JPH06197292A - Head-mount type display device - Google Patents
Head-mount type display deviceInfo
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- JPH06197292A JPH06197292A JP34608992A JP34608992A JPH06197292A JP H06197292 A JPH06197292 A JP H06197292A JP 34608992 A JP34608992 A JP 34608992A JP 34608992 A JP34608992 A JP 34608992A JP H06197292 A JPH06197292 A JP H06197292A
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- liquid crystal
- crystal shutter
- light
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- Video Image Reproduction Devices For Color Tv Systems (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、観察者の頭部に保持す
るシースルー型の頭部装着型ディスプレイ装置に関し、
特に、大きな画角で電子像及び外界が観測可能な頭部装
着型ディスプレイ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a see-through type head-mounted display device held on an observer's head,
In particular, the present invention relates to a head-mounted display device capable of observing an electronic image and the outside world at a large angle of view.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、シースルー型の頭部装着型ディス
プレイ装置として、ハーフミラーを介して電子像と外界
像を視軸に導き、両者を選択的に又は合成して表示する
ものが知られている。このようなシースルー型の頭部装
着型ディスプレイ装置において、電子像と外界像の切り
換え手段として液晶シャッタを用いる方法が考えられて
いる（特開平３−１８９６７７号）。この場合、液晶シ
ャッタは、外界を観察するときは透過状態にし、電子像
を観察するときは遮光状態にする。2. Description of the Related Art Conventionally, as a see-through type head-mounted display device, there has been known a device which guides an electronic image and an external image to a visual axis through a half mirror and selectively or synthesizes them. There is. In such a see-through type head-mounted display device, a method using a liquid crystal shutter as a means for switching between an electronic image and an external image has been considered (Japanese Patent Laid-Open No. 3-189677). In this case, the liquid crystal shutter is in a transmissive state when observing the outside world, and is in a light shielding state when observing an electronic image.
【０００３】ところで、液晶シャッタには、電圧印加時
に遮光状態になるポジタイプと電圧印加時に透過状態に
なるネガタイプがある。Liquid crystal shutters are classified into a positive type which is in a light blocking state when a voltage is applied and a negative type which is a transparent state when a voltage is applied.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、一般的に用い
られているツイストネマティック（ＴＮ）液晶あるいは
スーパーツイストネマティック（ＳＴＮ）液晶を用いる
液晶シャッタは、視角依存性がある。つまり、ある特定
の方向から見た場合には、高いコントラストを持つが
（これを視角方向と呼ぶが、その方向を液晶面に投影し
た方向も視角方向と呼ぶ。）、その他の方向から見た場
合には、相対的にコントラストが低くなる。However, a liquid crystal shutter using a generally used twisted nematic (TN) liquid crystal or super twisted nematic (STN) liquid crystal has a viewing angle dependency. That is, although it has a high contrast when viewed from a specific direction (this is called a viewing angle direction, the direction in which that direction is projected on the liquid crystal surface is also called a viewing angle direction), but it is viewed from other directions. In this case, the contrast becomes relatively low.
【０００５】例えば、図１１（ａ）に示すように、視角
方向が６時方向である６時視角のポジタイプの液晶シャ
ッタ（「ポジタイプ」とは、電圧印加時に遮光状態にな
るものを言う。）の電圧印加時、すなわち、遮光時の上
下方向（１２時６時方向）の視角θ0 と遮光率の関係
は、同図（ｂ）に示すような特性を示す。また、そのと
きの左右方向（３時９時方向）の視角θ1 と遮光率の関
係は、図１２に示すようになる。図１１（ｂ）、図１２
（ｂ）から明らかなように、遮光状態が良好な領域は、
左右方向ははぼ対称であるが、上下方向では非対称とな
る。For example, as shown in FIG. 11 (a), a positive type liquid crystal shutter with a 6 o'clock viewing angle in which the viewing angle direction is a 6 o'clock direction (a "positive type" means a light blocking state when a voltage is applied). When the voltage is applied, that is, when the light is shielded, the relationship between the viewing angle θ 0 in the vertical direction (12 o'clock and 6 o'clock direction) and the light shielding rate shows the characteristic shown in FIG. The relationship between the light-shielding rate and the viewing angle θ 1 in the left-right direction (3: 9 o'clock direction) at that time is as shown in FIG. FIG. 11B and FIG.
As is clear from (b), the region where the light blocking state is good is
The horizontal direction is almost symmetric, but the vertical direction is asymmetric.
【０００６】したがって、ポジタイプの液晶シャッタを
用いたシースルー機能付きの頭部装着型ディスプレイ装
置では、電子像観察時に、その電子像の中心に近い領域
（画角が小さい範囲）では、液晶シャッタに対する視角
θ0 、θ1 が小さく遮光率が高いため、外界像はほとん
ど透けて見えなくなっているが、電子像の周辺部分（画
角が大きい範囲）に近づくにつれて視角θ0 、θ1 が大
きくなり、遮光率が充分に得られないため、外界像が透
けて見えてしまい、電子像が見難くなる。Therefore, in a head-mounted display device with a see-through function using a positive type liquid crystal shutter, when observing an electronic image, a viewing angle with respect to the liquid crystal shutter is provided in a region near the center of the electronic image (a small angle of view). Since θ 0 and θ 1 are small and the light blocking rate is high, the external image is almost transparent and invisible, but the visual angles θ 0 and θ 1 increase as the position approaches the peripheral portion (range where the angle of view is large) of the electronic image, Since the light-shielding rate cannot be obtained sufficiently, the external image can be seen through and the electronic image becomes difficult to see.
【０００７】また、ワイドビジョン等のように電子像の
画角をさらに大きくした場合には、周辺部ではなおさら
充分な遮光率が得られず、外界像が透けて見えてしま
う。Further, when the angle of view of the electronic image is further increased as in wide vision, a sufficient light shielding rate cannot be obtained in the peripheral portion, and the external image can be seen through.
【０００８】仮に、電子像の画角を小さくし、その電子
像がポジタイプの液晶シャッタの遮光率が十分得られる
視角範囲内に収まるようにできたとしても、頭部装着型
ディスプレイ装置本体への液晶シャッタの取り付け位置
や角度に制約が生じるため、頭部装着型ディスプレイ装
置を小型化する際にこれが問題となる。Even if the angle of view of the electronic image is made small so that the electronic image can be contained within the viewing angle range where the light blocking ratio of the positive type liquid crystal shutter is sufficiently obtained, the head mounted display device main body is Since the mounting position and the angle of the liquid crystal shutter are restricted, this becomes a problem when the head-mounted display device is downsized.
【０００９】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、液晶シャッタを透過状態に
して外界を観察可能にし、これを遮光状態にして電子像
を観察可能にする頭部装着型ディスプレイ装置におい
て、電子像観察時に電子像の周辺部分が透けて見えると
いう問題をなくすことである。The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to make a liquid crystal shutter a transmissive state so that an external environment can be observed, and make a light shielding state to make an electronic image observable. It is an object of the present invention to eliminate the problem that a peripheral portion of an electronic image can be seen through when observing an electronic image in a head-mounted display device.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の頭部装着型ディスプレイ装置は、映像を表示する映
像表示素子と、前記映像表示素子に表示された映像を観
察者の眼球に投影する投影光学系と、前記観察者の眼球
に導かれる外界像を透過・遮断する液晶シャッタとを有
する頭部装着型ディスプレイ装置において、前記液晶シ
ャッタが、１枚又は重畳した複数枚のネガタイプの液晶
シャッタからなることを特徴とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION A head-mounted display device of the present invention that achieves the above object, is a video display device for displaying a video, and a video displayed on the video display device is projected on an eyeball of an observer. In a head-mounted display device having a projection optical system and a liquid crystal shutter that transmits / blocks an external image guided to the observer's eyeball, the liquid crystal shutter includes one or a plurality of negative type liquid crystals. It is characterized by comprising a shutter.
【００１１】[0011]
【作用】本発明においては、外界像を透過・遮断する液
晶シャッタとして、１枚又は重畳した複数枚のネガタイ
プの液晶シャッタからなるものを用いているので、視角
に関係なく遮光率がほぼ一様であり、電子像の周辺部分
に近づくにつれて外界像が透けて見えるというようなこ
とはなくなる。In the present invention, since the liquid crystal shutter which transmits / blocks the external image is composed of one or a plurality of negative type liquid crystal shutters, the light shielding rate is substantially uniform regardless of the viewing angle. Therefore, the external image is not seen through as it approaches the peripheral portion of the electronic image.
【００１２】また、液晶シャッタを顔面に対して垂直に
取り付けられるので、目に近づけることができ、頭部装
着型ディスプレイ装置本体の小型化につながる。Further, since the liquid crystal shutter is mounted vertically to the face, it can be brought close to the eyes, leading to downsizing of the head-mounted display device body.
【００１３】また、ネガタイプの液晶シャッタは電圧印
加時に透過状態となり、電圧を加えないときは遮光状態
となるので、電子像観察時に液晶シャッタの電力消費が
ない。Further, since the negative type liquid crystal shutter is in a transmissive state when a voltage is applied and is in a light shielding state when no voltage is applied, the liquid crystal shutter does not consume power when observing an electronic image.
【００１４】さらに、頭部装着型ディスプレイ装置を使
用している間に液晶シャッタが劣化して動作しなくなっ
ても、常に遮光状態のままになっているので、外界像を
見ることはできなくなるが、電子像観察には全く影響が
ない。Further, even if the liquid crystal shutter is deteriorated and does not operate while the head-mounted display device is being used, since it is always kept in the light-shielded state, the external image cannot be seen. , Has no effect on the observation of electronic images.
【００１５】[0015]
【実施例】本発明の頭部装着型ディスプレイ装置におい
ては、遮光時の視角依存性がほとんどないネガタイプの
液晶シャッタを用いる。ネガタイプの液晶シャッタを用
いたシースルー型の頭部装着型ディスプレイ装置では、
電子像観察時にその電子像の中心に近い領域から電子像
の周辺部分まで、視角θ0 、θ1 が変化しても遮光率は
ほとんど一様なので、電子像の周辺部分に近づくにつれ
て外界像が透けて見えるという問題はなくなる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the head-mounted display device of the present invention, a negative type liquid crystal shutter having little viewing angle dependency when light is shielded is used. In a see-through head-mounted display device using a negative type liquid crystal shutter,
When observing an electronic image, the light-shielding rate is almost uniform from the area near the center of the electronic image to the peripheral portion of the electronic image even if the viewing angles θ 0 and θ 1 change. The problem of see-through disappears.
【００１６】なお、ネガタイプの液晶シャッタ１枚のみ
では十分な遮光率が得られない場合には、複数枚重ねて
用いるとよい。また、ネガタイプの液晶シャッタを用い
ると、電子像観察時に電力消費がない。さらに、液晶シ
ャッタが劣化しても、電子像観察には影響がなく、ま
た、液晶シャッタの取り付けの制約がないという特長も
併せ持つ。If a single type of negative type liquid crystal shutter cannot provide a sufficient light-shielding rate, it is preferable to stack a plurality of liquid crystal shutters. Further, when a negative type liquid crystal shutter is used, there is no power consumption when observing an electronic image. Further, even if the liquid crystal shutter is deteriorated, it does not affect the electronic image observation, and there is no restriction on the mounting of the liquid crystal shutter.
【００１７】まず、ネガタイプの液晶シャッタの構成に
ついて説明する。ここでは、ＴＮ液晶のネガタイプの液
晶シャッタの場合の構成例を示す。図３、図４に示すよ
うに、ガラス基板Ｇの上に透明電極膜を形成し、その上
に配向膜を塗布し、一方向にラビングする。図３、図４
のように、ガラス基板Ｇ上の配向膜のラビング方向が直
交するように向かい合わせに配置された２枚のガラス基
板Ｇ、Ｇの間に液晶ＬＣを挟み込む。さらに、その外側
に吸収軸が相互に平行になるように両側から偏光板Ｐ、
Ｐを貼り付ける。このとき、偏光板Ｐ、Ｐの吸収軸の方
向は、配向膜のラビング方向の一方に一致するようにす
る。図３は、下側のガラス基板Ｇの配向膜のラビング方
向に一致させた場合（液晶シャッタＡ）、図４は、上側
のガラス基板Ｇの配向膜のラビング方向に一致させた場
合（液晶シャッタＢ）である。First, the structure of a negative type liquid crystal shutter will be described. Here, a configuration example in the case of a negative type liquid crystal shutter of TN liquid crystal is shown. As shown in FIGS. 3 and 4, a transparent electrode film is formed on a glass substrate G, an alignment film is applied on the transparent electrode film, and rubbing is performed in one direction. 3 and 4
As described above, the liquid crystal LC is sandwiched between the two glass substrates G and G arranged facing each other such that the rubbing directions of the alignment films on the glass substrate G are orthogonal to each other. Further, the polarizing plates P are provided on both sides so that the absorption axes are parallel to each other on the outside.
Paste P. At this time, the directions of the absorption axes of the polarizing plates P, P are made to coincide with one of the rubbing directions of the alignment film. 3 shows a case where the rubbing direction of the alignment film of the lower glass substrate G is matched (liquid crystal shutter A), and FIG. 4 is a case where the rubbing direction of the alignment film of the upper glass substrate G is matched (liquid crystal shutter). B).
【００１８】このようなネガタイプの液晶シャッタに電
圧を加えていないときは、液晶分子ＬＣは図のように９
０°捩じれたままなので、一方の偏光板Ｐを透過して直
線偏光となった光は、液晶ＬＣ透過中に偏光方向が９０
°捩じれ、もう一方の偏光板Ｐを透過することはできな
い。したがって、遮光状態となる。これに電圧を加えた
ときは、液晶分子ＬＣがガラス基板Ｇに垂直な方向に立
ち上がるため、一方の偏光板Ｐを透過して直線偏光とな
った光はそのまま偏光方向が変化されることなく液晶Ｌ
Ｃを透過するため、もう一方の偏光板Ｐを透過できる。
したがって、透過状態になる。When no voltage is applied to such a negative type liquid crystal shutter, the liquid crystal molecules LC are 9 as shown in the figure.
Since the light remains twisted at 0 °, the light that has passed through one of the polarizing plates P and becomes linearly polarized light has a polarization direction of 90 ° while being transmitted through the liquid crystal LC.
It is twisted and cannot pass through the other polarizing plate P. Therefore, the light is blocked. When a voltage is applied to this, the liquid crystal molecules LC rise in a direction perpendicular to the glass substrate G, so that the light that has passed through one polarizing plate P and becomes linearly polarized light remains unchanged in the liquid crystal direction. L
Since C is transmitted, the other polarizing plate P can be transmitted.
Therefore, it is in a transparent state.
【００１９】次に、このようなネガタイプの液晶シャッ
タを用いた実施例１について説明する。本発明によるシ
ースルー機能を持った頭部装着型ディスプレイ装置は、
代表的には図１に示したような構成になっている。すな
わち、図１（ａ）の場合は、視野外に配置した二次元表
示素子１１の電子像からの表示光を目の前方に斜めに配
置したハーフミラー１２をまず透過させ、ハーフミラー
１２を挟んで二次元表示素子１１に対向して配置された
凹面鏡１３でこの透過光を反射させ、次いで、今度はそ
の反射光をハーフミラー１２で反射させて、拡大して目
に導くもので、電子像観察時に外界からの光がハーフミ
ラー１２を透過して目に入るのを防止するために、ＴＮ
液晶あるいはＳＴＮ液晶を用いたネガタイプの液晶シャ
ッタ１０をハーフミラー１２の前方に配置し、電子像観
察時には、これを遮光状態にし、外界像を観察するとき
には、このシャッタ１０を透過状態に切り換える。ま
た、図１（ｂ）の場合は、視野外に配置した二次元表示
素子１１の電子像からの表示光をレンズ１４、１５を経
て目の前方に配置した凹面ハーフミラー１６へ入射さ
せ、電子像をこの凹面ハーフミラー１６で反射拡大して
目に導くもので、同様に電子像観察時に外界からの光が
凹面ハーフミラー１６を透過して目に入るのを防止する
ために、上記のような液晶シャッタ１０を凹面ハーフミ
ラー１６の前方に配置し、電子像観察時には、これを遮
光状態にし、外界像を観察するときには、このシャッタ
１０を透過状態に切り換える。Next, a first embodiment using such a negative type liquid crystal shutter will be described. A head-mounted display device having a see-through function according to the present invention,
Typically, the structure is as shown in FIG. That is, in the case of FIG. 1A, the display light from the electronic image of the two-dimensional display element 11 arranged outside the field of view is first transmitted through the half mirror 12 obliquely arranged in front of the eye, and the half mirror 12 is sandwiched. Then, the transmitted light is reflected by the concave mirror 13 arranged so as to face the two-dimensional display element 11, and then this reflected light is reflected by the half mirror 12 to enlarge and guide it to the eye. In order to prevent light from the outside from passing through the half mirror 12 and entering the eyes during observation, the TN
A negative type liquid crystal shutter 10 using liquid crystal or STN liquid crystal is arranged in front of the half mirror 12, and when observing an electronic image, it is shielded, and when observing an external image, this shutter 10 is switched to a transmissive state. In the case of FIG. 1B, the display light from the electronic image of the two-dimensional display element 11 arranged outside the field of view is made incident on the concave half mirror 16 arranged in front of the eye through the lenses 14 and 15, and The image is reflected and enlarged by the concave half mirror 16 and guided to the eye. Similarly, in order to prevent light from the outside from passing through the concave half mirror 16 and entering the eye when observing an electronic image, The liquid crystal shutter 10 is arranged in front of the concave half mirror 16, and when the electronic image is observed, the liquid crystal shutter 10 is shielded, and when the external image is observed, the shutter 10 is switched to the transmissive state.
【００２０】このようなネガタイプの液晶シャッタ１０
は、遮光時には、図２に示すように、視角θ1 、θ2 に
関係なく遮光率はほぼ一様なので、電子像の周辺部分に
近づくにつれて外界像が透けて見えるというようなこと
はなくなる。Such a negative type liquid crystal shutter 10
As shown in FIG. 2, when the light is shielded, the light shielding rate is substantially uniform regardless of the viewing angles θ 1 and θ 2 , so that the external world image is not seen through as it approaches the peripheral portion of the electronic image.
【００２１】また、液晶シャッタ１０の取り付けに関し
ても、顔面に対して自由に取り付けられる。したがっ
て、例えば図１のように、液晶シャッタ１０を顔面に対
して垂直に取り付けられるので、目に近づけることがで
き、頭部装着型ディスプレイ装置本体の小型化につなが
る。The liquid crystal shutter 10 can be freely attached to the face. Therefore, for example, as shown in FIG. 1, since the liquid crystal shutter 10 can be mounted vertically to the face, it can be brought close to the eyes, leading to downsizing of the head-mounted display device body.
【００２２】さらに、左右の目合わせて、連続した１つ
の液晶シャッタ１０で構成しようとするとき、液晶シャ
ッタ１０を顔面に対して垂直に取り付けることができる
ので、これは頭部装着型ディスプレイ装置本体の小型化
にとって大きなメリットとなる。Further, when the liquid crystal shutter 10 is to be constituted by one continuous liquid crystal shutter 10 with the right and left eyes aligned, the liquid crystal shutter 10 can be mounted vertically to the face. It will be a great advantage for downsizing.
【００２３】また、ネガタイプの液晶シャッタは電圧印
加時に透過状態となり、電圧を加えないときは遮光状態
となる。したがって、電子像観察時に液晶シャッタ１０
の電力消費がない。The negative type liquid crystal shutter is in a transmissive state when a voltage is applied, and is in a light shielding state when no voltage is applied. Therefore, when observing the electronic image, the liquid crystal shutter 10
There is no power consumption.
【００２４】さらに、頭部装着型ディスプレイ装置を使
用している間に液晶シャッタ１０が劣化して動作しなく
なっても、常に遮光状態のままになっているので、外界
像を見ることはできなくなるが、電子像観察には全く影
響がない。Further, even if the liquid crystal shutter 10 is deteriorated and does not operate while the head-mounted display device is used, it is always kept in the light-shielded state, so that the external image cannot be seen. However, it has no effect on the observation of electronic images.
【００２５】次に、実施例２について説明する。実施例
１のようなネガタイプの液晶シャッタ１枚のみでは十分
な遮光率が得られない場合には、複数枚のネガタイプの
液晶シャッタを重ねて用いるとよい。このとき、その重
ね方は次のようにする。いま、図３と図４に分解斜視図
を示すように、同じ６時の視角方向を持つが、貼り付け
てある偏光板Ｐの透過軸方向が相互に９０°異なってい
るＴＮ型の液晶シャッタＡと液晶シャッタＢを用意す
る。これらの視角特性（視角と透過率の関係）は、遮光
時は図２に示すようにほぼ一定であるが、透過時は上下
方向（１２時６時方向）は非対称で、左右方向（３時９
時方向）はほぼ対称になっている。Next, a second embodiment will be described. If a sufficient light-shielding rate cannot be obtained with only one negative type liquid crystal shutter as in the first embodiment, it is preferable to stack a plurality of negative type liquid crystal shutters. At this time, the stacking method is as follows. Now, as shown in exploded perspective views in FIGS. 3 and 4, TN type liquid crystal shutters having the same viewing angle direction at 6 o'clock but the transmission axes of the attached polarizing plates P are different from each other by 90 °. A and a liquid crystal shutter B are prepared. These viewing angle characteristics (relationship between viewing angle and transmittance) are almost constant as shown in FIG. 2 when light is shielded, but when transmitting, the up-down direction (12 o'clock 6 o'clock direction) is asymmetric and the left-right direction (3 o'clock). 9
Time direction) is almost symmetrical.
【００２６】これらを、図５（ａ）〜（ｄ）に示すよ
うに、液晶シャッタＡあるいは液晶シャッタＢをそれぞ
れ２枚用いて、視角特性が非対称な上下方向を相互に逆
にして２枚重ねる、あるいは図６（ａ）〜（ｂ）に示
すように、液晶シャッタＡと液晶シャッタＢを１枚ずつ
用いて、視角特性が非対称な上下方向を回転軸として１
枚を裏返して２枚重ねる。As shown in FIGS. 5 (a) to 5 (d), two liquid crystal shutters A or liquid crystal shutters B are used, respectively, and two sheets are stacked with the viewing angle characteristics asymmetrical in the vertical direction. Alternatively, as shown in FIGS. 6A and 6B, one liquid crystal shutter A and one liquid crystal shutter B are used, and the vertical direction in which the viewing angle characteristics are asymmetric is set as a rotation axis.
Turn over the sheets and stack two.
【００２７】ここで、これらは、図７に示すように、液
晶シャッタ１（液晶シャッタＡあるいは液晶シャッタ
Ｂ）と液晶シャッタ２（液晶シャッタＡあるいは液晶シ
ャッタＢ）を２枚重ねたときに、隣接する中央の２枚の
偏光板Ｐ、Ｐの透過軸は同じ方向となっている。Here, as shown in FIG. 7, these are adjacent to each other when two liquid crystal shutters 1 (liquid crystal shutter A or liquid crystal shutter B) and liquid crystal shutters 2 (liquid crystal shutter A or liquid crystal shutter B) are stacked. The transmission axes of the two central polarizing plates P, P are in the same direction.
【００２８】このような構成にすると、遮光時に、ネガ
タイプの液晶シャッタ１枚のみで用いる場合よりも遮光
率が高くなり、また、透過時の上下方向の透過率は、液
晶シャッタ１枚では非対称的であるが、２枚構成である
と、ほぼ対称的にすることができる。With such a structure, the light-shielding rate becomes higher than that when only one negative type liquid crystal shutter is used when light is shielded, and the vertical transmittance upon transmission is asymmetrical with one liquid crystal shutter. However, the two-sheet structure can be made almost symmetrical.
【００２９】次に、このようなネガタイプの液晶シャッ
タを２枚重ねた液晶シャッタ２０を用いた図１と同様な
シースルー機能を持った頭部装着型ディスプレイ装置を
図８に示す。構成及び動作は図１の場合と同様である
が、液晶シャッタのみが異なる。FIG. 8 shows a head-mounted display device having a see-through function similar to that shown in FIG. 1, which uses a liquid crystal shutter 20 in which two such negative type liquid crystal shutters are stacked. The configuration and operation are the same as those in FIG. 1, but only the liquid crystal shutter is different.
【００３０】この２枚重ね構成の場合も、遮光時におい
ては、視角に関係なく遮光率はほぼ一様なので、電子像
の周辺部分に近づくにつれて外界像が透けて見えるとい
うようなことはなくなり、また、図１の液晶シャッタ１
枚のときより遮光時の遮光率が高くなるため、外界像が
より透けて見え難くなる。Also in the case of the two-layered structure, the light-shielding rate is substantially uniform regardless of the viewing angle when the light is shielded, so that the external image is not seen through as it approaches the peripheral portion of the electronic image. In addition, the liquid crystal shutter 1 of FIG.
Since the light-shielding rate at the time of light-shielding is higher than that of a single sheet, the external image becomes more transparent and hard to see.
【００３１】また、液晶シャッタ２０の取り付けに関し
ても、顔面に対して自由に取り付けられる。したがっ
て、例えば図８のように、液晶シャッタ２０を顔面に対
して垂直に取り付けられるので、目に近づけることがで
き、頭部装着型ディスプレイ装置本体の小型化につなが
る。The liquid crystal shutter 20 can be freely attached to the face. Therefore, as shown in FIG. 8, for example, since the liquid crystal shutter 20 can be mounted vertically to the face, it can be brought close to the eyes, leading to downsizing of the head-mounted display device body.
【００３２】さらに、左右の目合わせて、連続した１つ
の液晶シャッタ２０で構成しようとするとき、液晶シャ
ッタ２０を顔面に対して垂直に取り付けることができる
ので、これは頭部装着型ディスプレイ装置本体の小型化
にとって大きなメリットとなる。Further, when it is desired to configure one continuous liquid crystal shutter 20 by aligning the left and right eyes, the liquid crystal shutter 20 can be mounted vertically to the face. It will be a great advantage for downsizing.
【００３３】また、ネガタイプの液晶シャッタは電圧印
加時に透過状態となり、電圧を加えないときは遮光状態
となる。したがって、電子像観察時に液晶シャッタ２０
の電力消費がない。The negative type liquid crystal shutter is in a transmissive state when a voltage is applied, and is in a light shielding state when no voltage is applied. Therefore, when observing the electronic image, the liquid crystal shutter 20
There is no power consumption.
【００３４】さらに、頭部装着型ディスプレイ装置を使
用している間に液晶シャッタ２０が劣化して動作しなく
なっても、常に遮光状態のままになっているので、外界
像を見ることはできなくなるが、電子像観察には全く影
響がない。Further, even when the liquid crystal shutter 20 deteriorates and does not operate while the head-mounted display device is in use, the liquid crystal shutter 20 is always kept in the light-shielded state, so that the external image cannot be seen. However, it has no effect on the observation of electronic images.
【００３５】さらに、液晶シャッタ単体にピンホールが
存在していたとしても、重ねたときに２枚共にピンホー
ルが同じ位置にある確率は低いので、ピンホールの存在
も問題とならなくなる。Further, even if there is a pinhole in the liquid crystal shutter alone, the probability that the two pinholes are at the same position when they are stacked is low, so the existence of the pinhole does not pose a problem.
【００３６】ここでは、液晶シャッタを２枚重ねた場合
を示したが、３枚以上重ねてもよい。そのときには、さ
らに高遮光率が得られる。Although the case where two liquid crystal shutters are stacked is shown here, three or more liquid crystal shutters may be stacked. At that time, a higher light blocking rate can be obtained.
【００３７】また、液晶シャッタ２０の厚さは液晶シャ
ッタの枚数分厚くなるが、面サイズは変わらないため、
頭部装着型ディスプレイ本体の小型化に反する要素とは
なり得ない。Further, the thickness of the liquid crystal shutter 20 is increased by the number of the liquid crystal shutters, but the surface size does not change.
It cannot be an element against the miniaturization of the head-mounted display body.
【００３８】次に、上記実施例２の変形例である実施例
３について説明する。この実施例も、シースルー機能を
持った頭部装着型ディスプレイ装置において、電子像と
外界像の切り換えにＴＮ液晶あるいはＳＴＮ液晶を用い
たネガタイプの液晶シャッタを用いる。ここでは、図９
に示すように、２枚のネガタイプの液晶シャッタ１（液
晶シャッタＡあるいは液晶シャッタＢ）と液晶シャッタ
２（液晶シャッタＡあるいは液晶シャッタＢ）を、隣接
する中央の２枚の偏光板Ｐ、Ｐの透過軸が同じ方向とな
るようにして、２枚重ねで用いる場合について説明す
る。また、この実施例においては、ハーフミラーの代わ
りに偏光ビームスプリッタＰＢＳを用いており、偏光ビ
ームスプリッタＰＢＳに隣接する液晶シャッタ２の偏光
ビームスプリッタＰＢＳ側の偏光板Ｐの透過軸が、必ず
この偏光板Ｐを透過した光が偏光ビームスプリッタＰＢ
Ｓに対してＰ偏光になるように、２枚の液晶シャッタ
１、２を取り付ける。このようにすると、２枚のネガタ
イプの液晶シャッタ１、２を用いた構成において、外界
から目に届く光を最も多くすることができ、明るい外界
像の観察ができる。なお、偏光ビームスプリッタＰＢＳ
に隣接する液晶シャッタ２の偏光ビームスプリッタＰＢ
Ｓ側の偏光板Ｐは取り外してもよい。Next, a third embodiment, which is a modification of the second embodiment, will be described. Also in this embodiment, in the head-mounted display device having the see-through function, a negative type liquid crystal shutter using TN liquid crystal or STN liquid crystal is used for switching between the electronic image and the external image. Here, FIG.
As shown in FIG. 2, two negative type liquid crystal shutters 1 (liquid crystal shutter A or liquid crystal shutter B) and a liquid crystal shutter 2 (liquid crystal shutter A or liquid crystal shutter B) are provided in the middle two adjacent polarizing plates P, P. A case will be described in which the transmission axes are in the same direction and two sheets are used in a stacked manner. Further, in this embodiment, the polarization beam splitter PBS is used instead of the half mirror, and the transmission axis of the polarization plate P on the polarization beam splitter PBS side of the liquid crystal shutter 2 adjacent to the polarization beam splitter PBS is always this polarization. The light transmitted through the plate P is polarized beam splitter PB.
Two liquid crystal shutters 1 and 2 are attached so that S polarization is P polarization. By doing so, in the configuration using the two negative type liquid crystal shutters 1 and 2, the amount of light reaching the eyes from the outside world can be maximized, and a bright outside world image can be observed. Polarization beam splitter PBS
Polarization beam splitter PB of liquid crystal shutter 2 adjacent to
The polarizing plate P on the S side may be removed.
【００３９】また、電子像を表示する液晶表示部２１か
らの光も偏光ビームスプリッタＰＢＳに対してＰ偏光に
なるように配置されており、液晶表示部２１からの電子
像の光は一旦偏光ビームスプリッタＰＢＳを直通して、
４分の１波長板λ／４を通過し、その背後に配置された
投影光学系の凹面鏡２３により反射され、再び４分の１
波長板λ／４を逆に通過して今度はＳ偏光に変換されて
偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射し、偏光ビームスプ
リッタＰＢＳで目の方向に全ての光が反射され、液晶表
示部２１からの明るい電子像の観察ができる。Further, the light from the liquid crystal display section 21 for displaying an electronic image is also arranged so as to be P-polarized with respect to the polarization beam splitter PBS, and the light of the electronic image from the liquid crystal display section 21 is once a polarized beam. Directly through the splitter PBS,
It passes through the quarter-wave plate λ / 4, is reflected by the concave mirror 23 of the projection optical system arranged behind it, and is again quarter-wave.
After passing through the wave plate λ / 4 in reverse, it is converted into S-polarized light and is incident on the polarization beam splitter PBS, and all the light is reflected toward the eyes by the polarization beam splitter PBS, so that the liquid crystal display unit 21 is bright. The electronic image can be observed.
【００４０】この実施例においても、実施例２と同様、
外界を観察するときには、液晶シャッタ１、２は透過状
態にし、電子像を観察するときには遮光状態する。そし
て、液晶シャッタを２枚重ねで用いているので、遮光時
においては、視角に関係なく遮光率がほぼ一様であり、
電子像の周辺部分に近づくにつれて外界像が透けて見え
るというようなことはなくなり、また、液晶シャッタ１
枚のときより遮光時の遮光率が高くなるため、外界像が
より透けて見え難くなる。Also in this embodiment, as in the second embodiment,
When observing the outside world, the liquid crystal shutters 1 and 2 are in a transmissive state, and when observing an electronic image, they are in a light shielding state. Further, since the two liquid crystal shutters are used in a stacked manner, the light blocking rate is substantially uniform at the time of light blocking regardless of the viewing angle.
The external image is not seen through as it approaches the peripheral portion of the electronic image, and the liquid crystal shutter 1
Since the light-shielding rate at the time of light-shielding is higher than that of a single sheet, the external image becomes more transparent and hard to see.
【００４１】また、液晶シャッタの取り付けに関して
も、顔面に対して自由に取り付けられる。したがって、
例えば図９のように、液晶シャッタ１、２を顔面に対し
て垂直に取り付けられるので、目に近づけることがで
き、頭部装着型ディスプレイ装置本体の小型化につなが
る。Further, the liquid crystal shutter can be freely attached to the face. Therefore,
For example, as shown in FIG. 9, since the liquid crystal shutters 1 and 2 can be attached vertically to the face, they can be brought close to the eyes, leading to downsizing of the head-mounted display device body.
【００４２】さらに、左右の目合わせて、連続した１つ
の液晶シャッタで構成しようとするとき、液晶シャッタ
を顔面に対して垂直に取り付けることができるので、こ
れは頭部装着型ディスプレイ装置本体の小型化にとって
大きなメリットとなる。Further, when the left and right eyes are aligned to form a continuous liquid crystal shutter, the liquid crystal shutter can be mounted vertically to the face, which is a small size of the head-mounted display device body. Will be a great advantage for
【００４３】また、ネガタイプの液晶シャッタは電圧印
加時に透過状態となり、電圧を加えないときは遮光状態
となる。したがって、電子像観察時に液晶シャッタ１、
２の電力消費がない。Further, the negative type liquid crystal shutter is in a transmissive state when a voltage is applied, and is in a light shielding state when no voltage is applied. Therefore, the liquid crystal shutter 1,
There is no power consumption of 2.
【００４４】さらに、頭部装着型ディスプレイ装置を使
用している間に液晶シャッタ１、２が劣化して動作しな
くなっても、常に遮光状態のままになっているので、外
界像を見ることはできなくなるが、電子像観察には全く
影響がない。Further, even when the liquid crystal shutters 1 and 2 are deteriorated and become inoperative while the head-mounted display device is used, the liquid crystal shutters are always kept in the light-shielded state, so that the external image cannot be seen. However, it has no effect on the observation of the electronic image.
【００４５】さらに、液晶シャッタ１、２にピンホール
が存在していたとしても、重ねたときに２枚共にピンホ
ールが同じ位置にある確率は低いので、ピンホールの存
在も問題とならなくなる。Further, even if there are pinholes in the liquid crystal shutters 1 and 2, since the probability that the two pinholes are at the same position when they are stacked is low, the existence of pinholes does not pose a problem.
【００４６】ここでは、液晶シャッタを２枚重ねた場合
を示したが、３枚以上重ねてもよい。そのときには、さ
らに高遮光率が得られる。Although the case where two liquid crystal shutters are stacked is shown here, three or more liquid crystal shutters may be stacked. At that time, a higher light blocking rate can be obtained.
【００４７】また、液晶シャッタの厚さは液晶シャッタ
の枚数分厚くなるが、面サイズは変わらないため、頭部
装着型ディスプレイ本体の小型化に反する要素とはなり
得ない。Further, although the thickness of the liquid crystal shutters is increased by the number of the liquid crystal shutters, the surface size does not change, so that it cannot be an element against the downsizing of the head-mounted display body.
【００４８】次に、実施例３の変形例の実施例４につい
て、図１０を参照にして説明する。この実施例において
も、２枚のネガタイプの液晶シャッタ１（液晶シャッタ
Ａあるいは液晶シャッタＢ）と液晶シャッタ２（液晶シ
ャッタＡあるいは液晶シャッタＢ）を、隣接する中央の
２枚の偏光板Ｐ、Ｐの透過軸が同じ方向となるようにし
て、２枚重ねで用いる。また、ハーフミラーの代わりに
偏光ビームスプリッタＰＢＳを用いている。また、液晶
シャッタ２と偏光ビームスプリッタＰＢＳの間に２分の
１波長板λ／２を配置してある。そして、偏光ビームス
プリッタＰＢＳに隣接する液晶シャッタ２の偏光ビーム
スプリッタＰＢＳ側の偏光板Ｐの透過軸の偏光ビームス
プリッタＰＢＳの入射面に対する角度を２θとすると
き、２分の１波長板λ／２の結晶の光軸方向をこの入射
面に対して角度θとなるように配置してある。このよう
に配置すると、液晶シャッタ１、２と２分の１波長板λ
／２を通過した外界光はＰ偏光になり、図９の実施例と
同様、外界から目に届く光を最も多くすることができ、
明るい外界像の観察ができる。液晶表示部２１からの電
子像については、実施例３と同様であり、明るい電子像
の観察ができる。なお、２分の１波長板λ／２に隣接す
る偏光板Ｐの透過軸の方向は任意の方向に取り付けるこ
とができ、後から２分の１波長板λ／２の結晶の光軸方
向を上記のように調節すればよい。この実施例において
も、２分の１波長板λ／２に隣接する偏光板Ｐは取り外
してもよい。その他の特徴は、実施例３と同様であり、
また、２枚重ねの液晶シャッタの代わりに３枚以上重ね
たものを用いてもよい。Next, a fourth embodiment, which is a modification of the third embodiment, will be described with reference to FIG. Also in this embodiment, the two negative type liquid crystal shutters 1 (liquid crystal shutter A or liquid crystal shutter B) and the liquid crystal shutter 2 (liquid crystal shutter A or liquid crystal shutter B) are provided with the two adjacent central polarizing plates P, P. The two are used so that their transmission axes are in the same direction. A polarization beam splitter PBS is used instead of the half mirror. A half-wave plate λ / 2 is arranged between the liquid crystal shutter 2 and the polarization beam splitter PBS. When the angle of the transmission axis of the polarizing plate P on the polarizing beam splitter PBS side of the liquid crystal shutter 2 adjacent to the polarizing beam splitter PBS with respect to the incident surface of the polarizing beam splitter PBS is 2θ, the half-wave plate λ / 2 The optical axis direction of the crystal is arranged at an angle θ with respect to this incident surface. With this arrangement, the liquid crystal shutters 1 and 2 and the half-wave plate λ
The external light that has passed through / 2 becomes P-polarized light, and as with the embodiment of FIG. 9, it is possible to maximize the amount of light that reaches the eyes from the external environment.
You can observe a bright external image. The electron image from the liquid crystal display unit 21 is the same as that in the third embodiment, and a bright electron image can be observed. The direction of the transmission axis of the polarizing plate P adjacent to the half-wave plate λ / 2 can be attached in an arbitrary direction, and the optical axis direction of the crystal of the half-wave plate λ / 2 can be set later. It may be adjusted as described above. Also in this embodiment, the polarizing plate P adjacent to the half-wave plate λ / 2 may be removed. Other features are similar to those of the third embodiment,
Further, instead of the two-layer liquid crystal shutter, three or more liquid crystal shutters may be used.
【００４９】以上の各実施例は、ネガ型の液晶シャッタ
の液晶としてＴＮ型液晶を使用するものとしたが、ＳＴ
Ｎ型液晶を用いてもよいことはもちろんである。In each of the above embodiments, the TN type liquid crystal is used as the liquid crystal of the negative type liquid crystal shutter.
Of course, N-type liquid crystal may be used.
【００５０】以上、本発明の頭部装着型ディスプレイ装
置をいくつかの実施例に基づいて説明してきたが、本発
明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能であ
る。例えば、２枚重ねの液晶シャッタ１、２の隣接する
中央の２枚の偏光板Ｐ、Ｐを１枚の偏光板Ｐで置き換え
てもよい。The head-mounted display device of the present invention has been described above based on some embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments and various modifications can be made. For example, the adjacent two central polarizing plates P of the two-layered liquid crystal shutters 1 and 2 may be replaced with one polarizing plate P.
【００５１】[0051]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の頭部装着型ディスプレイ装置によると、外界像を透過
・遮断する液晶シャッタとして、１枚又は重畳した複数
枚のネガタイプの液晶シャッタからなるものを用いてい
るので、視角に関係なく遮光率がほぼ一様であり、電子
像の周辺部分に近づくにつれて外界像が透けて見えると
いうようなことはなくなる。As is apparent from the above description, according to the head-mounted display device of the present invention, one or a plurality of negative type liquid crystal shutters are used as a liquid crystal shutter for transmitting and blocking an external image. The light-shielding rate is substantially uniform regardless of the viewing angle, and the external image is not seen through as it approaches the peripheral portion of the electronic image.
【００５２】また、液晶シャッタを顔面に対して垂直に
取り付けられるので、目に近づけることができ、頭部装
着型ディスプレイ装置本体の小型化につながる。Further, since the liquid crystal shutter can be attached vertically to the face, it can be brought close to the eyes, leading to downsizing of the head-mounted display device body.
【００５３】また、ネガタイプの液晶シャッタは電圧印
加時に透過状態となり、電圧を加えないときは遮光状態
となるので、電子像観察時に液晶シャッタの電力消費が
ない。Further, since the negative type liquid crystal shutter is in a transmissive state when a voltage is applied and is in a light shielding state when no voltage is applied, the liquid crystal shutter does not consume power when observing an electronic image.
【００５４】さらに、頭部装着型ディスプレイ装置を使
用している間に液晶シャッタが劣化して動作しなくなっ
ても、常に遮光状態のままになっているので、外界像を
見ることはできなくなるが、電子像観察には全く影響が
ない。Further, even when the liquid crystal shutter is deteriorated and does not operate while the head-mounted display device is used, since it is always kept in the light-shielded state, the external image cannot be seen. , Has no effect on the observation of electronic images.
【図１】本発明による頭部装着型ディスプレイ装置の実
施例１の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of a head-mounted display device according to the present invention.
【図２】ネガタイプの液晶シャッタの遮光時の視角と遮
光率との関係の特性を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a characteristic of a relationship between a viewing angle and a light blocking rate when a negative type liquid crystal shutter blocks light.
【図３】ネガタイプの液晶シャッタの分解斜視図であ
る。FIG. 3 is an exploded perspective view of a negative type liquid crystal shutter.
【図４】別のネガタイプの液晶シャッタの分解斜視図で
ある。FIG. 4 is an exploded perspective view of another negative type liquid crystal shutter.
【図５Ａ】２枚のネガタイプ液晶シャッタの第１の重ね
合わせ状態を示す図である。FIG. 5A is a diagram showing a first overlapping state of two negative type liquid crystal shutters.
【図５Ｂ】２枚のネガタイプ液晶シャッタの第１の重ね
合わせ状態を示す図である。FIG. 5B is a diagram showing a first overlapping state of two negative type liquid crystal shutters.
【図６】２枚のネガタイプ液晶シャッタの第２の重ね合
わせ状態を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a second overlapping state of two negative type liquid crystal shutters.
【図７】重ね合わせ状態のネガタイプ液晶シャッタの偏
光板の向きを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the orientation of polarizing plates of a negative type liquid crystal shutter in a superposed state.
【図８】実施例２の頭部装着型ディスプレイ装置の構成
を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a head-mounted display device according to a second embodiment.
【図９】実施例３の頭部装着型ディスプレイ装置の構成
を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a head-mounted display device according to a third embodiment.
【図１０】実施例４の頭部装着型ディスプレイ装置の構
成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a head-mounted display device according to a fourth embodiment.
【図１１】ポジタイプの液晶シャッタの遮光時に上下方
向で遮光状態が非対称になることを示す図である。FIG. 11 is a diagram showing that the light blocking state of the positive type liquid crystal shutter is asymmetrical in the vertical direction when the light is blocked.
【図１２】図１１の状態で左右方向で遮光状態が対称に
なることを示す図である。FIG. 12 is a diagram showing that the light blocking state is symmetrical in the left-right direction in the state of FIG.
１、２…液晶シャッタ １０…液晶シャッタ １１…二次元表示素子 １２…ハーフミラー １３…凹面鏡 １４、１５…レンズ １６…凹面ハーフミラー ２０…２枚重ね液晶シャッタ ２１…液晶表示部 ２３…凹面鏡 Ａ…ネガタイプ液晶シャッタ Ｂ…ネガタイプ液晶シャッタ Ｇ…ガラス基板 ＬＣ…液晶（液晶分子） Ｐ…偏光板 ＰＢＳ…偏光ビームスプリッタ λ／４…４分の１波長板 λ／２…２分の１波長板 1, 2 ... Liquid crystal shutter 10 ... Liquid crystal shutter 11 ... Two-dimensional display element 12 ... Half mirror 13 ... Concave mirror 14, 15 ... Lens 16 ... Concave half mirror 20 ... Double-layered liquid crystal shutter 21 ... Liquid crystal display 23 ... Concave mirror A ... Negative type liquid crystal shutter B ... Negative type liquid crystal shutter G ... Glass substrate LC ... Liquid crystal (liquid crystal molecule) P ... Polarizing plate PBS ... Polarizing beam splitter λ / 4 ... Quarter wave plate λ / 2 ... Half wave plate
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【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成５年３月３日[Submission date] March 3, 1993
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００１[Correction target item name] 0001
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、観察者の頭部に保持す
るシースルー機能を持つ頭部装着型ディスプレイ装置に
関し、特に、大きな画角で電子像及び外界が観測可能な
頭部装着型ディスプレイ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a head-mounted display device having a see-through function to be held on an observer's head, and in particular, a head-mounted display capable of observing an electronic image and the outside world at a large angle of view. Regarding the device.
【手続補正２】[Procedure Amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００２[Name of item to be corrected] 0002
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、シースルー機能を持つ頭部装着型
ディスプレイ装置として、ハーフミラーを介して電子像
と外界像を視軸に導き、両者を選択的に又は合成して表
示するものが知られている。このようなシースルー型の
頭部装着型ディスプレイ装置において、電子像と外界像
の切り換え手段として液晶シャッタを用いる方法が考え
られている（特開平３−２２６１９８号）。この場合、
液晶シャッタは、外界を観察するときは透過状態にし、
電子像を観察するときは遮光状態にする。2. Description of the Related Art Conventionally, as a head-mounted display device having a see-through function, there is known a device which guides an electronic image and an external image to a visual axis through a half mirror and selectively or synthesizes them. ing. In such a see-through type head-mounted display device, a method of using a liquid crystal shutter as means for switching between an electronic image and an external image has been considered (Japanese Patent Laid-Open No. 3-226198). in this case,
The liquid crystal shutter is in the transmissive state when observing the outside world,
When observing an electronic image, the light is shielded.
【手続補正３】[Procedure 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００５[Name of item to be corrected] 0005
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【０００５】例えば、図１１（ａ）に示すように、視角
方向が６時方向である６時視角のポジタイプの液晶シャ
ッタ（「ポジタイプ」とは、電圧印加時に遮光状態にな
るものを言う。）の電圧印加時、すなわち、遮光時の上
下方向（１２時６時方向）の視角θ0 と遮光率の関係
は、同図（ｂ）に示すような特性を示す。また、そのと
きの左右方向（３時９時方向）の視角θ1 と遮光率の関
係は、図１２に示すようになる。図１１（ｂ）、図１２
（ｂ）から明らかなように、遮光状態が良好な領域は、
左右方向はほぼ対称であるが、上下方向では非対称とな
る。For example, as shown in FIG. 11 (a), a positive type liquid crystal shutter with a 6 o'clock viewing angle in which the viewing angle direction is a 6 o'clock direction (a "positive type" means a light blocking state when a voltage is applied). When the voltage is applied, that is, when the light is shielded, the relationship between the viewing angle θ 0 in the vertical direction (12 o'clock and 6 o'clock direction) and the light shielding rate shows the characteristic shown in FIG. The relationship between the light-shielding rate and the viewing angle θ 1 in the left-right direction (3: 9 o'clock direction) at that time is as shown in FIG. FIG. 11B and FIG.
As is clear from (b), the region where the light blocking state is good is
The horizontal direction is almost symmetrical, but the vertical direction is asymmetric.
【手続補正４】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１１[Correction target item name] 0011
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００１１】[0011]
【作用】本発明においては、外界像を透過・遮断する液
晶シャッタとして、１枚又は重畳した複数枚のネガタイ
プの液晶シャッタからなるものを用いているので、視角
依存性が小さく、電子像の周辺部分に近づくにつれて外
界像が透けて見えるというようなことはなくなる。In the present invention, as the liquid crystal shutter that transmits / blocks the external image, a liquid crystal shutter composed of one or a plurality of negative type liquid crystal shutters is used, so that the viewing angle dependency is small and the periphery of the electronic image is small. The closer you get to the part, the more you can see the external image.
【手続補正５】[Procedure Amendment 5]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１５[Name of item to be corrected] 0015
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００１５】[0015]
【実施例】本発明の頭部装着型ディスプレイ装置におい
ては、遮光時の視角依存性が小さいネガタイプの液晶シ
ャッタを用いる。ネガタイプの液晶シャッタを用いたシ
ースルー型の頭部装着型ディスプレイ装置では、電子像
観察時にその電子像の中心に近い領域から電子像の周辺
部分まで、視角θ0 、θ1 が変化しても遮光率の変化は
小さいので、電子像の周辺部分に近づくにつれて外界像
が透けて見えるという問題はなくなる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the head-mounted display device of the present invention, a negative type liquid crystal shutter having a small viewing angle dependency when light is shielded is used. In a see-through type head-mounted display device using a negative type liquid crystal shutter, even when the viewing angles θ 0 and θ 1 change from the region near the center of the electronic image to the peripheral portion of the electronic image when observing the electronic image, light is blocked. Since the change in the rate is small, there is no problem that the external image can be seen through as it approaches the peripheral portion of the electronic image.
【手続補正６】[Procedure correction 6]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１７[Correction target item name] 0017
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００１７】まず、ネガタイプの液晶シャッタの構成に
ついて説明する。ここでは、ＴＮ液晶のネガタイプの液
晶シャッタの場合の構成例を示す。図３、図４に示すよ
うに、ガラス基板Ｇの上に透明電極膜を形成し、その上
に配向膜を塗布し、一方向にラビングする。図３、図４
のように、ガラス基板Ｇ上の配向膜のラビング方向が直
交するように向かい合わせに配置された２枚のガラス基
板Ｇ、Ｇの間に液晶ＬＣを挟み込む。さらに、その外側
に透過軸が相互に平行になるように両側から偏光板Ｐ、
Ｐを貼り付ける。このとき、偏光板Ｐ、Ｐの透過軸の方
向は、配向膜のラビング方向の一方に一致するようにす
る。図３は、下側のガラス基板Ｇの配向膜のラビング方
向に一致させた場合（液晶シャッタＡ）、図４は、上側
のガラス基板Ｇの配向膜のラビング方向に一致させた場
合（液晶シャッタＢ）である。First, the structure of a negative type liquid crystal shutter will be described. Here, a configuration example in the case of a negative type liquid crystal shutter of TN liquid crystal is shown. As shown in FIGS. 3 and 4, a transparent electrode film is formed on a glass substrate G, an alignment film is applied on the transparent electrode film, and rubbing is performed in one direction. 3 and 4
As described above, the liquid crystal LC is sandwiched between the two glass substrates G and G arranged facing each other such that the rubbing directions of the alignment films on the glass substrate G are orthogonal to each other. Further, the polarizing plates P are provided from both sides so that the transmission axes are parallel to each other on the outside thereof.
Paste P. At this time, the directions of the transmission axes of the polarizing plates P, P are made to coincide with one of the rubbing directions of the alignment film. 3 shows a case where the rubbing direction of the alignment film of the lower glass substrate G is matched (liquid crystal shutter A), and FIG. 4 is a case where the rubbing direction of the alignment film of the upper glass substrate G is matched (liquid crystal shutter). B).
【手続補正７】[Procedure Amendment 7]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００２０[Correction target item name] 0020
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００２０】このようなネガタイプの液晶シャッタ１０
は、遮光時には、図２に示すように、視角θ1 、θ2 の
視角依存性は小さいので、電子像の周辺部分に近づくに
つれて外界像が透けて見えるというようなことはなくな
る。Such a negative type liquid crystal shutter 10
As shown in FIG. 2, when the light is shielded, the viewing angles θ 1 and θ 2 have a small viewing angle dependency, so that the external field image is not seen through as it approaches the peripheral portion of the electronic image.
【手続補正８】[Procedure Amendment 8]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００２５[Name of item to be corrected] 0025
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００２５】次に、実施例２について説明する。実施例
１のようなネガタイプの液晶シャッタ１枚のみでは十分
な遮光率が得られない場合には、複数枚のネガタイプの
液晶シャッタを重ねて用いるとよい。このとき、その重
ね方は次のようにする。いま、図３と図４に分解斜視図
を示すように、同じ６時の視角方向を持つが、貼り付け
てある偏光板Ｐの透過軸方向が相互に９０°異なってい
るＴＮ型の液晶シャッタＡと液晶シャッタＢを用意す
る。これらの視角特性（視角と透過率の関係）は、遮光
時は図２に示すようにほぼ対称であるが、透過時は上下
方向（１２時６時方向）は非対称で、左右方向（３時９
時方向）はほぼ対称になっている。Next, a second embodiment will be described. If a sufficient light-shielding rate cannot be obtained with only one negative type liquid crystal shutter as in the first embodiment, it is preferable to stack a plurality of negative type liquid crystal shutters. At this time, the stacking method is as follows. Now, as shown in exploded perspective views in FIGS. 3 and 4, TN type liquid crystal shutters having the same viewing angle direction at 6 o'clock but the transmission axes of the attached polarizing plates P are different from each other by 90 °. A and a liquid crystal shutter B are prepared. These viewing angle characteristics (relationship between viewing angle and transmittance) are almost symmetric as shown in FIG. 2 when light is blocked, but are asymmetrical in the vertical direction (12 o'clock 6 o'clock direction) when transmitting, and in the left-right direction (3 o'clock) 9
Time direction) is almost symmetrical.
【手続補正９】[Procedure Amendment 9]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００３０[Name of item to be corrected] 0030
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００３０】この２枚重ね構成の場合も、遮光時におい
ては、視角依存性は小さいので、電子像の周辺部分に近
づくにつれて外界像が透けて見えるというようなことは
なくなり、また、図１の液晶シャッタ１枚のときより遮
光時の遮光率が高くなるため、外界像がより透けて見え
難くなる。Also in the case of this two-layered structure, since the viewing angle dependency is small when the light is shielded, the external world image is not seen through as it approaches the peripheral portion of the electronic image, and in FIG. Since the light-shielding rate at the time of light-shielding is higher than that of a single liquid crystal shutter, the external image becomes more transparent and hard to see.
【手続補正１０】[Procedure Amendment 10]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００４０[Correction target item name] 0040
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００４０】この実施例においても、実施例２と同様、
外界を観察するときには、液晶シャッタ１、２は透過状
態にし、電子像を観察するときには遮光状態する。そし
て、液晶シャッタを２枚重ねで用いているので、遮光時
においては、視角依存性は小さいので、電子像の周辺部
分に近づくにつれて外界像が透けて見えるというような
ことはなくなり、また、液晶シャッタ１枚のときより遮
光時の遮光率が高くなるため、外界像がより透けて見え
難くなる。Also in this embodiment, as in the second embodiment,
When observing the outside world, the liquid crystal shutters 1 and 2 are in a transmissive state, and when observing an electronic image, they are in a light shielding state. Further, since the two liquid crystal shutters are used so as to overlap each other, the viewing angle dependency is small when the light is shielded, so that the external world image is not seen through as it approaches the peripheral portion of the electronic image. Since the light-shielding rate at the time of light-shielding is higher than that when one shutter is used, the external image becomes more transparent and hard to see.
【手続補正１１】[Procedure Amendment 11]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】図面の簡単な説明[Name of item to be corrected] Brief description of the drawing
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図１】本発明による頭部装着型ディスプレイ装置の実
施例１の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of a head-mounted display device according to the present invention.
【図２】ネガタイプの液晶シャッタの遮光時の視角と透
過率との関係の特性を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a characteristic of a relationship between a viewing angle and a transmittance when a negative type liquid crystal shutter is shielded from light.
【図３】ネガタイプの液晶シャッタの分解斜視図であ
る。FIG. 3 is an exploded perspective view of a negative type liquid crystal shutter.
【図４】別のネガタイプの液晶シャッタの分解斜視図で
ある。FIG. 4 is an exploded perspective view of another negative type liquid crystal shutter.
【図５Ａ】２枚のネガタイプ液晶シャッタの第１の重ね
合わせ状態を示す図である。FIG. 5A is a diagram showing a first overlapping state of two negative type liquid crystal shutters.
【図５Ｂ】２枚のネガタイプ液晶シャッタの第１の重ね
合わせ状態を示す図である。FIG. 5B is a diagram showing a first overlapping state of two negative type liquid crystal shutters.
【図６】２枚のネガタイプ液晶シャッタの第２の重ね合
わせ状態を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a second overlapping state of two negative type liquid crystal shutters.
【図７】重ね合わせ状態のネガタイプ液晶シャッタの偏
光板の透過軸の向きを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a direction of a transmission axis of a polarizing plate of a negative type liquid crystal shutter in a superposed state.
【図８】実施例２の頭部装着型ディスプレイ装置の構成
を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a head-mounted display device according to a second embodiment.
【図９】実施例３の頭部装着型ディスプレイ装置の構成
を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a head-mounted display device according to a third embodiment.
【図１０】実施例４の頭部装着型ディスプレイ装置の構
成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a head-mounted display device according to a fourth embodiment.
【図１１】ポジタイプの液晶シャッタの遮光時に上下方
向で遮光状態が非対称になることを示す図である。FIG. 11 is a diagram showing that the light blocking state of the positive type liquid crystal shutter is asymmetrical in the vertical direction when the light is blocked.
【図１２】図１１の状態で左右方向で遮光状態がほぼ対
称になることを示す図である。12 is a diagram showing that the light blocking state is substantially symmetrical in the left-right direction in the state of FIG.
【符号の説明】 １、２…液晶シャッタ １０…液晶シャッタ １１…二次元表示素子 １２…ハーフミラー １３…凹面鏡 １４、１５…レンズ １６…凹面ハーフミラー ２０…２枚重ね液晶シャッタ ２１…液晶表示部 ２３…凹面鏡 Ａ…ネガタイプ液晶シャッタ Ｂ…ネガタイプ液晶シャッタ Ｇ…ガラス基板 ＬＣ…液晶（液晶分子） Ｐ…偏光板 ＰＢＳ…偏光ビームスプリッタ λ／４…４分の１波長板 λ／２…２分の１波長板[Explanation of Codes] 1, 2 ... Liquid crystal shutter 10 ... Liquid crystal shutter 11 ... Two-dimensional display element 12 ... Half mirror 13 ... Concave mirror 14, 15 ... Lens 16 ... Concave half mirror 20 ... Double-layered liquid crystal shutter 21 ... Liquid crystal display section 23 ... Concave mirror A ... Negative type liquid crystal shutter B ... Negative type liquid crystal shutter G ... Glass substrate LC ... Liquid crystal (liquid crystal molecule) P ... Polarizing plate PBS ... Polarizing beam splitter λ / 4 ... Quarter wave plate λ / 2 ... Half 1 wavelength plate
【手続補正１２】[Procedure Amendment 12]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図２[Name of item to be corrected] Figure 2
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図２】 [Fig. 2]
【手続補正１３】[Procedure Amendment 13]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図３[Name of item to be corrected] Figure 3
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図３】 [Figure 3]
【手続補正１４】[Procedure Amendment 14]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図４[Name of item to be corrected] Fig. 4
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図４】 [Figure 4]
Claims (1)
像表示素子に表示された映像を観察者の眼球に投影する
投影光学系と、前記観察者の眼球に導かれる外界像を透
過・遮断する液晶シャッタとを有する頭部装着型ディス
プレイ装置において、前記液晶シャッタが、１枚又は重
畳した複数枚のネガタイプの液晶シャッタからなること
を特徴とする頭部装着型ディスプレイ装置。1. An image display element for displaying an image, a projection optical system for projecting the image displayed on the image display element onto an eyeball of an observer, and an external image guided to the eyeball of the observer. A head-mounted display device having a liquid crystal shutter, wherein the liquid crystal shutter comprises one or a plurality of negative type liquid crystal shutters that are superposed on each other.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34608992A JPH06197292A (en) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | Head-mount type display device |
| US08/067,130 US5572343A (en) | 1992-05-26 | 1993-05-26 | Visual display having see-through function and stacked liquid crystal shutters of opposite viewing angle directions |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34608992A JPH06197292A (en) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | Head-mount type display device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06197292A true JPH06197292A (en) | 1994-07-15 |
Family
ID=18381067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34608992A Pending JPH06197292A (en) | 1992-05-26 | 1992-12-25 | Head-mount type display device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06197292A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH075409A (en) * | 1993-06-17 | 1995-01-10 | Sharp Corp | Picture display device |
| JPH0879655A (en) * | 1994-08-31 | 1996-03-22 | Sony Corp | Head mounted display device |
-
1992
- 1992-12-25 JP JP34608992A patent/JPH06197292A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH075409A (en) * | 1993-06-17 | 1995-01-10 | Sharp Corp | Picture display device |
| JPH0879655A (en) * | 1994-08-31 | 1996-03-22 | Sony Corp | Head mounted display device |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020320 |