JP2009211091A - マルチモードディスプレイ携帯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】看者に画像を提供するために複数の選択可能ディスプレイモードを有する携帯装置を提供する。
【解決手段】本発明による携帯装置は、画像源、画像源に画像データを提供する制御・処理ユニット、画像源に照明光を提供する光源、および画像源の放出光から画像を光学装置の光通路に沿って形成する複数の光学要素を有する光学装置を含み、光学装置は、画像形成が選択されたディスプレイモードに基づくように変化する構成であり、ディスプレイモードの少なくとも一つは、エクジットピユーピル拡大器を介して仮想画像を形成するために使用され、かつディスプレイモードは、記光通路に設けた表面上に形成された画像を看者に感知させるモードを含み、前記モードは、携帯装置に隣接して光通路に設けた表面上に形成された画像を看者に感知させる。
【選択図】図３

Description

本発明は概ね携帯装置、特に具体的には静止（still)画像およびビデオ画像を観るための高解像度ディスプレイを有しかつマルチメデア機能を有する携帯装置に関する。

ポータブルライフスタイルを持つ人々は、移動電話、パーソナルデータアシスタント、通信機等の携帯（portable）装置を介して多量の情報に対する即時アクセスを評価する。ネットワーク情報およびテキストメッセージを表示するために低解像度液晶ディスプレイ（LCD)を使用することは共通習慣であるが、テキストおよび画像の豊かな情報を閲覧するには高解像度ディスプレイを使用することが好ましい。高解像度ディスプレイは典型的には少なくともＳＶＧＡ（８００ｘ６００ピクセル)解像度を有しかつアクテブマトリックスタイプである。これらのディスプレイは直接表示ディスプレイまたは仮想ディスプレイに使用できる。仮想ディスプレイはニアアイディスプレイ（Near Eye Display)（ＮＥＤ）として知られている。直接表示ディスプレイは複数看者に同時に観察可能であり、他方、仮想ディスプレイは一人が観察できるのみである。仮想ディスプレイは典型例としてマイクロディスプレイおよび画像光学で構成される。仮想ディスプレイは一眼用または双眼用であってよい。仮想ディスプレイにおいて感知される画像は装置それ自体よりも大きい。仮想ディスプレイの使用可能性はマイクロディスプレイおよび光学の性能に大きく依存する。

画像光学から目に向けて発射する光線の大きさはエクジットピユーピル（exit pupil)と呼ばれる。ＮＥＤにおいて、その大きさは直径１０ｍｍオーダである。仮想ディスプレイの使用の容易性は、エクジットピューピルが拡大すれば大きく改善されることになる。エクジットピユーピルが十分に大きい場合でも、装置は目から所定距離にあり、かつそのディスプレイはＮＥＤでなく、仮想ディスプレイである。この経緯から、この操作モードはウインドウモード（Window-mode)と呼ばれる。

ピクセルピッチ、人間の目で分析できるピクセルピッチは高解像度直接表示ディスプレイの必要寸法を決定する。これは、実際には、ディスプレイの寸法が小さい携帯装置それ自体よりも大きいことを意味する。仮想ディスプレイに加えて、画像の投影は更にこのジレンマを克服するための方法を提供する。しかし、照明の電力消費は、仮に投影画像が斜角で約１０インチ（約25.4cm)であっても、バッテリ駆動の携帯装置のために非常に高くなる。合理的寸法で高解像度画像を表示できる方法を提供することが有利かつ望ましい。バッテリ駆動装置において、ウインドウモードまたは投影モードは望ましい。ウインドウモードの電力消費はＮＥＤモードよりも僅かに大きいが、バッテリ駆動には合理的である。投影モードの電力消費は投影画像の寸法に依存する。このように、バッテリ駆動では投影画像寸法は限定される。投影画像が典型的コンピュータモニタの寸法またはそれよりも大きい場合には、外部光源への接続が必要である。

特開平８−２９７２８１号 特開平２−１１８６２４号 特開平１０−１７８６０６号 特開平５−２５９９６４号

本発明の基本的課題は、ディスプレイシステムを有する携帯装置を使用することであり、ディスプレイシステムは幾つかのディスプレイモードで作動し、マイクロディスプレイを画像源として使用し、かつ異なるディスプレイモードに対応して異なる光学装置により画像を拡大する。

従って、本発明は、看者に画像を提供するために複数の選択可能ディスプレイモードを有する携帯装置を提供し、この携帯装置は、
画像データを受けることのできる画像源、
前記画像源に画像データを提供する制御・処理ユニット、
前記画像源から放出光を提供するために画像源に照明光を提供する光源、および
前記画像源により提供される放出光から画像を光学装置の光通路に沿って形成するために複数の光学要素を有する光学装置を含み、
複数の光学要素を有する前記光学装置は、画像形成が前記ディスプレイモードのうちの選択された一つに基づくように変化する構成であり、
前記ディスプレイモードの少なくとも一つは、エクジットピユーピル拡大器を介して仮想画像を形成するために使用され、かつ
前記選択可能ディスプレイモードは、
前記光通路に看者の目を置くことにより看者に画像を感知させる第一モード、および
前記光通路に設けた表面上に形成された画像を看者に感知させる第二モードを含み、
前記第二モードは、前記携帯装置に隣接して前記光通路に設けた表面上に形成された画像を看者に感知させる、ことを特徴とする。

好適には、前記第二モードは、前記携帯装置から所定距離で前記光通路に設けた表面上に形成された画像を看者に感知させる。

好適には、前記選択可能ディスプレイモードは、前記携帯装置から所定距離で前記光通路に設けた表面上に形成された画像を看者に感知させる第三モードを含む。

選択的に、前記選択可能ディスプレイモードは、前記携帯装置に隣接して前記光通路に看者の目を置くことにより看者に画像を感知させる第三モードを含む。

選択的に、前記選択可能ディスプレイモードは、前記携帯装置に隣接して前記光通路に設けた第一面上に形成された画像を看者に感知させる第四モードを含む。

選択的に、前記画像源は反射タイプのマイクロディスプレイ装置である。

選択的に、前記画像源は伝達タイプのマイクロディスプレイ装置である。

選択的に、前記画像源は放射タイプのマイクロディスプレイ装置である。

好適には、前記光源は、前記携帯装置内に設置された一つまたはそれ以上のバッテリにより励起する第一照明装置、および外部光源により提供される光線を前記携帯装置へ運ぶための光ガイドを有する第二照明装置を含み、前記第一照明装置は、前記ディスプレイモードから選択された一つがエクジットピユーピル拡大器を介して仮想画像を形成するときに、前記画像源へ照明光を供給するために使用され、かつ前記第二照明装置は、前記ディスプレイモードから選択された一つが第二モードである場合に前記画像源へ照明光を供給するために使用される。

好適には、前記外部光源は制御装置を含み、前記制御装置は、前記外部光源により提供される光線が前記携帯装置へ光ガイドにより運ばれるのを阻止するための第一運転モードで作動し、かつ前記外部光源からの光線が前記携帯装置へ前記光ガイドにより運ばれるようにする第二運転モードで作動し、かつ前記携帯装置が、前記ディスプレイモードから選択された一つが第一モードであるときに第一運転モードを選択し、かつ前記ディスプレイモードから選択された一つが第二モードであるときに第二運転モードを選択するために、前記制御装置へ信号を送るための、前記ディスプレイモードに応答する手段を更に含む。

好適には、前記画像源への照明光に第一分極化状態を選択し、かつ前記画像源からの放出光に第二分極化状態を選択するために、前記画像源に隣接して設置された分極装置を更に含み、前記第一分極化状態は第二分極化状態から相違する。

好適には、前記画像源への照明光に第一分極化状態を選択し、かつ前記画像源からの放出光に第二分極化状態を選択するために、前記画像源に隣接して設置された分極化ビームスプリッタを更に含み、前記第一分極化状態は第二分極化状態から相違する。

更に、本発明を要約すれば、運転の第一モードは、仮想ニアアイディスプレイ（Near Eye Display)(ＮＥＤ）であり、このＮＥＤは代表例として画像源にマイクロディスプレイを使用し、看者の目に画像を送る画像光学装置を使用する。

第二モードは、ニアプロジェクションディスプレイ(Near Projection Display)（ＮＰＤ）であり、このＮＰＤは、例えば、５−２５ｃｍの近距離でスクリーン上に投影画像を提供するための近距離（near field）投影光学装置を使用する。

第三モードは、ウインドウモードディスプレイ（ＷＭＤ）であり、このＷＭＤにおいて画像は特別光学要素を通って表れ、この光学要素は、マイクロディスプレイ上に表れる画像が所定距離で看者に仮想画像として提供されるように画像光学装置のエクジットピユーピルを拡大する。

第四モードは、プロジエックション ディスプレイ(ＰＤ）であり、それにより画像は装置から０．５ｍ−２．５ｍの距離でスクリーン上に投影され、かつ実画像が、例えば、斜角で１ｍまでの範囲で表れる。

本発明によれば、光学機関(engine)は装置の各運転モードの光学装置に基づいて画像を形成するために使用される。光学機関は、マイクロディスプレイ装置等の画像源、光源、画像源を照射するために光源から光を集めるための一つまたはそれ以上のレンズ、他の光学要素、および画像光学を形成する一つまたはそれ以上のレンズで構成される。複数の異なるレンズ装置が所望ディスプレイモードを達成するために使用される。携帯装置において一つまたはそれ以上のバッテリにより励起する内部光源が、最初の三モードにおいて照明用に使用される。携帯装置から所定距離に設置されたスクリーンに画像を投影するために、外部光源が必要とされてよい。好適に、外部光源からの照射光は光学光ガイドを介して携帯装置へ運ばれる。

従って、本発明は看者に画像を提供するために複数の選択可能ディスプレイモードを有する携帯装置を提供し、この携帯装置は、画像源、前記画像源から放出光を提供するために前記画像源へ照明光を提供するための照明光源、第一光学装置の光通路に沿って放出光から画像を形成するための第一光学装置、および第一光学装置の画像形成を変更するために前記光通路内に設置された第二光学装置を含むことを特徴とする。

本発明によれば、選択可能ディスプレイモードは、携帯装置に隣接して光通路内に目を置くことにより看者による画像感知を可能にする第一モード、携帯装置に隣接する光通路内に設けられた表面上に形成された画像の看者による感知を可能にする第二モード、携帯装置から所定距離で光通路内に目を置くことにより看者による画像感知を可能にする第三モード、および携帯装置に所定距離で光通路内に設けられた表面上に形成された画像の看者による感知を可能にする第四モードを含む。

本発明による携帯装置の基本的構成要素の幾つかを示すブロック線図である。 ２ａは反射タイプマイクロディスプレイを有する光学機関を示す線図である。２ｂは伝達タイプマイクロディスプレイを有する光学機関を示す線図である。２ｃは放射タイプマイクロディスプレイを有する光学機関を示す線図である。 ＮＥＤ形態で仮想画像を提供するために使用される光学機関を示す線図である。 反射鏡を介して近距離でスクリーン上に実画像を提供するために使用される光学機関を示す線図である。 携帯装置から所定距離で観察される仮想画像を提供するために使用される光学機関を示す線図である。 携帯装置から所定距離に位置するスクリーン上に実画像を提供するために使用される光学機関を示す線図である。 外部光源を示す線図である。

図１から７に関する説明から本発明は明かにされるであろう。

本発明による携帯装置１は、光学機関１６、および異なるディスプレイモードで看者に画像を提供するために異なる光学装置を使用する。携帯装置１は移動電話、個人デジタルアシスタント（PDA)、通信機、および他の電子携帯装置であってよい。好適には、携帯装置１は外部装置から外部装置へ情報を送信しかつ受信するために通信ユニット１２を収容するためのハウジング１０、送受信した情報を取り扱うための制御・処理ユニット１４を有する。更に詳細には、制御・処理ユニット１４は、マイクロディスプレイ装置３２，３２’，３２”へ画像データを提供してその上に画像を表示するために光学機関１６へ作動可能に接続される（図２ａ−２ｃ参照）。更に、携帯装置１は、必要に応じて光学機関１６へ照明光を提供するための内部光源２０、および内部光源２０へ電力を供給するための内部電源２２を含む。内部電源２２は一つまたはそれ以上のバッテリを含んでよい。更に、光学機関１６が所定距離のスクリーンに実画像を投影するために使用されるときに、外部光源から光線を運ぶことを必要としてよい。このように、光ガイド７０の一端を携帯装置１へ接続するためのコネクタ２４を有することが好ましい（図６および７）。ディスプレイモードを選択するために、異なるディスプレイモード用に異なる光学装置を選択するための装置１８を有することが好ましい。

本発明による光学機関１６は、反射タイプのマイクロディスプレイ３２、伝達タイプのディスプレイ３２’、または画像源として放射タイプディスプレイ３２”を含む。図２ａに示されたように、一つまたはそれ以上のレンズ３０が内部光源２０から光１００、または光ガイド７０により運ばれる光線１００’を集めるために使用され、かつ集めた光をマイクロディスプレイ３２に照射するために広い光線１０２に拡大する。一つまたはそれ以上のレンズ３６が画像を形成するためにマイクロディスプレイ装置３２からの反射光を集めるのに使用される。図２ａに示されたように、ビームスプリッタ３４が照射光線１０２の光通路を屈折するために使用される。更に詳細には、ビームスプリッタ３４は分極化ビームスプリッタ（ＰＢＳ）であり、かつ反射光線１０２はｓ極化される。かかる装置により、看者に画像を提供する光線１０４はｐ極化される。

伝達タイプマイクロディスプレイ装置３２’が図２ｂに示されたように画像源として使用される場合には、拡大光線１０２の光通路を折り曲げることなく照明光学系（optics）３０と画像形成光学系３６との間にマイクロディスプレイ装置３２’を設置することが可能である。好適には、異なる分極軸の分極器４０，４２は直交分極をもつ光線を提供するために使用される。

放射タイプマイクロディスプレイ装置３２”が、図２ｃに示されたように、画像源として使用される場合には、照明光学系または光源は必要とされない。放射タイプマイクロディスプレイ装置３２”により、光学機関１６は所定距離のスクリーンで実画像を投影するには十分な光を有しない。

理解されるように、画像形成光線１０４は、画像形成光学系３６により形成される光通路１３０に沿って伝播する。マイクロディスプレイ３２，３２’，３２”上に表示される画像を観察するために、人は光通路１３０内に目または指標（object)を置く必要がある。最も簡単なケースにおいて、画像形成光学系３６は正に拡大レンズである。更に複雑なケースにおいて、幾つかの光学要素が設けられる。光学機関１６における画像形成光学系３６を再構成または再構築して装置１の運転モードにより画像を形成するために、画像形成光学系３６は複数のレンズまたは他の光学要素を含むのが好ましい。

光学機関１６は、ＮＥＤ形態において、図３に示されたように、看者１５０が携帯装置１に隣接して光通路１３０内に目を置くことにより画像形成光学系３６により形成される画像を直接的に観察できる。このＮＥＤモードにおいて、光学機関１６により提供される画像は仮想画像である。感知される画像の寸法は、マイクロディスプレイ装置３２それ自体よりも僅かまたは相当に大きいものであってよい。ＮＥＤモードにおいて、電力消費は低い。このようにして、照明のために内部光源２０を使用できる。内部光源２０は、例えば、携帯装置１において一つまたは二つのバッテリにより励起する一つまたはそれ以上の発光ダイオードを含んでよいが、同様に異なるタイプの照明装置の使用が可能である。

図４はニアプロジェクションディスプレイ（NPD)モードのための光学装置を示す。携帯装置1がNPDに使用される場合に、画像形成光学系３６は表面またはスクリーン６０上に実画像を形成するために再構成または再構築される。第一面鏡のごとき反射面６２が画像形成光線１０６の光通路を曲げるために使用される。好適には、投影画像は斜角で１０ｃｍのオーダであり、かつスクリーンは装置の一体部である。ＮＰＤモードの電力消費はＮＥＤモードよりも高いと予想されているが、なお照明のために内部光源２０を使用できる。好適には、スクリーン６０は，画像が合理的に大きな角度で観察できる性質を有する。このシステムは折り畳み鏡なしで使用できるが、選択により幾つかの鏡が装置の寸法を最小限にするために画像形成光線１０６を折り曲げるために使用できる。追加のレンズおよび他の光学要素がＮＥＤ光学系を再構築するために光学機関１６とスクリーン６０間に設置することが可能である。

第三ディスプレイモード（WMD)において、追加の光学要素が光学機関16内の画像形成光学系３６のエクジットピユーピルを拡大するために使用され、そのようにして画像形成光学系３６により形成された仮想画像が装置から相対的に大きい距離をおいて観察できる。図５に示されたように、エクジットピユーピル拡大器５４からの放出光１２０は装置１から所定距離で仮想画像を形成する。このＷＭＤモードにおいて看者に感知される仮想画像は、画像が所定距離で表れるので、拡大器５４それ自体の物理的寸法よりも大きい。このモードの電力消費は、ＮＥＤモードよりも僅かに高いが、ＮＰＤモードよりも低い。照明のために内部光源２０を使用できる。

本発明による携帯装置１の第四ディスプレイモードは、図６に示されている。装置が第四ディスプレイモードに使用される場合に、画像形成光学系３６は相対的に大きな距離を置いた大きなスクリーンへ画像形成光線１０８により実画像を投影するために再構成または再形成される。このディスプレイモードにおいて、マイクロディスプレイ３２，３２’を照明するために強い光線を供給する外部光源が使用される必要がある。このディスプレイモードを達成するために、光ガイド７０を使用して外部光源８０（図７）からコネクタ２４を介して携帯装置１へ照明光線を運ぶのが好ましい。ＮＥＤ光学系を再構成するために光学機関１６とスクリーン６４間に追加のレンズまたは他の光学要素を設置することが可能である。

投影のための光源は代表例として超高圧(Ultra High Pressure (UHP))水銀灯等の放電ランプである。かかるランプの効率は代表例として約１０％のみであり、電力の残りは熱に変換される。熱の大部分は正に赤外線（IR)放射であり、これはマイクロディスプレイを加熱させかつ携帯装置それ自体に深刻な損傷を与え、または短時間でそれを破壊させる。この問題は、光源に付帯する熱を消失させるために効果的冷却装置を収容するだけの十分なスペースが携帯装置内に無いことにより合成される。従って、図7に示されたような外部光源８０が、内部光源２０の代わりに使用される必要がある。

図７に示されたように、反射鏡を有するランプ８４は光源等に使用される。ランプ８４は電力供給源８２により励起する。このランプからの放出光はＩＲ／ＵＶフィルタ８６により濾過されかつ光ガイド７０へ収束する。好適には、光シーケンサ８８が、携帯装置１の制御下で光線を光ガイド７０へ回転させて継続的色にするために光通路内に設けられる。図７に示されたように、携帯装置１を外部光源８０へ接続する電線７２は、選択されたディスプレイモードに従って携帯装置１が光シーケンサ８８へ制御信号を送るのを可能にする。
要約すると、本発明による携帯装置は光学機関を含み、この光学機関が一つまたはそれ以上のディスプレイモードに従って画像を形成することができる。本発明による携帯装置は異なるディスプレイモード間の変更を容易に実行できるように設計されている。
本発明は好適形態に関して説明されているが、上述および種々の他の変更、省略、および形態および細部の変更が本発明の精神および範囲から逸脱することなく可能であることは当業者に理解されるであろう。

１ 携帯装置
１２ 通信ユニット
１４ 制御・処理ユニット
１６ 光学機関
２０ 内部光源
２２ 内部電源
３２ マイクロディスプレイ装置
３４ ビームスプリッタ
３６ 画像形成光学系
５４ エクジットピューピル拡大器
１０２ 光線

Claims (12)

1. 看者に画像を提供するために複数の選択可能ディスプレイモードを有する携帯装置であって、
   画像データを受けることのできる画像源、
   前記画像源に画像データを提供する制御・処理ユニット、
   前記画像源から放出光を提供するために画像源に照明光を提供する光源、および
   前記画像源により提供される放出光から画像を光学装置の光通路に沿って形成するために複数の光学要素を有する光学装置を含み、
   複数の光学要素を有する前記光学装置は、画像形成が前記ディスプレイモードのうちの選択された一つに基づくように変化する構成であり、
   前記ディスプレイモードの少なくとも一つは、エクジットピユーピル拡大器を介して仮想画像を形成するために使用され、かつ
   前記選択可能ディスプレイモードは、
   前記光通路に看者の目を置くことにより看者に画像を感知させる第一モード、および
   前記光通路に設けた表面上に形成された画像を看者に感知させる第二モードを含み、
   前記第二モードは、前記携帯装置に隣接して前記光通路に設けた表面上に形成された画像を看者に感知させる、携帯装置。
2. 前記第二モードは、前記携帯装置から所定距離で前記光通路に設けた表面上に形成された画像を看者に感知させる、請求項１の携帯装置。
3. 前記選択可能ディスプレイモードは、
   前記携帯装置から所定距離で前記光通路に設けた表面上に形成された画像を看者に感知させる第三モードを含む、請求項１の携帯装置。
4. 前記選択可能ディスプレイモードは、
   前記携帯装置に隣接して前記光通路に看者の目を置くことにより看者に画像を感知させる第三モードを含む、請求項１の携帯装置。
5. 前記選択可能ディスプレイモードは、
   前記携帯装置に隣接して前記光通路に設けた第一面上に形成された画像を看者に感知させる第四モードを含む、請求項３の携帯装置。
6. 前記画像源は反射タイプのマイクロディスプレイ装置である、請求項１の携帯装置。
7. 前記画像源は伝達タイプのマイクロディスプレイ装置である、請求項１の携帯装置。
8. 前記画像源は放射タイプのマイクロディスプレイ装置である、請求項１の携帯装置。
9. 前記光源は、
   前記携帯装置内に設置された一つまたはそれ以上のバッテリにより励起する第一照明装置、および
   外部光源により提供される光線を前記携帯装置へ運ぶための光ガイドを有する第二照明装置を含み、
   前記第一照明装置は、前記ディスプレイモードから選択された一つがエクジットピユーピル拡大器を介して仮想画像を形成するときに、前記画像源へ照明光を供給するために使用され、かつ
   前記第二照明装置は、前記ディスプレイモードから選択された一つが第二モードである場合に前記画像源へ照明光を供給するために使用される、請求項２の携帯装置。
10. 前記外部光源は制御装置を含み、前記制御装置は、
    前記外部光源により提供される光線が前記携帯装置へ光ガイドにより運ばれるのを阻止するための第一運転モードで作動し、かつ
    前記外部光源からの光線が前記携帯装置へ前記光ガイドにより運ばれるようにする第二運転モードで作動し、かつ
    前記携帯装置が、前記ディスプレイモードから選択された一つが第一モードであるときに第一運転モードを選択し、かつ前記ディスプレイモードから選択された一つが第二モードであるときに第二運転モードを選択するために、前記制御装置へ信号を送るための、前記ディスプレイモードに応答する手段を更に含む、請求項９の携帯装置。
11. 前記画像源への照明光に第一分極化状態を選択し、かつ前記画像源からの放出光に第二分極化状態を選択するために、前記画像源に隣接して設置された分極装置を更に含み、
    前記第一分極化状態は第二分極化状態から相違する、請求項１の携帯装置。
12. 前記画像源への照明光に第一分極化状態を選択し、かつ前記画像源からの放出光に第二分極化状態を選択するために、前記画像源に隣接して設置された分極化ビームスプリッタを更に含み、
    前記第一分極化状態は第二分極化状態から相違する、請求項６の携帯装置。

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