JP2008134341A

JP2008134341A - 表示装置

Info

Publication number: JP2008134341A
Application number: JP2006318987A
Authority: JP
Inventors: Masato Tanaka; 真人田中
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2006-11-27
Filing date: 2006-11-27
Publication date: 2008-06-12

Abstract

【課題】装置の薄型化が容易で、観察者に干渉がなく広視野化が容易な表示装置を提供する。
【解決手段】表示装置１０は、２次元配置の各画素ごとに配設される発光素子２１と、各発光素子２１が出射する光線の光路中に配設されるくさび形プリズム２２等で構成される。発光素子２１は、前方一方向のみ光線を出射するレーザで構成され、各画素ごとに配設されており、表示画像を形成する。各発光素子２１から出射した光線は、それぞれ対応するくさび形プリズム２２の入射面２２ａに入射し出射面２２ｂで屈折して出射する。入射面２２ａと出射面２２ｂの２面は平面形状の透過面であり、２面が形成する角度（くさび角）はそれぞれのくさび形プリズム２２で変化し、それぞれの出射面２２ｂで屈折して出射する光が、観察者の瞳孔位置で交差するように構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、腰のベルトや装身具等を用いて身体に纏うウェアラブルコンピュータや、ナップサックやポケットに入れて携帯することのできる携帯電話等の通信機器のような、卓上以外の環境においても利用可能な情報機器のためのモニタとして利用することができる眼前装着用表示装置に関する。

身体に纏う形態の情報機器用の表示装置としては、頭部に装着する形態が主流である。図５は、従来の表示装置の一例を示す図である。図５において、表示装置は、画像表示光出射機構５０と接眼光学系６０とを備え、観察者の頭部や腕等の身体や、身体に装着されるヘルメットや眼鏡等に、ヘッドセット、ベルト、バンド、クリップ等を介して装着されたり、携帯電話や腕時計等の各種携帯機器に装着されたりして使用される。その接眼光学系６０により画像表示光Ｌが観察者の一方の眼Ｅに導かれることで、観察対象の虚像が形成される。

接眼光学系６０は、観察者の眼Ｅの前方に配置される第１光学素子６１と第２光学素子６２で構成され、入射光の一部を光路変更すると共に一部を透過させるビームスプリット機能を有する。画像表示光出射機構５０は、光Ｌ´を出射する光源５１と、画像を表示する反射型液晶表示器５２と、第３光学素子５３で構成される。第３光学素子５３は、入射光の一部を光路変更すると共に一部を透過させるビームスプリット機能を有する。

図５に示す表示装置においては、第１光学素子６１と第２光学素子６２の間に空間が介在するため重量を軽減できる。また、第１光学素子６１と第２光学素子６２の光路変更面の内、一方は画像表示光Ｌを光路変更する際に発散する形状を有し、他方は画像表示光Ｌを光路変更する際に収束する形状を有し、両光路変更面の少なくとも一方は非球面であるので、視野角を大きくすると共に、光学性能を向上して観察対象の虚像のぼけや歪の小さい接眼光学系６０を構成できる。さらに、反射型液晶表示器５２を用いてコンパクトな構成で画像表示光Ｌを出射できる（例えば特許文献１参照）。

一方、装置全体の重量と大きさを増大させる接眼光学系を有しない表示装置が提案されている。この表示装置は、眼球前面に所定間隔にて配置されコヒーレント光を発する多数の発光素子が配列されたパネルから構成する表示部を有し、当該表示部と前記眼球との間の空気層および前記眼球前部に位置する水晶体の媒質に係る屈折率を考慮して、前記表示部に表示される表示パターンが前記眼球奥部の網膜に焦点が合うように前記パネルを所定の曲率にて湾曲させたことを特徴とするヘッドマウントディスプレイである（例えば特許文献２参照）。
特開２００１−１８８１９４号公報特開２００２−２２８９７２号公報

図５に示す表示装置は、接眼光学系６０を有するため装置全体の薄型化が困難である。一方、コヒーレント光を発する多数の発光素子が配列されたパネルを所定の曲率にて湾曲させたことを特徴とする、接眼光学系を有しないヘッドマウントディスプレイでは、湾曲したパネルの端部が観察者に近づき干渉し易くなる。特に、視野角を広くする場合に、この傾向は顕著となり、広視野化が困難である。本発明は、装置の薄型化が容易で、観察者に干渉がなく広視野化が容易な表示装置を提供する。

画像の各画素から高指向特性を有する光線を出射する出射機構を備え、前記各光線が観察者の瞳孔位置で交差し目に導かれて前記画像が観察者により視認される表示装置において、前記各画素が光線出射角度を変化させる出射角度変更手段を有する。

出射角度変更手段は、各画素の前方に配設され各々のくさび角度が相違するくさび形プリズム或いは設置角度が相違するマイクロミラーで構成される。

出射角度変更手段は、各画素を構成する各発光素子の設置角度が異なって配設される。

本発明の表示装置では、接眼光学系が不要となり、大幅な薄型化が可能となる。また、多数の発光素子が配列されたパネルを所定の曲率にて湾曲させる必要がないため、観察者に干渉しにくくなり、視野角を広くすることが可能となる。

画像の各画素から高指向特性を有する光線を出射する発光素子は、２次元に配列された半導体レーザで構成される。

表示装置は、軽量な部材例えばプラスチックなどで構成される。

以下、本発明の実施例１を図１、２を参照して説明する。図１は、本発明の表示装置の概要を示す図である。図２は、本発明の表示装置の一部の拡大図である。図１、２において、表示装置１０は、２次元配置の各画素ごとに配設される発光素子２１と、各発光素子２１が出射する光線の光路中に配設され出射角度変更手段を構成するくさび形プリズム２２および各構成部材を保持する保持機構部（図示しない）で構成される。

発光素子２１は、前方一方向のみ光線を出射するレーザで構成され、各画素ごとに配設されており、表示画像を形成する。各発光素子２１から出射した光線は、それぞれ対応するくさび形プリズム２２の入射面２２ａに入射し出射面２２ｂで屈折して出射する。入射面２２ａと出射面２２ｂの２面は平面形状の透過面であり、２面が形成する角度（くさび角）はそれぞれのくさび形プリズム２２で変化し、それぞれの出射面２２ｂで屈折して出射する光が、観察者の瞳孔位置で交差するように構成される。

本発明は以上の構成であるから、表示画像の各画素から出射する高指向特性を有する光線が、観察者の眼球Ｂの瞳孔Ｈで交差し、網膜Ｓに画像を形成することで、観察者は表示画像を観察することができる。また、表示装置１０は、接眼光学系が不要であり、大幅な薄型化が可能である。さらに、多数の発光素子２１が配列されたパネルを所定の曲率にて湾曲させる必要がないため、観察者に干渉しにくくなり、視野角を広くすることができる。

図２の実施例１においては、くさび形プリズム２２の入射面２２ａと出射面２２ｂの２面は平面形状であるが、発光素子２１から出射する光線の拡がり角を変更するために、入射面２２ａまたは、出射面２２ｂを曲面形状としても、本発明は適用可能であり装置は図示例に限定されない。また、くさび形プリズム２２による光線の屈折作用は、出射面２２ｂによるものと限定されず、入射面２２ａでも、または入射面２２ａおよび出射面２２ｂの両面によるものでも良い。

本発明の実施例２を図３を参照して説明する。図３は、本発明の表示装置の一部の拡大図である。図３において、表示装置１０ａは、２次元配置の各画素ごとに配設される発光素子３１と、各発光素子３１が出射する光線の光路中に配設され出射角度変更手段を構成するマイクロミラー３２および各構成部材を保持する保持機構部（図示しない）で構成される。

発光素子３１は、前方一方向のみ光線を出射するレーザで構成され、各画素ごとに配設されており、表示画像を形成する。各発光素子３１から出射した光線は、それぞれ対応するマイクロミラー３２で反射し光路を変更する。マイクロミラー３２の反射面は平面形状であり、それぞれのマイクロミラー３２は角度を変えて配設され、それぞれの反射光が観察者の瞳孔位置で交差するように構成される。

本発明は以上の構成であるから、表示画像の各画素から出射する高指向特性を有する光線が、観察者の眼球の瞳孔位置で交差し、網膜に画像を形成することで、観察者は表示画像を観察することができる。また、表示装置１０ａは、接眼光学系が不要であり、大幅な薄型化が可能である。さらに、多数の発光素子３１が配列されたパネルを所定の曲率にて湾曲させる必要がないため、観察者に干渉しにくくなり、視野角を広くすることができる。

図３の実施例２においては、マイクロミラー３２の反射面は平面形状であるが、発光素子３１から出射する光線の拡がり角を変更するために、マイクロミラー３２の反射面を曲面形状としても、本発明は適用可能であり装置は図示例に限定されない。

本発明の実施例３を図４を参照して説明する。図４は、本発明の表示装置の一部の拡大図である。図４において、表示装置１０ｂは、２次元配置の各画素ごとに配設される発光素子４１と各構成部材を保持する保持機構部（図示しない）で構成される。

発光素子４１は、前方一方向のみ光線を出射するレーザで構成され、各画素ごとに配設されており、表示画像を形成する。それぞれの発光素子４１は角度を変えて配設され出射角度変更手段として機能し、それぞれの発光素子４１から出射する光線が観察者の瞳孔位置で交差するように構成される。

本発明は以上の構成であるから、表示画像の各画素から出射する高指向特性を有する光線が、観察者の眼球の瞳孔位置で交差し、網膜に画像を形成することで、観察者は表示画像を観察することができる。また、表示装置１０ｂは、接眼光学系が不要であり、大幅な薄型化が可能である。さらに、多数の発光素子４１が配列されたパネルを所定の曲率にて湾曲させる必要がないため、観察者に干渉しにくくなり、視野角を広くすることができる。

図４の実施例３においては、それぞれの発光素子４１から出射する光線の光路に光学素子は配置されていないが、発光素子４１から出射する光線の拡がり角を変更するために、発光素子４１ごとにマイクロレンズを配設しても、本発明は適用可能であり装置は図示例に限定されない。

本発明の表示装置の概要を示す図である。本発明の表示装置の一部の拡大図である。本発明の表示装置の一部の拡大図である。本発明の表示装置の一部の拡大図である。従来の表示装置の一例を示す図である。

符号の説明

１０表示装置
１０ａ表示装置
１０ｂ表示装置
２１発光素子
２２くさび形プリズム
２２ａ入射面
２２ｂ出射面
３１発光素子
３２マイクロミラー
４１発光素子
５０画像表示光出射機構
５１光源
５２反射型液晶表示器
５３第３光学素子
６０接眼光学系
６１第１光学素子
６２第２光学素子
Ｂ眼球
Ｅ眼
Ｈ瞳孔
Ｌ画像表示光
Ｌ´ 光
Ｓ網膜

Claims

画像の各画素から高指向特性を有する光線を出射する出射機構を備え、前記各光線が観察者の瞳孔位置で交差し目に導かれて前記画像が観察者により視認される表示装置において、前記各画素が光線出射角度を変化させる出射角度変更手段を有することを特徴とする表示装置。
出射角度変更手段は、各画素の前方に配設され各々のくさび角度が相違するくさび形プリズム或いは設置角度が相違するマイクロミラーで構成されることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
出射角度変更手段は、各画素を構成する各発光素子の設置角度が異なって配設されることを特徴とする請求項１記載の表示装置。