JP5104820B2 - Display device - Google Patents
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Description
本発明は、腰のベルトや装身具等を介して身体に纏うウエアラブルコンピュータや、ナップサックやポケットに入れて携帯できる携帯電話器等の通信機器のような、卓上以外の環境で利用可能な情報機器のためのモニタに適した表示装置に関する。 The present invention relates to an information device that can be used in an environment other than a desktop, such as a wearable computer that is worn on the body via a waist belt or a jewelry, or a communication device such as a mobile phone that can be carried in a knapsack or a pocket. The present invention relates to a display device suitable for a monitor.
身体に纏う形態の情報機器用の表示装置としては、眼鏡型の形態が主流となりつつある。図6は、観察者の頭部に装着される従来の眼鏡型ディスプレイ(表示装置)を示す外観図であり、図7は、観察者の頭部に装着される従来の眼鏡型ディスプレイの概略構成を示す光路図である。
眼鏡型ディスプレイ100は、眼鏡と似た外観をしており、画像表示光Lを出射するユニット部Uと、ユニット部Uからの画像表示光Lを内部で反射させながら観察者の眼Eに導く基板であるライトガイド104と、ユニット部Uとライトガイド104とが取り付けられるフレーム部Fとを備える。
なお、眼鏡型ディスプレイ100は右眼用であり、遠方を見ている状態の右眼Eの中心に原点を有したXYZ座標系を定義する。Z方向は観察者の前方であり、Y方向は観察者の上方であり、X方向(設定方向)は観察の左方である。
As display devices for information devices that are worn on the body, eyeglass-type forms are becoming mainstream. FIG. 6 is an external view showing a conventional glasses-type display (display device) mounted on the observer's head, and FIG. 7 is a schematic configuration of a conventional glasses-type display mounted on the observer's head. FIG.
The eyeglass-
The eyeglass-
ユニット部Uは、出射方向に垂直である面に表示領域(Z1×Y1)となる画像を形成して画像表示光Lを出射する透過型液晶表示器(表示素子)102を有する出射機構Sと、観察対象の虚像を形成する光学系103と、表示領域(Z1×Y1)となる画像を示す画像信号を透過型液晶表示器102に出力する制御部110とを備える。
出射機構Sは、光源(図示せず)と、透過型液晶表示器102とを備える。透過型液晶表示器102は、制御部110からの画像信号に基づいて、出射方向に垂直である面に表示領域(Z1×Y1)となる画像を形成し、その画像表示光Lを出射する。
光学系103は、表示領域(Z1×Y1)の画像表示光Lを反射させたり透過させたりしながら、観察対象の虚像を形成する。
The unit unit U has an emission mechanism having a transmissive liquid crystal display (display element) 102 that forms an image to be a display area (Z 1 × Y 1 ) on a surface perpendicular to the emission direction and emits image display light L. S, an
The emission mechanism S includes a light source (not shown) and a transmissive
The
ライトガイド104は、ポリカーボネイト製(屈折率ng)の平板形状となり、一端部に形成され出射機構Sの前方(Z方向)に配置される平面形状の全反射面141と、他端部に形成され観察者の眼Eの前方(Z方向)に配置される平面形状の出射面142と、空気との界面によって全反射面141と出射面142との間に形成される側面群143とを有する。
側面群143は、X方向(設定方向)から見ると四角形となり、第一面143aと、第一面143aとZ方向で対向する第二面143bとを有する。第一面143aと第二面143bとの間の距離は、W3となる。
The
The side group 143 has a quadrangular shape when viewed from the X direction (setting direction), and includes a
このようなライトガイド104において、まず、全反射面141は、光学系103からの表示領域(Z1×Y1)の画像表示光Lを略X方向(設定方向)へと反射させる。そして、第一面143aと第二面143bとは、表示領域(Z1×Y1)の画像表示光Lを交互に複数回反射させながら、出射面142に導く。最後に、出射面142は、表示領域(Z1×Y1)の画像表示光Lを反射させることにより、ライトガイド104の外部に、表示領域(Z1×Y1)の画像表示光Lを出射させる。その結果、出射機構Sから出射される画像表示光Lは、ライトガイド104を介して、観察者の眼Eに導かれる。
In such a
ところが、上述したような眼鏡型ディスプレイ100では、出射面142で表示領域(Z1×Y1)の画像表示光Lを反射させて、観察者の眼Eに導く必要があるので、第一面143aと第二面143bとの間の距離は、W3となり、ライトガイド104が大型化するとともに重くなるという問題点がある。
そこで、第一面143aと第二面143bとの間の距離は、W1としても、表示領域(Z1×Y1)の画像表示光Lを観察者の眼Eに導くことができる眼鏡型ディスプレイ(表示装置)がある(例えば、特許文献1参照)。図8は、観察者の頭部に装着される従来の眼鏡型ディスプレイの他の一例を示す光路図であり、図9は、図8に示すBの拡大図である。なお、上述した眼鏡型ディスプレイ100と同様のものについては、同じ符号を付している。
However, in the glasses-
Therefore, even if the distance between the
眼鏡型ディスプレイは、画像表示光Lを出射するユニット部Uと、ユニット部Uからの画像表示光Lを内部で反射させながら観察者の眼Eに導く基板であるライトガイド204と、ユニット部Uとライトガイド204とが取り付けられるフレーム部Fとを備える。
ユニット部Uは、出射方向に垂直である面に表示領域(Z1×Y1)となる画像を形成して画像表示光Lを出射する透過型液晶表示器(表示素子)102を有する出射機構Sと、観察対象の虚像を形成する光学系103と、表示領域(Z1×Y1)となる画像を示す画像信号を透過型液晶表示器102に出力する制御部110とを備える。
The glasses-type display includes a unit unit U that emits image display light L, a
The unit unit U has an emission mechanism having a transmissive liquid crystal display (display element) 102 that forms an image to be a display area (Z 1 × Y 1 ) on a surface perpendicular to the emission direction and emits image display light L. S, an
ライトガイド204は、ポリカーボネイト製(屈折率ng)の平板形状となり、一端部に形成され出射機構Sの前方(Z方向)に配置される平面形状の全反射面241と、他端部に形成され観察者の眼Eの前方(Z方向)に配置される出射面242と、空気との界面によって全反射面241と出射面242との間に形成される側面群243とを有する。側面群243は、X方向(設定方向)から見ると四角形状となり、第一面243aと、第一面243aとZ方向で対向する第二面243bとを有する。第一面243aと第二面243bとの間の距離は、W1となる。つまり、ライトガイド204における第一面243aと第二面243bとの間の距離W1は、ライトガイド104における第一面143aと第二面143bとの間の距離W3より小さくなっている。
The
出射面242は、平面形状の第一出射面242aと、平面形状の第二出射面242bと、平面形状の第三出射面242cとを有する。そして、X方向(設定方向)において順番に、第一出射面242aと、第二出射面242bと、第三出射面242cとなるように配置されている。さらに、Z方向に対する第一出射面242aの角度と、Z方向に対する第二出射面242bの角度と、Z方向に対する第三出射面242cの角度は、同じθdとなるように配置されている。
そして、第一出射面242aは、入射した画像表示光Lの輝度の30%を反射するとともに、画像表示光Lの輝度の70%を透過することが可能となっている。そして、第二出射面242bは、入射した画像表示光Lの輝度の50%を反射するとともに、画像表示光Lの輝度の50%を透過することが可能となっている。そして、第三出射面242cは、入射した画像表示光Lの輝度の100%を反射することが可能となっている。
The
The
このようなライトガイド204において、まず、全反射面241は、光学系103からの表示領域(Z1×Y1)の画像表示光Lを略X方向(設定方向)へと反射させる。そして、第一面243aと第二面243bとは、表示領域(Z1×Y1)の画像表示光Lを交互に複数回反射させながら、第一出射面242aに導く。そこで、第一出射面242aは、入射した画像表示光Lの輝度の30%を反射するとともに、画像表示光Lの輝度の70%を透過する。また、第一出射面242aを透過した画像表示光Lは、第二出射面242に到達する。そこで、第二出射面242bは、入射した画像表示光Lの輝度の50%を反射するとともに、画像表示光Lの輝度の50%を透過する。さらに、第二出射面242bを透過した画像表示光Lは、第三出射面242cに到達する。そこで、第三出射面242cは、入射した画像表示光Lの輝度の100%を反射する。このように各出射面242a、242b、242cが画像表示光Lを反射させることにより、ライトガイド204の外部に、表示領域(Z1×Y1)の画像表示光Lを出射させる。その結果、出射機構Sから出射される画像表示光Lは、ライトガイド204を介して、観察者の眼Eに導かれる。
In such a
しかしながら、このような眼鏡型ディスプレイによれば、ライトガイド204を小型化・軽量化することができるが、透過型液晶表示器102は、表示領域(Z1×Y1)となる画像を形成するための表示面積(Z1×Y1)が必要であるので、出射機構S及び光学系103が大型化するとともに、重くなるという問題点がある。
また、第一出射面242aと第二出射面242bと第三出射面242cとは、入射した画像表示光Lの透過率が異なるため、第一出射面242aを介して観察者が観察する外界の明るさと、第二出射面242bを介して観察者が観察する外界の明るさと、第三出射面242cを介して観察者が観察する外界の明るさとが異なるという問題点がある。
そこで、本発明は、出射機構及び光学系を小型化・軽量化することができる表示装置を提供することを目的とする。
However, according to such a glasses-type display, the
In addition, the
Therefore, an object of the present invention is to provide a display device that can reduce the size and weight of the emission mechanism and the optical system.
上記課題を解決するためになされた本発明の表示装置は、表示領域となる画像を形成して、画像表示光を出射する表示素子を有する出射機構と、観察対象の虚像を形成するために、画像表示光を反射又は透過させる光学系と、第一面と、当該第一面と対向する第二面と、観察者の眼の前方に配置される出射面とを有し、前記第一面及び/又は第二面で光学系からの画像表示光を設定方向へと反射させながら出射面に導き、前記出射面から画像表示光を観察者の眼に導くライトガイドと、前記表示素子に画像信号を出力する制御部とを備える表示装置であって、前記出射面は、前記設定方向において順番に第一出射面と第二出射面とを有し、かつ、前記第一面及び第二面に垂直となる方向に対する各出射面の角度は、前記設定方向に進むに従って順番に小さくなっていくように配置され、前記第一出射面で画像表示光を透過させる透過状態か反射させる反射状態かのいずれかの状態となるように切替可能であるとともに、前記第二出射面で画像表示光を反射させる反射状態と少なくともすることが可能であり、前記制御部は、前記第一出射面で反射させる反射状態とする第一状態としたときには、前記表示素子に第一部分となる画像を示す第一画像信号を出力し、前記第一出射面で透過させる透過状態とするととともに、前記第二出射面で反射させる反射状態とする第二状態としたときには、前記表示素子に第二部分となる画像を示す第二画像信号を出力し、かつ、前記第一状態と第二状態とを設定時間間隔で繰り返すようにしている。 In order to solve the above problems, the display device of the present invention forms an image serving as a display region, and includes an emission mechanism having a display element that emits image display light, and a virtual image of an observation target. An optical system that reflects or transmits image display light; a first surface; a second surface that faces the first surface; and an exit surface that is disposed in front of an observer's eye; And / or a light guide for reflecting the image display light from the optical system on the second surface to the exit surface while reflecting it in the setting direction, and a light guide for guiding the image display light from the exit surface to the eyes of the observer, and an image on the display element. And a control unit that outputs a signal, wherein the emission surface has a first emission surface and a second emission surface in order in the setting direction, and the first surface and the second surface. The angle of each exit surface with respect to the direction perpendicular to the The second emission is arranged so as to become smaller in order and can be switched to either a transmission state in which image display light is transmitted or a reflection state in which reflection is performed on the first emission surface. A reflective state in which image display light is reflected by a surface, and when the control unit is in a first state in which the image display light is reflected by the first light exit surface, When the first image signal indicating the resulting image is output and the second output state is set to the transmission state in which the first output signal is transmitted and the reflection state is set to reflect on the second emission surface, A second image signal indicating an image that is a two-part image is output, and the first state and the second state are repeated at set time intervals.
ここで、「設定時間間隔」とは、第一部分と第二部分とが合成された画像表示光が観察者の眼で認識される任意の時間間隔のこといい、例えば、1秒間で60サイクルと設定されることになる。
本発明の表示装置によれば、ライトガイドの出射面は、透過状態か反射状態かに切替可能となる第一出射面と、反射状態と少なくともなる第二出射面とを少なくとも有する。そして、設定方向において順番に第一出射面と第二出射面とを有し、かつ、第一面及び第二面に垂直となる方向に対する各出射面の角度は、設定方向において順番に進めば進むほど小さくなっていくように配置されている。
そして、制御部は、第一出射面を反射状態とする第一状態としたときには、表示素子に第一部分となる画像を示す第一画像信号を出力する。また、第一出射面を透過状態とするととともに、第二出射面を反射状態とする第二状態としたときには、表示素子に第二部分となる画像を示す第二画像信号を出力する。
これにより、第一状態と第二状態とが設定時間間隔で繰り返されて、各出射面は、各部分の画像表示光を反射させることにより、ライトガイドの外部に、第一部分の画像表示光と第二部分の画像表示光とを出射させる。その結果、第一部分と第二部分とが合成された画像表示光が、ライトガイドを介して、観察者の眼に導かれる。
Here, the “set time interval” refers to an arbitrary time interval in which the image display light obtained by combining the first portion and the second portion is recognized by the observer's eyes, for example, 60 cycles per second. Will be set.
According to the display device of the present invention, the exit surface of the light guide has at least a first exit surface that can be switched between a transmission state and a reflection state, and a second exit surface that is at least in the reflection state. If the angle of each emission surface with respect to the direction perpendicular to the first surface and the second surface has the first emission surface and the second emission surface in order in the setting direction, It is arranged so that it gets smaller as it goes on.
Then, when the control unit is in the first state in which the first emission surface is in the reflection state, the control unit outputs a first image signal indicating an image serving as the first portion to the display element. Further, when the first emission surface is set to the transmission state and the second emission surface is set to the reflection state, the second image signal indicating the image serving as the second portion is output to the display element.
As a result, the first state and the second state are repeated at set time intervals, and each exit surface reflects the image display light of each part, so that the image display light of the first part is reflected outside the light guide. The image display light of the second part is emitted. As a result, the image display light in which the first part and the second part are combined is guided to the observer's eyes via the light guide.
以上のように、本発明の表示装置によれば、一部分の画像を形成する表示素子を用いればいいので、出射機構及び光学系を小型化・軽量化することができる。 As described above, according to the display device of the present invention, it is only necessary to use a display element that forms a part of an image, so that the emission mechanism and the optical system can be reduced in size and weight.
(他の課題を解決するための手段および効果)
また、上記の発明において、前記出射面は、少なくとも2個の出射面を有し、前記制御部は、一個の出射面で反射させる反射状態とするときには、他の出射面で透過させる透過状態とするようにしてもよい。
また、上記の発明において、前記出射面は、少なくとも2個の出射面を有し、前記制御部は、一個の出射面で反射させる反射状態とするときには、前記設定方向において一個の出射面より手前に配置される出射面で透過させる透過状態とするようにしてもよい。
また、上記の発明において、少なくとも2個の出射面は、電気信号に基づいて屈折率を変化させることが可能であり、前記制御部は、前記出射面に電気信号を出力するようにしてもよい。
(Means and effects for solving other problems)
Further, in the above invention, the emission surface has at least two emission surfaces, and when the control unit is in a reflection state in which the emission surface is reflected by one emission surface, a transmission state in which the emission surface is transmitted by another emission surface; You may make it do.
Further, in the above invention, the emission surface has at least two emission surfaces, and the control unit is in front of one emission surface in the setting direction when it is in a reflection state in which the light is reflected by one emission surface. A transmission state in which the light is transmitted through the emission surface disposed in the screen may be used.
In the above invention, at least two exit surfaces may change a refractive index based on an electrical signal, and the control unit may output an electrical signal to the exit surface. .
そして、上記の発明において、少なくとも2個の出射面には、金属膜がそれぞれ形成され、各金属膜は、電気信号に基づいて反射状態か透過状態かのいずれかの状態に変化させることが可能な膜であり、前記制御部は、前記金属膜に電気信号を出力するようにしてもよい。
さらに、上記の発明において、前記光学系は、設定偏光又は設定偏光以外の画像表示光を出射し、少なくとも2個の出射面は、設定偏光の画像表示光を反射させるとともに、設定偏光以外の画像表示光を透過させる偏光ビームスピリッタ面であり、前記設定方向において各出射面の前方に、偏光切替面がそれぞれ配置され、前記偏光切替面は、電気信号に基づいて偏光方向を変化させるか変化させないかのいずれかの状態となるように切替可能であり、前記制御部は、前記偏光切替面に電気信号を出力するようにしてもよい。
ここで、「設定偏光」とは、任意の一方向の偏光のこといい、例えば、S偏光としたり、P偏光としたりすることができる。
In the above invention, metal films are respectively formed on at least two emission surfaces, and each metal film can be changed to a reflection state or a transmission state based on an electric signal. The control unit may output an electric signal to the metal film.
Furthermore, in the above invention, the optical system emits image display light other than the set polarization or the set polarization, and at least two emission surfaces reflect the image display light of the set polarization and an image other than the set polarization. A polarization beam splitter surface that transmits display light, and a polarization switching surface is disposed in front of each exit surface in the setting direction, and the polarization switching surface changes or changes the polarization direction based on an electrical signal. The control unit may output an electrical signal to the polarization switching surface.
Here, “setting polarization” refers to polarization in any one direction, and can be, for example, S-polarized light or P-polarized light.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below, and it goes without saying that various aspects are included without departing from the spirit of the present invention.
<第一実施形態>
図1は、本発明の一実施形態である眼鏡型ディスプレイ(表示装置)の概略構成を示す光路図であり、図2は、図1に示すAの拡大図である。なお、上述した眼鏡型ディスプレイ100と同様のものについては、同じ符号を付している。
眼鏡型ディスプレイは、画像表示光Lを出射するユニット部Uと、ユニット部Uからの画像表示光Lを内部で反射させながら観察者の眼Eに導く基板であるライトガイド4と、ユニット部Uとライトガイド4とが取り付けられるフレーム部Fとを備える。
ユニット部Uは、出射方向に垂直である面に表示領域((Z1/3)×Y1)となる画像を形成して、画像表示光Lを出射する透過型液晶表示器(表示素子)2を有する出射機構Sと、観察対象の虚像を形成する光学系3と、表示領域((Z1/3)×Y1)となる画像を示す画像信号を透過型液晶表示器2に出力する制御部10とを備える。
<First embodiment>
FIG. 1 is an optical path diagram showing a schematic configuration of a glasses-type display (display device) according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of A shown in FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing similar to the
The eyeglass-type display includes a unit unit U that emits image display light L, a light guide 4 that is a substrate that guides the image display light L from the unit unit U to the observer's eye E, and a unit unit U. And a frame portion F to which the light guide 4 is attached.
Unit portion U is displayed on a perpendicular plane to the emission direction region to form ((Z 1/3) × Y 1) and composed image, a transmission type liquid crystal display device for emitting image display light L (Display device) an emission mechanism S having 2, an
出射機構Sは、光源(図示せず)と、透過型液晶表示器2とを備える。透過型液晶表示器2は、制御部10からの画像信号に基づいて、出射方向に垂直である面に表示領域((Z1/3)×Y1)となる画像を形成し、その画像表示光Lを出射する。つまり、透過型液晶表示器2の表示面積((Z1/3)×Y1)は、透過型液晶表示器102の表示面積(Z1×Y1)の1/3の大きさとなっている。
The emission mechanism S includes a light source (not shown) and a transmissive
ライトガイド4は、ポリカーボネイト製(屈折率ng)の平板形状となり、一端部に形成され出射機構Sの前方(Z方向)に配置される平面形状の全反射面41と、他端部に形成され観察者の眼Eの前方(Z方向)に配置される出射面42と、空気との界面によって全反射面41と出射面42との間に形成される側面群43とを有する。
側面群43は、X方向(設定方向)から見ると四角形状となり、第一面43aと、第一面とZ方向で対向する第二面43bと、第三面(図示せず)と、第三面とY方向で対向する第四面(図示せず)とを有する。第一面43aと第二面43bとの間の距離は、W1となる。つまり、ライトガイド4における第一面43aと第二面43bとの間の距離W1は、ライトガイド104における第一面143aと第二面143bとの間の距離W3より小さくなっている。
The light guide 4 has a flat plate shape made of polycarbonate (refractive index ng), is formed at one end and is formed at the other end with a planar
The side surface group 43 has a quadrangular shape when viewed from the X direction (setting direction), a
出射面42は、平面形状の第一出射面42aと、平面形状の第二出射面42bと、平面形状の第三出射面42cとを有する。そして、X方向(設定方向)において順番に、第一出射面42aと、第二出射面42bと、第三出射面42cとなるように配置されている。さらに、Z方向に対する第一出射面42aの角度をθaとし、Z方向に対する第二出射面42bの角度をθbとし、Z方向に対する第三出射面42cの角度をθcとすると、θa>θb>θcとなるように配置されている。
また、第一出射面42aは、画像表示光Lを透過させる透過状態か反射させる反射状態かのいずれかの状態となるように切替可能となっている。このような第一出射面42aは、例えば、液晶層からなり、その屈折率を、ポリカーボネイトと同じngと、ポリカーボネイトと異なるng’とに変化させることができるようになっている。
屈折率の変化は、後述する制御部10からの電気信号等を電極等を介して入力されることによって制御されるようになっている。電極としては、例えばITO等が挙げられる。
そして、第二出射面42bと第三出射面42cとも、第一出射面42aと同様な構成となっている。
The
Further, the
The change in the refractive index is controlled by inputting an electric signal or the like from the
And both the
制御部10は、CPUとメモリとを備える。また、CPUが処理する機能をブロック化して説明すると、表示制御部10aと出射面制御部10bとを有する。
出射面制御部10bは、出射面42に電気信号等を出力して、出射面42の屈折率を制御する。具体的には、第一状態として、図3(a)に示すように第一出射面42aを反射状態(屈折率をng’)とするととともに、第二出射面42bと第三出射面42cとを透過状態(屈折率をng)とする(第二出射面42bと第三出射面42cとは図示せず)。また、第二状態として、図3(b)に示すように第二出射面42bを反射状態とするととともに、第一出射面42aと第三出射面42cとを透過状態とする(第一出射面42aと第三出射面42cとは図示せず)。さらに、第三状態として、図3(c)に示すように第三出射面42cを反射状態とするととともに、第一出射面42aと第二出射面42bとを透過状態とする(第一出射面42aと第二出射面42bとは図示せず)。そして、第一状態と第二状態と第三状態とを順に所定の時間(例えば、1秒間に60サイクル)で繰り返す。なお、所定の時間は、1秒間に30サイクル以上240サイクル以下であることが好ましい。
The
The exit surface controller 10 b outputs an electrical signal or the like to the
表示制御部10aは、画像信号を透過型液晶表示器2に出力するように制御する。具体的には、出射面制御部10bが第一状態としたときには、第一部分((Z1/3)×Y1)となる画像を示す第一画像信号を出力する。つまり、図4(a)に示すような画像信号を出力する。また、出射面制御部10bが第二状態としたときには、第二部分((Z1/3)×Y1)となる画像を示す第二画像信号を出力する。つまり、図4(b)に示すような画像信号を出力する。さらに、出射面制御部10bが第三状態としたときには、第三部分((Z1/3)×Y1)となる画像を示す第三画像信号を出力する。つまり、図4(c)に示すような画像信号を出力する。すなわち、第一画像信号と第二画像信号と第三画像信号とを、第一状態と第二状態と第三状態との変化に伴って順に所定の時間で出力することになる。
なお、本実施例において、透過型液晶表示器2から出射する画像表示光Lは、光学系3及びライトガイド4により観察者の眼Eに導かれる際、画像表示光Lの左右が反転するため、透過型液晶表示器2に、予め左右が反転した画像信号を出力する。
The
In this embodiment, when the image display light L emitted from the transmissive
このような眼鏡型ディスプレイにおいて、まず、出射面制御部10bが第一状態とし表示制御部10aが第一画像信号を出力することにより、全反射面41は、光学系3からの第一部分((Z1/3)×Y1)の画像表示光Lを略X方向へと反射させる。そして、第一面43aと第二面43bとは、第一部分((Z1/3)×Y1)の画像表示光Lを交互に複数回反射させながら、第一出射面42aに導く。その結果、第一部分の画像表示光Lは、Z方向に対して角度θaである第一出射面42aで反射されることにより、第一出射面42aからZ方向に対して第一出射角度ψaで出射して、観察者の眼Eに導かれる。
次に、出射面制御部10bが第二状態とし表示制御部10aが第二画像信号を出力することにより、全反射面41は、光学系3からの第二部分((Z1/3)×Y1)の画像表示光Lを略X方向へと反射させる。そして、第一面43aと第二面43bとは、第二部分((Z1/3)×Y1)の画像表示光Lを交互に複数回反射させながら、第一出射面42aを透過させて第二出射面42bに導く。その結果、第二部分の画像表示光Lは、Z方向に対して角度θbである第二出射面42bで反射されることにより、第二出射面42bからZ方向に対して第二出射角度ψbで出射して、観察者の眼Eに導かれる。
さらに、出射面制御部10bが第三状態とし表示制御部10aが第三画像信号を出力することにより、全反射面41は、光学系3からの第三部分((Z1/3)×Y1)の画像表示光Lを略X方向へと反射させる。そして、第一面43aと第二面43bとは、第三部分((Z1/3)×Y1)の画像表示光Lを交互に複数回反射させながら、第一出射面42aと第二出射面42bとを透過させて第三出射面42cに導く。その結果、第三部分の画像表示光Lは、Z方向に対して角度θcである第三出射面42cで反射されることにより、第三出射面42cからZ方向に対して第三出射角度ψcで出射して、観察者の眼Eに導かれる。
そして、第一状態と第二状態と第三状態とを順に所定の時間(例えば、1秒間に60サイクル)で繰り返すことにより、第一出射角度ψaで出射された第一部分の画像表示光Lと、第二出射角度ψbで出射された第二部分の画像表示光Lと、第三出射角度ψcで出射された第三部分の画像表示光Lとは、ライトガイド4を介して、観察者の眼Eに導かれる。その結果、第一部分と第二部分と第三部分とが合成された図5に示すような画像を観察者は視認することになる。
In such a glasses-type display, first, the exit surface control unit 10b is set to the first state, and the
Next, by emitting surface control unit 10b is
Moreover, by emitting surface control unit 10b is
Then, by repeating the first state, the second state, and the third state in order at a predetermined time (for example, 60 cycles per second), the first portion of the image display light L emitted at the first emission angle ψa The second portion of the image display light L emitted at the second emission angle ψb and the third portion of the image display light L emitted at the third emission angle ψc are transmitted through the light guide 4 to the observer. Guided to eye E. As a result, the observer visually recognizes an image as shown in FIG. 5 in which the first part, the second part, and the third part are combined.
以上のように、眼鏡型ディスプレイによれば、一部分((Z1/3)×Y1)の画像を形成する透過型液晶表示器2を用いればいいので、出射機構S及び光学系3を小型化・軽量化することができる。
また、第一出射面42aを介して観察者が観察する外界の明るさと、第二出射面42bを介して観察者が観察する外界の明るさと、第三出射面42cを介して観察者が観察する外界の明るさとが異なるということもない。
As described above, according to the spectacle type display, a portion since ((Z 1/3) × Y 1) image I by using the transmission type liquid
In addition, the brightness of the external environment observed by the observer through the
<第二実施形態>
図10は、本発明の一実施形態である眼鏡型ディスプレイ(表示装置)の概略構成を示す光路図であり、図11は、図10に示すCの拡大図である。なお、上述した第一実施形態に係る眼鏡型ディスプレイと同様のものについては、同じ符号を付している。
眼鏡型ディスプレイは、画像表示光Lを出射するユニット部Uと、ユニット部Uからの画像表示光Lを内部で反射させながら観察者の眼Eに導く基板であるライトガイド304と、ユニット部Uとライトガイド304とが取り付けられるフレーム部Fとを備える。
ユニット部Uは、出射方向に垂直である面に表示領域((Z1/3)×Y1)となる画像を形成して、画像表示光Lを出射する透過型液晶表示器(表示素子)302を有する出射機構Sと、観察対象の虚像を形成する光学系3と、表示領域((Z1/3)×Y1)となる画像を示す画像信号を透過型液晶表示器302に出力する制御部310とを備える。
<Second embodiment>
FIG. 10 is an optical path diagram showing a schematic configuration of a glasses-type display (display device) according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 is an enlarged view of C shown in FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing similar to the spectacles type display which concerns on 1st embodiment mentioned above.
The glasses-type display includes a unit unit U that emits image display light L, a
Unit portion U is displayed on a perpendicular plane to the emission direction region to form ((Z 1/3) × Y 1) and composed image, a transmission type liquid crystal display device for emitting image display light L (Display device) an emission mechanism S with 302, an
出射機構Sは、光源(図示せず)と、透過型液晶表示器302とを備える。透過型液晶表示器302は、制御部310からの画像信号に基づいて、出射方向に垂直である面に表示領域((Z1/3)×Y1)となる画像を形成し、その画像表示光LをP偏光で出射する。
ライトガイド304は、ポリカーボネイト製(屈折率ng)の平板形状となり、一端部に形成され出射機構Sの前方(Z方向)に配置される平面形状の全反射面341と、他端部に形成され観察者の眼Eの前方(Z方向)に配置される出射面342及び偏光切替面344と、空気との界面によって全反射面341と出射面342及び偏光切替面344との間に形成される側面群343とを有する。
The emission mechanism S includes a light source (not shown) and a transmissive
The
出射面342は、平面形状の第一出射面342aと、平面形状の第二出射面342bと、平面形状の第三出射面342cとを有する。
また、偏光切替面344は、平面形状の第一偏光切替面344aと、平面形状の第二偏光切替面344bと、平面形状の第三偏光切替面344cとを有する。
そして、X方向(設定方向)において順番に、第一偏光切替面344aと、第一出射面342aと、第二偏光切替面344bと、第二出射面342bと、第三偏光切替面344cと、第三出射面342cとなるように配置されている。
さらに、Z方向に対する第一出射面342aの角度をθaとし、Z方向に対する第二出射面342bの角度をθbとし、Z方向に対する第三出射面342cの角度をθcとすると、θa>θb>θcとなるように配置されている。
The
The polarization switching surface 344 includes a planar first
And in order in the X direction (setting direction), the first
Furthermore, θa>θb> θc, where θa is the angle of the
第一出射面342aと第二出射面342bと第三出射面342cとは、S偏光(設定偏光)の画像表示光を反射させるとともに、P偏光(設定偏光以外)の画像表示光を透過させる偏光ビームスピリッタ面である。
第一偏光切替面344aと第二偏光切替面344bと第三偏光切替面344cとは、偏光方向を変化させるOFF状態か変化させないON状態かのいずれかの状態となるように切替可能な液晶層である。OFF状態とON状態との変化は、後述する制御部310からの電気信号等を電極等を介して入力されることによって制御されるようになっている。
これにより、第一偏光切替面344aをOFF状態或いはON状態のいずれかの状態とすることで、第一出射面342aで画像表示光Lを透過させる透過状態か反射させる反射状態かのいずれかの状態となるように切替可能となっている。第二偏光切替面344bと第三偏光切替面344cとも、第一偏光切替面344aと同様な構成となっている。
The
The first
Thereby, by setting the first
制御部310は、CPUとメモリとを備える。また、CPUが処理する機能をブロック化して説明すると、表示制御部10aと出射面制御部310bとを有する。
出射面制御部310bは、偏光切替面344に電気信号等を出力して、偏光切替面344のOFF状態とON状態とを制御する。具体的には、第一状態として、第一偏光切替面344aをOFF状態とし、第二偏光切替面344bをOFF状態とし、第三偏光切替面344cをON状態とする。また、第二状態として、第二偏光切替面344bをOFF状態とし、第一偏光切替面344aをON状態とし、第三偏光面344cをOFF状態とする。さらに、第三状態として、第三偏光切替面344cをOFF状態とするととともに、第一偏光切替面344aと第二偏光切替面344bとをON状態とする。そして、第一状態と第二状態と第三状態とを順に所定の時間(例えば、1秒間に60サイクル)で繰り返す。なお、S偏光(設定偏光)の画像表示光を反射させる出射面342の反射率は、100%でないため、S偏光(設定偏光)の画像表示光を反射させようとする出射面342のすぐ後方に配置される偏光切替面344は、OFF状態とすることが好ましい。
The
The
このような眼鏡型ディスプレイにおいて、まず、出射面制御部310bが第一状態とし表示制御部10aが第一画像信号を出力することにより、全反射面341は、光学系3からの第一部分((Z1/3)×Y1)の画像表示光Lを略X方向へと反射させる。そして、第一面343aと第二面343bとは、第一部分((Z1/3)×Y1)の画像表示光Lを交互に複数回反射させながら、第一偏光切替面344aに導く。このとき、第一偏光切替面344aを通過する際に、P偏光の画像表示光Lは、S偏光の画像表示光Lとなり、第一出射面342aに導かれる。その結果、第一部分の画像表示光Lは、Z方向に対して角度θaである第一出射面342aで反射されることにより、第一出射面342aからZ方向に対して第一出射角度ψaで出射して、観察者の眼Eに導かれる。
In such a glasses-type display, first, the exit
次に、出射面制御部310bが第二状態とし表示制御部10aが第二画像信号を出力することにより、全反射面341は、光学系3からの第二部分((Z1/3)×Y1)の画像表示光Lを略X方向へと反射させる。そして、第一面343aと第二面343bとは、第二部分((Z1/3)×Y1)の画像表示光Lを交互に複数回反射させながら、第一偏光切替面344aでP偏光の画像表示光Lを変化させずに第一出射面342aを通過させて第二偏光切替面344bに導く。このとき、第二偏光切替面344bを通過する際に、P偏光の画像表示光Lは、S偏光の画像表示光Lとなり、第二出射面342bに導かれる。その結果、第二部分の画像表示光Lは、Z方向に対して角度θbである第二出射面342bで反射されることにより、第二出射面342bからZ方向に対して第二出射角度ψbで出射して、観察者の眼Eに導かれる。
Next, by emitting
さらに、出射面制御部310bが第三状態とし表示制御部10aが第三画像信号を出力することにより、全反射面341は、光学系3からの第三部分((Z1/3)×Y1)の画像表示光Lを略X方向へと反射させる。そして、第一面343aと第二面343bとは、第三部分((Z1/3)×Y1)の画像表示光Lを交互に複数回反射させながら、第一偏光切替面344aと第二偏光切替面344bとでP偏光の画像表示光Lを変化させずに第一出射面342aと第二出射面342bとを通過させて第三偏光切替面344cに導く。このとき、第三偏光切替面344cを通過する際に、P偏光の画像表示光Lは、S偏光の画像表示光Lとなり、第三出射面342cに導かれる。その結果、第三部分の画像表示光Lは、Z方向に対して角度θcである第三出射面342cで反射されることにより、第三出射面342cからZ方向に対して第三出射角度ψcで出射して、観察者の眼Eに導かれる。
Moreover, by emitting
そして、第一状態と第二状態と第三状態とを順に所定の時間(例えば、1秒間に60サイクル)で繰り返すことにより、第一出射角度ψaで出射された第一部分の画像表示光Lと、第二出射角度ψbで出射された第二部分の画像表示光Lと、第三出射角度ψcで出射された第三部分の画像表示光Lとは、ライトガイド304を介して、観察者の眼Eに導かれる。その結果、第一部分と第二部分と第三部分とが合成された図5に示すような画像を観察者は視認することになる。
以上のように、眼鏡型ディスプレイによれば、一部分((Z1/3)×Y1)の画像を形成する透過型液晶表示器302を用いればいいので、出射機構S及び光学系3を小型化・軽量化することができる。
Then, by repeating the first state, the second state, and the third state in order at a predetermined time (for example, 60 cycles per second), the first portion of the image display light L emitted at the first emission angle ψa The second portion of the image display light L emitted at the second emission angle ψb and the third portion of the image display light L emitted at the third emission angle ψc are transmitted through the
As described above, according to the spectacle type display, a portion so good by using the transmission type liquid
(他の実施形態)
上述した眼鏡型ディスプレイでは、制御部10は、一個の出射面を反射状態とするときには、他の出射面を透過状態とするような構成としたが、一個の出射面を反射状態とするときには、設定方向において一個の出射面より手前に配置される出射面のみを透過状態とするような構成としてもよい。
上述した眼鏡型ディスプレイは、観察者の頭部や腕等の身体や、身体に装着されるヘルメットや眼鏡等に、ヘッドセット、ベルト、バンド、クリップ等を介して装着されたり、携帯電話や腕時計等の各種携帯機器に装着されたり、手に持った状態で使用されたりしてもよい。また、観察者に装着されるヘッドマウントディスプレイのような形態に限らず、観察者の前方に設置するヘッドアップディスプレイのような形態であってもよい。
上記透過型液晶表示器は、カラーフィルタを内蔵することでカラー画像を形成するものであってもよく、カラーフィルタのないモノクロ画像を形成するものであってもよい。
また、R(赤)、G(緑)、B(青)の3色光を時分割発光する光源と、フィールドシーケンシャル駆動されてR(赤)、G(緑)、B(青)用のモノクロ画像を時分割に形成する透過型液晶表示器とを組み合わせることにより、観察対象の虚像をカラー表示してもよい。
(Other embodiments)
In the spectacles-type display described above, the
The above-described glasses-type display is mounted on the body of an observer's head and arms, a helmet or glasses worn on the body via a headset, a belt, a band, a clip, or the like, or a mobile phone or a wristwatch. It may be attached to various portable devices such as or may be used while being held in the hand. Moreover, it is not limited to a form such as a head-mounted display attached to the observer, but may be a form such as a head-up display installed in front of the observer.
The transmissive liquid crystal display may be one that forms a color image by incorporating a color filter, or one that forms a monochrome image without a color filter.
In addition, a monochrome image for R (red), G (green), and B (blue) driven by a field sequential drive with a light source that emits light of three colors R (red), G (green), and B (blue) in a time-sharing manner. In combination with a transmissive liquid crystal display that forms time-division, a virtual image to be observed may be displayed in color.
また、出射面42の画像表示光Lを透過させる透過状態か反射させる反射状態かのいずれかの状態となるように切り替える切替手段として、ポリカーボネイト(屈折率ng)等の基板である各出射面に、画像表示光Lを透過させる透過状態か反射させる反射状態かのいずれかの状態となるように切替可能である金属膜を形成してもよい。このような金属膜は、例えば、Mg系合金薄膜等からなり、制御部からの電気信号等を電極等を介して入力されることによって、表面状態を反射状態である金属状態か、透過状態である非金属状態かのいずれかの状態に変化させることができるようになっている。
Further, as a switching means for switching to either a transmission state for transmitting the image display light L on the
また、表示素子としては、画像表示光を直接に出射する自発光型表示器が用いられてもよいし、反射型表示器とその反射型表示器を照明するための素子とで構成されてもよい。
また、画像表示光を観察者の両方の眼に導くようにしてもよい。
また、上述した眼鏡型ディスプレイにおいて、X方向と設定方向とは一致するような構成を示したが、X方向と設定方向とは一致しないような構成としてもよく、Y方向と設定方向とが一致するような構成としてもよく、設定方向は任意の一方向とすることができる。
上記ライトガイドを形成する材料としては、例えば、ポリカーボネイト、ポリメタクリル酸(PMMA)、シクロオレフィン、硝材等が挙げられる。
Further, as the display element, a self-luminous display that directly emits image display light may be used, or it may be composed of a reflective display and an element for illuminating the reflective display. Good.
Further, the image display light may be guided to both eyes of the observer.
Further, in the above-described glasses-type display, the configuration in which the X direction and the setting direction match is shown, but the configuration in which the X direction and the setting direction do not match may be used, and the Y direction and the setting direction match. The setting direction may be an arbitrary direction.
Examples of the material for forming the light guide include polycarbonate, polymethacrylic acid (PMMA), cycloolefin, and glass material.
本発明は、卓上以外の環境で使用する情報機器等に利用することができる。 The present invention can be used for information equipment and the like used in an environment other than the desktop.
100 眼鏡型ディスプレイ(表示装置)
2、102、302 透過型液晶表示器(表示素子)
3、103 光学系
4、104、204、304 ライトガイド
10、110、310 制御部
42、142、242、342 出射面
42a、242a、342a 第一出射面
42b、242b、342b 第二出射面
42c、242c、342c 第三出射面
43a、143a、243a、343a 第一面
43b、143b、243b、343b 第二面
L 画像表示光
E 観察者の眼
S 出射機構
U ユニット部
100 glasses-type display (display device)
2, 102, 302 Transmission type liquid crystal display (display element)
3, 103
Claims (6)
観察対象の虚像を形成するために、画像表示光を反射又は透過させる光学系と、
第一面と、当該第一面と対向する第二面と、観察者の眼の前方に配置される出射面とを有し、前記第一面及び/又は第二面で光学系からの画像表示光を設定方向へと反射させながら出射面に導き、前記出射面から画像表示光を観察者の眼に導くライトガイドと、
前記表示素子に画像信号を出力する制御部とを備える表示装置であって、
前記出射面は、前記設定方向において順番に第一出射面と第二出射面とを有し、かつ、前記第一面及び第二面に垂直となる方向に対する各出射面の角度は、前記設定方向に進むに従って順番に小さくなっていくように配置され、前記第一出射面で画像表示光を透過させる透過状態か反射させる反射状態かのいずれかの状態となるように切替可能であるとともに、前記第二出射面で画像表示光を反射させる反射状態と少なくともすることが可能であり、
前記制御部は、前記第一出射面で反射させる反射状態とする第一状態としたときには、前記表示素子に第一部分となる画像を示す第一画像信号を出力し、
前記第一出射面で透過させる透過状態とするととともに、前記第二出射面で反射させる反射状態とする第二状態としたときには、前記表示素子に第二部分となる画像を示す第二画像信号を出力し、かつ、
前記第一状態と第二状態とを設定時間間隔で繰り返すことを特徴とする表示装置。 An emission mechanism having a display element for forming an image to be a display area and emitting image display light;
An optical system that reflects or transmits image display light to form a virtual image of an observation object;
An image from the optical system on the first surface and / or the second surface has a first surface, a second surface facing the first surface, and an exit surface disposed in front of the eyes of the observer A light guide that guides the display light from the exit surface to the observer's eyes while reflecting the display light in a set direction;
A display device including a control unit that outputs an image signal to the display element,
The emission surface has a first emission surface and a second emission surface in order in the setting direction, and an angle of each emission surface with respect to a direction perpendicular to the first surface and the second surface is the setting It is arranged so as to become smaller in order as it advances in the direction, and can be switched to be in either a transmission state in which image display light is transmitted or a reflection state in which reflection is performed on the first emission surface, It is possible to at least be in a reflective state in which image display light is reflected by the second emission surface,
The control unit outputs a first image signal indicating an image serving as a first portion to the display element when the first state is set to the reflection state to be reflected by the first emission surface,
A second image signal indicating an image serving as a second portion is displayed on the display element when the second state is a transmission state that is transmitted through the first emission surface and a reflection state that is reflected by the second emission surface. Output and
A display device, wherein the first state and the second state are repeated at set time intervals.
前記制御部は、一個の出射面で反射させる反射状態とするときには、他の出射面で透過させる透過状態とすることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。 The exit surface has at least two exit surfaces;
2. The display device according to claim 1, wherein when the control unit is in a reflection state in which the light is reflected by one emission surface, the control unit is in a transmission state in which the light is transmitted through another emission surface.
前記制御部は、一個の出射面で反射させる反射状態とするときには、前記設定方向において一個の出射面より手前に配置される出射面で透過させる透過状態とすることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。 The exit surface has at least two exit surfaces;
2. The control unit according to claim 1, wherein when the control unit is in a reflection state in which the light is reflected by a single emission surface, the control unit is in a transmission state in which the light is transmitted through an emission surface disposed in front of the single emission surface in the setting direction. The display device described.
前記制御部は、前記出射面に電気信号を出力することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の表示装置。 At least two exit surfaces can change the refractive index based on an electrical signal;
The display device according to claim 1, wherein the control unit outputs an electrical signal to the emission surface.
各金属膜は、電気信号に基づいて反射状態か透過状態かのいずれかの状態に変化させることが可能な膜であり、
前記制御部は、前記金属膜に電気信号を出力することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の表示装置。 A metal film is formed on each of at least two exit surfaces,
Each metal film is a film that can be changed to either a reflection state or a transmission state based on an electric signal,
The display device according to claim 1, wherein the control unit outputs an electrical signal to the metal film.
少なくとも2個の出射面は、設定偏光の画像表示光を反射させるとともに、設定偏光以外の画像表示光を透過させる偏光ビームスピリッタ面であり、
前記設定方向において各出射面の前方に、偏光切替面がそれぞれ配置され、
前記偏光切替面は、電気信号に基づいて偏光方向を変化させるか変化させないかのいずれかの状態となるように切替可能であり、
前記制御部は、前記偏光切替面に電気信号を出力することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の表示装置。 The optical system emits image display light other than setting polarization or setting polarization,
The at least two exit surfaces are polarization beam spirit surfaces that reflect the image display light of the set polarization and transmit the image display light other than the set polarization,
A polarization switching surface is disposed in front of each exit surface in the setting direction,
The polarization switching surface is switchable so that the polarization direction is changed or not changed based on an electric signal,
The display device according to claim 1, wherein the control unit outputs an electrical signal to the polarization switching surface.
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