JP7424888B2 - image display device - Google Patents

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JP7424888B2 JP2020059210A JP2020059210A JP7424888B2 JP 7424888 B2 JP7424888 B2 JP 7424888B2 JP 2020059210 A JP2020059210 A JP 2020059210A JP 2020059210 A JP2020059210 A JP 2020059210A JP 7424888 B2 JP7424888 B2 JP 7424888B2
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Description

本発明は、画像表示装置に関し、特に空間の奥行方向に複数の画像を重ね合わせて結像させる画像表示装置に関する。 The present invention relates to an image display device, and particularly to an image display device that superimposes and forms a plurality of images in the depth direction of space.

従来から、車両内に各種情報を表示する装置として、アイコンを点灯表示する計器盤が用いられている。また、表示する情報量の増加とともに、計器盤に画像表示装置を埋め込むことや、計器盤全体を画像表示装置で構成することも提案されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an instrument panel that displays illuminated icons has been used as a device for displaying various information in a vehicle. Additionally, as the amount of information to be displayed increases, it has also been proposed to embed an image display device in the instrument panel or to configure the entire instrument panel with an image display device.

しかし、計器盤は車両のフロントガラスより下方に位置しているため、計器盤に表示された情報を運転者が視認するには、運転中に視線を下方に移動させる必要があるため好ましくない。そこで、フロントガラスに画像を投影して、運転者が車両の前方を視認したときに情報を読み取れるようにするヘッドアップディスプレイ(以下HUD:Head Up Display)も提案されている(例えば、特許文献1を参照)。このようなHUDでは、フロントガラスの広い範囲に画像を投影するための光学装置が必要であり、光学装置の小型化および軽量化が望まれている。 However, since the instrument panel is located below the windshield of the vehicle, in order for the driver to visually check the information displayed on the instrument panel, the driver must move his line of sight downward while driving, which is not preferable. Therefore, a head-up display (hereinafter referred to as HUD) that projects an image onto the windshield so that the driver can read information when visually checking the front of the vehicle has also been proposed (for example, Patent Document 1 ). Such a HUD requires an optical device to project an image onto a wide area of the windshield, and it is desired that the optical device be made smaller and lighter.

一方で、小型の光学装置を用いて光を投影する画像表示装置としては、メガネ形状をしたヘッドマウント型のHUDが知られている(例えば、特許文献2を参照)。ヘッドマウント型のHUDでは、光源から照射された光を視聴者の眼に直接照射して、視聴者の網膜に画像を投影している。 On the other hand, as an image display device that projects light using a small optical device, a head-mounted HUD shaped like glasses is known (see, for example, Patent Document 2). A head-mounted HUD projects an image onto the viewer's retina by directly irradiating the viewer's eyes with light emitted from a light source.

特開2018-118669号公報Japanese Patent Application Publication No. 2018-118669 特表2018-528446号公報Special table 2018-528446 publication

しかし、従来のヘッドマウント型HUDでは、背景と画像を重ね合わせて表示することはできるものの、空中に結像した画像(エアリアルイメージ)の結像位置が視聴者の視野内において固定されており、表示位置の自由度が低かった。これにより、視聴者の使用用途や各個人の好みによっては、不適切な位置にエアリアルイメージが表示される場合があり、適切な画像視認体験の提供が困難であった。 However, with conventional head-mounted HUDs, although it is possible to display images superimposed on the background, the position of the image formed in the air (aerial image) is fixed within the viewer's field of view. The degree of freedom in display position was low. As a result, the aerial image may be displayed in an inappropriate position depending on the intended use of the viewer or the individual's preferences, making it difficult to provide an appropriate image viewing experience.

そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、空間中に投影する画像の位置を変更可能であり、表示位置の自由度を向上させることが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and provides an image display device that is capable of changing the position of an image projected in space and improving the degree of freedom of display position. The purpose is to

上記課題を解決するために、本発明の画像表示装置は、第1画像を照射する第1画像投影部と、前記第1画像の光を視点方向に投影する投影光学部を備えた画像表示装置であって、前記投影光学部から投影される前記第1画像の光が進行する方向と、前記視点から中心視線方向との成す角θを可変とするように、回動軸を中心として前記投影光学部を側方に回動可能に保持する回動保持部を備え、前記投影光学部は、前記第1画像投影部が照射する光の波長を選択的に反射するダイクロイックミラーを備え、前記第1画像投影部が照射した光の一部を第1方向に反射するとともに、残りの光を第2方向に透過する第1ビームスプリッタと、前記第1ビームスプリッタから前記第1方向または前記第2方向の一方に進んだ光を前記第1ビームスプリッタに反射させる反射部を備え、前記ダイクロイックミラーは、前記反射部が反射した光を空間上に結像させることを特徴とする。
In order to solve the above problems, an image display device of the present invention includes a first image projection unit that irradiates a first image, and a projection optical unit that projects light of the first image in a viewpoint direction. The projection is performed around the rotation axis so that the angle θ formed between the direction in which the light of the first image projected from the projection optical section travels and the direction of the central line of sight from the viewpoint is variable. The projection optical part includes a rotation holding part that holds the optical part so as to be rotatable laterally , and the projection optical part includes a dichroic mirror that selectively reflects the wavelength of the light emitted by the first image projection part. a first beam splitter that reflects part of the light emitted by the first image projection unit in a first direction and transmits the remaining light in a second direction; The dichroic mirror includes a reflecting section that reflects the light traveling in one direction to the first beam splitter, and the dichroic mirror forms an image in space of the light reflected by the reflecting section .

このような本発明の画像表示装置では、回動保持部で投影光学部を側方に回動可能に保持しているため、第1画像投影部から照射された第1画像の空中における投影位置を変更可能であり、表示位置の自由度を向上させることが可能となる。 In such an image display device of the present invention, since the projection optical section is held rotatably in the side by the rotation holding section, the projection position in the air of the first image irradiated from the first image projection section is fixed. can be changed, and the degree of freedom in display position can be improved.

また本発明の一態様では、前記第1画像投影部は、レーザ光を照射するレーザ光源部を備える。 Further, in one aspect of the present invention, the first image projection section includes a laser light source section that irradiates laser light.

また本発明の一態様では、前記回動保持部の回動範囲は、前記角θが-25度から+25度の範囲である。 Further, in one aspect of the present invention, the rotational range of the rotation holding portion is such that the angle θ is in a range of −25 degrees to +25 degrees.

また本発明の一態様では、前記回動保持部は、複数の回動軸を備える。 Further, in one aspect of the present invention, the rotation holding section includes a plurality of rotation shafts.

本発明では、空間中に投影する画像の位置を変更可能であり、表示位置の自由度を向上させることが可能な画像表示装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an image display device that can change the position of an image projected in space and can improve the degree of freedom of the display position.

第1実施形態に係る画像表示装置100の構成を示す模式平面図である。FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of an image display device 100 according to a first embodiment. 導波部Gの内部におけるレーザ光の伝搬を示す写真である。It is a photograph showing the propagation of laser light inside the waveguide G. 導波部Gの内部で光が奇数回反射した場合の角度による結像方向の違いを示す模式図であり、図3(a)は視聴者と反対側に導波部Gを回動させた例を示し、図3(b)は視聴者側に導波部Gを回動させた例を示している。This is a schematic diagram showing the difference in imaging direction depending on the angle when light is reflected an odd number of times inside the waveguide G, and FIG. 3(a) shows the waveguide G rotated to the side opposite to the viewer. As an example, FIG. 3(b) shows an example in which the waveguide G is rotated toward the viewer side. 導波部Gの内部で光が偶数回反射した場合の角度による結像方向の違いを示す模式図であり、図4(a)は視聴者と反対側に導波部Gを回動させた例を示し、図4(b)は視聴者側に導波部Gを回動させた例を示している。This is a schematic diagram showing the difference in the imaging direction depending on the angle when light is reflected an even number of times inside the waveguide G, and FIG. 4(a) shows the waveguide G rotated to the side opposite to the viewer. As an example, FIG. 4(b) shows an example in which the waveguide G is rotated toward the viewer side. 画像表示装置100の実施例を示す写真である。1 is a photograph showing an example of an image display device 100. 実施例において回動角度θを変化させた際に第1画像の表示位置が変化する様子を示す写真である。It is a photograph showing how the display position of the first image changes when the rotation angle θ is changed in the example. 第2実施形態に係る画像表示装置110での空中への結像を示す模式平面図である。FIG. 7 is a schematic plan view showing how an image is formed in the air by an image display device 110 according to a second embodiment. 画像表示装置110の構成例を示す模式平面図である。1 is a schematic plan view showing a configuration example of an image display device 110. FIG. 画像表示装置110において回転支持部ARMを回動させた際の結像位置の変化を示す模式斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view showing a change in the imaging position when rotating the rotation support part ARM in the image display device 110. FIG.

(第1実施形態)
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図1は、本実施形態に係る画像表示装置100の構成を示す模式平面図である。図1に示すように画像表示装置100は、第1画像投影部Sと、レンズ部Lと、導波部Gと、ケース部CSを備えている。図中において実線で示した矢印は、第1画像投影部Sから照射された光の経路を模式的に示している。また、図中において破線で示した矢印は、視聴者が水平方向の真正面を視認する方向を前方中心方向として示している。
(First embodiment)
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Identical or equivalent constituent elements, members, and processes shown in each drawing are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted as appropriate. FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of an image display device 100 according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the image display device 100 includes a first image projection section S, a lens section L, a waveguide section G, and a case section CS. The solid line arrows in the figure schematically indicate the paths of the light emitted from the first image projection section S. Moreover, the arrow shown by the broken line in the figure shows the direction in which the viewer visually recognizes the straight front in the horizontal direction as the front center direction.

ケース部CSは、各部を収容し保持する筐体である。図1に示した例では、第1画像投影部Sと、レンズ部Lと、導波部Gの一端をケース部CSの内部に収容している。また、ケース部CSは回動軸AXを回動中心として、導波部Gの一端を回動可能に保持しており、本発明における回動保持部に相当している。ケース部CSにおいて導波部Gを回動可能に保持する構造は特に限定されず、例えば導波部Gに設けられた支軸をケース部CSに設けられた軸受で軸支する構造を用いることができる。 The case part CS is a housing that accommodates and holds each part. In the example shown in FIG. 1, the first image projection section S, the lens section L, and one end of the waveguide section G are housed inside the case section CS. Further, the case portion CS rotatably holds one end of the waveguide portion G about the rotation axis AX, and corresponds to the rotation holding portion in the present invention. The structure for rotatably holding the waveguide G in the case CS is not particularly limited, and for example, a structure may be used in which a support shaft provided in the waveguide G is supported by a bearing provided in the case CS. Can be done.

導波部Gは、第1画像投影部Sから照射された光を内部で導波して、視聴者の視点方向に投影する部材であり、本発明における投影光学部に相当している。図1に示すように、導波部Gの一端は回動軸AXを回動中心として側方向に回動可能に保持されている。導波部Gに具体的な構成は限定されないが、背景(図中H1方向)を視認可能な透明材料で構成することが好ましく、ガラスや樹脂材料を用いることができる。図1に示した例では、導波部G内を伝搬する光を視点方向に取り出すための光学要素として部分反射部HMを示したが、回折格子等を用いるとしてよい。 The waveguide section G is a member that internally guides the light emitted from the first image projection section S and projects it toward the viewer's viewpoint, and corresponds to the projection optical section in the present invention. As shown in FIG. 1, one end of the waveguide G is held rotatably in the lateral direction about a rotation axis AX. Although the specific structure of the waveguide section G is not limited, it is preferable that the background (direction H1 in the figure) be made of a visible transparent material, and glass or resin material can be used. In the example shown in FIG. 1, the partial reflection section HM is shown as an optical element for extracting the light propagating within the waveguide G toward the viewpoint, but a diffraction grating or the like may be used.

反射部Mは、導波部Gの内部に設けられて光を反射する光学要素である。図1に示した例では導波部Gが平板状に形成されており、導波部Gの面内方向に対して45度の角度で反射部Mが設けられているが、反射部Mの角度は45度に限定されない。部分反射部HMは、導波部Gの内部に設けられて光の一部を反射し、残りの一部を透過する光学要素である。図1に示した例では、導波部Gの面内方向に対して45度の角度で部分反射部HMが設けられているが、部分反射部HMの角度は45度に限定されない。 The reflection section M is an optical element provided inside the waveguide section G to reflect light. In the example shown in FIG. 1, the waveguide G is formed into a flat plate shape, and the reflection part M is provided at an angle of 45 degrees with respect to the in-plane direction of the waveguide G. The angle is not limited to 45 degrees. The partial reflection section HM is an optical element provided inside the waveguide section G to reflect part of the light and transmit the remaining part. In the example shown in FIG. 1, the partial reflection section HM is provided at an angle of 45 degrees with respect to the in-plane direction of the waveguide section G, but the angle of the partial reflection section HM is not limited to 45 degrees.

第1画像投影部Sは、画像を構成する光を照射する装置であり、視聴者の目(視点)に対して画像を投影する。図1に示した例では、第1画像投影部Sはレーザ光を照射するレーザ光源部を用いており、レンズ部Lを介して導波部Gに光を入射させ、反射部Mおよび部分反射部HMで反射された光が視点方向に投影される。 The first image projection unit S is a device that irradiates light constituting an image, and projects the image to the viewer's eyes (viewpoint). In the example shown in FIG. 1, the first image projection section S uses a laser light source section that irradiates laser light, makes the light incident on the waveguide section G via the lens section L, and causes the light to enter the waveguide section G through the reflection section M and the partial reflection section S. The light reflected by portion HM is projected in the direction of the viewpoint.

レンズ部Lは、第1画像投影部Sが照射した光の経路を調整する光学要素である。レンズ部Lの具体的な構成は限定されず、レーザ光をコリメートするコリメートレンズや、凸レンズ、凹レンズ、非球面レンズ等の公知のものを用いることができる。また、レンズ部Lに複数のレンズが含まれるとしてもよい。 The lens section L is an optical element that adjusts the path of the light emitted by the first image projection section S. The specific configuration of the lens portion L is not limited, and known lenses such as a collimating lens for collimating laser light, a convex lens, a concave lens, an aspherical lens, etc. can be used. Further, the lens portion L may include a plurality of lenses.

図1に示したように画像表示装置100では、第1画像投影部Sが照射した第1画像を含む光は、レンズ部Lを介して導波部Gの一端側に入射し、反射部Mに所定角度で入射する。反射部Mに入射した光は反射され、導波部Gの内部を伝搬して部分反射部HMに入射し、部分反射部HMで再反射されて視点方向に投影され視聴者に視認される。 As shown in FIG. 1, in the image display device 100, the light including the first image emitted by the first image projection section S enters one end side of the waveguide section G via the lens section L, and is incident at a predetermined angle. The light incident on the reflection section M is reflected, propagates inside the waveguide section G, enters the partial reflection section HM, is re-reflected by the partial reflection section HM, and is projected toward the viewing point to be viewed by the viewer.

図1において導波部Gが実線で示したように視線方向H1に直角に位置する際には、反射部Mに45度で入射した光が部分反射部HMに45度で入射し、視線方向H1に沿って視点に到達する。したがって、視聴者は視線方向H1の背景と第1画像とを重ね合わせて視認する。 When the waveguide G is located perpendicular to the line of sight direction H1 as shown by the solid line in FIG. Reach the viewpoint along H1. Therefore, the viewer views the background in the line-of-sight direction H1 and the first image in a superimposed manner.

図1において導波部Gが仮想線で示したように角度θだけ回動された際には、反射部Mおよび部分反射部HMに入射する光の入射角度が変化するため、部分反射部HMから視点に投影される光は視線方向H1に対して所定角度傾斜した方向となる。したがって、視聴者は視線方向H1の背景から側方にずれた位置に第1画像を視認する。ここで、角度θの範囲としては、視聴者の視点から前方中心方向に対して左右25度の範囲(-25°≦θ≦25°)が好ましい。角度θが±25°よりも大きいと、第1画像の投影位置変化が大きくなり、背景との重ね合わせ表示での快適性を保つことが困難となる。 When the waveguide G is rotated by the angle θ as shown by the imaginary line in FIG. The light projected onto the viewpoint is in a direction inclined at a predetermined angle with respect to the line-of-sight direction H1. Therefore, the viewer visually recognizes the first image at a position shifted laterally from the background in the viewing direction H1. Here, the range of the angle θ is preferably a range of 25 degrees left and right from the viewer's viewpoint with respect to the center front direction (−25°≦θ≦25°). When the angle θ is larger than ±25°, the projection position of the first image changes greatly, making it difficult to maintain comfort in superimposed display with the background.

図2は、導波部Gの内部におけるレーザ光の伝搬を示す写真である。図中において白い破線で描かれた矩形が導波部Gの断面を示し、白い破線で描かれた矢印は導波部G外での光の進行方向を示している。図に示されたように、白い実線で描かれた円の位置に対して図中左下からレーザ光を入射させた。導波部Gの内部ではレーザ光が主面で全反射しながら右方向に伝搬し、部分反射部HMで反射された光が図中下方に照射されている。導波部Gの内部での光の伝搬は図2に示したものとなるため、図1に示したケース部CSを左右方向に回動させることで、視線方向H1と導波部Gの成す角を変更して、第1画像の視認方向を変更することができる。 FIG. 2 is a photograph showing the propagation of laser light inside the waveguide G. As shown in FIG. In the figure, a rectangle drawn with a white broken line indicates a cross section of the waveguide G, and an arrow drawn with a white broken line indicates the traveling direction of light outside the waveguide G. As shown in the figure, a laser beam was applied from the lower left of the figure to the position of the circle drawn with a solid white line. Inside the waveguide G, the laser beam propagates to the right while being totally reflected on the main surface, and the light reflected by the partial reflection section HM is irradiated downward in the figure. Since the propagation of light inside the waveguide G is as shown in FIG. 2, by rotating the case CS shown in FIG. By changing the corner, the viewing direction of the first image can be changed.

図3は、導波部Gの内部で光が奇数回反射した場合の角度による結像方向の違いを示す模式図であり、図3(a)は視聴者と反対側に導波部Gを回動させた例を示し、図3(b)は視聴者側に導波部Gを回動させた例を示している。図4は、導波部Gの内部で光が偶数回反射した場合の角度による結像方向の違いを示す模式図であり、図4(a)は視聴者と反対側に導波部Gを回動させた例を示し、図4(b)は視聴者側に導波部Gを回動させた例を示しており、θ=0度における視線方向を図中に二点鎖線で示している。 FIG. 3 is a schematic diagram showing the difference in imaging direction depending on the angle when light is reflected an odd number of times inside the waveguide G. FIG. 3(a) shows the waveguide G on the side opposite to the viewer. FIG. 3B shows an example in which the waveguide G is rotated toward the viewer side. FIG. 4 is a schematic diagram showing the difference in imaging direction depending on the angle when light is reflected an even number of times inside the waveguide G. FIG. 4(a) shows the waveguide G on the side opposite to the viewer. FIG. 4(b) shows an example in which the waveguide G is rotated toward the viewer side. There is.

図中に破線で示した矢印は、導波部Gが回動角度θ=0度のときの光の経路を示しており、図1に実線矢印で示したものと同様である。図中に実線で示した矢印は、それぞれの導波部Gの回動時における第1画像投影部Sから照射された光の経路を示している。図1と同様に、図中下方から反射部Mに入射した光は、導波部G内を主面で全反射されながら伝搬して部分反射部HMまで到達し、部分反射部HMで反射された光が視点に向かって投影される。したがって、視点からは図中一点鎖線で示した矢印方向に第1画像が表示されているように視認される。図4(b)に示した例においても、第1画像を視認する方向はθ=0度の場合よりも少し横方向に変化している。 The broken line arrow in the figure indicates the path of light when the waveguide G has a rotation angle θ=0 degrees, and is the same as that shown by the solid line arrow in FIG. The solid arrows in the figure indicate the paths of the light emitted from the first image projection section S when the respective waveguide sections G rotate. Similarly to FIG. 1, the light incident on the reflection section M from below in the figure propagates within the waveguide G while being totally reflected on the main surface, reaches the partial reflection section HM, and is reflected at the partial reflection section HM. light is projected toward the viewpoint. Therefore, from the viewpoint, the first image appears to be displayed in the direction of the arrow indicated by the dashed line in the figure. Also in the example shown in FIG. 4(b), the direction in which the first image is viewed changes slightly in the lateral direction compared to the case where θ=0 degrees.

図3(a)(b)および図4(a)(b)に示したように、導波部Gの主面で光を奇数回反射させた場合にも、偶数回反射させた場合でも、部分反射部HMから投影される光の進行角度を図1に示した視線方向H1とは異ならせることができる。また、導波部Gの回動方向が視聴者側であっても視聴者と反対側であっても、視線方向H1とは異なる角度で視聴者側に光を投影することができる。 As shown in FIGS. 3(a)(b) and 4(a)(b), regardless of whether the light is reflected an odd number of times or an even number of times on the main surface of the waveguide G, The traveling angle of the light projected from the partial reflection section HM can be made different from the line-of-sight direction H1 shown in FIG. Furthermore, regardless of whether the direction of rotation of the waveguide G is on the viewer's side or on the opposite side from the viewer, the light can be projected onto the viewer's side at an angle different from the line-of-sight direction H1.

(実施例)
図5は、画像表示装置100の実施例を示す写真である。図中に示された透明の板状部材は導波部Gであり、導波部Gの右側に示された黒い筐体はケース部CSである。図中に示した白い実線は、回動軸AXを中心として回動角度θを0度から20度まで変化させた場合の導波部Gの傾斜を示しており、図5に示した例ではθ=0度の位置に導波部Gが位置している。
(Example)
FIG. 5 is a photograph showing an example of the image display device 100. The transparent plate-like member shown in the figure is the waveguide section G, and the black casing shown on the right side of the waveguide section G is the case section CS. The white solid line shown in the figure shows the inclination of the waveguide G when the rotation angle θ is changed from 0 degrees to 20 degrees around the rotation axis AX, and in the example shown in FIG. The waveguide G is located at the position of θ=0 degrees.

図6は、図5に示した実施例において、回動角度θを変化させた際に第1画像の表示位置が変化する様子を示す写真である。図に示された写真では、視点から視線方向H1を視認した写真を撮像し、部分反射部HM近傍を拡大して示している。図中に示された白い矩形は、第1画像投影部Sから投影した第1画像であり、第1画像の右下隅には白抜きの三角を付している。 FIG. 6 is a photograph showing how the display position of the first image changes when the rotation angle θ is changed in the embodiment shown in FIG. In the photograph shown in the figure, a photograph was taken in which the line-of-sight direction H1 was visually recognized from the viewpoint, and the vicinity of the partial reflection portion HM is shown in an enlarged manner. The white rectangle shown in the figure is the first image projected from the first image projection unit S, and an outline triangle is attached to the lower right corner of the first image.

図6に示したように、回動軸AXを回動中心として導波部Gを側方に回動させることで、部分反射部HMから投影される第1画像の投影方向が変化し、視聴者の視点からは第1画像の視認方向が変化している。 As shown in FIG. 6, by rotating the waveguide part G laterally about the rotation axis AX, the projection direction of the first image projected from the partial reflection part HM changes, and the viewing direction is changed. From the person's viewpoint, the viewing direction of the first image has changed.

上述したように本実施形態の画像表示装置100では、回動保持部であるケース部CSにより投影光学部である導波部Gを側方に回動可能に保持しているため、第1画像投影部Sから照射された第1画像の空中における投影位置を変更可能であり、表示位置の自由度を向上させることが可能となる。 As described above, in the image display device 100 of this embodiment, the waveguide G, which is a projection optical part, is held rotatably in the side by the case part CS, which is a rotation holding part, so that the first image The projection position in the air of the first image irradiated from the projection unit S can be changed, and the degree of freedom of the display position can be improved.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図7~図9を用いて説明する。第1実施形態と重複する内容は説明を省略する。図7は、本実施形態に係る画像表示装置110の構成を示す模式平面図である。図7に示すように画像表示装置110は、第1画像投影部S1と、第1ビームスプリッタBS1と、第2ビームスプリッタBS2と、再帰反射部RRと、反射部Mと、ダイクロイックミラーDMとを備えている。図中において破線および二点鎖線で示した線は、第1画像投影部S1から照射された光の経路を模式的に示している。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described using FIGS. 7 to 9. Description of contents that overlap with those of the first embodiment will be omitted. FIG. 7 is a schematic plan view showing the configuration of the image display device 110 according to this embodiment. As shown in FIG. 7, the image display device 110 includes a first image projection section S1, a first beam splitter BS1, a second beam splitter BS2, a retroreflection section RR, a reflection section M, and a dichroic mirror DM. We are prepared. In the figure, the dashed line and the dashed-two dotted line schematically indicate the path of the light emitted from the first image projection unit S1.

図7に示した画像表示装置100では、視聴者は第1画像投影部S1から投影された第1前画像A1、第1後画像R1を奥行方向に視点から異なる距離に視認する。図7においては、第1前画像A1、第1後画像R1が並ぶ方向を奥行方向とし、奥行方向に直交する上下方向を横方向とし、奥行方向と横方向に直交する方向を垂直方向とする。ここで、図7では視点からの視線方向である奥行き方向に向かって左右を表現するが、横方向および垂直方向は図7における位置関係を表すためのものであり、上下左右が変更されてもよい。 In the image display device 100 shown in FIG. 7, the viewer views the first before image A1 and the first after image R1 projected from the first image projection unit S1 at different distances from the viewpoint in the depth direction. In FIG. 7, the direction in which the first before image A1 and the first after image R1 are lined up is the depth direction, the vertical direction perpendicular to the depth direction is the lateral direction, and the direction perpendicular to the depth direction and the lateral direction is the vertical direction. . Here, in FIG. 7, left and right are expressed toward the depth direction, which is the line of sight direction from the viewpoint, but the lateral direction and vertical direction are used to express the positional relationship in FIG. good.

第1画像投影部S1は、画像を構成する光を照射する装置であり、視聴者の目(視点)から所定距離に対して画像を投影する。第1画像投影部S1は、第2ビームスプリッタBS2の右方向に配置され、第2ビームスプリッタBS2の一方の面(第1ビームスプリッタBS1と対向する面)に対して横方向に光を照射する。 The first image projection unit S1 is a device that emits light constituting an image, and projects an image at a predetermined distance from the viewer's eyes (viewpoint). The first image projection unit S1 is arranged to the right of the second beam splitter BS2, and irradiates light laterally to one surface of the second beam splitter BS2 (the surface facing the first beam splitter BS1). .

第1画像投影部S1の構成は限定されず、バックライトを備えた液晶表示装置、自発光の有機EL表示装置、光源と変調素子を用いたプロジェクター装置等を用いることができる。第1画像投影部S1が投影する画像は、静止画でも動画であってもよい。また、第1画像投影部S1にレンズ等の光学部材を含ませてもよい。 The configuration of the first image projection unit S1 is not limited, and a liquid crystal display device with a backlight, a self-luminous organic EL display device, a projector device using a light source and a modulation element, etc. can be used. The image projected by the first image projection unit S1 may be a still image or a moving image. Further, the first image projection section S1 may include an optical member such as a lens.

第1ビームスプリッタBS1は、入射した光の一部を透過するとともに一部を反射する部材であり、表面に反射率を調整する膜が形成された部分反射板を用いることができる。第1ビームスプリッタBS1は横方向と奥行方向に対して45度の角度となるように配置されている。また、第1画像投影部S1から照射される光の光軸に対しても45度傾斜して配置されている。 The first beam splitter BS1 is a member that transmits part of the incident light and reflects part of it, and can use a partial reflection plate on the surface of which a film for adjusting reflectance is formed. The first beam splitter BS1 is arranged at an angle of 45 degrees with respect to the lateral direction and the depth direction. Further, it is arranged at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis of the light emitted from the first image projection section S1.

第2ビームスプリッタBS2は、入射した光の一部を透過するとともに一部を反射する部材であり、表面に反射率を調整する膜が形成された部分反射板を用いることができる。第2ビームスプリッタBS2は横方向と奥行方向に対して45度の角度となるように傾斜して配置されている。また、第1画像投影部S1から照射される光の光軸に対しても45度傾斜して配置されている。さらに、第1ビームスプリッタBS1と第2ビームスプリッタBS2の傾斜方向は互いに反対であり、90度の角度で交差するように対向して配置されている。 The second beam splitter BS2 is a member that transmits part of the incident light and reflects part of it, and can use a partial reflection plate on the surface of which a film for adjusting reflectance is formed. The second beam splitter BS2 is arranged so as to be inclined at an angle of 45 degrees with respect to the lateral direction and the depth direction. Further, it is arranged at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis of the light emitted from the first image projection section S1. Further, the first beam splitter BS1 and the second beam splitter BS2 have opposite inclination directions, and are arranged to face each other so as to intersect at an angle of 90 degrees.

ここでは、第1ビームスプリッタBS1および第2ビームスプリッタBS2での光の透過率と反射率は任意のバランスを選択することができるが、例えば透過率を50%として反射率を50%とする。また、第1ビームスプリッタBS1および第2ビームスプリッタBS2の傾斜角度として45度と直交の例を示したが、第1画像投影部S1からの光照射方向と画像の結像位置との関係から適切な角度を用いることができる。 Here, an arbitrary balance can be selected for the light transmittance and reflectance of the first beam splitter BS1 and the second beam splitter BS2, but for example, the transmittance is set to 50% and the reflectance is set to 50%. In addition, although an example is shown in which the inclination angle of the first beam splitter BS1 and the second beam splitter BS2 is 45 degrees orthogonal, it is not appropriate to angles can be used.

再帰反射部RRは、入射した光を入射方向に対して集光性を保ったまま反射させる光学部材であり、反射膜の表面側に微小なガラスビーズを敷き詰めた構造やプリズムを用いた構造の再帰反射部を用いることができる。再帰反射部RRは、第1ビームスプリッタBS1の右方向に配置され、主面が左右方向を向いて配置されている。 The retroreflector RR is an optical member that reflects incident light while maintaining its condensing properties in the direction of incidence. A retroreflector can be used. The retroreflector RR is arranged to the right of the first beam splitter BS1, with its main surface facing in the left-right direction.

反射部Mは、入射した光を入射方向に対して正反射する光学部材であり、板状部材の表面に鏡面加工を施した構造のミラー等を用いることができる。反射部Mは、第1ビームスプリッタBS1および第2ビームスプリッタBS2と並んで奥行方向に配置され、主面が奥行方向を向いて配置されている。図7では反射部Mとして平板状のものを示しているが、凹面鏡や凸面鏡を用いるとしてもよい。 The reflection section M is an optical member that specularly reflects the incident light in the direction of incidence, and may be a mirror having a structure in which the surface of a plate-like member is mirror-finished. The reflecting section M is arranged in the depth direction along with the first beam splitter BS1 and the second beam splitter BS2, and is arranged with the main surface facing the depth direction. In FIG. 7, a flat plate is shown as the reflecting part M, but a concave mirror or a convex mirror may also be used.

ダイクロイックミラーDMは、特定波長の光を反射し、その他の波長の光を透過する光学部材である。ダイクロイックミラーDMは、再帰反射部RR、第1ビームスプリッタBS1の左方向に配置されており、奥行方向に回動可能に傾斜して配置されている。図7に示した例では、ダイクロイックミラーDMは、第1画像投影部S1から照射される光の波長を反射し、その他の可視光を透過するものを用いる。後述するように、ダイクロイックミラーDMで反射された光によって、第1前画像A1と第1後画像R1が空間上で結像されるので、ダイクロイックミラーDMは本発明における投影光学部を構成している。 The dichroic mirror DM is an optical member that reflects light of a specific wavelength and transmits light of other wavelengths. The dichroic mirror DM is arranged to the left of the retroreflector RR and the first beam splitter BS1, and is arranged tilted so as to be rotatable in the depth direction. In the example shown in FIG. 7, the dichroic mirror DM is one that reflects the wavelength of the light emitted from the first image projection unit S1 and transmits other visible light. As described later, the first front image A1 and the first rear image R1 are formed in space by the light reflected by the dichroic mirror DM, so the dichroic mirror DM constitutes the projection optical section in the present invention. There is.

また、図7では省略しているが、第1ビームスプリッタBS1とダイクロイックミラーDMとの間に結像光学系の一部として結像レンズを配置するとしてもよい。結像レンズは、第1ビームスプリッタBS1から進行してきた光を空間上の所定位置に結像させるための光学部材であり、複数のレンズ群を用いてもよい。 Although not shown in FIG. 7, an imaging lens may be disposed between the first beam splitter BS1 and the dichroic mirror DM as part of the imaging optical system. The imaging lens is an optical member for focusing the light traveling from the first beam splitter BS1 on a predetermined position in space, and a plurality of lens groups may be used.

図7に示したように、第1画像投影部S1から照射された光は、第2ビームスプリッタBS2で反射された後に第1ビームスプリッタBS1に到達する。第1ビームスプリッタBS1に到達した光の一部は反射されて再帰反射部RR方向に進行し、再帰反射部RRで再反射されて第1ビームスプリッタBS1に再入射する。ここで図1に示すように、再帰反射部RRに到達するまで光経が拡大して進行した光は、再帰反射部RRの再帰反射特性により、光経が縮小する光として第1ビームスプリッタBS1に入射する。第1ビームスプリッタBS1に再入射した光は、第1ビームスプリッタBS1を透過し、ダイクロイックミラーDMで反射されて、ダイクロイックミラーDMと視点の間における第1距離で焦点を結び第1前画像A1として結像される。 As shown in FIG. 7, the light emitted from the first image projection unit S1 reaches the first beam splitter BS1 after being reflected by the second beam splitter BS2. A portion of the light that has reached the first beam splitter BS1 is reflected and travels in the direction of the retroreflector RR, is re-reflected by the retroreflector RR, and enters the first beam splitter BS1 again. Here, as shown in FIG. 1, the light that has traveled with its optical length expanded until it reaches the retroreflector RR is treated as light whose optical length is reduced due to the retroreflection characteristics of the retroreflector RR. incident on . The light that has re-entered the first beam splitter BS1 passes through the first beam splitter BS1, is reflected by the dichroic mirror DM, and is focused at a first distance between the dichroic mirror DM and the viewpoint as a first previous image A1. imaged.

第1ビームスプリッタBS1に到達した光の残りの一部は透過して反射部M方向に進行し、反射部Mで再反射されて第1ビームスプリッタBS1に再入射する。第1ビームスプリッタBS1に再入射した光は、第1ビームスプリッタBS1で反射され、さらにダイクロイックミラーDMで反射されて視点方向に進行する。このとき、反射部M、第1ビームスプリッタBS1およびダイクロイックミラーDMで反射された光は光経が拡大して進行するため、視聴者からはダイクロイックミラーDMより後方の第2距離で焦点を結んで進行してきた光のように視認される。よって、ダイクロイックミラーDMよりも後方に第1後画像R1が結像されたものとみなせる。 The remaining part of the light that has reached the first beam splitter BS1 is transmitted and travels in the direction of the reflection section M, is re-reflected by the reflection section M, and enters the first beam splitter BS1 again. The light re-entering the first beam splitter BS1 is reflected by the first beam splitter BS1, further reflected by the dichroic mirror DM, and travels toward the viewpoint. At this time, the light reflected by the reflection unit M, the first beam splitter BS1, and the dichroic mirror DM travels with its optical length expanded, so that from the viewer's perspective, the light is focused at a second distance behind the dichroic mirror DM. It is visible like a light that has traveled. Therefore, it can be considered that the first rear image R1 is formed behind the dichroic mirror DM.

第1前画像A1および第1後画像R1として結像された光は、視聴者の目に到達する。したがって、視聴者は奥行方向における空中に第1前画像A1および第1後画像R1を視認する。また、視聴者の視点からの視線方向に背景からの光を透過する透過板が配置されている場合にも、透過板越しに背景を視認しつつ、ダイクロイックミラーDMの手前に結像された第1前画像A1と、ダイクロイックミラーDMの後方に結像された第1後画像R1を視認することができる。 The light formed as the first before image A1 and the first after image R1 reaches the viewer's eyes. Therefore, the viewer visually recognizes the first before image A1 and the first after image R1 in the air in the depth direction. In addition, even when a transmitting plate that transmits light from the background is placed in the line of sight direction from the viewer's viewpoint, the background can be viewed through the transparent plate while the light imaged in front of the dichroic mirror DM is displayed. The first before image A1 and the first after image R1 formed behind the dichroic mirror DM can be visually recognized.

透過板の具体例としては、他のヘッドマウントディスプレイ(HMD)の表示面や、車両のフロントガラス、ヘルメットのシールド等が挙げられる。また、これらの透過板に対して、他の表示装置を用いて画像表示を行うとしてもよい。 Specific examples of the transparent plate include the display surface of another head-mounted display (HMD), the windshield of a vehicle, the shield of a helmet, and the like. Further, images may be displayed on these transmission plates using another display device.

ここで図7では、第2ビームスプリッタBS2と、第1ビームスプリッタBS1と、反射部Mを奥行方向に並べた例を示したが、反射部Mと再帰反射部RRを入れ替えて配置しても、第1前画像A1と第1後画像R1を図1で示したものと同様の位置に結像することができる。また図7では、第1画像投影部S1からの光を第2ビームスプリッタBS2で反射させて第1ビームスプリッタBS1に到達させる構成を示したが、第1画像投影部S1を第2ビームスプリッタBS2と奥行方向に並べて、第2ビームスプリッタBS2を透過した光が第1ビームスプリッタBS1に到達する構成としてもよい。また、第2ビームスプリッタBS2を用いず、第1ビームスプリッタBS1に直接光を入射させる構成としてもよい。また、他の画像投影部を備えて、第2ビームスプリッタBS2を介して第1ビームスプリッタBS1に光を入射させて、さらに複数の前画像および後画像を結像させるとしてもよい。 Although FIG. 7 shows an example in which the second beam splitter BS2, first beam splitter BS1, and reflection section M are arranged in the depth direction, it is also possible to arrange the reflection section M and retroreflection section RR interchangeably. , the first before image A1 and the first after image R1 can be formed at the same position as shown in FIG. Furthermore, although FIG. 7 shows a configuration in which the light from the first image projection section S1 is reflected by the second beam splitter BS2 and reaches the first beam splitter BS1, the first image projection section S1 is It may be arranged in the depth direction so that the light transmitted through the second beam splitter BS2 reaches the first beam splitter BS1. Alternatively, a configuration may be adopted in which light is directly incident on the first beam splitter BS1 without using the second beam splitter BS2. Further, another image projection section may be provided, and light may be incident on the first beam splitter BS1 via the second beam splitter BS2 to form a plurality of front images and a plurality of rear images.

図8は、画像表示装置110の構成例を示す模式平面図である。図8に示すように画像表示装置110は、第1画像投影部S1と、第1ビームスプリッタBS1と、第2ビームスプリッタBS2と、再帰反射部RRと、反射部Mと、ダイクロイックミラーDMと、シャッター部SHと、ケース部CSと、回転支持部ARMとを備えている。また、ダイクロイックミラーDMは回動軸AX1を回動中心としてケース部CSで保持されており、回転支持部ARMは回動軸AX2を回動中心として保持されている。したがって、回転支持部ARMおよびケース部CSの組み合わせは、回動軸AX1および回動軸AX2を含んでおり本発明における回動保持部に相当している。 FIG. 8 is a schematic plan view showing a configuration example of the image display device 110. As shown in FIG. 8, the image display device 110 includes a first image projection section S1, a first beam splitter BS1, a second beam splitter BS2, a retroreflection section RR, a reflection section M, a dichroic mirror DM, It includes a shutter part SH, a case part CS, and a rotation support part ARM. Further, the dichroic mirror DM is held by the case part CS with the rotation axis AX1 as the rotation center, and the rotation support part ARM is held with the rotation axis AX2 as the rotation center. Therefore, the combination of the rotation support part ARM and the case part CS includes the rotation axis AX1 and the rotation axis AX2, and corresponds to the rotation holding part in the present invention.

シャッター部SHは、第1ビームスプリッタBS1と再帰反射部RRの間、および第1ビームスプリッタBS1と反射部Mの間に配置され、光の通過と遮断を切り替える光学部材である。シャッター部SHの具体的な構成は限定されず、光アイソレータや液晶シャッター、アイリス等の公知のものを用いることができる。また、シャッター部SHの開閉(通過と遮断)の切り替えは、図示しない制御部によって制御されている。 The shutter section SH is an optical member disposed between the first beam splitter BS1 and the retroreflection section RR and between the first beam splitter BS1 and the reflection section M, and switches between passing and blocking light. The specific configuration of the shutter section SH is not limited, and known components such as an optical isolator, a liquid crystal shutter, and an iris can be used. Further, switching between opening and closing (passing and blocking) of the shutter section SH is controlled by a control section (not shown).

ケース部CSは、各部を収容し保持する筐体である。図8に示した例では、第1ビームスプリッタBS1と、第2ビームスプリッタBS2と、再帰反射部RRと、反射部Mと、シャッター部SHをケース部CSの内部に収容し、第1画像投影部S1と、ダイクロイックミラーDMとはケース部CSによって外部に保持されている。 The case part CS is a housing that accommodates and holds each part. In the example shown in FIG. 8, the first beam splitter BS1, the second beam splitter BS2, the retroreflection section RR, the reflection section M, and the shutter section SH are housed inside the case section CS, and the first image projection The portion S1 and the dichroic mirror DM are held outside by a case portion CS.

回転支持部ARMは、第1ビームスプリッタBS1、再帰反射部RR、反射部M、およびダイクロイックミラーDMの相対的位置関係を保って保持する部材であり、回動軸AX2を回転中心として回動可能に設けられた部材である。本実施形態では、第1画像投影部S1も回転支持部ARMによって保持された例を示している。 The rotation support part ARM is a member that maintains the relative positional relationship of the first beam splitter BS1, the retroreflection part RR, the reflection part M, and the dichroic mirror DM, and is rotatable about the rotation axis AX2. This is a member installed in the. This embodiment shows an example in which the first image projection section S1 is also held by the rotation support section ARM.

回転支持部ARMは、各部の相対的な位置関係を保持したまま回動可能とされるため、ある程度の剛性を有する材料で構成する必要がある。回転支持部ARMを構成する具体的な材料や形状は限定されないが、例えば金属や樹脂、紙類などを用いることができる。 Since the rotation support part ARM can rotate while maintaining the relative positional relationship of each part, it needs to be made of a material having a certain degree of rigidity. Although the specific material and shape of the rotation support part ARM are not limited, for example, metal, resin, paper, etc. can be used.

本実施形態でも第1画像投影部S1が照射する光の経路は第1実施形態と同様であり、ダイクロイックミラーDMよりも視聴者に近い側に第1前画像A1が結像され、ダイクロイックミラーDMよりも遠い側に第1後画像R1が結像される。このとき結像される画像は、シャッター部SHが開(透過)である光の経路のみであり、シャッター部SHの開閉を制御することにより第1前画像A1と第1後画像R1を選択的に結像させることができる。 In this embodiment, the path of the light emitted by the first image projection unit S1 is the same as in the first embodiment, and the first previous image A1 is formed on the side closer to the viewer than the dichroic mirror DM, and the first previous image A1 is formed on the side closer to the viewer than the dichroic mirror DM. The first rear image R1 is formed on the side farther away than the first rear image R1. The image formed at this time is only the path of light when the shutter section SH is open (transmitted), and by controlling the opening and closing of the shutter section SH, the first front image A1 and the first rear image R1 can be selectively formed. can be imaged.

具体的には、第1ビームスプリッタBS1と再帰反射部RRとの間に設けられたシャッター部SHを透過状態とし、反射部Mとの間に設けられたシャッター部SHを遮断状態とすると、第1前画像A1のみが結像される。逆に、第1ビームスプリッタBS1と再帰反射部RRとの間に設けられたシャッター部SHを遮断状態とし、反射部Mとの間に設けられたシャッター部SHを透過状態とすると、第1後画像R1のみが結像される。 Specifically, when the shutter section SH provided between the first beam splitter BS1 and the retroreflection section RR is set to a transmitting state, and the shutter section SH provided between the first beam splitter BS1 and the retroreflecting section M is set to a blocking state, the first Only the previous image A1 is imaged. Conversely, if the shutter section SH provided between the first beam splitter BS1 and the retroreflection section RR is set to a blocking state, and the shutter section SH provided between the first beam splitter BS1 and the retroreflection section M is set to a transmitting state, the first beam splitter Only image R1 is formed.

上述したように本実施形態の画像表示装置110では、シャッター部SHの開閉動作により、第1前画像A1と第1後画像R1を選択的に結像させ、視聴者は第1前画像A1または第1後画像R1のどちらか一方を視認する。また、視聴者の視点からの視線方向に背景からの光を透過する透過板が配置されている場合にも、透過板越しに背景を視認しつつ、ダイクロイックミラーDMの手前に結像された第1前画像A1と、ダイクロイックミラーDMの後方に結像された第1後画像R1を視認することができる。 As described above, in the image display device 110 of the present embodiment, the first front image A1 and the first rear image R1 are selectively formed by opening and closing the shutter section SH, and the viewer can see the first front image A1 or the first rear image R1. Either one of the first subsequent images R1 is visually recognized. In addition, even when a transmitting plate that transmits light from the background is placed in the line of sight direction from the viewer's viewpoint, the background can be viewed through the transparent plate while the light imaged in front of the dichroic mirror DM is displayed. The first before image A1 and the first after image R1 formed behind the dichroic mirror DM can be visually recognized.

図8に示したようにダイクロイックミラーDMは、一端がケース部CS内で回動軸AX1を中心として側方向に角度θ1の範囲で回動可能に保持されている。ケース部CSにおいてダイクロイックミラーDMを回動可能に保持する構造は特に限定されず、例えばダイクロイックミラーDMに設けられた支軸をケース部CSに設けられた軸受で軸支する構造を用いることができる。ダイクロイックミラーDMが回動軸AX1を中心として回動することにより、ダイクロイックミラーDMの表面に第1ビームスプリッタBS1から入射する光の入射角度が変化するため、第1前画像A1および第1後画像R1の結像位置も変化する。これにより、第1画像投影部S1から照射された第1画像の空中における投影位置を変更可能であり、表示位置の自由度を向上させることが可能となる。 As shown in FIG. 8, one end of the dichroic mirror DM is held within the case part CS so as to be rotatable laterally around a rotation axis AX1 within an angle θ1. The structure for rotatably holding the dichroic mirror DM in the case part CS is not particularly limited, and for example, a structure in which a support shaft provided on the dichroic mirror DM is supported by a bearing provided in the case part CS can be used. . As the dichroic mirror DM rotates around the rotation axis AX1, the incident angle of the light incident on the surface of the dichroic mirror DM from the first beam splitter BS1 changes, so that the first before image A1 and the first after image The imaging position of R1 also changes. Thereby, the projection position in the air of the first image irradiated from the first image projection unit S1 can be changed, and the degree of freedom of the display position can be improved.

ここで、角度θ1の範囲としては、視聴者の視点から前方中心方向に対して左右25度の範囲(-25°≦θ1≦25°)が好ましい。角度θ1が±25°よりも大きいと、第1前画像A1および第1後画像R1のエアリアルイメージを視認するための視線移動量が大きくなり、背景との重ね合わせ表示での快適性を保つことが困難となる。 Here, the range of the angle θ1 is preferably a range of 25 degrees left and right with respect to the front center direction from the viewer's viewpoint (−25°≦θ1≦25°). When the angle θ1 is larger than ±25°, the amount of line-of-sight movement for viewing the aerial images of the first before image A1 and the first after image R1 becomes large, and comfort can be maintained in superimposed display with the background. becomes difficult.

図9は、画像表示装置110において回転支持部ARMを回動させた際の結像位置の変化を示す模式斜視図である。図9では、簡便のために第1画像投影部S1、第1ビームスプリッタBS1、第2ビームスプリッタBS2、再帰反射部RR、反射部M、シャッター部SH、ケース部CSについては図示を省略している。 FIG. 9 is a schematic perspective view showing a change in the imaging position when the rotation support part ARM is rotated in the image display device 110. In FIG. 9, illustration of the first image projection section S1, first beam splitter BS1, second beam splitter BS2, retroreflection section RR, reflection section M, shutter section SH, and case section CS is omitted for simplicity. There is.

図9に示すように回転支持部ARMは、回動軸AX2を回動中心として、少なくとも投影光学部に含まれるダイクロイックミラーDMを保持しており、左右方向(側方向)にθ2の角度範囲で回動可能とされている。ここで、左右方向にθ2の角度範囲とは、視聴者の視点e位置から視聴者が水平方向の真正面を視認する方向を前方中心方向として、側方向の左右にθ2の角度となる範囲である。図9では、角度θ2として前方中心方向から右方向に回転支持部ARMを回動させた例を示しているが、図9とは反対側の左方向に回動させた場合も含む。 As shown in FIG. 9, the rotation support part ARM holds at least the dichroic mirror DM included in the projection optical part with the rotation axis AX2 as the rotation center, and rotates in the angular range of θ2 in the left-right direction (lateral direction). It is said to be rotatable. Here, the angular range of θ2 in the left-right direction is a range that is an angle of θ2 in the left-right direction in the lateral direction, with the direction in which the viewer sees directly in front in the horizontal direction from the viewer's viewpoint e as the front center direction. . Although FIG. 9 shows an example in which the rotational support part ARM is rotated to the right from the front center direction at an angle θ2, it also includes a case in which it is rotated to the left on the opposite side from FIG.

回転支持部ARMが回動軸AX2を中心として回動されることで、図7に示した第1ビームスプリッタBS1、第2ビームスプリッタBS2、再帰反射部RR、反射部MおよびダイクロイックミラーDMは、相対的な位置関係を保ったまま角度θだけ変動される。したがって、第1画像投影部S1から照射された第1前画像A1および第1後画像R1の空中における結像位置も回転支持部ARMの回動と同様に角度θ2だけ変動した位置となる。これにより視聴者は、前方中心方向から角度θだけ変位した方向に第1前画像A1および第1後画像R1のエアリアルイメージを視認する。 By rotating the rotation support part ARM around the rotation axis AX2, the first beam splitter BS1, second beam splitter BS2, retroreflection part RR, reflection part M, and dichroic mirror DM shown in FIG. The angle θ is varied while maintaining the relative positional relationship. Therefore, the imaging positions in the air of the first before image A1 and the first after image R1 irradiated from the first image projection section S1 also change by the angle θ2, similar to the rotation of the rotation support section ARM. Thereby, the viewer visually recognizes the aerial images of the first front image A1 and the first rear image R1 in a direction displaced by the angle θ from the front center direction.

ここで、角度θ2の範囲としては、視聴者の視点eから前方中心方向に対して左右25度の範囲(-25°≦θ2≦25°)が好ましい。角度θ2が±25°よりも大きいと、第1前画像A1および第1後画像R1のエアリアルイメージを視認するための視線移動量が大きくなり、背景との重ね合わせ表示での快適性を保つことが困難となる。 Here, the range of the angle θ2 is preferably a range of 25 degrees left and right from the viewer's viewpoint e to the front center direction (−25°≦θ2≦25°). When the angle θ2 is larger than ±25°, the amount of line-of-sight movement for viewing the aerial images of the first before image A1 and the first after image R1 becomes large, and comfort can be maintained in superimposed display with the background. becomes difficult.

また、回転支持部ARMの長さは、回動軸AX2からダイクロイックミラーDMまでの長さと、視点eからダイクロイックミラーDMの距離が同程度であることが好ましい。つまり、回動軸AX2と視点eは奥行方向において同じ位置であることが好ましい。これにより、ダイクロイックミラーDMで反射されて視点e方向に進行する光の経路は、回転支持部ARMの回動と同程度の角度θ2で変位することになる。したがって、回転支持部ARMの回動と第1前画像A1および第1後画像R1の結像位置の変位が連動したものとなり、第1前画像A1および第1後画像R1の結像位置変更を直感的な動作で実現することができる。 Further, it is preferable that the length of the rotation support part ARM is approximately the same as the length from the rotation axis AX2 to the dichroic mirror DM and the distance from the viewpoint e to the dichroic mirror DM. That is, it is preferable that the rotation axis AX2 and the viewpoint e are at the same position in the depth direction. As a result, the path of the light reflected by the dichroic mirror DM and traveling in the direction of the viewpoint e is displaced by an angle θ2 that is approximately the same as the rotation of the rotation support portion ARM. Therefore, the rotation of the rotation support part ARM and the displacement of the imaging positions of the first before image A1 and the first rear image R1 are linked, and the imaging positions of the first before image A1 and the first rear image R1 are changed. This can be achieved through intuitive movements.

仮に、ダイクロイックミラーDMを平行移動させた場合には、視点eから見たダイクロイックミラーDMの距離や相対角度が変化してしまう。この場合には、ダイクロイックミラーDMで反射された光の経路は図7で示したものとは異なり、第1前画像A1および第1後画像R1の表示内容が変動前とは変化してしまう。 If the dichroic mirror DM is moved in parallel, the distance and relative angle of the dichroic mirror DM seen from the viewpoint e will change. In this case, the path of the light reflected by the dichroic mirror DM is different from that shown in FIG. 7, and the display contents of the first before image A1 and the first after image R1 change from before the change.

それに対して画像表示装置110では、ダイクロイックミラーDMの移動は左右方向への平行移動ではなく、回動軸AX2を中心とした回転移動である。これにより、第1前画像A1および第1後画像R1を結像するための投影光学部の相対的な位置関係や角度の関係は図8に示したものが維持され、第1前画像A1および第1後画像R1の結像位置は、視点eからの距離が維持され、回転支持部ARMの回動に関わらずエアリアルイメージの表示内容を保持することができる。 In contrast, in the image display device 110, the movement of the dichroic mirror DM is not parallel movement in the left-right direction but rotational movement about the rotation axis AX2. As a result, the relative positional relationship and angular relationship of the projection optical units for forming the first front image A1 and the first rear image R1 are maintained as shown in FIG. 8, and the first front image A1 and the first rear image R1 are The imaging position of the first rear image R1 is maintained at a distance from the viewpoint e, and the display content of the aerial image can be maintained regardless of the rotation of the rotation support part ARM.

上述したように、本実施形態の画像表示装置110では、回動軸AX2を中心として回転支持部ARMに保持されたダイクロイックミラーDMを角度θ2回動させるとともに、回動軸AX1を中心としてダイクロイックミラーDMを角度θ1回動させることができる。このように回動保持部が回動軸を複数備えることより、空間中に結像させる第1前画像A1および第1後画像R1の位置を変更可能であり、より一層表示位置の自由度を向上させることが可能となる。 As described above, in the image display device 110 of the present embodiment, the dichroic mirror DM held by the rotation support part ARM is rotated by an angle θ2 around the rotation axis AX2, and the dichroic mirror DM is rotated by an angle θ2 around the rotation axis AX1. The DM can be rotated by an angle θ1. Since the rotation holding section is provided with a plurality of rotation axes in this way, the positions of the first before image A1 and the first rear image R1 to be imaged in space can be changed, further increasing the degree of freedom in the display position. It becomes possible to improve the performance.

また図9に示したように、視点eからの中心視線方向にヘッドマウントディスプレイ(HMD)等を別途設けることで、HMDでの表示と第1前画像A1および第1後画像R1の結像を同時に行うことができる。このとき、回動軸AX1を中心としてダイクロイックミラーDMを回動させることや、回動軸AX2を中心として回転支持部ARMを回動させることで、第1前画像A1および第1後画像R1の結像位置をHMDでの表示から側方に変異させることができる。これにより、HMDでの表示と第1前画像A1および第1後画像R1の表示領域を分離することができ、両者を個別に識別しやすくなる。 Furthermore, as shown in FIG. 9, by separately providing a head-mounted display (HMD) or the like in the direction of the central line of sight from the viewpoint e, the display on the HMD and the imaging of the first before image A1 and the first after image R1 can be controlled. Can be done at the same time. At this time, by rotating the dichroic mirror DM around the rotation axis AX1 and rotating the rotation support part ARM around the rotation axis AX2, the first before image A1 and the first after image R1 are The imaging position can be changed laterally from the display on the HMD. Thereby, the display on the HMD and the display areas of the first before image A1 and the first after image R1 can be separated, making it easier to identify both separately.

また、ダイクロイックミラーDMに波長フィルタを組み合わせ、不要な外光をカットする構成としてもよい。波長フィルタは、紫外光または/および赤外光をカットする光学部材であり、公知のフィルム構造物を用いることができる。ダイクロイックミラーDMと波長フィルタを別体で構成してもよく、両者を組み合わせて一体に形成してもよい。また、ダイクロイックミラーDMの光反射特性として、紫外光または/および赤外光を反射するように設計し、ダイクロイックミラーDMが波長フィルタの機能を兼ねるとしてもよい。 Further, a configuration may be adopted in which a wavelength filter is combined with the dichroic mirror DM to cut unnecessary external light. The wavelength filter is an optical member that cuts ultraviolet light and/or infrared light, and a known film structure can be used as the wavelength filter. The dichroic mirror DM and the wavelength filter may be configured separately, or they may be combined and formed integrally. Furthermore, the light reflection characteristics of the dichroic mirror DM may be designed to reflect ultraviolet light and/or infrared light, and the dichroic mirror DM may also serve as a wavelength filter.

これにより、外界から視点e方向に紫外光や赤外光が進行したとしても、波長フィルタで紫外光と赤外光がカットまたは反射されるため、視点eにまで紫外光と赤外光は到達しない。これにより、外界からの紫外光や赤外光が視聴者の視点eに直接入射することを防止し、視聴者の目を保護することができる。 As a result, even if ultraviolet light or infrared light travels from the outside world toward viewpoint e, the wavelength filter cuts or reflects the ultraviolet light and infrared light, so that the ultraviolet light and infrared light reach viewpoint e. do not. Thereby, ultraviolet light and infrared light from the outside world can be prevented from directly entering the viewer's viewpoint e, and the viewer's eyes can be protected.

(第3実施形態)
図8および図9の第2実施形態では、回転支持部ARMの端部を回動軸AX2とした例を示したが、図8中に示したように回転支持部ARMがケース部CSを保持する位置を回動軸AX2’とし、ケース部CS全体を回動させるとしてもよい。
(Third embodiment)
In the second embodiment shown in FIGS. 8 and 9, an example is shown in which the end of the rotation support part ARM is the rotation axis AX2, but as shown in FIG. 8, the rotation support part ARM holds the case part CS. The entire case portion CS may be rotated by setting the position as the rotation axis AX2'.

この場合には、回動軸AX2’を回動中心としてケース部CSを回動させるだけで第1画像の視認方向を変更できるため、回転支持部ARMの端部を回動軸AX2とする場合よりも、ケース部CSおよびダイクロイックミラーDMの移動量を小さくすることができる。 In this case, the viewing direction of the first image can be changed simply by rotating the case part CS around the rotation axis AX2', so when the end of the rotation support part ARM is set as the rotation axis AX2 The amount of movement of the case portion CS and the dichroic mirror DM can be made smaller.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made within the scope of the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. are also included within the technical scope of the present invention.

100,110…画像表示装置
S,S1…第1画像投影部
BS1…第1ビームスプリッタ
BS2…第2ビームスプリッタ
RR…再帰反射部
M…反射部
HM…部分反射部
L…レンズ部
G…導波部
DM…ダイクロイックミラー
A1…第1前画像
R1…第1後画像
H1…視線方向
AX1,AX2…回動軸
CS…ケース部
ARM…回転支持部
HMD…ヘッドマウントディスプレイ
100, 110...Image display device S, S1...First image projection section BS1...First beam splitter BS2...Second beam splitter RR...Retroreflection section M...Reflection section HM...Partial reflection section L...Lens section G...Wave guide Part DM... Dichroic mirror A1... First front image R1... First back image H1... View direction AX1, AX2... Rotation axis CS... Case part ARM... Rotation support part HMD... Head mounted display

Claims (4)

第1画像を照射する第1画像投影部と、
前記第1画像の光を視点方向に投影する投影光学部を備えた画像表示装置であって、
前記投影光学部から投影される前記第1画像の光が進行する方向と、前記視点から中心視線方向との成す角θを可変とするように、回動軸を中心として前記投影光学部を側方に回動可能に保持する回動保持部を備え
前記投影光学部は、前記第1画像投影部が照射する光の波長を選択的に反射するダイクロイックミラーを備え、
前記第1画像投影部が照射した光の一部を第1方向に反射するとともに、残りの光を第2方向に透過する第1ビームスプリッタと、
前記第1ビームスプリッタから前記第1方向または前記第2方向の一方に進んだ光を前記第1ビームスプリッタに反射させる反射部を備え、
前記ダイクロイックミラーは、前記反射部が反射した光を空間上に結像させることを特徴とする画像表示装置。
a first image projection unit that emits a first image;
An image display device comprising a projection optical section that projects light of the first image in a viewpoint direction,
The projection optical section is moved to the side about the rotation axis so that the angle θ formed between the direction in which the light of the first image projected from the projection optical section travels and the direction of the central line of sight from the viewpoint is variable. Equipped with a rotation holding part that holds it so that it can rotate in the direction ,
The projection optical section includes a dichroic mirror that selectively reflects the wavelength of the light emitted by the first image projection section,
a first beam splitter that reflects part of the light emitted by the first image projection unit in a first direction and transmits the remaining light in a second direction;
comprising a reflecting section that reflects the light that has traveled from the first beam splitter in one of the first direction or the second direction to the first beam splitter;
The image display device is characterized in that the dichroic mirror forms an image in space of the light reflected by the reflection section .
請求項に記載の画像表示装置であって、
前記第1画像投影部は、レーザ光を照射するレーザ光源部を備えることを特徴とする画
像表示装置。
The image display device according to claim 1 ,
The image display device is characterized in that the first image projection section includes a laser light source section that irradiates laser light.
請求項1または2に記載の画像表示装置であって、
前記回動保持部の回動範囲は、前記角θが-25度から+25度の範囲であることを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to claim 1 or 2 ,
The image display device is characterized in that a rotation range of the rotation holding section is such that the angle θ is in a range of −25 degrees to +25 degrees.
請求項1から3の何れか一つに記載の画像表示装置であって、
前記回動保持部は、複数の回動軸を備えることを特徴とする画像表示装置。
The image display device according to any one of claims 1 to 3 ,
An image display device, wherein the rotation holding section includes a plurality of rotation axes.
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