the image information obtained by scanning the light from the light source on the display target by efficiently using the light from the light source. As a result, the present invention can be realized with a simple configuration change by simply adding the first light guide means to the conventional technique, and an increase in manufacturing cost can be suppressed as much as possible.
また本発明によれば、走査手段は、直交する2つの回転軸線まわりに角変位可能な反射手段を含む。これによって光源からの光を、互いに直交する2方向へ走査することができる。したがって表示対象に2次元の画像を表示させることができる。 According to the invention, the scanning means includes reflection means that can be angularly displaced about two orthogonal rotation axes. As a result, the light from the light source can be scanned in two directions orthogonal to each other. Therefore, a two-dimensional image can be displayed on the display target.
さらに本発明によれば、反射手段は、予め定める第1回転軸線まわりに角変位可能であり、第1回転軸に直交する第2回転軸線まわりに角変位可能なガルバノミラーを含む。これによって光源からの光を、互いに直交する2方向へ走査する構成を実現することができる。 Furthermore, according to the present invention, the reflecting means includes a galvanometer mirror that is angularly displaceable about a predetermined first rotation axis and is angularly displaceable about a second rotation axis that is orthogonal to the first rotation axis. As a result, it is possible to realize a configuration in which light from the light source is scanned in two directions orthogonal to each other.
さらに本発明によれば、第2導光手段から導かれる光の焦点に設けられ、第2導光手段からの光を透光する絞り手段を含む。これによって光源からの光を除く残余の光が、第2導光手段を介して走査手段に導かれることを絞り手段によって防ぐことができる。これによって、表示対象に表示される光に、不所望な光を含むことを防ぐことができ、所望の光だけを可及的に表示対象に導くことができる。 Further, according to the present invention, it includes a diaphragm unit that is provided at a focal point of light guided from the second light guide unit and transmits light from the second light guide unit. Thereby, the remaining light except the light from the light source can be prevented from being guided to the scanning means via the second light guide means by the diaphragm means. Thereby, it is possible to prevent unwanted light from being included in the light displayed on the display target, and it is possible to guide only the desired light to the display target as much as possible.
さらに本発明によれば、光源が出射する光の強度を制御する制御手段を含む。制御手段によって光源の光の強度を制御することによって、表示対象に表示する画像情報の階調および明度を所望の状態に調節することができる。これによって操作者が、視認しやすい画像情報を表示させることができる。 Furthermore, according to this invention, the control means which controls the intensity | strength of the light which a light source radiate | emits is included. By controlling the light intensity of the light source by the control means, the gradation and brightness of the image information displayed on the display target can be adjusted to a desired state. This makes it possible to display image information that is easy for the operator to visually recognize.
さらに本発明によれば、光源は、発光ダイオードであるので、省電力で光源を動作させることができる。また光源がレーザ装置で実現する場合よりも、低コストで実現することができる。 Furthermore, according to the present invention, since the light source is a light emitting diode, the light source can be operated with power saving. Moreover, it can implement | achieve at low cost rather than the case where a light source is implement | achieved with a laser apparatus.
さらに本発明によれば、光源は、複数の発光ダイオードを含むので、各発光ダイオードを個別に制御することによって、より高精細な画像情報を表示することができる。 Furthermore, according to the present invention, since the light source includes a plurality of light emitting diodes, higher-definition image information can be displayed by controlling each light emitting diode individually.
さらに本発明によれば、複数の発光ダイオードから出射される各光は、少なくとも赤色、青色および緑色のうちいずれか1つの色を有する。これによって表示対象に表示される画像情報を、フルカラーで表示することができる。 Furthermore, according to the present invention, each light emitted from the plurality of light emitting diodes has at least one color of red, blue and green. As a result, the image information displayed on the display target can be displayed in full color.
さらに本発明によれば、発光ダイオードは、フリップチップボンディング法によって基板に実装される。これによって発光ダイオードから出射される光が、実装される基板に遮られることを可及的に防ぐことができ、光を効率よく用いることができる。 Furthermore, according to the present invention, the light emitting diode is mounted on the substrate by a flip chip bonding method. Accordingly, light emitted from the light emitting diode can be prevented as much as possible from being blocked by the mounted substrate, and light can be used efficiently.
さらに本発明によれば、絞り手段は、ガラス基板に設けられる該絞り手段の前駆体にレーザ光を照射して成る。絞り手段の前駆体にレーザ光を照射することによって、第2導光手段からの光を走査手段に導く絞り手段を実現することができる。 Further, according to the present invention, the diaphragm means is formed by irradiating a precursor of the diaphragm means provided on the glass substrate with laser light. By irradiating the precursor of the aperture means with laser light, an aperture means for guiding the light from the second light guide means to the scanning means can be realized.
さらに本発明によれば、絞り手段は、無反射の材料を用いて形成する。これによって絞り手段が第2導光手段からの光を不所望に反射することを防ぐことができる。したがって光源からの光を効率よく用いることができる。 Furthermore, according to the present invention, the diaphragm means is formed using a non-reflective material. Accordingly, it is possible to prevent the aperture means from reflecting the light from the second light guide means undesirably. Therefore, the light from the light source can be used efficiently.
さらに本発明によれば、第3導光手段は、ハーフミラーを含む。ハーフミラーによって表示対象に光源からの光を導き、さらにハーフミラーを介して、表示対象の側から、ハーフミラーの反対側を視認することができる。これによって表示対象が、操作者の目である場合、操作者は光源からの画像情報を視認し、かつハーフミラーを介して、周囲の状況を観察することができる。 Furthermore, according to the present invention, the third light guide means includes a half mirror. The light from the light source is guided to the display object by the half mirror, and the opposite side of the half mirror can be visually recognized from the display object side through the half mirror. Thus, when the display target is the eyes of the operator, the operator can visually recognize the image information from the light source and observe the surrounding situation through the half mirror.
さらに本発明によれば、第3導光手段は、非球面偏心ミラーを含むので、光源からの光を表示対象に平行光に変換して導くことができる。 Further, according to the present invention, since the third light guide means includes the aspherical eccentric mirror, the light from the light source can be converted into parallel light and guided to the display target.
さらに本発明によれば、第3導光手段は、非球面偏心プリズムを含む。光源からの光を非球面偏心曲面プリズムの内部で反射させることによって、平行光に変換し、表示対象に導く。これによって第3導光手段に集光レンズを用いる場合よりも、走査手段から表示対象までの距離を短縮することができる。これによって表示装置の構成を小形化および軽量化することができる。 Further according to the invention, the third light guide means includes an aspheric decentered prism. By reflecting the light from the light source inside the aspherical eccentric curved prism, the light is converted into parallel light and guided to a display target. As a result, the distance from the scanning means to the display object can be reduced as compared with the case where a condensing lens is used for the third light guiding means. Accordingly, the configuration of the display device can be reduced in size and weight.
さらに本発明によれば、集光手段と一体化された絞り手段の前駆体に、集光手段を介して平行光化した紫外光を照射するので、集光手段から導かれる紫外光が絞り手段の前駆体に照射される。絞り手段の前駆体に紫外光を照射することによって、絞り手段の前駆体の状態を変化させることができる。これによって紫外光が照射された部分を、透光性を有するように加工することができ、集光手段からの光を透光させる絞り手段を製造することができる。紫外光が照射される位置は、光源から出射される光が導かれる位置と等しいので、レーザ光が照射される位置が透光性を有するように加工することによって、集光手段からの光を透過して、残余の不所望な光を遮光する絞り手段を製造することができる。 Further, according to the present invention, since the precursor of the diaphragm means integrated with the light collecting means is irradiated with the collimated ultraviolet light through the light collecting means, the ultraviolet light guided from the light collecting means is reduced. The precursor is irradiated. By irradiating the precursor of the diaphragm means with ultraviolet light, the state of the precursor of the diaphragm means can be changed. Accordingly, the portion irradiated with the ultraviolet light can be processed so as to have translucency, and a diaphragm means for transmitting light from the light collecting means can be manufactured. The position where the ultraviolet light is irradiated is equal to the position where the light emitted from the light source is guided. Therefore, by processing the position where the laser light is irradiated so as to have translucency, A diaphragm means that transmits and blocks the remaining unwanted light can be manufactured.
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。各フローチャートの開始条件は、記載した開始条件だけに必ずしも限定されるものではない。 Hereinafter, a plurality of embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. Portions corresponding to the matters described in the preceding forms in each embodiment are denoted by the same reference numerals, and overlapping description may be omitted. When only a part of the configuration is described, the other parts of the configuration are the same as those described in the preceding section. Not only the combination of the parts specifically described in each embodiment, but also the embodiments can be partially combined as long as the combination does not hinder. The start condition of each flowchart is not necessarily limited to the described start condition.
図1は、本発明の実施の一形態のヘッドマウントディスプレイ(Head Mounted
Display:略称HMD)20を簡略化して示す斜視図である。図2は、HMD20を示す正面図である。図3は、HMD20を構成する光源21付近を拡大して示す正面図である。HMD20は、表示装置であって、操作者の一部に装着され画像情報を表示する。HMD20は、操作者の頭部に装着されて、表示対象である操作者の目22に対向する位置に画像情報を表示する。HMD20は、光ビーム23を出射する光源21、複数のレンズの集合体であるレンズアレイ24、光ビーム23を集光する第1集光部25および第2集光レンズ26、光ビーム23を絞る絞り板27、光ビーム23を走査する走査部28、光源21などを制御する制御回路29、および光ビーム23を操作者の目22に集光する接眼レンズ30を含んで構成される。
FIG. 1 shows a head mounted display according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing a simplified display (abbreviation: HMD) 20. FIG. 2 is a front view showing the
光源21は、複数の発光ダイオード(Light Emitting Diode:略称LED31)を含んで構成され、各LED31は、赤色、青色および緑色などの色を有する光ビーム23を出射する。各LED31は、たとえば200μm以上300μm以下の出射領域を有する。各LED31は、図1に示すように、予め定める第1方向である水平方向および第1方向に略直交する第2方向である縦方向に順次配列され、2次元マトリクス状に配列される。各LED31は、出射する光ビーム23の光軸が、互いに平行となるように構成される。各LED31は、水平方向に関しては出射する色が互いに異なるように配置され、たとえば赤青緑の3色を配置し、縦方向には同一色のLED31が並べられる。光源21は、制御回路29に電気的に接続され、制御回路29から与えられる制御情報に基づいて、各LED31を制御する。
The
レンズアレイ24は、第1導光手段であって、各LED31から出射される光ビーム23を複数の平行光に変換し、かつ各平行光の導光領域が各LED31からの出射領域よりも小さくなるように導光する。レンズアレイ24は、各LED31の出射領域よりも小さい、たとえば5μm以上20μm以下の直径を有する複数のマイクロレンズ32が、図1に示すように、2次元マトリクス状に配列して設けられる。各マイクロレンズ32の光軸は、互いに平行となるように設けられる。また各マイクロレンズ32の光軸は、前記各LED31の光軸と平行となるように設けられる。したがって、図3に示すように、各LED31が出射する光ビーム23は、それぞれレンズアレイ24を構成する複数のマイクロレンズ32に入射する。これによってレンズアレイ24は、各LED31から出射された光ビーム23を、LED31の数よりも多い数の平行光に変換し、前記平行光は、第1集光部25に導かれる。
The
第1集光部25は、レンズアレイ24からの複数の光をそれぞれ集光する。第1集光部25は、光ビーム23を集光する複数の第1集光レンズ33を含んで構成される。各第1集光レンズ33は、図1に示すように、2次元マトリクス状に配列され、各第1集光レンズ33の光軸が互いに平行となるように構成される。また第1集光レンズ33の数は、LED31の数と同数であり、各第1集光レンズ33の光軸は、それぞれ光軸方向に対向する位置に配置され、各LED31の光軸と一致するように設けられる。したがって各LED31から出射された光ビーム23は、レンズアレイ24を経て、各第1集光レンズ33に入射する。したがって各第1集光レンズ33は、レンズアレイ24からの平行光をそれぞれ集光する。
The first
絞り板27は、絞り手段であって、第1集光レンズ33の焦点または焦点付近に設けられ、第1集光レンズ33からの光ビーム23を透光する。絞り板27は、第1集光レンズ33からの光ビーム23を透過し、残余の光を遮るように構成される。絞り板27は、平板状であり、厚み方向に光を透光する複数の透光部34が形成される。透光部34は、本実施の形態では、厚み方向に貫通する貫通孔によって実現される。各透光部34は、各第1集光レンズ33の光軸方向にそれぞれ対応する位置に形成される。換言すると、各透光部34が、対応する各第1集光レンズ33の焦点付近となるように配置される。絞り板27によって、第1集光部25からの光ビーム23が第2集光レンズ26に導かれる。
The
第2集光レンズ26は、絞り板27の各透光部34から拡散するすべての光ビーム23を集光する。第2集光レンズ26は、走査部28に光ビーム23を集光するように設けられる。
The
走査部28、走査手段であって、第2集光レンズ26からの光を走査する。走査部28は、光ビーム23を2次元に反射および偏向し、接眼レンズ30に光ビーム23を導く。走査部28は、制御回路29に電気的に接続され、制御回路29から与えられる制御情報に基づいて、光ビーム23の偏向および走査する。
The
走査部28は、直交する2つの回転軸線まわりに角変位可能なミラーを含み、本実施の形態では、予め定める水平方向に延びる第1回転軸線まわりに共振駆動されて角変位可能であり、第1回転軸に直交する垂直方向である縦方向の延びる第2回転軸線まわりに角変位可能なガルバノミラーを含む。このように構成されることによって、2次元に光ビーム23を走査することができる。
The
接眼レンズ30は、走査部28によって走査される光ビーム23を平行光に変換し、表示対象である操作者の目22に導く。換言すると、接眼レンズ30を経た光ビーム23は、略平行光となり操作者の瞳孔に集中する。操作者の瞳で集光された、光ビーム23は網膜上に結像する。
The
制御回路29は、制御手段であって、光源21および走査部28を制御する。制御回路29は、外部から与えられる画像情報に基づいて、光源21および走査部28を制御する。制御回路29は、与えられる画像情報に対応して各LED31が出射する光ビーム23の強度を制御する。また制御回路29は、各LED31のスイッチング態様を切り換えることによって、時間分割で変調制御する。制御回路29は、操作者から与えられる操作情報に基づいて、走査部28の走査幅および走査速度などを制御する。
The
図4は、光源21を構成するLED31付近を拡大して示す正面図である。各LED31は、基板35に電気的に接続される。基板35は、LED31が実装される部分に厚み方向に凹となる凹部36が形成される。各凹部36の内表面部は、光ビーム23を反射する光反射性を有するように構成される。各凹部36の底部に、それぞれLED31が実装される。本実施の形態では、各LED31は電極が基板35側に設けられ、基板35にフリップチップボンディング法によって実装されて、フリップチップ構造を有する。これによって各LED31から出射される光ビーム23であって、光軸に直交する方向への発散光は、凹部36の内表面部によって反射される。したがってLED31からの出射される光の利用効率を向上することができる。またフリップチップ構造とすることによって、LED31から出射される光量を増加させることができる。
FIG. 4 is an enlarged front view showing the vicinity of the
図5は、絞り板27の製造方法の一例を示すフローチャートである。図6は、絞り板27の製造工程の一例を段階的に示す正面図である。ステップa0にて、絞り板27の製造が開始され、ステップa1に移る。ステップa1では、図6(a)に示すように、ガラス基板37の一表面部に絞り板27の前駆体であるメタル、たとえばアルミニウム(Al)およびチタンタングステン(TiW)から成る膜38を形成し、ステップa2に移る。
FIG. 5 is a flowchart showing an example of a manufacturing method of the
ステップa2では、第1工程が行われ、図6(b)に示すように、前記ガラス基板37と第1集光部25とを貼り合わせて一体化し、ステップa3に移る。ガラス基板37は、その厚み方向と、第1集光部25の第1集光レンズ33の光軸方向とが平行となるように、配置される。ステップa3では、第2工程が行われ、図6(c)に示すように、レーザ装置39は、平行光化したレーザ光40を、第1集光レンズ33のガラス基板37とは反対側から、第1集光部25に向かって照射し、本フローを終了する。
In step a2, the first step is performed. As shown in FIG. 6B, the
この結果、図6(d)に示すように、メタルから成る膜38のレーザ光40が照射され照射領域が蒸発し、透光部34が形成される。これによって絞り板27が形成される。
As a result, as shown in FIG. 6D, the
図7は、絞り板27の製造方法の他の例を示すフローチャートである。図8は、絞り板27の製造工程の他の例を段階的に示す正面図である。ステップb0にて、絞り板27の製造が開始され、ステップb1に移る。ステップb1では、図8(a)に示すように、ガラス基板37の一表面部にネガレジスト膜38を形成し、ステップb2に移る。
FIG. 7 is a flowchart showing another example of the manufacturing method of the
ステップb2では、図8(b)に示すように、前記ガラス基板37と第1集光部25とを貼り合わせて一体化し、ステップb3に移る。ガラス基板37は、その厚み方向と、第1集光部25の第1集光レンズ33の光軸方向とが平行となるように、配置される。ステップb3では、図8(c)に示すように、第1集光レンズ33のガラス基板37とは反対側から露光装置41を用いて平行光を第1集光部25に向かって照射し、ネガレジスト膜38を現像して透光部34となる位置にレジスト42を残し、ステップb4に移る。
In step b2, as shown in FIG. 8B, the
ステップb4では、図8(d)に示すように、ガラス基板37にレジスト42が残っている一表面部に、絞り板27の前駆体であるメタル膜43を蒸着し、ステップb5に移る。ステップb5では、リフトオフして、透光部34を形成し、本フローを終了する。
In step b4, as shown in FIG. 8D, a
この結果、図8(e)に示すように、レジスト42が除去されて、除去された部分が透光部34となり、絞り板27が形成される。本例では、メタル膜43は、無反射の材料を用いて絞り板27を製造することもでき、これによって絞り板27の周りの光反射に伴う迷光を低減することができる。
As a result, as shown in FIG. 8 (e), the resist 42 is removed, and the removed portion becomes the
以上説明したように、本実施の形態のHMD20では、レンズアレイ24によって、各LED31から出射される光ビーム23が複数の平行光に変換され、かつ各平行光の導光領域がLED31からの出射領域よりも小さくされる。これによって各平行光を複数の点光源とみなして、第1集光レンズ33によって前記複数の光が集光される。したがって第1集光レンズ33によって各LED31からの光ビーム23が各LED31の出射領域よりも小さく集光されても、光の損失を可及的に抑えることができる。第1集光レンズ33によって集光された光が、走査部28によって走査されて、接眼レンズ30によって平行光に変換されて、操作者の目22に導かれる。これによってLED31の光ビーム23を効率よく用いて、操作者の目22にLED31からの光を走査した画像情報を表示することができる。これによって従来の技術にレンズアレイ24を加えるだけの単純な構成変更で本発明を実現することができ、製造コストの増加を可及的に抑えることができる。
As described above, in the
また本実施の形態では、走査部28は、直交する2つの回転軸線まわりに角変位可能をミラー含む。これによって光源21からの光ビーム23を、互いに直交する2方向へ走査することができる。したがって表示対象に2次元の画像を表示させることができる。
In the present embodiment, the
さらに本実施の形態では、前記ミラーは、予め定める第1回転軸線まわりに角変位可能であり、第1回転軸に直交する第2回転軸線まわりに角変位可能なガルバノミラーを含む。これによって光源からの光を、互いに直交する2方向へ走査する構成を実現することができる。 Furthermore, in the present embodiment, the mirror includes a galvanometer mirror that is angularly displaceable about a predetermined first rotation axis and is angularly displaceable about a second rotation axis that is orthogonal to the first rotation axis. As a result, it is possible to realize a configuration in which light from the light source is scanned in two directions orthogonal to each other.
さらに本実施の形態では、第1集光レンズ33から導かれる光ビーム23の焦点に設けられ、第1集光レンズ33からの光ビーム23を透光する絞り板27を含む。これによって光源31からの光を除く残余の光が、第1集光レンズ33を介して走査部28に導かれることを絞り板27によって防ぐことができる。これによって、表示対象に表示される光に、不所望な光を含むことを防ぐことができ、所望の光だけを可及的に表示対象に導くことができる。
Further, in the present embodiment, a
さらに本実施の形態では、光源21が出射する光の強度を制御する制御回路29を含む。制御回路29によって光源21の光の強度を制御することによって、表示対象に表示する画像情報の階調および明度を所望の状態に調節することができる。これによって操作者が、視認しやすい画像情報を表示させることができる。
Furthermore, the present embodiment includes a
さらに本実施の形態では、光源21は、発光ダイオード31であるので、省電力で光源21を動作させることができる。また光源21が従来の技術のようにレーザ装置で実現する場合よりも、低コストで実現することができる。また量産されている汎用のLED31を用いることによって、製造コストを低減することができる。
Further, in the present embodiment, since the
さらに本発明によれば、光源21は、複数の発光ダイオード31を含むので、各発光ダイオード31を個別に制御することによって、より高精細な画像情報を表示することができる。
Furthermore, according to the present invention, since the
さらに本実施の形態では、複数の発光ダイオード31から出射される各光ビーム23は、少なくとも赤色、青色および緑色のうちいずれか1つの色を有する。これによって表示対象に表示される画像情報を、フルカラーで表示することができる。
Further, in the present embodiment, each
さらに本実施の形態では、発光ダイオードは、フリップチップボンディング法によって基板に実装される。これによって発光ダイオードから出射される光が、実装される基板に遮られることを可及的に防ぐことができ、光を効率よく用いることができる。複数のLED31は、赤青緑の3色以外の、たとえば黄色および黄緑色のように多色のLED31を組合せてもよい。これによって、さらに宴色性を高めることができる。
Further, in the present embodiment, the light emitting diode is mounted on the substrate by a flip chip bonding method. Accordingly, light emitted from the light emitting diode can be prevented as much as possible from being blocked by the mounted substrate, and light can be used efficiently. The plurality of
さらに本実施の形態では、絞り板27は、ガラス基板37に設けられる該絞り板27の前駆体38に平行光化した紫外光を照射して成る。絞り板27の前駆体38に平行光化した紫外光を照射することによって、第1集光レンズ33からの光を走査部28に導く絞り板27を実現することができる。
Further, in the present embodiment, the
絞り板27は、無反射の材料を用いて形成してもよい。これによって絞り板27が第1集光レンズ33からの光を不所望に反射することを防ぐことができる。したがって光源21からの光を効率よく用いることができる。
The
さらに本発明によれば、集光手段である第1集光部24と一体化された絞り板27の前駆体38に、第1集光部24を介して平行光化した紫外光を照射するので、第1集光部24から導かれる平行光化した紫外光が絞り板27の前駆体38に照射される。絞り板27の前駆体38に平行光化した紫外光を照射することによって、絞り板27の前駆体38の状態を変化、たとえば蒸発させることができる。これによって平行光化した紫外光が照射された部分を、透光性を有する透光部34となるように加工することができ、第1集光部24からの光を透光させる絞り板27を製造することができる。平行光化した紫外光が照射される位置は、光源から出射される光ビーム23が導かれる位置と等しいので、平行光化した紫外光が照射される位置が透光性を有するように加工することによって、第1集光部24からの光ビーム23を透過して、残余の不所望な光を遮光する絞り板27を製造することができる。
Furthermore, according to the present invention, the
前述のように本実施の形態のHMD20は、二次元画像を、接眼レンズ30を介して空中像として観察する画像観察装置であって、光ビーム23を射出する光源21と、この出射された光ビーム23を複数の点光源21にするレンズアレイ24と、その複数の点光源21からの光をレンズで集光する第1集光部25と、集光光をさらに絞り込む絞り板27と、焦点位置を通過後に広がった光を再度集光する第2集光レンズ26と、その焦点された光を2次元に走査する走査部28と、走査部28によって反射・偏向された光ビーム23を操作者の瞳孔に導き、網膜上に2次元画像を結像する接眼レンズ30を備える。これによって光源21の光を効率良く、網膜に結像させることができるので、明るく鮮明な画像を得ることができる。
As described above, the
次に、本発明の実施の他の形態に関して説明する。図9は、本発明の実施の他の形態のHMD50を簡略化して示す斜視図である。本実施の形態のHMD50は、ハーフミラー51をさらに備える点に特徴を有する。ハーフミラー51は、たとえばガラスの表面に塗布した金属の膜を薄くし、予め定める光ビーム23を透過する特性を有する。換言すると、光の半分は反射し、半分は透過する性質を有する。ハーフミラー51は、接眼レンズ30からの光ビーム23を反射して、反射した光を操作者の目22の位置へ導ように配置される。またハーフミラー51は、操作者からハーフミラー51を介して、周囲の風景を観察可能に構成される。
Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a perspective view schematically showing an
これによって操作者は、HMD50が表示する画像を観察し、さらにハーフミラー51を介して、周囲の景色も観察することができる。これによって操作者は、HMD50が表示する画像情報を、周囲の景色に重畳して観察することができるので、さらに利便性が向上する。
As a result, the operator can observe the image displayed by the
次に、本発明の実施のさらに他の形態に関して説明する。図10は、本発明の実施のさらに他の形態のHMD55を簡略化して示す斜視図である。本実施の形態のHMD55は、前述の実施の形態の接眼レンズ30に替えて、偏心曲面ミラー56を含む点に特徴を有する。偏心曲面ミラー56は、非球面偏心ミラーであって、走査部28からの光ビーム23を平行光に変換し、操作者の目22の位置に導く。さらに偏心曲面ミラー56は、ハーフミラーとしての機能を有する。換言すると、偏心曲面ミラー56は、前述の実施の形態の接眼レンズ30とハーフミラー51との両方の機能を有する。
Next, still another embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a perspective view showing a simplified form of an
これによって操作者は、HMD55が表示する画像を観察し、さらに偏心曲面ミラー56を介して、周囲の景色も観察することができる。これによって操作者は、HMD55が表示する画像情報を、周囲の景色に重畳して観察することができるので、さらに利便性が向上する。また部品点数を削減することができ、製造コストを低減することができる。
As a result, the operator can observe the image displayed by the
次に、本発明の実施のさらに他の形態に関して説明する。図11は、本発明の実施のさらに他の形態のHMD60を簡略化して示す斜視図である。本実施の形態のHMD60は、前述の実施の形態の接眼レンズ30に替えて、偏心曲面プリズム61を含む点に特徴を有する。偏心曲面プリズム61は、非球面偏心プリズムであって、走査部28からの光ビーム23を偏心曲面プリズム61の内部で反射させることによって、平行光に変換し、操作者の目22の位置に導く。
Next, still another embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a simplified perspective view showing an
したがって偏心曲面プリズム61を用いることによって、接眼レンズ30を用いる場合よりも、走査部28から操作者の目22までの距離を短縮することができる。これによってHMD60の構成を小形化および軽量化することができ、操作者はより違和感なく頭部に装着して用いることができる。
Therefore, by using the decentered
20,50,55,60 HMD
21 光源
22 目
23 光ビーム
24 レンズアレイ
25 第1集光部
26 第2集光レンズ
27 絞り板
28 走査部
29 制御回路
30 接眼レンズ
31 LED
32 マイクロレンズ
33 第1集光レンズ
34 透光部
51 ハーフミラー
56 偏心曲面ミラー
61 偏心曲面プリズム
20, 50, 55, 60 HMD
21
32
Claims (15)
光源と、
光源から出射される光を複数の平行光に変換し、かつ各平行光の導光領域が光源からの出射領域よりも小さい第1導光手段と、
第1導光手段からの複数の光をそれぞれ集光する第2導光手段と、
第2導光手段からの光を走査する走査手段と、
走査手段によって走査される光を平行光に変換し、表示対象に導く第3導光手段とを含むことを特徴とする表示装置。 A display device that is attached to a part of an operator and displays image information,
A light source;
A first light guide means for converting light emitted from the light source into a plurality of parallel lights, and a light guide area of each parallel light being smaller than an emission area from the light source;
A second light guide means for condensing a plurality of lights from the first light guide means,
Scanning means for scanning light from the second light guiding means;
A display device comprising: third light guide means for converting light scanned by the scanning means into parallel light and guiding the light to a display target.
光源から出射されて複数の平行光に変換された光をそれぞれ集光する集光手段と、この絞り手段の前駆体とを一体化する第1工程と、
前記集光手段を介して、前駆体に平行光化した紫外光を照射する第2工程とを有することを特徴とする表示装置の製造方法。 A method of manufacturing an aperture means disposed in the middle of an optical path of a display device that is mounted on a part of an operator and displays image information,
A first step of integrating the condensing means for condensing the light emitted from the light source and converted into a plurality of parallel lights, and the precursor of the diaphragm means;
And a second step of irradiating the precursor with collimated ultraviolet light through the condensing means.
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