JP2017198825A - 単眼型画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このような画像表示装置においては、使用中にも使用者の視界を妨げないように、一方の眼のみに画像を表示して、残る他方の眼で視界を確保する、所謂単眼型画像表示装置が知られている(例えば特許文献1〜7等参照)。
かかる問題を解決するために、表示される画像と、外光との輝度の差を抑える技術として、外光を遮るための遮光部を設ける構成が提案されている。
しかしながら、屋外での使用のような極端に輝度差がある場合には、両眼視野闘争を抑えるために外光の透過率を低くせざるを得ず、単に遮光部で外光を遮るだけでは周辺の視野の視認性が低下してしまう問題がある。
なお、以降の説明では、使用者Aの前方方向をZ方向とし、Z方向に垂直な方向のうち、鉛直上方をY方向、Z方向とY方向とに垂直な方向である水平方向をX方向とする。
画像表示装置100は、使用者Aの頭部に装着される眼鏡形状の筐体たる筐体部101と、使用者Aの−X側の眼、本実施形態では右眼の前に画像を表示するための虚像形成部たる画像表示部3と、画像を出力するための投影手段たる画像出力部1と、を有している。
画像表示装置100は、図2に示すように、使用者Aの左眼の前に配置された第1光量調整部21と、右眼の前に、画像表示部3によって形成された虚像の上下を覆う第2光量調整部22と、を有している。
筐体部101は、使用者Aの左右の眼前に形成された透明な前面部101aと、前面部101aに取り付けられ、使用者Aの頭部に少なくとも一部が当接して前面部101aを支持する側面部101bと、を有している。
使用者Aは、反射板31によって反射された画像を、図2に示した画像領域Wの範囲内に存在する虚像として認識する。したがって、画像表示部3は、虚像形成部としての機能を有している。言い換えると、画像領域Wは、一方の眼たる右眼に画像が視認される領域である。
なお、反射板31は本実施形態では非透過型のミラーを用いたが、透過型のハーフミラーであっても良い。その場合には、後述する第2光量調整部22が、反射板31の+Z方向側の壁面に配置されることがより望ましい。
第1光量調整部21と、第2光量調整部22とは、電圧を印加されることで透過率を制御する透過率制御手段であり、使用者Aの眼Eに到達する外部光L’の光量を制御する光量制御手段である。
なお、本実施形態では第1光量調整部21と、第2光量調整部22とは、エレクトロクロミック素子を用いるとしたが、例えば偏光板や遮光板のような、外光L’の光量を抑える部材であっても良い。また、フォトクロミック素子や液晶素子のように、光学的又は電気的制御により光量を調整する部材であっても良い。
なお、エレクトロクロミック素子は、フォトクロミック素子より光量調整の応答性に優れ、液晶素子に比べて、光透過率が広い範囲での光量調整が可能で、屋外でも日陰のところや直射日光が当たるところでも良好な視認性を確保することができる。
かかる第1光量調整部21と、第2光量調整部22とは、配置場所が異なっているが、構成については略同一であるため、以下の説明においては、第1光量調整部21についてのみ説明し、第2光量調整部22については適宜説明を省略する。
第1光量調整部21は、表示層43と対向基板45との間に設けられた空隙層46と、表示層43とガラス基板41との間に設けられた酸化チタン粒子層42と、ガラス基板41と対向基板45とを連結して間隔を規定するスペーサ44と、を有している。
本実施形態では、電解液として、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム・テトラシアノボレートを用いているが、特にかかる構成に限定されるものではない。
また、液体の電解質以外にも、ゲル状の電解質やポリマー電解質等の固体であっても良い。
酸化チタン粒子層42は、酸化チタンナノ粒子分散液を塗布されて形成された酸化チタン粒子の層である。
表示層43は、後述するエレクトロクロミック化合物によって形成されるエレクトロクロミック層であり、±Z方向の両面間に印加される電位差により、エレクトロクロミック化合物の還元反応が生じ吸収波長帯が変化して発色あるいは消色する。すなわち、透過する光束のスペクトル、強度が変化するので光量が変化する。言い換えると、表示層43の両面に印加される電圧に応じて、外部光L’の透過率が任意に変化する。
本実施形態では、第1光量調整部21は、印加される電圧に応じて、図4に示すように、全光透過率を2〜80%の間の任意の数値に切り替えられる。第2光量調整部22も同様である。
通常、人間の眼は、かかる左右の異なる画像を合成して視野を形成するので、このように画像表示装置100を用いたときには、図5(c)に示されるように、左右の画像が合成された態様で、1枚の画像として認識される。
また、画像を表示しない側の眼に遮光部材を取り付けて、外光の光量を抑制する方法も考えられるが、外光L’の光量を下げることは、屋外活動時の視認性の低下につながる虞がある。
画像出力部1が、画像を投射すると、既に述べたように使用者Aは、かかる画像を画像領域W内にある虚像として認識する。なお、ここで視認される画像領域Wの上下方向の長さすなわち縦方向の長さをYw、横方向の長さをXwとする。また、第1光量調整部21を左眼で見たときの縦方向の長さをY1、横方向の長さをX1とする。
第1光量調整部21は、左眼で視認したとき投影される部分の大きさが画像領域Wに対して上下方向に大きく(Y1>Yw)、左右方向に画像領域Wと略同一であって(X1≒Xw)、上下方向と左右方向との縦横比が縦長の形状である。
なお、第1光量調整部21は、図9に模式的に示しているように、虚像である画像領域Wが認識される位置に投影されるので、図8に示す第1光量調整部21の実際のX方向の幅X21、Y方向の幅Y21、よりも大きくなる。
第1光量調整部21の縦横比が縦長であれば、図10(b)に示すように、強い上下方向からの外光L’を遮蔽し、光量が抑制されるので、画像出力部1によって出力される画像の視認性がさらに向上する。
かかる構成により、必要以上に外光L’を遮ることがなく、視野全体の視認性が向上する。
また、第1光量調整部21は、画像領域Wが視認される面内において、左右方向について少なくとも画像領域Wよりも大きい幅を有していればよく、略同一であることに限定されるものではない。
かかる透過部23は、画像表示装置100の筐体部101にあって、使用者Aの眼前に配置された前面部101aの一部であり、外光L’を遮蔽することなく透過する部分である。
既に説明したように、第1光量調整部21は、左眼で視認したとき投影される部分の大きさが画像領域Wに対して上下方向に大きく(Y1>Yw)、左右方向に画像領域Wと略同一である。
このような視野を想定すると、図11(a)に示す左眼で認識した視野と、図11(b)に示す右眼で認識した視野と、が、図11(c)に示すように合成されて、表示したい画像領域Wの周囲に外光L’が遮蔽された領域が形成される。
このように、第1光量調整部21によって周辺の外光L’の光量を抑制することができるので、画像領域Wの視認性が向上する。
かかる構成により、画像表示装置100を装着していない側の眼の視認性が低下することを防ぎながらも、画像領域Wの視認性が向上する。
かかる角θは、使用者Aの有効視野角に眼球運動の上下回転角を加算した角度以上であることが望ましい。
なお、有効視野角とは、図12に示すように、目線を眼球の光軸ZLと一致するように正面を向けたとき、眼球を動かすことなく、前方の文字の判読や物体の認識が出来る視野角、安定注視野θ⊥を表している。
本実施形態におけるY方向の有効視野角は、目線の正面を中心として、X方向とY方向に一定距離ごとに目盛りをつけた板を、使用者Aの50cm先に配置して、頭部と眼球を動かすことなく目盛りの数字が判別可能な角度を有効視野角とした。
かかる有効視野角は、発明者が上記測定方法で20名に対して測定した結果、Y方向の有効視野角は約20度であった。
したがって、本実施形態における角θは、目線の中心たる左眼の光軸ZLからY方向に50度〜60度以上であることがより望ましい。
具体的には、第1光量調整部21と第2光量調整部22とのそれぞれの上下方向の幅Y21、Y22は、角膜の頂点から第1光量調整部21と第2光量調整部22とまでの距離を30mmと仮定すると、28mm〜35mmの範囲が最も望ましい。
また、透過部23は、X方向の幅X23が左右の有効視野角によって決まることが望ましく、同上の仮定においてはX23=20mm程度が好ましい。
第1光量調整部21として、上下方向の幅Y21=30mm、左右方向の幅X21=20mmのエレクトロクロミック素子を用い、第2光量調整部22として、画像表示部3の上下にそれぞれ上下方向の幅Y22=10mm、左右方向の幅X22=25mmのエレクトロクロミック素子を用いた。また、画像表示部3にWestUnitis社製InfoLinkerを用いて、筐体部101に山本光学製No.338を用いて画像表示装置100を構成した。
かかる画像表示部3には、白色背景に20ポイントの黒色文字画像を表示した。
第1光量調整部21と第2光量調整部22との透過率が何れも75%のときには、画像領域Wに表示された文字が左右視野闘争を起こして見難かったが、透過率10%に設定したときには、画像領域Wの文字の視認性が向上した。
同様に、照度35000Lxの晴天の屋外で、周囲を見渡しながら画像領域Wに表示されている文字を読んだ。
第1光量調整部21と第2光量調整部22との透過率が何れも75%のときには、画像領域Wに表示された文字が左右視野闘争を起こして見難かったが、透過率10%に設定したときには、画像領域Wの文字の視認性が向上した。
図13に示すように、第1光量調整部21として、上下方向の幅Y21=30mm、左右方向の幅X21=20mmのエレクトロクロミック素子を用いた。実施例1とは、第2の光量調整部22を備えていない点で異なるが、その他の構成は実施例1と同様に画像表示装置100を構成した。
かかる構成の第1光量調整部21について、発色時は2Vの電圧を5秒間印加し、消色時は逆極性の0.5Vの電圧を5秒間印加するとして、屋外及び屋内で視認性を確認した。なお、第1光量調整部21の透過率は、発色時で10%、消色時は75%であった。
第1光量調整部21の透過率が75%のときには、画像領域Wに表示された文字が左右視野闘争を起こして見難かったが、透過率10%に設定したときには、画像領域Wの文字の視認性が向上した。
同様に、照度4000Lxの曇り空の屋外で、周囲を見渡しながら画像領域Wに表示されている文字を読んだ。
第1光量調整部21の透過率が75%のときには、画像領域Wに表示された文字が左右視野闘争を起こして見難かったが、透過率10%に設定したときには、画像領域Wの文字の視認性が向上した。
また、室内でも屋外でも、周囲の視界は塞がることはなく、周囲の状況を視認することができた。
第1光量調整部24として、上下方向の幅Y21=30mm、左右方向の幅X21=20mmのエレクトロクロミック素子を用い、第2光量調整部22として、画像表示部3の上下にそれぞれ上下方向の幅Y22=10mm、左右方向の幅X22=25mmのエレクトロクロミック素子を用いた。また、画像表示部3にWestUnitis社製InfoLinkerを用いて、筐体部101に山本光学製No.338を用いて画像表示装置100を構成した。使用者Aの眼から前方の前面部101aまでの距離は約25mmであった。
かかる画像表示部3には、白色背景に20ポイントの黒色文字画像を表示した。
遮光部24a〜24jは何れも印加される電圧によって透過率が制御可能なエレクトロクロミック素子である。
本実施例では特に、遮光部24a〜24jで共通の上部電極241と、各遮光部24a〜24jに取り付けられて互いに独立した下部電極242と、の間に印加する電圧を制御するような構成として図示する。
なお、短冊状の遮光部24a〜24jにはそれぞれ複数の下部電極242が取り付けられており、50本の下部電極242のうち、中心付近の40本の下部電極242は常に遮光し、残る10本を用いて後述する個人差の制御を行った。
ところで、使用者Aと、他の使用者Bとの間では、特に左右のX方向の視野において、第1光量調整部24が投影される位置には個人差が大きい。
そこで、本実施例のように、第1光量調整部24のうち、透過率を下げる部分の位置を個人差によって調整可能であることが望ましい。
かかる構成により、使用者Aが用いる際には、遮光部24a〜24jのうち、画像領域Wに相当する部分である遮光部24c〜24iについてのみ透過率を下げて光量を制御することで、容易に画像の視認性が向上する。
他方、図15に示すように、使用者Bが用いる際には、使用者Aとは視野内における画像領域Wに相当する部分が異なるので、遮光部24b〜24hについてのみ透過率を下げて光量を制御することで、画像の視認性が向上する。
このように、X方向について使用者A、使用者Bそれぞれの個人差によって異なる視野上の画像領域Wに対して最適な位置にあわせて第1光量調整部24の遮光部の位置を変化させることで、視界の視認性を下げることなく画像の視認性が向上する。 なお、かかる構成以外については、実施例1の画像表示装置100と同様であるので説明を省略する。
照度1000Lxの室内で、使用者Aが画像表示装置100を装着して周囲を見渡しながら画像領域Wに表示されている文字を読んだ。
第1光量調整部21の透過率が75%のときには、画像領域Wに表示された文字が左右視野闘争を起こして見難かったが、透過率10%に設定したときには、画像領域Wの文字の視認性が向上した。
同様に、照度35000Lxの晴天の屋外で、周囲を見渡しながら画像領域Wに表示されている文字を読んだ。
第1光量調整部21の透過率が75%のときには、画像領域Wに表示された文字が外光の影響で見難かったが、透過率10%に設定したときには、画像領域Wの文字の視認性が向上した。
また、室内でも屋外でも、周囲の視界は塞がることはなく、周囲の状況を視認することができた。さらに、遮光部24a〜24jの光透過率を独立して使用者に合わせて調整することにより、どの使用者に対しても個人差の影響なく画像領域Wの文字の視認性が向上した。
画像表示装置400は、図16(a)、(b)に示すように、画像領域Wにおいて、画像領域Wと略同一の大きさになるような遮光部材401と、画像領域Wに画像を表示するための画像表示部3と、を有している。
かかる構成の画像表示装置400を用いて、照度35000Lxの晴天の屋外で、周囲を見渡しながら画像領域Wに表示されている文字を読んだ。
遮光部材401の透過率が10%のときにも、直射日光や照り返しなどの外光L’によって文字の視認性が低下した。
21 第1光量調整部
22 第2光量調整部
23 透過部
24 第1光量調整部
100 単眼型画像表示装置(画像表示装置)
101 筐体部
W 画像が視認される領域(画像領域)
ZL 他方の眼の光軸
ZR 一方の眼の光軸
Claims (6)
- 使用者の一方側の眼の前に画像を表示するための虚像形成部と、
他方の眼の前に、当該他方の眼の光軸よりも前記一方の眼側に配置された第1光量調整部と、を有する単眼型画像表示装置。 - 請求項1に記載の単眼型画像表示装置であって、
前記第1光量調整部は、前記画像が視認される領域に対して上下方向に大きく、左右方向に少なくとも前記領域よりも大きく、前記上下方向と前記左右方向との縦横比が縦長であることを特徴とする単眼型画像表示装置。 - 請求項1または2に記載の単眼型画像表示装置であって、
前記一方の眼の前記画像が視認される領域の上下に配置された第2光量調整部を有することを特徴とする単眼型画像表示装置。 - 請求項1乃至3の何れか1つに記載の単眼型画像表示装置であって、
前記第1光量調整部及び/または前記第2光量調整部がエレクトロクロミック素子であることを特徴とする単眼型画像表示装置。 - 請求項1乃至4の何れか1つに記載の単眼型画像表示装置であって、
前記他方の眼の光軸と、前記第1光量調整部との間に形成された透過部を有することを特徴とする単眼型画像表示装置。 - 請求項1乃至5の何れか1つに記載の単眼型画像表示装置であって、
当該単眼型画像表示装置は、前記虚像形成部と前記第1光量調整部とを支持する眼鏡形状の筐体を有することを特徴とする単眼型画像表示装置。
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