JP2024011111A - display device - Google Patents

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英昭 横尾
Hideaki Yokoo
伸嘉 鈴木
Nobuyoshi Suzuki
啓仁 甲斐
Hirohito Kai
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a display device that can reduce degradation of a display element due to strong light incident from an eyepiece aperture when not in use, without increasing its size in an optical axis direction.
SOLUTION: A display device has a pair of optical systems, each of which guides an image from a display element to an observer and an eye-width adjustment mechanism for moving the pair of optical systems. The pair of optical systems are changeable between a first state in which an optically effective range of the pair of optical systems is not covered by a member different from the pair of optical systems when viewed from the optical axis direction of the pair of optical systems and a second state in which at least part of the optically effective range is covered by a member different from the pair of optical systems when viewed from the optical axis direction.
SELECTED DRAWING: Figure 5
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

本発明は、主に観察者の頭部又は顔面に被せて観察者の眼前に画像を表示する表示装置に関する。 The present invention mainly relates to a display device that is placed over the viewer's head or face and displays an image in front of the viewer's eyes.

ヘッドマウントディスプレイ(HMD)では、非使用時に接眼部開口から太陽光等の強い光が入射し、表示素子の表面に集光することで表示素子が焼けて劣化するおそれがある。この現象は電子ビューファインダーを搭載したカメラにおいても問題とされており従来から対策がなされている。特許文献1には、非使用時において入射した太陽光が表示素子に集光しないように光軸方向へ接眼レンズを移動させる構成が開示されている。 In a head-mounted display (HMD), when not in use, strong light such as sunlight enters the eyepiece opening and is concentrated on the surface of the display element, which may cause the display element to burn and deteriorate. This phenomenon is also considered a problem in cameras equipped with electronic viewfinders, and countermeasures have been taken in the past. Patent Document 1 discloses a configuration in which an eyepiece is moved in the optical axis direction so that sunlight that enters the display element is not focused on the display element when the eyepiece is not in use.

特開2003-153048号公報Japanese Patent Application Publication No. 2003-153048

しかしながら、特許文献1の構成では、レンズを光軸方向へ移動させる必要があるため本体が光軸方向へ大型化してしまう。 However, in the configuration of Patent Document 1, since the lens needs to be moved in the optical axis direction, the main body becomes larger in the optical axis direction.

本発明は、光軸方向へ大型化することなく、非使用時に接眼部開口から入射する強い光による表示素子の劣化を低減可能な表示装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a display device that can reduce deterioration of a display element due to strong light incident from an eyepiece opening when not in use, without increasing the size in the optical axis direction.

本発明の一側面としての表示装置は、それぞれが表示素子からの映像を観察者に導く一対の光学系と、一対の光学系を移動させる眼幅調整機構とを有し、一対の光学系は、一対の光学系の光軸方向から見た場合に一対の光学系の光学有効範囲が一対の光学系とは異なる部材に覆われない第1状態と光軸方向から見た場合に光学有効範囲の少なくとも一部が一対の光学系とは異なる部材に覆われる第2状態とに変化可能であることを特徴とする。 A display device according to one aspect of the present invention includes a pair of optical systems, each of which guides an image from a display element to a viewer, and an interpupillary distance adjustment mechanism that moves the pair of optical systems. , the first state in which the effective optical range of the pair of optical systems is not covered by a member different from the pair of optical systems when viewed from the optical axis direction of the pair of optical systems, and the optical effective range when viewed from the optical axis direction is characterized in that it can change to a second state in which at least a portion of the pair of optical systems is covered with a member different from the pair of optical systems.

本発明によれば、光軸方向へ大型化することなく、非使用時に接眼部開口から入射する強い光による表示素子の劣化を低減可能な表示装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a display device that can reduce deterioration of a display element due to strong light incident from an eyepiece opening when not in use, without increasing the size in the optical axis direction.

本発明の実施形態に係る画像表示装置の正面側斜視図である。FIG. 1 is a front perspective view of an image display device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る画像表示装置の背面側斜視図である。FIG. 1 is a rear perspective view of an image display device according to an embodiment of the present invention. 画像表示装置の背面図である。FIG. 3 is a rear view of the image display device. 画像表示装置の図2のA―A線断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line AA in FIG. 2 of the image display device. 第1の実施形態の画像表示装置の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of an image display device according to a first embodiment. 第2の実施形態の画像表示装置の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of an image display device according to a second embodiment.

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals are given to the same members, and duplicate explanations will be omitted.

図1と図2はそれぞれ、本発明の実施形態に係る画像表示装置(表示装置)の一例であるヘッドマウントディスプレイ(以下、HMD)100の正面側斜視図と背面側斜視図である。Z軸方向は、一対の接眼光学系のそれぞれの光軸に平行な方向である。X軸方向は、一対の接眼光学系の2つの光軸中心をつなぐ方向である。Y軸方向は、X軸方向及びZ軸方向に直交する方向である。 1 and 2 are a front perspective view and a back perspective view, respectively, of a head mounted display (hereinafter referred to as HMD) 100, which is an example of an image display device (display device) according to an embodiment of the present invention. The Z-axis direction is a direction parallel to the respective optical axes of the pair of eyepiece optical systems. The X-axis direction is a direction that connects the two optical axis centers of the pair of eyepiece optical systems. The Y-axis direction is a direction perpendicular to the X-axis direction and the Z-axis direction.

HMD100は、現実空間と仮想空間をリアルタイムかつシームレスに融合させて複合現実感(Mixed Reality)や拡張現実感(Augmented Reality)を提供するビデオシースルー方式のヘッドマウントディスプレイである。HMD100は、観察者が撮像光学系を介して観察する外界像(光学像)を撮像素子により撮像し、取得した撮像画像にコンピューターグラフィック(CG)画像を重畳させた表示画像を表示素子に表示する。観察者は、接眼光学系を通して表示画像を観察することができる。HMD100において接眼光学系の光軸と撮像光学系の光軸とがずれると、観察者は表示画像に対して違和感を覚える。HMD100が光軸方向へ大型化すると、観察者は表示画像に対する違和感を覚えやすくなったり、装着時の不快感を生じたりする。接眼光学系の光軸と撮像光学系の光軸とのずれを抑制するために、HMD100を薄型化することが重要となる。また、HMD100を薄型化することで装着時の使用感を向上させることができる。HMD100は、バンド形状や眼鏡形状の装着部により観察者の頭部に装着又は顔面に被せることができる。 The HMD 100 is a video see-through head-mounted display that seamlessly fuses real space and virtual space in real time to provide mixed reality and augmented reality. The HMD 100 uses an image sensor to capture an external world image (optical image) that an observer observes through an imaging optical system, and displays a display image on the display element in which a computer graphics (CG) image is superimposed on the captured image. . An observer can observe the displayed image through the eyepiece optical system. When the optical axis of the eyepiece optical system and the optical axis of the imaging optical system are misaligned in the HMD 100, the viewer feels uncomfortable with the displayed image. When the HMD 100 increases in size in the optical axis direction, the viewer tends to feel uncomfortable with the displayed image or feel uncomfortable when wearing the HMD 100. In order to suppress misalignment between the optical axis of the eyepiece optical system and the optical axis of the imaging optical system, it is important to make the HMD 100 thinner. Furthermore, by making the HMD 100 thinner, it is possible to improve the usability when it is worn. The HMD 100 can be worn on the observer's head or placed over his or her face using a band-shaped or glasses-shaped attachment part.

HMD100は、観察者の左目と右目に対応する一対の接眼光学系(一対の光学系)10L,10Rを有する。接眼光学系10L,10Rは、外装部材20によって覆われている。接眼光学系10L,10Rにはそれぞれ、左目用と右目用に視差を持つ映像が投影され、観察者は立体映像を視聴することが可能となる。HMD100の上面には、観察者が操作する操作部材30が搭載されている。操作部材30は、装置電源のON/OFF、項目の選択、及びパラメーターの変更等に使用される。HMD100の前面には、それぞれ目的の異なる2種類のカメラユニットが二つずつ搭載されている。撮像光学系としての対物カメラユニット40L,40Rはそれぞれ、接眼光学系10L,10Rに対応し、左目用と右目用の映像を取得する。対物カメラユニット40L,40Rは、高解像度のカラー映像を撮影できるカメラであることが望ましい。位置検出カメラユニット41L,41Rは、実空間におけるHMD100の位置や姿勢を検出する。対物カメラユニット40L,40Rで取得した映像にCG画像を重畳して使用する場合、観察者の体の動きに対応して素早く投影画像を切り替える必要がある。そのため、位置検出カメラユニット41は、高フレームレートで歪みの少ない映像を取得可能なカメラであることが望ましい。 The HMD 100 has a pair of eyepiece optical systems (a pair of optical systems) 10L and 10R corresponding to the left eye and right eye of an observer. The eyepiece optical systems 10L and 10R are covered with an exterior member 20. Images with parallax for the left eye and right eye are projected onto the eyepiece optical systems 10L and 10R, respectively, allowing the viewer to view a stereoscopic image. An operating member 30 operated by an observer is mounted on the upper surface of the HMD 100. The operating member 30 is used to turn on/off the device power, select items, change parameters, and the like. Two types of camera units, each with a different purpose, are mounted on the front of the HMD 100. Objective camera units 40L and 40R as imaging optical systems correspond to eyepiece optical systems 10L and 10R, respectively, and acquire images for the left eye and right eye. It is desirable that the objective camera units 40L and 40R are cameras that can take high-resolution color images. The position detection camera units 41L and 41R detect the position and orientation of the HMD 100 in real space. When using a CG image superimposed on images acquired by the objective camera units 40L and 40R, it is necessary to quickly switch the projected image in response to the movement of the observer's body. Therefore, it is desirable that the position detection camera unit 41 be a camera that can obtain images with a high frame rate and little distortion.

図2に示されるように、HMD100は、接眼光学系10L,10Rの側面部を覆うアイカップ50L,50Rを有してもよい。アイカップ50L,50Rは、接眼光学系10L,10Rよりも観察者の側の位置に配置され、観察者の顔側面から入射した光が接眼光学系10L,10Rの表面に反射して映像の視聴を阻害することを低減する。HMD100は、通信ケーブル70によってPC等の外部通信機器やバッテリーと接続されており、接眼光学系10L,10Rの表示パネル(表示素子)に投影する映像に関するデータや電力を供給される。 As shown in FIG. 2, the HMD 100 may include eyecups 50L and 50R that cover the side surfaces of the eyepiece optical systems 10L and 10R. The eyecups 50L, 50R are placed closer to the viewer than the eyepiece optical systems 10L, 10R, and the light incident from the side of the observer's face is reflected on the surface of the eyepiece optical systems 10L, 10R to allow viewing of images. Reduces inhibition. The HMD 100 is connected to an external communication device such as a PC and a battery via a communication cable 70, and is supplied with data and power regarding images to be projected on display panels (display elements) of the eyepiece optical systems 10L and 10R.

HMD100は、観察者の瞳孔間距離に対応して接眼光学系10L,10Rの2つの光軸中心をつなぐ方向(X軸方向)における光軸間距離を調整するための眼幅調整機構(不図示)を有する。図3(a)と図3(b)はそれぞれ、HMD100の使用時において眼幅調整機構で接眼光学系10L,10Rの光軸間距離を最小にした場合と最大にした場合のHMD100の背面図である。図3に示されるように、アイカップ50L,50Rは、接眼光学系10L,10Rと一体となってX軸方向に沿って移動する。 The HMD 100 includes an interpupillary distance adjustment mechanism (not shown) for adjusting the distance between the optical axes in the direction (X-axis direction) connecting the two optical axis centers of the eyepiece optical systems 10L and 10R in accordance with the interpupillary distance of the observer. ). 3(a) and 3(b) are rear views of the HMD 100 when the distance between the optical axes of the eyepiece optical systems 10L and 10R is minimized and maximized using the interpupillary distance adjustment mechanism, respectively, when the HMD 100 is used. It is. As shown in FIG. 3, the eyecups 50L, 50R move along the X-axis direction together with the eyepiece optical systems 10L, 10R.

以下、図4を参照して、HMD100及び接眼光学系10L,10Rの内部構造について説明する。図4は、HMD100の図2のA―A線断面図である。図4では、アイカップ50L,50R、対物カメラユニット40L,40R、及び位置検出カメラユニット41L,41Rを省略している。 Hereinafter, with reference to FIG. 4, the internal structures of the HMD 100 and the eyepiece optical systems 10L and 10R will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view of the HMD 100 taken along line AA in FIG. In FIG. 4, the eyecups 50L, 50R, objective camera units 40L, 40R, and position detection camera units 41L, 41R are omitted.

接眼光学系10L,10Rは、表示パネル101で投影した映像を接眼レンズ102及び保護ガラス105を介して観察者の眼60に集光する。表示パネル101、接眼レンズ102、及び保護ガラス105は、保持枠104によって保持される。接眼光学系10L,10Rは、眼幅調整機構106に接続される。眼幅調整機構106は、接眼光学系10L,10Rが観察者の眼60L,60Rの正面に位置するように、接眼光学系10L,10Rを図中左右方向(X軸方向)へ移動させるために使用される。光線103は、表示パネル101で投影された映像が観察者の眼60に集光されるまでの接眼光学系10L,10Rの光学有効範囲を通過する光線である。ここで、光学有効範囲とは、レンズ面を通過する光線のうち、結像に寄与する光線が通過する範囲である。外装部材20のHMD100の背面側には、接眼光学系10L,10Rに対応する開口201L,201Rが形成されている。開口201L,201Rは、HMD100の使用時に光線103を遮ることのない形状で形成されている。
(第1の実施形態)
図5を参照して、アイカップを有しないHMD100における表示パネル101の劣化の低減方法について説明する。図5(a)乃至図5(c)はそれぞれ、眼幅調整機構で通常使用領域において接眼光学系10R,10Lの光軸間距離を最小にした場合、最大にした場合、非使用領域まで広げた場合のHMD100の断面図である。
The eyepiece optical systems 10L and 10R focus the image projected on the display panel 101 onto the observer's eyes 60 via the eyepiece lens 102 and the protective glass 105. The display panel 101, the eyepiece lens 102, and the protective glass 105 are held by a holding frame 104. The eyepiece optical systems 10L and 10R are connected to an interpupillary distance adjustment mechanism 106. The interpupillary distance adjustment mechanism 106 is used to move the eyepiece optical systems 10L, 10R in the left-right direction (X-axis direction) in the figure so that the eyepiece optical systems 10L, 10R are located in front of the observer's eyes 60L, 60R. used. The light ray 103 is a light ray that passes through the effective optical range of the eyepiece optical systems 10L and 10R until the image projected on the display panel 101 is focused on the observer's eye 60. Here, the optically effective range is the range through which light rays that contribute to image formation among the light rays that pass through the lens surface pass. Openings 201L and 201R corresponding to the eyepiece optical systems 10L and 10R are formed on the back side of the HMD 100 of the exterior member 20. The openings 201L and 201R are formed in a shape that does not block the light beam 103 when the HMD 100 is used.
(First embodiment)
With reference to FIG. 5, a method for reducing deterioration of the display panel 101 in the HMD 100 without an eyecup will be described. Figures 5(a) to 5(c) show that when the interpupillary distance adjustment mechanism minimizes the distance between the optical axes of the eyepiece optical systems 10R and 10L in the normally used area, and when it maximizes it, it expands to the non-used area. It is a sectional view of HMD100 in case.

図3で説明した通り、HMD100は、観察者の瞳孔間距離に対応して接眼光学系10L,10RのX軸方向における光軸間距離を変化させることができる。接眼光学系10R,10Lが図5(a)と図5(b)の間で移動可能な領域を通常使用領域(第1移動範囲)210とする。通常使用領域210内に位置する場合の接眼光学系10L,10Rの状態を第1状態とする。通常使用領域210では、光線103は遮られることなく観察者の眼60に集光される。このとき、観察者は表示パネル101で投影した映像全域を視認可能である。 As explained in FIG. 3, the HMD 100 can change the distance between the optical axes of the eyepiece optical systems 10L and 10R in the X-axis direction in accordance with the interpupillary distance of the observer. The area in which the eyepiece optical systems 10R and 10L can move between FIG. 5(a) and FIG. 5(b) is defined as a normal use area (first movement range) 210. The state of the eyepiece optical systems 10L and 10R when located within the normal use area 210 is defined as a first state. In the normal use area 210, the light beam 103 is focused on the observer's eye 60 without being interrupted. At this time, the observer can visually recognize the entire area of the image projected on the display panel 101.

接眼光学系10L,10Rが図5(b)と図5(c)の間で移動可能な領域を非使用領域(第2移動範囲)220とする。非使用領域220内に位置する場合の接眼光学系10L,10Rの状態を第2状態とする。非使用領域220では、光線103の一部は、接眼光学系10L,10Rとは異なる部材である外装部材20に設けられた遮光部202R,202Lによって遮られる。これにより、HMD100の非使用時において、接眼光学系10L,10Rの内部に外光が照射されることを防ぐことができる。そのため、表示パネル101に集光する光量を少なくし、表示パネル101の劣化を低減することができる。 The area where the eyepiece optical systems 10L and 10R can move between FIG. 5(b) and FIG. 5(c) is defined as a non-use area (second movement range) 220. The state of the eyepiece optical systems 10L and 10R when located within the non-use area 220 is defined as a second state. In the non-use area 220, a portion of the light ray 103 is blocked by light shielding parts 202R and 202L provided on the exterior member 20, which are members different from the eyepiece optical systems 10L and 10R. Thereby, when the HMD 100 is not in use, it is possible to prevent external light from being irradiated inside the eyepiece optical systems 10L, 10R. Therefore, the amount of light focused on the display panel 101 can be reduced, and deterioration of the display panel 101 can be reduced.

本実施形態では、接眼光学系10Lは、Z軸方向から見た場合に接眼光学系10Lの光学有効範囲が覆われない第1状態とZ軸方向から見た場合に接眼光学系10Lの光学有効範囲の少なくとも一部が覆われる第2状態とに変化可能である。同様に、接眼光学系10Rは、Z軸方向から見た場合に接眼光学系10Rの光学有効範囲が覆われない第1状態とZ軸方向から見た場合に接眼光学系10Rの光学有効範囲の少なくとも一部が覆われる第2状態とに変化可能である。このような構成により、光軸方向へ大型化することなく、非使用時に接眼部開口から入射する強い光による表示パネル101の劣化を低減可能なHMD100を実現することができる。 In this embodiment, the eyepiece optical system 10L has a first state in which the optically effective range of the eyepiece optical system 10L is not covered when viewed from the Z-axis direction, and a first state in which the optically effective range of the eyepiece optical system 10L is not covered when viewed from the Z-axis direction. and a second state in which at least a portion of the range is covered. Similarly, the eyepiece optical system 10R has two states: a first state in which the optically effective range of the eyepiece optical system 10R is not covered when viewed from the Z-axis direction, and a first state in which the optically effective range of the eyepiece optical system 10R is not covered when viewed from the Z-axis direction. and a second state in which at least a portion is covered. With such a configuration, it is possible to realize the HMD 100 that can reduce deterioration of the display panel 101 due to strong light incident from the eyepiece opening when not in use, without increasing the size in the optical axis direction.

なお、本実施形態では、非使用領域220では、接眼光学系10R,10Lは、接眼光学系10R,10Lの光軸間距離を広げるように移動するが、本発明はこれに限定されない。図5(d)に示されるように、Y軸方向(Z軸方向と通常使用領域210での接眼光学系10R,10Lの移動方向とに直交する方向)と平行な任意の回転軸周りに回転してもよい。図5(d)の場合でも、光線103の一部は、遮光部202R,202Lによって遮られる。これにより、HMD100の非使用時において、接眼光学系10L,10Rの内部に外光が照射されることを防ぐことができる。そのため、表示パネル101に集光する光量を少なくし、表示パネル101の劣化を低減することができる。
(第2の実施形態)
図6を参照して、アイカップ50L,50Rを有するHMD100における表示パネル101の劣化の低減方法について説明する。図6(a)乃至図6(c)はそれぞれ、眼幅調整機構で通常使用領域において接眼光学系10R,10Lの光軸間距離を最小にした場合、最大にした場合、非使用領域まで広げた場合のHMD100の断面図である。
Note that in the present embodiment, the eyepiece optical systems 10R and 10L move so as to widen the distance between the optical axes of the eyepiece optical systems 10R and 10L in the non-use area 220, but the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 5(d), rotation around an arbitrary rotation axis parallel to the Y-axis direction (direction perpendicular to the Z-axis direction and the direction of movement of the eyepiece optical systems 10R and 10L in the normal use area 210) You may. Even in the case of FIG. 5(d), a portion of the light ray 103 is blocked by the light blocking portions 202R and 202L. Thereby, when the HMD 100 is not in use, it is possible to prevent external light from being irradiated inside the eyepiece optical systems 10L, 10R. Therefore, the amount of light focused on the display panel 101 can be reduced, and deterioration of the display panel 101 can be reduced.
(Second embodiment)
With reference to FIG. 6, a method for reducing deterioration of the display panel 101 in the HMD 100 having the eyecups 50L and 50R will be described. Figures 6(a) to 6(c) show that when the interpupillary distance adjustment mechanism minimizes the distance between the optical axes of the eyepiece optical systems 10R and 10L in the normally used area, and when it maximizes it, it expands to the non-used area. It is a sectional view of HMD100 in case.

接眼光学系10R,10Lが図6(a)と図6(b)の間で移動可能な領域を通常使用領域510(第1移動範囲)とする。通常使用領域510では、接眼光学系10Lとアイカップ50Lは、一体となって移動する。同様に、接眼光学系10Rとアイカップ50Rは、一体となって駆動する。通常使用領域510では、光線103は遮られることなく観察者の眼60に集光される。このとき、観察者は、表示パネル101で投影した映像全域を視認可能である。 The area in which the eyepiece optical systems 10R and 10L can move between FIG. 6(a) and FIG. 6(b) is defined as a normal use area 510 (first movement range). In the normal use area 510, the eyepiece optical system 10L and the eyecup 50L move as one. Similarly, the eyepiece optical system 10R and the eyecup 50R are driven as one. In the normal use area 510, the light beam 103 is focused on the observer's eye 60 without being interrupted. At this time, the observer can visually recognize the entire area of the image projected on the display panel 101.

接眼光学系10R,10Lが図6(b)と図6(c)の間で移動可能な領域を非使用領域(第2移動範囲)520とする。非使用領域520では、アイカップ50L,50Rは、外装部材20に対して固定され、不動である。すなわち、接眼光学系10L,10Rのみが接眼光学系10R,10Lの光軸間距離を広げるように移動する。非使用領域520では、光線103の一部は、接眼光学系10L,10Rとは異なる部材であるアイカップ50L,50Rにそれぞれ設けられた遮光部502R,502Lによって遮られる。これにより、HMD100の非使用時において、接眼光学系10L,10Rの内部に外光が照射されることを防ぐことができる。そのため、表示パネル101に集光する光量を少なくし、表示パネル101の劣化を低減することができる。 The area in which the eyepiece optical systems 10R and 10L can move between FIG. 6(b) and FIG. 6(c) is defined as a non-use area (second movement range) 520. In the non-use area 520, the eyecups 50L and 50R are fixed to the exterior member 20 and are immovable. That is, only the eyepiece optical systems 10L and 10R move so as to widen the distance between the optical axes of the eyepiece optical systems 10R and 10L. In the non-use area 520, a portion of the light ray 103 is blocked by light shielding parts 502R and 502L provided on the eyecups 50L and 50R, respectively, which are members different from the eyepiece optical systems 10L and 10R. Thereby, when the HMD 100 is not in use, it is possible to prevent external light from being irradiated inside the eyepiece optical systems 10L, 10R. Therefore, the amount of light focused on the display panel 101 can be reduced, and deterioration of the display panel 101 can be reduced.

本実施形態では、接眼光学系10Lは、Z軸方向から見た場合に接眼光学系10Lの光学有効範囲が覆われない第1状態とZ軸方向から見た場合に接眼光学系10Lの光学有効範囲の少なくとも一部が覆われる第2状態とに変化可能である。同様に、接眼光学系10Rは、Z軸方向から見た場合に接眼光学系10Rの光学有効範囲が覆われない第1状態とZ軸方向から見た場合に接眼光学系10Rの光学有効範囲の少なくとも一部が覆われる第2状態とに変化可能である。このような構成により、光軸方向へ大型化することなく、非使用時に接眼部開口から入射する強い光による表示パネル101の劣化を低減可能なHMD100を実現することができる。 In this embodiment, the eyepiece optical system 10L has a first state in which the optically effective range of the eyepiece optical system 10L is not covered when viewed from the Z-axis direction, and a first state in which the optically effective range of the eyepiece optical system 10L is not covered when viewed from the Z-axis direction. and a second state in which at least a portion of the range is covered. Similarly, the eyepiece optical system 10R has two states: a first state in which the optically effective range of the eyepiece optical system 10R is not covered when viewed from the Z-axis direction, and a first state in which the optically effective range of the eyepiece optical system 10R is not covered when viewed from the Z-axis direction. and a second state in which at least a portion is covered. With such a configuration, it is possible to realize the HMD 100 that can reduce deterioration of the display panel 101 due to strong light incident from the eyepiece opening when not in use, without increasing the size in the optical axis direction.

なお、各実施形態において、眼幅調整機構は、観察者によって駆動するように構成されてもよいし、モーター等の駆動装置を用いて電動で駆動するように構成されてもよい。駆動装置は、制御基板によって制御され、HMD100の状態(電源ON/OFFやスリープモード等)に連動させて接眼光学系10L,10Rの移動範囲を通常使用領域と非使用領域とに切り替えるように構成されてもよい。また、各接眼光学系が第1状態であり、かつHMD100の姿勢が表示パネル101から観察者の側への方向が鉛直方向上向きとなる状態で所定時間以上維持された場合、各接眼光学系を第2状態となるように移動させてもよい。なお、表示パネル101から観察者の側への方向が鉛直方向上向きとは、厳密でなくてもよく、実質的に鉛直方向上向きであればよい。 In each embodiment, the interpupillary distance adjustment mechanism may be configured to be driven by the observer, or may be configured to be electrically driven using a driving device such as a motor. The drive device is controlled by a control board and is configured to switch the movement range of the eyepiece optical systems 10L and 10R between a normally used area and a non-used area in conjunction with the state of the HMD 100 (power ON/OFF, sleep mode, etc.). may be done. Further, if each eyepiece optical system is in the first state and the attitude of the HMD 100 is maintained in a state where the direction from the display panel 101 toward the viewer is vertically upward for a predetermined time or more, each eyepiece optical system is in the first state. It may be moved to the second state. Note that the direction from the display panel 101 toward the viewer does not necessarily have to be strictly vertically upward, as long as it is substantially vertically upward.

また、通常使用領域と非使用領域との間にロック機構を設けることで、接眼光学系10L,10Rの移動範囲に制限を設けてもよい。例えば、ロック機構は、電源ON時には接眼光学系10L,10Rが第1状態から第2状態に変化すること、及び電源OFF時に接眼光学系10L、10Rが第2状態から第1状態に変化することを制限してもよい。 Further, by providing a locking mechanism between the normally used area and the non-used area, the movement range of the eyepiece optical systems 10L and 10R may be limited. For example, the locking mechanism is such that the eyepiece optical systems 10L and 10R change from the first state to the second state when the power is turned on, and the eyepiece optical systems 10L and 10R change from the second state to the first state when the power is turned off. may be restricted.

また、接眼光学系の光学有効範囲の少なくとも一部を覆う部材の例として、接眼光学系とは異なる部材である外装部材20及びアイカップ50L,50Rを説明したが、接眼光学系よりも観察者の側の位置に配置される部材であれば他の部材でもよい。 In addition, as examples of members that cover at least part of the effective optical range of the eyepiece optical system, the exterior member 20 and the eyecups 50L and 50R, which are members different from the eyepiece optical system, have been described. Any other member may be used as long as it is placed at a position on the side of .

本実施形態の開示は、以下の構成を含む。 The disclosure of this embodiment includes the following configurations.

(構成1)
それぞれが表示素子からの映像を観察者に導く一対の光学系と、
前記一対の光学系を移動させる眼幅調整機構とを有し、
前記一対の光学系は、前記一対の光学系の光軸方向から見た場合に前記一対の光学系の光学有効範囲が前記一対の光学系とは異なる部材に覆われない第1状態と前記光軸方向から見た場合に前記光学有効範囲の少なくとも一部が前記一対の光学系とは異なる部材に覆われる第2状態とに変化可能であることを特徴とする表示装置。
(構成2)
前記一対の光学系は、前記第1状態となる第1移動範囲と前記第2状態となる第2移動範囲とを移動可能であることを特徴とする構成1に記載の表示装置。
(構成3)
前記一対の光学系は、前記一対の光学系の光軸間距離が変化するように移動することを特徴とする構成1又は2に記載の表示装置。
(構成4)
前記一対の光学系は、前記第1移動範囲では、前記一対の光学系の光軸間距離が変化するように移動し、前記第2移動範囲では、前記光軸方向と前記第1移動範囲における移動方向とに直交する方向に平行な軸周りに回転することを特徴とする構成2に記載の表示装置。
(構成5)
前記光学系と前記眼幅調整機構とを覆う外装部材を更に有し、
前記外装部材は、前記一対の光学系が前記第2状態である場合に前記光学有効範囲の少なくとも一部を覆うこと特徴とする構成1乃至4の何れか一つの構成に記載の表示装置。
(構成6)
前記一対の光学系よりも観察者の側の位置に配置されるアイカップを更に有し、
前記アイカップは、前記一対の光学系が前記第2状態である場合に前記光学有効範囲の少なくとも一部を覆うこと特徴とする構成1乃至4の何れか一つの構成に記載の表示装置。
(構成7)
前記アイカップは、前記一対の光学系が前記第1状態で移動する場合、前記一対の光学系と共に移動し、前記一対の光学系が前記第2状態で移動する場合、前記一対の光学系に対して不動であることを特徴とする構成6に記載の表示装置。
(構成8)
前記一対の光学系は、前記画像表示装置の状態に応じて前記第1状態、又は前記第2状態となるように移動することを特徴とする構成1乃至7の何れか一つの構成に記載の表示装置。
(構成9)
前記一対の光学系は、前記表示装置の電源ON時に前記第1状態となるように移動し、前記表示装置の電源OFF時に前記第2状態となるように移動することを特徴とする構成1乃至9の何れか一つの構成に記載の表示装置。
(構成10)
前記一対の光学系が前記第1状態であり、かつ前記表示装置の姿勢が前記表示素子の側から観察者の側への方向が鉛直方向上向きとなる状態で所定時間以上維持された場合、前記一対の光学系は前記第2状態となるように移動することを特徴とする構成1乃至9の何れか一つの構成に記載の表示装置。
(構成11)
前記表示装置の電源ON時に前記一対の光学系が前記第1状態から前記第2状態に変化すること、及び前記表示装置の電源OFF時に前記一対の光学系が前記第2状態から前記第1状態に変化することを制限するロック機構を更に有することを特徴とする構成1乃至10の何れか一つの構成に記載の表示装置。
(構成12)
観察者の頭部に装着可能であることを特徴とする構成1乃至11の何れか一つの構成に記載の表示装置。
(Configuration 1)
a pair of optical systems, each of which guides images from a display element to an observer;
and an interpupillary distance adjustment mechanism that moves the pair of optical systems,
The pair of optical systems has a first state in which the effective optical range of the pair of optical systems is not covered by a member different from the pair of optical systems when viewed from the optical axis direction of the pair of optical systems, and a first state in which the optical A display device characterized in that it can change to a second state in which at least a portion of the optically effective range is covered by a member different from the pair of optical systems when viewed from the axial direction.
(Configuration 2)
The display device according to configuration 1, wherein the pair of optical systems is movable between a first movement range in which the first state is set and a second movement range in which the second state is set.
(Configuration 3)
3. The display device according to configuration 1 or 2, wherein the pair of optical systems moves so that the distance between the optical axes of the pair of optical systems changes.
(Configuration 4)
In the first movement range, the pair of optical systems move such that the distance between the optical axes of the pair of optical systems changes, and in the second movement range, the distance between the optical axis direction and the first movement range is changed. The display device according to configuration 2, wherein the display device rotates around an axis parallel to a direction perpendicular to the movement direction.
(Configuration 5)
further comprising an exterior member that covers the optical system and the interpupillary distance adjustment mechanism,
5. The display device according to any one of configurations 1 to 4, wherein the exterior member covers at least a portion of the optically effective range when the pair of optical systems are in the second state.
(Configuration 6)
further comprising an eyecup located closer to the observer than the pair of optical systems,
5. The display device according to any one of configurations 1 to 4, wherein the eyecup covers at least a portion of the optically effective range when the pair of optical systems are in the second state.
(Configuration 7)
The eyecup moves together with the pair of optical systems when the pair of optical systems moves in the first state, and moves with the pair of optical systems when the pair of optical systems moves in the second state. The display device according to configuration 6, wherein the display device is immobile with respect to the display device.
(Configuration 8)
According to any one of configurations 1 to 7, the pair of optical systems moves to the first state or the second state depending on the state of the image display device. Display device.
(Configuration 9)
Configurations 1 to 1, characterized in that the pair of optical systems moves to the first state when the display device is powered on, and moves to the second state when the display device is powered off. 9. The display device according to any one of 9.
(Configuration 10)
When the pair of optical systems are in the first state and the attitude of the display device is maintained for a predetermined time or longer in a state where the direction from the display element side to the viewer side is vertically upward, the 10. The display device according to any one of configurations 1 to 9, wherein the pair of optical systems moves so as to be in the second state.
(Configuration 11)
The pair of optical systems change from the first state to the second state when the display device is powered on, and the pair of optical systems change from the second state to the first state when the display device is powered off. 11. The display device according to any one of configurations 1 to 10, further comprising a locking mechanism that restricts the display device from changing.
(Configuration 12)
The display device according to any one of configurations 1 to 11, characterized in that it can be mounted on the head of an observer.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the invention.

100 画像表示装置(表示装置)
10L,10R 接眼光学系(光学系)
101 表示パネル(表示素子)
106 眼幅調整機構
100 Image display device (display device)
10L, 10R Eyepiece optical system (optical system)
101 Display panel (display element)
106 Interpupillary distance adjustment mechanism

Claims (12)

それぞれが表示素子からの映像を観察者に導く一対の光学系と、
前記一対の光学系を移動させる眼幅調整機構とを有し、
前記一対の光学系は、前記一対の光学系の光軸方向から見た場合に前記一対の光学系の光学有効範囲が前記一対の光学系とは異なる部材に覆われない第1状態と前記光軸方向から見た場合に前記光学有効範囲の少なくとも一部が前記一対の光学系とは異なる部材に覆われる第2状態とに変化可能であることを特徴とする表示装置。
a pair of optical systems, each of which guides images from a display element to an observer;
and an interpupillary distance adjustment mechanism that moves the pair of optical systems,
The pair of optical systems has a first state in which the effective optical range of the pair of optical systems is not covered by a member different from the pair of optical systems when viewed from the optical axis direction of the pair of optical systems, and a first state in which the optical A display device characterized in that it can change to a second state in which at least a portion of the optically effective range is covered by a member different from the pair of optical systems when viewed from the axial direction.
前記一対の光学系は、前記第1状態となる第1移動範囲と前記第2状態となる第2移動範囲とを移動可能であることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。 2. The display device according to claim 1, wherein the pair of optical systems are movable between a first movement range in which the first state is achieved and a second movement range in which the second state is achieved. 前記一対の光学系は、前記一対の光学系の光軸間距離が変化するように移動することを特徴とする請求項1又は2に記載の表示装置。 3. The display device according to claim 1, wherein the pair of optical systems move so that the distance between the optical axes of the pair of optical systems changes. 前記一対の光学系は、前記第1移動範囲では、前記一対の光学系の光軸間距離が変化するように移動し、前記第2移動範囲では、前記光軸方向と前記第1移動範囲における移動方向とに直交する方向に平行な軸周りに回転することを特徴とする請求項2に記載の表示装置。 In the first movement range, the pair of optical systems move such that the distance between the optical axes of the pair of optical systems changes, and in the second movement range, the distance between the optical axis direction and the first movement range is changed. The display device according to claim 2, wherein the display device rotates around an axis parallel to a direction perpendicular to the direction of movement. 前記光学系と前記眼幅調整機構とを覆う外装部材を更に有し、
前記外装部材は、前記一対の光学系が前記第2状態である場合に前記光学有効範囲の少なくとも一部を覆うこと特徴とする請求項1又は2に記載の表示装置。
further comprising an exterior member that covers the optical system and the interpupillary distance adjustment mechanism,
3. The display device according to claim 1, wherein the exterior member covers at least a portion of the optically effective range when the pair of optical systems are in the second state.
前記一対の光学系よりも観察者の側の位置に配置されるアイカップを更に有し、
前記アイカップは、前記一対の光学系が前記第2状態である場合に前記光学有効範囲の少なくとも一部を覆うこと特徴とする請求項1又は2に記載の表示装置。
further comprising an eyecup located closer to the observer than the pair of optical systems,
3. The display device according to claim 1, wherein the eyecup covers at least a portion of the optically effective range when the pair of optical systems are in the second state.
前記アイカップは、前記一対の光学系が前記第1状態で移動する場合、前記一対の光学系と共に移動し、前記一対の光学系が前記第2状態で移動する場合、不動であることを特徴とする請求項6に記載の表示装置。 The eye cup is characterized in that it moves together with the pair of optical systems when the pair of optical systems moves in the first state, and remains stationary when the pair of optical systems moves in the second state. The display device according to claim 6. 前記一対の光学系は、前記表示装置の状態に応じて前記第1状態、又は前記第2状態となるように移動することを特徴とする請求項1又は2に記載の表示装置。 3. The display device according to claim 1, wherein the pair of optical systems moves to the first state or the second state depending on the state of the display device. 前記一対の光学系は、前記表示装置の電源ON時に前記第1状態となるように移動し、前記表示装置の電源OFF時に前記第2状態となるように移動することを特徴とする請求項1又は2に記載の表示装置。 2. The pair of optical systems move to the first state when the display device is powered on, and move to the second state when the display device is powered off. Or the display device according to 2. 前記一対の光学系が前記第1状態であり、かつ前記表示装置の姿勢が前記表示素子の側から観察者の側への方向が鉛直方向上向きとなる状態で所定時間以上維持された場合、前記一対の光学系は前記第2状態となるように移動することを特徴とする請求項1又は2に記載の表示装置。 When the pair of optical systems are in the first state and the attitude of the display device is maintained for a predetermined time or longer in a state where the direction from the display element side to the viewer side is vertically upward, the 3. The display device according to claim 1, wherein the pair of optical systems moves to the second state. 前記表示装置の電源ON時に前記一対の光学系が前記第1状態から前記第2状態に変化すること、及び前記表示装置の電源OFF時に前記一対の光学系が前記第2状態から前記第1状態に変化することを制限するロック機構を更に有することを特徴とする請求項1又は2に記載の表示装置。 The pair of optical systems change from the first state to the second state when the display device is powered on, and the pair of optical systems change from the second state to the first state when the display device is powered off. 3. The display device according to claim 1, further comprising a locking mechanism that restricts the display device from changing. 観察者の頭部に装着可能であることを特徴とする請求項1又は2に記載の表示装置。 The display device according to claim 1 or 2, wherein the display device can be mounted on the head of an observer.
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