JP5104820B2 - Display device - Google Patents

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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-type display 100 has an appearance similar to that of eyeglasses, and guides it to the observer's eye E while reflecting the image display light L from the unit part U that emits the image display light L and the unit part U inside. The light guide 104 which is a board | substrate, and the flame | frame part F to which the unit part U and the light guide 104 are attached are provided.
The eyeglass-type display 100 is for the right eye and defines an XYZ coordinate system having an origin at the center of the right eye E in a state of looking far away. The Z direction is in front of the observer, the Y direction is above the observer, and the X direction (setting direction) is to the left of the observation.

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 optical system 103 that forms a virtual image to be observed, and a control unit 110 that outputs an image signal indicating an image to be a display area (Z 1 × Y 1 ) to the transmissive liquid crystal display 102.
The emission mechanism S includes a light source (not shown) and a transmissive liquid crystal display 102. Based on the image signal from the control unit 110, the transmissive liquid crystal display 102 forms an image that becomes a display region (Z 1 × Y 1 ) on a surface perpendicular to the emission direction, and emits the image display light L. To do.
The optical system 103 forms a virtual image of the observation target while reflecting or transmitting the image display light L in the display area (Z 1 × Y 1 ).

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 light guide 104 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 total reflection surface 141 disposed in front of the emission mechanism S (Z direction). It has a planar emission surface 142 arranged in front of the observer's eye E (Z direction), and a side group 143 formed between the total reflection surface 141 and the emission surface 142 by an interface with air.
The side group 143 has a quadrangular shape when viewed from the X direction (setting direction), and includes a first surface 143a and a second surface 143b facing the first surface 143a in the Z direction. The distance between the first surface 143a and the second surface 143b is W3.

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 light guide 104, first, the total reflection surface 141 reflects the image display light L in the display region (Z 1 × Y 1 ) from the optical system 103 in a substantially X direction (setting direction). The first surface 143a and the second surface 143b guide the image display light L in the display region (Z 1 × Y 1 ) to the emission surface 142 while alternately reflecting the image display light L a plurality of times. Finally, the exit surface 142 by reflecting the image display light L of the display area (Z 1 × Y 1), to the outside of the light guide 104, the image display light L of the display area (Z 1 × Y 1) Let it emit. As a result, the image display light L emitted from the emission mechanism S is guided to the observer's eye E through the light guide 104.

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-type display 100 as described above, the image display light L in the display area (Z 1 × Y 1 ) needs to be reflected by the exit surface 142 and guided to the eye E of the observer. The distance between 143a and the second surface 143b is W3, and there is a problem that the light guide 104 becomes larger and heavier.
Therefore, even if the distance between the first surface 143a and the second surface 143b is W1, a glasses-type display capable of guiding the image display light L in the display area (Z 1 × Y 1 ) to the eye E of the observer. (For example, see Patent Document 1). FIG. 8 is an optical path diagram showing another example of a conventional glasses-type display worn on the observer's head, and FIG. 9 is an enlarged view of B shown in FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing similar to the spectacles type display 100 mentioned above.

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 light guide 204 that is a substrate that guides the image display light L from the unit unit U to the observer's eye E while reflecting the inside, and a unit unit U. And a frame portion F to which the light guide 204 is attached.
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 optical system 103 that forms a virtual image to be observed, and a control unit 110 that outputs an image signal indicating an image to be a display area (Z 1 × Y 1 ) to the transmissive liquid crystal display 102.

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 light guide 204 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 total reflection surface 241 disposed in front of the emission mechanism S (Z direction). It has an emission surface 242 arranged in front of the observer's eye E (Z direction), and a side group 243 formed between the total reflection surface 241 and the emission surface 242 by an interface with air. The side group 243 has a quadrangular shape when viewed from the X direction (setting direction), and includes a first surface 243a and a second surface 243b facing the first surface 243a in the Z direction. The distance between the first surface 243a and the second surface 243b is W1. That is, the distance W1 between the first surface 243a and the second surface 243b in the light guide 204 is smaller than the distance W3 between the first surface 143a and the second surface 143b in the light guide 104.

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 emission surface 242 includes a planar first emission surface 242a, a planar second emission surface 242b, and a planar third emission surface 242c. And it arrange | positions so that it may become the 1st output surface 242a, the 2nd output surface 242b, and the 3rd output surface 242c in order in a X direction (setting direction). Further, the angle of the first emission surface 242a with respect to the Z direction, the angle of the second emission surface 242b with respect to the Z direction, and the angle of the third emission surface 242c with respect to the Z direction are arranged to be the same θd.
The first emission surface 242a reflects 30% of the luminance of the incident image display light L and transmits 70% of the luminance of the image display light L. The second emission surface 242b can reflect 50% of the luminance of the incident image display light L and transmit 50% of the luminance of the image display light L. The third emission surface 242c can reflect 100% of the luminance of the incident image display light L.

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 light guide 204, first, the total reflection surface 241 reflects the image display light L in the display region (Z 1 × Y 1 ) from the optical system 103 in a substantially X direction (setting direction). The first surface 243a and the second surface 243b guide the image display light L in the display region (Z 1 × Y 1 ) to the first emission surface 242a while alternately reflecting the image display light L a plurality of times. Therefore, the first emission surface 242a reflects 30% of the luminance of the incident image display light L and transmits 70% of the luminance of the image display light L. Further, the image display light L transmitted through the first emission surface 242 a reaches the second emission surface 242. Therefore, the second emission surface 242b reflects 50% of the luminance of the incident image display light L and transmits 50% of the luminance of the image display light L. Further, the image display light L transmitted through the second emission surface 242b reaches the third emission surface 242c. Therefore, the third emission surface 242c reflects 100% of the luminance of the incident image display light L. Thus, the image display light L in the display region (Z 1 × Y 1 ) is emitted outside the light guide 204 by the respective emission surfaces 242 a, 242 b, 242 c reflecting the image display light L. As a result, the image display light L emitted from the emission mechanism S is guided to the observer's eye E through the light guide 204.

特表２００３−５３６１０２号公報Special table 2003-536102 gazette

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 light guide 204 can be reduced in size and weight, but the transmissive liquid crystal display 102 forms an image that becomes a display region (Z 1 × Y 1 ). Display area (Z 1 × Y 1 ) is required for this purpose, and there is a problem that the emission mechanism S and the optical system 103 become larger and heavier.
In addition, the first exit surface 242a, the second exit surface 242b, and the third exit surface 242c have different transmittances of the incident image display light L, and therefore the external environment observed by the observer through the first exit surface 242a. There is a problem that the brightness, the brightness of the external environment observed by the observer via the second exit surface 242b, and the brightness of the external environment observed by the observer via the third exit surface 242c are different.
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.

本発明の一実施形態である眼鏡型ディスプレイの概略構成を示す光路図である。1 is an optical path diagram illustrating a schematic configuration of a glasses-type display that is an embodiment of the present invention. 図１に示すＡの拡大図である。It is an enlarged view of A shown in FIG. 第一状態と第二状態と第三状態とを示す図である。It is a figure which shows a 1st state, a 2nd state, and a 3rd state. 第一画像信号と第二画像信号と第三画像信号とを示す図である。It is a figure which shows a 1st image signal, a 2nd image signal, and a 3rd image signal. 観察者が視認する観察対象の虚像を示す図である。It is a figure which shows the virtual image of the observation object which an observer visually recognizes. 観察者の頭部に装着される眼鏡型ディスプレイを示す外観図である。It is an external view which shows the spectacles type display with which an observer's head is mounted | worn. 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。It is an optical path diagram which shows schematic structure of the conventional spectacles type display with which an observer's head is mounted | worn. 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の他の一例を示す光路図である。It is an optical path diagram which shows another example of schematic structure of the conventional spectacles type display with which an observer's head is mounted | worn. 図８に示すＢの拡大図である。It is an enlarged view of B shown in FIG. 本発明の一実施形態である眼鏡型ディスプレイの概略構成を示す光路図である。1 is an optical path diagram illustrating a schematic configuration of a glasses-type display that is an embodiment of the present invention. 図１０に示すＣの拡大図である。It is an enlarged view of C shown in FIG.

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 spectacles type display 100 mentioned above.
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 optical system 3 that forms a virtual image of the observation target, and outputs an image signal representing an image to be displayed area ((Z 1/3) × Y 1) on the transmission type liquid crystal display 2 And a control unit 10.

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 liquid crystal display 2. Transmissive liquid crystal display device 2, based on the image signal from the control unit 10, the display area on the plane which is perpendicular to the emission direction ((Z 1/3) × Y 1) and the image to form a composed, the image display Light L is emitted. That is, the display area of the transmissive liquid crystal display device 2 ((Z 1/3) × Y 1) has a size of 1/3 of the display area of the transmissive liquid crystal display device 102 (Z 1 × Y 1) .

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 total reflection surface 41 disposed in front of the emission mechanism S (Z direction). It has an emission surface 42 disposed in front of the observer's eye E (Z direction), and a side group 43 formed between the total reflection surface 41 and the emission surface 42 by an interface with air.
The side surface group 43 has a quadrangular shape when viewed from the X direction (setting direction), a first surface 43a, a second surface 43b facing the first surface in the Z direction, a third surface (not shown), It has three surfaces and a fourth surface (not shown) facing in the Y direction. The distance between the first surface 43a and the second surface 43b is W1. That is, the distance W1 between the first surface 43a and the second surface 43b in the light guide 4 is smaller than the distance W3 between the first surface 143a and the second surface 143b in the light guide 104.

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 emission surface 42 includes a planar first emission surface 42a, a planar second emission surface 42b, and a planar third emission surface 42c. And it arrange | positions so that it may become the 1st output surface 42a, the 2nd output surface 42b, and the 3rd output surface 42c in order in a X direction (setting direction). Furthermore, θa>θb> θc, where θa is the angle of the first exit surface 42a with respect to the Z direction, θb is the angle of the second exit surface 42b with respect to the Z direction, and θc is the angle of the third exit surface 42c with respect to the Z direction. It is arranged to become.
Further, the first emission surface 42a can be switched so as to be in either a transmission state in which the image display light L is transmitted or a reflection state in which the image display light L is reflected. Such a first emission surface 42a is made of, for example, a liquid crystal layer, and its refractive index can be changed to the same ng as that of polycarbonate and ng ′ different from that of polycarbonate.
The change in the refractive index is controlled by inputting an electric signal or the like from the control unit 10 described later through an electrode or the like. Examples of the electrode include ITO.
And both the 2nd output surface 42b and the 3rd output surface 42c are the structures similar to the 1st output surface 42a.

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 control unit 10 includes a CPU and a memory. Further, the functions processed by the CPU will be described as a block. The display control unit 10a and the emission surface control unit 10b are provided.
The exit surface controller 10 b outputs an electrical signal or the like to the exit surface 42 to control the refractive index of the exit surface 42. Specifically, as the first state, as shown in FIG. 3A, the first exit surface 42a is in a reflective state (refractive index is ng ′), and the second exit surface 42b and the third exit surface 42c Is in a transmission state (refractive index is ng) (the second emission surface 42b and the third emission surface 42c are not shown). Further, as the second state, as shown in FIG. 3 (b), the second emission surface 42b is set to the reflection state, and the first emission surface 42a and the third emission surface 42c are set to the transmission state (first emission surface). 42a and the third emission surface 42c are not shown). Further, as the third state, as shown in FIG. 3 (c), the third emission surface 42c is set to the reflective state, and the first emission surface 42a and the second emission surface 42b are set to the transmission state (first emission surface). 42a and the second emission surface 42b are not shown). Then, the first state, the second state, and the third state are sequentially repeated at a predetermined time (for example, 60 cycles per second). The predetermined time is preferably 30 cycles or more and 240 cycles or less per second.

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 display control unit 10 a controls to output an image signal to the transmissive liquid crystal display 2. Specifically, the emission surface control unit 10b is when the first state, outputs a first image signal representing an image comprising a first portion ((Z 1/3) × Y 1). That is, an image signal as shown in FIG. Also, exit surface control unit 10b is when the second state, outputs a second image signal representing an image comprising a second portion ((Z 1/3) × Y 1). That is, an image signal as shown in FIG. 4B is output. Furthermore, the exit surface control unit 10b is when the third state, outputs a third image signal representing an image comprising a third portion ((Z 1/3) × Y 1). That is, an image signal as shown in FIG. That is, the first image signal, the second image signal, and the third image signal are sequentially output at a predetermined time in accordance with the change between the first state, the second state, and the third state.
In this embodiment, when the image display light L emitted from the transmissive liquid crystal display 2 is guided to the observer's eye E by the optical system 3 and the light guide 4, the left and right sides of the image display light L are reversed. Then, the left and right image signals are output to the transmissive liquid crystal display 2 in advance.

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 display control unit 10a outputs the first image signal, so that the total reflection surface 41 has the first part (( Z 1/3) × Y 1 ) the image display light L is reflected substantially toward X direction. Then, the first surface 43a and the second surface 43 b, while reflecting a plurality of times the image display light L of the first portion ((Z 1/3) × Y 1) alternately directing the first emission surface 42a. As a result, the image display light L of the first portion is reflected by the first emission surface 42a having an angle θa with respect to the Z direction, so that the first emission angle ψa from the first emission surface 42a with respect to the Z direction. The light is emitted and guided to the eyes E of the observer.
Next, by emitting surface control unit 10b is display control unit 10a and the second state to output a second image signal, the total reflection surface 41, the second portion of the optical system 3 ((Z 1/3) × The image display light L of Y 1 ) is reflected substantially in the X direction. Then, the first surface 43a and the second surface 43 b, is transmitted through the second portion while being reflected a plurality of times alternately image display light L ((Z 1/3) × Y 1), first output surface 42a To the second exit surface 42b. As a result, the second portion of the image display light L is reflected by the second exit surface 42b having an angle θb with respect to the Z direction, thereby causing the second exit angle ψb from the second exit surface 42b to the Z direction. And is guided to the eyes E of the observer.
Moreover, by emitting surface control unit 10b is display control unit 10a and the third state to output the third image signal, the total reflection surface 41, the third portion from the optical system 3 ((Z 1/3) × Y 1 ) The image display light L of 1 ) is reflected substantially in the X direction. Then, the first surface 43a and the second surface 43 b, the third part while reflecting a plurality of times the image display light L ((Z 1/3) × Y 1) alternately, the first emission surface 42a second The light is transmitted through the emission surface 42b and guided to the third emission surface 42c. As a result, the third portion of the image display light L is reflected by the third exit surface 42c having an angle θc with respect to the Z direction, so that the third exit angle ψc with respect to the Z direction from the third exit surface 42c. And is guided to the eyes E of the observer.
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 crystal display device 2 which form small an exit mechanism S and the optical system 3 Can be made lighter and lighter.
In addition, the brightness of the external environment observed by the observer through the first output surface 42a, the brightness of the external environment observed by the observer through the second output surface 42b, and the observer observes through the third output surface 42c. The brightness of the outside world is not different.

＜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 light guide 304 that is a substrate that guides the image display light L from the unit unit U to the eye E of the observer while reflecting the inside, and a unit unit U. And a frame portion F to which the light guide 304 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 with 302, an optical system 3 that forms a virtual image of the observation target, and outputs an image signal representing an image to be displayed area ((Z 1/3) × Y 1) on the transmission type liquid crystal display device 302 And a control unit 310.

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 liquid crystal display 302. Transmission type liquid crystal display device 302, based on the image signal from the control unit 310, the display area is perpendicular plane to the emission direction ((Z 1/3) × Y 1) and the image to form a composed, the image display Light L is emitted as P-polarized light.
The light guide 304 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 total reflection surface 341 disposed in front of the emission mechanism S (Z direction). The exit surface 342 and the polarization switching surface 344 disposed in front of the observer's eye E (Z direction) and the total reflection surface 341, the exit surface 342, and the polarization switching surface 344 are formed by an interface with air. And a side group 343.

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 emission surface 342 includes a planar first emission surface 342a, a planar second emission surface 342b, and a planar third emission surface 342c.
The polarization switching surface 344 includes a planar first polarization switching surface 344a, a planar second polarization switching surface 344b, and a planar third polarization switching surface 344c.
And in order in the X direction (setting direction), the first polarization switching surface 344a, the first emission surface 342a, the second polarization switching surface 344b, the second emission surface 342b, and the third polarization switching surface 344c, It arrange | positions so that it may become the 3rd output surface 342c.
Furthermore, θa>θb> θc, where θa is the angle of the first exit surface 342a with respect to the Z direction, θb is the angle of the second exit surface 342b with respect to the Z direction, and θc is the angle of the third exit surface 342c with respect to the Z direction. It is arranged to become.

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 first emission surface 342a, the second emission surface 342b, and the third emission surface 342c reflect polarized light that reflects S-polarized (set polarization) image display light and transmits P-polarized (other than set polarization) image display light. It is a beam spirit surface.
The first polarization switching surface 344a, the second polarization switching surface 344b, and the third polarization switching surface 344c are switchable liquid crystal layers so as to be in an OFF state in which the polarization direction is changed or an ON state in which the polarization direction is not changed. It is. The change between the OFF state and the ON state is controlled by inputting an electric signal or the like from the control unit 310 described later through an electrode or the like.
Thereby, by setting the first polarization switching surface 344a to either the OFF state or the ON state, either the transmission state in which the image display light L is transmitted or the reflection state in which the image display light L is reflected by the first emission surface 342a. It can be switched to be in a state. The second polarization switching surface 344b and the third polarization switching surface 344c have the same configuration as the first polarization switching surface 344a.

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 control unit 310 includes a CPU and a memory. In addition, when the functions processed by the CPU are described in a block form, the CPU has a display control unit 10a and an exit surface control unit 310b.
The exit surface controller 310b outputs an electrical signal or the like to the polarization switching surface 344, and controls the OFF state and the ON state of the polarization switching surface 344. Specifically, as the first state, the first polarization switching surface 344a is turned off, the second polarization switching surface 344b is turned off, and the third polarization switching surface 344c is turned on. In the second state, the second polarization switching surface 344b is turned off, the first polarization switching surface 344a is turned on, and the third polarization surface 344c is turned off. Further, as the third state, the third polarization switching surface 344c is turned off, and the first polarization switching surface 344a and the second polarization switching surface 344b are turned on. Then, the first state, the second state, and the third state are sequentially repeated at a predetermined time (for example, 60 cycles per second). Note that the reflectance of the exit surface 342 that reflects the S-polarized (set polarization) image display light is not 100%, and therefore is immediately behind the exit surface 342 that attempts to reflect the S-polarized (set polarization) image display light. It is preferable that the polarization switching surface 344 disposed in is in an OFF state.

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 surface control unit 310b is set to the first state, and the display control unit 10a outputs the first image signal, so that the total reflection surface 341 has the first portion ((( Z 1/3) × Y 1 ) the image display light L is reflected substantially toward X direction. Then, the first surface 343a and second surface 343b, while reflecting a plurality of times the image display light L of the first portion ((Z 1/3) × Y 1) alternately guided to the first polarization switching surface 344a. At this time, when passing through the first polarization switching surface 344a, the P-polarized image display light L becomes S-polarized image display light L and is guided to the first emission surface 342a. As a result, the image display light L of the first portion is reflected by the first emission surface 342a having an angle θa with respect to the Z direction, so that the first emission angle ψa with respect to the Z direction from the first emission surface 342a. The light is emitted and guided to the eyes E of the observer.

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 surface control unit 310b the display control unit 10a and the second state to output a second image signal, the total reflection surface 341, second portion from the optical system 3 ((Z 1/3) × The image display light L of Y 1 ) is reflected substantially in the X direction. Then, the first surface 343a and second surface 343b, second portion while multiple reflections alternately image display light L ((Z 1/3) × Y 1), P at the first polarization switching surface 344a The polarized image display light L is guided to the second polarization switching surface 344b through the first emission surface 342a without being changed. At this time, when passing through the second polarization switching surface 344b, the P-polarized image display light L becomes S-polarized image display light L and is guided to the second emission surface 342b. As a result, the second portion of the image display light L is reflected by the second emission surface 342b having an angle θb with respect to the Z direction, so that the second emission angle ψb with respect to the Z direction from the second emission surface 342b. And is guided to the eyes E of the observer.

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 surface control unit 310b the display control unit 10a and the third state to output the third image signal, the total reflection surface 341, the third part of the optical system 3 ((Z 1/3) × Y 1 ) The image display light L of 1 ) is reflected substantially in the X direction. Then, the first surface 343a and second surface 343b, while reflecting a plurality of times the image display light L of the third part ((Z 1/3) × Y 1) alternately, the first polarization switching surface 344a first The P-polarized image display light L is not changed by the two-polarization switching surface 344b, and is passed through the first emission surface 342a and the second emission surface 342b and guided to the third polarization switching surface 344c. At this time, when passing through the third polarization switching surface 344c, the P-polarized image display light L becomes S-polarized image display light L and is guided to the third emission surface 342c. As a result, the third portion of the image display light L is reflected by the third exit surface 342c having an angle θc with respect to the Z direction, so that the third exit angle ψc with respect to the Z direction from the third exit surface 342c. And is guided to the eyes E of the observer.

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 light guide 304 by 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.
As described above, according to the spectacle type display, a portion so good by using the transmission type liquid crystal display device 302 for forming an image of ((Z 1/3) × Y 1), compact the emission mechanism S and the optical system 3 Can be made lighter and lighter.

（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 control unit 10 is configured such that when one exit surface is in a reflective state, the other exit surface is in a transmissive state. However, when one exit surface is in a reflective state, It is good also as a structure which makes only the output surface arrange | positioned in front of one output surface in a setting direction a permeation | transmission state.
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 emission surface 42 or a reflection state for reflecting it, each emission surface which is a substrate such as polycarbonate (refractive index ng) is used. Alternatively, a metal film that can be switched so as to be in either a transmissive state that transmits the image display light L or a reflective state that reflects the image display light L may be formed. Such a metal film is made of, for example, an Mg-based alloy thin film or the like, and an electric signal or the like from the control unit is input through an electrode or the like, so that the surface state is in a reflection state or a transmission state. It can be changed to any state of a non-metallic state.

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 Optical system 4, 104, 204, 304 Light guide 10, 110, 310 Control unit 42, 142, 242, 342 Exit surface 42a, 242a, 342a First exit surface 42b, 242b, 342b Second exit surface 42c, 242c, 342c Third emission surface 43a, 143a, 243a, 343a First surface 43b, 143b, 243b, 343b Second surface L Image display light E Observer eye S Emission mechanism U Unit part

Claims (6)

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. 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. 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. 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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