JP2021086052A - Head-mounted type display device and display method - Google Patents

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Abstract

To reduce the size and weight of housings of a head-mounted type display device.SOLUTION: A head-mounted type display device forms images obtained by rotating images displayed by display elements with image rotation optical elements, forms intermediate images of the rotated images at least once with intermediate optical systems, and emits image light of images corresponding to the intermediate images to the eyes of a wearer with light guide members. Since the images displayed by the display elements can be rotated by the image rotation optical elements, the direction of the images can be adjusted and the size and weight of housings accommodating the display elements can be reduced. Through this, the size and weight of the housings of the head-mounted type display device can be reduced.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、頭部装着型表示装置及び表示方法に関する。 The present invention relates to a head-mounted display device and a display method.

近年、ヘッドマウントディスプレイ(HMD)、VR(Virtual Reality)ゴーグル、VRグラス、スマートグラス、AR(Augmented Reality)グラス、グラスディスプレイ、グラスデバイス等の頭部装着型表示装置が知られている。このような頭部装着型表示装置は、眼前の表示装置に映像が表示されるため、現実に近い感覚で映像の鑑賞が可能となっている。 In recent years, head-mounted display devices such as head-mounted displays (HMD), VR (Virtual Reality) goggles, VR glasses, smart glasses, AR (Augmented Reality) glasses, glass displays, and glass devices have been known. In such a head-mounted display device, since the image is displayed on the display device in front of the eyes, the image can be viewed with a feeling close to reality.

このような頭部装着型表示装置に関する特許文献としては、特許文献1(特許第6253763号公報)、特許文献2(特許第5959571号公報)、特許文献3(特許第6111635号公報)等が知られている。 Patent Document 1 (Patent No. 6253763), Patent Document 2 (Patent No. 5959571), Patent Document 3 (Patent No. 611635) and the like are known as patent documents relating to such a head-mounted display device. It has been done.

しかし、頭部装着型表示装置は、表示部、電子基板及び光学系等が筐体内に収納されるため、筐体が大型化し、重量が重くなる問題がある。 However, the head-mounted display device has a problem that the housing becomes large and heavy because the display unit, the electronic board, the optical system, and the like are housed in the housing.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、筐体の小型軽量化が可能な頭部装着型表示装置及び表示方法の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a head-mounted display device and a display method capable of reducing the size and weight of a housing.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、横長を正常な視認状態とする画像を表示する表示素子であり、縦長の状態で設置された表示素子と、表示素子で表示された縦長の画像を回転させて横長の画像を形成する画像回転光学素子と、回転された横長の画像の中間像を、少なくとも1回形成する中間光学系と、中間像に対応する横長の画像の画像光を、装着者の目に射出する導光部材と、を有する。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the present invention is a display element for displaying an image in which the horizontally long state is in a normal visual state, and is displayed by a display element installed in the vertically long state and a display element. An image rotating optical element that rotates a vertically long image to form a horizontally long image, an intermediate optical system that forms an intermediate image of the rotated horizontally long image at least once, and a horizontally long image corresponding to the intermediate image. It has a light guide member that emits the image light of the above into the eyes of the wearer.

本発明によれば、頭部装着型表示装置の筐体を小型軽量化できるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to reduce the size and weight of the housing of the head-mounted display device.

図1は、実施の形態のメガネ型表示装置の外観を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the glasses-type display device of the embodiment. 図2は、実施の形態のメガネ型表示装置の内部構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of the glasses-type display device of the embodiment. 図3は、リレー光学系の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a relay optical system. 図4は、表示素子の大きさを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the size of the display element. 図5は、表示素子及び周辺回路のブロック図である。FIG. 5 is a block diagram of the display element and peripheral circuits. 図6は、フレーム筐体内に表示素子を横長の状態で収納した際に生ずる不都合を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining inconveniences that occur when the display element is housed in the frame housing in a horizontally long state. 図7は、フレーム筐体内に表示素子を縦長の状態で収納し、画像回転光学素子を設けない場合に生ずる不都合を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining inconveniences that occur when the display element is housed in the frame housing in a vertically long state and the image rotation optical element is not provided. 図8は、フレーム筐体内に表示素子を縦長の状態で収納し、画像回転光学素子により回転させることで正常に画像の視認が可能となることを説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining that an image can be normally visually recognized by housing the display element in a vertically long state in the frame housing and rotating the display element by the image rotation optical element. 図9は、フレーム筐体内に縦長の状態で収納される表示素子とフレキシブルプリント基板を示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing a display element and a flexible printed circuit board housed in a frame housing in a vertically long state. 図10は、リレー光学系の光学構成を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the optical configuration of the relay optical system. 図11は、アジャスタブル光学系の光学構成を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining the optical configuration of the adjustable optical system. 図12は、シート状プリズムアレイで形成された画像回転光学素子を説明するための図である。FIG. 12 is a diagram for explaining an image rotating optical element formed by a sheet-shaped prism array. 図13は、ドーブプリズムで形成された画像回転光学素子を説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining an image rotating optical element formed by a dove prism. 図14は、ウェッジプリズムで形成された画像回転光学素子を説明するための図である。FIG. 14 is a diagram for explaining an image rotating optical element formed by a wedge prism. 図15は、装着者の眼と、リムの導光部材まで画像光を中継する光学系との位置関係を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing the positional relationship between the wearer's eyes and the optical system that relays the image light to the light guide member of the rim. 図16は、表示部筐体と装着者の側頭骨との位置関係を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing the positional relationship between the display unit housing and the wearer's temporal bone.

以下、頭部装着型表示装置及び表示方法の適用例となる実施の形態のメガネ型表示装置の説明をする。 Hereinafter, the head-mounted display device and the glasses-type display device of the embodiment as an application example of the display method will be described.

(概要)
この実施の形態のメガネ型表示装置は、表示素子に表示された画像の画像光を、光学系を介して導光部材に導光し、この導光部材を介して装着者の目に入射させることで視認させる装置である。表示素子は長方形状を有しており、通常、テレビジョン受像機等のように横長に配置されるが、実施の形態のメガネ型表示装置の場合、縦長に配置している。表示素子を横長に配置した場合、表示素子を収納する筐体の幅(装着者のこめかみから外方向(垂直方向)に向かう長さ)が広くなり、筐体が大型化して重くなる。これに対して、表示素子を縦長に配置した場合、上述の筐体の幅を狭くすることができ、筐体の小型軽量化を通じて、メガネ型表示装置全体を小型化軽量化できる。
(Overview)
In the glasses-type display device of this embodiment, the image light of the image displayed on the display element is guided to the light guide member via the optical system, and is incident on the eyes of the wearer through the light guide member. It is a device that makes it visible. The display element has a rectangular shape and is usually arranged horizontally like a television receiver or the like, but in the case of the glasses-type display device of the embodiment, it is arranged vertically. When the display elements are arranged horizontally, the width of the housing for accommodating the display elements (the length from the temple of the wearer toward the outside (vertical direction)) becomes wide, and the housing becomes large and heavy. On the other hand, when the display elements are arranged vertically, the width of the housing can be narrowed, and the entire glasses-type display device can be made smaller and lighter by reducing the size and weight of the housing.

ただ、表示素子を縦長に配置すると、このままでは、表示物が縦に表示された状態で視認される。このため、表示素子からの画像光を、像回転光学素子で回転させて横長の画像の画像光とし、中間位置(表示素子から導光部材までの間の意味)で、一旦、結像させる。そして、この結像させた横長の画像の画像光を、導光部材を介して装着者の眼で視認させる。これにより、メガネ型表示装置全体を小型軽量化したうえで、通常の表示形態を得ることができる。 However, if the display elements are arranged vertically, the displayed object is visually recognized in a vertically displayed state as it is. Therefore, the image light from the display element is rotated by the image rotation optical element to obtain the image light of a horizontally long image, and an image is temporarily formed at an intermediate position (meaning between the display element and the light guide member). Then, the image light of the formed horizontally long image is visually recognized by the wearer's eyes via the light guide member. As a result, it is possible to obtain a normal display form after reducing the size and weight of the entire glasses-type display device.

(外観構成)
図1は、実施の形態のメガネ型表示装置の外観を示す斜視図である。この図1に示すように、実施の形態のメガネ型表示装置は、左右の目用のリムR,各リムRを接続するブリッジB、実施の形態のメガネ型表示装置を装着した際に、装着者の左右の側頭部にそれぞれ位置するテンプルT,及び、左右の耳にそれぞれ掛けるためのモダンMを有している。また、実施の形態のメガネ型表示装置は、装着された際に、装着者の鼻の上部を挟み込むことで装着状態を安定させるノーズパットNPを有している。
(Appearance composition)
FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the glasses-type display device of the embodiment. As shown in FIG. 1, the glasses-type display device of the embodiment is worn when the rims R for the left and right eyes, the bridge B connecting each rim R, and the glasses-type display device of the embodiment are mounted. It has temples T located on the left and right temporal regions of the person, and modern Ms for hanging on the left and right ears, respectively. Further, the glasses-type display device of the embodiment has a nose pad NP that stabilizes the wearing state by sandwiching the upper part of the wearer's nose when worn.

(内部構成)
図2は、実施の形態のメガネ型表示装置の内部構成を示す図である。この図2に示すように、導光部材22は、いわゆるライトガイドであり、第1の反射板21及び第2の反射板23を有している。表示素子5で表示された画像の画像光は、光学系を介して導光部材22の第1の反射板21で反射され、第2の反射板23に導光される。第2の反射板23は、画像光を装着者の目に向けて反射する。これにより、表示素子5で表示された画像が、装着者の目で視認される。
(Internal configuration)
FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of the glasses-type display device of the embodiment. As shown in FIG. 2, the light guide member 22 is a so-called light guide, and has a first reflector 21 and a second reflector 23. The image light of the image displayed by the display element 5 is reflected by the first reflector 21 of the light guide member 22 via the optical system, and is guided to the second reflector 23. The second reflector 23 reflects the image light toward the wearer's eyes. As a result, the image displayed by the display element 5 is visually recognized by the wearer's eyes.

一例ではあるが、導光部材22としては、ハーフミラーを用いた導光部材、ホログラム素子を用いた導光部材、又は、多段反射の幾何構造を有する導光部材等を用いることができる。 As an example, as the light guide member 22, a light guide member using a half mirror, a light guide member using a hologram element, a light guide member having a geometric structure of multi-stage reflection, or the like can be used.

テンプルTを形成する筐体フレーム2には、表示素子5で表示された画像の画像光を上述の導光部材22まで導光するための光学系が収納されている。従来の頭部装着型表示装置(ヘッドマウントディスプレイ)の場合、画像を表示する表示素子が装着者の目の前に位置するように設けられており、又は、導光部材と一体で形成されている。 The housing frame 2 forming the temple T houses an optical system for guiding the image light of the image displayed by the display element 5 to the light guide member 22 described above. In the case of a conventional head-mounted display device (head-mounted display), a display element for displaying an image is provided so as to be located in front of the wearer's eyes, or is formed integrally with a light guide member. There is.

これに対し、実施の形態のメガネ型表示装置は、表示素子5からの画像光を、少なくとも1回中間像を形成する中間光学系を介して導光部材22まで導光する。このため、表示素子5と導光部材22とは、光学系の光路長分、離れて位置している。 On the other hand, the glasses-type display device of the embodiment guides the image light from the display element 5 to the light guide member 22 via the intermediate optical system that forms the intermediate image at least once. Therefore, the display element 5 and the light guide member 22 are located apart from each other by the optical path length of the optical system.

中間光学系は、画像回転光学素子6、リレー光学系12及びアジャスタブル光学系13を有している。画像回転光学素子6は、表示素子5に表示された画像を90度回転させた状態の画像の画像光を形成する。 The intermediate optical system includes an image rotating optical element 6, a relay optical system 12, and an adjustable optical system 13. The image rotation optical element 6 forms the image light of the image in a state where the image displayed on the display element 5 is rotated by 90 degrees.

リレー光学系12は、中間光学系の一例である。リレー光学系12は、いわゆるリレーレンズ群であり、例えば図3に示すようにトリアクロマートレンズ31及び凸レンズ32を組み合わせて形成されている。導光部材22の第1の反射板21の手前に設けられたアジャスタブル光学系13は、画像光を平行光に変換するコリメータレンズ33又は凹面鏡等で形成されている。コリメータレンズ33は、例えばガラス部材又はプラスチック部材で形成されたものを用いることができる。プラスチック部材で形成されたコリメータレンズ33を用いることで、より軽量化を図ることができる。 The relay optical system 12 is an example of an intermediate optical system. The relay optical system 12 is a so-called relay lens group, and is formed by combining a triachromat lens 31 and a convex lens 32, for example, as shown in FIG. The adjustable optical system 13 provided in front of the first reflector 21 of the light guide member 22 is formed of a collimator lens 33 or a concave mirror that converts image light into parallel light. As the collimator lens 33, for example, one made of a glass member or a plastic member can be used. By using the collimator lens 33 made of a plastic member, the weight can be further reduced.

リレー光学系12及びアジャスタブル光学系13のレンズ群は、例えば直径3mmから7mm程度のレンズで形成されている。レンズの直径が大き過ぎると、筐体フレーム2が太くなり、装着者の実視野を狭めるおそれがある。ここで、光利用効率の観点から、レンズは直径2mm以上であることが好ましい。また、装着者の実視野を狭めないために、直径8mm以下であることが好ましい。このため、リレー光学系12及びアジャスタブル光学系13のレンズ群は、直径2mmから直径8mmの間のレンズを用いて形成されている。これにより、筐体フレーム2を、一般の眼鏡に近い細さ及び軽さを有するフレームとすることができる。 The lens group of the relay optical system 12 and the adjustable optical system 13 is formed of, for example, a lens having a diameter of about 3 mm to 7 mm. If the diameter of the lens is too large, the housing frame 2 becomes thick, which may narrow the actual field of view of the wearer. Here, from the viewpoint of light utilization efficiency, the lens preferably has a diameter of 2 mm or more. Further, the diameter is preferably 8 mm or less so as not to narrow the actual field of view of the wearer. Therefore, the lens group of the relay optical system 12 and the adjustable optical system 13 is formed by using a lens having a diameter of 2 mm to 8 mm. As a result, the housing frame 2 can be made into a frame having a thinness and lightness close to that of general eyeglasses.

リレー光学系12は、表示素子5からの画像光の中間像を、図3に示すようにアジャスタブル光学系13の手前に形成する。アジャスタブル光学系13は、この中間像の画像光を略平行光として導光部材22に入射する。これにより、形成した中間像の画像光を殆ど劣化させることなく、導光部材22に入射させることができる。また、中間像の大きさ及びアジャスタブル光学系13の焦点距離を適切に設定することで、大きな画角の画像光を導光部材22に入射することができ、装着者が視野角の広い画像を視認可能とすることができる。 The relay optical system 12 forms an intermediate image of the image light from the display element 5 in front of the adjustable optical system 13 as shown in FIG. The adjustable optical system 13 is incident on the light guide member 22 with the image light of the intermediate image as substantially parallel light. As a result, the image light of the formed intermediate image can be incident on the light guide member 22 with almost no deterioration. Further, by appropriately setting the size of the intermediate image and the focal length of the adjustable optical system 13, image light having a large angle of view can be incident on the light guide member 22, and the wearer can obtain an image having a wide viewing angle. It can be made visible.

(表示素子及び周辺回路のハードウェア構成)
次に、図5に表示素子5及び周辺回路のブロック図を示す。この図5に示すように、実施の形態のメガネ型表示装置の表示部筐体1内には、表示素子5、駆動回路(駆動IC)303、メモリ304、電源回路305及びバッテリ306が収納されている。駆動IC303は、メモリ304に蓄積された画像信号に基づいて、表示素子5を表示駆動させる。バッテリ306は、電源回路305に電圧を供給する蓄電池である。
(Hardware configuration of display element and peripheral circuit)
Next, FIG. 5 shows a block diagram of the display element 5 and peripheral circuits. As shown in FIG. 5, the display element 5, the drive circuit (drive IC) 303, the memory 304, the power supply circuit 305, and the battery 306 are housed in the display unit housing 1 of the glasses-type display device of the embodiment. ing. The drive IC 303 displays and drives the display element 5 based on the image signal stored in the memory 304. The battery 306 is a storage battery that supplies a voltage to the power supply circuit 305.

メモリ304は、例えばスマートフォン、パーソナルコンピュータ装置、タブレット端末装置、ハードディスクドライブ装置、半導体メモリ装置等の外部機器から供給される画像信号を記憶する。電源回路305は、バッテリ306から印加される電圧を、所定の駆動電圧に変換して表示素子5、駆動IC303及びメモリ304に供給する。 The memory 304 stores an image signal supplied from an external device such as a smartphone, a personal computer device, a tablet terminal device, a hard disk drive device, or a semiconductor memory device. The power supply circuit 305 converts the voltage applied from the battery 306 into a predetermined drive voltage and supplies it to the display element 5, the drive IC 303, and the memory 304.

(表示素子の具体例)
図4は、表示素子5の大きさを説明するための図である。表示素子5としては、反射光を利用しない表示素子を用いることができ、例えば透過型LCOS(Liquid Crystal On Silicon)、OLED(Organic Light Emitting Diode)又は反射型LCOS等を用いることができる。また、表示素子5としては、例えば透過型液晶、反射型液晶、有機EL(Electro-Luminescence)、発光ダイオード(LED)、又は、MEMS(Micro Elector Mechanical Systems)型デバイス等を用いてもよい。
(Specific example of display element)
FIG. 4 is a diagram for explaining the size of the display element 5. As the display element 5, a display element that does not utilize reflected light can be used, and for example, a transmissive LCOS (Liquid Crystal On Silicon), an OLED (Organic Light Emitting Diode), a reflective LCOS, or the like can be used. Further, as the display element 5, for example, a transmissive liquid crystal, a reflective liquid crystal, an organic EL (Electro-Luminescence), a light emitting diode (LED), a MEMS (Micro Elector Mechanical Systems) type device or the like may be used.

なお、表示素子5として、反射を利用しない透過型LCOS、有機EL又はLEDを用いることで、光源及び光を反射させる部材を省略でき、表示部筐体1の、より小型軽量化を図ることができる。 By using a transmissive LCOS, an organic EL, or an LED that does not utilize reflection as the display element 5, the light source and the member that reflects the light can be omitted, and the display unit housing 1 can be made smaller and lighter. it can.

表示素子5は、例えば図4(a)に示すように横×縦の画素の比が16:9の横長形状を有しており、720画素又は1080画素等の高解像度となっている。また、表示素子5は、図4(b)に示すように、例えばフレキシブルプリント基板(FPC)6等の上に駆動素子及び制御素子と共に実装される。このため、全体の形状は、図4(b)に示すように、表示素子5自体よりも、さらに横長の形状となる。 As shown in FIG. 4A, for example, the display element 5 has a horizontally long shape with a horizontal x vertical pixel ratio of 16: 9, and has a high resolution such as 720 pixels or 1080 pixels. Further, as shown in FIG. 4B, the display element 5 is mounted on, for example, a flexible printed circuit board (FPC) 6 or the like together with a drive element and a control element. Therefore, as shown in FIG. 4B, the overall shape is more horizontally longer than that of the display element 5 itself.

例えば、図4(a)に示すように、0.38インチで横縦比16:9の表示素子5の場合、表示素子5自体の大きさは縦4.7mm、横8.4mm程度であるが、この表示素子5をFPC6に実装すると、FPC6全体で、表示素子5の大きさの1.5倍から2倍程度の大きさとなる。 For example, as shown in FIG. 4A, in the case of the display element 5 having an aspect ratio of 16: 9 and 0.38 inches, the size of the display element 5 itself is about 4.7 mm in length and 8.4 mm in width. However, when the display element 5 is mounted on the FPC 6, the size of the entire FPC 6 is about 1.5 to 2 times the size of the display element 5.

(表示素子を横長で配置することの問題点)
ここで、図6に、比較例となるメガネ型表示装置の要部の構成を示す。この図6は、図4(a)及び図4(b)及び図9を用いて説明した大きさの表示素子5及びFPC6を用い、この表示素子5を横長の状態で表示部筐体1内に収納したメガネ型表示装置を示している。この図6に示すように、表示素子5を横長の状態で表示部筐体1内に収納することで、表示素子5に表示された画像が、そのままの横長の状態で装着者により視認される。このため、画像回転光学素子11は、不要となる。
(Problems of arranging display elements horizontally)
Here, FIG. 6 shows the configuration of a main part of a glasses-type display device as a comparative example. FIG. 6 uses a display element 5 and an FPC 6 having the sizes described with reference to FIGS. 4A, 4B, and 9, and the display element 5 is placed in the display unit housing 1 in a horizontally long state. Shows the glasses-type display device stored in. As shown in FIG. 6, by storing the display element 5 in the display unit housing 1 in a horizontally long state, the image displayed on the display element 5 is visually recognized by the wearer in the horizontally long state as it is. .. Therefore, the image rotation optical element 11 becomes unnecessary.

しかし、表示素子5を横長の状態で表示部筐体1内に収納すると、表示部筐体1の形状が、メガネ型表示装置を装着した装着者のこめかみから垂直方向に(外方向に)突出する形状となる。例えば図4(a)に示すように横幅が8.4mmの表示素子5をFPC6に実装した際に、FPC6の横幅が、図4(b)に示すように12mmとなった場合、これを収納する表示部筐体1の横幅(装着者のこめかみから垂直方向に沿った長さ)は、表示部筐体1自体の厚みが加算され、図6に示すように13mmにもなる。このように大型化して突出した表示部筐体1は、装着者の耳端部及び側頭部に接触して圧迫する。このため、メガネ型表示装置の長時間の装着に苦痛を伴うおそれがある。 However, when the display element 5 is housed in the display unit housing 1 in a horizontally long state, the shape of the display unit housing 1 protrudes vertically (outwardly) from the temple of the wearer wearing the glasses-type display device. It becomes a shape to be. For example, when the display element 5 having a width of 8.4 mm is mounted on the FPC 6 as shown in FIG. 4 (a), if the width of the FPC 6 becomes 12 mm as shown in FIG. 4 (b), this is stored. The width of the display unit housing 1 (the length along the vertical direction from the temple of the wearer) is 13 mm as shown in FIG. 6 by adding the thickness of the display unit housing 1 itself. The display unit housing 1 that is enlarged and protrudes in this way comes into contact with and presses on the ear end and the temporal region of the wearer. Therefore, it may be painful to wear the glasses-type display device for a long time.

ここで、表示部筐体1内に横長の状態で収納していた表示素子5を、図9に示すように縦長の状態で収納することを考える。しかし、この場合、図7に示すように、表示素子5に表示された画像が、縦長の状態のまま装着者に視認され、好ましいことではない。 Here, it is considered that the display element 5 stored in the display unit housing 1 in the horizontally long state is stored in the vertically long state as shown in FIG. However, in this case, as shown in FIG. 7, the image displayed on the display element 5 is visually recognized by the wearer in the vertically long state, which is not preferable.

(表示素子の縦配置)
このため、実施の形態のメガネ型表示装置は、図8に示すように、縦長の状態で表示部筐体1内に収納された表示素子5で表示された画像を、90度回転させて横長の画像に変換する画像回転光学素子11を設ける。
(Vertical arrangement of display elements)
Therefore, as shown in FIG. 8, the glasses-type display device of the embodiment rotates the image displayed by the display element 5 housed in the display unit housing 1 in the vertically long state by 90 degrees and horizontally long. An image rotation optical element 11 for converting the image into the above image is provided.

(画像回転光学素子の第1の具体例)
画像回転光学素子11としては、例えば図12(a)〜図12(d)に示す画像回転光学素子11を用いることができる。この図12(a)〜図12(d)に示す画像回転光学素子11の場合、微細なプリズムがアレイ状に並べられて形成された一対のシート状プリズムアレイ41a、41bと、長板形状のミラー面部42を有している。一対のシート状プリズムアレイ41a、41bは、それぞれ長板形状のミラー面部42の端部から起立し、プリズム側が相対向するように設けられている。相対向するシート状プリズムアレイ41a、41bの間は、空気層となっている。また、画像回転光学素子11は、図12(b)に示すように、光軸に沿って90度回転した位置に固定して設けられている。
(First specific example of the image rotating optical element)
As the image rotating optical element 11, for example, the image rotating optical element 11 shown in FIGS. 12 (a) to 12 (d) can be used. In the case of the image rotating optical element 11 shown in FIGS. 12 (a) to 12 (d), a pair of sheet-shaped prism arrays 41a and 41b formed by arranging fine prisms in an array and a long plate shape. It has a mirror surface portion 42. The pair of sheet-shaped prism arrays 41a and 41b are provided so as to stand up from the ends of the long plate-shaped mirror surface portions 42 and have the prism sides facing each other. An air layer is formed between the sheet-shaped prism arrays 41a and 41b facing each other. Further, as shown in FIG. 12B, the image rotation optical element 11 is fixedly provided at a position rotated by 90 degrees along the optical axis.

シート状プリズムアレイ41a、41bは、プラスチック部材で成型又は切削加工されて製作される。微細なプリズムの形状は、上部が鋭角な形状で図12(d)に角度θaとして示すように、ミラー面部42に対して例えば10度〜40度程度の角度となるように形成されている。各プリズムを並べる際のピッチは、例えば0.1mm〜1mm程度となっている。 The sheet-shaped prism arrays 41a and 41b are manufactured by molding or cutting with a plastic member. The shape of the fine prism is formed so that the upper part has an acute angle and the angle is, for example, about 10 to 40 degrees with respect to the mirror surface portion 42, as shown by the angle θa in FIG. 12 (d). The pitch when arranging the prisms is, for example, about 0.1 mm to 1 mm.

このような画像回転光学素子11は、図12(a)に示すように、表示素子5に表示された縦長の画像(入射画像)を、シート状プリズムアレイ41aでミラー面部42側に屈折させる。これにより、縦長の画像がミラー面部42に反射されることで90度回転されて横長の画像に変換され、シート状プリズムアレイ41bを介して出射される(出射画像)。 As shown in FIG. 12A, such an image rotating optical element 11 refracts a vertically long image (incident image) displayed on the display element 5 toward the mirror surface portion 42 side by the sheet-shaped prism array 41a. As a result, the vertically long image is reflected by the mirror surface portion 42, is rotated by 90 degrees, is converted into a horizontally long image, and is emitted via the sheet-shaped prism array 41b (exit image).

このようなシート状プリズムアレイ41a、41bを用いた画像回転光学素子11は、各シート状プリズムアレイ41a、41bの間が空気層となっているため、非常に軽い。このため、メガネ型表示装置の軽量化に貢献できる。また、プリズム角を最適化することで、画像回転光学素子11の全長を短くすることができ、光路長の設計を容易化することができる。さらに、シート状プリズムアレイ41a、41bを用いた画像回転光学素子11は、色収差及び像収差が発生しにくい。このため、装着者に対して、良好な画像を提供できる。 The image rotation optical element 11 using such sheet-shaped prism arrays 41a and 41b is very light because an air layer is formed between the sheet-shaped prism arrays 41a and 41b. Therefore, it is possible to contribute to the weight reduction of the glasses-type display device. Further, by optimizing the prism angle, the total length of the image rotating optical element 11 can be shortened, and the design of the optical path length can be facilitated. Further, the image rotation optical element 11 using the sheet-shaped prism arrays 41a and 41b is less likely to cause chromatic aberration and image aberration. Therefore, a good image can be provided to the wearer.

(画像回転光学素子の第2の具体例)
画像回転光学素子11としては、図13(a)に示すドーブプリズムを用いてもよい。この場合、ドーブプリズムは、図13(b)に示すように、90度回転して配置する。ドーブプリズムは、ガラス部材で形成されていてもよいし、プラスチック部材で形成されていてもよい。プラスチック部材としては、例えば屈折率1.4〜1.6程度の、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネート、ポリスチレン、又は、環状オレフィン等を用いることができる。
(Second specific example of the image rotating optical element)
As the image rotating optical element 11, the dove prism shown in FIG. 13A may be used. In this case, the dove prism is rotated 90 degrees and arranged as shown in FIG. 13 (b). The dove prism may be made of a glass member or a plastic member. As the plastic member, for example, polymethylmethacrylate (PMMA), polycarbonate, polystyrene, cyclic olefin, or the like having a refractive index of about 1.4 to 1.6 can be used.

ドーブプリズムの大きさは、一辺が7mm〜10mm程度の正方形の断面を有することが好ましい。ドーブプリズムの角度は、図13(a)に示すように、30度から50度程度で、45度が好ましい。プラスチック部材で形成されたドーブプリズムを用いることで、メガネ型表示装置の軽量化に貢献できる。 The size of the dove prism is preferably a square cross section having a side of about 7 mm to 10 mm. As shown in FIG. 13A, the angle of the dove prism is about 30 to 50 degrees, preferably 45 degrees. By using a dove prism made of a plastic member, it is possible to contribute to the weight reduction of the glasses-type display device.

(画像回転光学素子の第3の具体例)
また、画像回転光学素子11としては、図14(a)〜図14(c)に示すように、長板形状のミラー面部62の長手方向の各端部から一対のウェッジプリズム61を相対向するように設けて形成した画像回転光学素子を用いてもよい。この回転光学素子は、図14(b)に示すように90度回転させた状態で設けられる。
(Third specific example of the image rotating optical element)
Further, as the image rotating optical element 11, as shown in FIGS. 14 (a) to 14 (c), a pair of wedge prisms 61 face each other from each end in the longitudinal direction of the long plate-shaped mirror surface portion 62. An image rotation optical element formed as described above may be used. This rotating optical element is provided in a state of being rotated by 90 degrees as shown in FIG. 14 (b).

ウェッジプリズム61は、ガラス部材又はプラスチック部材のいずれで形成されていてもよい。プラスチック部材で形成されたウェッジプリズム61を用いることで、上述のようにメガネ型表示装置の軽量化に貢献できる。 The wedge prism 61 may be made of either a glass member or a plastic member. By using the wedge prism 61 made of a plastic member, it is possible to contribute to the weight reduction of the glasses-type display device as described above.

ガラス部材又はプラスチック部材としては、屈折率1.49〜1.78程度のガラス部材又はプラスチック部材を用いることができる。また、ガラス部材としては、例えばホウ珪酸ガラス又はソーダガラスを用いることができる。プラスチック部材としては、例えばポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネート、ポリスチレン又は環状オレフィン等を用いることができる。図14(c)に示すウェッジ角θwとしては、20度〜40度程度が好ましい。 As the glass member or the plastic member, a glass member or a plastic member having a refractive index of about 1.49 to 1.78 can be used. Further, as the glass member, for example, borosilicate glass or soda glass can be used. As the plastic member, for example, polymethylmethacrylate (PMMA), polycarbonate, polystyrene, cyclic olefin, or the like can be used. The wedge angle θw shown in FIG. 14C is preferably about 20 to 40 degrees.

(メガネ型表示装置の第1の試作例)
本願発明の出願人は、このようなメガネ型表示装置を、いくつか試作した。第1の試作例となるメガネ型表示装置は、以下の仕様で作成した。
(First prototype example of a glasses-type display device)
The applicant of the present invention has made several prototypes of such a glasses-type display device. The glasses-type display device as the first prototype was created with the following specifications.

導光部材22:厚み10mm、長さ50mm、高さ10mmのアクリル樹脂で作成。両端部に、角度45度のハーフミラーで反射板21、23を作成した。 Light guide member 22: Made of acrylic resin having a thickness of 10 mm, a length of 50 mm, and a height of 10 mm. Reflectors 21 and 23 were created at both ends with half mirrors at an angle of 45 degrees.

リレー光学系12:図10に示すように、トリプレットアクロマートレンズ31及び両凸レンズ32を組み合わせて作成した。トリプレットアクロマートレンズ31は、TS HASTINGSレンズ 12.5 X 20 MGF2 エドモンドオプティクスを光軸方向に対して8mm×8mmの正方形にカットして作成した。凸レンズは、TS 両凸レンズ 15 X 45 エドモンドオプティクスを光軸方向に8mm×8mmの正方形にカットして作成した。トリプレットアクロマートレンズ31と両凸レンズ32との間隔は7mmとした。 Relay optical system 12: As shown in FIG. 10, it was created by combining a triplet achromat lens 31 and a biconvex lens 32. The triplet achromat lens 31 was made by cutting a TS HASTINGS lens 12.5 X 20 MGF2 Edmond Optics into a square of 8 mm × 8 mm with respect to the optical axis direction. The convex lens was made by cutting a TS biconvex lens 15 X 45 Edmond Optics into a square of 8 mm × 8 mm in the optical axis direction. The distance between the triplet achromat lens 31 and the biconvex lens 32 was 7 mm.

アジャスタブル光学系13:図11に示すように、2つの両凸レンズ33a、33bと1つのメニスカスレンズ33cの組み合わせでコリメータレンズ33を作成した。両凸レンズ33aは、曲率半径R6:11mm及びR5:−300mm、厚み7.9mm、nd=1.49(PMMA)のものを用いた。メニスカスレンズ33cは、曲率半径R4:300mm及びR3:8.5mm、厚み1.5mm、nd=1.49(PMMA)のものを用いた。両凸レンズ33bは、曲率半径R2:−14.8mm及びR1:14.8mm、厚み8mm。nd=1.49(PMMA)のものを用いた。両凸レンズ33a・メニスカスレンズ33c・両凸レンズ33bの順で配置し、両凸レンズ33aとメニスカスレンズ33cの間隔2を2mmとし、メニスカスレンズ33cと両凸レンズ33bの間隔1を4mmとした。 Adjustable optical system 13: As shown in FIG. 11, a collimator lens 33 was created by combining two biconvex lenses 33a and 33b and one meniscus lens 33c. As the biconvex lens 33a, a lens having a radius of curvature R6: 11 mm and R5: -300 mm, a thickness of 7.9 mm, and nd = 1.49 (PMMA) was used. As the meniscus lens 33c, a lens having a radius of curvature R4: 300 mm, R3: 8.5 mm, a thickness of 1.5 mm, and nd = 1.49 (PMMA) was used. The biconvex lens 33b has a radius of curvature R2: -14.8 mm, R1: 14.8 mm, and a thickness of 8 mm. The one with nd = 1.49 (PMMA) was used. The biconvex lens 33a, the meniscus lens 33c, and the biconvex lens 33b were arranged in this order, the distance 2 between the biconvex lens 33a and the meniscus lens 33c was 2 mm, and the distance 1 between the meniscus lens 33c and the biconvex lens 33b was 4 mm.

画像回転光学素子11:図13に示したドーブプリズム51を画像回転光学素子11として用いた。ドーブプリズム51は、長さ34.7mm、断面形状8mmの正方形、プリズム角45度、nd=1.49(PMMA)のものを用い、光軸に対して45度傾けて設けた(図13(b)参照)。 Image-rotating optical element 11: The dove prism 51 shown in FIG. 13 was used as the image-rotating optical element 11. The dove prism 51 was a square having a length of 34.7 mm and a cross-sectional shape of 8 mm, a prism angle of 45 degrees, and nd = 1.49 (PMMA), and was provided at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis (FIG. 13 (FIG. 13). b) See).

表示素子5:OLED表示素子720p(KOPIN社製LIGHTNING(登録商標) 720AMOLED)を用いた。表示面の大きさは、縦6.1mm、横10.85mmであり、表示素子チップの外観は、縦12.34mm、横22.44mmのものを用いた。 Display element 5: An OLED display element 720p (LIGHTNING (registered trademark) 720AMOLED manufactured by KOPIN) was used. The size of the display surface was 6.1 mm in length and 10.85 mm in width, and the appearance of the display element chip was 12.34 mm in length and 22.44 mm in width.

筺体フレーム2:長さを約60mmとし、断面は、10mm×10mmとした。 Housing frame 2: The length is about 60 mm, and the cross section is 10 mm × 10 mm.

表示部筐体1:縦30mm、横13mm、高さ25mmとした。 Display housing 1: The length is 30 mm, the width is 13 mm, and the height is 25 mm.

(メガネ型表示装置の第2の試作例)
第2の試作例となるメガネ型表示装置は、以下の仕様で作成した。
(Second prototype example of a glasses-type display device)
The glasses-type display device as the second prototype was created with the following specifications.

導光部材22、リレー光学系12及びアジャスタブル光学系13は、上述の第1の試作例と同じ構成とした。 The light guide member 22, the relay optical system 12, and the adjustable optical system 13 have the same configuration as that of the first prototype described above.

画像回転光学素子11:図14に示したように、断面二等辺三角形の一対のウェッジプリズム61と、ミラー面部62で形成されたものを用いた。光軸に対してミラー面を45度傾けたて設けた(図14(b)参照)。 Image Rotating Optical Element 11: As shown in FIG. 14, a pair of wedge prisms 61 having an isosceles triangle cross section and a mirror surface portion 62 are used. The mirror surface is tilted 45 degrees with respect to the optical axis (see FIG. 14B).

ウェッジプリズム61としては、以下の仕様のものを用いた。
硝材:N−SF14(Schott社)
ウェッジ角(先端鋭角部θw):30度
大きさ:高さ9mm幅8mm
ミラー基板:厚み0.5mmの鏡面仕上げのポリスチレンにアルミ蒸着
プリズム間距離:23.6mm
As the wedge prism 61, those having the following specifications were used.
Glass material: N-SF14 (Schott)
Wedge angle (sharp tip angle θw): 30 degrees Size: Height 9 mm Width 8 mm
Mirror substrate: Aluminum vapor deposition on mirror-finished polystyrene with a thickness of 0.5 mm Distance between prisms: 23.6 mm

表示素子5は、上述の第1の試作例と同じものを用いた。 As the display element 5, the same display element 5 as in the first prototype described above was used.

筐体フレーム2は、長さを約60mm、断面を10mm×10mmとした。 The housing frame 2 has a length of about 60 mm and a cross section of 10 mm × 10 mm.

表示部筐体1は、縦25mm、横13mm、高さ25mmとした。 The display housing 1 has a length of 25 mm, a width of 13 mm, and a height of 25 mm.

(メガネ型表示装置の第3の試作例)
第3の試作例となるメガネ型表示装置は、以下の仕様で作成した。
(Third prototype example of a glasses-type display device)
The glasses-type display device as the third prototype was created with the following specifications.

導光部材22、リレー光学系12及びアジャスタブル光学系13は、上述の第1の試作例と同じ構成とした。 The light guide member 22, the relay optical system 12, and the adjustable optical system 13 have the same configuration as that of the first prototype described above.

画像回転光学素子11:図12に示したように、一対のシート状プリズムアレイ41a、41b及びミラー面部42を用いて作成し、光軸に対してミラー面部を45度傾けて設けた(図12(b)参照)。 Image Rotating Optical Element 11: As shown in FIG. 12, created by using a pair of sheet-shaped prism arrays 41a and 41b and a mirror surface portion 42, and the mirror surface portion is provided at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis (FIG. 12). See (b)).

シート状プリズムアレイ41a、41bとしては、リニアプリズムLP40−0.3(日本特殊光学樹脂(株))のものを用いた。このシート状プリズムアレイ41a、41bは、図12(a)に示したように、ミラー面部42の両端部から起立するように設け、また、各シート状プリズムアレイ41a、41b同士が相対向するように設けた。 As the sheet-shaped prism arrays 41a and 41b, those of linear prism LP40-0.3 (Nippon Tokushu Optical Resin Co., Ltd.) were used. As shown in FIG. 12A, the sheet-shaped prism arrays 41a and 41b are provided so as to stand up from both ends of the mirror surface portion 42, and the sheet-shaped prism arrays 41a and 41b are opposed to each other. It was provided in.

各シート状プリズムアレイ41a、41bの仕様は、以下のとおりである。
硝材:ポリメチルメタクリレート
傾き角θa(図12(d)参照):40度
プリズム配置ピッチ(図12(d)):0.3mm
シート状プリズムアレイの大きさ:高さ9mm、幅8mm、厚み2mm
ミラー基板:厚み0.5mmの鏡面仕上げのポリスチレンにアルミ蒸着
プリズム間距離:16.2mm
The specifications of the sheet-shaped prism arrays 41a and 41b are as follows.
Glass material: Polymethylmethacrylate Tilt angle θa (see FIG. 12 (d)): 40 degrees Prism arrangement pitch (Fig. 12 (d)): 0.3 mm
Sheet-shaped prism array size: height 9 mm, width 8 mm, thickness 2 mm
Mirror substrate: Aluminum vapor deposition on mirror-finished polystyrene with a thickness of 0.5 mm Distance between prisms: 16.2 mm

表示素子5は、上述の第1の試作例と同じ構成とした。 The display element 5 has the same configuration as that of the first prototype described above.

筐体フレーム2は、長さを約60mm、断面を10mm×10mmとした。 The housing frame 2 has a length of about 60 mm and a cross section of 10 mm × 10 mm.

表示部筐体1は、縦20mm、横13mm、高さ25mmとした。 The display housing 1 has a length of 20 mm, a width of 13 mm, and a height of 25 mm.

以下の表1に、画像回転光学素子11としてドーブプリズム51を用いた場合(図13参照)、ウェッジプリズム61を用いた場合(図14参照)、及び、シート状プリズムアレイ41a、41bを用いた場合における、表示部筐体1の長さ(光学素子の長さ)、表示部筐体1の重さ(光学素子の重さ)、及び、装着時における側頭部と表示部筐体1との距離を示す。

Figure 2021086052
In Table 1 below, the dove prism 51 was used as the image rotating optical element 11 (see FIG. 13), the wedge prism 61 was used (see FIG. 14), and the sheet-shaped prism arrays 41a and 41b were used. In this case, the length of the display unit housing 1 (the length of the optical element), the weight of the display unit housing 1 (the weight of the optical element), and the temporal region and the display unit housing 1 at the time of mounting. Indicates the distance of.
Figure 2021086052

図6に比較例として示したように、表示素子5を横長に配置した場合、表示部筐体1の大きさは、縦20mm、横23mm、高さ16mmとなり、表示部筐体1の横幅が、表示素子5を縦長に配置した場合よりも10mm広くなる。これにより、第一から第三の試作例よりも表示部筐体が5mmほど側頭部に近づき、装着時にテンプルを広げないと側頭部に装着できなくなる。このため、表示部筐体1の内側面で装着者の側頭部が押圧されて圧迫される不都合を生ずる。 As shown in FIG. 6 as a comparative example, when the display element 5 is arranged horizontally, the size of the display unit housing 1 is 20 mm in length, 23 mm in width, and 16 mm in height, and the width of the display unit housing 1 is large. , It is 10 mm wider than the case where the display element 5 is arranged vertically. As a result, the display housing is closer to the temporal region by about 5 mm than in the first to third prototype examples, and the temple cannot be attached to the temporal region unless the temple is opened at the time of attachment. For this reason, there is an inconvenience that the wearer's temporal region is pressed against the inner surface of the display unit housing 1.

これに対して、実施の形態のメガネ型表示装置のように表示素子5を縦長に配置し、画像回転光学素子11として、ドーブプリズム51、ウェッジプリズム61又はシート状プリズムアレイ41a、41bのうち、どれを用いた場合も、表1に示すように、表示部筐体1の内側面と装着者の側頭部との間に、2mm程度の隙間を形成することができた。そして、装着者の側頭部が圧迫される不都合を防止できることを確認できた。 On the other hand, the display element 5 is arranged vertically as in the glasses-type display device of the embodiment, and the image rotation optical element 11 is the dove prism 51, the wedge prism 61, or the sheet prism arrays 41a, 41b. In any case, as shown in Table 1, a gap of about 2 mm could be formed between the inner surface of the display housing 1 and the temporal region of the wearer. Then, it was confirmed that the inconvenience of pressing the wearer's temporal region can be prevented.

なお、上述のように、シート状プリズムアレイ41a、41bは、相対向して設けられる各シート状プリズムアレイ41a、41bの間が空隙部となっている。このため、表示部筐体1の重さを、ドーブプリズム51を用いた場合(1.9g)及びウェッジプリズム61を用いた場合(1.25g)よりも、非常に軽量(0.3g)とすることができる。 As described above, the sheet-shaped prism arrays 41a and 41b have gaps between the sheet-shaped prism arrays 41a and 41b provided so as to face each other. Therefore, the weight of the display unit housing 1 is much lighter (0.3 g) than when the dove prism 51 is used (1.9 g) and when the wedge prism 61 is used (1.25 g). can do.

(実施の形態の効果)
以上の説明から明らかなように、実施の形態のメガネ型表示装置は、装着した際に装着者のこめかみ近傍となる筐体フレーム2の位置に、表示素子5を縦長に設ける。そして、表示素子5に表示された画像を、画像回転光学素子11で回転させることで横長の中間像を形成し、導光部材22を介して装着者に視認させる。
(Effect of embodiment)
As is clear from the above description, in the glasses-type display device of the embodiment, the display element 5 is provided vertically at a position of the housing frame 2 which is close to the temple of the wearer when worn. Then, the image displayed on the display element 5 is rotated by the image rotation optical element 11 to form a horizontally long intermediate image, which is visually recognized by the wearer via the light guide member 22.

表示素子5を縦長に配置しているため、表示部筐体1を小型化でき、実施の形態のメガネ型表示装置を小型軽量化できる。また、表示部筐体1を小型化できるため、表示部筐体1が側頭部等に当接して圧迫する不都合を防止できる。また、表示素子5の表示面を光軸に対して直角に配置しているため、表示部筐体1の光軸方向の長さを短くすることができる。このため、表示部筐体1が耳と干渉する不都合を防止できるうえ、部品点数を少なくして実施の形態のメガネ型表示装置の、さらなる小型軽量化を図ることができる。 Since the display element 5 is arranged vertically, the display unit housing 1 can be miniaturized, and the glasses-type display device of the embodiment can be miniaturized and lightweight. Further, since the display unit housing 1 can be miniaturized, it is possible to prevent the inconvenience that the display unit housing 1 abuts on the temporal region or the like and presses it. Further, since the display surface of the display element 5 is arranged at a right angle to the optical axis, the length of the display unit housing 1 in the optical axis direction can be shortened. Therefore, the inconvenience that the display unit housing 1 interferes with the ear can be prevented, and the number of parts can be reduced to further reduce the size and weight of the glasses-type display device of the embodiment.

詳しく説明すると、図15は、装着者の眼と、リムRの導光部材22まで画像光を中継する光学系との位置関係を示す図である。図16は、表示部筐体1と装着者の側頭骨との位置関係を示す図である。実施の形態のメガネ型表示装置は、装着者に装着されると、図15に示すように、装着者の両方の眼900の瞳孔901を覆う角膜902の頂点に接する平面Aよりも、表示部筐体1と筐体フレーム2との接続部に接する平面Bの方が後方に位置することとなる。このときの平面Aと平面Bとの間隔は、5mm以上であることが望ましく、10mm以上であれば、さらに望ましい。 More specifically, FIG. 15 is a diagram showing a positional relationship between the wearer's eyes and an optical system that relays image light to the light guide member 22 of the rim R. FIG. 16 is a diagram showing the positional relationship between the display unit housing 1 and the wearer's temporal bone. When the spectacle-type display device of the embodiment is worn by the wearer, as shown in FIG. 15, the display unit is more than the plane A in contact with the apex of the cornea 902 covering the pupil 901 of both eyes 900 of the wearer. The plane B in contact with the connection portion between the housing 1 and the housing frame 2 is located rearward. At this time, the distance between the plane A and the plane B is preferably 5 mm or more, and more preferably 10 mm or more.

平面Bが平面Aよりも後方側に配置されることで、多少重量を有する表示部筐体1が後方側に配置されることとなり、装着者の実視野が確保(180度以上の視野を確保)できる。このため、実施の形態のメガネ型表示装置を装着した際の圧迫感を軽減できる。 By arranging the plane B on the rear side of the plane A, the display unit housing 1 having a little weight is arranged on the rear side, and the actual field of view of the wearer is secured (a field of view of 180 degrees or more is secured). )it can. Therefore, it is possible to reduce the feeling of oppression when the glasses-type display device of the embodiment is attached.

また、図16に示すように、導光部材22と表示部筐体1は、筐体フレーム2を間に挟んで離れて設けられるため、表示部筐体1の中心CPは、装着者の側頭骨800近傍に位置することとなる。これにより、表示素子5を固定している表示部筐体1が、装着者のこめかみ近傍に当接し、メガネ型表示装置の荷重が分散されるため、鼻に掛かる荷重を軽減できる。 Further, as shown in FIG. 16, since the light guide member 22 and the display unit housing 1 are provided apart with the housing frame 2 sandwiched between them, the central CP of the display unit housing 1 is on the wearer's side. It will be located near the skull 800. As a result, the display unit housing 1 fixing the display element 5 comes into contact with the vicinity of the wearer's temples, and the load of the glasses-type display device is dispersed, so that the load applied to the nose can be reduced.

なお、平面Aと平面Bとの間隔(=導光部材22と表示部筐体1との間隔)が大きいほど、実視野を確保できるため、メガネ型表示装置の装着時の圧迫感を軽減する効果が高くなる。 The larger the distance between the plane A and the plane B (= the distance between the light guide member 22 and the display unit housing 1), the more the actual field of view can be secured, so that the feeling of oppression when wearing the glasses-type display device is reduced. The effect will be higher.

ここで、中間像を形成しないことで、リレー光学系12の焦点距離を短くすることができ、筐体フレーム2を小型化して、装着時における広い視野を確保可能となる。しかし、この場合、表示素子5とリレー光学系12との間に、画像回転光学素子11を挿入する間隙部を確保困難となる。画像回転光学素子11を挿入できない場合、図8に示したように縦長に配置した表示素子5の表示画像を、横長の画像に変換することが困難となる。 Here, by not forming an intermediate image, the focal length of the relay optical system 12 can be shortened, the housing frame 2 can be miniaturized, and a wide field of view can be secured at the time of mounting. However, in this case, it becomes difficult to secure a gap between the display element 5 and the relay optical system 12 into which the image rotation optical element 11 is inserted. If the image rotating optical element 11 cannot be inserted, it becomes difficult to convert the display image of the vertically elongated display element 5 into a horizontally elongated image as shown in FIG.

実施の形態のメガネ型表示装置は、中間像を形成するように、リレー光学系12とアジャスタブル光学系13の配置を調整している。このため、表示素子5とリレー光学系12との間に、画像回転光学素子11を挿入する間隙部を確保できる。この間隙部に、画像回転光学素子11を挿入することで、表示素子5の縦長の配置を維持できるため、筐体フレーム2を小型化でき、装着時における広い視野も確保することができる。 In the glasses-type display device of the embodiment, the arrangement of the relay optical system 12 and the adjustable optical system 13 is adjusted so as to form an intermediate image. Therefore, a gap for inserting the image rotation optical element 11 can be secured between the display element 5 and the relay optical system 12. By inserting the image rotation optical element 11 into this gap, the vertically long arrangement of the display element 5 can be maintained, so that the housing frame 2 can be miniaturized and a wide field of view can be secured at the time of mounting.

また、今日において、ディスプレイが眼前にあり、直接的又はレンズを通して間接的に視認するタイプの頭部装着型表示装置が知られている。この第1のタイプの頭部装着型表示装置は、例えば両眼非透過型のVR表示をするヘッドマウントディスプレイ、又は、小型単眼型のヘッドマウントディスプレイ等として知られている。 Further, today, a head-mounted display device is known in which a display is in front of the eyes and is directly or indirectly viewed through a lens. This first type of head-mounted display device is known as, for example, a binocular non-transmissive VR display head-mounted display, a small monocular head-mounted display, or the like.

このような第1のタイプの頭部装着型表示装置は、左右2つの画像表示装置、駆動回路及び光学系を眼前に設置しており、総重量が500g以上となる場合も多い。このような重く、かつ大きな頭部装着型表示装置を長時間装着し続けることは大変苦痛である。 Such a first type head-mounted display device has two left and right image display devices, a drive circuit, and an optical system installed in front of the eyes, and often has a total weight of 500 g or more. It is very painful to keep wearing such a heavy and large head-mounted display device for a long time.

これに対して、実施の形態のメガネ型表示装置は、上述のように小型軽量化できるため、装着者に苦痛を与えることなく、長時間の装着を可能とすることができる。 On the other hand, since the glasses-type display device of the embodiment can be made smaller and lighter as described above, it can be worn for a long time without causing pain to the wearer.

また、今日において、画像表示素子に表示された画像の画像光を投射し、眼前にあるミラー又はハーフミラー等の半透過素子で反射させることで視認させるタイプの頭部装着型表示装置が知られている。この第2のタイプの頭部装着型表示装置は、画像表示素子と、ミラー又はハーフミラー等の半透過素子とを離して設置できる。このため、画像表示素子を眼球表面より後ろ側に配置することができ、眼球表面より前側の重量を軽減して、装着者の鼻への負担を軽減できる。 Further, today, a head-mounted display device of a type in which an image light of an image displayed on an image display element is projected and reflected by a semitransparent element such as a mirror or a half mirror in front of the eye to be visually recognized is known. ing. In this second type of head-mounted display device, the image display element and the semitransparent element such as a mirror or a half mirror can be installed separately. Therefore, the image display element can be arranged behind the surface of the eyeball, the weight on the front side of the surface of the eyeball can be reduced, and the burden on the wearer's nose can be reduced.

しかし、この第2のタイプの頭部装着型表示装置は、顔の横から眼前のミラー又はハーフミラー等の半透過素子に投射することから、大画面を表示させることが困難であり、視野角の小さい画面にしか表示させることができないという問題がある。 However, since this second type head-mounted display device projects from the side of the face onto a semitransparent element such as a mirror or a half mirror in front of the eyes, it is difficult to display a large screen and the viewing angle. There is a problem that it can be displayed only on a small screen.

これに対して、実施の形態のメガネ型表示装置は、中間像を形成するように、リレー光学系12とアジャスタブル光学系13の配置を調整している。このため、表示素子5とリレー光学系12との間に、画像回転光学素子11を挿入する間隙部を確保できる。この間隙部に、画像回転光学素子11を挿入することで、表示素子5の縦長の配置を維持できるため、筐体フレーム2を小型軽量化でき、装着時における広い視野も確保できる。 On the other hand, in the glasses-type display device of the embodiment, the arrangement of the relay optical system 12 and the adjustable optical system 13 is adjusted so as to form an intermediate image. Therefore, a gap for inserting the image rotation optical element 11 can be secured between the display element 5 and the relay optical system 12. By inserting the image rotation optical element 11 into this gap, the vertically long arrangement of the display element 5 can be maintained, so that the housing frame 2 can be made smaller and lighter, and a wide field of view can be secured at the time of mounting.

また、今日において、画像表示素子に表示された画像の画像光を、導光部材を介して視認するタイプの頭部装着型表示装置が知られている。この第3のタイプの頭部装着型表示装置は、例えば両眼透過型のAR表示(AR:Augmented Reality:拡張現実)をするヘッドマウントディスプレイ等である。この第3のタイプの頭部装着型表示装置は、画像表示素子に表示された画像の画像光を、コリメータレンズ又はミラーで導光部材に導光し、この導光部材を介して視認させる。このように、導光部材を介して画像光を視認させることで、視野角20度以上の画像表示が可能となり、導光部材の構造によっては、視野角60度程度の大画像表示も可能となる。 Further, today, a head-mounted display device of a type in which the image light of an image displayed on an image display element is visually recognized via a light guide member is known. This third type of head-mounted display device is, for example, a head-mounted display that displays binocular transmissive AR (AR: Augmented Reality). In this third type of head-mounted display device, the image light of the image displayed on the image display element is guided to the light guide member by a collimator lens or a mirror, and is visually recognized through the light guide member. In this way, by visually recognizing the image light through the light guide member, it is possible to display an image with a viewing angle of 20 degrees or more, and depending on the structure of the light guide member, it is possible to display a large image with a viewing angle of about 60 degrees. Become.

しかし、この第3のタイプの頭部装着型表示装置は、また、画像表示素子、コリメータレンズ、ミラー及び導光部材が一体型となった構造体を有しており、この構造体の重心が眼球表面より前に設計されている。このため、装着者の鼻に対する荷重の負担が大きくなり、長時間の装着が困難となる問題がある。 However, this third type of head-mounted display device also has a structure in which an image display element, a collimator lens, a mirror, and a light guide member are integrated, and the center of gravity of this structure is It is designed before the surface of the eyeball. For this reason, there is a problem that the load on the nose of the wearer becomes heavy and it becomes difficult to wear the wearer for a long time.

これに対して、実施の形態のメガネ型表示装置の場合、重心は表示部筐体1側となるため、装着時に鼻に掛かる負担を軽減できる。また、重心が表示部筐体1側と掛かっていても、表示部筐体1が小型軽量化されているため、耳に掛かる負担も軽減できる。このため、装着者に苦痛を与えることなく、長時間、快適な装着を可能とすることができる。 On the other hand, in the case of the glasses-type display device of the embodiment, since the center of gravity is on the display unit housing 1 side, the burden on the nose when worn can be reduced. Further, even if the center of gravity hangs on the display unit housing 1 side, the display unit housing 1 is made smaller and lighter, so that the burden on the ears can be reduced. Therefore, it is possible to comfortably wear the wearer for a long time without causing pain to the wearer.

また、第3のタイプの頭部装着型表示装置の場合、上述の構造体が、装着者の左右の周辺視野を塞ぐようになる。人間の一般的な視野は180度以上であるが、第3のタイプの頭部装着型表示装置の場合、装着時の視野を100度以下に狭くするおそれがある。 Further, in the case of the third type of head-mounted display device, the above-mentioned structure blocks the left and right peripheral visual fields of the wearer. The general human field of view is 180 degrees or more, but in the case of the third type head-mounted display device, the field of view when worn may be narrowed to 100 degrees or less.

これに対して、実施の形態のメガネ型表示装置の場合、表示部筐体1を小型化できるため、表示部筐体1及び筐体フレーム2が装着者の視野の妨げとなる不都合を防止できる。 On the other hand, in the case of the glasses-type display device of the embodiment, since the display unit housing 1 can be miniaturized, it is possible to prevent the inconvenience that the display unit housing 1 and the housing frame 2 obstruct the field of view of the wearer. ..

最後に、上述の実施の形態は、一例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことも可能である。 Finally, the embodiments described above are presented as an example and are not intended to limit the scope of the invention. This novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention.

例えば、上述の実施の形態は、本発明をメガネ型表示装置に適用した例であったが、この他、片眼用の表示装置に本発明を適用してもよい。この片眼用の表示装置は、装着者の頭部の他、例えばヘルメット又は帽子等に取り付けて使用し、又は、ゴーグル等に取り付けて使用することができる。いずれの場合も、上述と同様の効果を得ることができる。 For example, the above-described embodiment is an example in which the present invention is applied to a glasses-type display device, but the present invention may also be applied to a display device for one eye. This display device for one eye can be used by attaching it to, for example, a helmet or a hat, or by attaching it to goggles or the like, in addition to the wearer's head. In either case, the same effect as described above can be obtained.

また、画像を、両目で認識する構成としたが、これは、いずれか一方の目のみで画像を認識するようにしてもよい。この場合、画像を形成する表示素子5及び筐体フレーム2内に設けられる光学系は、いずれか一方の筐体フレーム2側に設ければよい。また、片方の目にのみ画像を写すタイプのメガネ型表示装置の場合に、例えば一方の筐体フレーム2側に画像を形成する表示素子を設け、他方の筐体フレーム2側に光学系を設ける等のように、各筐体フレーム2に対して光学系等を分散して設けてもよい。これにより、各筐体フレーム2の重さのバランスを調整できる。 Further, although the image is recognized by both eyes, the image may be recognized by only one of the eyes. In this case, the display element 5 forming the image and the optical system provided in the housing frame 2 may be provided on either side of the housing frame 2. Further, in the case of a glasses-type display device in which an image is projected only to one eye, for example, a display element for forming an image is provided on one housing frame 2 side, and an optical system is provided on the other housing frame 2 side. The optical system and the like may be dispersedly provided for each housing frame 2 as in the above. Thereby, the weight balance of each housing frame 2 can be adjusted.

また、実施の形態及び各実施の形態の変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Moreover, the embodiment and the modification of each embodiment are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

1 表示部筐体
2 筺体フレーム
5 表示素子
6 制御基板
11 画像回転光学素子
12 リレー光学系
13 アジャスタブル光学系
21 第1の反射板
22 導光部材
23 第2の反射板
400 調整部材
460 装着溝部
B ブリッジ
NP ノーズパット
M モダン
T テンプル
R リム
1 Display housing 2 Housing frame 5 Display element 6 Control board 11 Image rotation optical element 12 Relay optical system 13 Adjustable optical system 21 First reflector 22 Light guide member 23 Second reflector 400 Adjusting member 460 Mounting groove B Bridge NP Nose Pad M Modern T Temple R Rim

特許第6253763号公報Japanese Patent No. 6253763 特許第5959571号公報Japanese Patent No. 5959571 特許第6111635号公報Japanese Patent No. 6111635

Claims (8)

表示素子と、
前記表示素子で表示された画像を回転させた画像を形成する画像回転光学素子と、
前記回転された画像の中間像を、少なくとも1回形成する中間光学系と、
前記中間像に対応する画像の画像光を、装着者の目に射出する導光部材と、
を有する頭部装着型表示装置。
Display element and
An image rotating optical element that forms an image obtained by rotating an image displayed by the display element, and an image rotating optical element.
An intermediate optical system that forms an intermediate image of the rotated image at least once,
A light guide member that emits image light of an image corresponding to the intermediate image into the eyes of the wearer, and
Head-mounted display device with.
横長を正常な視認状態とする画像を表示する表示素子であり、縦長の状態で設置された表示素子と、
前記表示素子で表示された縦長の画像を回転させて横長の画像を形成する画像回転光学素子と、
前記回転された横長の画像の中間像を、少なくとも1回形成する中間光学系と、
前記中間像に対応する横長の画像の画像光を、装着者の目に射出する導光部材と、
を有する頭部装着型表示装置。
It is a display element that displays an image in which the landscape is in the normal visual state, and the display element installed in the portrait state and the display element.
An image rotating optical element that rotates a vertically long image displayed by the display element to form a horizontally long image, and an image rotating optical element.
An intermediate optical system that forms an intermediate image of the rotated landscape image at least once.
A light guide member that emits the image light of a horizontally long image corresponding to the intermediate image into the eyes of the wearer, and
Head-mounted display device with.
前記画像回転光学素子は、光を屈折する一対の屈折部材を相対向させ、平面ミラーに対して垂直となるように設けて形成されていること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の頭部装着型表示装置。
The first or second aspect of the present invention, wherein the image rotating optical element is formed by providing a pair of refracting members that refract light so as to face each other and to be perpendicular to a plane mirror. Head-mounted display device.
前記画像回転光学素子は、前記屈折部材として一対のウェッジプリズムを有すること
を特徴とする請求項3に記載の頭部装着型表示装置。
The head-mounted display device according to claim 3, wherein the image rotation optical element has a pair of wedge prisms as the refraction member.
前記画像回転光学素子は、前記屈折部材として一対のシート状プリズムアレイを有すること
を特徴とする請求項3に記載の頭部装着型表示装置。
The head-mounted display device according to claim 3, wherein the image rotating optical element has a pair of sheet-shaped prism arrays as the refracting member.
前記画像回転光学素子は、ドーブプリズムで形成されていること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の頭部装着型表示装置。
The head-mounted display device according to claim 1 or 2, wherein the image rotation optical element is formed of a dove prism.
前記表示素子は、反射光を利用しない表示素子であること
を特徴とする請求項1から請求項6のうち、いずれか一項に記載の頭部装着型表示装置。
The head-mounted display device according to any one of claims 1 to 6, wherein the display element is a display element that does not utilize reflected light.
表示素子で表示された画像を回転させた画像を画像回転光学素子で形成し、
回転させた画像の中間像を、中間光学系で少なくとも1回形成し、
前記中間像に対応する画像の画像光を、導光部材で装着者の目に射出する
表示方法。
An image obtained by rotating the image displayed by the display element is formed by the image rotation optical element.
An intermediate image of the rotated image is formed at least once in the intermediate optical system.
A display method in which the image light of an image corresponding to the intermediate image is emitted to the eyes of the wearer by a light guide member.
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